JP3371324B2 - 排気ガス還流装置 - Google Patents
排気ガス還流装置Info
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
- F02M26/44—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders in which a main EGR passage is branched into multiple passages
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
- F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
- F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン、特に車
両用エンジンの排気ガス還流装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、乗用自動車、リクリエーショナル
ビークル等に搭載されている小型高速のディーゼルエン
ジンには、主として排出ガス性能の観点から、副室式デ
ィーゼルエンジンが一般的に採用されている。しかしな
がら、副室式ディーゼルエンジンは、シリンダヘッド内
部に収容されている副室外周壁からの熱損失が大きく、
かつ副室内で生成した燃焼ガスがシリンダ内に流出する
際の流れ損失が大きい等の事情から、燃費が劣る欠点が
ある。 【０００３】上記副室式ディーゼルエンジンの燃費が劣
るという問題点を解決するためには、トラック等におい
て広く採用されている本質的に燃費が優れた直接噴射式
ディーゼルエンジンを乗用車等の小型高速エンジンとし
て採用すれば良いのであるが、直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、副室式ディーゼルエンジンに較べて排出ガス
性能が劣り、特に低及び中速部分負荷時の窒素酸化物
（以下ＮＯｘという）の増加が著しい不具合がある。 【０００４】上記小型高速の直接噴射式ディーゼルエン
ジンの低及び中速部分負荷時のＮＯｘ排出量を、従来の
副室式ディーゼルエンジンと略同等、又はそれより良好
なレベルに低減するためには、上記エンジン運転領域に
おいて、従来より多量の排気ガス還流（以下、場合によ
り、ＥＧＲという）を行ないＮＯｘの生成量を抑制する
必要がある。しかしながら、従来の車両用ディーゼルエ
ンジンのＥＧＲは、通常、排気通路内における排気ガス
圧力と、吸気通路を流れる吸気の圧力との差圧によっ
て、排気ガスを吸気に導入しているので、上記直接噴射
式ディーゼルエンジンの低速及び中速部分負荷時に、Ｎ
Ｏｘ性能を改善するために必要な大量の排気ガスを吸気
側に還流させることは、実際上極めて困難である。 【０００５】一方、吸気通路内に吸気絞り弁等を設けて
吸気側の負圧を増大し、排気ガス圧力との差圧を大きく
することによってＥＧＲ量を増加する手段も知られてい
るが、この場合、吸気抵抗が増大して吸気量が減少し、
空気過剰率が低減して燃焼が悪化するため、スモーク、
一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）に関する排出ガ
ス性能が悪化するだけでなく、パティキュレートの排出
量が増大する不具合がある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従前の
排気ガス還流装置に較べて、より多量の排気ガス還流を
容易に行なうことができ、その結果、スモーク、ＣＯ、
ＨＣ及びパティキュレート等に関する排出ガス性能の悪
化を招くことなくＮＯｘの低減を効果的に達成すること
ができる車両用エンジン、特に車両用の直接噴射式ディ
ーゼルエンジンに採用されて好適な排気ガス還流装置を
提供することを、主たる目的とするものである。また、
本発明は、車両用ディーゼルエンジンの低速及び中速部
分負荷運転領域において、大量の排気ガス還流を可能と
してＮＯｘの低減を効果的に達成し得ると共に、燃焼室
内に強いスワールを生起させてスモーク及びパティキュ
レートの発生を効果的に抑止することができる排気ガス
還流装置を提供することを、他の目的とするものであ
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、エンジンの燃焼室に吸
気を供給する第１の吸気通路及び第２の吸気通路と、上
記第１の吸気通路に設けられその開閉によって上記燃焼
室内に生成される吸気スワールの強弱を制御するスワー
ルコントロールバルブと、一端をエンジンの排気通路に
接続されると共に、他端を上記スワールコントロールバ
ルブの下流側において上記第１吸気通路に連通された第
１のＥＧＲ通路と、同第１ＥＧＲ通路に配設されその開
度を調整することによって排気ガス還流量を制御する第
１のＥＧＲバルブと、エンジンの運転状態に応じて上記
スワールコントロールバルブ及び第１ＥＧＲバルブの開
度を制御するコントロールユニットと、一端をエンジン
の排気通路に接続されると共に、他端を、上記スワール
コントロールバルブより上流側の第１吸気通路及び上記
第２吸気通路に連通する共通吸気通路に接続された第２
のＥＧＲ通路と、同第２ＥＧＲ通路に配設され、その開
度を上記コントロールユニットにより制御されることに
よって排気ガス還流量を制御する第２のＥＧＲバルブと
を備え、上記コントロールユニットは、エンジンの低速
及び中速部分負荷運転領域において、上記スワールコン
トロールバルブを閉じると共に第２ＥＧＲバルブを開い
て、上記第２吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生起させると共に、第２ＥＧ
Ｒ通路から第２吸気通路を経て排気ガスを還流させ、か
つ、上記低速及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速
及び低負荷の運転領域において、上記スワールコントロ
ールバルブを閉じると共に、第１ＥＧＲバルブ及び第２
ＥＧＲバルブを開き、上記第２吸気通路から燃焼室に吸
気を供給することにより強スワール流を生成させると共
に、第１及び第２ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを還流
させるように作動することを特徴とする排気ガス還流装
置を提案するものである。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
添付図面について説明する。図１及び図２において、符
号１０は乗用自動車、リクリエーショナルビークル等に
搭載される直接噴射式のディーゼルエンジンを総括的に
示し、１２は同エンジン１０のクランクケース、１４は
クランクケース１２内に複数個列設されたシリンダ、１
６は同シリンダ１４内に摺動自在に嵌装されたピスト
ン、１８は同ピストン１６の頂部に凹設されたトロイダ
ル型その他適宜の形状を有する燃焼室である。 【００１２】上記クランクケース１２上にヘッドガスケ
ット２０を介してシリンダヘッド２２が装架され、同シ
リンダヘッド２２内には、各シリンダ毎に、２個の吸気
弁２４ａ及び２４ｂと２個の排気弁２６ａ及び２６ｂと
が設けられている。（図１では、夫々１個の吸気弁２４
ａ及び１個の排気弁２６ａのみが示されている。）上記
２個の吸気弁２４ａ及び２４ｂは、図２の概念的構成図
に示されているように、第１吸気通路２８ａ及び第２吸
気通路２８ｂを介して吸気マニホールド又は共通吸気通
路３０に夫々接続されている。 【００１３】図示のように、第１吸気通路２８ａは、そ
の下流端を吸気弁２４ａを介して上記シリンダ１４に接
続されるシリンダヘッド２２内の第１吸気ポート３２ａ
と、同第１吸気ポート３２ａの他端に接続された吸気ブ
ランチ３０ａとから構成され、同様に、第２吸気通路２
８ｂは、その下流端を吸気弁２４ｂを介して上記シリン
ダ１４に接続されるシリンダヘッド２２内の第２吸気ポ
ート３２ｂと、同第２吸気ポート３２ｂの他端に接続さ
れた吸気ブランチ３０ｂとから構成されている。 【００１４】一方、上記排気弁２６ａ及び２６ｂは、シ
リンダヘッド２２内に形成された排気ポート３４の二又
に分岐した一端上流端に配設され、同排気ポート３４の
他端下流端は、合流して単一の通路を形成し、排気ブラ
ンチ３６′を介して排気マニホールド又は共通排気通路
３６に連通している。上記共通排気通路３６の下流側
に、総括的に符号３８で示されているターボ過給機の排
気ガスタービン４０が接続され、同排気ガスタービン４
０は同軸的に連結されたエアコンプレッサ４２を駆動す
る。 【００１５】上記エアコンプレッサ４２は、図示を省略
されているエアクリーナを介して外気を吸入し、加圧し
て吐出通路４４に給送する。同吐出通路４４に送給され
た加圧吸気は、一般にインタクーラと呼ばれている吸気
冷却装置４６を通り冷却されたのち、上記吸気マニホー
ルド又は共通吸気通路３０に供給される。 【００１６】上記排気マニホールド又は共通排気通路３
６に第１のＥＧＲ通路４８と第２のＥＧＲ通路６８とが
ＥＧＲクーラ５０を介して並列に接続され、同第１ＥＧ
Ｒ通路４８には第１のＥＧＲバルブ５２が介装されてい
る。同ＥＧＲバルブ５２の下流側のＥＧＲ通路４８は複
数のシリンダに分岐され、分岐ＥＧＲ通路４８′は各シ
リンダ１４の第１吸気通路２８ａに接続されている。上
記分岐ＥＧＲ通路４８′との接続部より上流側の第２吸
気通路２８ａ内に、スワールコントロールバルブ５４が
介装されている。また、上記第２のＥＧＲ通路６８には
第２のＥＧＲバルブ７０が介装され、同ＥＧＲ通路６８
は上記ＥＧＲバルブ７０の下流側を、上記スワールコン
トロールバルブ５４より上流側の第１吸気通路２８ａ及
び第２吸気通路２８ｂに連通する共通吸気通路３０に接
続されている。 【００１７】上記第１ＥＧＲバルブ５２及び第２ＥＧＲ
バルブ７０は、夫々アクチュエータ５２ａ及び７０ａに
よって開閉される好ましくは可変開度の弁であり、上記
スワールコントロールバルブ５４は、アクチュエータ５
４ａによって開閉される可変開度又は全開、全閉の２位
置開閉弁、換言すればオンオフ式弁であり、好ましくは
後者のオンオフ式開閉弁である。上記アクチュエータ５
２ａ及び５４ａは夫々コントロールユニット５６によっ
て開閉制御され、同コントロールユニット５６は、エン
ジン１０の回転数Ｎｅ、エンジンの負荷Ｌｅ、エンジン
冷却水温Ｔｃを夫々検知する回転数センサ５８、負荷セ
ンサ６０及び冷却水温度センサ６２の出力信号又は情報
に基づき、上記アクチュエータ５２ａ及び５４ａに駆動
出力を供給すると共に、エンジン１０に燃料を供給する
燃料噴射ポンプ６４の燃料供給量制御部材に駆動出力を
供給する。 【００１８】上記アクチュエータ５２ａ及び５４ａは、
真空作動式、圧縮空気作動式、電磁作動式アクチュエー
タ等を任意に採用することができ、また燃料噴射ポンプ
６４は、分配型及び列型噴射ポンプの何れでも良い。さ
らに、第１ＥＧＲバルブ５２として円錐弁が図示されて
いるが、バターフライ弁等を適宜採用することができ、
同様に、スワールコントロールバルブ５４としてバター
フライ弁が図示されているが、勿論円錐弁等を適宜採用
することができる。なお、図示の装置では、第１吸気通
路２８ａの吸気ブランチ３０ａに第１ＥＧＲ通路４８が
接続されると共に、その上流側の吸気ブランチ３０ａ内
にスワールコントロールバルブ５４が配置されている
が、シリンダヘッド２２内の第１吸気ポート３２ａに第
１ＥＧＲ通路４８を接続すると共に、その上流側にスワ
ールコントロールバルブ５４を配置することもできる。
なお、図２において、符号６６はシリンダヘッド２２を
クランクケース１２に緊締し固着するためのヘッドボル
ト（図示せず）を挿入するボルト孔である。 【００１９】上記排気ガス還流装置を具備したエンジン
１０の寒冷始動時は、冷却水温度センサ６２によって検
知される冷却水温度Ｔｃが、予め設定されたウォームア
ップ完了温度、例えば６０℃に達するまで、コントロー
ルユニット５６によりアクチュエータ５２ａ及び７０ａ
が全閉位置に保持され、従って第１ＥＧＲバルブ５２及
び第２ＥＧＲバルブ７０ が全閉されてＥＧＲは行なわ
れない。エンジン１０のウォームアップ運転中は、燃焼
室２０及びシリンダ１４内での燃料の燃焼が悪く、未燃
燃料等の排出ガス性能が悪いので、ＥＧＲを行なうこと
による一層の燃焼の悪化を防止し、排出ガス性能のさら
なる悪化を防止することができる。 【００２０】エンジン１０の運転中、シリンダ１４から
排出された排気ガスは、シリンダヘッド２２内の排気ポ
ート３４及び排気ブランチ３６′から排気マニホールド
又は共通排気通路３６に流入し、さらにターボ過給機３
８の排気ガスタービン４０に供給されて仕事をしたの
ち、図示しないマフラ及びテールパイプを経て外気に放
出される。上記排気ガスタービン４０によりエアコンプ
レッサ４２が駆動され、同エアコンプレッサ４２で加圧
された吸気が吐出通路４４から吸気冷却装置４６を通っ
て冷却され、吸気マニホールド又は共通吸気通路３０に
供給される。 【００２１】縦軸にエンジン１０の出力トルクＴｑをと
り、横軸にエンジン回転数Ｎｅ（但し、原点はアイドル
回転数である）をとって示した図３において、低速及び
中速高負荷の運転領域Ａでは、コントロールユニット５
６の駆動出力に基づき、図１に示されているように、ア
クチュエータ５４ａによってスワールコントロールバル
ブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ５２ａ及び
７０ａにより第１及び第２ＥＧＲバルブ５２及び７０が
全閉される。従って、吸気マニホールド又は共通吸気通
路３０に供給された吸気が、第２吸気通路２８ｂのみか
らシリンダ１４内に供給され、図２に矢印Ｓで示されて
いる強スワールがシリンダ１４内に生成されると共に、
ＥＧＲは行なわれない。シリンダ１４内に吸気の強スワ
ールが生成されると共に、ＥＧＲが行なわれないので、
良好な燃焼が確保され、この運転領域で発生し易いスモ
ークを低減し、又はスモークの発生を防止することがで
きる。 【００２２】また、上記図３において、中速及び高速高
負荷の運転領域Ｂでは、コントロールユニット５６の駆
動出力に基づき、アクチュエータ５４ａによりスワール
コントロールバルブ５４が、図２に点線で示されている
ように全開されると共に、アクチュエータ５２ａ及び７
０ａにより第１及び第２ＥＧＲバルブ５２及び７０が全
閉される。従って、吸気が吸気マニホールド又は共通吸
気通路３０から第１吸気通路２８ａ及び第２吸気通路２
８ｂの両方からシリンダ１４内に流入し、シリンダ１４
内に相対的に弱い吸気スワールが形成される。この運転
領域Ｂでは、相対的に弱い吸気スワールが形成されると
共に、ＥＧＲが行なわれないことによって、良好な燃焼
が確保され、エンジンの出力を増大することができる。 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】次に、図３において、左下りの斜線を施し
た第１の低速及び中速部分負荷運転領域Ｃ（一例とし
て、５０％負荷以下で、回転数Ｎｅがアイドル回転数か
ら最高回転数Ｎｅ ｍａｘの６０％の回転数にわたる運
転領域）では、コントロールユニット５６の駆動出力に
基づき、アクチュエータ５４ａによりスワールコントロ
ールバルブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ７
０ａにより第２ＥＧＲバルブ７０がエンジン負荷Ｌｅ及
び回転数Ｎｅに応じた開度で開かれ、さらに、アクチュ
エータ５２ａにより第１ＥＧＲバルブ５２は全閉状態に
保持される。 【００３１】スワールコントロールバルブ５４の全閉に
より吸気マニホールド又は共通吸気通路３０と第１吸気
通路２８ａとの連通が遮断されるので、吸気は第２吸気
通路２８ｂからのみシリンダ１４内に流入して強スワー
ルが生起されると共に、第２ＥＧＲ通路６８から第２Ｅ
ＧＲバルブ７０の開度に応じた量の排気ガスが吸気に添
加され、排気ガス圧力と吸気圧力との差圧に応じた通常
のＥＧＲが行なわれる。しかし、第１ＥＧＲ通路４８か
らの排気還流は行なわれない。 【００３２】さらに、図３において、格子状の斜線を施
した第２の低速及び中速部分負荷運転領域Ｄ（一例とし
て、４０％負荷以下で、回転数Ｎｅがアイドル回転数か
ら最高回転数Ｎｅ ｍａｘの５０％の回転数にわたる運
転領域）では、コントロールユニット５６の駆動出力に
基づき、アクチュエータ５４ａによりスワールコントロ
ールバルブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ７
０ａ及び５２ａにより第２ＥＧＲバルブ７０及び第１Ｅ
ＧＲバルブ５２が、何れもエンジン負荷Ｌｅ及び回転数
Ｎｅに応じた開度で開かれる。 【００３３】従って、上記第１の低速及び中速部分負荷
時の強スワール発生及び第２ＥＧＲ通路６８からの通常
のＥＧＲに加え、第１吸気通路２８ａのスワールコント
ロールバルブ５４下流側の部分に、吸気行程におけるピ
ストン１６の下降変位に基づく強い負圧が発生し、第１
ＥＧＲ通路４８からの大量の排気ガスが第１吸気通路２
８ａを通ってシリンダ１４内に還流し、従って、上記通
常のＥＧＲと大量ＥＧＲとが重複して行なわれることと
なる。 【００３４】上記のように運転領域Ｃにおいて通常のＥ
ＧＲが行なわれ、運転領域Ｄにおいて上記通常のＥＧＲ
と大量のＥＧＲとが重複して行なわれるので、排出ガス
中のＮＯｘの発生が低減し、ＮＯｘ発生量を従前の副室
式ディーゼルと略同等、又はそれより低減することがで
きる。また、上記運転領域Ｃ及び運転領域Ｄの双方にお
いて、前記第１実施形態と同様に、シリンダ１４の外周
部分を新気が旋回し、半径方向内方部分でＥＧＲガスが
旋回するので、所謂層状ＥＧＲが行なわれ、オイルの汚
染及び早期劣化を効果的に防止し得る利点がある。 【００３５】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で、上
記実施形態に種々の変更、修正を加えて実施することが
できる。なおまた、本発明は、小型高速の直接噴射式デ
ィーゼルエンジンに採用されて最も好適であるが、大型
トラック等に搭載される大型の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにも勿論適用することができる。 【００３６】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気ガス還
流装置は、エンジンの燃焼室に吸気を供給する第１の吸
気通路及び第２の吸気通路と、上記第１の吸気通路に設
けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される吸気
スワールの強弱を制御するスワールコントロールバルブ
と、一端をエンジンの排気通路に接続されると共に、他
端を上記スワールコントロールバルブの下流側において
上記第１吸気通路に連通された第１のＥＧＲ通路と、同
第１ＥＧＲ通路に配設されその開度を調整することによ
って排気ガス還流量を制御する第１のＥＧＲバルブと、
エンジンの運転状態に応じて上記スワールコントロール
バルブ及び第１ＥＧＲバルブの開度を制御するコントロ
ールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接続され
ると共に、他端を、上記スワールコントロールバルブよ
り上流側の第１吸気通路及び上記第２吸気通路に連通す
る共通吸気通路に接続された第２のＥＧＲ通路と、同第
２ＥＧＲ通路に配設され、その開度を上記コントロール
ユニットにより制御されることによって排気ガス還流量
を制御する第２のＥＧＲバルブとを備え、上記コントロ
ールユニットは、エンジンの低速及び中速部分負荷運転
領域において、上記スワールコントロールバルブを閉じ
ると共に第２ＥＧＲバルブを開いて、上記第２吸気通路
のみから燃焼室に吸気を供給することにより強スワール
流を生起させると共に、第２ＥＧＲ通路から第２吸気通
路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速及び中速
部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の運転領域
において、上記スワールコントロールバルブを閉じると
共に、第１ＥＧＲバルブ及び第２ＥＧＲバルブを開き、
上記第２吸気通路から燃焼室に吸気を供給することによ
り強スワール流を生成させると共に、第１及び第２ＥＧ
Ｒ通路の双方から排気ガスを還流させるように作動する
ことを特徴とし、上記スワールコントロールバルブ下流
側の吸気通路にＥＧＲ通路を接続することによって、従
来の排気ガス還流装置より多量の排気ガス還流を行なう
ことができ、この結果、ディーゼルエンジンの排出ガス
中の有害成分、特にＮＯｘを効果的に低減できると共
に、低速及び中速部分負荷運転領域よりも一層低速及び
低負荷の領域では、第１のＥＧＲ通路から追加して大量
のＥＧＲを行なうことにより 、この運転領域で発生し易
いスモークを抑制しながらＮＯｘの効果的な低減を達成
し得る利点がある。 【００３７】 【００３８】
両用エンジンの排気ガス還流装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、乗用自動車、リクリエーショナル
ビークル等に搭載されている小型高速のディーゼルエン
ジンには、主として排出ガス性能の観点から、副室式デ
ィーゼルエンジンが一般的に採用されている。しかしな
がら、副室式ディーゼルエンジンは、シリンダヘッド内
部に収容されている副室外周壁からの熱損失が大きく、
かつ副室内で生成した燃焼ガスがシリンダ内に流出する
際の流れ損失が大きい等の事情から、燃費が劣る欠点が
ある。 【０００３】上記副室式ディーゼルエンジンの燃費が劣
るという問題点を解決するためには、トラック等におい
て広く採用されている本質的に燃費が優れた直接噴射式
ディーゼルエンジンを乗用車等の小型高速エンジンとし
て採用すれば良いのであるが、直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、副室式ディーゼルエンジンに較べて排出ガス
性能が劣り、特に低及び中速部分負荷時の窒素酸化物
（以下ＮＯｘという）の増加が著しい不具合がある。 【０００４】上記小型高速の直接噴射式ディーゼルエン
ジンの低及び中速部分負荷時のＮＯｘ排出量を、従来の
副室式ディーゼルエンジンと略同等、又はそれより良好
なレベルに低減するためには、上記エンジン運転領域に
おいて、従来より多量の排気ガス還流（以下、場合によ
り、ＥＧＲという）を行ないＮＯｘの生成量を抑制する
必要がある。しかしながら、従来の車両用ディーゼルエ
ンジンのＥＧＲは、通常、排気通路内における排気ガス
圧力と、吸気通路を流れる吸気の圧力との差圧によっ
て、排気ガスを吸気に導入しているので、上記直接噴射
式ディーゼルエンジンの低速及び中速部分負荷時に、Ｎ
Ｏｘ性能を改善するために必要な大量の排気ガスを吸気
側に還流させることは、実際上極めて困難である。 【０００５】一方、吸気通路内に吸気絞り弁等を設けて
吸気側の負圧を増大し、排気ガス圧力との差圧を大きく
することによってＥＧＲ量を増加する手段も知られてい
るが、この場合、吸気抵抗が増大して吸気量が減少し、
空気過剰率が低減して燃焼が悪化するため、スモーク、
一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）に関する排出ガ
ス性能が悪化するだけでなく、パティキュレートの排出
量が増大する不具合がある。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従前の
排気ガス還流装置に較べて、より多量の排気ガス還流を
容易に行なうことができ、その結果、スモーク、ＣＯ、
ＨＣ及びパティキュレート等に関する排出ガス性能の悪
化を招くことなくＮＯｘの低減を効果的に達成すること
ができる車両用エンジン、特に車両用の直接噴射式ディ
ーゼルエンジンに採用されて好適な排気ガス還流装置を
提供することを、主たる目的とするものである。また、
本発明は、車両用ディーゼルエンジンの低速及び中速部
分負荷運転領域において、大量の排気ガス還流を可能と
してＮＯｘの低減を効果的に達成し得ると共に、燃焼室
内に強いスワールを生起させてスモーク及びパティキュ
レートの発生を効果的に抑止することができる排気ガス
還流装置を提供することを、他の目的とするものであ
る。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、エンジンの燃焼室に吸
気を供給する第１の吸気通路及び第２の吸気通路と、上
記第１の吸気通路に設けられその開閉によって上記燃焼
室内に生成される吸気スワールの強弱を制御するスワー
ルコントロールバルブと、一端をエンジンの排気通路に
接続されると共に、他端を上記スワールコントロールバ
ルブの下流側において上記第１吸気通路に連通された第
１のＥＧＲ通路と、同第１ＥＧＲ通路に配設されその開
度を調整することによって排気ガス還流量を制御する第
１のＥＧＲバルブと、エンジンの運転状態に応じて上記
スワールコントロールバルブ及び第１ＥＧＲバルブの開
度を制御するコントロールユニットと、一端をエンジン
の排気通路に接続されると共に、他端を、上記スワール
コントロールバルブより上流側の第１吸気通路及び上記
第２吸気通路に連通する共通吸気通路に接続された第２
のＥＧＲ通路と、同第２ＥＧＲ通路に配設され、その開
度を上記コントロールユニットにより制御されることに
よって排気ガス還流量を制御する第２のＥＧＲバルブと
を備え、上記コントロールユニットは、エンジンの低速
及び中速部分負荷運転領域において、上記スワールコン
トロールバルブを閉じると共に第２ＥＧＲバルブを開い
て、上記第２吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生起させると共に、第２ＥＧ
Ｒ通路から第２吸気通路を経て排気ガスを還流させ、か
つ、上記低速及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速
及び低負荷の運転領域において、上記スワールコントロ
ールバルブを閉じると共に、第１ＥＧＲバルブ及び第２
ＥＧＲバルブを開き、上記第２吸気通路から燃焼室に吸
気を供給することにより強スワール流を生成させると共
に、第１及び第２ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを還流
させるように作動することを特徴とする排気ガス還流装
置を提案するものである。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
添付図面について説明する。図１及び図２において、符
号１０は乗用自動車、リクリエーショナルビークル等に
搭載される直接噴射式のディーゼルエンジンを総括的に
示し、１２は同エンジン１０のクランクケース、１４は
クランクケース１２内に複数個列設されたシリンダ、１
６は同シリンダ１４内に摺動自在に嵌装されたピスト
ン、１８は同ピストン１６の頂部に凹設されたトロイダ
ル型その他適宜の形状を有する燃焼室である。 【００１２】上記クランクケース１２上にヘッドガスケ
ット２０を介してシリンダヘッド２２が装架され、同シ
リンダヘッド２２内には、各シリンダ毎に、２個の吸気
弁２４ａ及び２４ｂと２個の排気弁２６ａ及び２６ｂと
が設けられている。（図１では、夫々１個の吸気弁２４
ａ及び１個の排気弁２６ａのみが示されている。）上記
２個の吸気弁２４ａ及び２４ｂは、図２の概念的構成図
に示されているように、第１吸気通路２８ａ及び第２吸
気通路２８ｂを介して吸気マニホールド又は共通吸気通
路３０に夫々接続されている。 【００１３】図示のように、第１吸気通路２８ａは、そ
の下流端を吸気弁２４ａを介して上記シリンダ１４に接
続されるシリンダヘッド２２内の第１吸気ポート３２ａ
と、同第１吸気ポート３２ａの他端に接続された吸気ブ
ランチ３０ａとから構成され、同様に、第２吸気通路２
８ｂは、その下流端を吸気弁２４ｂを介して上記シリン
ダ１４に接続されるシリンダヘッド２２内の第２吸気ポ
ート３２ｂと、同第２吸気ポート３２ｂの他端に接続さ
れた吸気ブランチ３０ｂとから構成されている。 【００１４】一方、上記排気弁２６ａ及び２６ｂは、シ
リンダヘッド２２内に形成された排気ポート３４の二又
に分岐した一端上流端に配設され、同排気ポート３４の
他端下流端は、合流して単一の通路を形成し、排気ブラ
ンチ３６′を介して排気マニホールド又は共通排気通路
３６に連通している。上記共通排気通路３６の下流側
に、総括的に符号３８で示されているターボ過給機の排
気ガスタービン４０が接続され、同排気ガスタービン４
０は同軸的に連結されたエアコンプレッサ４２を駆動す
る。 【００１５】上記エアコンプレッサ４２は、図示を省略
されているエアクリーナを介して外気を吸入し、加圧し
て吐出通路４４に給送する。同吐出通路４４に送給され
た加圧吸気は、一般にインタクーラと呼ばれている吸気
冷却装置４６を通り冷却されたのち、上記吸気マニホー
ルド又は共通吸気通路３０に供給される。 【００１６】上記排気マニホールド又は共通排気通路３
６に第１のＥＧＲ通路４８と第２のＥＧＲ通路６８とが
ＥＧＲクーラ５０を介して並列に接続され、同第１ＥＧ
Ｒ通路４８には第１のＥＧＲバルブ５２が介装されてい
る。同ＥＧＲバルブ５２の下流側のＥＧＲ通路４８は複
数のシリンダに分岐され、分岐ＥＧＲ通路４８′は各シ
リンダ１４の第１吸気通路２８ａに接続されている。上
記分岐ＥＧＲ通路４８′との接続部より上流側の第２吸
気通路２８ａ内に、スワールコントロールバルブ５４が
介装されている。また、上記第２のＥＧＲ通路６８には
第２のＥＧＲバルブ７０が介装され、同ＥＧＲ通路６８
は上記ＥＧＲバルブ７０の下流側を、上記スワールコン
トロールバルブ５４より上流側の第１吸気通路２８ａ及
び第２吸気通路２８ｂに連通する共通吸気通路３０に接
続されている。 【００１７】上記第１ＥＧＲバルブ５２及び第２ＥＧＲ
バルブ７０は、夫々アクチュエータ５２ａ及び７０ａに
よって開閉される好ましくは可変開度の弁であり、上記
スワールコントロールバルブ５４は、アクチュエータ５
４ａによって開閉される可変開度又は全開、全閉の２位
置開閉弁、換言すればオンオフ式弁であり、好ましくは
後者のオンオフ式開閉弁である。上記アクチュエータ５
２ａ及び５４ａは夫々コントロールユニット５６によっ
て開閉制御され、同コントロールユニット５６は、エン
ジン１０の回転数Ｎｅ、エンジンの負荷Ｌｅ、エンジン
冷却水温Ｔｃを夫々検知する回転数センサ５８、負荷セ
ンサ６０及び冷却水温度センサ６２の出力信号又は情報
に基づき、上記アクチュエータ５２ａ及び５４ａに駆動
出力を供給すると共に、エンジン１０に燃料を供給する
燃料噴射ポンプ６４の燃料供給量制御部材に駆動出力を
供給する。 【００１８】上記アクチュエータ５２ａ及び５４ａは、
真空作動式、圧縮空気作動式、電磁作動式アクチュエー
タ等を任意に採用することができ、また燃料噴射ポンプ
６４は、分配型及び列型噴射ポンプの何れでも良い。さ
らに、第１ＥＧＲバルブ５２として円錐弁が図示されて
いるが、バターフライ弁等を適宜採用することができ、
同様に、スワールコントロールバルブ５４としてバター
フライ弁が図示されているが、勿論円錐弁等を適宜採用
することができる。なお、図示の装置では、第１吸気通
路２８ａの吸気ブランチ３０ａに第１ＥＧＲ通路４８が
接続されると共に、その上流側の吸気ブランチ３０ａ内
にスワールコントロールバルブ５４が配置されている
が、シリンダヘッド２２内の第１吸気ポート３２ａに第
１ＥＧＲ通路４８を接続すると共に、その上流側にスワ
ールコントロールバルブ５４を配置することもできる。
なお、図２において、符号６６はシリンダヘッド２２を
クランクケース１２に緊締し固着するためのヘッドボル
ト（図示せず）を挿入するボルト孔である。 【００１９】上記排気ガス還流装置を具備したエンジン
１０の寒冷始動時は、冷却水温度センサ６２によって検
知される冷却水温度Ｔｃが、予め設定されたウォームア
ップ完了温度、例えば６０℃に達するまで、コントロー
ルユニット５６によりアクチュエータ５２ａ及び７０ａ
が全閉位置に保持され、従って第１ＥＧＲバルブ５２及
び第２ＥＧＲバルブ７０ が全閉されてＥＧＲは行なわ
れない。エンジン１０のウォームアップ運転中は、燃焼
室２０及びシリンダ１４内での燃料の燃焼が悪く、未燃
燃料等の排出ガス性能が悪いので、ＥＧＲを行なうこと
による一層の燃焼の悪化を防止し、排出ガス性能のさら
なる悪化を防止することができる。 【００２０】エンジン１０の運転中、シリンダ１４から
排出された排気ガスは、シリンダヘッド２２内の排気ポ
ート３４及び排気ブランチ３６′から排気マニホールド
又は共通排気通路３６に流入し、さらにターボ過給機３
８の排気ガスタービン４０に供給されて仕事をしたの
ち、図示しないマフラ及びテールパイプを経て外気に放
出される。上記排気ガスタービン４０によりエアコンプ
レッサ４２が駆動され、同エアコンプレッサ４２で加圧
された吸気が吐出通路４４から吸気冷却装置４６を通っ
て冷却され、吸気マニホールド又は共通吸気通路３０に
供給される。 【００２１】縦軸にエンジン１０の出力トルクＴｑをと
り、横軸にエンジン回転数Ｎｅ（但し、原点はアイドル
回転数である）をとって示した図３において、低速及び
中速高負荷の運転領域Ａでは、コントロールユニット５
６の駆動出力に基づき、図１に示されているように、ア
クチュエータ５４ａによってスワールコントロールバル
ブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ５２ａ及び
７０ａにより第１及び第２ＥＧＲバルブ５２及び７０が
全閉される。従って、吸気マニホールド又は共通吸気通
路３０に供給された吸気が、第２吸気通路２８ｂのみか
らシリンダ１４内に供給され、図２に矢印Ｓで示されて
いる強スワールがシリンダ１４内に生成されると共に、
ＥＧＲは行なわれない。シリンダ１４内に吸気の強スワ
ールが生成されると共に、ＥＧＲが行なわれないので、
良好な燃焼が確保され、この運転領域で発生し易いスモ
ークを低減し、又はスモークの発生を防止することがで
きる。 【００２２】また、上記図３において、中速及び高速高
負荷の運転領域Ｂでは、コントロールユニット５６の駆
動出力に基づき、アクチュエータ５４ａによりスワール
コントロールバルブ５４が、図２に点線で示されている
ように全開されると共に、アクチュエータ５２ａ及び７
０ａにより第１及び第２ＥＧＲバルブ５２及び７０が全
閉される。従って、吸気が吸気マニホールド又は共通吸
気通路３０から第１吸気通路２８ａ及び第２吸気通路２
８ｂの両方からシリンダ１４内に流入し、シリンダ１４
内に相対的に弱い吸気スワールが形成される。この運転
領域Ｂでは、相対的に弱い吸気スワールが形成されると
共に、ＥＧＲが行なわれないことによって、良好な燃焼
が確保され、エンジンの出力を増大することができる。 【００２３】 【００２４】 【００２５】 【００２６】 【００２７】 【００２８】 【００２９】 【００３０】次に、図３において、左下りの斜線を施し
た第１の低速及び中速部分負荷運転領域Ｃ（一例とし
て、５０％負荷以下で、回転数Ｎｅがアイドル回転数か
ら最高回転数Ｎｅ ｍａｘの６０％の回転数にわたる運
転領域）では、コントロールユニット５６の駆動出力に
基づき、アクチュエータ５４ａによりスワールコントロ
ールバルブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ７
０ａにより第２ＥＧＲバルブ７０がエンジン負荷Ｌｅ及
び回転数Ｎｅに応じた開度で開かれ、さらに、アクチュ
エータ５２ａにより第１ＥＧＲバルブ５２は全閉状態に
保持される。 【００３１】スワールコントロールバルブ５４の全閉に
より吸気マニホールド又は共通吸気通路３０と第１吸気
通路２８ａとの連通が遮断されるので、吸気は第２吸気
通路２８ｂからのみシリンダ１４内に流入して強スワー
ルが生起されると共に、第２ＥＧＲ通路６８から第２Ｅ
ＧＲバルブ７０の開度に応じた量の排気ガスが吸気に添
加され、排気ガス圧力と吸気圧力との差圧に応じた通常
のＥＧＲが行なわれる。しかし、第１ＥＧＲ通路４８か
らの排気還流は行なわれない。 【００３２】さらに、図３において、格子状の斜線を施
した第２の低速及び中速部分負荷運転領域Ｄ（一例とし
て、４０％負荷以下で、回転数Ｎｅがアイドル回転数か
ら最高回転数Ｎｅ ｍａｘの５０％の回転数にわたる運
転領域）では、コントロールユニット５６の駆動出力に
基づき、アクチュエータ５４ａによりスワールコントロ
ールバルブ５４が全閉されると共に、アクチュエータ７
０ａ及び５２ａにより第２ＥＧＲバルブ７０及び第１Ｅ
ＧＲバルブ５２が、何れもエンジン負荷Ｌｅ及び回転数
Ｎｅに応じた開度で開かれる。 【００３３】従って、上記第１の低速及び中速部分負荷
時の強スワール発生及び第２ＥＧＲ通路６８からの通常
のＥＧＲに加え、第１吸気通路２８ａのスワールコント
ロールバルブ５４下流側の部分に、吸気行程におけるピ
ストン１６の下降変位に基づく強い負圧が発生し、第１
ＥＧＲ通路４８からの大量の排気ガスが第１吸気通路２
８ａを通ってシリンダ１４内に還流し、従って、上記通
常のＥＧＲと大量ＥＧＲとが重複して行なわれることと
なる。 【００３４】上記のように運転領域Ｃにおいて通常のＥ
ＧＲが行なわれ、運転領域Ｄにおいて上記通常のＥＧＲ
と大量のＥＧＲとが重複して行なわれるので、排出ガス
中のＮＯｘの発生が低減し、ＮＯｘ発生量を従前の副室
式ディーゼルと略同等、又はそれより低減することがで
きる。また、上記運転領域Ｃ及び運転領域Ｄの双方にお
いて、前記第１実施形態と同様に、シリンダ１４の外周
部分を新気が旋回し、半径方向内方部分でＥＧＲガスが
旋回するので、所謂層状ＥＧＲが行なわれ、オイルの汚
染及び早期劣化を効果的に防止し得る利点がある。 【００３５】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で、上
記実施形態に種々の変更、修正を加えて実施することが
できる。なおまた、本発明は、小型高速の直接噴射式デ
ィーゼルエンジンに採用されて最も好適であるが、大型
トラック等に搭載される大型の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにも勿論適用することができる。 【００３６】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気ガス還
流装置は、エンジンの燃焼室に吸気を供給する第１の吸
気通路及び第２の吸気通路と、上記第１の吸気通路に設
けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される吸気
スワールの強弱を制御するスワールコントロールバルブ
と、一端をエンジンの排気通路に接続されると共に、他
端を上記スワールコントロールバルブの下流側において
上記第１吸気通路に連通された第１のＥＧＲ通路と、同
第１ＥＧＲ通路に配設されその開度を調整することによ
って排気ガス還流量を制御する第１のＥＧＲバルブと、
エンジンの運転状態に応じて上記スワールコントロール
バルブ及び第１ＥＧＲバルブの開度を制御するコントロ
ールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接続され
ると共に、他端を、上記スワールコントロールバルブよ
り上流側の第１吸気通路及び上記第２吸気通路に連通す
る共通吸気通路に接続された第２のＥＧＲ通路と、同第
２ＥＧＲ通路に配設され、その開度を上記コントロール
ユニットにより制御されることによって排気ガス還流量
を制御する第２のＥＧＲバルブとを備え、上記コントロ
ールユニットは、エンジンの低速及び中速部分負荷運転
領域において、上記スワールコントロールバルブを閉じ
ると共に第２ＥＧＲバルブを開いて、上記第２吸気通路
のみから燃焼室に吸気を供給することにより強スワール
流を生起させると共に、第２ＥＧＲ通路から第２吸気通
路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速及び中速
部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の運転領域
において、上記スワールコントロールバルブを閉じると
共に、第１ＥＧＲバルブ及び第２ＥＧＲバルブを開き、
上記第２吸気通路から燃焼室に吸気を供給することによ
り強スワール流を生成させると共に、第１及び第２ＥＧ
Ｒ通路の双方から排気ガスを還流させるように作動する
ことを特徴とし、上記スワールコントロールバルブ下流
側の吸気通路にＥＧＲ通路を接続することによって、従
来の排気ガス還流装置より多量の排気ガス還流を行なう
ことができ、この結果、ディーゼルエンジンの排出ガス
中の有害成分、特にＮＯｘを効果的に低減できると共
に、低速及び中速部分負荷運転領域よりも一層低速及び
低負荷の領域では、第１のＥＧＲ通路から追加して大量
のＥＧＲを行なうことにより 、この運転領域で発生し易
いスモークを抑制しながらＮＯｘの効果的な低減を達成
し得る利点がある。 【００３７】 【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した排気ガス還流装置を含むエンジン
の要部を示す概念的構成図である。 【図３】図１に示すエンジンにおける排気ガス還流装置
の作動態様を示す説明図である。
の要部を示す概念的構成図である。 【図３】図１に示すエンジンにおける排気ガス還流装置
の作動態様を示す説明図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｂ
43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｎ
３０１Ｕ
(56)参考文献 特開 平５−18254（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−158517（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−224726（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−197831（ＪＰ，Ａ)
実開 平１−91041（ＪＰ，Ｕ)
実開 平１−91049（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F02M 25/07 550
F02M 25/07 570
F02M 25/07 580
F02B 31/00 331
F02D 9/02
F02D 21/08 301
F02D 43/00 301
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 エンジンの燃焼室に吸気を供給する第１
の吸気通路及び第２の吸気通路と、上記第１の吸気通路
に設けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される
吸気スワールの強弱を制御するスワールコントロールバ
ルブと、一端をエンジンの排気通路に接続されると共
に、他端を上記スワールコントロールバルブの下流側に
おいて上記第１吸気通路に連通された第１のＥＧＲ通路
と、同第１ＥＧＲ通路に配設されその開度を調整するこ
とによって排気ガス還流量を制御する第１のＥＧＲバル
ブと、エンジンの運転状態に応じて上記スワールコント
ロールバルブ及び第１ＥＧＲバルブの開度を制御するコ
ントロールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接
続されると共に、他端を、上記スワールコントロールバ
ルブより上流側の第１吸気通路及び上記第２吸気通路に
連通する共通吸気通路に接続された第２のＥＧＲ通路
と、同第２ＥＧＲ通路に配設され、その開度を上記コン
トロールユニットにより制御されることによって排気ガ
ス還流量を制御する第２のＥＧＲバルブとを備え、上記
コントロールユニットは、エンジンの低速及び中速部分
負荷運転領域において、上記スワールコントロールバル
ブを閉じると共に第２ＥＧＲバルブを開いて、上記第２
吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給することにより強
スワール流を生起させると共に、第２ＥＧＲ通路から第
２吸気通路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速
及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の
運転領域において、上記スワールコントロールバルブを
閉じると共に、第１ＥＧＲバルブ及び第２ＥＧＲバルブ
を開き、上記第２吸気通路から燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生成させると共に、第１及び
第２ＥＧＲ通路の双方から排気ガスを還流させるように
作動することを特徴とする排気ガス還流装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33135996A JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33135996A JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
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|---|---|
| JPH10141148A JPH10141148A (ja) | 1998-05-26 |
| JP3371324B2 true JP3371324B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=18242808
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP33135996A Expired - Fee Related JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3371324B2 (ja) |
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-
1996
- 1996-11-07 JP JP33135996A patent/JP3371324B2/ja not_active Expired - Fee Related
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