(57)【要約】【課題】エンジン全体のサイズを大きくすることなく、排ガス性能を向上させることができるエンジンを提供する。【解決手段】外部から吸入された空気をディーゼルエンジン１００内へ導く吸気経路２を有し、吸気経路２は、吸気マニホールド２２を備え、吸気経路２に排気の一部を供給するＥＧＲ装置３５を備え、吸気マニホールド２２の内部に、前記ＥＧＲ装置３５から供給される排気を導入するための導入通路２２ｂを設け、導入通路２２ｂの排出口２２ｃは、吸気マニホールド２２の吸気入口２２ａの下流側近傍に配置した。【選択図】図５
2014025357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から吸入された空気をエンジン内へ導く吸気経路を有し、
前記吸気経路は、吸気マニホールドを備え、
前記吸気経路に排気の一部を供給するＥＧＲ装置を備え、
前記吸気マニホールドの内部に、前記ＥＧＲ装置から供給される排気を導入するための導入通路を設け、
前記導入通路の排出口は、吸気マニホールドの吸気入口の下流側近傍に配置した
ことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記排出口は、排出口から排出される排気が吸気の流れに対して直交して排出されるように設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記吸気マニホールドの吸気入口にバルブを設け、バルブのバルブ軸が、排出口から排出される排気の流れに対して直交するように配置された
ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記吸気マニホールドは複数の吸気ポートを有し、
前記吸気ポートは一列に並んで配置されており、列の中央上部に前記吸気入口が配置された
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えたエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ピストンの上面に設けられた燃焼室へ燃料を噴射し、該燃焼室内で燃料を燃焼させるエンジンが知られている。前記エンジンは、外部から吸入された空気（吸気）をエンジンの燃焼室内に導く吸気経路を備えており、前記吸気経路は、吸気を分配するための吸気マニホールドを備える（例えば特許文献１参照）。
また、排気の一部を吸気経路に供給するＥＧＲ装置を備えたエンジンも公知となっている。ＥＧＲ装置によって排気の一部を吸気経路に循環させることで、排気中の窒素酸化物を低減させ負荷増大時の燃費を向上させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記エンジンにおいては、吸気とＥＧＲ装置から供給された排気との混合を多く行うために、混合する位置から吸気ポートまでの距離を長くする必要がある。そこで、ＥＧＲ装置から供給される排気（ＥＧＲガス）は、吸気マニホールドの外部に設けた吸気管で合流させていた。
【０００５】
しかし、外部に設けた吸気管の長さを長くするとエンジン全体のサイズが大きくなるため吸気管の長さは制限される。そのため、吸気と排気の混合をより多く行うために、混合する位置から吸気ポートまでの距離をより長くすることができなかった。このため、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されずに各吸気ポートへと分配され、不安定な燃焼を行うことがあった。
また、混合は上流側よりも下流側で多く行われるため、吸気経路の上流側に配置された吸気ポートと下流側に配置された吸気ポートとではＥＧＲガスと吸気との混合率が異なりエンジン全体での排ガス性能が低下する一因となっていた。
【０００６】
そこで本発明は係る課題に鑑み、エンジン全体のサイズを大きくすることなく、排ガス性能を向上させることができるエンジンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、外部から吸入された空気をエンジン内へ導く吸気経路を有し、前記吸気経路は、吸気マニホールドを備え、前記吸気経路に排気の一部を供給するＥＧＲ装置を備え、前記吸気マニホールドの内部に、前記ＥＧＲ装置から供給される排気を導入するための導入通路を設け、前記導入通路の排出口は、吸気マニホールドの吸気入口の下流側近傍に配置したものである。
【０００９】
請求項２においては、前記排出口は、排出口から排出される排気が吸気の流れに対して直交して排出されるように設けられたものである。
【００１０】
請求項３においては、前記吸気マニホールドの吸気入口にバルブを設け、バルブのバルブ軸が、排出口から排出される排気の流れに対して直交するように配置されたものである。
【００１１】
請求項４においては、前記吸気マニホールドは複数の吸気ポートを有し、前記吸気ポートは一列に並んで配置されており、列の中央上部に前記吸気入口が配置されたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、エンジン全体のサイズを大きくすることなく、排気（ＥＧＲガス）と吸気との混合効率を向上させ、排ガス性能を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、排気（ＥＧＲガス）が吸気の流れに必ず当たるため、ＥＧＲガスと吸気との混合効率をさらに向上させることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、バルブを通過する際に発生した乱流により短期間で排気（ＥＧＲガス）と吸気とが混合するため、混合効率をさらに向上させることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、各吸気ポートに供給される混合吸気の混合率が略均等となるため、エンジン全体の排ガス性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】エンジンの構成を示す正面図。
【図２】エンジンの構成を示す右側面図。
【図３】エンジンの構成を示す左側面図。
【図４】エンジンの作動態様を示す模式図。
【図５】吸気マニホールドの構成を示す斜視図。
【図６】吸気マニホールドの構成を示す平面図。
【図７】吸気マニホールドの構成を示す断面側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、ディーゼルエンジン１００について簡単に説明する。図１の紙面手前方向を前方として定義する。なお、図４中の矢印Ｆａは、吸入された空気の流れ方向を示し、図４中の矢印Ｆｅは、排気の流れ方向を示している。また、図４中の矢印Ｒは、クランクシャフト１４の回転方向を示している。
【００１９】
ディーゼルエンジン１００は、図１から図３に示すように、主にエンジン主体部１と、吸気経路２と、排気経路３と、コモンレールシステム４と、で構成される。
【００２０】
エンジン主体部１は、燃料の燃焼による膨張エネルギーを利用して回転動力を発生させる。エンジン主体部１は、主にシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、ピストン１３と、クランクシャフト１４と、で構成される。
【００２１】
エンジン主体部１には、図１及び図４に示すように、シリンダブロック１１に設けられたシリンダ１１ｃと、該シリンダ１１ｃに摺動可能に内設されたピストン１３と、該ピストン１３に対向するように配置されたシリンダヘッド１２と、で作動室Ｗが構成されている。即ち、作動室Ｗとは、ピストン１３の摺動運動によって容積が変化するシリンダ１１ｃの内部空間を意味する。ピストン１３は、コネクティングロッド１５によってクランクシャフト１４のピン部と連結されており、該ピストン１３の摺動によってクランクシャフト１４を回転させる。なお、エンジン主体部１の具体的な作動態様については後述する。
【００２２】
吸気経路２は、外部から吸入された空気をシリンダ１１ｃ内に導く。即ち、吸気経路２は、外部から吸入された空気を作動室Ｗに導く。吸気経路２は、空気が流れる方向に沿って、主にエアクリーナ（図示せず）と、吸気マニホールド２２と、で構成される。
【００２３】
エアクリーナは、濾紙又はスポンジ等によって吸入された空気を濾過する。エアクリーナは、空気を濾過することで埃等の異物が作動室Ｗに混入するのを防止している。
【００２４】
吸気マニホールド２２は、図示せぬエアクリーナによって濾過された空気を各作動室Ｗに分配する。本ディーゼルエンジン１００は、複数の作動室Ｗが設けられた多気筒エンジンであることから、吸気マニホールド２２は、各作動室Ｗ毎に設けられた吸気ポート１２Ｉｐの入口穴を覆うように形成されている。吸気ポート１２Ｉｐは、前後方向に平行に一列に並んで配置されており、隣接する吸気ポート１２Ｉｐ・１２Ｉｐの間隔が等間隔となるように配置されている。なお、本ディーゼルエンジン１００では、吸気ポート１２Ｉｐの入口穴がシリンダヘッド１２の上面に設けられているため、吸気マニホールド２２もシリンダヘッド１２の上面に取り付けられている。
【００２５】
吸気マニホールド２２の前後方向中央部には吸気入口２２ａが設けられている。吸気入口２２ａは、円筒形状に構成されており、吸気マニホールド２２の中央上部から吸気マニホールド２２内部まで連通している。吸気入口２２ａの下流側は、吸気マニホールド２２内部の前後方向中央部に配置されている。このように構成することにより、前後方向中央部の吸気入口２２ａから入った吸気と排気との混合気は図７の点描矢印に示すように、均等に各吸気ポート１２Ｉｐ・１２Ｉｐへと流れることになり、吸気のムラを防止することが可能となる。
【００２６】
吸気入口２２ａには、吸気量を調整するためのバルブ２７が設けられている。バルブ２７は、本実施形態においては、流路断面積を変化させて流量を制御するスロットルバルブで構成されている。また、バルブ２７は、本実施形態においては、吸気入口２２ａの流路断面とほぼ同じ直径の円盤を直交するバルブ軸２７ａで回転させて開閉するバタフライ式のスロットルバルブで構成されている。
【００２７】
排気経路３は、シリンダ１１ｃ内から排出された排気を排気口まで導く。即ち、排気経路３は、各作動室Ｗから排出された排気を排気口まで導く。排気経路３は、排気の流れる方向に沿って、主に排気マニホールド３１と、排気浄化装置３２と、で構成される。
【００２８】
排気マニホールド３１は、各作動室Ｗから排出された排気を集合させる。本ディーゼルエンジン１００は、複数の作動室Ｗが設けられた多気筒エンジンであることから、排気マニホールド３１は、各作動室Ｗ毎に設けられた排気ポート１２Ｅｐの出口穴と連通するように形成されている。なお、本ディーゼルエンジン１００では、排気ポート１２Ｅｐの出口穴がシリンダヘッド１２の側面に設けられているため、排気マニホールド３１もシリンダヘッド１２の側面に取り付けられている。
【００２９】
排気浄化装置３２は、排気に含まれる環境負荷物質を取り除く。排気浄化装置３２には、酸化触媒担体（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ：以降「ＤＯＣ」という）が内蔵されている。ＤＯＣは、排気に含まれるＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）を酸化して無害化するとともに、粒子状物質であるＳＯＦ（有機可溶成分）を酸化して除去する。
【００３０】
コモンレールシステム４は、自由に噴射パターンを設定できる燃料噴射装置である。コモンレールシステム４は、主にサプライポンプ４１と、レール４２と、インジェクタ４３と、で構成される。
【００３１】
サプライポンプ４１は、燃料タンクから供給された燃料をレール４２へ圧送する。サプライポンプ４１は、複数のギヤを介して伝達されたクランクシャフト１４の回転動力によって駆動される。サプライポンプ４１は、駆動軸の回転によって摺動するプランジャを備え、該プランジャが加圧した燃料をレール４２へ送り出す。
【００３２】
レール４２は、サプライポンプ４１から圧送された燃料を高圧のまま貯える。レール４２は、略円筒形状に形成された金属管である。レール４２は、リミッタバルブを備え、燃料の圧力が所定の値を超えないように設計されている。また、レール４２には、複数の配管が取り付けられ、各インジェクタ４３へ燃料を導くことができる。
【００３３】
インジェクタ４３は、レール４２から供給された燃料を適宜に噴射する。インジェクタ４３は、噴射口を有する先端部が作動室Ｗ内に突出するようにシリンダヘッド１２に取り付けられている。インジェクタ４３は、例えばピエゾ素子やソレノイドで駆動するアーマチャを備え、駆動する時期や期間を調節することによって様々な噴射パターンを実現できる。
【００３４】
なお、本ディーゼルエンジン１００においては、レール４２における燃料の圧力変動を低減するため、サプライポンプ４１の燃料圧送時期とインジェクタ４３の燃料噴射時期を同期させている。
【００３５】
次に、図４を用いてディーゼルエンジン１００の作動態様について簡単に説明する。なお、本ディーゼルエンジン１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各工程をクランクシャフト１４が二回転する間に完結する４サイクルエンジンである。
【００３６】
吸気工程は、吸気バルブ１２Ｉｖを開弁するとともにピストン１３を下方へ摺動させて、作動室Ｗ内に空気を吸い込む行程である。吸気バルブ１２Ｉｖは、図示せぬカムシャフトがプッシュロッドを押し上げ、該プッシュロッドがバルブアームを押すことで開弁される（図４参照）。前記カムシャフトは、複数のギヤを介して伝達されたクランクシャフト１４の回転動力によって駆動される。
【００３７】
圧縮工程は、吸気バルブ１２Ｉｖを閉弁するとともにピストン１３を上方へ摺動させて、作動室Ｗ内の空気を圧縮する行程である。吸気バルブ１２Ｉｖは、スプリングの付勢力によって閉弁される。バルブアームは、吸気バルブ１２Ｉｖによって押され、プッシュロッドは、バルブアームによって押し下げられる。
【００３８】
その後、圧縮されて高温高圧となった空気中にインジェクタ４３から燃料が噴射される。すると、燃料は、ピストン１３の上面に設けられた燃焼室Ｃ内で分散して蒸発し、空気と混合して燃焼を開始する。こうして、ディーゼルエンジン１００は、ピストン１３を再び下方へ摺動させる膨張行程に移行する。
【００３９】
膨張行程は、燃料が燃焼したことによる膨張エネルギーによってピストン１３を押し下げる行程である。燃焼室Ｃ及び作動室Ｗ内に形成された火炎は、空気を膨張させてピストン１３を押し下げる。なお、膨張行程では、ピストン１３からコネクティングロッド１５を介してクランクシャフト１４に回転トルクが付与される。このとき、クランクシャフト１４に取り付けられたフライホイル１６によって運動エネルギーが保存されるため、クランクシャフト１４は回転を持続する（図２参照）。こうして、ディーゼルエンジン１００は、ピストン１３を再び上方へ摺動させて排気行程に移行するのである。
【００４０】
排気工程は、排気バルブ１２Ｅｖを開弁するとともにピストン１３を上方へ摺動させて、作動室Ｗ内の既燃ガスを排気として押し出す行程である。排気バルブ１２Ｅｖは、図示せぬカムシャフトがプッシュロッドを押し上げ、該プッシュロッドがバルブアームを押すことで開弁される（図４参照）。前記ガムシャフトは、複数のギヤを介して伝達されたクランクシャフト１４の回転動力によって駆動される。
【００４１】
こうして、ディーゼルエンジン１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各工程をクランクシャフト１４が二回転する間に完結する。ディーゼルエンジン１００は、全ての作動室Ｗで上記の各行程を繰り返すことにより、連続して運転できるのである。
【００４２】
次に、本実施形態に係る吸気経路２の構成について図５から図７を用いて説明する。
吸気経路２は、吸気マニホールド２２を備えている。また、吸気経路２に排気の一部を供給するＥＧＲ装置３５を備えている。ＥＧＲ装置３５は、ＥＧＲクーラ３６及びＥＧＲバルブ３７を有しており、排気経路３の中途部に設けられたＥＧＲ分岐部２３から排気の一部を還流させる。排気経路３の排気マニホールド３１から下流側に向かって、排気マニホールド３１、ＥＧＲ分岐部２３、及び排気浄化装置３２、の順でそれぞれ配置されている。
【００４３】
ＥＧＲ分岐部２３から還流される排気は、ＥＧＲクーラ３６、ＥＧＲバルブ３７を通って、吸気マニホールド２２内で吸気経路２から供給された吸気と混合され、吸気ポート１２Ｉｐ・１２Ｉｐ・・・へと送られる。
【００４４】
ＥＧＲクーラ３６はＥＧＲ分岐部２３の下流側に設けられており、エンジン主体部１の側面に配置されている。ＥＧＲクーラ３６に流入した排気は、ＥＧＲクーラ３６内で冷却水によって冷却される。ＥＧＲクーラ３６から排出された排気は、ＥＧＲバルブ３７へと送られる。ＥＧＲバルブ３７は吸気マニホールド２２に隣接して設けられており、本実施形態においては、吸気マニホールド２２の前面に接するように設けられている。ＥＧＲバルブ３７は、排気側から吸気側へと還流する排気量を調節する装置であり、例えば、低温時等にはＥＧＲバルブ３７を閉じることにより、排気が還流しないようにしている。
【００４５】
ＥＧＲバルブ３７の下流側の面は、吸気マニホールド２２に連通している。より詳細には、吸気マニホールド２２の内部に、排気が通過するための導入通路２２ｂを設け、ＥＧＲバルブ３７の下流側の面が導入通路２２ｂの上流側の面に連通している。導入通路２２ｂの下流端は排出口２２ｃが構成されている。
【００４６】
導入通路２２ｂは、図７に示すように、吸気マニホールド２２の内部に設けられている。本実施形態においては、吸気マニホールド２２の上面の一部を上側に凸の略半円状に構成して、導入通路２２ｂの上部の壁面とし、吸気マニホールド２２の内部に下側に凸の略半円状の壁面を構成して、導入通路２２ｂの下部の壁面とする。導入通路２２ｂの断面は円形状になるように構成されており、下流にいくに従って断面直径が小さくなるように構成されている。このように構成することにより、排気を排出口２２ｃから排出する際に、排気が拡散することなく排出することができる。
【００４７】
導入通路２２ｂの排出口２２ｃは、吸気マニホールド２２の吸気入口２２ａの下流側近傍に配置している。詳細には、吸気マニホールド２２の中央上部に設けられた吸気入口２２ａの下流側であって、吸気入口２２ａに略直交して配置されている。このように配置することにより、図７の黒塗り矢印に示すように、吸気入口２２ａから供給される吸気の流れに対して導入通路２２ｂから排出される排気の流れが略直交する。このため、吸気と排気とを効率よく混合することができる。
【００４８】
また、吸気入口２２ａに配置されたバルブ軸２７ａは、吸気入口２２ａの流路方向と直交するように配置されており、また、導入通路２２ｂの排気の流れに対して直交するように配置されている。
このように構成することにより、図７の白塗り矢印に示すように、バルブ３７を通過する吸気の流れに乱れが発生し乱流となるため、導入通路２２ｂから流入する排気と混合しやすくなり、混合効率をさらに向上させることができる。
【００４９】
なお、バルブ２７は、本実施形態ではバタフライ式のスロットルバルブで構成されているがこれに限定するものではなく、例えば、円筒や平板を流路に直行する方向にスライドさせるスライドバルブ式で構成することも可能である。
【００５０】
以上のように、エンジン１００は、外部から吸入された空気をディーゼルエンジン１００内へ導く吸気経路２を有し、吸気経路２は、吸気マニホールド２２を備え、吸気経路２に排気の一部を供給するＥＧＲ装置３５を備え、吸気マニホールド２２の内部に、前記ＥＧＲ装置３５から供給される排気を導入するための導入通路２２ｂを設け、導入通路２２ｂの排出口２２ｃは、吸気マニホールド２２の吸気入口２２ａの下流側近傍に配置したものである。
このように構成することにより、エンジン全体のサイズを大きくすることなく、排気（ＥＧＲガス）と吸気との混合効率を向上させ、排ガス性能を向上させることができる。
【００５１】
また、排出口２２ｃは、排出口２２ｃから排出される排気が吸気の流れに対して直交して排出されるように設けられたものである。
このように構成することにより、排気（ＥＧＲガス）が吸気の流れに必ず当たるため、ＥＧＲガスと吸気との混合効率をさらに向上させることができる。
【００５２】
また、吸気マニホールド２２の吸気入口２２ａにバルブ２７を設け、バルブ２７のバルブ軸２７ａが、排出口２２ｃから排出される排気の流れに対して直交するように配置されたものである。
このように構成することにより、バルブ２７を通過する際に発生した乱流により短期間で排気（ＥＧＲガス）と吸気とが混合するため、混合効率をさらに向上させることができる。
【００５３】
また、吸気マニホールド２２は複数の吸気ポート１２Ｉｐを有し、吸気ポート１２Ｉｐは一列に並んで配置されており、列の中央上部に吸気入口２２ａが配置されたものである。
このように構成することにより、各吸気ポート１２Ｉｐに供給される混合吸気の混合率が略均等となるため、ディーゼルエンジン１００全体の排ガス性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１００    ディーゼルエンジン
１        エンジン主体部
２        吸気経路
３        排気経路
４        コモンレールシステム
２２      吸気マニホールド
２２ａ    吸気入口
２２ｂ    導入通路
２７      バルブ
２７ａ    バルブ軸
３５      ＥＧＲ装置
３６      ＥＧＲクーラ
３７      ＥＧＲバルブ
【図１】
2014025357.tif 000003
【図２】
2014025357.tif 000004
【図３】
2014025357.tif 000005
【図４】
2014025357.tif 000006
【図５】
2014025357.tif 000007
【図６】
2014025357.tif 000008
【図７】
2014025357.tif 000009