JP2010223173A

JP2010223173A - 排気ガス再循環装置

Info

Publication number: JP2010223173A
Application number: JP2009074115A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Tamura; 茂張田村; Toshiyuki Kawabe; 俊之河邊
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】複数気筒エンジンの各吸気ポート毎にＥＧＲガス量を精度良く供給し得る排気ガス再循環装置を提供すること。
【解決手段】複数の気筒を有する内燃機関の複数の吸気通路３２ａと、吸気通路３２ａに独立して形成された、ＥＧＲとしての排気ガスを供給する開口部３２ｄと、開口部３２ｄを開閉する開閉手段４５と、を備え、開閉手段４５により、開口部３２ｄの開口面積が全閉から全開まで制御されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス再循環装置に関し、詳しくは、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する技術に関する。

従来、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する排気ガス再循環装置として、インテークマニホルドの外部にＥＧＲ通路を配置し、ＥＧＲ通路とインテークマニホルド内の吸気通路とを開口部によって連通させ、この開口部に開閉自在にリード弁を備えたものが存在する（特許文献１参照）。

この特許文献１では、吸気行程にある気筒の吸気通路における開口部のリード弁が開くことによってＥＧＲガスが供給され、この吸気行程では他の気筒に対応するリード弁は閉じた状態を維持する。

また、多気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを個別に供給する排気ガス再循環装置として、吸気ポートが吸気枝管を介して吸気サージタンクに連結されると共に、排気管と連結するＥＧＲサージタンクのＥＧＲ枝管が吸気管に連結するものが存在する（特許文献２参照）。

この特許文献２では、吸気サージタンクが、吸気の脈動を防止すると共に、吸気を各気筒の燃焼室内に正確に分配する。また、この特許文献２では、ＥＧＲサージタンクがＥＧＲガスの脈動を防止すると共に、ＥＧＲガスを各気筒の燃焼室内に分配する。

特開平５‐３１２１１２号公報特開２０００‐１４５５４８号公報

特許文献１に記載される構成では、エンジンの吸気ポートに接続するインテークマニホルドにＥＧＲガスを供給する。このため、各気筒に供給するＥＧＲガスの均等化を容易に実現できる。しかし、この構成ではエンジン排気時の圧力変動が脈動となってＥＧＲガスの圧力に影響するため、ＥＧＲガスの供給量が不均一になることがある。しかも、リード弁を吸気通路の内部に設けるので、このリード弁の取り付けが困難となりやすい。

また、特許文献２に記載される構成では、ＥＧＲサージタンクを備えているためエンジン排気時の脈動がＥＧＲガスに影響し難いという良好な面を有する。しかし、ＥＧＲサージタンクと吸気タンクとを有するため、吸気系が大型化しやすい。

特に、この特許文献２に記載されるように、吸気ポートに対して吸気サージタンクからの吸気と、ＥＧＲサージタンクからのＥＧＲガスとが直接的に供給されるものでは、吸気速度が低下しやすい。例えば、吸気菅内に横渦流制御バルブまたは縦渦流制御バルブを備えたエンジンのように、燃焼室内に横渦流または縦渦流を発生させるものでは、必要とする横渦流または縦渦流の強度が得られず燃焼速度が低下するため燃焼効率が悪化する。

本発明の目的は、複数気筒エンジンの複数の吸気ポート毎にＥＧＲガス量を精度良く供給し得る排気ガス再循環装置を提供することである。

上記課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、複数の気筒を有する内燃機関の複数の吸気通路と、前記吸気通路に独立して形成された、ＥＧＲとしての排気ガスを供給する開口部と、前記開口部を開閉する開閉手段と、を備え、前記開閉手段により、前記開口部の開口面積が全閉から開口部の開口面積と同一の開口状態まで制御されることである。

第２の技術的手段は、前記開閉手段は回転運動により開閉する回転弁であることである。

第３の技術的手段は、前記開閉手段の内部に、排気ガスを前記開口部に分配する分配通路を有していることである。

第４の技術的手段は、前記開閉手段は、前記気筒の吸気行程時に開制御することである。

本発明によれば、ＥＧＲとしての排気ガスを吸気通路に供給する開口部の開口面積を制御することにより、内燃機関の気筒毎に供給する排気ガス量を調整できる。したがって、内燃機関の運転状態に応じて、気筒毎の燃焼状態を精度良く制御できる。

また、開閉手段として回転運動により開閉する回転弁とすることにより、装置の大型化を抑制することができる。

また、開閉手段の内部に、排気ガスを前記開口部に分配する分配通路を有することにより、排ガス通路を内包することができる。したがって、ＥＧＲ通路を外部に設ける必要がなく装置の小型化ができる。

また、気筒の吸気行程時にのみ開制御するため、ＥＧＲが不要時には全閉状態とすることができる。したがって、気筒間の吸気通路が連通することなく、吸気脈動の低下を抑制することができる。

本発明に係るエンジンの構成を示す図である。図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。第２実施形態の図２に相当する断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、シリンダブロックに４つのシリンダボアが形成された４気筒型、４ストロークエンジンに排気ガス再循環（ＥＧＲ：ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎの略）装置を適用したものを示す。

〔第１の実施形態〕
図１に示すように、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース（図示せず）夫々を上下に重ね合わせて連結すると共に、シリンダブロック２のシリンダボアに摺動自在に収容したピストン３と、クランクケース（図示せず）に回転自在に支持したクランク軸（図示せず）とをコネクティングロッド４で連結して車輌用のエンジンＥが構成されている。

シリンダヘッド１の１つの燃焼室Ａには、吸気バルブ５と、排気バルブ６と、点火プラグ７とを備えている。吸気バルブ５は、クランク軸と同期回転する吸気用カム軸８に備えたカム８ａによって開閉タイミングが制御される。排気バルブ６は、クランク軸と同期回転する排気用カム軸９に備えたカム９ａによって開閉タイミングが制御される。

尚、本発明は、４気筒エンジンに限るものではなく５気筒以上のエンジンや４気筒未満のエンジン等複数気筒エンジンに適用できる。

シリンダヘッド１の一方の側面には、１つの燃焼室Ａに対応して吸気ポート１１が形成され、他方の側面には排気ポート１２が形成されている。また、シリンダヘッド１において吸気ポート１１から燃焼室に連通する吸引路に燃料噴射ノズル１３を備えている。

このエンジンでは、エアクリーナ（図示せず）から吸引された外気を吸気管２１に送り、この吸気管２１に配置されたスロットル弁（図示せず）で流量を制御し、吸気タンク３１に供給する吸気系を備えている。

吸気系とシリンダヘッド１の吸気ポート１１との間には、排気ガス分配装置３０が介装されている。

図１、図２に示すように、排気ガス分配装置３０は、ハウジング３２と、シリンダヘッド１の吸気ポート１１に対応した４つの通路３２ａと、排気ガスを導入する導入ポート３２ｂと、導入された排気ガスを貯留し通路３２ａに分配する分配室３２ｃと、通路３２ａと分配室３２ｃとの間に回転自在に配設されたロータリバルブ４５と、ロータリバルブ４５を回転駆動するアクチュエータ４５ａと、から構成されている。

ロータリバルブ４５は円柱状をなし、その軸方向と直交する方向にはハウジング３２の４つの通路３２ａと対応する位置に貫通孔４５ｂが４箇所形成されている。貫通孔４５ｂはハウジング３２に形成されたポート３２ｄ、３２ｅを介して、通路３２ａと分配室３２ｃとを接続している。

ロータリバルブ４５の一端は、ハウジング３２に締結部品（図示せず）により固定されたアクチュエータ４５ａに固着されており、アクチュエータ４５ａは制御装置（図示せず）からの信号によりロータリバルブ４５を回動して貫通孔４５ｂとハウジング３２に形成されたポート３２ｄ、３２ｅとの開口面積が調節される。ここで、図１は全開の状態、図３は略半開の状態、図４は全閉の状態を示している。この開度は角度センサ（図示せず）で計測して制御装置にフィードバックされる。

また、このエンジンでは、排気ポート１２に接続した排気マニホルド４１から排気ガスを送り出し、触媒型の排気ガス浄化装置（図示せず）を介して外部に送り出す排気系を備えている。そして、排気マニホルド４１を通過する排気ガスの一部を還元管４４に送り、導入ポート３２ｂ供給する再循環系を備えている。

尚、本実施形態の図２では、４つの貫通孔４５ｂがすべて同一の方向（ロータリバルブ４５の径方向）に形成されているが、例えば直列４気筒エンジンにおいては、１気筒目の貫通孔４５ｂ及び３気筒目の貫通孔４５ｂと２気筒目の貫通孔４５ｂ及び４気筒目の貫通孔４５ｂとで、ロータリバルブ４５の周方向に４５度位相をずらして貫通孔４５ｂを形成してもよい。通常各気筒は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の順に行われ、直列４気筒エンジンにおいては、１気筒目、３気筒目、４気筒目、２気筒目の順に吸気行程が実施される。また、ある気筒の吸気行程時の隣り合う気筒は、排気行程または爆発行程となる。このように貫通孔４５ｂの位相を４５度ずらし、各気筒の吸気行程時のみ排気ガスを通路３２ａに供給すれば、吸気行程時の気筒と隣り合った排気行程または爆発行程時の気筒とは連通しないため、吸気行程時の吸気脈動の低下を抑制できる。

また、本実施形態では、導入ポート３２ｂが２気筒目の貫通孔４５ｂと３気筒目の貫通孔４５ｂとの間の位置に設けられている。そのため導入ポート３２ｂから導入される排気ガスは、導入ポート３２ｂからの距離が長い１気筒目の貫通孔４５ｂ及び４気筒目の貫通孔４５ｂよりも、導入ポート３２ｂからの距離が短い２気筒目の貫通孔４５ｂ及び３気筒目の貫通孔４５ｂに多く流れる。従って、２気筒目の貫通孔４５ｂ及び３気筒目の貫通孔４５ｂの孔径よりも１気筒目の貫通孔４５ｂ及び４気筒目の貫通孔４５ｂの孔径を大きくすることにより、４つの貫通孔４５ｂに同じ量の排気ガスを流すことができ、排気ガスの供給量を最適化できる。

排気ガス分配装置３０は、排気マニホルド４１に送られる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、このＥＧＲガスを還元管４４、導入ポート３２ｂ、分配室３２ｃ、ポート３２ｅ、ロータリバルブ４５の貫通孔４５ｂ、ポート３２ｄを介して吸気ポート１１に供給し、吸気と共に燃焼室Ａに供給する循環系を備えている。

エンジンの稼働時には、吸気管２１からの吸気が吸気タンク３１に送られる。この吸気量はスロットル弁の開度によって決まる。また、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして還元管４４から吸気ポート１１に送られる。この還元量はロータリバルブ４５の開度によって決まる。特に、還元管４４から分配室３２ｃに送られるＥＧＲガスの圧力は脈動するものであるが、分配室３２ｃが脈動を吸収し、どのような吸気タイミングにおいても、ロータリバルブ４５の開度によって、決まった量のＥＧＲガスを吸気ポート１１に送り出すことができる。

この排気ガス分配装置３０では、ピストン３の吸気作動に伴い、その吸気ポート１１に接続する供給管３４から吸気タンク３１の内部空間に負圧が作用する。この負圧の作用により吸気タンク３１の吸気が供給管３４から吸気ポート１１に引き込まれる。これと同時に、負圧の作用によりＥＧＲガスが通路３２ａに引き込まれ、吸気の流れと共に通路３２ａから吸気ポート１１に引き込まれる。

以上のように、本実施形態によれば、エンジンＥの運転状態に応じて、ロータリバルブ４５の開度を制御しＥＧＲガスを調整できるので、気筒毎の燃焼状態を精度良く制御することができる。その結果、排気ガスに含まれるＮＯｘを効果的に低減したり、燃費を向上したりすることができる。

また、ＥＧＲガスが不要なエンジンＥの運転状態においては、ロータリバルブ４５の開度を全閉にすることができるので、気筒間の吸気通路が連通することなく、吸気速度の低下を抑制することができる。その結果、吸気を効果的に燃焼室Ａ内に吸引し燃焼状態を好適にすることができる。

〔第２の実施形態〕
本実施形態においては、排気ガス分配装置６０が第１の実施形態とは異なり他の構成は同一であるので、重複する部分については同一の付番を付けて説明を省略する。

本実施形態の排気ガス分配装置６０は、図５に示すように、シリンダヘッド１の吸気ポート１１に対応した４つの通路３２ａを有するハウジング６２と、ハウジング６２の内部に回転自在に保持されている中空の円柱状をなすロータリバルブ５５と、ハウジング６２に締結部品（図示せず）により固定されたアクチュエータ４５ａと、で構成されている。

ロータリバルブ５５の一端はアクチュエータ４５ａに固着されており、他端には排気ガスを導入する導入ポート６２ｂと連通する小穴５５ｃが開口している。ロータリバルブ５５の中空部６２ｃは、導入された排気ガスを貯留し通路３２ａに分配する第一の実施例の分配室３２ｃとしての役目をする。

ロータリバルブ５５は、その軸方向と直交する方向にはハウジング６２の４つの通路３２ａと対応する位置に貫通孔５５ｂが４箇所形成されている。貫通孔５５ｂはハウジング６２に形成されたポート６２ｄを介して、通路３２ａと中空部６２ｃとを接続している。

アクチュエータ４５ａは制御装置からの信号によりロータリバルブ５５を回動して、貫通孔５５ｂとハウジング３２に形成されたポート６２ｄとの開口面積が調節される。

尚、本実施形態によれば、ロータリバルブ５５の内部をＥＧＲガスが流れるようにしたので、第１の実施形態の奏する効果に加え、さらに装置の小型化ができる。

また、本実施形態でも第１の実施形態で述べたように、例えば直列４気筒エンジンにおいては、１気筒目の貫通孔５５ｂ及び３気筒目の貫通孔５５ｂと２気筒目の貫通孔５５ｂ及び４気筒目の貫通孔５５ｂとで、ロータリバルブ５５の周方向に位相を４５度ずらして貫通孔５５ｂを形成してもよい。

更に、本実施形態では、導入ポート６２ｂが１気筒目の貫通孔５５ｂよりも図５において左側の位置に設けられている。そのため、導入ポート６２ｂからの距離が一番短い１気筒目の貫通孔５５ｂよりも導入ポート６２ｂからの距離が一番長い４気筒目の貫通孔５５ｂにいくにつれ、徐々に貫通孔５５ｂの孔径を大きくするとよい。

１１・・・吸気ポート（吸気通路）
１２・・・排気ポート
１３・・・燃料噴射ノズル
２１・・・吸気管
３０、６０・・・排気ガス分配装置
３１・・・吸気タンク
３２、６２・・・ハウジング
３２ａ・・・通路（吸気通路）
３２ｂ、６２ｂ・・・導入ポート
３２ｃ・・・分配室
３２ｄ、６２ｄ・・・ポート（開口部）
３４・・・供給管（吸気通路）
４１・・・排気マニホルド
４４・・・還元管
４５、５５・・・ロータリバルブ（開閉手段）
４５ａ・・・アクチュエータ（開閉手段）
４５ｂ、５５ｂ・・・貫通孔（開閉手段）
６２ｃ・・・中空部（分配通路）
Ａ・・・燃焼室
Ｅ・・・エンジン

Claims

複数の気筒を有する内燃機関の複数の吸気通路と、
前記吸気通路に独立して形成された、ＥＧＲとしての排気ガスを供給する開口部と、
前記開口部を開閉する開閉手段と、を備え、
前記開閉手段により、前記開口部の開口面積が全閉から開口部の開口面積と同一の開口状態まで制御されることを特徴とする排気ガス再循環装置。
請求項1において、
前記開閉手段は回転運動により開閉する回転弁であることを特徴とする排気ガス再循環装置。
請求項1または２において、
前記開閉手段の内部に、排気ガスを前記開口部に分配する分配通路を有していることを特徴とする排気ガス再循環装置。
請求項１乃至３の何れか一項において、
前記開閉手段は、前記気筒の吸気行程時にのみ開制御することを特徴とする排気ガス再循環装置。