JP2008291804A - 排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な動作を行うために吸気管内の検出装置の異物固着を抑制することができる排気還流装置を提供することである。
【解決手段】内燃機関１００では、吸気配管５０を通して、吸気配管５０内に設けられたスロットル弁５２５の開閉角度に応じて気体が燃焼室３１３に供給され、燃焼室３１３から燃焼後の排気が排気配管７０を通して排出される。この排気配管７０にＥＧＲ通路６０が設けられ、排気配管７０を流通する排気の一部が、吸気配管５０に還流される。また、吸気配管５０のＥＧＲ通路６０が接続された位置よりも上流側に吸気配管５０内の圧力を検出する吸気圧センサ８２０が設けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＥＧＲ装置が接続された吸気配管に検出装置を備えた排気還流装置に関する。

近年、ＥＧＲ装置を設けた排気還流装置について種々の研究が行われている。例えば、特許文献１には、内燃機関の空燃比制御装置について開示されている。

特許文献１記載の空燃比制御装置においては、吸入空気量を計測するエアフローセンサと、回転速度を計測する回転速度センサと、吸気圧を計測する吸気圧センサと、排気圧を計測する排気圧センサと、排気温を計測する排気温センサと、排気ガスを還流するＥＧＲ通路と、吸気通路のレイアウトおよびＥＧＲ通路の吸気通路に対する取付レイアウトをパラメータとして記憶する記憶手段と、この記憶手段を内蔵する制御手段とを備え、制御手段が、吸入空気量と、吸気圧と、排気圧と、排気温と、回転速度と、記憶手段に記憶されたパラメータとから内燃機関の各気筒毎の吸入空気量と排気ガスの還流量とを推定演算するようにしたものである。

当該特許文献１記載の空燃比制御装置においては、システム構成を単純化すると共に、ＥＧＲ導入時における各気筒の空燃比を均一化することができる。

特開２００４−１１６１７号公報

しかしながら、一般の排気還流装置においては、吸気の脈動に起因して吸気管内の気体が逆流する場合がある。そのため、ＥＧＲを導入した特許文献１記載の空燃比制御装置等においては、ＥＧＲ通路を通じて供給された排気ガスが吸気管内を逆流する現象が生じる。それにより、逆流した気体に含まれる排気ガスの成分（煤、スラッジ等）が、ＥＧＲ通路よりも上流側の吸気圧センサ等に付着するという問題が生じる。その結果、吸気圧センサからの検出数値が不正確なものとなり内燃機関の動作が最適に行われないという課題が生じる。

本発明の目的は、最適な動作を行うために吸気管内の検出装置の異物固着を抑制することができる排気還流装置を提供することである。

（１）
本発明に係る排気還流装置は、燃焼室に気体を供給する吸気管と、燃焼室の燃焼後の排気を排出する排気管と、吸気管の中心を通り吸気管の長手方向に対する垂直方向に伸びる回転軸回りに回転し、該回転軸を境界線として片一方の部分は、吸気管の下流方向に傾斜し、他方の部分は上流方向に傾斜するバタフライ型のスロットル弁と、排気管の排気の一部を吸気管に還流させるように、排気管から吸気管のスロットル弁の下流側まで気体を流通可能にするように設けられたＥＧＲ通路と、吸気管の長手方向において吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置とスロットル弁との間に設けられ、気体の状態を検出する検出装置と、を含み、吸気管に対する検出装置の設置位置は、吸気管の長手方向に対する垂直断面において、スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置、若しくは、該位置から両側２０度の範囲に設けられたものである。

本発明に係る排気還流装置においては、ＥＧＲガスが逆流する状態の場合、逆流した気体がスロットル弁の傾斜に沿って流れるので、スロットル弁が下流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管との間の空間を流れる気体の流速よりも、スロットル弁が上流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管との間の空間に流れる気体の流速の方が速くなる。一方、ＥＧＲガスが逆流しない状態の場合、スロットル弁の上流から流れてくる空気は、スロットル弁の傾斜に沿って流れるので、スロットル弁が上流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管との間の空間に流れる空気の流速の方が速くなる。

このＥＧＲガスが逆流する状態の場合、ＥＧＲガスはスロットル弁が下流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管の間の空間よりも、スロットル弁が上流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管の間の空間に多く流れるので、スロットル弁が下流方向に傾斜している側に設けられている検出装置には、ＥＧＲガスがあまり触れないので、検出装置に異物が固着することを抑制することができる。

一方、ＥＧＲガスが逆流しない状態の場合、空気はスロットル弁が上流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管との間の空間よりも、スロットル弁が下流方向に傾斜している部分のスロットル弁と吸気管との間の空間に多く流れるので、スロットル弁が下流方向に傾斜している側に設けられている検出装置には、空気が多く触れるので、検出装置に付着した異物を吹き飛ばすことができる。

（２）
吸気管に対する検出装置の設置位置は、吸気管の長手方向に対する垂直断面において、スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置に設けられてもよい。

この場合、ＥＧＲガスが逆流した場合でも、ＥＧＲ通路からの排気ガスの成分（煤、スラッジ等）等が、スロットルにより形成される吸気管内の流れ方向によって、検出装置が設けられた設置位置とは反対側の位置に沿って流れることとなる。そのため、内燃機関における最適動作を行うために必要不可欠な吸気管内の検出装置の異物固着を抑制することができる。

（３）
吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置は、吸気管の長手方向に対する垂直断面において、スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置、若しくは、該位置から両側２０度の範囲に設けられてもよい。

ここで、吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置とは、ＥＧＲ通路の中心線とＥＧＲ通路を接続する部分において吸気管に形成された開口部が交わる部分を意味する。この場合、ＥＧＲ通路の接続位置が、スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置、若しくは、該位置から両側２０度の範囲に設けられるので、ＥＧＲ通路からの逆流した気体を、吸気管に対する検出装置から遠ざけることができる。

（４）
検出装置は、吸気管の長手方向において吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置とスロットル弁との間の中間点よりも吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置寄りに設けられてもよい。

この場合、検出装置をＥＧＲ通路の接続位置寄りに設けることで、ＥＧＲ通路からの逆流した気体の影響を最小限にすることができる。すなわち、ＥＧＲガスが勢いよく吸気管に流れ込むので、当該接続位置近辺においてＥＧＲガスに接触しない部分が発生する。その部分に検出装置を設置することにより、検出装置に異物が固着することを抑制することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。本実施の形態においては、まず、排気還流装置を用いた内燃機関について説明し、次いで排気還流装置について詳細に説明する。
（一実施の形態）
図１は、本発明に係る一実施の形態に係る内燃機関１００の一例を示す模式的説明図である。本実施の形態に係る内燃機関１００は、ディーゼル式エンジンからなるものとし、電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）２００により各制御が行われる。

図１に示す内燃機関１００は、主にディーゼルエンジン３００、燃料噴射ポンプ４００、吸気機構５００、ＥＧＲ（排気ガス再循環：Exhaust Gas Recirculation）機構６００および排気機構７００を備える。吸気機構５００およびＥＧＲ機構６００がディーゼルエンジン３００の上流側に設けられ、排気機構７００がディーゼルエンジン３００の下流側に設けられる。

ディーゼルエンジン３００は、ピストン３１０、シリンダ３１１、シリンダヘッド３１２、燃焼室３１３、燃料噴出ノズル３１４、吸気バルブ３１８および排気バルブ３１９を含む。

ディーゼルエンジン３００の燃焼室３１３は、ピストン３１０、シリンダ３１１およびシリンダヘッド３１２によって気筒毎に形成されている。各燃焼室３１３に対して、燃料噴射ノズル３１４が設けられ、燃料噴射ノズル３１４は燃料通路４０を通じて後述する燃料噴射ポンプ４００に接続されており、燃料噴射ポンプ４００から圧送された燃料が燃料噴射ノズル３１４から燃焼室３１３内へ噴射される。

ディーゼルエンジン３００には吸気配管５０と排気配管７０がそれぞれ接続されている。吸気配管５０が燃焼室３１３の吸気ポートに連通するように設けられ、排気配管７０が燃焼室３１３の排気ポートに連通するように設けられる。また、吸気ポートには、吸気バルブ３１８が設けられ、排気ポートには、排気バルブ３１９が設けられる。

次に、吸気機構５００について説明する。吸気機構５００は、エアクリーナ５２４、スロットル弁５２５、アクチュエータ５２６、ダイヤフラム５２６ａ、負圧室５２６ｂ、ロッド５２６ｃ、負圧通路５２７、エレクトリック・バキューム・レギュレーティング・バルブ（ＥＶＲＶ）（以下、第１のＥＶＲＶという）５２８およびスロットルセンサ５２９を含む。

吸気機構５００の吸気配管５０の入口に設けられたエアクリーナ５２４の下流側には、吸気配管５０を流れる空気量を調節するためのスロットル弁５２５が設けられている。スロットル弁５２５は負圧作動式のアクチュエータ５２６により駆動される。

アクチュエータ５２６はダイヤフラム５２６ａにより区画された負圧室５２６ｂを有し、そのダイヤフラム５２６ａに固定されたロッド５２６ｃがスロットル弁５２５に作動連結されている。負圧室５２６ｂは負圧通路５２７を通して第１のＥＶＲＶ５２８の出力ポートに接続されている。第１のＥＶＲＶ５２８はデューティ制御により開度調整される三方式の電磁弁であり、その入力ポートはバキュームポンプ（図示せず）に通じ、その大気ポートは大気圧に開放されている。

スロットル弁５２５の近傍にはその開度を検出するためのスロットルセンサ５２９が設けられている。スロットルセンサ５２９により検出されたスロットル開度がディーゼルエンジン３００の運転状態から決まる目標開度となるように第１のＥＶＲＶ５２８はデューティ制御される。

次に、排気機構７００について説明する。排気機構７００は、絞り弁７３０、アクチュエータ７３１、ダイヤフラム７３１ａ、負圧室７３１ｂ、ロッド７３１ｃ、負圧通路７３２、第２のＥＶＲＶ７３３および排気量センサ７３４を含む。

排気機構７００の排気配管７０には排気流量を調節するための絞り弁７３０が設けられている。絞り弁７３０は負圧作動式のアクチュエータ７３１により駆動されるようになっている。アクチュエータ７３１はダイヤフラム７３１ａにより区画された負圧室７３１ｂを有し、ダイヤフラム７３１ａに固定されたロッド７３１ｃが絞り弁７３０に作動連結されている。

負圧室７３１ｂは負圧通路７３２を通して第２のＥＶＲＶ７３３の出力ポートに接続されている。第２のＥＶＲＶ７３３はデューティ制御により開度調整される三方式の電磁弁であり、入力ポートはバキュームポンプ（図示せず）に通じ、大気ポートは大気圧に開放されている。

絞り弁７３０の近傍にはその開度を検出するための排気量センサ７３４が設けられている。排気量センサ７３４により検出された絞り開度がディーゼルエンジン３００の運転状態から決まる目標開度となるように第２のＥＶＲＶ７３３はデューティ制御される。絞り弁７３０の開度が小さくなると、後述するＥＧＲ通路６０への排気の流れが促進される。

続いて、ＥＧＲ機構６００について説明する。ＥＧＲ機構６００は、ＥＧＲ弁６２１、ダイヤフラム６２１ａ、負圧室６２１ｂ、弁体６２１ｃ、負圧通路６２２およびバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）６２３を含む。

ＥＧＲ機構６００のＥＧＲ通路６０の途中には排気の還流量を調節するＥＧＲ弁６２１が設けられている。ＥＧＲ弁６２１は負圧作動弁であって、負圧通路６２２を通じてバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）６２３に接続されている。ＶＳＶ６２３の入力ポートには一定負圧が導入されており、ＶＳＶ６２３がオン・オフ制御されることによりダイヤフラム６２１ａにて区画された負圧室６２１ｂに負圧または大気圧が選択的に導入されることにより、弁体６２１ｃが開閉駆動されるようになっている。

次いで、燃料噴射ポンプ４００について説明する。燃料噴射ポンプ４００はディーゼルエンジン３００の出力軸に連結されており、その内蔵するベーンポンプ（図示せず）がディーゼルエンジン３００の出力軸の回転力に基づいて駆動されるとともに、ディーゼルエンジン３００の出力軸の回転に同期してプランジャ（図示せず）が往復動するようになっている。

燃料噴射ポンプ４００には電磁スピル弁４３５が設けられている。電磁スピル弁４３５は常開型の弁であり、プランジャの圧縮行程時に溢流（スピル）される燃料の溢流量を調整することにより、燃料噴射ノズル３１４からの燃料噴射量を調整する。電磁スピル弁４３５のコイルの通電時間を制御することにより燃料噴射量は制御される。

また、燃料噴射ポンプ４００には、燃料噴射時期を制御するためのタイマ装置４３６が設けられている。タイマ装置４３６はその制御油圧として作用する燃料圧力を調整する電磁弁であるタイマ制御弁（ＴＣＶ）４３７を備える。ＴＣＶ４３７がデューティ制御により開閉制御されてプランジャの往復動開始時期が調整されることにより燃料噴射時期が決定される。また、燃料噴射ポンプ４００はエンジン回転数を検出する回転数検出手段としての回転数センサ４３８と、アクセルペダルと連動して作動されるロータリポジションセンサ４３９とを備える。

また、ディーゼルエンジン３００の運転状態を検出するセンサとしては、以下の各種センサが設けられている。吸気配管５０には吸気温度ＴＨＡを検出するための吸気温センサ８１０と、吸気圧力ＰＭを検出するための吸気圧センサ８２０が設けられている。また、ディーゼルエンジン３００には冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ８３０が設けられている。

ディーゼルエンジン３００および燃料噴射ポンプ４００に設けられたＶＳＶ６２３、各ＥＶＲＶ５２８，７３３、電磁スピル弁４３５、ＴＣＶ４３７は、ＥＣＵ２００にそれぞれ電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２００には上述した各種センサ４３８，４３９，５２９，７３４，８１０，８２０，８３０がそれぞれ接続されると共に加速度センサ（図示せず）が接続されている。

ＥＣＵ２００は各種センサ４３８，４３９，５２９，７３４，８１０，８２０，８３０から出力される検出信号に基づいてＶＳＶ６２３、各ＥＶＲＶ５２８，７３３、電磁スピル弁４３５、ＴＣＶ４３７を好適に制御する。

また、ＥＣＵ２００はマイクロコンピュータ２１０を内蔵する。マイクロコンピュータ２１０には、制御手段を構成する中央処理装置（以下、ＣＰＵという）２１１、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）２１２及び読取り書込み可能メモリ（ＲＡＭ）２１３を備える。ＲＯＭ２１２には各種センサ４３８，４３９，５２９，７３４，８１０，８２０，８３０等から検出された各種パラメータから運転状態を把握し、その運転状態に基づいて排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うべきＥＧＲ作動条件の成否の判断や、その運転状態に適した吸入空気量および排気流量を求めるためのマップ等が記憶されている。また、ＲＡＭ２１３には各種制御で必要なデータ等が一時記憶される。図１は簡略図である、スロットル弁、吸気圧センサ、ＥＧＲ通路の正確な位置関係は、図２に記載する。

次に、図２は、図１に示した吸気機構５００を説明するための模式的断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線矢視断面の一例を示す模式的断面図である。

図２に示すように、吸気配管５０にＥＧＲ通路６０が接続される。ＥＧＲ通路６０は、スロットル弁５２５の軸５２５ｂ（図３参照）の軸方向および吸気配管５０の軸方向と垂直な方向から接続されている。吸気圧センサ８２０は、ＥＧＲ通路６０の上流で、かつＥＧＲ通路６０の近傍に設けられる。また、吸気圧センサ８２０は、ＥＧＲ通路６０と同方向から設けられている。なお、本実施の形態においては、吸気圧センサ８２０をスロットル弁５２５の軸５２５ｂ（図３参照）の軸方向と垂直な方向に設けることとしたが、これに限定されず、例えば、当該垂直な方向から±２０度（スロットル弁５２５が下流方向に傾斜する側で、スロットル弁５２５の軸５２５ｂの軸方向中心部から該軸５２５ｂに垂直な方向の位置から両側２０度の角度領域（図中θ度領域））で設けてもよい。この理由については、後述する。

図４、図５、図６および図７は、図２および図３に示した吸気配管５０の動作を説明するための説明図である。

図４は吸気配管５０内の気体が上流から下流に向けて順流している場合を示し、図５は吸気配管５０内の気体が下流から上流に向けて逆流している場合を示す。また、図６および図７は、図４および図５の効果を明らかにするための比較図である。

図４に示すように、吸気配管５０の上流側から下流側にかけてエアクリーナ５２４からの気体が流れる。この場合、スロットル弁５２５により、吸気配管５０内において、流速Ｆ１および流速Ｆ２で気体の流れが生じる。なお、図４中のスロットル弁５２５の傾斜方向から、流速Ｆ１は流速Ｆ２よりも大きな値となる。

また、吸気配管５０内では、流速Ｆ１からなる流れの流量と流速Ｆ２からなる流れの流量との値を合計した流速Ｆの流れが生じているので、吸気配管５０に接続されたＥＧＲ通路６０から還流された排気が流速Ｅ１で、当該流速Ｆに加わり下流側に流れる。

この場合、吸気圧センサ８２０の先端部は、流速Ｆ２と比較して流速が速く流量の多い流速Ｆ１に晒されるため、吸気圧センサ８２０の先端部付近に滞在するおそれのあるＥＧＲガスが掃気されるので、吸気圧センサ８２０に付着物が付かず、吸気配管５０内の圧力を正確に測定することができる。

一方、図５に示すように、吸気の脈動等により吸気配管５０の下流側から上流側にかけてインテークマニホールドからの気体が逆流する場合がある。この場合、吸気配管５０に接続されたＥＧＲ通路６０から還流された排気が流速Ｅ２で、吸気配管５０の流速Ｆに沿って上流側に流れる。この場合、スロットル弁５２５を図４と同じ方向に傾斜させることにより、流速Ｆ４および流速Ｆ３で気体の流れが生じる。なお、図５中のスロットル弁５２５の傾斜方向から、流速Ｆ４は流速Ｆ３よりも大きな値となる。

また、ＥＧＲ通路６０から還流された排気は、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは逆方向の内壁（図５における左側の壁面）に衝突するように流れ込むとともに、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁には速い流速Ｆ４の流れが生じているため、その流れに引っ張られるようにして、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは逆方向の内壁に沿うように流れる。そのため、ＥＧＲ通路６０から還流された排気は、吸気圧センサ８２０に接触することなく吸気配管５０の上流側へ逆流する。

この場合、吸気圧センサ８２０にはＥＧＲ通路６０から還流された排気にさらされることがないので、煤等の異物の付着が防止でき、吸気配管５０内の圧力を正確に測定することができる。

ここで、仮に図６に示すように吸気圧センサ８２０を図５の吸気配管５０の周壁とは逆の周壁に設けた場合、ＥＧＲ通路６０において還流された排気の一部を含む流れＥ２が、吸気圧センサ８２０に直接衝突することとなる。その結果、排気の一部に含有される煤等が、吸気圧センサ８２０に付着する。そして、吸気圧センサ８２０は、吸気配管５０内の正確な圧力を測定することができなくなる。

また、図７に示すように、スロットル弁５２５の傾斜方向を図５のスロットル弁５２５の傾斜方向と逆方向にした場合、スロットル弁５２５の傾斜方向から、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面側（図７における右側の壁面）には、速い流速Ｆ５が発生し、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁（図７における左側の壁面）には、Ｆ５よりも流速の遅い流速Ｆ６が発生する。その結果、ＥＧＲ通路６０から還流された排気は、速い流速Ｆ５に引っ張られるようにして、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面側に戻ってくるので、ＥＧＲ通路６０から還流された排気の一部に含有される煤が、吸気圧センサ８２０に付着する可能性が高くなる。仮に吸気圧センサ８２０に煤が付着した場合、吸気圧センサ８２０は、吸気配管５０内の正確な圧力を測定することができなくなる可能性がある。

以上のように、吸気配管５０内の気体が逆流した場合でも、ＥＧＲ通路６０からの煤等が、吸気圧センサ８２０が設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁周面に沿って流れる。そのため、吸気圧センサ８２０において煤等の異物が付着することを抑制することができる。その結果、吸気圧センサ８２０において最適な検出を行うことができ、内燃機関１００を最適に動作させることができる。

また、吸気圧センサ８２０は、スロットル弁５２５を通過して燃焼室３１３に供給される気体の剥離点Ｐまで突出するように吸気配管５０の周面に設けられるので、吸気圧センサ８２０に異物が付着せず、吸気配管５０を流れる気体の圧力等を正確に検出することができる。

なお、本実施の形態においては、ディーゼルエンジン３００に本発明を適用することとしたが、これに限定されず、他の任意のエンジン、例えば、２サイクルエンジン、４サイクルエンジン等にも適用が可能である。

（他の例）
図８は、図２の吸気機構５００の吸気配管５０を説明するための他の例を示す模式的断面図であり、図９は、図８のＢ−Ｂ線矢視断面の一例を示す模式的断面図である。

図８に示すように、吸気配管５０にＥＧＲ通路６０ａが接続される。ＥＧＲ通路６０ａは、スロットル弁５２５の軸５２５ｂの軸方向および吸気配管５０の軸方向から接続されている。吸気圧センサ８２０は、ＥＧＲ通路６０の上流で、かつＥＧＲ通路６０の近傍に設けられる。

また、吸気圧センサ８２０は、スロットル弁５２５の軸５２５ｂ（図３参照）の軸方向と垂直な方向から設けられ、かつ吸気配管５０の周壁から剥離点Ｐまで突出して設けられている。

ここで、吸気配管５０内の気体が下流から上流に向けて逆流している場合、ＥＧＲ通路６０ａにより還流された排気ガスが、矢印Ｆａの方向に流れ、流速Ｆ４ａおよび流速Ｆ３ａで気体の流れが生じる。なお、図８中のスロットル弁５２５の傾斜方向から、流速Ｆ４ａは流速Ｆ３ａよりも大きな値となる。

この場合、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁には速い流速Ｆ４ａの流れが生じているため、その流れに引っ張られるようにして、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは逆方向の内壁に沿うように流れる。そのため、ＥＧＲ通路６０ａから還流された排気は、吸気圧センサ８２０に接触することなく吸気配管５０の上流側へ逆流する。その結果、吸気圧センサ８２０に付着物が付かず、吸気配管５０内の圧力を正確に測定することができる。

（実施例）
次に、実際の吸気機構５００を用いて実験を行った。図１０は、実際の吸気機構５００の外観図である。図１０の吸気機構５００は、ＥＧＲ通路６０からスロットル弁５２５までの距離が１００ｍｍである。

また、吸気配管５０においては、直径が６０ｍｍ、気体の脈動流の平均速度が６．５ｍ／ｓｅｃであり、流量が２５ｇ／ｓｅｃである。また、ＥＧＲ通路６０においては、直径が２３ｍｍ、気体の脈動流の平均速度が３２ｍ／ｓｅｃであり、流量が１５ｇ／ｓｅｃである。

図１０に示す吸気機構５００のＡ−Ａ線矢視断面、Ｂ−Ｂ線矢視断面、Ｃ−Ｃ線矢視断面においてＥＧＲの濃度分布を計測した。図１１は、図１０の吸気機構５００のＥＧＲ濃度分布の測定結果を示す図である。

図１１（ａ）は、Ａ−Ａ線矢視断面におけるＥＧＲ濃度分布を示し、図１１（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線矢視断面におけるＥＧＲ濃度分布を示し、図１１（ｃ）は、Ｃ−Ｃ線矢視断面におけるＥＧＲ濃度分布を示す。

図１１（ａ）に示すように、Ａ−Ａ線矢視断面におけるＥＧＲ分布率は、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺以外の吸気配管５０の領域（図中Ａ、Ｂ）が最も高い値を示し、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺の吸気配管５０の領域（図中Ｃ）が最も低い値を示した。

すなわち、ＥＧＲ通路６０から所定の圧力で排気ガスが還流されるため、ＥＧＲ通路６０の接続位置に対向する吸気配管５０の内周壁に還流された排気ガスが衝突していると考えられる。

また、図１１（ｂ）に示すように、Ｂ−Ｂ線矢視断面におけるＥＧＲ分布率は、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置に対向する吸気配管５０の面積の半分（図中ＡおよびＢの近傍）が高い値を示し、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺の吸気配管５０の面積の半分（図中Ｃ）が低い値を示した。

すなわち、ＥＧＲ通路６０から還流された所定の圧力の排気ガスが吸気配管５０に衝突した後に、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁に沿って流れる流速Ｆ４に引っ張られるようにして、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは、逆方向の内壁に沿うように流れるため、Ａ−Ａ線矢視断面図と比較して、ＥＧＲ率の高い領域が図１１（ｂ）のＡ点の方向（図１１中で上方向）により集まっている。この場合においても、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺の吸気配管５０のＥＧＲ率が低いことがわかった。

また、図１１（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線矢視断面におけるＥＧＲ分布率は、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置から対向した吸気配管５０の面積の半分よりも少ない部分（図中Ａのみ）が高い値を示し、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺の吸気配管５０の面積の半分よりも大きい部分（図中ＢおよびＣ）で低い値を示した。

すなわち、ＥＧＲ通路６０から還流された所定の圧力の排気ガスが吸気配管５０に衝突した後に、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは逆方向の内壁に沿って流れる流速Ｆ４に引っ張られるようにして、吸気圧センサ８２０の設けられた吸気配管５０内面とは逆方向の内壁に沿うように流れるため、Ａ−Ａ線矢視断面図、Ｂ−Ｂ線矢視断面図と比較して、ＥＧＲ率の高い領域が図１１（ｃ）のＡ点の方向（図１１中で上方向）により集まっている。この場合においても、ＥＧＲ通路６０が吸気配管５０に接続された位置近辺の吸気配管５０のＥＧＲ率が低いことがわかった。

また、ＥＧＲ率をスロットル弁５２５の遮蔽部材５２５ａの両端（ポイントＡおよびポイントＣ）および軸５２５ｂ（ポイントＢ）において計測した。図１２は図１１（ｃ）におけるポイントＡ，Ｂ，ＣにおけるＥＧＲ率を示す図である。図１２の縦軸は、ＥＧＲ率を示し、横軸はクランクアングル（°）を示す。すなわち、図１２における横軸の値からわかるように、クランクアングルとは、クランクを回転させた累積角度を示すものである。

図１２に示すように、クランクアングルが２９２０°を超えた近辺からポイントＡにおけるＥＧＲ率は、０．０２から０．７まで急激に上昇している。一方、ポイントＢにおけるＥＧＲ率は、０．０２から０．２まで急激に上昇している。しかし、ポイントＣにおけるＥＧＲ率は、０．０２から０．１までも上昇していない。

したがって、図１２より、ポイントＣにおいては、ＥＧＲ通路６０からの排気ガス（煤等）の影響をほとんどうけないことがわかった。

上記一実施の形態においては、燃焼室３１３が燃焼室に相当し、吸気配管５０が吸気管に相当し、排気配管７０が排気管に相当し、スロットル弁５２５がスロットルに相当し、ＥＧＲ通路６０がＥＧＲ通路に相当し、吸気圧センサ８２０が検出装置に相当する。

なお、本実施の形態においては、吸気配管の長手方向に対する垂直断面が円形であることとして説明しているが、これに限定されず、長手方向に対する垂直断面は、多角形または他の任意の形状をしていてもよい。また、スロットル弁も同様に円形であることに限定されず、吸気配管の断面形状に合った形状とすることが好ましい。さらに、本実施の形態においては、吸気圧センサ８２０について説明したが、吸気圧センサ８２０の代わりに、例えば吸気温センサ８１０等に適用しても同じ効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、吸気配管５０およびＥＧＲ通路６０，６０ａが垂直に接続（Ｌ字接続）される場合について説明したが、これに限定されず、吸気配管５０およびＥＧＲ６０，６０ａのなす角が、９０度以外の角度で任意の角度で接続されるようにしてもよい。

本発明は、上記の好ましい一実施の形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他になされることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用および効果を述べているが、これら作用および効果は、一例であり、本発明を限定するものではない。

本発明に係る一実施の形態に係る内燃機関の一例を示す模式的説明図 図１に示した吸気機構を説明するための模式的断面図 図２のＡ−Ａ線矢視断面の一例を示す模式的断面図 吸気配管内の気体が上流から下流に向けて順流している場合を示す図 吸気配管内の気体が下流から上流に向けて逆流している場合を示す図 図４および図５の効果を明らかにするための比較図 図４および図５の効果を明らかにするための比較図 図２の吸気機構の吸気配管を説明するための他の例を示す模式的断面図 図８のＢ−Ｂ線矢視断面の一例を示す模式的断面図 実際の吸気機構の外観図 吸気配管内におけるＥＧＲ通路からの断面ＥＧＲ率分布を示す図 図１１（ｃ）のポイントＡ，Ｂ，ＣにおけるＥＧＲ率を示す図

符号の説明

５０ 吸気配管
６０ ＥＧＲ通路
７０ 排気配管
３１３ 燃焼室
５２５ スロットル弁
５２５ｂ 軸
５２５ａ 遮蔽部材
８２０ 吸気圧センサ

Claims (4)

1. 燃焼室に気体を供給する吸気管と、
   前記燃焼室の燃焼後の排気を排出する排気管と、
   前記吸気管の中心を通り前記吸気管の長手方向に対する垂直方向に伸びる回転軸回りに回転し、該回転軸を境界線として片一方の部分は、吸気管の下流方向に傾斜し、他方の部分は上流方向に傾斜するバタフライ型のスロットル弁と、
   前記排気管の排気の一部を前記吸気管に還流させるように、前記排気管から前記吸気管の前記スロットル弁の下流側まで気体を流通可能にするように設けられたＥＧＲ通路と、
   前記吸気管の長手方向において前記吸気管に対する前記ＥＧＲ通路の接続位置と前記スロットル弁との間に設けられ、気体の状態を検出する検出装置と、
   を含み、
   前記吸気管に対する前記検出装置の設置位置は、前記吸気管の長手方向に対する垂直断面において、前記スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、前記スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置、若しくは、該位置から両側２０度の範囲に設けられたことを特徴とする排気還流装置。
2. 前記吸気管に対する前記検出装置の設置位置は、前記吸気管の長手方向に対する垂直断面において、前記スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、前記スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
3. 前記吸気管に対する前記ＥＧＲ通路の接続位置は、前記吸気管の長手方向に対する垂直断面において、前記スロットル弁が下流方向に傾斜する側で、前記スロットル弁の回転軸の軸方向中心部から該回転軸に垂直な方向の位置、若しくは、該位置から両側２０度の範囲に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気還流装置。
4. 前記検出装置は、吸気管の長手方向において吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置とスロットル弁との間の中間点よりも吸気管に対するＥＧＲ通路の接続位置寄りに設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の排気還流装置。