JP6313800B2 - 排気ガス環流装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンからの排気ガスの一部を排気系から取り出して吸気系に導入する排気ガス環流装置に関する。
排気ガスの一部を排気系から取り出して再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加えるようにした排気ガス環流装置（ＥＧＲ）がエンジンに適用されている。このような排気ガス環流装置は排気ガス環流管を有し、排気ガス環流管は、吸気マニホールドから各吸気ポートに分岐した吸気ブランチ管と、排気マニホールドとの間に設けられる。
特許文献１に記載される排気ガス環流装置は、内燃機関と吸気マニホールドとの間に配置される円筒形状のチャンバーと、排気管からチャンバー内に導入された排気ガスを吸気ブランチに供給する排気ガス環流管路とを備えている。排気ガス環流管路は吸気ブランチに設けられた導入孔に接続され、排気ガスは導入孔から吸気ブランチに導入される。
特許文献２に記載される排ガス環流装置は、吸気マニホールドの分岐吸気通路に跨がって取り付けられる排ガス分配ブロックを備えている。排ガス分配ブロックにはＥＧＲガスチャンバーが設けられ、ＥＧＲガスチャンバーに導入された排ガスは、分配ブロックに設けられた導入孔を形成するブランチから吸気マニホールドに導入される。
特許文献３に記載されるインテークモジュールは、複数のインテークポートを有し混合気をエンジンに供給する吸気マニホールドと、吸気マニホールドに取り付けられ排気ガスを混合気に供給する排気ガス環流用のマニホールドとを備えている。吸気マニホールドには排気ガス導入用の開口部が設けられており、排気ガスは開口部から混合気に導入される。
特開２００１−２０７９１８号公報 特開平６−１０８９２８号公報 米国特許第８０５１８４１号明細書
従来の排気ガス環流装置においては、排気ガスは吸気ブランチに設けられた導入孔つまり導入口から吸気ブランチ内の新気に導入するようにしている。吸気系を流れる新気および排気系を流れる排気ガスは脈動しており、吸気マニホールドの吸気ブランチから気筒の吸気ポートに供給される新気が排ガス環流配管に逆流することがある。新気が排ガス環流配管つまり環流流路に向けて逆流して環流流路内に入り込むと、気筒内に供給される新気の分量が各気筒において変化することになる。このように、新気が環流流路内に逆流すると、エンジンの燃焼効率を低下させることになる。
本発明の目的は、吸気系を流れる新気が排気ガス環流配管側に向けて逆流することを抑制し、エンジンの燃焼効率を向上させることにある。
本発明の排気ガス環流装置は、それぞれピストンが組み込まれる複数の気筒が形成されたシリンダブロックに装着され、排気系を流れる排気ガスの一部を吸気系に環流させる排気ガス環流装置であって、吸気ポートに連通する吸気流路が形成された複数の吸気ブランチを有し、前記シリンダブロックに配置される吸気マニホールドと、排気ガスを外部に案内する排気マニホールドに接続される環流配管と、それぞれ前記吸気ブランチに沿って延びるとともに前記吸気流路に導入孔を介して連通する環流流路が設けられた複数の環流ブランチを備え、前記吸気マニホールドの下側に取り付けられて前記環流配管に接続される環流マニホールドと、前記導入孔は前記吸気ブランチに設けられ、前記吸気ブランチの吸気流路側のエッジに開口する第１の開口部と、前記吸気ブランチの環流流路側のエッジに開口し前記第１の開口部よりも下側に設けられる第２開口部とを有し、前記導入孔の環流流路側の第２の開口部の内径を、吸気流路側の前記第１の開口部の内径よりも大径とした。
排気ガス環流装置は、吸気ポートに連通する吸気流路が形成された複数の吸気ブランチと、環流流路が設けられた複数の環流ブランチとを有し、環流流路は導入孔を介して吸気流路に連通する。導入孔の環流流路側の内径は、吸気流路側の内径よりも大径であり、環流流路から吸気流路に環流される排気ガスの流量を増加させることができるとともに、吸気流路から環流流路への新気の逆流を抑制することができる。これにより、排気ガスの浄化を図りつつ、エンジンの燃焼効率を高めることができる。
一実施の形態である排気ガス環流装置を示す概略平面図である。 図１の正面図である。 図２に示された吸気マニホールドと環流マニホールドを下側から見た斜視図である。 環流マニホールドの平面図である。 環流ブランチが接続された吸気ブランチとシリンダブロックの一部を示す断面図である。 吸気ブランチと環流ブランチの一部の切断面を示す斜視図である。 （Ａ）は図６に示された導入孔を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の平面図であり、（Ｃ）は（Ａ）の底面図である。 （Ａ）は導入孔の変形例を示す断面図であり、（Ｂ）は導入孔の多の変形例を示す断面図である。 導入孔をストレートの孔とした場合における導入孔の出口側径と排気ガスの吸気ブランチへの流量との関係を示す導入孔の特性線図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示されるように、排気ガス環流装置１０は、排気系を流れる排気ガスの一部を吸気系に環流させて排気系から外部に排出されるＮＯxの発生を抑制する。車両の駆動源としてのエンジンは、シリンダブロック１１を有し、シリンダブロック１１には複数のシリンダボアつまり気筒１２が形成され、それぞれの気筒１２にはピストン１３が往復動自在に組み込まれている。図１および図２に示されるシリンダブロック１１には、４つの気筒１２が水平方向に延びて形成されており、それぞれの気筒１２に組み込まれたピストン１３は水平方向に往復動する。このように、図示するエンジンは、水平対向型の４気筒エンジンである。
シリンダブロック１１の中央部にはクランク軸１４が回転自在に装着され、クランク軸１４を中心として、図１および図２の左右両側にピストン１３が２つずつシリンダブロック１１に組み込まれ、それぞれのピストン１３はコネクティングロッド１５によりクランク軸１４に連結されている。ピストン１３の直線往復動は、コネクティングロッド１５を介してクランク軸１４の回転運動に変換され、クランク軸１４の回転トルクは、図示しない駆動輪に伝達される。それぞれの気筒１２とピストン１３は、図１においてクランク軸１４に沿う方向にずれている。
気筒１２に連通する吸気ポート１６がシリンダブロック１１の上面に開口している。図１に示されるように、２つの気筒１２の吸気ポート１６はシリンダブロック１１の左右一方の端部側に設けられ、他の２つの気筒１２の吸気ポート１６はシリンダブロック１１の左右他方の端部側に設けられている。気筒１２に連通する排気ポート１７がシリンダブロック１１の下面に開口している。図２に示されるように、２つの気筒１２の排気ポート１７はシリンダブロック１１の左右一方の端部側に設けられ、他の２つの気筒１２の排気ポート１７はシリンダブロック１１の左右他方の端部側に設けられている。
シリンダブロック１１の上面側には、各気筒１２に新気を供給するための吸気系を構成する吸気マニホールド２１が配置されている。吸気マニホールド２１は、それぞれの吸気ポート１６に連通する吸気流路２２が形成された４つの吸気分岐部つまり吸気ブランチ２３を備えている。それぞれの吸気ブランチ２３の先端はシリンダブロック１１の上面に固定される。
シリンダブロック１１の下面側には、各気筒１２からの排気ガスを外部に排出するための排気系を構成する排気マニホールド２４が配置されている。排気マニホールド２４には、それぞれの排気ポート１７に連通する排気流路２５が形成されており、４つの排気ポート１７から排出された排気ガスは、集合されて排気触媒を介して排気マフラに案内され、外部に排出される。
吸気マニホールド２１の下側には、環流マニホールド２６が装着される。図３は吸気マニホールド２１と環流マニホールド２６を下側から見た斜視図であり、図４は環流マニホールド２６の平面図である。
環流マニホールド２６は、それぞれの吸気ブランチ２３に沿って延びる４つの環流ブランチ２７を備え、それぞれの環流ブランチ２７には環流流路２８が形成されており、環流ブランチ２７は環流マニホールド２６に一体に接続される。環流マニホールド２６と排気マニホールド２４との間には、図２に示されるように、環流配管３１が接続されており、排気マニホールド２４に排気ポート１７から排出された排気ガスの一部は、吸気系を構成する吸気ブランチ２３に環流される。環流配管３１には、図２に示されるように、吸気ブランチ２３に環流される排気ガスの流量を制御するための環流制御弁３２が設けられている。
図５は環流ブランチ２７が接続された吸気ブランチ２３とシリンダブロック１１の一部を示す断面図であり、図６は吸気ブランチ２３と環流ブランチ２７の一部の切断面を示す斜視図である。図５に示されるように、吸気ポート１６は吸気弁３３により開閉され、排気ポート１７は排気弁３４により開閉される。吸気弁３３と排気弁３４は、図示しない動弁機構により開閉駆動される。それぞれの吸気ブランチ２３には導入孔３５が形成されており、それぞれの導入孔３５は環流ブランチ２７の先端部に位置している。
エンジンが起動されると、吸気系を構成する吸気マニホールド２１に新気が供給され、新気は、吸気マニホールド２１から各々の吸気ブランチ２３内の吸気流路２２に分配されて吸気ポート１６に供給される。各気筒１２内で燃焼したガスは、各排気ポート１７から排気マニホールド２４に排出される。排出された排気ガスの一部は、環流配管３１により環流マニホールド２６に環流される。環流マニホールド２６に環流された排気ガスは、環流ブランチ２７内の環流流路２８から吸気ブランチ２３内の吸気流路２２に、導入孔３５から環流供給される。
環流マニホールド２６は、吸気マニホールド２１の下側に配置されているので、吸気マニホールド２１内で凝縮水が発生しても、凝縮水は、導入孔３５から環流ブランチ２７の底面に落下して環流マニホールド２６内にトラップされる。
図７（Ａ）は図６に示された導入孔３５を示す断面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の平面図であり、図７（Ｃ）は図７（Ａ）の底面図である。
導入孔３５は、吸気流路２２側の開口部３６の内径をＤ１とし、環流流路２８側の開口部３７の内径をＤ２とすると、環流流路側の内径Ｄ２は、吸気流路側の内径Ｄ１よりも大径に設定されている。導入孔３５のうち、両方の開口部３６，３７の間の部分３８は内方に突出した湾曲面となっている。このように、環流流路側の開口部３７つまり吸気ブランチ２３の外面の内径Ｄ２を、吸気流路側の開口部３６つまり吸気ブランチ２３の内面の内径Ｄ１よりも大径としている。つまり、吸気流路側の内径Ｄ１を環流流路側の内径Ｄ２よりも小径とすると、吸気流路２２から環流流路２８に向かう新気の流れの通気抵抗は、環流流路２８から吸気流路２２に向かう排気ガスの流れの通気抵抗よりも大きくなる。これにより、環流流路２８から吸気流路２２に向けて流入する排気ガスの流量を低下させることなく、吸気流路２２から環流流路２８に向けて新気が逆流する現象の発生を抑制することができる。
したがって、吸気系を流れる新気および排気系を流れる排気ガスが脈動しても、吸気マニホールドの吸気ブランチから気筒１２の吸気ポート１６に供給される新気が環流ブランチから環流配管３１に向けて逆流することが抑制される。これにより、排気ガスの浄化を図りつつ、エンジンの燃焼効率を高めることができる。
図８（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ導入孔の変形例を示す断面図である。図８（Ａ）に示される導入孔３５は、両方の開口部３６，３７の間の部分３８ａが、吸気流路側から環流流路側に向けて漸次内径が大きくなったテーパ面となっている。一方、図８（Ｂ）に示される導入孔３５は、両方の開口部３６，３７の間の部分が、環流流路側のテーパ面３８ａと、吸気流路側のストレート面３８ｂとを有する段付きテーパ面により形成されている。
いずれの形態においても、環流流路側の開口部３７のエッジの部分内径Ｄ２を、吸気流路側の開口部３６のエッジの部分の内径Ｄ１よりも大きくすることにより、吸気流路２２に環流される排気ガスの量を増加させることができるとともに、吸気流路２２から環流流路２８に入り込む新気の逆流発生を抑制することができる。
図９は、導入孔をストレートの孔とした場合における導入孔の出口側径と排気ガスの吸気ブランチへの流量との関係を示す導入孔特性線図である。
図９において、横軸はストレートの導入孔の内径を示し、縦軸は環流流路２８から吸気流路２２に環流される排気ガスの流量を示す。導入孔の内径を大きくすると、流量も増加するが、導入孔の口径つまり内径が特定の閾値Ａを超えると、閾値Ａの内径を変曲点として流量の増加量は少なくなる。このような傾向があるので、流量増加量が少なくなる内径の閾値Ａを導入孔の最小径に設定している。この傾向は、エンジン排気量の大小等に依存することなく、多くのエンジンにおいて共通しており、導入孔３５の内径を環流流路側よりも吸気流路側を大径とした場合でも同様の特性であった。
したがって、閾値Ａにより求められる内径を、例えば、吸気流路側の開口部３６の内径に設定すると、吸気流路２２に環流される排気ガスの流量を確保しつつ、新気の逆流を抑制することができる。
図１および図２に示されるエンジンは、水平対向エンジンであり、吸気マニホールド２１はシリンダブロック１１の上側に配置され、環流マニホールド２６は吸気マニホールド２１とシリンダブロック１１との間に配置されている。このように、環流マニホールド２６を吸気マニホールド２１の下側に配置すると、吸気マニホールド２１内の吸気流路２２において凝縮水が発生したとしても、吸気ブランチ２３の底面に沿って流れる凝縮水が導入孔３５から環流ブランチ２７の底面に落下して環流ブランチ２７や環流マニホールド２６内にトラップされる。これにより、凝縮水が吸気ポート１６に混入することが防止され、エンジンの燃焼効率を高めることができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。この発明の排気ガス循環装置は、水平対向型のエンジンのみならず、他のタイプのエンジンにも適用することができる。また、吸気マニホールド２１をシリンダブロック１１の上側に配置することなく、シリンダブロック１１の側面側に配置するようにしたエンジンにも適用することができる。
１１ シリンダブロック
１２ 気筒
１３ ピストン
１６ 吸気ポート
１７ 排気ポート
２１ 吸気マニホールド
２２ 吸気流路
２３ 吸気ブランチ
２４ 排気マニホールド
２６ 環流マニホールド
２７ 環流ブランチ
２８ 環流流路
３１ 環流配管
３５ 導入孔

Claims (3)

  1. それぞれピストンが組み込まれる複数の気筒が形成されたシリンダブロックに装着され、排気系を流れる排気ガスの一部を吸気系に環流させる排気ガス環流装置であって、
    吸気ポートに連通する吸気流路が形成された複数の吸気ブランチを有し、前記シリンダブロックに配置される吸気マニホールドと、
    排気ガスを外部に案内する排気マニホールドに接続される環流配管と、
    それぞれ前記吸気ブランチに沿って延びるとともに前記吸気流路に導入孔を介して連通する環流流路が設けられた複数の環流ブランチを備え、前記吸気マニホールドの下側に取り付けられて前記環流配管に接続される環流マニホールドと、
    前記導入孔は前記吸気ブランチに設けられ、前記吸気ブランチの吸気流路側のエッジに開口する第１の開口部と、前記吸気ブランチの環流流路側のエッジに開口し前記第１の開口部よりも下側に設けられる第２の開口部とを有し、
    前記導入孔の環流流路側の第２の開口部の内径を、吸気流路側の前記第１の開口部の内径よりも大径とした、排気ガス環流装置。
  2. 請求項１記載の排気ガス環流装置において、前記導入孔は、湾曲面、テーパ面、または前記吸気流路側のストレート面と前記環流流路側のテーパ面とからなる段付きテーパ面である、排気ガス環流装置。
  3. 請求項１または２記載の排気ガス環流装置において、
    前記吸気マニホールドは、前記シリンダブロックの両端部にそれぞれ上面に開口して設けられた吸気ポートに連通し前記シリンダブロックの上側に配置される前記吸気ブランチを有し、
    前記排気マニホールドは、前記シリンダブロックの両端部にそれぞれ下面に開口して設けられた排気ポートに連通し前記シリンダブロックの下側に配置され、
    前記環流マニホールドは、前記シリンダブロックの上側に位置させて前記吸気マニホールドに取り付けられる、排気ガス環流装置。
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