JP2015143516A - 排ガス還流装置及び該排ガス還流装置を備えるエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】新気と合流する排ガスの流量が増大させられる排ガス還流装置及びエンジンシステムを提供する。【解決手段】排ガス還流装置は、新気入口部に連なり、新気の流れを絞るように構成された新気絞り部と、新気絞り部に連なり、新気絞り部とは反対側に開口端を有する円筒形状の内側筒部と、排ガスの流れを受け入れるように構成された排ガス入口部と、排ガス入口部に連なるとともに内側筒部を囲む囲繞部であって、排ガスの内側筒部の外周面に沿って延在する周方向流路を規定する囲繞部と、囲繞部に連なる筒形状の出口部であって、内側筒部の開口端から流出した新気の流れと周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路を規定する出口部とを備え、内側筒部の開口端と囲繞部との間に、内側筒部の開口端に沿って延在して周方向流路と合流路とを連通する環状の開口が規定されている。【選択図】 図３

Description

本開示は、エンジンから排出された排ガスをエンジンに供給される新気に合流させる排ガス還流装置及び排ガス還流装置を備えるエンジンシステムに関する。

ディーゼルエンジンの排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、排ガス再循環（以下、ＥＧＲと称する）が知られている。ＥＧＲを採用したエンジンシステムは排ガス還流装置（ＥＧＲ装置）を備え、ＥＧＲ装置は、エンジンから排出された排ガスの一部（ＥＧＲガス）を、エンジンに供給される新気と合流させる。そして、ＥＧＲ装置で合流した新気とＥＧＲガスがエンジンに供給される。

通常、ＥＧＲガスは、ＥＧＲガスと新気の圧力差を利用してＥＧＲ装置に導入される。このために、ＥＧＲガスと新気との圧力差が大きくなるエンジンの低負荷域においては、ＥＧＲガスがＥＧＲ装置に導入されやすい。しかし、ＥＧＲガスと新気との圧力差が小さくなるエンジンの高負荷域においては、ＥＧＲガスがＥＧＲ装置に導入されにくくなる。

そこで、特許文献１が開示するＥＧＲ装置では、ＥＧＲ通路及び給気通路が二重管構造を形成している。該ＥＧＲ装置では、エジェクターの原理によりＥＧＲガスが吸引され、ＥＧＲガスの導入性が向上する。

一方、多気筒のエンジンに対しＥＧＲガスを供給する場合、ＥＧＲガスと新気の混合性が問題となる。そこで、特許文献２が開示する排気ガス再循環装置では、吸気通路を形成するＥＧＲガス混合管の周りに環状のＥＧＲガス導入室が形成され、ＥＧＲガス混合管に、吸気通路とＥＧＲガス導入室とを連通するＥＧＲガス供給口が形成されている。そして、ＥＧＲガス混合管内にはプレートが配置され、それぞれ旋回するＥＧＲガスと新気とがプレートに衝突して混合される。

特開２０１１−１１２０３８号公報 特開平５−２２３０１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたＥＧＲ装置では、エンジン負荷が大きくなりコンプレッサで圧縮された新気の圧力が高くなると、ＥＧＲ装置に流入するＥＧＲガスの流量が減少してしまう。
一方、特許文献２に記載された排ガス再循環装置では、ＥＧＲガス供給口からＥＧＲガス混合管内に流入した排ガスは、ＥＧＲガス混合管の径方向に沿う速度成分を有するので、ＥＧＲガス混合管の軸線方向に流れる新気と衝突してしまう。このため、ＥＧＲガスの圧力損失が生じ、ＥＧＲガスの流量が減少してしまう。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる排ガス還流装置及びエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、エンジンから排出された排ガスと前記エンジンに供給される新気とを合流させるように構成された排ガス還流装置において、前記新気の流れを受け入れるように構成された新気入口部と、前記新気入口部に連なり、前記新気の流れを絞るように構成された新気絞り部と、前記新気絞り部に連なり、前記新気絞り部とは反対側に開口端を有する円筒形状の内側筒部と、前記排ガスの流れを受け入れるように構成された排ガス入口部と、前記排ガス入口部に連なるとともに前記内側筒部を囲む囲繞部であって、前記排ガスの前記内側筒部の外周面に沿って延在する周方向流路を規定する囲繞部と、前記囲繞部に連なる筒形状の出口部であって、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流れと前記周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路を規定する出口部とを備え、前記内側筒部の開口端と前記囲繞部との間に、前記内側筒部の開口端に沿って延在して前記周方向流路と前記合流路とを連通する環状の開口が規定されていることを特徴とする排ガス還流装置が提供される。

この構成によれば、新気絞り部により新気の流れが絞られることで、内側筒部の開口端から流出する新気の静圧が低下させられる。このため、より多くの排ガスが周方向流路を通じて合流路に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。
一方、この構成によれば、内側筒部が円筒形状を有し、内側筒部に沿って周方向流路から環状の開口を通じて合流路に流入する排ガスの流れ方向が、内側筒部の軸線方向に沿っている。このため、合流路において、排ガスの流れが、内側筒部の軸線方向に沿って内側筒部の開口端から流れ出る新気の流れと衝突することが抑制され、排ガスの圧力損失が抑制される。これによっても、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

幾つかの実施形態では、前記排ガス入口部の流路断面積、前記周方向流路の流路断面積、及び、前記環状の開口の面積は、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流速と前記環状の開口から流出した排ガスの流速とが、前記エンジンの負荷が所定の範囲内にあるときに等しくなるように設定されている。

この構成によれば、合流路において新気の流速と排ガスの流速とが等しくなるように設定されているので、新気の流れと排ガスの流れの間で生ずる剪断力が低減され、排ガスの圧力損失が低減される。このため、より多くの排ガスが周方向流路を通じて合流路に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

幾つかの実施形態では、前記出口部の内周面から突出する少なくとも１つの突起部を更に備える。
この構成によれば、突起部によって、新気及び排ガスの流れに渦が発生し、新気と排ガスの混合が促進される。

幾つかの実施形態では、前記周方向流路の流路断面積は、前記内側筒部の周方向にて前記周方向流路が前記排ガスの流れを受け入れるように構成された受け入れ位置から離れるに連れて縮小している。
この構成によれば、環状の開口を通じて周方向流路から環状の開口を通じて合流路に流入する排ガスの流量を、環状の開口の周方向位置によらずに均一にすることができる。このため、排ガスが合流路に円滑に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

幾つかの実施形態では、前記排ガス入口部は、前記排ガスが前記周方向流路の受け入れ位置に対し前記内側筒部の接線方向に沿って流入するように構成されている。
この構成によれば、排ガスが周方向流路の受け入れ位置に対し接線方向沿って流入することにより、排ガスが内側筒部の周方向にて円滑に流れる。このため、環状の開口を通じて合流路に流入する排ガスの流量を、周方向位置によらずにより一層均一にすることができる。このため、排ガスが合流路に円滑に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、エンジンと、前記エンジンから排出された排ガスのうち少なくとも一部を、前記エンジンに供給される新気に合流させるように構成された排ガス還流装置とを備えるエンジンシステムにおいて、前記排ガス還流装置は、前記新気の流れを受け入れるように構成された新気入口部と、前記新気入口部に連なり、前記新気の流れを絞るように構成された新気絞り部と、前記新気絞り部に連なり、前記新気絞り部とは反対側に開口端を有する円筒形状の内側筒部と、前記排ガスの流れを受け入れるように構成された排ガス入口部と、前記排ガス入口部に連なるとともに前記内側筒部を囲む囲繞部であって、前記排ガスの前記内側筒部の外周面に沿って延在する周方向流路を規定する囲繞部と、前記囲繞部に連なる筒形状の出口部であって、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流れと前記周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路を規定する出口部とを含み、前記内側筒部の開口端と前記囲繞部との間に、前記内側筒部の開口端に沿って延在して前記周方向流路と前記合流路とを連通する環状の開口が規定されていることを特徴とするエンジンシステムが提供される。

この構成によれば、排ガス還流装置において、新気絞り部により新気の流れが絞られることで、内側筒部の開口端から流出する新気の静圧が低下させられる。このため、より多くの排ガスが周方向流路を通じて合流路に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。
一方、この構成によれば、内側筒部が円筒形状を有し、内側筒部に沿って周方向流路から環状の開口を通じて合流路に流入する排ガスの流れ方向が、内側筒部の軸線方向に沿っている。このため、合流路において、排ガスの流れが、内側筒部の軸線方向に沿って内側筒部の開口端から流れ出る新気の流れと衝突することが抑制され、排ガスの圧力損失が抑制される。これによっても、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。
これらの結果として、エンジンに供給される排ガスの流量を増大させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、出口を２つ有するＥＧＲ制御弁、スロットルバルブ及び給気用マニホールドが接続される排ガス還流用円筒管と、前記ＥＧＲ制御弁と前記排ガス還流用円筒管の間に介装される混合促進部とを備え、前記混合促進部は、前記排ガス還流用円筒管に対して相互に異なる２つの接線方向にてそれぞれ接続される２つの連絡管を有し、前記２つの接線方向は、前記排ガス還流用円筒管の横断面視にて鏡映対称であることを特徴とする排ガス還流装置が提供される。
この構成によれば、排ガスが排ガス還流用円筒管内に旋回流を形成することにより、排ガスと新気との混合促進効果が得られる。

幾つかの実施形態では、前記内側筒部には、前記開口端から前記内側筒部の上流側に向けて切り欠かれた切り欠き部が、前記内側筒部の周方向に複数設けられている。

この構成によれば、周方向流路を通った排ガスと内側筒部を通った新気とが合流する際に、開口端から内側筒部の上流側に向けて切り欠かれた切り欠き部によって、排ガスの縦渦が発生する。これにより、圧力損失の発生を抑制しつつ、排ガスと新気の混合を促進することができる。

前記複数の切り欠き部は、前記内側筒部の周方向に等間隔に設けられている。
この構成によれば、排ガスと新気を、周方向位置によらず比較的均一に混合することができる。

前記複数の切り欠き部の各々は、前記内側筒部の軸線方向に平行に切り欠かれている。
この構成によれば、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的小さい場合、あるいは該旋回成分が略存在しない場合に、内側筒部の軸線方向に平行に切り欠かれた切り欠き部によって排ガスの縦渦を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的小さい場合、あるいは該旋回成分が略存在しない場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気の混合を抑制する効果を高めることができる。

前記複数の切り欠き部の各々は、前記内側筒部の軸線方向に対して前記周方向流路のスクロール方向における下流側に向けて切り欠かれている。

この構成によれば、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合に、内側筒部の軸線方向に対して周方向流路のスクロール方向における下流側に向けて切り欠かれた切り欠き部によって、排ガスの縦渦を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気の混合を抑制する効果を高めることができる。

前記内側筒部の径方向における前記開口端と前記囲繞部との間隔が前記内側筒部の周方向に沿って周期的に変化するように、前記開口端が波型形状を有する。

この構成によれば、内側筒部の径方向における開口端と囲繞部との間隔が内側筒部の周方向に沿って周期的に変化するため、排ガスと新気とが合流する位置において、排ガスの縦渦と新気の縦渦とが内側筒部の周方向に沿って交互に発生する。これにより、圧力損失の発生を抑制しつつ排ガスと新気の混合を促進することができる。

幾つかの実施形態では、前記開口端における前記囲繞部との間隔が最小となる第１の位置と前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ａとし、前記開口端における前記囲繞部との間隔が最小となる第２の位置のうち、前記第１の位置に対して前記周方向流路のスクロール方向における下流側に隣接する第２の位置と、前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ｂとし、前記開口端における前記囲繞部との間隔が最大となる第３の位置のうち、前記周方向流路の前記スクロール方向において前記第１の位置と前記第２の位置との間に位置する第３の位置と、前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ｃとすると、前記直線Ａと前記直線Ｃとがなす角αが前記直線Ｂと前記直線Ｃのなす角βよりも大きい。

この構成によれば、α＞βを満たすように開口端の波型形状の各波が傾斜しているため、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合に、排ガスの縦渦を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気の混合を抑制する効果を高めることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる排ガス還流装置及びエンジンシステムが提供される。

本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス還流装置が適用されるエンジンシステムの概略的な構成を示す図である。 本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス還流装置を概略的に示す斜視図である。 図２の排ガス還流装置の縦断面を概略的に示す図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。 図３中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な断面図である。 幾つかの実施形態に係る排ガス還流装置の縦断面を概略的に示す図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略的な断面図である。 図６中の１つの突起部を出口部の一部とともに概略的に示す斜視図である。 図１におけるＡ部拡大図であって、従来技術における要部断面図である。 図１におけるＡ部拡大図であって、本発明の一実施形態を概略的に示す要部断面図である。 図１０におけるＢ−Ｂ’断面図である。 図３〜図６に示した排ガス還流装置の内側筒部の構成例を示す図であり、内側筒部の開口端の位置での内側筒部の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置の断面斜視図である。 図１２に示した内側筒部の切り欠き部を、内側筒部の径方向外側から見た図である。 図１２に示した切り欠き部における縦渦の発生の様子を示す模式図である。 図３〜図６に示した排ガス還流装置の内側筒部の他の構成例を示す図であり、内側筒部の開口端の位置での内側筒部の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置の断面斜視図である。 図１５に示した内側筒部の切り欠き部を、内側筒部の径方向外側から見た図である。 図１５に示した切り欠き部における縦渦の発生の様子を示す模式図である。 図３〜図６に示した排ガス還流装置の内側筒部の構成例を示す図であり、内側筒部の開口端の位置での内側筒部の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置の断面斜視図である。 図１８に示した内側筒部の開口端を内側筒部の軸線方向に沿って下流側から見た図である。 図１８に示した内側筒部の開口端の内側及び外側における縦渦の発生の様子を示す模式図である。 図３〜図６に示した排ガス還流装置の内側筒部の他の構成例を示す図であり、内側筒部の開口端の位置での内側筒部の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置の断面斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、従来技術における排ガス還流装置１００又は本発明の少なくとも一実施形態に係る排ガス還流装置１０が適用されたエンジンシステム１２の概略的な構成を示す図である。
図１に示したように、エンジンシステム１２は、エンジン１４と、排ガス還流装置１０とを有する。
排ガス還流装置１０は、エンジン１４から排出された排ガスのうち少なくとも一部の排ガス（以下、ＥＧＲガスとも称する）を、エンジン１４に供給される新気に合流させるように構成されている。

幾つかの実施形態では、エンジンシステム１２は、ターボチャージャ１６を有する。ターボチャージャ１６は、相互に連結されたタービン１８と圧縮機２０とからなり、エンジン１４から排出された排ガスの一部のエネルギを利用して、新気を圧縮するように構成されている。
この場合、ターボチャージャ１６の圧縮機２０と排ガス還流装置１０との間に上流側吸気路２２が設けられ、上流側吸気路２２を通じて、圧縮された新気が排ガス還流装置１０に供給されるように構成される。従って、排ガス還流装置１０は、ターボチャージャ１６によって圧縮された新気にＥＧＲガスを合流させる。

そしてこの場合、エンジン１４のシリンダ２３に新気及びＥＧＲガスを供給するための給気用マニホールド２４と排ガス還流装置１０との間に下流側吸気路２６が設けられ、下流側吸気路２６を通じて、エンジン１４に新気とＥＧＲガスの混合ガスが供給される。なお、排ガス還流装置１０と給気用マニホールド２４は直接接続されていてもよい。
幾つかの実施形態では、上流側吸気路２２に、圧縮された新気を冷却するための吸気冷却用熱交換器３０が設けられる。

幾つかの実施形態では、エンジン１４のシリンダ２３から排出された排ガスを集合させる排気用マニホールド２８と排ガス還流装置１０とを繋ぐ排気還流路３２が設けられる。そして、排気還流路３２には、ＥＧＲガスを冷却するための排気冷却用熱交換器３４と、ＥＧＲガスの流量を調整するための制御弁３６が設けられる。制御弁３６の開度は、例えばエンジン１４の負荷に応じて調整される。
なおエンジン１４のシリンダ２３には、図示しない燃料供給機構によって燃料がきょうきゅうされる。燃料は例えば軽油である。

図９は、従来技術における排ガス還流装置１００を概略的に示す図である。
排ガス還流装置１００には、制御弁３６、給気用マニホールド２４、及び、スロットルバルブ７２が接続されている。制御弁３６の出口と排ガス還流装置１００とは、２本の管７４からなる二股管によって接続されている。２本の管７４は、排ガス還流装置１００の軸線方向に相互に離間して配置され、排ガス還流装置１００に対しそれぞれ径方向に接続されている。

図２は、排ガス還流装置１０を概略的に示す斜視図であり、図３は、排ガス還流装置１０の縦断面を概略的に示す図であり、図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図であり、図５は、図３中のＶ−Ｖ線に沿う概略的な断面図である。
図２〜図５に示したように、排ガス還流装置１０は、新気入口部３８と、新気絞り部４０と、内側筒部４２と、排ガス入口部４４と、囲繞部４６と、出口部４８とを有する。

新気入口部３８は、エンジン１４に供給される新気の流れを受け入れるように構成されている。新気入口部３８は、例えば円筒形状の筒からなる。幾つかの実施形態では、新気入口部３８は、ターボチャージャ１６によって圧縮された新気の流れを受け入れるように構成されている。

新気絞り部４０は、新気入口部３８に連なり、新気の流れを絞るように構成されている。例えば、新気絞り部４０は、入口端と、入口端よりも小径の出口端とを有し、新気絞り部４０の断面積は、入口端から出口端に向かって徐々に小さくなっている。
内側筒部４２は円筒形状を有し、新気絞り部４０の出口端に連なっている。内側筒部４２は、新気絞り部４０とは反対側に開口端５２を有する。

排ガス入口部４４は、ＥＧＲガス（排ガス）の流れを受け入れるように構成されている。例えば、排ガス入口部４４は筒形状を有する。
排ガス入口部４４に連なるとともに内側筒部４２を囲んでいる。囲繞部４６は、内側筒部４２の外周面に沿って延在する周方向流路５４を規定している。

出口部４８は、筒形状を有し、囲繞部４６に連なっている。出口部４８は、内側筒部４２の開口端から流出した新気の流れと周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路５６を規定している。
合流路５６と周方向流路５４とは、内側筒部４２の開口端５２と囲繞部４６との間に規定された環状の開口５８を介して連通している。開口５８は、内側筒部４２の開口端５２に沿って延在しており、合流路５６への排ガスの入口として構成されている。

上述した構成によれば、新気絞り部４０により新気の流れが絞られることで、内側筒部４２の開口端５２から流出する新気の静圧が低下させられる。このため、より多くの排ガスが周方向流路５４を通じて合流路５６に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

一方、上述した構成によれば、内側筒部４２が円筒形状を有し、内側筒部４２に沿って周方向流路５４から環状の開口５８を通じて合流路５６に流入する排ガスの流れ方向が、内側筒部４２の軸線方向に沿っている。このため、合流路５６において、排ガスの流れが、内側筒部４２の軸線方向に沿って内側筒部４２の開口端５２から流れ出る新気の流れと衝突することが抑制され、排ガスの圧力損失が抑制される。これによっても、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

かくして、排ガス還流装置１０により新気と合流する排ガスの流量が増大させられことで、エンジン１４に供給される排ガスの流量を増大させることができる。この結果として、エンジン１４から排出されるＮＯｘ等を減少させたり、或いは、燃費の向上を図ることができる。

幾つかの実施形態では、内側筒部４２の内径及び外径は、内側筒部４２の軸線方向にてそれぞれ一定であり、内側筒部４２の内周面及び外周面は、内側筒部４２の軸線方向にそってそれぞれ延びている。
幾つかの実施形態では、新気絞り部４０は、新気絞り部４０の入口端と出口端との間に、入口端から出口端に向かって内径が徐々に小さくなるラッパ形状の周壁５０を有する。周壁５０の断面Ｒ形状の外周面は、周方向流路５４の内周側の隅を構成しており、周方向流路５４における排ガスの流れを円滑にしている。

幾つかの実施形態では、排ガス入口部４４の流路断面積、周方向流路５４の流路断面積、及び、環状の開口５８の面積は、図３に示したように、内側筒部４２の開口端５２から流出した新気の流速Ｖａと環状の開口５８から流出した排ガスの流速Ｖｅとが、エンジン１４の負荷が所定の負荷範囲内にあるときに等しくなるように設定されている。

周方向流路５４の流路断面積は、内側筒部４２の径方向及び軸線方向に沿う断面の面積であり、換言すれば、内側筒部４２の周方向と直交する断面の面積である。
例えば、所定の負荷範囲は、６５％以上８５％以下の範囲である。エンジン１４の負荷は、例えば、アクセルの開度と、エンジン１４の回転数と、エンジン１４の負荷との関係を表すマップデータに、アクセルの開度とエンジン１４の回転数を代入することにより求めることができる。

この構成によれば、合流路５６において新気の流速Ｖａと排ガスの流速Ｖｅとが等しくなるように設定されているので、新気の流れと排ガスの流れの間で生ずる剪断力が低減され、排ガスの圧力損失が低減される。このため、より多くの排ガスが周方向流路５４を通じて合流路５６に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。
なお、図３中の１点鎖線は、内側筒部４２の軸線を示しており、図３中の２点鎖線は、新気の流れと排ガスの流れの境界を概略的に示している。

幾つかの実施形態では、環状の開口５８における内側筒部４２の開口端５２と囲繞部４６との間の距離は、内側筒部４２の周方向にて一定である。

幾つかの実施形態では、図４に示したように、周方向流路５４の流路断面積は、内側筒部４２の周方向にて周方向流路５４が排ガスの流れを受け入れるように構成された受け入れ位置から離れるに連れて縮小している。
この構成によれば、周方向流路５４に流入した排ガスは、矢印６０で示したように、周方向流路５４に沿って流れながら、矢印６２で示したように、環状の開口５８を通じて周方向流路５４から合流路５６に徐々に流入する。このため、環状の開口５８を通じて周方向流路５４から合流路５６に流入する排ガスの流量を、環状の開口５８の周方向位置によらずに均一にすることができる。この結果、排ガスが合流路５６に円滑に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。
なお、図４では、矢印６２が内側筒部４２の径方向内側に向いているが、実際には、矢印６２は、内側筒部４２の軸線方向に沿って延びている。

幾つかの実施形態では、排ガス入口部４４は、排ガスが周方向流路５４の受け入れ位置に対し内側筒部４２の接線方向に沿って流入するように構成されている。
この構成によれば、排ガスが周方向流路５４の受け入れ位置に対し接線方向沿って流入することにより、排ガスが内側筒部４２の周方向にて円滑に流れる。このため、環状の開口５８を通じて合流路５６に流入する排ガスの流量を、周方向位置によらずにより一層均一にすることができる。このため、排ガスが合流路５６に円滑に流入し、新気と合流する排ガスの流量が増大させられる。

図６は、幾つかの実施形態に係る排ガス還流装置６４の縦断面を概略的に示す図であり、図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う概略的な断面図である。
図６及び図７に示したように、排ガス還流装置６４は、出口部４８の内周面から突出する少なくとも１つの突起部６６を更に備える。幾つかの実施形態では、複数の突起部６６が、出口部４８の周方向に配置されている。
この構成によれば、突起部６６によって、新気及び排ガスの流れに渦が発生し、新気と排ガスの混合が促進される。

図８は、出口部４８の一部とともに、１つの突起部６６を概略的に示す斜視図である。図８に示したように、突起部６６は、出口部４８の軸線方向に沿う方向に長く、且つ、出口部４８の径方向に沿って短い、四面体形状を有する。

幾つかの実施形態では、出口部４８は囲繞部４６側に縮径部６８を有し、縮径部６８は、内側筒部４２の軸線方向にて内側筒部４２の開口端５２から離れるに連れて縮小する内径を有する。そして、幾つかの実施形態では、出口部４８は囲繞部４６とは反対側に拡径部７０を有し、拡径部７０は、内側筒部４２の軸線方向にて内側筒部４２の開口端５２から離れるに連れて拡大する内径を有する。拡径部７０によれば、合流路５６から流出する新気と排ガスの流れの圧力を調整することができる。

図１０は、幾つかの実施形態に係る排ガス還流装置７５を概略的に示す断面図であり、図１１は、図１０におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図１０の排ガス還流装置７５は、図９の排ガス還流装置と比較して、二股管に代えて、混合促進管（混合促進部）７６を有する。
より詳しくは、排ガス還流装置７５は、出口を２つ有するＥＧＲ制御弁３６、スロットルバルブ７２及び給気用マニホールド２４が接続される排ガス還流用円筒管７８と、ＥＧＲ制御弁３６と排ガス還流用円筒管７８の間に介装される混合促進部７６とを有する。

混合促進部７６は２つの連絡管８０を有し、２つの連絡管８０は、排ガス還流用円筒管７８に対して相互に異なる２つの接線方向にてそれぞれ接続されている。そして、２つの接線方向は、図１１に示すように、排ガス還流用円筒管７８の横断面視にて鏡映対称である。換言すれば、２つの連絡管８０は、排ガス還流用円筒管７８の横断面視にて鏡映対称に配置されている。

この構成によれば、排ガスが排ガス還流用円筒管７８内に旋回流を形成することにより、排ガスと新気との混合促進効果が得られる。
幾つかの実施形態では、排ガス還流用円筒管７８の横断面視にて、２つの連絡管８０の間隔は、排ガス還流用円筒管７８に近づくにつれて拡開しており、２つの連絡管８０がなす角は９０°以下である。また、幾つかの実施形態では、２つの連絡管８０は、排ガス還流用円筒管７８の軸線方向にて相互に離間している。

図１２は、図３〜図６に示した排ガス還流装置１０（６４）の内側筒部４２の構成例を示す図であり、内側筒部４２の開口端５２の位置での内側筒部４２の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置１０の断面斜視図である。図１３は、図１２に示した内側筒部４２の切り欠き部８２を、内側筒部４２の径方向外側から見た図である。図１４は、図１２に示した切り欠き部８２における縦渦の発生の様子を示す模式図である。図１５は、図３〜図６に示した排ガス還流装置１０の内側筒部４２の他の構成例を示す図であり、内側筒部４２の開口端５２の位置での内側筒部４２の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置１０の断面斜視図である。図１６は、図１５に示した内側筒部４２の切り欠き部８２を、内側筒部４２の径方向外側から見た図である。図１７は、図１５に示した切り欠き部８２における縦渦の発生の様子を示す模式図である。

幾つかの実施形態では、例えば図１２及び図１５に示すように、内側筒部４２には、開口端５２から内側筒部４２の上流側（内側筒部４２を流れる新気の流れ方向における上流側）に向けて切り欠かれた切り欠き部８２が、内側筒部４２の周方向に複数設けられている。

この構成によれば、周方向流路５４を通った排ガスと内側筒部４２内を通った新気とが合流する際に、開口端５２から内側筒部４２の上流側に向けて切り欠かれた切り欠き部８２によって、図１４及び図１７に示すように排ガスの縦渦８４が発生する。これにより、圧力損失の発生を抑制しつつ、排ガスと新気の混合を促進することができる。

幾つかの実施形態では、図１２及び図１５に示す複数の切り欠き部８２は、内側筒部４２の周方向に等間隔に設けられている。この構成によれば、排ガスと新気を、周方向位置によらず比較的均一に混合することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１３に示すように、複数の切り欠き部８２の各々は、内側筒部４２の軸線方向に平行に切り欠かれている。図１２及び図１３に示す切り欠き部８２は、内側筒部４２の外周面と内周面とを接続するとともに内側筒部４２の軸線方向に沿って形成される第１接続面８６と、第１接続面８６と対向する位置に設けられ、内側筒部４２の外周面と内周面とを接続するとともに内側筒部４２の軸線方向に沿って形成される第２接続面８８と、を含む。そして、第１接続面８６及び第２接続面８８は、互いに平行に、且つ内側筒部４２の軸線方向に平行に形成されている。

この構成によれば、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的小さい場合（例えば図４において、矢印６０方向への旋回成分が比較的小さく、矢印６２方向への径方向成分及び軸線方向成分が比較的大きい場合）、あるいは該旋回成分が略存在しない場合に、内側筒部４２の軸線方向に平行に切り欠かれた切り欠き部８２によって排ガスの縦渦８４を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的小さい場合、あるいは該旋回成分が略存在しない場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気とを混合を促進する効果を高めることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１６に示すように、複数の切り欠き部８２の各々は、内側筒部４２の軸線方向に対して周方向流路５４のスクロール方向（図４における矢印６０方向であり、内側筒部４２の周方向にて周方向流路５４が排ガスの流れを受け入れるように構成された受け入れ位置から離れる方向）における下流側に向けて切り欠かれている。図１５及び図１６に示す切り欠き部８２は、内側筒部４２の外周面と内周面とを接続するとともに内側筒部４２の軸線方向に沿って形成される第１接続面８６と、第１接続面８６と対向する位置に設けられ、内側筒部４２の外周面と内周面とを接続するとともに内側筒部４２の軸線方向に沿って形成される第２接続面８８と、を含む。そして、第１接続面８６及び第２接続面８８は、互いに平行に形成されており、内側筒部４２の上流側へ向かうにつれて、周方向流路５４のスクロール方向における下流側へ傾斜している。

この構成によれば、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合（図４において、矢印６０方向への旋回成分が比較的大きく、矢印６２方向への径方向成分及び軸線方向成分が比較的小さい場合）に、内側筒部４２の軸線方向に対して周方向流路５４のスクロール方向における下流側に向けて切り欠かれた切り欠き部８２によって、図１７に示すように排ガスの縦渦８４を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気の混合を抑制する効果を高めることができる。

図１８は、図３〜図６に示した排ガス還流装置１０（６４）の内側筒部４２の構成例を示す図であり、内側筒部４２の開口端５２の位置での内側筒部４２の軸線に垂直な断面における、排ガス還流装置１０の断面斜視図である。図１９は、図１８に示す内側筒部４２の開口端５２を内側筒部４２の軸線方向に沿って下流側から見た図である。

幾つかの実施形態では、例えば図１８及び図１９に示すように、内側筒部４２の径方向における開口端５２と囲繞部４６との間隔Ｓが内側筒部４２の周方向に沿って周期的に変化するように、開口端５２が波型形状を有する。内側筒部４２は、開口端５２から軸線方向上流側へ向かうにつれて波型形状の波の振幅ｄ（図１９参照）が小さくなり、軸線方向における所定位置Ｐ０において該振幅ｄが０となる（円筒形となる）よう構成されている。なお、ここでの振幅ｄは、図１９において、内側筒部４２の軸線Ｏを中心とし後述する第１の位置Ｐ１との径方向距離及び第３の位置Ｐ３との径方向距離が等しい仮想円ｂと、第１の位置Ｐ１との径方向距離（第３の位置Ｐ３との径方向距離）を意味する。

この構成によれば、内側筒部４２の径方向における開口端５２と囲繞部４６との間隔Ｓが内側筒部４２の周方向に沿って周期的に変化するため、排ガスと新気とが合流する位置において、図２０に示すように排ガスの縦渦８４と新気の縦渦９０とが内側筒部４２の周方向に沿って交互に発生する。これにより、圧力損失の発生を抑制しつつ排ガスと新気の混合を促進することができる。

なお、図１９に示す実施形態では、開口端５２における囲繞部４６との間隔が最小となる第１の位置Ｐ１と内側筒部４２の軸線Ｏとを結ぶ直線を直線Ａとし、開口端５２における囲繞部４６との間隔が最小となる第２の位置のうち、第１の位置Ｐ１に対して周方向流路５４のスクロール方向における下流側に隣接する第２の位置Ｐ２と、内側筒部４２の軸線とを結ぶ直線を直線Ｂとし、開口端５２における囲繞部４６との間隔が最大となる第３の位置Ｐ３のうち、周方向流路５４のスクロール方向において第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間に位置する第３の位置Ｐ３と、内側筒部４２の軸線とを結ぶ直線を直線Ｃとすると、直線Ａと直線Ｃとがなす角αが直線Ｂと直線Ｃのなす角βに等しい。

これに対し、例えば図２１に示すように、図１９に示した実施形態において定義した直線Ａと直線Ｃとがなす角αが直線Ｂと直線Ｃのなす角βよりも大きくなるよう内側筒部４２の開口端５２を形成してもよい。

この構成によれば、α＞βを満たすように開口端５２の波型形状の各波が傾斜しているため、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合（図４において、矢印６０方向への旋回成分が比較的大きく、矢印６２方向への径方向成分及び軸線方向成分が比較的小さい場合）に、排ガスの縦渦８４を効果的に発生させることができる。これにより、周方向流路５４を流れる排ガスの旋回成分が比較的大きい場合において、圧力損失の発生を抑制する効果及び排ガスと新気の混合を抑制する効果を高めることができる。

本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した幾つかの実施形態に変形を加えた実施形態も含み、上述した幾つかの実施形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１０ 排ガス還流装置
１２ エンジンシステム
１４ エンジン
１６ ターボチャージャ
１８ タービン
２０ 圧縮機
２２ 上流側吸気路
２４ 給気用マニホールド
２６ 下流側吸気路
２８ 排気用マニホールド
３０ 吸気冷却用熱交換器
３２ 排気還流路
３４ 排気冷却用熱交換器
３６ 制御弁
３８ 新気入口部
４０ 新気絞り部
４２ 内側筒部
４４ 排ガス入口部
４６ 囲繞部
４８ 出口部
５０ 周壁
５２ 開口端
５４ 周方向流路
５６ 合流路
５８ 開口
７２ スロットルバルブ
７４ 管
７６ 混合促進部
７８ 排ガス還流用円筒管
８０ 連絡管
８２ 切り欠き部
８４ 縦渦
８６ 第１接続面
８８ 第２接続面
９０ 縦渦

Claims (13)

1. エンジンから排出された排ガスと前記エンジンに供給される新気とを合流させるように構成された排ガス還流装置において、
   前記新気の流れを受け入れるように構成された新気入口部と、
   前記新気入口部に連なり、前記新気の流れを絞るように構成された新気絞り部と、
   前記新気絞り部に連なり、前記新気絞り部とは反対側に開口端を有する円筒形状の内側筒部と、
   前記排ガスの流れを受け入れるように構成された排ガス入口部と、
   前記排ガス入口部に連なるとともに前記内側筒部を囲む囲繞部であって、前記排ガスの前記内側筒部の外周面に沿って延在する周方向流路を規定する囲繞部と、
   前記囲繞部に連なる筒形状の出口部であって、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流れと前記周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路を規定する出口部とを備え、
   前記内側筒部の開口端と前記囲繞部との間に、前記内側筒部の開口端に沿って延在して前記周方向流路と前記合流路とを連通する環状の開口が規定されている
   ことを特徴とする排ガス還流装置。
2. 前記排ガス入口部の流路断面積、前記周方向流路の流路断面積、及び、前記環状の開口の面積は、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流速と前記環状の開口から流出した排ガスの流速とが、前記エンジンの負荷が所定の範囲内にあるときに等しくなるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の排ガス還流装置。
3. 前記出口部の内周面から突出する少なくとも１つの突起部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス還流装置。
4. 前記周方向流路の流路断面積は、前記内側筒部の周方向にて前記周方向流路が前記排ガスの流れを受け入れるように構成された受け入れ位置から離れるにつれて縮小している
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の排ガス還流装置。
5. 前記排ガス入口部は、前記排ガスが前記周方向流路の受け入れ位置に対し前記内側筒部の接線方向に沿って流入するように構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の排ガス還流装置。
6. エンジンと、
   前記エンジンから排出された排ガスのうち少なくとも一部のエネルギを利用して前記エンジンに供給される新気を圧縮するように構成されたターボチャージャと、
   前記エンジンから排出された排ガスのうち少なくとも一部を、前記エンジンに供給される新気に合流させるように構成された排ガス還流装置とを備えるエンジンシステムにおいて、
   前記排ガス還流装置は、
   前記新気の流れを受け入れるように構成された新気入口部と、
   前記新気入口部に連なり、前記新気の流れを絞るように構成された新気絞り部と、
   前記新気絞り部に連なり、前記新気絞り部とは反対側に開口端を有する円筒形状の内側筒部と、
   前記排ガスの流れを受け入れるように構成された排ガス入口部と、
   前記排ガス入口部に連なるとともに前記内側筒部を囲む囲繞部であって、前記排ガスの前記内側筒部の外周面に沿って延在する周方向流路を規定する囲繞部と、
   前記囲繞部に連なる筒形状の出口部であって、前記内側筒部の開口端から流出した新気の流れと前記周方向流路から流出した排ガスの流れを受け入れるように構成された合流路を規定する出口部とを含み、
   前記内側筒部の開口端と前記囲繞部との間に、前記内側筒部の開口端に沿って延在して前記周方向流路と前記合流路とを連通する環状の開口が規定されている
   ことを特徴とするエンジンシステム。
7. 出口を２つ有するＥＧＲ制御弁、スロットルバルブ及び給気用マニホールドが接続される排ガス還流用円筒管と、
   前記ＥＧＲ制御弁と前記排ガス還流用円筒管の間に介装される混合促進部と
   を備え、
   前記混合促進部は、前記排ガス還流用円筒管に対して相互に異なる２つの接線方向にてそれぞれ接続される２つの連絡管を有し、
   前記２つの接線方向は、前記排ガス還流用円筒管の横断面視にて鏡映対称である
   ことを特徴とする排ガス還流装置。
8. 前記内側筒部には、前記開口端から前記内側筒部の上流側に向けて切り欠かれた切り欠き部が、前記内側筒部の周方向に複数設けられている請求項１乃至５の何れか１項に記載の排ガス還流装置。
9. 前記複数の切り欠き部は、前記内側筒部の周方向に等間隔に設けられている請求項８に記載の排ガス還流装置。
10. 前記複数の切り欠き部の各々は、前記内側筒部の軸線方向に平行に切り欠かれている請求項８又は９に記載の排ガス還流装置。
11. 前記複数の切り欠き部の各々は、前記内側筒部の軸線方向に対して前記周方向流路のスクロール方向における下流側に向けて切り欠かれている請求項８又は９に記載の排ガス還流装置。
12. 前記内側筒部の径方向における前記開口端と前記囲繞部との間隔が前記内側筒部の周方向に沿って周期的に変化するように、前記開口端が波型形状を有する請求項１乃至５の何れか１項に記載の排ガス還流装置。
13. 前記開口端における前記囲繞部との間隔が最小となる第１の位置と前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ａとし、
    前記開口端における前記囲繞部との間隔が最小となる第２の位置のうち、前記第１の位置に対して前記周方向流路のスクロール方向における下流側に隣接する第２の位置と、前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ｂとし、
    前記開口端における前記囲繞部との間隔が最大となる第３の位置のうち、前記周方向流路の前記スクロール方向において前記第１の位置と前記第２の位置との間に位置する第３の位置と、前記内側筒部の軸線とを結ぶ直線を直線Ｃとすると、
    前記直線Ａと前記直線Ｃとがなす角αが前記直線Ｂと前記直線Ｃのなす角βよりも大きい請求項１２に記載の排ガス還流装置。
    

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