特開 2024-117647 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117647

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/17 20160101AFI20240822BHJP

   F02M 35/10 20060101ALI20240822BHJP

   F02M 26/19 20160101ALI20240822BHJP

   F02D 9/02 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

F02M26/17

F02M35/10 101E

F02M26/19 321

F02M26/19 331

F02D9/02 351Z

F02D9/02 S

F02M35/10 311E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023858

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 真亮

【テーマコード（参考）】

3G062

3G065

【Ｆターム（参考）】

3G062AA03

3G062ED01

3G062ED04

3G062ED10

3G065AA04

3G065HA05

3G065HA06

(57)【要約】

【課題】エンジンの広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させること。
【解決手段】エンジンシステムは、エンジンと、スロットルバルブを有する吸気管と、排気管と、ＥＧＲ装置と、を備え、スロットルバルブは、シャフトと、シャフトを中心として、シャフトと一体的に回動可能に設けられる弁体と、を有し、ＥＧＲ装置は、一端が排気管に接続され、他端がシャフトに接続されたＥＧＲ管と、シャフトの内部に設けられ、ＥＧＲ管の内部空間と連通する中空部と、シャフトの一側面に設けられ、中空部と吸気管の内部空間とを連通するＥＧＲガス供給口と、を有し、スロットルバルブの弁体の両側面のうち、ＥＧＲガス供給口が配置された側の側面である第１側面は、当該第１側面の端部よりもＥＧＲガス供給口の周辺部が盛り上がるような流線形の凸形状を有する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンに接続され、前記エンジンに導入される吸気の量を調整可能なスロットルバルブを有する吸気管と、
前記エンジンに接続される排気管と、
前記排気管から前記吸気管にＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
を備え、
前記スロットルバルブは、
シャフトと、
前記シャフトを中心として、前記シャフトと一体的に回動可能に設けられる弁体と、
を有し、
前記ＥＧＲ装置は、
一端が前記排気管に接続され、他端が前記シャフトに接続されたＥＧＲ管と、
前記排気管に設けられ、前記排気管の内部空間と前記ＥＧＲ管の内部空間とを連通するＥＧＲガス取込口と、
前記シャフトの内部に設けられ、前記ＥＧＲ管の内部空間と連通する中空部と、
前記シャフトの一側面に設けられ、前記中空部と前記吸気管の内部空間とを連通するＥＧＲガス供給口と、
を有し、
前記スロットルバルブの前記弁体の両側面のうち、前記ＥＧＲガス供給口が配置された側の側面である第１側面は、当該第１側面の端部よりも前記ＥＧＲガス供給口の周辺部が盛り上がるような流線形の凸形状を有する、
エンジンシステム。

【請求項2】

前記第１側面は、前記第１側面から前記吸気の流れが剥離しないように前記流線形に湾曲した湾曲面で構成される、
請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記スロットルバルブが開状態であるとき、前記吸気管内の吸気流路は、前記弁体により、前記第１側面側の第１吸気流路と、前記第１側面とは反対側の第２側面側の第２吸気流路とに分割され、
前記ＥＧＲガス供給口の位置において、前記第１吸気流路の流路断面積は、前記第２吸気流路の流路断面積よりも小さい、
請求項１または２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記吸気管の内面のうち、前記スロットルバルブが開状態であるときの前記弁体の前記第１側面の前記凸形状と対向する部位は、前記弁体に向けて突出する凸形状を有し、
前記吸気管の内面の前記凸形状と、前記弁体の前記第１側面の前記凸形状とによって、前記第１吸気流路の前記吸気の流れを絞る絞り構造が形成されている、
請求項３に記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記ＥＧＲガス取込口は、前記排気管内に突出する管が排気ガスの流れに向かって開口する開口部により構成される、または、前記排気管に取り付けられたＮＡＣＡダクトの開口部により構成される、
請求項１または２に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両に搭載されるエンジンシステムには、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が設けられることがある。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ。）を不活性成分として吸気に還流させ、吸気とＥＧＲガスによる希釈混合気を再度エンジンの燃焼室で燃焼させる。吸気とＥＧＲガスの希釈混合気がエンジンの燃焼室に再度送られ燃焼すると、比熱比の効果などにより燃焼温度を下げることができる。

【0003】

このように、ＥＧＲガスにより燃焼室での燃焼温度を下げることで、ＮＯｘの発生を抑制し、排気ガス改善を行うことができる。また、ＥＧＲガスにより燃焼室での燃焼温度を下げることで、エンジンの冷却による損失を低減でき、スロットル開度が大きくなるため、ポンピングロスも抑制することができる。その結果、燃費効率の向上を果たすことができる。

【0004】

特許文献１には、吸気管内に配置されるスロットルバルブにＥＧＲ装置を接続し、スロットルバルブから吸気管内にＥＧＲガスを還流させることが可能なエンジンシステムについて開示がある。特許文献１には、吸気管内に配置されるスロットルバルブのシャフトを中空にし、当該中空のシャフトとＥＧＲ装置を接続し、当該シャフトに吸気管内で開口する孔を設けること、について開示がある。

【0005】

特許文献１に記載のエンジンシステムによれば、ＥＧＲ装置を通ったＥＧＲガスは、スロットルバルブの中空のシャフトの内部および孔を介して、吸気管内に導入される。これにより、ＥＧＲガスを吸気管内に導入するために、吸気管内に挿通させる別の管を設ける必要がなくなり、既存の構成を使って吸気管内にＥＧＲガスを導入させることができる。したがって、吸気の流れに対する抵抗を低減させつつ、ＥＧＲガスと吸気の混合を改善することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】実開昭６１－２９０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかし、排気管から吸気管にＥＧＲガスを還流させるためには、吸気管内の圧力が排気管内の圧力よりも小さくなるような、吸気管内と排気管内との差圧が必要になる。特許文献１に記載のエンジンシステムでは、例えば、スロットルバルブが閉状態となり、吸気管のスロットルバルブより下流側が負圧となった際に、ＥＧＲガスが還流される。

【0008】

その一方で、スロットルバルブが閉状態から開状態に変化し、吸気管のスロットルバルブより下流側の圧力が高まると、吸気管内と排気管内の差圧が小さくなり、ＥＧＲガスを還流させることが困難になる。このように、特許文献１に記載のエンジンシステムでは、エンジンの運転領域のうち特定の運転領域でしかＥＧＲガスを還流させることができなかった。

【0009】

そこで、本発明は、エンジンの広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムは、
エンジンと、
前記エンジンに接続され、前記エンジンに導入される吸気の量を調整可能なスロットルバルブを有する吸気管と、
前記エンジンに接続される排気管と、
前記排気管から前記吸気管にＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置と、
を備え、
前記スロットルバルブは、
シャフトと、
前記シャフトを中心として、前記シャフトと一体的に回動可能に設けられる弁体と、
を有し、
前記ＥＧＲ装置は、
一端が前記排気管に接続され、他端が前記シャフトに接続されたＥＧＲ管と、
前記排気管に設けられ、前記排気管の内部空間と前記ＥＧＲ管の内部空間とを連通するＥＧＲガス取込口と、
前記シャフトの内部に設けられ、前記ＥＧＲ管の内部空間と連通する中空部と、
前記シャフトの一側面に設けられ、前記中空部と前記吸気管の内部空間とを連通するＥＧＲガス供給口と、
を有し、
前記スロットルバルブの前記弁体の両側面のうち、前記ＥＧＲガス供給口が配置された側の側面である第１側面は、当該第１側面の端部よりも前記ＥＧＲガス供給口の周辺部が盛り上がるような流線形の凸形状を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、エンジンの広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態に係るエンジンシステムの概略図である。

【図2】図２は、同実施形態に係るスロットルバルブの構成を説明するための概略正面図である。

【図3】図３は、同実施形態に係るスロットルバルブの概略断面図である。

【図4】図４は、同実施形態に係る吸気管内のスロットルバルブが全開状態よりも全閉状態側に位置する状態を示す概略断面図である。

【図5】図５は、同実施形態に係る吸気管内のスロットルバルブが全閉状態よりも全開状態側に位置する状態を示す概略断面図である。

【図6】図６は、同実施形態に係る排気管とＥＧＲ管との接続部の概略断面図である。

【図7】図７は、同実施形態に係る排気管にＮＡＣＡダクトを介してＥＧＲ管が取り付けられた接続部の概略断面図である。

【図8】図８は、変形例に係るスロットルバルブの概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施例について詳細に説明する。かかる実施例に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

図１は、本実施形態に係るエンジンシステム１０の概略図である。エンジンシステム１０は、例えば、車両１に搭載される。図１に示すように、エンジンシステム１０は、エンジン１００と、吸気管２００と、排気管３００と、ＥＧＲ装置４００とを含む。

【0015】

エンジン１００には、吸気管２００および排気管３００が接続されている。ＥＧＲ装置４００は、排気管３００と吸気管２００とに接続され、排気管３００の内部と吸気管２００の内部を、エンジン１００を介さない経路で連通させる。これにより、ＥＧＲ装置４００は、排気管３００を流通する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管２００に還流させることができる。

【0016】

エンジン１００は、シリンダブロック１０２と、クランクケース１０４と、シリンダヘッド１０６と、ヘッドカバー１０８と、クランクシャフト１１０とを含む。本実施形態に係るエンジン１００は、クランクシャフト１１０を挟んで一対のシリンダブロック１０２、一対のクランクケース１０４、一対のシリンダヘッド１０６、一対のヘッドカバー１０８が対向して配された水平対向４気筒エンジンである。ただし、これに限定されず、エンジン１００は、直列エンジンや、Ｖ型エンジンなどであってもよい。

【0017】

シリンダブロック１０２には、クランクケース１０４が一体的に形成される。クランクシャフト１１０を挟んで対向する一対のクランクケース１０４は、互いに接続され、内部にクランク室を形成する。シリンダブロック１０２のうちクランクケース１０４と反対側には、シリンダヘッド１０６が接続される。また、シリンダヘッド１０６のうちシリンダブロック１０２と反対側には、ヘッドカバー１０８が接続される。

【0018】

シリンダブロック１０２には、複数のシリンダボア１１２が形成される。複数のシリンダボア１１２には、それぞれピストン１１４が摺動自在に配され、ピストン１１４は、コネクティングロッド１１６に支持される。シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１０６と、ピストン１１４の冠面とによって囲まれた空間が、燃焼室１１８として形成される。

【0019】

ピストン１１４は、コネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１１０に連結される。クランクシャフト１１０は、クランクケース１０４に回転自在に支持される。

【0020】

シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１２０と、排気ポート１２２とが形成される。吸気ポート１２０および排気ポート１２２は、燃焼室１１８と連通する。吸気ポート１２０と燃焼室１１８との間には、吸気弁１２４の先端が位置する。排気ポート１２２と燃焼室１１８との間には、排気弁１２６の先端が位置する。

【0021】

シリンダヘッド１０６とヘッドカバー１０８とによって囲まれた空間が、カム室１２８として形成される。カム室１２８内には、吸気弁用カム１３０および排気弁用カム１３２が配される。

【0022】

吸気弁用カム１３０は、吸気弁１２４の基端と当接する。吸気弁用カム１３０が回転することで、吸気弁１２４が軸方向に移動する。これにより、吸気ポート１２０と燃焼室１１８との間が開閉される。

【0023】

排気弁用カム１３２は、排気弁１２６の基端と当接する。排気弁用カム１３２が回転することで、排気弁１２６が軸方向に移動する。これにより、排気ポート１２２と燃焼室１１８との間が開閉される。

【0024】

吸気管２００の内部には、吸気流路２０２が形成される。吸気流路２０２は、外部空間および吸気ポート１２０と連通する。吸気管２００は、インテークマニホールド２０４と、スロットルバルブ２０６と、エアクリーナ２０８とを含む。

【0025】

インテークマニホールド２０４は、シリンダヘッド１０６の吸気ポート１２０側に接続される。これにより、インテークマニホールド２０４内の吸気流路２０２と、吸気ポート１２０とが連通する。

【0026】

インテークマニホールド２０４は、略箱形状のインテークコレクタ２１０と、複数の吸気ブランチ２１２とを備える。インテークコレクタ２１０は、吸気ブランチ２１２に接続され、吸気ブランチ２１２に吸気を分配する。吸気ブランチ２１２は、一端がインテークコレクタ２１０と接続され、他端がエンジン１００の各吸気ポート１２０に接続されている。

【0027】

スロットルバルブ２０６は、エンジン１００に導入される吸気の量を調整可能に構成される。スロットルバルブ２０６は、インテークマニホールド２０４より吸気の上流側に配置される。スロットルバルブ２０６は、インテークマニホールド２０４とエアクリーナ２０８との間に配される。スロットルバルブ２０６は、吸気流路２０２を開閉可能に構成される。スロットルバルブ２０６は、不図示のアクセルペダルの開度に応じてアクチュエータにより駆動され、スロットルバルブ２０６の開度が調整される。これにより、エンジン１００に導入される吸気の量を調整することができる。

【0028】

エアクリーナ２０８は、スロットルバルブ２０６より吸気の上流側に配される。エアクリーナ２０８は、外部空間から吸気流路２０２に流入する異物を除去する。例えば、エアクリーナ２０８は、空気が吸気流路２０２に流入する際に、空気中に含まれる異物を除去する。エアクリーナ２０８によって異物が除去された空気は、吸気流路２０２を流通する吸気となる。吸気は、吸気流路２０２および吸気ポート１２０を通じて燃焼室１１８に供給される。

【0029】

シリンダヘッド１０６には、不図示のインジェクタと、不図示の点火プラグとが設けられる。インジェクタは、燃料を噴射して燃焼室１１８内に燃料を供給する。点火プラグは、先端が燃焼室１１８内に配され、燃焼室１１８内に供給された燃料と空気の混合気を点火する。

【0030】

燃料と空気の混合気は、所定のタイミングで点火プラグにより点火され、燃焼される。かかる燃焼により、ピストン１１４が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド１１６を通じてクランクシャフト１１０の回転運動に変換される。

【0031】

排気管３００の内部には、排気流路３０２が形成される。排気流路３０２は、排気ポート１２２と外部空間とを連通する。燃焼室１１８で生じた燃焼後の排気ガスは、排気ポート１２２および排気流路３０２を通じて外部空間へ排出される。排気管３００は、エキゾーストマニホールド３０４と、触媒３０６とを備える。

【0032】

エキゾーストマニホールド３０４は、シリンダヘッド１０６の排気ポート１２２側に接続される。これにより、エキゾーストマニホールド３０４内の排気流路３０２と、排気ポート１２２とが連通する。

【0033】

触媒３０６は、エキゾーストマニホールド３０４より排気の下流側に配される。触媒３０６は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）であって、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む。触媒３０６は、燃焼室１１８から排出された排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

【0034】

ＥＧＲ装置４００は、排気管３００から吸気管２００に排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させるために設けられる。ＥＧＲ装置４００は、ＥＧＲ管４０２と、ＥＧＲクーラ４０４と、ＥＧＲバルブ４０６とを備える。

【0035】

ＥＧＲ管４０２は、一端が排気管３００に接続され、他端が吸気管２００に接続される。具体的に、本実施形態のＥＧＲ管４０２は、一端が排気管３００のうち触媒３０６よりも下流側に接続され、他端が吸気管２００に設けられるスロットルバルブ２０６に接続される。

【0036】

排気管３００のうち触媒３０６よりも下流側にＥＧＲ管４０２が接続されることで、触媒３０６により炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）が除去された排気ガスをＥＧＲガスとして導入することができる。そのため、後述するＥＧＲ流路４０８中をＥＧＲガスが流通した際に、ＥＧＲ流路４０８中にデボジットが形成され難くなる。なお、排気管３００を流通する排気ガスの圧力は、触媒３０６通過後に低下する。つまり、排気管３００を流通する排気ガスの圧力は、触媒３０６より下流側が上流側に比べて低くなる。本実施形態のＥＧＲ管４０２には、このような触媒３０６通過後の圧力が低下した後の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして導入される。

【0037】

ＥＧＲ管４０２の内部には、ＥＧＲ流路４０８が形成され、ＥＧＲ流路４０８は、排気流路３０２と吸気流路２０２とを連通させる。ＥＧＲ流路４０８は、燃焼室１１８で生じた燃焼後の一部の排気ガスであるＥＧＲガスを排気流路３０２から吸気流路２０２に還流させる。吸気流路２０２に還流されたＥＧＲガスは、吸気流路２０２を流通する空気と混合し、エンジン１００の燃焼室１１８に導入される。空気とＥＧＲガスが混合することで、燃焼室１１８での燃焼温度を低下させることができる。

【0038】

このように、ＥＧＲガスにより燃焼室１１８での燃焼温度を下げることで、ＮＯｘの発生を抑制し、排気ガス改善を行うことができる。また、ＥＧＲガスにより燃焼室１１８での燃焼温度を下げることで、エンジン１００の冷却による損失を低減でき、スロットル開度が大きくなるため、ポンピングロスも抑制することができる。その結果、燃費効率の向上を果たすことができる。

【0039】

ＥＧＲクーラ４０４は、ＥＧＲ管４０２に設けられ、ＥＧＲ流路４０８を流通するＥＧＲガスを冷却する。

【0040】

ＥＧＲバルブ４０６は、ＥＧＲ管４０２に設けられ、ＥＧＲ流路４０８を開閉する。ＥＧＲバルブ４０６は、不図示のアクチュエータにより駆動され、ＥＧＲバルブ４０６の開度が調整される。これにより、排気流路３０２から吸気流路２０２に還流されるＥＧＲガスの量を調整することができる。

【0041】

図２は、本実施形態に係るスロットルバルブ２０６の構成を説明するための概略正面図である。図２に示すように、スロットルバルブ２０６は、シャフト２０６ａと、弁体２０６ｂとを有する。

【0042】

シャフト２０６ａは、ＥＧＲ管４０２の端部と接続されている。シャフト２０６ａは、中空形状に形成されている。シャフト２０６ａの内部には、ＥＧＲ管４０２の内部空間と連通する中空部２０６ｃが形成されている。ＥＧＲ管４０２の端部には、ＥＧＲ管４０２をシャフト２０６ａに接続するための接続口４０２ａが形成されている。

【0043】

ＥＧＲ管４０２に接続口４０２ａが形成されることで、接続口４０２ａは、ＥＧＲ管４０２を流通するＥＧＲガスをシャフト２０６ａの中空部２０６ｃに供給することができる。シャフト２０６ａの外周面のうち一側の半周面には、ＥＧＲガス供給口２０６ｄが設けられる。また、シャフト２０６ａの外周面のうち他側の半周面には、ＥＧＲガス供給口２０６ｄが設けられない。つまり、シャフト２０６ａの一側面には、ＥＧＲガス供給口２０６ｄが設けられ、シャフト２０６ａの他側面には、ＥＧＲガス供給口２０６ｄが設けられない。

【0044】

ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、吸気管２００の内部空間に配置される。これにより、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、シャフト２０６ａの中空部２０６ｃと吸気管２００の内部空間とを連通させる。これにより、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、ＥＧＲ管４０２およびシャフト２０６ａの中空部２０６ｃを通ったＥＧＲガスを吸気流路２０２に供給することができる。

【0045】

このとき、ＥＧＲ管４０２の内部空間およびシャフト２０６ａの中空部２０６ｃは、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ流路４０８として機能する。つまり、シャフト２０６ａの中空部２０６ｃは、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ流路４０８の一部として機能する。

【0046】

本実施形態では、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、シャフト２０６ａの中心軸方向に沿って複数形成される。図２では、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、シャフト２０６ａの中心軸方向に沿って３つ形成される。ただし、これに限定されず、シャフト２０６ａの一側面には、単一のＥＧＲガス供給口２０６ｄが形成されてもよい。

【0047】

弁体２０６ｂは、シャフト２０６ａと一体的に回動可能に設けられる。シャフト２０６ａの回動により、弁体２０６ｂは、全閉状態となる位置および全開状態となる位置の間で移動することができる。ここで、全閉状態は、スロットルバルブ２０６と吸気管２００の内面との間の流路断面積が最も小さくなる位置であり、全開状態は、スロットルバルブ２０６と吸気管２００の内面との間の流路断面積が最も大きくなる位置である。

【0048】

弁体２０６ｂの外形は、吸気流路２０２の流路断面形状と同じあるいは近似した形状である。本実施形態では、吸気流路２０２の流路断面形状が円形状であり、弁体２０６ｂの外形も円形状に形成される。

【0049】

ところで、ＥＧＲガスをスロットルバルブ２０６を介して吸気流路２０２に供給する場合、吸気管２００内の圧力が排気管３００内の圧力よりも小さくなるような、吸気管２００内と排気管３００内との差圧が必要になる。この差圧は、例えば、スロットルバルブ２０６が全閉状態となり、吸気流路２０２のスロットルバルブ２０６より下流側が負圧となった際に発生する。

【0050】

しかし、スロットルバルブ２０６が全閉状態から全開状態に向けて移行すると、吸気流路２０２のスロットルバルブ２０６より下流側の圧力が高まり、吸気管２００内と排気管３００内の差圧が小さくなり、ＥＧＲガスを還流させることが困難になる。スロットル開度は、エンジン１００の運転領域の変化に伴い変化させられるため、エンジン１００の一部の運転領域でしかＥＧＲガスを還流されることができなくなるおそれがある。

【0051】

そこで、本実施形態では、スロットルバルブ２０６の弁体２０６ｂの構成を工夫することで、エンジン１００の広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させる。以下、本実施形態のスロットルバルブ２０６の弁体２０６ｂの構成について詳細に説明する。

【0052】

図３は、本実施形態に係るスロットルバルブ２０６の概略断面図である。図３に示すように、弁体２０６ｂは、第１側面２０６ｅおよび第２側面２０６ｆを有する。第１側面２０６ｅは、弁体２０６ｂの両側面のうち、シャフト２０６ａのＥＧＲガス供給口２０６ｄが配置された側の側面である。

【0053】

第２側面２０６ｆは、弁体２０６ｂの両側面のうち、シャフト２０６ａのＥＧＲガス供給口２０６ｄが配置された側とは反対側の側面である。つまり、第２側面２０６ｆは、弁体２０６ｂの両側面のうち、第１側面２０６ｅと反対側の側面である。

【0054】

また、弁体２０６ｂは、シャフト２０６ａから最も離れた位置に２つの端部Ｐ１、Ｐ２を有する。弁体２０６ｂの端部Ｐ１は、スロットルバルブ２０６が開状態であるとき、端部Ｐ２よりも吸気流路２０２における上流側に位置する端部である。ここで、スロットルバルブ２０６の開状態は、スロットルバルブ２０６の全閉状態以外の状態を意味する。つまり、スロットルバルブ２０６の開状態は、スロットルバルブ２０６の全閉状態から開かれた状態を意味する。弁体２０６ｂの端部Ｐ２は、スロットルバルブ２０６が開状態であるとき、端部Ｐ１よりも吸気流路２０２における下流側に位置する端部である。

【0055】

弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅは、端部Ｐ１からＥＧＲガス供給口２０６ｄに向けて高さが高くなるように傾斜している。また、第１側面２０６ｅは、ＥＧＲガス供給口２０６ｄから端部Ｐ２に向けて高さが低くなるように傾斜している。したがって、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅの高さが最も高い位置に設けられる。

【0056】

第１側面２０６ｅは、端部Ｐ１、Ｐ２よりもＥＧＲガス供給口２０６ｄの周辺部が盛り上がるような凸形状を有する。また、第１側面２０６ｅは、第１側面２０６ｅから吸気の流れが剥離しないように流線形に構成される。本実施形態では、第１側面２０６ｅは、端部Ｐ１、Ｐ２からＥＧＲガス供給口２０６ｄに向かって盛り上がるような山なり形状を有している。

【0057】

図３に示すように、第１側面２０６ｅは、流線形に湾曲した湾曲面で構成される。ただし、第１側面２０６ｅは、第１側面２０６ｅから吸気の流れが剥離し難い形状を有していればよく、少なくとも一部が流線形を有していればよい。そのため、第１側面２０６ｅは、湾曲面に限定されず、例えば、平面と曲面の組合せにより構成されていてもよい。その場合、平面と平面との間に曲面が配置されることで、吸気の流れを剥離し難くすることができる。

【0058】

弁体２０６ｂの第２側面２０６ｆは、平面である。ただし、第２側面２０６ｆは、平面と曲面の組み合わせにより構成されてもよい。したがって、第２側面２０６ｆは、例えば、端部Ｐ１、Ｐ２より外側に突出した凸形状を有していてもよいし、内側に窪んだ凹形状を有していてもよい。その場合、端部Ｐ１、Ｐ２に対する第２側面２０６ｆの最大高さは、端部Ｐ１，Ｐ２に対する第１側面２０６ｅの最大高さよりも低く設定される。

【0059】

つまり、端部Ｐ１、Ｐ２に対する第２側面２０６ｆの突出量は、端部Ｐ１，Ｐ２に対する第１側面２０６ｅの突出量よりも小さく設定される。なお、第２側面２０６ｆが凸形状あるいは凹形状に形成される場合も、第１側面２０６ｅと同様に、第２側面２０６ｆから吸気の流れが剥離しないように流線形に構成される。

【0060】

なお、弁体２０６ｂの断面形状は、第１側面２０６ｅが端部Ｐ１、Ｐ２よりもＥＧＲガス供給口２０６ｄの周辺部において盛り上がるような流線形の凸形状を有していればよく、図３に示す山なり形状に限定されない。例えば、弁体２０６ｂの断面形状は、後ほど図８で説明するように翼断面形状であってもよい。

【0061】

図４は、吸気管２００内のスロットルバルブ２０６が全開状態よりも全閉状態側に位置する状態を示す概略断面図である。図４に示すように、シャフト２０６ａの中心軸は、吸気流路２０２内を流れる吸気の流れＦＬ１と直交する方向に延びるように設けられる。

【0062】

シャフト２０６ａが回動することでスロットルバルブ２０６が全閉状態に近づくにつれ、弁体２０６ｂにより吸気流路２０２が絞られ、弁体２０６ｂの下流側に渦領域（ウエイク）が形成される。

【0063】

この渦領域は、弁体２０６ｂよりも上流側の吸気の圧力に比べ、吸気の圧力が小さい減圧領域Ｒ１となる。この減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、図４に示すようにＥＧＲガス供給口２０６ｄからＥＧＲガスが吸気流路２０２に供給され、ＥＧＲガスの流れＦＬ２が形成される。

【0064】

図５は、吸気管２００内のスロットルバルブ２０６が全閉状態よりも全開状態側に位置する状態を示す概略断面図である。図５に示すように、スロットルバルブ２０６が開状態であるとき、吸気管２００内の吸気流路２０２は、弁体２０６ｂにより第１吸気流路２０２ａと第２吸気流路２０２ｂとに分割される。

【0065】

第１吸気流路２０２ａは、吸気流路２０２のうち、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅ側の流路である。第２吸気流路２０２ｂは、吸気流路２０２のうち弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅとは反対側の第２側面２０６ｆ側の流路である。また、吸気管２００の内面のうち、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅ側の凸形状と対向する部位には、弁体２０６ｂに向けて突出する凸形状となる凸部２００ａが形成される。

【0066】

この凸部２００ａの凸形状と弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅの凸形状とによって、第１吸気流路２０２ａの吸気の流れを絞る絞り構造が形成される。このとき、ＥＧＲガス供給口２０６ｄの位置における弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅと吸気管２００の凸部２００ａとの間の距離を、距離Ｌ１とする。また、シャフト２０６ａのうち、ＥＧＲガス供給口２０６ｄと１８０°反対の位置における弁体２０６ｂの第２側面２０６ｆと吸気管２００の内面との間の距離を、距離Ｌ２とする。

【0067】

弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅの凸形状と吸気管２００の内面に設けられた凸部２００ａの凸形状との絞り構造により、距離Ｌ１は、距離Ｌ２よりも小さくなる。また、距離Ｌ１が距離Ｌ２より小さいことで、ＥＧＲガス供給口２０６ｄの位置における第１吸気流路２０２ａの流路断面積は、第２吸気流路２０２ｂの流路断面積よりも小さくなる。

【0068】

このように、絞り構造により第１吸気流路２０２ａの流路断面積が小さくなることで、第１吸気流路２０２ａを流れる吸気の流速は、第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の流速よりも速くなる。その結果、第１吸気流路２０２ａを流れる吸気の圧力は、第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力よりも小さくなる。

【0069】

また、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅが流線形の凸形状を有することで、第１側面２０６ｅに沿って流れる吸気の流速は、第２側面２０６ｆに沿って流れる吸気の流速よりも速くなる。その結果、第１吸気流路２０２ａの第１側面２０６ｅに沿って流れる吸気の圧力は、第２吸気流路２０２ｂの第２側面２０６ｆに沿って流れる吸気の圧力よりも小さくなる。

【0070】

これにより、第１吸気流路２０２ａのうちＥＧＲガス供給口２０６ｄ近傍の領域が、減圧領域Ｒ１となる。第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力と比べて、第１吸気流路２０２ａの減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が小さくなる。この減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、図５に示すようにＥＧＲガス供給口２０６ｄからＥＧＲガスが吸気流路２０２に供給され、ＥＧＲガスの流れＦＬ２が形成される。

【0071】

このように、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅを流線形の凸形状とすることで、スロットルバルブ２０６が全閉状態から開状態に移行し、スロットルバルブ２０６より下流側の圧力が回復しても、吸気管２００内と排気管３００内の差圧を大きくすることができる。その結果、スロットルバルブ２０６の開状態においてもＥＧＲガスを還流させることができ、エンジン１００の広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させることができる。

【0072】

図６は、排気管３００とＥＧＲ管４０２との接続部の概略断面図である。図６に示すように、ＥＧＲ管４０２は、排気管３００に接続され、ＥＧＲ管４０２の一部は、排気管３００内に突出する突出管４１０として構成される。

【0073】

突出管４１０の先端には、排気管３００内の排気ガスの流れに向かって開口する開口部により構成されるＥＧＲガス取込口４１２が設けられる。ＥＧＲガス取込口４１２は、排気管３００の内部空間とＥＧＲ管４０２の内部空間とを連通する。なお、ＥＧＲガス取込口４１２の開口面積は、排気管３００の流路断面積よりも小さい。

【0074】

ここで、ＥＧＲ管４０２を排気管３００内に突出させずに、所謂フラッシュマウントにより取り付け、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り込む場合、ＥＧＲ管４０２は、排気ガスの全圧のうち静圧をＥＧＲガスの圧力として取り込むことができる。

【0075】

一方、図６に示すように、排気管３００内に突出するＥＧＲ管４０２の突出管４１０から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り込む場合、排気ガスの静圧と動圧を含む全圧をＥＧＲガスの圧力として取り込むことができる。

【0076】

そのため、排気ガスの動圧が高くなるほど、ＥＧＲガスの圧力を高めることができ、その結果、吸気流路２０２を流れる吸気の圧力とＥＧＲガスの圧力との差圧を大きくすることができる。よって、ＥＧＲ管４０２に突出管４１０を設けることで、スロットルバルブ２０６の開状態においてもＥＧＲガスを還流させ易くすることができる。

【0077】

なお、排気管３００とＥＧＲ管４０２との接続部は、図６に示す突出管４１０を設ける構成に限定されず、排気管３００に所謂ＮＡＣＡダクトが取り付けられる構成としてもよい。

【0078】

図７は、排気管３００にＮＡＣＡダクト１４１０を介してＥＧＲ管４０２が取り付けられた接続部の概略断面図である。図７に示すように、ＥＧＲ管４０２は、排気管３００に取り付けられるＮＡＣＡダクト１４１０を有する。ＮＡＣＡダクト１４１０は、排気管３００の内部空間とＥＧＲ管４０２の内部空間とを連通する開口部により構成されるＥＧＲガス取込口１４１２を有する。

【0079】

ここで、ＥＧＲ管４０２をＮＡＣＡダクト１４１０を介さずに排気管３００にフラッシュマウントで取り付け、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り込む場合、ＥＧＲ管４０２は、排気ガスの全圧のうち静圧をＥＧＲガスの圧力として取り込むことができる。

【0080】

一方、図７に示すように、ＮＡＣＡダクト１４１０から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り込む場合、排気ガスの静圧がＥＧＲ管４０２内に取り込まれる際の圧力低下を抑制することができる。

【0081】

そのため、ＥＧＲ管４０２がＮＡＣＡダクト１４１０を介して排気管３００に取り付けられることで、ＥＧＲガスの圧力低下を抑制することができ、その結果、吸気流路２０２を流れる吸気の圧力とＥＧＲガスの圧力との差圧を大きくすることができる。よって、ＥＧＲ管４０２にＮＡＣＡダクト１４１０を設けることで、スロットルバルブ２０６の開状態においてもＥＧＲガスを還流させ易くすることができる。

【0082】

以上のように、本実施形態の弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅは、当該第１側面２０６ｅの端部Ｐ１、Ｐ２よりもＥＧＲガス供給口２０６ｄの周辺部が盛り上がるような流線形の凸形状を有する。

【0083】

これにより、第１側面２０６ｅに沿って流れる吸気の流速を第２側面２０６ｆに沿って流れる吸気の流速よりも速くすることが可能となり、第１側面２０６ｅに沿って流れる吸気の圧力を第２側面２０６ｆに沿って流れる吸気の圧力よりも小さくすることができる。その結果、第１吸気流路２０２ａのうちＥＧＲガス供給口２０６ｄ近傍の領域が、第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力に比べ、吸気の圧力が小さい減圧領域Ｒ１となる。

【0084】

この減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、ＥＧＲガスを吸気流路２０２に還流させることができる。よって、スロットルバルブ２０６が全閉状態から開状態に移行し、スロットルバルブ２０６より下流側の圧力が回復しても、吸気管２００内と排気管３００内の差圧を大きくすることができる。その結果、スロットルバルブ２０６の開状態においてもＥＧＲガスを還流させることができ、エンジン１００の広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させることができる。

【0085】

また、第１側面２０６ｅは、第１側面２０６ｅから吸気の流れが剥離しないように流線形に湾曲した湾曲面で構成される。流線形に湾曲した湾曲面により構成することで、吸気の流れの抵抗を小さくしつつ、第１側面２０６ｅからの吸気の流れの剥離を極力抑え、減圧領域Ｒ１を形成し易くすることができる。

【0086】

また、ＥＧＲガス供給口２０６ｄの位置において、第１吸気流路２０２ａの流路断面積は、第２吸気流路２０２ｂの流路断面積よりも小さい。これにより、第１吸気流路２０２ａを流れる吸気の流速を第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の流速よりも速くすることができ、第１吸気流路２０２ａを流れる吸気の圧力を第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力よりも小さくすることができる。その結果、第１吸気流路２０２ａのうちＥＧＲガス供給口２０６ｄ近傍の領域が、第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力に比べ、吸気の圧力が小さい減圧領域Ｒ１となる。この減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、ＥＧＲガスを吸気流路２０２に還流させることができる。

【0087】

また、吸気管２００の内面のうち、スロットルバルブ２０６が開状態であるときの弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅの凸形状と対向する部位には、弁体２０６ｂに向けて突出する凸形状を有する凸部２００ａが形成される。そして、吸気管２００の内面の凸部２００ａの凸形状と、弁体２０６ｂの第１側面２０６ｅの凸形状とによって、第１吸気流路２０２ａの吸気の流れを絞る絞り構造が形成されている。これにより、第１吸気流路２０２ａの流路断面積を第２吸気流路２０２ｂの流路断面積よりも小さくさせやすくできる。

【0088】

また、ＥＧＲガス取込口４１２は、排気管３００内に突出する突出管４１０が排気ガスの流れに向かって開口する開口部により構成される、または、排気管３００に取り付けられたＮＡＣＡダクトの開口部により構成される。これにより、ＥＧＲ管４０２が排気管３００にフラッシュマウントで取り付けられる場合に比べ、ＥＧＲガスを取り込む際の圧力を高める、あるいは、圧力低下を抑制することができる。

【0089】

図８は、変形例に係るスロットルバルブ１２０６の概略断面図である。上記実施形態のスロットルバルブ２０６と実質的に等しい構成要素については、同一符号を付して説明を省略する。

【0090】

図８に示すように、本変形例のスロットルバルブ１２０６の弁体１２０６ｂは、翼断面形状を有する。弁体１２０６ｂの第１側面１２０６ｅは、端部Ｐ１からＥＧＲガス供給口２０６ｄに向けて高さが高くなるように傾斜している。また、第１側面１２０６ｅは、ＥＧＲガス供給口２０６ｄから端部Ｐ２に向けて高さが低くなるように傾斜している。したがって、ＥＧＲガス供給口２０６ｄは、弁体１２０６ｂの第１側面１２０６ｅの高さが最も高い位置に設けられる。

【0091】

第１側面１２０６ｅは、端部Ｐ１、Ｐ２よりもＥＧＲガス供給口２０６ｄの周辺部が盛り上がるような凸形状を有する。また、第１側面１２０６ｅは、第１側面１２０６ｅから吸気の流れが剥離しないように流線形に湾曲した湾曲面で構成される。

【0092】

一方、第２側面１２０６ｆも、第１側面１２０６ｅと同様に、端部Ｐ１、Ｐ２よりも外側に盛り上がるような凸形状を有する。また、第２側面１２０６ｆは、第２側面１２０６ｆから吸気の流れが剥離しないように流線形に湾曲した湾曲面で構成される。

【0093】

しかし、端部Ｐ１、Ｐ２に対する第１側面１２０６ｅの最大高さは、第２側面１２０６ｆの最大高さより大きい。そのため、第１側面１２０６ｅに沿って流れる吸気の流速は、第２側面１２０６ｆに沿って流れる吸気の流速よりも速くなる。その結果、第１吸気流路２０２ａの第１側面１２０６ｅに沿って流れる吸気の圧力は、第２吸気流路２０２ｂの第２側面１２０６ｆに沿って流れる吸気の圧力よりも小さくなる。

【0094】

これにより、図５に示すように、第１吸気流路２０２ａのうちＥＧＲガス供給口２０６ｄ近傍の領域が、第２吸気流路２０２ｂを流れる吸気の圧力に比べ、吸気の圧力が小さい減圧領域Ｒ１となる。この減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、図５に示すようにＥＧＲガス供給口２０６ｄからＥＧＲガスが吸気流路２０２に供給され、ＥＧＲガスの流れＦＬ２が形成される。

【0095】

このように、本変形例においても、減圧領域Ｒ１における吸気の圧力が、排気管３００を流れる排気ガスの圧力よりも小さくなるとき、ＥＧＲガスを吸気流路２０２に還流させることができる。よって、スロットルバルブ１２０６が全閉状態から開状態に移行し、スロットルバルブ１２０６より下流側の圧力が回復しても、吸気管２００内と排気管３００内の差圧を大きくすることができる。その結果、スロットルバルブ１２０６の開状態においてもＥＧＲガスを還流させることができ、エンジン１００の広い運転領域で、ＥＧＲガスを還流させることができる。また、図８に示す翼断面形状に弁体１２０６ｂを形成することで、図３に示す断面形状を有する弁体２０６ｂと比べて、吸気の流れの抵抗を小さくすることができる。

【0096】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明はかかる実施例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0097】

例えば、上記実施形態および変形例では、吸気管２００の内面に凸形状となる凸部２００ａを設ける例について説明したが、凸部２００ａは必須の構成ではなく、凸部２００ａは、吸気管２００に設けられなくてもよい。

【0098】

また、上記実施形態および変形例では、ＥＧＲガス取込口４１２、１４１２が、突出管４１０の開口部により構成される、または、ＮＡＣＡダクト１４１０の開口部により構成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、ＥＧＲガス取込口は、ＥＧＲ管４０２が排気管３００にフラッシュマウントで取り付けられた際の開口部により構成されてもよい。

【符号の説明】

【0099】

１０ エンジンシステム
１００ エンジン
２００ 吸気管
２００ａ 凸部
２０２ 吸気流路
２０６ スロットルバルブ
２０６ａ シャフト
２０６ｂ 弁体
２０６ｃ 中空部
２０６ｄ ＥＧＲガス供給口
２０６ｅ 第１側面
２０６ｆ 第２側面
３００ 排気管
３０２ 排気流路
４００ ＥＧＲ装置
４０２ ＥＧＲ管
４０２ａ 接続口
４０４ ＥＧＲクーラ
４０６ ＥＧＲバルブ
４０８ ＥＧＲ流路
４１０ 突出管
４１２ ＥＧＲガス取込口
１２０６ スロットルバルブ
１２０６ｂ 弁体
１２０６ｅ 第１側面
１２０６ｆ 第２側面
１４１０ ＮＡＣＡダクト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】