JP2019002353A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】空気とＥＧＲガスとの混合を促進し、ＮＯｘの排出量を減少させる。【解決手段】エンジン１は、吸気通路１１１と、吸気通路１１１の中心を含む平面Ａを挟んで一方側および他方側に少なくとも１つずつ形成され、吸気通路１１１およびシリンダと連通する分岐後通路１３１と、吸気通路１１１のうち、平面Ａより一方側に形成され、排気還流通路１４１が開口する開口部１４１ａと、吸気通路１１１に設けられ、平面Ａより他方側に位置し、開口部１４１ａに対して、排気還流通路１４１の延長方向に対向する対向部１１１ｂと、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、排気ガスが吸気側に還流するエンジンに関する。

従来、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）機構を備えたエンジンが普及している。ＥＧＲ機構では、排気ガスが吸気側に還流する。コレクタ部には、吸気通路が接続される。吸気通路には、排気還流通路が接続される。ＥＧＲガスは、排気還流通路から吸気通路に流入する。コレクタ部には、複数の分岐後通路が接続される。コレクタ部に流入した空気とＥＧＲガスは、複数の分岐後通路に接続された各シリンダに導かれる。

特許文献１に記載のエンジンでは、吸気通路は、分岐後通路に対して直交する向きに延在している。そのため、吸気通路から分岐後通路に向う空気の圧力損失が大きい。特許文献２に記載のエンジンでは、吸気通路は、分岐後通路に対して平行に延在している。すなわち、吸気通路の中心を含む平面を挟んで一方側および他方側に少なくとも１つずつ、分岐後通路が形成される。

特許第３４６４１１０号公報 特開２０１６−７０１８７号公報

例えば、上記の特許文献２に記載された配置では、特許文献１に記載された配置よりも、吸気通路から分岐後通路に向う空気の圧力損失が抑えられる。しかし、吸気通路から分岐後通路に向う空気の流れが乱され難いため、空気とＥＧＲガスとが混合され難い。そのため、シリンダごとに流入するＥＧＲガスの量のバラツキが大きくなる。その結果、ＥＧＲガスの流入量が少ないシリンダでは、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が増加してしまう。

本開示は、このような課題に鑑み、空気とＥＧＲガスとの混合を促進し、ＮＯｘの排出量を減少させることが可能なエンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るエンジンは、吸気通路と、吸気通路の中心を含む平面を挟んで一方側および他方側に少なくとも１つずつ形成され、吸気通路およびシリンダと連通する分岐後通路と、吸気通路のうち、平面より一方側に形成され、排気還流通路が開口する開口部と、吸気通路に設けられ、平面より他方側に位置し、開口部に対して、排気還流通路の延長方向に対向する対向部と、を備える。

吸気通路と、複数の分岐後通路とを連通するコレクタ部と、排気還流通路のうち、開口部より上流側と、コレクタ部のうち、平面より一方側とを連通する連通部と、を備えてもよい。

連通部は、排気還流通路とコレクタ部との間の隔壁を貫通する貫通孔であってもよい。

連通部は、排気還流通路とコレクタ部との間の隔壁に設けられ、開口部から排気還流通路の上流側に延在する切り欠きであってもよい。

分岐後通路は、吸気通路の延長方向に沿って延在してもよい。

本開示によれば、空気とＥＧＲガスとの混合を促進し、ＮＯｘの排出量を減少させることが可能となる。

エンジンの概略的な構成を説明するための図である。 本実施形態のエンジンの部分断面図である。 比較例を説明するための図である。 第１変形例のエンジンの部分断面図である。 第２変形例のエンジンの部分断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジン１の概略的な構成を説明するための図である。図１では、エンジン１のシリンダ２をシリンダヘッド３側（上死点側）から見た図を示す。図１に示すように、エンジン１はシリンダ２を備える。シリンダ２は、図１中、シリンダヘッド３の奥側に位置するシリンダブロック４内部に、複数（図１に示す一例では４つ）設けられる。シリンダ２は、複数であれば、２つ、３つ、または、５つ以上であってもよい。図１では、４つのシリンダ２が一列に配列される例を示す。シリンダ２の端部にはシリンダヘッド３が設けられる。シリンダヘッド３には、不図示の吸気ポートおよび排気ポートが形成される。

インテークマニホールド１００は、分岐前配管部１１０、コレクタ部１２０、分岐後配管部１３０、ＥＧＲ下流配管部１４０を有する。分岐前配管部１１０、コレクタ部１２０、分岐後配管部１３０、ＥＧＲ下流配管部１４０は、例えば、一体成型されてもよいし、それぞれ、または、一部が、別体に成型されて、組み立てられてもよい。

分岐前配管部１１０は、不図示のエアクリーナに接続される。コレクタ部１２０は、分岐前配管部１１０および分岐後配管部１３０に接続される。分岐後配管部１３０は、シリンダヘッド３の吸気ポートに接続される。分岐後配管部１３０は、シリンダ２ごとに設けられる。図１では、４つのシリンダ２に対応して、４つの分岐後配管部１３０が設けられる例を示す。エンジン１の外部から吸入された空気は、エアクリーナによってろ過された後、分岐前配管部１１０に導かれる。

分岐前配管部１１０からコレクタ部１２０に流入した空気は、それぞれの分岐後配管部１３０に分流して、シリンダ２に流入する。シリンダ２内に流入した空気は、シリンダ２内に噴射された燃料と混合して混合気となり、混合気が燃焼する。混合気の燃焼圧により、ピストンがシリンダ２内を摺動して、不図示のクランクシャフトを回転させる。

エキゾーストマニホールド５は、合流前配管部５ａ、合流部５ｂ、合流後配管部５ｃを有する。

合流前配管部５ａは、シリンダヘッド３の排気ポートに接続される。合流前配管部５ａは、シリンダ２ごとに設けられる。図１では、４つのシリンダ２に対応して、４つの合流前配管部５ａが設けられる例を示す。合流部５ｂには、それぞれの合流前配管部５ａ、および、合流後配管部５ｃが接続される。各シリンダ２において、燃焼により生じた排気ガスは、それぞれの合流前配管部５ａを通って合流部５ｂで合流する。合流した排気ガスは、合流後配管部５ｃから、例えば、触媒やフィルタなどの浄化装置に導かれる。浄化装置で浄化された排気ガスは、エンジン１の外部に排出される。

また、合流部５ｂには、ＥＧＲ配管６の一端が接続される。ＥＧＲ配管６の他端は、ＥＧＲ下流配管部１４０に連結される。合流部５ｂに流出した排気ガスの一部は、ＥＧＲ配管６およびＥＧＲ下流配管部１４０を通って、分岐前配管部１１０（または、コレクタ部１２０）に還流する。以下、還流する排気ガスをＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスという。

図２は、本実施形態のエンジン１の部分断面図である。図２では、エンジン１のうち、吸気側の一部を示す。図２では、分岐前配管部１１０、コレクタ部１２０、分岐後配管部１３０、および、ＥＧＲ下流配管部１４０を切断する面による断面を示す。

図２に示すように、分岐前配管部１１０の内部には、吸気通路１１１が形成される。複数の分岐後配管部１３０の内部には、それぞれ分岐後通路１３１が形成される。分岐後通路１３１はシリンダ２に連通する。コレクタ部１２０の内部空間Ｓは、吸気通路１１１と分岐後通路１３１とを連通させる。ＥＧＲ下流配管部１４０の内部には、排気還流通路１４１が形成される。

図２中、吸気通路１１１の中心を含む平面Ａを一点鎖線で示す。図２では、平面Ａが、例えば、複数の分岐後配管部１３０の配列方向に垂直な場合を例に挙げる。図２に示すように、分岐後通路１３１（分岐後配管部１３０）は、平面Ａを挟んで、一方側（ＥＧＲ下流配管部１４０側、図２中、右側）と、他方側（ＥＧＲ下流配管部１４０と反対側、図２中、左側）に２つずつ形成される。

ここでは、分岐後通路１３１は、平面Ａを挟んで、一方側と他方側に２つずつ形成される場合について説明した。ただし、分岐後通路１３１は、平面Ａを挟んで、一方側と他方側に少なくとも１つずつ形成されればよい。また、平面Ａが、複数の分岐後配管部１３０の配列方向に垂直な場合を例に挙げて説明した。ただし、分岐後配管部１３０が、吸気通路１１１の中心（中心軸）を含む任意の平面を挟んで、一方側と他方側に少なくとも１つずつ形成されればよい。

分岐後通路１３１は、吸気通路１１１の延長方向に沿って延在する。この場合、吸気通路１１１から（コレクタ部１２０を介して）分岐後通路１３１に流れ込む空気の圧力損失が低減する。ただし、吸気通路１１１に対して、分岐後通路１３１が斜めに延在してもよい。また、吸気通路１１１と分岐後通路１３１は、シリンダヘッド３側から（図１の視点で）見たとき、大凡平行である。吸気通路１１１と分岐後通路１３１は、吸気通路１１１と分岐後通路１３１を切断する断面（図２に示す断面）において、大凡平行である。ただし、図１の視点で見たとき、または、図２に示す断面において、吸気通路１１１に対して、分岐後通路１３１が斜めに延在してもよい。

排気還流通路１４１（ＥＧＲ下流配管部１４０）は、平面Ａより一方側（図２中、右側）に位置する。排気還流通路１４１のうち、吸気通路１１１に開口する開口部１４１ａは、吸気通路１１１のうち、平面Ａより一方側（図２中、右側）に形成される。

排気還流通路１４１は、吸気通路１１１に対して直交する。ただし、排気還流通路１４１は、吸気通路１１１に対して直交せず、直角以外の傾斜角であってもよい。排気還流通路１４１は、複数の分岐後通路１３１の配列方向（図２中、左右方向）に平行に延在する。ただし、排気還流通路１４１は、複数の分岐後通路１３１の配列方向に対して、傾斜してもよい。

インテークマニホールド１００のうち、ＥＧＲ下流配管部１４０（排気還流通路１４１）と、コレクタ部１２０（内部空間Ｓ）との間には、隔壁１０１が形成される。排気還流通路１４１と内部空間Ｓとは、隔壁１０１によって隔てられている。

隔壁１０１には、連通部１０２が形成される。連通部１０２は、排気還流通路１４１のうち、開口部１４１ａより上流側と、コレクタ部１２０の内部空間Ｓのうち、平面Ａより一方側（排気還流通路１４１側、図２中、右側）とを連通する。ここでは、連通部１０２は、隔壁１０１を貫通する貫通孔である。連通部１０２は、隔壁１０１を、排気還流通路１４１からコレクタ部１２０の内部空間Ｓまで貫通する。

ここで、複数の分岐後通路１３１を、図２中、右側から分岐後通路１３１ａ、分岐後通路１３１ｂ、分岐後通路１３１ｃ、分岐後通路１３１ｄと称する。分岐後通路１３１ａは、平面Ａから一方側に最も離隔する。分岐後通路１３１ｂは、平面Ａと分岐後通路１３１ａとの間に位置する。分岐後通路１３１ｃは、平面Ａと分岐後通路１３１ｄとの間に位置する。分岐後通路１３１ｄは、平面Ａから他方側に最も離隔する。

連通部１０２は、隔壁１０１のうち、分岐後通路１３１ａの延長上と、分岐後通路１３１ｂの延長上との間に形成される。連通部１０２は、コレクタ部１２０のうち、分岐後通路１３１ａと分岐後通路１３１ｂの間の内壁１２０ａに対向する。

吸気通路１１１（分岐前配管部１１０）の内壁１１１ａのうち、コレクタ部１２０近傍には、対向部１１１ｂが形成される。対向部１１１ｂは、平面Ａより他方側（ＥＧＲ下流配管部１４０と反対側、図２中、左側）に位置する。対向部１１１ｂは、開口部１４１ａに対して、排気還流通路１４１の延長方向（図２中、矢印で示す）に対向する。

コレクタ部１２０のうち、平面Ａより一方側（排気還流通路１４１側、図２中、右側）を第１部分１２１とし、平面Ａより他方側（ＥＧＲ下流配管部１４０と反対側、図２中、左側）を第２部分１２２とする。第１部分１２１は、第２部分１２２よりも、図２中、上側（吸気通路１１１側、分岐後通路１３１と反対側）に突出している。

すなわち、第１部分１２１のうち、図２中、上側の内壁１２１ａ（隔壁１０１）は、第２部分１２２のうち、図２中、上側の内壁１２２ａよりも、図２中、上側に位置する。内壁１２２ａは、内壁１２１ａより、分岐後通路１３１に近い。内部空間Ｓのうち、第１部分１２１側は、内部空間Ｓのうち、第２部分１２２側より容積が大きい。

図３は、比較例を説明するための図である。図３に示すように、比較例では、上述した実施形態の対向部１１１ｂが形成されていない。すなわち、排気管流通路Ｌａの開口部Ｌｂは、吸気通路Ｌｃの内壁Ｌｄに対して、排気管流通路Ｌａの延長方向に対向しない。

吸気通路Ｌｃと分岐後通路Ｌｅが平行に延在しており、吸気通路Ｌｃから分岐後通路Ｌｅに向う空気の流れが乱され難い。そのため、空気とＥＧＲガスとが混合され難い。ＥＧＲガスは、図３中、左側に向かって流れる。そのため、図３中、右側の分岐後通路Ｌｅは、左側の分岐後通路Ｌｅより、ＥＧＲガスの濃度が低くなる傾向がある。このように、シリンダ２ごとに流入するＥＧＲガスの量のバラツキが大きくなる。その結果、ＥＧＲガスの流入量が少ないシリンダ２では、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量が増加してしまう。

本実施形態では、上記のように、対向部１１１ｂが形成されているため、空気とＥＧＲガスの混合が促進される（均一化が図られる）。シリンダ２ごとに流入するＥＧＲガスの量のバラツキが抑えられる。その結果、ＮＯｘの排出量が抑制される。ここでは、対向部１１１ｂが、吸気通路１１１（分岐前配管部１１０）の内壁１１１ａに形成される場合について説明した。この場合、空気の圧力損失が抑制される。ただし、対向部１１１ｂは、内壁１１１ａと別体であってもよい。対向部１１１ｂは、吸気通路１１１に形成され、開口部１４１ａに対して、排気還流通路１４１の延長方向に対向すればよい。

また、連通部１０２を設けることで、排気還流通路１４１を流れるＥＧＲガスの一部が、連通部１０２を通ってコレクタ部１２０の第１部分１２１側に流入する。その結果、ＥＧＲガスの流入量が比較的少なくなり易い分岐後通路１３１ａ、分岐後通路１３１ｂに、ＥＧＲガスが供給され易くなる。こうして、ＥＧＲガスのさらなる均一化が図られる。

図４は、第１変形例のエンジン１ａの部分断面図である。図４では、第１変形例における図２に対応する位置の断面を示す。上述した実施形態では、連通部１０２が貫通孔である場合について説明した。図４に示すように、第１変形例では、連通部２０２は、隔壁１０１に設けられる切り欠きである。連通部２０２は、開口部１４１ａから排気還流通路１４１の上流側に延在する。連通部２０２は、例えば、コレクタ部１２０のうち、分岐後通路１３１ａと分岐後通路１３１ｂの間の内壁１２０ａに対向する位置まで延在する。ただし、連通部２０２は、内壁１２０ａに対向する位置まで延在せずともよい。連通部２０２は、隔壁１０１のうち、分岐後通路１３１ａの延長上まで延在してもよい。

排気還流通路１４１を流れるＥＧＲガスの一部は、連通部２０２を通ってコレクタ部１２０の第１部分１２１側に流入する。その結果、ＥＧＲガスのさらなる均一化が図られる。

図５は、第２変形例のエンジン１ｂの部分断面図である。図５では、第２変形例における図２に対応する位置の断面を示す。第２変形例では、対向部３１１ｂは、内壁１２２ａ（コレクタ部１２０、シリンダ２、分岐後通路１３１）に近づくほど、平面Ａ側（排気還流通路１４１側、図５中、右側）に近づく向きに傾斜している。対向部３１１ｂは、内壁１２２ａ側が開口部１４１ａ側に向かって突出している。

対向部３１１ｂが傾斜しているため、ＥＧＲガスは、対向部３１１ｂにガイドされて、第１部分１２１側に導かれ易くなる。その結果、ＥＧＲガスのさらなる均一化が図られる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態および各変形例では、連通部１０２、２０２が設けられる場合について説明した。ただし、連通部１０２、２０２は必須の構成ではない。

本開示は、排気ガスが吸気側に還流するエンジンに利用することができる。

１ エンジン
１ａ エンジン
１ｂ エンジン
２ シリンダ
１０１ 隔壁
１０２ 連通部
１１１ 吸気通路
１１１ｂ 対向部
１２０ コレクタ部
１３１ 分岐後通路
１３１ａ 分岐後通路
１３１ｂ 分岐後通路
１３１ｃ 分岐後通路
１３１ｄ 分岐後通路
１４１ 排気還流通路
１４１ａ 開口部
２０２ 連通部
３１１ｂ 対向部
Ａ 平面

Claims (5)

1. 吸気通路と、
   前記吸気通路の中心を含む平面を挟んで一方側および他方側に少なくとも１つずつ形成され、前記吸気通路およびシリンダと連通する分岐後通路と、
   前記吸気通路のうち、前記平面より前記一方側に形成され、排気還流通路が開口する開口部と、
   前記吸気通路に設けられ、前記平面より前記他方側に位置し、前記開口部に対して、前記排気還流通路の延長方向に対向する対向部と、
   を備えるエンジン。
2. 前記吸気通路と、複数の前記分岐後通路とを連通するコレクタ部と、
   前記排気還流通路のうち、前記開口部より上流側と、前記コレクタ部のうち、前記平面より前記一方側とを連通する連通部と、
   を備える請求項１に記載のエンジン。
3. 前記連通部は、前記排気還流通路と前記コレクタ部との間の隔壁を貫通する貫通孔である請求項２に記載のエンジン。
4. 前記連通部は、前記排気還流通路と前記コレクタ部との間の隔壁に設けられ、前記開口部から前記排気還流通路の上流側に延在する切り欠きである請求項２に記載のエンジン。
5. 前記分岐後通路は、前記吸気通路の延長方向に沿って延在する請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジン。

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