特許 7110584 エンジンの吸気機構

(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】

(24)【登録日】2022-07-25

(45)【発行日】2022-08-02

(54)【発明の名称】エンジンの吸気機構

(51)【国際特許分類】

   F02M 35/10 20060101AFI20220726BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20220726BHJP

   F02M 26/06 20160101ALI20220726BHJP

   F02M 26/17 20160101ALI20220726BHJP

   F02M 26/35 20160101ALI20220726BHJP

【ＦＩ】

F02M35/10 101F

F02M26/05

F02M26/06 331

F02M26/17

F02M26/35 D

F02M35/10 301D

F02M35/10 301V

F02M35/10 311E

F02M35/10 311C

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2017224280

(22)【出願日】2017-11-22

(65)【公開番号】P2019094827

(43)【公開日】2019-06-20

【審査請求日】2020-10-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167380

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】柳川 健介

(72)【発明者】

【氏名】福田 利実

(72)【発明者】

【氏名】村上 隆

(72)【発明者】

【氏名】廣江 健太

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０１４１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１７９４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０７７８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２９１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２３６３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４５１５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００５－５２５４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０４８７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２０９８５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２５／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の気筒を備えたエンジンと、
前記エンジンの吸気マニホールドに接続された吸気通路と、
前記エンジンの排気マニホールドに接続された排気通路と、
前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させる排気ガス再循環装置と、
前記吸気通路内に設けられ、この吸気通路内を流れる流体を前記複数の気筒に分配する分配手段と、
を備え、
前記排気ガス再循環装置が、前記吸気通路において、前記分配手段よりも上流側で接続される接続位置を有し、
前記接続位置と前記分配手段との間であって前記分配手段よりも上流側に、前記吸気通路を流れる吸気を冷却するインタークーラを有し、
前記吸気通路が、前記吸気マニホールドとの接続部手前において重力方向において下向きに傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から前記吸気マニホールドに向けて屈曲する屈曲部とを有し、前記分配手段が、前記屈曲部の前記吸気通路内の外側壁面に形成され、
前記傾斜部が、前記屈曲部と対向する前記吸気通路内の内側壁面が位置する内側から前記外側壁面が位置する外側に向かって下向きに傾斜し、前記傾斜部を流れた流体は、前記屈曲部を介して前記外側から前記内側に向かうよう逆向きかつ下向きに方向転換される
エンジンの吸気機構。

【請求項2】

前記分配手段が、流体を前記複数の気筒に分配する溝が形成されたガイド溝である
請求項１に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項3】

吸気流れ方向において前記分配手段よりも上流側であって、前記内側壁面に、この吸気通路に沿って流れる流体を前記分配手段に向けて飛散させる突起部が形成されている
請求項１または２に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項4】

前記突起部が、流体を前記分配手段の前記外側壁面の幅方向に分配するように前記幅方向に連続して形成された凹凸形状をなしている
請求項３に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項5】

前記連続する凹凸形状の各凸部の間に、前記吸気通路を流れる流体が、前記各凸部に沿うように整流する整流板を設けた
請求項４に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項6】

複数の気筒を備えたエンジンと、
前記エンジンの吸気マニホールドに接続された吸気通路と、
前記エンジンの排気マニホールドに接続された排気通路と、
前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させる排気ガス再循環装置と、
前記吸気通路内に設けられ、この吸気通路内を流れる流体を前記複数の気筒に分配する分配手段と、
を備え、
前記吸気通路が、前記吸気マニホールドとの接続部手前において重力方向において下向きに傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から前記吸気マニホールドに向けて屈曲する屈曲部とを有し、前記分配手段が、前記屈曲部の前記吸気通路内の外側壁面に形成され、
吸気流れ方向において前記分配手段よりも上流側であって、前記屈曲部と対向する前記吸気通路内の内側壁面に、この吸気通路に沿って流れる流体を前記分配手段に向けて飛散させる突起部が形成されている
エンジンの吸気機構。

【請求項7】

前記分配手段が、流体を前記複数の気筒に分配する溝が形成されたガイド溝である
請求項６に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項8】

前記突起部が、流体を前記分配手段の前記外側壁面の幅方向に分配するように前記幅方向に連続して形成された凹凸形状をなしている
請求項６または７に記載のエンジンの吸気機構。

【請求項9】

前記連続する凹凸形状の各凸部の間に、前記吸気通路を流れる流体が、前記各凸部に沿うように整流する整流板を設けた
請求項８に記載のエンジンの吸気機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、エンジンの吸気機構に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気を吸気側に還流する排気ガス再循環装置には、エンジンに接続された排気マニホールドから吸気マニホールドに排気ガスを直接還流する高圧排気還流通路と、過給装置のタービンの下流側からコンプレッサの上流側に排気ガスを還流し、この排気ガスを新気とともに過給する低圧排気還流通路を備えたものがある。

【0003】

過給機を備えたエンジンにおいては、過給域によっては、吸気圧力が排気圧力よりも高くなり、高圧排気還流通路を通って排気ガスを還流できないことがある。このような過給域においても、低圧排気還流通路を通って排気ガスを還流することができる。

【0004】

ところが、低圧排気還流通路においては、高温の排気ガスが、新気と混合された上でインタークーラで冷却されるため、排気ガスと新気の混合比や新気の湿度によっては、冷却時に結露して凝縮水が発生することがある。この凝縮水は、エンジンの各気筒に均等に分配されて流入する限りにおいては、各気筒内の燃焼に伴って気化するため特段の問題を生じない。ところが、車両の走行状況などによっては、吸気管路内に溜まった凝縮水によって吸気管が閉塞したり、特定の気筒のみに凝縮水が集中することによって、エンジンにおける燃焼状態に悪影響を与えたりする虞がある。

【0005】

これを防止するため、例えば特許文献１に示す吸気マニホールドにおいては、排ガスが混合された吸気が導入されるサージタンク部の内壁面に、吸気口の近傍に形成された受け止め面部と、この受け止め面部に連なる案内面部とを有する突出部を形成した構成を採用している。このように突出部を形成することにより、受け止め面部によって受け止められた凝縮水を、案内面部を伝わらせながら徐々に下方に落下させることができ、特定の気筒のみに凝縮水が集中するのを防止している（特許文献１の段落００１７～００２４、図３など参照）。

【0006】

また、特許文献２には、複数気筒の内燃機関の吸気系に配置したチャンバー内に排気を導入して、このチャンバーに配列して開口する気筒毎の排気分配路から吸気分岐経路に排気を導入する吸気系排気導入構造において、このチャンバー内に、排気分配路の配列方向で凝縮水が移動する際の抵抗となる移動抵抗部（リブ）を形成した構造を採用している。このように移動抵抗部を形成することにより、内燃機関に加速度が作用したときに、凝縮水が排気分配路の配列方向に移動するのを阻止して、特定の気筒のみに凝縮水が集中するのを防止している（特許文献２の段落００１０～００１５、図５、図６など参照）。

【0007】

さらに、特許文献３に示す吸気装置においては、排気ガスが導入される複数の気筒別導入孔の間に突起部を形成した構成を採用している。このように突起部を形成することにより、配管の特定一側に加速度が作用しても、凝縮水の流れが突起部によって阻害される。このため、この凝縮水が、特定の気筒別導入孔のみに集中するのを抑制できる（特許文献３の段落００１１～００１２、図１など参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００８－２８６０６９号公報

【文献】特許第５７３７０２０号公報

【文献】特許第５５０５２５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に係る構成においては、凝縮水を案内面部によって徐々に気筒の配列方向に案内するため、車両の旋回などに伴う遠心力の影響を受けやすく、凝縮水の分配が不均等になる虞がある。また、特許文献２、３に係る構成においては、加速度が作用した際に、凝縮水が特定の気筒に偏るのを防止できる反面、加速度が作用しない定常走行の際に、凝縮水が偏るのを防止する抵抗部（突起部）によって、凝縮水の均等な分配が却って阻害される虞がある。

【0010】

そこで、この発明は、エンジンの特定気筒への凝縮水の偏りを確実に防止することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、この発明においては、複数の気筒を備えたエンジンと、前記エンジンの吸気マニホールドに接続された吸気通路と、前記エンジンの排気マニホールドに接続された排気通路と、前記排気通路側から前記吸気通路側に排気ガスを還流させる排気ガス再循環装置と、前記吸気通路内に設けられ、この吸気通路内を流れる流体を前記複数の気筒に分配する分配手段と、を備え、前記吸気通路が、前記吸気マニホールドとの接続部手前において重力方向において下向きに傾斜する傾斜部と、前記傾斜部から前記吸気マニホールドに向けて屈曲する屈曲部とを有し、前記分配手段が、前記屈曲部の前記吸気通路内の外側壁面に形成されているエンジンの吸気機構を構成した。

【0012】

前記構成においては、前記分配手段が、流体を前記複数の気筒に分配する溝が形成されたガイド溝である構成とすることができる。

【0013】

前記各構成においては、吸気流れ方向において前記分配手段よりも上流側であって、前記屈曲部と対向する前記吸気通路内の内側壁面に、この吸気通路に沿って流れる流体を前記分配手段に向けて飛散させる突起部が形成されている構成とすることができる。

【0014】

前記突起部を形成した構成においては、前記突起部が、流体を前記分配手段の前記外側壁面の幅方向に分配するように前記幅方向に連続して形成された凹凸形状をなしている構成とすることができる。

【0015】

前記突起部が凹凸形状をなす構成においては、前記連続する凹凸形状の各凸部の間に、前記吸気通路を流れる流体が、前記各凸部に沿うように整流する整流板を設けた構成とすることができる。

【発明の効果】

【0016】

この発明では、エンジンに吸気を送る吸気通路に、重力方向において下向きに傾斜する傾斜部と、この傾斜部から吸気マニホールドに向けて屈曲する屈曲部とを形成し、この屈曲部に、吸気通路を流れる流体をエンジンの複数の気筒に分配する分配手段を設けた構成を採用した。このようにすると、傾斜部によって、還流した排気ガスに起因する凝縮水を下流側にスムーズに案内することができる。しかも、屈曲部に形成した分配手段によって、この凝縮水が特定気筒に偏るのを防止することができ、エンジンにおける安定した燃焼状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】この発明に係る吸気機構を備えたエンジンの吸排気系を示す模式図

【図2】図１の要部を示す図

【図3】図１に係る吸気機構の分配手段を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ－Ａ線に沿った縦断面図の第一例、（ｃ）はその第二例

【図4】図１に係る吸気機構の突起部の第一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ－Ｃ線に沿う断面図

【図5】図１に係る吸気機構の突起部の第二例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ－Ｃ線に沿う断面図

【図6】図１に係る吸気機構の突起部の第三例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ－Ｃ線に沿う断面図

【図7】図１に係る吸気機構の突起部の第四例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ－Ｃ線に沿う断面図

【図8】図１に係る吸気機構の変形例を示す縦断面図

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１および図２を用いてこの発明に係る吸気機構を備えたエンジンＥの吸排気系の全体構成を説明した上で、この発明に係るエンジンの吸気機構について説明する。この実施形態においては、エンジンＥとしてガソリンエンジンを例示して説明するが、この吸気機構は、ディーゼルエンジンにも適用することができる。

【0019】

このエンジンＥは、燃焼室１０に吸気を送り込む吸気通路１１、および、燃焼室１０から排気を送り出す排気通路１２を備えている。

【0020】

吸気通路１１は、シリンダヘッドと一体に形成された吸気ポートに接続される吸気マニホールド１３の上流側に接続されている。排気通路１２は、シリンダヘッドと一体に形成された排気ポートに接続される排気マニホールド１４の下流側に接続されている。吸気ポートおよび排気ポートの燃焼室１０への開口は、それぞれ吸気バルブ１５、排気バルブ１６によって開閉される。

【0021】

エンジンＥには、吸気ポートまたは燃焼室１０内に燃料を噴射する燃料噴射装置１７と、燃焼室１０内の混合気を燃焼させるための火花を発生する点火装置１８が設けられている。なお、ディーゼルエンジンの場合は、点火装置１８は省略される。エンジンＥの気筒数は適宜決めることができるが、この実施形態においては直列４気筒エンジンとする。

【0022】

吸気通路１１には、吸気ポートから上流側に向かって、吸気通路１１の流路面積を調節して吸気の流量を制御するスロットルバルブ１９、吸気通路１１を流れる吸気を冷却するインタークーラ２０、過給機２１（ターボチャージャ）のコンプレッサ２２、エアクリーナ２３などが設けられる。また、排気通路１２には、排気ポートから下流側に向かって、過給機２１のタービン２４、排気ガスを浄化する排気浄化部２５などが設けられる。

【0023】

過給機２１は、吸気通路１１に配置され、燃焼室１０に導入される吸気を過給するコンプレッサ２２と、排気通路１２に配置されるタービン２４とで構成される。排気通路１２を流れる排気ガスによってタービン２４が回転すると、その回転が吸気通路１１のコンプレッサ２２に伝達される。そして、コンプレッサ２２の回転によって吸気通路１１内を流れる吸気が過給される。

【0024】

このエンジンＥは、排気通路１２内の排気ガスの一部を、排気還流ガスとして吸気通路１１に還流する排気ガス再循環装置を備えている。この実施形態では、排気ガス再循環装置は、高圧排気ガス再循環装置２６と低圧排気ガス再循環装置２７から構成される。

【0025】

高圧排気ガス再循環装置２６は、排気通路１２のタービン２４と排気ポートの間と、吸気通路１１の吸気ポートとコンプレッサ２２との間を結ぶ高圧排気還流通路２８と、その高圧排気還流通路２８を開閉する高圧排気還流バルブ２９を備えている。この高圧排気還流通路２８を通って、比較的高圧の排気ガスが排気還流ガスとして吸気通路１１に還流する。この排気還流ガスの導入量は、高圧排気還流バルブ２９の開閉とスロットルバルブ１９の開閉に伴う吸気通路１１内の圧力状態に応じて制御される。

【0026】

低圧排気ガス再循環装置２７は、排気通路１２のタービン２４の下流側と、吸気通路１１のコンプレッサ２２の上流側との間を結ぶ低圧排気還流通路３０と、その低圧排気還流通路３０を開閉する低圧排気還流バルブ３１を備えている。この低圧排気還流通路３０を通って、比較的低圧の排気ガスが排気還流ガスとして吸気通路１１に還流する。この排気還流ガスの導入量は、低圧排気還流バルブ３１の開閉とスロットルバルブ３２の開閉に伴う吸気通路１１内の圧力状態に応じて制御される。なお、低圧排気還流通路３０には、排気還流ガスを冷却する還流ガスクーラ３３が設けられている。

【0027】

低圧排気ガス再循環装置２７においては、高温の排気ガスを新気と混合した上でインタークーラ２０で冷却するため、排気ガスと新気の混合比や新気の湿度によっては、冷却時に結露して凝縮水が発生することがある。この凝縮水は、吸気とともに吸気通路１１を通って、エンジンＥの各気筒に送られる。

【0028】

高圧排気還流バルブ２９、低圧排気還流バルブ３１などの開閉は、吸排気系の各所に設けられた温度センサ、圧力センサ、ガス濃度センサなどの各種センサ（図示せず）による測定結果に基づき、電子制御ユニット（図示せず）によって制御される。

【0029】

この発明に係るエンジンＥの吸気機構は、複数の気筒を備えたエンジンＥ、吸気通路１１、排気通路１２、排気ガス再循環装置、および、分配手段３４を主要な構成要素としている。

【0030】

この吸気機構においては、吸気通路１１が、吸気マニホールド１３との接続部手前において重力方向において下向きに傾斜する傾斜部３５と、この傾斜部３５から吸気マニホールド１３に向けて屈曲する屈曲部３６とを有している。このように、傾斜部３５を形成することにより、吸気通路１１内の凝縮水をスムーズにエンジンＥ側に流すことができ、この凝縮水によって吸気通路１１が閉塞するのを防止することができる。

【0031】

分配手段３４は、吸気通路１１内に設けられ、この吸気通路１１を流れる流体を、エンジンＥを構成する複数の気筒に分配する機能を有する。この分配手段３４は、屈曲部３６の吸気通路１１内の外側壁面に形成されている。なお、ここでいう流体とは、主として凝縮水のことを指すが、これに限定されず、吸気通路１１を流れる新気または新気と排気ガスの混合気などの流体も含む。

【0032】

この分配手段３４として、図３に示すように、流体を複数の気筒に分配する溝が形成されたガイド溝（以下、分配手段３４と同じ符号を付する。）とすることができる。例えば、４気筒エンジンの場合は、吸気通路１１から吸気マニホールド１３に流体が導入される際に、その流体が、各気筒に向かう４方向に分配されるガイド溝形状とするのが好ましい。図３（ｂ）に示すように、このガイド溝３４の溝深さｄ１は全て均等でもよいが、流体が相対的に行き渡りにくい特定の気筒（例えば、４気筒エンジンの場合、両端の第１および第４気筒）への流れを促進するために、図３（ｃ）に示すように、ガイド溝３４の溝深さｄ２、ｄ３を異ならせることもできる。

【0033】

このように分配手段３４としてのガイド溝３４を設けることにより、吸気とともに吸気通路１１を流れる凝縮水を各気筒に分配することができる。このため、凝縮水が特定気筒に集中するのを防止することができ、エンジンＥにおける安定した燃焼状態を維持することができる。

【0034】

吸気流れ方向において分配手段３４よりも上流側であって、屈曲部３６と対向する吸気通路１１内の内側壁面には、突起部３７が形成されている。この突起部３７は、吸気通路１１に沿って流れる流体を、ガイド溝３４に向けて飛散させる機能を有する。なお、上記と同様に、ここでいう流体とは、主として凝縮水のことを指すが、これに限定されず、吸気通路１１を流れる新気または新気と排気ガスの混合気などの流体も含む。

【0035】

この突起部３７として、図４（第一例）に示すように、流体をガイド溝３４の外側壁面の幅方向に分配するようにその幅方向に連続して形成された凹凸形状とすることができる。この凹凸形状の凸部３８は、その先端ほど上向きの傾斜角が大きくなるジャンプ台形状となっている（図４（ｃ）参照）。これにより、突起部３７を通過する流体を、ガイド溝３４に向けて効果的に飛散させることができる。この凹凸形状の凸部３８の高さや、凸部３８の横幅と隣り合う凸部３８同士の間との相対割合は例示に過ぎず、流体を効果的に飛散し得る限りにおいて、適宜変更することができる。

【0036】

また、この突起部３７として、図５（第二例）に示すように、連続する凹凸形状の各凸部３８の間に、吸気通路を流れる流体が各凸部３８に沿うように整流する整流板３９を設けた構成とすることもできる。このように整流板３９を設けることにより、流体が各凸３８部に至る前に分岐され、各凸部３８によって、分岐された流体をガイド溝３４に向けて一層効果的に飛散させることができる。

【0037】

また、この突起部３７として、図６（第三例）に示すように、流体をガイド溝３４の外側壁面の幅方向に分配するようにその幅方向に連続して形成された凹凸形状とすることができる。この凹凸形状の凹部４０は、その先端ほど下向きへの傾斜角が大きくなる滑り台形状となっている（図６（ｃ）参照）。これにより、突起部３７を通過する流体を、ガイド溝３４に向けて効果的に飛散することができる。この凹凸形状の凹部４０の窪み量や、凹部４０の横幅と隣り合う凹部４０同士の間との相対割合は例示に過ぎず、流体を効果的に飛散し得る限りにおいて、適宜変更することができる。

【0038】

また、この突起部３７として、図７（第四例）に示すように、外側壁面の幅方向に連続する凸部３８とすることもできる。この場合、図４に示した構成と異なり、この突起部３７は、流体をガイド溝３４の外側壁面の幅方向に分配する作用は有しないが、流体をガイド溝３４に向けて飛散させる作用は発揮される。

【0039】

また、図８に示すように、図３から図７に示す突起部３７の上流側に、少量の凝縮水を一時的に貯めておく貯留部４１を形成することもできる。このように、少量の凝縮水を溜めておくことにより、凝縮水の発生量が変動したときでも、吸気通路１１の上流側から下流側に向かう凝縮水の量を一定にすることができる。このため、エンジンＥにおける安定した燃焼状態を維持することができる。

【0040】

上記において説明したエンジンの吸気機構はあくまでも例示に過ぎず、特定気筒への凝縮水の偏りを確実に防止する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、本機構の構成要素（例えば、分配手段３４や突起部３７の形状など）に適宜変更を加えることができる。

【0041】

例えば、上記においては、分配手段３４として流体の流れ方向に沿うガイド溝３４を例示して説明したが、流体をエンジンＥの各気筒に均等に分配し得る限りにおいて、その形状を適宜変更することもできる。

【符号の説明】

【0042】

１０ 燃焼室
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１３ 吸気マニホールド
１４ 排気マニホールド
１５ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１７ 燃料噴射装置
１８ 点火装置
１９ スロットルバルブ
２０ インタークーラ
２１ 過給機
２２ コンプレッサ
２３ エアクリーナ
２４ タービン
２５ 排気浄化部
２６ 高圧排気ガス再循環装置
２７ 低圧排気ガス再循環装置
２８ 高圧排気還流通路
２９ 高圧排気還流バルブ
３０ 低圧排気還流通路
３１ 低圧排気還流バルブ
３２ スロットルバルブ
３３ 還流ガスクーラ
３４ 分配手段（ガイド溝）
３５ 傾斜部
３６ 屈曲部
３７ 突起部
３８ 凸部
３９ 整流板
４０ 凹部
４１ 貯留部
Ｅ エンジン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】