JP2008101472A - 火花点火式多気筒エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】吸気装置の構造を複雑にすることなく,エンジン運転域の全域にわたって、ＥＧＲ装置により低コストで燃費を向上させ、かつブローバイガス還元装置によってオイルの劣化を低減する装置の供給。
【解決手段】各吸気通路６３を、燃焼室Ｓに吸気弁３３を介して接続されかつその上流に吸気制御弁５４が設けられた主吸気通路６１と、この主吸気通路６１に沿って延在するタンブル生成用の複数の副吸気通路６２とから構成する。前記入口通路６４におけるスロットル弁４４の下流側にベンチュリ９１を設ける。ベンチュリ９１の内壁面にＥＧＲ装置７のＥＧＲガス出口（スリット９８）と、ブローバイガス還元装置８のブローバイガス出口（スリット９７）とを形成する。ＥＧＲ装置７の排気ガス出口とＥＧＲ弁７４との間にリード弁７５を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲガスとブローバイガスとを吸気通路内に吸引する火花点火式多気筒エンジンに関するものである。

従来、例えば自動車用エンジンにおいては、排気ガス再循環装置（以下、単にＥＧＲ装置という）によって排気ガス中のＮＯｘの低減や燃費向上が図られ、ブローバイガス還元装置によってクランクケース内の換気が行われている。

排気ガス再循環装置を利用して燃費を向上させた火花点火式エンジンとしては、例えば特許文献１に開示されているものがある。
この特許文献１の図１７に示されている従来のエンジンは、Ｖ型６気筒エンジンであって、１気筒当たり２本ずつの吸・排気弁と、これらの吸・排気弁を吸気カム軸と排気カム軸とによって駆動する動弁装置と、吸気カム軸と排気カム軸との位相をそれぞれ変化させるバルブタイミング可変機構と、１つのスロットル弁によって計量した吸気を各気筒に分配する吸気装置などを備えている。

この従来のエンジンにおいては、低・中負荷運転時には、排気通路から排気ガスをＥＧＲガス（排気ガス）用のパイプによって吸気通路に導く（以下、この方式を外部ＥＧＲという）ことに加えて吸・排気弁のオーバラップ量を大きくとって排気ポート内から吸気ポート内へ排気ガスを逆流させること（以下、この方式を内部ＥＧＲという）も行い、かつ吸気弁の閉じる時期を遅らせることによってポンピングロスを低減し、燃費の向上を図っている。オーバーラップ量の調整や吸気弁の閉じる時期を遅らせたりするのは、前記バルブタイミング可変機構を利用している。また、このエンジンにおいては、高負荷運転時には、燃料の空燃比を理論空燃比とすることによって燃費の向上を図っている。高負荷運転時に理論空燃比としたことに伴い燃焼温度が上昇することになるが、この従来のエンジンでは、外部ＥＧＲにより高負荷運転時に排気ガスを吸気通路内に導くことによって燃焼温度を低下させている。

従来の一般的な火花点火式エンジンに設けられている外部ＥＧＲ装置は、排気管の排気通路内と、スロットル弁の下流側の吸気通路内とを連通するＥＧＲガス通路にＥＧＲ弁を設けた構成が採られている。この種のＥＧＲ装置では、スロットル開度が大きな高負荷運転時には吸気通路内の負圧が低下するために、ＥＧＲガスが吸気通路内に吸入され難くなり、吸気通路内の全ガス量に対するＥＧＲガスの割合、すなわちＥＧＲ率が低下することが知られている。ＥＧＲ率（％）は、｛ＥＧＲガス量／（新気量＋ＥＧＲガス量）｝×１００として計算される。

高負荷運転時にも大量のＥＧＲガスを吸気通路内に吸入させることができる従来のＥＧＲ装置としては、例えば特許文献２に開示されたものがある。この特許文献２に示されているＥＧＲ装置は、ディーゼルエンジンに設けられたもので、吸気通路に設けられたベンチュリを利用してＥＧＲガスを吸気通路内に吸引させる構成が採られている。このＥＧＲ装置のＥＧＲガス出口は、このベンチュリの内壁面に形成されている。このディーゼルエンジン用ＥＧＲ装置では、吸気通路と排気通路との圧力差によって吸気が排気通路側に流れるのを防ぐために、ＥＧＲガス出口とＥＧＲ弁との間にリード弁が設けられている。なお、このＥＧＲ装置を装備したエンジンは、ディーゼルエンジンであるためスロットル弁は設けられていない。

一方、従来のブローバイガス還元装置は、シリンダヘッドの動弁室にＰＣＶ（positive crankcase ventilation）弁を介して吸気通路内とを接続することによって構成されたものが多い。前記動弁室は、カムチェーンを通すスペースや、専用のブローバイガス用通路などによってクランクケース内に接続されている。ＰＣＶ弁は、吸気が吸気通路側からクランクケース側へ漏出するのを防ぐとともに、吸気通路内の負圧が過度に大きい場合はブローバイガスの吸気通路内への吸入を制限するように構成されている。

従来のこの種のブローバイガス還元装置によれば、クランクケース内のブローバイガスを吸気通路内に吸引することによってクランクケース内が換気される。ブローバイガスは、シリンダの壁面に付着した燃料がピストンリングとの間の隙間からクランク室内に漏洩することによって生じた未燃焼ガスや、前記隙間を介してクランク室内に流入した既燃焼ガスなどによって構成されている。このため、ブローバイガスがクランク室内でオイルに接触することにより、このオイルは、前記未燃焼ガスによって希釈されるとともに、前記既燃焼ガスによって汚損される。すなわち、クランク室内のブローバイガスを換気することは、オイルの劣化を防ぐうえで重要である。
特開平５−８６９４５号公報 特開２０００−２４９００４号公報

本願発明者は、ＥＧＲ装置とブローバイガス還元装置とを使用するエンジンにおいて、エンジンの運転域の全域にわたって燃費を向上させるとともに製造コストを低減させることを考えた。しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されている従来の技術では、以下に述べる理由により、燃費の向上とコストダウンとが両立するエンジンを製造することはできないと結論した。

特許文献１に示されているエンジンは、バルブタイミング可変機構を使用して低中負荷運転時にオーバーラップ量を大として内部ＥＧＲを増やし、燃費向上を図るものである。バルブタイミング可変機構は高価なものであるから、このエンジンは製造コストが高くなってしまう。また、前述のように高負荷運転時は吸気通路内の負圧が低下するためＥＧＲガス量が不十分となり燃焼温度抑制にも限界がある。このため更に高圧縮比化して燃費向上を図ろうとしてもノッキングの問題があって難しい。
一方、特許文献１に示されているエンジンにブローバイガス還元装置を装備する場合、吸気通路内の負荷が低下する高負荷運転時にはブローバイガスの吸入量も減少する。ブローバイガスとＥＧＲガスとを効率よく吸気通路内に吸引させるためには、吸気装置におけるスロットル弁と各気筒への分岐部との間にブローバイガス還元装置とＥＧＲ装置とを接続することが望ましい。しかし、この構成を採るためには、吸気装置の構造が複雑になることは避けなければならない。

特許文献２に示されているＥＧＲ装置は、スロットル弁を使用しないディーゼルエンジンに用いられるものであり、単純に火花点火式エンジンに流用できるものではない。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、吸気装置の構造を複雑にすることなくブローバイガス還元装置とＥＧＲ装置とを吸気装置に接続することができ、ＥＧＲ装置によって低いコストで運転域のほぼ全域において燃費を向上させることができ、かつブローバイガス還元装置によってオイルの劣化を確実に防止できるエンジンを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る火花点火式エンジンは、スロットル弁を有する入口通路を通過した吸気を気筒毎の吸気通路に分配する吸気装置と、排気ガスを吸気系に排気ガス再循環弁を介して導く排気ガス再循環装置と、ブローバイガスを吸気系に導くブローバイガス還元装置とを備えた火花点火式多気筒エンジンにおいて、前記各吸気通路を、燃焼室に吸気弁を介して接続されかつその上流に吸気制御弁が設けられた主吸気通路と、この主吸気通路に沿って延在しかつ前記吸気制御弁の上流に上流端が開口し、主吸気通路における吸気弁の近傍に下流端が開口するタンブル生成用の複数の副吸気通路とから構成し、前記入口通路におけるスロットル弁の下流側にベンチュリを設け、このベンチュリの内壁面に前記排気ガス再循環装置の排気ガス出口と、前記ブローバイガス還元装置のブローバイガス出口とを形成し、前記排気ガス出口と前記排気ガス再循環弁との間に逆止弁を設けたものである。

請求項２に記載した発明に係る火花点火式多気筒エンジンは、請求項１に記載した火花点火式多気筒エンジンにおいて、排気ガス出口とブローバイガス出口とを仕切る隔壁をベンチュリに設けたものである。

本発明によれば、ベンチュリ内と排気通路内との圧力差によって、ＥＧＲガスがベンチュリ内（吸気通路内）に吸引され、ベンチュリ内とクランクケース内との圧力差によって、ブローバイガスがベンチュリ内に吸引される。ベンチュリ内は、スロットル弁の開度が大きくなる高負荷運転時にも負圧に保たれる。
このため、本発明によれば、高負荷運転時にもＥＧＲガスが吸気通路内に吸引されるためにＥＧＲ率を向上させることができ、これとともに、高負荷運転時にもブローバイガスが吸気通路内に吸引されるためにクランクケース内を確実に換気することができる。また、本発明によれば、ＥＧＲガスを吸気通路に導く通路形成用の部材と、ブローバイガスを吸気通路に導く通路形成用の部材とを１つのベンチュリに接続することができる。このため、ＥＧＲ装置とブローバイガス還元装置とをそれぞれ専用のベンチュリに接続する場合に較べて吸気装置の構造の簡素化を図ることができる。

本発明に係る火花点火式多気筒エンジンの燃焼温度は、上述したようにＥＧＲ率が高くなることから低下する。一般に、エンジンは燃焼温度が低下するとノッキングが発生し難くなる。このエンジンにおいては、ＥＧＲ率の向上により燃焼温度を低下させることができたから、ノッキングの発生を防ぎながら、圧縮比を高くすることができた。したがって、本発明によれば、上述したように圧縮比を高くした結果、熱効率が高くなって高負荷運転時の燃費を向上させることができた。

一方、低・中負荷運転時には、吸気制御弁を閉じることによって、副吸気通路を使用してシリンダ内にタンブルを発生させ、燃焼を安定させることができる。前記吸気制御弁は、主吸気通路を単にＯＮ−ＯＦＦ的にあるいは連続的に開閉するだけの単純でかつ安価な開閉弁によって構成することができる。本発明に係るエンジンにおいては、上述したように燃焼が安定することにより必然的に燃費の向上が図れる。

この低・中負荷運転時にも排気ガス再循環装置によってＥＧＲガスを吸気通路内に導入し、ＥＧＲ率を高くすることにより、副吸気通路内を流れる吸気（新気＋ＥＧＲガス）の量が増加し、より一層効果的なタンブルが発生するようになって燃焼がより一層安定するとともに、ポンピングロスが低減されることから、さらなる燃費の向上を図ることができる。エンジン運転中に排気脈動により排気通路内の圧力がベンチュリ内の圧力より低くなった場合、逆止弁によって吸気およびブローバイガスの排気通路側への流入が阻止されるので、ＥＧＲガスが安定的に吸気中に混入でき、燃焼が安定するため、やはり燃費が向上する。一方、ブローバイガスは、低・中負荷運転時にもブローバイガス還元装置によって吸気通路内に吸引される。この結果、クランクケース内はエンジン運転域の全域にわたって確実に換気されることになり、オイルにブローバイガスが接触することによるオイルの劣化を確実に防止することができる。

したがって、本発明によれば、高負荷運転時も含めたエンジン運転域のほぼ全域にわたってＥＧＲ率を高めて燃費向上を図ることができ、しかも、高価なバルブタイミング可変機構を用いることなく、安価な開閉弁によっても構成可能な吸気制御弁を使用して低・中負荷運転時に燃費を向上させることができる。これとともに、本発明によれば、エンジン運転域の全域にわたってクランクケース内を充分に換気することができ、オイルの劣化を確実に防ぐことができる。
この結果、本発明によれば、吸気装置の構造を複雑にすることなくブローバイガス還元装置とＥＧＲ装置とを吸気装置に接続することができ、ＥＧＲ装置によって低いコストで運転域のほぼ全域において燃費を向上させることができ、かつブローバイガス還元装置によってオイルの劣化を確実に防止できるエンジンを提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、ＥＧＲガスがＥＧＲガス出口からブローバイガス出口側に流れたり、ブローバイガスがブローバイガス出口からＥＧＲガス出口側へ流れるのを隔壁によって防ぐことができる。このため、例えば、エンジンの運転域が低回転高負荷運転域にある場合のように、吸気通路内の吸気負圧が相対的に小さく、かつＥＧＲガス量が相対的に多くなる場合であっても、ブローバイガス出口に作用する負圧がＥＧＲガスの流入により低減することはなく、ブローバイガス出口から吸気通路内にブローバイガスを吸引させることができる。したがって、この発明によれば、ＥＧＲガス出口とブローバイガス出口とを１つのベンチュリに形成する構成を採っているにもかかわらず、ＥＧＲガスとブローバイガスとを互いに干渉し合うことなく吸気通路内に吸引させることができる。

以下、本発明に係る火花点火式多気筒エンジンの一実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。
図１は本発明に係る火花点火式多気筒エンジンの構成図、図２は要部を拡大して示す断面図、図３は吸気系の構成を示す図、図４はシリンダヘッドの底面図、図５は図２におけるベンチュリ部分のV−V線断面図、図６はＥＧＲ弁の開度を設定するためのマップとなるグラフである。

これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による火花点火式多気筒エンジンを示す。このエンジン１は、４つのシリンダ２がクランク軸３の軸線方向に並ぶ４気筒型のものである。このエンジン１は、後述するようにノッキングが発生し難いことから、従来のエンジンに較べて圧縮比を高くして形成されている。

このエンジン１の一側部には、後述する吸気装置４（図１参照）が接続され、他側部には排気装置５が接続されている。排気装置５は、三元触媒からなる触媒コンバータ６を備えている。また、この排気装置５と吸気装置４とには、後述する排気ガス再循環装置（以下、単にＥＧＲ装置という）７が接続されている。さらに、このＥＧＲ装置７と吸気装置４との接続部分には、後述するブローバイガス還元装置８が接続されている。

このエンジン１は、図１に示すように、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１の下部に設けられたクランクケース１２と、このクランクケース１２の下端部に取付けられたオイルパン１３と、前記クランクケース１２に回転自在に支持された前記クランク軸３と、このクランク軸３にコンロッド１４を介して連接され、シリンダ孔１５に嵌挿されたピストン１６と、前記シリンダブロック１１の上に取付けられたシリンダヘッド１７と、このシリンダヘッド１７の上に取付けられたヘッドカバー１８などによって構成されている。図１において、一点鎖線Ｃはシリンダの軸線を示し、符号１９はクランクケース１２とオイルパン１３とによって形成されたクランク室、２０はオイルパン１３内に貯留されたオイルを示す。

この実施の形態によるシリンダブロック１１とシリンダヘッド１７とには、クランクケース１２内（クランク室１９）とヘッドカバー１８内の動弁室２１とを連通するブローバイガス用通路２２，２３が形成されている。なお、このブローバイガス用通路２２，２３の代わりに、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１７とに後述する動弁装置を収容するために形成した空間を利用することもできる。

シリンダヘッド１７には、図２および図４に示すように、１気筒当たり一つずつの吸気ポート３１と排気ポート３２とが形成されており、これらのポート３１，３２を開閉する１本ずつの吸気弁３３および排気弁３４と、１気筒当たり２本の点火プラグ３５とが設けられている。これらの吸気弁３３と排気弁３４とを駆動する動弁装置は、図示してはいないが、コストダウンを図るためにＯＨＶ型の動弁装置を使用している。

前記吸気ポート３１は、本発明でいう気筒毎の吸気通路の一部を構成するもので、通路断面積が相対的に大きくなるように形成された主吸気ポート３６と、この主吸気ポート３６と平行に形成された通路断面積が相対的に小さい２本の副吸気ポート３７などによって構成されている。

前記主吸気ポート３６は、燃焼室に１本の吸気弁３３を介して接続されており、燃焼室Ｓからシリンダヘッド１７の一側部に延在するように形成されている。副吸気ポート３７の下流端は、前記主吸気ポート３６における前記吸気弁３３の近傍であって、主吸気ポート３６における吸気弁３３の弁軸３３ａが貫通する部分とは反対側の部位に開口している。副吸気ポート３７は、前記下流端からシリンダヘッド１７の一側部に延在するように形成されている。２本の副吸気ポート３７，３７は、シリンダヘッド１７に互いに平行な２本の通路孔を穿設することによって形成されている。

主吸気ポート３６と副吸気ポート３７とは、図４に示すように、シリンダ２の軸線方向から見て燃焼室Ｓからシリンダヘッド１７の一側部に向けて一直線状に延在するように形成されている。前記２本の副吸気ポート３７，３７は、図２に示すように、クランク軸３の軸線方向から見て主吸気ポート３６の下方（シリンダブロック１１側）でかつ主吸気ポート３６と略平行であって、図４に示すように、シリンダ２の軸線方向から見て主吸気ポート３６と重なる位置に形成されている。

また、これらの２本の副吸気ポート３７，３７どうしは、図２に示すように、クランク軸３の軸線方向から見て互いに重なる位置に形成され、かつ、図４に示すように、シリンダ２の軸線方向から見て間隔をおいて互いに平行に形成されている。すなわち、副吸気ポート３７，３７は、主吸気ポート３６の両側部の下方に形成されている。

さらに、これら２本の副吸気ポート３７，３７は、図２に示すように、この副吸気ポート３７を燃焼室側に延長した仮想の延長線が排気弁３４の弁体下面３４ａもしくは燃焼室Ｓの周壁に当たるような角度でシリンダヘッド１７に形成されている。副吸気ポート３７，３７を形成する角度は、不図示ではあるが、シリンダ孔１５の上部周壁に当たるような角度でもよい。

このように副吸気ポート３７を主吸気ポート３６に沿わせて水平もしくは若干傾斜させて形成することにより、副吸気ポート３７から流出した吸気は、開いた吸気弁３３の弁軸３３ａの両側方を通過し、さらに、弁体３３ｂと吸気ポート３１の下流端の開口との間を通過して燃焼室Ｓ内に流入する。

この副吸気ポート３７に大量に吸気を通すことによって、シリンダ内にタンブルが発生する。このタンブルは、２本の副吸気ポート３７がクランク軸３の軸線方向に並んでいることから、クランク軸３の軸線方向に所定の幅を有する状態で生じる。前記２本の点火プラグ３５，３５は、このようにタンブルの幅が広くても燃料に確実に点火させるために、クランク軸３の軸線方向に並ぶ状態でシリンダヘッド１７に取付けられている（図４参照）。

これらの主吸気ポート３６と副吸気ポート３７に吸気を導く吸気装置４は、図１および図２に示すように、シリンダヘッド１７の一側部に接続された吸気マニホールド４１と、この吸気マニホールド４１の上流側端部に接続されたサージタンク４２と、このサージタンク４２に後述するベンチュリ部材４３を介して接続されたスロットル弁４４と、このスロットル弁４４の上流側端部に吸気管４５を介して接続されたエアクリーナ４６などによって構成されている。

前記吸気マニホールド４１は、前記主吸気ポート３６に接続する主吸気孔５１と、前記副吸気ポート３７に接続する２本の副吸気孔５２，５２とが形成されているとともに、燃料インジェクタ５３と、後述する吸気制御弁５４とが設けられている。これらの主吸気孔５１と、２本の副吸気孔５２，５２、燃料インジェクタ５３、吸気制御弁５４は気筒毎に設けられている。

前記主吸気孔５１と副吸気孔５２とは、それぞれ吸気マニホールド４１を貫通するように形成されている。２本の副吸気孔５２は、図２に示すように、クランク軸３の軸線方向から見て互いに重なり、かつ図３および図４に示すように、シリンダ２の軸線方向から見て互いに平行になるように形成されている。

この実施の形態によるエンジン１においては、図２に示すように、前記主吸気孔５１と前記主吸気ポート３６とによって主吸気通路６１が形成され、前記副吸気孔５２と前記副吸気ポート３７とによって副吸気通路６２が形成されている。また、この実施の形態においては、前記主吸気通路６１と副吸気通路６２とによって本発明でいう気筒毎の吸気通路６３が構成されている。

前記燃料インジェクタ５３は、吸気マニホールド４１における主吸気孔５１の下流側端部の上方に取付けられており、主吸気孔５１内に上方から燃料を噴射する。燃料インジェクタ５３の燃料噴射量は、図１中に符号６５で示す制御装置によって設定される。燃料インジェクタ５３は、制御装置６５によって燃料噴射量が制御され、燃料をエンジン１の運転域のほぼ全域にわたって理論空燃比で供給する。但し、高速高負荷時には、触媒保護のために空燃比をリッチにして排気温度を下げる場合もある。

主吸気孔５１の上流側端部内には、前記主吸気通路６１を開閉するための吸気制御弁５４が設けられている。この吸気制御弁５４は、バタフライ弁からなり、前記制御装置６５に接続されたモータ５５（図３参照）による駆動によって開閉する。この実施の形態による吸気制御弁５４は、予め実験で得られたマップに従い前記制御装置６５がモータ５５の動作を制御することによって、エンジン運転状態に応じた最適開度に連続的に制御される。

この吸気制御弁５４が閉じている場合、吸気の殆どは、副吸気通路６２を通って燃焼室Ｓ内に流入する。なお、制御装置６５は、吸気制御弁５４を単にＯＮ−ＯＦＦ制御するものであってもよい。
この実施の形態においては、気筒毎の吸気制御弁５４どうしは、図３に示すように、吸気マニホールド４１を貫通する弁軸５６に互いに連動するように連結されている。

前記サージタンク４２は、クランク軸３の軸線方向に延在する形状に形成されており、その一側部に吸気マニホールド４１が接続されている。このサージタンク４２は、図３に示すように、後述するスロットル弁４４側から流入した吸気を吸気マニホールド４１の気筒毎の吸気通路６３に分配する。この実施の形態においては、サージタンク４２を含めてこれより上流側の吸気通路によって本発明でいう入口通路６４が構成されている。

前記ベンチュリ部材４３は、前記サージタンク４２とスロットル弁４４との間の吸気通路を形成しており、後述するＥＧＲ装置７からＥＧＲガスを圧力差によって吸気通路（入口通路６４）内に吸引するとともに、後述するブローバイガス還元装置８からブローバイガスを圧力差によって吸気通路（入口通路６４）内に吸引するものである。図３においては、ベンチュリ部材４３とスロットル弁４４とが一体に形成された状態で描いてあるが、実際には図２に示すように、これらの部材は別体に形成されて組合わせられている。

前記スロットル弁４４は、人為的に操作されるバタフライ弁によって構成されている。なお、スロットル弁４４を人為的に操作するに当たっては、図３に示すように、スロットル弁４４に駆動用モータ４４ａを接続し、このモータ４４ａの動作量を人為的に増減させる構成を採ることができる。

ベンチュリ部材４３に接続されたＥＧＲ装置７は、図１に示すように、排気装置５にＥＧＲガス用パイプ７１によって接続されたＥＧＲガス用クーラ７２と、このＥＧＲガス用クーラ７２に接続管７３を介して接続されたＥＧＲ弁７４（排気ガス再循環弁）と、このＥＧＲ弁７４と前記ベンチュリ部材４３との間に介装されたリード弁７５などによって構成されている。

前記ＥＧＲガス用パイプ７１は、排気装置５における触媒コンバータ６の上流側に位置する排気管５ａに接続されている。なお、ＥＧＲガス用パイプ７１は、図１中に二点鎖線で示すように、触媒コンバータ６の下流側に位置する排気管５ｂに接続することができる。
前記ＥＧＲガス用クーラ７２は、内部を通過するＥＧＲガスを冷却するためのものである。

前記ＥＧＲ弁７４は、電動式のポペット弁からなり、前記制御装置６５により弁体７４ａの開度が連続的に制御されることによって、ＥＧＲガスの循環・停止の切換えと、ＥＧＲガスの流量の調整とを行う。このＥＧＲ弁７４の開度は、エンジンの運転状態に対応したＥＧＲ率が得られるように制御装置６５が制御する。このＥＧＲ率は、図６に示すマップから求める。

図６に示すマップは、ＥＧＲ率をエンジン回転数（横軸）と正味平均有効圧力（縦軸）とに割り付けることによって形成されており、制御装置６５内のメモリ（図示せず）に記憶させている。正味平均有効圧力は、エンジン１の負荷の大きさに相当するものであり、例えばエンジン回転数と吸入空気量とから演算により求めることができる。

図６中に示す点は、エンジン回転数と正味平均有効圧力とに対するＥＧＲ率を示す。また、図６中に示す曲線は、同一のＥＧＲ率となる点をいわゆる等高線状に結んだものである。ＥＧＲ率は、図６において隣接する曲線どうしの間では漸次変化するように設定されている。例えば、ＥＧＲ率２０％を示す曲線とＥＧＲ率１８％を示す曲線とに挟まれた領域においては、エンジン運転条件（エンジン回転数、正味平均有効圧）の増減に対応して１８％から２０％の間で増減する。

図６から分かるように、このエンジン１においては、中負荷低回転時にＥＧＲ率が２８％と最大になり、中負荷中回転時においてはＥＧＲ率が２４％になる。また、このエンジン１においては、正味平均有効圧が最大となるエンジン運転状態（高負荷運転状態）でＥＧＲ率が１５％になるようにＥＧＲ弁７４が開くことが図６から分かる。

また、このＥＧＲ弁７４は、リード弁７５の下流側の負圧が高い状態から急激に低くなる場合、前記制御装置６５による制御によって開く。このようにＥＧＲ弁７４が開くのは、エンジン１の運転状態が低負荷状態から高負荷状態に短時間で移行した場合と、低負荷状態で運転していたエンジン１が停止した場合とである。

前記リード弁７５は、ＥＧＲガスが吸気通路内に吸引されるときのみ開き、吸気が吸気通路側からＥＧＲ弁７４側に流れるのを阻止する。このリード弁７５によって、本発明でいう逆止弁が構成されている。

これらの部材からなるＥＧＲ装置７は、ベンチュリ部材４３の一側部に接続されている。この実施の形態においては、ＥＧＲ弁７４とリード弁７５とがベンチュリ部材４３に一体的に組付けられ、ＥＧＲ弁７４と吸気通路（入口通路６４）との間の距離が可及的短くなるように構成されている。この構成を採ることにより、ＥＧＲ弁７４の開閉に対して、吸気通路内へのＥＧＲガスの導入量が応答性よく変化することになる。

ベンチュリ部材４３の他側部には、ブローバイガス還元装置８が接続されている。
このブローバイガス還元装置８は、動弁室２１内のブローバイガスを吸気通路（入口通路６４）内に吸引させる構成が採られている。このブローバイガス還元装置８は、図１および図２に示すように、ベンチュリ部材４３の他側部に設けられた接続用パイプ８１に一端部が接続されたブローバイガス用ホース８２と、このブローバイガス用ホース８２の他端部に接続されたＰＣＶ弁８３とを備えている。

このＰＣＶ弁８３は、ヘッドカバー１８に支持されており、動弁室２１とブローバイガス用ホース８２との間に介装されている。このＰＣＶ弁８３は、ブローバイガスを動弁室２１内からブローバイガス用ホース８２側へのみ流す逆止弁であって、ブローバイガス用ホース８２内の負圧が予め定めた負圧値より大きい場合はブローバイガスの流量を制限する実質的にオリフィスとして機能するものである。

また、前記動弁室２１は、ブローバイガス還元装置８による吸引によって過度に負圧になることがないように、通気用パイプ８４（図１参照）によってスロットル弁上流側の吸気通路内に連通されている。
この実施の形態によるエンジン１の動弁室２１は、ブローバイガス用通路２２，２３によってクランク室１９に接続されている。このため、動弁室２１内のブローバイガスがブローバイガス還元装置８を介して吸気通路内に吸引されることによって、図１中に矢印で示すように、クランク室１９内を換気することができる。

前記ベンチュリ部材４３の内部には、図２および図５に示すように、ベンチュリ９１と、このベンチュリ９１の周囲を囲む断面環状のガス室９２とが形成されている。前記ベンチュリ９１は、吸気通路の通路断面積を部分的に小さく形成することによって構成されている。

前記ガス室９２は、ベンチュリ部材４３におけるリード弁７５が取付けられる一側部と、前記接続用パイプ８１が設けられた他側部とにおいてベンチュリ部材４３の外に開放されており、リード弁７５の下流部７５ａ内と、接続用パイプ８１内とに接続されている。また、前記ガス室９２内は、図５に示すように、ベンチュリ部材４３における接続用パイプ８１側から中心側に延びる二つの隔壁９３，９４によって、ブローバイガス還元装置側ガス室９５と、ＥＧＲ装置側ガス室９６とに仕切られている。これら二つの隔壁９３，９４は、断面環状のガス室９２の径方向に延びるように形成されており、ベンチュリ９１とベンチュリ部材４３の外壁４３ａとを接続している。

また、前記ガス室９２の内周部は、図５に示すように、ベンチュリ９１の内壁面に開口するスリット９７，９８を介して吸気通路（入口通路６４）内に接続されている。スリット９７は、前記二つの隔壁９３，９４どうしの間に形成され、ブローバイガス還元装置側ガス室９５と吸気通路（入口通路６４）とを連通している。スリット９８は、ＥＧＲ装置側ガス室９６と吸気通路（入口通路６４）とを連通している。この実施の形態においては、スリット９８は、ベンチュリ９１の周方向に間隔をおいて３箇所に形成されている。なお、スリット９８は、このように３箇所に分割して形成する他に２箇所に分割して形成することができ、また分割することなく１つのスリットとなるように形成してもよい。

すなわち、吸気通路（入口通路６４）は、前記スリット９７とブローバイガス還元装置側ガス室９５とを介して前記接続用パイプ８１内に接続されるとともに、前記スリット９８とＥＧＲ装置側ガス室９６とを介してリード弁７５の下流部７５ａ内に連通されることになる。このため、この実施の形態によれば、前記スリット９７によってブローバイガス還元装置８のブローバイガス出口が構成され、前記スリット９８によって、ＥＧＲ装置７のＥＧＲガス出口（排気ガス出口）が構成されている。

このように構成されたエンジン１によれば、スロットル弁４４の下流側の吸気通路（入口通路６４）内に発生する負圧がベンチュリ部材４３を介してＥＧＲ装置７とブローバイガス還元装置８とに伝達される。そして、ＥＧＲ弁７４が開いている状態において、前記吸気通路内と排気管５ａの排気通路内との圧力差によってＥＧＲガスが吸気通路内に吸引される。ＥＧＲ装置７から吸気通路内に吸引されるＥＧＲガスは、ＥＧＲガス用クーラ７２に冷却され温度が低下したものとなる。これとともに、前記吸気通路内と動弁室２１内との圧力差によってＰＣＶ弁８３が開き、動弁室２１内のブローバイガスが吸気通路内に吸引される。

ベンチュリ部材４３のベンチュリ９１内は、スロットル弁４４が大きく開いて前記負圧が減少するような状態であっても、吸気が高速で流れることにより負圧に保たれる。
このため、この実施の形態によるエンジン１は、スロットル弁４４の開度が相対的に大きくなる高負荷運転時にもＥＧＲガスをＥＧＲ装置７によって吸気通路（入口通路６４）内に導くことができ、ＥＧＲ率を向上させることができる。これとともに、このエンジン１は、高負荷運転時にもブローバイガスをブローバイガス還元装置８によって吸気通路内に導くことができるため、クランクケース１２内を確実に換気することができる。
前記入口通路６４内に吸引されたＥＧＲガスとブローバイガスは、新気とともにサージタンク４２から気筒毎の吸気通路６３に分配されて各気筒の燃焼室Ｓに吸引される。

このようにＥＧＲガスが燃焼室Ｓ内に吸引されることにより、このエンジン１においては燃焼温度が低下する。一般に、エンジンは、燃焼温度が低下するとノッキングが発生し難くなる。このため、この実施の形態によるエンジン１においては、高負荷運転時にＥＧＲ率の向上により燃焼温度を低下させることができたから、ノッキングが発生するのを防ぎながら、圧縮比を一般的なエンジンに較べて高く設定することができた。
この実施の形態によるエンジン１においては、上述したように圧縮比を高くした結果、熱効率が高くなって高負荷運転時の燃費を向上させることができた。なお、このエンジン１は、燃料の空燃比を理論空燃比としているから、排気ガスが触媒コンバータ６を通過することにより排気ガス中の有害成分が浄化される。

一方、この実施の形態によるエンジン１においては、低・中負荷運転時には、吸気制御弁５４の開度が減少し、吸気がサージタンク４２から主に副吸気通路６２（副吸気ポート３７、副吸気孔５２）に流入するようになる。このエンジン１においては、副吸気通路６２を通る吸気の量が増大することによって、シリンダ内にタンブルが発生するから、低・中負荷運転時に燃焼が安定する。このように燃焼が安定することにより燃費が向上する。この実施の形態による吸気制御弁５４は、機構が単純でかつ安価なバタフライ弁によって構成されているから、エンジン１の製造コストを低く抑えることができる。

エンジン１の低・中負荷運転時には、ＥＧＲ弁７４の開度を増大させることにより、より多くのＥＧＲガスをＥＧＲ装置７によって吸気通路内に導入することができる。このようにＥＧＲ率を高くすることにより、副吸気通路６２内を流れる吸気の量が増加し、より一層効果的な強タンブルが発生する。しかも、この場合、スロットル弁４４の開度が一定でも吸気の量が増加するから、ポンピングロスが低減される。このため、低・中負荷運転時にさらなる燃費の向上を図ることができる。

一方、ブローバイガスは、低・中負荷運転時にもブローバイガス還元装置８によって吸気通路内に吸引される。低・中負荷運転時には、ベンチュリ９１内の負圧が相対的に高くなるが、ＰＣＶ弁８３によってブローバイガスの流量が制限されることと、通気用パイプ８４とによって新気が動弁室２１内に導入されることから、動弁室２１内やクランク室１９内の圧力は過度に負圧になることはなく、適切な圧力に保たれる。低・中負荷運転時に吸気通路に吸引されたブローバイガスは、サージタンク４２内で新気と混合され、上述したように吸気制御弁５４の開度が減少している結果、新気とともに主に副吸気通路６２を通過して燃焼室Ｓ内に吸引される。この結果、低・中負荷運転時にブローバイガス中の未燃焼ガスは、タンブルによってシリンダ２内で充分に攪拌されて燃焼させられる。

すなわち、ブローバイガスは、エンジン運転域の全域にわたって吸気通路内に吸引されるから、クランクケース１２内（クランク室１９）はエンジン運転域の全域にわたって確実に換気されることになる。この結果、このエンジン１においては、オイルパン１３内のオイルにブローバイガスが接触することによりオイルが劣化するのを確実に低減することができる。

この実施の形態によるエンジン１において、エンジン運転中に排気管５ａ内の圧力は、排気脈動によって増減する。排気管５ａ内の圧力がベンチュリ９１内の圧力より低くなった場合、リード弁７５が閉じることにより、新気やブローバイガスがＥＧＲ装置７内を排気管５ａ側へ流れ込むのを防ぐことができる。このリード弁７５の弁体は、薄いシート状に形成されたものであるから、下流側の圧力が急激に上昇することにより変形することがある。しかし、この実施の形態によるエンジン１においては、リード弁７５の下流側の圧力が急激に上昇するときにはＥＧＲ弁７４が開く。このため、このエンジン１によれば、このときにリード弁７５の上流側にＥＧＲガスの圧力が導入されて上流側と下流側との圧力バランスをとることができ、弁体が変形するのを防止することができる。

したがって、この実施の形態によるエンジン１によれば、高負荷運転時も含めたエンジン運転域のほぼ全域において、ＥＧＲガスを吸気通路（入口通路６４）内に導いて燃費向上を図ることができるとともに、ブローバイガスを吸気通路（入口通路６４）に導いてクランク室１９を換気することができる。また、低・中負荷運転時には、高価なバルブタイミング可変機構を用いることなく、安価な吸気制御弁５４を使用して燃費を向上させることができる。
このため、この実施の形態によれば、運転域の全域にわたって燃費が向上するとともにクランク室１９内を換気できるエンジン１を低いコストで製造することができる。

また、この実施の形態によれば、ＥＧＲガスを吸気通路に導くための通路形成用の部材（リード弁７５）と、ブローバイガスを吸気通路に導くためのブローバイガス用ホース８２とを１つのベンチュリ部材４３に接続している。このため、ＥＧＲ装置７とブローバイガス還元装置８とをそれぞれ専用のベンチュリ部材に接続する構造に較べて吸気装置４の構造の簡素化を図ることができた。

この実施の形態による前記ベンチュリ９１は、ＥＧＲガス出口とブローバイガス出口とを仕切る隔壁９３，９４が設けられている。このため、この実施の形態によれば、ＥＧＲガスがＥＧＲガス出口からブローバイガス出口側に流れたり、ブローバイガスがブローバイガス出口からＥＧＲガス出口側へ流れるのを隔壁９３，９４によって防ぐことができる。したがって、例えば、エンジンの運転域が低回転高負荷運転域にある場合のように、吸気通路内の吸気負圧が相対的に小さく、かつＥＧＲガス量が相対的に多くなる場合であっても、ブローバイガス出口に作用する負圧がＥＧＲガスの流入により低減することはなく、ブローバイガス出口から吸気通路内にブローバイガスを吸引させることができる。

この実施の形態によるエンジン１は、燃料をエンジン１の運転域のほぼ全域にわたって理論空燃比で供給する構成が採られている。このため、このエンジン１によれば、高負荷運転時に燃料の空燃比をリッチ空燃比とするエンジン１に較べて燃費を低減することができる。

この実施の形態によるエンジン１は、運転状態が低負荷状態から高負荷状態に短時間で移行した場合と、低負荷状態で運転していたエンジン１が停止した場合にＥＧＲ弁７４が開く構成が採られている。このため、リード弁７５の上流側と下流側とで大きな圧力差が生じるときにＥＧＲ弁７４が開き、リード弁７５の上流側にＥＧＲガスが導入されてリード弁７５の上流側と下流側との圧力のバランスをとることができる。この結果、前記圧力差によってリード弁７５の弁体が変形するのを防ぐことができるから、逆止弁として高速応答性に優れ薄型軽量で価格が安いリード弁７５を使用することができた。

この実施の形態によるエンジン１においては、副吸気通路６２が互いに平行になる状態で２本設けられている。このため、このエンジン１によれば、副吸気通路６２（副吸気ポート３７）から流出した吸気を吸気弁３３の弁軸３３ａの両側を通して燃焼室内に送ることができる。すなわち、副吸気ポート３７から流出した吸気は、吸気弁３３の弁軸３３ａに遮られることがなく、流速が高い状態を保ちながら燃焼室Ｓ内に流入する。この結果、この実施の形態によれば、シリンダ内にさらに効果的なタンブルを発生させることができ、燃費をより一層向上させることができる。

上述した実施の形態においては、逆止弁としてリード弁７５を使用する例を示したが、逆止弁の種類は適宜変更することができる。
また、上述した実施の形態では４気筒エンジンに本発明を適用する例を示したが、本発明は、他の形式のエンジンにも適用することができる。

本発明に係る火花点火式多気筒エンジンの構成図である。 要部を拡大して示す断面図である。 吸気系の構成を示す図である。 シリンダヘッド１７の底面図である。 図２におけるベンチュリ９１部分のV−V線断面図である。 ＥＧＲ弁の開度を設定するためのマップとなるグラフである。

符号の説明

１…エンジン、４…吸気装置、６…触媒コンバータ、７…排気ガス再循環装置、８…ブローバイガス還元装置、１２…クランクケース、１７…シリンダヘッド、１９…クランク室、２１…動弁室、３１…吸気ポート、３３…吸気弁、３６…主吸気ポート、３７…副吸気ポート、４１…吸気マニホールド、４２…サージタンク、４３…ベンチュリ部材、４４…スロットル弁、５１…主吸気孔、５２…副吸気孔、５３…燃料インジェクタ、５４…吸気制御弁、６１…主吸気通路、６２…副吸気通路、６３…気筒毎の吸気通路、６４…入口通路、７４…ＥＧＲ弁、７５…リード弁、９１…ベンチュリ、９２…ガス室、８３…ＰＣＶ弁。

Claims (2)

1. スロットル弁を有する入口通路を通過した吸気を気筒毎の吸気通路に分配する吸気装置と、
   排気ガスを吸気系に排気ガス再循環弁を介して導く排気ガス再循環装置と、
   ブローバイガスを吸気系に導くブローバイガス還元装置とを備えた火花点火式多気筒エンジンにおいて、
   前記各吸気通路は、燃焼室に吸気弁を介して接続されかつその上流に吸気制御弁が設けられた主吸気通路と、この主吸気通路に沿って延在しかつ前記吸気制御弁の上流に上流端が開口し、主吸気通路における吸気弁の近傍に下流端が開口するタンブル生成用の複数の副吸気通路とから構成され、
   前記入口通路におけるスロットル弁の下流側にベンチュリを設け、このベンチュリの内壁面に前記排気ガス再循環装置の排気ガス出口と、前記ブローバイガス還元装置のブローバイガス出口とを形成し、前記排気ガス出口と前記排気ガス再循環弁との間に逆止弁を設けたことを特徴とする火花点火式多気筒エンジン。
2. 請求項１記載の火花点火式多気筒エンジンにおいて、排気ガス出口とブローバイガス出口とを仕切る隔壁をベンチュリに設けたことを特徴とする火花点火式多気筒エンジン。

Images