(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテークマニホールドに接続された吸気配管と、
エキゾーストマニホールドに接続された気筒とは異なる気筒と前記吸気配管とを接続する第１ＥＧＲ配管を有し、当該気筒から排出される排気の全てを前記吸気配管に還流する強制ＥＧＲ機構と、
前記エキゾーストマニホールドと前記吸気配管とを接続する第２ＥＧＲ配管を有し、前記エキゾーストマニホールドに排出された排気の一部を前記吸気配管に還流する高圧ＥＧＲ機構と、
前記吸気配管のうち前記第１ＥＧＲ配管が接続される部位および前記第２ＥＧＲ配管が接続される部位よりも前記インテークマニホールド側の配管部分の途中に形成されたバッファ部とを有し、
前記配管部分では、前記バッファ部の流路断面積が前記バッファ部以外の流路断面積よりも大きいＥＧＲシステム。
【請求項２】
前記第１ＥＧＲ配管には、当該第１ＥＧＲ配管を流通する排気を冷却するＥＧＲクーラーが配設されている
請求項１に記載のＥＧＲシステム。
【請求項３】
前記第１ＥＧＲ配管が、１つの気筒に接続されている
請求項１または２に記載のＥＧＲシステム。
【請求項４】
前記バッファ部の流路断面が、円形である
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒を有するエンジンに適用され、一部の気筒に対し個別に接続された排気配管と吸気配管とが接続されるＥＧＲシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＥＧＲシステムとしては、例えば特許文献１のように、一部の気筒に対し他の気筒とは異なる排気配管が接続され、該排気配管と吸気配管とが接続されてなる強制ＥＧＲ機構を備えたものが知られている。また、例えば、タービンの上流とコンプレッサーの下流とがＥＧＲ配管によって接続され、該ＥＧＲ配管に配設されたＥＧＲ弁の開度が制御されることよって排気の還流量が調整される高圧ＥＧＲ機構を備えたものも知られている。これら強制ＥＧＲ機構及び高圧ＥＧＲ機構から構成されるＥＧＲシステムの一例について図３を参照して説明する。図３は、強制ＥＧＲ機構及び高圧ＥＧＲ機構から構成されるＥＧＲシステムの概略構成を示した構成図である。
【０００３】
図３に示されるように、ＥＧＲシステム２０は、６つの気筒１，２，３，４，５，６を有する直列６気筒のエンジン１０に適用され、該エンジン１０にはターボチャージャ１１が配設されている。気筒１〜６に接続されたインテークマニホールド１２には、吸気配管１３が接続され、該吸気配管１３には、インタークーラー１４が接続されている。また、気筒２〜６に接続されたエキゾーストマニホールド１５には、排気配管１６が接続され、該排気配管１６には、ターボチャージャ１１を構成するタービン１１ｂが接続されている。
【０００４】
強制ＥＧＲ機構２１は、気筒１に対し個別に接続され、且つ吸気配管１３に接続される排気配管である第１ＥＧＲ配管２２を有している。第１ＥＧＲ配管２２には、吸気配管１３へと還流される排気を冷却するための第１ＥＧＲクーラー２３が配設されている。
【０００５】
高圧ＥＧＲ機構２６は、エキゾーストマニホールド１５と吸気配管１３とに接続される第２ＥＧＲ配管２７を有している。第２ＥＧＲ配管２７には、吸気配管１３へと還流される排気を冷却する第２ＥＧＲクーラー２８と、排気側と吸気側の圧力差に基づく排気の還流量を制御するＥＧＲ弁２９とが配設されている。
【０００６】
こうした構成のＥＧＲシステム２０によれば、気筒１からの排気の全てが吸気配管１３に還流される。そのため、同じ量の排気が吸気配管１３に還流される前提であれば、高圧ＥＧＲ機構２６のみを有するＥＧＲシステムに比べて、高圧ＥＧＲ機構２６における排気の還流量を低減することが可能である。これによって、エキゾーストマニホールド１５内における排気の圧力をさほど高める必要がなくなり、エンジン１０のポンピングロスを低減することができることから、高圧ＥＧＲ機構２６のみで構成されるＥＧＲシステムに比べて、燃費を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−５４７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４は、上述したＥＧＲシステム２０を備えるエンジン１０において、各気筒１〜６に導入された吸気に占める排気の割合であるＥＧＲ率のシミュレーション結果の一例を示す。なお、図４に示されるシミュレーション結果は、エンジン１０の排気量を約９Ｌ、吸気配管１３の流路断面が直径８４ｍｍの円形、エンジン１０の回転速度及び燃料噴射量を一定、各気筒１〜６におけるＥＧＲ率が４０％となるようにＥＧＲ弁２９の開度を制御するという条件の下で行なわれた結果である。また、図４における図中の横軸は気筒の番号を示し、縦軸はＥＧＲ率を示している。また、図４には、参考例として、高圧ＥＧＲ機構のみを有するＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲ率が４０％となるようにＥＧＲ弁２９の開度を保持した場合のシミュレーション結果も併せて記載している。
【０００９】
図４に示されるように、高圧ＥＧＲ機構のみを有するＥＧＲシステムでは、還流される排気が全ての気筒１〜６からの排気であり、これら気筒１〜６の排気行程が連続的に行なわれていることから、各気筒１〜６のＥＧＲ率が概ね４０％に保持されている。これに対し、高圧ＥＧＲ機構２６に加えて強制ＥＧＲ機構２１を有するＥＧＲシステム２０では、強制ＥＧＲ機構２１を通じて還流される排気が気筒１の排気のみであり、気筒１の排気行程が間欠的に行なわれることから、気筒１の排気行程と各気筒１〜６の吸気行程とのタイミングに基づいて、各気筒１〜６のＥＧＲ率に大きなばらつきが生じている。特に、気筒４と気筒５に関しては、目標とするＥＧＲ率４０％に対して±１０％程度のばらつきが生じている。
【００１０】
こうしたＥＧＲ率のばらつきは、高圧ＥＧＲ機構２６においてＥＧＲ弁２９の開度を制御することによって抑えることが可能ではある。しかし、ＥＧＲ弁２９の開閉動作が複雑なものになる虞があるばかりか、第２ＥＧＲ配管２７を流通する排気が増大することによってエンジン１０のポンピングロスが増大し燃費が悪化してしまう虞もある。そのため、強制ＥＧＲ機構２１を備えるＥＧＲシステムに対し、ＥＧＲ率のばらつきを抑える対策が強く望まれている。
【００１１】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、一部の気筒に対し個別に接続された排気配管と吸気配管とが接続されたＥＧＲシステムにおいて、各気筒におけるＥＧＲ率のばらつきを抑えることが可能なＥＧＲシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の態様の一つは、インテークマニホールドに接続された吸気配管と、エキゾース
トマニホールドに接続された気筒とは異なる気筒と前記吸気配管とを接続する第１ＥＧＲ配管を有し、当該気筒から排出される排気の全てを前記吸気配管に還流する強制ＥＧＲ機構と、前記エキゾーストマニホールドと前記吸気配管とを接続する第２ＥＧＲ配管を有し、前記エキゾーストマニホールドに排出された排気の一部を前記吸気配管に還流する高圧ＥＧＲ機構と、前記吸気配管のうち前記第１ＥＧＲ配管が接続される部位および前記第２ＥＧＲ配管が接続される部位よりも前記インテークマニホールド側の配管部分の途中に形成されたバッファ部とを有し、前記配管部分では、前記バッファ部の流路断面積が前記バッファ部以外の流路断面積よりも大きいＥＧＲシステム。
【００１３】
本発明の態様の一つによれば、吸気配管を流通する新気と第１ＥＧＲ配管および第２ＥＧＲ配管を通じて吸気配管に還流される排気との混合吸気がバッファ部に流入する。その結果、バッファ部において、新気と排気との混合を促進させること、また、この混合吸気とバッファ部に先行して流入していた混合吸気との混合を促進させること、それらが可能である。それゆえに、吸気配管にバッファ部が設けられていない場合に比べて、第１ＥＧＲ配管および第２ＥＧＲ配管を通じて吸気配管に還流された排気が拡散されやすくなることから、各気筒の吸気におけるＥＧＲ率のばらつきを抑えることができる。
【００１５】
本発明の態様の一つは、前記第１ＥＧＲ配管には、当該第１ＥＧＲ配管を流通する排気を冷却するＥＧＲクーラーが配設されている。
【００１６】
本発明の態様の一つによれば、吸気配管には、ＥＧＲクーラーによって冷却された排気が還流される。その結果、ＥＧＲクーラーが配設されていない場合に比べて、吸気配管への熱的な負荷を低減させることができるとともに、排気そのものの体積、ひいては混合吸気の体積を小さくすることが可能であることから、エンジンの吸気効率を向上させることもできる。
本発明の態様の一つは、前記第１ＥＧＲ配管が、１つの気筒に接続されている。
【００１７】
本発明の態様の一つにように、第１ＥＧＲ配管が１つの気筒に接続される場合、該第１ＥＧＲ配管が複数の気筒のうちの何れの気筒に接続されるとしても上述した効果を得られるので、第１ＥＧＲ配管を配設するうえで該第１ＥＧＲ配管の配置に関する自由度を増大させることができる。
本発明の態様の一つは、前記バッファ部の流路断面が、円形である。
本発明の態様の一つのように、具体的には、バッファ部の流路断面を円形にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態におけるＥＧＲシステムの概略構成を示す概略構成図。
【図２】同実施形態において、各気筒とＥＧＲ率との関係を示すグラフ。
【図３】従来例におけるＥＧＲシステムの概略構成を示す概略構成図。
【図４】従来例において、各気筒とＥＧＲ率との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明のＥＧＲシステムを具体化した一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１において、図３で示した部材と同じ部材については、同じの符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１に示されるように、エンジン１０のインテークマニホールド１２に接続される吸気配管１３には、強制ＥＧＲ機構２１の第１ＥＧＲ配管２２との接続部よりも下流にバッファ部３０が設けられている。バッファ部３０は、吸気配管１３の流路面積を局部的に大きくする部位である。また、吸気配管１３には、第１ＥＧＲ配管２２との接続部の上流に、高圧ＥＧＲ機構２６の第２ＥＧＲ配管２７が接続されている。
【００２１】
すなわち、バッファ部３０には、コンプレッサー１１ａによって過給された新気と、高圧ＥＧＲ機構２６を通じて吸気配管１３に還流される排気と、強制ＥＧＲ機構２１を通じて吸気配管１３に還流される排気とが混合された混合吸気が流入する。そして、バッファ部３０を通過した混合吸気は、インテークマニホールド１２へと流入し、各気筒１〜６へと分配される。
【００２２】
ここで、強制ＥＧＲ機構２１による排気の還流は、気筒１の排気行程に合わせて間欠的に行なわれる。そのため、気筒１の排気を多く含む混合吸気に先行してバッファ部３０に流入した混合吸気には、気筒１の排気が多くは含まれていないことになる。一方、バッファ部３０に流入した混合吸気は、新気と排気との混合が促進される。また、バッファ部３０に流入する混合吸気と、当該バッファ部３０に先行して流入した混合吸気との混合も促進される。すなわち、上述したバッファ部３０を吸気配管１３に配設することによって、該バッファ部３０において気筒１の排気がより拡散されやすくなる。それゆえに、各気筒１〜６におけるＥＧＲ率のばらつきを抑えることができる。
【００２３】
次に、吸気配管１３にバッファ部３０を設けたＥＧＲシステム２０に対して行なったシミュレーション結果の一例について図２を参照して説明する。なお、このシミュレーションにおいては、吸気配管１３にバッファ部３０が設けられていること以外、先に説明したシミュレーションと同じ条件で行なった。また、バッファ部３０は、その流路断面を内径１５０ｍｍの円形にするとともに、その容量が０．５Ｌ、１．０Ｌ、１．５Ｌ、３．０Ｌ、６．０Ｌ、９．０Ｌとなるように、吸気配管１３の延出方向における長さを２８ｍｍ、５７ｍｍ、８５ｍｍ、１７０ｍｍ、３４０ｍｍ、５０９ｍｍとした。
【００２４】
図２に示されるように、本シミュレーションによって、吸気配管１３に０．５Ｌ以上の容量を有するバッファ部３０を配設することによって、目標とするＥＧＲ率４０％に対するばらつきが±５％程度に抑えられることが確認された。また、６つの気筒１〜６を有する排気量９Ｌのエンジン１０に対して、バッファ部３０の容量が１．０Ｌ以上であれば、目標とするＥＧＲ率４０％に対するばらつきが±３％以下となることが確認された。また、バッファ部３０の容量が大きくなるほど、ＥＧＲ率のばらつきが小さくなる傾向にあることが確認された。
以上説明したように、本実施形態のＥＧＲシステム２０によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
【００２５】
（１）吸気配管１３には、強制ＥＧＲ機構２１の第１ＥＧＲ配管２２との接続部よりも下流にバッファ部３０が設けられている。バッファ部３０においては、新気と第１ＥＧＲ配管２２を通じて還流された排気との混合を促進させることができる。また、バッファ部３０に先行して流入した混合吸気と、バッファ部３０に新たに流入する混合吸気との混合を促進させることもできる。それゆえに、吸気配管１３にバッファ部３０が設けられていない場合に比べて、バッファ部３０において気筒１の排気が拡散されやすくなることから、各気筒１〜６におけるＥＧＲ率のばらつきを抑えることができる。
【００２６】
（２）吸気配管１３には、第１ＥＧＲ配管２２との接続部の上流に、高圧ＥＧＲ機構２６の第２ＥＧＲ配管２７が接続されている。すなわち、バッファ部３０には、新気、高圧ＥＧＲ機構２６によって還流された排気、強制ＥＧＲ機構２１によって還流された排気、これらの混合吸気が流入する。その結果、第２ＥＧＲ配管２７がバッファ部３０の下流に接続される場合に比べて、新気と排気との混合をさらに促進させることができる。
【００２７】
（３）第１ＥＧＲ配管２２には、吸気配管１３へ還流される排気を冷却する第１ＥＧＲクーラー２３が配設されている。その結果、第１ＥＧＲ配管２２に第１ＥＧＲクーラー２３が配設されていない場合に比べて、吸気配管１３への熱的な負荷を低減させることができる。また、吸気配管１３へ還流される排気そのものの体積、ひいては当該排気を含んだ混合吸気の体積が小さくなることから、エンジン１０の吸気効率を向上させることもできる。
【００２８】
（４）第１ＥＧＲ配管２２は、気筒１に対応するように設けられているが、こうしたＥＧＲ配管２２を気筒１〜６の内の何れの気筒に接続されたとしても上記（１）に記載した効果を得ることができる。その結果、第１ＥＧＲ配管２２を配設するうえでその配置に関する自由度を増大させることができる。
【００２９】
（５）第２ＥＧＲ配管２７には、ＥＧＲ弁２９が配設されており、このＥＧＲ弁２９を用いて、第２ＥＧＲ配管２７を通じた排気の還流量を調整することが可能である。その結果、強制ＥＧＲ機構２１のみを有するＥＧＲシステムに比べて、各気筒１〜６に導入される吸気のＥＧＲ率のばらつきをさらに抑えることができる。
【００３０】
なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・バッファ部３０は、吸気配管１３における流路面積よりも大きな流路面積を有しているものであればよく、バッファ部３０の流路断面は、円形に限らず、矩形状、楕円状、多角形状等であってもよく、これらが組み合わされるものであってもよい。
【００３１】
・第１ＥＧＲ配管２２に流入する排気は、１つの気筒からの排気に限らず、複数の気筒からの排気が流入してもよい。すなわち、第１ＥＧＲ配管２２は、複数の気筒に対応する排気配管であってもよい。
・上記実施形態において、第１ＥＧＲ配管２２に配設された第１ＥＧＲクーラー２３が割愛された構成であってもよい。
【００３２】
・吸気配管１３において、第２ＥＧＲ配管２７の接続部は、第１ＥＧＲ配管２２との接続部よりも下流であってもよいし、これら２つの接続部が同じ位置であってもよい。
・ＥＧＲシステムは、強制ＥＧＲ機構２１のみを有するものであってもよい。
【００３３】
・エンジンは、直列６気筒であるエンジン１０に限られるものではなく、Ｖ型６気筒エンジン、直列４気筒エンジン、水平対向４気筒エンジン等であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１，２，３，４，５，６…気筒、１０…エンジン、１１…ターボチャージャ、１１ａ…コンプレッサー、１１ｂ…タービン、１２…インテークマニホールド、１３…吸気配管、１４…インタークーラー、１５…エキゾーストマニホールド、１６…排気配管、２０…ＥＧＲシステム、２１…強制ＥＧＲ機構、２２…第１ＥＧＲ配管、２３…第１ＥＧＲクーラー、２６…高圧ＥＧＲ機構、２７…第２ＥＧＲ配管、２８…第２ＥＧＲクーラー、２９…ＥＧＲ弁、３０…バッファ部。
【図１】
0005878001.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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