(57)【要約】【課題】大量のＥＧＲを均一に混合させて、各気筒へのＥＧＲ分配性向上を図るとともに、高温のＥＧＲの温度を十分に低下させてから各気筒へ供給する。【解決手段】各気筒につながる吸気マニホルドに連通するコレクタ１と、コレクタ１の端部に連結され、コレクタの反対端側に吸気入口を有し、エンジン上方に配置される吸気ダクト２と、吸気ダクト２の上流部に取付けられ、外部還流路６を介してＥＧＲを吸気ダクト２に導入するＥＧＲバルブ３と、ＥＧＲバルブ３の上流に位置して吸気ダクト２に連結されるスロットルチャンバ４とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒につながる吸気マニホルドに連通するコレクタと、
このコレクタの端部に連結され、かつコレクタの反対端部に向けて延び、エンジン上方に配置される吸気ダクトと、
前記吸気ダクトの上流部に取付けられ、排気系から外部還流路を介してＥＧＲを吸気ダクトに導入するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲバルブの上流に位置して前記吸気ダクトの吸気入口に連結されるスロットルチャンバと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記外部還流路には、前記ＥＧＲバルブよりも上流に位置してＥＧＲクーラが備えられることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項３】
前記吸気ダクトは軽量かつ高剛性な材料で構成され、かつブラケットを介してエンジン本体に支持固定されると共に、前記ＥＧＲバルブおよびスロットルチャンバは、前記吸気ダクトに直接に結合、支持されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記コレクタと前記吸気ダクトは、一体部品で構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに一つに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲバルブの開口部中心軸は、前記吸気ダクトの主流中心軸に対してオフセットしていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに一つに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
前記吸気ダクトは、熱伝導性の高い材料で構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項７】
前記吸気ダクトの外周部に、放熱フィンを具備したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気の一部を吸気中に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に対する関心の高まりから、内燃機関に高出力を要求されない通常の運転時におけるＣＯ２の排出量低減あるいはＮＯｘの排出量低減を狙って、排気の一部を吸気系に戻す排気還流装置（ＥＧＲ装置）が種々提案されている。
【０００３】
従来の排気還流装置としては、たとえば特許文献１にあるようなものが知られている。これは、排気系から外部還流路を介して排気（ＥＧＲ）を吸気系のスロットルバルブ下流でかつコレクタ上流に導入する排気還流装置であって、外部還流路から吸気管へのＥＧＲ導入口を、吸気管断面の円周接線方向よりＥＧＲが流入するように設置することにより、ＥＧＲ流入方向が相対するクロスフローとなっている。これにより、ＥＧＲと新気を十分に混合させることが可能になり、各気筒間のＥＧＲ分配のバラツキが低減されるとともに、スロットルバルブに対するデポジットの形成防止を両立することができる。
【０００４】
また、他の従来の排気還流装置としては、特許文献２のようなものが知られている。これは、新気の通路を一部分岐し、分岐通路から流入する新気と排気還流路から排気を吸気系に還流させる通路とを合流させることで、予め新気とＥＧＲとを混合させ、この混合ガスをコレクタ導入口へ流入させることにより、ＥＧＲの温度を低下させ、かつ混合促進による気筒間のＥＧＲ分配バラツキ低減を図っているものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２１０５５９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１８２６２６号公報
【０００６】
【発明の解決すべき課題】
しかしながら近年の内燃機関、特にディーゼル機関においては、大量のＥＧＲを還流させることによる低ＮＯｘ領域拡大が必要となっており、その還流率はシリンダに吸入される全ガス量に対して３０％〜４０％以上もの量が要求される。このため、大量のＥＧＲを均一に混合させて、各気筒へのＥＧＲ分配性向上を図るだけでなく、高温のＥＧＲの温度を十分に低下させてから各気筒へ供給することが必要とされている。
【０００７】
ここで、たとえば特許文献１の技術を適用した場合、ガソリン機関で要求されるようなＥＧＲ還流率１５％程度であれば、分配性確保に対して非常に有効であるものの、ディーゼル機関に適用した場合にはその要求還流率が２倍以上になるため、十分に混合させることが難しくなる。
【０００８】
また特許文献２の技術を適用した場合、分岐通路から流入する新気と予め混合してから、下流にあるコレクタに混合ガスを供給するため、要求ＥＧＲ流量が比較的低い運転条件時には新気と十分に混合された混合ガスが供給できるものの、大量ＥＧＲが要求される運転条件では、分岐通路に流入する新気が極度に低下し、排気還流路から供給される高温のＥＧＲが、新気と混合されずにそのままコレクタに流入してしまうことになるため、温度を低下させることができない上に、分配性が著しく低下してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、大量のＥＧＲを均一に混合させて、各気筒へのＥＧＲ分配性向上を図るだけでなく、高温のＥＧＲの温度を十分に低下させてから各気筒へ供給するようにした内燃機関の排気還流装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各気筒につながる吸気マニホルドに連通するコレクタと、このコレクタの端部に連結され、かつコレクタの反対端部に向けて延び、エンジン上方に配置される吸気ダクトと、前記吸気ダクトの上流部に取付けられ、排気系から外部還流路を介してＥＧＲを吸気ダクトに導入するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブの上流に位置して前記吸気ダクトの吸気入口に連結されるスロットルチャンバとを備える。
【００１１】
【作用・効果】
したがって、ＥＧＲを吸気ダクト上流から導入して長い吸気ダクトを流れる間に十分に新気と混合する期間を確保することができ、各気筒間のＥＧＲ分配性を向上できるとともに、吸気ダクトがエンジン上部に配置されることにより、車両走行時の走行風が吸気ダクトに直接当たるため、高温のＥＧＲを含む新気との混合気が吸気ダクト通過中に冷却され、エンジンの各気筒により低温のＥＧＲの供給が可能となる。
【００１２】
【実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る内燃機関の排気還流装置を、ＦＲ縦置きレイアウト用の６気筒Ｖ型ディーゼル機関に適用した第１の実施形態の構成を示すシステム構成図である。
【００１４】
図中のエンジン２０は、コレクタ１、吸気ダクト２、ＥＧＲバルブ３、スロットルチャンバ４、シリンダヘッド５、排気系からの外部還流路６、ＥＧＲクーラ７などを備えている。なお、本構成においては図中左側がエンジン２０の前側としている。
【００１５】
エンジン２０の両バンクの間に配置されるコレクタ１は、各気筒へ繋がる図示しない吸気マニホルドと連結し、コレクタ１のエンジン後側の一端にコレクタ１の吸気入口が形成されている。エンジン後側からコレクタ１の前側に廻り込むようにして、コレクタ１の吸気入口に吸気ダクト２が連結されるとともに、吸気ダクト２はエンジン上部、すなわち一方のバンクである、右バンクのシリンダヘッド５の上部に位置するように配置され、その吸気取入口はエンジン前側まで延長されている。なお、本実施形態における吸気ダクト２は、熱伝導性の良好なアルミ系材料により形成されている。
【００１６】
吸気ダクト２の上流部にはＥＧＲの導入部となるＥＧＲバルブ３が取付けられ、さらにその上流の吸気取入口にはスロットルチャンバ４が連結されている。スロットルチャンバ４の上流には、図示しない吸気系配管、エアクリーナが接続される。ＥＧＲは排気系と繋がる外部還流路６に導入され、外部還流路６はエンジン２０の左バンク外側を通ってエンジン前側を廻り込むように設置され、その途中に配置したＥＧＲクーラ７を経由して、右バンク外側において吸気ダクト２上流に取付けたＥＧＲバルブ３へと連結される。
【００１７】
図２に、吸気ダクト２、ＥＧＲバルブ３、スロットルチャンバ４の取り付け構造を示す。
【００１８】
スロットルチャンバ４はスロットルアクチュエータ１１と一体構成をなし、ガスケット１２を間に介してボルト１３により吸気ダクト２と結合支持される。
【００１９】
また、ＥＧＲバルブ３はガスケット２１を間に介在させてボルト２２により吸気ダクト２に直接的に結合支持される。ＥＧＲバルブ３とスロットルチャンバ４と一体となった吸気ダクト２は、その途中でボルト２３によりブラケット８と結合され、ブラケット８はボルト２４によりシリンダヘッド５に結合支持される構成となっている。
【００２０】
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。
【００２１】
本実施形態のディーゼル機関は大量のＥＧＲを還流させるため、通常のディーゼル機関では使用されないスロットルチャンバ４を設置し、大量のＥＧＲを導入する際にはスロットル開度を小さくして新気の流量を減少させてスロットルチャンバ４の下流側に負圧を発生させ、この負圧を利用してＥＧＲの流量を増大させることが可能な構成となっている。
【００２２】
図３の（ａ）はＥＧＲ導入部からコレクタ入口までの長さに対する、ＥＧＲと新気の混合状態、（ｂ）はおよび混合されたガスの温度を、それぞれ模式的に説明した図である。
【００２３】
図から明らかなように、新気との混合状態は、混合距離が伸びるにつれて均一性が高まり、ＥＧＲ還流率が大きくなるほどその影響は大きくなる。本実施形態のように大量のＥＧＲを必要とするディーゼル機関の場合、この混合するための距離の影響が非常に大きく、従来例の使用領域では十分に混合が進まず、気筒間の分配バラツキが大きくなってしまうため、ＮＯｘ排出量の増加が避けられなくなる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、ＥＧＲと新気とを混合するための距離を大きくとるために、ＥＧＲ導入部をコレクタ１のはるか上流となる吸気ダクト２の上流部に位置するように設置し、十分な混合距離を確保している。
【００２５】
また、吸気ダクト２に導入されたＥＧＲ温度についても、吸気ダクト２の外部へ放熱するための十分な距離が必要とされ、従来の使用領域では、高温のままコレクタ入口まで輸送されてしまい、その結果として低ＮＯｘ領域を高負荷側まで拡大することが困難となってしまう。そこで、吸気ダクト２の上流からＥＧＲを導入し、吸気ダクト２を通過する期間を長くして冷却効果を十分に活用することにより、大量のＥＧＲを均一に混合させて、各気筒へのＥＧＲ分配性向上を図るだけでなく、高温のＥＧＲの温度を十分に低下させてから各気筒へＥＧＲを供給することが可能となっている。
【００２６】
また、吸気ダクト２はエンジン上部、すなわちシリンダヘッド５の上部に位置するようレイアウトされている。車両走行時に図示しない車両前部のグリルから流入する走行風の流れは、エンジン前部に衝突した後、エンジン周囲方向に沿って流れて行くため、吸気ダクト２は走行風の流れの中に置かれることになる。このため、吸気ダクト２は走行風により冷却されることになり、吸気ダクト２の内部を通過するＥＧＲと新気の混合気を十分に冷却することが可能となっている。
【００２７】
また、ＥＧＲを導入する外部還流路６は、エンジン２０の左バンク外側を通ってエンジン前側を廻り込むように設置されているため、吸気ダクト２と同様に、走行風による冷却作用を効果的に受けて、高温のＥＧＲを冷却することが可能となっている。またその途中にＥＧＲクーラ７を設置することにより、さらに冷却効果を高めるとともに、走行風によるＥＧＲクーラ７自体への冷却効果も加えられることで、ＥＧＲの温度低下効果を十分に引き出すことができる。
【００２８】
なお、外部還流路６は、スロットルチャンバ４を駆動するスロットルアクチュエータ１１への加熱を防ぐため、スロットルアクチュエータ１１の下部を通らないよう避けながら、ＥＧＲバルブ３へと連結されている。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、各気筒につながる吸気マニホルドに連通するコレクタ１と、コレクタ１の一端に吸気出口が連結されるとともに、コレクタ２の反対端側に吸気入口を有し、エンジン上部に配置される吸気ダクト２と、吸気ダクト２の上流部に位置し、排気系から外部還流路６を介してＥＧＲを吸気ダクト２に導入するＥＧＲバルブ３と、このＥＧＲバルブ３の上流に位置するスロットルチャンバ４とを備えたことにより、ＥＧＲを吸気ダクト上流から導入して長い吸気ダクト２を流れる途中で十分に新気と混合する期間を確保することができ、各気筒間のＥＧＲ分配性を向上できるとともに、吸気ダクト２がエンジン上部に配置されることにより、車両走行時の走行風が吸気ダクト２に直接当たるため、高温のＥＧＲを含む新気との混合気が吸気ダクト通過中に冷却され、エンジン２０の各気筒により低温のＥＧＲが供給可能となる。
【００３０】
また、排気系からの外部還流路中であって、ＥＧＲバルブ３よりも上流にＥＧＲクーラ７を具備することで、新気との混合前にＥＧＲを冷却することが可能になり、大量のＥＧＲを還流した際にも、十分にＥＧＲの温度を低下させてから各気筒へ供給することが可能となる。
【００３１】
さらに吸気ダクト２は軽量かつ高剛性な材料で構成し、ＥＧＲバルブ３およびスロットルチャンバ４は、吸気ダクト２に直接結合、支持されるとともに、吸気ダクト２は、ブラケット８を介してエンジン本体に支持固定されることにより、重量の大きなＥＧＲバルブ３およびスロットルチャンバ４を確実に一体支持するとともに、ブラケット８により剛性の高いエンジン本体に直接的に支持することで、部品点数を削減して整備性を向上させるとともに、振動が発生するエンジンに対しても確実に重量部品を支持することが可能になる。
【００３２】
さらに、コレクタ４と吸気ダクト２は、一体部品構造とすることにより、部品点数の削減ができ、コスト低減が可能になる。
【００３３】
次に図４、図５を参照して第２の実施形態について説明する。
【００３４】
第２の実施形態は、第１の実施形態におけるＥＧＲ導入部と、吸気ダクト２の構成が異なっている。
【００３５】
吸気ダクト２は、コレクタ１とは、熱伝導性の高い素材により、一体成型された一部品として構成されている。このため、部品点数が削減されて、コストを低減させられ、かつ後述するように高温ＥＧＲの放熱性も高められる。
【００３６】
吸気ダクト２へ取り付けられるＥＧＲバルブ３の開口部３ａの位置関係を説明する。図示するように、ＥＧＲバルブ３の開口部中心軸が、吸気ダクト２内を流れる新気の主流中心軸に対してオフセットし、その接線方向から接続することにより、ＥＧＲバルブ３から流出するＥＧＲの主流が、新気の主流を取り巻くように螺旋状に流れていく。このため、コレクタ１の入口までのＥＧＲ移動距離が長くなり、さらに新気との混合を促進させることが可能となる。また、ＥＧＲの主流が通路の内周部に沿って螺旋状に流れることにより、温度の高いＥＧＲと温度の低い吸気ダクト内壁との大きな温度差により放熱効果が大きくなり、ＥＧＲの温度低下が促進されることになる。
【００３７】
また図５には、吸気ダクト２の断面図を示す。吸気ダクト２の外周部に放熱フィン２５を設置し、これにより温度の低い吸気ダクト２周囲の流れと接触する吸気ダクト外周部の面積が増大するので、より高い放熱効果が得られる。これにより、ＥＧＲを十分に冷却し、温度を低下させてからコレクタ１に新気との混合気を導入することが可能になる。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、ＥＧＲバルブ開口部中心軸は、主流中心軸に対してオフセットしていることにより、ＥＧＲの主流が新気の主流を取り巻くように流れ、コレクタ１までの移動距離が長くなり、この間の混合を促進するとともに、ＥＧＲの主流が通路内周部を螺旋状に流れるため、温度の高いＥＧＲと温度の低い吸気ダクト内壁との温度差が大きくなり、放熱効果が大きくなり、ＥＧＲの温度低下が促進される。
【００３９】
また、吸気ダクト２は、熱伝導性の高い材料で構成することにより、ＥＧＲの温度低下を促進させることが出来る。
【００４０】
さらに吸気ダクト２の外周部に、放熱フィン２５を具備することで、温度の低い吸気ダクト２まわりの冷却風と接触する吸気ダクト外周部の面積が増大するため、より高い放熱効果を得ることができる。
【００４１】
なお、本発明の実施形態においては、ＥＧＲクーラ７を具備した構成としているが、機関や車両の性格上、吸気ダクト２内における冷却により十分にＥＧＲ温度を低下させることができる場合には、ＥＧＲクーラ７を省略しても良い。また、高剛性で熱伝導性が高い材料であれば、吸気ダクト２の素材はアルミ材でなくとも、たとえば樹脂材料であっても同様な効果が得られる。また、本実施例はＶ型６気筒ディーゼル機関について説明を行っているが、これをＶ８型、Ｖ１２型、もしくは直列機関であっても同様な構成により適用することが可能であり、ガソリン機関であっても、大量のＥＧＲが必要な場合には、やはり同様な構成で適用可能である。
【００４２】
本発明は上記した実施形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】同じくその吸気系の分解斜視図である。
【図３】（ａ）と（ｂ）は、ＥＧＲ導入部からコレクタ入口までに長さとＥＧＲと新気の混合状態、並びに混合されたガスの温度状態をそれぞれ模式的に説明する図である。
【図４】第２の実施形態のＥＧＲ導入部の構成を示す断面図である。
【図５】同じく吸気ダクトの断面図である。
【符号の説明】
１  コレクタ
２  吸気ダクト
３  ＥＧＲバルブ
４  スロットルチャンバ
５  シリンダヘッド
６  外部還流路
７  ＥＧＲクーラ
８  ブラケット
２５  放熱フィン
【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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