(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンのＥＧＲガスを排気系通路から分岐される複数のＥＧＲ通路と、該複数のＥＧＲ通路がそれぞれ接続され、かつ、対向して設けられた入口開口部を有する緩衝室と、該緩衝室の出口通路と吸気通路が接続された混合室と、該混合室と吸気系通路を接続する排出通路とを有するＥＧＲ装置であって、ＥＧＲガスをＥＧＲ弁を通した後に前記緩衝室の対向する入口開口部から流入させて衝突及び干渉させると共に、前記混合室においてＥＧＲガスと新気を混合し、混合ガスを前記排出通路経由で前記吸気系通路に供給するように構成されたことを特徴とする多気筒エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記複数のＥＧＲ通路が複数に分割された前記排気マニホールドからそれぞれ分岐され、前記混合室は、複数の前記排出通路によって、複数に分割された前記吸気マニホールドのそれぞれに連通するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の多気筒エンジンのＥＧＲ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、ディーゼルエンジンなどにおいて、ＮＯｘの排出量を低減するために、排気ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲを備えた多気筒エンジンの燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
より詳細には、ＥＧＲガスの脈動を減少してから、ＥＧＲガスを新気と均一に混合してから多気筒エンジンの各気筒（シリンダ）に供給することにより、各気筒間のＥＧＲ率の不均等によって発生する黒煙を防止しながら、ＮＯｘを効率よく低減できる多気筒エンジンのＥＧＲ装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の排気ガス対策において、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するために、不活性ガスである排気ガスの一部、即ちＥＧＲガスを吸気系に還流することによって燃焼温度を低く抑えて、ＮＯｘの生成を抑制するＥＧＲ（排気再循環）が有効であることが知られており、広く実用化されている。
【０００４】
このＥＧＲ装置は、２エントリーターボを使用したエンジンの場合を示す図３のように、エンジン１の排気マニホールド２ｂから分岐したＥＧＲ通路６を吸気マニホールド３ａ、３ｂに接続し、排気系通路２ｂから排気ガスＧの一部であるＥＧＲガスＧｅを、ＥＧＲ通路６を経由して吸気通路８の新気Ａに混入して吸気マニホールド３ａ、３ｂへ還流させてＥＧＲを行っている。
【０００５】
そして、エンジン１の燃焼状態を良好に保ちながらＮＯｘを低減するために、このＥＧＲ通路６には、ＥＧＲ率調整用のＥＧＲ弁４を設けて、エンジン１の回転数ＮＥや負荷ＬＯＡＤ等の運転状態に応じて最適なＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋新気））となるように、ＥＧＲ弁４の弁開度を調整して、ＥＧＲ通路６を通過するＥＧＲガスＧｅの流量調整を行っている。また、さらに、ＥＧＲクーラー５を設けてＥＧＲガスＧｅを冷却して体積を減少させ、気筒へ供給される新気の量を増加している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、多気筒エンジンにおいては、吸気マニホールドの形状やＥＧＲ配管の取付け位置、吸排気のタイミング、エンジンの回転数、負荷、運転の定常・非定常、ＥＧＲ率などの運転条件によって、各気筒間のＥＧＲ率が不均等になるという現象がある。
【０００７】
このＥＧＲ率の不均等（バラツキ）の原因の一つは、ＥＧＲガスを吸気マニホールド内に供給する際に、吸気マニホールド内におけるＥＧＲガスの流れに偏りが生じ、各気筒に等分にＥＧＲガスが分配されないことにある。図３のようにＥＧＲ通路６を吸気マニホールド３ａ、３ｂに接続した場合には、ＥＧＲガスＧｅが中央側を、新気Ａは両端側を通過し易いので、中央側の気筒Ｎｏ．３とＮｏ．４のＥＧＲ率が大きく、両端側の気筒Ｎｏ．１とＮｏ．６のＥＧＲ率が小さくなる。
【０００８】
また、このＥＧＲ率の不均等の原因のもう一つは、ＥＧＲガスが排気脈動の影響を受けており、脈動圧や脈動流を持っているために、ＥＧＲガスの供給に時間的変動があり混合ガスの濃度にムラが生じるので、各気筒への流通路の長さや吸気のタイミングによって、各気筒に供給される混合ガスのＥＧＲガス濃度、即ちＥＧＲ率が変動してしまうことである。
【０００９】
この排気脈動は各気筒の排気タイミングに起因するので、全気筒の排気ガスが混合される場合に比べて、図３に示すように、排気マニホールド２ａ、２ｂが分割され、一方の半分の気筒の排気マニホールド２ｂ側のみからＥＧＲガスＧｅを供給する場合には、この排気脈動は著しく大きくなる。
【００１０】
そして、各気筒間のＥＧＲ率が不均等になると、ＥＧＲ率の高くなった気筒が新気不足となり、あるＥＧＲ率を越えると急激に燃焼が悪化して黒煙（スモーク）を発生するため、図４に示すように、ＥＧＲ率の不均等さの拡大に伴って、黒煙の発生量（黒煙レベル）が急激に多くなる。しかも全体のＥＧＲ率が増加する程、黒煙の発生量が増加する。
【００１１】
この黒煙の増加を避けるために、ＥＧＲ率が高くなる気筒のＥＧＲ率をさげるために、全体のＥＧＲ率を下げると、ＮＯｘの低減が不十分になるという問題がある。
【００１２】
この各気筒間の不均等を避けるために、特開平７−３４９８４号公報では、吸気マニホールドの上流に混合室（第１ルーム）を設け、この混合室内に挿入した排ガスパイプの吐出口からＥＧＲガスをこの混合室に供給するＥＧＲ装置が提案されており、更に、この排ガスパイプをアクチュエータにより駆動して、この混合室内を移動させることも提案されている。
【００１３】
しかしながら、このＥＧＲ装置では、混合室内に排ガスパイプを設け、この排ガスパイプの内側に高温で腐蝕性のＥＧＲガスを通過させる二重配管構造となるので、構造が複雑化し、メンテナンスが面倒になるという問題がある。
【００１４】
また、多気筒エンジンで慣性過給を利用しようとする場合に、吸気の脈動が悪くなり吸気の慣性を利用できなくなるという理由で成立しにくいという問題がある。
また、アクチュエータで排ガスパイプを駆動する場合には、エンジンの回転数や負荷によってアクチュエータの回転数をコントロールする必要があり、装置が複雑でコストが高くなり実用的でなくなる。
【００１５】
また、ＥＧＲに関しての黒煙発生防止のために、特開平１０−６１５０３号公報では、ＥＧＲ通路にアクセルに応動するシャットオフバルブを設けて、黒煙が発生し易い非定常時即ち過渡期に、このシャットバルブを閉じてＥＧＲを停止することにより黒煙の増加を防止するＥＧＲ装置が提案されている。
【００１６】
しかしながら、この装置では、アクセルを踏み込んだ過渡期の黒煙の増加は防止できても、ここで問題としている定常運転時のＥＧＲ率の不均等に基づく黒煙の増加を防止することはできない。
【００１７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＥＧＲ装置を備えた多気筒エンジンにおいて、ＥＧＲガスの排気脈動の影響を減少すると共に、新気とＥＧＲガスの混合を十分に行なって、各気筒に均等にＥＧＲガスを混合した混合ガスを供給することができ、黒煙の増加を防止しながら、高いＥＧＲ率でＮＯｘを効率よく低減することができる多気筒エンジンのＥＧＲ装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための多気筒エンジンのＥＧＲ装置は、次のように構成される。
【００１９】
多気筒エンジンのＥＧＲガスを排気系通路から分岐される複数のＥＧＲ通路と、該複数のＥＧＲ通路がそれぞれ接続され、かつ、対向して設けられた入口開口部を有する緩衝室と、該緩衝室の出口通路と吸気通路が接続された混合室と、該混合室と吸気系通路を接続する排出通路とを有するＥＧＲ装置であって、ＥＧＲガスをＥＧＲ弁を通した後に前記緩衝室の対向する入口開口部から流入させて衝突及び干渉させると共に、前記混合室においてＥＧＲガスと新気を混合し、混合ガスを前記排出通路経由で前記吸気系通路に供給するように構成される。
【００２０】
また、２エントリーターボを採用したり、吸気における慣性過給や共鳴過給の動的効果を利用したりして、排気マニホールドや吸気マニホールドが複数に分割されたエンジンの場合は、更に、次のように構成される。
【００２１】
前記複数のＥＧＲ通路が複数に分割された前記排気マニホールドからそれぞれ分岐され、前記混合室は、複数の前記排出通路によって、複数に分割された前記吸気マニホールドのそれぞれに連通するように構成される。
【００２２】
これらの構成によれば、緩衝室のＥＧＲガスの入口開口部が対向して設けられ、複数のＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスが、この入口開口部から供給され、全体としてのＥＧＲガスの脈動が緩衝され、より定圧流及び定常流の状態に近づき、この定常流の状態に近いＥＧＲガスが混合室に供給される。
【００２３】
つまり、この緩衝室は、ＥＧＲ通路を単一の排気マニホールドから分岐した場合には、通路拡大に伴う脈動圧と脈動流の緩衝の効果を奏し、ＥＧＲ通路を複数の排気マニホールドから分岐した場合には、この通路拡大に伴う緩衝の効果に加えて、各排気マニホールドの気筒群の間で燃焼のタイミングが異なるために、排気脈動のタイミングがずれたＥＧＲガスを別々のＥＧＲ通路で、緩衝室の対向する入口開口部から供給されて正面衝突することにより、相互間で干渉する。そして、この衝突及び干渉により排気脈動圧及び脈動流が平坦化し緩衝される。
【００２４】
また、ＥＧＲ通路を単一の排気マニホールドから分岐した場合には、一部のＥＧＲ通路の長さや太さを変えたり、途中にオリフィスやサージタンクを設けて排気脈動のタイミングを他のＥＧＲ通路と異ならせることにより緩衝効果をより向上させることができる。
【００２５】
更に、この脈動圧及び脈動流の減少したＥＧＲガスが、混合室において、吸気通路から混合室に入って流速が低下する新気に混合するので、より均一な混合ガス（吸気）となり、この均一な混合ガスが各気筒に供給される。つまり、この混合室は、新気の流速を程良く減速して、新気とＥＧＲガスの混合効率を上げる機能を有する。
【００２６】
従って、脈動が少なく、かつ、新気とＥＧＲガスの混合が十分に行なわれた混合ガスが各気筒に供給されるので、各気筒間のＥＧＲ率の不均等がなくなり、新気不足による黒煙の発生が防止される。従って、高いＥＧＲ率でＮＯｘを効率よく低減することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る多気筒エンジンのＥＧＲ装置の実施の形態を説明する。
図１、図２に、本発明に係る多気筒エンジンのＥＧＲ装置のシステム構成を示すが、エンジン１の排気マニホールド（排気系通路）２ａ、２ｂと吸気マニホールド（吸気系通路）３ａ、３ｂは、それぞれ、Ｎｏ．１、２、３気筒用とＮｏ．４、５、６気筒用との２つに分岐して設けられ、排気マニホールド２ａ、２ｂのぞれぞれから、２エントリーターボ10に排気ガスＧが供給されるように構成される。
【００２８】
そして、ＥＧＲ通路６ａ、６ｂが、それぞれ、排気マニホールド２ａ、２ｂから分岐し、ＥＧＲ弁４ａ、４ｂとＥＧＲクーラー５ａ、５ｂをそれぞれ経由して、緩衝室20の入口開口部20ａ、20ｂに接続される。
【００２９】
この構成により、２エントリーターボ10の２つの供給口から排気ガスＧを均等に供給できるので、ターボの効率を維持できる。つまり、先行技術の図３の構成では、片方の排気マニホールド２ｂだけからＥＧＲガスＧｅを吸気マニホールド３ｂに供給するために、２エントリーターボ10の２つの供給口から供給する排気ガスＧが不均等になってターボ効率が低下するが、これを図１の構成では防止することができる。
【００３０】
この緩衝室20の入口開口部20ａ、20ｂは、互いに向き合うように、即ち、対向して設けられる。また、この入口開口部20ａ、20ｂには、ＥＧＲガスＧｅの逆流を防止するために、リード弁25ａ、25ｂがそれぞれ設けられる。
【００３１】
なお、ＥＧＲ通路６ａ、６ｂは、脈動のタイミングのずれを維持して、緩衝室20内での干渉効果を上げるために、通路面積や通路長等の通路形状をできるだけ等しく形成することが好ましい。
【００３２】
そして、この緩衝室20の出口通路22は、混合室21に接続され、更に、この混合室21には、吸気通路８が接続される。この混合室21に前側の排出通路23ａと後側の吸気マニホールド２ｂがそれぞれ接続して設けられ、これらは、前側の吸気マニホールド２ａと後側の排出通路23ｂに接続されて構成される。
【００３３】
なお、この吸気マニホールド２ａ、２ｂの分割は、吸気における動的効果である共鳴過給効果と慣性過給効果のバランスをとるために６気筒や８気筒のエンジンで行なわれている。
【００３４】
即ち、この混合室21では、吸気通路８から供給される新気Ａと緩衝室20の出口通路22から供給されるＥＧＲガスＧｅとの混合が行なわれ、この混合ガスＡ＋Ｇｅが、前側と後側の排出通路23ａ、23ｂにより前側と後側の吸気マニホールド２ａ、２ｂに供給されるように構成される。
なお、吸気通路８にはインタクーラー９が設けられ、ターボ20で圧縮されて温度が上昇した新気Ａを冷却している。
【００３５】
以上の構成の多気筒エンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスＧｅの緩衝室20への入り口である入口開口部20ａ、20ｂを対向して配置したので、この入口開口部20ａ、20ｂから供給されるＥＧＲガスＧｅを互いに衝突させることができる。
【００３６】
このＥＧＲ通路６ａ、６ｂを通過するＥＧＲガスＧｅは、前側の排気マニホールド２ａの気筒群Ｎｏ．１、２、３と後側の排気マニホールド２ｂの気筒群Ｎｏ．４、５、６と燃焼や排気のタイミングが異なるために、排気脈動のタイミングがずれており、この排気脈動のタイミングがずれたＥＧＲガス同士を正面衝突させるので、干渉効果が大きい。
【００３７】
その上、緩衝室の通路拡大による圧力緩衝の効果もあるので、ＥＧＲガスＧｅの排気脈動圧及び脈動流を大幅に緩衝することができ、ＥＧＲガスＧｅの排気脈動を平坦化することができる。
【００３８】
そして、この排気脈動に対する緩衝効果により、定圧流及び定常流の状態に近づいた状態のＥＧＲガスＧｅを、出口通路22経由で混合室21に送ることができ、更に、混合室21で、このＥＧＲガスＧｅを流速の低下した新気Ａに混合することができるので、より均一な混合ガスＡ＋Ｇｅを得ることができ、この均一な混合ガスＡ＋Ｇｅを各気筒に供給できる。
【００３９】
従って、ＥＧＲ装置を備えた多気筒エンジン１において、一部気筒のＥＧＲ率が大きくなって、黒煙量が増加するを防止しながら、高いＥＧＲ率でＮＯｘを効率よく低減することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の多気筒エンジンのＥＧＲ装置によれば、緩衝室において、ＥＧＲガスを対向して配置された入口開口部から供給して、ＥＧＲガスを互いに衝突させて、ＥＧＲガスの排気脈動を緩衝することができる。
【００４１】
そして、排気脈動が緩衝されて定圧及び定常流の状態に近づいたＥＧＲガスを混合室に送って、吸気通路から混合室に流入して流速が低下した新気と混合することができるので、より均一な混合ガスを得ることができる。
【００４２】
従って、緩衝室と混合室の組合せにより、ＥＧＲガスの排気脈動の影響が減少し、かつ、均一に混合した混合ガスを各気筒に供給できるので、各気筒間のＥＧＲ率の不均等が原因である黒煙の増加を防止しながら、高いＥＧＲ率でＮＯｘを効率よく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多気筒エンジンのＥＧＲ装置のシステム構成図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示す模式図である。
【図３】先行技術の多気筒エンジンのＥＧＲ装置のシステム構成図である。
【図４】ＥＧＲ率の気筒間のバラツキと黒煙レベルの関係を示す図である。
【符号の説明】
１    エンジン本体
２ａ  排気マニホールド（前側）    ２ｂ  排気マニホールド（後側）
３ａ  吸気マニホールド（前側）    ３ｂ  吸気マニホールド（後側）
４ａ  ＥＧＲ弁（前側）            ４ｂ  ＥＧＲ弁（後側）
５ａ  ＥＧＲクーラー（前側）      ５ｂ  ＥＧＲクーラー（後側）
６ａ  ＥＧＲ通路（前側）          ６ｂ  ＥＧＲ通路（後側）
８    吸気通路
９    インタクーラー
10    ２エントリーターボ
20    緩衝室                      20ａ、20ｂ  入口開口部
21    混合室
22    出口通路
23ａ  排出通路（前側）        23ｂ  排出通路（後側）
25ａ、25ｂ  リード弁
Ａ    新気                        Ｇ    排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス                  Ａ＋Ｇｅ  混合ガス
【図１】
0003937612.tif 000002
【図２】
0003937612.tif 000003
【図３】
0003937612.tif 000004
【図４】
0003937612.tif 000005