JP4516772B2 - 内燃機関における排気ガス導入装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において、この内燃機関への吸気通路に、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部を導入して、当該吸気通路内の吸気に混合するようにした排気ガス導入装置に関するものである。

最近の内燃機関においては、当該内燃機関から排出される排気ガスをクリーン化するために、この排気ガスの一部を吸気通路に導入（還流）することが行われており、この排気ガスの吸気通路への導入に際しては、吸気通路に導入した排気ガスを、吸気通路内を流れる吸気に対して各所均一に分散するように混合することが必要である。

そこで、先行技術としての特許文献１には、内燃機関への吸気通路のうち、当該吸気通路に排気系からの排気ガスを導入する排気ガス導入口よりも上流側の部位に、スロットル弁と、吸気旋回手段とを設けて、前記吸気通路内を流れる吸気に、前記スロットル弁を閉じたときにおいて、このスロットル弁と前記吸気旋回手段とで旋回流を付与することにより、排気ガスの混合を図ることが記載されている。

また、別の先行技術としての特許文献２には、内燃機関への吸気通路のうち、当該吸気通路に排気系からの排気ガスを導入する排気ガス導入口よりも上流側又は下流側の部位に、吸気通路の内面から内向きへの突出片を設けて、この突出片にて吸気を攪拌することによって、排気ガスと吸気との混合を図ることが記載されている。
特開平１１−３５１０７１号公報 特開平０９−２０９８４７号公報

しかし、前者のものは、吸気に対して旋回流を付与する運転域が、スロットル弁を閉じた領域に限られるので、広い運転域にわたって排気ガスの導入（還流）を行う場合に適用することができないばかりか、前記スロットル弁と閉じた状態で、このスロットル弁との間で吸気に旋回流を付与するために前記吸気通路の内面に設けられている前記吸気旋回手段が、吸気の流れに対して大きな妨げになるから、吸気の流れ抵抗が大きいという問題があった。

これに対して、後者のものは、広い運転域にわたって排気ガスの導入（還流）を行う場合に適用できるものの、吸気に対する排気ガスの混合を促進するためには、吸気通路の内面から内向きへの突出片の個数を多くするか、或いは、内向きの突出高さを高くするようにしなければならないから、前記突出片が吸気の流れに対して大きな妨げになり、吸気の流れ抵抗が、前者の場合よりも更に増大するという問題があった。

本発明は、この問題を解消し、排気ガスの混合性を、吸気の流れ抵抗を増大することなく、確実に促進できるようにした排気ガス導入装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「エアクリーナからの吸気を内燃機関の吸気マニホールドに導く吸気通路内に、前記内燃機関からの排気ガスを導入する排気ガス導入口を開口して成る排気ガス導入装置において、
前記吸気通路のうち前記排気ガス導入口よりも上流側の部位に、曲がり管を設け、この曲がり管の内面において、当該曲がり管における入り口管部の軸線と出口管部の軸線とを含む平面と平行な左右両内側面のうち一方の内側面に、前記出口管部の軸線方向に延びるように構成した隆起部を、当該隆起部における前記一方の内側面からの突出寸法が前記両軸線の交点に対応する部位、又はその近傍の部位において最も高くて前記出口管部の軸線に沿って下流側に向かって次第に低くなるように設け、前記入り口管部から前記一方の内側面に沿って流れる吸気を前記隆起部にて中心の方向に偏流することにより、前記出口管部内を流れる吸気を当該出口管部における軸線の回りに旋回するように構成した。」
ことを特徴としている。

次に、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記排気ガス導入口を、前記曲がり管における出口管部の軸線方向から見て、前記出口管部の中心よりも前記入り口管部側の領域に設ける。」
ことを特徴としている。

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そして、本発明の請求項３は、
「前記請求項１又は２の記載において、前記曲がり管における出口管部を、前記吸気通路のうち前記曲がり管よりも下流の下流側吸気管路に対して、当該出口管部の軸線が、前記曲がり管における入り口管部の軸線方向から見て、前記下流側吸気管路における軸線に対して前記隆起部側の方向に傾斜した状態で、複数本のボルトにてフランジ接合する一方、前記フランジ接合用ボルトのうち少なくとも一本のボルトを、前記下流側吸気管路の軸線の方向から見て、前記隆起部における外側の部位に配設し、更に、前記曲がり管の外周面のうち前記隆起部の外側の部分に、凹み部を、前記一本のボルトにおける軸線方向に延びるように設ける。」
ことを特徴としている。

前記曲がり管内にその入り口管部から流入した吸気のうち一方の内側面に沿って流れる一部の吸気が、前記一方の内側面に設けた隆起部にて中心の方向に偏流されながら、このように偏流する一部の吸気を含む全体の吸気が、曲がり管内において入り口管部の軸線から出口管部の軸線の方向に方向変換することにより、この吸気には、前記のように一部の吸気が偏流することによって、出口管部の軸線の回りに旋回するという捻りが付与されることになるから、前記吸気の全体は旋回流になって出口管部より出て行く。

つまり、前記した構成の曲がり管によって、当該曲がり管における出口管部内を流れる吸気の全体に旋回流を付与することができるから、この曲がり管を、内燃機関への吸気通路のうち排気ガス導入口よりも上流側の部位に設けることにより、前記排気ガス導入口からの排気ガスを旋回する吸気に対して素早く混合できる。

そして、前記吸気に対する旋回流の付与は、前記曲がり管内において入り口管部の軸線から出口管部の軸線への方向変換と、前記曲がり管内にその出口管部の方向に延びるように設けた隆起部の偏流とによるものであることにより、吸気の流れ抵抗を、前記した両先行技術の場合よりも遥かに低くすることができるとともに、旋回流の付与を、内燃機関の広い運転域にわたって確保でき、ひいては、吸気に対する排気ガスの混合性を、内燃機関の広い運転域にわたって確保できる。
特に、請求項１に記載したように、前記隆起部は、その前記一方の内側面からの突出寸法が前記両軸線の交点に対応する部位、又はその近傍の部位において最も高くて前記出口管部の軸線に沿って下流側に向かって次第に低くなるように構成されていることにより、この隆起部のうち出口管部側の部分が、当該隆起部による吸気の旋回流を減衰するように作用することを低減できて、吸気の旋回流を更に強くすることができるから、前記した効果を促進できる。

ところで、前記曲がり管内において、曲がり管の内面において、当該曲がり管における入り口管部の軸線と出口管部の軸線とを含む平面と平行な左右両内側面のうち一方の内側面に、前記入り口管部から前記一方の内側面に沿って流れる吸気を中心の方向に偏流するようにした隆起部を設けたことにより、吸気に付与される旋回流は、当該曲がり管における出口管部より出て行くときが勢いが最も強くなることに加えて、前記曲がり管の内部には、その曲がりの半径方向内側の内面に沿って出口管部の方向に流れる吸気流も同時に発生することになる。

そこで、前記請求項２に記載したように、前記曲がり管を、吸気通路のうち排気ガス導入口よりも上流側の部位に設ける一方、前記排気ガス導入口を、前記曲がり管における出口管部の軸線方向から見て、出口管部の中心よりも前記入り口管部側の領域に設けることにより、前記排気ガス導入口が吸気通路内に開口する部分に対して、前記曲がり管における出口管部から吸気の旋回流を、その勢いが強い状態で及ぼすことができるとともに、前記曲がりの半径方向の内側の内面に沿って出口管部の方向に流れる吸気流をも加算して及ぼすことができるから、これまで述べた前記効果に加えて、前記排気ガス導入口が吸気通路内に開口する部分に、排気ガス中のカーボンデポジット等が付着・堆積することを確実に低減できる。

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また、請求項３に記載したように、前記曲がり管における出口管部を、前記吸気通路のうち前記曲がり管よりも下流の下流側吸気管路に対して、当該出口管部の軸線が、前記曲がり管における入り口管部の軸線方向から見て、前記下流側吸気管路における軸線に対して前記隆起部側の方向に傾斜した状態で、複数本のボルトにてフランジ接合する場合において、前記フランジ接合用ボルトのうち少なくとも一本のボルトを、前記下流側吸気管路の軸線の方向から見て、前記隆起部における外側の部位に配設し、更に、前記曲がり管の外周面のうち前記隆起部の外側の部分に、凹み部を、前記一本のボルトにおける軸線方向に延びるように設けるという構成にすることにより、前記一本のボルトを回すための工具を、前記凹み部から前記一本のボルトに対して装填することができて、この分だけ、前記一本のボルトを、曲がり管に旋回流の基点になる隆起部を設けることを利用して、中心に近づけることができるから、フランジ接合部分を小型・軽量化できる。

以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。

図１〜図４は、第１の実施の形態を示す。

この図において、符号１は、内燃機関において、図示しないエアクリーナからの吸気を、これも図示しない吸気マニホールドに導くための吸気通路を示し、この吸気通路１は、エアクリーナからの上流側吸気通路２と、吸気マニホールドへの下流側吸気通路３と、その間を接続する曲がり管４とによって構成されている。

前記下流側吸気通路３には、内燃機関における排気系からの排気ガス還流通路５が接続される排気ガス導入口６が、前記曲がり管４に隣接する部分（近い部位）において、当該下流側吸気通路３内に開口するように設けられているとともに、前記排気ガス導入口６を内燃機関における負荷等に応じて開閉することによって排気ガスの導入量を制御するための排気ガス還流制御弁７が設けられている。

前記曲がり管４は、前記上流側吸気通路２に対してフランジ部９を図示しない複数本のボルトにて締結するというフランジ接合にて接合される入り口管部８と、前記下流側吸気通路３に対してフランジ部１１を図示しない複数本のボルトにて締結するというフランジ接合にて接合される出口管部１０とを備えている。

そして、前記曲がり管４の内面において、当該曲がり管４における入り口管部８の軸線８ａと出口管部１０の軸線１０ａとを含む平面と平行な左右両内側面４ａ、４ｂのうち一方の内側面４ａには、前記入り口管部８の軸線８ａと出口管部１０の軸線１０ａとの交点、又は、この交点近傍の部位に、隆起部１２を設けて、前記入り口管部８から流入する吸気のうち前記一方の内側面４ａに沿って流れる吸気を、この隆起部１２にて中心の方向に偏流するように構成する。

この隆起部１２は、曲がり管４を構成する側面板の一部を部分的に凹ませることによって構成されている。つまり、曲がり管４の外周面のうち前記隆起部１２の外側の部分に、凹み部１３を設けている。

しかも、この隆起部１２は、前記出口管部１０の軸線１０ａの方向に延びており、且つ、内側面４ａからの突出寸法は、当該隆起部１２における始端部、つまり、前記入り口管部８の軸線８ａと出口管部１０の軸線１０ａとの交点に対応する部位、又は、その近傍の部位において最も高く、この部分から出口管部１０の軸線１０ａに沿って下流側に向かって次第に低くなり、そして、前記出口管部１０が前記下流側吸気通路３に接合される箇所において零になるように構成されている。

これに加えて、前記排気ガス導入口６を、前記下流側吸気通路３の内面のうち、前記曲がり管４における出口管部１０の軸線１０ａの方向から見て、図３及び図４に示すように、前記入り口管部８の軸線８ａに一致する部位に設けている。

この構成において、エアクリーナからの吸気は、上流側吸気通路２、曲がり管４及び下流側吸気通路３を通って内燃機関における吸気マニホールドに至る。

前記吸気が前記曲がり管４内を流れるとき、曲がり管４内にその入り口管部８から流入した吸気のうち一方の内側面４ａに沿って流れる一部の吸気が、前記一方の内側面４ａに設けた隆起部１２により、図４に点線の矢印Ａで示すように、中心の方向に偏流されながら、このように偏流する一部の吸気を含む全体の吸気が、曲がり管４内において入り口管部８の軸線８ａから出口管部１０の軸線１０ａの方向に方向変換することにより、この吸気には、前記のように一部の吸気が点線の矢印Ａで示すように偏流することによって、出口管部１０の軸線１０ａの回りに旋回するという捻りが付与されることになるから、前記吸気の全体は、図１及び図３に実線の矢印Ｂで示すように、旋回流になって出口管部９より、下流側吸気通路３内に流出する。

従って、この曲がり管４から下流側吸気通路３内に流入する吸気は、実線の矢印Ｂで示ように旋回流になっているから、前記排気ガス導入口６から下流側吸気通路３内に導入される排気ガスを、この旋回する吸気に対して素早く混合できる。

この場合、前記曲がり管４内における隆起部１２は、当該隆起部１２における内側面からの突出寸法が、前記両軸線８ａ、１０ａの交点に対応する部位、又は、その近傍の部位において最も高く、この部分から出口管部１０の軸線１０ａに沿って流れの下流側に向かって次第に低くするというように構成されていることにより、前記隆起部１２のうち出口管部１０側の部分が、当該隆起部１２による吸気の旋回流を減衰するように作用することを低減できるから、吸気の旋回流を更に強くすることができる。

また、前記排気ガス導入口６は、前記下流側吸気通路３の内面のうち、前記曲がり管４における出口管部１０の軸線１０ａの方向から見て、図３及び図４に示すように、前記出口管部１０の中心１０ａ′よりも前記入り口管部８側の領域、つまり、前記出口管部１０の中心１０ａ′を通って前記入り口管部８の軸線８ａと直角な直交線１０ａ″よりも前記入り口管８側の領域に設けられている。

前記曲がり管４内に前記隆起部１２を設けたことにより、この曲がり管４内を流れる吸気に、前記隆起部１２を基点として図１及び図３に実線の矢印Ｂで示すように旋回流を付与することができることに加えて、前記曲がり管４の内部には、図１に二点鎖線の矢印Ｃで示すように、その曲がりの半径方向内側の内面４ｃに沿って出口管部１０の方向に流れる吸気流も同時に発生することができる。

そこで、前記したように、前記曲がり管４を、下流側吸気通路３の上流側に設ける一方、前記下流側吸気通路３における排気ガス導入口６を、前記曲がり管４における出口管部１０の軸線１０ａの方向から見て、出口管部１０の中心１０ａ′よりも前記入り口管部８側の領域に設けることにより、前記排気ガス導入口６が下流側吸気通路３内に開口する部分に対して、前記実線の矢印Ｂで示す旋回流を、その勢いが強い状態で及ぼすことができるとともに、前記二点鎖線の矢印Ｃで示す吸気流をも加算して及ぼすことができる。

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次に、図５〜図７は、第２の実施の形態を示す。

この第２の実施の形態は、前記第１の実施の形態を前提として、その上流側吸気通路２と下流側吸気通路３との間を接続する曲がり管４における出口管部１０の軸線１０ａを、前記曲がり管４における入り口管部８の軸線８ａの方向から見て、図６に示すように、前記下流側吸気管路３における軸線３ａに対して前記隆起部１２側の方向に適宜角度θだけ傾斜するという構成にした場合である。

この第２の実施の形態においては、前記曲がり管４における出口管部１０を、前記下流側吸気通路３に対してフランジ接合するための複数本のボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち少なくとも一方のボルト１１ａを、前記下流側吸気管路３の軸線３ａの方向から見て、図７に示すように、前記隆起部１２における外側の部位に配設し、更に、前記曲がり管４の外周面のうち前記隆起部１２の外側の部分における凹み部１３を、図６及び図７に示すように、前記一本のボルト１１ａにおける軸線１１ａ′の方向に延びるように構成したものである。

この第２の実施の形態によると、前記曲がり管４における出口管部１０を、前記下流側吸気管路３に対して、当該出口管部１０の軸線１０ａが、前記曲がり管４における入り口管部８の軸線８ａの方向から見て、前記下流側吸気管路３における軸線３ａに対して前記隆起部１２側の方向に傾斜した状態で、複数本のボルトボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃにてフランジ接合した場合において、前記一本のボルト１１ａを回すためのレンチ等の工具１４を、図６に二点鎖線で示すように、前記凹み部１３から前記一本のボルト１１ａに対して装填することができることにより、この分だけ、前記一本のボルト１１ａを、曲がり管４に旋回流の基点になる隆起部１２を設けることを利用して、中心に近づけることができて、このフランジ部１１の直径を小さくできる。

本発明における第１の実施の形態を示す縦断正面図である。 図１のII−II視断面図である。 図１のIII −III 視断面図である。 図１のIV−IV視断面図である。 本発明における第２の実施の形態を示す縦断正面図である。 図５のVI−VI視断面図である。 図５のVII −VII 視底面図である。

符号の説明

１ 吸気通路
２ 上流側吸気通路
３ 下流側吸気通路
４ 曲がり管
４ａ、４ｂ 曲がり管における左右両内側面
４ｃ 曲がり管における半径方向内側の内面
５ 排気ガス還流通路
６ 排気ガス導入口
８ 曲がり管における入り口管部
８ａ 入り口管部の軸線
１０ 曲がり管における出口管部
１０ａ 出口管部の軸線
１０ａ′ 出口管部の中心
９、１１ フランジ部
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ ボルト
１２ 隆起部
１３ 凹み部

Claims (3)

1. エアクリーナからの吸気を内燃機関の吸気マニホールドに導く吸気通路内に、前記内燃機関からの排気ガスを導入する排気ガス導入口を開口して成る排気ガス導入装置において、
   前記吸気通路のうち前記排気ガス導入口よりも上流側の部位に、曲がり管を設け、この曲がり管の内面において、当該曲がり管における入り口管部の軸線と出口管部の軸線とを含む平面と平行な左右両内側面のうち一方の内側面に、前記出口管部の軸線方向に延びるように構成した隆起部を、当該隆起部における前記一方の内側面からの突出寸法が前記両軸線の交点に対応する部位、又はその近傍の部位において最も高くて前記出口管部の軸線に沿って下流側に向かって次第に低くなるように設け、前記入り口管部から前記一方の内側面に沿って流れる吸気を前記隆起部にて中心の方向に偏流することにより、前記出口管部内を流れる吸気を当該出口管部における軸線の回りに旋回するように構成したことを特徴とする内燃機関における排気ガス導入装置。
2. 前記請求項１の記載において、前記排気ガス導入口を、前記曲がり管における出口管部の軸線方向から見て、前記出口管部の中心よりも前記入り口管部側の領域に設けることを特徴とする内燃機関における排気ガス導入装置。
3. 前記請求項１又は２の記載において、前記曲がり管における出口管部を、前記吸気通路のうち前記曲がり管よりも下流の下流側吸気管路に対して、当該出口管部の軸線が、前記曲がり管における入り口管部の軸線方向から見て、前記下流側吸気管路における軸線に対して前記隆起部側の方向に傾斜した状態で、複数本のボルトにてフランジ接合する一方、前記フランジ接合用ボルトのうち少なくとも一本のボルトを、前記下流側吸気管路の軸線の方向から見て、前記隆起部における外側の部位に配設し、更に、前記曲がり管の外周面のうち前記隆起部の外側の部分に、凹み部を、前記一本のボルトにおける軸線方向に延びるように設けることを特徴とする内燃機関における排気ガス導入装置。

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