(57)【要約】【課題】シリンダ内への吸入空気量を効果的に確保しつつ、スワールを効果的に強める。【解決手段】シリンダＣに吸気を導入するタンジェンシャルポート１１Ａと、シリンダＣに吸気を導入するスワールポート１２Ｂと、シリンダＣから排気を導出する排気ポート１３と、タンジェンシャルポート１１Ａに接続された第１吸気マニホールド２１と、スワールポート１２Ｂに接続された第２吸気マニホールド２２と、排気ポート１３に接続された排気マニホールド６１と、排気マニホールド６１から分岐して第２吸気マニホールド２２に合流する排気再循環流路７１を含む排気再循環装置７０とを備えた。【選択図】図1
2019120233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダと、
前記エンジンのシリンダヘッドに設けられて、前記シリンダに吸気を導入するタンジェンシャルポートと、
前記シリンダヘッドに設けられて、前記シリンダに吸気を導入するスワールポートと、
前記シリンダヘッドに設けられて、前記シリンダから排気を導出する排気ポートと、
前記タンジェンシャルポートに接続された第１吸気マニホールドと、
前記スワールポートに接続された第２吸気マニホールドと、
前記排気ポートに接続された排気マニホールドと、
前記排気マニホールド又は、該排気マニホールドに接続された排気流路から分岐して、前記第２吸気マニホールド又は、該第２吸気マニホールドに接続された吸気流路に合流する排気再循環流路を含む排気再循環装置と、を備える
ことを特徴とする内燃機関の吸排気系構造。
【請求項２】
前記排気流路に配されたタービン及び、前記第１吸気マニホールドに接続される吸気通路に配されたコンプレッサを含む過給機をさらに備え、前記排気再循環装置が、前記排気再循環流路を前記タービンよりも上流側の排気系から分岐させた高圧排気再循環装置である
請求項１に記載の内燃機関の吸排気系構造。
【請求項３】
前記排気マニホールドに第１排気流路及び、第２排気流路が接続されると共に、前記第１吸気マニホールドに第１吸気流路及び、第２吸気流路が接続されており、前記過給機として、前記第１排気流路に配された第１タービン及び、前記第１吸気通路に配された第１コンプレッサを含む第１過給機と、前記第２排気流路に配された第２タービン及び、前記第２吸気通路に配された第２コンプレッサを含む第２過給機とを備える
請求項２に記載の内燃機関の吸排気系構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の吸排気系構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関等のエンジンにおいては、１個のシリンダに対して２個の吸気ポートを備え、一方の吸気ポートをスワールポートとし、他方の吸気ポートをタンジェンシャルポートとした構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６-１３３０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シリンダ内で燃料と吸入空気とを混合させる直噴式エンジンにおいては、これらの混合状態が燃焼効率に大きく影響する。このため、シリンダ内に導入する吸入空気にシリンダ軸を中心とする旋回流（スワール）を発生させ、燃料と吸入空気の混合を促進させることが好ましい。
【０００５】
しかしながら、強いスワールを確保すべくタンジェンシャルポートの流路面積を絞ると、スワールポートとタンジェンシャルポートとを含めた総有効流路面積が減少し、これに伴いシリンダ内への吸入空気量も減少することで、燃費性能に影響を与える可能性がある。一方、吸気マニホールド内にタンジェンシャルポート又は、スワールポートを開閉するバルブを別個に設けて、スワールを適宜に調整することも可能ではあるが、この場合は、部品点数の増加によるコストの上昇や装置全体の大型化等を招くといった課題がある。
【０００６】
本開示の技術は、内燃機関の吸排気系構造に関し、シリンダ内への吸入空気量を効果的に確保しつつ、スワールを効果的に強めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、エンジンのシリンダブロックに設けられたシリンダと、前記エンジンのシリンダヘッドに設けられて、前記シリンダに吸気を導入するタンジェンシャルポートと、前記シリンダヘッドに設けられて、前記シリンダに吸気を導入するスワールポートと、前記シリンダヘッドに設けられて、前記シリンダから排気を導出する排気ポートと、前記タンジェンシャルポートに接続された第１吸気マニホールドと、前記スワールポートに接続された第２吸気マニホールドと、前記排気ポートに接続された排気マニホールドと、前記排気マニホールド又は、該排気マニホールドに接続された排気流路から分岐して、前記第２吸気マニホールド又は、該第２吸気マニホールドに接続された吸気流路に合流する排気再循環流路を含む排気再循環装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記排気流路に配されたタービン及び、前記第１吸気マニホールドに接続される吸気通路に配されたコンプレッサを含む過給機をさらに備え、前記排気再循環装置が、前記排気再循環流路を前記タービンよりも上流側の排気系から分岐させた高圧排気再循環装置であることが好ましい。
【０００９】
また、前記排気マニホールドに第１排気流路及び、第２排気流路が接続されると共に、前記第１吸気マニホールドに第１吸気流路及び、第２吸気流路が接続されており、前記過給機として、前記第１排気流路に配された第１タービン及び、前記第１吸気通路に配された第１コンプレッサを含む第１過給機と、前記第２排気流路に配された第２タービン及び、前記第２吸気通路に配された第２コンプレッサを含む第２過給機とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の技術によれば、シリンダ内への吸入空気量を効果的に確保しつつ、スワールを効果的に強めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の吸排気系構造の一例を示す模式的な全体構成図である。
【図２】他の実施形態に係る内燃機関の吸排気系構造の一例を示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系構造について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の吸排気系構造の一例を示す模式的な全体構成図である。内燃機関としてのエンジンＥは、主として、シリンダヘッドＣＨ及び、不図示のシリンダブロック等で構成されたエンジン本体部１０を備えている。
【００１４】
エンジン本体部１０のシリンダブロックには、不図示のピストンを往復摺動可能に収容する複数のシリンダＣ（以下、気筒ともいう）が設けられている。また、各シリンダＣには、シリンダＣ内に燃料を直噴する不図示のインジェクタがそれぞれ設けられている。なお、図示例において、エンジンＥは６気筒直列エンジンとして示されているが、これには限定されず、６気筒以外の多気筒エンジン或は単気筒エンジンであってもよい。
【００１５】
シリンダヘッドＣＨには、各シリンダＣ内に吸気をそれぞれ導入する６個の第１吸気ポート１１Ａ及び、６個の第２吸気ポート１２Ｂが形成されている。また、シリンダヘッドＣＨには、各シリンダＣから排気ガスをそれぞれ導出する６個の排気ポート１３が形成されている。
【００１６】
シリンダヘッドＣＨの吸気側には、第１吸気ポート１１Ａに吸気（新気）を分配する第１吸気マニホールド２１及び、第２吸気ポート１２Ｂに吸気（主としてＥＧＲガス）を分配する第２吸気マニホールド２２が、それぞれ別体に取り付けられている。さらに、シリンダヘッドＣＨの排気側には、各排気ポート１３から排気を集合させる排気マニホールド６１が取り付けられている。
【００１７】
第１吸気ポート１１Ａは、気筒側開口部近傍１１０１が気筒の軸線を中心とした円の接線方向に延在し、スワールポートよりも吸気の流入抵抗の少ないタンジェンシャルポートとされる。すなわち、第１吸気ポート１１Ａをタンジェンシャルポートとしたことにより、第１吸気マニホールド２１から第１吸気ポート１１Ａを通過してシリンダＣに流入する吸気が、シリンダＣの中心線に対して一方の側に偏るように導入されて、シリンダＣの縦方向に旋回するタンブルとなるように構成されている。
【００１８】
第２吸気ポート１２Ｂは、気筒側開口部近傍１２０１が螺旋形状に形成されたスワールポートとされる。すなわち、第２吸気ポート１２Ｂをスワールポートとしたことにより、第２吸気マニホールド２２から第２吸気ポート１２Ｂを通過してシリンダＣに流入する吸気が、気筒側開口部近傍１２０１ではその軸心周りを旋回する気流となってシリンダＣ内に導入され、シリンダＣ内ではシリンダＣの横方向に旋回するスワールとなるように構成されている。
【００１９】
なお、図示例において、エンジンＥは、各気筒に対して２個の吸気ポート（第１吸気ポート１１Ａ、第２吸気ポート１２Ｂ）及び、１個の排気ポート１３が設けられた３バルブエンジンとして示されているが、排気ポート１３を各気筒に対して２個備える４バルブエンジンとしてもよい。
【００２０】
第１吸気マニホールド２１には下流吸気通路５０が接続され、下流吸気通路５０にはインタークーラ５１が設けられている。下流吸気通路５０の上流端には、第１上流吸気通路３０の下流端及び、第２上流吸気通路４０の下流端がそれぞれ接続されている。第１上流吸気通路３０には、吸気上流側から順に、第１エアクリーナ３１、第１過給器９１の第１コンプレッサ９２が設けられている。第２上流吸気通路４０には、吸気上流側から順に、第２エアクリーナ４１、第２過給器９４の第２コンプレッサ９５が設けられている。第２吸気マニホールド２２には、後述する高圧ＥＧＲ通路７１の下流端（出口部）が接続されている。
【００２１】
排気マニホールド６１には、各シリンダＣから排気ポート１３を介して導出される排気を二分するように、二つの排気集合部６１Ａ、６１Ｂが設けられている。排気マニホールド６１には、後述する高圧ＥＧＲ通路７１の上流端（入口部）が分岐形成されている。        
【００２２】
第１排気集合部６１Ａの下流側には、第１上流排気通路８１の上流端が接続されている。第１上流排気通路８１には、第１過給器９１の第１コンプレッサ９２に回転軸９７で一体回転可能に接続された第１タービン９３が設けられている。
【００２３】
第２排気集合部６１Ｂの下流側には、第２上流排気通路８２の上流端が接続されている。第２上流排気通路８２には、第２過給器９４の第２コンプレッサ９５に回転軸９８で一体回転可能に接続された第２タービン９６が設けられている。
【００２４】
第１上流排気通路８１及び、第２上流排気通路８２は、その下流端を排気後処理装置８３に接続されている。排気後処理装置８３には、浄化された排気ガスを外部に放出する下流排気通路８４が接続されている。
【００２５】
高圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置７０は、排気マニホールド６１から分岐して第２吸気マニホールド２２に接続された高圧ＥＧＲ通路７１と、高圧ＥＧＲ通路７１に設けられた高圧ＥＧＲクーラ７２と、高圧ＥＧＲ通路７１の高圧ＥＧＲクーラ７２よりも下流側に設けられた高圧ＥＧＲバルブ７３とを備えている。高圧ＥＧＲバルブ７３の開閉作動は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１００からの指令に応じて適宜に制御されるようになっている。
【００２６】
なお、高圧ＥＧＲバルブ７３は、高圧ＥＧＲ通路７１の高圧ＥＧＲクーラ７２よりも上流側に設けられてもよい。また、高圧ＥＧＲ通路７１は、第２上流排気通路８２の第２タービン９６よりも上流側又は、第１上流排気通路８１の第１タービン９３よりも上流側から分岐形成されてもよい。
【００２７】
エンジン回転数センサ１５１は、エンジンＥの不図示のクランクシャフトからエンジン回転数を検出する。アクセル開度センサ１５２は、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた燃料噴射量（アクセル開度）を検出する。車速センサ１５３は、エンジンＥを搭載した不図示の車両の車速を検出する。これら各センサ１５１〜１５３のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ１００に出力される。
【００２８】
ＥＣＵ１００は、各センサ１５１〜１５３のセンサ値等に基づいて、エンジンＥの各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。本実施形態において、ＥＣＵ１００は、各センサ１５１〜１５３により取得されるエンジン運転状態及び、又は車両走行状態等に基づいて、高圧ＥＧＲバルブ７３の開閉動作を適宜に制御する。
【００２９】
具体的なバルブ制御の一例として、本実施形態のＥＣＵ１００は、以下の（１）〜（３）の各制御を実施する。（１）車両発進時及び、低速走行からの加速時に、高圧ＥＧＲバルブ７３を全閉にすることなく、僅かに開弁した閉側に絞る制御を実施する。これにより、ＥＧＲガス量が過多となることで引き起こされる加速時のトルク不足を効果的に抑制しつつ、シリンダＣ内の燃料と吸気の混合、さらには燃焼効率に寄与するスワールを効果的に確保することが可能になる。（２）車両制動時に、高圧ＥＧＲバルブ７３を全閉に制御する。これにより、各シリンダＣに吸気が第１吸気マニホールド２１のみから導入されて、吸排気流量を効果的に減少させることが可能となり、エンジンブレーキ力を効果的に高めることができる。（３）車両の惰行走行時に、高圧ＥＧＲバルブ７３を全開に制御する。これにより、シリンダＣに吸気が第１及び第２吸気マニホールド２１，２２の両方から導入されて、吸排気流量を効果的に増加させることが可能となり、ポンビングロスによる車両の無駄な減速を効果的に低減することができる。
【００３０】
以上詳述した本実施形態によれば、第１吸気ポート１１Ａ（タンジェンシャルポート）に第１吸気マニホールド２１が接続されると共に、第２吸気ポート１２Ｂ（スワールポート）に第１吸気マニホールド２１とは別体の第２吸気マニホールド２２が接続され、さらに、第２吸気マニホールド２２に、高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路７１が接続されている。
【００３１】
すなわち、各シリンダＣに対して、第１吸気マニホールド２１から第１吸気ポート１１Ａを介して新気を導入しつつ、第２吸気マニホールド２２から第２吸気ポート１２Ｂを介して高圧のＥＧＲガスを導入することで、第１吸気ポート１１Ａの有効面積を絞ることなくシリンダＣ内で強いスワールが得られるように構成されている。これにより、シリンダＣ内の燃料と吸気の混合を促進させつつ、シリンダＣ内への吸気流量を効果的に確保することが可能となり、エンジンＥの燃焼効率、さらには燃費性能を確実に向上させることができる。
【００３２】
また、スワールの流量調整に、エンジンＥに設けられた高圧ＥＧＲ装置７０のＥＧＲバルブ７３を転用することで、第１吸気マニホールド２１及び、又は、第２吸気マニホールド２２に新たなバルブ機構を別個に設ける必要がなくなり、部品点数の増加に伴うコストの上昇や装置全体の大型化を効果的に防止することができる。
【００３３】
また、各シリンダＣに対して、新気とＥＧＲガスとを互いに異なる別系統の吸気系（新気を第１吸気マニホールド２１及び、第１吸気ポート１１Ａ：ＥＧＲガスを第２吸気マニホールド２２及び、第２吸気ポート１２Ｂ）からそれぞれ直接的に導入することで、新気とＥＧＲガスとを各シリンダＣよりも上流側の吸気系で合流させることにより引き起こされる吸気効率の低下も効果的に防止することが可能になる。
【００３４】
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、高圧ＥＧＲ装置７０を用いるものとして説明したが、図２に示すように、エンジンＥが、低圧ＥＧＲ装置１２０を備える場合には、該低圧ＥＧＲ装置１２０を用いてもよい。この場合は、第２インタークーラ４２が介装された第２上流吸気通路４０を第２吸気マニホールド２２に接続すると共に、低圧ＥＧＲ通路１２１を下流排気通路８４から分岐させて、第２コンプレッサ９５よりも上流側の第２上流吸気通路４０に合流させ、さらに、低圧ＥＧＲ通路１２１に低圧ＥＧＲクーラ１２２及び、低圧ＥＧＲバルブ１２３を介装すればよい。
【００３６】
また、過給機９１，９４は、２個である必要は無く、シングル過給機であってもよい。この場合は、排気マニホールド６１の二つの排気集合部６１Ａ、６１Ｂを一つに統合すればよい。
【００３７】
また、本実施形態の適用範囲は、直噴式エンジンに限定されず、他の内燃機関の吸排気系構造にも広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
Ｅ  エンジン
１０  エンジン本体部
１１Ａ  第１吸気ポート
１２Ｂ  第２吸気ポート
１３  排気ポート
２１  第１吸気マニホールド
２２  第２吸気マニホールド
４２  インタークーラ
６１  排気マニホールド
７０  高圧ＥＧＲ装置
７１  高圧ＥＧＲ通路
７２  高圧ＥＧＲクーラ
７３  高圧ＥＧＲバルブ
９１  第１過給器
９４  第２過給器
１００  ＥＣＵ
【図１】
2019120233.tif 000003
【図２】
2019120233.tif 000004