JP2011226335A - Exhaust reflux device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
内燃機関のNOx排出量の低減やポンプ損失の低減のために、排気の一部をEGRガスとして吸気に戻す技術が有効であるが、EGRガス量を増大させると燃料が良好に燃焼しなくなりPM排出量が増大するという背反があるため、EGR率をある程度以上高めることができないという問題がある。これに対し、燃焼室内でEGRガスと空気を成層化させることによって、燃焼悪化させることなくEGR率を高めることを図る技術が提案されている。 In order to reduce NOx emissions and pump loss of an internal combustion engine, a technique for returning a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake air is effective. However, if the EGR gas amount is increased, the fuel does not burn well and PM There is a trade-off that the amount of emissions increases, and there is a problem that the EGR rate cannot be increased to some extent. On the other hand, a technique has been proposed in which EGR gas and air are stratified in the combustion chamber to increase the EGR rate without deteriorating combustion.
例えば特許文献1には、1気筒当たり2つの吸気ポートを備え、2つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートのみにEGRガスを供給し、EGRガスが供給される吸気ポートを、燃焼室内に流入するガスが燃焼室の外周に沿って旋回するように配置及び構成し、EGRガスが供給されない吸気ポートを、燃焼室内に流入するガスが燃焼室の中央部を旋回するように配置及び構成することにより、燃焼室の中央部に空気層を形成し、空気層の外周を囲むようにEGRガス層を形成し、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化する技術が記載されている。
For example, in
上記特許文献1に記載の技術においては、EGRガス層はスワール流により主に燃焼室の内壁面の近傍に形成され、空気層は燃焼室の中心軸線の近傍に形成されるため、燃焼室の中心軸線近傍の特にピストン頂面に近い燃焼室の下側の領域にも空気層が形成されるが、この領域にEGRガス層を形成しても燃料の燃焼へ与える影響は小さい。従って、この燃焼室下方のピストン頂面近傍の領域にもEGRガス層を形成することができれば、燃焼悪化を抑制しつつ更なるEGR率を高めることができると考えられる。
In the technique described in
本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化させる内燃機関の排気還流装置において、燃焼悪化を抑制しつつEGR率をより高めることを可能にする技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and enables an EGR rate to be further increased while suppressing deterioration of combustion in an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that stratifies EGR gas and air in a combustion chamber. The purpose is to provide technology.
この目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、
内燃機関の排気の一部をEGRガスとして吸気系に還流させるEGR装置を備えた内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関は、気筒内に同じ向きのタンブル流を形成可能な2つの吸気ポートを備え、
前記2つの吸気ポートは、気筒中心軸線に平行な同一の仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、
前記2つの吸気ポートが接続される気筒上部に設けられる2つの開口部は、吸気の流れの方向で上流側から見た場合に、前記2つの吸気ポートのうち上側に配置される吸気ポートが接続される開口部の方が、前記2つの吸気ポートのうち下側に配置される吸気ポート
が接続される開口部よりも、遠くに設けられ、
前記EGR装置は、前記上側に配置される吸気ポートにEGRガスを還流させることを特徴とする。
In order to achieve this object, an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention comprises:
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device for recirculating a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to an intake system,
The internal combustion engine includes two intake ports that can form a tumble flow in the same direction in the cylinder,
The two intake ports are arranged in parallel in the vertical direction along the same virtual plane parallel to the cylinder central axis.
The two openings provided in the upper part of the cylinder to which the two intake ports are connected are connected to the intake port disposed on the upper side of the two intake ports when viewed from the upstream side in the direction of intake air flow. The opening to be provided is provided farther than the opening to which the intake port disposed on the lower side of the two intake ports is connected,
The EGR device recirculates EGR gas to an intake port arranged on the upper side.
上側の吸気ポートが接続される開口部の方が下側の吸気ポートが接続される開口部よりも吸気の流れの方向で上流側から見た場合に遠くに設けられているため、下側の吸気ポートから気筒内に流入するガスにより形成されるタンブル流は、上側の吸気ポートから気筒内に流入するガスにより形成されるタンブル流の内側に形成される。これにより、下側の吸気ポートから気筒内に流入したガスは気筒中心軸付近で旋回し、上側の吸気ポートから気筒内に流入したガスはその外側で旋回する。その結果、気筒内のガス分布は、気筒内中央部上方の領域に下側の吸気ポートから気筒内に流入したガスが滞留して局在し、その周囲及び下方の領域である気筒内壁面付近及びピストン頂面付近に上側の吸気ポートから気筒内に流入したガスが滞留して局在する成層ガス分布となる。 The opening to which the upper intake port is connected is provided farther when viewed from the upstream side in the direction of the intake air flow than the opening to which the lower intake port is connected. The tumble flow formed by the gas flowing from the intake port into the cylinder is formed inside the tumble flow formed by the gas flowing from the upper intake port into the cylinder. As a result, the gas flowing into the cylinder from the lower intake port turns around the cylinder center axis, and the gas flowing into the cylinder from the upper intake port turns outside the cylinder. As a result, the gas distribution in the cylinder is localized in the area above the center of the cylinder where the gas flowing into the cylinder from the lower intake port stays and is located in the area around and below the cylinder inner wall. In addition, the gas flowing into the cylinder from the upper intake port stays in the vicinity of the top surface of the piston and becomes a stratified gas distribution localized.
本発明の構成では、上側の吸気ポートにのみEGRガスが還流するため、気筒内のガス分布は、気筒内中央部上方の領域に空気又は空気と燃料の混合気が局在し、気筒内壁面付近及びピストン頂面付近にEGRガスが局在する成層ガス分布となる。点火プラグは気筒上部中央部(気筒中心軸線付近)に設けられるので、点火プラグ周辺に空気又は可燃混合気の層が形成され、それを包み込むようにEGRガスの層が形成される。従って、気筒内壁面付近だけでなく、燃焼性に影響しにくい気筒内下方のピストン頂面付近にもEGRガスの層を形成することができるので、燃焼悪化を抑制しつつ、より多くのEGRガスを還流させることが可能になる。 In the configuration of the present invention, since the EGR gas recirculates only to the upper intake port, the gas distribution in the cylinder is such that air or a mixture of air and fuel is localized in the region above the center of the cylinder, and the inner wall surface of the cylinder The stratified gas distribution is such that the EGR gas is localized near the piston top surface. Since the spark plug is provided in the upper center part of the cylinder (near the cylinder center axis), a layer of air or a combustible mixture is formed around the spark plug, and an EGR gas layer is formed so as to enclose it. Accordingly, the EGR gas layer can be formed not only in the vicinity of the cylinder inner wall surface but also in the vicinity of the piston top surface below the cylinder that does not easily affect the combustibility, so that more EGR gas can be suppressed while suppressing the deterioration of combustion. Can be refluxed.
本発明において、前記下側の吸気ポートに燃料を噴射する第1の燃料噴射弁を備えても良い。 In the present invention, a first fuel injection valve that injects fuel into the lower intake port may be provided.
この構成では、気筒内壁面付近及び気筒下方のピストン頂面付近に形成されるEGRガスの層に燃料が混入することを抑制できるので、未燃成分の排出を抑制できる。 In this configuration, since it is possible to suppress the fuel from being mixed into the EGR gas layer formed near the inner wall surface of the cylinder and near the piston top surface below the cylinder, the discharge of unburned components can be suppressed.
本発明において、前記上側の吸気ポートに燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、
前記EGR装置によってEGRガスの還流を行なう運転条件において、前記第1の燃料噴射弁のみによって燃料噴射を行ない、前記第2の燃料噴射弁による燃料噴射を行なわないように前記第1の燃料噴射弁及び前記第2の燃料噴射弁を制御する制御手段と、を備えても良い。
In the present invention, a second fuel injection valve that injects fuel into the upper intake port;
The first fuel injection valve is configured such that fuel is injected only by the first fuel injection valve and fuel injection by the second fuel injection valve is not performed under an operating condition in which EGR gas is recirculated by the EGR device. And control means for controlling the second fuel injection valve.
この構成においても、気筒内壁面付近及び気筒下方のピストン頂面付近に形成されるEGRガスの層に燃料が混入することを抑制できるので、未燃成分の排出を抑制できる。EGRガスの還流を行なわない運転条件では、第2の燃料噴射弁による燃料噴射を行なうようにしても良い。 Also in this configuration, since it is possible to suppress the fuel from being mixed into the EGR gas layer formed near the cylinder inner wall surface and near the piston top surface below the cylinder, it is possible to suppress the discharge of unburned components. Under an operating condition in which the EGR gas is not recirculated, fuel injection by the second fuel injection valve may be performed.
本発明において、前記上側の吸気ポートの少なくとも前記開口部との接続部近傍の所定区間の内部を上下方向に区画し上側通路及び下側通路を形成する隔壁と、
前記上側の吸気ポートの前記隔壁より上流側から前記下側通路へのガスの流入を遮断することができる遮断手段と、
前記EGR装置によってEGRガスの還流を行なう運転条件において、前記下側通路へのガスの流入を遮断するように前記遮断手段を制御する第2の制御手段と、を備えても良い。
In the present invention, a partition that divides the interior of a predetermined section in the vicinity of the connection portion with at least the opening of the upper intake port in the vertical direction to form an upper passage and a lower passage,
A blocking means capable of blocking gas inflow from the upstream side of the partition wall of the upper intake port to the lower passage;
A second control unit that controls the blocking unit so as to block the inflow of the gas to the lower passage under an operating condition in which the EGR gas is recirculated by the EGR device;
この構成では、上側の吸気ポートの上側通路のみから気筒内にEGRガスが流入するので、EGRガスのタンブル流は、下側の吸気ポートから気筒内に流入するガスのタンブル
流のより外側を旋回する。よって、上側の吸気ポートから流入するEGRガスと下側の吸気ポートから流入する空気又は混合気との混合をより確実に回避することができ、気筒内中央部上方の空気又は混合気の層と、気筒内壁面付近及び気筒下方ピストン頂面付近のEGRガスの層とがより確実に成層化されるようになる。従って、燃焼の悪化をより確実に抑制しつつ、EGR率を高めることが可能になる。
In this configuration, since the EGR gas flows into the cylinder only from the upper passage of the upper intake port, the tumble flow of the EGR gas swirls outside the tumble flow of the gas flowing into the cylinder from the lower intake port. To do. Therefore, mixing of the EGR gas flowing in from the upper intake port and the air or air-fuel mixture flowing in from the lower air intake port can be avoided more reliably, and the air or air-fuel mixture layer above the center in the cylinder Thus, the EGR gas layer near the inner wall surface of the cylinder and the top surface of the piston below the cylinder is more reliably stratified. Accordingly, it is possible to increase the EGR rate while more reliably suppressing the deterioration of combustion.
本発明において、前記2つの吸気ポートが接続される2つの開口部は、前記内燃機関のクランクシャフトに垂直な平面に沿って配置することができる。この場合、吸気ポートにおける吸気の流れの方向と吸気マニホールド等の吸気系側から吸気ポートへの吸気の流れの方向を平行にすることができるので、吸気ポートと吸気マニホールドとの接続が簡単になる。 In the present invention, the two openings to which the two intake ports are connected can be arranged along a plane perpendicular to the crankshaft of the internal combustion engine. In this case, since the direction of the intake air flow in the intake port and the direction of the intake air flow from the intake system side such as the intake manifold to the intake port can be made parallel, the connection between the intake port and the intake manifold is simplified. .
本発明において、前記2つの吸気ポートが接続される2つの開口部は、前記内燃機関のクランクシャフトに平行な平面に沿って配置することができる。この場合、2つの吸気ポートの配列を気筒配列を平行にすることができるので、既存の内燃機関における動弁機構を利用することができる。 In the present invention, the two openings to which the two intake ports are connected can be arranged along a plane parallel to the crankshaft of the internal combustion engine. In this case, since the arrangement of the two intake ports can be made parallel to the cylinder arrangement, a valve mechanism in an existing internal combustion engine can be used.
本発明によれば、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化させる内燃機関の排気還流装置において、燃焼悪化を抑制しつつEGR率をより高めることが可能になる。 According to the present invention, in an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine that stratifies EGR gas and air in a combustion chamber, it is possible to further increase the EGR rate while suppressing deterioration of combustion.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
(実施例1)
図1は本発明の第1の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示すよ
うに、内燃機関1は4つの気筒2を備えた直列4気筒エンジンであり、気筒配列の方向に沿って図示しないクランクシャフト11が備わる。紙面左側は図示しない吸気マニホールドが備わる吸気側を表し、紙面右側は図示しない排気マニホールドが備わる排気側を表す。
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
各気筒2の上部にクランクシャフト11に垂直な仮想平面(気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面)に沿って設けられる2つの開口部5A,5Bには、気筒内の燃焼室に連通する2つの吸気ポート3A,3Bが接続され、各気筒2の上部にクランクシャフト11及び気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って設けられる2つの開口部6A,6Bには、気筒内の燃焼室に連通する2つの排気ポート4A,4Bが接続される。
Two
吸気ポート3A,3Bはともに紙面左側の吸気系に備わる吸気マニホールドに接続され、排気ポート4A,4Bはともに紙面右側の排気系に備わる排気マニホールドに接続される。図1に示すように、吸気側すなわち吸気の流れの方向で上流側から見た場合に、吸気ポート3Aが接続される開口部5Aの方が、吸気ポート3Bが接続される開口部5Bよりも、遠くに設けられている。他の3つの気筒についても同様の構成である。
The
図2は本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図であり、図1のAA断面を示す図である。図2では図面が煩雑になることを避けるために排気ポート4A,4Bについては図示を省略した。図2に示すように、気筒2内にはピストン16が上下に摺動可能に挿入され、ピストン16の頂面と気筒2の内壁面とにより燃焼室20が区画される。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment, and is a diagram showing an AA cross section of FIG. In FIG. 2, the
図2に示すように、本実施例の吸気ポート3A,3Bは、気筒2の中心軸線Cを含む同一の仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、燃焼室20内に同じ向きのタンブル流を形成することが可能な形状に構成されている。上記のように、開口部5Aの方が開口部5Bよりも吸気の流れ方向で上流側から見た場合に遠くに配置されているため、下側の吸気ポート3Bから流入するガスにより形成されるタンブル流FBは、上側の吸気ポート3Aから流入するガスにより形成されるタンブル流FAの内側に形成される。
As shown in FIG. 2, the
これにより、下側の吸気ポート3Bから燃焼室20内に流入したガス気筒中心軸C付近で旋回し、上側の吸気ポート3Aから燃焼室20内に流入したガスはその外側で旋回する。その結果、燃焼室20内のガス分布は、図2に示すように、燃焼室20の中央部上方の領域に下側の吸気ポート3Bから流入したガスGBが滞留して局在し、その周囲及び下方の領域である燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近に上側の吸気ポート3Aから流入したガスGAが滞留して局在する成層ガス分布となる。
As a result, the gas cylinder swirls around the central axis C of the gas cylinder flowing into the
図3は本実施例に係る内燃機関の燃焼室内に形成されるガス分布を示す図であり、図2のBB断面を示す図である。図3に示すように、気筒中心軸線Cの近傍に下側の吸気ポート3Bから流入したガスGBの層が形成され、その外側の燃焼室20内壁面付近に上側の吸気ポート3Aから流入したガスGAの層が形成された成層ガス分布となっている。
FIG. 3 is a view showing a gas distribution formed in the combustion chamber of the internal combustion engine according to this embodiment, and is a view showing a BB cross section of FIG. As shown in FIG. 3, a layer of gas GB flowing from the
図4は本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図であり、図1のAA断面を示す図である。燃焼室20の上部に開口した開口部5Aは吸気バルブ8Aにより開閉され、開口部5Bは吸気バルブ8Bにより開閉される。また、燃焼室20の上部の中心軸線付近に燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ14が備わる。内燃機関1の排気の一部をEGRガスとして還流させるEGR通路17が上側の吸気ポート3Aに接続されている。EGR通路17にはEGR通路17を開閉するEGR弁18が設けられる。上側の吸気ポート3AにおけるEGR通路17の接続箇所より上流側には、吸気通路から上側の吸気ポート3Aへの空気の流入を制御する制御弁19が設けられる。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment, and is a diagram showing an AA cross section of FIG. The
また、下側の吸気ポート3Bに燃料を噴射する燃料噴射弁7Bが設けられる。EGR弁18、制御弁19、燃料噴射弁7B及び点火プラグ14の動作はECU15により制御される。ECU15は内燃機関1の動作を制御するコンピュータであり、図示しない各種センサにより回転数や負荷等の内燃機関1の運転状態を取得し、これに基づいて燃料噴射弁7Bや点火プラグ14その他各種機器の動作を制御する。
Further, a
これにより、EGR弁18を開弁した場合には、EGRガスは上側の吸気ポート3Aのみから燃焼室20に流入し、燃料と空気の混合気は下側の吸気ポート3Bのみから燃焼室20に流入する。従って、図4に示すように、燃焼室20内のガス分布は、燃焼室20の中央部上方の領域に下側の吸気ポート3Bから流入した混合気の層Gmが形成され、その周囲及び下方の領域である燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近に上側の吸気ポート3Aから流入したEGRガスの層Geが形成される成層ガス分布となる。
Thus, when the
また、EGR弁18を開弁し、且つ、制御弁19を閉弁した場合には、上側の吸気ポート3Aには吸気通路から空気が流入しなくなるので、上側の吸気ポート3Aから燃焼室20に流入するガスはEGRガスのみとすることもできる。この場合、燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近にはEGRガスのみから構成されるガス層が形成される。
Further, when the
なお、図11に示すように、EGR通路17から上側の吸気ポート3AへEGRガスを流入させるか、吸気通路から上側の吸気ポート3Aへ空気を流入させるか、のいずれかの流路に選択的に切り換え可能な切替弁21を設けて、EGR通路17から上側の吸気ポート3AへEGRガスが流入するように切替弁21を制御するこによっても、同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 11, either EGR gas is allowed to flow from the
また、EGRガスの還流を行わない運転条件では、EGR弁18を閉弁するか、又は吸気通路から上側の吸気ポート3Aへ空気を流入させる流路が選択されるように切替弁21を制御すれば良い。
Further, under the operating condition in which the EGR gas is not recirculated, the switching
これにより、点火プラグ14の周囲に可燃混合気を集中させて局在させることができるので、多量のEGRガスを還流させても燃焼悪化を抑制できる。気筒中心軸C付近であっても燃焼室下方のピストン16頂面付近であれば、EGRガスの層が形成されても燃焼は悪化しにくい。
As a result, the combustible air-fuel mixture can be concentrated and localized around the
本実施例の構成によれば、混合気の層Gmの周囲の燃焼室20の内壁面付近のみならず、燃焼室20下方のピストン16頂面付近にもEGRガスの層Geを形成することができるので、燃焼悪化を抑制しつつより多くのEGRガスを還流させることができ、EGR率をより一層高めることが可能になる。また、燃料が下側の吸気ポート3Bにのみ供給されるので、燃料がEGRガスの層Geに存在しない。従って未燃成分の排出を抑制することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the EGR gas layer Ge can be formed not only near the inner wall surface of the
(実施例2)
図5は本発明の第2の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。以下、実施例1との相違点を中心に説明する。図5に示すように、本実施例の内燃機関1では、吸気ポート3C,3Dが接続される開口部5C,5Dは実施例1の開口部5A,5Bと同様クランクシャフト11に垂直で気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って設けられるが、排気ポート4C,4Dが接続される開口部6C,6Dは実施例1の開口部6A,6Bと異なりクランクシャフト11に垂直で気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って設けられる(開口部5C,5Dが沿っている仮想平面とは異なる)。
(Example 2)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the difference from the first embodiment will be mainly described. As shown in FIG. 5, in the
吸気側すなわち吸気の流れの方向で上流側から見た場合に、吸気ポート3Cが接続され
る開口部5Cの方が、吸気ポート3Dが接続される開口部5Dよりも、遠くに設けられている。他の3つの気筒についても同様の構成である。
The opening 5C to which the
図6は本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図であり、図5のCC断面を示す図である。図6では図面が煩雑になることを避けるために排気ポート4C,4Dについては図示を省略した。本実施例では、開口部5Cは吸気バルブ8Cにより開閉され、開口部5Dは吸気バルブ8Dにより開閉される。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment, and is a diagram showing a CC cross section of FIG. In FIG. 6, the
実施例1と同様、吸気ポート3C,3Dは気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、同一方向のタンブル流を形成することが可能な形状に構成されており、上側の吸気ポート3Cが接続される開口部5Cは下側の吸気ポート3Dが接続される開口部5Dよりも吸気の流れ方向で上流側から見た場合に遠くに配置されているため、上側の吸気ポート3Cから流入するガスは燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近に局在し、下側の吸気ポート3Dから流入するガスは燃焼室20の中央部上方の点火プラグ14付近に局在する。
As in the first embodiment, the
本実施例では、実施例1と同様、上側の吸気ポート3CにのみEGR通路17が接続され、EGRガスは上側の吸気ポート3Cのみを介して燃焼室20に流入する。EGR通路17にはEGR通路17から上側の吸気ポート3Cに流入するEGRガスの流量を調整するEGR弁18が設けられる。また、上側の吸気ポート3AにおけるEGR通路17の接続箇所より上流側には、吸気通路から上側の吸気ポート3Aへの空気の流入を制御する制御弁19が設けられる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, the
なお、本実施例においても、図12に示すように、EGR通路17から上側の吸気ポート3CへEGRガスを流入させるか、吸気通路から上側の吸気ポート3Cへ空気を流入させるか、のいずれかの流路に選択的に切り換え可能な切替弁22を備えた構成とすることもできる。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 12, either the EGR gas is allowed to flow from the
本実施例では上側の吸気ポート3C及び下側の吸気ポート3Dの両方に燃料噴射弁が設けられる(燃料噴射弁7C,7D)。そして、ECU15により、EGRガスの還流を行なわない運転条件ではEGR弁18を閉弁し、燃料噴射弁7C、7D両方によって燃料噴射を行なう。図12に示す切替弁22を備えた構成の場合には、EGRガスの還流を行わない運転条件では、吸気通路から上側の吸気ポート3Cへ空気を流入させる流路が選択されるように切替弁22を制御すれば良い。
In this embodiment, fuel injection valves are provided in both the
一方、EGRガスの還流を行なう運転条件ではEGR弁18を開弁して上側の吸気ポート3CにEGRガスを還流させると共に、燃料噴射弁7Dのみによって燃料噴射を行ない、燃料噴射弁7Cによる燃料噴射を行なわないように制御が行なわれる。図12に示す切替弁22を備えた構成の場合には、EGRガスの還流を行う運転条件では、EGR通路17から上側の吸気ポート3CへEGRガスを流入させる流路が選択されるように切替弁22を制御すれば良い。この場合、上側の吸気ポート3Cから燃焼室20へEGRガスのみを流入させることができる。この制御を行なうECU15が本発明における制御手段として機能する。燃料噴射弁7Dは本発明の第1の燃料噴射弁として機能し、燃料噴射弁7Cは本発明の第2の燃料噴射弁として機能する。
On the other hand, under the operating conditions for recirculating EGR gas, the
ECU15がこのような制御を行なうことにより、2つの吸気ポート3C、3Dの両方に燃料噴射弁が備わる構成においても、燃焼室20内に形成される成層ガス分布におけるEGRガスの層Geに燃料が混入することを抑制できるので、未燃成分の排出を抑制できる。
By performing such control by the
そして、燃焼室20の中央部上方の点火プラグ14の周辺に燃料と空気の混合気の層Gmを形成し、その周囲及び下方の燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近に燃料を含まないEGRガスの層Geを形成することができるので、EGRガスの還流量を増大させても燃焼悪化を抑制できる。よって、燃焼悪化を抑制しつつEGR率を高めることが可能になる。
Then, a fuel / air mixture layer Gm is formed around the
(実施例3)
図7は本発明の第3の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。以下、実施例1及び2との相違点を中心に説明する。図7に示すように、本実施例の内燃機関1では、下側の吸気ポート3D、2つの排気ポート4C,4D、これらが接続される燃焼室20の上部に設けられる開口部5D,6C及び6Dは、実施例2と同様である。
(Example 3)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, the difference from the first and second embodiments will be mainly described. As shown in FIG. 7, in the
本実施例と実施例2との相違点は、開口部5Cに接続される上側の吸気ポート3C1である。図7に示すように、本実施例では、上側の吸気ポート3C1の上流側の区間が、下側の吸気ポート3Dと同一の仮想平面(気筒2の中心軸線Cに平行でクランクシャフト11に垂直な仮想平面)に沿って配置されてはいない。しかしながら、開口部5Cとの接続部近傍の比較的短い区間は下側の吸気ポート3Dと同一の仮想平面配置されるため、図7のDD断面を示す図である図8に示されるように、実施例2と同等の吸気ポート構成になる。
The difference between the present embodiment and the second embodiment is an upper intake port 3C1 connected to the
なお、本実施例においても、EGR弁18及び制御弁19の代わりに、図13に示すように、EGR通路17から上側の吸気ポート3C1へEGRガスを流入させるか、吸気通路から上側の吸気ポート3C1へ空気を流入させるか、のいずれかの流路に選択的に切り換え可能な切替弁23を備えた構成としても良い。
Also in this embodiment, instead of the
本実施例の特徴的構成は、図8に示すように、上側の吸気ポート3C1の開口部5Cとの接続部近傍の所定区間の内部を上下方向に区画し上側通路3C2及び下側通路3C3を形成する隔壁9と、上側の吸気ポート3C1の隔壁9より上流側から下側通路3C3へのガスの流入を遮断することができる遮断弁10と、を備えている点である。
As shown in FIG. 8, the characteristic configuration of this embodiment is that the interior of a predetermined section in the vicinity of the connection portion with the
遮断弁10が開弁した場合上側通路3C2及び下側通路3C3の両方を上側の吸気ポート3C1のガスが通過して燃焼室20に流入し、遮断弁10が閉弁した場合上側通路3C2のみを上側の吸気ポート3C1のガスが通過して燃焼室20に流入する。図8は遮断弁10が閉弁されている場合を示している。そして、ECU15は、EGRガスが還流する運転条件において、EGR弁18を開弁し、遮断弁10を閉弁するように制御を行なう。本実施例では、遮断弁10が本発明の遮断手段として機能し、前記制御を行なうECU15が本発明の第2の制御手段として機能する。
When the
上側の吸気ポート3C2の上側通路3C2から燃焼室20に流入するEGRガスは、下側の吸気ポート3Dから燃焼室20に流入するガスのタンブル流のより一層外側を旋回するので、下側の吸気ポート3Dから流入する空気と燃料の混合気と、上側の吸気ポート3C1から流入するEGRガスとが混合することをより確実に回避することができる。EGR弁18を開弁し且つ制御弁19を閉弁すれば、上側の吸気ポート3C1から燃焼室20に流入するガスはEGRガスのみになる。図13の切替弁23を備えた構成の場合には、EGR通路17から上側の吸気ポート3C1へEGRガスを流入させる流路が選択されるように切替弁23を制御することにより、同様の効果が得られる。
The EGR gas flowing into the
よって、燃焼室20の中央部上方に形成される混合気の層Gmと、燃焼室20の内壁面付近及び燃焼室20の下方のピストン16頂面付近に形成されるEGRガスの層Geとがより確実に成層化される。従って、燃焼の悪化や未燃成分の排出をより確実に抑制しつつ
、EGR率を高めることが可能になる。
Therefore, the air-fuel mixture layer Gm formed above the center of the
(実施例4)
図9は本発明の第4の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。以下、実施例1から3との相違点を中心に説明する。図9に示すように、本実施例の内燃機関1では、吸気ポート3E,3Fが接続される開口部5E,5Fは、クランクシャフト11に平行で気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って燃焼室上部に設けられる。また、排気ポート4E,4Fが接続される開口部6E,6Fも、クランクシャフト11に平行で気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って燃焼室上部に設けられる(開口部5E,5Fが沿っている仮想平面とは異なる)。
Example 4
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, the difference from the first to third embodiments will be mainly described. As shown in FIG. 9, in the
本実施例では、図9に示すように、吸気ポート3E,3Fを流れる吸気の向きが気筒配列方向に沿う向きになるように吸気ポート3E,3Fを配置することにより、吸気ポート3E,3Fが気筒2の中心軸線Cに平行な同一の仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、後方側すなわち吸気の流れの方向で上流側から見た場合に、吸気ポート3Eが接続される開口部5Eの方が、吸気ポート3Fが接続される開口部5Fよりも、遠くに設けられるように構成している。他の3つの気筒についても同様の構成である。
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the
図10は本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図であり、図9のEE断面を示す図である。図10では図面が煩雑になることを避けるために排気ポート4E,4Fについては図示を省略した。本実施例では、開口部5Eは吸気バルブ8Eにより開閉され、開口部5Fは吸気バルブ8Fにより開閉される。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine according to the present embodiment, and is a diagram showing an EE cross section of FIG. In FIG. 10, the illustration of the
実施例1から3と同様、吸気ポート3E,3Fは気筒2の中心軸線Cに平行な仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、同一方向のタンブル流を形成することが可能な形状に構成されており、上側の吸気ポート3Eが接続される開口部5Eは下側の吸気ポート3Fが接続される開口部5Fよりも吸気の流れ方向で上流側から見た場合に遠くに配置されているため、上側の吸気ポート3Eから流入するガスは燃焼室20の内壁面付近及びピストン16頂面付近に局在し、下側の吸気ポート3Fから流入するガスは燃焼室20の中央部上方の点火プラグ14付近に局在する。
As in the first to third embodiments, the
本実施例では、上側の吸気ポート3EにのみEGR通路17が接続され、EGRガスは上側の吸気ポート3Eのみを介して燃焼室20に流入する。上側の吸気ポート3Eには、実施例3の上側の吸気ポート3C1と同様に、開口部5Eとの接続部近傍に隔壁9が設けられ、上側通路3E1及び下側通路3E2に区画されており、下側通路3E2へのガスの流入を遮断可能な遮断弁10が設けられる。EGR通路17にはEGR通路17を開閉するEGR弁18が設けられる。上側の吸気ポート3EにおけるEGR通路17の接続箇所より上流側には、吸気通路3から上側の吸気ポート3Eへの空気の流入を制御する制御弁19が設けられる。
In the present embodiment, the
なお、図14に示すように、EGR通路17から上側の吸気ポート3EへEGRガスを流入させるか、吸気通路3から上側の吸気ポート3Eへ空気を流入させるか、のいずれかの流路に選択的に切り換え可能な切替弁24を備えた構成とすることもできる。
As shown in FIG. 14, the flow path is selected from the
本実施例では、上側の吸気ポート3Eと下側の吸気ポート3Fとに分岐する箇所より上流側の吸気通路3に燃料噴射弁7が設けられる。従って、本実施例では、制御弁19を開弁した場合、及び吸気通路3から上側の吸気ポート3Eへ空気が流入する流路が選択されるよう切替弁24を制御した場合、燃料は上側の吸気ポート3Eと下側の吸気ポート3Fの両方に流入する。
In the present embodiment, the fuel injection valve 7 is provided in the
従って、本実施例においては、燃焼室20内に形成されるガス分布は、下側の吸気ポート3Fから流入する空気及び燃料の混合ガスにより燃焼室20の中央部上方の点火プラグ14近傍の領域に形成される層Gmと、上側の吸気ポート3Eから流入するEGRガス及び燃料の混合ガスにより燃焼室20の内壁面付近及び下方のピストン16頂面付近に形成される層Geとに成層化したガス分布となる。この場合、EGRガスの層Geに燃料が混入することになるものの、点火プラグ14の近傍にはEGRガスを含まない空気と燃料のみの可燃混合気が局在することになるため、良好な燃焼が行なわれる。従って、燃焼悪化を抑制しつつEGR率を高めることができる。
Therefore, in the present embodiment, the gas distribution formed in the
なお、EGRガスを還流させる運転条件において、EGR弁18を開弁し且つ制御弁19を閉弁した場合、及び、EGR通路17から上側の吸気ポート3EへEGRガスが流入する流路が選択されるように切替弁24を制御した場合は、燃料及び空気は吸気ポート3Eからは流入しない。
It should be noted that, when the
以上説明した各実施例は本発明の実施形態の例示を旨とするものであり、本発明の範囲内において可能な限り組み合わせたり変更を加えたりすることが可能である。例えば、4気筒直列エンジン以外のエンジンにも適用可能であるし、筒内噴射式内燃機関にも適用できる。筒内噴射式内燃機関に適用する場合、下側の吸気ポートから燃焼室内に流入するガスにより形成される層に向かって燃料を噴射することが好ましい。 Each example described above is intended to exemplify the embodiment of the present invention, and can be combined and modified as much as possible within the scope of the present invention. For example, the present invention can be applied to an engine other than a four-cylinder in-line engine, and can also be applied to a direct injection internal combustion engine. When applied to a direct injection internal combustion engine, it is preferable to inject fuel toward the layer formed by the gas flowing into the combustion chamber from the lower intake port.
また、2つの吸気ポートが接続される2つの開口部が沿っている仮想平面や、2つの吸気ポートがそれに沿って並列に配置される仮想平面は、気筒中心軸線に平行な平面であればクランクシャフトに平行や垂直でなくても良い。また、排気ポートは2つである必要はない。吸気ポートが接続される開口部と排気ポートが接続される開口部とは実施例の図ではほぼ同じ大きさになっているが、この限りではない。 In addition, a virtual plane along which two openings to which two intake ports are connected and a virtual plane in which two intake ports are arranged in parallel along the crank plane are parallel to the cylinder center axis. It does not have to be parallel or perpendicular to the shaft. Also, there is no need for two exhaust ports. The opening to which the intake port is connected and the opening to which the exhaust port is connected are substantially the same size in the drawing of the embodiment, but this is not restrictive.
EGR通路は各気筒の上側の吸気ポートに個別に接続しても良いし、各気筒の上側の吸気ポートのみが接続される第1の吸気マニホールドと、各気筒の下側の吸気ポートのみが接続される第2の吸気マニホールドとを備え、第1の吸気マニホールドにEGR通路を接続して第1の吸気マニホールドにEGRガスを還流させても良い。 The EGR passage may be individually connected to the upper intake port of each cylinder, or the first intake manifold to which only the upper intake port of each cylinder is connected, and only the lower intake port of each cylinder is connected. The EGR gas may be recirculated to the first intake manifold by connecting an EGR passage to the first intake manifold.
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気通路
3A 上側の吸気ポート
3C 上側の吸気ポート
3C1 上側の吸気ポート
3E 上側の吸気ポート
3C2 上側通路
3E1 上側通路
3C3 下側通路
3E2 下側通路
3B 下側の吸気ポート
3D 下側の吸気ポート
3F 下側の吸気ポート
4A 排気ポート
4B 排気ポート
4C 排気ポート
4D 排気ポート
4E 排気ポート
4F 排気ポート
5A 開口部
5B 開口部
5C 開口部
5D 開口部
5E 開口部
5F 開口部
6A 開口部
6B 開口部
6C 開口部
6D 開口部
6E 開口部
6F 開口部
7 燃料噴射弁
7A 燃料噴射弁
7B 燃料噴射弁
7C 燃料噴射弁
7D 燃料噴射弁
8A 吸気バルブ
8B 吸気バルブ
8C 吸気バルブ
8D 吸気バルブ
8E 吸気バルブ
8F 吸気バルブ
9 隔壁
10 遮断弁
11 クランクシャフト
14 点火プラグ
15 ECU
16 ピストン
17 EGR通路
18 EGR弁
19 制御弁
20 燃焼室
21 切替弁
22 切替弁
23 切替弁
24 切替弁
1
16
Claims (6)
前記内燃機関は、気筒内に同じ向きのタンブル流を形成可能な2つの吸気ポートを備え、
前記2つの吸気ポートは、気筒中心軸線に平行な同一の仮想平面に沿って上下方向に並列して配置され、
前記2つの吸気ポートが接続される気筒上部に設けられる2つの開口部は、吸気の流れの方向で上流側から見た場合に、前記2つの吸気ポートのうち上側に配置される吸気ポートが接続される開口部の方が、前記2つの吸気ポートのうち下側に配置される吸気ポートが接続される開口部よりも、遠くに設けられ、
前記EGR装置は、前記上側に配置される吸気ポートにEGRガスを還流させることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device for recirculating a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to an intake system,
The internal combustion engine includes two intake ports that can form a tumble flow in the same direction in the cylinder,
The two intake ports are arranged in parallel in the vertical direction along the same virtual plane parallel to the cylinder central axis.
The two openings provided in the upper part of the cylinder to which the two intake ports are connected are connected to the intake port disposed on the upper side of the two intake ports when viewed from the upstream side in the direction of intake air flow. The opening to be provided is provided farther than the opening to which the intake port disposed on the lower side of the two intake ports is connected,
The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, wherein the EGR device recirculates EGR gas to an intake port disposed on the upper side.
前記下側の吸気ポートに燃料を噴射する第1の燃料噴射弁を備えた内燃機関の排気還流装置。 In claim 1,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising: a first fuel injection valve that injects fuel into the lower intake port.
前記上側の吸気ポートに燃料を噴射する第2の燃料噴射弁と、
前記EGR装置によってEGRガスの還流を行なう運転条件において、前記第1の燃料噴射弁のみによって燃料噴射を行ない、前記第2の燃料噴射弁による燃料噴射を行なわないように前記第1の燃料噴射弁及び前記第2の燃料噴射弁を制御する制御手段と、
を備えた内燃機関の排気還流装置。 In claim 2,
A second fuel injection valve for injecting fuel into the upper intake port;
The first fuel injection valve is configured such that fuel is injected only by the first fuel injection valve and fuel injection by the second fuel injection valve is not performed under an operating condition in which EGR gas is recirculated by the EGR device. And control means for controlling the second fuel injection valve;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
前記上側の吸気ポートの少なくとも前記開口部との接続部近傍の所定区間の内部を上下方向に区画し上側通路及び下側通路を形成する隔壁と、
前記上側の吸気ポートの前記隔壁より上流側から前記下側通路へのガスの流入を遮断することができる遮断手段と、
前記EGR装置によってEGRガスの還流を行なう運転条件において、前記下側通路へのガスの流入を遮断するように前記遮断手段を制御する第2の制御手段と、
を備えた内燃機関の排気還流装置。 In any one of Claim 1 to 3,
A partition that vertically divides the inside of a predetermined section in the vicinity of the connection portion with at least the opening of the upper intake port to form an upper passage and a lower passage;
A blocking means capable of blocking gas inflow from the upstream side of the partition wall of the upper intake port to the lower passage;
A second control means for controlling the shut-off means so as to shut off the inflow of gas into the lower passage, under operating conditions in which the EGR gas is recirculated by the EGR device;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
前記2つの吸気ポートが接続される2つの開口部が、前記内燃機関のクランクシャフトに垂直な平面に沿って配置される内燃機関の排気還流装置。 In any one of Claims 1-4,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, wherein two openings to which the two intake ports are connected are arranged along a plane perpendicular to the crankshaft of the internal combustion engine.
前記2つの吸気ポートが接続される2つの開口部は、前記内燃機関のクランクシャフトに平行な平面に沿って配置される内燃機関の排気還流装置。 In any one of Claims 1-4,
The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, wherein the two openings to which the two intake ports are connected are arranged along a plane parallel to the crankshaft of the internal combustion engine.
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