(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いて吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果を得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２４を設け、この旋回室２４に混合気導入配管２３および混合気導出通路２７を接続する。混合気導入配管２３を、吸気配管２１にＥＧＲガス導入配管４４を合流させた構成とする。混合気導入配管２３は、その導入口２３ａが旋回室２４に対しその接線方向に正接して接続されており、旋回室２４内に導入された混合気は旋回中心Ｌまわりに円滑な旋回流を形成する。混合気導出通路２７は、旋回室２４自体の内径ｄ１よりも径が絞られた内径ｄ２を有し、旋回流の旋回力（運動量）が相対的に小さい中心側領域Ｓ１に対応して配置されている。【選択図】      図３
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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形成部と、混合気導入通路および混合気導出通路を備え、
前記混合気導入通路は、前記ＥＧＲガスと前記吸入空気とが合流した後の混合気を前記旋回流形成部へ導入し、前記旋回流形成部は、その混合気の旋回流を形成させる構成であり、前記混合気導出通路は前記旋回流形成部において形成された旋回流の中心側領域から混合気を導出して前記吸気ポート側へ供給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、
前記旋回流形成部は、円筒形状を有する旋回室を備え、
前記混合気導入通路の導入口は、前記旋回室に導入された混合気に対して旋回力を付与する向きに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に記載のエンジンの吸気装置であって、
前記旋回流形成部は、円筒形状を有する旋回室と、この旋回室の内壁面に形成された螺旋状の溝部とを備え、前記溝部が前記旋回室に導入された混合気に対して旋回力を付与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。
【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力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通路を長くする必要があり、この吸気通路を搭載スペース上制約があるエンジンに適用するのが難しい。そこで、上記第２の技術を用いることが考えられる。ところが、上記第２の技術は吸気系の通路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）が低く旋回速度が低い場合には、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いて吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果を得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（新気）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、混合気導入通路および混合気導出通路が設けられている。
混合気導入通路は、ＥＧＲガスと吸入空気とが合流した後の混合気を旋回流形成部へ導入する構成を有する。具体的には、例えばＥＧＲガスを再循環させる配管と、吸入空気を供給する配管（スロットルバルブの下流の配管）とを旋回流形成部の上流で合流させた構成を用いる。
旋回流形成部は、混合気導入通路を通じて導入された混合気に旋回力を付与することで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。具体的には、混合気導入通路の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。これにより、旋回流形成部へ導入された混合気の経路を延ばし、また旋回流により混合力をアップさせることができるため、ＥＧＲガスと吸入空気との混合効果を促進させることができる。このような構成は、とりわけ搭載上制約があるエンジンにおいて吸気系の通路を長くすることなく所望の混合効果を得るのに有効である。
混合気導出通路は、吸気ポートの上流であって旋回流形成部の下流に設けられている。この混合気導出通路は、旋回流形成部において形成された旋回流の中心側領域から混合気を導出して吸気ポート側へ供給する通路である。例えば円筒形状に形成された旋回室の内径よりも径が絞られた内径の通路を混合気導出通路とし、この混合気導出通路の導出口を旋回流の中心側領域に配置する。これにより、旋回流の中心側領域から混合気導出通路を通じて混合気が導出されることとなる。ここでいう「中心側領域」とは、旋回流の中心部付近に形成される相対的に旋回力（運動量）の弱い領域をいう。なお、この中心側領域の外周側には、相対的に旋回力（運動量）の強い領域（外周側領域）が形成される。旋回流の中心側領域は外周側領域に比して旋回力が弱いため、中心側領域の混合気を混合気導出通路を通じて導出する本実施の形態によれば、一旦形成された旋回流の旋回力が弱まるのを極力抑えることができる。このような構成は、とりわけエンジン負荷（回転数）が低く旋回速度が小さい場合において旋回力が弱くなるのを抑えるのに特に有効である。
以上のように、請求項１に記載の発明によれば、吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果を得ることができる。すなわち、混合気の旋回速度が小さい場合には旋回力が弱まり吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果が得られ難いが、本発明によればこのような場合であっても吸入空気とＥＧＲガスとを十分に混合することが可能となる。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〕
また、請求項２に記載の吸気装置では、円筒形状を有する旋回室、この旋回室に接続された混合気導入通路等を用いて旋回流形成部を構成する。混合気導入通路は、その導入口が旋回室に導入された混合気に対して旋回力を付与する向きに配置されている。例えば、旋回室の円筒部分の接線方向に混合気導入通路の導入口を接続する（混合気導入通路が旋回室に正接するように構成する）。これにより、旋回室内に導入された混合気は、旋回室の内壁面に沿って流れることで旋回力が付与され旋回流を形成する。そして、旋回流の中心側領域から混合気導出通路を通じて混合気が導出され吸気ポート側へ供給される。
以上のように、請求項２に記載の発明によれば、旋回室と混合気導入通路とを好適に接続することで、旋回室に導入された混合気に対し旋回力を付与し易い構成を実現することができる。
【０００８】
〔請求項３に記載の発明〕
また、請求項３に記載の吸気装置では、円筒形状を有する旋回室旋回室、この旋回室に接続された混合気導入通路等を用いて旋回流形成部を構成する。混合気導入通路は、例えば旋回室の円筒部分の接線方向に接続されるのが好ましい。本発明では、特に旋回室の内壁面に螺旋状の溝部を設けたことを特徴とする。このような溝部は、旋回室に導入された混合気を溝部内に導いて流通させることでその混合気を旋回させる機能を有する。これにより、旋回室内に導入された混合気は、溝部に沿って流れることで旋回力が付与され旋回流を形成する。そして、旋回流の中心側領域から混合気導出通路を通じて混合気が導出され吸気ポート側へ供給される。
以上のように、請求項３に記載の発明によれば、旋回室の内壁に溝部を設けることで、旋回室に導入された混合気に対し旋回力を付与し易い構成を実現することができる。
【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４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２４の配置を示す斜視図である。図３は図１中の旋回室２４を上方からみた様子を示す図であり、図４はその旋回室２４を側面からみた様子を示す図である。
【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、混合気導入配管２３、旋回室２４、サージタンク２５、吸気枝管（インテークポート）２６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は後述するＥＧＲユニット４０のＥＧＲガス導入配管４４と合流する構成であり、その合流箇所の下流に混合気導入配管２３が接続されている。この混合気導入配管２３によって本発明における混合気導入通路が形成されている。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。混合気導入配管２３は、吸入空気とＥＧＲガスとの混合気を旋回室２４へ導入する通路である。旋回室２４は、吸入空気とＥＧＲガスとの混合気に対し旋回力を付与する構成を有する。また、この旋回室２４において旋回流が付与された混合気は、サージタンク２５へ送られ、更に吸気枝管２６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を通じて吸気配管２１内を流れる吸入空気と合流する。
【００１４】
ここで、前記の旋回室２４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、混合気導入配管２３、吸気枝管２６、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２４の２箇所に混合気導入配管２３が接続され、またサージタンク２５の両側には各バンクに対応した吸気枝管２６が６本づつ接続されている。なお、前記吸気枝管２６の他端は、各バンクの燃焼室に連なるようにシリンダヘッドに形成された吸気ポートに接続される。これにより、各吸気配管２１に導入された吸入空気（新気）は、各々ＥＧＲガス導入配管４４から導入されたＥＧＲガスと合流し混合気を形成したのち、混合気導入配管２３を通じて旋回室２４へ供給されることとなる。
【００１５】
図３および図４に示すように、旋回室２４はその上面２４ａが塞がれた有底の円筒形状（内径ｄ１）に形成されている。この旋回室２４に対しその接線方向に正接して各混合気導入配管２３の導入口２３ａが接続されている。これにより、円筒形状の旋回室２４内に導入された混合気は、旋回中心Ｌまわりに円滑な旋回流を形成する。このような旋回流が形成することで、混合気の混合効果を向上させることができる。すなわち、混合気を旋回させることでその混合距離が延び、また混合気に対し旋回力を付与することでその混合力がアップすることとなる。このような混合気導入配管２３および旋回室２４等によって、本発明における旋回流形成部が構成されている。
【００１６】
更に、本実施の形態では、旋回室２４の下面２４ｂ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。すなわち、この混合気導出通路２７は、旋回室２４とサージタンク２５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２４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２４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２４内で旋回流が付与された混合気のうち中心側領域Ｓ１の混合気が、混合気導出通路２７を通じてサージタンク２５、次いで吸気枝管２６へ供給されることとなる。旋回室２４内に形成された旋回流の旋回力（運動量）は、外周側領域Ｓ２よりも中心側領域Ｓ１の方が弱いため、中心側領域Ｓ１から混合気導出通路２７を通じて混合気を導出する本実施の形態によれば、旋回室２４内における混合気の旋回流が弱まるのを極力抑えることができる。例えば混合気の流速が小さい場合であっても、中心側領域Ｓ１から混合気が導出されるため、旋回室２４内に導入された直後の混合気がサージタンク２５側に引き出されることを防止でき、混合気を旋回室２４内で十分に旋回させることができる。
なお、混合気導出通路２７の内径ｄ２、あるいは旋回室２４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２４に形成される旋回流の状態や、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。
【００１７】
以上のように、本実施の形態によれば、吸気枝管２６の上流において吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果を得ることができる。すなわち、旋回室２４の円筒部分の接線方向に混合気導入配管２３の導入口２３ａを接続することで、旋回室２４内に所望の旋回流を形成させ、また混合気導出通路２７の導出口２７ａを旋回流の中心側領域Ｓ１に配置することで、混合気の流速が小さい場合であっても旋回室２４内に一旦形成された旋回流が弱まるのを極力阻止することができる。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。
【００１８】
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。
【００１９】
（Ａ）上記実施の形態の旋回室２４にかえて、例えば図５および図６に示すような構成の旋回室１２４を用いることもできる。ここで、図５は別の実施の形態の旋回室１２４を側面からみた様子を示す図である。また、図６は図５中の旋回室１２４の縦断面を部分的に示す図である。なお、図５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５および図６に示すように、旋回室１２４の内壁面１２４ａには螺旋状の溝部１２８が形成されている。これにより、旋回室１２４内に導入された混合気は、溝部１２８に沿って流れることで旋回力が付与され旋回室１２４内に旋回流を形成する。すなわち、この実施の形態は、旋回室１２４自体が旋回流を形成させる形状に形成されている。そして、旋回流の中心側領域Ｓ１から混合気導出通路２７を通じて混合気が導出され吸気枝管２６側へ供給される。このような構成によっても、本実施の形態の旋回室２４と同様の作用効果を奏することとなる。すなわち、旋回室１２４内に形成された旋回流の旋回力（運動量）は、外周側領域Ｓ２よりも中心側領域Ｓ１の方が弱いため、中心側領域Ｓ１から混合気導出通路２７を通じて混合気を導出することで、旋回室１２４内に一旦形成された旋回流が弱まるのを極力阻止することができる。
【００２０】
（Ｂ）また、上記実施の形態では、旋回室２４と混合気導入配管２３との接続態様、あるいは旋回室１２４自体の構成によって所望の旋回流を形成する場合について記載したが、混合気の旋回流を形成させる構成は必要に応じて種々変更可能である。例えば、混合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流を形成される構成を用いることもできる。
【００２１】
（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。
【００２２】
【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を有するエンジンの吸気装置につき、吸気ポートの上流領域において吸入空気とＥＧＲガスとの確実な混合効果を得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２４の配置を示す斜視図である。
【図３】図１中の旋回室２４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２４を側面からみた様子を示す図である。
【図５】別の実施の形態の旋回室１２４を側面からみた様子を示す図である。
【図６】図５中の旋回室１２４の縦断面を部分的に示す図である。
【符号の説明】
１０…エンジン本体
２０…吸気装置
２１…吸気配管
２２…ディーゼルスロットルバルブ
２３…混合気導入配管
２３ａ…導入口
２４…旋回室
２５…サージタンク
２６…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
１２４…旋回室
１２４ａ…内壁面
１２８…溝部
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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