JP2013217238A - 吸気制御モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の装置は、EGRリッチガスの吸入タイミングを制御する機構を備えていないため、1吸気行程中に時分割でEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することができないという課題があった。
【解決手段】 EGRリーンガスまたは新気が流れる第1流路Aとタンブルポートである第2吸気ポート12が連通する第1時期または第1期間と、EGRリッチガスが流れる第2流路Bと第2吸気ポート12が連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中において時分割に制御することにより、1吸気行程内において、EGRリーンガスまたは新気を吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードと、EGRリッチガスを吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードとを時間的に分割して実施することができる。これにより、NOxの排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 EGRリーンガスまたは新気が流れる第1流路Aとタンブルポートである第2吸気ポート12が連通する第1時期または第1期間と、EGRリッチガスが流れる第2流路Bと第2吸気ポート12が連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中において時分割に制御することにより、1吸気行程内において、EGRリーンガスまたは新気を吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードと、EGRリッチガスを吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードとを時間的に分割して実施することができる。これにより、NOxの排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、各気筒毎に独立して接続する2つの第1、第2吸気ポートを備えた吸気制御モジュールに関するものである。
従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)においては、エンジンから排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)を低減する排気ガス循環装置(EGRシステム)が搭載されている。
EGRシステムは、エンジンから排出される排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路へ再循環(還流)させ、新気に混入させて燃焼温度を下げることによってNOxの発生を抑制している。
EGRガスを吸気通路に還流させると、燃焼室内での混合気の着火性が低下して、エンジン出力の低下を招くので、EGRガスの流量をエンジンの運転状況に応じて調整する必要がある。
そこで、EGRシステムにおいては、排気通路の分岐部と吸気通路の合流部とを接続するEGRガス流路の途中にEGRガス流量制御弁(以下EGR制御弁)を設置し、EGR制御弁の開度を調整してEGRガスの流量を制御している。
EGRシステムは、エンジンから排出される排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路へ再循環(還流)させ、新気に混入させて燃焼温度を下げることによってNOxの発生を抑制している。
EGRガスを吸気通路に還流させると、燃焼室内での混合気の着火性が低下して、エンジン出力の低下を招くので、EGRガスの流量をエンジンの運転状況に応じて調整する必要がある。
そこで、EGRシステムにおいては、排気通路の分岐部と吸気通路の合流部とを接続するEGRガス流路の途中にEGRガス流量制御弁(以下EGR制御弁)を設置し、EGR制御弁の開度を調整してEGRガスの流量を制御している。
ところで、1つの気筒に対して2つの吸気ポートを有するエンジンにおいて、各吸気ポートをそれぞれ2つの吸気弁で開閉するように構成された内燃機関の制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この従来の装置は、2つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポート内に、上下2つの流路に仕切る隔壁を設けている。また、上下2つの流路を開閉する弁体を設け、更に、その弁体の下流側にEGRガス導入ポートを設けている。
ところが、従来の装置は、EGRガス濃度の高い(濃い)吸気であるEGRリッチガスの吸入タイミングを制御する機構を備えていないため、1吸気行程中に時分割でEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することができない。
この従来の装置は、2つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポート内に、上下2つの流路に仕切る隔壁を設けている。また、上下2つの流路を開閉する弁体を設け、更に、その弁体の下流側にEGRガス導入ポートを設けている。
ところが、従来の装置は、EGRガス濃度の高い(濃い)吸気であるEGRリッチガスの吸入タイミングを制御する機構を備えていないため、1吸気行程中に時分割でEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することができない。
また、1つの気筒に対して2つの吸気ポートを有するエンジンにおいて、2つの吸気ポートのうちの一方の吸気ポートを気筒の燃焼室内において縦方向の旋回流(タンブル流)を発生させるタンブルポートとし、また、他方の吸気ポートを気筒の燃焼室内において横方向の旋回流(スワール流)を発生させるスワールポートとした内燃機関の制御装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
この従来の装置は、回転式の弁体をタンブルポートとスワールポートに設けて、その弁体の下流側にEGRガス導入ポートを設けている。
ところが、従来の装置は、EGRリッチガスの吸入タイミングを制御する機構を備えていないため、1吸気行程中に時分割でEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することができない。
この従来の装置は、回転式の弁体をタンブルポートとスワールポートに設けて、その弁体の下流側にEGRガス導入ポートを設けている。
ところが、従来の装置は、EGRリッチガスの吸入タイミングを制御する機構を備えていないため、1吸気行程中に時分割でEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することができない。
本発明の目的は、1吸気行程中に時分割にEGRガス濃度の分布を変化させる成層EGRを達成することのできる吸気制御モジュールを提供することにある。
請求項1に記載の発明によれば、EGRガス濃度の薄い吸気であるEGRリーンガスまたは新気が流れる第1流路、あるいはEGRガス濃度の濃い吸気であるEGRリッチガスが流れる第2流路と、内燃機関の気筒に接続する第2吸気ポートとが連通する時期または期間を、1吸気行程中に時分割に制御することにより、1吸気行程内において、EGRリーンガスまたは新気を気筒内に流入させる吸気モードと、EGRリッチガスを気筒内に流入させる吸気モードとを時間的に分割して実施することができる。
これによって、内燃機関の気筒内におけるEGRガス濃度の分布を1吸気行程中に時分割で制御することが可能になる。
したがって、例えば吸気行程または圧縮行程中にEGRリーンガスまたはEGRリッチガスに対して燃料を噴射することにより、大量のEGRガスを気筒内に導入しても燃焼の悪化が殆ど無い成層EGR(成層燃焼)を形成することが可能となり、NOx(窒素酸化物)の排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
また、燃焼タイミングを従来よりも進角させることが可能になるので、内燃機関の出力が向上し、燃費改善効果を得ることができる。
したがって、例えば吸気行程または圧縮行程中にEGRリーンガスまたはEGRリッチガスに対して燃料を噴射することにより、大量のEGRガスを気筒内に導入しても燃焼の悪化が殆ど無い成層EGR(成層燃焼)を形成することが可能となり、NOx(窒素酸化物)の排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
また、燃焼タイミングを従来よりも進角させることが可能になるので、内燃機関の出力が向上し、燃費改善効果を得ることができる。
請求項2ないし請求項5に記載の発明によれば、ロータリバルブは、第1開口部と第2開口部との位置関係によって、第1流路または第2流路と第2吸気ポートとが連通する時期または期間を、1吸気行程中において時分割で制御することにより、内燃機関の気筒内におけるEGRガス濃度の分布を1吸気行程中に時分割で変化させる成層EGRを達成することができる。
請求項6に記載の発明によれば、ハウジングの開口部に対する、2つの第1、第2開口部の開口度合い(連通面積比)を制御する回転位置変更手段を備えたことにより、成層EGRを実施する運転モードと成層EGRを実施しない運転モードとの切り替えを行うことが可能になり、例えばEGRリーンガスまたは新気のみを気筒内に流入させる内燃機関の出力向上を狙いとする燃焼を行うことができる。
内燃機関の運転状況(例えば内燃機関の部分負荷時)に、成層EGRを実施する運転モードを行うことにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
内燃機関の運転状況(例えば内燃機関の高負荷時)に、成層EGRを実施しない運転モードを行うことにより、気筒内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、内燃機関の出力向上を得ることができる。
内燃機関の運転状況(例えば内燃機関の部分負荷時)に、成層EGRを実施する運転モードを行うことにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
内燃機関の運転状況(例えば内燃機関の高負荷時)に、成層EGRを実施しない運転モードを行うことにより、気筒内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、内燃機関の出力向上を得ることができる。
請求項7に記載の発明によれば、回転体を回転可能に収容すると共に、2つの第1、第2開口部と連通可能な開口部を有するハウジングを備えている。
そして、回転体に設けられる2つの第1、第2開口部の形状が、ハウジングの開口部に対する、2つの第1、第2開口部の連通面積の時間変化が滑らかになるように構成したことにより、第1流路または第2流路から第2吸気ポートへ流入する吸気の吸気抵抗を減らすことができる。また、ロータリバルブの開閉音を低減することができる。
そして、回転体に設けられる2つの第1、第2開口部の形状が、ハウジングの開口部に対する、2つの第1、第2開口部の連通面積の時間変化が滑らかになるように構成したことにより、第1流路または第2流路から第2吸気ポートへ流入する吸気の吸気抵抗を減らすことができる。また、ロータリバルブの開閉音を低減することができる。
請求項8に記載の発明によれば、ロータリバルブの動力を、内燃機関の出力軸と同期して(一定方向に)回転するカムシャフトから得るように構成されているので、内燃機関の出力軸との同期を確実に行うことができる。
請求項9に記載の発明によれば、ロータリバルブを回転駆動するアクチュエータを備えたことにより、内燃機関のカムシャフトから動力を貰う場合に比べて、内燃機関に対するロータリバルブの搭載自由度を向上することができる。
つまりロータリバルブをカムシャフト近傍に配置しなくても良くなる。
請求項9に記載の発明によれば、ロータリバルブを回転駆動するアクチュエータを備えたことにより、内燃機関のカムシャフトから動力を貰う場合に比べて、内燃機関に対するロータリバルブの搭載自由度を向上することができる。
つまりロータリバルブをカムシャフト近傍に配置しなくても良くなる。
請求項10および請求項11に記載の発明によれば、ハウジングの内周面とシール部材との摺動接触によって、ハウジングと回転体との間に形成される隙間の気密性を向上できるので、ロータリバルブからの吸気の漏洩を防止することができる。
請求項12に記載の発明によれば、内燃機関の気筒内に流入するEGRリーンガスまたは新気に対して燃料を噴射することにより、気筒内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、内燃機関の出力向上を得ることができる。
請求項13に記載の発明によれば、内燃機関の気筒内に流入するEGRリッチガスに対して燃料を噴射することにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
請求項12に記載の発明によれば、内燃機関の気筒内に流入するEGRリーンガスまたは新気に対して燃料を噴射することにより、気筒内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、内燃機関の出力向上を得ることができる。
請求項13に記載の発明によれば、内燃機関の気筒内に流入するEGRリッチガスに対して燃料を噴射することにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
[実施例1の構成]
図1ないし図13は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例1)を示したものである。
図1ないし図13は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例1)を示したものである。
本実施例の吸気制御モジュール(以下エンジン制御システムと言う)は、内燃機関(以下エンジンE)の各気筒毎の燃焼室への吸気を制御する吸気制御モジュールと、エンジンEの排気管から吸気管へEGRガスを再循環(還流)させるEGRシステム(排気ガス循環装置)と、吸気制御モジュールおよびEGRシステムを電子スロットル装置、燃料噴射装置等の各システムと関連して制御するエンジン制御ユニット(電子制御装置:以下ECU)とを備えている。
吸気制御モジュールは、エンジンEのシリンダヘッドまたはインテークマニホールドに一体化されたバルブハウジング(以下ハウジング)1と、このハウジング1の収納空間内に回転可能に収容されたロータリバルブ2と、このロータリバルブ2のバルブロータ3をその回転軸方向に往復移動させる回転位置制御機構4とを備えている。
なお、吸気制御モジュールの詳細は、後述する。
吸気制御モジュールは、エンジンEのシリンダヘッドまたはインテークマニホールドに一体化されたバルブハウジング(以下ハウジング)1と、このハウジング1の収納空間内に回転可能に収容されたロータリバルブ2と、このロータリバルブ2のバルブロータ3をその回転軸方向に往復移動させる回転位置制御機構4とを備えている。
なお、吸気制御モジュールの詳細は、後述する。
本実施例のエンジンEは、複数の気筒(第1〜第4気筒:以下気筒#1〜#4)を有し、燃料が直接燃焼室内に噴射される直接噴射式の多気筒ディーゼルエンジン(直列4気筒エンジン)が採用されている。但し、直接噴射式の多気筒ディーゼルエンジンに限定されず、直接噴射式の多気筒ガソリンエンジンを適用しても構わない。
エンジンEは、吸気行程、圧縮行程、燃焼(爆発)行程、排気行程の4つの行程(ストローク)を周期(サイクル)として繰り返す4サイクルエンジンが採用されている。
このエンジンEは、自動車等の車両のエンジンルーム内に吸気制御モジュールおよびEGRシステムと共に設置されている。
エンジンEは、吸気行程、圧縮行程、燃焼(爆発)行程、排気行程の4つの行程(ストローク)を周期(サイクル)として繰り返す4サイクルエンジンが採用されている。
このエンジンEは、自動車等の車両のエンジンルーム内に吸気制御モジュールおよびEGRシステムと共に設置されている。
エンジンEは、複数の気筒が気筒配列方向に直列に配置されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの上部に結合されるシリンダヘッドとを備えている。
エンジンEのシリンダブロックの内部には、気筒配列方向に4つの燃焼室(シリンダボア)が形成されている。各シリンダボア内には、連接棒を介して、クランクシャフト(内燃機関の出力軸)に連結されたピストンがその往復移動方向に摺動自在にそれぞれ支持されている。
エンジンEのシリンダヘッドには、各気筒毎の燃焼室内に流入するEGRリーンガスまたは新気、あるいはEGRリッチガスに対して燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)が取り付けられている。このインジェクタは、各燃焼室の天井部の中心付近に設置されて、各燃焼室内に直接燃料を噴射する。
エンジンEのシリンダブロックの内部には、気筒配列方向に4つの燃焼室(シリンダボア)が形成されている。各シリンダボア内には、連接棒を介して、クランクシャフト(内燃機関の出力軸)に連結されたピストンがその往復移動方向に摺動自在にそれぞれ支持されている。
エンジンEのシリンダヘッドには、各気筒毎の燃焼室内に流入するEGRリーンガスまたは新気、あるいはEGRリッチガスに対して燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)が取り付けられている。このインジェクタは、各燃焼室の天井部の中心付近に設置されて、各燃焼室内に直接燃料を噴射する。
エンジンEは、各気筒毎の燃焼室内に吸い込まれる吸気が流れる吸気通路5を形成する吸気管と、各気筒毎の燃焼室から排出される排気ガスを外部に排出する排気通路(図示せず)を形成する排気管とを備えている。
吸気管は、EGRガスの合流部よりも下流側の吸気通路5を絞るスロットルバルブ(吸気絞り弁)6を開閉自在に収容したスロットルボディと、このスロットルボディの出口部に接続するインテークマニホールドとを備えている。
インテークマニホールドには、各気筒共通のコレクタ(サージタンク室)7、および1気筒に対して2つの第1、第2分岐吸気通路8、9が設けられている。
吸気管は、EGRガスの合流部よりも下流側の吸気通路5を絞るスロットルバルブ(吸気絞り弁)6を開閉自在に収容したスロットルボディと、このスロットルボディの出口部に接続するインテークマニホールドとを備えている。
インテークマニホールドには、各気筒共通のコレクタ(サージタンク室)7、および1気筒に対して2つの第1、第2分岐吸気通路8、9が設けられている。
エンジンEのシリンダヘッドには、1つの気筒に対して独立して接続する2つの第1、第2吸気ポート11、12が設けられている。各第1、第2吸気ポート11、12の燃焼室側端部には、第1、第2吸気ポート開口部をそれぞれ開閉する第1、第2吸気弁が設置されている。
ここで、第1吸気ポート開口部を開閉する各気筒毎の第1吸気弁は、ポペット型バルブが採用されている。また、第2吸気ポート開口部13を開閉する各気筒毎の第2吸気弁14は、ポペット型バルブが採用されている。
ここで、第1吸気ポート開口部を開閉する各気筒毎の第1吸気弁は、ポペット型バルブが採用されている。また、第2吸気ポート開口部13を開閉する各気筒毎の第2吸気弁14は、ポペット型バルブが採用されている。
各第1、第2吸気ポート11、12は、各第1、第2分岐吸気通路8、9から各気筒#1〜#4の燃焼室へ吸気を導入する吸気流路である。
各第1吸気ポート11は、各気筒#1〜#4の燃焼室内において横方向の旋回流(スワール流)を生成するスワールポートである。
各第2吸気ポート12は、各気筒#1〜#4の燃焼室内において縦方向の旋回流(タンブル流)を生成するタンブルポートである。
各第1吸気ポート11は、各気筒#1〜#4の燃焼室内において横方向の旋回流(スワール流)を生成するスワールポートである。
各第2吸気ポート12は、各気筒#1〜#4の燃焼室内において縦方向の旋回流(タンブル流)を生成するタンブルポートである。
エンジンEのシリンダヘッドには、1つの気筒に対して独立して接続する2つの第1、第2排気ポートが設けられている。各第1、第2排気ポートの燃焼室側端部には、第1、第2排気ポート開口部をそれぞれ開閉する第1、第2排気弁が設置されている。
ここで、各気筒毎の第1、第2排気弁は、ポペット型バルブが採用されている。
第1、第2排気ポートは、各気筒#1〜#4の燃焼室からエキゾーストマニホールドへ排気ガスを流出する排気流路である。
ここで、各気筒毎の第1、第2排気弁は、ポペット型バルブが採用されている。
第1、第2排気ポートは、各気筒#1〜#4の燃焼室からエキゾーストマニホールドへ排気ガスを流出する排気流路である。
EGRシステムは、排気管内の排気通路から吸気管内の吸気通路5または第2吸気ポート12へEGRガスを還流させるEGRガスパイプ21、22を備えている。
EGRガスパイプ21内には、排気通路から吸気通路5へEGRガスを流入させるEGRガス流路23が形成されている。
EGRガスパイプ22内には、排気通路から第2吸気ポート12へEGRガスを流入させるEGRガス流路24が形成されている。
EGRガスパイプ21には、EGRガス流路23を流れるEGRガスの流量を開閉動作により制御するEGR制御弁25が設置されている。
EGRガスパイプ22には、EGRガス流路24を流れるEGRガスの流量を開閉動作により制御するEGR制御弁26が設置されている。
EGR制御弁25、26の開度は、ECUによって電子制御される。
EGRガスパイプ21内には、排気通路から吸気通路5へEGRガスを流入させるEGRガス流路23が形成されている。
EGRガスパイプ22内には、排気通路から第2吸気ポート12へEGRガスを流入させるEGRガス流路24が形成されている。
EGRガスパイプ21には、EGRガス流路23を流れるEGRガスの流量を開閉動作により制御するEGR制御弁25が設置されている。
EGRガスパイプ22には、EGRガス流路24を流れるEGRガスの流量を開閉動作により制御するEGR制御弁26が設置されている。
EGR制御弁25、26の開度は、ECUによって電子制御される。
次に、本実施例の吸気制御モジュールの詳細を、図1ないし図13に基づいて説明する。
吸気制御モジュールは、ハウジング1、ロータリバルブ2および回転位置制御機構4を備えている。
ハウジング1には、EGRガス流路24からEGRリッチガスがEGRリッチガス導入ポート27を介して導入されるEGRリッチガス室28が形成されている。
ハウジング1には、ロータリバルブ2を回転自在に軸支する円環状の軸受け部29が設けられている。軸受け部29は、少なくとも2〜4箇所設けられる。
軸受け部29の内周面とロータリバルブ2の外周面との間には、図示しない潤滑油供給機構から潤滑油(オイル)が供給されている。
なお、軸受け部29の内径を小さくして、ロータリバルブ2のフリクションの低下を抑制するようにしても良い。また、軸受け部29の内周面とロータリバルブ2の外周面との間に供給されるオイルによって各気筒間の吸気経路のシール性を確保するようにしても良い。
吸気制御モジュールは、ハウジング1、ロータリバルブ2および回転位置制御機構4を備えている。
ハウジング1には、EGRガス流路24からEGRリッチガスがEGRリッチガス導入ポート27を介して導入されるEGRリッチガス室28が形成されている。
ハウジング1には、ロータリバルブ2を回転自在に軸支する円環状の軸受け部29が設けられている。軸受け部29は、少なくとも2〜4箇所設けられる。
軸受け部29の内周面とロータリバルブ2の外周面との間には、図示しない潤滑油供給機構から潤滑油(オイル)が供給されている。
なお、軸受け部29の内径を小さくして、ロータリバルブ2のフリクションの低下を抑制するようにしても良い。また、軸受け部29の内周面とロータリバルブ2の外周面との間に供給されるオイルによって各気筒間の吸気経路のシール性を確保するようにしても良い。
ロータリバルブ2は、各第2吸気ポート12の入口部の上流側に設置された各気筒毎のバルブロータ3を備えている。このロータリバルブ2は、エンジンEのカムシャフトに固定されたスプロケット30にタイミングチェーン31を介して駆動連結されるスプロケット32と、このスプロケット32と一体回転可能に連結したオルダムカップリング33と、このオルダムカップリング33と一体回転可能に連結した円筒状のバルブシャフト34と、オルダムカップリング33に固定される円板状のシールプレート35とを備えている。
カムシャフトは、エンジンEのクランクシャフトと同期して一定方向に回転する。このカムシャフトは、エンジンEのシリンダヘッド内において回転可能に設置されて、エンジンEのクランクシャフトが2回転すると1回転するようにクランクシャフトに対して駆動連結されている。また、カムシャフトは、2つの第1、第2吸気弁14または2つの第1、第2排気弁の開閉時期(バルブタイミング)を決めるカム山を気筒数だけ備えた吸気(または排気)カム軸である。
スプロケット30は、カムシャフトと一体回転可能に連結されている。
スプロケット32は、タイミングチェーン31からカムシャフトの回転動力を受けて一定方向に回転する。
スプロケット30は、カムシャフトと一体回転可能に連結されている。
スプロケット32は、タイミングチェーン31からカムシャフトの回転動力を受けて一定方向に回転する。
オルダムカップリング33は、スプロケット32と一体回転可能に連結(固定)されたハブ36と、バルブシャフト34と一体回転可能に連結(固定)されたハブ37と、ハブ36、37間に介在して、ハブ36に対するハブ37の偏芯回転運動を許容するスライダ38を有している。このオルダムカップリング33は、ロータリバルブ2をその回転軸方向(バルブシャフト34の軸線方向)に対して直交する半径方向に偏芯自在に支持する支持部である。また、オルダムカップリング33が、スプロケット32とバルブシャフト34との間に介在することによって、ロータリバルブ2がその回転軸方向に往復移動しても、スライダ38を介してハブ36、37間の回転動力(トルク)の伝達が可能となる。
バルブシャフト34は、各バルブロータ3をその回転軸方向に貫くように設置されて、ハウジング1の軸受け部29に対して、回転方向に摺動する摺動部を有している。
バルブシャフト34および各バルブロータ3の中心部には、回転軸方向に延びる中心孔(内部流路)41が形成されている。バルブシャフト34のスプロケット側に対して反対側端部には、EGRリッチガス室28に向かって拡径した円錐台(テーパ)形状のEGRリッチガス導入ポート(中心孔41のEGRガス導入部)42が開口している。ここで、吸気制御モジュールにおいては、EGRリッチガス導入ポート42のテーパ形状によって、バルブシャフト34の摺動部の遠心力でオイルをEGRリッチガス室28内に逃がし、オイルを中心孔41内に吸い込まない。
中心孔41は、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に接続されている。
バルブシャフト34および各バルブロータ3の中心部には、回転軸方向に延びる中心孔(内部流路)41が形成されている。バルブシャフト34のスプロケット側に対して反対側端部には、EGRリッチガス室28に向かって拡径した円錐台(テーパ)形状のEGRリッチガス導入ポート(中心孔41のEGRガス導入部)42が開口している。ここで、吸気制御モジュールにおいては、EGRリッチガス導入ポート42のテーパ形状によって、バルブシャフト34の摺動部の遠心力でオイルをEGRリッチガス室28内に逃がし、オイルを中心孔41内に吸い込まない。
中心孔41は、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に接続されている。
ハウジング1は、各第1分岐吸気通路8の出口部の下流側に接続する第1入口ポート43、各第2分岐吸気通路9の出口部の下流側に接続する第2入口ポート44、各第1吸気ポート11の入口部で開口する第1開口部45、および各第2吸気ポート12の入口部で開口する第2開口部46を有している。
第1入口ポート43は、常に開放されている第1連通路47を介して、各気筒毎の第1吸気ポート11の入口部の上流側に接続されている。この第1入口ポート43は、ハウジング1の外面(インテークマニホールド側面)で開口している。
第2入口ポート44は、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に接続されている。この第2入口ポート44は、ハウジング1の外面(インテークマニホールド側面)で開口している。
第1入口ポート43は、常に開放されている第1連通路47を介して、各気筒毎の第1吸気ポート11の入口部の上流側に接続されている。この第1入口ポート43は、ハウジング1の外面(インテークマニホールド側面)で開口している。
第2入口ポート44は、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に接続されている。この第2入口ポート44は、ハウジング1の外面(インテークマニホールド側面)で開口している。
ここで、上述したハウジング1の第2入口ポート44は、EGRガス流路23、吸気通路5、コレクタ7および各第2分岐吸気通路9を伴って、EGRガス濃度の低い(薄い)吸気であるEGRリーンガスまたは新気が流れる第1流路(第1吸気経路、第1エアガスライン)Aを構成する。この第1流路Aは、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に接続されている。
また、ロータリバルブ2の中心孔41は、EGRガス流路24、EGRリッチガス導入ポート27、EGRリッチガス室28、EGRリッチガス導入ポート42を伴って、EGRガス濃度の高い(濃い)吸気であるEGRリッチガスが流れる第2流路(第2吸気経路、第2ガスライン)Bを構成する。この第2流路Bは、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に第1流路Aに対して異なる吸気経路で接続されている。
また、ロータリバルブ2の中心孔41は、EGRガス流路24、EGRリッチガス導入ポート27、EGRリッチガス室28、EGRリッチガス導入ポート42を伴って、EGRガス濃度の高い(濃い)吸気であるEGRリッチガスが流れる第2流路(第2吸気経路、第2ガスライン)Bを構成する。この第2流路Bは、各気筒毎の第2吸気ポート12の入口部の上流側に第1流路Aに対して異なる吸気経路で接続されている。
複数(各気筒毎)のバルブロータ3は、各気筒毎の燃焼室内において吸気(新気+EGRガス)のタンブル流を発生させるタンブル制御弁の弁体を構成するものである。これらのバルブロータ3は、ハウジング1の内部空間(中空部)内にバルブシャフト34の回転軸方向に一定の間隔で並列的に配置されている。また、各バルブロータ3は、バルブシャフト34と一体回転可能に設置されている。
各気筒毎のバルブロータ3は、各第1流路Aおよび各第2流路Bと各第2吸気ポート12との間に設置されて、エンジンEのクランクシャフトと同期して一定方向に回転する回転体である。
各気筒毎のバルブロータ3の外周には、バルブシャフト34の回転軸(回転中心軸線)を中心とする所定の曲率半径を有する円筒状の凸曲面(円筒面)が形成されている。
各気筒毎のバルブロータ3は、各第1流路Aおよび各第2流路Bと各第2吸気ポート12との間に設置されて、エンジンEのクランクシャフトと同期して一定方向に回転する回転体である。
各気筒毎のバルブロータ3の外周には、バルブシャフト34の回転軸(回転中心軸線)を中心とする所定の曲率半径を有する円筒状の凸曲面(円筒面)が形成されている。
また、各気筒毎のバルブロータ3には、180°よりも大きい部分円筒形状(扇形状)の第1開口部51、および90°よりも小さい部分円筒形状(扇形状)の第2開口部52が形成されている。
2つの第1、第2開口部51、52は、バルブロータ3の回転軸方向に隣合うように、しかもバルブロータ3の円周方向に延びるように形成されている。
第1開口部51は、各第1流路Aと各第2吸気ポート12とを連通する第1連通路(開口凹部)である。この第1開口部51は、バルブロータ3の外周面(円筒面)で開口する外周開口を有している。
第2開口部52は、各第2流路Bと各第2吸気ポート12とを連通する第2連通路(開口凹部)である。この第2開口部52は、バルブロータ3の内周面で開口し、中心孔41の各分配ポートと連通する内周開口(入口部)を有している。また、第2開口部52は、バルブロータ3の外周面(円筒面)で開口する外周開口(出口部)を有している。
また、各気筒毎のバルブロータ3には、第1開口部51の開口周縁を含み、各第1流路Aと各第2吸気ポート12との連通を遮断する第1閉塞部(シール部)53、および第2開口部52の開口周縁を含み、各第2流路Bと各第2吸気ポート12との連通を遮断する第2閉塞部(シール部)54が設けられている。
2つの第1、第2開口部51、52は、バルブロータ3の回転軸方向に隣合うように、しかもバルブロータ3の円周方向に延びるように形成されている。
第1開口部51は、各第1流路Aと各第2吸気ポート12とを連通する第1連通路(開口凹部)である。この第1開口部51は、バルブロータ3の外周面(円筒面)で開口する外周開口を有している。
第2開口部52は、各第2流路Bと各第2吸気ポート12とを連通する第2連通路(開口凹部)である。この第2開口部52は、バルブロータ3の内周面で開口し、中心孔41の各分配ポートと連通する内周開口(入口部)を有している。また、第2開口部52は、バルブロータ3の外周面(円筒面)で開口する外周開口(出口部)を有している。
また、各気筒毎のバルブロータ3には、第1開口部51の開口周縁を含み、各第1流路Aと各第2吸気ポート12との連通を遮断する第1閉塞部(シール部)53、および第2開口部52の開口周縁を含み、各第2流路Bと各第2吸気ポート12との連通を遮断する第2閉塞部(シール部)54が設けられている。
バルブロータ3、特に2つの第1、第2開口部51、52は、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期または第1期間と、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中に時分割に制御するように設けられている。
そして、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期よりも1吸気行程中において時間的に前に設定されている。
また、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期と重複するように設定されている。
また、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1期間は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2期間よりも1吸気行程中において長くなるように設定されている。なお、第1期間が1吸気行程中の70%程度、また、第2期間が1吸気行程中の30%程度となるように設定されている。
そして、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期よりも1吸気行程中において時間的に前に設定されている。
また、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期と重複するように設定されている。
また、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1期間は、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2期間よりも1吸気行程中において長くなるように設定されている。なお、第1期間が1吸気行程中の70%程度、また、第2期間が1吸気行程中の30%程度となるように設定されている。
シールプレート35は、オルダムカップリング側に、円周方向に連続して形成された凹溝を有している。
シールプレート35は、ハウジング1の内周面(摺動面)との摺動接触によってハウジング1との間に形成される円環(筒)状の隙間を気密的に密閉(シール)するシールリング(円環状のシール部材)55を有している。このシールリング55は、外周部(摺動部)がシールプレート35の外周面より半径方向の外側に突出した状態で、凹溝内に嵌め込まれて保持されている。
シールプレート35は、ハウジング1の内周面(摺動面)との摺動接触によってハウジング1との間に形成される円環(筒)状の隙間を気密的に密閉(シール)するシールリング(円環状のシール部材)55を有している。このシールリング55は、外周部(摺動部)がシールプレート35の外周面より半径方向の外側に突出した状態で、凹溝内に嵌め込まれて保持されている。
各気筒毎のバルブロータ3は、2つの第1、第2開口部51、52の両側に、円周方向に連続して形成された2つの第1、第2凹溝を有している。
これらのバルブロータ3は、ハウジング1の内周面(摺動面)との摺動接触によってハウジング1との間に形成される円環(筒)状の隙間を気密的に密閉(シール)する2つのシールリング(円環状の第1、第2シール部材)56、57を有している。これらのシールリング56、57は、外周部(摺動部)がシールプレート35の外周面より半径方向の外側に突出した状態で、各第1、第2凹溝内に嵌め込まれて保持されている。
これらのバルブロータ3は、ハウジング1の内周面(摺動面)との摺動接触によってハウジング1との間に形成される円環(筒)状の隙間を気密的に密閉(シール)する2つのシールリング(円環状の第1、第2シール部材)56、57を有している。これらのシールリング56、57は、外周部(摺動部)がシールプレート35の外周面より半径方向の外側に突出した状態で、各第1、第2凹溝内に嵌め込まれて保持されている。
回転位置制御機構4は、ハウジング1の軸受け部29の両側に形成される2つの第1、第2油圧室61、62と、これらの第1、第2油圧室61、62に作動油を供給する2つの第1、第2油路63、64と、2つの第1、第2油圧室61、62内の油圧を制御する油圧制御装置とを備え、各気筒毎のバルブロータ3の回転軸方向における回転位置を変更する回転位置変更手段である。
回転位置制御機構4は、ハウジング1の第2開口部46に対する、2つの第1、第2開口部51、52の開口度合い(連通面積比)を制御する。
回転位置制御機構4は、ハウジング1の第2開口部46に対する、2つの第1、第2開口部51、52の開口度合い(連通面積比)を制御する。
第1油圧室61は、ロータリバルブ2の外周に設けられる円環状の鍔部65と軸受け部29とハウジング1の内周との間に形成されて、軸受け部29等に形成された第1油路63を介してオイルが供給される。第1油圧室61からのオイルの排出は、ハウジング1に形成される油路66、67を介してロータリバルブ2の遠心力を利用して行われる。
第2油圧室62は、ロータリバルブ2の外周に設けられる円環状の鍔部68と軸受け部29とハウジング1の内周との間に形成されて、軸受け部29等に形成された第2油路64を介してオイルが供給される。第2油圧室62からのオイルの排出は、第1油圧室61と同様である。
第2油圧室62は、ロータリバルブ2の外周に設けられる円環状の鍔部68と軸受け部29とハウジング1の内周との間に形成されて、軸受け部29等に形成された第2油路64を介してオイルが供給される。第2油圧室62からのオイルの排出は、第1油圧室61と同様である。
油圧制御装置は、オイルポンプ、電磁油路切替弁を備え、電磁油路切替弁への通電を制御することで、2つの第1、第2油圧室61、62へのオイルの供給状態を制御する。
オイルポンプは、クランクシャフト(または電動モータ)によって回転駆動されて、図示しないオイルパン内のオイルを吸入して圧送する。オイルポンプの吐出側には、オイル供給流路が接続されており、オイル供給流路の下流端には、電磁油路切替弁が設置されている。
オイルポンプは、クランクシャフト(または電動モータ)によって回転駆動されて、図示しないオイルパン内のオイルを吸入して圧送する。オイルポンプの吐出側には、オイル供給流路が接続されており、オイル供給流路の下流端には、電磁油路切替弁が設置されている。
電磁油路切替弁は、オイル供給流路と第1油路63または第2油路64とを連通する分岐部に設置されている。この電磁油路切替弁は、オイル供給流路と第1油路63とを連通する第1ポートと、オイル供給流路と第2油路64とを連通する第2ポートとを選択的に切り替えるスプールバルブ、およびこのスプールバルブをその軸線方向に往復移動させる電磁アクチュエータ等を有している。
電磁油路切替弁が通電(ON)されると、第1油路63を介して第1油圧室61内へオイルが供給される。このとき、第1油圧室61内の油圧によりロータリバルブ2がその回転軸方向の一方側(図示左側)へ移動する。
電磁油路切替弁への通電が停止(OFF)されると、第2油路64を介して第2油圧室62内へオイルが供給される。このとき、第2油圧室62内の油圧によりロータリバルブ2がその回転軸方向の他方側(図示右側)へ移動する。
電磁油路切替弁は、ECUによって電子制御される。
電磁油路切替弁が通電(ON)されると、第1油路63を介して第1油圧室61内へオイルが供給される。このとき、第1油圧室61内の油圧によりロータリバルブ2がその回転軸方向の一方側(図示左側)へ移動する。
電磁油路切替弁への通電が停止(OFF)されると、第2油路64を介して第2油圧室62内へオイルが供給される。このとき、第2油圧室62内の油圧によりロータリバルブ2がその回転軸方向の他方側(図示右側)へ移動する。
電磁油路切替弁は、ECUによって電子制御される。
ECUには、制御処理や演算処理を行うCPU、制御プログラムや各種制御データ(マップ等)を保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路(入力部)、出力回路(出力部)、電源回路、タイマー回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリに格納された制御プログラムに基づいて、スロットルバルブ6、EGR制御弁25、26および電磁油路切替弁を通電制御するように構成されている。これにより、エンジン運転中に、スロットルバルブ6の開度(スロットル開度)、EGR制御弁25、26の開度および電磁油路切替弁の位置等が各々制御指令値(制御目標値)となるように制御される。
ECUは、イグニッションスイッチがオン(IG・ON)されると、マイクロコンピュータのメモリに格納された制御プログラムに基づいて、スロットルバルブ6、EGR制御弁25、26および電磁油路切替弁を通電制御するように構成されている。これにより、エンジン運転中に、スロットルバルブ6の開度(スロットル開度)、EGR制御弁25、26の開度および電磁油路切替弁の位置等が各々制御指令値(制御目標値)となるように制御される。
ECUは、エアフローメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、燃料圧力センサ、EGRバルブ開度センサ、冷却水温センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)等の各種センサからのセンサ出力信号が、A/D変換回路によってA/D変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。なお、エアフローメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、燃料圧力センサ、EGRバルブ開度センサ、冷却水温センサおよび排気ガスセンサ(空燃比センサ、酸素濃度センサ)は、エンジンEの運転状態(運転状況)を検出する運転状態検出手段を構成している。
ECUは、アクセル開度センサから出力されるセンサ出力信号(エンジン負荷信号)が所定範囲内にある時、エンジンEの運転領域が部分負荷領域であると判断する。ECUは、エンジンEの運転領域が部分負荷領域(内燃機関の部分負荷時)であると判断した場合、電磁油路切替弁をONすることで、成層EGRシステムがON状態となる。
また、エンジンEの運転領域が部分負荷領域ではないと判断した場合、例えば高負荷領域(内燃機関の高負荷時)であると判断した場合、電磁油路切替弁をOFFすることで、成層EGRシステムがOFF状態となる。
また、エンジンEの運転領域が部分負荷領域ではないと判断した場合、例えば高負荷領域(内燃機関の高負荷時)であると判断した場合、電磁油路切替弁をOFFすることで、成層EGRシステムがOFF状態となる。
成層EGRシステムがON状態とは、各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気の層とEGRリッチガスの層を形成し、圧縮行程時にEGRリッチガスに対して燃料噴射を実施する成層燃焼モードのことである。この場合、ハウジング1の第2開口部46に対する、ロータリバルブ2のバルブロータ3の回転位置が、図10および図12(a)に示したように、図示左端位置(第1回転位置)となる。
成層EGRシステムがOFF状態とは、各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気の層のみを形成し、吸気行程または圧縮行程時にEGRリーンガスまたは新気に対して燃料噴射を実施する均質燃焼モードのことである。この場合、ハウジング1の第2開口部46に対する、ロータリバルブ2のバルブロータ3の回転位置が、図11および図12(b)に示したように、図示右端位置(第2回転位置)となる。
成層EGRシステムがOFF状態とは、各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気の層のみを形成し、吸気行程または圧縮行程時にEGRリーンガスまたは新気に対して燃料噴射を実施する均質燃焼モードのことである。この場合、ハウジング1の第2開口部46に対する、ロータリバルブ2のバルブロータ3の回転位置が、図11および図12(b)に示したように、図示右端位置(第2回転位置)となる。
各気筒の排気行程(2つの第1、第2排気弁を開く期間、第1、第2排気弁の開弁期間)では、2つの第1、第2排気弁が下死点(BDC)またはその前または後で開弁し、また、2つの第1、第2排気弁が上死点(TDC)またはその前または後で閉弁するようになっている。
各気筒の吸気行程(2つの第1、第2吸気弁14を開く期間、第1、第2吸気弁14の開弁期間)では、図13(a)に示したように、2つの第1、第2吸気弁14が上死点(TDC)またはその前または後で開弁し、また、2つの第1、第2吸気弁14が下死点(BDC)またはその前または後で閉弁するようになっている。この吸気行程時におけるバルブリフトと2つの第1、第2開口部51、52の位置とを対応付けした図を図13(b)に示した。
また、本実施例では、2つの第1、第2排気弁の開弁時期と2つの第1、第2吸気弁14の開弁時期とが重なっている。つまりオーバーラップ期間が設けられている。なお、本実施例では、2つの第1、第2排気弁の開弁時期と2つの第1、第2吸気弁14の開弁時期とが重複しないように設定しても良い。
各気筒の吸気行程(2つの第1、第2吸気弁14を開く期間、第1、第2吸気弁14の開弁期間)では、図13(a)に示したように、2つの第1、第2吸気弁14が上死点(TDC)またはその前または後で開弁し、また、2つの第1、第2吸気弁14が下死点(BDC)またはその前または後で閉弁するようになっている。この吸気行程時におけるバルブリフトと2つの第1、第2開口部51、52の位置とを対応付けした図を図13(b)に示した。
また、本実施例では、2つの第1、第2排気弁の開弁時期と2つの第1、第2吸気弁14の開弁時期とが重なっている。つまりオーバーラップ期間が設けられている。なお、本実施例では、2つの第1、第2排気弁の開弁時期と2つの第1、第2吸気弁14の開弁時期とが重複しないように設定しても良い。
[実施例1の作用]
次に、本実施例のエンジン制御システムの作用を図1ないし図13に基づいて簡単に説明する。
次に、本実施例のエンジン制御システムの作用を図1ないし図13に基づいて簡単に説明する。
ECUは、IG・ONされると、先ず、エンジンEの運転状況(状態)または運転条件を算出するのに必要な各種センサ出力信号を入力する。
具体的には、エンジン回転速度、アクセル開度、スロットル開度、指令噴射量、燃料圧力を取り込む。ここで、エンジン回転速度は、クランク角度センサから出力されたNEパルス信号の間隔時間を計測することによって検出(測定)される。また、指令噴射量は、エンジン回転速度とアクセル開度とに対応して設定された基本噴射量に、エンジン冷却水温等を考慮した補正量を加味して算出される。
また、各気筒毎のインジェクタからの燃料噴射の順序は、気筒#1→気筒#3→気筒#4→気筒#2であり、この順で吸気行程等が実施される。
また、各気筒において、180°CAずつずれたタイミングで、例えば各気筒の圧縮行程の上死点(TDC)近傍で、各気筒毎のインジェクタの開弁による燃料噴射が開始されるように構成されている。
具体的には、エンジン回転速度、アクセル開度、スロットル開度、指令噴射量、燃料圧力を取り込む。ここで、エンジン回転速度は、クランク角度センサから出力されたNEパルス信号の間隔時間を計測することによって検出(測定)される。また、指令噴射量は、エンジン回転速度とアクセル開度とに対応して設定された基本噴射量に、エンジン冷却水温等を考慮した補正量を加味して算出される。
また、各気筒毎のインジェクタからの燃料噴射の順序は、気筒#1→気筒#3→気筒#4→気筒#2であり、この順で吸気行程等が実施される。
また、各気筒において、180°CAずつずれたタイミングで、例えば各気筒の圧縮行程の上死点(TDC)近傍で、各気筒毎のインジェクタの開弁による燃料噴射が開始されるように構成されている。
ECUは、エンジンEの運転状況に対応してEGR率が最適値となるように、スロットルバルブ6およびEGR制御弁25、26の開度を可変制御する。
具体的には、EGRバルブ開度センサより出力されるセンサ出力信号が、エンジンEの運転状況(特にエンジン回転速度、アクセル開度(エンジン負荷)等)に対応して設定される制御目標値(目標EGR率)に相当する目標開度と一致するように、EGR制御弁25、26への供給電力をフィードバック制御する。
このように、エンジンEの運転状況に対応してEGR制御弁25、26の開度をリニアに可変制御することで、エアクリーナを通過した清浄な新気に対する、EGRガスの導入量(混入量)が調節される。
具体的には、EGRバルブ開度センサより出力されるセンサ出力信号が、エンジンEの運転状況(特にエンジン回転速度、アクセル開度(エンジン負荷)等)に対応して設定される制御目標値(目標EGR率)に相当する目標開度と一致するように、EGR制御弁25、26への供給電力をフィードバック制御する。
このように、エンジンEの運転状況に対応してEGR制御弁25、26の開度をリニアに可変制御することで、エアクリーナを通過した清浄な新気に対する、EGRガスの導入量(混入量)が調節される。
ECUは、エンジンEの運転領域が部分負荷領域(低速回転または中速回転で、且つ低中負荷領域)であると判断した場合、成層EGRシステムをONするため、電磁油路切替弁を通電する。電磁油路切替弁が通電(ON)されると、第1油路63を介して第1油圧室61内へオイルが供給される。このとき、第1油圧室61内の油圧によりロータリバルブ2が第1回転位置に設定される(図3、図10および図12(a)参照)。なお、第2油圧室62内のオイルは、電磁油路切替弁のリターン経路(ルート)を経てオイルパンに戻される。
これにより、エンジンEの各気筒毎の燃焼室より流出した排気ガスの一部であるEGRガスは、排気管内に形成される排気通路からEGRガスパイプ21の内部(EGRガス流路23)を通って吸気通路5へ再循環される。吸気通路5に流入したEGRガスは、エアクリーナを通過した清浄な新気と混ざり合って、比較的にEGRガス濃度の薄いEGRリーンガス(新気+EGRガス)となる。なお、EGR制御弁25が全閉状態の場合は、新気のみとなる。
そして、EGRリーンガスまたは新気は、コレクタ7に流入した後に、2つの第1、第2吸気弁14が開いている吸気行程気筒の第1、第2分岐吸気通路8、9に分配される。 コレクタ7から吸気行程気筒の第1分岐吸気通路8に分配されたEGRリーンガスまたは新気は、第1入口ポート43を通って連通路47に流入する。そして、吸気行程気筒の連通路47に流入したEGRリーンガスまたは新気は、第1開口部45からスワールポートである第1吸気ポート11に流入する。そして、吸気行程気筒の第1吸気ポート開口部から吸気行程気筒の燃焼室に流入したEGRリーンガスまたは新気は、燃焼室の周壁面に沿って横方向に旋回する。つまり各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気のスワール流が形成される。
ここで、各気筒毎のバルブロータ3は、上述したように、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期または第1期間と、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中において時分割に制御するように構成されている。
そして、吸気行程気筒において、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期が、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期よりも時間的に前に設定されている。なお、第1時期または第1期間には、第2開口部46と第1開口部51とが重なる。また、第2時期または第2期間には、第2開口部46と第2開口部52とが重なる。
そして、吸気行程気筒において、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期が、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期よりも時間的に前に設定されている。なお、第1時期または第1期間には、第2開口部46と第1開口部51とが重なる。また、第2時期または第2期間には、第2開口部46と第2開口部52とが重なる。
これにより、先ずコレクタ7から吸気行程気筒の第2分岐吸気通路9に分配されたEGRリーンガスまたは新気は、バルブロータ3の第1開弁期間(第1開口部51を介して第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1期間)中、図7(a)に示したように、第1流路A(第2分岐吸気通路9→第2入口ポート44)を通って、第1開口部51に流入する。そして、第1開口部51に流入したEGRリーンガスまたは新気は、第2開口部46からタンブルポートである第2吸気ポート12に流入する。そして、吸気行程気筒の第2吸気ポート開口部13から吸気行程気筒の燃焼室に流入したEGRリーンガスまたは新気は、燃焼室の中心軸線に沿って縦方向に旋回する。つまり各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気のタンブル流が形成される。
そして、第1時期または第1期間が終了して第2時期または第2期間が開始されると、第2入口ポート44が第1閉塞部53により閉塞され、中心孔41および第2開口部52が開放される。これにより、エンジンEの各気筒毎の燃焼室より流出した排気ガスの一部であるEGRガスが、排気管内に形成される排気通路からEGRガスパイプ22の内部(EGRガス流路24)、EGRリッチガス導入ポート27を通って、EGRリッチガス室28内へ再循環される。EGRリッチガス室28に流入したEGRガスは、比較的にEGRガス濃度の濃いEGRリッチガス(EGRガスのみ)である。
そして、EGRリッチガス室28に流入したEGRリッチガスは、EGRリッチガス導入ポート42から中心孔41に流入し、吸気行程気筒のバルブロータ3の入口部(内周面で開口したEGRガス入口ポート:内周開口)から第2開口部52に流入する。
そして、第2開口部52に流入したEGRリッチガスは、吸気行程気筒のバルブロータ3の出口部(円筒面で開口したEGRガス出口ポート:外周開口)から第2開口部46を通って第2吸気ポート12に流入する。
そして、吸気行程気筒の第2吸気ポート開口部13から吸気行程気筒の燃焼室に流入したEGRリッチガスは、燃焼室の中心軸線に沿って縦方向に旋回する。つまり各気筒毎の燃焼室内においてEGRリッチガスのタンブル流が形成される。
これにより、圧縮行程気筒の燃焼室内においては、EGRリーンガスまたは新気の層とEGRリッチガスの層とが形成され、EGRリッチガスに対して燃料噴射を実施することで、良好な成層EGR(成層燃焼)を実施する運転モードが行われる。
そして、第2開口部52に流入したEGRリッチガスは、吸気行程気筒のバルブロータ3の出口部(円筒面で開口したEGRガス出口ポート:外周開口)から第2開口部46を通って第2吸気ポート12に流入する。
そして、吸気行程気筒の第2吸気ポート開口部13から吸気行程気筒の燃焼室に流入したEGRリッチガスは、燃焼室の中心軸線に沿って縦方向に旋回する。つまり各気筒毎の燃焼室内においてEGRリッチガスのタンブル流が形成される。
これにより、圧縮行程気筒の燃焼室内においては、EGRリーンガスまたは新気の層とEGRリッチガスの層とが形成され、EGRリッチガスに対して燃料噴射を実施することで、良好な成層EGR(成層燃焼)を実施する運転モードが行われる。
ECUは、エンジンEの運転領域が高負荷領域(内燃機関の高負荷時、低速回転で、且つ高負荷領域)であると判断した場合、成層EGRシステムをOFFするため、電磁油路切替弁への通電を停止する。電磁油路切替弁がOFFされると、第2油路64を介して第2油圧室62内へオイルが供給される。このとき、第2油圧室62内の油圧によりロータリバルブ2が第2回転位置に設定される(図11および図12(b)参照)。なお、第1油圧室61内のオイルは、電磁油路切替弁のリターン経路(ルート)を経てオイルパンに戻される。
これにより、第1開口部51の回転軌跡は、吸気行程中に第2開口部46と重なり合う位置を通るが、第2開口部52の回転軌跡は、吸気行程中に第2開口部46と重なり合う位置より外れる。
これによって、吸気行程気筒の燃焼室内には、2つの第1、第2吸気ポート11、12からEGRリーンガスまたは新気のみが流入する。
各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気のスワール流とタンブル流が形成される。
これにより、圧縮行程気筒の燃焼室内において、EGRリーンガスまたは新気に対して燃料噴射を実施することで、成層EGR(成層燃焼)を実施しない運転モードが行われる。
これによって、吸気行程気筒の燃焼室内には、2つの第1、第2吸気ポート11、12からEGRリーンガスまたは新気のみが流入する。
各気筒毎の燃焼室内においてEGRリーンガスまたは新気のスワール流とタンブル流が形成される。
これにより、圧縮行程気筒の燃焼室内において、EGRリーンガスまたは新気に対して燃料噴射を実施することで、成層EGR(成層燃焼)を実施しない運転モードが行われる。
[実施例1の効果]
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期または第1期間と、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中において時分割に制御することにより、1吸気行程内において、EGRリーンガスまたは新気を吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードと、EGRリッチガスを吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードとを時間的に分割して実施することができる。
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、第1流路Aと第2吸気ポート12とが連通する第1時期または第1期間と、第2流路Bと第2吸気ポート12とが連通する第2時期または第2期間とを、各気筒の1吸気行程中において時分割に制御することにより、1吸気行程内において、EGRリーンガスまたは新気を吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードと、EGRリッチガスを吸気行程気筒の燃焼室内に流入させる吸気モードとを時間的に分割して実施することができる。
これによって、エンジンEの各気筒毎の燃焼室内におけるEGRガス濃度の分布を1吸気行程中に時分割で制御することが可能になる。
したがって、圧縮行程中にEGRリッチガスに対して、気筒直接噴射式のインジェクタにより燃料を噴射することにより、大量のEGRガスを気筒の燃焼室内に導入しても燃焼の悪化が殆ど無い成層EGR(成層燃焼)を形成することが可能となり、NOxの排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
また、燃焼タイミングを従来よりも進角させることが可能になるので、エンジン出力が向上し、燃費改善効果を得ることができる。
したがって、圧縮行程中にEGRリッチガスに対して、気筒直接噴射式のインジェクタにより燃料を噴射することにより、大量のEGRガスを気筒の燃焼室内に導入しても燃焼の悪化が殆ど無い成層EGR(成層燃焼)を形成することが可能となり、NOxの排出量やスモークの発生量の低減効果を得ることができる。
また、燃焼タイミングを従来よりも進角させることが可能になるので、エンジン出力が向上し、燃費改善効果を得ることができる。
また、第2開口部46に対する、2つの第1、第2開口部51、52の開口度合い(連通面積比)を制御する回転位置制御機構4を設けたことにより、成層EGRを実施する運転モードと成層EGRを実施しない運転モードとの切り替えを、エンジンEの運転状況に対応させて実施することが可能になり、EGRリーンガスまたは新気のみを気筒の燃焼室内に流入させるエンジン出力の向上を狙いとする燃焼モードを実施することができる。
エンジンEの運転領域が部分負荷領域の場合、成層EGRを実施する運転モード(成層EGRシステムON)を行うことにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
また、エンジンEの運転領域が高負荷領域の場合、成層EGRを実施しない運転モード(成層EGRシステムOFF)を行うことにより、気筒の燃焼室内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、エンジン出力の向上を得ることができる。
エンジンEの運転領域が部分負荷領域の場合、成層EGRを実施する運転モード(成層EGRシステムON)を行うことにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制することができる。
また、エンジンEの運転領域が高負荷領域の場合、成層EGRを実施しない運転モード(成層EGRシステムOFF)を行うことにより、気筒の燃焼室内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、エンジン出力の向上を得ることができる。
また、ロータリバルブ2の回転動力を、エンジンEのカムシャフトから得るように構成されているので、エンジンEのクランクシャフトとの同期を確実に行うことができる。なお、カムシャフトに代えて、ロータリバルブ2を回転駆動するモータを有する電動アクチュエータを設けても良い。この場合、カムシャフトから動力を貰うものに比べて、エンジン本体に対するロータリバルブ2の搭載自由度を向上することができる。つまりロータリバルブ2を、吸気弁または排気弁を開閉動作させるカムシャフト近傍に配置しなくても良くなる。
また、ハウジング1の内周面とシールリング55〜57との摺動接触によって、ハウジング1とシールプレート35および各気筒毎のバルブロータ3との間に形成される円環状の隙間の気密性(密閉性)を向上することができる。これにより、ロータリバルブ2からのEGRリーンガスまたは新気あるいはEGRリッチガスの漏洩を防止することができる。
また、ハウジング1の内周面とシールリング55〜57との摺動接触によって、ハウジング1とシールプレート35および各気筒毎のバルブロータ3との間に形成される円環状の隙間の気密性(密閉性)を向上することができる。これにより、ロータリバルブ2からのEGRリーンガスまたは新気あるいはEGRリッチガスの漏洩を防止することができる。
[実施例2の構成]
図14は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例のハウジング1においては、2つの第1、第2入口ポート43、44を並べて形成している。
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、実施例1と同様な効果を奏する。
図14は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例2)を示したものである。
ここで、実施例1と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例のハウジング1においては、2つの第1、第2入口ポート43、44を並べて形成している。
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、実施例1と同様な効果を奏する。
[実施例3の構成]
図15は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
図15は、本発明を適用した吸気制御モジュール(実施例3)を示したものである。
ここで、実施例1及び2と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。
本実施例のロータリバルブ2においては、各気筒毎のバルブロータ3に設けられる2つの第1、第2開口部51、52の形状が、第2開口部46に対する、2つの第1、第2開口部51、52の連通面積の時間変化が滑らかになるように構成されている。
これにより、第1流路Aまたは第2流路Bから第2吸気ポート12へ流入するEGRリーンガスまたは新気あるいはEGRリッチガスの吸気抵抗を減らすことができる。また、ロータリバルブ2の開閉音を低減することができる。
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
これにより、第1流路Aまたは第2流路Bから第2吸気ポート12へ流入するEGRリーンガスまたは新気あるいはEGRリッチガスの吸気抵抗を減らすことができる。また、ロータリバルブ2の開閉音を低減することができる。
以上のように、本実施例の吸気制御モジュールにおいては、実施例1及び2と同様な効果を奏する。
[変形例]
本実施例では、2つの第1、第2吸気ポート11、12をスワールポート、タンブルポートとしているが、2つの第1、第2吸気ポート11、12を共にタンブルポートとしても良い。また、スワールポートである第1吸気ポート11の第1吸気ポート開口部(燃焼室側開口部)を、各気筒毎の燃焼室壁面(円筒内面)の接線方向に向けて開口するように形成しても良い。
本実施例では、2つの第1、第2吸気ポート11、12をスワールポート、タンブルポートとしているが、2つの第1、第2吸気ポート11、12を共にタンブルポートとしても良い。また、スワールポートである第1吸気ポート11の第1吸気ポート開口部(燃焼室側開口部)を、各気筒毎の燃焼室壁面(円筒内面)の接線方向に向けて開口するように形成しても良い。
本実施例では、内燃機関の気筒内に流入するEGRリッチガスに対して燃料を噴射することにより、NOx(窒素酸化物)やスモークの発生を効率良く抑制するようにしているが、内燃機関の気筒内に流入するEGRリーンガスまたは新気に対して燃料を噴射することにより、気筒内での混合気の着火性や燃焼性を安定させて、内燃機関の出力向上を得るようにしても良い。
本実施例では、ディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)の各気筒毎の燃焼室の中心軸線上のシリンダヘッド(燃焼室の天井部)にインジェクタ(燃料噴射弁)を搭載しているが、ガソリンエンジン等の内燃機関(エンジン)の各気筒毎の燃焼室の中心軸線上のシリンダヘッド(燃焼室の天井部)にスパークプラグ(点火栓)を設置しても良い。この場合、気筒内直接噴射式のインジェクタ(燃料噴射弁)を使用することが望ましい。
本実施例では、成層EGRを実施しない運転モード(成層EGRシステムOFF)時に、ハウジング1の第2開口部46および第2吸気ポート12とロータリバルブ2の第1開口部51とが連通し、第2開口部46および第2吸気ポート12と第2開口部52とが連通しないように構成されているが、成層EGRを実施しない運転モード(成層EGRシステムOFF)時に、第2開口部46および第2吸気ポート12と第1開口部51とが連通し、且つロータリバルブ2の連通路47とが連通するように構成しても良い。
また、ロータリバルブ2の第1開口部51の形状を、成層EGRシステムON時およびOFF時共にハウジング1の第2開口部46と重なり合う長方形状の開口部分と、成層EGRシステムOFF時にハウジング1の第2開口部46と重なり合う長方形状の開口部分とを有するものにしても良い。
本実施例では、成層EGRシステムのON/OFF切替を実施するタイプの吸気制御モジュールを採用しているが、成層EGRシステムのON/OFF切替を実施しないタイプの吸気制御モジュールを採用しても良い。すなわち、各気筒毎の燃焼室内において、EGRリーンガスまたは新気の層とEGRリッチガスの層とを形成する成層EGRシステムのみを実施するようにしても良い。
本実施例では、成層EGRシステムのON/OFF切替を実施するタイプの吸気制御モジュールを採用しているが、成層EGRシステムのON/OFF切替を実施しないタイプの吸気制御モジュールを採用しても良い。すなわち、各気筒毎の燃焼室内において、EGRリーンガスまたは新気の層とEGRリッチガスの層とを形成する成層EGRシステムのみを実施するようにしても良い。
A 第1流路
B 第2流路
E エンジン(内燃機関)
1 ハウジング
2 ロータリバルブ
3 バルブロータ(回転体)
4 回転位置制御機構(回転位置変更手段)
11 第1吸気ポート
12 第2吸気ポート
14 第2吸気弁
B 第2流路
E エンジン(内燃機関)
1 ハウジング
2 ロータリバルブ
3 バルブロータ(回転体)
4 回転位置制御機構(回転位置変更手段)
11 第1吸気ポート
12 第2吸気ポート
14 第2吸気弁
Claims (13)
- (a)1つの気筒に独立して接続する少なくとも2つの第1、第2吸気ポート(11、12)、前記第1吸気ポート(11)の燃焼室側端部を開閉する第1吸気弁、および前記第2吸気ポート(12)の燃焼室側端部を開閉する第2吸気弁(14)を有する内燃機関(E)と、
(b)前記第2吸気ポート(12)の上流側に接続されて、EGRガス濃度の薄い吸気であるEGRリーンガスまたは新気が流れる第1流路(A)と、
(c)前記第2吸気ポート(12)の上流側に前記第1流路(A)と異なる経路で接続されて、EGRガス濃度の濃い吸気であるEGRリッチガスが流れる第2流路(B)と、 (d)前記内燃機関(E)の出力軸と同期して回転すると共に、
前記第1流路(A)または前記第2流路(B)と前記第2吸気ポート(12)とが連通する時期または期間を、1吸気行程中に時分割に制御するロータリバルブ(2)と
を備えた吸気制御モジュール。 - 請求項1に記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記ロータリバルブ(2)は、前記第1流路(A)および前記第2流路(B)と前記第2吸気ポート(12)との間に設置されて、前記内燃機関(E)の出力軸と同期して回転する回転体(3)を有していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項2に記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記回転体(3)は、前記第1流路(A)または前記第2流路(B)と前記第2吸気ポート(12)とを連通する2つの第1、第2開口部(51、52)を有していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項3に記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記2つの第1、第2開口部(51、52)は、前記回転体(3)の回転軸方向に隣合うように、前記回転体(3)の外周で開口していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項3または請求項4に記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記2つの第1、第2開口部(51、52)は、前記回転体(3)の円周方向に延びるように、前記回転体(3)の外周で開口していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項3ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、 前記回転体(3)を回転可能に収容すると共に、前記2つの第1、第2開口部(51、52)と連通可能な開口部(46)を有するハウジング(1)と、
前記回転体(3)の回転軸方向における回転位置を変更する回転位置変更手段(4)とを備え、
前記回転位置変更手段(4)は、前記開口部(46)に対する、前記2つの第1、第2開口部(51、52)の開口度合いを制御することを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項3ないし請求項6のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、 前記回転体(3)を回転可能に収容すると共に、前記2つの第1、第2開口部(51、52)と連通可能な開口部(46)を有するハウジング(1)と、
前記2つの第1、第2開口部(51、52)の形状が、前記開口部(46)に対する、前記2つの第1、第2開口部(51、52)の連通面積の時間変化が滑らかになるように構成されていることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項1ないし請求項7のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、 前記ロータリバルブ(2)は、前記内燃機関(E)の出力軸と同期して回転するカムシャフトから回転動力を得るように構成されていることを特徴とする吸気制御モジュール。
- 請求項1ないし請求項8のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、 前記ロータリバルブ(2)を回転駆動するアクチュエータを備えたことを特徴とする吸気制御モジュール。
- 請求項2ないし請求項9のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、 前記回転体(3、35)を回転可能に収容するハウジング(1)を備え、
前記回転体(3、35)は、前記ハウジング(1)の内周面との摺動接触によって前記ハウジング(1)との隙間をシールする環状のシール部材(55〜57)を有していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項10に記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記回転体(3、35)は、円周方向に連続して形成された凹溝を有し、
前記シール部材(55〜57)は、前記凹溝内に嵌め込まれて保持されていることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記内燃機関(E)は、前記気筒内に流入するEGRリーンガスまたは新気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁を有していることを特徴とする吸気制御モジュール。 - 請求項1ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載の吸気制御モジュールにおいて、
前記内燃機関(E)は、前記気筒内に流入するEGRリッチガスに対して燃料を噴射する燃料噴射弁を有していることを特徴とする吸気制御モジュール。
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