| 【発明の名称】 |
内燃機関の排気ガス再循環装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】竹村 洋一
【氏名】兼平 二葉
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| 【要約】 |
【課題】ＥＧＲガスの温度を低下させて吸気通路に還流させることができると共に、ＥＧＲガスの各気筒への分配性を向上させることができる内燃機関の排気ガス再循環装置を提供する。
【解決手段】排気還流通路６を介してＥＧＲガスを、吸気分岐通路５から吸気の一部を、それぞれ排気還流制御弁４に導入し、インテークマニホルド１の吸気集合部１ａに吸気の一部とＥＧＲガスを同時に導入する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 スロットルバルブ及びインテークマニホルドを介して内燃機関の各気筒へ連通する主吸気通路と、排気通路から分岐され、前記主吸気通路の前記スロットルバルブよりも下流側部分に連通して内燃機関の排気ガスの一部を前記主吸気通路に還流する排気還流通路と、該排気還流通路中に介装され、前記主吸気通路に還流する排気ガスの量を制御する排気還流制御弁とを備えて成る内燃機関の排気ガス再循環装置において、前記主吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側部分から分岐され、前記排気還流制御弁に連通される吸気分岐通路を設け、排気ガスの一部と前記吸気分岐通路からの吸気の一部とが、前記排気還流制御弁及び排気還流通路を介して前記主吸気通路に還流させるようにしたことを特徴とした内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項２】 前記排気還流制御弁内に前記吸気分岐通路と前記排気還流通路とが相互に連通可能な混合室を設け、該混合室内で、吸気の一部と排気ガスの一部とを混合して生じた混合ガスを前記主吸気通路に還流させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項３】 前記インテークマニホルドが樹脂材料により形成されている請求項２に示す内燃機関の排気ガス再循環装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気系に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、内燃機関において、その排気ガスの一部を排気通路から取り出して吸気通路に還流して再循環させる排気再循環（ＥＧＲという）を行うものが増えている。排気ガスの一部である排気再循環ガス（ＥＧＲガスという）は非常に高温で、燃焼には不活性なガスを含むため、吸気通路にＥＧＲさせる際にはＥＧＲガスを導入する部分の耐熱性や内燃機関の各気筒への分配性等に注意を払う必要がある。従来は、アルミ等の金属で作られているため耐熱性の問題が少なく、吸入空気の集合部があるので各気筒への分配性もよいと考えられるインテークマニホルドにＥＧＲガスを導入するものが多く見受けられた。
【０００３】また、内燃機関の出力性能の向上のために、内燃機関の各気筒への吸入空気の充填率を更に向上させる努力が行われており、吸入空気の温度を低下させることもこれを達成するのに有効な手段の一つとなっている。例えば、断熱性のあるガスケット等を用いて熱源（この場合はシリンダヘッド）からの吸気通路への熱の伝導を防ぐ等の手段でそれを実現しているものも見られ、その重要性は近年増してきている。
【０００４】一方では低コスト化、質量低減、前記した断熱性向上などを目的としてアルミ等の金属製であったインテークマニホルドを樹脂材料で置換する要求が高まっている。しかし、樹脂材料の融点よりも温度の高いＥＧＲガスを樹脂製の部品に導入するためには、その導入方法に工夫が必要で、内燃機関の各気筒へのＥＧＲガスの均等な分配を行うための手段と共にさまざまな提案がなされている。
【０００５】例えば、実開昭５９−１５９７６７号公報（以下従来技術１という）に開示されているように、ＥＧＲガスを導入する配管をインテークマニホルドの吸気集合部の内部に配置して吸入空気とＥＧＲガスとの混合を促進させ、各気筒への分配を図っているものがある。
【０００６】あるいは、特開平９−３１７５７９号公報（以下従来技術２という）に開示されているように、ＥＧＲガス導入部を各気筒に連通するインテークマニホルドの各吸気ポート部毎に持たせたようなものが提案されている。
【０００７】また、特開平８−２１３１６号公報（以下従来技術３という）に開示されているようにＥＧＲガス導入部に放熱部材を設け、さらにＥＧＲガス導入部とインテークマニホルドとの間に断熱部材を介して取付けることでＥＧＲガスとＥＧＲガス導入部からのインテークマニホルドへの熱の伝導を防ぐことができるようになっているものが見られる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術１の場合、吸気集合部の容量が充分に確保できる場合や吸入空気量が多い内燃機関の運転領域であった場合には、吸気集合部でのＥＧＲガスと吸入空気との混合がうまくいくと考えられるから、ＥＧＲガスは各気筒に均等に分配されると予想される。しかし、それ以外の場合、特に搭載スペースや応答性の問題で吸気集合部の容量を余り大きくできない小型車用の小排気量の内燃機関の場合には、ＥＧＲガスと吸入空気とが混合されるのに充分な吸気集合部の容量が確保できなくなることが予想され、ＥＧＲガスの分配が不均一になってしまう恐れがあった。
【０００９】また、従来技術２においてはＥＧＲガス導入部をインテークマニホルドから各気筒に連通する吸気ポート毎に設けているため分配性はよいと考えられるが、ＥＧＲガス導入部の形状が複雑になるためコストが嵩むし、取付のためのスペースや取付座等が必要になるためインテークマニホルドへの拘束条件が多くなり、相対的にインテークマニホルドの形状の自由度が低下してしまうという問題点があった。
【００１０】また、従来技術３においては、放熱部を用いてＥＧＲガスそのものの熱とＥＧＲガスからＥＧＲガス導入部に伝導した熱とを逃がしたり、ＥＧＲガス導入部と取付部の間に断熱材を使用して熱の伝導自体を止めたりすることで、インテークマニホルドへのＥＧＲガスからの熱の伝導を防いでいる。しかし、充分な放熱を行うためには放熱部を大きくする必要性が生じ、結果として放熱部をインテークマニホルドに取り付けるための座が非常に大きなものとなってしまうのでインテークマニホルドの形状の自由度が減少してしまう。加えて、 ＥＧＲガス導入部の取付部に使われる断熱材は非常に高価であり、コストが嵩んでしまうという問題点があった。
【００１１】さらに、これらの従来技術では、高温のＥＧＲガスを吸気集合部やインテークマニホルドに直接導入しているので吸入空気の温度が高くなったり、ＥＧＲガス導入部の取付部や導入されたＥＧＲガスが直接当たる吸気ポート部の内壁面等が高温に晒されたりする恐れがあり、インテークマニホルドの材料置換を進める上での大きな問題となっていた。
【００１２】本発明は、上記の従来技術の問題点を解決し、ＥＧＲガスの温度を低下させて吸気通路に還流させることができると共に、ＥＧＲガスの各気筒への分配性を向上させることができる内燃機関の排気ガス再循環装置を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決するために請求項１の発明において講じた手段は、スロットルバルブ及びインテークマニホルドを介して内燃機関の各気筒へ連通する主吸気通路と、排気通路から分岐され、前記主吸気通路の前記スロットルバルブよりも下流側部分に連通して内燃機関の排気ガスの一部を前記主吸気通路に還流する排気還流通路と、該排気還流通路中に介装され、前記主吸気通路に還流する排気ガスの量を制御する排気還流制御弁とを備えて成る内燃機関の排気ガス再循環装置において、前記主吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側部分から分岐され、前記排気還流制御弁に連通される吸気分岐通路を設け、排気ガスの一部と前記吸気分岐通路からの吸気の一部とが、前記排気還流制御弁及び排気還流通路を介して前記主吸気通路に還流させるようにしたことである。
【００１４】上記した手段によれば、吸気分岐通路によって排気還流制御弁内に導かれた温度の低い吸気の一部によりＥＧＲガスを冷却することができるようになる。また、ＥＧＲガスは、主吸気通路に還流させるときに吸気通路からの吸入空気と同じ位置から同時に還流することができるのでＥＧＲガスと吸入空気との混合が促進され、ＥＧＲガスの各気筒への分配性を向上させることができる。
【００１５】ここで、排気還流制御弁内に前記吸気の一部と前記ＥＧＲガスとを混合するための混合室を持たせ、前記混合室で生じる前記吸気の一部と前記ＥＧＲガスとを混合した混合ガスを前記主吸気通路に還流させれば効果は一段と大きくなるので望ましい。
【００１６】また、上記した手段においては、前記主吸気通路を樹脂材料により形成することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明に従った内燃機関の排気ガス再循環装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】図１において、主吸気通路は、インテークマニホルド１、スロットルボデー２及びエアコネクタ３とから構成され、内燃機関の各気筒（図示しない）に吸入空気を供給する。インテークマニホルド１は、樹脂材料から成り、一端側に内燃機関のシリンダヘッド（図示しない）の各気筒の吸気ポートに連通される吸気ポート部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅを有すると共に、他端側に吸気集合部１ａを有する。エアコネクタ３は、一端をエアクリーナ（図示しない）に接続され、他端をスロットルボデー２を介してインテークマニホルド１の吸気集合部１ａに接続されている。尚、スロットルボデー２中には、吸入空気量を制御するスロットルバルブ２ａが配設されている。
【００１９】インテークマニホルド１の吸気集合部１ａには、内燃機関のエキゾーストマニホルド（排気通路；図示しない）から分岐して、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気集合部１ａに還流させる排気還流通路６、７が接続されている。排気還流通路６、７間には、図２に示す排気還流制御弁４が介装されている。
【００２０】図２において、排気還流制御弁４は、排気還流通路６に連通される第１入力ポート４１１、後述する分岐吸気通路５に連通される第２入力ポート４１２及び排気還流通路７に連通される出力ポート４１３を有するハウジング４１と、第１入力ポート４１１と出力ポート４１３間の連通並びに、第２入力ポート４１２と出力ポート４１３間の連通を開閉する弁部４１５ａ、４１５ｂと、ハウジング４１に固定されるカバー４１６等から構成されている。カバー４１６内には、周知のように、ダイアフラム４１７により変圧室と大気室とが区画形成されている。変圧室は図示しない切換弁を介して大気又は図示しないバキュームタンクに選択的に接続可能とされており、また大気室は常時大気に連通されている。ダイアフラム４１７には、ハウジング４１を気密的に摺動可能に貫通して先端に弁部４１５ａ、４１５ｂが設けられたシャフト４１４が固定されている。変圧室には、ダイアフラム４１７及びシャフト４１４を弁部４１５ａ、４１５ｂの閉弁側に常時付勢するスプリング４１８が配設されており、これにより変圧室に図示しないバキュームタンクから負圧が図示しない切換弁を介して供給されない状態では、弁部４１５ａ、４１５ｂは閉弁状態にある。上記した構成から成る排気還流制御弁４は、内燃機関の運転状態に応じて変圧室への負圧の供給を図示しない切換弁によって制御されることで、第１入力ポート４１１と出力ポート４１３間並びに、第２入力ポート４１２と出力ポート４１３間の連通を開閉制御する。
【００２１】本実施形態においては、ハウジング４１内に常時出力ポート４１３に連通され、第１及び第２入力ポート４１１、４１２に弁部４１５ａ、４１５ｂを介して選択的に連通される混合室４ａが形成されている。
【００２２】排気還流制御弁４のハウジング４１の第２入力ポート４１２には、エアコネクタ３から分岐した分岐吸気通路５が接続されている。分岐吸気通路５中には、第２入力ポート４１２への流体の流通は許容するが、第２入力ポート４１２からエアコネクタ３への流体の流通を阻止するチェック弁５ａが介装されている。
【００２３】上記のように構成した本実施形態においては、内燃機関の運転時、吸入空気は、図示しないエアクリーナ、エアコネクタ３、スロットルボデー２を介して吸気集合部１ａ内に導入され、各吸気ポート部１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅを通って図示しない各燃焼室に導かれる。
【００２４】このとき、内燃機関の運転状態に応じて、上記したように排気還流制御弁４の変圧室に負圧が印加されることで弁部４１５ａ、４１５ｂが第１入力ポート４１１と出力ポート４１３間並びに、第２出力ポート４１２と出力ポート４１３間の連通を開放する。これにより、排気還流通路６からＥＧＲガスが混合室４ａに導入されると共に、吸気分岐通路５から吸気の一部が混合室４ａに導入される。混合室４ａ内に導入されたＥＧＲガスと吸気の一部は、混合され混合ガスとなって排気還流通路７を介して吸気集合部１ａに導入される。吸気集合部１ａに導入された混合ガスは、吸気集合部１ａ内で上記した主吸気通路からの吸入空気と更に混合される。
【００２５】このように、本実施形態においては、ＥＧＲガスが分岐吸気通路５からの吸気の一部と予め混合室４ａ内で混合されることにより、樹脂製のインテークマニホルド１の耐熱温度以下に効果的に冷却されるので、吸気集合部１ａへの導入に際し耐熱手段を施す必要がなく、当該排気ガス再循環装置の構成を簡素化することができると共に、排気還流制御弁４のダイアフラム等の熱的負荷を軽減することができ、耐久性を向上することができる。また、ＥＧＲガスが吸気の一部と混合室４ａ内で予め混合された後、更に吸気集合部１ａ内で混合されるので、ＥＧＲガスの各気筒への分配性を向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】上記した請求項１の発明によれば、排気還流制御弁内に導入された吸気の一部とＥＧＲガスとの間の温度差により、ＥＧＲガスから吸気の一部への熱の伝導が起きることで、ＥＧＲガスの温度を低下させることができる。
【００２７】また、本発明によれば、ＥＧＲガスと共に吸気の一部が排気還流制御弁を介して同時に主吸気通路へ導入されるので両者の混合が促進され、分配性は向上する。
【００２８】また、ＥＧＲガスから排気還流制御弁に伝導した熱も、排気還流制御弁に導入した吸気の一部に伝導するから排気還流制御弁自体の温度も低下し、耐久性が向上する。
【００２９】上記した請求項２の発明によれば、予めＥＧＲガスを吸気の一部に混合しておくことで吸気集合部に導入したときに吸入空気と更に混合されることになり、各吸気分岐部への分配性をより高める効果がある。
【００３０】また高温のＥＧＲガスと低温の吸気の一部とを予め混合させておくことで、主吸気通路に導入するＥＧＲガスの温度をさらに一層低下させることができ、インテークマニホルド内の吸入空気の温度の上昇が抑えられるので吸入空気の体積が小さくなり、内燃機関の各気筒への吸入空気の充填率が上がり、内燃機関の出力性能を向上させることができる。
【００３１】更にＥＧＲガスの温度が低下することでＥＧＲガスの熱を逃すための特別な部品無しにＥＧＲガスを主吸気通路に導入することが可能となり、主吸気通路の材料置換、特に、インテークマニホルドを樹脂材料に置換したときに大きな効果を発揮する。
【００３２】加えてＥＧＲガスは排気還流制御弁のダイヤフラム等に熱的な影響を多大に与えるが、ＥＧＲガスと吸気の一部とを混合したガスはＥＧＲガスに比べ温度が低下するので排気還流制御弁の耐久性が向上したり、高価な耐熱性に優れた材料を使用する必要がなくなったりすることでコスト的に有利となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００１１
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２４日（１９９９．１２．２４） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２６２６（Ｐ２００１−１８２６２６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６５７４７ |
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