(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各気筒につながる分岐管及びコレクタを備えた吸気管の上流側にスロットルバルブを介装した吸気系を持ち、排気系から外部還流路を介しＥＧＲガスを吸気系のスロットルバルブ後方かつコレクタ上流の吸気管に導入するエンジンの排気ガス還流装置において、
前記外部還流路に接続するとともに、スロットルバルブの自由端下流の吸気管壁から吸気管内に挿入され、前記スロットル軸と直交して吸気管の直径方向に延び、その先端がもう一方の自由端下流の吸気管内周面まで突き出した１つのガイドパイプと、前記ガイドパイプの吸気管内突出部の先端及び基端に形成され、前記先端及び基端における吸気管断面の円周接線方向にそれぞれ開口するＥＧＲガス導入口とを備え、
前記ガス導入口がスロットルバルブ自由端後方における逆流域最下流端より上流であって逆流域と吸気管内壁に挟まれる位置に配設されるよう前記ガイドパイプを配設することを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置
【請求項２】
前記ガイドパイプがスロットルバルブの前傾自由端下流から後傾自由端下流にかけて所定角度だけ下流向きに傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲガス導入口を所定の角度だけ下流方向に向けて開口させたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
【請求項４】
前記ガイドパイプを吸気管内の流れ方向に対して抵抗の少ない流線形としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載のエンジンの排気ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガスの再循環により、燃費改善あるいは排気性能向上を図るエンジンの排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境に対する関心の高まりから、高出力を要求されない通常の運転時における燃費改善によるＣＯ2排出量低減、あるいは燃焼温度低下によるＮＯｘ排出量低減を狙って、排気の一部を吸気系に戻す排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）が種々提案されている。
【０００３】
従来の排気ガス還流装置としては、例えば、図２１の例（実開平３−１１４５６３号公報）、図２２の例（実開平３−１１４５６４号公報）、図２３の例（特開平８−２１８９４９号公報）等が知られている。
【０００４】
図２１のものでは、ガス導入通路１からのＥＧＲガスを、吸気管２回りに設けたガス案内溝３を介して水平方向に対向する２ヶ所の開口部４から吸気管２内に導入し、新気とＥＧＲガスを混合している。また、図２２のものでは、吸気管５外周にＥＧＲガスが導入される環状路６を形成し、吸気管５内へ導入することにより、新気とＥＧＲガスを混合している。これらは、いずれも各気筒間のＥＧＲ率のバラツキ減少を目的としたものである。
【０００５】
また、図２３のものでは、吸気通路１０の第１サージタンク１１の下流に第２サージタンク１２を設けて、その第２のサージタンクにＥＧＲガス導入部１３を配している。このようにスロットルバルブ１４から離れた位置のＥＧＲガスを導入することで、排気ガスの劣化部分（デポジット）がスロットルバルブ１４に付着するのを防いでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、従来の排気ガス還流装置においては、吸気管へのＥＧＲガス導入部が最適な位置、方向にあるとは言えず、以下のような問題が生じる。
【０００７】
例えば、図２１のように水平方向に対向する開口部４からＥＧＲガスを導入するだけでは、ＥＧＲガスと新気の混合を良好に行うことができない。また、吸気管５壁面に設けた孔７からＥＧＲガスを導入する図２２のものは、運転条件すなわちスロットルバルブの開度が変わった場合の新気の流れ及び逆流域の状態により、ＥＧＲガスと新気の混合が不十分になったり、逆流域にＥＧＲガスが進入しデポジットが増加したりする。また、図２３のように第２のサージタンク１２にＥＧＲガスを導入するものでは、そのサージタンク１２からのＥＧＲガスを各気筒に均等に分配するのが難しい。
【０００８】
このため、従来装置では大量のＥＧＲを実施した場合にＥＧＲガスと新気の混合が不十分となり、結果として各気筒間のＥＧＲ率にバラツキが生じてエンジンの安定度の悪化、エミッションの増加、燃費の悪化の原因となっていた。また、スロットルバルブへのデポジット形成により、スロットルバルブが固着したり吸気量の制御精度等が低下する心配もあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ＥＧＲ率の各気筒間のバラツキを改善し、スロットルバルブへのデポジット形成を防止するエンジンの排気ガス還流装置を提供することにある。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、各気筒につながる分岐管及びコレクタを備えた吸気管の上流側にスロットルバルブを介装した吸気系を持ち、排気系から外部還流路を介しＥＧＲガスを吸気系のスロットルバルブ後方かつコレクタ上流の吸気管に導入するエンジンの排気ガス還流装置において、
前記外部還流路に接続するとともに、スロットルバルブの自由端下流の吸気管壁から吸気管内に挿入され、前記スロットル軸と直交して吸気管の直径方向に延び、その先端がもう一方の自由端下流の吸気管内周面まで突き出した１つのガイドパイプと、前記ガイドパイプの吸気管内突出部の先端及び基端に形成され、前記先端及び基端における吸気管断面の円周接線方向にそれぞれ開口するＥＧＲガス導入口とを備え、前記ＥＧＲガス導入口がスロットルバルブ自由端後方における逆流域最下端より上流であって逆流域と吸気管内壁に挟まれる位置に配設されるよう前記ガイドパイプを配設することを特徴とするものである。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記ガイドパイプがスロットルバルブの前傾自由端下流から後傾自由端下流にかけて所定角度だけ下流向きに傾斜していることを特徴とするものである。
【００１６】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記ＥＧＲガス導入口を所定の角度だけ下流方向に向けて開口させたことを特徴とするものである。
【００１７】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記ガイドパイプを吸気管内の流れ方向に対して抵抗の少ない流線形としたことを特徴とするものである。
【００１８】
【作用及び効果】
第１の発明によると、ＥＧＲガス導入口から吸気管断面の円周接線方向に噴出されたＥＧＲガスは、吸気の流れに押されつつ吸気管内に内周下流方向の螺旋流（スパイラル流れ）を形成する。これにより、ＥＧＲガスと新気とのミキシングが促進される。このため、大量のＥＧＲ率のもとでも各気筒間のＥＧＲ率のバラツキを低減でき、燃費及び排気性能を改善できる。また、ＥＧＲガスが吸気管断面の円周接線方向から導入されるので、スロットルバルブの背面下流に生じる逆流域にＥＧＲガスが直接進入せず、スロットルバルブへのデポジット形成を抑えられる。
【００１９】
さらに、ＥＧＲガスがスロットルバルブの自由端下流にて吸気管内に導入されるので、ＥＧＲガスを流速の高い新気主流に乗せることができ、ＥＧＲガスと新気の混合が促進される。また、スロットルバルブの自由端下流では逆流域が小さくなるので、逆流域に流れ込むＥＧＲガスの量を抑えられ、デポジット形成を抑えられる。
【００２２】
第２の発明によると、スロットルバルブの前傾自由端下流のＥＧＲガス導入口から最上流側分岐管までの距離が延長され、ＥＧＲガスの滞留時間が長くなり、ＥＧＲガスと新気の混合が促進される。
【００２４】
また、第３の発明によると、 ＥＧＲガス導入口を所定の角度だけ下流方向に向けて開口させることにより、ＥＧＲガスが上流側に向かって流れるのを防止し、スロットルバルブの背面下流の逆流域に流れ込むのを抑えることができるため、スロットルバルブへのデポジット形成を抑えることができる。
【００２５】
また、第４の発明によると、ガイドパイプを流線形とするのでＥＧＲガス導入部における吸気抵抗が低減され、エンジンの出力及びトルクが向上する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１〜図３は本発明の第１の実施形態を示し、図中の２０はエンジン、２１は吸気マニホールド、２２は排気マニホールドである。
【００２８】
吸気マニホールド２１は、吸気管２３と、吸気管２３に続く所定容積のコレクタ２４と、コレクタ２４からエンジン２０の各気筒に接続する分岐管２５から構成され、吸気管２３の上流側に接続されたスロットルボディ２６にはエンジン２０への吸入空気量を制御するスロットルバルブ２７が介装されている。スロットルバルブ２７はスロットル軸２７ｃを中心に回動し、自由端のうち下流側（エンジン側）に傾く方を後傾自由端２７ａ、それと逆に上流側に傾く方を前傾自由端２７ｂとする。
【００２９】
排気マニホールド２２は、エンジン２０の各気筒に接続する分岐管２８と、分岐管２８が集合する排気管３０から構成され、排気管３０からはエンジン２０の排気ガスの一部を吸気系に還流するためのＥＧＲ通路３１（外部還流路）が分岐形成される。
【００３０】
このような構成において、本実施形態では、先端が閉じた円筒状のガイドパイプ３２をＥＧＲ通路３１に接続、あるいはＥＧＲ通路３１と一体的に形成し、そのガイドパイプ３２を、前傾自由端２７ｂ下流にて吸気管２３に形成した孔３４から吸気管２３内に垂直に入り込ませ、その先端を後傾自由端２７ａ下流の吸気管２３の内周面近傍まで突き出させる。ガイドパイプ３２はスロットル軸２７ｃと略直交するように吸気管２３の直径方向に配設される。
【００３１】
さらに、図３に示すように、ガイドパイプ３２の先端近傍の側面に吸気管２３断面の円周接線方向に開口するＥＧＲガス導入口３３ａを形成するとともに、ガイドパイプ３２の挿入位置近傍のガイドパイプ３２側面にも吸気管２３断面の円周接線方向に開口するＥＧＲガス導入口３３ｂを形成する。これらＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂは略１８０°離れた位置で逆方向に開口し、吸気管２３内に流入するＥＧＲガスの方向が相対するクロスフロー式となる。
【００３２】
次に作用について図４、５を参照しながら説明する。
【００３３】
図４、図５はスロットルバルブ２７下流における新気及びＥＧＲガスの流れを示す。ＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂより吸気管２３内に導入されたＥＧＲガスは、それぞれスロットルバルブ２７の両自由端２７ａ、２７ｂと吸気管２３の隙間を通った流速の高い新気主流（上主流及び下主流）に押し流されつつ、吸気管２３内周面に沿った下流方向のスパイラル流れとなってミキシングされる。
【００３４】
ところで、スロットルバルブ２７の背面下流には、図６に示すように新気が下流から上流に向けて逆流する逆流域が存在しており、スロットルバルブ２７とＥＧＲガス導入口の距離Ｌが短いとＥＧＲガスが逆流域に流入し、逆に長いとＥＧＲガスがそのまま偏流となって下流に流れる。ＥＧＲガスが逆流域に流入すると新気との混合が促進されるが、 ＥＧＲガスがスロットルバルブ２７に当たってしまいスロットルバルブ２７へのデポジット付着が多くなる。また、偏流となって下流に流れると逆流域にＥＧＲガスが流入せずデポジット形成は防止できるが、新気との混合が進まずＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加する。つまり、デポジット形成量とＥＧＲ率の気筒間バラツキとの間には図７に示すようなトレードオフの関係があり、従来、ＥＧＲ率の気筒間バラツキの低減とデポジット形成防止を両立させることは難しかった。
【００３５】
これに対して本実施形態では、上記の通り、新気主流の流速が高く逆流域の大きさが小さいスロットルバルブ２７の自由端２７ａ、２７ｂ下流で新気とＥＧＲガスを合流させ、吸気管２３の内周下流方向のスパイラル流れを形成させてミキシングするので、スロットルバルブ２７下流の逆流域にＥＧＲガスを流入させずに、ＥＧＲガスと新気の混合を促進することができ、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減すると同時にスロットルバルブ２７へのデポジット形成も十分に防止できる。図８は本実施形態の効果を示し、これによると本実施形態では従来困難であったＥＧＲ率の気筒間バラツキ低減とデポジット形成低減が両立されていることがわかる。
【００３６】
また、従来装置のようにＥＧＲ導入口を吸気管に直接的に形成するのではなく、本実施形態ではガイドパイプ３２上にＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂを形成し、それを吸気管２３に形成した孔３４から挿入してＥＧＲガス導入部を形成するようにしたので、ＥＧＲガス導入部の形成が容易になり、組立工数、コスト等を低減できる。
【００３７】
なお、ここではガイドパイプ３２を前傾自由端２７ｂの下流から吸気管２３内に入り込ませているが、前傾自由端２７ｂではなく後傾自由端２７ａの下流から吸気管２３内に入り込ませるようにしてもよい。
【００３８】
続いて本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３９】
図９はそのＥＧＲガス導入部を示す。 第１の実施形態と同じくＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂを持つガイドパイプ３２を前傾自由端２７ｂ下流の孔３４から吸気管２３内へと挿入するのであるが、スパイラル流れによるＥＧＲ性能の改善効果を高めるために、後傾自由端２７ａ下流のＥＧＲガス導入口３３ａが前傾自由端２７ｂ下流のＥＧＲガス導入口３３ｂよりも下流側になるように、前傾自由端２７ｂ下流から後傾自由端２７ａ下流にかけてガイドパイプ３２を下流方向に傾斜させ、吸気管２３内壁に垂直な方向に対して所定の傾き角φを持たせている。
【００４０】
これにより、図１０に示すように、前傾自由端２７ｂ下流のＥＧＲガス導入口３３ｂのスロットル軸２７ｃからの距離Ｌｂが、後傾自由端２７ａ下流のＥＧＲガス導入口３３ａのスロットル軸２７ｃからの距離Ｌａよりも短くなる。その結果、図１１に示すように前傾自由端２７ｂ下流のＥＧＲガス導入口３３ｂから最上流側分岐管２５までの距離が延長され、ＥＧＲガスと新気が混合する時間を長くでき、コレクタ２４内のＥＧＲガス濃度分布をより均一にすることができる。
【００４１】
しかも、スロットルバルブ２７の背面下流に発生する逆流域は図１０に示すように後傾自由端２７ａ下流で大きく前傾自由端２７ｂ下流で小さくなるので、前傾自由端２７ｂ下流のＥＧＲガス導入口３３ｂを上流側に移動してもＥＧＲガスが逆流域に進入せず、スロットルバルブ２７へのデポジット形成を十分に抑えることができる。
【００４２】
続いて第３の実施形態について説明する。
【００４３】
図１２はそのＥＧＲガス導入部を示す。ガイドパイプ３２を前傾自由端２７ｂ下流から吸気管２３内へと入り込ませ、その先端が後傾自由端２７ａ下流まで突き出すようにしている点においては第１の実施形態と共通しているが、ガイドパイプ３２が吸気管２３断面の円周接線方向から入り、吸気管２３の内周面に沿って円曲した形状（Ｊ字型）になっている点において相違している。
【００４４】
このとき、ガイドパイプ３２の先端が吸気管２３断面の接線方向に開口しＥＧＲガス導入口３３ａを形成する。また、ガイドパイプ３２が吸気管２３内に入り込む位置の近くで吸気管２３断面の円周接線方向に開口するＥＧＲガス導入口３３ｂをガイドパイプ３２の側面に形成する。 したがって、ＥＧＲガス導入口３３ａをスロットルバルブ２７の後傾自由端２７ａ下流に、ＥＧＲガス導入口３３ｂをそこから略１８０°離れた位置の前傾自由端２７ｂ下流にそれぞれ設けることになり、それぞれのＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂから導入されるＥＧＲガスの流入方向は相対するクロスフロー方式となる。
【００４５】
これにより、図１３に示すように、吸気管２３内へと導入されたＥＧＲガスがスパイラル流れとなってＥＧＲガスと新気の混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減することができる。また、ＥＧＲガスが逆流域に直接進入しないのでスロットルバルブ２７へのデポジット形成が抑えられる。
【００４６】
さらに、スロットルバルブ２７が全開の時は図１４に示すように吸気管２３中央で流速が高くなり、逆に吸気管２３内周面付近で流速が低くなるが、本実施形態のようにガイドパイプ３２を吸気管２３の内周面に沿ったＪ字型とすることにより、ＥＧＲ導入部における吸気抵抗を低減することができ、高負荷時の出力及びトルクを向上することができる。
【００４７】
続いて第４の実施形態について説明する。
【００４８】
図１５はそのＥＧＲ導入部を示す。前傾自由端２７ｂ下流でガイドパイプ３２を吸気管２３断面の円周接線方向から入り込ませ、吸気管２３内周面に沿った形状（Ｊ字型）としている点においては第３の実施形態と共通しているが、ガイドパイプ３２の吸気管２３内周面に沿って円曲した部分（吸気管内突出部）の長さを第３の実施形態に比べて短くし、ガイドパイプ３２の先端がスロットル軸２７ｃと略同一平面上まで、すなわち、挿入位置から略９０°離れた位置まで突き出すようにしている点で相違している。
【００４９】
このとき、ガイドパイプ３２の先端が開口しＥＧＲガス導入口３３ａを形成する。また、ガイドパイプ３２が吸気管２３内に入り込む位置の近くで吸気管２３断面の円周接線方向に開口するＥＧＲガス導入口３３ｂを形成する。 したがって、ＥＧＲガス導入口３３ｂをスロットルバルブ２７の前傾自由端２７ｂ下流に、 ＥＧＲガス導入口３３ａをそこから略９０°離れた位置のスロットル軸２７ｃ端下流にそれぞれ設けることになる。
【００５０】
さらに、スロットル軸２７ｃ端下流に位置するＥＧＲガス導入口３３ａから導入されたＥＧＲガスはスロットルバルブ２７の背面下流に形成される逆流域に進入しやすいため、本実施形態では、スロットル軸２７ｃ端下流のＥＧＲガス導入口３３ａの開口面積を前傾自由端２７ａ下流のＥＧＲガス導入口３３ｂよりも小さくしている。
【００５１】
図１６はスロットルバルブ２７下流における新気及びＥＧＲガスの流れを示し、ＥＧＲガス３３ａ、３３ｂより導入されたＥＧＲガスは吸気管２３の内周下流方向に２重のスパイラル流れを形成する。このため、スパイラル流れが強化されて新気とＥＧＲガスの混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが低減される。
【００５２】
また、ＥＧＲガス導入口３３ａの開口面積をＥＧＲガス導入口３３ｂの開口面積よりも小さくしたことにより、ＥＧＲガス導入口３３ａから導入されるＥＧＲガスの流速が高まり、高速のＥＧＲガスが吸気管２３の円周接線方向に導入される。この結果、逆流域に進入するＥＧＲガスの量を抑えられ、スロットルバルブ２７へのデポジット形成を十分に抑えることができる。
【００５３】
また、ガイドパイプ３２の長さを短くしたことにより、ガイドパイプ３２が吸気管２３内に占める体積を小さくできるので、ＥＧＲガス導入部における吸気抵抗を抑えることができ、エンジン出力及びトルクの増大といった効果も得られる。
【００５４】
続いて第５の実施形態について説明する。
【００５５】
図１７、図１８はそのＥＧＲ導入部を示す。これは第１の実施形態においてＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂを吸気管２３断面の接線方向に対して所定の下流向き角度θを持たせて開口させたものである。
【００５６】
これにより、ＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂから導入されたＥＧＲガスは、図１８に示すように吸気管２３の内周下流方向のスパイラル流れとなって新気と混合されるが、ＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂが下流に向けて開口しているのでＥＧＲガスが上流に向けて流れず、スロットルバルブの背面下流に形成される逆流域に進入しにくくなり、デポジット形成を抑えることができる。
【００５７】
このように、ＥＧＲガスが逆流域に進入しにくくなるので、ＥＧＲ導入口３３ａ、３３ｂをさらに上流側に設けることも可能である。ＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂを上流側に設ければそれだけＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂから最上流側分岐管２５までの距離が長くなり新気とＥＧＲガスの混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを抑えることができる。
【００５８】
なお、ここでは第１の実施形態においてＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂに下流向き角度θを持たせるとしたが、他の実施形態においてＥＧＲガス導入口３３ａ、３３ｂに下流向き角度θを持たせるようにしても同様の効果が得られる。
【００５９】
続いて、第６の実施形態について説明する。
【００６０】
図１９、２０はそのＥＧＲガス導入部を示す。これは第１の実施形態において吸気管２３内に突き出したガイドパイプ３２の断面形状を吸気管２３内の流れ方向に対して空気抵抗が少ない流線形にしたものである。図１９、図２０では、ガイドパイプ３２の断面形状を上流側及び下流側が尖った吸気流れ方向に長い形状としているが、空気抵抗が少ない形状であれば他の形状であってもよい。このようにガイドパイプ３２を流線形とすることにより、ＥＧＲガス導入部における吸気抵抗を低減することができ、エンジンの出力及びトルクを向上することができる。
【００６１】
なお、ここでは第１の実施形態においてガイドパイプ３２を流線形としたが、他の実施形態においてガイドパイプ３２を流線形としても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】そのＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図３】同じくそのＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図４】スロットルバルブ下流に生じるスパイラル流れの説明図である。
【図５】同じくスパイラル流れの説明図である。
【図６】スロットルバルブの背面下流に生じる逆流域の説明図である。
【図７】ＥＧＲ率の気筒間バラツキとデポジット形成量の関係を示す特性図である。
【図８】第１の実施形態の効果を示す図である。
【図９】第２の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１０】同じく第２の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１１】第２実施形態におけるスパイラル流れの説明図である。
【図１２】第３の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１３】同じく第３の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１４】吸気管内の流速分布の説明図である。
【図１５】第４の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１６】同じく第４の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１７】第５の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１８】同じく第５の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図１９】第６の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図２０】同じく第６の実施形態のＥＧＲガス導入部の説明図である。
【図２１】従来例の部分断面図である。
【図２２】別の従来例の部分斜視図である。
【図２３】さらに別の従来例の概略構成図である。
【符号の説明】
２０    エンジン
２３    吸気管
２４    コレクタ
２５    分岐管
２７    スロットルバルブ
２７ａ  後傾自由端
２７ｂ  前傾自由端
２７ｃ  スロットル軸
３１    ＥＧＲ通路（外部還流路）
３２    ガイドパイプ
３３ａ、ｂ  ＥＧＲ導入口
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003873442.tif 000017
【図１７】
0003873442.tif 000018
【図１８】
0003873442.tif 000019
【図１９】
0003873442.tif 000020
【図２０】
0003873442.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0003873442.tif 000023
【図２３】
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