JP2011169214A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の低い吸入空気の気流の下側に温度の高いＥＧＲガスを潜り混ませることにより、吸気ポート内で新気とＥＧＲガスとの混合・攪拌を円滑に行い、ＥＧＲガスを限界まで増大できる内燃機関の吸気装置の提供。
【解決手段】ＥＧＲガスの吹出口を吸気ポートの上側壁面に開口させるとともに上流側に所定の傾斜角で傾斜させて、かつ吸気ポートの下側壁面に気流制御弁を取り付け、ＥＧＲガスの吹出口は気流制御弁の上面の上流に開口するとともに、吹出口の傾斜と気流制御弁の上面の角度とをほぼ一致させた。
【選択図】図２

Description

この発明は、吸気ポートに排気の再循環（ＥＧＲ）を行う内燃機関の吸気装置に関するものであり、とくにＥＧＲガスと吸入空気（新気）との混合の改善にかかわる。

特許文献１に記載の発明では、インテークマニホールドにＥＧＲガスを供給する際に、吸入空気とＥＧＲガスとを均一に混合させるため、予混合室を設けた技術が提案されている。また、特許文献２に記載の発明では、インテークマニホールド内に隔壁板により区画したコレクタ部を形成し、この隔壁板に各気筒に対するＥＧＲガス分配孔を設け、コレクタ部で吸入空気とＥＧＲガスとを混合してＥＧＲガス分配孔から各気筒に供給する吸気装置が開示されている。

特開平１０−１９６４６６号公報 実開平３−７３６４９号公報

従来の内燃機関の吸気装置は、各気筒に均等にＥＧＲガスを供給するため、いずれも予混合室、隔壁板などを設けている。このため、インテークマニホールドの構造が複雑となったり、大型となり装着性が低下するなどの問題がある。また、図８に示す如く、内燃機関の吸気ポート２に直接にＥＧＲガスを噴射する吸気装置では、吸気ポート２の下側壁面２３にＥＧＲガスの吹出口４１を設けている。

このため、吸気流速の小さい吸気行程の初期においては、図８（ａ）に示す如く、主に吸気ポート２の中心部または下側にＥＧＲガスが流れ、新気と十分に混合されないまま燃焼室１に吸引され易い。また、吸気流速の大きい吸気行程の中期においては、図８（ｂ）に示す如く、吸気ポート２の下側壁面２３に沿ってＥＧＲガスが流れ、そのままシリンダＣに吸引され易い。このため図８（ｃ）に示す如く、点火直前の燃焼室１内では、大点で示すＥＧＲガスと小点で示す新気とが十分に混合されておらず、濃淡の分布を形成しがちである。この結果、着火限界までＥＧＲを増大させると着火、燃焼が円滑に行われず、正常な運転ができ難い問題がある。

この発明の目的は、温度の低い吸入空気の気流の下側に温度の高いＥＧＲガスを逆方向から潜り混ませることにより、吸気ポート内で新気とＥＧＲガスとの混合・攪拌を円滑に行うことにある。これにより、ＥＧＲを限界まで増大できると同時に、吸気装置の構造の複雑化およびサイズアップを防止できる内燃機関を提供できる。

請求項１に記載の発明では、吸気ポートにＥＧＲガスを噴出するＥＧＲ流路を備えた内燃機関の吸気装置において、ＥＧＲガスの吹出口を吸気ポートの上側壁面あるいは下側壁面に開口させるとともに吹出口を上流側に所定の傾斜角で傾斜させる。

請求項２に記載の発明では、吸気ポートにＥＧＲガスを噴出するＥＧＲ流路を備えた内燃機関の吸気装置において、ＥＧＲガスの吹出口を吸気ポートの上側壁面あるいは下側壁面に開口させるとともに吹出口を上流側に所定の傾斜角で傾斜させる。同時にＥＧＲガスの吹出口と対向した吸気ポートの壁面にＥＧＲガスの吹出口と並行的に気流制御弁を取り付け、ＥＧＲガスの吹出口は気流制御弁の上面の上流に開口させる。すなわち、吹出口の傾斜と気流制御弁の上面の角度とをほぼ一致させる。ここで気流制御弁の上面とは、吸気流の上流側の面とする。

［請求項１の発明の効果］
請求項１に記載の発明では、高温度のＥＧＲガスが、吸気流の流れ方向に対向して噴出される。このため、高温度のＥＧＲガスは、吸気ポート内の低温度の新気の下に潜り込み、比重差により円滑に混合・攪拌する。また、気筒の吸入行程においては、発生する吸気流と対向してＥＧＲガスが噴出される。このためＥＧＲガスは吸気と正面衝突して混合する。

［請求項２の発明の効果］
請求項２に記載の発明の効果では、ＥＧＲガスの吹出口が吸気ポート上面に、気流制御弁の支軸が吸気ポート下面にある場合を説明する。ＥＧＲガスの吹出口と気流制御弁の支軸との位置関係が上下逆となってもなんら効果に変わりはない。
請求項２に記載の発明では、高温度のＥＧＲガスが、気流制御弁の上面に沿い、つづいて吸気ポートの下側壁面に沿って上流側に流れる。このため、高温度のＥＧＲは、吸気ポート内の低温度の新気の下に潜り込み、比重差により円滑に混合・攪拌する。また、気筒の吸気行程においては、ＥＧＲガスは気流制御弁の上端を通過する吸気と正面衝突して混合する。

請求項３に記載の発明では、ＥＧＲガスの吹出口より上流側、気流制御弁が設置される場合は、気流制御弁の上流側の吸気ポートの下側壁面または上側壁面に、ＥＧＲガスまたは新気を、上方または下方に偏向させるための膨出部を設けた。これにより、ＥＧＲガスと新気とは渦状に混合するため、狭い空間で混合効率を著しく向上でき、ＥＧＲを限界まで増大できる。

請求項４に記載の発明では、気流制御弁の上流側の吸気ポートの下側壁面に吸気ポートの軸方向に略楔断面のフィンを設け、該下側壁面に沿って流れるＥＧＲガスをフィンで二分して左右両側に旋回させる。この構成では、吹出口から噴出したＥＧＲガスは気流制御弁の上流側に沿って流れ、吸気ポートの下側壁面では略楔断面のフィンで左右に二分され、吸気ポートの左右の側壁に沿って逆方向の渦となり、吸入された新気と攪拌される。これにより、狭い空間でＥＧＲガスと新気との混合効率を著しく向上でき、ＥＧＲを限界まで増大できる。

このため、予混合室、隔壁板などを付設することなく、吸入空気とＥＧＲガスとを確実に混合・攪拌させることができる。また、吸入空気とＥＧＲガスとの攪拌により、ＥＧＲガスの冷却効果が増大できる。なお、ＥＧＲガスを導入しない状態では、渦流の発生は少なく、吸入圧損も低減する。この結果、予混合室、隔壁板、リブなどを付設することがないため、構造の複雑化、およびサイズの増大も生じない。

この発明の内燃機関の吸気装置の断面図である（実施例１）。 実施例１の作用の説明図である。 この発明の内燃機関の吸気装置の断面図である（実施例２）。 実施例２の作用の説明図である。 この発明の内燃機関の吸気装置の断面図である（実施例３）。 この発明の内燃機関の吸気装置の断面図およびＡ−Ａ断面図である（実施例４）。 この発明の内燃機関の吸気装置の断面図である（実施例５）。 比較例の内燃機関の吸気装置の作用の説明図である。

発明を実施するための形態を、図に示す実施例とともに説明する。

図１は、この発明の実施例１にかかる内燃機関の吸気装置の概略断面を示し、Ｃはシリンダボディ、ＣＨはシリンダヘッドである。シリンダヘッドＣＨには、吸気口２１を介して燃焼室１に連通する吸気ポート２、および排気口３１を介して燃焼室１に連通する排気ポート３が設けられている。吸気口２１および排気口３１には、それぞれ吸気バルブ２２および排気バルブ３２が設置され、内燃機関の吸入行程、圧縮行程、着火、燃焼行程、排気行程などの運転に応じた所定のタイミングで開閉される。

４は内燃機関の排気路からＥＧＲガスを吸気ポート２に供給するためのＥＧＲ通路を示す。ＥＧＲガスを吸気ポート２に供給するためのＥＧＲ通路４の吹出口４１は吸気ポート２の上側壁面２４に設けられている。ＥＧＲ通路４にはＥＧＲバルブ４２が介装されておりエンジンの運転条件に応じて開閉される。吹出口４１の中心線ｌは、吸気ポート２の中心線Ｌに対し、傾斜角θ＝４５度±１５度で上流側（斜め下方）に傾斜している。なお、吹出口４１の中心線Ｌに対する傾斜角θは、吸気ポート２の形状、内燃機関の用途、種類などに応じて適宜に設定される設計事項である。

図２（ａ）〜（ｄ）とともに作用を説明する。シリンダＣの吸気行程以外の期間においては、吸気流はなく、図２（ａ）に示す如く、吹出口４１から高温度（１００℃程度）のＥＧＲガス（大点で図示）が吹き出し、吸気ポート２の下側壁面２３側に衝突し吸気ポート２内を遡上する。

シリンダＣの吸気行程の初期においては、図２（ｂ）に示す如く、燃焼室１の吸気口２１は開き、ＥＧＲバルブ４２も開いている。シリンダＣに吸引される低温度（常温）の新気（小点で図示）の流速は比較的に小さい。この状態では、吹出口４１から高温度（１００℃程度）のＥＧＲガス（大点で図示）が吹き出し、吸気ポート２の下側壁面２３側を遡上する。遡上するＥＧＲガスは、シリンダＣに吸引される新気Ｆの下側に潜り込む。このとき、温度差による比重差で、ＥＧＲガスは新気Ｆと円滑に混合する。混合した吸入空気は、シリンダＣに吸引される。

シリンダＣの吸気行程の中後期においては、シリンダＣに吸引される低温度（常温）の新気Ｆの流速は比較的に大きい。このため、図２（ｃ）に示す如く、吹出口４１から吹き出したＥＧＲガスと新気Ｆとは、衝突し、混合が迅速になされる。上記と同様に混合した吸入空気は、シリンダＣに吸引される。

図２（ｄ）は、圧縮行程におけるシリンダＣ内の気筒内着火直前の状態を示し、ＥＧＲガスと新気Ｆとが、均一に混合している。このため、着火、燃焼が円滑となり、ＥＧＲの限界を大きくでき、排気浄化およびエンジンの円滑な運転が確保できる。

図３は、この発明の実施例２にかかる内燃機関の吸気装置の概略断面を示し、気流制御弁５を設けている。気流制御弁５は、吸気ポート２の下側壁面２３に支軸５１を有し、支軸５１部分が厚く先端５２が尖った翼状の断面形状を呈する。この気流制御弁５は、吸気ポート２の中心線Ｌに対し、先端５２が後方に傾斜して配され、エンジン制御装置（ＥＣＵ）により制御されるアクチュエータ１１で傾斜角が調節される。ＥＧＲが実行中は、気流制御弁５の上面５３は吹出口４１の中心線ｌとほぼ平行し、上面５３の延長線は吹出口４１の下流側に設定されている。なお、気流制御弁５の傾斜角は、エンジンの運転条件に応じて適宜に設定され、ＥＧＲが不要の運転条件では、図示二点鎖線の位置に設定され吸気抵抗の低減が図られる。

図４（ａ）〜（ｃ）とともに作用を説明する。シリンダＣの吸気行程の初期において、図４（ａ）に示す如く、燃焼室１の吸気口２１は開き、ＥＧＲバルブ４２も開いている。シリンダＣに吸引される低温度（常温）の新気（小点で図示）の流速は比較的に小さい。この状態では、吹出口４１から高温度（１００℃程度）のＥＧＲガス（大点で図示）が吹き出し、気流制御弁５の上面５３に沿って流れ、吸気ポート２の下側壁面２３側を遡上する。

遡上するＥＧＲガスは、シリンダＣに吸引される新気Ｆの下側に潜り込む。このとき、温度差による比重差で、ＥＧＲガスは新気Ｆと円滑に混合する。混合した吸入空気は、気流制御弁５の先端５２と吸気ポート２の上側壁面２４の隙間からシリンダＣに吸引される。この際に気流制御弁５の後流に渦が生じ、さらに混合が促進される。

シリンダＣの吸気行程の中後期においては、シリンダＣに吸引される低温度（常温）の新気Ｆの流速は比較的に大きい。このため、図４（ｂ）に示す如く、吹出口４１から吹き出したＥＧＲガスと新気Ｆとは、気流制御弁５の先端５２の上流側で衝突し、混合が迅速になされる。上記と同様に混合した吸入空気は、気流制御弁５の先端５２と吸気ポート２の上側壁面２４の隙間からシリンダＣに吸引される。この際に気流制御弁５の後流に渦が生じさらに混合が促進される。

図４（ｃ）は、圧縮行程におけるシリンダＣ内の気筒内着火直前の状態を示し、ＥＧＲガスと新気Ｆとが、均一に混合している。このため、着火、燃焼が円滑となり、ＥＧＲの限界を大きくでき、排気浄化およびエンジンの円滑な運転が確保できる。

図５は、この発明の内燃機関の吸気装置の実施例３を示す。この実施例では、気流制御弁５の上流側の吸気ポート２の下側壁面２３に気流偏向用の膨出部６を設けている。この膨出部６は、ＥＧＲガスを上方に変更させるための傾斜面を形成する。吹出口４１から吹き出し、気流制御弁５の上面５３に沿って流れ、吸気ポート２の下側壁面２３側を遡上するＥＧＲガスは、膨出部６の傾斜面６１に沿って上方に偏向する。この際に新気Ｆを下方に偏向することにより、渦６２を形成している。この渦６２により、ＥＧＲガスと新気との混合が促進される。

また、気流制御弁５の上流側の吸気ポート２の上側壁面２４に気流偏向用の上側膨出部６３を設けてもよく、この場合は新気Ｆを下方に偏向させることができ、ＥＧＲガスと新気との混合が促進される。膨出部６と上側膨出部６３との両方を設ける場合は、図示の如く、膨出部６を上流に設け上側膨出部６３を下流に設けると渦６２の形成に有利である。なお、膨出部６または上側膨出部６３の位置、大きさ、形状は内燃機関の種類、用途などにより決定される設計事項である。

図６は、この発明の内燃機関の吸気装置の実施例４を示す。この実施例では、図６（ａ）に示す如く、気流制御弁５の上流側の吸気ポート２の下側壁面２３に軸方向のフィン７を設けている。このフィン７は図６（ｂ）の如く略楔状の断面を有する。吹出口４１から吹き出したＥＧＲガスは、気流制御弁５の上面に沿って流れ、吸気ポート２の下側壁面２３に衝突し、フィン７で左右に分断される。

フィン７で左右に分断されたＥＧＲガスは、吸気ポート２の左右両側壁に沿って上方に旋回して左右２つの渦７１、７１となる。吸気ポート２の上部で互いに衝突し、下方に偏向して、新気と攪拌する。この渦７１、７１により、ＥＧＲガスと新気Ｆとは混合が促進される。なお、フィン７の断面は左右の両側辺７２、７２が湾曲して滑らかに吸気ポート２の断面の左右の両側壁に連なっていることが望ましい。

図７は、この発明の内燃機関の吸気装置の実施例５を示す。この実施例では、ＥＧＲガスの吹出口４１が吸気ポート２の下側壁面２３に設けてあり、気流制御弁５の支軸５１が吸気ポート２の上側壁面２４に設けてある。このように、吹出口４１の位置、または吹出口４１と気流制御弁５の支軸５１の位置関係が上下逆でも本願発明の作用効果にはなんらの差異は生じない。

この発明の内燃機関の吸気装置は、ＥＧＲガスの吹出口を上流側に傾斜させて吸気ポートの上側壁面あるいは下側壁面に開口させている。さらには、吸気ポートの下側壁面あるいは上側壁面に気流制御弁を取り付けている。このため、コンパクトな構成でＥＧＲガスと新気とを混合させることが可能である。

Ｃ シリンダ
ＣＨ シリンダーヘッド
１ 燃焼室
２ 吸気ポート
２３ 吸気ポートの下側壁面
２４ 吸気ポートの上側壁面
３ 排気ポート
４ ＥＧＲ通路
４１ 吹出口
４２ ＥＧＲバルブ
５ 気流制御弁
６ 膨出部
７ フィン

Claims (4)

1. 吸気ポートにＥＧＲガスを噴出するＥＧＲ流路を備えた内燃機関の吸気装置において、前記ＥＧＲガスの吹出口を前記吸気ポートの上側壁面あるいは下側壁面に開口させるとともに上流側に傾斜させたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 吸気ポートにＥＧＲガスを噴出するＥＧＲ流路を備えた内燃機関の吸気装置において、前記ＥＧＲガスの吹出口を前記吸気ポートの上側壁面あるいは下側壁面に開口させるとともに上流側に傾斜させ、前記吸気ポートの下側壁面あるいは上側壁面に支軸を有する気流制御弁を下流側に回動自在に取り付け、かつ前記吹出口は前記気流制御弁の上面の上流に開口するとともに、前記吹出口の傾斜と前記気流制御弁の上面あるいは下面の傾斜とほぼ一致させたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置において、前記気流制御弁の上流側の前記吸気ポートの前記下側壁面または前記上側壁面に、前記ＥＧＲガスまたは新気を上方または下方に偏向させるための膨出部を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
4. 請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置において、前記気流制御弁の上流側でかつ前記吸気ポートの前記下側壁面または前記上側壁面に、前記吸気ポートの軸方向に略楔断面のフィンを設け、前記下側壁面または前記上側壁面に沿って流れる前記ＥＧＲガスを前記フィンで二分して左右両側に旋回させることを特徴とする内燃機関の吸気装置。

Images