JP2006515914A

JP2006515914A - 流れ混合を促進する流れ妨害物

Info

Publication number: JP2006515914A
Application number: JP2006503027A
Authority: JP
Inventors: ユーガスローラリカート; アイヴァーナジョージック
Original assignee: インターナショナルエンジンインテレクチュアルプロパティーカンパニーリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2006-06-08
Also published as: US20040144372A1; WO2004067937A3; CN1742154A; BRPI0407019A; KR20050097509A; MXPA05007468A; EP1588039A2; US6776146B1; WO2004067937A2; CA2512823A1

Abstract

吸気流（１１５）を妨害する装置及び方法は、ＥＧＲ流（１１１）が吸気流（１１５）に導入される場合に、混合及び押し流し力を改善する。ＥＧＲ流（１１１）が吸気流（１１５）と混合することが意図されている通路（１１３）に流入する前に、吸気流（１１５）は妨害されて、ＥＧＲ流（１１１）は吸気流（１１５）と良好かつ迅速に混合する。差圧が発生してＥＧＲ流（１１１）の吸気流（１１５）への吸引力が高くなるので、エンジンのシリンダに大量のＥＧＲ流（１１１）がもたらされる。

Description

本発明は、再循環された排気再循環を内燃機関の吸気に混合することを含むがこれに限定されない、内燃機関の吸気流に関する。

内燃機関は、ＮＯｘ（窒素酸化物）エミッションを低減するための排気再循環（ＥＧＲ）システムを含むことが知られている。空気は、空気を加圧するターボ過給器の圧縮器を通ってエンジンに流入する。加圧空気は吸気マニホルドを流れてエンジンのシリンダに流入する。圧縮器は、シリンダからの排気ガスで駆動されるタービンに連結されている。シリンダからの排気ガスは排気マニホルドに入りタービンへ流入する。排気ガスはタービンを出て大気に放出される。排気ガスの一部は、タービンに流入することなく排気再循環（ＥＧＲ）として知られる方法で吸気マニホルドに戻される。シリンダへの最終的な充填空気は新気及び燃焼排気ガスの両方を含む。

ＥＧＲ流は、排気マニホルドから押し流されて圧縮器からの空気と混合され、シリンダへ充填空気が供給される。混合プロセスは、短い通路内で行う必要があり、ＥＧＲ流を圧縮空気と上手く混合できない場合がある。更に、ＥＧＲ流は、圧縮吸気流がＥＧＲ流と同じか又はそれよりも高い圧力なので、部分的に圧縮空気の通路に入ることが阻止される場合がある。その結果、ＥＧＲ流は、所望のように上手くシリンダに流入しない場合がある。

従って、混合物をシリンダに導入する前にＥＧＲ流を空気と混合する改良された方法に対するニーズが存在する。

流れ混合を改善するための装置は、ＥＧＲ流が流動して混合通路に流れ込むＥＧＲ通路を含む。エンジン吸気通路は、第１の端部を有し、エンジン吸気流が流動して混合通路に流れ込むようになっている。排気再循環通路、混合通路、及びエンジン吸気通路は合流点を形成する。妨害物は、混合通路に入る間にエンジン吸気流の一部を妨害し、一方でＥＧＲ流が混合通路に流入して吸気流と混合することを可能にするように、エンジン吸気流内に配置される。

ＥＧＲ流のような第２の流れが吸気流のような第１の流れに導入される場合に、混合及び押し流し力を改善するために、第１の流れを妨害する装置及び方法を以下に説明する。ＥＧＲ通路の出口は、吸気流の途中に配置されている。吸気流の妨害物は、ＥＧＲ流の吸気流との良好かつ迅速な混合を可能にする。吸気流へのＥＧＲ流の吸引力を強化するための差圧が発生するので、エンジンシリンダに大量のＥＧＲ流がもたらされる。

図１は、ＥＧＲバルブ及び吸気流に対する妨害物１０１を備える内燃機関の吸気マニホルドの一部を切り欠いた斜視側面図を示す。

妨害物１０１は、２つのテーパ壁が側壁として両側に取り付けられた矩形面を有するウエッジとして示されている。ＥＧＲ流１０３は、ＥＧＲ入口１０５を経由して流入し、ＥＧＲバルブ１０７によって調整される。ＥＧＲ流１０３は、ＥＧＲオペレータ１０９を通り、調整されたＥＧＲ流１１１として妨害物１０１の開口を通って流出する。妨害物はＥＧＲ流１１１を促進する。図１に示すように、ＥＧＲ流１１１は、妨害物１０１の矩形面に実質的に平行である。ＥＧＲ流１１１は、内燃機関の吸気マニホルドの混合通路１１３に流入する。ターボ過給器付きエンジンの場合には圧縮空気となるエンジン吸気流１１５は、吸気通路（図示せず）から空気入口１１７に流入する。吸気流１１５の一部は、吸気マニホルドの各々の側１１９に沿ってシリンダに向かう途中で、混合通路１１３に流入する前に妨害物１０１によって妨害又は邪魔されるので、妨害物１０１の出口、すなわち下流に低圧領域が形成される。妨害物１０１は、吸気流１１５に乱流を引き起こす。

図２は、吸気流に対する妨害物１０１を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた斜視側面図を示す。図２において、妨害物１０１は、ＥＧＲバルブ１０７（流路を示すために図示せず）から混合通路１１３に流入する流れ１１１を示すために一部が切り欠いて示されている。ＥＧＲ流１１１及び吸気流１１５が妨害物１０１を通過すると、これらの流れは、ＥＧＲ流１１１及び吸気流１１５の両方を含む流れ２０１に混成される。その結果、ＥＧＲ流１１１を吸気流１１５に押し込む能力、つまり吸気マニホルド１１３及び１１９に押し込む能力が改善される。混合流２０１は、エンジンのシリンダに流入する。

図３は、吸気流に対する妨害物を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた側面図を示す。図３は、ＥＧＲ入口１０５を介して流入するＥＧＲ流１０３を示す。ＥＧＲ流１０３は、ＥＧＲバルブ１０７（図示せず）を通過し、妨害物１０１を通って吸気マニホルドの混合通路１１３に流入する。吸気流１１５は、ＥＧＲ流１１１に対して実質的に垂直に示されている。ＥＧＲ流の出口は、吸気流の中程に配置されている。中程は、流速が高く、流れの良好な混合がもたらされる。

図４は、吸気流に対する妨害物１０１を備える吸気マニホルドの上面斜視図を示す。ＥＧＲシステムからのＥＧＲ流は、途中のＥＧＲ通路４０１を通ってＥＧＲ入口１０５に進む。ＥＧＲ流１１１は、妨害物１０１の開口を通って混合通路１１３に流入し、混合通路１１３ではＥＧＲ流１１１は吸気と混合してシリンダへの流れ２０１が形成される。本実施例において、吸気マニホルドは基本的にＵ形であり、混合された吸気及び排気２０１を、Ｕの脚部１１９及び４０３の各々によってそれぞれエンジンのシリンダの半分に供給する。別の吸気マニホルドの形状を利用して本発明を良好に実施することもできる。

図示のように、ＥＧＲ入口１０５、ＥＧＲバルブ１０９の台座、及び妨害物１０１は吸気マニホルドと一体になっており、詳細には、これらは吸気マニホルドに一体的に鋳造することができる。ＥＧＲ入口１０５、ＥＧＲバルブ１０９の台座、及び／又は妨害物１０１は、吸気マニホルドに一体にすること、又は吸気マニホルドに別体にすること、又はこれらを組み合わせたものとすることができる。

図５は、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れを示す。この図は、ＥＧＲ流１１１及び吸気流１１５の流れの方向、及び、吸気マニホルドの１つ又はそれ以上の混合通路１１３を通って流れる混合流２０１への混合の様子を示す。本実施例において、流れ１１１及び１１５が合流する混合通路１１３は、吸気流通路５０１に対して平行に示されている。

図６は、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの中身を示す。この図は、ＥＧＲ入口１０５及び妨害物１０１近傍の混合通路１１３におけるＥＧＲ流１１１を示す。吸気流１１５は、空気通路５０１及び妨害物１０１の下流に存在する。更に下流では、ＥＧＲ流１１１及び吸気流１１５は混合してシリンダに供給される混合流２０１になる。

図７は、吸気流に対する妨害物を備えていない合流点での流れの速度を示す。この図は、吸気流及びＥＧＲ流が同じ圧力の場合、ＥＧＲ流は合流点を全く通過しないことを示す。

図８は、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの速度を示す。この図は、如何に妨害物１０１を通過する吸気流１１５が通路１０５の出口に低圧領域をもたらし（図９参照）、ＥＧＲ流１１１が混合通路１１３に流入して吸気流１１５と効率的に混合するのを助長し、図７に示す例のＥＧＲ流１１１に比べて高い割合のＥＧＲ流１１１を含む混合流２０１をもたらすかを示す。更に、妨害物１０１によって引き起こされる流れ構造は、吸気流１１５及びＥＧＲ流１１１を非常に良好に混合することができる。ＥＧＲ流が多くなれば、エンジンからのエミッションレベルが低下する。

図９は、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの圧力を示す。予想どおり、最大圧力は、吸気流１１５に関して妨害物１０１の上流に発生し、最小圧力は、吸気流１１５に関してＥＧＲ入口１０５又は妨害物１０１の背面の下流に発生する。吸引力は、２つの流れの差圧に比例する。妨害物１０１を用いることで圧力が局所的に低下すると、ＥＧＲ流１１１と吸気流１１５との間の差圧が大きくなるので、ＥＧＲ流１１１を混合通路１１３に押し流すことになる。

図１から図４は、吸気流１１５に関する通路のほぼ中間まで延びる壁を有し、更に、壁から離れるに従って先細りになり、ＥＧＲ流１１１が混合通路１１３に流入して吸気流１１５と混合するための壁に沿った通路を形成する２つの実質的に平行な側面を有するウエッジ形状の装置として妨害物１０１を示す。妨害物１０１は別の形状であっても良い。例えば、妨害物１０１の全体形状は、長い端部が吸気流１１５に関して短い端部の上流にあるように、端部にテーパ付きカット部をもつ円筒形とすることができる。一般に、どのような形状であっても、妨害物１０１は、ピトー管とは逆に、つまり逆ピトー管として機能するので、妨害物１０１は吸気流１１５を乱すと同時にＥＧＲ流１１１が吸気流１１５に混じり合うことを助長する。

ＥＧＲ流１１１は妨害物１０１がもたらす開口に対して実質的に平行に示され、吸気流１１５はＥＧＲ流１１１に対して実質的に垂直に示され、更に混合通路１１３はＥＧＲ流１１１及び吸気流１１５に対して実質的に垂直に示されているが、本発明では、流れ、通路、及び妨害物の間の別の方向のものを用いることができる。

吸気流内に障害物又は妨害物を配置することによって、ＥＧＲ流と吸気流との間の吸引力が改善される。ＥＧＲ混合点での低い圧力は、ＥＧＲを吸気流に押し流すより効率的な方法をもたらす。また、ＥＧＲ流の増大、及びＥＧＲ通路及びエンジン吸気通路からの流れの改善された混合がもたらされる。より大量のＥＧＲ流がシリンダに流入すると、エンジンのエミッションレベルが低下する。

本発明は、その精神及び本質的な特徴から逸脱することなく別の特定の形態で具現化できる。前述の実施形態は、全ての点で例示的であり本発明を限定するものではない。従って、本発明の範囲は、前述の説明よりはむしろ特許請求の範囲に示されている。特許請求の範囲の意味及びその均等物の範囲にある全ての変更は、それらの範囲に包含されるものである。

本発明による、ＥＧＲバルブ及び吸気流に対する妨害物を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた斜視側面図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた斜視側面図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた側面図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える吸気マニホルドの一部を切り欠いた上面斜視図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの断面図を示す図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの中身を示す図である。吸気流に対する妨害物を備えていない合流点での流れの速度を示す図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの速度を示す図である。本発明による、吸気流に対する妨害物を備える合流点での流れの圧力を示す図である。

Claims

内燃機関に用いる装置であって、該装置は、
排気再循環流が流動して混合通路に流れ込む排気再循環通路と、
第１の端部を有し、エンジン吸気流が流動して前記混合通路に流れ込むエンジン吸気通路であって、前記排気再循環通路と、前記混合通路と、前記エンジン吸気通路の前記第１の端部とが合流点を形成するエンジン吸気通路と、
前記混合通路に流入する間に前記エンジン吸気流を部分的に妨害し、一方で前記排気再循環流が前記混合通路に流入して前記エンジン吸気流と混合することを可能にするように、前記エンジン吸気通路内で前記エンジン吸気通路の前記第１の端部の近傍に配置される妨害物と、
を備えていることを特徴とする装置。
前記妨害物が、前記排気再循環流に平行かつ前記エンジン吸気流に垂直に配置されている、
請求項１に記載の装置。
前記妨害物が、逆ピトー管である、
請求項１に記載の装置。
前記妨害物が、第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有し、前記第２の表面が、前記エンジン吸気流に対して前記第１の表面の下流にあり、前記第１の表面が、前記第２の表面が前記排気再循環通路から延びているのに比べて、前記排気再循環通路から更に離れて延びている、
請求項１に記載の装置。
前記妨害物が、第１の壁、第２の壁、及び第３の壁を備え；前記第１の壁が前記エンジン吸気流を妨害し；前記第１の壁が、第２の壁と共に第１のコーナ部を形成し、前記第３の壁と共に第２のコーナ部を形成し；前記第２の壁が、前記第３の壁と実質的に平行であり、前記第２の壁及び前記第３の壁が、前記第１の壁の遠位端から前記排気再循環通路に向かって先細りになっており；前記排気再循環流が、前記第１の壁、前記第２の壁、及び前記第３の壁の間を流れる、
請求項１に記載の装置。
前記排気再循環通路が混合通路に垂直であり、前記エンジン吸気通路が排気再循環通路及び前記混合通路に垂直である、
請求項１に記載の装置。
前記排気再循環通路と、前記吸気通路と、前記混合通路の少なくとも一部分、及び前記妨害物が、吸気マニホルドと一体になっている、
請求項１に記載の装置。
合流通路において排気再循環通路からの排気再循環流を受け取る段階と、
前記合流通路において混合通路からのエンジン吸気流の第１の部分を受け取る段階と、
前記排気再循環流及びエンジン吸気流の第２の部分が前記合流通路において混合されるように、前記合流通路に入る間に前記エンジン吸気流の第２の部分を妨害する段階と、
を含む、
ことを特徴とする方法。
前記妨害段階が、差圧を発生して排気再循環流の前記エンジン吸気流への吸引力を増大させる段階を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記妨害段階が、妨害物を前記排気再循環流に平行かつ前記エンジン吸気流に垂直に配置する段階を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記妨害段階が、逆ピトー管を配置して前記エンジン吸気流の第２の部分を妨害する段階を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記妨害段階が、妨害物を前記排気再循環流に平行かつ前記エンジン吸気流に垂直に配置する段階を含み、前記妨害物が、第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有し、前記第２の表面が、前記エンジン吸気流に対して前記第１の表面の下流にあり、前記第１の表面が、前記第２の表面が前記排気再循環通路から延びるのに比べて、前記排気再循環通路から更に離れて延びる、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記妨害段階が、妨害物を前記排気再循環流に平行かつ前記エンジン吸気流に垂直に配置する段階を含み、前記妨害物が、第１の壁、第２の壁、及び第３の壁を備え；前記第１の壁が前記エンジン吸気流を妨害し；前記第１の壁が、第２の壁と共に第１のコーナ部を形成し、前記第３の壁と共に第２のコーナ部を形成し；前記第２の壁が、前記第３の壁と実質的に平行であり、前記第２の壁及び前記第３の壁が、前記第１の壁の遠位端から前記排気再循環通路に向かって先細りになっており；前記排気再循環流が、前記第１の壁、前記第２の壁、及び前記第３の壁の間を流れる、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
排気再循環（ＥＧＲ）流が流動して混合通路に流れ込む排気再循環通路と、
第１の端部を有し、エンジン吸気流が流動して混合通路に流れ込むエンジン吸気通路であって、前記排気再循環通路と、前記混合通路と、前記エンジン吸気通路とが合流点を形成するエンジン吸気通路と、
前記混合通路に流入する間に前記エンジン吸気流の一部を妨害し、一方で前記ＥＧＲ流が前記混合通路に流入して前記吸気流と混合することを可能にするように、エンジン吸気流内に配置される妨害物と、
を備えていることを特徴とする装置。
前記妨害物が、第１の表面と、前記第１の表面の反対側の第２の表面とを有し、前記第２の表面が、前記エンジン吸気流に対して前記第１の表面の下流にあり、前記第１の表面が、前記第２の表面が前記排気再循環通路から延びるのに比べて、前記排気再循環通路から更に離れて延びている、
請求項１４に記載の装置。
前記排気再循環通路が混合通路に垂直であり、前記エンジン吸気通路が排気再循環通路及び前記混合通路に垂直である、
請求項１４に記載の装置。
前記妨害物が、ＥＧＲ流を増大させるように配置されている、
請求項１４に記載の装置。
前記妨害物が、排気再循環流の前記エンジン吸気流への吸引力を増大させる差圧を発生する、
請求項１４に記載の装置。
前記排気再循環通路、前記エンジン吸気通路、前記混合通路の少なくとも一部、及び前記妨害物が、吸気マニホルドに一体的に鋳造されている、
請求項１４に記載の装置。