JP2008075621A - 内部ｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリング状態にあっても大量の排気ガスを再循環させることができる内部ＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】排気弁４を吸気行程で開弁操作して排気ガス１６の一部を気筒１内に再循環させる内部ＥＧＲ装置に関し、各気筒１の排気弁４の開閉タイミング及びリフトを調節する可変バルブ機構１１と、エンジンがアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段（アクセルセンサ２４と回転センサ２６）と、該アイドリング判定手段によりエンジンがアイドリング状態にあると判定された時に前記可変バルブ機構１１により吸気行程での吸気弁の閉タイミングを吸気下死点よりも早め且つ該吸気弁が閉じた吸気行程の後期にバルブリフトのピークを迎えるように排気弁４を開弁操作せしめる制御装置２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気行程で排気弁を開けて排気ガスの一部を再循環させるようにした内部ＥＧＲ装置に関するものである。

従来より、自動車のエンジンなどでは、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。

この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気通路と吸気通路との間を外部配管により接続し、該外部配管を通して排気ガスを再循環させるのが一般的であるが、近年におけるディーゼルエンジンでは、吸気行程で気筒の排気弁を僅かに開弁作動させることにより排気ポート側から排気ガスを気筒内に呼び戻すようにした内部ＥＧＲ装置も提案されている。

尚、この種の内部ＥＧＲ装置に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。
特開２００２−１７４１４６号公報

しかしながら、斯かる従来の内部ＥＧＲ装置においては、図６に吸排気のバルブモーションを示す如く、吸気弁が未だ開いている吸気行程内で排気弁を同時に開け、吸気弁が吸気下死点を超えて閉じる前に排気弁を閉じるようにしており、他の気筒からの排気パルスを利用して吸気と一緒に排気ガスを気筒内に導入するようにしていたため、アイドリング状態のような排気圧力の低い運転状態にあっては、大量の排気ガスを再循環させることが難しいという不具合があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、アイドリング状態にあっても大量の排気ガスを再循環させることができる内部ＥＧＲ装置を提供することを目的としている。

本発明は、排気弁を吸気行程で開弁操作して排気ガスの一部を気筒内に再循環させる内部ＥＧＲ装置であって、各気筒の排気弁の開閉タイミング及びリフトを調節する可変バルブ機構と、エンジンがアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段と、該アイドリング判定手段によりエンジンがアイドリング状態にあると判定された時に前記可変バルブ機構により吸気行程での吸気弁の閉タイミングを吸気下死点よりも早め且つ該吸気弁が閉じた吸気行程の後期にバルブリフトのピークを迎えるように排気弁を開弁操作せしめる制御装置とを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、アイドリング判定手段により現在の運転状態がアイドリング状態にあると判定された際に、これを認識した制御装置により可変バルブ機構が制御され、吸気行程の後期において吸気弁が先行して閉じられ、排気弁だけが開いた状態でピストンが下降するので、その下降行程に起因する吸入負圧が排気側にのみ作用して排気ガスが強制的に気筒内に引き込まれ、排気圧力の低いアイドリング状態であっても大量の排気ガスを再循環させることが可能となる。

尚、このように気筒から排出されたばかりの排気ガスの一部が温度低下しないまま大量に気筒内に再循環されると、該気筒内に取り込まれる吸入空気に対し排気ガスが高温状態のまま混合されて筒内温度が上がることで燃焼の安定化が図られるので、本来、単純に吸気弁の閉タイミングを早めるだけでは吸入空気量の低下により失火が生じてしまうようなクランク角まで吸気弁の閉タイミングを早めても失火を招かなくて済む。

また、本発明においては、排気流路から排気ガスの一部を抜き出してＥＧＲパイプを介し吸気流路へ再循環させる外部ＥＧＲ装置を併用することが好ましく、このようにすれば、外部ＥＧＲ装置を利用して気筒内へ排気ガスを追加導入することが可能となるので、更なるＮＯxの低減効果が得られることになる。

更に、本発明をより具体的に実施するに際しては、吸気弁の閉タイミングをクランク角４２０゜〜４６０゜の間に設定し且つ吸気行程での排気弁の開タイミングをクランク角４００゜〜４４０゜の間に設定すると良い。

上記した本発明の内部ＥＧＲ装置によれば、吸気行程の後期において吸気弁を先行して閉じ、排気弁だけが開いた状態としてピストンの下降行程による吸入負圧で排気ガスを強制的に気筒内に引き込むことができるので、排気圧力の低いアイドリング状態であっても、大量の排気ガスを再循環させて良好なＮＯx低減効果を得ることができ、特に外部ＥＧＲ装置を併用した場合には、気筒内へ排気ガスを追加導入することでＮＯxの低減効果を更に向上することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１は気筒、２は燃焼室、３はピストン、４は排気弁、５は排気通路を夫々示し、排気行程でカムシャフト６に装備した排気カム７によりロッカーアーム８の一端がローラ９を介し押し上げられ、該ロッカーアーム８がロッカーシャフト１０を中心に傾動されるようになっており、このロッカーアーム８の一端が上方の可変バルブ機構１１に備えられたマスターピストン１２を押し上げると、前記可変バルブ機構１１に設けられている開弁用油通路１３に油圧が発生してスレーブピストン１４が下降し、このスレーブピストン１４によりブリッジ１５を介し両排気弁４が押し下げられて開弁し、気筒１内の燃焼室２から排気通路５へと排気ガス１６が掃気されるようになっている。

そして、前記排気カム７には、排気行程における通常の開弁作動を担うカム山７ａに加えて、吸気行程で排気弁４を僅かに開弁作動させる為のもう一つの小さなカム山７ｂが設けられており、この小さなカム山７ｂにより吸気行程でもロッカーアーム８の一端が僅かに押し上げられてマスターピストン１２により開弁用油通路１３に油圧が発生し、スレーブピストン１４により両排気弁４が押し下げられて開弁し、排気通路５から気筒１内へと排気ガス１６の一部が再循環されるようにしてある。

ここで、前記可変バルブ機構１１の開弁用油通路１３には、該開弁用油通路１３の油圧の保持・開放を切り替えるためのソレノイドバルブ１７（油圧供給手段）を介して給油通路１８が接続されており、図示しないオイルポンプにより送り込まれる作動油１９を開弁用油通路１３に導き入れて該開弁用油通路１３内を満たし、マスターピストン１２の作動時には、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２０からの制御信号２１に基づき、開弁用油通路１３の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてスレーブピストン１４の追従時期や作動量を制御することで排気弁４の開閉タイミングやリフトを調節し得るようにしてある。

即ち、マスターピストン１２の作動時において、ソレノイドバルブ１７の閉止により開弁用油通路１３の油圧を保持すれば、マスターピストン１２の作動に直ちに追従してスレーブピストン１４が作動することになり、マスターピストン１２の作動により生じる開弁用油通路１３の油圧をソレノイドバルブ１７の開放によりアキュームレータ等へ逃がせば、マスターピストン１２が作動していてもスレーブピストン１４が追従しなくなるので、その追従時期を遅らせたり作動量を減らしたりすることが可能となる。

例えば、吸気行程で排気弁４を開けて排気ガス１６を気筒１内に再循環する必要がない運転状態にあっては、排気カム７の小さなカム山７ｂに対しスレーブピストン１４が追従しないようにしてＥＧＲ運転を休止することが可能となる。

また、図２に示す如く、前記カムシャフト６には、排気カム７と並んで吸気カム７’も装備されており、該吸気カム７’のカム山７ａ’により吸気行程でロッカーアーム８’の一端がローラ９’を介し押し上げられ、該ロッカーアーム８’の一端が上方の可変バルブ機構１１に備えられたマスターピストン１２を押し上げ、前述の排気弁４の場合と同様の可変バルブ機構１１を介して両吸気弁４’が押し下げられて開弁し、吸気通路２２から気筒１内へと吸入空気２３が導入されるようになっている。

そして、本形態例においては、アクセル開度をエンジンの負荷として検出するアクセルセンサ２４（負荷センサ）からの検出信号２５と、エンジンの機関回転数を検出する回転センサ２６からの検出信号２７とに基づき、前記制御装置２０でエンジンがアイドリング状態にあることが判定された時に、該制御装置２０から吸気弁４’用のソレノイドバルブ１７と排気弁４用のソレノイドバルブ１７とに向け制御信号２１が夫々出力され、図３に縦軸を開弁作動のバルブリフト（揚程）とし且つ横軸をクランク角（クランクシャフトの回転角度）として示す如く、吸気行程での吸気弁４’の閉タイミングを吸気下死点よりも早め且つ該吸気弁４’が閉じた吸気行程の後期にバルブリフトのピークを迎えるように排気弁４を開弁操作せしめる制御が実行されるようにしてある。

ここで、吸気弁４’の閉タイミングは、クランク角４４０゜近辺に設定するのが最も好ましいが、基本的にクランク角４２０゜〜４６０゜の間に設定すれば良く、また、吸気行程での排気弁４の開タイミングは、前述した吸気弁４’の閉タイミングとの関係が成立するようにクランク角４００゜〜４４０゜の間で設定すれば良い。

尚、ここに図示している例では、アクセルセンサ２４と回転センサ２６がアイドリング判定手段を成すものとなるが、ギヤ位置がニュートラルポジションにあることを検出するニュートラルスイッチ、サイドブレーキが引かれていることを検出するサイドブレーキスイッチ、車速を検出する車速センサ等も構成要素として含め、これらからの検出信号も考慮してエンジンがアイドリング状態にあるか否かを総合的に判定し得るようにすることも可能である。

また、特に本形態例では、排気通路５と吸気通路２２との間をＥＧＲパイプ２８（図１参照）で接続し、排気通路５から抜き出した排気ガス１６の一部を水冷式のＥＧＲクーラ２９及びＥＧＲバルブ３０を介して吸気通路２２に再循環するようにした外部ＥＧＲ装置３１が装備されており、この外部ＥＧＲ装置３１を利用した排気ガス１６の再循環も必要に応じて併用されるようになっている。

尚、図１中における３２はターボチャージャ、３３は該ターボチャージャ３２のコンプレッサ、３４は前記ターボチャージャ３２のタービン、３５はノズルベーン、３６は該ノズルベーン３５の開度を調節するためのアクチュエータを夫々示している。

而して、このようにすれば、アクセルセンサ２４と回転センサ２６により現在の運転状態がアイドリング状態にあると判定された際に、これを認識した制御装置２０からの制御信号２１により可変バルブ機構１１のソレノイドバルブ１７が制御され、吸気行程の後期において吸気弁４’が先行して閉じられ、排気弁４だけが開いた状態でピストン３が下降するので、その下降行程に起因する吸入負圧が排気側にのみ作用して排気ガス１６が強制的に気筒１内に引き込まれ、排気圧力の低いアイドリング状態であっても大量の排気ガス１６を再循環させることが可能となる。

尚、このように気筒１から排出されたばかりの排気ガス１６の一部が温度低下しないまま大量に気筒１内に再循環されると、該気筒１内に取り込まれる吸入空気２３に対し排気ガス１６が高温状態のまま混合されて筒内温度が上がることで燃焼の安定化が図られるので、図４に示す如く、本来、単純に吸気弁４’の閉タイミングを早めるだけでは吸入空気量の低下により失火が生じてしまうようなクランク角（吸気下死点前４０゜［−４０゜］より早閉じ側）まで吸気弁４’の閉タイミングを早めても失火を招かなくて済む。

しかも、前述した通り、吸気弁４’の閉タイミングを早めても燃焼の安定化を図れることにより、図４で最もＮＯxが低減したポイント（吸気下死点前１００゜［−１００゜］）で外部ＥＧＲ装置３１による排気ガス１６の再循環（外部ＥＧＲ）を追加導入することも可能となり、このようにすれば、排気ガス１６の再循環（内部ＥＧＲ及び外部ＥＧＲ）を全く行わない場合Ａ（図５参照）と比較して、外部ＥＧＲ装置３１による排気ガス１６の再循環（外部ＥＧＲ）を追加導入した場合Ｂ（図５参照）は約１０．６％程度までＮＯx値が大幅に低減される結果となる。

ここで、排気圧力の低いアイドリング状態で外部ＥＧＲ装置３１による排気ガス１６の再循環（外部ＥＧＲ）を追加導入するにあたっては、吸気側と排気側との適切な圧力差が確保されるようターボチャージャ３２のタービン３４におけるノズルベーン３５の開度をアクチュエータ３６により適宜に絞り込むような制御を採用することが好ましい。

従って、上記形態例によれば、吸気行程の後期において吸気弁４’を先行して閉じ、排気弁４だけが開いた状態としてピストン３の下降行程による吸入負圧で排気ガス１６を強制的に気筒１内に引き込むことができるので、排気圧力の低いアイドリング状態であっても、大量の排気ガス１６を再循環させて良好なＮＯx低減効果を得ることができ、特に本形態例のように外部ＥＧＲ装置３１を併用した場合には、気筒１内へ排気ガス１６を追加導入することでＮＯxの低減効果を更に向上することができる。

尚、本発明の内部ＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の気筒における吸気弁の動弁系に関する概略図である。 本形態例の吸排気のバルブモーションを示すグラフである。 吸気弁の閉タイミングとＮＯx値との関係を示すグラフである。 外部ＥＧＲ装置を併用した時のＮＯx低減効果を示すグラフである。 従来の吸排気のバルブモーションを示すグラフである。

符号の説明

１ 気筒
３ ピストン
４ 排気弁
４’ 吸気弁
５ 排気通路
１１ 可変バルブ機構
１６ 排気ガス
２０ 制御装置
２２ 吸気通路
２３ 吸入空気
２４ アクセルセンサ（アイドリング判定手段）
２６ 回転センサ（アイドリング判定手段）
３１ 外部ＥＧＲ装置

Claims (3)

1. 排気弁を吸気行程で開弁操作して排気ガスの一部を気筒内に再循環させる内部ＥＧＲ装置であって、各気筒の排気弁の開閉タイミング及びリフトを調節する可変バルブ機構と、エンジンがアイドリング状態にあることを判定するアイドリング判定手段と、該アイドリング判定手段によりエンジンがアイドリング状態にあると判定された時に前記可変バルブ機構により吸気行程での吸気弁の閉タイミングを吸気下死点よりも早め且つ該吸気弁が閉じた吸気行程の後期にバルブリフトのピークを迎えるように排気弁を開弁操作せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする内部ＥＧＲ装置。
2. 排気流路から排気ガスの一部を抜き出してＥＧＲパイプを介し吸気流路へ再循環させる外部ＥＧＲ装置を併用したことを特徴とする請求項１に記載の内部ＥＧＲ装置。
3. 吸気弁の閉タイミングをクランク角４２０゜〜４６０゜の間に設定し且つ吸気行程での排気弁の開タイミングをクランク角４００゜〜４４０゜の間に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内部ＥＧＲ装置。

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