JP2017141689A - ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気と排出ガスとを良く混ぜる。【解決手段】エンジンの排気系から吸気系に排出ガスを供給するガス還流装置であって、吸気系に設けられ、エンジンの各吸気ポートに吸入空気を分配する吸気マニホールド２１と、排気系と吸気系とに接続され、排気系から吸気系に排出ガスを供給するＥＧＲ供給路３１と、を有し、ＥＧＲ供給路３１は、排気系に接続される供給配管３２と、吸気系に接続される供給配管３３と、供給配管３２と供給配管３３との間に設けられる拡張チャンバ３４と、を備え、拡張チャンバ３４の断面積は、供給配管３３の断面積よりも大きい。【選択図】図７

Description

本発明は、排出ガスを吸気系に供給するガス還流装置に関する。

エンジンの排気系と吸気系とを接続することにより、排出ガスの一部を吸気系に供給するガス還流装置が提案されている（特許文献１参照）。このように、燃焼室に向かう吸入空気に排出ガスを混合させることにより、燃焼温度を低下させて排出ガスの浄化性能を向上させることや、ポンプ損失を低減させて燃費性能を向上させることができる。

実開平３−１１４５６３号公報

ところで、エンジンの燃費性能や排出ガスの浄化性能の更なる向上を達成するためには、エンジンの各吸気ポートに対して排出ガスを均等に分配することが必要である。このため、ガス還流装置においては、吸入空気と排出ガスとを良く混ぜることが求められている。

本発明の目的は、吸入空気と排出ガスとを良く混ぜることにある。

本発明のガス還流装置は、エンジンの排気系から吸気系に排出ガスを供給するガス還流装置であって、前記吸気系に設けられ、前記エンジンの各吸気ポートに吸入空気を分配する吸気マニホールドと、前記排気系と前記吸気系とに接続され、前記排気系から前記吸気系に排出ガスを供給するガス供給路と、を有し、前記ガス供給路は、前記排気系に接続される導入流路と、前記吸気系に接続される放出流路と、前記導入流路と前記放出流路との間に設けられる拡張流路と、を備え、前記拡張流路の断面積は、前記放出流路の断面積よりも大きい。

本発明によれば、ガス供給路は、排気系に接続される導入流路と、吸気系に接続される放出流路と、導入流路と放出流路との間に設けられる拡張流路と、を備え、拡張流路の断面積は、放出流路の断面積よりも大きい。これにより、吸入空気を拡張流路に出入りさせることができ、吸入空気と排出ガスとを良く混ぜることができる。

本発明の一実施の形態であるガス還流装置を備えたエンジンを示す概略図である。 図１のＡ−Ａ線に沿って吸気系および排気再循環系の一部を示す断面図である。 吸気系および排気再循環系の一部を示す斜視図である。 （ａ）はＥＧＲアダプタおよび排気再循環系の一部を示す断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（ｄ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、吸入空気とＥＧＲガスとの混合過程を濃淡によって示した図である。 （ａ）および（ｂ）は、吸入空気とＥＧＲガスとの混合過程を濃淡によって示した図である。 拡張チャンバにおける吸入空気やＥＧＲガスの流れを簡単に示した図である。 比較例としてのガス還流装置を示す断面図である。 実施例と比較例とのＥＧＲバラツキ率を比較して示す比較図である。 実施例と比較例とのＥＧＲバラツキ率を比較して示す比較図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるガス還流装置１０を備えたエンジン１１を示す概略図である。なお、図示するエンジン１１は水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、直列エンジンやＶ型エンジン等であっても良い。

図１に示すように、エンジン１１は、複数のシリンダボア１２を備えるシリンダブロック１３と、これに取り付けられるシリンダヘッド１４と、を有している。シリンダヘッド１４には、吸気系１５に接続される複数の吸気ポート１６が形成されており、排気系１７に接続される図示しない複数の排気ポートが形成されている。吸気系１５は、吸気ダクト１８、スロットルボディ１９、ＥＧＲアダプタ２０および吸気マニホールド２１等によって構成される吸気通路２２を備えている。また、排気系１７は、排気管２３や図示しない排気マニホールド等によって構成される排気通路２４を備えている。吸気通路２２を流れる吸入空気は、スロットルボディ１９を経て流量調整された後に、吸気マニホールド２１を経て各吸気ポート１６に分配され、吸気ポート１６から図示しない燃焼室に供給される。そして、燃焼室から排出される排出ガスは、図示しない排気ポートから排気通路２４に供給され、図示しない触媒コンバータや消音器を経て外部に排出される。

エンジン１１の燃費性能や排出ガスの浄化性能等を向上させるため、エンジン１１には、排出ガスの一部を吸気系１５に還流させる排気再循環系３０が設けられている。排気再循環系３０は、排気系１７と吸気系１５とに接続されるＥＧＲ供給路３１を有している。ＥＧＲ供給路３１は、排気系１７の排気管２３に接続される供給配管３２と、吸気系１５のＥＧＲアダプタ２０に接続される供給配管３３と、供給配管３２と供給配管３３との間に設けられる拡張チャンバ３４と、を有している。また、ＥＧＲ供給路３１の供給配管３２には、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ３５が設けられている。このように、排気再循環系３０を構成することにより、ＥＧＲ供給路３１およびＥＧＲアダプタ２０を介して、吸気系１５には排出ガスの一部がＥＧＲガスとして供給され、ＥＧＲガスの供給量はＥＧＲバルブ３５によって制御される。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」である。

図２は図１のＡ−Ａ線に沿って吸気系１５および排気再循環系３０の一部を示す断面図である。図３は吸気系１５および排気再循環系３０の一部を示す斜視図である。図２および図３に示すように、ＥＧＲアダプタ２０は、上流側に位置するスロットルボディ１９と下流側に位置する吸気マニホールド２１との間に設けられている。ＥＧＲアダプタ２０には、スロットルボディ１９から吸気マニホールド２１に吸入空気を案内する吸気流路４０が形成されている。また、ＥＧＲアダプタ２０には、吸気流路４０に径方向から開口する接続ポート４１が形成されている。このＥＧＲアダプタ２０の接続ポート４１には、供給配管３３、拡張チャンバ３４および供給配管３２からなるＥＧＲ供給路３１が接続されている。そして、ＥＧＲ供給路３１の供給配管３３からＥＧＲアダプタ２０の吸気流路４０に放出されるＥＧＲガスは、吸入空気に混ぜられて吸気マニホールド２１から各吸気ポート１６に分配される。なお、スロットルボディ１９は、所謂バタフライ式のスロットルボディであり、円盤状のスロットルバルブ４２およびこれを支持するバルブ軸４３を有している。図示しないスロットルモータによってバルブ軸４３を駆動することにより、実線で示した閉位置と破線で示した開位置との間でスロットルバルブ４２を回動させることができ、スロットルボディ１９内の吸気流路４４を開閉することができる。

図４（ａ）はＥＧＲアダプタ２０および排気再循環系３０の一部を示す断面図である。また、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図４（ｄ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、排出ガスを案内するＥＧＲ供給路（ガス供給路）３１は、排気系１７に接続される供給配管（導入流路）３２と、吸気系１５であるＥＧＲアダプタ２０に接続される供給配管（放出流路）３３と、供給配管３２と供給配管３３との間に設けられる拡張チャンバ（拡張流路）３４と、を有している。ここで、拡張チャンバ３４の内径Ｄ２は供給配管３３の内径Ｄ１よりも大きく形成されており、拡張チャンバ３４の流路断面積（断面積）Ａ２は供給配管３３の流路断面積（断面積）Ａ１よりも大きく形成されている。また、拡張チャンバ３４の内径Ｄ２は供給配管３３の内径Ｄ３よりも大きく形成されており、拡張チャンバ３４の流路断面積Ａ２は、供給配管３２の流路断面積（断面積）Ａ３よりも大きく形成されている。なお、各流路断面積Ａ１，Ａ２，Ａ３とは、供給配管３３、拡張チャンバ３４および供給配管３２の各中心線に直交する流路断面の面積である。

［吸入空気およびＥＧＲガスの混合状況］
続いて、吸入空気およびＥＧＲガスの混合状況について説明する。図５および図６は、吸入空気とＥＧＲガスとの混合過程を濃淡によって示した図である。図５および図６においては、ＥＧＲガスの高濃度領域が濃い色で示されており、ＥＧＲガスの低濃度領域が薄い色で示されている。また、図５および図６においては、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、図６（ｂ）の順に、吸入空気とＥＧＲガスとの混合過程が示されている。なお、図５および図６において、スロットルバルブ４２は開位置に保持されている。また、図７は、拡張チャンバ３４における吸入空気やＥＧＲガスの流れを簡単に示した図である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、スロットルボディ１９からＥＧＲアダプタ２０に流入した吸入空気は、その一部がＥＧＲアダプタ２０から拡張チャンバ３４に吸引される。また、図５（ｂ）および図６（ａ）に示すように、拡張チャンバ３４に吸引された吸入空気は、拡張チャンバ３４においてＥＧＲガスと撹拌された後に、ＥＧＲガスと共に拡張チャンバ３４からＥＧＲアダプタ２０に放出される。そして、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、拡張チャンバ３４からＥＧＲアダプタ２０に放出される吸入空気およびＥＧＲガスの混合ガスは、吸気マニホールド２１内において更に吸入空気と混ぜられた後に各吸気ポート１６に対して供給される。すなわち、図７に矢印ａ１〜ａ３で示すように、スロットルボディ１９から吸気マニホールド２１に向かう吸入空気の一部は、ＥＧＲアダプタ２０から拡張チャンバ３４に吸引されて撹拌された後に、拡張チャンバ３４からＥＧＲアダプタ２０に放出される。

このように、ＥＧＲ供給路３１の拡張チャンバ３４に吸入空気が出入りすることから、吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促すことができ、吸入空気とＥＧＲガスとを良く混ぜることができる。これにより、吸入空気に含まれるＥＧＲガスの割合（以下、ＥＧＲ含有率と記載する。）のバラツキを抑制することができ、各吸気ポート１６に対してほぼ均等にＥＧＲガスを供給することができる。また、吸気マニホールド２１の近傍にＥＧＲ供給路３１が接続される場合、つまり吸気ポート１６までの距離が短い位置に対してＥＧＲガスが放出される場合であっても、吸入空気とＥＧＲガスとを良く混ぜて吸気ポート１６に供給することができる。なお、拡張チャンバ３４の吸気系１５側の開口部３４ａには丸め加工が施されており、拡張チャンバ３４に対する吸入空気の出入りが促されている。

前述したように、ＥＧＲ供給路３１の拡張チャンバ３４に吸入空気を出入りさせることにより、吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促すことが可能であるが、その理由として、吸気系１５および排気再循環系３０の脈動が考えられる。つまり、吸気系１５を流れる吸入空気と、排気再循環系３０を流れるＥＧＲガスとは、エンジン１１のクランク角に応じて周期的に脈動している。すなわち、吸気系１５を構成するＥＧＲアダプタ２０の内部圧力と、排気再循環系３０を構成する拡張チャンバ３４の内部圧力とは、エンジン１１のクランク角に応じて周期的に上下に変動している。したがって、ＥＧＲアダプタ２０の内部圧力が拡張チャンバ３４の内部圧力よりも高いタイミングでは、ＥＧＲアダプタ２０から拡張チャンバ３４に吸入空気が移動する状況が発生し、拡張チャンバ３４の内部圧力がＥＧＲアダプタ２０の内部圧力よりも低いタイミングでは、拡張チャンバ３４からＥＧＲアダプタ２０に吸入空気が移動する状況が発生する。このような内部圧力の変動状況が周期的に繰り返されることから、ＥＧＲアダプタ２０と拡張チャンバ３４との間で吸入空気が出入りすると考えられる。

また、前述したように、拡張チャンバ３４の流路断面積Ａ２は、供給配管３３の流路断面積Ａ１よりも大きく形成される。このように、拡張チャンバ３４の流路断面積Ａ２を拡大することにより、拡張チャンバ３４の容量を確保することができるため、拡張チャンバ３４における吸入空気の吸引力を高めるとともに、拡張チャンバ３４内における渦の生成を促すことができる。また、換言すれば、供給配管３３の流路断面積Ａ１は、拡張チャンバ３４の流路断面積Ａ２よりも小さく形成される。このように、供給配管３３の流路断面積Ａ１を縮小することにより、ＥＧＲアダプタ２０と拡張チャンバ３４とを接続する流路を絞ることができるため、拡張チャンバ３４に出入りする吸入空気の流速を高めることができる。これにより、吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促すことができ、吸入空気とＥＧＲガスとを良く混ぜることができる。

また、拡張チャンバ３４に対する吸入空気の出入りを促すためには、拡張チャンバ３４を、ＥＧＲ供給路３１の下流側、つまり吸気系１５を構成するＥＧＲアダプタ２０の近傍に設けることが望ましい。このため、図２や図４（ａ）に示すように、ＥＧＲ供給路３１の供給配管３３は短く形成されており、拡張チャンバ３４はＥＧＲアダプタ２０の近傍に設けられている。また、換言すれば、拡張チャンバ３４がＥＧＲアダプタ２０の近傍に設けられることから、供給配管３３によって区画される放出流路の容積つまり体積は、拡張チャンバ３４によって区画される拡張流路の体積よりも小さく設定されている。

［比較例］
続いて、比較例としてのガス還流装置１００を例に挙げて、実施例のガス還流装置１０の効果について説明する。ここで、図８は比較例としてのガス還流装置１００を示す断面図である。なお、図８において、図２に示す部材と同様の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図９および図１０は実施例と比較例とのＥＧＲバラツキ率を比較して示す比較図である。図９にはスロットルバルブ４２が開位置に保持された状態でのＥＧＲバラツキ率が示されており、図１０にはスロットルバルブ４２が閉位置（具体的にはバルブ開度２０ｄｅｇ程度の閉側）に保持された状態でのＥＧＲバラツキ率が示されている。なお、図９および図１０に示されるＥＧＲバラツキ率とは、吸入空気全体のＥＧＲ含有率と、個々の吸気ポート１６に供給される吸入空気のＥＧＲ含有率との差である。つまり、ＥＧＲバラツキ率が「０」に近づくほど、各吸気ポート１６に供給される吸入空気のＥＧＲ含有率が等しくなり、ＥＧＲ含有率のバラツキが抑制されることを意味する。

図８に示すように、比較例としてのガス還流装置１００は、吸気マニホールド２１とスロットルボディ１９との間に設けられるＥＧＲアダプタ２０を有している。ＥＧＲアダプタ２０の接続ポート４１には、流路断面積が一定の供給配管１０１からなるＥＧＲ供給路１０２が接続されている。このように、ＥＧＲアダプタ２０に対して単に供給配管１０１を接続した場合には、供給配管１０１に対して吸入空気を出入りさせることが困難であるため、吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促すことが困難である。このため、図９に示すように、比較例のガス還流装置１００においては、各吸気ポート１６のＥＧＲバラツキ率に大きな差が生じている。これに対し、実施例のガス還流装置１０においては、前述したように、ＥＧＲ供給路３１に拡張チャンバ３４を設けるようにしたので、吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促すことができ、各吸気ポート１６のＥＧＲバラツキ率を互いに近づけることができる。

なお、図１０に示すように、スロットルバルブ４２が閉位置に保持された場合には、実施例のガス還流装置１０と比較例のガス還流装置１００との差が現れ難くなる。その理由として、スロットルバルブ４２が閉位置に保持された場合には、ＥＧＲアダプタ２０や吸気マニホールド２１の圧力が下がり易くなるため、ＥＧＲアダプタ２０から拡張チャンバ３４に吸入空気が移動し難くなることが考えられる。しかしながら、図１０に示すように、スロットルバルブ４２が閉位置に保持される状況とは、吸入空気の流速が低下することから吸入空気とＥＧＲガスとが混ざり易い状況であるため、実施例のガス還流装置１０においても、各吸気ポート１６のＥＧＲバラツキ率は互いに近づくことになる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、ＥＧＲアダプタ２０にＥＧＲ供給路３１を接続しているが、これに限られることはなく、吸気マニホールド２１等の吸気系１５を構成する他の部材にＥＧＲ供給路３１を接続しても良い。また、前述の説明では、ＥＧＲ供給路３１に設けられる拡張チャンバ３４として、円柱形状の拡張チャンバを採用しているが、これに限られることはなく、球形状や角柱形状等の他の形状の拡張チャンバを採用しても良い。また、図示する例では、供給配管３２，３３や拡張チャンバ３４は、それぞれ別部材によって構成されているが、これに限られることはなく、供給配管３２，３３や拡張チャンバ３４を一体に形成しても良い。

図示する例では、拡張チャンバ３４の中心に供給配管３２，３３が接続されているが、これに限られることはなく、拡張チャンバ３４の中心から外れる位置に供給配管３２，３３を接続しても良い。また、図示する例では、供給配管３２や供給配管３３の流路断面積は、各部位においてほぼ一定に保持されているが、これに限られることはなく、供給配管３２や供給配管３３の流路断面積を部位に応じて変化させても良い。また、図示する例では、供給配管３２と供給配管３３との流路断面積は同一であるが、これに限られることはなく、供給配管３２と供給配管３３との流路断面積を互いに異なる大きさに設定しても良い。また、図示する例では、拡張チャンバ３４の吸気系１５側の開口部３４ａに丸め加工が施されているが、これに限られることはなく、拡張チャンバ３４や供給配管３３の他の部位に丸め加工や面取り加工を施しても良い。

１０ ガス還流装置
１１ エンジン
１５ 吸気系
１７ 排気系
１９ スロットルボディ
２１ 吸気マニホールド
３１ ＥＧＲ供給路（ガス供給路）
３２ 供給配管（導入流路）
３３ 供給配管（放出流路）
３４ 拡張チャンバ（拡張流路）
Ａ１ 流路断面積（断面積）
Ａ２ 流路断面積（断面積）
Ａ３ 流路断面積（断面積）

Claims (4)

1. エンジンの排気系から吸気系に排出ガスを供給するガス還流装置であって、
   前記吸気系に設けられ、前記エンジンの各吸気ポートに吸入空気を分配する吸気マニホールドと、
   前記排気系と前記吸気系とに接続され、前記排気系から前記吸気系に排出ガスを供給するガス供給路と、
   を有し、
   前記ガス供給路は、前記排気系に接続される導入流路と、前記吸気系に接続される放出流路と、前記導入流路と前記放出流路との間に設けられる拡張流路と、を備え、
   前記拡張流路の断面積は、前記放出流路の断面積よりも大きい、ガス還流装置。
2. 請求項１記載のガス還流装置において、
   前記拡張流路の断面積は、前記導入流路の断面積よりも大きい、ガス還流装置。
3. 請求項１または２記載のガス還流装置において、
   前記放出流路は、前記吸気マニホールドよりも上流側の前記吸気系に接続される、ガス還流装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス還流装置において、
   前記吸気系に設けられ、吸入空気の流量を調整するスロットルボディ、を有し、
   前記放出流路は、前記吸気マニホールドと前記スロットルボディとの間の前記吸気系に接続される、ガス還流装置。