JP6231446B2

JP6231446B2 - 排気混合装置

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Publication number: JP6231446B2
Application number: JP2014138362A
Authority: JP
Inventors: 正人若山; 崇別所
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: DE102015212513A1; JP2016017407A

Description

この発明は、吸気通路を流れる吸気に排気を導入して吸気と排気とを混合させる排気混合装置に関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される排気還流装置が知られている。この装置は、気化器の側壁に排気を流す第１通路が設けられる。この第１通路は、一端が気化器のベンチュリ部と絞弁との間の吸気通路に開口すると共に、他端が気化器の上流に開口する。また、吸気マニホールドには、一端がエンジンの排気通路に連通され、第１通路の気化器の下端開口に連通される第２通路が設けられる。更に、吸気マニホールドには、一端が第１通路に開口すると共に、他端が大気もしくは気化器のベンチュリ部の上流の吸気通路に開口する空気通路が設けられる。そして、気化器の側壁に設けられる第１通路には、断熱層を介して筒状管が装着される。これにより、第１通路へのデポジットの堆積を防止するようになっている。

実開昭５３−１２８４２０号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、冷間時に気化器を低温の空気が流れることで、第１通路の中で排気中の水分が結露して凝縮水が生じるおそれがあった。このように凝縮水が生じると、通路の配管が錆びたりする不具合が起きるおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、冷間時に吸気と混合される排気の冷えを抑えて凝縮水の発生を防止することを可能とした排気混合装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸気通路を流れる吸気に排気を導入して吸気と排気とを混合させる排気混合装置であって、吸気通路の外周に環状に設けられ、排気が流れる排気環路と、排気環路に排気を導入するための排気導入路と、吸気通路と排気環路との間の通路壁には、通路壁の内側を吸気と排気との合流部とし、その合流部に排気を導入するための排気導入孔が設けられることと、排気環路に隣接して設けられ、温水が流れる温水通路と、通路壁は、排気環路の側の壁面が熱伝導材料で形成され、合流部の側の壁面が断熱材料で形成されることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、排気導入路から排気環路へ流れた排気は、複数の排気導入孔を介して合流部へ導入され吸気と混合される。ここで、通路壁は、排気環路の側の壁面が熱伝導材料で形成され、合流部の側の壁面が断熱材料で形成されるので、合流部に低温の吸気が流れても、排気環路の中が冷やされ難い。また、排気環路に隣接して温水通路が設けられるので、排気環路が温水通路を流れる温水によって早めに暖められ、排気環路を排気が流れ始めるときの排気の冷えが抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、合流部の通路断面積が、合流部の上流側及び下流側の吸気通路の通路断面積より大きく設定され、合流部における吸気の流れに対して排気が直角又は直角に近い角度で導入されるように通路壁に排気導入孔が形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、合流部の通路断面積が、合流部の上流側及び下流側の吸気通路の通路断面積より大きく設定されるので、合流部での吸気の流速が低減され、合流部における吸気の流れに対して排気が直角又は直角に近い角度で導入されるので、その吸気の流れの中央へ向けて排気の流れが指向する。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、排気環路の中には、排気導入孔の周囲に、排気の流れを整えるための整流壁が形成されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、合流部における吸気の流れの中央へ向けて、整流壁により、排気の流れがより強く指向する。また、整流壁が排気環路の中に位置するので、整流壁が合流部における圧力損失を低減させることがない。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、排気導入路の入口には、排気の流れを調節するための排気調節弁が設けられ、合流部と排気調節弁との間には、吸気通路から吸気を導入するための吸気導入路が接続されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の作用に加え、冷間時に排気調節弁から排気導入路へ排気が漏れたとしても、その漏れた排気が、吸気導入路により排気へ導入される吸気により希釈されるので、排気中の水分割合が低下する。

請求項１に記載の発明によれば、冷間時に吸気と混合される排気の冷えを抑えることができ、これによって凝縮水の発生を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、合流部での吸気の流速を低減することができ、合流部における吸気と排気との混合を効果的なものにすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、吸気と排気との混合をより一層効果的なものにすることができ、合流部における圧力損失増加を防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れかに記載の発明の効果に加え、排気中の湿度を低減することができ、その意味で合流部、排気環路及び排気導入路での凝縮水の発生防止効果を向上させることができる。

一実施形態に係り、低圧ループ式ＥＧＲ装置を含む過給機付きガソリンエンジンシステムを示す概略構成図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す正面図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す左側面図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す右側面図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す図２のＡ−Ａ線断面図。一実施形態に係り、排気混合装置の通路壁の部分を示す拡大断面図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す図２のＢ−Ｂ線断面図。一実施形態に係り、排気混合装置を示す図３のＣ−Ｃ線断面図。

以下、本発明における排気混合装置をエンジンの排気還流装置に具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態における低圧ループ式排気還流装置（低圧ループ式ＥＧＲ装置）を含む過給機付きガソリンエンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン１を備える。エンジン１の吸気ポート２には、吸気通路３が接続され、排気ポート４には、排気通路５が接続される。吸気通路３の入口には、エアクリーナ６が設けられる。エアクリーナ６より下流の吸気通路３には、排気通路５との間に、吸気通路３における吸気を昇圧させるための過給機７が設けられる。

過給機７は、吸気通路３に配置されたコンプレッサ８と、排気通路５に配置されたタービン９と、コンプレッサ８とタービン９を一体回転可能に連結する回転軸１０とを含む。過給機７は、排気通路５を流れる排気によりタービン９を回転させて回転軸１０を介してコンプレッサ８を一体的に回転させることにより、吸気通路３における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。

過給機７に隣接して排気通路５には、タービン９を迂回する排気バイパス通路１１が設けられる。この排気バイパス通路１１には、ウェイストゲートバルブ１２が設けられる。ウェイストゲートバルブ１２により排気バイパス通路１１を流れる排気が調節されることにより、タービン９に供給される排気流量が調節され、タービン９及びコンプレッサ８の回転速度が調節され、過給機７による過給圧が調節されるようになっている。

吸気通路３において、コンプレッサ８とエンジン１との間には、インタークーラ１３が設けられる。このインタークーラ１３は、コンプレッサ８により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するようになっている。インタークーラ１３とエンジン１との間の吸気通路３には、サージタンク３ａが設けられる。インタークーラ１３より下流であってサージタンク３ａより上流の吸気通路３には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置１４が設けられる。電子スロットル装置１４は、吸気通路３に配置されるバタフライ形のスロットル弁２１と、そのスロットル弁２１を開閉駆動するためのＤＣモータ２２と、スロットル弁２１の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサ２３とを備える。電子スロットル装置１４は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の操作に応じてスロットル弁２１がＤＣモータ２２により開閉駆動されることにより、スロットル弁２１の開度が調節されるように構成される。また、タービン９より下流の排気通路５には、排気を浄化するための排気触媒を内蔵した触媒コンバータ１５が設けられる。

エンジン１には、燃焼室１６に燃料を噴射供給するための、インジェクタ２５が設けられる。インジェクタ２５には、燃料タンク（図示略）から燃料が供給されるようになっている。また、エンジン１には、各気筒に対応して点火プラグ２９が設けられる。各点火プラグ２９は、イグナイタ３０から出力される高電圧を受けて点火動作する。各点火プラグ２９の点火時期は、イグナイタ３０による高電圧の出力タイミングにより決定される。点火プラグ２９とイグナイタ３０により点火装置が構成される。

この実施形態において、エンジン１には低圧ループ式のＥＧＲ装置が設けられる。このＥＧＲ装置は、エンジン１の燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路３へ流して燃焼室１６へ還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）１７と、ＥＧＲ通路１７におけるＥＧＲガスの流れを調節するための排気還流弁（ＥＧＲ弁）１８とを備える。ＥＧＲ通路１７は、触媒コンバータ１５より下流の排気通路５と、コンプレッサ８より上流の吸気通路３との間に設けられる。すなわち、ＥＧＲ通路１７は、その入口がタービン９及び触媒コンバータ１５より下流の排気通路５に接続され、その出口がＥＧＲ弁１８及び排気混合装置１９を介してコンプレッサ８より上流の吸気通路３に接続される。ＥＧＲ通路１７には、同通路１７を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２０が設けられる。ＥＧＲ弁１８は、ＥＧＲクーラ２０より下流のＥＧＲ通路１７に配置される。

この実施形態で、ＥＧＲ弁１８は、ポペット弁として、かつ、電動弁として構成される。また、大量ＥＧＲを実現するために、ＥＧＲ弁１８は、従前の技術に比べて弁座３３の開口面積が拡大され、それに合わせて弁体３２が大型化されている。

上記した低圧ループ式ＥＧＲ装置によれば、エンジン１の運転時であって過給機７が動作する過給時には、コンプレッサ８より上流の吸気通路３に負圧が生じる。このとき、ＥＧＲ弁１８が開弁することにより、燃焼室１６から排気通路５へ排出される排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１７、ＥＧＲ弁１８及び排気混合装置１９を介してコンプレッサ８より上流の吸気通路３へ流れ、コンプレッサ８及び吸気通路３を更に流れて燃焼室１６へ還流される。ここで、排気混合装置１９は、吸気が流れる吸気通路３にＥＧＲガスを導入して吸気と効果的に混合させるために吸気通路３に設けられる。

次に、排気混合装置１９の構成を詳しく説明する。図２に、排気混合装置１９を正面図により示す。図３に、排気混合装置１９を左側面図により示す。図４に、排気混合装置１９を右側面図により示す。図５に、排気混合装置１９を、図２のＡ−Ａ線断面図により示す。図６に、排気混合装置１９の通路壁５３の部分を拡大断面図により示す。図７に、排気混合装置１９を、図２のＢ−Ｂ線断面図により示す。図８に、排気混合装置１９を、図３のＣ−Ｃ線断面図により示す。

図２に示すように、排気混合装置１９は、金属製の２つのパイプブロック３１，３２を備え、それらのパイプブロック３１，３２がボルト３３で締結されることにより一つのユニットとして構成される。二つのパイプブロック３１,３２は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウムを材料として形成される。図２及び図８において、左側に位置する第１パイプブロック３１は、吸気通路３に接続される第１パイプ４１と、第１フランジ４２とを備える。右側に位置する第２パイプブロック３２は、吸気通路３に接続される第２パイプ５１と、第２フランジ５２とを備える。二つのパイプブロック３１，３２は、第１フランジ４２と第２フランジ５２にてボルト３３により締結される。図８に示すように、第１フランジ４２と第２フランジ５２との間には、シールのためにゴムパッキン７０が設けられる。これら二つのパイプ４１，５１は、吸気通路３と接続されることにより吸気通路３の一部を構成する。

図８に示すように、第２パイプブロック３２は、第２パイプ５１の上流側に連続する部分が二重管構造をなしている。図５及び図８に示すように、二重管の内側は吸気通路３を構成する円環状の通路壁５３であり、二重管の外側は通路壁５３と空間を隔てて配置される円環状の外周壁５４である。第２フランジ５２は、この外周壁５４に連続して形成される。通路壁５３と外周壁５４との間は、環状をなしてＥＧＲガスが流れる排気環路５５となっている。図２及び図８において、外周壁５４の下側には、下方へ延びる第３パイプ５６が形成される。第３パイプ５６の中は、排気環路５５にＥＧＲガスを導入するための排気導入路５７となっている。この排気導入通路５７の入口には、本発明の排気調節弁の一例に相当するＥＧＲ弁１８が接続される。

図５及び図８に示すように、通路壁５３には、通路壁５３の内側を吸気とＥＧＲガスとの合流部５８とし、その合流部５８にＥＧＲガスを導入するための複数（４つ）の排気導入孔５９が等角度間隔に設けられる。合流部５８の通路断面積は、合流部５８の上流側の吸気通路３である第１パイプ４１及び下流側の吸気通路３である第２パイプ５１の通路断面積よりも大きく設定される。複数の排気導入孔５９は、合流部５８における吸気の流れに対してＥＧＲガスが直角又は直角に近い角度で導入されるように通路壁５３に形成される。図５及び図８に示すように、各排気導入孔５９の周囲には、ＥＧＲガスの流れを整えるための整流壁６０が形成される。整流壁６０は、排気環路５５の中に配置され、通路壁５３の半径方向外側へ突出するように形成される。

図５、図６及び図８に示すように、通路壁５３は、排気環路５５の側の壁面が熱伝導材料である金属（第２パイプブロック３２と同じ材料）で形成され、合流部５８の側の壁面が断熱材料である樹脂層６１により形成される。すなわち、通路壁５３の合流部５８の側の壁面は、樹脂材料で形成された樹脂層６１で覆われる。この実施形態では、一例として、通路壁５３の厚さを「１〜２（ｍｍ）」とすると、樹脂層６１の厚さを「１（ｍｍ）」にすることができる。

図７及び図８に示すように、第２パイプブロック３２には、排気環路５５に隣接して温水が流れる温水通路６２が設けられる。温水通路６２は、合流部５８の周りをコ形に囲むように形成される。図２、図４及び図７に示すように、温水通路６２の入口と出口には、それぞれパイプ継手６３，６４が設けられる。これらパイプ継手６３，６４には、エンジンで暖められた温水（エンジンの冷却水）を流すためのパイプ（図示略）が接続されるようになっている。

図２、図３及び図８に示すように、合流部５８とＥＧＲ弁１８との間であって、ＥＧＲ弁１８の直下流の排気導入路５７には、吸気通路３から吸気を導入するためのパイプ６５よりなる吸気導入路６６の出口６６ａが接続される。この吸気導入路６６の入口６６ｂは、第１パイプブロック３１の第１パイプ４１の中に連通して接続され、吸気導入路６６の中に吸気が導入されるようになっている。

以上説明したこの実施形態の排気混合装置１９によれば、排気導入路５７から排気環路５５へ流れたＥＧＲガスは、複数の排気導入孔５９を介して合流部５８へ導入されて吸気と混合される。ここで、通路壁５３は、排気環路５５の側の壁面が熱伝導材料である金属で形成され、合流部５８の側の壁面が断熱材料である樹脂層６１で形成されるので、合流部５８に低温の吸気が流れても、排気環路５５の中が冷やされ難い。また、排気環路５５に隣接して温水通路６２が設けられるので、排気環路５５が温水通路６２を流れる温水によって早めに暖められ、排気環路５５を排気が流れ始めるときの排気の冷えが抑えられる。このため、冷間時に吸気と混合されるＥＧＲガスの冷えを抑えることができ、これによって凝縮水の発生を防止することができる。

この実施形態によれば、合流部５８の通路断面積が、合流部５８の上流側及び下流側の吸気通路（第１パイプ４１及び第２パイプ５１）の通路断面積より大きく設定されるので、合流部５８での吸気の流速が低減され、合流部５８における吸気の流れに対してＥＧＲガスが直角又は直角に近い角度で導入されるので、その吸気の流れの中央へ向けてＥＧＲガスの流れが指向することになる。このため、合流部５８での吸気の流速を低減することができ、合流部５８における吸気とＥＧＲガスとの混合を効果的なものにすることができる。

この実施形態によれば、合流部５８における吸気の流れの中央へ向けて、整流壁６０により、ＥＧＲガスの流れがより強く指向する。また、整流壁６０が排気環路５５の中に位置するので、整流壁６０が合流部５８における圧力を損失させることがない。このため、吸気とＥＧＲガスとの混合をより一層効果的なものにすることができ、合流部５８における圧力損失増加を防止することができる。

この実施形態によれば、冷間時にＥＧＲ弁１８から排気導入路５７へＥＧＲガスが漏れ出たとしても、その漏れたＥＧＲガスが、吸気導入路６６によりＥＧＲガスへ導入される吸気により希釈されるので、ＥＧＲガス中の水分割合が低下する。このため、ＥＧＲガス中の湿度を低減することができ、その意味で合流部５８、排気環路５５及び排気導入路５７での凝縮水の発生防止効果を向上させることができる。

なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもきる。

（１）前記実施形態では、合流部５８の通路断面積を、合流部５８の上流側及び下流側の吸気通路（第１パイプ４１及び第２パイプ５１）の通路断面積より大きく設定したが、合流部の通路断面積と合流部の上流側及び下流側の吸気通路の通路断面積とを同じに設定することもできる。

（２）前記実施形態では、合流部５８における吸気の流れに対してＥＧＲガスが直角又は直角に近い角度で導入されるように通路壁５３に排気導入孔５９を形成したが、合流部における吸気の流れに対して排気が斜めに導入されるように通路壁に排気導入孔を形成してもよい。

（３）前記実施形態では、排気導入孔５９の周囲に、ＥＧＲガスの流れを整えるための整流壁６０を形成したが、この整流板６０を省略することもできる。

（４）前記実施形態では、ＥＧＲ弁１８の直下流の排気導入路５７に、吸気通路３から吸気を導入するための吸気導入路６６を接続したが、この吸気導入路６６を省略することもできる。

（５）前記実施形態では、ＥＧＲ弁１８の直下流の排気導入路５７に吸気導入路６６の出口６６ａを接続したが、この出口６６ａの接続位置は、合流部５８とＥＧＲ弁１８との間であれば、どの位置に接続することもできる。

（６）前記実施形態では、吸気導入路６６の入口６６ｂを、第１パイプ４１の中に接続したが、吸気導入路６６の入口６６ｂを、排気混合装置１９以外の位置にて吸気通路３に接続することもできる。

この発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの吸気通路に利用することができ、特にＥＧＲ装置を備えたエンジンに利用することができる。

３吸気通路
１８ＥＧＲ弁（排気調節弁）
１９排気混合装置
４１第１パイプ（吸気通路）
５１第２パイプ（吸気通路）
５３通路壁
５５排気環路
５７排気導入路
５８合流部
５９排気導入孔
６０整流壁
６１樹脂層（断熱材料）
６２温水通路
６５パイプ
６６吸気導入路

Claims

吸気通路を流れる吸気に排気を導入して前記吸気と前記排気とを混合させる排気混合装置であって、
前記吸気通路の外周に環状に設けられ、前記排気が流れる排気環路と、
前記排気環路に前記排気を導入するための排気導入路と、
前記吸気通路と前記排気環路との間の通路壁には、前記通路壁の内側を前記吸気と前記排気との合流部とし、その合流部に前記排気を導入するための排気導入孔が設けられることと、
前記排気環路に隣接して設けられ、温水が流れる温水通路と、
前記通路壁は、前記排気環路の側の壁面が熱伝導材料で形成され、前記合流部の側の壁面が断熱材料で形成されることと
を備えたことを特徴とする排気混合装置。
前記合流部の通路断面積が、前記合流部の上流側及び下流側の前記吸気通路の通路断面積より大きく設定され、前記合流部における前記吸気の流れに対して前記排気が直角又は直角に近い角度で導入されるように前記通路壁に前記排気導入孔が形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気混合装置。
前記排気環路の中には、前記排気導入孔の周囲に、前記排気の流れを整えるための整流壁が形成されることを特徴とする請求項２に記載の排気混合装置。
前記排気導入路の入口には、前記排気の流れを調節するための排気調節弁が設けられ、
前記合流部と前記排気調節弁との間には、前記吸気通路から前記吸気を導入するための吸気導入路が接続される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の排気混合装置。