JP7636732B2

JP7636732B2 - エンジンの吸気系構造

Info

Publication number: JP7636732B2
Application number: JP2023553840A
Authority: JP
Inventors: 肇石井; 光高小島; 健一朗飛田; 洋之木村; 慎司新海; 幸二竹内; 健吾前田; 則夫高安; 勝西川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2025-02-27
Anticipated expiration: 2041-10-14
Also published as: JPWO2023062772A1; WO2023062772A1

Description

本発明は車両の吸気通路における排気還流ガスの導入部の構造に関する。

車両に搭載されたエンジンの多くには、排気性能を向上させるために、ＥＧＲ装置(排気還流装置)が備えられている。ＥＧＲ装置は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を備え、排気通路から排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気通路に還流し、吸気の酸素濃度を低下させる。これにより、エンジンの燃焼室内の温度を低下させ、エンジンからのＮＯｘの排出を抑制する。

特許文献１に記載された多気筒のエンジンでは、吸気通路の最下流に設けられた吸気マニホールドの分岐通路（ブランチ管）にＥＧＲ通路が接続されており、各分岐通路にＥＧＲガス(排気還流ガス)を夫々導入する構造になっている。

また、特許文献１では、複数の分岐通路を平行に並べて配置し、分岐通路と交差する方向に延びるようにＥＧＲ通路が設けられており、ＥＧＲ通路の下流側端部においてＥＧＲ通路の延長方向に並んで各分岐通路へのガス供給口が設けられている。

更に、特許文献１では、各分岐通路に接続する直前位置でのＥＧＲ通路の流路断面積が上流側から下流側に向かうにしたがって小さくなるように構成されており、各分岐通路にＥＧＲガスが略均等に流入し易い構造になっている。

特開２０１６－１２１５４０号公報

しかしながら、特許文献１では、各分岐通路内の吸気に夫々ＥＧＲガスを供給する構造になっているので、例えＥＧＲ通路の流路断面積が下流側に向かって小さくなるように設定していたとしても、例えばエンジンの運転が変動しているときに、吸気量に対して各分岐通路にＥＧＲガスが適切に流入せずに、各気筒でのＥＧＲガスの濃度が異なったり変動したりする可能性がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の気筒に導入する吸気の排気還流ガスの濃度を均質化させることができるエンジンの吸気系構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジンの吸気系構造は、吸気通路に第１のサージタンクを備え、当該第１のサージタンクから各気筒へ吸気を分流する分岐通路を有するとともに、排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路に還流する排気還流通路を有するエンジンの吸気系構造であって、前記排気還流通路は、前記第１のサージタンクの上流側の前記吸気通路へ前記排気還流ガスを導入する導入部に接続されるとともに前記第１のサージタンクより容積が小さい前記排気還流ガスを貯留する第２のサージタンクを有し、前記第１のサージタンクと前記第２のサージタンクとは一体的に形成され、前記第２のサージタンクは、前記排気還流通路の下流端部を閉塞した管状の導入通路部によって形成され、前記導入部は、内部に前記吸気通路を有するとともに、周壁が前記導入通路部の前記下流端部側となる内壁の一部を形成し、前記周壁に開口部を有する管状の吸気管によって形成され、前記吸気管は、前記導入通路部の流路幅方向の中央位置に対して当該流路幅方向の一方にオフセットして配置され、前記第１のサージタンクの前記一方側に設けられるタンク流入口に接続されており、前記導入通路部の前記流路幅方向の他方側の内壁と前記周壁との間に間隔を有し、前記開口部は、前記周壁のうち、少なくとも前記導入通路部における前記排気還流ガスの流通方向先方側、または前記流路幅方向の前記他方側に設けられていることを特徴とする。

これにより、排気還流通路に第２のサージタンクが備えられているので、第１のサージタンク及び第２のサージタンクをコンパクトに構成しながら、排気還流ガスの供給量が少ない場合でも、第２のサージタンクにおいて吸気通路への導入前に排気還流ガスを一時的に貯留して排気還流ガスの圧力を高め、第１のサージタンクの上流側の吸気通路へ排気還流ガスを安定して供給し、吸気通路内で吸気と排気還流ガスとの混合を促すことができる。更に、この排気還流ガスが供給されて混合した吸気を第１のサージタンクにおいて一時的に貯留することで、第１のサージタンクにおいて吸気と排気還流ガスとの混合を促し、吸気中の排気還流ガスを均質化して各分岐通路に供給することができる。
また、吸気通路に排気還流ガスを導入する導入部と、第２のサージタンクと、を簡単な構成で実現させることができる。
また、導入通路部内を流れる排気還流ガスは、吸気管に到達し、吸気管の周壁に沿って導入通路部の流路幅方向の一方側の内壁と吸気管の周壁との間の間隔を回り込む。そして、開口部から吸気管内の吸気通路に導入されるので、吸気管内で排気還流ガスの旋回流を発生させ、吸気と排気還流ガスとの混合を促すことができる。

好ましくは、前記第１のサージタンクは、前記吸気通路が接続されるとともに平面状に延びる壁面を有し、前記第２のサージタンクは、前記第１のサージタンクの前記壁面に沿って、かつ前記吸気通路の側面を囲むように形成されているとよい。

これにより、第２のサージタンクを第１のサージタンクの壁面に沿って簡単な構成でコンパクトに構成することができる。

本発明に係るエンジンの吸気系構造によれば、第１のサージタンク及び第２のサージタンクをコンパクトに構成しながら、排気還流ガスの供給量が少ない場合でも、第２のサージタンクにおいて排気還流ガスを一時的に貯留して排気還流ガスの圧力を高め、第１のサージタンクの上流側の吸気通路へ排気還流ガスを安定して供給し、吸気中の排気還流ガスの濃度を安定させることができる。更に、この排気還流ガスが供給されて混合した吸気を第１のサージタンクにおいて一時的に貯留することで、第１のサージタンクにおいて吸気と排気還流ガスとの混合を促し吸気中の排気還流ガスを均質化して、各分岐通路に均質に供給することができる。
これにより、エンジンの各気筒へ排気還流ガスの濃度を均質化した吸気を導入させることができ、排気還流の効果を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る車両の前部の概略構成図である。エンジンの吸気系補機の縦断面図である。エンジンの吸気系補機の縦断面図である。エンジンの吸気系補機の横断面図である。他の実施形態の吸気系補機の縦断面図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るエンジン３の吸気系構造を採用した車両１の前部の概略構造図である。図２は、エンジン３の前面に配置された吸気系の補機の縦断面図であり、車両に搭載された際の車幅方向左側から視た図である。図３は、エンジン３の吸気系補機の縦断面図である。図４は、エンジン３の吸気系補機の横断面図である。図３は、図２中に記載したＡ－Ａ部の断面図である。図４は、図３中に記載したＢ－Ｂ部の断面図である。

図１に示すように、本発明を採用した車両１は、前部のエンジンルーム２にエンジン３を含むパワーユニット４を搭載している。車両１は、ＥＶモード、シリーズモード、パラレルモードが可能なプラグインハイブリッド車である。

パワーユニット４は、エンジン３と図示しない走行駆動用モータ及び発電用モータジェネレータを備えている。走行駆動用モータ及び発電用モータジェネレータは、エンジン３の車幅方向左方に配置されている。発電用モータジェネレータは、エンジン３のスタータモータとしても使用される。

エンジン３は、４気筒であり、車両１に横置きに搭載されている。エンジン３の前面３ａに吸気マニホールド５が備えられ、吸気通路６が配置されている。一方、エンジン３の後面側に排気マニホールド７が備えられ、排気通路８が配置されている。

吸気通路６には、スロットルバルブ１０が備えられている。また、吸気通路６のスロットルバルブ１０と吸気マニホールド５との間には、サージタンク１１（第１のサージタンク）が備えられている。

スロットルバルブ１０は、エンジン３の前面３ａ側の上部に位置し、エンジン３の車幅方向中央に位置する２番気筒に連結するブランチ管１２（分岐通路）と３番気筒に連結するブランチ管１２との間に配置されている。

サージタンク１１は、エンジン３の前面３ａに沿って備えられ、スロットルバルブ１０の下方に配置されている。サージタンク１１から各気筒に向けて吸気マニホールド５のブランチ管１２が夫々接続されている。ブランチ管１２はサージタンク１１の下面から車両前側に屈曲しサージタンク１１の前面側に隣接して上方に延び、エンジン３の前面３ａの上部に設けられた各気筒の吸気ポート１３に接続されている。

一方、排気通路８には、排気マニホールド７の下流側にフロント触媒２０が備えられている。また、排気通路８のフロント触媒２０より下流側にリヤ触媒２１が備えられている。フロント触媒２０及びリヤ触媒２１は、例えば三元触媒のような排気浄化触媒である。フロント触媒２０は比較的小型であり、エンジン３の後面に隣接して配置されている。フロント触媒２０は、エンジン始動直後のような冷態運転時において排気の浄化性能を向上させるために、エンジン３からすぐに排気が流入するようにエンジン３の近くに配置されている。リヤ触媒２１は比較的大型であり、例えば車両１のフロア下に配置されている。

更に、エンジン３には、ＥＧＲ装置３０（排気還流装置）が備えられている。ＥＧＲ装置３０は、排気の一部を吸気通路６に還流することで、吸気の酸素濃度を低下させてエンジン３の燃焼室内の温度上昇を抑える。これにより、エンジン３の排気中におけるＮＯｘを低減させる。

ＥＧＲ装置３０は、吸気通路６と排気通路８とを接続するＥＧＲ通路３１(排気還流通路)と、ＥＧＲ通路３１に介装されＥＧＲ通路３１の開口面積を調節するＥＧＲバルブ３４と、ＥＧＲ通路３１に備えられたＥＧＲクーラー３２を有している。

ＥＧＲクーラー３２は、ＥＧＲ通路３１を通過する排気であるＥＧＲガス（排気還流ガス）の温度を低下させる水冷式の冷却器であり、エンジン３の後面に沿って配置されている。ＥＧＲクーラー３２は、ＥＧＲガスの温度を低下させることで、ＥＧＲガスを導入した吸気の温度の上昇を更に抑え、ＥＧＲ装置３０によるＮＯｘ低減効果を向上させる。

ＥＧＲ通路３１は、フロント触媒２０の排気出口の近傍からＥＧＲクーラー３２を通過して、エンジンの後左部から上方に延びてエンジン３の前側に回り込み、エンジンの上左部に配置されたＥＧＲバルブ３４を通過して、スロットルバルブ１０とサージタンク１１との間の吸気通路６に接続されている。

図２～４に示すように、エンジン３の吸気通路６の一部として、スロットルバルブ１０とサージタンク１１との間に、アダプタ４０及びＥＧＲリング４１（導入部・吸気管）が備えられている。アダプタ４０及びＥＧＲリング４１は、略同一径の円管形状であって、アダプタ４０の下端とＥＧＲリング４１の上端とが接続して、エンジン３の前面に沿って上下方向に延び、アダプタ４０の上端がスロットルバルブ１０に接続し、ＥＧＲリング４１の下端がサージタンク１１の上壁１１ａに設けられたタンク流入口４２に接続されている。

サージタンク１１は、略矩形箱状に形成されており、上壁１１ａの左右方向略中央位置かつ車両前方部にタンク流入口４２が設けられている。

サージタンク１１の下壁１１ｂの車両後方部側の位置には、エンジン３の気筒数に対応して４個のタンク排出口４３が左右方向に並んで配置されている。即ち、サージタンク１１において、タンク流入口４２とタンク排出口４３とは車両前後方向にオフセットして配置されている。

サージタンク１１の各タンク排出口４３からは、対応する左右位置の気筒の吸気ポート１３に向かって、吸気マニホールド５のブランチ管１２がサージタンク１１の下側及び前側に隣接して延びている。

ＥＧＲ装置３０におけるＥＧＲ通路３１と吸気通路６との接続箇所、即ちＥＧＲガスの吸気通路６への導入箇所は、スロットルバルブ１０とサージタンク１１との間に位置している。

ＥＧＲバルブ３４より下流側のＥＧＲ通路３１は、サージタンク１１の上壁１１ａに沿って車幅方向左方から車幅方向右方に向かって延び、ＥＧＲリング４１の側面を囲むように形成されたＥＧＲ導入通路部４５（導入通路部、第２のサージタンク）を有している。

ＥＧＲ導入通路部４５は、上下方向断面が矩形の管状であって、ＥＧＲリング４１の直径と略同一あるいはやや大きい前後幅（例えば数ｃｍ）を有し、上下幅が左右幅より小さい長方形状になっている。

ＥＧＲ導入通路部４５は、ＥＧＲリング４１の車幅方向右側の外壁面よりも車幅方向右方に延びている。また、ＥＧＲ導入通路部４５は、ＥＧＲリング４１の軸線に対し、車両後方側にオフセットして配置されている。更に、ＥＧＲ導入通路部４５の延長方向先端側（流通方向先方側）にある右内壁面とＥＧＲリング４１の右外壁面、及びＥＧＲ導入通路部４５の後内壁面とＥＧＲリング４１の後外壁面とは、夫々例えば１ｃｍ程度の間隔が形成されている。また、ＥＧＲリング４１の前外壁面はＥＧＲ導入通路部４５の前内壁面と当接している。即ち、ＥＧＲ導入通路部４５の内部の空間は、ＥＧＲリング４１の外壁面(周壁)のうち、右部、後部及び左部に面している。

更に、ＥＧＲ導入通路部４５の内部空間に面して、ＥＧＲリング４１の外壁面のうち、後部にリング穴５０（開口部）が設けられているとともに、右部にリング穴５１（開口部）が設けられている。これにより、ＥＧＲバルブ３４を通過したＥＧＲガスは、ＥＧＲ導入通路部４５からリング穴５０、５１を通過してＥＧＲリング４１内の吸気通路に導入されるように形成されている。

ＥＧＲ導入通路部４５の縦方向断面積、即ち流路面積は、ＥＧＲ導入通路部４５より上流側のＥＧＲ通路３１の流路面積よりも大きく形成されている。これにより、ＥＧＲ導入通路部４５は、ＥＧＲリング４１のリング穴５０、５１の上流側に隣接して、ＥＧＲガスを一時的に貯留するサージタンク（第２のサージタンク）の機能を有する。

また、ＥＧＲ導入通路部４５においてサージタンクとして機能する内部空間の容積は、サージタンク１１の容積よりも小さく設定されている。

以上のように、本実施形態では、車両１に横置きに搭載されたエンジン３の前面３ａ側に、吸気系の機器であるスロットルバルブ１０及び吸気マニホールド５が備えられている。また、スロットルバルブ１０と吸気マニホールド５との間には、サージタンク１１が備えられている。サージタンク１１から各気筒へ吸気マニホールド５のブランチ管１２が接続されており、サージタンク１１内において吸気が分流して各ブランチ管１２を介して各気筒へ供給される。

更に、吸気通路６に排気の一部であるＥＧＲガスを供給するＥＧＲ装置３０を備えており、スロットルバルブ１０とサージタンク１１との間の吸気通路６に設けられたＥＧＲリング４１において、吸気にＥＧＲガスが導入される。

また、ＥＧＲリング４１のリング穴５０、５１の上流側に隣接して、即ちＥＧＲ通路３１から吸気通路６へのＥＧＲガスの導入位置の上流側に隣接して、ＥＧＲ通路３１にはＥＧＲガスを貯留するサージタンクの機能を有するＥＧＲ導入通路部４５が備えられている。

したがって、吸気通路６への導入前にＥＧＲ導入通路部４５においてＥＧＲガスを一時的に貯留して、吸気通路６へＥＧＲガスを安定して供給し、吸気通路６内で吸気と排気還流ガスとの混合を促すことができる。更に、この排気還流ガスが供給されて混合した吸気をサージタンク１１において一時的に貯留することで、サージタンク１１において吸気とＥＧＲガスとの混合を促し吸気中のＥＧＲガスを均質化して、各ブランチ管１２に均質に供給することができる。

これにより、エンジン３の各気筒へＥＧＲガスの濃度を均質化した吸気を導入させることができ、ＥＧＲ装置３０の効果を向上させることができる。

また、ＥＧＲ導入通路部４５は、サージタンク１１より容積が小さいので、ＥＧＲガスの供給量が少ないエンジン運転状態や過渡運転状態のような場合でも、ＥＧＲ導入通路部４５でＥＧＲガスの圧力を高め、吸気通路６にＥＧＲガスを安定して供給することができる。

また、サージタンク１１とＥＧＲ導入通路部４５とが一体的に形成されているので、サージタンク１１とＥＧＲ導入通路部４５内の第２のサージタンクをコンパクトに構成することができる。

また、サージタンク１１は、吸気通路６が接続されるとともに平面状に延びる上壁１１ａを有し、ＥＧＲ導入通路部４５はサージタンク１１の上壁１１ａに沿って形成されているので、第２のサージタンクをサージタンク１１の壁面に沿って簡単な構成でコンパクトに構成することができる。

また、ＥＧＲ通路３１の下流端部に、先端が閉塞した管状のＥＧＲ導入通路部４５を備え、ＥＧＲリング４１がこのＥＧＲ導入通路部４５の先端部側となる内壁の一部を形成している。つまり、ＥＧＲ導入通路部４５の先端部近傍にリング穴５０，５１を有する管状のＥＧＲリング４１を貫通させることで、吸気通路にＥＧＲガスを導入するＥＧＲガス導入部を簡単な構成で実現させることができる。

また、ＥＧＲリング４１は、ＥＧＲ導入通路部４５の流路幅方向（車両前後方向）の中央位置に対して当該流路幅方向の一方である車両前方にオフセットして配置され、ＥＧＲ導入通路部４５の流路幅方向の他方側である車両後方側の内壁とＥＧＲリング４１の周壁との間に間隔を有している。そして、ＥＧＲリング４１のリング穴５０、５１は、ＥＧＲリング４１の周壁のうち、車幅方向右方側及び車両後方側に設けられている。

これにより、ＥＧＲ導入通路部４５を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲリング４１に到達し、ＥＧＲリング４１の外壁に沿ってＥＧＲ導入通路部４５の車両後方側の内壁とＥＧＲリング４１との間を回り込む。そして、ＥＧＲリング４１のリング穴５０、５１からＥＧＲリング４１内の吸気通路６に導入されるので、吸気通路６内でＥＧＲガスの旋回流を発生させ、吸気とＥＧＲガスとの混合を促すことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定するものではない。例えば、上記実施形態では、ＥＧＲリング４１の下端が、サージタンク１１の上壁１１ａの内壁面と略同一の上下位置となっている。これに対し、図５に示すように、ＥＧＲリング４１を下方に延ばして、ＥＧＲリング４１の下端４１ａがサージタンク１１の上壁１１ａの内壁面よりも下方に突出するようにしてもよい。

このように、ＥＧＲリング４１を下方に延ばすことで、ＥＧＲリング４１におけるＥＧＲガス導入位置であるリング穴５０、５１からサージタンク１１内までの距離を延長して、ＥＧＲリング４１内での吸気とＥＧＲガスとの混合を促すことができる。また、ＥＧＲリング４１の下端とサージタンク１１の下壁１１ｂとの距離が短くなるので、ＥＧＲリング４１からサージタンク１１内に流入したＥＧＲガスを含む吸気がサージタンク１１の下壁１１ｂに衝突し易くなる。これにより、サージタンク１１内でのＥＧＲガスの混合を促すとともに、各タンク排出口４３から各気筒に供給される吸気のＥＧＲガス濃度の偏りを更に抑制することができる。

あるいは、上記実施形態では、アダプタ４０とＥＧＲリング４１とが別体構造になっているが、アダプタ４０とＥＧＲリング４１とを一体構造にしてもよい。

また、本実施形態では、プラグインハイブリッド車に搭載したエンジン３に本発明を適用しているが、ハイブリッド車やガソリン車に搭載されたエンジン、あるいは車両搭載以外のエンジンにも適用することができる。本発明は、ＥＧＲ装置を備えたエンジンに本発明を広く適用することができる。

３エンジン
６吸気通路
１１サージタンク（第１のサージタンク）
１２ブランチ管（分岐通路）
３１ＥＧＲ通路（排気還流通路）
４５ＥＧＲ導入通路部（導入通路部、第２のサージタンク）
４１ＥＧＲリング（導入部、吸気管）
５０、５１リング穴（開口部）

Claims

吸気通路に第１のサージタンクを備え、当該第１のサージタンクから各気筒へ吸気を分流する分岐通路を有するとともに、排気の一部を排気還流ガスとして前記吸気通路に還流する排気還流通路を有するエンジンの吸気系構造であって、
前記排気還流通路は、前記第１のサージタンクの上流側の前記吸気通路へ前記排気還流ガスを導入する導入部に接続されるとともに前記第１のサージタンクより容積が小さい前記排気還流ガスを貯留する第２のサージタンクを有し、
前記第１のサージタンクと前記第２のサージタンクとは一体的に形成され、
前記第２のサージタンクは、前記排気還流通路の下流端部を閉塞した管状の導入通路部によって形成され、
前記導入部は、内部に前記吸気通路を有するとともに、周壁が前記導入通路部の前記下流端部側となる内壁の一部を形成し、前記周壁に開口部を有する管状の吸気管によって形成され、
前記吸気管は、
前記導入通路部の流路幅方向の中央位置に対して当該流路幅方向の一方にオフセットして配置され、
前記第１のサージタンクの前記一方側に設けられるタンク流入口に接続されており、
前記導入通路部の前記流路幅方向の他方側の内壁と前記周壁との間に間隔を有し、
前記開口部は、前記周壁のうち、少なくとも前記導入通路部における前記排気還流ガスの流通方向先方側、または前記流路幅方向の前記他方側に設けられていることを特徴とするエンジンの吸気系構造。
前記第１のサージタンクは、前記吸気通路が接続されるとともに平面状に延びる壁面を有し、
前記第２のサージタンクは、前記第１のサージタンクの前記壁面に沿って、かつ前記吸気通路の側面を囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気系構造。