JP2010084682A

JP2010084682A - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: JP2010084682A
Application number: JP2008256116A
Authority: JP
Inventors: Nobuji Tsukiyama; 宜司築山; Masakazu Tabata; 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15

Abstract

【課題】別々の排気通路が接続される２つの気筒群を有する内燃機関において、一方の排気通路から他方の排気通路への排気の逆流を抑制し、共通のＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を還流することが可能な内燃機関の排気還流装置を提供する。
【解決手段】第１気筒群の排気と第２気筒群の排気とが別々に導かれるように第１排気通路６及び第２排気通路７が接続されたタービン５ｂを有するツインエントリ式のターボ過給機５を備えた内燃機関１に適用される排気還流装置１０において、第１排気通路６に接続された第１ＥＧＲ通路１２と、第２排気通路７に接続された第２ＥＧＲ通路１３と、第１ＥＧＲ通路１２と第２ＥＧＲ通路１３とが合流部１５にて接続するとともに吸気通路３と接続する共通ＥＧＲ通路１４とを備え、合流部１５には第１拡張室１９及び第２拡張室２０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの気筒群から別々に排気が流入するタービンを有するターボ過給機を備えた内燃機関に適用される内燃機関の排気還流装置に関する。

排気行程がオーバーラップしない気筒群毎に排気マニホールドが分割されるとともに吸気行程がオーバーラップしない気筒群毎に吸気マニホールドが分割された内燃機関が知られている。このような内燃機関において同一の気筒群同士の排気マニホールドと吸気マニホールドとの間がＥＧＲ通路で接続され、排気マニホールド間を排気パルスが逆流するのを防止すべく各排気マニホールドからそれぞれ別々に排気がタービンに導入されるツインエントリ式のターボ過給機を備えた多気筒内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００７−２１８１６７号公報特開２００３−２３９７７７号公報

特許文献１の内燃機関では、ツインエントリ式のターボ過給機を介すことにより各気筒群の排気を共通の排気管に導いている。一方、ＥＧＲ通路は気筒群毎に設けられている。このようにＥＧＲ通路を気筒群毎に設けることによりＥＧＲ通路を介した排気マニホールド間における排気の逆流は防止できるが、ＥＧＲ通路を気筒群と同数設ける必要があるため、装置が大型化したりコストが増加したりするおそれがある。気筒群毎に設けられた排気通路からそれぞれ排気を取り出して共通のＥＧＲ通路で吸気通路に還流する場合は、各気筒群の排気を合流させる部分を介して一方の排気通路から他方の排気通路に排気が逆流するおそれがある。

そこで、本発明は、別々の排気通路が接続される２つの気筒群を有する内燃機関において、一方の排気通路から他方の排気通路への排気の逆流を抑制し、共通のＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気を還流することが可能な内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の排気還流装置は、第１気筒群と第２気筒群とに分けられる複数の気筒と、前記第１気筒群に接続された第１排気通路と、前記第２気筒群に接続された第２排気通路と、前記第１気筒群の排気と前記第２気筒群の排気とが別々に導かれるように前記第１排気通路及び前記第２排気通路が接続されたタービンを有するターボ過給機と、を備えた内燃機関に適用され、前記第１排気通路に接続された第１ＥＧＲ通路と、前記第２排気通路に接続された第２ＥＧＲ通路と、前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路とが合流部にて接続するとともに前記内燃機関の吸気通路と接続する共通ＥＧＲ通路と、前記合流部において前記第１ＥＧＲ通路の流路断面積が拡がるように前記合流部に設けられた第１拡張室と、前記合流部において前記第２ＥＧＲ通路の流路断面積が拡がるように前記合流部に設けられた第２拡張室と、を備えている（請求項１）。

本発明の排気還流装置によれば、合流部に第１拡張室及び第２拡張室を設けたので、第１ＥＧＲ通路又は第２ＥＧＲ通路を介して共通ＥＧＲ通路に流入した排気の流速を合流部で低下させることができる。これにより排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換することができるので、一方の排気通路から他方の排気通路に排気が逆流して一方の気筒群の排気が他方の気筒群の排気に干渉する排気干渉を抑制できる。そのため、各排気通路の排気を共通の共通ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流することができる。

本発明の排気還流装置の一形態において、前記合流部には、前記合流部内を前記第１ＥＧＲ通路が接続される第１流入室と前記第２ＥＧＲ通路が接続される第２流入室とに区分するように配置され、かつ前記第１流入室と前記第２流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第１仕切り部材と、前記第１拡張室と前記第１流入室との間に配置され、かつ前記第１拡張室と前記第１流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第２仕切り部材と、前記第２拡張室と前記第２流入室との間に配置され、かつ前記第２拡張室と前記第２流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第３仕切り部材と、が設けられていてもよい（請求項２）。この場合、合流部に流入した排気は各仕切り部材に設けられている複数の貫通孔を介して各拡張室などに移動するため、排気の速度エネルギをこれら仕切り部材でも減衰させることができる。そのため、排気の速度エネルギを圧力エネルギに迅速に変換することができる。従って排気干渉をさらに抑制することができる。

本発明の排気還流装置の一形態において、前記共通ＥＧＲ通路には、前記合流部よりも下流に排気を浄化する排気浄化触媒が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、合流部で混合された排気を排気浄化触媒に導入することができる。そのため、例えば内燃機関の運転状態によって排気の空燃比が一時的に急変しても排気浄化触媒に導入される排気の空燃比の変動を抑えることができる。これにより排気浄化触媒の浄化性能の低下を抑制することができる。

以上に説明したように、本発明の排気還流装置によれば、合流部に第１拡張室及び第２拡張室を設けたので、この合流部で排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換することができる。そのため、一方の排気通路から他方の排気通路への排気の逆流を抑制し、各排気通路の排気を共通の共通ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流することができる。

図１は、本発明の一形態に係る排気還流装置が組み込まれた内燃機関を示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に駆動用動力源として搭載される４サイクルエンジンであり、４つの気筒２と、各気筒２にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４を備えている。なお、吸気通路３は、その一部の図示を省略した。各気筒２には、それらの並び方向の一端から他端側に向かって＃１〜＃４の気筒番号を付して区別する。一般に直列４気筒の４サイクルエンジンでは、外側の一対の気筒（＃１、＃４）２の爆発間隔が３６０°ＣＡ（クランク角を意味する。）ずらされ、内側の一対の気筒（＃２、＃３）２の爆発時期が＃１の気筒２の爆発時期を基準として１８０°ＣＡ、５４０°ＣＡずらされることにより１８０°ＣＡ毎の等間隔爆発が実現されている。なお、＃２の気筒２と＃３の気筒２の爆発時期の前後は適宜に定めてよい。そこで、エンジン１では、爆発間隔が３６０°ＣＡずれる一対の気筒２をまとめて一つの気筒群とする。以降、４つの気筒２のうち外側の一対の気筒（＃１、＃４）２をまとめて第１気筒群、内側の一対の気筒（＃２、＃３）２をまとめて第２気筒群と呼ぶ。これにより４つの気筒２は、排気行程がオーバーラップしない気筒群毎に分けられる。

吸気通路３には、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａが設けられている。排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂが設けられている。排気通路４は、第１気筒群の各気筒２に接続された第１排気通路６と、第２気筒群の各気筒２に接続された第２排気通路７とを備えている。タービン５ｂには、第１排気通路６及び第２排気通路７がそれぞれ接続され、各気筒群の排気が別々に導入される。すなわち、ターボ過給機５はツインエントリ式のターボ過給機である。

エンジン１は、排気通路４から吸気通路３に排気の一部をＥＧＲガスとして導入する排気還流装置１０を備えている。排気還流装置１０は、排気通路４と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路１１を備えている。ＥＧＲ通路１１は、第１ＥＧＲ通路１２と、第２ＥＧＲ通路１３と、共通ＥＧＲ通路１４とを備えている。第１ＥＧＲ通路１２は、第１排気通路６に接続されている。第２ＥＧＲ通路１３は、第２排気通路７に接続されている。第１ＥＧＲ通路１２及び第２ＥＧＲ通路１３は、合流部１５にて共通ＥＧＲ通路１４に接続されている。共通ＥＧＲ通路１４には、ＥＧＲガスを浄化するための排気浄化触媒１６、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１７、及びＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１８が設けられている。図１に示したようにこれら排気浄化触媒１６、ＥＧＲクーラ１７、及びＥＧＲ弁１８は、合流部１５より下流側に設けられている。

合流部１５には、第１拡張室１９及び第２拡張室２０が設けられている。図１に示したように第１拡張室１９は、合流部１５において第１ＥＧＲ通路１２の流路断面積を拡大する。一方、第２拡張室２０は、合流部１５において第２ＥＧＲ通路１３の流路断面積を拡大する。また、合流部１５には、第１仕切り部材としての第１仕切り板２１、第２仕切り部材としての第２仕切り板２２、及び第３仕切り部材としての第３仕切り板２３が設けられている。図２は、第１仕切り板２１を拡大して示している。図２に示したように第１仕切り板２１は、複数の貫通孔２１ａを有している。なお、第２仕切り板２２及び第３仕切り板２３も同様の構造をしており、それぞれ複数の貫通孔２２ａ、２３ａを有している。これら仕切り板２１、２２、２３としては、例えば金属板に複数の穴が開口している、いわゆるパンチングメタルが用いられる。

図１に示したように第１仕切り板２１は、合流部１５内が第１流入室１５ａと第２流入室１５ｂとに区分されるように配置される。第１流入室１５ａには第１ＥＧＲ通路１２が接続され、第２流入室１５ｂには第２ＥＧＲ通路１３が接続されている。そのため、第１流入室１５ａには、第１気筒群の各気筒２からの排気が流入し、第２流入室１５ｂには第２気筒群の各気筒２からの排気が流入する。上述したように第１仕切り板２１には複数の貫通孔２１ａが設けられているので、第１流入室１５ａと第２流入室１５ｂとは連通している。第２仕切り板２２は、第１流入室１５ａと第１拡張室１９との間に配置されている。第１流入室１５ａと第１拡張室１９は、第２仕切り板２２の複数の貫通孔２２ａを介して連通している。第３仕切り板２３は、第２流入室１５ｂと第２拡張室２０との間に配置されている。第２流入室１５ｂと第２拡張室２０は、第３仕切り板２３の複数の貫通孔２３ａを介して連通している。

本発明の排気還流装置によれば、第１ＥＧＲ通路１２又は第２ＥＧＲ通路１３を介して合流部１５に流入した排気の流速を合流部１５で低下させることができるので、排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換することができる。また、第１流入室１５ａと第２流入室１５ｂとの間、第１流入室１５ａと第１拡張室１９との間、及び第２流入室１５ｂと第２拡張室２０との間にそれぞれ仕切り板２１、２２、２３を設けたので、合流部１５内に流入した排気はこれら仕切り板２１、２２、２３の各貫通孔２１ａ、２２ａ、２３ａを介して移動する。そのため、排気の速度エネルギをこれら仕切り板２１、２２、２３で減衰させ、排気の速度エネルギを迅速に圧力エネルギに変換することができる。このように合流部１５において排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換することにより、第１排気通路６及び第２排気通路７の一方から他方にＥＧＲ通路１１を介して排気が逆流することを抑制できる。これにより一方の気筒群の排気が他方の気筒群の排気に干渉する排気干渉を抑制することができる。そのため、各気筒群の各気筒２から排出された排気を共通のＥＧＲ通路１１を介して吸気通路３に還流することができる。また、合流部１５内で排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換できるので、ＥＧＲ通路１１を長くする必要がない。そのため、装置を小型化することができる。

排気浄化触媒１６は合流部１５より下流に設けられているので、排気浄化触媒１６には合流部１５で混合されたＥＧＲガスが流入する。そのため、例えばエンジン１の運転状態により排気の空燃比が一時的に急変しても排気浄化触媒１６に導入される排気の空燃比の変動を抑えることができる。従って、排気浄化触媒１６の浄化性能の低下を抑制できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関は４気筒の内燃機関に限定されない。２つの気筒群に分けられる複数の気筒を有し、ターボ過給機のタービンに気筒群毎に排気が導入される種々の内燃機関に適用してもよい。

合流部に設ける仕切り板の個数は、３つに限定されない。４つ以上の仕切り板を合流部に設けてもよい。合流部に設ける拡張室は２つに限定されず、３つ以上の拡張室を設けてもよい。なお、各拡張室の容積を十分大きくできるのであれば、これら拡張室で流入した排気の速度エネルギを圧力エネルギに変換できるので、合流部に仕切り板を設けなくてもよい。

本発明の一形態に係る排気還流装置が組み込まれた内燃機関を示す図。第１仕切り板を拡大して示す図。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５ターボ過給機
５ｂタービン
６第１排気通路
７第２排気通路
１０排気還流装置
１２第１ＥＧＲ通路
１３第２ＥＧＲ通路
１４共通ＥＧＲ通路
１５合流部
１５ａ第１流入室
１５ｂ第２流入室
１６排気浄化触媒
１９第１拡張室
２０第２拡張室
２１第１仕切り板（第１仕切り部材）
２１ａ貫通孔
２２第２仕切り板（第２仕切り部材）
２２ａ貫通孔
２３第３仕切り板（第３仕切り部材）
２３ａ貫通孔

Claims

第１気筒群と第２気筒群とに分けられる複数の気筒と、前記第１気筒群に接続された第１排気通路と、前記第２気筒群に接続された第２排気通路と、前記第１気筒群の排気と前記第２気筒群の排気とが別々に導かれるように前記第１排気通路及び前記第２排気通路が接続されたタービンを有するターボ過給機と、を備えた内燃機関に適用され、
前記第１排気通路に接続された第１ＥＧＲ通路と、前記第２排気通路に接続された第２ＥＧＲ通路と、前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路とが合流部にて接続するとともに前記内燃機関の吸気通路と接続する共通ＥＧＲ通路と、前記合流部において前記第１ＥＧＲ通路の流路断面積が拡がるように前記合流部に設けられた第１拡張室と、前記合流部において前記第２ＥＧＲ通路の流路断面積が拡がるように前記合流部に設けられた第２拡張室と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
前記合流部には、前記合流部内を前記第１ＥＧＲ通路が接続される第１流入室と前記第２ＥＧＲ通路が接続される第２流入室とに区分するように配置され、かつ前記第１流入室と前記第２流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第１仕切り部材と、前記第１拡張室と前記第１流入室との間に配置され、かつ前記第１拡張室と前記第１流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第２仕切り部材と、前記第２拡張室と前記第２流入室との間に配置され、かつ前記第２拡張室と前記第２流入室とを連通させる複数の貫通孔を有する第３仕切り部材と、が設けられている請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
前記共通ＥＧＲ通路には、前記合流部よりも下流に排気を浄化する排気浄化触媒が設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。