JP4778311B2

JP4778311B2 - 多気筒エンジン

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Publication number: JP4778311B2
Application number: JP2005370197A
Authority: JP
Inventors: 秀一中村; 喜美子瀬戸
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2025-12-22
Also published as: JP2007170306A

Description

この発明は、NOxの対策としてEGR（排気環流：Exhaust Gas Recirculation）を行う多気筒エンジンに関する。

エンジンのEGR（排気環流：Exhaust Gas Recirculation）システムとして、排気通路から吸気通路へ排気の一部を環流させる外部EGR装置が良く採用される（特許文献１〜特許文献３）。このようなEGR装置においては、ターボ過給機のタービン上流からターボ過給機のコンプレッサ下流へ排気の一部を還流させる場合、過給圧が排気圧よりも高くなる運転領域が生じやすく、EGRが十分に行えない。特許文献１においては、吸気通路へのEGR通路の接続開口部にベンチュリが設けられる。特許文献２においては、２つの排気コネクタ（排気マニホールド）が備えられ、これらコネクタとターボ過給機のコンプレッサ下流との間を接続するEGR通路の合流部に設定される混合区間により、合流部に臨む各流路間を排気パルス（EGRガス）が一方から他方へ逃げることなく下流へ伝わるようになっている。特許文献３においては、吸気行程中の気筒に排気弁を開いて排気を逆流（還流）させる内部EGR装置が備えられる。
特開２０００−２４９００４号特表２００３−５３４４８８号特開２００１−１０７８１０号

特許文献１の場合、ベンチュリの圧力損失が問題になる。特許文献２においては、ターボ過給機のタービン入口が１つの場合（例えば、可変ノズル式ターボチャージャ）、タービンハウジングの内部で２つの排気コレクタの排気脈動が干渉するため、せっかくの混合区間の良好な効果（EGR率の向上）も有効に確保しえなくなってしまう。特許文献３の場合、排気（押し出し）行程中の気筒に他の気筒のブローダウン流が流入するため、ポンピングロスが増大する。また、EGR量を増加させるため、スロットルによる吸気絞りやバタフライバルブによる排気絞りを行うことが考えられるが、これらの場合もポンピングロスにより、燃費や出力の大きな低下を招きかねないのである。

この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、EGRを行う多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする。

第２の発明は、エンジンの排気エネルギによって駆動されて吸気を過給するターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を同じ気筒群同士の関係に接続するEGR通路と、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする。

第３の発明は、エンジンの排気エネルギによって駆動されて吸気を過給するターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を別の気筒群同士の関係に接続するEGR通路と、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明または第３の発明に係る多気筒エンジンにおいて、前記ディフューザ部は、前記ターボチャージャのタービンハウジングに設定したことを特徴とする。

第５の発明は、第２の発明または第３の発明に係る多気筒エンジンにおいて、前記ディフューザ部は、各排気マニホールドと前記ターボチャージャのタービン入口との間に介装されるスペーサに設定したことを特徴とする。

第１の発明においては、エンジンの排気は、各排気マニホールドにより、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分けられ、各ノズル部から合流部を介して下流側へ排出される。その際、ノズル部により、排気の流速が加速され、合流部に吹き出る排気の流速により、動圧が上がり、静圧が下がるので、各マニホールド間をブローダウン（排気噴き出し）流が他方の排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールドへ逃げるのを抑えられる。また、ノズル部から吹き出る排気の流速により、静圧が下がり、エゼクタ作用により、他方の排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールドから排気が吸引されるようになる。そのため、排気エネルギを下流へ効率よく伝えられる。

ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定することにより、ポンピングロスを小さく抑えつつ、好適なEGR流量が得られる。Ａ／Ｂが約1/4よりも大きいと、ノズル部から吹き出る排気の流速が不足がちになり、NOxの低減効果が小さくなる一方、Ａ／Ｂが約1/4よりも小さいと、ポンピングロスが大きくなり、燃費や出力を悪化させることになる。
ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5以上〜2.0倍未満に設定することにより、排気噴き出し中（排気開弁直後）の気筒側排気マニホールド内の圧力を高く、かつ、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド内の圧力を低くする、最適な状態が得られるのである。Ｃ／Ａ＜1.5の場合、ディフューザ部の流路抵抗による背圧上昇がエゼクタ作用（排気の吸引）による圧力低下を上回るため、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド内の圧力が高くなってしまう。Ｃ／Ａ＞2.0の場合、ノズル部から吹き出る排気の噴流が急拡大するため、動圧が下がり、エゼクタ作用（排気の吸引）が下がるため、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド内の圧力が高くなってしまう。つまり、1.5≦Ｃ／Ａ≦2.0に設定することにより、ディフューザ部の流路抵抗（排気通路の圧力損失）を悪化させずにエゼクタ効果を最大限に効かせられるようになり、燃費や出力の低下を抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。

第２の発明においては、ノズル部から吹き出る排気の流速により、静圧が下がり、エゼクタ作用により、他方の排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールドから排気が吸引されるようになる。そのため、タービンへ排気エネルギを効率よく伝えられ、タービン効率が向上するので、高過給により、燃費や出力を向上させることができる。また、EGR通路により、排気マニホールドと吸気マニホールドとの間が同じ気筒群同士の関係に接続されるため、排気脈動の山と吸気脈動の谷が同期する具合になり、EGRガスを効率よくシリンダ（気筒）へ押し込めるようになり、NOxの低減効果が大きい。また、第１の発明と同じく、ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定され、ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定されるので、燃費や出力の低下を抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。

第３の発明においては、ノズル部から吹き出る排気の流速により、静圧が下がり、エゼクタ作用により、他方の排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールドから排気が吸引されるようになる。そのため、タービンへ排気エネルギを効率よく伝えられ、タービン効率が向上するので、高過給により、燃費や出力を向上させることができる。また、EGR通路により、排気マニホールドと吸気マニホールドとの間が別の気筒群同士の関係に接続されるため、吸気行程の後半に噴き出し排気が流入する具合になり、吸気流量の低下を抑えつつ、EGRガスをシリンダ（気筒）へ押し込めるようになり、燃費やスモークの悪化を防止しつつ、NOxの低減効果を高められる。また、第１の発明と同じく、ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定され、ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定されるので、燃費や出力の低下を抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。

第４の発明においては、ノズル部により、排気の流速が加速され、タービンハウジングへ吹き出る排気の流速により、動圧が上がり、その後、ディフューザ部により、静圧が回復するため、タービン入口が１つのターボチャージャにおいても、タービンへのエネルギ伝達を向上させることができる。

第５の発明においては、スペーサの交換により、ディフューザ部について、エンジンの仕様に応じた最適化が容易に図れる。また、タービン入口が１つのターボチャージャについて、既存品の使用が可能となる。

図１において、２は多気筒エンジン１（６気筒ディーゼルエンジン）の吸気通路であり、吸気マニホールド３ａ，３ｂと吸気管４とから構成される。吸気マニホールド３ａ，３ｂは、吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される。吸気管４は、インタクーラ５下流側が分岐され、各マニホールド３ａ，３ｂの集合部に接続される。６ａはターボチャージャ６のコンプレッサであり、７はエアクリーナである。

８はエンジン１の排気通路であり、排気マニホールド９ａ，９ｂと排気管１０とから構成される。排気マニホールド９ａ，９ｂは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群（＃１，２，３と＃４，５，６）毎に分割され、これらマニホールド９ａ，９ｂの合流部１１にターボチャージャ６のタービン６ｂを介して排気管８が接続される。ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａは、タービン６ｂの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。なお、ターボチャージャ６としては、タービン入口が１つの可変ノズル式が用いられる。１２はマフラである。

合流部１１は、図２のように構成される。排気マニホールド９ａ，９ｂは、互いに集合部下流が１つのフランジ２０に結集され、その接合面に合流部１１を開口する。１つのフランジ２０に結集する集合部下流は、合流部１１へ向けて通路を先細形状に絞るノズル部２３ａ，２３ｂに形成される。２５はタービンハウジングであり、排気マニホールド９ａ，９ｂのフランジ２０に対応するフランジ２６が形成され、タービン６ｂの入口がフランジ２６の接合面に開口する。排気マニホールド９ａ，９ｂのフランジ２０にタービンハウジング２５のフランジ２６が連結され、ノズル部２３ａ，２３ｂ下流の合流部１１を一旦絞ってから徐々に拡げるスロート形状のディフューザ部２９がタービンハウジング２５の内部に形成される。

Ａはノズル部２３ａ，２３ｂの最小通路断面積であり、１気筒あたりの排気弁３３の最大開口面積Ｂの約1/4に設定される（図３、参照）。最大開口面積Ｂは、Ｂ＝ｎ×π×Ｄ×Ｌ（ｎ：１気筒あたりの排気弁の数Ｄ：排気弁の実質的な直径Ｌ：排気弁の排気行程の最大リフト）に定義される。図３の場合、各気筒に排気弁３３が２個（３３ａ，３３ｂ）ずつ備えられるので、ｎは２となる。ノズル部２３ａ，２３ｂの最小通路断面積Ａが１気筒あたりの排気弁３３の最大開口面積の約1/4よりも大きいと、ノズル部２３ａ，２３ｂから吹き出る排気の流速が不足がちになり、NOxの低減効果が小さくなる一方、同じく約1/4よりも小さいと、ポンピングロスが大きくなり、燃費を悪化させることになる。ノズル部２３ａ，２３ｂの最小通路断面積Ａを排気弁３３の最大開口面積の約1/4に設定することにより、ポンピングロスを小さく抑えつつ、最適なEGR流量が得られるのである。

Ｃはディフューザ部２９の最小通路断面積であり、ノズル部２３ａ，２３ｂの最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定される。これにより、排気噴き出し中の気筒側排気マニホールド９ａ内または９ｂ内の圧力を高く、かつ、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド９ｂ内または９ａ内の圧力を低くする、最適な状態が得られる。Ｃ／Ａ＜1.5の場合、ディフューザ部２９の流路抵抗による背圧上昇がエゼクタ作用（排気の吸引）による圧力低下を上回るため、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド９ｂ内または９ａ内の圧力が高くなってしまう。Ｃ／Ａ＞2.0の場合、ノズル部２３ａ，２３ｂから吹き出る排気の噴流が急拡大するため、動圧が下がり、エゼクタ作用（排気の吸引）が低下するため、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド９ｂ内または９ａ内の圧力が高くなってしまう。つまり、1.5≦Ｃ／Ａ≦2.0に設定することにより、ディフューザ部２９の流路抵抗（排気通路の圧力損失）を悪化させずにエゼクタ効果を最大限に効かせられるようになり、燃費や出力の低下を抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。

図１において、３５はターボチャージャ６のタービン６ｂ上流からターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ下流へ排気の一部を環流させるEGR装置であり、排気マニホールド９ａ，９ｂと吸気マニホールド３ａ，３ｂ（吸気管４の分岐部）との間を同じ気筒群同士の関係に接続するEGR通路３６ａ，３６ｂが備えられる。EGR通路３６ａ，３６ｂにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ３７，EGR流量を調整するEGRバルブ３８，EGRガスの逆流を規制する逆止弁（リードバルブ）３９が介装される。

吸気管４の分岐部にベンチュリ４０ａ，４０ｂが設けられ、ベンチュリ４０ａ，４０ｂにEGR通路３６ａ，３６ｂが開口される。ベンチュリ４０ａ，４０ｂにより、吸気の動圧が上がり、静圧が下がるため、EGRガスを吸気マニホールド３ａ，３ｂへ吸引しやくなる。図示しないが、ベンチュリ４０ａ，４０ｂの最小通路断面積は、吸気弁の最大開口面積の約1/4に設定される。ベンチュリ４０ａ，４０ｂの最小通路断面積が１気筒あたりの吸気弁の最大開口面積の約1/4よりも大きいと、静圧の低下が不足がちになり、NOxの低減効果が小さくなる一方、同じく約1/4よりも小さいと、吸気通路の圧力損失が大きくなり、燃費を悪化させることになる。ベンチュリ４０ａ，４０ｂの最小通路断面積を吸気弁の最大開口面積の約1/4に設定することにより、吸気通路の圧力損失を小さく抑えつつ、最適なEGR流量が得られる。

このような構成により、エンジンの排気は、各排気マニホールド９ａ，９ｂにより、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分けられ、各ノズル部２３ａ，２３ｂから合流部１１を介して下流側へ排出される。その際、ノズル部２３ａ，２３ｂにより、排気の流速が加速され、合流部１１に吹き出る排気の流速により、動圧が上がり、静圧が下がるので、各マニホールド９ａ，９ｂ間をブローダウン流が他方（排気押し出し行程中の排気マニホールド９ｂまたは９ａ）へ逃げるのを抑えられる。また、ノズル部２３ａまたは２３ｂから吹き出る排気の流速により、静圧が下がり、エゼクタ作用により、他方のマニホールド９ｂまたは９ａからディフューザ部２９へ排気が吸引される。そのため、タービン６ｂへ排気エネルギを効率よく伝えられる。つまり、タービン効率が向上するため、高過給により、燃費や出力を向上させることができる。

ディフューザ部２９の最小通路断面積Ｃは、ノズル部２３ａ，２３ｂの最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定することにより、排気噴き出し中の気筒側排気マニホールド９ａ内または９ｂ内の圧力を高く、かつ、排気（押し出し）行程中の気筒側排気マニホールド９ｂ内または９ａの圧力を低くする、最適な状態が得られ、ディフューザ部２９の流路抵抗（排気通路の圧力損失）を悪化させずにエゼクタ効果を最大限に効かせられるようになり、燃費や出力の低下を抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。

図４は、排気噴き出し側の排気マニホールド圧(P1)のシミュレーション結果、図５は、排気押し出し側の排気マニホールド圧(P2)のシミュレーション結果、図６は、P1−P2（排気噴き出し側の排気マニホールド圧（P1)と排気押し出し側の排気マニホールド圧(P2)との差)とEGR率との関係に係るシミュレーション結果、を例示するものである。◆は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備える場合（エゼクタ仕様）における（Ｃ／Ａ）に応じた結果値であり、実線は、これら結果値の傾向を単純化して表示するものである。■は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備えない場合（標準タイプ）の結果値、△は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備えない場合（標準タイプ）において、ターボチャージャのタービン下流に既存のバタフライバルブを用いて排気絞りを実施した場合（排気絞り仕様）の結果値を表示する。

図４において、uの排気噴き出し側の排気マニホールドの圧力(P1)は、△の排気噴き出し側の排気マニホールドの圧力(P1)よりも高く、エゼクタ仕様の方が排気絞り仕様よりも、高いEGR率が得られる。◆の（Ｃ／Ａ）は小さい程、EGR率が向上する。図５において、◆の排気押し出し側の排気マニホールドの圧力(P2)は、△の排気押し出し側の排気マニホールドの圧力(P2)よりも遙かに低くなり、エゼクタ仕様の方が排気絞り仕様よりも、ポンピングロスが大幅に低減する。◆の（Ｃ／Ａ）は2.0付近が最適値となる。図６において、（Ｃ／Ａ）が2.2程度の◆（図４および図５、参照）に対し、（Ｃ／Ａ）が1.5程度の◆（図４および図５、参照）により（P1−P2）が約５０kPaの増大が得られると、EGR率は３％程度向上すると想定されるのである。

図７は、■（標準タイプ）の排気マニホールドおよびこれら出口部の圧力分布、図８は、△（排気絞り仕様）の排気マニホールドおよびこれら出口部の圧力分布、を例示する。図９は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよび◆（Ｃ／Ａが2.2程度）のディフューザ部２９を中心流域とする圧力分布、図１０は、同じく流速分布、図１１は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよび◆（Ｃ／Ａが2.0程度）のディフューザ部２９を中心流域とする圧力分布、図１２は、同じく流速分布、図１３は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよび（Ｃ／Ａが1.5程度）のディフューザ部２９を中心流域とする圧力分布、図１４は、同じく流速分布、を例示する。図７〜図１４は、一方の気筒群に属する気筒が排気押し出し行程中において、他方の気筒群に属する気筒が排気噴き出しを開始する、という境界条件に基づくシミュレーション結果である。

図１５は、吸排気脈動のシミュレーション結果を例示するものである。Ｅが排気マニホールド９ａ内または９ｂ内の圧力（排気マニホールド圧）、Ｆが排気マニホールド９ａまたは９ｂと同じ気筒群同士の関係に接続される吸気マニホールド３ａまたは３ｂの圧力（吸気マニホールド圧）、Ｇは１番気筒＃１の筒内圧、を表示する。排気マニホールド９ａ，９ｂと吸気マニホールド３ａ，３ｂとの間は、EGR通路３６ａ，３６ｂにより、同じ気筒群同士の関係に接続されるため、排気脈動の山と吸気脈動の谷が同期する具合になり、EGRガスを効率よくシリンダ（気筒）へ押し込めるようになる。EGR流量は、図１６のようになり、吸気流量は、図１７のようになる。

ノズル部２３ａ，２３ｂについては、最小流路断面積Ａが排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4（25％）に設定することにより、ポンピングロスを小さく抑えつつ、最適なEGR流量が得られるのである。図１８および図１９は、（Ａ／Ｂ）×100（％）に係る各種の実験結果を例示するものである。◇は、（Ａ／Ｂ）×100（％）に応じた結果値であり、実線は、これら結果値の傾向を単純化して表示するものである。●は、ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備えない場合（標準タイプ）において、ターボチャージャのタービン下流に既存のバタフライバルブを用いて実施した場合（排気絞り仕様）の結果値を表示する。ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備えない場合（標準タイプ）、（Ａ／Ｂ）×100（％）≒52（％）である。

（Ａ／Ｂ）×100（％）≒25（％）よりも小さくなると、排気噴き出し側の排気マニホールドの圧力（P1）が高くなり、EGR率が向上するが、ポンピングロスが大きなり、燃料消費率が高くなる（図１８-ａ〜図１８-ｄ、参照）。（Ａ／Ｂ）×100（％）≒25（％）よりも大きくなると、タービン入口温度が低くなり、空気過剰率が大きくなり、スモーク濃度が小さくなるが、NOx量は増える（図１９-ｅ〜図１９-ｈ、参照）。（Ａ／Ｂ）×100（％）≒25（％）においては、ポンピングロスも小さく、スモークの発生を抑えつつ、NOxも十分に低減しえることになる。ノズル部２３ａ，２３ｂおよびディフューザ部２９を備えた場合の結果値は、EGR率およびNOx量を同等にした場合の●（排気絞り仕様）よりも良好な結果が得られる。

図１の実施形態においては、可変ノズル式ターボチャージャ６を備えるため、可変ノズルの制御を加えることにより、広い運転領域において、高過給および大量EGRが可能となり、出力の向上のほか、NOxの低減と燃費やスモークの改善との両立を高度に実現することができる。ディフューザ部２９は、タービンハウジング２５と一体に形成するのでなく、図２０のように別体のスペーサとしてタービンハウジング２５のフランジ２６と排気マニホールド９ａ，９ｂのフランジ２０との間に介装してもよい。

図２１は、別の実施形態を説明するものであり、排気マニホールド９ａ，９ｂと吸気マニホールド３ａ，３ｂとの間は、EGR通路３６ａ，３６ｂにより、別の気筒群同士の関係に接続される。このため、吸気行程の後半に噴き出し排気が流入する具合になり、吸気流量の低下を抑えつつ、EGRガスをシリンダ（気筒）へ押し込めるようになる。つまり、燃費やスモークの悪化を防止しつつ、NOxの低減効果が高められる。図２２は、吸排気脈動のシミュレーション結果を例示するものである。Ｅが排気マニホールド９ａ内または９ｂ内の圧力（排気マニホールド圧）、Ｈが排気マニホールド９ｂ内または９ａ内の圧力（排気マニホールド圧）、Ｇが＃１気筒の筒内圧、Ｆが排気マニホールド９ａまたは９ｂと別の気筒群同士の関係に接続される吸気マニホールド３ｂ内または３ａ内の圧力（吸気マニホールド圧）、を表示する。EGR流量は、図２３のようになり、吸気流量は、図２４のようになる。なお、図２１において、図１と同一の部品については、同一の符号を付ける。

この発明の実施形態を係る全体的な概略構成図である。同じく排気マニホールドの合流部に係る構成図である。同じくノズル部に係る説明図である。同じくＣ／Ａと排気噴き出し側の排気マニホールド圧(P1)との関係を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくＣ／Ａと排気押し出し側の排気マニホールド圧(P2)との関係を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じく圧力差（P1−P2）とEGR率との関係を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じく■（標準タイプ）の排気マニホールドおよびこれら出口部の圧力分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じく△（排気絞り仕様）の排気マニホールドおよびこれら出口部の圧力分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする圧力分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする流速分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする圧力分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする流速分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする圧力分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じくノズル部およびディフューザ部を中心流域とする流速分布を例示するシミュレーション結果の特性図である。同じく吸排気脈動のシミュレーション結果を例示する特性図である。同じくEGR流量のシミュレーション結果を例示する特性図である。同じく吸気流量のシミュレーション結果を例示する特性図である。この発明を実施したエンジンに係る各種の実験結果を例示する特性図である。この発明を実施したエンジンに係る各種の実験結果を例示する特性図である。同じく排気マニホールドの合流部の変形例に係る構成図である。別の実施形態を表す全体的な概略構成図である。同じく吸排気脈動のシミュレーション結果を例示する特性図である。同じくEGR流量のシミュレーション結果を例示する特性図である。同じく吸気流量のシミュレーション結果を例示する特性図である。

符号の説明

１多気筒エンジン
２吸気通路
３，３ａ，３ｂ吸気マニホールド
５インタクーラ
６ターボチャージャ（可変ノズル式ターボチャージャ）
６ａコンプレッサ
６ｂタービン
８排気通路
９ａ，９ｂ排気マニホールド
２０排気マニホールドのフランジ
２３ａ，２３ｂ先細形状のノズル部
２５タービンハウジング
２６タービンハウジングのフランジ
２９スロート形状のディフューザ部
３５ EGR装置
３７ EGRクーラ
３８ EGRバルブ
３９逆止弁（リードバルブ）
４０ａ，４０ｂベンチュリ

Claims

EGRを行う多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする多気筒エンジン。
エンジンの排気エネルギによって駆動されて吸気を過給するターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を同じ気筒群同士の関係に接続するEGR通路と、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする多気筒エンジン。
エンジンの排気エネルギによって駆動されて吸気を過給するターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、吸気行程のオーバラップしない気筒群に分割される吸気マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を別の気筒群同士の関係に接続するEGR通路と、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて絞るノズル部と、これらノズル開口から下流側へ合流部を一旦絞ってから徐々に拡げるディフューザ部と、を備える一方、前記ノズル部の最小通路断面積Ａは、１気筒あたりの排気弁の最大開口面積Ｂの約1/4に設定し、前記ディフューザ部の最小通路断面積Ｃは、前記ノズル部の最小通路断面積Ａの1.5〜2.0倍に設定したことを特徴とする多気筒エンジン。
前記ディフューザ部は、前記ターボチャージャのタービンハウジングに設定したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の多気筒エンジン。
前記ディフューザ部は、各排気マニホールドと前記ターボチャージャのタービン入口との間に介装されるスペーサに設定したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の多気筒エンジン。