JP5694037B2 - 再循環排気のデリバリー通路 - Google Patents

Description

本発明は、通路を順次２分岐していくことで、再循環排気を各気筒に分配するように再循環排気通路が形成された、いわゆるトーナメント方式の再循環排気のデリバリー通路に関する。

車載等の内燃機関に採用される装置として、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置（ＥＧＲ装置）がある。こうしたＥＧＲ装置において、各気筒に分岐後の吸気マニホールドや吸気ポートに再循環排気を導入する場合には、再循環排気を各気筒に分配する再循環排気のデリバリー通路を設ける必要がある。そしてそうした再循環排気のデリバリー通路としては、通路を順次２分岐していくことで、再循環排気を各気筒に分配するようＥＧＲ通路が形成された、図３に示すようなトーナメント方式のデリバリー通路が知られている（例えば特許文献１）。

こうしたトーナメント方式のデリバリー通路では、分岐前の再循環方向の流れ方向に対して再循環排気を順方向に流す通路Ａ、Ｃ、Ｅには、分岐前後の流れ方向の変化が少なく、分岐前の流勢に従って再循環排気が流れるため、より多くの再循環排気が流れるようになる。一方、分岐前の再循環方向の流れ方向に対して再循環排気を逆方向に流す通路Ｂ、Ｄ、Ｆには、分岐前後の流れ方向の変化が大きく、分岐前の流勢に抗して再循環排気を引き込むことになるため、再循環排気が流れ難くなる。そのため、こうした場合には、各気筒への再循環排気の分配が不均等となってしまうようになる。

一方、特許文献２には、分岐部位に一定容積の容積部が設けられた再循環排気のデリバリー通路が開示されている。同文献のデリバリー通路における容積部は、再循環排気の脈動を低減する目的で設けられたものであるが、こうした容積部があれば、分岐前の再循環排気の流速を低減することができるため、再循環排気の不均等分配を抑制することも可能になる。

実開昭６２−１１９４７０号公報 特開２００５−８３３１２号公報

しかしながら、十分な容積の容積部の設置には、ある程度のスペースが必要であるため、設置スペースの制約により、すべての分岐部位にそうした容積部を設置できないことがある。そのため、設置スペースが制限される場合にも、再循環排気の不均等分配を抑制可能なデリバリー通路の実現が要望されている。

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、再循環排気の不均等分配を好適に抑制しつつも、その設置スペースを小さくすることのできる再循環排気のデリバリー通路を提供することにある。

本発明の前提とする、いわゆるトーナメント方式のデリバリー通路では、各分岐部位において、分岐前の再循環方向の流れ方向に対して再循環排気を順方向に流す通路（以下、「順分岐通路」と記載する）と分岐前の再循環方向の流れ方向に対して再循環排気を逆方向に流す通路（以下、「逆分岐通路」と記載する）とに再循環排気通路が分岐される。

なお、ここでの順方向とは、分岐前後で再循環排気の流れ方向が鋭角に変化する方向、すなわち流れ方向の変化角が９０°未満となる方向を言い、逆方向とは、分岐前後で再循環排気の流れ方向が鈍角に変化する方向、すなわち流れ方向の変化角が９０°を超える方向を言う。

順分岐通路については、分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化が小さいため、再循環排気は順調に流れる。一方、逆分岐通路には、分岐前後の流れ方向の変化が大きく、分岐前の流勢に抗して再循環排気を引き込むことになるため、分岐後の再循環排気の流れに剥離が生じて、再循環排気が流れ難くなることがある。

分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角が大きいほど、分岐後の再循環排気の流れに剥離が生じ、その流れが淀むことは、容易に想像できる。そこで、発明者らは、分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角がどの程度までであれば、分岐後の再循環排気の流れの剥離を回避できるかを調査した。

その結果を、図４（Ａ）〜（Ｄ）に示す。各図に示されるデリバリー通路では、再循環排気通路１が、その下流端において、分岐前の再循環排気通路１における再循環排気の流れ方向に対して再循環排気を順方向に流す順分岐通路２と、再循環排気を逆方向に流す逆分岐通路３とに分岐された構成となっている。そして、同図（Ａ）は、再循環排気通路１と逆分岐通路３との間の再循環排気の流れ方向の変化角θを１８０°としたときの、再循環排気の流れを示している。また同図（Ｂ）は、同変化角θを１６５°としたときの、同図（Ｃ）は、同変化角θを１５０°としたときの、同図（Ｄ）は、同変化角を１３５°としたときの、それぞれの場合における再循環排気の流れを示している。なお、いずれの場合においても、再循環排気通路１と順分岐通路２との間における再循環排気の流れ方向の変化角は、０°とされている。また、各図において、矢印Ｄａは、再循環排気通路１の再循環排気の流れ方向を、矢印Ｄｂは、逆分岐通路３の再循環排気の流れ方向をそれぞれ示している。

図４（Ａ）に示すように、上記変化角θが１８０°の場合、分岐後の再循環排気の流れに規模の大きい剥離が発生している。また同図（Ｂ）に示すように、上記変化角θが１６５°の場合にも、同図（Ａ）の場合に比して規模は小さいものの、分岐後の再循環排気の流れには、やはり剥離が発生している。一方、同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、上記変化角が１５０°の場合及び１３５°の場合には、分岐後の再循環排気の流れに剥離は生じないようになっている。

以上の結果から、分岐前後の再循環排気の流れが逆方向となる逆分岐通路３においても、分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角θが１５０°以下の鈍角となっていれば、分岐後の再循環排気の流れに剥離は生じず、淀みなく再循環排気が流れるようになることが判る。本願請求項１に記載の発明は、こうした調査の結果に基づいてなされたものとなっている。

すなわち、通路を順次２分岐していくことで、再循環排気を各気筒に分配するように形成された再循環排気のデリバリー通路としての請求項１に記載の発明は、分岐前の再循環排気の流れ方向に対して再循環排気を順方向に流す通路と再循環排気を逆方向に流す通路とに分岐する部位において、分岐前の再循環排気通路と上記逆方向に流す通路との間の再循環排気の流れ方向の変化角を１５０°以下の鈍角とするようにしている。そのため、分岐部位に大容積の容積部を設けずとも、分岐された２つの通路のいずれでも、再循環排気が淀みなく流れるようになる。したがって、請求項１に記載の再循環排気のデリバリー通路によれば、再循環排気の不均等分配を好適に抑制しつつも、その設置スペースを小さくすることができる。

なお、一部の分岐部位に再循環排気の流速を低減するための容積部が設けられている場合には、そうした容積部の設けられていない分岐部位にのみ、上記のような分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角の設定を行えば、再循環排気の不均等分配の抑制が可能となる。

また分岐部位の一部にのみ、上記のような容積部の設置が可能な場合には、分岐部位に流れ込む再循環排気の流速、流量が最も大きい分岐部位、すなわち再循環排気の源流に最も近い分岐部位に容積部を設けるようにすると良い。
さらに、容積部が設けられた分岐部位では、上記逆方向に流す通路における再循環排気の流れ方向と直交する方向の内寸が上記順方向に流す通路における再循環排気の流れ方向と直交する方向の内寸よりも拡幅するように設けると良い。

本発明の一実施の形態に係る再循環排気のデリバリー通路の設けられた吸気マニホールドの、裏面側から見た平面構造を部分的に示す平面図。 図１から再循環排気のデリバリー通路を抜き出して示した図。 従来の再循環排気のデリバリー通路を模式的に示す略図。 （Ａ）〜（Ｄ）試験に使用した各デリバリー通路の再循環排気の流れをそれぞれ示す図。

以下、本発明の再循環排気のデリバリー通路を具体化した一実施の形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態の再循環排気のデリバリー通路の設けられた吸気マニホールド１０の構成を説明する。

エンジンのシリンダーヘッドに固定されて、各気筒に吸気を分配する吸気マニホールド１０には、排気管から排気を導入するためのＥＧＲ（排気再循環）パイプ１１が接続されたＥＧＲバルブ１２が取り付けられている。排気の再循環量を調整するＥＧＲバルブ１２の排気出口は、吸気マニホールド１０に形成されたＥＧＲ導入路１３に接続されている。

ＥＧＲ導入路１３の下流端は、再循環排気の流速を十分に低減できるだけの容積を有した容積部１４に接続されている。容積部１４からは、第１再循環排気通路１５と第２再循環排気通路１６との２つの通路が分岐されている。

第１再循環排気通路１５は、その下流端において、第１順分岐通路１７と第１逆分岐通路１８との２つの通路に分岐されている。第１順分岐通路１７は、分岐前の第１再循環排気通路１５における再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を順方向に流すように形成されている。また第１逆分岐通路１８は、分岐前の第１再循環排気通路１５における再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を逆方向に流すように形成されている。したがって、第１再循環排気通路１５の下流端は、分岐前の再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を順方向に流す通路と、再循環排気を逆方向に流す通路と、に分岐する部位となっている。

一方、第２再循環排気通路１６は、その下流端において、第２順分岐通路２０と第２逆分岐通路１９との２つの通路に分岐されている。第２順分岐通路２０は、分岐前の第２再循環排気通路１６の再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を順方向に流すように形成されている。また第２逆分岐通路１９は、分岐前の第２再循環排気通路１６の再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を逆方向に流すように形成されている。したがって、第２再循環排気通路１６の下流端も、分岐前の再循環排気の流れ方向に対して、再循環排気を順方向に流す通路と、再循環排気を逆方向に流す通路と、に分岐する部位となっている。

これら第１順分岐通路１７、第１逆分岐通路１８、第２順分岐通路２０及び第２逆分岐通路１９の下流端は、吸気マニホールド１０に形成されてエンジンの各気筒に接続される吸気路２１〜２４にそれぞれ接続されている。そして以上により、再循環排気を各気筒の吸気路２１〜２４に分配する再循環排気のデリバリー通路が形成されている。

なお、図２には、第１再循環排気通路１５の再循環排気の流れ方向が矢印Ｄｃにより、第１逆分岐通路１８の再循環排気の流れ方向が矢印Ｄｄにより、それぞれ示されている。また第２再循環排気通路１６の再循環排気の流れ方向が矢印Ｄｅにより、第２逆分岐通路１９の再循環排気の流れ方向が矢印Ｄｆにより、それぞれ示されている。

図２に示すように、第１逆分岐通路１８は、分岐前の第１再循環排気通路１５との間の再循環排気の流れ方向の変化角θ１が、１５０°以下の鈍角となるように延伸されている。また同様に、第２逆分岐通路１９は、分岐前の第２再循環排気通路１６との間の再循環排気の流れ方向の変化角θ２が、１５０°以下の鈍角となるように延伸されている。

次に、以上のように構成された本実施の形態の作用を説明する。
ＥＧＲバルブ１２からＥＧＲ導入路１３を介して導入された再循環排気は、ＥＧＲ導入路１３の下流端に設けられた容積部１４を通った後、第２再循環排気通路１６と第１再循環排気通路１５とに分配される。このとき、ＥＧＲ導入路１３と第１再循環排気通路１５とでは、再循環排気の流れ方向が逆となっているが、分岐部位に設けられた容積部１４において再循環排気の流速が低減されるため、第１再循環排気通路１５にも淀みなく再循環排気が流れるようになる。

第１再循環排気通路１５に流れた再循環排気は、その下流端において、第１順分岐通路１７と第１逆分岐通路１８とに分配される。そして第１順分岐通路１７に流れた再循環排気は吸気路２１に、第１逆分岐通路１８に流れた再循環排気は吸気路２２にそれぞれ導入される。ここで、第１再循環排気通路１５と第１逆分岐通路１８とでは、再循環排気の流れ方向が９０°以上変化するが、両通路の間の再循環排気の流れ方向の変化角θ１が１５０°以下の鈍角となっているため、第１逆分岐通路１８においても、再循環排気は、剥離による淀みを生じることなく流れるようになる。

一方、第２再循環排気通路１６に流れた再循環排気は、その下流端において、第２順分岐通路２０と第２逆分岐通路１９とに分配される。そして第２順分岐通路２０に流れた再循環排気は吸気路２４に、第２逆分岐通路１９に流れた再循環排気は吸気路２３にそれぞれ導入される。ここで、第２再循環排気通路１６と第２逆分岐通路１９とでは、再循環排気の流れ方向が９０°以上変化するが、両通路の間の再循環排気の流れ方向の変化角θ２が１５０°以下の鈍角となっているため、第２逆分岐通路１９においても、再循環排気は、剥離による淀みを生じることなく流れるようになる。

以上説明した本実施の形態の再循環排気のデリバリー通路によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、分岐前後の再循環排気の流れ方向が逆となる第１逆分岐通路１８及び第２逆分岐通路１９が、分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角が１５０°以下の鈍角となるように形成されている。そのため、分岐部位に大容積の容積部を設けずとも、分岐された２つの通路のいずれでも、再循環排気が淀みなく流れるようになる。したがって、本実施の形態によれば、再循環排気の不均等分配を好適に抑制しつつも、その設置スペースを小さくすることができる。

（２）本実施の形態では、再循環排気の流速を低減するための容積部１４が設けられていない分岐部位にのみ、上記のような分岐前後の再循環排気の流れ方向の変化角の設定を行っている。分岐前の再循環排気通路に対して角度を付けて分岐後の通路を形成すれば、容積部を設けたときほどではないものの、デリバリー通路の設置スペースはある程度増大してしまう。その点、本実施の形態では、容積部１４が設けられて、分岐前の再循環排気通路に対して角度を付けて分岐後の通路を設けずとも、再循環排気の不均等分配を抑制可能な分岐部位については、分岐前の再循環排気通路に対して角度を付けずに分岐後の通路が形成されているため、設置スペースの増大を有効に抑えることができる。

（３）本実施の形態では、分岐部位に流れ込む再循環排気の流速、流量が最も大きい分岐部位、すなわち再循環排気の源流に最も近い分岐部位である第１再循環排気通路１５、第２再循環排気通路１６の分岐部位に容積部１４を設けるようにしている。そのため、設置スペースの都合上、設置数が限定される容積部１４が、その設置による不均等分配の抑制効果が最大に得られる分岐部位に設置されることになり、限られた設置スペースを有効に活用して不均等分配の抑制を図ることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、容積部１４の設けられた第１再循環排気通路１５、第２再循環排気通路１６の分岐部位では、分岐前のＥＧＲ導入路１３とそのＥＧＲ導入路１３とは再循環排気を逆方向に流す第２再循環排気通路１６との間の再循環排気の流れ方向の変化角を１５０°以下の鈍角とはしない構成となっていた。もっとも、不均等分配の抑制に必要であれば、容積部１４の設けられた上記分岐部位でも、上記のような流れ方向の変化角の設定を行うようにしても良い。

・上記実施の形態では、第１再循環排気通路１５、第２再循環排気通路１６の分岐部位に容積部１４を設けていたが、ＥＧＲ導入路１３と第２再循環排気通路１６との再循環排気の流れ方向の変化角を１５０°以下の鈍角とすれば、容積部１４を割愛しても、再循環排気の不均等分配の抑制が可能である。

・上記実施の形態では、最終的に４つの通路に分岐する構成のデリバリー通路としていたが、通路を順次２分岐していくことで、再循環排気を各気筒に分配するように形成された再循環排気のデリバリー通路であれば、最終的な通路の分岐数が４つ以外のものにも、本発明は適用可能である。

・上記実施の形態では、本発明の再循環排気のデリバリー通路を吸気マニホールドに設けた場合を説明したが、本発明の再循環排気のデリバリー通路は、吸気マニホールド以外の部材、例えばシリンダーブロックなどにも設けることができる。

１…再循環排気通路、２…順分岐通路、３…逆分岐通路、１０…吸気マニホールド、１１…ＥＧＲパイプ、１２…ＥＧＲバルブ、１３…ＥＧＲ導入路、１４…容積部、１５…第１再循環排気通路、１６…第２再循環排気通路、１７…第１順分岐通路、１８…第１逆分岐通路、１９…第２逆分岐通路、２０…第２順分岐通路、２１〜２４…吸気路。

Claims (1)

1. 通路を順次２分岐していくことで、再循環排気を各気筒に分配するように形成された再循環排気のデリバリー通路であって、
   分岐前の再循環排気の流れ方向に対して再循環排気を順方向に流す通路と再循環排気を逆方向に流す通路とに分岐する部位において、
   再循環排気の源流に最も近い分岐部位には再循環排気の流速を低減するための容積部が設けられ、当該容積部が設けられた分岐部位では、前記逆方向に流す通路における再循環排気の流れ方向と直交する方向の内寸が、前記順方向に流す通路における再循環排気の流れ方向と直交する方向の内寸よりも拡幅されてなり、
   前記容積部が設けられていない分岐部位では、分岐前の再循環排気通路と前記逆方向に流す通路との間の再循環排気の流れ方向の変化角が１５０°以下の鈍角とされてなる
   ことを特徴とする再循環排気のデリバリー通路。

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