JP5811356B2 - 排気還流装置 - Google Patents
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Description
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。
- 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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