特許 6563362 内燃機関の吸気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6563362

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】内燃機関の吸気装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 35/10 20060101AFI20190808BHJP

   F02M 35/116 20060101ALI20190808BHJP

   F02M 26/19 20160101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   F02M35/10 311E

   F02M35/116 V

   F02M35/10 301D

   F02M26/19 311

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-95900(P2016-95900)

(22)【出願日】2016年5月12日

(65)【公開番号】特開2017-203422(P2017-203422A)

(43)【公開日】2017年11月16日

【審査請求日】2018年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】浅井 満季

【審査官】 北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−０７０６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１００６５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１３１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−０７０７７３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−０８８７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１５５２２３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０１７１４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１７１９５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６０−１７１９５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−１６１１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ３５／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／１９

Ｆ０２Ｍ ３５／１１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

新気が流れる１本の新気吸気管に分岐部を介して第１バンク用と第２バンク用の２本の分岐管が接続された吸気管と、
前記吸気管にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲガス管と、
を備える内燃機関の吸気装置であって、
前記ＥＧＲガス管は、前記吸気管の前記分岐部から延びる前記分岐管の中心軸に向かってＥＧＲガスが導入されるように、ＥＧＲガス流入口が前記吸気管の前記分岐部に接続され、
前記吸気管の前記分岐部における前記ＥＧＲガス流入口と前記中心軸を挟んで対向する部位に外側に凸となる膨出部が形成され、
前記膨出部は、その内壁に、前記ＥＧＲガス流入口から流入するＥＧＲガスによる旋回流を形成するための断面円弧状の旋回流路面を有し、
前記新気吸気管は、前記分岐管の中心軸の周りを旋回するＥＧＲガスによる旋回流に向けて新気を流入させることを特徴とする内燃機関の吸気装置。

【請求項2】

前記膨出部の開口部の径は前記ＥＧＲガス流入口での径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項3】

前記ＥＧＲガス管は前記断面円弧状の膨出部の接線方向に繋げられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項4】

前記旋回流は、前記分岐部から延びる前記分岐管の中心軸の回りを旋回し、
前記中心軸に直交する方向から前記新気が流入されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の吸気装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

内燃機関のＥＧＲシステムにおいては排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するために吸気管にＥＧＲガス管を接続している。特許文献１においては多気筒エンジンの吸気通路分岐部にＥＧＲガス管を接続するとともに傘状の流れ変更手段を設けて吸入空気流とＥＧＲガス流とを対向衝突させないようにする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−８８７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、Ｖ型エンジン等の左右のバンクを有する内燃機関においてＥＧＲガスを吸気系に還流する場合には、気筒間におけるＥＧＲ率のばらつきを低減させるために左右のバンクに流すＥＧＲガスの量を均等化する必要がある。

【0005】

本発明の目的は、第１バンク及び第２バンクに流すＥＧＲガスの量を均等化することができる内燃機関の吸気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】

請求項１に記載の発明では、新気が流れる１本の新気吸気管に分岐部を介して第１バンク用と第２バンク用の２本の分岐管が接続された吸気管と、前記吸気管にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲガス管と、を備える内燃機関の吸気装置であって、前記ＥＧＲガス管のＥＧＲガス流入口が前記吸気管の前記分岐部に接続され、前記吸気管の前記分岐部における前記ＥＧＲガス流入口に対向する部位に外側に凸となる膨出部が形成され、前記膨出部は、その内壁に、前記ＥＧＲガス流入口から流入するＥＧＲガスによる旋回流を形成するための断面円弧状の旋回流路面を有することを要旨とする。

【0007】

請求項１に記載の発明によれば、ＥＧＲガス管のＥＧＲガス流入口が吸気管の分岐部に接続され、吸気管の分岐部におけるＥＧＲガス流入口に対向する部位に外側に凸となる膨出部が形成され、膨出部はその内壁に断面円弧状の旋回流路面を有する。そして、吸気管の分岐部においてＥＧＲガス流入口から流入するＥＧＲガスによる膨出部の旋回流路面に沿った旋回流が形成されるので、当該膨出部が無く膨出部によるＥＧＲガスの旋回流が形成されない場合に比べ脈動の影響を受けにくくでき、第１バンク及び第２バンクに流すＥＧＲガスの量を均等化することができる。

【0008】

請求項２に記載のように、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置において、前記膨出部の開口部の径は前記ＥＧＲガス流入口での径より大きいとよい。
請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置において、前記ＥＧＲガス管は前記断面円弧状の膨出部の接線方向に繋げられているとよい。

【0009】

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置において、前記旋回流は、前記分岐部から延びる前記分岐管の中心軸の回りを旋回し、前記中心軸に直交する方向から前記新気が流入されるとよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、第１バンク及び第２バンクに流すＥＧＲガスの量を均等化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態における内燃機関の吸気装置の概略平面図。

【図2】内燃機関の吸気装置の一部正面図。

【図3】内燃機関の吸気装置の一部斜視図。

【図4】内燃機関の吸気装置の一部側面図。

【図5】内燃機関の吸気装置の一部断面図。

【図6】比較例における内燃機関の吸気装置の一部側面。

【図7】比較例における内燃機関の吸気装置の一部断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、本実施形態では、発明の構造を理解しやすいように、各図面において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸により３次元空間の直交座標系を規定している。

【0013】

図１に示すように、本実施形態における内燃機関の吸気装置１０は、吸気管２０と、吸気管２０にＥＧＲガスを導入するためのＥＧＲガス管３０を備えている。吸気管２０は、１本の新気吸気管２１と、新気吸気管２１から分岐する２本の分岐管２２，２３とを有する。吸気管２０は、新気が流れる１本の新気吸気管２１に分岐部２４を介して右バンク用と左バンク用の２本の分岐管２２，２３が接続されている。

【0014】

車両に内燃機関５０が搭載されており、内燃機関５０の出力が変速機を介して車輪に伝達される。この実施形態では、内燃機関５０として、Ｖ型の６気筒ディーゼルエンジンを用いた場合を示している。内燃機関５０は、第１バンクとしての右バンク５１と第２バンクとしての左バンク５２とを有しており、右バンク５１には３気筒が、左バンク５２には３気筒が配置されている。

【0015】

内燃機関５０には、内燃機関５０より排出される排気ガスが流れる排気管５５が接続されている。排気管５５は、右バンク用排気管５５ａと左バンク用排気管５５ｂを有する。排気管５５には、排気ガスの一部を吸気系に戻すための、ＥＧＲガス管３０が接続されている。ＥＧＲガス管３０は、右バンク用ＥＧＲガス管３１ａと、左バンク用ＥＧＲガス管３１ｂと、右バンク用ＥＧＲガス管３１ａと左バンク用ＥＧＲガス管３１ｂとが集合した集合ＥＧＲガス管３１ｃを有する。

【0016】

図２，３に示すように、分岐管２２，２３は分岐部２４において新気吸気管２１から分岐している。分岐管２２は右バンク５１用であり、分岐管２３は左バンク５２用である。新気吸気管２１は円管であり、分岐管２２，２３は円管である。

【0017】

新気吸気管２１は、分岐部２４においてＺ軸に沿って延びている。分岐管２２，２３は、それぞれ、分岐部２４において、Ｘ軸に沿って互いに離間する方向に延びている。
排気ガスが流れる排気管に一端が接続されたＥＧＲガス管３０を介して、内燃機関より排出された排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気系に戻される。吸気管２０の分岐部２４にはＥＧＲガス管３０が連結されている。つまり、ＥＧＲガス管３０のＥＧＲガス流入口（開口部）３０ａが吸気管２０の分岐部２４に接続されている。

【0018】

図１に示すように、集合ＥＧＲガス管３１ｃの途中には、ＥＧＲガスの吸気管２０への流入と遮断を制御するためのＥＧＲバルブ３２が設けられている。また、ＥＧＲガス管３０におけるＥＧＲバルブ３２の上流には、排気管より導入されるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３３ａ，３３ｂが設けられている。ＥＧＲガス管３０は円管である。

【0019】

図２に示すように、ＥＧＲガス管３０を介して吸気管２０にＥＧＲガスが導入され、導入されたＥＧＲガスは左右のバンク５１，５２の吸気時に、それぞれ、新気吸気管２１より左右のバンク５１，５２へ流入する新気に合流する。また、新気吸気管２１における分岐部２４よりも吸気上流側にはディーゼルスロットル（弁）２７が設けられている。ディーゼルスロットル２７の開閉制御により、軽負荷時などにおいて、ＥＧＲガス管３０から吸気管２０への多量のＥＧＲガスの導入を可能としている。

【0020】

ＥＧＲガス管３０の吸気管２０への連結位置は、ディーゼルスロットル２７よりも下流側となっている。これは、ＥＧＲガス管３０から吸気管２０に導入されるＥＧＲガスに含まれるススや未燃燃料などの成分がディーゼルスロットル２７に付着して動作不良となるのを防止するためである。分岐部２４はディーゼルスロットル２７から離間した位置に形成されているため、ここにＥＧＲガス管３０が連結される。また、ＥＧＲガス管３０は吸気管２０に対し分岐部２４において一点で連結させることにより、構造を複雑化させることなくＥＧＲガスを新気に合流させることを可能としている。つまり、ＥＧＲガス管を分岐部２４よりも下流で吸気管２０に連結しようとすると、ＥＧＲガス管の吸気管２０への接続部を分岐管２２，２３に対応させて分岐させる必要があり、結果としてＥＧＲガス管の構造が複雑になってしまう。このようなＥＧＲガス管の構造の複雑化を回避すべく、本実施形態ではＥＧＲガス管３０を分岐部２４において一点で連結している。

【0021】

新気及びＥＧＲガスは右バンク５１と左バンク５２とで交互に流れる（吸気される）。
ＥＧＲガスはＥＧＲガス管のレイアウト上の制約等により、ＥＧＲガス管の吸気管への接続状態に応じた流れで吸気管に導入されて、その後、新気吸気管を介して導入される新気に合流することとなる。この時、ＥＧＲガスの流れが左右のバンクのどちらかに偏よったものになっていると、左右のバンクへのＥＧＲ率（新気とＥＧＲガスの割合）のばらつきが発生する虞がある。

【0022】

１本の新気吸気管２１、２本の分岐管２２，２３、ＥＧＲガス管３０についての配管について詳しく説明する。
図２，３に示すように、２本の分岐管２２，２３は、分岐部２４からＸ方向に互いに離間する方向に延設され、新気吸気管２１は、Ｘ方向に延びた後にＺ方向に延びて分岐部２４に達し、ＥＧＲガス管３０は、Ｘ−Ｚ面において斜めに延びた後に分岐部２４に達している。

【0023】

図３，４に示すように、吸気管２０の分岐部２４におけるＥＧＲガス流入口（開口部）３０ａに対向する部位に外側に凸となる膨出部４０が形成されている。膨出部４０は、その内壁に、ＥＧＲガス流入口３０ａから流入するＥＧＲガスによる旋回流を形成するための断面円弧状の旋回流路面４０ｂ（図５参照）を有する。図４に示すように、吸気管２０の分岐部２４においてＥＧＲガス流入口３０ａから流入するＥＧＲガスによる膨出部４０の旋回流路面４０ｂに沿った旋回流Ｓｔ１が形成される。つまり、膨出部４０によるＥＧＲガス流の溜まり空間Ｒ１（図５参照）を形成している。

【0024】

詳しくは、膨出部４０は、図４，５に示すように、分岐部２４における新気流がぶつかる部位に形成され、膨出部４０の内面の円弧形状の凹面に向かってＥＧＲガスが流れるようにＥＧＲガス管３０が連結されている。また、ＥＧＲガス管３０は膨出部４０の上端に開口している。

【0025】

図２に示すように、膨出部４０の開口部４０ａの径ｒ１はＥＧＲガス流入口３０ａでの径ｒ２より大きい。ＥＧＲガス管３０は断面円弧状の膨出部４０の接線方向に繋げられている。旋回流Ｓｔ１は、分岐部２４から延びる分岐管２２，２３の中心軸Ｏ１の回りを旋回し、中心軸Ｏ１に直交する方向から新気が流入される。つまり、ＥＧＲガス管３０からのＥＧＲガスの合流は、膨出部４０の内壁面にＥＧＲガス流を沿わせた方向となっている。これにより図４において反時計回りの旋回流Ｓｔ１が形成され、図５において新気はＥＧＲガス流の溜まり空間Ｒ１（旋回流Ｓｔ１）の左側及び右側から各バンクに流れることになる。

【0026】

次に、作用について説明する。
新気吸気管２１から新気が導入される。分岐部２４においてＥＧＲガス管３０から導入されて旋回流Ｓｔ１となったＥＧＲガスが新気に合流する。分岐部２４において新気とＥＧＲガスが合流した後の混合気が分岐管２２，２３を通して左右のバンク５１，５２に供給される。

【0027】

図４を用いてＥＧＲガス管３０からのＥＧＲガスの流れについて説明する。
ＥＧＲガスの流れとしては遠心力によりＥＧＲガス管３０の上壁面３０ｂに沿うようにして吸気管２０に入る。吸気管２０に入った後において、ＥＧＲガスの流れとしては、まず、吸気管２０の内壁面（上面）に沿って流れ、その後、膨出部４０の内壁面のうち上端から膨出部４０の内壁面に沿って下方に向かって円弧状に流れる。その後、ＥＧＲガスの流れとして、膨出部４０の内壁面のうち下端から膨出部４０から出て、膨出部４０の内壁面に沿う遠心力によりＥＧＲガス管３０のＥＧＲガス流入口（開口部）３０ａに向かい、再びＥＧＲガス管３０からのＥＧＲガス流に合流するように流れる。

【0028】

このようにして、図４及び図５に示すように、ＥＧＲガス流として膨出部４０により旋回流Ｓｔ１が形成され、この旋回流Ｓｔ１によるＥＧＲガス流の溜まり空間Ｒ１が膨出部４０に形成される。

【0029】

図２においてＥＧＲガス流は左側から導入され右側に向かって流れる時に右側の内壁面に沿って流れてその後に合流しているので、ＥＧＲガスが右バンク側に流れやすく、一方、新気はＥＧＲガス流との相対的な関係により左バンク側に流れやすい。この現象を、図６，７を用いて説明する。なお、図４，５，６，７は分岐管２２，２３の先端を開口した場合における新気流やＥＧＲガス流を模式的に表したものである。

【0030】

図６，７は比較例であり、膨出部４０が無い。この場合には新気の流量Ｑ１０に対し分岐管２２から右バンク５１に向かう新気の流量Ｑ１１の方が左バンク５２に向かう新気の流量Ｑ１２よりも少なくなってしまい、新気が左バンク５２側に偏って流れる。また、ＥＧＲガスの新気の上流側への吹き返しが発生し、ディーゼルスロットル２７にＥＧＲガスが達することによりディーゼルスロットル２７が劣化する虞がある。

【0031】

図４，５に示す本実施形態においてはＥＧＲガス流が旋回流Ｓｔ１となることにより溜まり空間Ｒ１ができ、これによりＥＧＲガスは左バンク側にも行きやすくなり、ＥＧＲガスは左右のバンク５１，５２に均等化して流れる。これにより新気も、ＥＧＲガス流との相対的な関係により左右のバンク５１，５２に均等化して流れる。つまり、旋回流Ｓｔ１によるＥＧＲガス流の溜まり空間Ｒ１が膨出部４０に形成されることにより、図５に示すように新気の流量Ｑ１に対し分岐管２２を通じて右バンク５１に向かう新気の流量Ｑ２と分岐管２３を通じて左バンク５２に向かう新気の流量Ｑ３が均等化される。

【0032】

このようにして、配管の向き（ＥＧＲガス管や新気吸気管の向き）によらず左右のバンクに流すＥＧＲガスの量を均等にすることが可能となる。また、脈動の影響を受けにくくして左右のバンクに流すＥＧＲガスの量を均等にすることが可能となる。その結果、左右のバンクへのＥＧＲ率を均等化して６気筒のＥＧＲ率を揃えることができる。

【0033】

特に、図４に示すように、膨出部４０の円弧の延長線上において接線方向にＥＧＲガス管３０が繋がっていると、ＥＧＲガスに慣性力が付与されているのでディーゼルスロットル２７へのＥＧＲガスの吹き返しを低減することができる。即ち、ＥＧＲガスについて新気の上流側への吹き返しが発生するとディーゼルスロットル２７にＥＧＲガスが達することによりディーゼルスロットル２７にススが付着してしまうが、これを抑制することができる（ディーゼルスロットル２７の動作不良を回避できる）。

【0034】

また、一点でＥＧＲガス管３０を吸気管２０に連結することによりＥＧＲガスを新気に合流させているので、ＥＧＲガス管を分岐させて吸気管の左右のバンクに対応する分岐管にそれぞれ連結しているものに比べてコスト低減が図られる。つまり、ＥＧＲガス管３０を分岐してＥＧＲガスを左右のバンクに分配するのではなく、吸気管２０にＥＧＲガス管３０を一点で連結することによりＥＧＲガスを合流させ、吸気管２０内でＥＧＲガスを分配することにより形状の複雑化を抑えることができる。

【0035】

また、吸気管２０の分岐部２４におけるＥＧＲガス流入口３０ａに対向する部位に外側に凸となる膨出部４０が形成され、ＥＧＲガスによる膨出部４０の旋回流路面４０ｂに沿った旋回流Ｓｔ１が形成される。これにより、膨出部４０が無く（配管の体積が小さく）膨出部によるＥＧＲガスの旋回流が形成されない場合に比べ脈動の影響を受けにくくでき、左右のバンク５１，５２に流すＥＧＲガスの量を均等化することができる。

【0036】

その結果、形状の複雑化を回避しつつ左右のバンクに流すＥＧＲガスの量を均等化することができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

【0037】

（１）内燃機関の吸気装置１０の構成として、ＥＧＲガス管３０のＥＧＲガス流入口３０ａが吸気管２０の分岐部２４に接続されている。吸気管２０の分岐部２４におけるＥＧＲガス流入口３０ａに対向する部位に外側に凸となる膨出部４０が形成され、膨出部４０は、その内壁に、ＥＧＲガス流入口３０ａから流入するＥＧＲガスによる旋回流を形成するための断面円弧状の旋回流路面４０ｂを有する。詳しくは、分岐部２４における新気流がぶつかる部位に膨出部４０が形成され、ＥＧＲガス流が膨出部４０に向かって流れるようにＥＧＲガス管３０が連結されている。これにより、ＥＧＲガス流が膨出部４０に向かって流れて旋回流Ｓｔ１が作られる。よって、右バンク及び左バンクに流すＥＧＲガスの量を均等化することができる。

【0038】

（２）膨出部４０の開口部４０ａの径ｒ１はＥＧＲガス流入口３０ａでの径ｒ２より大きい。これにより、ＥＧＲガス流が膨出部４０に向かって流れて旋回流Ｓｔ１が容易に作られる。

【0039】

（３）ＥＧＲガス管３０は断面円弧状の膨出部４０の接線方向に繋げられている。これにより、ＥＧＲガス流が膨出部４０に向かって流れて旋回流Ｓｔ１を効率的に作ることができる。

【0040】

（４）旋回流Ｓｔ１は、分岐部２４から延びる分岐管２２，２３の中心軸Ｏ１の回りを旋回し、中心軸Ｏ１に直交する方向から新気が流入される。よって、中心軸Ｏ１の軸線方向から新気が流入される場合に比べ旋回流Ｓｔ１が安定する。

【0041】

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・ＥＧＲガス流が膨出部４０に向かって流れる構成であればよい。
・膨出部４０の開口部４０ａの径ｒ１はＥＧＲガス管３０のＥＧＲガス流入口（開口部）３０ａでの径ｒ２より大きくなくてもよい。

【0042】

・ＥＧＲガス管３０は必ずしも円弧形状の膨出部４０の接線方向に繋げられていなくてもよい。
・内燃機関はＶ型エンジンに限らず、ボクサーエンジン、Ｗ型エンジンなど第１バンクと第２バンクに分岐しているエンジンに適用可能である。

【0043】

・図２において膨出部４０を含めた分岐部２４の形状として左右対称でなくてもＥＧＲガスの分配性に有用である。
・ＥＧＲガス管及び新気吸気管のレイアウト（配管）については問わない。

【0044】

・内燃機関はディーゼルエンジン以外でもよく、例えばガソリンエンジンでもよい。また、内燃機関の気筒数は問わない。

【符号の説明】

【0045】

１０…吸気装置、２０…吸気管、２１…新気吸気管、２２…分岐管、２３…分岐管、２４…分岐部、３０…ＥＧＲガス管、３０ａ…ＥＧＲガス流入口、４０…膨出部、４０ａ…開口部、４０ｂ…旋回流路面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】