JP2013060926A

JP2013060926A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2013060926A
Application number: JP2011201534A
Authority: JP
Inventors: Keita Yamada; 啓太山田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置付き内燃機関において、新気と還流排気ガスの混合性を高めて燃焼効率をアップさせる。
【解決手段】還流排気ガスは、排気ガス還流管１５から排気ガス導入通路１７及び連通穴１８を経由して吸気管８の内部に流入する。吸気管８の外周面には、連通穴１８に連続したガイド溝１９が形成されている。ガイド溝１９は新気の流れ方向に向かって連通穴１８の手前に位置しており、かつ、吸気管８の軸線に対して傾斜している。連通穴１８を通って吸気管８の内部に流入するにおいて、ガイド溝１９によって還流排気ガスに斜め方向に流れる方向性が付与されるため、還流排気ガスによって旋回流が生成され、このため新気との混合性が向上する。
【選択図】図３

Description

本願発明は、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）付きの内燃機関に関するものである。

内燃機関において、排気ガス中のＮＯｘ低減等の目的で、排気通路と吸気通路とを排気ガス還流管（ＥＧＲガス導入管）で繋いで、排気ガスの一部を吸気系に還流（循環）させることが行われている。

さて、吸気管に還流した排気ガスは新気とまんべんなく混ざり合うのが望ましい。そこで特許文献１では、吸気管の外側に環状のＥＧＲガス導入室を形成し、このＥＧＲガス導入室にＥＧＲガス導入管を接続すると共に、吸気管のうちＥＧＲガス導入室で囲われた部位に、ＥＧＲガス供給口（連通穴）を、吸気管の軸線及び接線に対して傾斜した姿勢で設けることが記載されている。

特許文献１では、還流排気ガスは吸気管の外周方向に流れる傾向を呈しつつ吸気管の内部に流入するが、吸気管の内部では新気が軸心方向に流れているため、新気と還流排気ガスとの流れがミックスされて旋回流が発生する。すなわち、直進する新気の流れと還流排気ガスの周方向の流れとの合成作用によって旋回流が発生する。

特開平０５−２２３０１６号公報

特許文献１ではＥＧＲガス供給口はドリルを使用した切削加工で形成することになるが、ドリルは、吸気管の外周面に対して、接線と直交した方向に対して斜めの姿勢で当たるため、ドリルの刃先が滑る現象が生じて、ドリルの折損が頻発するおそれがある。すなわち、特許文献１は加工が厄介であるという問題がある。また、ＥＧＲガス供給口は単に吸気管に貫通しているに過ぎず、ＥＧＲガス供給口の開口縁は全周が角張ったエッジになっているため、ＥＧＲガス導入室に流れ込んだ還流排気ガスをＥＧＲガス供給口の内部に向かうように方向変換させにくくて、このため流入効率が悪いと推測される。

また、特許文献１において還流排気ガスに強い方向性を付与するには、ＥＧＲガス供給口の長さをできるだけ長くせねばならず、そのためには吸気管の厚さを厚くせねばならないが、かくすると吸気管が必要な強度を超えて厚くなるため無駄が生じるのみならず、機関の重量も増加してしまう。

更に、新気と還流排気ガスとの混合性をアップさせると共に混合ガスの流れをスムースにするには、吸気管の内部に流入した還流排気ガスそれ自体に旋回機能を発揮させるのが好ましいが、特許文献１では、還流排気ガスは吸気管の内周面に沿って流れる傾向を呈するに過ぎず、新気によって吸気管の軸方向に押されることで初めて旋回流を生成するものであるため、旋回生成機能が弱いと解される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明の内燃機関は、内部を新気が流れる吸気管の中途部の外側に、当該吸気管の中途部を囲う排気ガス導入部が周方向に延びるように形成されており、前記排気ガス導入部に排気ガス還流管の終端部が接続されている一方、前記吸気管のうち前記排気ガス導入部で囲われた部位に、還流排気ガスを吸気管の内部に流入させる複数個の連通穴が周方向に沿って飛び飛びに形成されている基本構成である。

そして、請求項１の発明では、前記吸気管の外周面のうち前記排気ガス導入部で囲われた部位でかつ新気の流れ方向に向かって前記連通穴の手前側に位置した各部位に、前記連通穴に連続したガイド溝を、前記吸気管の軸線に対して交差した姿勢で延びるように形成している。

請求項２の発明は請求項１の発明を好適に展開したものであり、この発明では、前記各ガイド溝は前記吸気管の軸線に対して傾斜した姿勢であって、このガイド溝は前記吸気管の肉を内側に膨出させる押し曲げ加工で形成されており、このため、前記吸気管の内部には前記ガイド溝に対応したリブが内向きに突出している。

本願発明によると、排気ガス導入部に流入した還流排気ガスの一部はガイド溝を通って連通穴から吸気管の内部に流入するが、ガイド溝を通るにおいて、ガイド溝のガイド作用により、吸気管の軸線と交差した方向に向かって流れるように方向性が付与され、方向性を付与された状態で吸気管の内部に流入する。これにより、新気と還流排気ガスとの混合ガスに旋回流を付与できる。

そして、本願発明では吸気管の外周面にガイド溝を形成することで還流排気ガスに旋回流生成のための方向性を付与するものであるが、ガイド溝は、プレスによる圧縮加工や押し曲げ加工、或いは、グラインダーを使用した切削加工によって簡単に後加工することができる。また、吸気管をアルミダイキャスト品のような成形品とする場合も、単純な構造の金型でガイド溝を形成できる。従って、加工性を向上できる。

また、ガイド溝の長さや幅は任意に設定できるため、吸気管が例えば薄鋼板製であっても還流排気ガスに適切な方向性を付与できるのであり、従って、機関の重量増大も回避できる。更に、ガイド溝の誘い込み作用（エア・ファンネル効果）により、還流排気ガスの流入抵抗を著しく抑制して吸気管への吸い込み効率も向上できる。

ガイド溝は吸気管の周方向のみに向かう姿勢とすることも可能であるが、請求項２のように吸気管の軸線に対して傾斜させると、還流排気ガス自体が旋回流生成機能を発揮するため、混合ガスにより強い旋回流を付与することができて、新気と還流排気ガスとの混合性をより一層向上できると共に、流れのスムース性も向上できる。その結果、燃焼効率をより一層向上させて燃費アップに貢献し得る。

更に、請求項２のようにガイド溝を押し曲げによって形成して吸気管に内向きのリブを設けると、リブも吸気管の軸線に対して傾斜しているため、新気もリブによって旋回作用を受ける。このため、混合ガスの混合性と流れのスムース性とを更に高めることができる。

実施形態に係る車両搭載式内燃機関の模式的な概略平面図である。要部の斜視図である。（Ａ）は要部の破断平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。吸気管の部分展開図である。（Ａ）は図３（Ａ）の VA-VA視断面図、（Ｂ）（Ｃ）は別例図である。作用を説明するための模式図である。（Ａ）〜（Ｃ）は第２実施形態の異なる態様の外観図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ視断面図である。第３実施形態を示す図で、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ視断面図、（Ｂ）は部分外観図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視概略断面図である。（Ａ）は第４実施形態の外観図、（Ｂ）は第５実施形態の外観図である。第６実施形態の断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜６に示す第１実施形態から説明する。

(1).第１実施形態の構造
図１に示すように、本実施形態の内燃機関１は３気筒タイプであり、車両（乗用車）２の前部に設けたエンジンルーム３に、クランク軸を左右方向に向けた横置き方式で搭載されている。内燃機関１は、シリンダブロックとシリンダヘッドとを主要部材とする機関本体４を有しており、機関本体４の一方の側面（前側面）に吸気マニホールド５が取り付けられ、機関本体４の他方の側面（後ろ側面）に排気マニホールド６が取り付けられている。吸気マニホールド５には吸気管８が接続され、排気マニホールド６には排気管９が接続されている。

本実施形態の内燃機関１は排気ガスで駆動される排気ターボ過給機１０を有しており、排気ターボ過給機１０のタービン室１０ａが排気管９に介挿され、排気ターボ過給機１０の圧縮室１０ｂが吸気管８に介挿されている。吸気管８のうち排気ターボ過給機１０よりも上流側にはエアクリーナ１１を設け、排気ターボ過給機１０よりも下流側にはインタークーラ１２を設けている。

排気管９のうち排気ターボ過給機１０よりも下流側には触媒等を内蔵したガス浄化装置１３が配置されており、吸気管８のうちインタークーラ１２の下流側の部位に排気ガス導入部１４を設け、この排気ガス導入部１４と排気管９のうちガス浄化装置１３よりも下流側の部位とが、排気ガス還流管１５で接続されている。排気ガス還流管１５には水冷式のＥＧＲクーラ１６が介挿されている。

図２，３に示すように、排気ガス導入部１４は球状の薄板状部材で構成されており、排気ガス導入部１４で吸気管８の中途部の全周が覆われていることにより、環状の排気ガス導入通路１７が形成されており、排気ガス導入部１４に排気ガス還流管１５の終端が接続されている。従って、排気ガス還流管１５を流れてきた還流排気ガスは二手に分かれて排気ガス導入通路１７に流入する。なお、排気ガス導入部１４と排気ガス還流管１５とを一体化することも可能である。

吸気管８のうち排気ガス導入部１４で囲われた部位には、還流排気ガスを吸気管８の内部に流入させるための円形の連通穴１８が周方向に沿って飛び飛びで多数空いていると共に、連通穴１８に繋がったガイド溝１９が形成されている。ガイド溝１９は連通穴１８の内径とおおよそ同じ程度の溝幅であり、吸気管８を流れる新気の流れ方向（矢印Ｙの方向）に向かって手前側に位置して細長く延びている。便宜的に、ガイド溝１９のうち連通穴１８に繋がっている端部を終端と呼んで符号１９ａを付し、ガイド溝１９と反対側の端部を始端と呼んで符号１９ｂを付す。ガイド溝１９は細長いため、連通穴１８の開口面積の数倍以上の面積がある。

本実施形態では、ガイド溝１９には連通穴１８を囲う補助凹部１９ｃが形成されており、このため、ガイド溝１９は全体として鍵穴状の形態を成している。また、ガイド溝１９の始端１９ｂは半円状に形状になっている。

そして、ガイド溝１９は、吸気管８の軸線Ｏ１に対してある角度θ１だけ傾斜している。換言すると、各ガイド溝１９は吸気管８の外周に巻かれた螺旋の一部を構成する状態になっており、従って、各ガイド溝１９の延長線の束によって多条螺旋が構成される状態になっている。

吸気管８の外周面を通る接線Ｏ２との関係で見ると、接線Ｏ２に対する傾斜角度θ２は（９０°−θ１）になる。なお、吸気管８の軸線は無数に存在するが、ガイド溝１９の姿勢を特定するための軸線Ｏ１は、吸気管８の外周のうちガイド溝１９の箇所に位置した軸線である（接線Ｏ２と交わる軸線ということも可能である。）。図示の実施形態では、θ１（リード角）を４５°程度に設定しているが、傾斜角度θ１は０より大きくて９０°までの範囲で任意に設定できる（θ２を見ると９０°未満）。

図４に示すように、ガイド溝１９は始端と圃場凹部１９ｃとを除いて等幅に設定されていると共に、図５（Ａ）に示すように、深さは全体にわたって等しい深さに設定されている。ガイド溝１９を、始端から終端に向けて幅寸法が広がるテーパ状に形成することも可能である。また、図５（Ｂ）（Ｃ）に示すように、ガイド溝１９を、始端１９ｂから終端１９ａに向けて深さが徐々に深くなる傾斜底に構成することも可能である。図５のうち（Ｂ）では補助凹部１９ｃを設けているが、（Ｃ）では補助凹部１９ｃは設けていない（従って、ガイド溝１９は小判形になっている。）。

(2).第１実施形態のまとめ
図６（Ｂ）に示すように、還流排気ガスは、吸気管８の外周方向（Ｒ１方向）に流れることで、排気ガス導入通路１７の内部に等しい圧力で充満すると共に、吸気管８の軸心Ｏ３の方向（Ｒ２の方向）に向いて流れることにより、連通穴１８から吸気管８の内部に流れる。この場合、還流排気ガスはガイド溝１９の内部を伝って連通穴１８に到るが、ガイド溝１９は軸線Ｏ１に対して傾斜していて還流排気ガスに螺旋方向に向いて流れる方向性が付与されているため、連通穴１８を通過した還流排気ガスは吸気管８の軸心Ｏ３回りに旋回する傾向を呈する。

このため、図６（Ａ）に示すように、各連通穴１８から吸気管８に流入する還流排気ガスに旋回流が付与され、還流排気ガスの旋回流に新気が合流することにより、新気と還流排気ガスとの混ざり合いは著しく促進される。その結果、新気と還流排気ガスとの混合性を格段に向上して燃焼効率のアップに貢献できる。

また、ガイド溝１９は吸気管８の外周面から段落ちしているため、還流排気ガスは面積が大きいガイド溝１９でガイドされながら連通穴１８に流入するため、還流排気ガスの流入効率を向上できる。つまり、ガイド溝１９の漏斗作用により、還流排気ガスを吸気管８に効率良くスムースに流入させることができる。図５（Ｂ）（Ｃ）のようにガイド溝１９の底面を傾斜させると、還流排気ガスの流れをより一層スムース化できるといえる。

さて、各連通穴１８の開口面積の総和が排気ガス還流管１５の横断面積よりも小さいと、各連通穴１８を通過する還流排気ガスの流速は、排気ガス還流管１５の内部を流れる還流排気ガスの流速よりも速くなる。従って、各連通穴１８の開口面積の総和を排気ガス還流管１５の断面積よりも少し小さくしておくことにより、吸気管８の内部に還流排気ガスの強い旋回流を生成させることができる。

(3).第２実施形態（図７）
第１実施形態のガイド溝１９は、吸気管８が鋼板製である場合は、グラインダーを使用した切削やプレス装置を使用した圧縮加工で設けることができる。また、吸気管８がアルミダイキャスト品のような成形品である場合は、ガイド溝１９を有する状態に製造することができる。

図７に示す第２実施形態は、吸気管８が鋼板製のような金属板製である場合に好適な例であり、ガイド溝１９は、プレス装置を使用した押し曲げ加工によって膨出形成されている。従って、吸気管８の内周面には、放射方向に開口したガイド溝１９を有するリブ２０が内向きに突出している。図７のうち（Ａ）に示す例では連通穴１８のうちガイド溝１９と反対側の部位は円弧形状になっており、（Ｂ）に示す例では連通穴１８は四角形になっている。また、（Ｃ）に示す例ではガイド溝１９は始端１９ｂから終端１９ａに向けて溝幅が広がる銅鐸形に形成されている。

この実施形態では、金属板製の吸気管８にガイド溝１９を簡単に加工できる。また、各リブ２９は軸線Ｏ１に対して傾斜しているため、吸気管８の内部を直進してきた新気はリブ２０の群によって旋回流を付与されることになり、このため、新気と還流排気ガスとの混合性をより一層向上させることができる。

（Ｄ）に一点鎖線で示すように、ガイド溝１９を始端１９ｂから終端１９ａに向けて徐々に深さが深くなる形態とすることも可能である。また、連通穴１８は、（Ａ）〜（Ｃ）では吸気管８の放射方向に大きく開口しているが、（Ｄ）に一点鎖線で示すように、連穴１８を主として周方向に開口させることも可能である。この場合は、還流排気ガスに方向性が強く付与されるため、旋回流生成機能もよりアップする。

(4).第３実施形態（図８）
図８に示す第３実施形態は上記した第２実施形態の変形例であり、この実施形態では、吸気管８に装着したホースバンド状のリング２１により、各ガイド溝１９は始端１９ｂの側の部分を除いて塞がれている。従って、ガイド溝１９の箇所にトンネル状の空気通路が形成されており、連通穴１８は吸気管８の内周と平行な方向に開口している。このため、還流排気ガスにはより強い方向性が付与されており、その結果、旋回流生成機能も格段に高くなっている。

リング２１はステンレス板のようなばね性を有する金属板で製造しており、一端２１ａと他端２１ｂとは離反している。従って、リング２１は、一端２１ａと他端２１ｂとが広がるように変形させることで吸気管８に簡単に装着できる
(5).第４〜第６実施形態（図９〜図１０）
図９（Ａ）に示す第４実施形態では、断面角形のドーナツ状に形成されており、その一部に排気ガス還流管１５が接続されている。本実施形態では排気ガス還流管１５は吸気管８よりもやや小径に設定されている。

図９（Ｂ）に示す第５実施形態では、ガイド溝１９は周方向のみに向かう姿勢に設定しており、かつ、ガイド溝１９の列は３列形成している。この例から、理解できるように、ガイド溝１９は必ずしも軸線Ｏ１に対して傾斜させる必要はない。また、ガイド溝１９を軸方向に隔てて複数列形成することも可能である。複数列形成する場合、軸方向に隣り合ったガイド溝１９を周方向にずらすことも可能である。

第１実施形態では、排気ガス還流管１５の内部の還流排気ガスは二手に分かれて排気ガス導入通路１７に入り込んでいたが、図１０に示す第６実施形態では、排気ガス導入通路１７に仕切り板２２を設けることで当該排気ガス導入通路１７を非連続形状と成し、その一端部に排気ガス還流管１５を接続している。

従って、この実施形態では、排気ガス導入通路１７の内部の還流排気ガスには、吸気管８の軸心回りの一方方向にだけ流れる方向性が付与されるため、旋回流の生成機能向上に貢献できるといえる。この場合は、ガイド溝１９は、還流排気ガスの流れ方向に向いて、始端１９ｂが後ろで終端１９ａが前方に位置するように傾斜させるべきである。

(6).その他
本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば排気ガス導入通路は吸気管の全周を覆う形態する必要はないのであり、例えば半周程度を覆う態様であってもよい。

本願発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンのような内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上、利用できる。

１内燃機関
２車両
４機関本体
８吸気管
９排気管
１４排気ガス導入部
１５排気ガス還流管
１７排気ガス導入通路
１８連通穴
１９ガイド溝
１９ａ始端
１９ｂ終端
２０リブ

Claims

内部を新気が流れる吸気管の中途部の外側に、当該吸気管の中途部を囲う排気ガス導入部が周方向に延びるように形成されており、前記排気ガス導入部に排気ガス還流管の終端部が接続されている一方、前記吸気管のうち前記排気ガス導入部で囲われた部位に、還流排気ガスを吸気管の内部に流入させる複数個の連通穴が周方向に沿って飛び飛びに形成されている構成であって、
前記吸気管の外周面のうち前記排気ガス導入部で囲われた部位でかつ新気の流れ方向に向かって前記連通穴の手前側に位置した各部位に、連通穴に連続したガイド溝を、前記吸気管の軸線に対して交差した姿勢で延びるように形成している、
内燃機関。
前記各ガイド溝は前記吸気管の軸線に対して傾斜した姿勢であって、このガイド溝は前記吸気管の肉を内側に膨出させる押し曲げ加工で形成されており、このため、前記吸気管の内部には前記ガイド溝に対応したリブが内向きに突出している、
請求項１に記載した内燃機関。