(57)【要約】【課題】如何なる運転条件においてもＥＧＲを含む吸気レイアウトを変更することなく、ＥＧＲ制御を最適に行なうことのできるエンジン吸気系統の提供。【解決手段】インタークーラ（６Ｃ）とインテークマニホルド（２）を連通する流路（６Ｂ）を備え、当該流路（６Ｂ）は第１の流路（２１）と第２の流路（２２）に分岐しており、第１の流路（２１）はＥＧＲ配管（８Ｂ）と合流しており且つインテークマニホルド（２）の中央部（２０ｃ）に連通しており、ＥＧＲガスと新気を十分に混合するために第２の流路（２２）に比較して管路長さが長く設定されている。【選択図】図１
2013113203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャーにより圧縮された空気が流れる配管系と、当該配管系に介装されたインタークーラと、複数のシリンダを有するエンジンに接続されているインテークマニホルドと、ＥＧＲガスが流過するＥＧＲ配管を備えたエンジンの吸気系統において、インタークーラとインテークマニホルドを連通する流路を備え、当該流路は第１の流路と第２の流路に分岐しており、第１の流路はＥＧＲ配管と合流しており且つインテークマニホルドの中央部に連通しており、ＥＧＲガスと新気を十分に混合するために第２の流路に比較して管路長さが長く設定されており、第２の流路は管路抵抗が減少するようにマニホルドの端部側に連通しており、第１の流路におけるＥＧＲ配管との合流点よりも上流側で第１の流路と第２の流路が分岐しており、第１の流路と第２の流路の分岐点には切替バルブが設けられており、当該切替バルブを制御する制御機構を備えており、当該制御機構は、ＥＧＲ作動時には前記切替バルブを第１の流路側に切替え、ＥＧＲ非作動時には前記切替バルブを第２の流路側に切替える機能を有していることを特徴とするエンジンの吸気系統。
【請求項２】
ＥＧＲ配管にはＥＧＲバルブが介装されており、ＥＧＲバルブの開度を計測する計測装置を備え、前記制御機構は、計測装置で計測されたＥＧＲバルブの開度としきい値を比較し、ＥＧＲバルブ開度がしきい値よりも大きければ前記切替バルブを第１の流路側に切替え、ＥＧＲバルブ開度がしきい値以下であれば前記切替バルブを第２の流路側に切替える機能を有している請求項１のエンジンの吸気系統。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの吸気系統に関する。より詳細には、本発明は、エンジンの燃焼によって生じた排気ガスをエンジンへの吸気中に混合して、エンジンの燃焼温度を下げ、排気ガス中のＮＯＸ発生量を低減するエンジンのＥＧＲ機構（排気還流機構）を備えているエンジンにおいて、ＥＧＲガスを吸気に混合させる場合と、ＥＧＲガスを混合させない場合の双方において好適なエンジンの吸気系統に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気系にインタークーラを装備したエンジンにおいては、ＥＧＲ機構を備えていないエンジンでは、インタークーラから吸気ポートまでの距離を極力短くして、吸気抵抗の低減を図るべく努力が払われている。
一方、インタークーラ付きで、ＥＧＲ機構を備えているエンジンでは、ＥＧＲと吸気（新気）とを十分に混合するため、ＥＧＲと吸気との混合位置からシリンダブロックの吸気ポートまでの距離を十分に確保しなくてはならない。
ここで、ＥＧＲ機構を備えているエンジンでも、エンジン負荷に応じてＥＧＲ量を減少し、条件によっては、ＥＧＲを吸気に混合しない場合もある。
【０００３】
ＥＧＲを吸気に混合しない場合であれば、上記ＥＧＲ機構を備えていないエンジンの吸気レイアウトと同様に、吸気抵抗の低減を図るという観点から、インタークーラから吸気ポートまでの距離を極力短くする方が合理的である。
すなわち、ＥＧＲ機構を備えているエンジンでは、ＥＧＲ作動時には、ＥＧＲと吸気との混合位置から吸気ポートまでの距離を長くするべきであり、ＥＧＲ不作動時には吸気ポートまでの距離を極力短くするべきである。そして、エンジンの吸気レイアウトを変更して、ＥＧＲが作動時であるか非作動時であるかによって、吸気ポートまでの距離を長くするのか短くするのかを変更し、以って、「新気とＥＧＲの理想的な混合」と、「流路抵抗の低減」と言う、相反する二つの要請に応える様にするのが好ましい。
しかし、従来技術では、エンジンの吸気レイアウトを変更することは困難であった。
【０００４】
その他の従来技術として、燃焼室内気流を良好に形成するエンジンの吸気機構が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、当該技術はＥＧＲの作動とは無関係な制御を行なっており、上述した問題点の解消は企図していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１９０７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ＥＧＲ機構を備えているエンジンにおいて、ＥＧＲを作動状態にするか非作動状態にするかに拘らず、適切な運転を実現することが出来るエンジン吸気系統の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の吸気系統は、ターボチャージャー（４）により圧縮された空気が流れる配管系（６）と、当該配管系（６）に介装されたインタークーラ（６Ｃ）と、複数のシリンダ（１１）を有するエンジン（Ｅ）に接続されているインテークマニホルド（２）と、ＥＧＲガスが流過するＥＧＲ配管（８）を備えたエンジンの吸気系統において、インタークーラ（６Ｃ）とインテークマニホルド（２）を連通する流路（６Ｂ）を備え、当該流路（６Ｂ）は第１の流路（２１）と第２の流路（２２）に分岐しており、第１の流路（２１）はＥＧＲ配管（８Ｂ）と合流しており且つインテークマニホルド（２）の中央部（２０ｃ）に連通しており、ＥＧＲガスと新気を十分に混合するために第２の流路（２２）に比較して管路長さが長く設定されており、第２の流路（２２）は管路抵抗が減少するようにマニホルド（２）の端部（２ａ）側に連通しており、第１の流路（２１）におけるＥＧＲ配管（８Ｂ）との合流点（Ｇｐ）よりも上流側で第１の流路（２１）と第２の流路（２２）が分岐しており、第１の流路（２１）と第２の流路（２２）の分岐点には切替バルブ（Ｖｄｃ）が設けられており、当該切替バルブ（Ｖｄｃ）を制御する制御機構（５０）を備えており、当該制御機構（５０）は、ＥＧＲ作動時には前記切替バルブ（Ｖｄｃ）を第１の流路（２１）側に切替え、ＥＧＲ非作動時には前記切替バルブ（Ｖｄｃ）を第２の流路（２２）側に切替える機能を有していることを特徴としている。
【０００８】
本発明において、ＥＧＲ配管（８Ｂ）にはＥＧＲバルブ（１０）が介装されており、ＥＧＲバルブ（１０）の開度を計測する計測装置（９）を備え、前記制御機構（５０）は、計測装置（９）で計測されたＥＧＲバルブ（１０）の開度としきい値を比較し、ＥＧＲバルブ開度がしきい値よりも大きければ前記切替バルブ（Ｖｄｃ）を第１の流路（２１）側に切替え、ＥＧＲバルブ開度がしきい値以下であれば前記切替バルブ（Ｖｄｃ）を第２の流路（２２）側に切替える機能を有しているのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上述する構成を具備する本発明によれば、ＥＧＲ作動時には切替バルブ（Ｖｄｃ）を第１の流路（２１）側に切替え、新気はＥＧＲ配管（８）を流れるＥＧＲガスと混合される。ここで、第１の流路（２１）はＥＧＲガスと新気を十分に混合するために第２の流路（２２）に比較して管路長さが長く設定されているので、新気とＥＧＲガスとは良好に混合される。
また、第１の流路（２１）はインテークマニホルド（２）の中央部（２０ｃ）に連通しているため、インテークマニホルド（２）の第２の流路（２２）と連通している側とは反対側の端部近傍の気筒であっても、新気とＥＧＲガスとの混合気体が良好に侵入する。すなわち、第２の流路（２２）では給気が入り難い気筒（第２の流路２２と連通している側とは反対側の端部近傍の気筒）であっても、インテークマニホルド（２）の中央部（２０ｃ）に連通している第１の流路（２１）を経由する場合には、新気とＥＧＲガスとの混合気体が良好に侵入するのである。
【００１０】
一方、ＥＧＲ非作動時には、切替バルブ（Ｖｄｃ）を第２の流路（２２）側に切替えるので、新気はＥＧＲ配管（８Ｂ）との合流点（Ｇｐ）を経由すること無く、直接、インテークマニホルド（２）の前記端部（第２の流路２２と連通している側の端部２ａ）に到達する。
ここで、第２の流路２２は第１の流路２１に比較して管路長さが短いため、新気が第２の流路２２を流れる場合には、管路抵抗が小さくなり、圧損も低減される。例えば、発明者による実験では、ＥＧＲ作動時に第１の流路２１を新気が流れる場合に比較して、ＥＧＲ非作動時に新気が第２の流路２２を流れると、圧損が約１０％低減することが確認された。
さらに、インテークマニホルド（２）の第２の流路（２２）と連通している端部（２ａ）近傍の気筒は、インテークマニホルド（２）の中央部（２０ｃ）に連通している第１の流路（２１）を経由する気体が侵入し難い。それに対して、第２の流路（２２）はインテークマニホルド（２）の前記端部（第２の流路と連通している側の端部２ａ）に連通しているので、当該端部近傍の気筒にも新気が流入し易くなる。
【００１１】
このように、本発明によれば、ＥＧＲ作動時とＥＧＲ非作動時で新気の流れるルートを第１の流路（２１）と第２の流路（２２）で切替えることにより、ＥＧＲガスとの良好な混合のためにミキシングエリアを確保すること（新気とＥＧＲの理想的な混合）と、圧損を低下する（吸気効率の向上：流路抵抗の低減）という、相反する２つの要請に応えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるＥＧＲ非作動時を示すブロック図である。
【図２】実施形態におけるＥＧＲ作動時を示すブロック図である。
【図３】実施形態の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図１に基づいて、本発明の実施形態におけるエンジンの吸気系統について説明する。
図１は、ＥＧＲ非作動時を示している。
【００１４】
図１において、エンジンＥは、6つのシリンダ１１・・・を有するシリンダブロック１と、インテークマニホルド２と、エキゾーストマニホルド３と、ターボチャージャー４と、第１の吸気ダクト５と、第２の吸気ダクト６と、排気管７と、ＥＧＲ配管８を備えている。
インテークマニホルド２は、マニホルド本体２０と、第１の流路２１と、第２の流路２２と、流路切替バルブ配置部（バルブハウジング）２３とを有している。マニホルド本体２０と、第１の流路２１と、第２の流路２２と、流路切替バルブ配置部（以下、「バルブハウジング」と言う）２３は、一体的に形成されている。
【００１５】
第１の流路２１の一端は、マニホルド本体２０の中央部２０Ｃに連通しており、第１の流路２１の他端は、バルブハウジング２３の第１の出口２３１に連通している。
第２の流路２２の一端は、マニホルド本体２０の一方の端部（図１における右端）２ａに連通し、第２の流路２２の他端は、バルブハウジング２３の第２の出口２３２に連通している。
インテークマニホルド２は、バルブハウジング２３で第１の流路２１と第２の流路２２とに分岐し、第１の流路２１はマニホルド本体２０の中央部２０Ｃに連通し、第２の流路２２の一端はマニホルド本体２０の一方の端部２ａ（図１においては、インテークマニホルド２の右端）に連通している。
【００１６】
第１の流路２１は、第２の流路２２に比較して、管路（流路）の長さが長く形成されている。ここで、第１の流路２１の長さと、第２の流路２２の長さは、エンジンＥ近傍のレイアウトにより相違する。従って、第１の流路２１が、第２の流路２２に比較して、管路（流路）の長さがどの程度長いかについては、単一の数値では定義をすることは出来ない。本発明を適用した車種毎に異なる数値となる。
バルブハウジング２３には切替バルブＶｄｃが収容されており、切替バルブＶｄｃは、バルブ本体Ｖと、バルブ駆動部（図示を省略）とを有している。
図１（ＥＧＲ非作動時）においては、バルブ本体Ｖにより、バルブハウジング２３の吸入口２４（インテークマニホルド２における後述するエアダクト６Ｂとの接続部）と、第２の流路２２が連通した状態となっている。
【００１７】
エキゾーストマニホルド３は、多岐管部３０と、集合管部３１と、ＥＧＲ取出口３２を有しており、一体的に形成されている。
集合管部３１の下流側は、ターボチャージャー４における排気タービン４Ｔの排気流入口４１に接続されている。
ＥＧＲ取出口３２は、多岐管部３０の一方の端部（図１において、多岐管部３０の右端）に設けられており、第１のＥＧＲ配管８Ａと接続されている。
【００１８】
ターボチャージャー４は、排気タービン４Ｔと、コンプレッサ４Ｃとで構成されている。前述したとおり、排気タービン４Ｔの排気流入口４１は、エキゾーストマニホルド３における集合管部３１の下流側と接続されている。
排気タービン４Ｔの排気排出口４２は、排気管（エキゾーストパイプ）７と接続されている。
【００１９】
コンプレッサ４Ｃの吸気取入口４３は、吸気ダクト（第１の吸気ダクト）５と接続されている。
コンプレッサ４Ｃの圧縮空気排出口４４はエアダクト６Ａに接続されており、エアダクト６Ａは、第２の吸気ダクト６の一部を構成している。
第２の吸気ダクト６は、エアダクト６Ａとエアダクト６Ｂを有する。エアダクト６Ａの他方の端部（コンプレッサ４Ｃの圧縮空気排出口４４とは反対側の端部）は、インタークーラ６Ｃの吸入側に接続されている。
【００２０】
インタークーラ６Ｃの排出側には、エアダクト６Ｂの一方の端部が接続され、エアダクト６Ｂの他方の端部（インタークーラ６Ｃとは反対側の端部）は、バルブハウジング２３の吸入口２４と接続されている。
エアダクト６Ａからインタークーラ６Ｃに流入した圧縮空気はインタークーラ６Ｃを通過する際に冷媒（例えば空気：外気）によって冷却され、エアダクト６Ｂを経由して、切替バルブＶｄｃが収容されているバルブハウジング２３内に流入する。
【００２１】
ＥＧＲ配管８は、第１のＥＧＲ配管８Ａと、第２のＥＧＲ配管８Ｂを含んでいる。第１のＥＧＲ配管８Ａと、第２のＥＧＲ配管８Ｂとの間の領域には、ＥＧＲクーラ８Ｃが介装されている。
第１のＥＧＲ配管８Ａの一端（ＥＧＲクーラ８Ｃと接続されているのとは反対側の端部）は、エキゾーストマニホルド３におけるＥＧＲ取出口３２に接続されている。
第２のＥＧＲ配管８Ｂの一端（ＥＧＲクーラ８Ｃと接続されているのとは反対側の端部）は、インテークマニホルド２の第１の流路２１におけるバルブハウジング２３近傍に連通している。
図１において、符号Ｇｐは、第２のＥＧＲ配管８Ｂと第１の流路２１との合流点を示している。
【００２２】
第２のＥＧＲ配管８Ｂには、ＥＧＲバルブ１０が介装されている。
ＥＧＲバルブ１０には、その開度（ＥＧＲバルブ開度）を計測するためのセンサ９が設けられている。
図示はされていないが、センサ９と同様に、ＥＧＲバルブ１０の開度を検出する手段として、例えば、第２のＥＧＲ配管８Ｂにおいて、ＥＧＲクーラ８ＣとＥＧＲバルブ１０との間の領域に圧力センサを設け、当該圧力センサの計測結果に基づいて、ＥＧＲバルブ１０の開度を決定することも可能である。
【００２３】
図示の実施形態に係るエンジンの吸気系統には、切替バルブＶｄｃを制御するための制御手段であるコントロールユニット５０を備えている。
前記開度検出用のセンサ９は、入力信号ラインＳｉを介して、コントロールユニット５０と接続されている。
切替バルブＶｄｃは、制御信号ラインＳｏを介して、コントロールユニット５０と接続されている。
【００２４】
コントロールユニット５０は、センサ9で計測されたＥＧＲバルブ１０の開度が、しきい値以上である場合にはＥＧＲ作動時と判断して、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第１の流路２１と連通する側に切り替える（図２の状態にせしめる）機能を有している。
またコントロールユニット５０は、ＥＧＲバルブ１０の開度がしきい値未満の場合には、ＥＧＲ非作動時と判断して、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第２の流路２２側と連通する側に切替える（図１の状態にせしめる）機能を有している。
図１、図２において符号Ｆａの矢印は、新気（吸入エア及び高圧エア）の流れを示し、符号Ｆｘの矢印は、排気ガスの流れを示している。
【００２５】
次に、主として図３に基づいて、図１、図２をも参照して、ＥＧＲバルブ開度に基づいて行なわれる切替バルブＶｄｃの切替制御について説明する。
図３において、ステップＳ１では、圧力センサ９によって、ＥＧＲバルブ１０の開度を計測する。そしてステップＳ２に進み、コントロールユニット５０は、計測されたＥＧＲバルブ１０の開度がしきい値以上であるか否かを判断する。
ＥＧＲバルブ開度がしきい値以上であれば（ステップＳ２がＹＥＳ）ステップＳ３に進み、ＥＧＲバルブ開度がしきい値未満であれば（ステップＳ２がＮＯ）ステップＳ４に進む。
【００２６】
ステップＳ３（ＥＧＲバルブ開度がしきい値以上）では、コントロールユニット５０はＥＧＲ作動時であると判断して、切替バルブＶｄｃに制御信号を発信して、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第１の流路２１と連通する側に切り替える（図２の状態）。そして、制御サイクルを終了する。
ステップＳ４（ＥＧＲバルブ開度がしきい値未満）では、コントロールユニット５０はＥＧＲ非作動時であると判断して、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第２の流路２２と連通する側に切り替える（図１の状態）。そして、制御サイクルを終了する。
【００２７】
図示の実施形態によれば、ＥＧＲ作動時には、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第１の流路２１と連通する側に切り替え、新気はＥＧＲ配管８を流れるＥＧＲガスと混合される。
ここで、第１の流路２１は第２の流路２２に比較して管路長さが長く設定されているので、ＥＧＲガスと新気を十分に且つ良好に混合される。
また、第１の流路２１はインテークマニホルド２の中央部２０ｃに連通しているため、第２の流路２２と連通している側とは反対側のインテークマニホルド２の端部近傍の気筒であっても、新気とＥＧＲガスとの混合気体が良好に侵入する。
すなわち、第２の流路２２では給気が入り難い気筒（第２の流路２２と連通している側とは反対側の端部近傍の気筒）であっても、インテークマニホルド２の中央部２０ｃに連通している第１の流路２１を経由する場合には、新気とＥＧＲガスとの混合気体が良好に侵入する。
【００２８】
一方、ＥＧＲ非作動時には、切替バルブＶｄｃを、吸気ダクト６が第２の流路２２と連通する側に切り替えるので、新気はＥＧＲ配管８Ｂとの合流点Ｇｐを経由すること無く、直接、インテークマニホルド２の前記端部（第２の流路２２と連通している側の端部２ａ）に到達する。
ここで、第２の流路２２は第１の流路２１に比較して管路長さが短いため、新気が第２の流路２２を流れる場合には、管路抵抗が小さくなり、圧力損失も低減される。
発明者による実験では、ＥＧＲ作動時に第１の流路２１を新気が流れる場合に比較して、ＥＧＲ非作動時に新気が第２の流路２２を流れると、圧力損失が約１０％低減することが確認された。
さらに、インテークマニホルド２の中央部２０ｃに連通している第１の流路２１を経由する気体は、インテークマニホルド２の第２の流路２２と連通している端部近傍の気筒には侵入し難い。それに対して、第２の流路２２は、インテークマニホルド２の前記端部（第２の流路と連通している側の端部２ａ）に連通しているので、当該端部近傍の気筒にも新気が流入し易い。
【００２９】
図示の実施形態によれば、ＥＧＲ作動時とＥＧＲ非作動時では、第１の流路２１と第２の流路２２が切り替わるので、ＥＧＲガスとの良好な混合のためにミキシングエリアを確保する（第１の流路）ことと、圧損を低下する（吸気効率を向上する）（第２の流路）ことが、共に充足される。
【００３０】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・シリンダブロック
２・・・インテークマニホルド
３・・・エキゾーストマニホルド
４・・・ターボチャージャー
５・・・吸気ダクト
６・・・吸気系統
７・・・エキゾーストパイプ
８・・・ＥＧＲ配管
９・・・ＥＧＲバルブ開度検出手段／ＥＧＲバルブ開度センサ
１０・・・ＥＧＲバルブ
５０・・・制御手段／コントロールユニット
【図１】
2013113203.tif 000003
【図２】
2013113203.tif 000004
【図３】
2013113203.tif 000005