JP4216236B2 - 4-cycle engine with internal EGR system - Google Patents
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Description
本発明は、主として4サイクルディーゼルエンジン及び4サイクルガスエンジンに適用され、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気弁の開弁時に吸気通路に送り込み、吸気に混入させて燃焼室に還流する排気再循環システム(EGRシステム)であって、内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジンに関する。 The present invention is mainly applied to a four-cycle diesel engine and a four-cycle gas engine, and a part of the combustion gas in the combustion chamber is sent to the intake passage when the intake valve is opened, mixed into the intake air, and recirculated to the combustion chamber. The present invention relates to a 4-cycle engine having an internal EGR system, which is a circulation system (EGR system).
4サイクルディーゼルエンジン、4サイクルガスエンジン等においては、吸気弁の開弁時に燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み、吸気に混入させてEGRガスを混入した吸気を燃焼室に還流する内部EGR(排気再循環)システムを備えたエンジンが提供されている。
かかる内部EGRシステムを備えたエンジンに関する技術の1つに、特許文献1(特開平7−133726号公報)にて提供された技術がある。
In a four-cycle diesel engine, a four-cycle gas engine, and the like, when the intake valve is opened, a part of the combustion gas in the combustion chamber is sent to the intake passage, mixed with the intake air, and the intake air mixed with EGR gas is returned to the combustion chamber. An engine with an internal EGR (exhaust gas recirculation) system is provided.
One of the technologies related to an engine equipped with such an internal EGR system is a technology provided in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-133726).
かかる技術においては、吸気通路に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、排気行程の終了直前に吸気制御弁よりも先に吸気弁を開き、負圧になっている吸気通路内にピストンの上昇によって燃焼ガス(EGRガス)を押し込み、吸気行程時にEGRガス混入の吸気を燃焼室内に還流し、前記吸気制御弁を吸気弁の開閉時期と関連させるとともにエンジン負荷、エンジン回転数等のエンジン運転条件によって開閉制御して、吸気制御弁と吸気弁との間の圧力(負圧)を制御して内部EGR量を所望の値に制御している。 In such a technique, an intake control valve that opens and closes the intake passage to change the intake passage area is installed in the intake passage, and the intake valve is opened before the intake control valve immediately before the end of the exhaust stroke, resulting in a negative pressure. As the piston rises, the combustion gas (EGR gas) is pushed into the intake passage, and the intake air mixed with EGR gas is recirculated into the combustion chamber during the intake stroke, and the intake control valve is related to the opening / closing timing of the intake valve and the engine load The internal EGR amount is controlled to a desired value by controlling the pressure (negative pressure) between the intake control valve and the intake valve by controlling the opening and closing according to the engine operating conditions such as the engine speed.
吸気弁の開弁時に燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み、吸気に混入させてEGRガスを混入した吸気を燃焼室に還流する内部EGRシステムを備えた4サイクルディーゼルエンジンや4サイクルガスエンエンジンにおいては、エンジン負荷、エンジン回転数等のエンジン運転条件及び吸気弁の開弁状態に対応して、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを自在に制御して、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減することを要する。 A four-cycle diesel engine equipped with an internal EGR system that feeds a portion of the combustion gas in the combustion chamber into the intake passage when the intake valve is opened, and mixes the intake gas with EGR gas back into the combustion chamber. In a gas engine, the internal EGR amount and internal EGR timing can be freely controlled in accordance with engine operating conditions such as engine load, engine speed, etc., and the intake valve open state, thereby reducing engine performance. Therefore, it is necessary to reduce the amount of NOx (nitrogen oxide) generation.
然るに前記特許文献1(特開平7−133726号公報)の技術にあっては、排気弁の閉弁前で吸気弁が開いている期間、つまり排気弁と吸気弁とのオーバーラップ時期に吸気制御弁の開閉時期を制御しているので、吸気制御弁の開閉制御は前記排気弁と吸気弁とのオーバーラップ時期によって一義的に決まってしまい、吸気制御弁の開閉制御を自由度を持って制御して、エンジン運転条件及び吸気弁の開弁状態に自在に対応して内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減し得る適正値に制御するのは困難を伴う。 However, in the technique disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-133726), intake control is performed during a period when the intake valve is open before the exhaust valve is closed, that is, when the exhaust valve and the intake valve overlap. Since the valve opening / closing timing is controlled, the intake control valve opening / closing control is uniquely determined by the overlap timing of the exhaust valve and the intake valve, and the intake control valve opening / closing control is controlled with a degree of freedom. Therefore, the internal EGR amount and internal EGR timing can be freely adjusted according to the engine operating conditions and the intake valve open state, and the NOx (nitrogen oxide) generation amount can be reduced without degrading the engine performance. It is difficult to control.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、内部EGR量及び内部EGRのタイミングをエンジン運転条件及び吸気弁の開弁状態に自在に対応して、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減可能な適正値に制御し得る内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジンを提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention can freely correspond to the internal EGR amount and the internal EGR timing in accordance with the engine operating condition and the open state of the intake valve, and NOx (nitrogen oxide) without degrading the engine performance. An object of the present invention is to provide a 4-cycle engine equipped with an internal EGR system that can control the generation amount to an appropriate value that can be reduced.
本発明はかかる目的を達成するもので、第1の発明は、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気弁の開弁時に吸気通路に送り込み、吸気に混入させて燃焼室に還流する排気再循環システム(EGRシステム)を備えた4サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の前記吸気制御弁の開度を小さくするように前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御することを特徴とする。
The present invention achieves such an object, and the first invention is an exhaust gas recirculation in which a part of the combustion gas in the combustion chamber is sent to the intake passage when the intake valve is opened, mixed into the intake air and returned to the combustion chamber. In a four-cycle engine equipped with a system (EGR system), the intake valve includes a main lift including a fully opened intake valve and a sub-lift of a lift earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. An intake control valve that opens and closes the intake passage and changes the intake passage area when the intake valve is sub-lifted is installed in the intake passage to drive the intake control valve. An intake control valve driving device, an engine speed detection value from the engine speed detector, and an engine load detection value from the engine load detector are input, and the engine Based on the rolling speed detection value and the engine load detected value in association with operation of the intake valve and a controller for controlling the operation of the intake control valve driving device,
The controller controls the operation of the intake control valve drive device so as to reduce the opening of the intake control valve during the sub-lift as the engine speed or engine load increases .
また、第2の発明は、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気弁の開弁時に吸気通路に送り込み、吸気に混入させて燃焼室に還流する排気再循環システム(EGRシステム)を備えた4サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、In addition, the second invention includes an exhaust gas recirculation system (EGR system) that sends a part of the combustion gas in the combustion chamber to the intake passage when the intake valve is opened, mixes the intake gas into the intake air, and returns to the combustion chamber. In a cycle engine, the intake valve is opened in two lift forms, that is, a main lift including the full opening of the intake valve and a sub-lift of a lift earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. And an intake control valve for changing the intake passage area by opening and closing the intake passage at the time of sub-lift of the intake valve in the intake passage, 前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、前記吸気制御弁の開度を一定とし、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の前記吸気制御弁の開弁期間を小さくするように前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御することを特徴とする。An intake control valve drive device for driving the intake control valve, an engine speed detection value from an engine speed detector and an engine load detection value from an engine load detector are inputted, and the engine speed detection value and engine load are input. A controller that controls the operation of the intake control valve drive device in response to the operation of the intake valve based on a detected value, the controller keeping the opening of the intake control valve constant, and the engine speed or engine The operation of the intake control valve drive device is controlled so that the valve opening period of the intake control valve during the sub-lift is reduced as the load increases.
また、第3の発明は、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気弁の開弁時に吸気通路に送り込み、吸気に混入させて燃焼室に還流する排気再循環システム(EGRシステム)を備えた4サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、Further, the third invention includes an exhaust gas recirculation system (EGR system) that sends a part of the combustion gas in the combustion chamber to the intake passage when the intake valve is opened, mixes the intake gas into the intake air, and returns to the combustion chamber. In a cycle engine, the intake valve is opened in two lift forms, that is, a main lift including the full opening of the intake valve and a sub-lift of a lift earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. And an intake control valve for changing the intake passage area by opening and closing the intake passage at the time of sub-lift of the intake valve in the intake passage, 前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、該コントローラは、前記吸気制御弁の開度および開閉期間を一定とし、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の開弁期間と前記吸気制御弁の開度期間との重なり期間が小さくするように前記吸気制御弁の開弁タイミングと前記吸気弁のサブリフトとの位相差を変化させるように構成されてなることを特徴とする。An intake control valve drive device for driving the intake control valve, an engine speed detection value from an engine speed detector and an engine load detection value from an engine load detector are inputted, and the engine speed detection value and engine load are input. A controller for controlling the operation of the intake control valve drive device in response to the operation of the intake valve based on a detected value, the controller keeping the opening degree and the opening / closing period of the intake control valve constant, and rotating the engine The opening timing of the intake control valve and the sublift of the intake valve are reduced so that the overlap period between the opening period of the sublift and the opening period of the intake control valve decreases as the number or engine load increases. It is configured to change the phase difference.
かかるそれぞれの発明によれば、吸気弁を該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置したので、コントローラの制御により、吸気弁のサブリフト時に吸気制御弁を開くと、燃焼室内の燃焼ガスがサブリフト状態にある吸気弁を通って吸気通路に逆流して吸気と混合された後、該吸気と燃焼ガスとの混合ガスつまりEGRガスが、吸気行程においてピストンの下降とともに燃焼室内に導入され、内部EGRがなされる。 According to each of the inventions, the intake valve is opened in two lift forms, that is, a main lift including the intake valve being fully opened and a sub-lift of a lift earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. In addition, an intake control valve that opens and closes the intake passage and changes the intake passage area when the intake valve is sub-lifted is installed in the intake passage. Is opened, the combustion gas in the combustion chamber passes through the intake valve in the sub-lift state and flows back into the intake passage and is mixed with the intake air. Then, the mixed gas of the intake gas and the combustion gas, that is, EGR gas, is pistoned in the intake stroke. Is introduced into the combustion chamber as the engine is lowered, and internal EGR is performed.
そして、前記吸気弁のサブリフト時における吸気制御弁の開度あるいは開閉時期は、コントローラにより、具体的には前記それぞれの発明の手段で、エンジン回転数検出値、エンジン負荷検出値等のエンジン運転条件検出値に基づき制御される。
従って、内部EGRが必要なエンジンの起動から低負荷運転時には、コントローラの制御によって、前記吸気制御弁を開いて燃焼室と吸気通路とを連通させることにより内部EGRを行い、エンジンの中、高負荷運転時には吸気制御弁を閉じることにより内部EGRを停止することができる。
Then, the opening degree or opening / closing timing of the intake control valve at the time of sub-lift of the intake valve is determined by the controller, specifically the engine operating conditions such as the engine speed detection value, the engine load detection value, etc. Control is based on the detected value.
Therefore, during low load operation from the start of the engine that requires internal EGR, internal EGR is performed by opening the intake control valve and communicating the combustion chamber and the intake passage under the control of the controller. During operation, the internal EGR can be stopped by closing the intake control valve.
従ってかかる発明によれば、吸気弁のサブリフト時に吸気制御弁をエンジン回転数検出値、エンジン負荷検出値等のエンジン運転条件検出値に基づき開閉制御するので、従来技術のように一義的に定まる排気弁と吸気弁とのオーバーラップ時期に吸気制御弁を開閉するのでは無く、吸気弁のメインリフトから独立して設定されたサブリフト時に該サブリフトに関連させ前記エンジン運転条件によって吸気制御弁を開閉制御することとなり、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、排気弁と吸気弁とのオーバーラップ時期に関係なく自在に制御することができる。
これにより、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、吸気弁に設定されたサブリフトと吸気制御弁の開閉制御とを組み合わせて自在に制御することによって、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減し得る適正値に精度よく制御できる。
Therefore, according to this invention, when the intake valve is sub-lifted, the intake control valve is controlled to open and close based on the engine operating condition detection values such as the engine speed detection value and the engine load detection value. Rather than opening and closing the intake control valve at the time of overlap between the valve and the intake valve, the intake control valve is controlled to open and close according to the engine operating conditions in relation to the sublift when the sublift is set independently of the main lift of the intake valve Thus, the internal EGR amount and the internal EGR timing can be freely controlled regardless of the overlap timing of the exhaust valve and the intake valve.
Thereby, the internal EGR amount and the timing of the internal EGR can be freely controlled by combining the sub-lift set for the intake valve and the opening / closing control of the intake control valve, so that NOx (nitrogen oxides) can be obtained without degrading the engine performance. ) It can be accurately controlled to an appropriate value that can reduce the generation amount.
また第1〜3それぞれの発明は、排気弁の作動を検出して前記コントローラに入力する排気弁ギャップセンサを備え、前記コントローラは、前記排気弁ギャップセンサからの排気弁作動信号に基づき前記吸気制御弁の開閉時期を変化させるように構成されてなる。
また第1〜3それぞれの本発明は、前記吸気弁の作動を検出して前記コントローラに入力する吸気弁ギャップセンサを備え、前記コントローラは、前記吸気弁ギャップセンサからの吸気弁作動信号に基づき前記吸気制御弁の開閉時期を変化させるように構成されてなる。
このように構成すれば、排気弁ギャップセンサによって検出される排気弁作動信号による排気弁の開弁時期(開弁時間)、あるいは吸気弁ギャップセンサによって検出される吸気弁作動信号による吸気弁の開弁時期(開弁時間)を基準にして、吸気制御弁の開閉時期(開弁時間)を変化させるので、時間制御で吸気制御弁の開閉を制御でき、クランク角検出器等のクランク角によるタイミング制御を必要とせず、制御が簡単になる。
Each of the first to third inventions further includes an exhaust valve gap sensor that detects an operation of an exhaust valve and inputs the detected exhaust valve to the controller, and the controller controls the intake control based on an exhaust valve operation signal from the exhaust valve gap sensor. The valve is configured to change the opening / closing timing of the valve.
Each of the first to third aspects of the present invention further includes an intake valve gap sensor that detects an operation of the intake valve and inputs the detected intake valve to the controller, and the controller is configured based on an intake valve operation signal from the intake valve gap sensor. The opening / closing timing of the intake control valve is changed.
With this configuration, the exhaust valve opening timing (opening time) based on the exhaust valve actuation signal detected by the exhaust valve gap sensor, or the intake valve opening based on the intake valve actuation signal detected by the intake valve gap sensor. Since the opening and closing timing (opening time) of the intake control valve is changed based on the valve timing (valve opening time), the opening and closing of the intake control valve can be controlled by time control, and the timing based on the crank angle of the crank angle detector etc. Control is not required and control is simplified.
本発明によれば、吸気弁のサブリフト時に、エンジン運転条件検出値に基づき開閉制御するので、吸気弁のメインリフトから独立して設定されたサブリフト時に該サブリフトに関連させ前記エンジン運転条件によって吸気制御弁を開閉制御することとなり、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、排気弁と吸気弁とのオーバーラップ時期に関係なく自在に制御することができる。
これにより、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、吸気弁に設定されたサブリフトと吸気制御弁の開閉制御とを組み合わせて自在に制御することによって、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減し得る適正値に精度よく制御できる。
According to the present invention, when the intake valve is sub-lifted, the opening / closing control is performed based on the detected value of the engine operating condition. Therefore, the intake control is performed according to the engine operating condition in relation to the sub-lift when the sub-lift is set independently from the main lift of the intake valve. The valve is controlled to open and close, and the internal EGR amount and the internal EGR timing can be freely controlled regardless of the overlap timing of the exhaust valve and the intake valve.
Thereby, the internal EGR amount and the timing of the internal EGR can be freely controlled by combining the sub-lift set for the intake valve and the opening / closing control of the intake control valve, so that NOx (nitrogen oxides) can be obtained without degrading the engine performance. ) It can be accurately controlled to an appropriate value that can reduce the generation amount.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は、本発明の第1実施例に係る4サイクルディーゼルエンジンにおける内部EGRシステムの全体構成図である。図において、2はエンジン(ディーゼルエンジン)のピストン、7はシリンダライナ、8はシリンダヘッド、1は前記ピストン2、シリンダライナ7、シリンダヘッド8により区画形成された燃焼室である。
5は吸気ポート、3は前記吸気ポート5を開閉する吸気弁、14は吸気弁ばね、6は排気ポート、4は前記排気ポート6を開閉する排気弁、15は排気弁ばねである。18は排気カム、17はプッシュロッド、16はロッカーアームで、前記排気カム18によりプッシュロッド17を押し上げ、ロッカーアーム16を介して排気弁4を排気弁ばね15のばね力に抗して押し下げて該排気弁4を開弁するようになっている。
尚、図示を省略したが、前記吸気弁3についても排気弁4の場合と同様な、吸気カム、プッシュロッド、ロッカーアームを備えている。
以上の構成は通常の4サイクルディーゼルエンジンと同様である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal EGR system in a four-cycle diesel engine according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 2 is a piston of an engine (diesel engine), 7 is a cylinder liner, 8 is a cylinder head, 1 is a combustion chamber defined by the
Although not shown, the
The above configuration is the same as that of a normal four-cycle diesel engine.
20は吸気ポート5に設けられた吸気制御弁で、この実施例では支持軸20aに支持されて該支持軸20aの軸心回りに回動可能なスロットル弁に構成されている。12は前記吸気制御弁20を伝動ベルト13を介して駆動する吸気制御弁駆動モータで、この実施例ではステッピングモータにて構成される。11は前記吸気制御弁駆動モータ12を制御操作するモータ制御装置である。
21はエンジンの回転数(エンジン回転数)を検出するエンジン回転数検出器、22は前記エンジンの負荷(エンジン負荷)を検出するエンジン負荷検出器、23はエンジンのクランク角を検出するクランク角検出器、24は各気筒(シリンダ)の着火順序信号を発信する気筒判別信号発信器である。
21 is an engine speed detector for detecting the engine speed (engine speed), 22 is an engine load detector for detecting the engine load (engine load), and 23 is a crank angle detection for detecting the engine crank angle. , 24 is a cylinder discrimination signal transmitter for transmitting an ignition sequence signal of each cylinder (cylinder).
10はコントローラで、前記エンジン回転数検出器21からエンジン回転数の検出値が、前記負荷検出器22からエンジン負荷の検出値が、前記クランク角検出器23からクランク角の検出値が、前記気筒判別信号発信器24から各気筒の着火順序信号が、それぞれ入力され、これらの入力信号に基づき後述する演算、制御を行い、その結果を前記モータ制御装置11に出力するものである。
図3は、かかる第1実施例における排気弁及び吸気弁の開閉タイミング線図である。この実施例においては、図示しない吸気カムに、前記吸気弁3のリフトを吸気弁メインリフト開始時よりも早期でかつピストン上死点よりも早期に、該吸気弁メインリフトL1よりも小さいリフトの吸気弁サブリフトL2を形成している。α1は吸気弁サブリフトL2の開始時期、α2は吸気弁サブリフトL2の終了時期、αmは吸気弁サブリフトL2の最大リフト位置である。
FIG. 3 is an open / close timing diagram of the exhaust valve and the intake valve in the first embodiment. In this embodiment, an intake cam (not shown) lifts the
かかる構成からなる内部EGRシステムを備えた4サイクルディーゼルエンジンの運転時において、図3のように、排気弁4の開弁期間中に吸気弁3がサブリフトL2だけ開くと、図1の矢印(破線)のように、燃焼室1内の燃焼ガスつまりEGRガスが吸気ポート5内に逆流し、前記吸気制御弁20を通って吸気ポート5内に流入する。この場合のEGRガスの吸気ポート5内への流入量つまりEGR量は、前記吸気弁3がサブリフトL2で開いているときの前記吸気制御弁20の開度あるいは開弁期間によって決まる。
そして、図3のように、上死点近傍で吸気弁3が開き始め、ピストン2の下降とともに吸気弁メインリフトL1のように吸気弁リフトが増加すると、吸気ポート5内に流入していたEGRガスが吸気とともに前記燃焼室1内導入され、内部EGRがなされる。
When the four-cycle diesel engine equipped with the internal EGR system having such a configuration is operated, if the
Then, as shown in FIG. 3, when the
図2は、前記第1実施例における作動説明図である。
図2(A)は、吸気弁3がサブリフトL2で開いている状態で前記吸気制御弁20の開度が最大となって、内部EGR量が最大となる。
図2(C)は、吸気弁3がサブリフトL2で開いている状態で前記吸気制御弁20の開度が最小となって、内部EGR量が最小となる。
図2(B)は、吸気弁3がサブリフトL2で開いている状態で前記吸気制御弁20の開度が中間開度となって、内部EGR量が中間量となる。
図2において、図1と同一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 2 is an operation explanatory view of the first embodiment.
In FIG. 2 (A), the opening degree of the
In FIG. 2C, the opening degree of the
FIG. 2 (B) shows that the
2, the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
次に、図4ないし図6は、前記第1実施例における吸気制御弁20の制御ブロック図であり、図4は吸気制御弁の開度を制御する場合、図5は吸気制御弁の開弁期間を制御する場合、図6は吸気制御弁と吸気弁の開弁位相を制御する場合をそれぞれ示す。
図4(A)において、エンジン回転数検出器21からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器22からのエンジン負荷の検出値、前記クランク角検出器23からのクランク角の検出値、前記気筒判別信号発信器24からの各気筒の着火順序信号は、コントローラ10の吸気制御弁開度算出部101に入力される。
Next, FIGS. 4 to 6 are control block diagrams of the
4A, the detected value of the engine speed from the
102は吸気弁開閉タイミング設定部で、図3に示されるような、吸気弁3のメインリフトL1とサブリフトL2とを組み合わせた吸気弁3の開閉時期及びリフトが設定されている。103は吸気制御弁開度設定部で、図4(B)のように、エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い吸気制御弁3の開度が小さくなり(図1の傾斜角θが大きくなり)、一定回転数N0以上あるいは一定負荷L0以上の高回転、あるいは高負荷運転になると全閉(傾斜角θ=90°)になるように設定されている。
前記吸気制御弁開度算出部101においては、前記エンジン回転数の検出値あるいはエンジン負荷の検出値に対応する吸気制御弁3の開度を前記吸気制御弁開度設定部103から算出し、前記吸気弁開閉タイミング設定部102に設定された吸気弁3のサブリフトL2及び該サブリフトL2の開始時期α1及び終了時期α1と突き合わせ、前記クランク角の検出値によって前記吸気弁3のサブリフトL2と同期させ、さらに前記各気筒の着火順序信号を用いて、各シリンダの着火順序に従った各シリンダ毎の吸気制御弁3の作動信号をモータ制御装置11に出力する。
該モータ制御装置11においては、各シリンダ毎の吸気制御弁3の作動信号の基づき、各シリンダの吸気制御弁駆動モータ12を作動させ、吸気制御弁3を前記開度で以って開閉する。
The intake control valve opening
In the
これにより、吸気弁3のサブリフトL2時に、吸気制御弁3を低回転域あるいは低負荷域で開度を大きくして吸気ポート5内に逆流するEGRガス量を増加することにより内部EGRを増大し、エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い開度を減少させて前記EGRガス量を減少して行き、内部EGRを不要とするエンジンの一定回転数N0以上あるいは一定負荷L0以上の高回転あるいは高負荷運転になると吸気制御弁3を全閉にして内部EGRを停止することが可能となる。
As a result, when the
次に、図5(A)に示すような、吸気制御弁20の開弁期間を制御する場合においては、吸気制御弁開弁期間設定部105には、図5(B)のように、吸気制御弁20の開度を一定として、エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い吸気制御弁20の開弁期間が小さくなり、一定回転数N0以上あるいは一定負荷L0以上の高回転、あるいは高負荷運転になるとサブリフトL2中に開弁期間がゼロ(0)になるように設定されている。
Next, in the case of controlling the valve opening period of the
そして吸気制御弁開弁期間算出部104においては、前記エンジン回転数の検出値あるいはエンジン負荷の検出値に対応する吸気制御弁3の開弁期間を前記吸気制御弁開弁期間設定部105から算出し、前記吸気弁開閉タイミング設定部102に設定された吸気弁3のサブリフトL2及び該サブリフトL2の開始時期α1及び終了時期α1と突き合わせ、前記クランク角の検出値によって前記吸気弁3のサブリフトL2と同期させ、さらに前記各気筒の着火順序信号を用いて、各シリンダの着火順序に従った各シリンダ毎の吸気制御弁3の作動信号をモータ制御装置11に出力する。
これ以降の制御、操作は図4の場合と同様である。
Then, the intake control valve opening
The subsequent control and operation are the same as in FIG.
次に、図6に示すような、吸気制御弁20と吸気弁3のサブリフトL2との開弁位相を制御する場合においては、吸気制御弁/吸気弁開弁位相設定部107には、図6(B)のように、吸気制御弁20の開度を一定として、エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い吸気制御弁20の開弁期間と吸気弁3のサブリフトL2期間(図3のα1〜α2期間)との重なり期間が小さくなり、一定回転数N0以上あるいは一定負荷L0以上の高回転、あるいは高負荷運転になると前記重なり期間がゼロ(0)となり、吸気制御弁20が実質的に全閉になるように設定されている。
Next, when controlling the valve opening phase of the
そして吸気制御弁/吸気弁開弁位相設定部107においては、前記エンジン回転数の検出値あるいはエンジン負荷の検出値に対応する吸気制御弁/吸気弁開弁位相を前記吸気制御弁/吸気弁開弁位相設定部107から算出し、前記クランク角の検出値によって前記吸気弁3のサブリフトL2と同期させ、さらに前記各気筒の着火順序信号を用いて、各シリンダの着火順序に従った各シリンダ毎の吸気制御弁3の作動信号をモータ制御装置11に出力する。
これ以降の制御、操作は図4の場合と同様である。
In the intake control valve / intake valve opening
The subsequent control and operation are the same as in FIG.
従って、かかる第1実施例によれば、吸気弁3を該吸気弁3の全開を含むメインリフトL1と該メインリフトL1の開始時よりも早期にかつ該メインリフトL1よりも小さいリフトのサブリフトL2との2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に該吸気ポート5を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁3を設置したので、前記コントローラ10の制御により、吸気弁3のサブリフトL2時に吸気制御弁3を開くと、燃焼室内の燃焼ガスがサブリフトL2状態にある吸気弁3を通って吸気ポート5に逆流して吸気と混合された後、該吸気と燃焼ガスとの混合ガスが、吸気行程においてピストン2の下降とともに燃焼室1内に導入され、内部EGRがなされる。
Therefore, according to the first embodiment, the
そして、前記吸気弁3のサブリフトL2時における吸気制御弁20の開度あるいは開閉時期あるいは吸気制御弁20の開弁期間と吸気弁3のサブリフトL2の期間との開弁位相は、コントローラ10により、エンジン回転数検出値、エンジン負荷検出値等のエンジン運転条件検出値に基づき制御される。
従って、内部EGRが必要なエンジンの起動から低負荷運転時には、コントローラ10の制御によって、前記吸気制御弁20を開いて燃焼室1と吸気ポート5とを連通させることにより内部EGRを行い、内部EGRを必要としないエンジンの中、高負荷運転時には、吸気制御弁3を閉じることにより内部EGRを停止することができる。
The opening degree or opening / closing timing of the
Therefore, when the engine requiring internal EGR is operated from the start of the engine to the low load operation, the
従ってかかる第1実施例によれば、吸気弁3のサブリフトL2時に吸気制御弁20をエンジン回転数検出値、エンジン負荷検出値等のエンジン運転条件検出値に基づき開閉制御するので、従来技術のように一義的に定まる排気弁4と吸気弁3とのオーバーラップ時期に吸気制御弁を開閉するのでは無く、吸気弁3のメインリフトL1から独立して設定されたサブリフトL2時に該サブリフトL2に関連させ前記エンジン運転条件によって吸気制御弁3を開閉制御することとなり、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、排気弁4と吸気弁3とのオーバーラップ時期に関係なく自在に制御することができる。
これにより、内部EGR量及び内部EGRのタイミングを、吸気弁2に設定されたサブリフトL2と吸気制御弁20の開閉制御とを組み合わせて自在に制御することによって、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減し得る適正値に精度よく制御できる。
Therefore, according to the first embodiment, when the
As a result, the internal EGR amount and the internal EGR timing can be freely controlled by combining the sublift L2 set for the
図7は本発明の第2実施例を示す図1対応図、図8は前記第2実施例における吸気制御弁の制御ブロック図である。
この第2実施例においては、前記第1実施例におけるクランク角検出器23等のクランク角によるタイミング制御に代えて、排気弁ギャップセンサ30からの排気弁作動信号に基づく時間制御を用いている。
即ち図7において、30は排気弁4の頂部のギャップを検出する排気弁ギャップセンサであり、該排気弁ギャップセンサ30からの排気弁作動信号はコントローラ10に入力される。
FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a control block diagram of the intake control valve in the second embodiment.
In the second embodiment, time control based on the exhaust valve operation signal from the exhaust
That is, in FIG. 7,
次に、図8において、エンジン回転数検出器21からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器22からのエンジン負荷の検出値、前記排気弁ギャップセンサ30からの排気弁作動信号の検出値、前記気筒判別信号発信器24からの各気筒の着火順序信号は、コントローラ10の吸気制御弁開閉期間算出部104に入力される。
以後の制御、操作は、図5(A)に示すブロック図と同様である。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材あるいは要素は同一の符号で示す。
Next, in FIG. 8, the detected value of the engine speed from the
The subsequent control and operation are the same as those in the block diagram shown in FIG.
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members or elements are denoted by the same reference numerals.
また、本発明の第3実施例においては、図示を省略したが、前記第1実施例におけるクランク角検出器23等のクランク角によるタイミング制御に代えて、吸気弁ギャップセンサからの吸気弁作動信号に基づく時間制御を用いることもできる。該吸気弁ギャップセンサは前記排気弁ギャップセンサ30と同一品を用いることができ、該吸気弁ギャップセンサからの吸気弁作動信号はコントローラ10に入力される。
Although not shown in the third embodiment of the present invention, the intake valve actuation signal from the intake valve gap sensor is substituted for the timing control by the crank angle of the
次に、図8において、エンジン回転数検出器21からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器22からのエンジン負荷の検出値、前記吸気弁ギャップセンサ31からの吸気弁作動信号の検出値、前記気筒判別信号発信器24からの各気筒の着火順序信号は、コントローラ10の吸気制御弁開閉期間算出部104に入力される。
以後の制御、操作は、図5(A)に示すブロック図と同様である。
Next, in FIG. 8, the detected value of the engine speed from the
The subsequent control and operation are the same as those in the block diagram shown in FIG.
かかる第2、3実施例によれば、排気弁ギャップセンサ30により検出される排気弁作動信号により排気弁4の開弁時期(開弁時間)、あるいは吸気弁ギャップセンサ31により検出される吸気弁作動信号により吸気弁3の開弁時期(開弁時間)を基準にして吸気制御弁20の開閉時期(開弁時間)を変化させるので、時間制御で吸気制御弁20の開閉を制御でき、クランク角検出器23等のクランク角によるタイミング制御を必要とせず、制御が簡単になる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材あるいは要素は同一の符号で示す。
According to the second and third embodiments, the opening timing (opening time) of the
Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same members or elements are denoted by the same reference numerals.
本発明によれば、内部EGR量及び内部EGRのタイミングをエンジン運転条件及び吸気弁の開弁状態に自在に対応して、エンジン性能を低下することなくNOx(窒素酸化物)発生量を低減可能な適正値に制御し得る内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジンを提供できる。 According to the present invention, the amount of NOx (nitrogen oxide) generated can be reduced without degrading the engine performance by freely adapting the internal EGR amount and the internal EGR timing to the engine operating conditions and the intake valve open state. It is possible to provide a four-cycle engine having an internal EGR system that can be controlled to a proper value.
1 燃焼室
2 ピストン
3 吸気弁
4 排気弁
5 吸気ポート
6 排気ポート
7 シリンダライナ
8 シリンダヘッド
10 コントローラ
11 モータ制御装置
12 吸気制御弁駆動モータ
18 排気カム
20 吸気制御弁
21 回転数検出器
22 負荷検出器
23 クランク角検出器
24 気筒判別信号発信器
30 排気弁ギャップセンサ
31 吸気弁ギャップセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、
前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の前記吸気制御弁の開度を小さくするように前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御することを特徴とする内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジン。 In a 4-cycle engine equipped with an exhaust gas recirculation system (EGR system) that sends a part of the combustion gas in the combustion chamber to the intake passage when the intake valve is opened, mixes in the intake air, and returns to the combustion chamber.
The intake valve is configured to be opened in two lift forms, that is, a main lift including the fully opening of the intake valve and a sub-lift of a lift that is earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. An intake control valve is installed in the intake passage to change the intake passage area by opening and closing the intake passage when the intake valve is sub-lifted ;
An intake control valve drive device for driving the intake control valve, an engine speed detection value from an engine speed detector and an engine load detection value from an engine load detector are inputted, and the engine speed detection value and engine load are input. A controller that controls the operation of the intake control valve drive device in response to the operation of the intake valve based on a detected value;
The controller controls the operation of the intake control valve drive device so as to reduce the opening of the intake control valve at the time of the sub-lift as the engine speed or engine load increases. 4 cycle engine equipped with.
前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、
前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記吸気制御弁の開度を一定とし、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の前記吸気制御弁の開弁期間を小さくするように前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御することを特徴とする内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジン。 In a 4-cycle engine equipped with an exhaust gas recirculation system (EGR system) that sends a part of the combustion gas in the combustion chamber to the intake passage when the intake valve is opened, mixes in the intake air, and returns to the combustion chamber.
The intake valve is configured to be opened in two lift forms, that is, a main lift including the fully opening of the intake valve and a sub-lift of a lift that is earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. An intake control valve is installed in the intake passage to change the intake passage area by opening and closing the intake passage when the intake valve is sub-lifted;
An intake control valve drive device for driving the intake control valve, an engine speed detection value from an engine speed detector and an engine load detection value from an engine load detector are inputted, and the engine speed detection value and engine load are input. A controller that controls the operation of the intake control valve drive device in response to the operation of the intake valve based on a detected value;
The controller controls the intake control valve drive device so that the opening degree of the intake control valve is constant, and the opening period of the intake control valve during the sub-lift is reduced as the engine speed or engine load increases. A four-cycle engine with an internal EGR system characterized by controlling operation .
前記吸気弁を、該吸気弁の全開を含むメインリフトと該メインリフトの開始時よりも早期にかつ該メインリフトよりも小さいリフトのサブリフトとの2つのリフト形態で開弁するように構成するとともに、前記吸気通路に前記吸気弁のサブリフト時に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、
前記吸気制御弁を駆動する吸気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出器からのエンジン負荷検出値が入力され、該エンジン回転数検出値及びエンジン負荷検出値に基づき前記吸気弁の作動に対応させて前記吸気制御弁駆動装置の作動を制御するコントローラとを備え、
該コントローラは、前記吸気制御弁の開度および開閉期間を一定とし、前記エンジン回転数あるいはエンジン負荷が上昇するに従い前記サブリフト時の開弁期間と前記吸気制御弁の開度期間との重なり期間が小さくするように前記吸気制御弁の開弁タイミングと前記吸気弁のサブリフトとの位相差を変化させるように構成されてなることを特徴とする内部EGRシステムを備えた4サイクルエンジン。 In a 4-cycle engine equipped with an exhaust gas recirculation system (EGR system) that sends a part of the combustion gas in the combustion chamber to the intake passage when the intake valve is opened, mixes in the intake air, and returns to the combustion chamber.
The intake valve is configured to be opened in two lift forms, that is, a main lift including the fully opening of the intake valve and a sub-lift of a lift that is earlier than the start of the main lift and smaller than the main lift. An intake control valve is installed in the intake passage to change the intake passage area by opening and closing the intake passage when the intake valve is sub-lifted;
An intake control valve drive device for driving the intake control valve, an engine speed detection value from an engine speed detector and an engine load detection value from an engine load detector are inputted, and the engine speed detection value and engine load are input. A controller that controls the operation of the intake control valve drive device in response to the operation of the intake valve based on a detected value;
The controller makes the opening degree and the opening / closing period of the intake control valve constant, and the overlapping period of the opening period of the sub-lift and the opening period of the intake control valve increases as the engine speed or engine load increases. A four-cycle engine provided with an internal EGR system, wherein the phase difference between the opening timing of the intake control valve and the sub-lift of the intake valve is changed so as to be small .
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