JP2016188582A - Ｅｇｒ配管の接続構造、内燃機関、及びｅｇｒガス流入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の新気とＥＧＲガスとの混合を十分に行うことができて、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法を提供する。【解決手段】ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃの延長線Ｌ２が、吸気配管１０の横断面に関しては曲り部分における内側半分の領域Ｒ１で、かつ、吸気配管１０の新気Ａの流れ方向に関しては、曲り部分の内側と外側の曲り中心位置Ｐｉ、Ｐｏを通る第１横断面Ｓ１と、曲り終了部分Ｐｅから吸気配管１０相当直径Ｄ１分だけ下流側に下った第２横断面Ｓ２との間の領域Ｒ２となる流入領域Ｒａ内に向けて配置すると共に、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃが、吸気配管１０の軸線Ｌａｃに対して、吸気配管１０の直径Ｄ１の１／８から３／８の偏心範囲Ｒｂの偏心距離Ｌｂだけ偏らせてＥＧＲ配管２０を吸気配管１０に接続する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の新気とＥＧＲガスとの混合を十分に行うことができて、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関では、大気汚染防止の観点から、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気ガスの一部を気筒内に再循環するＥＧＲ（排気再循環）が行われており、このために、排気ガスの一部を排気系配管から分岐し、吸気系配管の新気に合流させるためのＥＧＲ配管を設けている。

このＥＧＲ配管は、吸気配管にＥＧＲ配管を合流させる構成を取っている場合が多いが、新気とＥＧＲガスの混合が十分でないと、各気筒に流入する新気とＥＧＲガスの混合割合が異なってしまい、ＮＯｘ低減効果が減少したり、気筒内における良好な燃焼が得られなくなったりするという問題がある。

これに関連して、吸気通路とＥＧＲ通路との合流部の下流側で新気と排気ガスとを充分に混合させために、ＥＧＲ通路との合流部より下流側の吸気通路に、該合流部よりも内径の大きい拡径部を形成した内燃機関の吸気システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この拡径部を設ける構成では、エンジン本体の周囲における吸気配管のために必要なスペースが大きくなり、また、吸気配管の重量も増加するという問題がある。

特開２０１１−２１５９５号公報

一方、本発明者らは、次に知見を得た。つまり、吸気配管は吸気マニホールドに接続される前にエンジンレイアウトの関係で曲がる部分を有しており、この吸気配管の曲り部分において新気の流れに淀み部分が生じており、この淀み部分に対してＥＧＲガスを流入させることにより、新気とＥＧＲガスの混合が効率よく行われるとの知見を得た。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ配管を吸気配管に接続する位置を工夫することにより、内燃機関の新気とＥＧＲガスとの混合を十分に行うことができて、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造は、曲り部分を有する吸気配管に接続するＥＧＲ配管が接続する内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造において、該ＥＧＲ配管の軸線の延長線が、前記吸気配管の横断面に関しては曲り部分における内側半分の領域で、かつ、前記吸気配管の新気の流れ方向に関しては、曲り部分の内側の曲り中心位置と外側の曲り中心位置を通る第１横断面と、曲り終了部分から前記吸気配管の相当直径分だけ下流側に下った第２横断面との間の領域となる流入領域内に向かうように配置すると共に、前記ＥＧＲ配管の軸線の延長線が、前記吸気配管の軸線に対して、前記吸気配管の相当直径の１／８から３／８の偏心範囲の偏心距離だけ偏るようにして、前記ＥＧＲ配管を前記吸気配管に接続して構成される。

なお、この「横断面」とは、配管の軸線に垂直な断面をいい、「曲り中心位置」とは、曲り部分の側面から見たときに、曲り部分の扇型の線対称となる対称線が内側又は外側の曲線と交わる点の位置をいう。また、「相当直径」とは、配管の横断面が円形の場合はその直径のことをいい、配管の横断面が円形でない場合には、その横断面の面積ＡのＡ＝２π×（Ｄ／２）×（Ｄ／２）となるＤのことをいう。また、「配管の軸線」とは、配管の横断面の面積中心を通る線のことをいう。

この構成によれば、この流入領域は、新気の流れの淀み部分に相当するので、ＥＧＲガスをこの淀み部分に流入させることができ、新気の淀みを無くして新気との混合を促進できるとともに、ＥＧＲ配管の軸線の延長線を吸気配管の軸線から偏らせることにより、吸気配管内において吸気配管の軸線周りに旋回するＥＧＲガスの旋回流を発生させることができるので、新気とＥＧＲガスの混合を効率よく促進することができ、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる。

上記の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造において、前記ＥＧＲ配管が前記吸気配管の曲り部分の外側に接続されるように構成すると、吸気配管とＥＧＲ配管が向かい合う形となり、配管の配置が容易となる。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造を備えて構成され、上記の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造と同様の効果を発揮することができる。

上記の目的を達成するための本発明のＥＧＲガスの流入方法は、曲り部分を有する吸気配管に接続するＥＧＲ配管を備えた内燃機関におけるＥＧＲガスの流入方法において、ＥＧＲガスの流入の中心方向を、前記吸気配管の横断面に関しては曲り部分における内側半分の領域で、かつ、前記吸気配管の新気の流れ方向に関しては、曲り部分の内側の曲り中心位置と外側の曲り中心位置を通る第１横断面と、曲り終了部分から前記吸気配管の相当直径分だけ下流側に下った第２横断面との間の領域となる流入領域内に向けると共に、前記ＥＧＲガスの流入の中心方向を、前記吸気配管の軸線に対して、前記吸気配管の相当直径の１／８から３／８の偏心範囲の偏心距離だけ偏るようにして、ＥＧＲガスを前記吸気配管に流入させることを特徴とする方法である。

この方法によれば、ＥＧＲガスをこの淀み部分である流入領域内に流入させることができ、新気の淀みを無くして新気との混合を促進できるとともに、ＥＧＲガスの流入の中心方向を吸気配管の軸線から偏らせることにより、吸気配管内において吸気配管の軸線周りに旋回するＥＧＲガスの旋回流を発生させることができるので、新気とＥＧＲガスの混合を効率よく促進することができ、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる。

本発明の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法によれば、ＥＧＲガスを新気の流れの淀み部分に相当する流入領域に流入させることができ、しかも、吸気配管内において吸気配管の軸線周りに旋回するＥＧＲガスの旋回流を発生させることができるので、内燃機関の新気とＥＧＲガスとの混合を十分に行うことができて、各気筒に流入する混合気における新気とＥＧＲガスの混合割合を均等にすることができる。

本発明に係る第１の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造を模式的に示す側断面図である。 図１のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管における流入領域を模式的に示す、図１のＸ方向から見た断面図である。 図１のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管へのＥＧＲ配管の接続状態を模式的に示す、図１のＹ方向から見た図である。 本発明に係る第２の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造を模式的に示す側断面図である。 図４のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管における流入領域を模式的に示す、図４のＸ方向から見た断面図である。 図４のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管へのＥＧＲ配管の接続状態を模式的に示す、図４のＹ方向から見た図である。 本発明に係る第３の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造を模式的に示す側断面図である。 図７のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管における流入領域を模式的に示す、図７のＸ方向から見た断面図である。 図７のＥＧＲ配管の接続構造で、吸気配管へのＥＧＲ配管の接続状態を模式的に示す、図７のＹ方向から見た図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法について、図面を参照しながら説明する。

また、以下で使用する「横断面」とは、配管の軸線に垂直な断面をいい、「曲り中心位置」とは、曲り部分の側面から見たときに、曲り部分の扇型の線対称となる対称線が内側又は外側の曲線と交わる点の位置をいう。また、「相当直径」とは、配管の横断面が円形の場合はその直径のことをいい、配管の横断面が円形でない場合には、その横断面の面積ＡのＡ＝２π×（Ｄ／２）×（Ｄ／２）となるＤのことをいう。また、「配管の軸線」とは、配管の横断面の面積中心を通る線のことをいう。

本発明に係る第１〜第３の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造は、図１〜図９に示すように、曲り部分１１を有する吸気配管１０に接続するＥＧＲ配管２０が接続する内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造である。

この構造において、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃの延長線Ｌ２が、吸気配管１０の横断面に関しては曲り部分１１における内側半分の領域Ｒ１で、かつ、吸気配管１０の新気Ａの流れ方向に関しては、曲り部分の内側の曲り中心位置Ｐｉと外側の曲り中心位置Ｐｏを通る第１横断面Ｓ１から、曲り終了部分Ｐｅから吸気配管１０の相当直径Ｄ１分だけ下流側に下った第２横断面Ｓ２までの領域Ｒ２となる流入領域Ｒａ内に向かうように配置される。つまり、この流入領域Ｒａは領域Ｒ１と領域Ｒ２が重なり合う領域である。

それと共に、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃの延長線Ｌ２が、吸気配管１０の軸線Ｌａｃに対して、吸気配管１０の相当直径Ｄ１の１／８から３／８の偏心範囲Ｒｂの偏心距離Ｌｂだけ偏るように、ＥＧＲ配管２０は吸気配管１０に接続される。

そして、第１の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造では、図１〜図３に示すように、ＥＧＲ配管２０は、吸気配管１０の幅よりも外側にはみ出して接続される。一方、第２の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造では、図４〜図６に示すように、吸気配管１０の外側の面にＥＧＲ配管２０の外側が接している。また、第３の実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造では、図７〜図９に示すように、ＥＧＲ配管２０は、吸気配管１０の幅よりも外側にはみ出さずに、吸気配管１０の幅よりも内側に接続される。

また、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃを吸気配管１０の軸線Ｌａｃを含む面と垂直若しくは交わる方向に配置して混合を促進する構成も考えられるが、このＥＧＲ配管２０は吸気配管１０の曲り部分１１の外側に接続して、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃを吸気配管１０の軸線Ｌａｃを含む面と平行になるようにして、吸気配管１０とＥＧＲ配管２０を向かい合う形にして、配管の配置が容易となるようにすることがより好ましい。

また、吸気配管１０の曲り部分１１の上流側の軸線Ｌａｃに対して、ＥＧＲ配管２０の軸線Ｌｅｃは必ずしも平行である必要はない。

また、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、本発明に係る実施の形態のＥＧＲ配管の接続構造を備えた内燃機関である。

そして、本発明の実施の形態のＥＧＲガスの流入方法は、曲り部分１１を有する吸気配管１０に接続するＥＧＲ配管２０を備えた内燃機関におけるＥＧＲガスの流入方法である。この方法において、ＥＧＲガスＧｅの流入の中心方向Ｌ２を、流入領域Ｒａ内に向けると共に、ＥＧＲガスＧｅの流入の中心方向Ｌ２を、吸気配管１０の軸線Ｌａｃに対して、吸気配管１０の相当直径Ｄ１の１／８から３／８の偏心範囲Ｒｂの偏心距離Ｌｂだけ偏るようにして、ＥＧＲガスＧｅを吸気配管１０に流入させる方法である。

上記の構成の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造、内燃機関、及びＥＧＲガス流入方法によれば、ＥＧＲガスＧｅを新気Ａの流れの淀み部分に相当する流入領域Ｒａに流入させることができ、しかも、吸気配管１０内において吸気配管１０の軸線Ｌａｃ周りに旋回するＥＧＲガスＧｅの旋回流を発生させることができるので、内燃機関の新気ＡとＥＧＲガスＧｅとの混合を十分に行うことができて、各気筒に流入する混合気における新気ＡとＥＧＲガスＧｅの混合割合を均等にすることができる。

１０ 吸気配管
１１ 吸気配管の曲り部分
２０ ＥＧＲ配管
Ａ 新気
Ｄ１ 吸気配管の相当直径
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｌａｃ 吸気配管の軸線
Ｌｂ 偏心距離
Ｌｅｃ ＥＧＲ配管の軸線
Ｌ２ ＥＧＲ配管の軸線の延長線
Ｐｅ 曲り終了部分
Ｐｉ 曲り部分の内側の曲り中心位置
Ｐｏ 曲り部分の外側の曲り中心位置
Ｒ１ 吸気配管の曲り部分における内側半分の領域
Ｒ２ 第１横断面と第２横断面との間の領域
Ｒａ 流入領域
Ｒｂ 偏心範囲
Ｓ１ 第１横断面
Ｓ２ 第２横断面

Claims (4)

1. 曲り部分を有する吸気配管に接続するＥＧＲ配管が接続する内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造において、
   該ＥＧＲ配管の軸線の延長線が、前記吸気配管の横断面に関しては曲り部分における内側半分の領域で、かつ、前記吸気配管の新気の流れ方向に関しては、曲り部分の内側の曲り中心位置と外側の曲り中心位置を通る第１横断面と、曲り終了部分から前記吸気配管の相当直径分だけ下流側に下った第２横断面との間の領域となる流入領域内に向かうように配置すると共に、
   前記ＥＧＲ配管の軸線が、前記吸気配管の軸線に対して、前記吸気配管の相当直径の１／８から３／８の偏心範囲の偏心距離だけ偏るようにして、前記ＥＧＲ配管を前記吸気配管に接続する
   ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造。
2. 前記ＥＧＲ配管が前記吸気配管の曲り部分の外側に接続される請求項１記載の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関のＥＧＲ配管の接続構造を備えたことを特徴とする内燃機関。
4. 曲り部分を有する吸気配管に接続するＥＧＲ配管を備えた内燃機関におけるＥＧＲガスの流入方法において、
   ＥＧＲガスの流入の中心方向を、前記吸気配管の横断面に関しては曲り部分における内側半分の領域で、かつ、前記吸気配管の新気の流れ方向に関しては、曲り部分の内側の曲り中心位置と外側の曲り中心位置を通る第１横断面と、曲り終了部分から前記吸気配管の相当直径分だけ下流側に下った第２横断面との間の領域となる流入領域内に向けると共に、
   前記ＥＧＲガスの流入の中心方向を、前記吸気配管の軸線に対して、前記吸気配管の相当直径の１／８から３／の偏心範囲の偏心距離だけ偏るようにして、ＥＧＲガスを前記吸気配管に流入させることを特徴とするＥＧＲガスの流入方法。

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