JP6799489B2

JP6799489B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP6799489B2
Application number: JP2017059539A
Authority: JP
Inventors: 俊彦古河
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: JP2018162695A

Description

本発明は、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとしてエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ装置に関する。

ＥＧＲ装置は、エンジンの排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系に還流するものである。そして、ＥＧＲ装置では、エンジンの吸気系に介設されたインテークコレクターに、ＥＧＲガスを還流させるためのＥＧＲ管を接続したものが知られている。このようなＥＧＲ装置においては、一般に、インテークコレクターの吸気口にスロットルバルブが設けられており、スロットルバルブの直後にＥＧＲ管の出口が配設されている。かかるＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ管の出口から排出されたＥＧＲガスは、スロットルバルブを通過した直後の吸気とインテークコレクター内で混合された後、インテークコレクターからエンジンの各気筒に供給される。

ところで、エンジン高回転時には、スロットルバルブからインテークコレクターに流入する吸気の流速が速まる。このため、上述のＥＧＲ装置においては、エンジン高回転時に、ＥＧＲ管から排出されたＥＧＲガスが、流速の速い吸気と十分に混合する前にインテークコレクターから各気筒に供給されてしまい、各気筒へのＥＧＲガスの分配に偏りが生じるという問題があった。

そこで、従来、エンジンの各気筒の吸気ポートに夫々スロットルバルブを設け、各スロットルバルブのバルブ軸部に夫々ＥＧＲガスの排出口を設けたＥＧＲ装置が提案されている（特許文献１）。

特開２０１３−２５６９１３号公報

特許文献１に記載のＥＧＲ装置によれば、エンジンの各気筒の吸気ポートに、夫々スロットルバルブおよびＥＧＲガスの排出口が設けられているため、ＥＧＲガスの各気筒への供給量を気筒毎に調整できる。しかし、エンジンの気筒の数に応じて、スロットルバルブおよびＥＧＲガスの供給ラインを設ける必要があるため、部品数の増加が避けられず、構成が複雑となってコストアップに繋がる。

本発明の目的は、このような課題に鑑み、簡単な構成で吸気にＥＧＲガスを効率よく混合できるＥＧＲ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のＥＧＲ装置は、吸気が導入される吸気口と、導入された吸気を各気筒の吸気ポートに流出するブランチ孔とが形成されたインテークコレクターに、ＥＧＲ管が接続されたＥＧＲ装置であって、前記インテークコレクターは、前記吸気口および前記ブランチ孔が直線上に配設されたメインコレクター部と、該メインコレクター部に並設されたサブコレクター部と、を有し、前記インテークコレクターの内壁が、前記吸気口から導入された吸気を前記ブランチ孔から離隔する方向に案内した後、再び該ブランチ孔に向けて案内するガイド内壁を有し、前記ガイド内壁は、前記吸気口から導入された吸気を前記メインコレクター部の内壁に沿って流す第１ガイド内壁部と、該第１ガイド内壁部に沿って流れる吸気を前記サブコレクター部の内壁に案内する第２ガイド内壁部と、該第２ガイド内壁部に案内された吸気を該サブコレクター部の内壁に沿って流す第３ガイド内壁部と、該第３ガイド内壁部に沿って流れる吸気を前記ブランチ孔に向けて案内する第４ガイド内壁部と、を有し、前記第４ガイド内壁部に、前記ＥＧＲ管が設けられ、前記ＥＧＲ管に、前記第４ガイド内壁部によって前記ブランチ孔に向けて案内される吸気の下流側に向けてＥＧＲ排出口が形成される。

また、前記メインコレクター部の鉛直下方に前記サブコレクター部が配置され、前記第１ガイド内壁部と前記第２ガイド内壁部とが第１カーブ内壁部で接続され、前記第２ガイド内壁部と前記第３ガイド内壁部とが第２カーブ内壁部で接続され、前記第３ガイド内壁部と前記第４ガイド内壁部とが第３カーブ内壁部で接続されるとよい。

本発明に係るＥＧＲ装置によれば、簡単な構成でＥＧＲガスを効率よく混合できる。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置を備えたエンジンの概略図である。上記実施形態に係るＥＧＲ装置の要部を示す側断面図である。図２のIII−III線断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（ＥＧＲ装置１を備えたエンジン２の概要）
図１に、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置１を備えたエンジン２の概略図を示す。エンジン２の各気筒の吸気ポート３には、吸気ブランチ４が接続されており、各吸気ブランチ４は、インテークコレクター５に接続されている。これら吸気ブランチ４およびインテークコレクター５は、吸気マニホールド６を構成する。なお、エンジン２は、本実施形態においては水平対向エンジンを示したが、直列エンジンでもＶ型エンジンでも構わない。

インテークコレクター５には、吸気が導入される吸気口７と、導入された吸気を吸気ブランチ４に流出するブランチ孔８とが形成されている。吸気口７には、スロットルバルブ９が配設されており、その上流側に吸気管１０が接続されている。吸気管１０には、エアクリーナー１１が設けられている。エアクリーナー１１から吸入された吸気は、吸気管１０、スロットルバルブ９、インテークコレクター５および吸気ブランチ４を通って、各気筒の吸気ポート３に流入する。

一方、エンジン２の各気筒の排気ポート１２には、排気マニホールド１３が接続されている。排気マニホールド１３の集合部には排気管１４が接続されており、排気管１４には触媒１５が介設されている。排気管１４にはＥＧＲ管１６の一端が接続されており、ＥＧＲ管１６の他端はインテークコレクター５に接続されている。ＥＧＲ管１６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１７と、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁１８とが介設されている。エンジン２の排気ポート１２から排出された排気ガスは、その殆どが排気マニホールド１３および触媒１５を通って排出され、一部がＥＧＲ管１６を通ってインテークコレクター５にＥＧＲガスとして還流される。

（ＥＧＲ装置１の概要）
図２に本実施形態に係るＥＧＲ装置１の要部を示す側断面図を示し、図３にＥＧＲ装置１の平断面図（図２のIII−III線断面図）を示す。このＥＧＲ装置１は、吸気が導入される吸気口７と、導入された吸気を各気筒の吸気ポート３に流出するブランチ孔８とが形成されたインテークコレクター５に、ＥＧＲ管１６を接続して構成されている。インテークコレクター５の内壁は、吸気口７から導入された吸気を一旦ブランチ孔８から離隔する方向に案内した後、再びブランチ孔８に向けて案内するようにカーブして形成されたガイド内壁１９を有する。ガイド内壁１９の終端部１９ｘには、ＥＧＲ管１６が配設されている。ＥＧＲ管１６には、ガイド内壁１９の終端部１９ｘによってブランチ孔８に向けて案内される吸気の下流側に向けてＥＧＲ排出口１６ａが形成されている。以下、本実施形態に係るＥＧＲ装置１の各構成要素について説明する。

（インテークコレクター５）
図１に示すように、インテークコレクター５は、車体に縦置されたエンジン２の上方に配置されている。また、図２および図３に示すように、インテークコレクター５には、車長方向の後方に吸気口７が形成され、車幅方向の右側に１番気筒のブランチ孔８と３番気筒のブランチ孔８が形成され、車幅方向の左側に２番気筒のブランチ孔８と４番気筒のブランチ孔８が形成されている。各ブランチ孔８には夫々吸気ブランチ４が接続されている。吸気口７には、筒状のスロットルボディー２０が装着されており、スロットルボディー２０の内部には、スロットルバルブ９が開閉自在に設けられている。スロットルボディー２０には、吸気管１０（図１参照）が接続される。

インテークコレクター５は、側方（車幅方向）から見て、吸気口７およびブランチ孔８が直線上に配設されたメインコレクター部５ａと、メインコレクター部５ａに並設されたサブコレクター部５ｂとを有する。サブコレクター部５ｂは、メインコレクター部５ａの鉛直下方に形成された窪み部から成り（図３参照）、エンジン２の排気量に応じたインテークコレクター５の容積（サージ容量）を確保するために設けられる。

（ガイド内壁１９）
インテークコレクター５の内壁は、吸気口７から導入された吸気を案内するガイド内壁１９を備えている。ガイド内壁１９は、第１ガイド内壁部１９ａ、第２ガイド内壁部１９ｂ、第３ガイド内壁部１９ｃおよび第４ガイド内壁部１９ｄを有する。第１ガイド内壁部１９ａは、吸気口７から導入された吸気をメインコレクター部５ａの天井の内壁に沿って流す。第２ガイド内壁部１９ｂは、第１ガイド内壁部１９ａに沿って流れる吸気をサブコレクター部５ｂの内壁に沿って鉛直下方に案内する。第３ガイド内壁部１９ｃは、第２ガイド内壁部１９ｂに案内された吸気をサブコレクター部５ｂの底部の内壁に沿って流す。第４ガイド内壁部１９ｄは、第３ガイド内壁部１９ｃに沿って流れる吸気をブランチ孔８に向けて鉛直上方に案内する。この第４ガイド内壁部１９ｄが、ガイド内壁１９の終端部１９ｘに相当する。

第１ガイド内壁部１９ａと第２ガイド内壁部１９ｂとは、第１カーブ内壁部１９ｅで接続されている。また、第２ガイド内壁部１９ｂと第３ガイド内壁部１９ｃとは第２カーブ内壁部１９ｆで接続されている。また、第３ガイド内壁部１９ｃと第４ガイド内壁部１９ｄとは第３カーブ内壁部１９ｇで接続されている。ガイド内壁１９の終端部１９ｘに相当する第４ガイド内壁部１９ｄには、ＥＧＲ管１６が設けられている（図３参照）。

（ＥＧＲ管１６）
ＥＧＲ管１６は、車長方向の後方から、第４ガイド内壁部１９ｄに装着されたグロメット２１の孔を通して、サブコレクター部５ｂの内部に差し入れられている。グロメット２１の孔は、ＥＧＲ管１６の外周に密着し、シールとして機能する。グロメット２１の孔に差し入れられたＥＧＲ管１６には、図３に示すように、ＥＧＲ排出口１６ａが、鉛直上方に向けて、長孔状に形成されている。すなわち、ＥＧＲ管１６には、第４ガイド内壁部１９ｄによってブランチ孔８に向けて鉛直上方に案内される吸気の下流側に、ＥＧＲ排出口１６ａが長孔状に形成されている。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１によれば、図２に示すように、スロットルバルブ９を介して吸気口７からインテークコレクター５の内部に導入された吸気は、メインコレクター部５ａの第１ガイド内壁部１９ａおよび第２ガイド内壁部１９ｂに沿って流れ、一旦ブランチ孔８から離隔して下方のサブコレクター部５ｂに案内される。その後、サブコレクター部５ｂの第３ガイド内壁部１９ｃおよび第４ガイド内壁部１９ｄに沿って流れ、再びブランチ孔８に向けて上方に案内され、メインコレクター部５ａとサブコレクター部５ｂとを縦向きに循環する旋回流（図２の実線矢印Ａ）となる。

この旋回流（実線矢印Ａ）は、エンジン高回転時には、吸気口７からインテークコレクター５に流入する吸気の流速が高まるため、強い渦となる。よって、第４ガイド内壁部１９ｄに設けられたＥＧＲ管１６のＥＧＲ排出口１６ａから排出されたＥＧＲガス（図２の破線矢印Ｂ）は、ブランチ孔８に向けて案内された吸気の渦によって効率よく均等に分配され、各ブランチ孔８を通って各気筒の吸気ポート３に供給される。これにより、ＥＧＲガスの各気筒への分配が均等化され、燃費が向上する。

一方、エンジン低回転時には、吸気口７からインテークコレクター５に流入する吸気の流速が低くなるため、上述した吸気の旋回流（図２の実線矢印Ａ）は弱まる。かかるエンジン低回転時には、ＥＧＲ管１６のＥＧＲ排出口１６ａから排出されたＥＧＲガス（図２の破線矢印Ｂ）は、スロットルバルブ９の下端とスロットルボディー２０の底部との隙間を通って導入された吸気（図２の一点鎖線矢印Ｃ）と混合され、各ブランチ孔８を通って各気筒の吸気ポート３に供給される。これにより、ＥＧＲガスの各気筒への分配が均等化され、燃費が向上する。

詳しくは、スロットルバルブ９は、水平なバルブ軸９ａを中心として上下方向に回動する。そのため、スロットルバルブ９を介して吸気口７からインテークコレクター５に導入される吸気は、スロットルバルブ９の上端とスロットルボディー２０の天井部との隙間を通って導入される第１主流（実線矢印Ａ）と、スロットルバルブ９の下端とスロットルボディー２０の底部との隙間を通って導入される第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）とに分けられる。

そして、スロットルバルブ９が所定開度（例えば５０％）以上に開かれるエンジン高回転時には、第１主流（実線矢印Ａ）が第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）よりも強くなって上述した旋回流が強くなり、その旋回流によってＥＧＲガスのミキシングがなされる。一方、スロットルバルブ９が所定開度（例えば５０％）未満に閉じられるエンジン低回転時には、第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）が第１主流（実線矢印Ａ）よりも強くなり、第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）によってＥＧＲガスのミキシングがなされる。

すなわち、スロットルバルブ９は、図２に示す閉状態からバルブ軸９ａを中心として時計回りに回動して開状態となるため、所定開度（例えば５０％）未満では、斜めの姿勢となって、吸気をスロットルバルブ９の下端に案内するノズルとして機能する。従って、スロットルバルブ９が所定開度（例えば５０％）未満に閉じられるエンジン低回転時には、第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）が第１主流（実線矢印Ａ）よりも強くなり、第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）によってＥＧＲガスのミキシングがなされる。

一方、スロットルバルブ９が所定開度（例えば５０％）以上に開かれた状態となると、吸気をインテークコレクター５の内壁に沿って流す第１主流（実線矢印Ａ）が、吸気をインテークコレクター５の空間中央に向けて流出する第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）よりも強くなる。従って、スロットルバルブ９が所定開度（例えば５０％）以上に開かれるエンジン高回転時には、第１主流（実線矢印Ａ）が第２主流（一点鎖線矢印Ｃ）よりも強くなり、第１主流（実線矢印Ａ）により生起される旋回流によってＥＧＲガスのミキシングがなされる。

また、インテークコレクター５の第３ガイド内壁部１９ｃから第４ガイド内壁部１９ｄに沿って上方に案内される吸気は、第４ガイド内壁部１９ｄに設けられたＥＧＲ管１６の外周面を左右（図３中、上下方向）から巻き込むようにして上方に流れる。その後、上方に流れた吸気は、ＥＧＲ管１６の上方に向けて開口されたＥＧＲ排出口１６ａにて合流するため、ＥＧＲ排出口１６ａから排出されたＥＧＲガスと効率よくミキシングされる。

以上説明したように本実施形態に係るＥＧＲ装置１によれば、簡単な構成で、エンジン高回転時にインテークコレクター５内にて吸気に効率よく旋回流を生成でき、その旋回流にＥＧＲガスを効率よく混合できる。また、エンジン低回転時においても、インテークコレクター５内にて、吸気とＥＧＲガスとを的確に混合できる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本発明は、エンジンの吸気系に介設されたインテークコレクターにＥＧＲ管を接続したＥＧＲ装置に利用できる。

１ＥＧＲ装置
２エンジン
３吸気ポート
５インテークコレクター
５ａメインコレクター部
５ｂサブコレクター部
７吸気口
８ブランチ孔
９スロットルバルブ
１６ＥＧＲ管
１６ａＥＧＲ排出口
１９ガイド内壁
１９ｘ終端部
１９ａ第１ガイド内壁部
１９ｂ第２ガイド内壁部
１９ｃ第３ガイド内壁部
１９ｄ第４ガイド内壁部
１９ｅ第１カーブ内壁部
１９ｆ第２カーブ内壁部
１９ｇ第３カーブ内壁部

Claims

吸気が導入される吸気口と、導入された吸気を各気筒の吸気ポートに流出するブランチ孔とが形成されたインテークコレクターに、ＥＧＲ管が接続されたＥＧＲ装置であって、
前記インテークコレクターは、
前記吸気口および前記ブランチ孔が直線上に配設されたメインコレクター部と、
該メインコレクター部に並設されたサブコレクター部と、
を有し、
前記インテークコレクターの内壁は、前記吸気口から導入された吸気を前記ブランチ孔から離隔する方向に案内した後、再び該ブランチ孔に向けて案内するガイド内壁を有し、
前記ガイド内壁は、
前記吸気口から導入された吸気を前記メインコレクター部の内壁に沿って流す第１ガイド内壁部と、
該第１ガイド内壁部に沿って流れる吸気を前記サブコレクター部の内壁に案内する第２ガイド内壁部と、
該第２ガイド内壁部に案内された吸気を該サブコレクター部の内壁に沿って流す第３ガイド内壁部と、
該第３ガイド内壁部に沿って流れる吸気を前記ブランチ孔に向けて案内する第４ガイド内壁部と、
を有し、
前記第４ガイド内壁部に、前記ＥＧＲ管が設けられ、
前記ＥＧＲ管に、前記第４ガイド内壁部によって前記ブランチ孔に向けて案内される吸気の下流側に向けてＥＧＲ排出口が形成されたことを特徴とするＥＧＲ装置。
前記メインコレクター部の鉛直下方に前記サブコレクター部が配置され、
前記第１ガイド内壁部と前記第２ガイド内壁部とが第１カーブ内壁部で接続され、
前記第２ガイド内壁部と前記第３ガイド内壁部とが第２カーブ内壁部で接続され、
前記第３ガイド内壁部と前記第４ガイド内壁部とが第３カーブ内壁部で接続された、ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。