JP3539247B2 - エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの再循環により、燃費改善あるいは排気性能向上を図るエンジンの排気ガス還流装置(EGR装置)に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】
近年、出力を要求されない通常のエンジン運転時において、燃費改善によるCO2の低減あるいはNOxの排出量低減を目的として、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス還流装置(EGR装置)が種々提案されている。
【0003】
従来のエンジンの排気ガス還流装置としては、例えば図1の例(実開平3−114563号公報)、図2の例(実開平3−114564号公報、図3の例(特開平8−218949号公報)等が知られている。
【0004】
図1のものでは、ガス導入通路1からのEGRガスを、吸気通路2回りに設けたガス案内溝3を介し、水平方向に対向する2カ所の開口4から吸気通路2内に導入して、新気とEGRガスを混合する。図2のものでは、吸気通路5外周にEGRガスが導入される環状路6を形成し、吸気通路5壁面と環状路6とを連結する複数の孔7を介してEGRガスを吸気通路5内へ導入することにより、新気とEGRガスとを混合する。これらは、いすれも多気筒エンジンの各気筒間の排気管流率のバラツキの減少を目的としている。
【0005】
図3のものでは、吸気通路10の第1サージタンク11の下流に第2のサージタンク12を設けて、その第2サージタンク12にEGRガス導入部13を配している。このようにスロットルバルブ14から離れた位置の第2サージタンク12にEGRガスを導入することで、排気ガスの劣化成分(デポジット)がスロットルバルブに付着するのを防止している。
【0006】
しかしながら、これら従来の排気ガス還流装置にあっては、吸気通路へのEGRガスの導入部分が最適な位置あるいは方向にあるとは言えず、各気筒へのEGRガスの分配を均等にできないという問題を生じる。
【0007】
すなわち、図2のように吸気通路5壁面に設けた孔7からEGRガスを導入するのみ、あるいは図1のように水平方向に対向する開口4からEGRガスを導入するだけではEGRガスと新気との混合を良好に行えない。また、図3のように第2サージタンク12にEGRガスを導入するものでは、そのサージタンク12からEGRガスを各気筒へと均等に分配することが難しい。
【0008】
このため、特に大量のEGRを施した場合に、EGRガスと新気の混合が不十分となり、結果として各気筒間のEGR率にバラツキが生じて、エンジンの安定度の悪化、エミッションの増加、燃費の悪化という不具合が生じる。
【0009】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、新気とEGRガスとの混合を促すことによりEGRガスの気筒間分配特性を改善することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、請求項1の発明では、各気筒につながる分岐通路およびコレクタを備えた吸気系を持ち、排気系から外部還流通路を介してEGRガスを前記吸気系に導入するエンジンの排気ガス還流装置において、前記外部還流通路からのEGRガス導入口を、前記コレクタ上流の吸気通路に該吸気通路断面の接線方向を向くように設け、かつ前記EGRガス導入口は、通路断面積が減少する絞り通路部を備えた第1導入口と、絞り通路部を備えない第2導入口とを含む複数個のものから構成した。
【0011】
請求項2の発明は、上記EGRガス導入口を、新気流の下流向きに開口するように設けたものとした。
【0012】
請求項3の発明は、上記EGR導入口を、吸気通路内にノズル状に突出するように設けたものとした。
【0013】
請求項4の発明は、上記請求項3の発明の第2導入口を、吸気通路に突出した先端部が吸気通路断面の接線方向に沿った切欠形状を付与したものとした。
【0014】
請求項5の発明は、上記請求項3の発明の第1導入口を、吸気通路に突出した先端部が吸気通路壁面に沿った曲率で湾曲した形状を付与したものとした。
【0015】
請求項6の発明は、上記請求項1の発明の第2導入口を、第1導入口に近接した位置に開口するように設けたものとした。
【0016】
請求項7の発明は、上記請求項1の発明の第2導入口を、第1導入口から噴出するEGRガスにより吸気通路壁面に沿って生起されるスパイラル流の流線上に開口するように第1導入口よりも新気流の下流側に位置させたものとした。
【0017】
【作用・効果】
上記請求項1以下の各発明によれば、外部還流通路からのEGRガスはEGRガス導入口を介して吸気通路に接線方向から流入し、吸気通路内壁に沿ってスパイラル状の流れを形成する。このスパイラル状の流れにより吸気通路内を流れる新気に攪拌作用が起こり新気とEGRガスとの混合が促される。
【0018】
第1導入口からのEGRガス流は絞り通路部により加速されて流速を増すため吸気通路内により強いスパイラル流を生起する。また、絞り通路部を有しない第2導入口についても、その開口部付近に前記第1導入口からの高速流により低圧領域が発生していわゆるイジェクタ効果を生じるため大きな流速および流量が得られ、強いスパイラル流を生起する。
【0019】
このため、大量のEGRを施した場合でも、吸気通路下流のコレクタから各分岐通路を介して各気筒へと流れ込むEGRガスの割合を十分に均一化でき、これにより燃費および排気性能を確実に改善することができる。この効果は、スロットルバルブを用いず、比較的低速でEGRガスが吸気系に導入されるディーゼルエンジンにおいても顕著である。
【0020】
請求項2の発明のようにEGRガス導入口を新気流の下流向きに開口するように設けることにより、新気流に沿って減衰しにくいEGRガスのスパイラル流を生起して新気との混合効果を高めることができる。
【0021】
EGRガス導入口を請求項3の発明のように吸気通路内にノズル状に突出するように設けることによりEGRガスの噴出流を吸気通路壁面に近い部分に容易に案内することができ、スパイラル流による新気との混合効果を高めることができる。この効果は、請求項5の発明のように、第1導入口の先端部を吸気通路壁面に沿った曲率で湾曲した形状とすることでより高めることができる。
【0022】
一方、請求項4の発明のように絞り通路部を持たない第2導入口の尖端部を吸気通路断面の接線方向に沿った切欠形状とすることにより、第1導入口からのEGRガスの噴出流が第2導入口の開口部付近を流れるときのイジェクタ効果をより高めることができ、すなわち第2導入口からのEGRガス流によるスパイラル流をより強めることができる。
【0023】
同様の効果は、請求項6の発明のように第2導入口を第1導入口に近接した位置に開口するように設け、または請求項7の発明のように第2導入口を、第1導入口から噴出するEGRガスにより吸気通路壁面に沿って生起されるスパイラル流の流線上に開口するように第1導入口よりも新気流の下流側に位置させることによっても得られる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお各図につき同一の部分には同一の符号を付して示すことにする。図4〜図6は本発明の第一の実施形態を示したものである。
【0025】
図4において、20はエンジン、21は吸気マニホールド、22は排気マニホールドである。吸気マニホールド21は、吸気通路23と、その下流に続く所定容積のコレクタ24と、コレクタ24からエンジン各気筒の吸入ポートに接続する分岐通路25からなる分岐構造の吸気系を形成している。一方、排気マニホールド22は、エンジンの排気ポートに接続する各気筒分の分岐通路28と、各分岐通路28が集合する排気通路30からなる集合構造の排気系を形成している。
【0026】
排気通路30からはエンジン排気ガスの一部を吸気系に還流するためにEGR通路(外部還流通路)31が分岐形成され、その出口端部はEGRガス導入口32として上記吸気通路23に接続および開口している。
【0027】
図5、図6は上記EGRガス導入口32の詳細を示したもので、図示したように前記導入口32は吸気通路23内に突出するノズル形状を付与してある。この場合導入口32は図6に示したように途中にベンチュリ管状の絞り通路部33を有する第1導入口32Aと、絞り通路部の無い第2導入口32Bが吸気通路23の周上に対称的に位置するように設けてある。また、各導入口32A,32Bは吸気通路23内の図で右方へと流れる新気流に対してやや下流を向くように設けてある。
【0028】
このような構成に基づき、EGR通路31からのEGRガスは図6に示したように各導入口32A、32Bを介して吸気通路23に接線方向から流入し、吸気通路23内壁に沿って減衰しにくいスパイラル状の流れ35(35A,35B)を形成する。このスパイラル流35により吸気通路23内を流れる新気に攪拌作用が起こり新気とEGRガスとの混合が促される。
【0029】
特に、第1導入口32AからのEGRガス流は絞り通路部33により加速されて流速を増すため吸気通路23内に生じるスパイラル流35Aはより強いものとなり、一方第2導入口32Bについても、その開口部付近に前記第1導入口32Aからの高速流により低圧領域36(図6参照)が発生していわゆるイジェクタ効果を生じるため大きな流速および流量が得られ、強いスパイラル流35Bを生起する。
【0030】
このため、高率のEGRを実施した場合でもコレクタ24から各分岐通路25を介してエンジン各気筒へと流れ込むEGRガスの割合を十分に均一化でき、これにより燃費および排気性能を確実に改善することができる。上述したように各導入口32A、32BからのEGRガスの流れを高速化しているので、前記の効果は、スロットルバルブを用いず、比較的低速でEGRガスが吸気系に導入されるディーゼルエンジンにおいても顕著である。
【0031】
図7、図8に本発明の第二の実施形態を示す。これは図示したように第2導入口32Bの尖端部に吸気通路断面の接線方向に沿った切欠形状37を付与したものである。この実施形態によれば、第1導入口32AからのEGRガスの噴出流が第2導入口32Bの開口部付近を流れるときの低圧領域36を有効利用してイジェクタ効果およびスパイラル流35Bをより強めることができる。
【0032】
図9、図10に本発明の第三の実施形態を示す。これは第1導入口32Aの先端部に徐々に通路断面積が絞られる先細形状の絞り通路部34を形成し、この絞り通路部33を吸気通路23の壁面に沿った曲率で湾曲した形状としたものである。このような構成によれば、絞り通路部34からのガスの噴出流の流速が高くなり、第1導入口32AからのEGRガスの流を吸気通路壁面により近い部分に付勢してさらに減衰しにくい強いスパイラル流35Aを生起することができる。
【0033】
図11、図12は本発明の第四の実施形態を示す。これは第2導入口32Bを、吸気通路23の通路断面の周上にて第1導入口32Bに近接した位置に開口するように設けたものである。このような構成によれば、第1導入口32Aからの高速噴出流の速度をより有効利用して第2導入口32BからのEGRガスの噴出をいっそう促すことができる。
【0034】
図13、図14は本発明の第五の実施形態を示す。これは第2導入口32Bを、第1導入口32Aから噴出するEGRガスにより吸気通路23壁面に沿って生起されるスパイラル流35Aの流線上に開口するように、第1導入口32Aよりも新気流の下流側に距離Lだけ離れた位置に設けたものである。こうすることにより、第四の実施形態と同様に、第1導入口32Aからの噴出流を有効利用して第2導入口32BからのEGRガスの噴出を促進することができる。なお、前記距離Lの最適値は運転状態(吸気流量、EGRガス流量等)によって変化しうるので、最大にEGRを施す運転域を中心に設定することで所要の効果を得るように図る。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一の従来例の要部縦断面図。
【図2】第二の従来例の斜視図。
【図3】第三の従来例の縦断面図。
【図4】本発明の第一の実施形態の全体構成を示す平面図。
【図5】上記第一実施形態のEGRガス導入口部分の通路構造を示す側面図。
【図6】図5のA−A断面図。
【図7】本発明の第二の実施形態のEGRガス導入口部分の通路構造を示す側面図。
【図8】図7のA−A断面図。
【図9】本発明の第三の実施形態のEGRガス導入口部分の通路構造を示す側面図。
【図10】図9のA−A断面図。
【図11】本発明の第四の実施形態のEGRガス導入口部分の通路構造を示す側面図。
【図12】図11のA−A断面図。
【図13】本発明の第五の実施形態のEGRガス導入口部分の通路構造を示す側面図。
【図14】図13のA−A断面図。
【符号の説明】
20 エンジン
21 吸気マニホールド
22 排気マニホールド
23 吸気通路
24 コレクタ
25 分岐通路
30 排気通路
31 EGR通路(外部還流通路)
32A 第1導入口
32B 第2導入口
33 絞り通路部
Claims (7)
- 各気筒につながる分岐通路およびコレクタを備えた吸気系を持ち、排気系から外部還流通路を介してEGRガスを前記吸気系に導入するエンジンの排気ガス還流装置において、
前記外部還流通路からのEGRガス導入口を、前記コレクタ上流の吸気通路に該吸気通路断面の接線方向を向くように設け、
かつ前記EGRガス導入口は、通路断面積が減少する絞り通路部を備えた第1導入口と、絞り通路部を備えない第2導入口とを含む複数個のものから構成した
エンジンの排気ガス還流装置。 - EGRガス導入口は、新気流の下流向きに開口するように設けた請求項1に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
- EGR導入口は、吸気通路内にノズル状に突設した請求項1に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
- 第2導入口は、吸気通路に突出した先端部が吸気通路断面の接線方向に沿った切欠形状となっている請求項3に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
- 第1導入口は、吸気通路に突出した先端部が吸気通路壁面に沿った曲率で湾曲した形状となっている請求項3に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
- 第2導入口は、第1導入口に近接した位置に開口するように設けた請求項1に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
- 第2導入口は、第1導入口から噴出するEGRガスにより吸気通路壁面に沿って生起されるスパイラル流の流線上に開口するように第1導入口よりも新気流の下流側に位置させた請求項1に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
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