JP2009144653A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数気筒エンジンの各吸気ポートにＥＧＲガスを均一に供給し得る排気ガス再循環装置を小型に構成する。
【解決手段】吸気が供給される吸気タンク３１と、排気ガスが供給されるＥＧＲタンク３２とを一体形成し、吸気タンク３１からエンジンの各吸気ポート１１に吸気を独立して供給する供給管３４を吸気ポート１１の数だけ形成する。吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２との中間の隔壁３３に、ＥＧＲタンク３２のＥＧＲガスを吸気タンク３１に導く連通孔Ｓを形成し、この連通孔Ｓを各吸気ポートに近接する位置に配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス再循環装置に関し、詳しくは、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する技術に関する。

上記のように、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する排気ガス再循環装置として、インテークマニホルドの外部にＥＧＲ通路を配置し、ＥＧＲ通路とインテークマニホルド内の吸気通路とを開口部によって連通させ、この開口部に開閉自在にリード弁を備えたものが存在する（特許文献１参照）。

この特許文献１では、吸気行程にある気筒の吸気通路における開口部のリード弁が開くことによってＥＧＲガスが供給され、この吸気行程では他の気筒に対応するリード弁は閉じた状態を維持する。

また、上記のように、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する排気ガス再循環装置として、吸気ポートが吸気枝管を介して吸気サージタンクに連結されると共に、排気管と連結するＥＧＲサージタンクのＥＧＲ枝管が吸気管に連結するものが存在する（特許文献２参照）。

この特許文献２では、吸気サージタンクが、吸気の脈動を防止すると共に、吸気を各気筒の燃焼室内に正確に分配する。また、この特許文献２では、ＥＧＲサージタンクがＥＧＲガスの脈動を防止すると共に、ＥＧＲガスを各気筒の燃焼室内に分配する。

特開平５‐３１２１１２号公報 （段落番号〔００１１〕〜〔００１３〕、図１、図４、図５） 特開２０００‐１４５５４８号公報 （段落番号〔００３３〕〜〔００３６〕、図１〜図３）

特許文献１に記載される構成では、エンジンの吸気ポートに接続するインテークマニホルドにＥＧＲガスを供給する。このため、各気筒に供給するＥＧＲガスの均等化を容易に実現できる。しかし、この構成ではエンジン排気時の圧力変動が脈動となってＥＧＲガスの圧力に影響するため、ＥＧＲガスの供給量が不均一になることがある。しかも、リード弁を吸気通路の内部に設けるので、このリード弁の取り付けが困難となりやすい。

また、特許文献２に記載される構成では、ＥＧＲサージタンクを備えているためエンジン排気時の脈動がＥＧＲガスに影響し難いという良好な面を有する。しかし、ＥＧＲサージタンクと吸気タンクとを有するため、吸気系が大型化しやすい。

特に、この特許文献２に記載されるように、吸気ポートに対して吸気サージタンクからの吸気と、ＥＧＲサージタンクからのＥＧＲガスとが直接的に供給されるものでは、吸気速度が低下しやすい。例えば、燃焼室に横渦流制御バルブを備えたエンジンのように、燃焼室内に横渦流を発生させるものでは、必要とする横渦流の強度が得られず燃焼効率が悪化する。

本発明の目的は、複数気筒エンジンの各吸気ポートにＥＧＲガスを均一に供給し得る排気ガス再循環装置を小型に構成する点にある。

本発明の特徴は、吸気が供給される吸気タンクを備え、この吸気タンクから多気筒エンジンの各吸気ポートに個別に吸気を供給するように吸気ポートに対応する数の独立した供給路を形成し、前記多気筒エンジンの排気ガスが供給されるＥＧＲタンクを、前記吸気タンクと一体形成し、このＥＧＲタンクの排気ガスを前記吸気タンクに導く連通孔を、各吸気ポートに近接する位置に形成している点にある。

この構成により、エンジン排気時の脈動をＥＧＲタンクで吸収できるためＥＧＲガスの圧力変動を極めて小さくできる。また、吸気タンクとＥＧＲタンクとを一体形成したことにより排気ガス再循環系の大型化を抑制できる。更に、エンジンの稼動時には複数の気筒のうち吸気を開始した吸気ポートに吸気タンク内の吸気が吸引される。これと同時に、その吸気ポートに最も近接する連通孔を介してＥＧＲタンク内のＥＧＲガスが、吸気の流れに伴う形態で吸気ポートに吸引される。これにより、複数気筒エンジンの各吸気ポートにＥＧＲガスを均一に供給し得る排気ガス再循環装置が小型に構成された。特に、この構成によると、ＥＧＲガスが、吸気の流れに伴う形態で気流を乱すことなく吸気ポートに吸引される。このため、例えば、燃焼室に横渦流制御バルブを備えたエンジンのように、燃焼室内に横渦流を発生させるものでも、必要とする横渦流の強度を維持して燃焼効率を高く維持できる効果を奏する。

本発明では、前記連通孔から前記吸気ポートに導かれる排気ガスを撹拌する壁体を、前記連通孔の近傍位置に形成しても良い。これによると、連通孔から吸気ポートにＥＧＲガスが流れる際には、壁体がＥＧＲガスを撹拌することにより、吸気とＥＧＲガスとの混合を促進する。

本発明では、前記吸気ポートから負圧が作用した際に前記連通孔から前記吸気ポートへの排気ガスの流れを許す逆止弁が前記連通孔に備えられたものでも良い。これによると、例えば、吸気タンクに対して過給器から空気が供給されるエンジンのように吸気タンクの圧力が上昇することがあっても、吸気タンク内の吸気がＥＧＲタンクに流入せず、ＥＧＲタンク内の排気ガス濃度を低下させることがない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態・エンジンの基本構成〕
本実施形態では、シリンダブロックに４つのシリンダボアが形成された４気筒型、４ストロークエンジンに排気ガス再循環装置ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculationの略 ）を適用したものを示す。

図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース（図示せず）夫々を上下に重ね合わせて連結すると共に、シリンダブロック２のシリンダボアに摺動自在に収容したピストン３と、クランクケース（図示せず）に回転自在に支持したクランク軸（図示せず）とをコネクティングロッド４で連結して車輌用のエンジンが構成されている。

シリンダヘッド１の１つの燃焼室Ａには２つの吸気バルブ５と、２つの排気バルブ６と、１つの点火プラグ７とを備えている。吸気バルブ５は、クランク軸と同期回転するカム軸８に備えたカム８ａによって開閉タイミングが制御される。排気バルブは、クランク軸と同期回転するカム軸９に備えたカム９ａによって開閉タイミングが制御される。

尚、本発明では、４気筒エンジンに限るものではなく５気筒以上のエンジンや４気筒未満のエンジン等複数気筒エンジンに適用できる。

シリンダヘッド１の一方の側面には、１つの燃焼室Ａに対応して２つの吸気ポート１１が形成され、他方の側面には２つの排気ポート１２が形成されている。また、シリンダヘッド１において吸気ポート１１から燃焼室に連通する吸引路に燃料噴射ノズル１３を備えている。

１つの燃焼室Ａに対応する２つの吸気ポート１１の一方の外端位置の断面形状が円形で、他方の外端位置の断面形状が矩形に形成されている。円形の吸気ポート１１には円形バルブを設け、開閉することで矩形の吸気ポート１１の吸気流の強さを調整することができる。このように異なる断面形状の吸気ポート１１を形成したことにより、夫々から吸引した吸気を燃焼室Ａにおいて渦流として流動させ、燃焼性能を高めている。

図１〜図４に示すように、このエンジンでは、吸気が供給される吸気タンク３１と、ＥＧＲガスが供給されるＥＧＲタンク３２とを一体形成した吸気ユニット３０が、前記吸気ポート側のシリンダヘッド１の側部位置に配置されている。

〔吸気・排気系〕
吸気ユニット３０は、本発明の排気ガス再循環装置ＥＧＲの構成の一部である。つまり、排気ガス再循環装置ＥＧＲは、排気ガスの一部を燃焼室Ａに導き、排出ガス中の窒素酸化物を低減し、燃費向上を実現する。尚、ＥＧＲガスとは排気ガスのうち燃焼室Ａに戻すものを指す。

このエンジンでは、エアクリーナ２２から吸引された外気を吸気管２１に送り、この吸気管２１の中間に配置されたスロットル弁２３で流量を制御し、吸気タンク３１に供給する吸気系を備えている。尚、スロットル弁２３は、制御装置（図示せず）からの制御信号によって作動するアクチュエータ２３ａによって開度が調節され、この開度を角度センサ２３ｂで計測して制御装置にフィードバックする。

また、このエンジンでは、前記排気ポート１２に接続したエグゾーストマニホルド４１から排気管４２に排気ガスを送り出し、この排気管４２の中間に介装した触媒型の排気ガス浄化装置４３から外部に送り出す排気系を備えている。そして、エグゾーストマニホルド４１を通過する排気ガスの一部を還元管４４に送り、この還元管４４の中間に備えたＥＧＲ弁４５によって流量を制御して前記ＥＧＲタンク３２に供給する再循環系を備えている。

尚、ＥＧＲ弁４５は、制御装置（図示せず）からの制御信号によって作動するアクチュエータ４５ａによって開度が調節され、この開度を角度センサ４５ｂで計測して制御装置にフィードバックする。

〔吸気ユニット〕
吸気ユニット３０は、燃焼室Ａが整列する方向でのシリンダヘッド１の寸法と略等しい長さを有するタンク状物を縦壁状の隔壁３３で仕切ることにより前記吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２とを独立した空間として形成している。

この吸気ユニット３０では、吸気タンク３１の内部空間の吸気を個別に吸気ポート１１に導く供給路として、吸気ポート１１の数と等しい数の独立した供給管３４を、吸気タンク３１の底壁３１ａと吸気ポート１１との間に備えている。

また、前記隔壁３３において夫々の供給管３４に対応する位置で各吸気ポート１１に最も近接する部位に連通孔Ｓが形成されている。更に、この連通孔Ｓから吸気ポート１１に導かれるＥＧＲガス（排気ガス）の流れに作用することでＥＧＲガスを撹拌する壁体３５が連通孔Ｓの近傍位置に配置されている。

この連通孔Ｓは前記隔壁３３のプレス加工によって形成される。このプレス加工時に連通孔Ｓの部位に存在した部材を吸気タンク側に折り曲げ、この折り曲げた部位を縦壁状となるように更に折り曲げることにより前記壁体３５が形成されている。

前記隔壁３３において連通孔Ｓの下側位置で、ＥＧＲタンク３２の底壁３２ａと同レベルに連通孔Ｓより小さい孔となる排出孔Ｔが形成されている。この排出孔Ｔもプレス加工によって形成される。そして、排気ガスに含まれる粒子状物質の堆積物がＥＧＲタンク３２の底壁３２ａに存在する場合でも、この粒子状物質の堆積物を底壁３２ａに沿って送り出し、吸気タンク３１から燃焼室Ａに供給して燃焼させることを可能にしている。

〔排気ガス再循環装置〕
排気ガス再循環装置ＥＧＲは、排気管４２に送られる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、このＥＧＲガスを還元管４４、ＥＧＲ弁４５、ＥＧＲタンク３２夫々を介して吸気と共に燃焼室Ａに供給する循環系を備えている。

エンジンの稼働時には、吸気管２１からの吸気が吸気タンク３１に送られる。この吸気量はスロットル弁２３の開度によって決まる。また、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして還元管４４からＥＧＲタンク３２に送られる。この還元量はＥＧＲ弁４５の開度によって決まる。特に、還元管４４からＥＧＲタンク３２に送られるＥＧＲガスの圧力は脈動するものであるが、ＥＧＲタンク３２が脈動を吸収し、どのような吸気タイミングにおいても、決まった量のＥＧＲガスを吸気タンク３１に送り出すことができる。

この排気ガス再循環装置ＥＧＲでは、ピストン３の吸気作動に伴い、その吸気ポート１１に接続する供給管３４から吸気タンク３１の内部空間に負圧が作用する。

この負圧の作用により吸気タンク３１の吸気が供給管３４から吸気ポート１１に引き込まれる。これと同時に、負圧の作用により吸気ポート１１に最も近い位置の連通孔Ｓと排出孔Ｔとを介してＥＧＲタンク３２のＥＧＲガスが吸気タンク３１に引き込まれ、吸気の流れと共に供給管３４から吸気ポート１１に引き込まれる。

また、連通孔Ｓを介して吸気タンク３１にＥＧＲガスが流動する際には、ＥＧＲガスが壁体３５に作用して撹拌することにより、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進される。

特に、排出孔Ｔを介して吸気タンク３１にＥＧＲガスが流動する際には、排気ガスに含まれる粒子状物質の堆積物がＥＧＲタンク３２の底壁３２ａに存在していても、この粒子状物質の堆積物は排出孔Ｔから吸気タンク３１に流れ、供給管３４を介して吸気ポート１１に送り込まれる。

〔第１実施形態の効果〕
このように第１実施形態では、吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２とを一体化した吸気ユニット３０を備えている。このため、例えば、吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２とを別個に備えたものと比較すると、配置スペースを小さくできるばかりでなくエンジンの組立てる際の手間を低減できる。そして、ＥＧＲタンク３２は排気ガスの圧力が脈動する現象を抑制し、ＥＧＲタンク３２内の圧力の均一化を図る。

また、吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２との中間位置の隔壁３３に対して、吸気ポート１１と近接する位置に連通孔Ｓを形成した。これにより、吸気ポート１１で吸気が行われる際には、最も近い位置の連通孔ＳからＥＧＲタンク３２内のＥＧＲガスを吸引することができ、各吸気ポート１１に対して等しい量のＥＧＲガスを送り込める。

更に、連通孔Ｓの近傍に壁体３５を備えることで、ＥＧＲガスと吸気とを良好に混合できる。また、壁体３５に排出孔Ｔを形成したものではＥＧＲガスに含まれる粒子状物質の堆積物も燃焼室Ａに送り込んで燃焼させることができる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態では、図５に示すように、エンジン構造が第１実施形態と共通するものの、ターボチャージャ１５を備えた点と、第１実施形態と異なる構造の吸気ユニットを備えた点とにおいて相違する。尚、この第２実施形態では第１実施形態と共通するものには共通する番号・符号を付している。

〔吸気・排気系〕
本実施形態による排気ガス再循環装置ＥＧＲは、排気ポート１２からの排気ガスを、エグゾーストマニホルド４１、排気管４２、ターボチャージャ１５（過給器の一例）の排気タービン１５ａ、触媒型の排気ガス浄化装置４３を順次通り、外部に送り出す排気系を備えている。そして、エグゾーストマニホルド４１を通過する排気ガスの一部を還元管４４に送り、この還元管４４の中間に備えたＥＧＲ弁４５によって流量を制御して吸気ユニット３０のＥＧＲタンク３２に供給する再循環系を備えている。

エアクリーナ２２から吸引された外気を、吸気管２１、スロットル弁２３、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂを順次通り、吸気ユニット３０の吸気タンク３１に供給する吸気系を備えている。

〔吸気ユニット〕
図５〜図７に示すように、吸気ユニット３０は、燃焼室Ａが整列する方向でのシリンダヘッド１の寸法と略等しい長さを有するタンク状物を縦壁状の隔壁３３で仕切ることにより、吸気タンク３１とＥＧＲタンク３２とが独立した空間として形成された構造を有している。

この吸気ユニット３０では、吸気タンク３１の内部空間と吸気ポート１１とを連通する供給管３４を、吸気タンク３１の底壁３１ａに備えている。また、前記隔壁３３において夫々の供給管３４に対応する位置で各吸気ポート１１に最も近接する部位に連通孔Ｓを形成し、この連通孔Ｓの部位に逆止弁Ｖを備えている。

連通孔Ｓは、隔壁３３の下端を切欠く形状体に形成される。逆止弁Ｖは、上端部がヒンジ等の構造を用い横向き姿勢の軸芯Ｘ周りで隔壁３３に対して揺動自在に支持され、自重によって垂れ下がり、その下端がＥＧＲタンク３２の底壁３２ａの一部に接触して閉じ姿勢となる。尚、逆止弁Ｖは閉じ方向にバネで付勢されるものでも良い。

逆止弁Ｖは、吸気ポート１１から負圧が作用した際に連通孔Ｓから吸気ポートに導かれるＥＧＲガスの流れを許すように開放方向に揺動する。また、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｂから吸気タンク３１に圧力が作用する状態では閉じ姿勢を維持し、吸気タンクの吸気がＥＧＲタンク３２に流入する不都合を阻止する。

連通孔Ｓが隔壁３３の下端側に形成されているので、排気ガスに含まれる粒子状物質の堆積物がＥＧＲタンク３２の底壁３２ａに存在する場合でも、この粒子状物質の堆積物を底壁３２ａに沿って送り出し、吸気タンク３１から燃焼室Ａに供給して燃焼させる。

〔排気ガス再循環装置〕
この第２実施形態の排気ガス再循環装置ＥＧＲも第１実施形態と同様に、エグゾーストマニホルド４１を通過する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、このＥＧＲガスを、還元管４４、ＥＧＲ弁４５、ＥＧＲタンク３２夫々を介して吸気とともに燃焼室Ａに供給する循環系を備えている。

この排気ガス再循環装置における吸気作動は第１実施形態と基本的に共通するものであるが、吸気ポート１１からの負圧が吸気タンク３１に作用した場合にのみ、逆止弁Ｖが開放作動し、ＥＧＲタンク３２のＥＧＲガスが連通孔Ｓから吸気とともに供給管３４、吸気ポート１１に引き込まれる点において、第１実施形態と異なる。

〔第２実施形態の効果〕
この第２実施形態では、基本的に第１実施形態と共通する効果を奏するものであるが、第１実施形態と共通する効果に加えて、連通孔Ｓに逆止弁Ｖを備えた効果を奏する。つまり、過給器を備えたことにより、吸気タンク３１の圧力が上昇することがあっても吸気がＥＧＲタンク３２に流入する不都合を抑制する。これにより、吸気がＥＧＲタンク３２に侵入してＥＧＲガスの濃度が低下する現象を回避して効率的な排気ガス再循環を実現する。

第１実施形態のエンジンの構成を示す図 第１実施形態のエンジンの吸気系と排気系とを模式的に示す図 第１実施形態の吸気ユニットを示す断面図 第１実施形態の吸気ユニットの構造を示す斜視図 第２実施形態のエンジンの構成を示す図 第２実施形態の吸気ユニットを示す断面図 第２実施形態の吸気ユニットの構造を示す斜視図

符号の説明

１１ 吸気ポート
３１ 吸気タンク
３２ ＥＧＲタンク
３４ 供給路（供給管）
３５ 壁体
Ｓ 連通孔
Ｖ 逆止弁

Claims (3)

1. 吸気が供給される吸気タンクを備え、この吸気タンクから多気筒エンジンの各吸気ポートに個別に吸気を供給するように吸気ポートに対応する数の独立した供給路を形成し、
   前記多気筒エンジンの排気ガスが供給されるＥＧＲタンクを、前記吸気タンクと一体形成し、このＥＧＲタンクの排気ガスを前記吸気タンクに導く連通孔を、各吸気ポートに近接する位置に形成している排気ガス再循環装置。
2. 前記連通孔から前記吸気ポートに導かれる排気ガスを撹拌する壁体が、前記連通孔の近傍位置に形成されている請求項１記載の排気ガス再循環装置。
3. 前記吸気ポートから負圧が作用した際に前記連通孔から前記吸気ポートへの排気ガスの流れを許す逆止弁が前記連通孔に備えられている請求項１記載の排気ガス再循環装置。

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