JP2005180309A

JP2005180309A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2005180309A
Application number: JP2003422388A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamuro; 毅山室
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】エンジンの全開性能時の高出力の確保と、全開性能時以外におけるＥＧＲガス噴射によるＮＯｘ排出量低減、燃費の向上を両立する。
【解決手段】隔壁７によって上下に仕切られた吸気通路２と、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通し、前記吸気通路２の前記隔壁７よりも上流側に開口部４を有するＥＧＲ配管１１と、前記隔壁７の上流側端部付近に設けられ、全開性能時には前記ＥＧＲ配管１１の開口部４を塞ぐ開閉弁３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置の構造に関し、特に排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を備える内燃機関の吸気装置に関する。

内燃機関において、ＮＯｘの発生量抑制や燃費向上のために、排気ガスを吸気管に再循環させるＥＧＲ装置を設けて燃焼室内の燃焼温度を低下させる方法が知られている。

ＥＧＲ装置による上記効果を高めるためには、排気循環ガス（ＥＧＲガス）を各気筒に均等に分配することが望ましく、例えば、特許文献１のようにＥＧＲガス用の配管を分岐させて吸気マニホールドの各ブランチ部に接続し、気筒毎にＥＧＲガスを噴射する方法が知られている。
特開２００２−８９３７６号

しかしながら、ＥＧＲガス用の配管を吸気マニホールドの各ブランチ部に接続すると、ＥＧＲガス用配管によって各ブランチ部は連通してしまう。また、ＥＧＲガスの供給・停止を制御するＥＧＲバルブは、通常、ＥＧＲガス用配管が分岐する部分より上流に１つ設ける。

したがって、各ブランチ部の体積はＥＧＲバルブより下流のＥＧＲガス用配管の分だけ増大することになる。

これにより、例えば全開性能時にＥＧＲガスの噴射を停止しても、体積増加に伴って吸気行程における吸入負圧が上昇しにくくなるので、吸気の慣性を利用して多くの空気を燃焼室内に充填する、いわゆる慣性過給の効果が小さくなり、出力が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明ではＥＧＲガス噴射によってＮＯｘ排出量の低減や燃費の向上を図りつつ、全開性能時には高出力を得ることを目的とする。

本発明の内燃機関の吸気装置は、隔壁によって上下に仕切られた吸気通路と、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通し、前記吸気通路の前記隔壁よりも上流側に開口部を有するＥＧＲ配管と、前記隔壁の上流側端部付近に設けられ、全開性能時には前記ＥＧＲ配管の開口部を塞ぐ開閉弁と、を備える。

本発明によれば、エンジンの全開性能時にはＥＧＲ配管の開口部を開閉弁によって塞ぐことによって、吸気マニホールドの各ブランチ部がＥＧＲ配管によって互いに連通することを防止するので、慣性過給効果が低下することを防止できる。つまり、全開性能時以外のときにはＥＧＲガスを噴射してＮＯｘ排出量の低減や燃費の向上を図りつつ、全開性能時には慣性過給効果を利用して高出力を得ることが可能となる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）（ｂ）は本実施形態の吸気装置の断面図であり、図１（ａ）は加速時等の中・高負荷運転時（以下、全開性能時という）、図１（ｂ）は一定速度での走行や低速走行等のような低負荷運転時（以下、パーシャル時という）の状態を表している。

図２は図１（ａ）（ｂ）を上面から見た図を表している。なお、図２は多気筒エンジンの一例として４気筒エンジンを示している。

１は図示しない吸気口から吸入した空気を一時的に溜めておくコレクタータンク、２はコレクタータンク１と各気筒の吸気ポート５とを連通するブランチ部、３はブランチ部２の空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブ（以下、ＴＣＶという）、４はブランチ部２の下流方向に向けてＥＧＲガスを噴射するＥＧＲ噴孔である。図２に示すように、すべてのＥＧＲ噴孔４はＥＧＲ配管１１と連通している。ＥＧＲ配管１１は図示しない排気管を流れる排気ガスの一部を、エンジン内に供給するための配管であり、途中にはＥＧＲ配管１１を連通、遮断するＥＧＲバルブ１０が介装されている。

ブランチ部２の内部には、ＴＣＶ３より下流に軸心に沿って延びる仕切り板７（７ａ）が設けられ、上側通路８と下側通路９とに分割されている。また、吸気ポート５も同様の仕切り板７（７ｂ）が設けられて上下に分割されている。なお、吸気ポート５の仕切り板７（７ａ）は、ブランチ部２の仕切り板７（７ｂ）を、ブランチ部２の吸気ポート５との接続面から突出させ、ブランチ部２を吸気ポート５に接続した状態で吸気ポート５内部に挿入されて吸気ポート５内部を上下に分割するようにしてもよい。

ＴＣＶ３はいわゆるロータリー式のバルブであり、略円形の断面をもち、ブランチ部２の並び方向と略平行かつ断面の中心を通る軸を中心に回転する。ＴＣＶ３の回転は図示しないコントロールユニットにより、車両の運転状態に応じて制御される。

ＴＣＶ３の内面には、ブランチ部２の有効断面とほぼ同じ断面をもつ流路（ポート）３ｃが設けられ、その両側には、ＴＣＶ３の内部方向に突出する小突起部３ａと大突起部３ｂとが設けられる。前記の両突起部３ａ、３ｂは、全開性能時には小突起部３ａはＥＧＲ噴孔４を塞ぎ、大突起部３ｂはブランチ部２の底部付近に位置して下側通路９が開くような位置であり、かつ、パーシャル時には小突起部３ａはＥＧＲ噴孔４が開口するような位置となり、大突起部３ｂは下側通路９を塞ぐような位置に設けられる。

小突起部３ａの形状について図３を参照して説明する。図３は全開性能時のＥＧＲ噴孔４付近の拡大図である。

小突起部３ａは全開性能時にＥＧＲ噴孔４を完全に閉じることができればよいが、吸気抵抗を抑制するために、外周面が円弧形状であることが望ましい。なお、本実施形態では、図３に示したように、吸気流れ方向（図３中の矢印Ａ）の下流側の突出量を大きくし、かつブランチ部２の上端を結ぶ仮想線Ｃ付近まで小突起部３ａの先端が張り出すようにする。これにより、小突起部３ａの下流側端部で剥離した吸気流れがそのまま上側通路８に流れ込むようになり、吸気抵抗をより低減することができる。

次に大突起部３ｂの形状について図４を参照して説明する。図４はパーシャル時の仕切り板７付近の拡大図である。

図４に示すように、大突起部３ｂはＲ形状となっており、パーシャル時に大突起部３ｂの下流側端部が仕切り板７の上流側端部と略当接して下側通路９を閉じた場合に、下流側端部は接線Ｓが仕切り板７と略一致するような形状となっている。これにより、パーシャル時には当接部分が滑らかな円弧形状となるので、ブランチ部２の下側から大突起部３ｂに沿って上側通路８にむけて上昇する空気が当接部で剥離することがなく、吸気効率の低下を防止することができる。

また、全開性能時には図１（ａ）に示すように大突起部３ｂはブランチ部２の底面付近に位置し、ブランチ部２の内側に張り出すことになるので、下流側端部以外の部分は、上記の接線Ｓと仕切り板７とが略一致するという条件を満たしたうえで、ブランチ部２底面付近を流れる空気の大突起部３ｂでの剥離ができるだけ小さくなるような円弧形状とする。

上記のような構成の本実施形態の吸気装置は、全開性能時には小突起部３ａがＥＧＲ噴孔４を塞ぎ、かつ、大突起部３ｂがブランチ部２の底部付近にあってブランチ部２の流路断面積が最大となるようにＴＣＶ３の回転角度が制御される。これにより、空気は上側通路８および下側通路９から燃焼室へ供給されることになる。

また、パーシャル時には、ＥＧＲ噴孔４が開口し、大突起部３ｂが下側通路９を塞ぐようにＴＣＶ３の回転角度が制御される。これにより、すべての空気は上側通路８を通り、吸気バルブ６が開いたときに吸気ポート５断面の上半分から燃焼室内へ供給されることになり、燃焼室内でタンブル流を形成することになる。タンブル流を形成することにより、少ない燃料噴射量であっても確実に燃焼させることが可能となるので、例えばリーン成層燃焼を行い燃費の向上を図ることができる。

本実施形態の効果について従来の構成と比較して説明する。従来の構成の一例を図５（ａ）（ｂ）に示す。

図５（ａ）は図１（ａ）と同様に全開性能時のＴＣＶ３周辺の状態を表しており、図５（ｂ）は同様に図１（ｂ）のパーシャル時の状態である。なお、上側から見た場合は図２と同様であり、各ＥＧＲ噴孔４はＥＧＲ配管１１によって連通している。

図５においては、ＴＣＶ３はいわゆるフラップ式のバルブである。このため、全開性能時にバルブが吸気の流路内に障害物として残ってしまい、空気がバルブに衝突することにより圧力損失が大きくなる。また、バルブの下流では流れの剥離が発生し、実流路面積が低下していた。

また、図５ではＥＧＲ噴孔４は空気の流れの上流側を向いて開口している。この理由は、以下のとおりである。ＥＧＲ噴孔４の開口部に開閉手段を設けずに、ＥＧＲ配管１１の途中に介装したＥＧＲバルブ１０のみでＥＧＲガスの噴射量を制御しており、また、各ＥＧＲ噴孔４は連通している。したがって、ＥＧＲガスの噴射を停止するためにＥＧＲバルブ１０を閉じると、ＥＧＲガスの供給は停止するものの、ＥＧＲバルブ１０からＥＧＲ噴孔４までの空間はブランチ部２と連通したまま、つまり、各部ランチ部２が互いに連通した状態となる。

これにより、各気筒の吸気行程において順次ピストンの下降により負圧が発生しても、各ブランチ部２が連通して実質的な体積が増加しているので、ブランチ部２の負圧は発達しにくく、十分な量の空気を吸込むことができない。そこで、各ブランチ部２が開口したまま、かつ各部ランチ部２が互いに連通していることの負圧発達への影響を小さくするために、ＥＧＲ噴孔４を空気の流れの上流側に向け、かつ開口面積を小さくしている。このため、大量のＥＧＲガス量を噴射することや、パーシャル時から全開性能時までの広い運転領域でＥＧＲガスを噴射することが困難であった。

しかし、本位実施形態では、前述したように全開性能時には小突起部３ａでＥＧＲ噴孔４を閉じ、各ブランチ部２が連通することがないので、ＥＧＲ噴孔４を空気の流れの下流側に向けて開口させることができ、また、開口面積を大きくしてパーシャル時に大量のＥＧＲガスを噴射することが可能となる。

また、ＴＶＣ３はロータリーバルブ式であり、パーシャル時に下側通路９を塞ぐ大突起部３ｂは全開性能時にはブランチ部２の底面付近に移動し、かつ流れの剥離が発生しないように円弧形状となっているので、全開性能時の圧力損失の増大や、実流路面積の低下を抑制することができる。

以上により本実施形態では、円弧形状の小突起部３ａおよび大突起部３ｂを設けたロータリー式のＴＣＶ３の回転角度を、全開性能時には小突起部３ａがＥＧＲ噴孔４を塞ぎ、かつ大突起部３ｂはブランチ部２の流路断面積が最大となるように、また、パーシャル時には小突起部３ａはＥＧＲ噴孔４を開き、かつ大突起部３ｂはブランチ部２内に設けた仕切り板７によって分割された下側通路９を塞ぐように制御される。また、ＥＧＲ噴孔４を空気の流れの下流方向に向けて、かつ大面積で開口させることができる。

これにより、全開性能時にはブランチ部２の負圧が十分に発達し、かつ吸気抵抗が少ないので、内燃機関の燃焼室内への流入空気量が多くなり出力の向上を図ることができ、パーシャル時には大量のＥＧＲガスを噴射することができるので、ＮＯｘ排出量の低減や燃費の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、内燃機関の吸気装置に適用可能である。

本実施形態の吸気装置の横断面図である。本実施形態の吸気装置の上面図である。ＥＧＲ噴孔付近の拡大図である。ＴＣＶと仕切り板当接部付近の拡大図である。従来の吸気装置の一例を表す図である。

符号の説明

１コレクタータンク
２ブランチ部
３タンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）
４ＥＧＲ噴孔
５吸気ポート
７仕切り板
８上側通路
９下側通路

Claims

内部に、隔壁によって上下に仕切られた通路をもつブランチ部と、
エンジンの排気通路と連通し、前記隔壁よりも上流側のブランチ部に設けた開口部から前記通路内に向けてＥＧＲガスを噴射するＥＧＲ配管と、
前記隔壁の上流側端部付近に設けられ、エンジンの全開性能時には前記ＥＧＲ配管の開口部を塞ぐ開閉弁と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
前記開閉弁は回転に応じてポートの開度が変化するロータリーバルブである請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記開口部を塞ぐ部分は、前記ロータリーバルブのポートの片面に設けられた外郭面が円弧形状の第１の凸部である請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
前記ロータリーバルブに、前記隔壁で仕切られた下側の通路を塞ぐ第２の凸部を前記ポートの反対面に設けた請求項２または３に記載の内燃機関の吸気装置。
前記第１の凸部が前記開口部を塞いだときには、前記ポートが全開し、また、前記第２の凸部が前記下側の通路を塞いだときには、前記開口部は全開となっている請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
前記ＥＧＲ配管は、前記ブランチ部の下流方向に向けてＥＧＲガスを噴射する請求項１〜６に記載の内燃機関の吸気装置。