(57)【要約】【課題】排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成のエンジンの吸気装置につき、吸気ポートの上流領域における吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進するのに有効な技術を提供する。【解決手段】エンジンの吸気装置において、吸気ポートの上流に円筒形状を有する旋回室２３を設け、この旋回室２３に吸気配管２１およびＥＧＲガス導入配管４４を接続する。吸気配管２１は、旋回室２３の側面であってその高さ方向に関しほぼ中央位置に接続され、しかもその接続位置において導入口２１ａが旋回室２３の接線方向に向けて正接するように配置されている。ＥＧＲガス導入配管４４は、旋回室２３の高さ方向に関しほぼ中央位置に接続され、しかもその中央位置において導入口４４ａが、斜め上方、すなわち混合気導出通路２７の導出口２７ａから遠ざかる方向へ向けられている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させるエンジンにつき、前記ＥＧＲガスと吸入空気との混合気を吸気ポートへ供給する構成を有する吸気装置であって、
前記吸気ポートの上流に、旋回流を形成させる旋回流形成部と、この旋回流形成部に接続された吸入空気導入通路およびＥＧＲガス導入通路が設けられており、
前記吸入空気導入通路は、前記吸入空気を前記旋回流形成部へ導入し、前記ＥＧＲガス導入通路は、前記旋回流形成部のうち前記旋回流による運動量が相対的に大きい箇所に前記ＥＧＲガスを導入するように構成されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの吸気装置であって、
前記ＥＧＲガス導入通路は、その導入口が前記旋回流形成部の導出口から遠ざかる方向に向けて配置されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの吸気装置であって、
前記ＥＧＲガス導入通路は、その導入口が前記旋回流形成部の複数箇所に接続されていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気装置に係り、詳しくは、排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成のエンジンにつき、ＥＧＲガスと吸入空気との混合気を吸気ポートへ供給する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ排出量の低減を図るために排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成が公知である。
ところで、この種のエンジンを効率的に運転するために、気筒（燃焼室）間におけるＥＧＲ率（吸入空気とＥＧＲガスとの混合気中におけるＥＧＲガスの割合）のばらつきを低減させたいという要請がある。
そこで、上記の要請に応えるべく、吸入ポートよりも上流側の領域において吸入空気とＥＧＲガスとを十分に混合し均一な濃度の混合気とする技術が種々提案されている。例えば、吸入空気とＥＧＲガスが合流する箇所から吸入ポートへ至るまでの経路を長くするという第１の技術がある。この第１の技術を用いると、吸入空気とＥＧＲガスとの混合距離（ミキシング距離）を延ばすことが可能となる。また、吸入空気とＥＧＲガスとの混合気が流通する上流側配管および下流側配管を略直交かつオフセットさせて連結し混合気に旋回流を付与するという第２の技術（例えば、特許文献１参照。）がある。この第２の技術を用いると、吸入空気とＥＧＲガスとの混合距離を延ばすとともに混合力をアップさせることが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−７３８８２号公報（図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１の技術を用いると吸気系の配管を長くする必要があり、この吸気配管を近年小型化の要請の強いエンジンに適用するのが難しい。また、上記第１の技術を用いると吸入空気とＥＧＲガスとの合流箇所が吸入空気側のディーゼルスロットルバルブに近づくことなり、このディーゼルスロットルバルブがＥＧＲガスの吹き返しによる影響を受けることが懸念される。また、上記第２の技術は吸気系の配管が長くなるのを抑えるのには有効であるものの、気筒（燃焼室）間におけるＥＧＲ率のばらつきを所定のレベルにまで確実に低減させるのには限界がある。すなわち、例えばエンジン負荷（回転数）が低く旋回流速が低い場合には、一旦形成された旋回流がその流れ方向（導出側）へ引かれ旋回流が弱まり易い。このような場合には、吸入空気とＥＧＲガスとが十分に混合された混合気を形成するのが難しい。
そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成のエンジンの吸気装置につき、吸気ポートの上流領域における吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進するのに有効な技術を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のエンジンの吸気装置は、請求項１〜３に記載のように構成される。これら各請求項に係る発明は、例えばディーゼルエンジンのように排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成のエンジンに適用され得る。
【０００６】
〔請求項１に記載の発明〕
請求項１に記載した吸気装置は、排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させるエンジンに適用されるものであり、例えばディーゼルエンジンに設置される。この吸気装置は、ＥＧＲガスと吸入空気との混合気（混合ガス）を吸気ポートへ供給する構成を有する。
本発明では、吸気ポートの上流に、旋回流形成部と、この旋回流形成部に接続された吸入空気導入通路およびＥＧＲガス導入通路が設けられている。すなわち、本発明では、吸入空気導入通路およびＥＧＲガス導入通路は各々別個に旋回流形成部に接続されるようになっている。これにより、旋回流形成部よりも上流側において吸入空気とＥＧＲガスとを合流させる構成において懸念されるＥＧＲガスの吹き返しによる影響を回避することができる。
旋回流形成部は、導入された流体の旋回流を形成させる機能を有し、例えば円筒形状の旋回室を用いて構成される。
吸入空気導入通路は、例えばスロットルバルブの下流の配管を旋回流形成部に接続した構成を有する。このとき、吸入空気導入通路を、旋回流形成部に導入された吸入空気が旋回流を形成するように構成する。具体的には、例えば吸入空気を導入する導入口を旋回室の円筒部分の接線方向に向けて配置する。
ＥＧＲガス導入通路は、排気ガスを吸気系へ循環させる配管を旋回流形成部側に接続した構成を有する。すなわち、その配管を旋回流形成部に直接接続する構成であってもよいし、例えばその配管と旋回流形成部との間にＥＧＲガスの拡散領域を設ける構成であってもよい。本発明では、ＥＧＲガス導入通路を、その通路によって旋回流形成部のうち吸入空気の旋回流による運動量が相対的に大きい（旋回流の流が速い）箇所にＥＧＲガスが導入される構成とする。例えば、円筒形状の旋回室を用いて旋回流形成部を構成する場合、旋回流による運動量は旋回室の外周側領域が相対的に大きく、旋回室の中心側領域が相対的に小さくなる。
また、その外周側領域のうち旋回室の高さ方向に関する中央位置に旋回流による運動量の大きい箇所が集中し易い。従って、円筒形状の旋回室にＥＧＲガスを導入する場合には、旋回室の外周側領域であってその旋回室の高さ方向に関する中央位置にＥＧＲガスの導入口を設置する。このような構成により、旋回室へ導入されたＥＧＲガスが旋回室内を旋回する吸入空気と作用することで、吸入空気とＥＧＲガスとの強い流れ干渉が発生し乱流度合いが増すため、この乱流による拡散効果によってＥＧＲガスが吸入空気中に効果的に拡散する。これにより、搭載上制約があるエンジンにおいても吸入空気とＥＧＲガスとが十分に混合された混合気を旋回流形成部で形成させることができる。とりわけ、エンジン負荷（回転数）が高い場合には、旋回流形成部における吸入空気の旋回流が発達するため、吸入空気とＥＧＲガスとの混合効果が更に促進される。なお、旋回流形成部の構成によっては、旋回流による運動量が相対的に大きい箇所が必ずしも旋回室の高さ方向に関する中央位置になるとは限らない。従って、ＥＧＲガスの導入口の設置箇所は、旋回流形成部の構成を勘案したうえで定める。例えば、旋回流形成部における旋回流の状態を予め流動解析等によって検討したうえでＥＧＲガスの導入口の設置箇所を定めるのが好ましい。
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、吸気ポートの上流領域において吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進することができる。これにより、運転条件等に関わらず気筒（燃焼室）間におけるＥＧＲ率（吸入空気とＥＧＲガスとの混合割合）のばらつきを低減させることができる。
【０００７】
〔請求項２に記載の発明〕
ここで、請求項１に記載のＥＧＲガス導入通路は、請求項２に記載のようにその導入口が旋回流形成部の導出口から遠ざかる方向に向けて配置されるのが好ましい。具体的には、例えば円筒形状の旋回室の下方に導出口が設けられている場合、旋回室の側方から斜め上方に向けてＥＧＲガスの導入口を配置する。これにより、旋回流形成部へ導入されたＥＧＲガスが旋回流形成部の導出口から導出されるまでの時間（経路長さ）をのばすことができ、その間における吸入空気とＥＧＲガスとの混合を極力促進させることができる。エンジン負荷（回転数）が低い場合には、吸入空気の旋回流速が低くなるためＥＧＲガスは吸入空気中に十分に拡散することなく短絡流れによって導出口から導出され易くなる。そこで、本発明のようにＥＧＲガスの導入口を旋回流形成部の導出口から遠ざかる方向に向けて配置する構成によれば、このような場合であってもＥＧＲガスの短絡流れを発生するのを極力阻止することができる。
【０００８】
〔請求項３に記載の発明〕
また、請求項１，２に記載のＥＧＲガス導入通路は、請求項３に記載のようにその導入口が旋回流形成部の複数箇所に接続されるのが好ましい。このような構成では、ＥＧＲガスが複数の経路によって分散されて旋回流形成部へ導入されることとなる。これにより、吸入空気中へのＥＧＲガスの拡散効果を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態を図１〜図５を用いて説明する。なお、本実施の形態は本発明をＶ型のディーゼルエンジンに適用したものである。ここで、図１は本実施の形態のエンジン１００の構成を模式的に示す図である。図２は図１中の旋回室２３の配置を示す斜視図である。図３は図１中の旋回室２３を上方からみた様子を示す図であり、図４はその旋回室２３を側面からみた様子を示す図である。図５は旋回室２３内における旋回流の様子と、旋回室２３内へのＥＧＲガスの導入口４４ａの配置との関係を示す図である。
【００１０】
図１に示すように本実施の形態のエンジン１００は、エンジン本体１０、吸気系に配置された吸気装置２０、排気系に配置された排気装置３０、ＥＧＲ（イグゾースト・ガス・リサイキュレーション）ユニット４０等を備えている。このエンジン１００は、特に図示しないものの、左右のバンクがＶ型に配置されたＶ型のディーゼルエンジンである。
【００１１】
吸気装置２０は、エンジン本体１０の各燃焼室（図示省略）へ吸気ガス（本実施の形態では、吸入空気（新気）とＥＧＲガスとの混合気（混合ガス））を導入する構成を有する。この吸気装置２０は、吸気配管２１、ディーゼルスロットルバルブ２２、旋回室２３、サージタンク２４、吸気枝管（インテークポート）２５等を備えている。吸気配管２１は、外部から導入した吸入空気（新気）をエンジン本体１０へ供給するための通路である。この吸気配管２１が本発明における吸入空気導入通路を形成している。ディーゼルスロットルバルブ２２は、吸気配管２１内に配置されてこの吸気配管２１内を流れる吸入空気（新気）の流量を調節するバルブであり、例えば所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞るように制御される。吸気配管２１を通じて旋回室２３へ導入された吸入空気は、後述するＥＧＲガス導入配管４４を通じて旋回室２３へ導入されたＥＧＲガスと旋回室２３内で合流する構成になっている。また、この旋回室２３において混合された吸入空気とＥＧＲガスとの混合気は、サージタンク２４へ送られ、更に吸気枝管２５を通じてエンジン本体１０の各燃焼室へ分配して供給されるようになっている。
【００１２】
排気装置３０は、排気枝管３１、排気通路３２等を備えている。エンジン本体１０の各燃焼室から排出された排気ガスは、排気枝管３１を通じて排気通路３２へ導出されるようになっている。排気通路３２の排気ガスは、その下流側に設置されたＮＯｘ触媒（図示省略）等によって所定の排気浄化処理がなされたのち大気へ排気される。
【００１３】
ＥＧＲユニット４０は、ＮＯｘ排出量の低減を図るために設置される。このＥＧＲユニット４０は、エンジン本体１０の各燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気装置２０へ再循環させる排気循環通路４１を備えている。この排気循環通路４１には、ＥＧＲクーラー４２、ＥＧＲバルブ４３等が配置されている。ＥＧＲクーラー４２は、排気循環通路４１を流れる高温のＥＧＲガスの冷却を行う。ＥＧＲバルブ４３は、排気循環通路４１を流れるＥＧＲガスの流量を調整する機能を有する。このＥＧＲバルブ４３によって流量調整されたＥＧＲガスは、その下流のＥＧＲガス導入配管４４を通じて旋回室２３へ導入される。
【００１４】
ここで、前記の旋回室２３およびその周辺の構成を図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。
図２に示すように、本実施の形態では、吸気配管２１、吸気枝管２５、およびＥＧＲガス導入配管４４が左右のバンクの各々に対応して設けられている。旋回室２３の２箇所に吸気配管２１が接続され、またサージタンク２４の両側には各バンクに対応するシリンダヘッドの吸気ポートに連結される吸気枝管２５が６本づつ接続されている。
【００１５】
図３および図４に示すように、旋回室２３はその上面２３ａが塞がれた有底の円筒形状（内径ｄ１）に形成されている。また旋回室２３はその下面２３ｂが開口しており、この開口部に混合気導出通路２７の導出口２７ａが接続されている。各吸気配管２１は、旋回室２３の側面であってその高さ方向（図４中の上下方向）に関しほぼ中央位置に接続され、しかもその接続位置において導入口２１ａが旋回室２３の接線方向に向けて正接するように配置されている。これにより、円筒形状の旋回室２３内に導入された吸入空気に旋回力が付与され、旋回中心Ｌまわりに吸入空気の円滑な旋回流が形成されることとなる。
【００１６】
一方、ＥＧＲガス導入配管４４は、図４に示すように、旋回室２３の高さ方向（図４中の上下方向）に関しほぼ中央位置に接続され、しかもその中央位置において導入口４４ａが、斜め上方（旋回室２３の上面２３ａ側）、すなわち混合気導出通路２７の導出口２７ａから遠ざかる方向へ向けられている。これにより、斜め上方の速度成分を主体とするＥＧＲガスが旋回室２３内へ供給されることとなる。このＥＧＲガス導入配管４４によって本発明におけるＥＧＲガス導入通路が形成されている。
【００１７】
混合気導出通路２７は、旋回室２３とサージタンク２４とを連通させる通路である。また、この混合気導出通路２７は、旋回室２３自体の内径ｄ１よりも径が絞られた内径ｄ２（＜ｄ１）を有し、旋回室２３の中心側領域Ｓ１に対応して配置されている。従って、旋回室２３内で旋回流が付与された混合気のうち主に中心側領域Ｓ１の混合気が、混合気導出通路２７を通じてサージタンク２４、次いで吸気枝管２５へ供給されることとなる。このような構成により、旋回する混合気に作用する遠心力と、混合気に作用する負圧とが反することになり、旋回力が弱まるのを抑えることができる。なお、この混合気導出通路２７の内径ｄ２、あるいは旋回室２３の内径ｄ１と混合気導出通路２７の内径ｄ２との比率は、例えば旋回室２３に形成される吸入空気の旋回流の状態や、エンジンの運転状態等に応じて適宜設定することができる。
【００１８】
ここで、上記構成の旋回室２３内における吸入空気とＥＧＲガスとの混合態様を、図５を参照しながら説明する。
各吸気配管２１は、旋回室２３に対し前記のような接続形態で接続されているため、旋回室２３内には例えば図５中に示すような旋回流が形成されることとなる。すなわち、旋回室２３と、この旋回室２３に旋回流を形成させるように接続された吸気配管２１とによって本発明における旋回流形成部が構成されている。
この旋回流による運動量は、旋回室２３の外周側領域Ｓ２側が相対的に大きく、旋回室２３の中心側領域Ｓ１側が相対的に小さくなる。また、図５中に斜線で示すように、外周側領域Ｓ２の中では、旋回室２３の高さ方向に関する中央位置の方が上下位置に比して旋回流による運動量の大きい箇所が集中し易くなる。
【００１９】
本実施の形態では、前記のように旋回室２３の高さ方向に関する中央位置にＥＧＲガス導入配管４４が接続され、しかもその導入口４４ａが斜め上方に向けられているため、旋回室２３内へ導入されたＥＧＲガスは斜め上方への流れ（図５中の実線矢印）が主体となる。このＥＧＲガスは、旋回室２３内で旋回流が形成された吸入空気と作用することで、吸入空気とＥＧＲガスとの強い流れ干渉が発生し乱流度合いが増すため、この乱流による拡散効果によって吸入空気中に効果的に拡散する。
しかも、旋回室２３内へ導入されたＥＧＲガスの流れは、混合気導出通路２７の導出口２７ａから遠ざかる方向の流れであるため、導出口２７ａから導出されるまでの時間（経路長さ）をのばすことができる。これにより、その間における吸入空気とＥＧＲガスとの混合を極力促進させることができる。エンジン負荷（回転数）が低い場合には、吸入空気の旋回流速が低くなるためＥＧＲガスは吸入空気中に十分に拡散することなく短絡流れ（図５中の破線矢印）によって導出口から導出され易くなる。そこで、本実施の形態のようにＥＧＲガスを斜め上方へ向けて導入することで、このような場合であってもＥＧＲガスの短絡流れが形成されるのを極力阻止することができる。
なお、旋回室２３に対するＥＧＲガス導入配管４４の接続態様は、旋回室２３内における旋回流の状態を予め流動解析等によって検討したうえで定めることができる。
【００２０】
以上のように、本実施の形態によれば、旋回室２３のうち吸入空気の旋回流による運動量が相対的に大きい外周側領域Ｓ２へＥＧＲガスを導入する構成としたため、吸気枝管２５の上流領域において吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進することができる。また、ＥＧＲガス導入配管４４の導入口４４ａを、混合気導出通路２７の導出口２７ａから遠ざかる方向に向けて配置したため、エンジン負荷（回転数）が低く吸入空気の旋回流速が低い場合に特に効果的である。また、本実施の形態によれば、混合気導出通路２７の内径ｄ２を旋回室２３自体の内径ｄ１よりも絞ることで旋回室２３内に一旦形成された吸入空気の旋回流が弱まるのを抑えることができる。上記のような効果により、運転条件等に関わらず気筒（燃焼室）間におけるＥＧＲ率（吸入空気とＥＧＲガスとの混合割合）のばらつきを低減させることができる。
また、本実施の形態では、吸気配管２１およびＥＧＲガス導入配管４４は各々別個に旋回室２３に接続されるようになっているため、旋回室２３よりも上流側において吸入空気とＥＧＲガスとを合流させる構成において懸念されるＥＧＲガスの吹き返しによる影響を回避することができる。
【００２１】
なお、本発明は上記の実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
【００２２】
（Ａ）上記実施の形態の旋回室２３まわりの構成は必要に応じて種々変更可能であり、例えば図６や図７に示す実施の形態を用いることもできる。ここで図６および図７は、いずれも別の実施の形態を示す図である。これらの図において図４に示す要素と同一の要素には同一の符号を付している。
図６に示す実施の形態では、旋回室２３の２箇所にＥＧＲガス導入配管４４が接続される構成になっている。ＥＧＲガス導入配管４４を旋回室２３の複数箇所に接続する構成を用いることで、ＥＧＲガスが複数の経路によって分散されて旋回室２３へ導入されることとなるため、吸入空気中へのＥＧＲガスの拡散効果を高めることができる。また、各ＥＧＲガス導入配管４４は、旋回室２３の高さ方向に関しほぼ中央位置に接続され、しかもその中央位置において導入口４４ａが水平方向に向けられている。導入口４４ａを水平方向に向ける場合は、エンジン負荷（回転数）が高く吸入空気の旋回流速が高いときに有効である。図６に示す実施の形態から、図４においてＥＧＲガス導入配管４４を旋回室２３の複数箇所に接続する構成や、導入口４４ａを水平方向に向けて配置する構成等を想到することができる。
図７に示す実施の形態では、旋回室２３の上部にＥＧＲガス導入配管４４に接続された分散室５０が設置されている。この分散室５０は、その下面に複数の分散孔５１を備えている。この分散孔５１は、図４中の外周側領域Ｓ２（斜線部分）に向けて配置されている。この分散室５０およびＥＧＲガス導入配管４４等によって本発明におけるＥＧＲガス導入通路が形成されている。このような構成によれば、ＥＧＲガスが複数の分散孔５１によって分散されて旋回室２３へ導入されることとなるため、吸入空気中へのＥＧＲガスの拡散効果を高めることができる。
【００２３】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、旋回室２３と、この旋回室２３に接続された吸気配管２１との接続態様を用いて、旋回室２３内に旋回流を形成させる場合について記載したが、例えば旋回室２３へ導入された吸入空気に作用する可動部材を設け、この可動部材を作動させることで旋回室２３内に旋回流を形成させるような構成を用いることもできる。
【００２４】
（Ｃ）また、上記実施の形態では、Ｖ型のディーゼルエンジンの吸気装置について記載したが、排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる各種のエンジンに本発明を適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気系の排気ガスをＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させる構成のエンジンの吸気装置につき、吸気ポートの上流領域における吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進することができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態のエンジン１００の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１中の旋回室２３の配置を示す斜視図である。
【図３】図１中の旋回室２３を上方からみた様子を示す図である。
【図４】図１中の旋回室２３を側面からみた様子を示す図である。
【図５】旋回室２３内における旋回流の様子と、旋回室２３内へのＥＧＲガスの導入口４４ａの配置との関係を示す図である。
【図６】別の実施の形態を示す図である。
【図７】別の実施の形態を示す図である。
【符号の説明】
１０…エンジン本体
２０…吸気装置
２１…吸気配管
２１ａ…導入口
２２…ディーゼルスロットルバルブ
２３…旋回室
２４…サージタンク
２５…吸気枝管
２７…混合気導出通路
２７ａ…導出口
３０…排気装置
３１…排気枝管
３２…排気通路
４０…ＥＧＲユニット
４１…排気循環通路
４４…ＥＧＲガス導入配管
１００…エンジン
Ｓ１…中心側領域
Ｓ２…外周側領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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