JP4347199B2 - 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、吸気弁の開弁時に排気弁をリフトさせて排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流し、吸気に混入させる内部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. When the intake valve is opened, the exhaust valve is lifted so that a part of the exhaust gas in the exhaust passage is recirculated into the combustion chamber and mixed into the intake air. It relates to a 4-cycle engine with an internal 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. The combustion gas (EGR gas) is pushed into the intake passage by the rise of the piston, 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 Open / close control is performed according to engine operating conditions such as load and engine speed, and the pressure (negative pressure) between the intake control valve and the intake valve is controlled to control the internal EGR amount to a desired value.
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.
また、前記特許文献1(特開平7−133726号公報)のように、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システムのほかに、吸気弁の開弁初期にも排気弁の小リフトを継続させることにより排気弁と吸気弁とのオーバーラップ期間を長く設定して排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流し、吸気に混入させる排気通路還流式内部EGRシステムをそなえた4サイクルエンジンも提案されている。
しかしながら、かかる排気通路還流式内部EGRシステムにあっても、排気弁と吸気弁とのオーバーラップ期間を制御しているので、排気通路からのEGR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、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。
In addition, as in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-133726), when the intake valve is opened, a part of the combustion gas in the combustion chamber is sent to the intake passage and mixed with the intake air to mix the EGR gas. In addition to the internal EGR system that recirculates gas to the combustion chamber, the overlap period between the exhaust valve and the intake valve is set longer by continuing the small lift of the exhaust valve even in the initial stage of opening of the intake valve. There has also been proposed a four-cycle engine having an exhaust passage recirculation internal EGR system in which a part of exhaust gas is recirculated into the combustion chamber and mixed with intake air.
However, even in such an exhaust passage recirculation type internal EGR system, since the overlap period between the exhaust valve and the intake valve is controlled, the EGR from the exhaust passage depends on the overlap timing of the exhaust valve and the intake valve. It is determined uniquely, and it is difficult to control the internal EGR amount and the internal EGR timing to appropriate values that can reduce the NOx (nitrogen oxide) generation amount without degrading the engine performance.
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排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 freely corresponds to the internal EGR amount and the internal EGR timing in accordance with the engine operating conditions and the open state of the exhaust valve, and NOx (nitrogen oxide) without deteriorating 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、吸気弁の開弁時に排気弁をリフトさせて排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流し、吸気に混入させる内部EGRシステム(排気再循環システム)を備えた4サイクルエンジンにおいて、前記排気弁を、該排気弁の全開を含むメインリフトと吸気弁の開弁開始時よりも遅れ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、前記排気通路に前記排気弁のサブリフト時に該排気通路を開閉して排気通路面積を変化せしめる排気制御弁を設置し、前記サブリフト時に前記排気制御弁を開閉することにより前記排気通路内から燃焼室内に送り込まれる排気ガスの再循環量(EGR量)を調整するように構成され、前記排気制御弁を駆動する排気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器と、エンジン負荷検出器と、前記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、エンジン負荷検出値のエンジン運転条件検出値に基づき前記排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、前記コントローラは、前記エンジン運転条件検出値に基づき前記排気制御弁駆動装置を介して前記排気制御弁の開度を一定にして該排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成するとともに、吸気弁の作動を検出する吸気弁ギャップセンサまたは排気弁の作動を検出する排気弁ギャップセンサからの作動信号に基づき前記排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成してなることを特徴とする。 The present invention achieves such an object. An internal EGR system (exhaust gas recirculation) that lifts the exhaust valve when the intake valve is opened to recirculate a part of the exhaust gas in the exhaust passage into the combustion chamber and mix it with the intake air. In the four-cycle engine equipped with a system), the exhaust valve is divided into two lifts: a main lift including the exhaust valve being fully opened and a sub-lift of a lift that is later than the start of opening the intake valve and smaller than the main lift. The exhaust passage is configured to open, and an exhaust control valve that opens and closes the exhaust passage to change the exhaust passage area when the exhaust valve is sublifted is installed in the exhaust passage, and the exhaust control valve is opened and closed during the sublift. the recirculation amount of exhaust gas fed from the exhaust passage into the combustion chamber is configured to adjust (EGR amount), for driving the exhaust control valve by A gas control valve drive device, an engine speed detector, an engine load detector, an engine speed detection value from the engine speed detector, and an engine load detection value from the engine load detector. A controller for controlling the operation of the exhaust control valve drive device based on an engine operation condition detection value of a rotational speed detection value and an engine load detection value, and the controller drives the exhaust control valve based on the engine operation condition detection value. The exhaust control valve is configured to change the opening / closing timing of the exhaust control valve by changing the opening degree of the exhaust control valve through a device, and the operation of the intake valve gap sensor or the exhaust valve that detects the operation of the intake valve is detected. wherein the configuration to be to change the closing timing of the basis of the operation signal from the exhaust valve gap sensor the exhaust control valve
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また、かかる発明において、前記コントローラによる排気制御弁の開閉制御手段は、前記エンジン運転条件検出値に基づき前記排気制御弁駆動装置を介して前記排気制御弁の開度を一定にして該排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成する。 Also, in this invention, the exhaust control valve opening / closing control means by the controller is configured to keep the exhaust control valve opening degree constant via the exhaust control valve drive device based on the engine operating condition detection value. It is configured to change the opening / closing timing of the.
かかる発明によれば、排気弁を該排気弁の全開を含むメインリフトと吸気弁の開弁開始時よりも遅れ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、前記排気通路に前記排気弁のサブリフト時に該排気通路を開閉して排気通路面積を変化せしめる排気制御弁を設置したので、吸気弁が開弁しかつ排気弁のサブリフト時に、コントローラの制御により、排気制御弁を開くと、排気通路内の排気ガスの一部が該排気制御弁及びサブリフト状態にある排気弁を通って燃焼室内に送り込まれて吸気と混合することにより、内部EGRがなされる。 According to the present invention, to open in two lifts form the main lift and also delayed from the time the start of the opening of the intake valves and the smaller lift than the main lift Saburifuto including fully open exhaust valves and the exhaust valves And an exhaust control valve that opens and closes the exhaust passage to change the exhaust passage area when the exhaust valve is sublifted, and the controller opens the intake valve and opens the exhaust valve when the exhaust valve is sublifted. When the exhaust control valve is opened under the control of the internal EGR, a part of the exhaust gas in the exhaust passage is fed into the combustion chamber through the exhaust control valve and the exhaust valve in the sub-lift state and mixed with the intake air, thereby causing internal EGR. Is made.
そして、前記排気弁のサブリフト時における排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、具体的には前記したようにエンジン運転条件検出値に基づき前記排気制御弁駆動装置を介して前記排気制御弁の開度を一定にして該排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成する手段で、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、前記排気制御弁を開いて排気通路と吸気行程中の燃焼室とを連通させることにより内部EGRを行い、エンジンの中、高負荷運転時には排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。
Further, the opening degree or opening / closing timing of the exhaust control valve at the time of sub-lift of the exhaust valve is determined by the controller, specifically, the exhaust control via the exhaust control valve drive device based on the detected engine operating condition as described above. This means is configured to change the opening / closing timing of the exhaust control valve while keeping the valve opening constant, and is controlled based on engine operating condition detection values such as an engine speed detection value and an engine load detection value.
Therefore, when the engine requiring internal EGR is started and operated at a low load, the controller performs control to open the exhaust control valve and connect the exhaust passage and the combustion chamber in the intake stroke to perform internal EGR. The internal EGR can be stopped by closing the exhaust control valve during medium and high load operation.
従ってかかる発明によれば、排気弁のサブリフト時に排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、排気通路からのEGRが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定まるのではなく、排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排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、排気弁に設定されたサブリフトと排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, the exhaust 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 during the sub-lift of the exhaust valve. The EGR is not uniquely determined by the overlap timing of the exhaust valve and the intake valve, but opens and closes the exhaust control valve according to the engine operating condition in relation to the sublift at the time of the sublift set independently from the main lift of the exhaust valve Therefore, 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.
As a result, the internal EGR amount and the internal EGR timing can be freely controlled in combination with the sub-lift set to the exhaust valve and the opening / closing control of the exhaust control valve, thereby reducing NOx (nitrogen oxides) without degrading the engine performance. ) It can be accurately controlled to an appropriate value that can reduce the generation amount.
また、前記特許文献1(特開平7−133726号公報)のように、吸気通路に設けた吸気制御弁に燃焼室からの高温の内部EGRガスを通す場合には、該吸気制御弁が低温の吸気と高温の内部EGRガスとに交互に晒されることとなって、温度差による吸気制御弁の熱応力が大きくなるが、かかる発明によれば、吸気側には内部EGRガスを入れず、かつ排気制御弁は高温の排気ガスのみに触れるので、該排気制御弁の温度差による熱応力は小さくなり、前記吸気制御弁よりも耐久性が高くなる。 Further, as in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-133726), when the high-temperature internal EGR gas from the combustion chamber is passed through the intake control valve provided in the intake passage, the intake control valve has a low temperature. Although it is alternately exposed to the intake air and the high-temperature internal EGR gas, the thermal stress of the intake control valve due to the temperature difference increases, but according to this invention, the internal EGR gas is not put on the intake side, and Since the exhaust control valve contacts only the high-temperature exhaust gas, the thermal stress due to the temperature difference of the exhaust control valve is reduced, and the durability is higher than that of the intake control valve.
また本発明は、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排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。
また本発明は、前記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排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。
The present invention further includes an intake valve gap sensor that detects the operation of the intake valve and inputs the detected intake valve to the controller, and the controller controls the opening / closing timing of the exhaust control valve based on an intake valve operation signal from the intake valve gap sensor. It is configured to change.
The present invention further includes an exhaust valve gap sensor that detects the operation of the exhaust valve and inputs the detected exhaust valve to the controller, and the controller opens and closes the exhaust control valve based on an exhaust valve operation signal from the exhaust valve gap sensor. It is comprised so that it may change.
このように構成すれば、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)、あるいは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)を基準にして、排気制御弁の開閉時期(開弁時間)を変化させるので、時間制御で排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。 With this configuration, the opening timing (opening time) of the intake valve based on the intake valve actuation signal detected by the intake valve gap sensor, or the opening of the exhaust valve based on the exhaust valve actuation signal detected by the exhaust valve gap sensor. Since the opening / closing timing (opening time) of the exhaust control valve is changed based on the valve timing (valve opening time), the opening / closing of the exhaust 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.
また、かかる発明において、前記排気制御弁は次の2つの形態で構成するのが好ましい。
(1)前記排気制御弁を、弁軸廻りに回動して排気通路面積を変化せしめる回転弁に構成する。
このように構成すれば、排気制御弁が回転弁であるので、構造が簡単で作動抵抗も小さくなる。
(2)前記排気制御弁を、往復駆動されて弁座に着脱することにより前記排気通路を開閉するとともに位置制御可能なポペット弁で構成する。
このように構成すれば、ポペット弁は高温ガスに対する耐久性が高いので、高温のEGR用排気ガス通路を開閉する排気制御弁に用いれば、高い耐久性が得られる。
In this invention, the exhaust control valve is preferably configured in the following two forms.
(1) wherein the exhaust control valve, to configure the rotary valve for varying an exhaust passage area by rotating the valve shaft around.
With this configuration, since the exhaust control valve is a rotary valve, the structure is simple and the operating resistance is reduced.
(2) the exhaust control valve, to configure at position controllable poppet valve with opening and closing the exhaust passage by detaching the reciprocating driven by the valve seat.
If comprised in this way, since a poppet valve has high durability with respect to high temperature gas, if it uses for the exhaust control valve which opens and closes the exhaust gas passage for high temperature EGR, high durability will be acquired.
本発明によれば、排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排気制御弁を開閉制御するので、排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排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、排気弁に設定されたサブリフトと排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 exhaust valve is sub-lifted, the exhaust control valve is controlled to open and close based on the detected value of the engine operating condition. Therefore, the engine operation is related to the sub-lift when the sub-lift is set independently from the main lift of the exhaust valve. The exhaust control valve is controlled to open and close depending on conditions, 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.
As a result, the internal EGR amount and the internal EGR timing can be freely controlled in combination with the sub-lift set to the exhaust valve and the opening / closing control of the exhaust control valve, thereby reducing NOx (nitrogen oxides) 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は該ピストン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。018は吸気カム、017はプッシュロッド、016はロッカーアームで、前記吸気カム018によりプッシュロッド017を押し上げ、ロッカーアーム016を介して吸気弁3を吸気弁ばね14のばね力に抗して押し下げて該吸気弁3を開弁するようになっている。
尚、図示を省略したが、前記排気弁4についても吸気弁3の場合と同様な、排気カム、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, and 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は排気ポート6に設けられた排気制御弁で、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(回転弁)に構成されている。12はリンク13を介して前記吸気制御弁20を駆動する排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は前記排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。
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。
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).
図3は前記第1実施例において、排気制御弁20をポペット弁で構成したものである。
122は該ポペット弁からなる排気制御弁20の弁座である。該ポペット弁からなる排気制御弁20は、そのリフトHを前記コントローラ10に接続されたリフトコントローラ121によって位置制御されている。
このように、この変形例においては、前記排気制御弁20を、往復駆動されて弁座122に着脱することにより前記排気ポート6を開閉するとともに位置制御可能なポペット弁で構成し、前記リフトコントローラ121を、前記コントローラ10からの制御信号により前記排気制御弁20リフトHを変化せしめるように構成する。
このように構成すれば、ポペット弁は高温ガスに対する耐久性が高いので、高温のEGR用排気ポート6を開閉する排気制御弁20に用いれば、高い耐久性が得られる。
その他の構成は図1の実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
FIG. 3 shows an
Thus, in this modified example, the
If comprised in this way, since a poppet valve has high durability with respect to high temperature gas, if it uses for the
Other configurations are the same as those of the embodiment of FIG. 1, and the same members are denoted by the same reference numerals.
図4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、図示しない排気カムに、排気弁4のリフトを該排気弁4の全開を含むメインリフトL1と吸気弁3の開始時よりも遅れ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を形成している。α1は排気弁サブリフトL2の開始時期、α2は排気弁サブリフトL2の終了時期、αmは排気弁サブリフトL2の最大リフト位置である。
FIG. 4 is an opening / closing timing diagram of the exhaust valve and the intake valve in the first embodiment. In this embodiment, the lift of 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4のように、吸気弁4の開弁期間中に排気弁4がサブリフトL2だけ開くと、図1の矢印のように、排気ポート6内の排気ガスつまりEGRガスが燃焼室1内に流入し、内部EGRがなされる。
この場合のEGRガスの燃焼室1内への流入量つまりEGR量は、前記排気弁4がサブリフトL2で開いているときの前記排気制御弁20の開度あるいは開弁期間によって決まる。
When the four-cycle diesel engine having the internal EGR system having such a configuration is operated, as shown in FIG. 4, when the
The amount of EGR gas flowing into the combustion chamber 1 in this case, that is, the EGR amount, is determined by the opening degree or the opening period of the
図2は、前記第1実施例における作動説明図である。図において、排気弁4側の矢印は排気ガス(EGRガス)の流れ、吸気弁3側の矢印は吸気の流れを示す。
図2(A)は、排気弁4がサブリフトL2で開いている状態で前記排気制御弁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、排気弁4がサブリフトL2で開いている状態で前記排気制御弁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、排気弁4がサブリフトL2で開いている状態で前記排気制御弁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 the figure, the arrow on the
In FIG. 2 (A), the
In FIG. 2 (C), the
In FIG. 2 (B), the
2, the same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
次に、図5ないし図7は、前記第1実施例における排気制御弁20の制御ブロック図であり、図5は排気制御弁の開度を制御する場合、図6は排気制御弁の開弁期間を制御する場合、図7は排気制御弁と排気弁の開弁位相を制御する場合をそれぞれ示す。
図5(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の排気制御弁開度算出部101に入力される。
Next, FIGS. 5 to 7 are control block diagrams of the
5A, the detected value of the engine speed from the
102は排気弁開閉タイミング設定部で、図4に示されるような、排気弁4のメインリフトL1とサブリフトL2とを組み合わせた排気弁4の開閉時期及びリフトが設定されている。103は排気制御弁開度設定部で、吸気弁3の開時において、図5(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排気制御弁20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。
An exhaust valve opening / closing
前記排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排気制御弁20の開度を前記排気制御弁開度設定部103から算出し、前記排気弁開閉タイミング設定部102に設定された排気弁4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α2と突き合わせ、前記クランク角の検出値によって前記排気弁4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排気制御弁20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、各シリンダ毎の排気制御弁20の作動信号に基づき、各シリンダの排気制御弁駆動モータ12を作動させ、排気制御弁20を前記開度で以って開閉する。
これにより、吸気弁3の開時において、排気弁4のサブリフトL2時に、排気制御弁20を低回転域あるいは低負荷域で開度を大きくして排気ポート6から燃焼室1に流入する排気ガス量(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前記排気制御弁20の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20を全閉にして内部EGRを停止することが可能となる。
The exhaust control valve opening
In the
As a result, when the
次に、図6(A)に示すような、排気制御弁20の開弁期間を制御する場合においては、排気制御弁開弁期間設定部105には、図6(B)のように、吸気弁3の開時において、排気制御弁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排気制御弁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
そして排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排気制御弁20の開弁期間を前記開弁期間設定部105から算出し、前記排気弁開閉タイミング設定部102に設定された排気弁4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α2と突き合わせ、前記クランク角の検出値によって前記排気弁4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排気制御弁20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5の場合と同様である。
The exhaust control valve opening
The subsequent control and operation are the same as in FIG.
次に、図7に示すような、吸気弁3の開時において、排気制御弁20と排気弁4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、排気制御弁/排気弁開弁位相設定部107には、図7(B)のように、排気制御弁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排気制御弁20の開弁期間と排気弁4のサブリフトL2期間(図4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、排気制御弁20が実質的に全閉になるように設定されている。
Next, when the opening phase of the
そして排気制御弁/排気弁開弁位相算出部106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排気制御弁/排気弁開弁位相を前記排気制御弁/排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排気弁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排気制御弁20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5の場合と同様である。
Then, the exhaust control valve / exhaust 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、排気弁3を該排気弁3の全開を含むメインリフトL1と、吸気弁3の開始時よりも遅れて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、前記排気ポート6に排気ポート6を開閉して排気通路面積を変化せしめる排気制御弁20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の開時において、排気弁4のサブリフトL2時に排気制御弁20を開くと、排気ポート6内の排気ガスの一部がサブリフトL2状態にある排気弁4を通って燃焼室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、前記排気弁4のサブリフトL2時における排気制御弁20の開度あるいは開閉時期あるいは排気制御弁20開弁期間と排気弁4のサブリフトL2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、吸気弁3の開時において、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、前記排気制御弁20を開いて燃焼室1と排気ポート6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、排気弁4のサブリフトL2中に排気制御弁20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
Accordingly, when the
従ってかかる第1実施例によれば、排気弁4のサブリフトL2時に排気制御弁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、従来技術のように排気通路からのEGRが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定まるのでは無く、排気弁4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排気制御弁20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、排気弁4に設定されたサブリフトL2と排気制御弁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, the
Thereby, the internal EGR amount and the timing of the internal EGR can be freely controlled by combining the sublift L2 set to the
図8は本発明の第2実施例を示す図1対応図、図9は前記第2実施例における排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、吸気弁ギャップセンサ30からの吸気弁作動信号に基づく時間制御を用いている。
即ち図8において、30は吸気弁3の頂部のギャップを検出する吸気弁ギャップセンサであり、該吸気弁ギャップセンサ30からの吸気弁作動信号はコントローラ10に入力される。
FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 1 showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a control block diagram of an exhaust control valve in the second embodiment.
In the second embodiment, time control based on the intake valve actuation signal from the intake
That is, in FIG. 8,
次に、図9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30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の排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. 9, 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、排気弁ギャップセンサ31(図9参照)からの排気弁作動信号に基づく時間制御を用いることもできる。該排気弁ギャップセンサ31は前記吸気弁ギャップセンサ30と同一品を用いることができ、図9のように、排気弁ギャップセンサ31からの排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 exhaust valve gap sensor 31 (see FIG. 9) is used instead of the timing control by the crank angle of the
次に、図9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31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の排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6(A)に示すブロック図と同様である。
Next, in FIG. 9, 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、吸気弁ギャップセンサ30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)、あるいは排気弁ギャップセンサ31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)を基準にして排気制御弁20の開閉時期(開弁時間)を変化させるので、時間制御で排気制御弁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排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 exhaust 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 排気制御弁駆動モータ
018 吸気カム
20 排気制御弁
21 回転数検出器
22 負荷検出器
23 クランク角検出器
24 位相判別信号発信器
30 吸気弁ギャップセンサ
31 排気弁ギャップセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記排気弁を、該排気弁の全開を含むメインリフトと吸気弁の開弁開始時よりも遅れ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、前記排気通路に前記排気弁のサブリフト時に該排気通路を開閉して排気通路面積を変化せしめる排気制御弁を設置し、前記サブリフト時に前記排気制御弁を開閉することにより前記排気通路内から燃焼室内に送り込まれる排気ガスの再循環量(EGR量)を調整するように構成され、
前記排気制御弁を駆動する排気制御弁駆動装置と、エンジン回転数検出器と、エンジン負荷検出器と、前記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、エンジン負荷検出値のエンジン運転条件検出値に基づき前記排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、
前記コントローラは、前記エンジン運転条件検出値に基づき前記排気制御弁駆動装置を介して前記排気制御弁の開度を一定にして該排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成するとともに、吸気弁の作動を検出する吸気弁ギャップセンサまたは排気弁の作動を検出する排気弁ギャップセンサからの作動信号に基づき前記排気制御弁の開閉時期を変化させるように構成し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 four-cycle engine equipped with an internal EGR system (exhaust gas recirculation system) that lifts the exhaust valve when the intake valve is opened to recirculate a part of the exhaust gas in the exhaust passage into the combustion chamber and mix it with the intake air.
The exhaust valve, as well as configured to open in two lifts form the main lift and also delayed from the time the start of the opening of the intake valves and the smaller lift than the main lift Saburifuto including fully open exhaust valves An exhaust control valve that opens and closes the exhaust passage when the exhaust valve is sub-lifted to change the exhaust passage area, and opens and closes the exhaust control valve during the sub-lift to open the combustion chamber from within the exhaust passage. is configured to adjust the recirculation amount of exhaust gas (EGR amount) fed in,
Exhaust control valve drive device for driving the exhaust control valve, engine speed detector, engine load detector, engine speed detection value from the engine speed detector and engine load detection from the engine load detector A controller for controlling the operation of the exhaust control valve drive device based on the engine speed detection value and the engine load detection value of the engine load detection value.
The controller is configured to change the opening / closing timing of the exhaust control valve by making the opening degree of the exhaust control valve constant via the exhaust control valve drive device based on the detected value of the engine operating condition, The internal EGR is configured to change the opening / closing timing of the exhaust control valve based on an operation signal from an intake valve gap sensor that detects the operation of the exhaust valve or an exhaust valve gap sensor that detects the operation of the exhaust valve. 4-cycle engine with system.
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