JP5811356B2 - 排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気の一部を吸気系へ還流する排気還流装置に関する。

従来、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を吸気系へ還流する排気還流装置が知られている。特許文献１には、吸気系に設けられ内燃機関の燃焼室に供給される新気の量を制御する吸気制御弁、排気還流ガス通路内の排気を吸気系へ還流するタイミングを制御する排気還流ガス制御弁、および当該２つの制御弁の開閉タイミングを制御する開閉動作時期制御手段を備え、内燃機関の運転条件に応じて新気および排気還流ガス通路内の排気を燃焼室に供給するタイミングを異ならせることにより、燃焼室での成層燃焼を実現する内燃機関の排気還流ガス導入制御装置が記載されている。

特開２００６−２６６１５９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の排気還流ガス導入制御装置では、吸気制御弁および排気還流ガス制御弁は、内燃機関の回転数に応じて高速作動する必要があり、また、開閉動作時期制御手段は電気によって駆動するため、構造が複雑となる。また、気筒を複数備える多気筒式内燃機関の場合、各気筒にそれぞれ吸気制御弁および排気還流ガス制御弁が設けられるため、装置の体格が大きくなる。

本発明の目的は、体格の小型化が可能な排気還流装置を提供することにある。

本発明は、内燃機関の排気系を流れる排気の一部を還流排気として内燃機関の吸気系を流れる新気に混合する排気還流装置であって、第１排気還流通路を形成する第１排気還流管と、吸気系の上流側から下流側に流れる新気の流路断面積を小さくする絞り通路を形成する絞り部、還流排気が流れる吸引通路を形成する吸引通路形成部、新気と還流排気とを混合する混合通路を形成する混合部、および吸引通路と連通する第１連通路を形成する第１連通路形成部を有するエジェクタと、第１排気還流通路と前記第１連通路とを連通可能に設けられる排気還流制御弁とを備え、排気還流制御弁は第１連通路の圧力が所定の圧力以下であるとき、第１排気還流通路と第１連通路とを連通することを特徴とする。

エジェクタの絞り部を新気が通過するとき、絞り通路の下流側では新気の流れによって負圧が発生する。この負圧の大きさは絞り部を流れる新気の流速と一定の関係を有する。絞り部の下流側に発生する負圧により吸引通路の還流排気が混合通路に向かって吸引されるとともに、吸引通路に連通する第１連通路の還流排気も吸引される。このとき、第１連通路の圧力が所定の圧力以下であるとき、排気還流制御弁は還流排気が流れる第１排気還流通路と第１連通路とを連通する。これにより、内燃機関の運転条件と一定の関係がある新気の流速の大きさに応じて、排気還流制御弁、第１連通路、および吸引通路を流れる還流排気は、混合通路において新気と混合され、内燃機関に供給される。したがって、従来技術のように内燃機関の運転条件にあわせて駆動する高速駆動弁を用いることがなくなり構造が簡素となるため、小さな体格で還流排気と新気とを混合することができる。

また、本発明の排気還流装置では、新気が一定量エジェクタ内を流れてから負圧が発生することにより排気還流制御弁が開弁し、新気と還流排気とが混合される。これにより、吸気行程における内燃機関の燃焼室には、吸気の供給初期に新気のみが供給され、吸気の供給後期に新気と還流排気との混合気が供給される。したがって、燃焼室の新気および還流排気の濃度分布を調整することができる。

第１実施形態による排気還流装置を適用するエンジンシステムの概略図である。 第１実施形態による排気還流装置を適用するエンジンシステムのエンジンのシリンダの頭頂部を示す模式図である。 第１実施形態による排気還流装置のエジェクタおよび逆止弁の断面図である。 第１実施形態による排気還流装置の作動を説明する特性図である。 第２実施形態による排気還流装置を適用するエンジンシステムの全体概略図である。 第２実施形態による排気還流装置のエジェクタおよび逆止弁の断面図である。 第２実施形態による排気還流装置の作動を説明する特性図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態による排気還流装置２０を適用するエンジンシステム１を図１に示す。
エンジンシステム１は、「内燃機関」としてのエンジン１１、吸気系１２、排気系１３、排気還流装置２０、ＥＣＵ１４などを備える。本実施形態では、吸気系１２を通る大気中の気体を「新気」と呼ぶ。また、エンジン１１が排出する気体を「排気」と呼ぶ。また、排気還流装置２０によって新気に還流される排気の一部を「還流排気」と呼ぶ。また、排気還流装置２０のエジェクタ３０において混合され燃焼室１１０に供給される新気と還流排気との混合気を「吸気」と呼ぶ。なお、排気還流装置２０の作動により、「吸気」に「還流排気」が含まれない「新気」のみとなる場合もある。図１〜図３において、「新気」の流れは矢印Ｆ１で示す。「還流排気」の流れは矢印Ｆ２で示す。「吸気」の流れは矢印Ｆ１２で示す。「排気」の流れは矢印Ｆ３で示す。

エンジン１１は、例えば、筒内噴射式の内燃機関であって、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。エンジン１１は複数の燃焼室１１０を備えており、それぞれの燃焼室１１０を形成するシリンダブロック１１１には、ディーゼル燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１２が取り付けられている。エンジン１１では、吸気弁１１８が開くとともにピストン１１３が図１の下方に降下することにより、シリンダブロック１１１に形成されている吸気ポート１１４を介して吸気系１２内の吸気が燃焼室１１０内に導入される（吸気行程）。燃焼室１１０内で導入された吸気が圧縮されて高温となり（圧縮行程）、燃料噴射弁１１２によって燃焼室１１０内にディーゼル燃料が噴射されると燃焼し、燃焼時に発生する圧力によってピストン１１３を押し下げられる（爆発行程）。押し下げられたピストン１１３が再び上昇するとき、排気弁１１９が開くことにより排気ポート１１５を介して燃焼室１１０内の燃焼後の気体を排気として排出する（排気行程）。その後、ピストン１１３が再び降下するとき、吸気ポート１１４を介して吸気系１２内の新気または吸気が燃焼室１１０内に導入される。

吸気系１２は、大気と吸気ポート１１４とを連通するように設けられており、吸気管１２０、エアクリーナ１２１、スロットルバルブ１２２、吸気マニホールド１２３などを有する。吸気系１２は、大気中の空気を燃焼室１１０内に導入するとともに、後述する排気還流装置２０が新気に還流する排気の一部を燃焼室１１０内に導入する。

エアクリーナ１２１は、吸気系１２の最上流側に設けられ、吸気管１２０に流入する新気に含まれる異物を除去する。
スロットルバルブ１２２は、エアクリーナ１２１の下流側に設けられ、吸気管１２０を流れる新気の量を調節する。スロットルバルブ１２２には、スロットルバルブ１２２の開度を調節するモータ１２４が設けられている。また、吸気管１２０には、スロットル開度センサ１２５が設けられており、スロットルバルブ１２２の開度を検出する。

吸気マニホールド１２３は、吸気管１２０に接続するサージタンク１２６、および、サージタンク１２６とエンジン１１の吸気ポート１１４とを接続する多岐管１２７から構成されている。
サージタンク１２６は、吸気管１２０等と比べて大きい通路断面積を有し、吸気マニホールド１２３を流れる新気または吸気の脈動を緩和する。

多岐管１２７は、サージタンク１２６内の新気をエンジン１１の各気筒に分配する。本実施形態の多岐管１２７は、図２に示すようにエンジン１１の各気筒に対してそれぞれ２本の吸気管から構成されている。
図２は、エンジン１１のシリンダブロック１１１における吸気ポート１１４および排気ポート１１５が形成されている頭頂部の拡大図である。シリンダブロック１１１に形成されている２つの吸気ポート１１４のうち、一方にはスワール流用吸気管１２８が接続している。スワール流用吸気管１２８から燃焼室１１０内に導入される吸気は、燃焼室１１０内でシリンダブロック１１１の中心軸に対して垂直方向の旋回流、すなわちタンブル流を形成する。また、他方の吸気ポート１１４に接続するタンブル流用吸気管１２９から燃焼室１１０内に導入される吸気は、燃焼室１１０内でシリンダブロック１１１の中心軸に対して平行方向の旋回流、すなわちスワール流を形成する。後述する排気還流装置２０のエジェクタ３０は、タンブル流用吸気管１２９に接続される。タンブル流用吸気管１２９は、特許請求の範囲に記載の「第１配管」に相当する。

排気系１３は、排気ポート１１５と大気とを連通するように設けられ、排気マニホールド１３１、排気管１３０、触媒１３２などを有する。排気系１３は、排気を大気に放出するとともに、後述する排気還流装置２０に排気の一部を還流排気として供給する。

排気マニホールド１３１は、エンジン１１の各気筒が有する排気ポート１１５と排気管１３０とを接続する。本実施形態では、図２に示すように排気ポート１１５は各気筒に２つずつ設けられている。排気マニホールド１３１を通った排気は、排気管１３０を流れる。

排気管１３０は、一端を排気マニホールド１３１の排気ポート１１５と接続する側と反対側に接続し、他端を大気に連通している。排気管１３０を流れる排気は排気管１３０に設けられている触媒１３２を通ることにより、排気に含まれる窒素酸化物、未燃炭素分などが除去される。触媒１３２を通過した排気は大気に放出される。

排気還流装置２０は、吸気系１２と排気系１３とを連通可能に設けられている。排気還流装置２０は、排気系１３を流れる排気の一部を吸気系１２を流れる新気に混合する。排気還流装置２０の詳細は後述する。

電子制御回路（以下、「ＥＣＵ」という）１４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭに記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行する。エンジンシステム１には、エンジン１１の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ１１６や、クランク軸１５が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ１１７が設けられている。ＥＣＵ１４には、前述したスロットル開度センサ１２８により検出されたスロットルバルブ１２２の開度、シリンダブロック１１１内の冷却水の温度、クランク軸１５の回転角度などの運転状態に関する情報が入力される。ＥＣＵ１４はこれらの情報に応じて燃料噴射量、スロットル開度などを制御する。

次に、排気還流装置２０の構造について説明する。
排気還流装置２０は、第１排気還流管２１、エジェクタ３０、および排気還流制御弁４０から構成される。第１排気還流管２１は、一端を排気管１３０に接続するともに他端を排気還流制御弁４０に接続している。第１排気還流管２１が形成する第１排気還流通路２１１には、排気管１３０を流れる排気の一部が流れ込む。

エジェクタ３０は、略円筒状の金属部材から形成されている。エジェクタ３０は、図３に示すようにタンブル流用吸気管１２９内の新気が流れる導入部３１、絞り部３２、吸引通路形成部３３、第１連通路３４１が形成される第１連通路形成部３４、混合部３５、および排出部３６などから構成される。導入部３１、絞り部３２、吸引通路形成部３３、第１連通路３４１が形成される第１連通路形成部３４、混合部３５は、例えば一体に形成されている。

導入部３１は、図３に示すようにエジェクタ３０の大気側に形成されている。導入部３１は、円筒形状をなしており、中心軸上にはタンブル流用吸気管１２９内の新気が流れる流通路３１１が形成されている。導入部３１は、大気側のタンブル流用吸気管１２９の端部３１２に固定される。

絞り部３２は、導入部３１の端部３１２に固定されている側とは反対側に接続している。絞り部３２の中心軸上には流通路３１１に連通する絞り通路３２１が形成されている。絞り通路３２１の内径は図３の左側から右側、すなわち大気側からエンジン１１側に進むにつれて小さくなっている。絞り部３２のエンジン１１側の端部を形成する外壁３２２は、エンジン１１側に向かってテーパ状に形成されている。

吸引通路形成部３３は、絞り部３２の径方向外側に設けられている。吸引通路形成部３３の径方向内側の内壁３３２と絞り部３２の外壁３２２との間には吸引通路３３１が形成されている。吸引通路３３１は、絞り通路３１１と同軸上に環状に形成され、大気側からエンジン１１側に向かって絞り部３２の中心軸に対して距離が小さくなる通路と絞り部３２の中心軸に対して距離が一定の通路とから構成されている。絞り部３２の中心軸に対して距離が一定の通路は、第１連通路３４１に連通している。

第１連通路形成部３４は、吸引通路形成部３３の径方向外側の一方に形成されている。第１連通路形成部３４が形成する第１連通路３４１は、排気還流制御弁４０の連通室４１１に連通する。

混合部３５は、吸引通路形成部３３のエンジン１１側の端部に接続するように設けられている。混合部３５の中心軸上に形成されている混合通路３５１は、絞り通路３２１の下流側に形成され、絞り通路３２１および吸引通路３３１と連通している。混合通路３５１は、絞り通路３２１を流れる新気および吸引通路３３１を流れる還流排気を混合して「吸気」とする。

排出部３６は、混合部３５のエンジン１１側の端部に接続し、エジェクタ３０において最も下流側に設けられている。排出部３６は、円筒形状をなしており、中心軸上には混合通路３５１の吸気が流れる流通路３６１が形成されている。排出部３６は、エンジン１１側のタンブル流用吸気管１２９の大気側の端部３６２に固定される。

排気還流制御弁４０は、第１スリーブ４１、第１スリーブ４１に接続する第２スリーブ４２、スプール４３、第２連通路形成部４４、および「付勢手段」としての付勢部材４５などから構成される。排気還流制御弁４０は、第１排気還流管２１とエジェクタ３０とを接続し、第１排気還流通路２１１を流れる還流排気のエジェクタ３０への供給を制御する。

第１スリーブ４１および第２スリーブ４２は、略円筒状に一体に形成されている。本実施形態では、第１スリーブ４１の内径は、第２スリーブ４２の内径より大きく形成されている。第１スリーブ４１は、スプール４３の第１ランド４３１を摺動可能に収容する。また、第２スリーブ４２はスプール４３の第２ランド４３２を摺動可能に収容する。第１ランド４３１と第１スリーブ４１の内壁４１２との間に形成される連通室４１１は、スプール４３の移動によって第１排気還流通路２１１および第１連通路３４１とも連通可能である。また、第２ランド４３２と第２スリーブ４２の内壁４２２との間には圧力室４２１が形成され、圧力室４２１は第２連通路形成部４４が形成する第２連通路４４１を介して第１連通路３４１と連通する。第１スリーブ４１および第２スリーブ４２は、特許請求の範囲に記載の「スリーブ」に相当する。

スプール４３は、第１ランド４３１および第２ランド４３２を有する。第１ランド４３１と第２ランド４３２とは、互いの距離を変化しないように接続されている。したがって、第２ランド４３２が移動するとき、第１ランド４３１も第２ランド４３２と同じ距離だけ移動する。

付勢部材４５は、一端を第２ランド４３２の圧力室４２１側に係止され、他端を第２スリーブ４２の内壁に係止されている。付勢部材４５は、連通室４１１の体積を小さくするようにスプール４３を図３の上方に付勢する付勢力を有している。

排気還流制御弁４０は、第１連通路３４１の圧力と第１排気還流通路２１１の圧力との関係によって第１連通路３４１と第１排気還流通路２１１とを連通または遮断する。
第１連通路３４１の圧力が第１排気還流通路２１１の圧力より低く、かつ所定の圧力以下となる場合、第１連通路３４１と連通する圧力室４２１の圧力が下がり、スプール４３が図３の下方に移動する。スプール４３の第１ランド４３１が第１スリーブ４１の第１排気還流管２１が接続している側から離れ、連通室４１１と第１連通路３４１とが連通すると、連通室４１１を介して第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１とが連通する。これにより、第１排気還流通路２１１の還流排気が第１連通路３４１に流入する。なお、所定の圧力は、第１排気還流通路２１１の還流排気が第１ランド４３１の第１排気還流通路２１１側の端面に作用する力、圧力室４２１の還流排気が第２ランド４３２の第２連通路４４１側の端面に作用する力、および付勢部材４５がスプール４３に付勢する力の関係から算出される。

第１連通路３４１の圧力が第１排気還流通路２１１の圧力より低いが所定の圧力より大きい場合、連通室４１１と第１連通路３４１とは連通しないため、第１排気還流通路２１１の還流排気は第１連通路３４１に流入しない。
また、第１連通路３４１の圧力が第１排気還流通路２１１の圧力より高い場合、スプール４３は、第１スリーブ４１の第１排気還流管２１が接続している側の端部に当接し、連通室４１１と第１連通路３４１とは連通しないため、第１排気還流通路２１１の還流排気は第１連通路３４１に流入しない。

次に、排気還流装置２０の作動について説明する。
エンジンシステム１の吸気行程において、ピストン１１３が降下すると燃焼室１１０は負圧となる。吸気弁１１８が開弁すると、吸気管１２０内の新気は燃焼室１１０の負圧によって燃焼室１１０の方向に流れる。吸気管１２０内の新気がエジェクタ３０の絞り部３２を通過するとき、新気の流速が増加する。エジェクタ３０では、絞り通路３２１から混合通路３５１に向かって高速で流れる新気により絞り部３２の下流側で負圧が発生し、吸引通路３３１の還流排気が吸引される。吸引された還流排気は、混合部３５で新気と混合され、吸気が形成される。形成された吸気は、燃焼室１１０に供給される。

ここで、エンジンシステム１の吸気行程における排気還流制御弁４０の作動について、エンジン１１の負荷の大きさに基づいて説明する。

図４は、燃焼室１１０に供給される吸気量と時間との関係を示した図である。図４（ａ）は、エンジン１１の負荷が低い場合、例えばクランク軸１５の回転数が低い場合の単位時間あたりの吸気量と時間との関係を示している。また、図４（ｂ）は、エンジン１１の負荷が高い場合、例えばクランク軸１５の回転数が高い場合の単位時間あたりの吸気量と時間との関係を示している。

図４には、燃焼室１１０に供給される吸気のうちタンブル流用吸気管１２９を流れる新気の量に対して閾値Ｆが設定されている。タンブル流用吸気管１２９を流れる新気の量が閾値Ｆより大きい場合、絞り部３２を通過する新気により発生する負圧によって第１連通路３４１は所定の圧力以下となる。これにより、排気還流制御弁４０は開弁状態となる。また、タンブル流用吸気管１２９を流れる新気の量が閾値Ｆ以下である場合、絞り部３２を通過する新気により発生する負圧によっても第１連通路３４１の圧力は所定の圧力より大きい。これにより、排気還流制御弁４０は閉弁状態を維持する。タンブル流用吸気管１２９を流れる新気の量は、エンジン１１の負荷の大きさにより決定される。

エンジン１１の負荷が低い場合、吸気行程における燃焼室１１０の圧力はあまり小さくないため、絞り部３２を通過する新気の量は閾値Ｆより少ない。この場合、第１連通路３４１の圧力は所定の圧力より大きいため、排気還流制御弁４０は閉弁状態を維持し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１とは遮断されたままとなる。したがって、図４（ａ）の曲線Ｌ１０に示すように、単位時間あたりの吸気量は吸気管１２０を流れる新気の量と同じであり、燃焼室１１０には新気のみが供給される。

一方、エンジン１１の負荷が高い場合、吸気行程における燃焼室１１０の圧力はエンジン１１の負荷が低い場合に比べて小さくなるため、絞り部３２を通過する新気の量は閾値Ｆより多くなる。この場合、絞り部３２を通過する新気の流速が上がると第１連通路３４１の圧力は時刻ｔ１において所定の圧力以下となる。時刻ｔ１においてスプール４３が図３の下方に移動し、連通室４１１を介して第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１とが連通する。これにより、第１連通路３４１、吸引通路３３１を通って第１排気還流通路２１１の還流排気が混合部３５に導入される。混合部３５では、新気と還流排気とが混合され、吸気となって燃焼室１１０に供給される。

絞り部３２を通過する新気の流速が下がると、第１連通路３４１の圧力は所定の圧力より大きくなるため、スプール４３が図３の上方に移動し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１とを遮断する（図４（ｂ）の時刻ｔ２）。これにより、第１連通路３４１に還流排気が流入しなくなるため、混合部３５には還流排気が供給されない。時刻ｔ３において吸気弁１１８が閉じることにより、燃焼室１１０への吸気の供給が停止する（図４（ｂ）の時刻ｔ３）。

このように、エンジン１１の負荷が比較的高い場合、図４（ｂ）の曲線Ｌ１１に示すように、燃焼室１１０には吸気弁１１８が開弁する時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では新気のみが供給され、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では新気および還流排気の混合気が供給され、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では新気のみが供給される。なお、図４（ｂ）の曲線Ｌ１１と閾値Ｆを示す直線Ｌ０との間に囲まれる斜線部Ａは、燃焼室１１０に供給された還流排気の量を示している。

第１実施形態による排気還流装置２０では、エジェクタ３０の絞り部３２を通過する新気により発生する負圧の大きさに応じて新気に混合される還流排気の量を制御する。絞り部３２を通過する新気の流速が遅い場合、第１連通路３４１が所定の圧力より大きくなり、排気還流制御弁４０は閉弁状態を維持する。これにより、燃焼室１１０には新気のみが供給される。一方、絞り部３２を通過する新気の流速が速い場合、吸引通路３３１を介して第１連通路３４１が所定の圧力以下となり、排気還流制御弁４０が開弁する。これにより、還流排気が新気とともに燃焼室１１０に供給される。このように、排気還流装置２０は、エンジン１１の運転条件と関係がある新気の量に応じて還流排気の混合量を制御することができる。したがって、排気還流装置２０は、エンジンの運転条件にあわせて駆動する高速駆動弁を用いることなく、小さい体格で還流排気と新気とを混合することができる。

また、排気還流装置２０では、燃焼室１１０に吸気が供給される時間において、吸気の供給初期には新気のみを供給し、吸気の供給中期には混合部に導入された還流排気と新気との混合気を燃焼室１１０に供給し、吸気の供給後期には新気のみを供給する。すなわち、酸素濃度が比較的高い新気のみが供給されるタイミングと酸素濃度が低い還流排気と新気との混合気が供給されるタイミングとに時間差を作ることができる。これにより、燃焼室１１０の酸素濃度分布および還流排気に含まれている未燃炭素分の濃度分布を調節することができる。したがって、窒素酸化物の低減および未燃炭素分の燃焼促進を目的とした成層燃焼を実施可能な燃焼室の環境を実現することができる。

排気還流制御弁４０は、新気の流れにより発生する負圧の大きさに応じてスプール４３が移動し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１とを連通または遮断する。これにより、排気還流装置２０を駆動するとき電気などのエネルギーを必要としない。したがって、排気還流装置２０は、簡便な構成で還流排気と新気とを混合することができる。

また、第１連通路３４１の圧力が所定の圧力より大きい場合、排気還流制御弁４０は開弁しない。これにより、排気還流制御弁４０は、吸気系１２から排気系１３への新気や還流排気の逆流を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による排気還流装置を図５から図７に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、排気還流装置は排気還流制御弁を介して吸気系に２箇所に接続されている。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

第２実施形態による排気還流装置５０は、排気還流制御弁６０から吸気系１２に還流排気を還流する経路が２つ設けられている。一方は、第１実施形態と同じエジェクタ３０を介して還流する経路であり、他方は、吸気系１２のエジェクタ３０より上流側の吸気管１２０に還流する経路である。

図６に排気還流装置５０の排気還流弁６０およびエジェクタ３０の断面図を示す。排気還流弁６０の第１スリーブ６１には、第１ランド４３１と第１スリーブ６１の内壁６１２とにより形成される連通室６１１と第１連通路３４１とが連通可能なように第１連通路形成部３４が接続するとともに、第２排気還流通路６６１が連通室６１１に連通可能なように第２排気還流管６６が接続されている。第２排気還流管６６の第１スリーブ６１と接続する側とは反対側の端部は、図５に示すように吸気管１２０のスロットルバルブ１２２の下流側の吸気管１２０に接続されている。なお、図５、図６において、第２排気還流通路６６１を流れる還流排気と吸気管１２０を流れる新気との混合気である「一次吸気」の流れを矢印Ｆ２２で示す。また、「一次吸気」と第１連通路３４１を流れる還流排気との混合気である「二次吸気」の流れを矢印Ｆ２３で示す。

ここで、第２実施形態による排気還流装置５０の作動について、エンジン１１の負荷の大きさに基づいて説明する。
図７は、燃焼室１１０に供給される吸気量と時間との関係を示した図である。図７（ａ）は、エンジン１１の負荷が比較的低い場合の単位時間あたりの吸気量と時間との関係を示している。また、図７（ｂ）は、エンジン１１の負荷が比較的高い場合の単位時間あたりの吸気量と時間との関係を示している。

エンジン１１の負荷が低い場合、吸気行程における燃焼室１１０の圧力はあまり小さくないため、絞り部３２を通過する新気の量は閾値Ｆより少ない。この場合、第１連通路３４１の圧力は所定の圧力より大きいため、排気還流制御弁６０は閉弁状態を維持し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１および第２排気還流通路６６１とは遮断されたままとなる。したがって、図７（ａ）の曲線Ｌ２０に示すように、単位時間あたりの吸気量は吸気管１２０を流れる新気の量と同じであり、燃焼室１１０には新気のみが供給される。

一方、エンジン１１の負荷が高い場合、絞り部３２を通過する新気の量は閾値Ｆより多くなる。この場合、第１連通路３４１の圧力は時刻ｔ１において所定の圧力以下となる。時刻ｔ１においてスプール４３が図６の下方に移動し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１および第２排気還流通路６１１とは連通する。これにより、第１排気還流通路２１１の還流排気が第１連通路３４１、吸引通路３３１を通って混合部３５に導入されるとともに、第１排気還流通路２１１の還流排気の一部が第２排気還流通路６６１を通ってエジェクタ３０の上流側の吸気管１２０に還流される。すなわち、エジェクタ３０の上流側の一次吸気には、第１連通路３４１、吸引通路３３１を通って供給される還流排気がさらに混合される。

絞り部３２を通過する新気の流速が下がると、第１連通路３４１の圧力は所定の圧力より大きくなるため、スプール４３が図６の上方に移動し、第１排気還流通路２１１と第１連通路３４１および第２排気還流通路６６１とを遮断する（図７（ｂ）の時刻ｔ２）。しかしながら、排気還流装置５０では、エジェクタ３０の上流側において還流排気の一部を還流しており、図７（ｂ）の曲線Ｌ２１に示すように、時刻ｔ２において排気還流制御弁６０が閉弁した後でも燃焼室１１０に供給される二次吸気には還流排気が含まれている。時刻ｔ２の後、エジェクタ３０の上流側で供給された還流排気と新気との混合気がエジェクタ３０を通過し、吸気弁１１８が閉じることにより燃焼室１１０への吸気の供給が停止する（図７（ｂ）の時刻ｔ３）。

図７（ｂ）の曲線Ｌ２１と閾値Ｆを示す直線Ｌ０との間に囲まれる斜線部Ｂは、燃焼室１１０に供給された還流排気の量を示しており、第１実施形態による排気還流装置２０の曲線Ｌ１１と直線Ｌ０との間に囲まれる斜線部Ａに比べて広い。すなわち、第２実施形態による排気還流装置５０では、第１実施形態による排気還流装置２０に比べて多くの還流排気を新気に混合することを示している。

第２実施形態による排気還流装置５０では、還流排気の一部をエジェクタ３０の上流側に戻すことにより、吸気に含まれる還流排気の量を多くすることができる。特に、燃焼室１１０に吸気が供給される時間（図７（ｂ）の時刻ｔ０から時刻ｔ３の間）において、供給後期に供給される吸気中の還流排気の濃度を高めることができる。これにより、吸気が燃焼室１１０内に供給されたとき、燃焼室１１０の吸気ポート１１４付近の吸気中の排気濃度を高めることができ、窒素酸化物の低減に寄与することができる。したがって、第２実施形態の排気還流装置６０は、第１実施形態の効果に加えて、吸気中の還流排気濃度および量を第１実施形態に比べて広範囲に制御することができる。

（他の実施形態）
（ａ）上述の実施形態では、エンジンは、筒内噴射式のディーゼルエンジンとした。しかしながら、エンジンの種類はこれに限定されない。吸気管において新気、吸気、一次吸気、または二次吸気のいずれかに燃料を混合する種類のエンジンでもよいし、燃料をガソリンとするエンジンでもよい。

（ｂ）上述の実施形態では、シリンダに形成されている吸気ポートを２つとした。しかしながら、吸気ポートの数はこれに限定されない。１つであってもよい。この場合、本発明の排気還流装置は、その１つの吸気ポートに接続する吸気管に接続する。

（ｃ）上述の実施形態では、エジェクタは、吸気マニホールドのタンブル流用吸気管に設けられるとした。しかしながら、エジェクタが配置される位置はこれに限定されない。吸気管に設けられるエアクリーナより下流側であって、吸気マニホールドが接続する吸気ポートより上流側であればよい。

（ｄ）上述の実施形態では、排気還流管の一端を排気管に接続するとした。しかしながら、排気還流管が接続する位置はこれに限定されない。排気マニホールドが接続する排気ポートの下流側であって、排気管に設けられる触媒より上流側であればよい。

（ｅ）上述の実施形態では、第２排気還流管は吸気管に設けられるスロットルバルブの下流側の吸気管に接続されるとした。しかしながら、第２排気還流管が接続される位置はこれに限定されない。エアクリーナより下流側であって、エジェクタの上流側に位置する吸気管または吸気マニホールドであればよい。

（ｆ）上述の実施形態では、第１スリーブの内径は、第２スリーブの内径より大きいとした。しかしながら、第１スリーブの内径と第２スリーブの内径との大小関係はこれに限定されない。

以上、本発明はこのような実施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の形態により実施可能である。

１１ ・・・エンジン（内燃機関）、
１２ ・・・吸気系、
１３ ・・・排気系、
２０、５０ ・・・排気還流装置、
２１ ・・・第１排気還流管、
２１１ ・・・第１排気還流通路、
３０ ・・・エジェクタ、
３２ ・・・絞り部、
３２１ ・・・絞り通路、
３３ ・・・吸引通路形成部、
３３１ ・・・吸引通路、
３４ ・・・第１連通路形成部、
３４１ ・・・第１連通路、
３５ ・・・混合部、
３５１ ・・・混合通路、
４０ ・・・排気還流制御弁。

Claims (7)

1. 内燃機関（１１）の排気系（１３）を流れる排気の一部を還流排気として前記内燃機関の吸気系（１２）を流れる新気に混合する排気還流装置であって、
   一端を前記排気系に接続し、前記排気系から前記吸気系への還流排気が流れる第１排気還流通路（２１１）を形成する第１排気還流管（２１）と、
   前記吸気系に設けられ、前記吸気系の上流側から下流側に流れる新気の流路断面積を小さくする絞り通路（３２１）を形成する絞り部（３２）、前記第１排気還流管の還流排気が流れる吸引通路（３３１）を前記絞り部の径方向外側に形成する吸引通路形成部（３３）、前記絞り通路を流れる新気と前記吸引通路を流れる還流排気とを混合する混合通路（３５１）を前記絞り通路の下流側に形成する混合部（３５）、および、前記吸引通路に連通する第１連通路（３４１）を形成する第１連通路形成部（３４）を有するエジェクタ（３０）と、
   前記第１排気還流通路と前記第１連通路とを連通可能に設けられ、前記第１連通路の圧力が所定の圧力以下であるとき、前記第１排気還流通路と前記第１連通路とを連通する排気還流制御弁（４０）と、
   を備えることを特徴とする排気還流装置。
2. 前記排気還流制御弁に接続し、前記第１排気還流通路を流れる還流排気の一部を前記吸気系の前記エジェクタより上流側に還流する第２排気還流管（６６）を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
3. 前記排気還流制御弁は、
   スプール（４３）と、
   前記第１排気還流管および前記第１連通路形成部と接続し、前記スプールを摺動可能に収容し、前記スプールの一方の端部（４３１）との間に前記第１排気還流通路および前記第１連通路とを連通可能にする連通室（４１１）、および、前記スプールの他方の端部（４３２）との間に前記第１連通路と連通可能な圧力室（４２１）を形成するスリーブ（４１、４２）と、
   前記圧力室と前記第１連通路とを連通する第２連通路（４４１）を形成する第２連通路形成部（４４）と、
   前記スプールを前記連通室の容積を小さくする方向に付勢する付勢手段（４５）と、
   を備え、
   前記第１連通路の圧力が所定の圧力以下であるとき、前記連通室を介して前記第１排気還流通路と前記第１連通路とを連通することを特徴とする請求項１または２に記載の排気還流装置。
4. 前記排気還流制御弁は、前記第１排気還流通路への還流排気の逆流を防止する逆止弁であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排気還流装置。
5. 前記内燃機関が有する気筒のそれぞれは、それぞれの気筒の燃焼室に新気または新気と還流排気との混合気を供給する吸気ポート（１１４）を２つずつ有し、
   前記エジェクタは、前記吸気ポートのいずれか一方に接続する第１配管（１２９）に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気還流装置。
6. 前記第１配管は、前記内燃機関の燃焼室でタンブル流を形成するように新気または新気と還流排気との混合気を前記内燃機関の燃焼室に供給することを特徴とする請求項５に記載の排気還流装置。
7. 燃料を前記内燃機関の燃焼室内に直接噴射する直噴式の内燃機関に適用されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の排気還流装置。

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