(57)【要約】【課題】気筒間の排気再循環量のばらつきを抑えることのできる排気再循環装置を提供する。【解決手段】排気再循環装置は、内燃機関の吸気中に還流される排気を通す管路として、主流管２４と、その主流管２４からそれぞれ分岐された気筒別の枝管２５ａ〜２５ｃとを備える。各枝管２５ａ〜２５ｃに、オリフィス２６ａ〜２６ｃをそれぞれ設けるとともに、主流管２４からの分岐位置が同主流管２４の上流側に位置する枝管２５ａ〜２５ｃのものほど、そのオリフィス２６ａ〜２６ｃの径を小さくするようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気中に還流される排気を通す管路として、主流管と、その主流管からそれぞれ分岐された気筒別の枝管と、を備える排気再循環装置において、
前記枝管には、オリフィスがそれぞれ設けられるとともに、前記主流管からの分岐位置が同主流管の上流側に位置する枝管のオリフィスほど、その径が小さくされている、
ことを特徴とする排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気中に排気を還流させる排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１には、吸気中に再循環される排気が通る管路として、排気が導入される主流管と、その主流管から分岐された気筒別の枝管とを備え、再循環される排気を各気筒に分配供給する排気再循環装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４９００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主流管の排気の流量は、枝管に排気が分配される毎に減少していく。そのため、主流管における排気流れ方向下流に分岐位置が位置する枝管ほど、排気の流入量が少なくなり、各気筒の排気再循環量にばらつきが生じてしまう。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、気筒間の排気再循環量のばらつきを抑えることのできる排気再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する排気再循環装置は、内燃機関の吸気中に還流される排気を通す管路として、主流管と、その主流管からそれぞれ分岐された気筒別の枝管と、を備える。そして、枝管にオリフィスをそれぞれ設けるとともに、主流管からの分岐位置が同主流管の上流側に位置する枝管のオリフィスほど、その径を小さくしている。
【０００７】
こうした排気再循環装置では、主流管に流入した排気が各枝管に分流され、それにより再循環排気が内燃機関の各気筒に分配される。主流管における各枝管の分岐位置に到達する排気の流量は、排気上流側の分岐位置ほど多くなる。一方、主流管からの分岐位置が同主流管の上流側に位置する枝管には、より径の小さいオリフィスが設けられており、流入時の排気の流動抵抗がより大きくされている。そのため、そのため、各枝管への排気の分配量の偏りを、ひいては気筒間の排気再循環量のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】排気再循環装置の一実施形態の全体構成を示す略図。
【図２】同排気再循環装置の排気分配部の断面図。
【図３】同排気分配部に設けられた整流部材の外観形状を模式的に示す斜視図。
【図４】反分岐方向から見た同整流部材の平面図。
【図５】図４の５−５線に沿った同整流部材の断面図。
【図６】排気分配部における排気の流動態様を示す断面図。
【図７】（ａ）は排気再循環装置の比較例における各気筒のＥＧＲ量と総ＥＧＲ量との関係を示すグラフであり、（ｂ）は同比較例における気筒＃３のＥＧＲ量に対する気筒＃１及び気筒＃２のＥＧＲ量の比率と総ＥＧＲ量との関係を示すグラフであり、（ｃ）は上記実施形態における各気筒のＥＧＲ量と総ＥＧＲ量との関係を示すグラフであり、（ｄ）は同実施形態における気筒＃３のＥＧＲ量に対する気筒＃１及び気筒＃２のＥＧＲ量の比率と総ＥＧＲ量との関係を示すグラフである。
【図８】各オリフィスの断面積比の微調整範囲を示すグラフ。
【図９】（ａ）は整流部材の変形例の外観形状を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は整流部材のもう一つの変形例の外観形状を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、排気再循環装置の一実施形態を、図１〜図８を参照して詳細に説明する。
図１に示す内燃機関１０は、気筒＃１〜＃３の３つの気筒を有している。この内燃機関１０の吸気通路１１は、スロットルバルブ１２の下流に設けられた吸気マニホールド１３において気筒毎に分岐され、更に気筒別の吸気ポート１４を介して各気筒＃１〜＃３の燃焼室１５にそれぞれ接続されている。一方、内燃機関１０の排気通路１７では、各気筒＃１〜＃３の燃焼室１５にそれぞれ接続された気筒別の排気ポート１６が排気マニホールド１８にて合流されている。そして、排気通路１７における排気マニホールド１８の下流側には、排気を浄化する触媒装置１９が設けられている。
【００１０】
こうした内燃機関１０の排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置は、吸気中に排気を再循環させるためのＥＧＲ通路２０を備える。ＥＧＲ通路２０は、排気マニホールド１８から引き出され、排気分配部２３にて気筒別に分岐された後、各気筒＃１〜＃３の吸気ポート１４に繋がっている。ＥＧＲ通路２０には、各気筒＃１〜＃３の吸気中に再循環される排気の総流量（以下、総ＥＧＲ量と記載する）を調整するＥＧＲバルブ２１と、排気を冷却するＥＧＲクーラー２２とが設けられている。
【００１１】
図２に示すように、ＥＧＲ通路２０の排気分配部２３は、排気を通す管路として、主流管２４を備える。主流管２４は、その一端が排気流入口２４ａとして開口され、他端が閉塞された円管形状に形成されている。主流管２４からは、その排気流れ方向上流側から順に、気筒＃３の吸気ポート１４に繋がる枝管２５ａ、気筒＃２の吸気ポート１４に繋がる枝管２５ｂ、気筒＃１の吸気ポート１４に繋がる枝管２５ｃが分岐されている。各枝管２５ａ〜２５ｃは、円管形状をなし、主流管２４と一体化されている。
【００１２】
各枝管２５ａ〜２５ｃにおける主流管２４との接続位置近傍の部分には、枝管２５ａ〜２５ｃの管径Ｄよりも小さい径を有したオリフィス２６ａ〜２６ｃがそれぞれ設けられている。これらのオリフィス２６ａ〜２６ｃの径は、主流管２４からの分岐位置が同主流管２４の上流側に位置する枝管２５ａ〜２５ｃのものほど、小さくされている（Ｄ＞ｄ３＞ｄ２＞ｄ１）。すなわち、主流管２４からの分岐位置が上流から２番目の枝管２５ｂのオリフィス２６ｂの径ｄ２は、同分岐位置が最下流に位置する枝管２５ｃのオリフィス２６ｃの径ｄ３よりも小さくされている。更に、同分岐位置が最上流に位置する枝管２５ａのオリフィス２６ａの径ｄ１は、そのオリフィス２６ｂの径ｄ２よりも小さくされている。
【００１３】
また、主流管２４における最上流の分岐位置（枝管２５ａの分岐位置）よりも上流側の部分には、整流部材２７が設置されている。なお、以下の説明では、主流管２４の軸心から見て、同主流管２４における各枝管２５ａ〜２５ｃとの接続部分が位置する方向を分岐方向とし、その反対方向を反分岐方向とする。
【００１４】
図３に示すように、整流部材２７は大きくは、円錐面２７ａの一部をその軸心Ｌに平行な平面に沿って切除した形状に形成されている。円錐面２７ａの底端２７ｃの外径は、主流管２４の内径とほぼ等しくされている。また、整流部材２７の円錐面２７ａの底端２７ｃからは、径方向に突き出したフランジ２７ｄが形成されている。そして、整流部材２７は、円錐面２７ａの頂点２７ｂ側を主流管２４の上流側に向け、更に上記円錐面２７ａの切除端面に当たる切り欠き２８が位置する側を反分岐方向に向けた状態で、そのフランジ２７ｄを主流管２４の内径に固定することで、主流管２４内に設置されている。なお、同図では、整流部材２７の細部の構造の図示が省略されている。
【００１５】
図４及び図５に示すように、整流部材２７の円錐面２７ａは、主流管２４の排気流れ方向に水平に配置された、複数の整流板２９により構成されている。各整流板２９は、円環状をなしており、軸心Ｌ方向に互いに間隔を置いて配置されている。なお、主流管２４における整流部材２７の設置部分の排気の流動性を確保するには、軸心Ｌに対する円錐面２７ａの傾斜角θは３０°以下とすることが望ましく、更に軸心Ｌ方向における切り欠き２８の高さｈは、円錐面２７ａの全高Ｈ、すなわち頂点２７ｂと底端２７ｃとの距離の０．４倍以上とすることが望ましい。
【００１６】
図６を参照して、以上のように構成された排気再循環装置の作用を説明する。
内燃機関１０の運転中にＥＧＲバルブ２１が開かれると、排気マニホールド１８内の排気の一部がＥＧＲ通路２０を通って、その主流管２４に流入する。主流管２４に流入した排気の流れは、主流管２４の排気流入口２４ａの近傍に設置された整流部材２７を通過する際に層流化される。ただし、整流部材２７の反分岐方向の部分には切り欠き２８が形成されており、排気が素通りできるようになっている。そのため、主流管２４における反分岐方向の部分に、強い排気の流れが形成される。
【００１７】
ここで、主流管２４における各枝管２５ａ〜２５ｃの接続部近傍の部分Ａでは、排気の一部が枝管２５ａ〜２５ｃに流入するため、主流管２４の軸方向における排気の流速が低下する。これに対して、主流管２４における反分岐方向の部分では、そうした枝管２５ａ〜２５ｃへの流入の影響は小さいため、整流部材２７の切り欠き２８の部分を通過した排気の流れは、強い勢いを保ったまま、主流管２４の下流部分に進む。そのため、主流管２４の反分岐方向の部分に切り欠き２８を有する整流部材２７を設置することで、主流管２４の下流部分により多くの排気を送ることができるようになる。
【００１８】
一方、主流管２４を流れる排気の流量は、各枝管２５ａ〜２５ｃへの排気の分配毎に減少する。そのため、分岐位置に到達する排気の流量は、気筒＃３の吸気ポート１４に接続された枝管２５ａ、気筒＃２の吸気ポート１４に接続された枝管２５ｂ、気筒＃１の吸気ポート１４に接続された枝管２５ｃの順に少なくなる。ただし、この排気再循環装置の各枝管２５ａ〜２５ｃには、分岐位置が上流側に位置するものほど、径の小さいオリフィス２６ａ〜２６ｃが設けられている。そのため、分岐位置に到達する排気の流量が最も多い枝管２５ａでは、流入時に排気が受ける流動抵抗が最も大きくなり、分岐位置に到達する排気の流量が最も少ない枝管２５ｃでは、流入時に排気が受ける流動抵抗が最も小さくなる。そして、分岐位置に到達する排気の流量がそれらの中間の枝管２５ｂでは、流入時に排気が受ける流動抵抗もそれらの中間となる。したがって、この排気循環装置では、主流管２４からの枝管２５ａ〜２５ｃの分岐位置の違いによる各気筒＃１〜＃３の排気再循環量のばらつきが抑えられるようになる。
【００１９】
図７（ａ）に、排気分配部２３に整流部材２７及びオリフィス２６ａ〜２６ｃが設けられていない、排気再循環装置の比較例における各気筒＃１〜＃３の排気再循環量（気筒別ＥＧＲ量）と総ＥＧＲ量との関係を示す。また、図７（ｂ）に、同比較例における、気筒＃３の気筒別ＥＧＲ量に対する気筒＃１及び気筒＃２の気筒別ＥＧＲ量の比率と総ＥＧＲ量との関係を示す。これらのグラフに示されるように、比較例の排気再循環装置では、その気筒の吸気ポート１４に接続された枝管２５ａ〜２５ｃの分岐位置が主流管２４の下流側であるほど、気筒別ＥＧＲ量が大きく減少しており、気筒間の排気再循環量のばらつきが大きくなっている。
【００２０】
一方、図７（ｃ）は、本実施形態の排気再循環装置における気筒別ＥＧＲ量と総ＥＧＲ量との関係を、図７（ｄ）は、本実施形態の排気再循環装置における上記気筒別ＥＧＲ量の比率と総ＥＧＲ量との関係をそれぞれ示している。これらのグラフに示されるように、本実施形態の排気再循環装置では、比較例に比べ、気筒別ＥＧＲ量のばらつきが大きく軽減されている。なお、上記各グラフにおける最大ＥＧＲ量は、内燃機関１０の運転中における総ＥＧＲ量の最大値である。
【００２１】
次に、各枝管に設ける各オリフィスの径の設定について説明する。
図８は、気筒別ＥＧＲ量のばらつきをそれらの中央値に対して±１０％の範囲以内とすることが可能な、各オリフィスの断面積比Ｒの範囲（微調整範囲）を示している。なお、断面積比Ｒは、分岐位置が最下流に位置する枝管のオリフィスの断面積に対する各分岐管のオリフィスの断面積の比率である。ここで、主流管２４の下流側から数えた枝管の分岐位置の順番を「Ｎ」とすると、同分岐位置の順番がＮ番目の枝管に設置するオリフィスの断面積比Ｒの上記微調整範囲の中央値Ｘは、下式にて求められる。そこで、同式から求められた断面積比Ｒの微調整範囲の中央値Ｘから各オリフィスの径を求め、適宜調整することで、気筒別ＥＧＲ量のばらつきを好適に抑えられるようになる。
【００２２】
【数１】
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以上説明した本実施形態の排気再循環装置によれば、以下の効果を奏することができる。
【００２３】
（１）分岐位置が主流管２４の上流側にあり、分岐位置に到達する排気の流量が多い枝管２５ａ〜２５ｃほど、径の小さいオリフィス２６ａ〜２６ｃが設けられている。そのため、分岐位置の違いによる各枝管２５ａ〜２５ｃの排気流入量のばらつきを、ひいては気筒間の排気再循環量のばらつきを抑えることができる。
【００２４】
（２）反分岐方向の部分に切り欠き２８を有した整流部材２７を主流管２４に設けたことで、主流管２４の下流部分により多くの排気が到達するようになり、主流管２４の下流側の部分から分岐した枝管２５ｂ，２５ｃにより多くの排気を分配することが可能となる。そのため、これによっても、気筒間の排気再循環量のばらつきを抑えることができる。
【００２５】
（３）主流管２４に設置された整流部材２７が、排気流れ方向上流側を頂点とする錐形となっているため、整流部材２７の設置に伴う主流管２４の排気流動抵抗の増加を抑えることができる。
【００２６】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、主流管２４及び各枝管２５ａ〜２５ｃが円管形状となっていたが、例えば四角管形状とするなど、その形状を適宜変更してもよい。
【００２７】
・各枝管２５ａ〜２５ｃにおけるオリフィス２６ａ〜２６ｃの位置は、適宜変更してもよい。オリフィス２６ａ〜２６ｃが各枝管２５ａ〜２５ｃおける主流管２４との接続位置近傍以外の部分に設けられていても、各枝管２５ａ〜２５ｃを通過する際の排気の流動抵抗は、オリフィス２６ａ〜２６ｃの径により変化する。そのため、オリフィス２６ａ〜２６ｃの位置が変わっても、主流管２４における枝管２５ａ〜２５ｃの分岐位置に応じてそれらの径を適宜設定すれば、気筒間の排気再循環量のばらつきの抑制が可能である。
【００２８】
・上記実施形態では、整流部材２７の円錐面２７ａを複数の整流板２９により構成していたが、そうした円錐面２７ａを整流格子により構成してもよい。
・整流部材２７の形状は、主流管２４の形状などに応じて適宜変更してもよい。例えば図９（ａ）及び図９（ｂ）には、四角管形状に形成された主流管２４に設置される整流部材の構成例がそれぞれ示されている。
【００２９】
図９（ａ）に示す整流部材３０は大きくは、四角錐面３０ａの一部をその軸心Ｌに平行な平面に沿って切除した形状に形成されている。主流管２４において整流部材３０は、四角錐面３０ａの頂点３０ｂに当たる側を主流管２４の排気流れ方向上流に向け、上記四角錐面３０ａにおける切除端面に当たる切り欠き３１が位置する側を主流管２４の反分岐方向に向けた状態で配置される。
【００３０】
一方、図９（ｂ）に示す整流部材３２は大きくは、平行配置された二等辺三角形状の２つの面３２ａ，３２ｂと、それらの二等辺三角形の斜辺に当たる辺を繋ぐ四角形状の２つの面３２ｃ，３２ｄの４面からなる箱体の一部を、面３２ａ，３２ｂの二等辺三角形の中線をそれぞれ通る平面に平行な平面に沿って切除した形状に形成されている。主流管２４においてこの整流部材３２は、面３２ａ，３２ｂの二等辺三角形の頂角に当たる角側を主流管２４の排気流れ方向上流側に向け、上記箱体の切除端面に当たる切り欠き３３が位置する側を主流管２４の反分岐方向に向けた状態で配置される。なお、整流部材３０の四角錐面３０ａ及び整流部材３２の面３２ｃ，３２ｄは、整流板又は整流格子により構成されているが、上図では、その図示が省略されている。
【００３１】
ちなみに、設置に伴う主流管２４の排気流動抵抗の増加を抑えるため、整流部材はその形状に関わらず、整流板や整流格子を構成する面の、主流管２４排気流れ方向に対しての傾斜角が３０°以内となっていることが望ましい。また、主流管２４における反分岐方向の部分に強い排気の流れを形成するためには、排気流れ方向における切り欠き部分の長さが、同方向における整流部材の全長の４０％以上となっていることが望ましい。
【００３２】
・オリフィスの設置のみで気筒間の排気再循環量のばらつきを十分抑制できるのであれば、整流部材を省略するようにしてもよい。
・上記実施形態の排気再循環装置は、３本の枝管２５ａ〜２５ｃを備えていたが、その数は、再循環排気を分配する気筒数に応じて適宜変更してもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、主流管２４及び各枝管２５ａ〜２５ｃを一体形成していたが、それらを別体としてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…スロットルバルブ、１３…吸気マニホールド、１４…吸気ポート、１５…燃焼室、１６…排気ポート、１７…排気通路、１８…排気マニホールド、１９…触媒装置、２０…ＥＧＲ通路、２１…ＥＧＲバルブ、２２…ＥＧＲクーラー、２３…排気分配部、２４…主流管、２４ａ…排気流入口、２５ａ〜２５ｃ…枝管、２６ａ〜２６ｃ…オリフィス、２７…整流部材、２７ａ…円錐面、２７ｂ…頂点、２７ｃ…底端、２７ｄ…フランジ、２８…切り欠き、２９…整流板。
【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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