(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐管及びコレクタを備えた吸気マニホールドのコレクタ一端側の上流にスロットルバルブが接続された吸気系に対し、排気の一部をＥＧＲガスとして還流し、かつ、最上流側の分岐管の結合部よりも上流側のコレクタ内にＥＧＲガスを導入するエンジンのＥＧＲ装置において、
コレクタ内へのＥＧＲガス導入部が開放端の直前にアール状に曲げられたアール部を有し、該アール部下流の開放端がＥＧＲ配管径よりも大きい径を有する一方、
前記ＥＧＲガス導入部は、コレクタでの流れの中心線に対してコレクタでの分岐管の結合部側と反対側に配置し、その開放端が最上流側の分岐管に向いていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】
分岐管及びコレクタを備えた吸気マニホールドのコレクタ一端側の上流にスロットルバルブが接続された吸気系に対し、排気の一部をＥＧＲガスとして還流し、かつ、最上流側の分岐管の結合部よりも上流側のコレクタ内にＥＧＲガスを導入するエンジンのＥＧＲ装置において、
コレクタ内へのＥＧＲガス導入部が開放端の直前にアール状に曲げられたアール部を有し、該アール部下流の開放端がＥＧＲ配管径よりも大きい径を有する一方、
前記ＥＧＲガス導入部は、アール部の下流がＥＧＲ配管よりも径が大きい管形状となっていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲガス導入部は、アール部下流の管形状部のアール内側にコレクタ内のガスを導入する穴を開口したことを特徴とする請求項２記載のエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲガス導入部は、アール部下流の管形状部の開放端側が斜めにカットされていて、管形状部の長さがアール内側よりアール外側が長くなっていることを特徴とする請求項２記載のエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲガス導入部は、アール部とアール部下流の管形状部との接合部がテーパを持たないことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲガス導入部は、コレクタでの流れの中心線に対してコレクタでの分岐管の結合部側と反対側に配置したことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲガス導入部は、その開放端が最上流側の分岐管に向いていることを特徴とする請求項６記載のエンジンの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、排気の一部を吸気中に還流するエンジンのＥＧＲ（排気還流）装置に関し、特に吸気系へのＥＧＲガス導入部の形状及び導入方向等を工夫することにより、ＥＧＲ性能を改善した技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンでは、一般に大きな出力を要求されない通常の運転時に燃費改善によるＣＯ2 低減あるいはＮＯｘ排出量低減のため、排気の一部を吸気系に戻すＥＧＲ装置を備えている。このＥＧＲ装置に関して、例えば実開昭６０−１７１９５２号に記載のものでは、図２１に示すように、分岐管及びコレクタを備えた吸気マニホールドのコレクタ一端側の上流にスロットルバルブが接続された吸気系に対し、排気の一部をＥＧＲガスとして還流する際に、最上流側の分岐管の結合部よりも上流側のコレクタ内にＥＧＲガスを導入している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来例あるいは通常一般的に用いられているＥＧＲ装置においては、ＥＧＲガス導入部は配管の形状がＥＧＲガスと新気との混合を促進するための最適な形状となっていない。このために、ＥＧＲ率を増加した大量ＥＧＲを行った場合に、ＥＧＲガスと新気との混合が不十分となって各気筒のＥＧＲ率にバラツキを生じ、エンジンの安定度が悪化すると共に、エミッション（汚染物質排出量）が増加し、燃費も悪化する。
【０００４】
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率の気筒間バラツキを改善することにより、上記課題を解決したエンジンのＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１、２に係る発明では、分岐管及びコレクタを備えた吸気マニホールドのコレクタ一端側の上流にスロットルバルブが接続された吸気系に対し、排気の一部をＥＧＲガスとして還流し、かつ、最上流側の分岐管の結合部よりも上流側のコレクタ内にＥＧＲガスを導入するエンジンのＥＧＲ装置において、コレクタ内へのＥＧＲガス導入部が開放端の直前にアール状に曲げられたアール部を有し、該アール部下流の開放端がＥＧＲ配管径よりも大きい径を有することを共通の特徴とする。
これにより、ＥＧＲガス導入部の開放端下流には循環域が生成され、ＥＧＲガスは前記循環域で新気と混合されるために、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【０００６】
そして、特に請求項１に係る発明では、前記ＥＧＲガス導入部は、コレクタでの流れの中心線に対してコレクタでの分岐管の結合部側と反対側に配置し、前記ＥＧＲガス導入部は、その開放端が最上流側の分岐管に向いていることを特徴とする。
ＥＧＲガス導入部が分岐管と同じ側にある場合、ＥＧＲガスは最上流側にある分岐管に入り易いが、導入部を分岐管と反対側に配置することにより、ＥＧＲガス導入部と最上流側の分岐管との距離が短い場合においても、ＥＧＲガスと新気との混合をより促進できるため、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
また、前記ＥＧＲガス導入部は、その開放端が最上流側の分岐管に向いていることにより、過渡状態等で運転条件が変化しＥＧＲガス導入部下流の循環域の状態が変わった場合においても、ＥＧＲガスは各気筒に均等に導入され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【０００７】
そして、特に請求項２に係る発明では、前記ＥＧＲガス導入部は、アール部の下流がＥＧＲ配管よりも径が大きい管形状となっていることを特徴とする。
これにより、ＥＧＲガス導入部にはより安定した循環域が形成されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【０００８】
また、請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明を前提として、前記ＥＧＲガス導入部は、アール部下流の管形状部のアールの内側にコレクタ内のガスを導入する穴を開口したことを特徴とする。
これにより、ＥＧＲガス導入部に新気が流入し易くなり、ＥＧＲガス導入部においてより安定した循環域が形成されるために、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【０００９】
また、請求項４に係る発明では、請求項２に係る発明を前提として、前記ＥＧＲガス導入部は、アール部下流の管形状部の開放端側が斜めにカットされていて、管形状部の長さがアール内側よりアール外側が長くなっていることを特徴とする。
これにより、請求項３に係る発明と同様、ＥＧＲガス導入部に新気が流入し易くなり、ＥＧＲガス導入部においてより安定した循環域が形成されるために、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１０】
また、請求項５に係る発明では、前記ＥＧＲガス導入部は、アール部とアール部下流の管形状部との接合部がテーパを持たないことを特徴とする。
これにより、ＥＧＲガスの流れはアール部の下流において曲げアールの外側に寄り易くなる。これにより、ＥＧＲガス導入部においてより安定した循環域が形成されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１１】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、コレクタ内へのＥＧＲガス導入部が開放端の直前にアール状に曲げられたアール部を有し、該アール部下流の開放端がＥＧＲ配管径よりも大きい径を有する形状としたため、ＥＧＲガス導入部の開放端下流に循環域が生成され、この循環域でＥＧＲガスが新気と混合されるために、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１２】
そして、特に請求項１に係る発明によれば、前記ＥＧＲガス導入部をコレクタでの分岐管の結合部側と反対側に配置したため、レイアウトの制約によりＥＧＲガス導入位置が最上流側の分岐管に近い場合においても、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
また、前記ＥＧＲガス導入部の開放端が最上流側の分岐管に向いているため、エンジンの運転状態が変化する過渡時において循環域の流れが乱れる場合においても、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１３】
そして、特に請求項２に係る発明によれば、前記ＥＧＲガス導入部のアール部の下流をＥＧＲ配管よりも径が大きい管形状としたため、過渡時等コレクタ内の流れが乱れる場合においても、ＥＧＲガス導入部に安定した循環域を形成することができて、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明によれば、前記ＥＧＲガス導入部のアール部下流の管形状部に穴を開口した形状としたため、開放端の管形状部に新気が流入し易くなり、より安定した循環域を形成できて、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明によれば、前記ＥＧＲガス導入部のアール部下流の管形状部の開放端側が斜めにカットされているため、管形状部に新気が流入し易くなり、より安定した循環域を形成できて、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明によれば、前記ＥＧＲガス導入部のアール部と管形状部との接合部がテーパを持たない形状としたため、ＥＧＲガスが管形状部に広がって流れることを防ぐことができるので、より安定した循環域を形成できて、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化でき、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は第１参考例を示す構成図である。エンジン１は、分岐管２及びコレクタ（サージタンク）３を備えた吸気マニホールドのコレクタ３一端側の上流にスロットルバルブ４が接続された吸気系を有している。そして、排気５の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管（ＥＧＲパイプ）６を介して最上流側の分岐管２の結合部よりも上流側のコレクタ３内に導入する。ここで図２に示すように、ＥＧＲガス導入部７は、開放端８の直前にアール状に曲げられたアール部（Ｒ部）９を有し、該アール部９下流の開放端８の径Ｄ２はＥＧＲ配管径Ｄｌよりも大きい（Ｄ２＞Ｄｌ）。
【００１８】
次に、この第１参考例の作用を説明する。
図３に従来例のＥＧＲガスの流れを示す。従来例では、ＥＧＲガス導入部がアール部がなくストレートな形状となっている。このため、ＥＧＲガス導入部の開放端付近（断面Ａ）の流速分布を見ると、ＥＧＲガスは断面全体をほぼ一様に流れている。従って、ＥＧＲガスは開放端の出口付近で新気と混合することなく、コレクタ内に流入する。また、ＥＧＲ率を増加した大量ＥＧＲを行った場合、ＥＧＲガスの流速が高くなるため、コレクタ内に流入したＥＧＲガスは、容易には周囲に拡散せず、図４に示すように、ＥＧＲパイプの向きによっては、特定の気筒の分岐管に入り易くなる。よって、気筒間でＥＧＲ率にバラツキが発生していた。
【００１９】
図５に第１参考例での流れを示す。図５で実線矢印はＥＧＲガスの流れを、点線矢印は新気の流れを表す。以降の図でも同様である。本実施形態ではＥＧＲガス導入部７の開放端８の直前にアール部９を設け、更にアール部９の下流の開放端８の径はＥＧＲ配管径よりも大きい形状となっている。このため、アール部９下流では流れが外側に寄り、従って断面Ａの流速分布を見ると流速が外側ほど高くなる。また、開放端８で径が広がっているため、流れは更に外側に寄り、開放端８の下流には新気が循環する循環域が発生する。ＥＧＲガスはこの循環域において新気と混合してから下流に流れることになる。
【００２０】
図６に従来例のＥＧＲガス濃度分布を示す。前述したように従来例ではＥＧＲガスと新気との混合が進まないために、特定気筒のＥＧＲガス濃度が高くなり、各気筒のＥＧＲ率にバラツキが発生する。
図７に第１参考例のＥＧＲガス濃度分布を示す。ＥＧＲガスはＥＧＲガス導入部の循環域で強制的に新気と混合されてから、コレクタ内に流入するので、その後の拡散が良好となり、コレクタ内のＥＧＲガス濃度が均一になる。従って、各気筒のＥＧＲ率は一様となる。
図８に第１参考例の効果を示す。前述のように、本参考例では、ＥＧＲガス導入部下流でＥＧＲガスと新気との混合が進むために、各気筒のＥＧＲ率を均一にできる。
【００２１】
次に、第２参考例について説明する。第２参考例の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第２参考例の特徴を図９に示す。第２参考例はＥＧＲガス導入位置が分岐管２に近い場合である。レイアウトの関係からＥＧＲガス導入位置が分岐管２に近い場合は、コレクタ３での流れの中心線に対してコレクタ３での分岐管２の結合部側とは反対側に、ＥＧＲガス導入部７を配置する。
【００２２】
ＥＧＲガス導入部が分岐管と同じ側の例を図１０に示す。この場合、循環域においてＥＧＲガスは新気と混合するもののＥＧＲガス導入位置が分岐管に近いために、ＥＧＲガス濃度の高いガスが上流側の分岐管に流入する。このためにＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加する。
【００２３】
これに対して第２参考例での流れを図１１に示す。本参考例では、ＥＧＲガス導入位置が分岐管２と反対側になっているために、ＥＧＲガスは循環域で新気と混合した後に、分岐管２に流入する前に更に新気の主流と混合するため、ＥＧＲガス濃度分布がより均一となる。
よって、第２参考例では、レイアウトの制約によりＥＧＲガス導入位置が上流側の分岐管に近い場合においても、ＥＧＲガス導入部下流コレクタ内のＥＧＲガス濃度を均一化できるため、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００２４】
以上の参考例を基に、本発明の実施形態について説明する。
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第１実施形態の特徴を図１２に示す。第１実施形態では、ＥＧＲ導入部７をコレクタ３での流れの中心線に対してコレクタ３での分岐管２の結合部側と反対側に配置すると共に、ＥＧＲガス導入部７の開放端８が最上流側の分岐管２に向いており、言い換えれば、ＥＧＲガス導入部７の流れの中心線の延長方向が最上流側の分岐管２に向いていることを特徴する。
【００２５】
ＥＧＲガス導入部の方向が流れに平行な場合の例を図１３に示す。この例では、エンジンの運転状態が定常状態にある場合は、ＥＧＲガス導入部の循環域におけるＥＧＲガスと新気との混合があるため、ＥＧＲガス導入部下流のＥＧＲガス濃度分布は均一となる。しかしながら、エンジンの運転状態が変化する過渡時においては循環域の流れに乱れが生じる。このため、過渡の状態によっては、循環域におけるＥＧＲガスと新気との混合が進まずに、コレクタ内におけるＥＧＲガス濃度分布にバラツキが生じて、ＥＧＲ率の気筒間バラツキが増加する。例えば図１３の場合、ＥＧＲガスはＥＧＲガス導入部からあまり拡散せずにほぼストレートに下流に流れる。このため最上流側の分岐管にはＥＧＲガスが流入されにくい。
【００２６】
これに対して第１実施形態での流れを図１４に示す。本実施形態では、ＥＧＲガス導入部７が最上流側の分岐管２に向いているために、過渡時等においてＥＧＲガス導入部７の循環域の流れに乱れが生じた場合においても、ＥＧＲガスがコレクタ３内により均一に流れるために気筒間のＥＧＲ率バラツキを低減できる。
【００２７】
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第２実施形態の特徴を図１５に示す。本実施形態ではアール部９の下流がＥＧＲ配管よりも径が大きい略ストレートな管形状部１０となっており、言い換えれば、ＥＧＲガス導入部７の開放端８がある長さ（Ｌ）を有する管形状となっている。
【００２８】
このようにすることで、ＥＧＲガス導入部に形成される循環域はコレクタ内のガス流れの乱れの影響をあまり受けなくなる。このため、図１６に示すようにＥＧＲガス導入部に安定した循環域が形成される。また過渡時等運転条件が変化した場合においても常に安定した循環域を保持することができる。従って、過渡時等コレクタ内の流れが乱れる場合においても各気筒のＥＧＲ率をより均一にすることができる。
【００２９】
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第３実施形態の特徴を図１７に示す。本実施形態ではＥＧＲガス導入部７の管形状部１０のアール内側に新気を導入する穴１１を設けたことを特徴とする。新気導入用の穴１１によりＥＧＲガス導入部７の開放端８に新気が流入し易くなる。このため、循環域におけるＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲガス導入部下流のコレクタ内におけるＥＧＲガス濃度が均一となる。従って、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００３０】
次に、第４実施形態について説明する。第４実施形態の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第４実施形態の特徴を図１８に示す。本実施形態ではＥＧＲガス導入部７の管形状部１０の開放端８側が斜めにカットされている。また、管形状部１０はアール内側よりアール外側が長くなっている（Ｌ２＞Ｌｌ）。
これにより、管形状部１０内に新気が流入し易くなる。その結果、循環域におけるＥＧＲガスと新気との混合が促進される。よって、ＥＧＲガス導入部下流のコレクタ内におけるＥＧＲガス濃度が均一となる。従って、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【００３１】
次に、第５実施形態について説明する。第５実施形態の基本構成は第１参考例の構成と同様である。
第５実施形態の特徴を図１９に示す。本実施形態ではアール部９とアール部９下流の管形状部１０との接合部がテーパを持たないことを特徴としている。すなわち、段差部１２を持っている。
【００３２】
図２０に前記接合部にテーパを設けて、その角αを小さくとった時の流れを示す。テーパ角αが小さい場合はＥＧＲガスが開放端の管内部に広がるために新気が流入し難くなる。その結果、循環域が不安定となり、ＥＧＲガスと新気との混合が進まない。
これに対して、第５実施形態（図１９）のようにテーパ角がない場合は、ＥＧＲガスは開放端管部の外側に偏って流れるために新気が流入し易くなる。その結果安定した循環域が形成されるため、ＥＧＲガスと新気との混合が促進され、ＥＧＲガス導入部下流のコレクタ内におけるＥＧＲガス濃度が均一となる。従って、ＥＧＲ率の気筒間バラツキを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１参考例を示す構成図
【図２】  第１参考例のＥＧＲガス導入部の特徴を示す図
【図３】  従来例を説明する図
【図４】  従来例のＥＧＲガス流れを説明する図
【図５】  第１参考例のＥＧＲガス流れを説明する図
【図６】  従来例のＥＧＲガス濃度分布を説明する図
【図７】  第１参考例のＥＧＲガス濃度分布を説明する図
【図８】  第１参考例の効果を説明する図
【図９】  第２参考例のＥＧＲガス導入部の特徴を示す図
【図１０】  ＥＧＲガス導入位置が分岐管と同じ側の場合のＥＧＲガス流れを説明する図
【図１１】  第２参考例のＥＧＲガス流れを説明する図
【図１２】  本発明の第１実施形態の特徴を示す図
【図１３】  定常時と過渡時のＥＧＲガス流れを説明する図
【図１４】  第１実施形態のＥＧＲガス流れを説明する図
【図１５】  第２実施形態の特徴を示す図
【図１６】  第２実施形態のＥＧＲガス流れを説明する図
【図１７】  第３実施形態の特徴を示す図
【図１８】  第４実施形態の特徴を示す図
【図１９】  第５実施形態の特徴を示す図
【図２０】  テーパがある場合のＥＧＲガス流れを説明する図
【図２１】  従来例の構成図
【符号の説明】
１  エンジン
２  分岐管
３  コレクタ
４  スロットルバルブ
５  排気
６  ＥＧＲ配管
７  ＥＧＲガス導入部
８  開放端
９  アール部
１０  管形状部
１１  穴
１２  段差部
【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】
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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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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