JP2575773B2 - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの燃焼制御装置に関し、特にEGR
（排気ガス還流）の一方法として排気ガスの一部を排気
ポートから直接シリンダに逆流させるものに関する。

（従来の技術） 排気ポートからシリンダへ直接的に適量の排気ガスを
逆流させる（吸い戻す）方式のEGRは、排気ガス還流通
路を用いた通常のEGR装置に対して内部EGRと呼ばれてい
る。

内部EGRについての従来技術が、例えば、特開昭55−1
12814号公報に開示されている。この従来技術では、排
気弁の閉弁時期を低負荷域で遅くなるように変化させる
バルブタイミング機構を設け、排気弁の閉弁時期を遅く
して吸気弁とのバルブオーバーラップ期間を大きくし、
排気ポート側に出た排気ガスの一部が吸気行程の初期に
シリンダ内へ逆流するようにして、内部EGRを得るもの
である。

上記内部EGRでは、通常のEGRに比べて燃焼室に持ち込
まれる排気ガスの温度が高いことから同じEGR率でもそ
の容積が大きく、その分新気の流入量が低減することか
らスロットル弁の開度が大きくなってポンピングロスが
低減し、燃費性能が改善される。また、流入した燃料が
高温排気ガスの影響を受けて、その気化が促進され、燃
焼性が改善されて未燃焼成分の排出量が低減し、エミッ
ション性の向上が図れる利点を有する。

（発明が解決しようとする課題） しかして、上記のような従来技術では、EGR率の調整
を排気弁の閉弁時期を変えてバルブオーバーラップ期間
を変更することによって行っているが、このオーバーラ
ップ期間の調整でEGR率を高精度に制御することは困難
であると共に、可変バルブタイミング機構は複雑で高価
なものとなる。

上記点に対し、１つのシリンダに複数の排気弁を設
け、１つの排気弁の閉時期を遅らせてオーバーラップ期
間を大きく設定し、この排気弁に対応する排気ポートに
排気制御弁を設け、この排気制御弁の開閉によってEGR
率を調整することが考えられる。すなわち、排気制御弁
を開いた状態ではこの排気ポートに排出された排気ガス
がオーバーラップ期間中に燃焼室に吸い戻されることに
なり、その排気制御弁の開度が大きい程EGR率が高くな
り、閉じているとEGR率は低減する。

しかるに、上記のように遅く閉じる排気ポートに内部
EGR率を調整する排気制御弁を設置した燃焼制御装置で
は、アイドル時には内部EGRをカットするべく前記排気
制御弁を全閉にするが、この排気制御弁までの排気ポー
ト内に排気ガスが残留し、この部分の排気ガスがオーバ
ーラップ時に燃焼室に流入して内部EGRとなる。すなわ
ち、排気制御弁が閉じていても、排気弁が開いたときに
高圧の排気ガスが排気制御弁との間の排気ポートに流入
し、燃焼室内圧力が低下するオーバーラップ期間に燃焼
室内に逆流して戻ることになって内部EGRとなり、アイ
ドル時でもともと燃焼性が低下しているの加えて燃焼性
がさらに低下し、アイドル安定性を確保する点で問題が
ある。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、排気制御弁の閉じ
た時点における内部EGR率を低減して運転性を確保した
上で、内部EGRによる燃焼性、燃費性向上を図るように
したエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明の燃焼制御装置は、
各気筒に排気弁を複数有し、そのうち少なくとも１つに
ついて吸気弁とのバルブオーバーラップ期間を大きく設
定して吸気行程への燃焼室に排気ポートから排気ガスを
導入する一方、このバルブオーバーラップ期間を大きく
設定した排気弁に対応する排気ポートに燃焼室に導入す
る排気ガス量を調整する排気制御弁を設けると共に、該
排気制御弁を設けた排気ポートの径を他の排気ポートよ
りも小さくなるように構成したものである。

（作用） 上記のようなエンジンの燃焼制御装置では、アイドル
などで排気制御弁を閉じた状態においては、この排気制
御弁に対する排気ポートは小径であって、その容積は小
さく、流出入する排気ガス量が低減することによって内
部EGR率が低下し、燃焼安定性を向上する一方、排気制
御弁を開いた時には、その開度に応じて簡単な構造で精
度よくEGR率を調整するようにしている。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。第１
図にエンジンの各気筒での構成を示す。

エンジン１の各気筒２には、第１吸気弁３によって開
閉される第１吸気ポート７と第２吸気弁４によって開閉
される第２吸気ポート８と、第１排気弁５によって開閉
される第１排気ポート９と第２排気弁６によって開閉さ
れる第２排気ポート10とが接続開口されている。両吸気
ポート−7,8は共通の吸気通路12に接続され、同様に両
排気ポート9,10は共通の排気通路13に接続されている。

そして、上記吸気通路12には図示しないスロットル弁
が介装されて吸気流量が制御される一方、前記第２吸気
ポート８には吸気制御弁15が介装され、また、第２排気
ポート10には排気制御弁16が介装されている。更に、前
記第２排気ポート10は、第１排気ポート９に比べて小径
に形成されている。

前記第１および第２吸気弁3,4、第１および第２排気
弁5,6は、公知の動弁機構によって開閉作動され、その
開閉タイミングを第２図に示す。まず、第１排気弁５は
EOで開き、上死点TDC後のEC₁で閉じる。また、第２排気
弁６は第１排気弁５と同様にEOで開き、第１排気弁５の
閉時期EC₁より遅い時期EC₂に閉じる。一方、第１吸気弁
３は上死点TDC近傍のIO₁で開き、ICで閉じる。また、第
２吸気弁４は第１吸気弁３の開時期IO₁より早い時期IO₂
に開き、第１吸気弁３と同様にICで閉じる。

また、前記吸気制御弁15および排気制御弁16はそれぞ
れアクチュエータ17,18によって開閉操作され、このア
クチュエータ17,18の作動はコントロールユニット19か
らの制御信号によって運転状態に応じて制御される。上
記コントロールユニット19には、エンジン１の運転状態
を検出するために、回転センサ20からのエンジン回転信
号、吸気通路12に介装した吸気負圧を検出する負圧セン
サ21からの負荷信号等がそれぞれ入力される。

なお、上記排気制御弁16は、第２排気ポート10の容積
を小さくする点からは可及的に第２排気弁６に近付けた
位置に設置するのが好ましいが、余り近付けると高温と
なって信頼性の点で不利となることから、例えば排気マ
ニホールドのシリンダヘッド近傍部分にシャッタバルブ
型の開閉弁を設置して構成するようにすればよいもので
ある。

そして、上記コントロールユニット19は負荷およびエ
ンジン回転数に応じて、第３図および第４図に示すよう
に、部分負荷時すなわちEGR領域では、排気制御弁16を
開いて第２排気弁６による開閉時期（遅閉じ）で排気を
行う一方、吸気制御弁15を閉じて第１吸気弁３による開
閉時期（遅開き）で吸気を行う。また、その他のアイド
ル時および低速高負荷時すなわちEGRカット領域では、
排気制御弁16を閉じて第１排気弁５による開閉時期（早
閉じ）で排気を行う一方、吸気制御弁15を開いて第２吸
気弁４による開閉時期（早開き）で吸気を行うように制
御するものである。この制御は、マイクロコンピュータ
などによる一般的なエンジンの電子制御と同じ手法で容
易に実施することができるので、本明細書では詳述しな
い。

次に上記構成による作用を説明する。まず、EGR領域
では、前記のように排気制御弁16を開いて第２排気弁６
による開閉時期（遅閉じ）で排気を行うことから、上死
点TDC後のオーバーラップ期間が長くなる。その結果、
第２吸気弁４の開作動および上死点を過ぎでピストンが
下降するのに対して気筒２内圧力の低下に伴って、第２
排気弁６が閉じる直前に第２排気ポート10内の排気ガス
が気筒２内に逆流するように吸い戻されて導入される。
このとき逆流して気筒２内に戻る排気ガスの量は、第２
排気ポート10の排気制御弁16の開度に応じて変化し、そ
の開度が大きいほど導入量が増大するものである。これ
により内部EGRによる燃焼性、燃費性能の改善効果が得
られる。

また、上記EGR領域では、吸気制御弁15を閉じて第１
吸気弁３による開閉時期（遅開き）で吸気を行うことか
ら、実質的にピストンがかなり下降してから吸気が気筒
２に流入し、それまでに気筒２内に導入されている排気
ガスはピストン側に位置し、その上層に吸気が流入して
層状化を得るものである。これにより点火プラグ周辺に
可熱混合気を偏差させて着火性を向上し、排気ガスの熱
的影響を受けて上記内部EGRの作用は確保するようにし
ている。

一方、EGRカット領域では排気制御弁16を閉じて第１
排気弁５による開閉時期（早閉じ）で排気を行うと共
に、吸気制御弁15を開いて第２吸気弁４による開閉時期
（早開き）で吸気を行うことから、上死点TDC後のオー
バーラップ期間を短くすると共に、吸入空気量を確保す
る。このオーバーラップ期間の短縮により、排気行程か
ら吸気行程に移行する際に、気筒２内に残留する排気ガ
スの量は低減する。その際、内部EGRをカットするべく
前記排気制御弁16を全閉にしていても、第２排気弁６が
開いたときに高圧の排気ガスが排気制御弁16との間の第
２排気ポート10に流入し、気筒内圧力が低下するオーバ
ーラップ期間に気筒内に逆流して戻ることになって内部
EGRとなるが、この第２排気ポート10の径を小さく形成
して容積を低減していることから、第２排気ポート10内
に残留する排気ガスの量を低減して、排気制御弁16全閉
時に、特にアイドル時の燃焼安定性を確保するようにし
ている。

なお、上記実施例においては、２つの吸気弁3,4およ
び吸気制御弁15を配設して、吸気タイミングについても
EGR領域に対応して変更するようにして層状化を得るよ
うにしているが、これは必須ではなくタイミングの変更
は行わず、１つの吸気弁によって吸気を導入するように
してもよい。また、上記実施例では、高負荷領域ではEG
Rをカットするようにしているが、これは排気ガスによ
る吸気温度の上昇はノッキングが発生しやすくなること
から、これを防止するために行うものであり、過給を行
うエンジンでは排気制御弁16を開くようにしてもよい。
一方、多気筒エンジンにおける各気筒２の排気制御弁16
上流の第２排気ポート10を連通路で連通し、排気ガスの
気筒間分配を向上するようにしてもよい。

（発明の効果） 上記のような本発明によれば、気筒に対する複数の排
気弁のうち少なくとも１つについて吸気弁とのバルブオ
ーバーラップ期間を大きく設定して吸気行程への燃焼室
に排気ポートから排気ガスを導入する一方、このバルブ
オーバーラップ期間を大きく設定した排気弁に対応する
排気ポートに燃焼室に導入する排気ガス量を調整する排
気制御弁を設けると共に、該排気制御弁を設けた排気ポ
ートの径を他の排気ポートよりも小さくなるように構成
したことにより、アイドルなどで排気制御弁を閉じた状
態においては、この排気制御弁に対する排気ポートは小
径であって、その容積は小さく、流出入する排気ガス量
が低減することによって内部EGR率を低下して燃焼安定
性を向上して良好な運転性を確保する一方、排気制御弁
を開いた時には、その開度に応じて簡単な構造で精度よ
くEGR率を調整することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるエンジンの燃焼制御
装置の概念図、 第２図はバルブタイミングの設定例を示す特性図、 第３図は排気および吸気制御弁の負荷に対する開閉制御
例を示す特性図、 第４図は同じく排気および吸気制御弁のエンジン回転数
に対する開閉制御例を示す特性図である。 １……エンジン、２……気筒、5,6……排気弁、9,10…
…排気ポート、13……排気通路、16……排気制御弁、19
……コントロールユニット。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各気筒に排気弁を複数有し、そのうち少な
   くとも１つについて吸気弁とのバルブオーバーラップ期
   間を大きく設定して吸気行程への燃焼室に排気ポートか
   ら排気ガスを導入する一方、このバルブオーバーラップ
   期間を大きく設定した排気弁に対応する排気ポートに、
   燃焼室に導入する排気ガス量を調整する排気制御弁を設
   けると共に、該排気制御弁を設けた排気ポートの径を他
   の排気ポートよりも小さく設定したことを特徴とするエ
   ンジンの燃焼制御装置。