JP5895900B2 - Engine exhaust gas recirculation system - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気還流装置に関し、特に、排気通路を流通する排気ガスの一部を吸気通路に還流するためのEGR通路上に、還流する排気ガスを冷却するEGRクーラが配設されたクーラ通路と、上記EGRクーラをバイパスするバイパス通路とが備えられたエンジンの排気還流装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an engine, and in particular, an EGR cooler for cooling the recirculated exhaust gas is disposed on an EGR passage for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage to the intake passage. The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an engine provided with a cooler passage and a bypass passage that bypasses the EGR cooler.

従来、窒素酸化物の発生低減や、吸入空気の暖機効果等のために、エンジンの排気通路を流通する排気ガスの一部を吸気通路に還流するためのEGR通路が備えられた排気還流装置(EGR装置)が周知である。   Conventionally, an exhaust gas recirculation apparatus provided with an EGR passage for recirculating a part of exhaust gas flowing through the exhaust passage of the engine to the intake passage in order to reduce the generation of nitrogen oxides, the warm-up effect of the intake air, etc. (EGR device) is well known.

例えば、特許文献1に開示されるEGR装置は、排気通路と吸気通路とを結ぶEGR通路として、還流する排気ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラが配設されたクーラ通路と、EGRクーラをバイパスするバイパス通路とが備えられ、クーラ通路の排気ガス流通方向の下流部(本明細書および特許請求の範囲において、「上流」、「下流」というときは、特に断らない限り、そこを流れるガスの流通方向に関していう)とバイパス通路の下流部との接続部に、両通路の切換えを行う切換弁が配設され、この切換弁のさらに下流に、排気還流量を制御するためのEGR弁が設けられている。このEGR装置によれば、クーラ通路を通過した低温のEGRガスとバイパス通路を通過した高温のEGRガスのいずれか一方のEGRガスが吸気通路に還流され、その還流量がEGR弁によって調整される。   For example, an EGR device disclosed in Patent Literature 1 includes an EGR passage connecting an exhaust passage and an intake passage, a cooler passage provided with an EGR cooler that cools recirculated exhaust gas (EGR gas), and an EGR cooler. A bypass passage for bypassing, and a downstream portion of the cooler passage in the exhaust gas flow direction (in the present specification and claims, the terms “upstream” and “downstream” refer to the gas flowing there unless otherwise specified) A switching valve for switching both passages is provided at a connection portion between the bypass passage and the downstream portion of the bypass passage, and an EGR valve for controlling the exhaust gas recirculation amount is further downstream of the switching valve. Is provided. According to this EGR device, one of the low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage and the high-temperature EGR gas that has passed through the bypass passage is recirculated to the intake passage, and the recirculation amount is adjusted by the EGR valve. .

また、特許文献2に開示されるEGR装置は、同様に、EGR通路としてクーラ通路とバイパス通路とが備えられ、クーラ通路の排気ガス流通方向の上流部とバイパス通路の上流部との接続部に、EGRガスを両通路に所定の流量比で分岐させる2方分岐流路が配設され、クーラ通路の下流部とバイパス通路の下流部との接続部に、クーラ通路を通過した低温EGRガスとバイパス通路を通過した高温EGRガスとを合流させ、フラップ型バルブでスワール流が生成するように混合する排気ガス混合比制御弁が設けられている。このEGR装置によれば、クーラ通路からの低温EGRガスとバイパス通路からの高温EGRガスとが所定の比率で合流され、フラップ型バルブによって効率よく混合される。   Similarly, the EGR device disclosed in Patent Document 2 is provided with a cooler passage and a bypass passage as an EGR passage, and at the connection portion between the upstream portion of the cooler passage in the exhaust gas flow direction and the upstream portion of the bypass passage. , A two-way branch passage for branching the EGR gas into both passages at a predetermined flow ratio is disposed, and a low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage is connected to a downstream portion of the cooler passage and a downstream portion of the bypass passage; There is provided an exhaust gas mixture ratio control valve that merges the high temperature EGR gas that has passed through the bypass passage, and mixes so that a swirl flow is generated by a flap type valve. According to this EGR device, the low-temperature EGR gas from the cooler passage and the high-temperature EGR gas from the bypass passage are merged at a predetermined ratio and efficiently mixed by the flap type valve.

特開2008−248878号公報(段落0039、図1)JP 2008-248878 A (paragraph 0039, FIG. 1) 特開2005−273564号公報(段落0030、段落0032、段落0054、図2)JP 2005-273564 A (paragraph 0030, paragraph 0032, paragraph 0054, FIG. 2)

ところで、近年、ガソリンエンジンの分野において、点火プラグの火花点火によって混合気を強制的に燃焼させる火花点火燃焼(spark ignition combustion:SI燃焼)に代えて、ピストンの圧縮によりつくり出される高温・高圧の環境下で混合気を自着火により燃焼させる圧縮自己着火燃焼(compression self−ignition combustion:CI燃焼)の実用化が進められている。CI燃焼は、混合気が同時多発的に自着火する燃焼であり、火炎伝播により徐々に燃焼が拡がるSI燃焼に比べて燃焼期間が短く、熱効率に優れるという利点がある。   By the way, in recent years, in the field of gasoline engines, instead of spark ignition combustion (SI combustion) in which an air-fuel mixture is forcibly burned by spark ignition of a spark plug, high-temperature and high-pressure generated by compression of a piston is used. Practical application of compression self-ignition combustion (CI combustion) in which an air-fuel mixture is combusted by self-ignition under an environment is being promoted. CI combustion is combustion in which an air-fuel mixture is self-ignited simultaneously and frequently, and has an advantage that the combustion period is shorter and thermal efficiency is superior to SI combustion in which combustion gradually spreads due to flame propagation.

しかし、CI燃焼は、燃料噴射量が少なく熱発生量が少ないエンジンの低負荷域では起き難く、燃料噴射量が多く熱発生量が多いエンジンの高負荷域では混合気が自着火するタイミングが早くなり過ぎて異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるという問題がある。そこで、適正なCI燃焼が実行可能な領域を拡大するために、負荷に応じて、適量・適温のEGRガスを吸気通路に還流して、燃焼室の温度を高い精度で調整する必要がある。   However, CI combustion is difficult to occur in a low load region of an engine with a small amount of fuel injection and a small amount of heat generation, and the air-fuel mixture self-ignites early in a high load region of an engine with a large amount of fuel injection and a large amount of heat generation. There is a problem that abnormal combustion and excessive combustion noise occur due to excessively short period. Therefore, in order to expand the region in which proper CI combustion can be performed, it is necessary to recirculate an appropriate amount and temperature of EGR gas to the intake passage in accordance with the load and adjust the temperature of the combustion chamber with high accuracy.

この点、特許文献1のEGR装置では、クーラ通路を通過した低温EGRガスまたはバイパス通路を通過した高温EGRガスのいずれか一方のみが吸気通路に還流されるので、吸気通路に還流するEGRガスの温度を負荷に応じて調整することができない。また、特許文献2のEGR装置では、クーラ通路からの低温EGRガスとバイパス通路からの高温EGRガスとが所定の比率で合流・混合されるものの、その比率調整はクーラ通路の開度調整とバイパス通路の開度調整とを同時に行う2方分岐流路によるものなので、低温EGRガスの流量と高温EGRガスの流量とを相互に独立して調整することができない。そのため、やはり、吸気通路に還流するEGRガスの温度を精度よく調整することが難しい。   In this respect, in the EGR device of Patent Document 1, only one of the low temperature EGR gas that has passed through the cooler passage and the high temperature EGR gas that has passed through the bypass passage is recirculated to the intake passage. The temperature cannot be adjusted according to the load. In the EGR device of Patent Document 2, the low temperature EGR gas from the cooler passage and the high temperature EGR gas from the bypass passage are combined and mixed at a predetermined ratio. Since it is based on the two-way branch flow path that adjusts the opening of the passage at the same time, the flow rate of the low temperature EGR gas and the flow rate of the high temperature EGR gas cannot be adjusted independently of each other. Therefore, it is still difficult to accurately adjust the temperature of the EGR gas returning to the intake passage.

この問題に対処するために、クーラ通路およびバイパス通路の双方に、それぞれEGRガスの流量を調整するEGRバルブを配設すると共に、クーラ通路の下流部とバイパス通路の下流部とが合流する合流部を設け、少なくともCI燃焼が実行される運転領域において、上記合流部で合流・混合されたEGRガスの温度が所定の温度範囲に収まるように各EGRバルブの開度を独立して制御することが提案される。これによれば、クーラ通路からの低温EGRガスおよびバイパス通路からの高温EGRガスの合流部における混合割合を高い自由度で調整することができる。そのため、吸気通路に還流するEGRガスの温度を高い精度で所定の温度範囲に収めることができる。その結果、例えば、CI燃焼が実行される運転領域において、適正なタイミングで燃料が自着火する環境を確実につくり出すことができ、CI燃焼の安定性を高めることができる。   In order to cope with this problem, an EGR valve that adjusts the flow rate of the EGR gas is disposed in each of the cooler passage and the bypass passage, and the junction portion where the downstream portion of the cooler passage and the downstream portion of the bypass passage merge. And at least in the operation region where the CI combustion is performed, the opening degree of each EGR valve can be controlled independently so that the temperature of the EGR gas merged and mixed in the merging portion falls within a predetermined temperature range. Proposed. According to this, the mixing ratio in the confluence | merging part of the low temperature EGR gas from a cooler channel | path and the high temperature EGR gas from a bypass channel can be adjusted with a high freedom degree. Therefore, the temperature of the EGR gas returning to the intake passage can be kept within a predetermined temperature range with high accuracy. As a result, for example, in an operation region where CI combustion is performed, an environment in which fuel self-ignites at an appropriate timing can be surely created, and the stability of CI combustion can be improved.

しかし、それでもなお解決すべき問題がある。それは、クーラ通路はバイパス通路よりも流通抵抗が大きいということに起因する問題である。ここで、流通抵抗とは、圧力損失を力で表した値である。具体的に、クーラ通路に配設されるEGRクーラは水冷式の熱交換器であるため、EGRガスが通過する通路は通路断面積の小さいチューブ状に形成されている。クーラ通路に流れ込んだEGRガスは、EGRクーラ内を多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、冷却水との熱交換によって冷却される。そのため、クーラ通路の流通抵抗は、このようなEGRクーラが配設されていないバイパス通路の流通抵抗よりも大きくなり、クーラ通路に配設した低温EGRバルブとバイパス通路に配設した高温EGRバルブとを同じ開度開いても、クーラ通路を流れるEGRガスの量はバイパス通路を流れるEGRガスの量よりも少なくなる。その結果、合流部における低温EGRガスと高温EGRガスとの混合割合を精度よく調整することが難しくなり、ひいては吸気通路に還流するEGRガスの温度を精度よく調整することが難しくなる。   But there are still problems to be solved. This is a problem caused by the fact that the cooler passage has a greater flow resistance than the bypass passage. Here, the flow resistance is a value representing the pressure loss by force. Specifically, since the EGR cooler disposed in the cooler passage is a water-cooled heat exchanger, the passage through which the EGR gas passes is formed in a tube shape having a small passage cross-sectional area. The EGR gas that has flowed into the cooler passage is divided into a large number of tubes in the EGR cooler and is cooled by heat exchange with cooling water in the process. Therefore, the flow resistance of the cooler passage is larger than the flow resistance of the bypass passage where such an EGR cooler is not provided, and the low temperature EGR valve provided in the cooler passage and the high temperature EGR valve provided in the bypass passage are Are opened at the same opening, the amount of EGR gas flowing through the cooler passage is smaller than the amount of EGR gas flowing through the bypass passage. As a result, it becomes difficult to accurately adjust the mixing ratio of the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas in the joining portion, and it is difficult to accurately adjust the temperature of the EGR gas returning to the intake passage.

なお、このような問題は、CI燃焼が行われるエンジンに限らず、SI燃焼が行われるエンジンでも起こり得る問題である。また、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンでも起こり得る問題である。つまり、燃焼形態やエンジンの種類を問わず、適正な燃焼が実行可能な領域を拡大するために、クーラ通路からの低温EGRガスとバイパス通路からの高温EGRガスとを精度よく調量して混合することにより、吸気通路に還流するEGRガスの温度を負荷等の運転条件に応じて高い精度で調整しようとする場合に起こり得る問題である。   Such a problem is a problem that can occur not only in an engine in which CI combustion is performed, but also in an engine in which SI combustion is performed. Moreover, it is a problem that can occur not only in gasoline engines but also in diesel engines. In other words, regardless of the combustion mode or engine type, in order to expand the area where proper combustion can be performed, the low temperature EGR gas from the cooler passage and the high temperature EGR gas from the bypass passage are accurately metered and mixed. This is a problem that may occur when the temperature of the EGR gas returning to the intake passage is to be adjusted with high accuracy in accordance with operating conditions such as a load.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、適正な燃焼が実行可能な領域を拡大するために、EGR通路のクーラ通路とバイパス通路とにそれぞれEGRバルブが設けられ、さらにクーラ通路とバイパス通路との流通抵抗差に起因するEGRガスの調量・調温精度の低下の問題が抑制されたエンジンの排気還流装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in order to expand a region where proper combustion can be performed, an EGR valve is provided in each of the cooler passage and the bypass passage of the EGR passage, An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an engine in which the problem of a decrease in EGR gas metering and temperature control accuracy caused by a difference in flow resistance between a cooler passage and a bypass passage is suppressed.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジンの排気通路を流通する排気ガスの一部を吸気通路に還流するためのEGR通路として、還流する排気ガスを冷却するEGRクーラが配設されたクーラ通路と、上記EGRクーラをバイパスするバイパス通路とが備えられたエンジンの排気還流装置であって、上記クーラ通路に配設されてクーラ通路を流通する排気ガスの流量を調整する低温EGRバルブと、上記バイパス通路に配設されてバイパス通路を流通する排気ガスの流量を調整する高温EGRバルブと、上記クーラ通路の下流部と上記バイパス通路の下流部とが合流する合流部とが備えられ、上記クーラ通路の合流部側の出口開口が、上記合流部の吸気通路側の出口開口に対し、互いの流路軸線が平行になるように配置されるとともに、上記バイパス通路の合流部側の出口開口が、上記合流部の吸気通路側の出口開口に対し、互いの流路軸線が所定の角度をもって交差するように配置され、上記合流部内に、上記クーラ通路の出口開口側に入口開口を有し、上記合流部の出口開口側に出口開口を有する筒状部材が収容され、上記筒状部材は、その軸線が上記合流部の出口開口の流路軸線に平行になるように配置されている、エンジンの排気還流装置である(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention provides an EGR cooler for cooling the recirculated exhaust gas as an EGR passage for recirculating a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the engine to the intake passage. An exhaust gas recirculation device for an engine provided with a bypass cooler passage and a bypass passage that bypasses the EGR cooler, wherein the low temperature EGR is disposed in the cooler passage and adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the cooler passage A valve, a high-temperature EGR valve that adjusts the flow rate of exhaust gas that is disposed in the bypass passage and flows through the bypass passage, and a merging portion where the downstream portion of the cooler passage and the downstream portion of the bypass passage merge The outlet opening of the cooler passage on the merging portion side is arranged so that the flow path axes thereof are parallel to the outlet opening of the merging portion on the intake passage side. In addition, the outlet opening on the merging portion side of the bypass passage is disposed such that the flow path axis intersects the outlet opening on the intake passage side of the merging portion at a predetermined angle, A cylindrical member having an inlet opening on the outlet opening side of the cooler passage and having an outlet opening on the outlet opening side of the merging portion is accommodated, and the cylindrical member has an axis line of the outlet opening of the merging portion. An exhaust gas recirculation device for an engine arranged so as to be parallel to an axis (Claim 1).

本発明によれば、クーラ通路に配設された低温EGRバルブおよびバイパス通路に配設された高温EGRバルブにより、クーラ通路を通過した低温EGRガスおよびバイパス通路を通過した高温EGRガスの合流部における混合割合を高い自由度で調整することができる。そのため、吸気通路に還流するEGRガスの温度を高い精度で所定の温度範囲に収めることができる。その結果、例えば、CI燃焼が実行される運転領域において、適正なタイミングで燃料が自着火する環境を確実につくり出すことができ、CI燃焼の安定性を高めることができる。   According to the present invention, the low-temperature EGR valve disposed in the cooler passage and the high-temperature EGR valve disposed in the bypass passage allow the low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage and the high-temperature EGR gas that has passed through the bypass passage to join each other. The mixing ratio can be adjusted with a high degree of freedom. Therefore, the temperature of the EGR gas returning to the intake passage can be kept within a predetermined temperature range with high accuracy. As a result, for example, in an operation region where CI combustion is performed, an environment in which fuel self-ignites at an appropriate timing can be surely created, and the stability of CI combustion can be improved.

その上で、流通抵抗がバイパス通路よりも大きいクーラ通路を通過した低温EGRガスは、合流部を直線的に通過するから、合流部を通過することに起因する流通抵抗の増大が抑制される。一方、流通抵抗がクーラ通路よりも小さいバイパス通路を通過した高温EGRガスは、交差方向の流れの指向性が打ち消され、合流部を方向転換して通過するから、合流部を通過することに起因して流通抵抗が増大する。そのため、クーラ通路とバイパス通路との流通抵抗の差が縮小し、クーラ通路の低温EGRバルブとバイパス通路の高温EGRバルブとを独立して制御することにより、合流部における低温EGRガスと高温EGRガスとの混合割合の調整、ひいては吸気通路に還流するEGRガスの温度の調整を高い精度で行うことができる。   In addition, since the low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage whose flow resistance is larger than that of the bypass passage passes linearly through the merge portion, an increase in flow resistance caused by passing through the merge portion is suppressed. On the other hand, the high temperature EGR gas that has passed through the bypass passage whose flow resistance is smaller than that of the cooler passage cancels the directivity of the flow in the crossing direction, changes the direction of the merging portion, and passes through the merging portion. As a result, distribution resistance increases. Therefore, the difference in flow resistance between the cooler passage and the bypass passage is reduced, and the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas at the junction are controlled by independently controlling the low-temperature EGR valve in the cooler passage and the high-temperature EGR valve in the bypass passage. And the temperature of the EGR gas returning to the intake passage can be adjusted with high accuracy.

以上により、本発明によれば、適正な燃焼が実行可能な領域を拡大するために、EGR通路のクーラ通路とバイパス通路とにそれぞれEGRバルブが設けられ、さらにクーラ通路とバイパス通路との流通抵抗差に起因するEGRガスの調量・調温精度の低下の問題が抑制されたエンジンの排気還流装置が提供される。   As described above, according to the present invention, in order to expand the region where proper combustion can be performed, the EGR valve is provided in each of the cooler passage and the bypass passage of the EGR passage, and further, the flow resistance between the cooler passage and the bypass passage. Provided is an engine exhaust gas recirculation device in which the problem of a decrease in EGR gas metering and temperature control accuracy due to a difference is suppressed.

しかも、本発明によれば、合流部内に収容された筒状部材の存在により、バイパス通路から合流部に入った高温EGRガスは、筒状部材の周面に衝突した後、合流部の上流側(クーラ通路の出口開口側)に戻って筒状部材の入口開口から筒状部材の中空空間に入り、クーラ通路から合流部に入った低温EGRガスと合流し、混合され、混合されたEGRガスが筒状部材の出口開口(合流部の出口開口)から合流部の外に出るので、このような高温EGRガスの合流部内の乱雑な動きに伴って、低温EGRガスと高温EGRガスとの混合が促進される。そのため、低温EGRガスの合流部内の短い移動距離の間に、低温EGRガスと高温EGRガスとが効率よく均質に混合され、混合後のEGRガスが合流部から吸気通路に還流される。   Moreover, according to the present invention, due to the presence of the cylindrical member accommodated in the merging portion, the high temperature EGR gas that has entered the merging portion from the bypass passage collides with the peripheral surface of the cylindrical member, and then the upstream side of the merging portion. Returning to the outlet opening side of the cooler passage, enters the hollow space of the tubular member from the inlet opening of the tubular member, merges with the low-temperature EGR gas that enters the merging portion from the cooler passage, is mixed, and is mixed EGR gas From the outlet opening (outlet opening of the merging portion) of the cylindrical member to the outside of the merging portion, so that the mixing of the low temperature EGR gas and the high temperature EGR gas with the messy movement in the merging portion of such high temperature EGR gas Is promoted. Therefore, the low temperature EGR gas and the high temperature EGR gas are efficiently and uniformly mixed within a short moving distance in the low temperature EGR gas merge portion, and the mixed EGR gas is recirculated from the merge portion to the intake passage.

本発明において、好ましくは、上記筒状部材の軸線に対し、上記バイパス通路の出口開口の流路軸線がオフセットしている(請求項2)。   In the present invention, preferably, the flow path axis of the outlet opening of the bypass passage is offset with respect to the axis of the cylindrical member (claim 2).

この構成によれば、バイパス通路から合流部に入った高温EGRガスは、筒状部材の周面に衝突した後、筒状部材の周面に沿って旋回流が発生し、この状態で、合流部の上流側に戻って筒状部材の入口開口から筒状部材の中空空間に入り、低温EGRガスと合流し、混合される。そのため、高温EGRガスの旋回流によって、低温EGRガスと高温EGRガスとが十分攪拌され、両EGRガスの混合がより一層促進される。   According to this configuration, the hot EGR gas that has entered the merging portion from the bypass passage collides with the peripheral surface of the cylindrical member, and then a swirling flow is generated along the peripheral surface of the cylindrical member. It returns to the upstream side of the part, enters the hollow space of the tubular member from the inlet opening of the tubular member, merges with the low temperature EGR gas, and is mixed. Therefore, the swirling flow of the high-temperature EGR gas sufficiently stirs the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas, thereby further promoting the mixing of both EGR gases.

本発明において、好ましくは、上記合流部と複数の気筒の各独立吸気通路との間に、気筒毎に分岐した分配通路が配設され、各分配通路の上流部は上記合流部の出口開口に接続し、下流部は各独立排気通路に接続している(請求項3)。   In the present invention, preferably, a distribution passage branched for each cylinder is disposed between the merging portion and each of the independent intake passages of the plurality of cylinders, and an upstream portion of each distribution passage is at an outlet opening of the merging portion. The downstream portion is connected to each independent exhaust passage (Claim 3).

この構成によれば、合流部で合流・混合されたEGRガスが分配通路を介して複数の気筒の各独立吸気通路に供給されるので、合流部で調量・調温されたEGRガスが比較的短時間で気筒毎に燃焼室に供給される。そのため、吸気通路に還流するEGRガスの切換え応答性が向上し、負荷の急激な変化にも対応できる。   According to this configuration, the EGR gas merged and mixed in the merging portion is supplied to the independent intake passages of the plurality of cylinders via the distribution passage, so that the EGR gas adjusted and adjusted in the merging portion is compared. Each cylinder is supplied to the combustion chamber in a short time. Therefore, the switching responsiveness of the EGR gas returning to the intake passage is improved, and it is possible to cope with a sudden load change.

以上説明したように、本発明は、適正な燃焼が実行可能な領域を拡大するために、EGR通路のクーラ通路とバイパス通路とにそれぞれEGRバルブが設けられ、さらにクーラ通路とバイパス通路との流通抵抗差に起因するEGRガスの調量・調温精度の低下の問題が抑制されたエンジンの排気還流装置を提供するので、CI燃焼が行われるエンジンに限らず、また、燃焼形態やエンジンの種類に拘らず、内燃機関の技術の発展向上に寄与するものである。   As described above, in the present invention, in order to expand the region where proper combustion can be performed, the EGR valve is provided in each of the cooler passage and the bypass passage of the EGR passage, and further the circulation between the cooler passage and the bypass passage. Provided is an engine exhaust gas recirculation device in which the problem of a decrease in EGR gas metering and temperature control accuracy due to a resistance difference is suppressed. Therefore, the present invention is not limited to an engine in which CI combustion is performed. Regardless of this, it contributes to the development and improvement of the technology of internal combustion engines.

本発明の一実施形態にかかるエンジンの要部を示す図である。It is a figure showing an important section of an engine concerning one embodiment of the present invention. 上記エンジンに備わる排気還流装置の吸気通路側の具体的構成を示す平面図である。It is a top view which shows the specific structure by the side of the intake passage of the exhaust gas recirculation apparatus with which the said engine is equipped. 上記図2の符号IIIからの矢視図である。It is an arrow view from the code | symbol III of the said FIG. 上記排気還流装置の吸気通路側の具体的構成を示す排気通路側からの斜視図である。It is a perspective view from the exhaust passage side which shows the specific structure by the side of the intake passage of the said exhaust gas recirculation apparatus. 上記図2の符号Vからの矢視図である。It is an arrow view from the code | symbol V of the said FIG. 上記図2の符号VIからの矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the arrow VI in FIG. 上記排気還流装置のミキサに収容されたミキシングプレートの斜視図である。It is a perspective view of the mixing plate accommodated in the mixer of the exhaust gas recirculation device. 上記図6の符号VIIIからの矢視断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the arrow VIII in FIG. 6. 上記図8の符号IXからの矢視断面図である。It is arrow sectional drawing from the code | symbol IX of the said FIG. 上記エンジンの負荷と燃焼室内の充填ガス成分比率との関係を示すマップである。It is a map which shows the relationship between the load of the said engine, and the filling gas component ratio in a combustion chamber. 実施形態の作用の説明図である。It is explanatory drawing of an effect | action of embodiment. 本発明の他の実施形態にかかる排気還流装置のミキサの構成を示す断面図であって図8に類似のものである。It is sectional drawing which shows the structure of the mixer of the exhaust gas recirculation apparatus concerning other embodiment of this invention, Comprising: It is a thing similar to FIG.

(1)全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの要部を示す図である。本図に示されるエンジンは、圧縮自己着火式エンジンであり、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルのガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、紙面に直交する方向に列状に並ぶ複数の気筒2(図1にはそのうちの1つの気筒のみを示す)を有するエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気通路30と、排気通路30を流通する排気ガスの一部を吸気通路20に還流するための排気還流装置(EGR装置)40とを備えている。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram showing a main part of an engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is a compression self-ignition engine, which is a four-cycle gasoline engine mounted on a vehicle as a power source for traveling. Specifically, this engine has an engine body 1 having a plurality of cylinders 2 (only one of which is shown in FIG. 1) arranged in a row in a direction orthogonal to the paper surface, and air is introduced into the engine body 1. An intake passage 20 for exhausting, an exhaust passage 30 for discharging exhaust gas generated in the engine body 1, and an exhaust gas recirculation device for returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20 (EGR device) 40.

エンジン本体1は、複数の気筒2が内部に形成されたシリンダブロック3と、シリンダブロック3の上部に設けられたシリンダヘッド4と、各気筒2に往復摺動可能に挿入されたピストン5とを有している。   The engine body 1 includes a cylinder block 3 in which a plurality of cylinders 2 are formed, a cylinder head 4 provided on the top of the cylinder block 3, and a piston 5 that is inserted into each cylinder 2 so as to be slidable back and forth. Have.

ピストン5の上方に燃焼室10が形成され、この燃焼室10にインジェクタ11からの噴射によって燃料が供給される。そして、噴射された燃料が燃焼室10で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン5が上下方向に往復運動する。なお、本実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるため、燃料としてはガソリンが用いられる。ただし、燃料の全てがガソリンである必要はなく、例えばアルコール等の副成分が燃料に含まれていてもよい(例えばE3等の混合燃料等)。   A combustion chamber 10 is formed above the piston 5, and fuel is supplied to the combustion chamber 10 by injection from the injector 11. The injected fuel burns in the combustion chamber 10, and the piston 5 pushed down by the expansion force due to the combustion reciprocates in the vertical direction. In addition, since the engine of this embodiment is a gasoline engine, gasoline is used as fuel. However, all of the fuel does not have to be gasoline, and for example, a subcomponent such as alcohol may be included in the fuel (for example, a mixed fuel such as E3).

ピストン5は、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15とコネクティングロッド16を介して連結されており、上記ピストン5の往復運動に応じてクランク軸15が中心軸回りに回転するようになっている。   The piston 5 is connected to a crankshaft 15 that is an output shaft of the engine body 1 via a connecting rod 16, and the crankshaft 15 rotates about the central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 5. Yes.

シリンダヘッド4に、吸気通路20から供給される空気(吸気)を各気筒2の燃焼室10に導入するための吸気ポート6と、各気筒2の燃焼室10で生成された排気ガスを排気通路30に導出するための排気ポート7と、吸気ポート6の燃焼室10側の開口を開閉する吸気弁8と、排気ポート7の燃焼室10側の開口を開閉する排気弁9とが設けられている。   An intake port 6 for introducing air (intake air) supplied from the intake passage 20 into the cylinder head 4 into the combustion chamber 10 of each cylinder 2 and an exhaust gas generated in the combustion chamber 10 of each cylinder 2 as an exhaust passage. An exhaust port 7 for leading to 30, an intake valve 8 for opening and closing the opening of the intake port 6 on the combustion chamber 10 side, and an exhaust valve 9 for opening and closing the opening of the exhaust port 7 on the combustion chamber 10 side are provided. Yes.

吸気弁8および排気弁9は、それぞれ、シリンダヘッド4に配設された一対のカムシャフト等を含む動弁機構18,19により、クランク軸15の回転に連動して開閉駆動される。   The intake valve 8 and the exhaust valve 9 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft 15 by valve mechanisms 18 and 19 including a pair of camshafts and the like disposed in the cylinder head 4.

吸気弁8用の動弁機構18には、吸気弁8のリフト量を連続的に(無段階で)変更することが可能な可変機構18aが組み込まれている。このような構成の可変機構18aは、連続可変バルブリフト機構(CVVL)などとして既に公知であり、具体的な構成例として、吸気弁8駆動用のカムをカム軸の回転と連動して往復揺動運動させるリンク機構と、リンク機構の配置(レバー比)を可変的に設定するコントロールアームと、コントロールアームを電気的に駆動することによって上記カムの揺動量(吸気弁8を押し下げる量と期間)を変更するステッピングモータとを備えたものを挙げることができる。   The valve mechanism 18 for the intake valve 8 incorporates a variable mechanism 18a capable of continuously (steplessly) changing the lift amount of the intake valve 8. The variable mechanism 18a having such a configuration is already known as a continuously variable valve lift mechanism (CVVL) or the like. As a specific configuration example, a cam for driving the intake valve 8 is reciprocally rocked in conjunction with the rotation of the cam shaft. A link mechanism for dynamic movement, a control arm for variably setting the arrangement (lever ratio) of the link mechanism, and a swing amount of the cam (amount and a period for depressing the intake valve 8) by electrically driving the control arm And a stepping motor that changes the angle.

排気弁9用の動弁機構19には、吸気行程中に排気弁9を押し下げる機能を有効または無効にする切替機構19aが組み込まれている。すなわち、この切替機構19aは、排気弁9を排気行程だけでなく吸気行程でも開弁可能にするとともに、この吸気行程中の排気弁9の開弁動作を実行するか停止するかを切り替える機能を有している。   The valve mechanism 19 for the exhaust valve 9 incorporates a switching mechanism 19a that enables or disables the function of depressing the exhaust valve 9 during the intake stroke. That is, the switching mechanism 19a has a function of enabling the exhaust valve 9 to be opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke, and switching between performing or stopping the valve opening operation of the exhaust valve 9 during the intake stroke. Have.

このような構成の切替機構19aは既に公知であり、その具体例として、排気弁9駆動用の通常のカム(排気行程中に排気弁9を押し下げるカム)とは別に吸気行程中に排気弁9を押し下げるサブカムと、このサブカムの駆動力が排気弁9に伝達されるのを有効または無効にするいわゆるロストモーション機構とを備えたものを挙げることができる。   The switching mechanism 19a having such a configuration is already known, and as a specific example thereof, the exhaust valve 9 is operated during the intake stroke separately from a normal cam for driving the exhaust valve 9 (a cam for pushing the exhaust valve 9 during the exhaust stroke). And a so-called lost motion mechanism that enables or disables transmission of the driving force of the sub-cam to the exhaust valve 9.

シリンダヘッド4には、燃焼室10に向けて燃料を噴射するインジェクタ11と、インジェクタ11から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火エネルギーを供給する点火プラグ12とが、各気筒2につきそれぞれ1組ずつ設けられている。   The cylinder head 4 includes an injector 11 that injects fuel toward the combustion chamber 10, and an ignition plug 12 that supplies ignition energy by spark discharge to the mixture of fuel and air injected from the injector 11. One set is provided for each cylinder 2.

インジェクタ11は、ピストン5の上面を臨むような姿勢でシリンダヘッド4に設けられている。各気筒2のインジェクタ11にはそれぞれ燃料供給管13が接続されており、各燃料供給管13を通じて供給される燃料が、インジェクタ11の先端部に設けられた複数の噴孔(図示省略)から噴射されるようになっている。   The injector 11 is provided in the cylinder head 4 so as to face the upper surface of the piston 5. A fuel supply pipe 13 is connected to each injector 11 of each cylinder 2, and fuel supplied through each fuel supply pipe 13 is injected from a plurality of injection holes (not shown) provided at the tip of the injector 11. It has come to be.

より具体的に、燃料供給管13の上流側には、クランク軸15の回転により駆動されるプランジャー式の燃料ポンプであるサプライポンプ14が設けられ、このサプライポンプ14と燃料供給管13との間には、全気筒2に共通の蓄圧用のコモンレール(図示省略)が設けられている。そして、このコモンレール内で蓄圧された燃料が各気筒2のインジェクタ11に供給されることにより、各インジェクタ11からは、最大で120MPa程度の高い圧力の燃料が噴射可能となされている。   More specifically, a supply pump 14, which is a plunger type fuel pump driven by the rotation of the crankshaft 15, is provided on the upstream side of the fuel supply pipe 13, and the supply pump 14 and the fuel supply pipe 13 are connected to each other. A common rail (not shown) for pressure accumulation common to all the cylinders 2 is provided between them. Then, the fuel accumulated in the common rail is supplied to the injectors 11 of the respective cylinders 2, so that a fuel having a high pressure of about 120 MPa at the maximum can be injected from each injector 11.

吸気通路20は、1本の共通通路21と、共通通路21の下流端部(吸気の流通方向下流側の端部)に接続された所定容積のサージタンク24と、サージタンク24から下流側に延びて各気筒2の吸気ポート6とそれぞれ連通する複数本の独立通路(独立吸気通路)25(図1にはそのうちの1本のみを示す)とを有している。共通通路21におけるサージタンク24よりも上流側には、共通通路21を流通する吸気の流量を調整するスロットル弁29が設けられている。   The intake passage 20 includes a single common passage 21, a surge tank 24 having a predetermined volume connected to a downstream end of the common passage 21 (an end on the downstream side in the intake flow direction), and a downstream side from the surge tank 24. It has a plurality of independent passages (independent intake passages) 25 (only one of them is shown in FIG. 1) that extends and communicates with the intake port 6 of each cylinder 2. A throttle valve 29 that adjusts the flow rate of intake air flowing through the common passage 21 is provided upstream of the surge tank 24 in the common passage 21.

排気通路30は、各気筒2の排気ポート7とそれぞれ連通する複数本の独立通路(独立排気通路)31(図1にはそのうちの1本のみを示す)と、各独立通路31の下流端部(排気ガスの流通方向下流側の端部)が集合した排気集合部32と、排気集合部32から下流側に延びる1本の共通通路33とを有している。   The exhaust passage 30 includes a plurality of independent passages (independent exhaust passages) 31 (only one of which is shown in FIG. 1) communicating with the exhaust ports 7 of the respective cylinders 2, and downstream end portions of the independent passages 31. It has an exhaust collecting portion 32 in which (exhaust gas flow direction downstream end) gathers and one common passage 33 extending downstream from the exhaust collecting portion 32.

(2)EGR装置の構成
次に、図1を参照して、EGR装置40の構成を説明する。
(2) Configuration of EGR Device Next, the configuration of the EGR device 40 will be described with reference to FIG.

EGR装置(排気還流装置)40は、EGR通路41とミキサ(合流部)45とEGRクーラ47とクーラ側EGRバルブ(低温EGRバルブ)48とバイパス側EGRバルブ(高温EGRバルブ)49とを有している。   The EGR device (exhaust gas recirculation device) 40 has an EGR passage 41, a mixer (merging portion) 45, an EGR cooler 47, a cooler side EGR valve (low temperature EGR valve) 48, and a bypass side EGR valve (high temperature EGR valve) 49. ing.

EGR通路41は、排気通路30と吸気通路20とを互いに連通し、排気通路30を流通する排気ガスの一部を吸気通路20に還流するための通路である。EGR通路41は、上流通路42とクーラ通路43とバイパス通路44と分配通路46とを有している。   The EGR passage 41 is a passage for allowing the exhaust passage 30 and the intake passage 20 to communicate with each other and returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 30 to the intake passage 20. The EGR passage 41 includes an upstream passage 42, a cooler passage 43, a bypass passage 44, and a distribution passage 46.

上流通路42は、EGR通路41の最も上流側の部分であり、排気通路30の排気集合部32から分岐している。   The upstream passage 42 is the most upstream portion of the EGR passage 41 and branches from the exhaust collecting portion 32 of the exhaust passage 30.

クーラ通路43およびバイパス通路44は、上流通路42の下流端部から2つに分岐した部分であり、クーラ通路43には、EGRクーラ47およびクーラ側EGRバルブ48が上流側からこの順に配設され、バイパス通路44には、バイパス側EGRバルブ49が配設されている。バイパス通路44は、EGRクーラ47およびクーラ側EGRバルブ48の双方をバイパスするように設けられている。   The cooler passage 43 and the bypass passage 44 are branched into two parts from the downstream end of the upstream passage 42. In the cooler passage 43, an EGR cooler 47 and a cooler side EGR valve 48 are arranged in this order from the upstream side. In the bypass passage 44, a bypass side EGR valve 49 is disposed. The bypass passage 44 is provided so as to bypass both the EGR cooler 47 and the cooler side EGR valve 48.

クーラ側EGRバルブ48は、電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、クーラ通路43を通じて吸気通路20に還流される排気ガス(EGRガス)の流量を調整する。同様に、バイパス側EGRバルブ49は、電動式のバルブであり、その開閉動作に応じて、バイパス通路44を通じて吸気通路20に還流される排気ガス(EGRガス)の流量を調整する。   The cooler-side EGR valve 48 is an electric valve, and adjusts the flow rate of exhaust gas (EGR gas) recirculated to the intake passage 20 through the cooler passage 43 according to the opening / closing operation thereof. Similarly, the bypass-side EGR valve 49 is an electric valve, and adjusts the flow rate of exhaust gas (EGR gas) recirculated to the intake passage 20 through the bypass passage 44 according to the opening / closing operation thereof.

クーラ通路43およびバイパス通路44の下流端部がミキサ45で合流し、分配通路46は、ミキサ45から下流側に延び、各気筒2の各独立吸気通路25の数に対応して複数本に分岐し(図1にはそのうちの1本のみを示す)、各独立吸気通路25と1対1で接続している。   The downstream ends of the cooler passage 43 and the bypass passage 44 merge at the mixer 45, and the distribution passage 46 extends downstream from the mixer 45 and branches into a plurality of pipes corresponding to the number of independent intake passages 25 of each cylinder 2. (Only one of them is shown in FIG. 1) and is connected to each independent intake passage 25 on a one-to-one basis.

以上のようなEGR装置40において、クーラ側EGRバルブ48およびバイパス側EGRバルブ49の双方が閉じられると、EGR通路41を流通する排気ガスの流れが遮断されて、吸気通路20へと還流される排気ガスの量は実質的にゼロになる。一方、クーラ側EGRバルブ48が開かれてバイパス側EGRバルブ49が閉じられたときには、排気ガスはクーラ通路43のみを通って吸気通路20へと還流される。このため、吸気通路20に還流される排気ガスは、その全てが、EGRクーラ47によって冷却された低温の排気ガスとなる(低温EGRガス)。また、バイパス側EGRバルブ49が開かれてクーラ側EGRバルブ48が閉じられたときには、排気ガスはバイパス通路44のみを通って吸気通路20へと還流される。このため、吸気通路20に還流される排気ガスは、その全てが、EGRクーラ47によって冷却されない高温の排気ガスとなる(高温EGRガス)。   In the EGR device 40 as described above, when both the cooler side EGR valve 48 and the bypass side EGR valve 49 are closed, the flow of the exhaust gas flowing through the EGR passage 41 is interrupted and recirculated to the intake passage 20. The amount of exhaust gas is substantially zero. On the other hand, when the cooler-side EGR valve 48 is opened and the bypass-side EGR valve 49 is closed, the exhaust gas passes through only the cooler passage 43 and is recirculated to the intake passage 20. For this reason, all the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 becomes low-temperature exhaust gas cooled by the EGR cooler 47 (low-temperature EGR gas). When the bypass side EGR valve 49 is opened and the cooler side EGR valve 48 is closed, the exhaust gas passes through only the bypass passage 44 and is recirculated to the intake passage 20. For this reason, all of the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 becomes high-temperature exhaust gas that is not cooled by the EGR cooler 47 (high-temperature EGR gas).

これらの状態からクーラ側EGRバルブ48およびバイパス側EGRバルブ49の双方が開かれたときには、排気ガスはクーラ通路43およびバイパス通路44に分かれた後に吸気通路20へと還流される。このため、吸気通路20に還流される排気ガスは、EGRクーラ47によって冷却された低温EGRガスと、EGRクーラ47によって冷却されない高温EGRガスとが混合したものになる(これを「混合EGRガス」という)。   When both the cooler side EGR valve 48 and the bypass side EGR valve 49 are opened from these states, the exhaust gas is divided into the cooler passage 43 and the bypass passage 44 and then recirculated to the intake passage 20. Therefore, the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 is a mixture of the low temperature EGR gas cooled by the EGR cooler 47 and the high temperature EGR gas not cooled by the EGR cooler 47 (this is referred to as “mixed EGR gas”). Called).

ところで、本実施形態にかかるエンジンは、CI燃焼が行われる圧縮自己着火式エンジンであるため、燃焼期間が短く、熱効率に優れるという利点がある反面、エンジンの低負荷域ではCI燃焼が起き難く、エンジンの高負荷域では混合気が自着火するタイミングが早くなり過ぎて異常燃焼や過大な燃焼騒音が生じるという問題がある。そこで、適正なCI燃焼が実行可能な領域を拡大するために、負荷に応じて、適量・適温のEGRガスを吸気通路20に還流して、燃焼室10の温度を高い精度で調整する必要がある。   By the way, since the engine according to the present embodiment is a compression self-ignition engine in which CI combustion is performed, there is an advantage that the combustion period is short and the thermal efficiency is excellent. On the other hand, CI combustion hardly occurs in a low load region of the engine. There is a problem that in the high load region of the engine, the timing at which the air-fuel mixture self-ignites becomes too early, causing abnormal combustion and excessive combustion noise. Therefore, in order to expand the region in which proper CI combustion can be performed, it is necessary to recirculate an appropriate amount and temperature of EGR gas to the intake passage 20 according to the load and adjust the temperature of the combustion chamber 10 with high accuracy. is there.

具体的に、本実施形態では、図10に示すように、エンジンの負荷が最低負荷Lminから最高負荷Lmaxに推移するに従って、燃焼室10に充填されるガス成分(新気、低温EGRガス(図中C−EGRと記す)、高温EGRガス(図中H−EGRと記す))のうち、温度が最も低い新気の比率が増大し、温度が新気より高いEGRガスの比率が減少する。また、EGRガスのうちでも、高温EGRガスの比率が減少し、低温EGRガスの比率が増大する。これにより、本実施形態にかかる圧縮自己着火式エンジンでは、全エンジン負荷域に亘って適正なCI燃焼が図られる。   Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, as the engine load changes from the minimum load Lmin to the maximum load Lmax, the gas components (fresh air, low-temperature EGR gas (see FIG. Among the high-temperature EGR gas (denoted as H-EGR in the figure)), the ratio of fresh air having the lowest temperature increases, and the ratio of EGR gas whose temperature is higher than that of fresh air decreases. Further, among the EGR gases, the ratio of the high temperature EGR gas is decreased, and the ratio of the low temperature EGR gas is increased. Thereby, in the compression self-ignition type engine concerning this embodiment, proper CI combustion is achieved over the whole engine load region.

図1に戻り、EGRクーラ47は、クーラ通路43を流通するEGRガスを冷却するための水冷式の熱交換器である。すなわち、EGRクーラ47では、その内部に導入される冷却水との熱交換によってEGRガスが冷却される。冷却水としてエンジン本体1を冷却するためのエンジン冷却水が用いられている。   Returning to FIG. 1, the EGR cooler 47 is a water-cooled heat exchanger for cooling the EGR gas flowing through the cooler passage 43. That is, in the EGR cooler 47, the EGR gas is cooled by heat exchange with the cooling water introduced therein. Engine cooling water for cooling the engine body 1 is used as cooling water.

具体的に、EGRクーラ47において、EGRガスが通過する通路は通路断面積の小さいチューブ状に形成されている。クーラ通路43に流れ込んだEGRガスは、EGRクーラ47内を多数のチューブに分かれて流通し、その過程で、冷却水との熱交換によって冷却される。そのため、クーラ通路43の流通抵抗は、EGRクーラが配設されていないバイパス通路44の流通抵抗よりも大きい。ここで、流通抵抗とは、圧力損失を力で表した値である。そのため、クーラ通路43に配設したクーラ側EGRバルブ48とバイパス通路44に配設したバイパス側EGRバルブ49とを同じ開度開いても、クーラ通路43を流れるEGRガス(低温EGRガス)の量はバイパス通路44を流れるEGRガス(高温EGRガス)の量よりも少なくなる。   Specifically, in the EGR cooler 47, the passage through which the EGR gas passes is formed in a tube shape having a small passage sectional area. The EGR gas that has flowed into the cooler passage 43 is divided into a large number of tubes in the EGR cooler 47, and is cooled by heat exchange with cooling water in the process. Therefore, the flow resistance of the cooler passage 43 is larger than the flow resistance of the bypass passage 44 in which no EGR cooler is provided. Here, the flow resistance is a value representing the pressure loss by force. Therefore, even if the cooler-side EGR valve 48 disposed in the cooler passage 43 and the bypass-side EGR valve 49 disposed in the bypass passage 44 are opened by the same opening, the amount of EGR gas (low-temperature EGR gas) flowing through the cooler passage 43 Is less than the amount of EGR gas (high temperature EGR gas) flowing through the bypass passage 44.

その結果、ミキサ45で合流する低温EGRガスと高温EGRガスとの混合割合を精度よく調整することが難しくなり、ひいては吸気通路20に還流するEGRガスの温度を精度よく調整することが難しくなるという問題がある。このことは、図10に示す特性に従ってエンジン制御を実行しても、適正なCI燃焼が難しくなるという問題につながる。そこで、本実施形態では、上記問題に対処するための対策が講じられている。これについては後述する。   As a result, it becomes difficult to accurately adjust the mixing ratio of the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas that merge in the mixer 45, and consequently, it is difficult to accurately adjust the temperature of the EGR gas returning to the intake passage 20. There's a problem. This leads to a problem that even if engine control is executed according to the characteristics shown in FIG. 10, proper CI combustion becomes difficult. Therefore, in the present embodiment, measures are taken to cope with the above problem. This will be described later.

本実施形態では、EGR装置40の吸気通路20側は、具体的には、図2〜図5に示すように構成されている。すなわち、気筒2の数、吸気通路20における独立吸気通路25の数、EGR装置40における分配通路46の数は4である。   In the present embodiment, the intake passage 20 side of the EGR device 40 is specifically configured as shown in FIGS. That is, the number of cylinders 2, the number of independent intake passages 25 in the intake passage 20, and the number of distribution passages 46 in the EGR device 40 are four.

吸気通路20のサージタンク24および4本の独立吸気通路25はインテークマニホールド28で形成されている(図2、図3参照)。インテークマニホールド28はシリンダヘッド4の外部側面に結合されている。各独立吸気通路25と連通する吸気ポート6はシリンダヘッド4内に形成されている。   The surge tank 24 and the four independent intake passages 25 in the intake passage 20 are formed by an intake manifold 28 (see FIGS. 2 and 3). The intake manifold 28 is coupled to the outer side surface of the cylinder head 4. An intake port 6 communicating with each independent intake passage 25 is formed in the cylinder head 4.

EGR通路41の上流通路42は、その一部がシリンダヘッド4内に形成されている(図2参照)。シリンダヘッド4の外部には、上流通路42の下流端部から分岐するようにクーラ通路43およびバイパス通路44が形成されている。クーラ通路43は分岐部から水平方向に延び、バイパス通路44は分岐部から上方に延びたのち水平方向に延びている。   A part of the upstream passage 42 of the EGR passage 41 is formed in the cylinder head 4 (see FIG. 2). A cooler passage 43 and a bypass passage 44 are formed outside the cylinder head 4 so as to branch from the downstream end of the upstream passage 42. The cooler passage 43 extends in the horizontal direction from the branch portion, and the bypass passage 44 extends in the horizontal direction after extending upward from the branch portion.

クーラ通路43の下流部は、クーラ側EGRバルブ48に向けて上昇するように斜めに傾斜している(図3参照)。EGRクーラ47は、このクーラ通路43の傾斜部に配設されている。クーラ側EGRバルブ48は、EGRクーラ47で冷却された低温EGRガスを90°の角度で曲げてミキサ45に供給する。   The downstream part of the cooler passage 43 is inclined obliquely so as to rise toward the cooler-side EGR valve 48 (see FIG. 3). The EGR cooler 47 is disposed in the inclined portion of the cooler passage 43. The cooler side EGR valve 48 bends the low temperature EGR gas cooled by the EGR cooler 47 at an angle of 90 ° and supplies the bent low temperature EGR gas to the mixer 45.

バイパス通路44の下流部は、バイパス側EGRバルブ49からミキサ45に向けて上昇するように斜めに傾斜している(図3参照)。バイパス通路44は、ミキサ45の側部に接続している(図2参照)。バイパス側EGRバルブ49は、バイパス通路44の上流部から供給された高温EGRガスを90°の角度で曲げてバイパス通路44の下流部に供給する。   The downstream portion of the bypass passage 44 is inclined obliquely so as to rise from the bypass side EGR valve 49 toward the mixer 45 (see FIG. 3). The bypass passage 44 is connected to the side portion of the mixer 45 (see FIG. 2). The bypass-side EGR valve 49 bends the high temperature EGR gas supplied from the upstream portion of the bypass passage 44 at an angle of 90 ° and supplies it to the downstream portion of the bypass passage 44.

ミキサ45は、インテークマニホールド28の上方に位置し、クーラ側EGRバルブ48におけるシリンダヘッド4側の面から水平方向に僅かに延びるクーラ通路43の下流端部でクーラ側EGRバルブ48と接続している(図2参照)。つまり、クーラ通路43は、ミキサ45の上流側の端部に接続している。   The mixer 45 is located above the intake manifold 28 and is connected to the cooler-side EGR valve 48 at the downstream end of the cooler passage 43 slightly extending in the horizontal direction from the surface on the cylinder head 4 side in the cooler-side EGR valve 48. (See FIG. 2). That is, the cooler passage 43 is connected to the upstream end of the mixer 45.

ミキサ45のシリンダヘッド4側の部分の下部から4本の分配通路46が分岐し、シリンダヘッド4の外部において、各気筒2の各独立吸気通路25に上方から1対1で接続している(図4、図5参照)。   Four distribution passages 46 are branched from the lower part of the portion of the mixer 45 on the cylinder head 4 side, and are connected to the individual intake passages 25 of the respective cylinders 2 from the upper side in a one-to-one relationship outside the cylinder head 4 ( (See FIGS. 4 and 5).

このように、EGR装置40の吸気通路20側において、ミキサ45は、最も高い位置に配置されている。これにより、EGRガスに含有される水分が冷えてEGR通路41内に生成する凝縮水は、ミキサ45を通過した後は、気筒2側に向かって流れ、ミキサ45を通過する前は、排気通路30側に向かって流れる。これにより、ミキサ45内に凝縮水が溜るのが抑制される。   Thus, the mixer 45 is arranged at the highest position on the intake passage 20 side of the EGR device 40. Thereby, the condensed water generated in the EGR passage 41 by cooling the water contained in the EGR gas flows toward the cylinder 2 after passing through the mixer 45, and before passing through the mixer 45, the exhaust passage. It flows toward the 30 side. Thereby, it is suppressed that condensed water accumulates in the mixer 45.

(3)ミキサの構成
次に、図6〜図9を参照して、ミキサ45の構成を説明する。
(3) Configuration of Mixer Next, the configuration of the mixer 45 will be described with reference to FIGS.

ミキサ45は、上述のように、クーラ通路43の下流端部とバイパス通路44の下流端部とが合流する部分である。   The mixer 45 is a part where the downstream end of the cooler passage 43 and the downstream end of the bypass passage 44 merge as described above.

ミキサ45は、円柱状の本体部51bを備える合流ケース51を有する。合流ケース51の上流側の端部にフランジ部51aが設けられ、このフランジ部51aを介して、クーラ側EGRバルブ48のシリンダヘッド4側の端部が図示しないボルト・ナット等により結合されている。なお、図6および図8に示すように、ミキサ45の上流側の端部に接続しているクーラ通路43の下流端部はクーラ側EGRバルブ48のケース内に形成されている。   The mixer 45 has a merging case 51 including a cylindrical main body 51b. A flange portion 51a is provided at the upstream end portion of the merging case 51, and the end portion on the cylinder head 4 side of the cooler-side EGR valve 48 is coupled to the end portion on the cylinder head 4 side via a flange portion 51a. . As shown in FIGS. 6 and 8, the downstream end of the cooler passage 43 connected to the upstream end of the mixer 45 is formed in the case of the cooler EGR valve 48.

合流ケース51は、クーラ通路43側の入口開口(ミキサ入口)51dおよび吸気通路20側の出口開口(ミキサ出口)51eを有する。両開口51d,51eとも円形であり、入口開口51dの開口面積よりも出口開口51eの開口面積が大きい値に形成されている。合流ケース51は、クーラ通路43のミキサ45側の出口開口43aと合流ケース51のクーラ通路43側の入口開口51dとがEGRガスの流れ方向の一方側から見て相互に重なり合うように配置されている。以下では、上記両開口43a,51dの流路軸線(符号A)のことを「ミキサ入口の流路軸線」という。   The merging case 51 has an inlet opening (mixer inlet) 51d on the cooler passage 43 side and an outlet opening (mixer outlet) 51e on the intake passage 20 side. Both the openings 51d and 51e are circular, and the opening area of the outlet opening 51e is larger than the opening area of the inlet opening 51d. The merge case 51 is arranged so that the outlet opening 43a on the mixer 45 side of the cooler passage 43 and the inlet opening 51d on the cooler passage 43 side of the merge case 51 overlap each other when viewed from one side in the EGR gas flow direction. Yes. Hereinafter, the flow path axis (symbol A) of the openings 43a and 51d is referred to as a “mixer inlet flow path axis”.

合流ケース51の下流側の端部にフランジ部51cが設けられ、このフランジ部51cを介して、筒状部材としてのミキシングプレート52が図示しないボルト・ナット等により結合されている。   A flange portion 51c is provided at the downstream end portion of the merging case 51, and a mixing plate 52 as a cylindrical member is coupled via a flange portion 51c by bolts, nuts, and the like (not shown).

EGR通路41の4本の分配通路46は、その各上流端部同士が1つに集合しており、この集合部のことを特に排出ケース53という。ミキシングプレート52のフランジ部52aに排出ケース53のフランジ部53aが結合されている。排出ケース53は、ミキサ45側に円形の入口開口53bを有し、吸気通路20側(独立吸気通路25側)に4本の分配通路46が接続されている。   The four distribution passages 46 of the EGR passage 41 are gathered together at their upstream end portions, and this gathering portion is particularly referred to as a discharge case 53. The flange portion 53 a of the discharge case 53 is coupled to the flange portion 52 a of the mixing plate 52. The discharge case 53 has a circular inlet opening 53b on the mixer 45 side, and four distribution passages 46 are connected to the intake passage 20 side (independent intake passage 25 side).

合流ケース51は、排出ケース53のミキサ45側の入口開口53bと合流ケース51の吸気通路20側の出口開口51eとがEGRガスの流れ方向の一方側から見て相互に重なり合うように配置されている。以下では、上記両開口53b,51eの流路軸線(符号O)のことを「ミキサ出口の流路軸線」という。4本の分配通路46は、上記ミキサ出口の流路軸線(符号O)に対し、気筒列方向に対称形に配置されている。   The merge case 51 is arranged such that the inlet opening 53b on the mixer 45 side of the discharge case 53 and the outlet opening 51e on the intake passage 20 side of the merge case 51 overlap each other when viewed from one side in the EGR gas flow direction. Yes. Hereinafter, the flow path axis (reference numeral O) of both the openings 53b and 51e is referred to as a “mixer outlet flow path axis”. The four distribution passages 46 are arranged symmetrically in the cylinder row direction with respect to the flow path axis (reference numeral O) of the mixer outlet.

図7に示すように、ミキシングプレート52は、平板部52aとテーパ周壁部52bとを有する。平板部52aは、合流ケース51のフランジ部51cと結合される部分である。そのため、平板部52aには、図示しないボルトが挿通されるボルト孔52eが設けられている。   As shown in FIG. 7, the mixing plate 52 includes a flat plate portion 52a and a tapered peripheral wall portion 52b. The flat plate portion 52 a is a portion that is coupled to the flange portion 51 c of the merging case 51. Therefore, the flat plate portion 52a is provided with a bolt hole 52e through which a bolt (not shown) is inserted.

テーパ周壁部52bは、平板部52aからクーラ通路43側に突出するように円錐台形状に形成されている。テーパ周壁部52bは、合流ケース51の中空空間S内に突入するように配置されている。ミキシングプレート52は、クーラ通路43側の入口開口52cおよび吸気通路20側の出口開口52dを有する。クーラ通路43側の入口開口52cはテーパ周壁部52bの突出先端に形成され、吸気通路20側の出口開口52dはテーパ周壁部52bの基部に形成されている。両開口52c,52dとも円形であり、入口開口52cの開口面積よりも出口開口52dの開口面積が大きい値に形成されている。   The tapered peripheral wall portion 52b is formed in a truncated cone shape so as to protrude from the flat plate portion 52a to the cooler passage 43 side. The tapered peripheral wall portion 52 b is disposed so as to enter the hollow space S of the merging case 51. The mixing plate 52 has an inlet opening 52c on the cooler passage 43 side and an outlet opening 52d on the intake passage 20 side. The inlet opening 52c on the cooler passage 43 side is formed at the protruding tip of the tapered peripheral wall portion 52b, and the outlet opening 52d on the intake passage 20 side is formed in the base portion of the tapered peripheral wall portion 52b. Both the openings 52c and 52d are circular, and the opening area of the outlet opening 52d is larger than the opening area of the inlet opening 52c.

テーパ周壁部52bが円錐台形状に形成されているため、テーパ周壁部52bの中空空間52sは、クーラ通路43側が先細りの形状を呈し、吸気通路20側が末広がりの形状を呈して、全体として漏斗状に形成されている。   Since the tapered peripheral wall portion 52b is formed in the shape of a truncated cone, the hollow space 52s of the tapered peripheral wall portion 52b has a tapered shape on the cooler passage 43 side and a divergent shape on the intake passage 20 side, and has a funnel shape as a whole. Is formed.

ミキシングプレート52のクーラ通路43側の入口開口52cは、その流路軸線が上記ミキサ入口の流路軸線(符号A)と一致するように、より詳しくは、両者の軸線が互いに平行でかつEGRガスの流れ方向の一方側から見て互いに重なり合うように、配置されている。同様に、ミキシングプレート52の吸気通路20側の出口開口52dは、その流路軸線が上記ミキサ出口の流路軸線(符号O)と一致するように、より詳しくは、両者の軸線が互いに平行でかつEGRガスの流れ方向の一方側から見て互いに重なり合うように、配置されている。その結果、ミキシングプレート52は、その軸線が上記ミキサ入口の流路軸線(符号A)および上記ミキサ出口の流路軸線(符号O)と一致するように配置されている。   More specifically, the inlet opening 52c of the mixing plate 52 on the cooler passage 43 side is parallel to each other and the EGR gas so that the flow path axis coincides with the flow path axis (reference numeral A) of the mixer inlet. Are arranged so as to overlap each other when viewed from one side in the flow direction. Similarly, the outlet opening 52d on the side of the intake passage 20 of the mixing plate 52 is more specifically, so that the flow path axis coincides with the flow path axis (symbol O) of the mixer outlet. And it arrange | positions so that it may mutually overlap seeing from one side of the flow direction of EGR gas. As a result, the mixing plate 52 is disposed such that its axis coincides with the flow path axis (reference A) of the mixer inlet and the flow path axis (reference O) of the mixer outlet.

なお、図6および図7において、符号52fは、ミキサ45内、より詳しくは、合流ケース51の中空空間S内に溜った凝縮水を気筒2側に抜くための水抜き穴である。   6 and 7, reference numeral 52 f is a drain hole for draining condensed water accumulated in the mixer 45, more specifically, in the hollow space S of the merging case 51, to the cylinder 2 side.

上述のように、ミキサ45の側部に接続しているバイパス通路44の下流端部は、具体的には、合流ケース51の本体部51bに接続している。その場合に、バイパス通路44の下流端部は、そのミキサ45側の出口開口44aの流路軸線(符号B)が上記ミキサ出口の流路軸線(符号O)に対し直交するように、つまり90°の角度をもって交差するように、配置されている(図8、図9参照)。また、バイパス通路44の下流端部は、上記ミキシングプレート52の軸線、つまり、上記ミキサ入口の流路軸線(符号A)および上記ミキサ出口の流路軸線(符号O)に対し、上記バイパス通路44の出口開口44aの流路軸線(符号B)が上方にオフセットするように配置されている(図6、図9参照)。   As described above, the downstream end portion of the bypass passage 44 connected to the side portion of the mixer 45 is specifically connected to the main body portion 51 b of the merging case 51. In this case, the downstream end of the bypass passage 44 is arranged so that the flow path axis (reference numeral B) of the outlet opening 44a on the mixer 45 side is orthogonal to the flow path axis (reference numeral O) of the mixer outlet, that is, 90. It arrange | positions so that it may cross | intersect at an angle (refer FIG. 8, FIG. 9). Further, the downstream end of the bypass passage 44 is connected to the axis of the mixing plate 52, that is, the bypass passage 44 with respect to the mixer inlet channel axis (reference A) and the mixer outlet channel axis (reference O). The flow path axis (reference numeral B) of the outlet opening 44a is offset upward (see FIGS. 6 and 9).

(4)作用
以上説明したとおり、本実施形態においては、エンジンの排気通路30を流通する排気ガスの一部を吸気通路20に還流するためのEGR通路41として、還流する排気ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラ47が配設されたクーラ通路43と、上記EGRクーラ47をバイパスするバイパス通路44とが備えられたエンジンの排気還流装置(EGR装置)40において、次のような特徴的構成を採用した。
(4) Operation As described above, in the present embodiment, the exhaust gas that recirculates (EGR gas) serves as the EGR passage 41 for recirculating a part of the exhaust gas that flows through the exhaust passage 30 of the engine to the intake passage 20. An engine exhaust gas recirculation device (EGR device) 40 provided with a cooler passage 43 provided with an EGR cooler 47 for cooling the engine and a bypass passage 44 for bypassing the EGR cooler 47 has the following characteristic configuration. It was adopted.

上記クーラ通路43に配設されてクーラ通路43を流通する低温EGRガスの流量を調整する低温EGRバルブ48と、上記バイパス通路44に配設されてバイパス通路44を流通する高温EGRガスの流量を調整する高温EGRバルブ49と、上記クーラ通路43の下流端部と上記バイパス通路44の下流端部とが合流するミキサ45とが備えられている。   A low-temperature EGR valve 48 that adjusts the flow rate of the low-temperature EGR gas that is disposed in the cooler passage 43 and flows through the cooler passage 43, and the flow rate of the high-temperature EGR gas that is disposed in the bypass passage 44 and flows through the bypass passage 44. A high-temperature EGR valve 49 to be adjusted and a mixer 45 where the downstream end of the cooler passage 43 and the downstream end of the bypass passage 44 merge are provided.

上記クーラ通路43のミキサ45側の出口開口43aが、上記ミキサ45の吸気通路20側の出口開口51eに対し、互いの流路軸線A,Oが平行になるように配置されるとともに、上記バイパス通路44のミキサ45側の出口開口44aが、上記ミキサ45の吸気通路20側の出口開口51eに対し、互いの流路軸線B,Oが90°の角度をもって交差するように配置されている。   The outlet opening 43a on the mixer 45 side of the cooler passage 43 is arranged so that the flow path axes A and O are parallel to the outlet opening 51e on the intake passage 20 side of the mixer 45, and the bypass The outlet opening 44a on the mixer 45 side of the passage 44 is arranged such that the flow path axes B and O intersect with the outlet opening 51e on the intake passage 20 side of the mixer 45 at an angle of 90 °.

上記ミキサ45内に、上記クーラ通路43の出口開口43a側に入口開口52cを有し、上記ミキサ45の出口開口51e側に出口開口52dを有するミキシングプレート52が収容され、上記ミキシングプレート52は、その軸線が上記ミキサ45の出口開口51eの流路軸線Oに平行になるように配置されている。   In the mixer 45, a mixing plate 52 having an inlet opening 52c on the outlet opening 43a side of the cooler passage 43 and having an outlet opening 52d on the outlet opening 51e side of the mixer 45 is accommodated. The axis is arranged so as to be parallel to the flow path axis O of the outlet opening 51 e of the mixer 45.

この構成によれば、クーラ通路43に配設された低温EGRバルブ48およびバイパス通路44に配設された高温EGRバルブ49により、クーラ通路43を通過した低温EGRガスおよびバイパス通路44を通過した高温EGRガスのミキサ45における混合割合を高い自由度で調整することができる。そのため、吸気通路20に還流するEGRガスの温度を高い精度で所定の温度範囲に収めることができる。その結果、例えば、CI燃焼が実行される運転領域において、適正なタイミングで燃料が自着火する環境を確実につくり出すことができ、CI燃焼の安定性を高めることができる。   According to this configuration, the low temperature EGR valve 48 disposed in the cooler passage 43 and the high temperature EGR valve 49 disposed in the bypass passage 44 cause the low temperature EGR gas passed through the cooler passage 43 and the high temperature passed through the bypass passage 44. The mixing ratio of the EGR gas in the mixer 45 can be adjusted with a high degree of freedom. Therefore, the temperature of the EGR gas recirculated to the intake passage 20 can be kept within a predetermined temperature range with high accuracy. As a result, for example, in an operation region where CI combustion is performed, an environment in which fuel self-ignites at an appropriate timing can be surely created, and the stability of CI combustion can be improved.

その上で、流通抵抗がバイパス通路44よりも大きいクーラ通路43を通過した低温EGRガスは、ミキサ45を直線的に通過するから、ミキサ45を通過することに起因する流通抵抗の増大が抑制される。一方、流通抵抗がクーラ通路43よりも小さいバイパス通路44を通過した高温EGRガスは、直交方向の流れの指向性が打ち消され、ミキサ45を方向転換して通過するから、ミキサ45を通過することに起因して流通抵抗が増大する。そのため、クーラ通路43とバイパス通路44との流通抵抗の差が縮小し、クーラ通路43の低温EGRバルブ48とバイパス通路44の高温EGRバルブ49とを独立して制御することにより、ミキサ45における低温EGRガスと高温EGRガスとの混合割合の調整、ひいては吸気通路20に還流するEGRガスの温度の調整を高い精度で行うことができる。   In addition, since the low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage 43 whose flow resistance is larger than that of the bypass passage 44 passes through the mixer 45 linearly, an increase in flow resistance due to passing through the mixer 45 is suppressed. The On the other hand, the high-temperature EGR gas that has passed through the bypass passage 44 whose flow resistance is smaller than that of the cooler passage 43 cancels the directivity of the flow in the orthogonal direction and changes direction and passes through the mixer 45. This increases the distribution resistance. Therefore, the difference in flow resistance between the cooler passage 43 and the bypass passage 44 is reduced, and the low temperature EGR valve 48 in the cooler passage 43 and the high temperature EGR valve 49 in the bypass passage 44 are controlled independently, thereby reducing the low temperature in the mixer 45. Adjustment of the mixing ratio of the EGR gas and the high temperature EGR gas, and hence the temperature of the EGR gas returning to the intake passage 20 can be adjusted with high accuracy.

以上により、本実施形態によれば、適正なCI燃焼が実行可能な領域を拡大するために、EGR通路41のクーラ通路43とバイパス通路44とにそれぞれEGRバルブ48,49が設けられ、さらにクーラ通路43とバイパス通路44との流通抵抗差に起因するEGRガスの調量・調温精度の低下の問題が抑制されたエンジンのEGR装置40が提供される。   As described above, according to the present embodiment, the EGR valves 48 and 49 are provided in the cooler passage 43 and the bypass passage 44 of the EGR passage 41, respectively, in order to expand the region where proper CI combustion can be performed. An engine EGR device 40 is provided in which the problem of a decrease in the amount of EGR gas metering and temperature control caused by the flow resistance difference between the passage 43 and the bypass passage 44 is suppressed.

以上のように、本実施形態では、クーラ通路43をミキサ45に対して平行に接続し、バイパス通路44をミキサ45に対して交差するように接続している。これにより得られる作用を図11を参照して説明する。   As described above, in this embodiment, the cooler passage 43 is connected in parallel to the mixer 45, and the bypass passage 44 is connected so as to intersect the mixer 45. The effect obtained by this will be described with reference to FIG.

図11(a)は、本実施形態と異なり、バイパス通路44をミキサ45に対して平行に接続し、クーラ通路43をミキサ45に対して交差するように接続した場合を示している。この場合、バイパス通路44を通過した高温EGRガスはミキサ45を直線的に進む。すなわち、ミキサ入口51dから入った高温EGRガスはミキサ45内で方向転換することなくミキサ出口51eから出る。そのため、バイパス通路44を流れる高温EGRガスの流通抵抗は増大しない。一方、クーラ通路43を通過した低温EGRガスはミキサ45を直線的に進むことができない。すなわち、ミキサ45の側部から入った低温EGRガスはミキサ45内で方向転換しなければミキサ出口51eから出ることができない。そのため、クーラ通路43を流れる低温EGRガスの流通抵抗はEGRクーラ47による流通抵抗に加えてより一層増大する。その結果、次のような不具合が生じる。   FIG. 11A shows a case where the bypass passage 44 is connected in parallel to the mixer 45 and the cooler passage 43 is connected so as to intersect the mixer 45, unlike the present embodiment. In this case, the hot EGR gas that has passed through the bypass passage 44 travels straight through the mixer 45. That is, the high-temperature EGR gas that has entered from the mixer inlet 51 d exits from the mixer outlet 51 e without turning in the mixer 45. Therefore, the flow resistance of the high temperature EGR gas flowing through the bypass passage 44 does not increase. On the other hand, the low-temperature EGR gas that has passed through the cooler passage 43 cannot travel linearly through the mixer 45. That is, the low temperature EGR gas that has entered from the side of the mixer 45 cannot exit from the mixer outlet 51e unless the direction is changed in the mixer 45. Therefore, the flow resistance of the low temperature EGR gas flowing through the cooler passage 43 is further increased in addition to the flow resistance by the EGR cooler 47. As a result, the following problems occur.

図11(c)に示すように、クーラ側EGRバルブ(低温EGRバルブ(図中C弁と記す))48の開度を100%、バイパス側EGRバルブ(高温EGRバルブ(図中H弁と記す))49の開度を0%に制御すると、ミキサ出口51eから出る混合EGRガスの温度が低温EGRガスの温度となり、クーラ側EGRバルブ48の開度を0%、バイパス側EGRバルブ49の開度を100%に制御すると、混合EGRガスの温度が高温EGRガスの温度となり、クーラ側EGRバルブ48の開度およびバイパス側EGRバルブ49の開度をそれぞれ0%超〜100%未満の間で、足すと100%となるように、制御すると、混合EGRガスの温度が低温EGRガスの温度超〜高温EGRガスの温度未満の間で変化する。   As shown in FIG. 11 (c), the opening degree of the cooler side EGR valve (low temperature EGR valve (referred to as C valve in the figure)) 48 is 100%, and bypass side EGR valve (high temperature EGR valve (referred to as H valve in the figure)). )) When the opening degree of 49 is controlled to 0%, the temperature of the mixed EGR gas coming out of the mixer outlet 51e becomes the temperature of the low-temperature EGR gas, the opening degree of the cooler side EGR valve 48 is 0%, and the bypass side EGR valve 49 is opened. When the degree is controlled to 100%, the temperature of the mixed EGR gas becomes the temperature of the high-temperature EGR gas, and the opening degree of the cooler side EGR valve 48 and the opening degree of the bypass side EGR valve 49 are each between 0% and less than 100%. When the control is performed so that the sum becomes 100%, the temperature of the mixed EGR gas changes between the temperature of the low temperature EGR gas and the temperature of the high temperature EGR gas.

図11(a)のように、高温EGRガスの流通抵抗が小さく、低温EGRガスの流通抵抗が大きい場合、例えば、いま、クーラ側EGRバルブ48の開度が100%、バイパス側EGRバルブ49の開度が0%であるとすると、この状態からバイパス側EGRバルブ49を少し開いただけで、それまでクーラ通路43のみを流れていたEGRガスは流通抵抗の小さいバイパス通路44に多量に流れ込み、その結果、図11(c)に破線で示すように、混合EGRガスの温度が急激に上昇する。つまり、EGRバルブ48,49の開度に対する混合EGRガスの温度が比例して変化しない(リニアに変化しない)から、吸気通路20に還流する混合EGRガスの温度調整が難しいという問題がある。   As shown in FIG. 11A, when the flow resistance of the high temperature EGR gas is small and the flow resistance of the low temperature EGR gas is large, for example, the opening degree of the cooler side EGR valve 48 is 100% and the bypass side EGR valve 49 Assuming that the opening degree is 0%, the EGR gas 49 that has flowed only in the cooler passage 43 until then has flowed in a large amount into the bypass passage 44 having a low flow resistance. As a result, as shown by a broken line in FIG. 11C, the temperature of the mixed EGR gas rises rapidly. That is, the temperature of the mixed EGR gas with respect to the opening degree of the EGR valves 48 and 49 does not change in proportion (does not change linearly), so that there is a problem that it is difficult to adjust the temperature of the mixed EGR gas recirculated to the intake passage 20.

これに対し、図11(b)に示すように、クーラ通路43をミキサ45に対して平行に接続し、バイパス通路44をミキサ45に対して交差するように接続すると、クーラ通路43を通過した低温EGRガスはミキサ45を直線的に進む。すなわち、ミキサ入口51dから入った低温EGRガスはミキサ45内で方向転換することなくミキサ出口51eから出る。そのため、クーラ通路43を流れる低温EGRガスの流通抵抗は増大しない。一方、バイパス通路44を通過した高温EGRガスはミキサ45を直線的に進むことができない。すなわち、ミキサ45の側部から入った高温EGRガスはミキサ45内で方向転換しなければミキサ出口51eから出ることができない。そのため、バイパス通路44を流れる高温EGRガスの流通抵抗は増大する。その結果、クーラ通路43とバイパス通路44との流通抵抗の差が縮小し、図11(c)に実線で示すように、EGRバルブ48,49の開度に対する混合EGRガスの温度が比例して変化する(リニアに変化する)ようになる。これにより、クーラ通路43のC弁48とバイパス通路44のH弁49とを独立して制御することにより、ミキサ45における低温EGRガスと高温EGRガスとの混合割合の調整、ひいては吸気通路20に還流するEGRガスの温度の調整を高い精度で行うことができる。   On the other hand, when the cooler passage 43 is connected in parallel to the mixer 45 and the bypass passage 44 is connected so as to intersect the mixer 45 as shown in FIG. The low temperature EGR gas travels straight through the mixer 45. That is, the low-temperature EGR gas that has entered from the mixer inlet 51d exits from the mixer outlet 51e without turning in the mixer 45. Therefore, the flow resistance of the low temperature EGR gas flowing through the cooler passage 43 does not increase. On the other hand, the high-temperature EGR gas that has passed through the bypass passage 44 cannot travel straight through the mixer 45. That is, the high temperature EGR gas that has entered from the side of the mixer 45 cannot exit from the mixer outlet 51e unless the direction is changed in the mixer 45. Therefore, the flow resistance of the high temperature EGR gas flowing through the bypass passage 44 increases. As a result, the difference in flow resistance between the cooler passage 43 and the bypass passage 44 is reduced, and the temperature of the mixed EGR gas is proportional to the opening degree of the EGR valves 48 and 49 as shown by the solid line in FIG. It changes (changes linearly). Thus, the C valve 48 in the cooler passage 43 and the H valve 49 in the bypass passage 44 are independently controlled, thereby adjusting the mixing ratio of the low temperature EGR gas and the high temperature EGR gas in the mixer 45, and consequently in the intake passage 20. The temperature of the refluxing EGR gas can be adjusted with high accuracy.

また、本実施形態によれば、ミキサ45内に収容されたミキシングプレート52の存在により、バイパス通路44からミキサ45に入った高温EGRガスは、ミキシングプレート52の周面(テーパ周壁部52b)に衝突した後、ミキサ45の上流側(クーラ通路43の出口開口43a側)に戻って(図6、図8の中空空間S内の矢印参照)ミキシングプレート52の入口開口52cからミキシングプレート52の中空空間(合流室)52sに入り、クーラ通路43からミキサ45に入った低温EGRガスと合流し、混合され、混合されたEGRガスがミキシングプレート52の出口開口52d(ミキサ45の出口開口51e)からミキサ45の外に出るので、このような高温EGRガスのミキサ45内の乱雑な動きに伴って、低温EGRガスと高温EGRガスとの混合が促進される。そのため、低温EGRガスのミキサ45内の短い移動距離の間に、低温EGRガスと高温EGRガスとが効率よく均質に混合され、混合後のEGRガスがミキサ45から吸気通路20に還流される。   Further, according to the present embodiment, due to the presence of the mixing plate 52 accommodated in the mixer 45, the high-temperature EGR gas that has entered the mixer 45 from the bypass passage 44 is applied to the peripheral surface (tapered peripheral wall portion 52b) of the mixing plate 52. After the collision, the mixing plate 52 returns to the upstream side of the mixer 45 (the outlet opening 43a side of the cooler passage 43) (see the arrow in the hollow space S in FIGS. 6 and 8), and the mixing plate 52 is hollow from the inlet opening 52c. The low-temperature EGR gas that has entered the space (merging chamber) 52s and entered the mixer 45 from the cooler passage 43 is mixed and mixed, and the mixed EGR gas passes through the outlet opening 52d of the mixing plate 52 (the outlet opening 51e of the mixer 45). Since it goes out of the mixer 45, the low temperature EGR gas is accompanied by such a turbulent movement of the high temperature EGR gas in the mixer 45. Mixed with the hot EGR gas is facilitated with. Therefore, the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas are efficiently and uniformly mixed during a short moving distance in the mixer 45 of the low-temperature EGR gas, and the mixed EGR gas is recirculated from the mixer 45 to the intake passage 20.

また、本実施形態によれば、上記ミキシングプレート52の軸線に対し、上記バイパス通路44の出口開口44aの流路軸線Bがオフセットしている。   Further, according to the present embodiment, the flow path axis B of the outlet opening 44 a of the bypass passage 44 is offset with respect to the axis of the mixing plate 52.

この構成によれば、バイパス通路44からミキサ45に入った高温EGRガスは、ミキシングプレート52の周面(テーパ周壁部52b)に衝突した後、ミキシングプレート52の周面(テーパ周壁部52b)に沿って旋回流が発生し(図9の中空空間S内の矢印参照)、この状態で、ミキサ45の上流側に戻ってミキシングプレート52の入口開口52cからミキシングプレート52の中空空間(合流室)52sに入り、低温EGRガスと合流し、混合される(図9の中空空間52s内の矢印参照)。そのため、高温EGRガスの旋回流によって、低温EGRガスと高温EGRガスとが十分攪拌され、両EGRガスの混合がより一層促進される。   According to this configuration, the high-temperature EGR gas that has entered the mixer 45 from the bypass passage 44 collides with the peripheral surface (tapered peripheral wall portion 52b) of the mixing plate 52 and then the peripheral surface (tapered peripheral wall portion 52b) of the mixing plate 52. A swirling flow is generated along the line (see the arrow in the hollow space S in FIG. 9), and in this state, the flow returns to the upstream side of the mixer 45 and the hollow space of the mixing plate 52 from the inlet opening 52c of the mixing plate 52 (merging chamber). 52s, merged with the low-temperature EGR gas, and mixed (see the arrow in the hollow space 52s in FIG. 9). Therefore, the swirling flow of the high-temperature EGR gas sufficiently stirs the low-temperature EGR gas and the high-temperature EGR gas, thereby further promoting the mixing of both EGR gases.

また、本実施形態によれば、上記ミキサ45と複数の気筒2の各独立吸気通路25との間に、気筒2毎に分岐した分配通路46が配設され、各分配通路46の上流部は上記ミキサ45の出口開口51eに接続し、下流部は各独立排気通路25に接続している。   Further, according to the present embodiment, the distribution passage 46 branched for each cylinder 2 is disposed between the mixer 45 and the independent intake passages 25 of the plurality of cylinders 2, and the upstream portion of each distribution passage 46 is Connected to the outlet opening 51 e of the mixer 45, the downstream portion is connected to each independent exhaust passage 25.

この構成によれば、ミキサ45で合流・混合されたEGRガスが分配通路46を介して複数の気筒2の各独立吸気通路25に供給されるので、ミキサ45で調量・調温されたEGRガスが比較的短時間で気筒2毎に燃焼室10に供給される。そのため、吸気通路20に還流するEGRガスの切換え応答性が向上し、負荷の急激な変化にも対応できる。   According to this configuration, the EGR gas merged and mixed in the mixer 45 is supplied to the individual intake passages 25 of the plurality of cylinders 2 via the distribution passage 46, so that the EGR that is adjusted and temperature-controlled in the mixer 45 Gas is supplied to the combustion chamber 10 for each cylinder 2 in a relatively short time. Therefore, the switching response of the EGR gas returning to the intake passage 20 is improved, and it is possible to cope with a sudden change in load.

(5)他の実施形態
上記実施形態では、クーラ通路43の出口開口43aとミキサ45の出口開口51eとを互いの流路軸線A,Oが一致するように配置したが、相互に所定の間隔で平行になるように配置してもよい。ここで、所定の間隔とは、クーラ通路43の流通抵抗が大幅に増大しない範囲内で予め定められた間隔である。同様に、ミキシングプレート52の入口開口52cとミキサ入口の流路軸線(符号A)、ミキシングプレート52の出口開口52dと合流ケース51の出口開口51e、ミキシングプレート52の軸線とミキサ入口の流路軸線(符号A)、ミキシングプレート52の軸線とミキサ出口の流路軸線(符号O)、排出ケース53の入口開口53bとミキサ出口の流路軸線(符号O)も、相互に所定の間隔で平行になるように配置してもよい。
(5) Other Embodiments In the above embodiment, the outlet opening 43a of the cooler passage 43 and the outlet opening 51e of the mixer 45 are arranged so that the flow path axes A and O coincide with each other. You may arrange | position so that it may become parallel. Here, the predetermined interval is a predetermined interval within a range where the flow resistance of the cooler passage 43 does not increase significantly. Similarly, the inlet opening 52c of the mixing plate 52 and the flow path axis of the mixer inlet (reference A), the outlet opening 52d of the mixing plate 52 and the outlet opening 51e of the merging case 51, the axis of the mixing plate 52 and the flow path axis of the mixer inlet (A), the mixing plate 52 axis and the mixer outlet channel axis (O), and the outlet opening 53b of the discharge case 53 and the mixer outlet channel axis (O) are parallel to each other at a predetermined interval. You may arrange so that it may become.

また、上記実施形態では、ミキサ出口の流路軸線(符号O)に対し、バイパス通路44の出口開口44aの流路軸線(符号B)を直交するように配置したが、90°以外の他の所定の角度をもって交差するように配置してもよい。ここで、所定の角度とは、クーラ通路43とバイパス通路44との流通抵抗の差が縮小する程度にバイパス通路44の流通抵抗が増大する範囲内で予め定められた角度である。   Moreover, in the said embodiment, although arrange | positioned so that the flow-path axis (code | symbol B) of the outlet opening 44a of the bypass channel 44 may be orthogonally crossed with respect to the flow-path axis (code | symbol O) of a mixer exit, other than 90 degrees You may arrange | position so that it may cross | intersect with a predetermined angle. Here, the predetermined angle is a predetermined angle within a range in which the flow resistance of the bypass passage 44 increases to the extent that the difference in flow resistance between the cooler passage 43 and the bypass passage 44 decreases.

また、上記実施形態では、ミキシングプレート52は、円錐台形状のテーパ周壁部52bを有していたが、図12に示すように、筒状の周壁部52xでもよい。これによっても、バイパス通路44からミキサ45に入った高温EGRガスは、ミキシングプレート52の周面(筒状の周壁部52x)に衝突した後、ミキサ45の上流側(クーラ通路43側)に戻ってミキシングプレート52の入口開口52cからミキシングプレート52の中空空間(合流室)52sに入ることができる。   Moreover, in the said embodiment, although the mixing plate 52 had the truncated-cone-shaped taper surrounding wall part 52b, as shown in FIG. 12, the cylindrical surrounding wall part 52x may be sufficient. Also by this, the high-temperature EGR gas that has entered the mixer 45 from the bypass passage 44 collides with the peripheral surface (cylindrical peripheral wall portion 52x) of the mixing plate 52, and then returns to the upstream side (cooler passage 43 side) of the mixer 45. Thus, the hollow space (merging chamber) 52s of the mixing plate 52 can be entered from the inlet opening 52c of the mixing plate 52.

なお、図12は、さらに、筒状の周壁部52xに、合流ケース51の中空空間Sとミキシングプレート52の中空空間52sとを連通する連通孔52yを形成し、この連通孔52yを介して、バイパス通路44からミキサ45に入った高温EGRガスがミキシングプレートの中空空間52sに入ることができるようにしたが、上記連通孔52yは形成しなくても構わない。   In FIG. 12, a communication hole 52y that connects the hollow space S of the merging case 51 and the hollow space 52s of the mixing plate 52 is further formed in the cylindrical peripheral wall portion 52x. Although the high temperature EGR gas that has entered the mixer 45 from the bypass passage 44 can enter the hollow space 52s of the mixing plate, the communication hole 52y may not be formed.

また、上記実施形態では、エンジンは、CI燃焼が行われる圧縮自己着火式エンジンであったが、SI燃焼が行われる火花点火式エンジンや、ディーゼルエンジン等でもよい。つまり、燃焼形態やエンジンの種類は問わない。これらのうち、特に、ガソリンもしくはアルコール含有ガソリンを燃料とするCI燃焼が行われるエンジンが最も好ましい結果が得られる。また、ディーゼルエンジンも好ましい。   In the above embodiment, the engine is a compression self-ignition engine in which CI combustion is performed. However, a spark ignition engine in which SI combustion is performed, a diesel engine, or the like may be used. That is, the combustion form and the type of engine are not questioned. Among these, the most preferable result is obtained particularly in an engine that performs CI combustion using gasoline or alcohol-containing gasoline as fuel. A diesel engine is also preferable.

2 気筒
4 シリンダヘッド
6 吸気ポート
8 吸気弁
20 吸気通路
21 共通通路
24 サージタンク
25 独立通路(独立吸気通路)
28 インテークマニホールド
29 スロットル弁
30 排気通路
32 排気集合部
40 EGR装置(排気還流装置)
41 EGR通路
42 上流通路
43 クーラ通路
43a 出口開口
44 バイパス通路
44a 出口開口
45 ミキサ(合流部)
46 分配通路
47 EGRクーラ
48 クーラ側EGRバルブ(低温EGRバルブ)
49 バイパス側EGRバルブ(高温EGRバルブ)
51 合流ケース
51d 入口開口(ミキサ入口)
51e 出口開口(ミキサ出口)
52 ミキシングプレート(筒状部材)
52a 平板部
52b テーパ周壁部
52c 入口開口
52d 出口開口
52f 水抜孔
52s 中空空間(合流室)
53 排出ケース
A ミキサ入口の流路軸線(クーラ通路の出口開口の流路軸線)
B バイパス通路の出口開口の流路軸線
O ミキサ出口の流路軸線(合流部の出口開口の流路軸線)
S 中空空間
2 cylinder 4 cylinder head 6 intake port 8 intake valve 20 intake passage 21 common passage 24 surge tank 25 independent passage (independent intake passage)
28 Intake Manifold 29 Throttle Valve 30 Exhaust Passage 32 Exhaust Collecting Portion 40 EGR Device (Exhaust Recirculation Device)
41 EGR passage 42 Upstream passage 43 Cooler passage 43a Outlet opening 44 Bypass passage 44a Outlet opening 45 Mixer (merging section)
46 Distribution passage 47 EGR cooler 48 Cooler side EGR valve (low temperature EGR valve)
49 Bypass side EGR valve (High temperature EGR valve)
51 Junction case 51d Inlet opening (mixer inlet)
51e Outlet opening (mixer outlet)
52 Mixing plate (tubular member)
52a Flat plate portion 52b Tapered peripheral wall portion 52c Inlet opening 52d Outlet opening 52f Drain hole 52s Hollow space (merging chamber)
53 Discharge case A Flow channel axis at the mixer inlet (flow channel axis at the outlet opening of the cooler passage)
B Flow path axis of outlet opening of bypass passage O Flow path axis of mixer outlet (flow path axis of outlet opening of merging section)
S Hollow space

Claims (3)

エンジンの排気通路を流通する排気ガスの一部を吸気通路に還流するためのEGR通路として、還流する排気ガスを冷却するEGRクーラが配設されたクーラ通路と、上記EGRクーラをバイパスするバイパス通路とが備えられたエンジンの排気還流装置であって、
上記クーラ通路に配設されてクーラ通路を流通する排気ガスの流量を調整する低温EGRバルブと、
上記バイパス通路に配設されてバイパス通路を流通する排気ガスの流量を調整する高温EGRバルブと、
上記クーラ通路の下流部と上記バイパス通路の下流部とが合流する合流部とが備えられ、
上記クーラ通路の合流部側の出口開口が、上記合流部の吸気通路側の出口開口に対し、互いの流路軸線が平行になるように配置されるとともに、上記バイパス通路の合流部側の出口開口が、上記合流部の吸気通路側の出口開口に対し、互いの流路軸線が所定の角度をもって交差するように配置され、
上記合流部内に、上記クーラ通路の出口開口側に入口開口を有し、上記合流部の出口開口側に出口開口を有する筒状部材が収容され、
上記筒状部材は、その軸線が上記合流部の出口開口の流路軸線に平行になるように配置されている、エンジンの排気還流装置。
As an EGR passage for returning a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage of the engine to the intake passage, a cooler passage provided with an EGR cooler for cooling the recirculated exhaust gas, and a bypass passage for bypassing the EGR cooler An exhaust gas recirculation device for an engine equipped with
A low temperature EGR valve that is disposed in the cooler passage and adjusts a flow rate of exhaust gas flowing through the cooler passage;
A high temperature EGR valve that is disposed in the bypass passage and adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the bypass passage;
A merging portion where the downstream portion of the cooler passage and the downstream portion of the bypass passage meet,
The outlet opening on the confluence portion side of the cooler passage is disposed so that the flow path axes thereof are parallel to the outlet opening on the intake passage side of the confluence portion, and the outlet on the confluence portion side of the bypass passage. The opening is disposed such that the flow path axis intersects with a predetermined angle with respect to the outlet opening on the intake passage side of the merging portion,
A tubular member having an inlet opening on the outlet opening side of the cooler passage and having an outlet opening on the outlet opening side of the merging part is accommodated in the merging part,
The exhaust gas recirculation device for an engine, wherein the cylindrical member is disposed so that an axis thereof is parallel to a flow axis of the outlet opening of the merging portion.
請求項1に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記筒状部材の軸線に対し、上記バイパス通路の出口開口の流路軸線がオフセットしている、エンジンの排気還流装置。
The exhaust gas recirculation device for an engine according to claim 1,
An exhaust gas recirculation device for an engine, wherein a flow path axis of an outlet opening of the bypass passage is offset with respect to an axis of the cylindrical member.
請求項1または2に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記合流部と複数の気筒の各独立吸気通路との間に、気筒毎に分岐した分配通路が配設され、
各分配通路の上流部は上記合流部の出口開口に接続し、下流部は各独立排気通路に接続している、エンジンの排気還流装置。
The engine exhaust gas recirculation apparatus according to claim 1 or 2,
A distribution passage branched for each cylinder is disposed between the merging portion and each independent intake passage of the plurality of cylinders.
An exhaust gas recirculation device for an engine, wherein an upstream portion of each distribution passage is connected to an outlet opening of the merging portion, and a downstream portion is connected to each independent exhaust passage.
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