(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に吸入空気を導入する吸気通路を形成する吸気管と、
前記吸気管の内壁に回転可能に接続される弁軸と、前記弁軸と一体で回転して前記吸気通路の開口断面積を変化させる弁体とを有する気流制御弁と、
前記燃焼室から排出される排ガスを前記吸気管内に還流する排ガス導入部と、
前記気流制御弁の弁体に設けられ、前記排ガス導入部から前記吸気管内へ入る排ガスを前記吸気管の上壁との距離を変化させる前記弁体の反回転軸側の端部へ案内する排ガス通路を形成する排ガス案内手段と、
を備え、
前記排ガス案内手段は、前記排ガス導入部の近傍に設けられる排ガスの入口と、前記弁体の面に沿って流れる吸入空気によって、前記弁体の先端で排ガスが吸引される位置に前記気流制御弁の反回転軸側の端部に沿って前記排ガス通路を開口する出口とを有し、
前記気流制御弁が前記吸気管に形成された凹部に格納されるとき、前記排ガス案内手段の前記出口は、前記凹部の壁面で閉塞されることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記排ガス案内手段は、扁平の排ガス通路を形成する導出部と、前記導出部の前記排ガス通路に排ガスを送る複数の通孔を有する流通部とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
前記気流制御弁が前記吸気管に形成された凹部に格納されるとき前記排ガス導入部は、前記排ガス案内手段で閉塞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吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関し、特に排ガス還流装置（以下、排ガス還流を「ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation」という）を備える内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気系を流れる排ガスの一部を吸気系へ還流するＥＧＲ装置を備える内燃機関が知られている。また、吸気管内に回転自在に気流制御弁を設け、内燃機関の運転状態に応じて燃焼室に導入される空気を偏向させ、燃焼室でタンブル流を形成する吸気装置が知られている。特許文献１では、内燃機関の中負荷時および高負荷時、吸気管に開口するＥＧＲ装置の排ガス導入部を気流制御弁の弁体で閉塞し、ＥＧＲ通路と吸気通路とが連通することによって生じる吸気脈動効果の減衰を抑制している。
【０００３】
しかし、ＥＧＲ装置の排ガス導入部を気流制御弁より下流側の吸気管に設けると、排ガス導入部から出る排ガスの流れと、気流制御弁の形成する偏流とが別の流れとなって燃焼室に流入する。このため、燃焼室のタンブル流の形成が阻害され、さらに、燃焼室で排ガスの濃度の偏りを生じる。
【特許文献１】特開２００４−３０１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、排ガス還流装置を備える内燃機関において、燃焼室にタンブル流を形成する内燃機関の吸気装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、排ガス還流装置を備える内燃機関において、燃焼室に導入される空気と排ガスとを均質に混合する内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、排ガス案内手段は、吸気通路の開口断面積を変化させる気流制御弁に設けられ、排ガス導入部から吸気管内へ入る排ガスを吸気管の上壁との距離を変化させる弁体の反回転軸側の端部へ案内する排ガス通路を形成する。このため、吸気通路に入った排ガスは、気流制御弁によって形成される流速の大きい流れと合流して燃焼室に流入し、燃焼室でタンブル流を形成することができる。
【０００６】
また、排ガス案内手段は、弁体の面に沿って流れる吸入空気によって、弁体の先端で排ガスが吸引される位置に出口を有する。このため、内燃機関の吸気行程において、気流制御弁による吸気通路の絞りによってできる気流制御弁の下流側の負圧を利用して吸気管内に還流する排ガスの量を多くすることができる。この結果、排ガス管と吸気管との差圧が小さくなる内燃機関の高負荷時においても吸気管内に還流する排ガスの量を多くすることができる。
【０００７】
また、排ガス案内手段は、排ガス導入部の近傍に設けられる排ガスの入口を有する。このため、排ガス導入部から出る排ガスは、排ガス案内手段の入口から流入する。これにより、排ガス案内手段は、排ガスを気流制御弁の反回転軸側へ案内することができる。
また、排ガス案内手段は、気流制御弁の反回転軸側の端部に沿って排ガス通路を開口する出口を有する。このため、気流制御弁によって形成される流速の大きい流れの広範囲に亘って排ガス通路が開口する。これにより、排ガスと吸入空気とを均質に混合することができる。この結果、排ガス再循環の効果を高め、エミッションを低減し、燃費を向上することができる。
さらに、気流制御弁が吸気管に形成された凹部に格納されるとき、排ガス案内手段の出口は、凹部の壁面で閉塞される。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、排ガス案内手段は、扁平の排ガス通路を形成する導出部と、この導出部の排ガス通路に排ガスを送る複数の通孔を有する流通部とから構成される。このため、流通部は、流通部内の排ガスを導出部の排ガス通路へ複数の通孔から配分して排出する。これにより、排ガスと偏流の空気を均質に混合することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によると、気流制御弁が吸気管に形成された凹部に格納されるとき、排ガス導入部は、排ガス案内手段で閉塞される。このため、排ガス還流装置の通路と吸気管の吸気通路が連通し、吸気脈動が減衰することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を図１〜図７に示す。まず、内燃機関１の全体構成を図２に基づき説明する。内燃機関１は、エンジン本体２、吸気装置３、排ガス装置４、排ガス還流装置としての高圧ＥＧＲ装置５および低圧ＥＧＲ装置６等を備える。
【００１１】
エンジン本体２は、シリンダ２１およびピストン２２を有する。シリンダ２１とピストン２２との間には燃焼室２３が形成される。
吸気装置３は、吸気通路３１を形成する吸気管３０を有する。吸気装置３は、吸気管３０の吸入口３２から吸気通路３１を通してエンジン本体２の燃焼室２３へ空気を導入する。吸気管３０は、インテークマニホールドおよびシリンダヘッドの吸気ポートを含んで構成される。吸気装置３には、過給機７０、インタークーラー７１、スロットル７２、サージタンク７３、燃料噴射装置（インジェクタ）７４、気流制御弁９および排ガス案内手段としての排ガス案内部材１０等が設けられる。
【００１２】
排ガス装置４は、排ガス通路４１を形成する排ガス管４０を有する。排ガス装置４は、エンジン本体２から排出される排ガスを排ガス通路４１を通して排ガス管４０の排出口４２へ導く。排ガス装置４には、過給機７０および排ガス浄化部４３等が設けられる。
高圧ＥＧＲ装置５は、高圧ＥＧＲ通路５１を形成する高圧ＥＧＲ通路部材５０と、高圧ＥＧＲ弁５２とを有する。高圧ＥＧＲ通路部材５０は、過給機７０の上流側の排ガス管４０と気流制御弁９の下流側の吸気管３０とを接続する。高圧ＥＧＲ通路５１は、過給機７０の上流側で排ガス通路４１から分岐し、気流制御弁９の下流側で吸気通路３１と合流する。高圧ＥＧＲ装置５は、燃焼室２３から排出された直後の比較的高温および高圧の排ガスを吸気通路３１へ還流する。
【００１３】
高圧ＥＧＲ弁５２は、高圧ＥＧＲ通路５１に設けられる。高圧ＥＧＲ弁５２は、高圧ＥＧＲ通路５１を開閉し、排ガス通路４１から吸気通路３１へ還流する排ガスの流量を制御する。
低圧ＥＧＲ装置６は、低圧ＥＧＲ通路６１を形成する低圧ＥＧＲ通路部材６０と、低圧ＥＧＲ弁６２とを有する。低圧ＥＧＲ通路部材６０は、排ガス浄化部４３の下流側の排ガス管４０と過給機７０の上流側の吸気管３０とを接続する。低圧ＥＧＲ通路６１は、排ガス浄化部４３の下流側で排ガス通路４１から分岐し、過給機７０の上流側で吸気通路３１と合流する。低圧ＥＧＲ装置６は、排ガス浄化部４３を通過した比較的低温および低圧の排ガスを吸気通路３１へ還流する。
【００１４】
低圧ＥＧＲ弁６２は、低圧ＥＧＲ通路６１に設けられる。低圧ＥＧＲ弁６２は、低圧ＥＧＲ通路６１を開閉し、排ガス通路４１から吸気通路３１へ還流する排ガスの流量を制御する。
図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、アクセルセンサ、吸気圧センサ、速度センサ、エンジン回転数センサ、冷却水水温センサ等から出力される情報に基づき車両の運転状態を検出し、車両の各部を制御する。
【００１５】
以下、本実施形態による吸気装置３について詳細に説明する。
吸気装置３は、図１、図３および図４に示すように、吸気管３０と、気流制御弁９、排ガス導入部５３、５４および排ガス案内部材１０等を含んで構成される。吸気管３０は、横断面が略矩形状の吸気通路３１を内部に形成する。吸気管３０は図１の左側でエンジン本体２と接続し、吸気通路３１は燃焼室２３と連通する。このため、内燃機関の吸気行程で燃焼室２３へ導入される吸入空気は、吸気通路３１の右側から左側へ流れる。以下、図１の右側を気流の上流側、左側を下流側と称する。なお、図１では、吸気管３０の図１における上側の壁面は、説明の便宜上省略してある。
【００１６】
気流制御弁９は、弁軸９２と弁体９１とを備える。弁軸９２は、吸気管３０の軸中心に直交する方向に延びて吸気管３０の内壁３５、３６に正回転および逆回転可能に接続する。弁軸９２は、ＥＣＵからの駆動信号により駆動される駆動モータによって回転駆動される。弁体９１は、弁軸９２と一体で揺動し、弁体９１の反回転軸側の端部９３と、吸気管３０の上壁３７との間の距離を変化させる。これにより、吸気通路３１の開口断面積が変化し、気流制御弁９の下流側に流速の大きい偏流が形成される。
【００１７】
排ガス導入部５３、５４は、吸気管３０の内壁３５、３６で弁軸９２の下流側近傍に設けられる。排ガス導入部５３、５４は、高圧ＥＧＲ通路部材５０と接続する。高圧ＥＧＲ通路部材５０は、内燃機関１の各シリンダごとに配設される吸気管を接続し、高圧ＥＧＲ通路は各シリンダの吸気通路を連通する。
排ガス案内部材１０は、導出部１４と流通部１６とから構成され、弁体９１の吸入空気の下流側に併設される。導出部１４は、弁体９１の回転軸方向が弁体９１と同じ大きさに形成され、弁体９１の径方向の大きさより流通部１６の直径分小さく形成される。
【００１８】
導出部１４は、断面が矩形の筒状に形成され、内部に扁平の排ガス通路１１を形成する。導出部１４は、気流制御弁９の反回転軸側の端部９３に沿って排ガス通路１１を開口する出口１３を有する。
流通部１６は、円筒状に形成され、円筒軸方向が弁軸９２と平行に設けられ、導出部１４の回転軸側の端部と接続する。流通部１６は、内部に排ガス通路１７を形成する。流通部１６は、回転軸方向の両端に排ガス通路１７を開口する入口１８、１９を有する。入口１８、１９は、それぞれ排ガス導入部５３、５４に対応して設けられ、排ガス導入部５３、５４から出る排ガスを排ガス通路１７へ導入する。流通部１６は、導出部１４と接続する側の壁面に複数の通孔１５を有する。通孔１５は、等間隔に形成され、導出部１４の排ガス通路１１と流通部１６の排ガス通路１７とを連通する。
【００１９】
吸気管３０には、気流制御弁９が弁体９１を吸気管３０の軸方向と平行にするとき、気流制御弁９および排ガス案内部材１０を格納可能な凹部３４が形成される。凹部３４には、気流制御弁９の端部９３および排ガス案内部材１０の出口１３に対応する壁面３３が形成される。気流制御弁９および排ガス案内部材１０が凹部３４に格納されるとき、壁面３３は出口１３を閉塞する。
【００２０】
次に、本実施形態による内燃機関の吸気装置３における気流の流れついて、図４〜図７に基づき説明する。
ＥＣＵが内燃機関の回転数、負荷等により気流制御弁９の最適な回転角度を判断し、駆動モータに制御信号を伝送すると、駆動モータはこの制御信号に基づき気流制御弁９を回転駆動する。
【００２１】
気流制御弁９が吸気通路３１の開口断面積を小さくし、内燃機関の吸気行程により、燃焼室に空気が導入される状態を図５および図６に示す。吸気通路３１の上流から流れる吸入空気ａは、弁体９１の面に沿って上壁３７側へ偏向され、端部９３と上壁３７との間を通過して流速の大きい偏流ｂとなる。
排ガス案内部材１０の出口１３は、気流制御弁９の下流側で排ガス通路１１を開口している。このため、入口１８から入る排ガスは、気流制御弁９の下流側の負圧によって出口１３から吸気通路３１内に吸引される。この排ガスの流れｃは、偏流ｂと合流して偏流ｄとなり、燃焼室に流入する。
【００２２】
高圧ＥＧＲ装置５および排ガス案内部材１０における排ガスの流れを図４に示す。
高圧ＥＧＲ通路５１の流れｅは、排ガス導入部５３から吸気管３０内に入り、排ガス案内部材１０の入口１８から流通部１６の排ガス通路１７へ入る。排ガス通路１７の流れｆは、複数の通孔１５から配分され、導出部１４の排ガス通路１１へ入る。排ガス通路１１の流れｇは、出口１３から吸気通路３１内に吸引される。排ガス通路１１は扁平に形成されているので、流れｇは排ガスの濃度が偏ることなく出口１３へ案内される。
【００２３】
流れｆのうち、複数の通孔１５から導出部１４の排ガス通路１１へ入らない排ガスは入口１９から出て、排ガス導入部５４から高圧ＥＧＲ装置５の高圧ＥＧＲ通路５１へ入る。高圧ＥＧＲ通路５１の流れｈは、他のシリンダの吸気通路へ流れる。
気流制御弁９および排ガス案内部材１０が吸気管３０の凹部３４に格納されたときの排ガスの流れを図７に示す。吸気通路３１の上流から流れる吸入空気ｉは、気流制御弁９に流れを阻害されることなく燃焼室に流入する。このため、内燃機関の全負荷時、気流制御弁９および排ガス案内部材１０が吸気抵抗となることを防止できる。
【００２４】
本実施形態では、排ガス案内部材１０は、気流制御弁９の端部９３の下流側で排ガス通路１１を開口する出口１３を設ける。このため、高圧ＥＧＲ装置５の排ガス導入部５３から出る排ガスは、排ガス案内部材１０の排ガス通路１７、１１を流れ、出口１３から吸気通路３１に吸引される。これにより、この排ガスは、気流制御弁９によって形成される流速の大きい偏流と合流し、燃焼室へ流入する。この結果、燃焼室で強いタンブル流を形成することができる。また、内燃機関の吸気行程中、気流制御弁９の下流側の負圧を利用し、排ガスの吸引量を増加することができる。排ガス管と吸気管との差圧が小さくなる内燃機関の高付加時において排ガスの吸引量の限界を高めることができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、排ガス案内部材１０の出口１３は、気流制御弁９の端部９３に沿って排ガス通路１１を開口する。このため、出口１３から吸気通路３１へ吸引される排ガスを、気流制御弁９によって形成される流速の大きい偏流と均質に混合することができる。
さらにまた、本実施形態では、気流制御弁９および排ガス案内部材１０が吸気管３０の凹部３４に格納されるとき、壁面３３が出口１３を閉塞する。このため、内燃機関の各シリンダの吸気通路と連通する高圧ＥＧＲ通路と、吸気管３０の吸気通路３１とが連通することにより生じる吸気脈動の減衰を抑制することができる。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による内燃機関の吸気装置を図８および図９に示す。第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、排ガス導入部５５は、横断面が略円形に形成され、吸気管３０の凹部３４で弁軸９２の下流側近傍に設けられる。
【００２７】
排ガス案内部材１０は、導出部１４から構成される。導出部１４は、横断面がコの字状に形成され、気流制御弁９の下流側に併設される。導出部１４は、内部に扁平の排ガス通路１１を形成する。導出部１４は、気流制御弁９の端部９３に沿って排ガス通路１１を開口する出口１３と、弁体９１の回転軸側の端部に沿って排ガス通路１１を開口する入口１２とを有する。
【００２８】
入口１２は、排ガス導入部５５に対応して設けられ、排ガス導入部５５から出る排ガスを排ガス通路１１へ導入する。
第２実施形態において、内燃機関の吸気行程により、吸気通路３１の上流から流れる吸入空気ａは、弁体９１の面に沿って上壁３７側へ偏向され、端部９３と上壁３７との間を通過して流速の大きい偏流ｂとなる。排ガス案内部材１０の出口１３は、気流制御弁９の下流側で排ガス通路１１を開口しているため、気流制御弁９の下流側の負圧によって、入口１２から入った排ガスは、排ガス通路１１を通り、出口１３から吸気通路３１へ吸引される。出口１３から出た排ガスの流れｃは、偏流ｂと合流して偏流ｄとなり、燃焼室で強いタンブル流を形成することができる。また、気流制御弁９の下流側の負圧を利用し、排ガスの吸引量を増加することができる。
【００２９】
第２実施形態では、気流制御弁９および排ガス案内部材１０が吸気管３０の凹部３４に格納されるとき、排ガス案内部材１０の導出部１４が排ガス導入部を閉塞する。このため、内燃機関の各シリンダの吸気通路と連通する高圧ＥＧＲ通路と、吸気通路３１とが連通することにより生じる吸気脈動の減衰を抑制することができる。
【００３０】
また、第２実施形態では、排ガス案内部材１０の出口１３は、気流制御弁９の端部９３に沿って排ガス通路１１を開口するため、出口１３から出る排ガスを、気流制御弁９によって形成される流速の大きい偏流と均質に混合することができる。
（他の実施形態）
【００３１】
上記実施形態では、排ガス案内部材１０の導出部１４の断面を矩形またはコの字形に形成した。これに対し、導出部を板状に形成し、吸気制御弁の弁体と平行に設けるようにしても良い。導出部の回転軸方向の両端部と、吸気管の内壁との隙間を小さくすることで、排ガスを気流制御弁の反回転軸側へ案内することができる。
【００３２】
また、上記第２実施形態では、排ガス導入部５５を吸気管３０の凹部３４で略円形に形成した。これに対し、排ガス導入部を気流制御弁の回転軸方向に延びる楕円形状または矩形状に形成しても良い。これにより、排ガス通路を流れる排ガスの濃度の偏りを抑制することができる。
以上説明したように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を示す外観図。
【図２】本発明の第１実施形態による内燃機関の全体構成図。
【図３】本発明の第１実施形態による気流制御弁および排ガス案内手段を示す外観図。
【図４】図５のＩＶ線断面図。
【図５】本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を示す断面図。
【図６】図５のＶＩ部分の拡大図。
【図７】本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置を示す断面図。
【図８】本発明の第２実施形態による内燃機関の吸気装置を示す断面図。
【図９】本発明の第２実施形態による気流制御弁および排ガス案内手段を示す外観図。
【符号の説明】
【００３４】
１：内燃機関、３：吸気装置、５：高圧ＥＧＲ装置（排ガス還流装置）、９：気流制御弁、１０：排ガス案内部材（排ガス案内手段）、１１：排ガス通路、１２：入口、１３：出口、１４：導出部、１８、１９：入口、３０：吸気管、３１：吸気通路、３５、３６：内壁、３７：上壁、５３、５４、５５：排ガス導入部、９１：弁体、９２：弁軸、９３：端部
【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】
0004592108.tif 000008
【図８】
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【図９】
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