JP4444200B2 - 内部egrシステム付き4サイクルエンジンの製造方法 - Google Patents
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Description
前記特許文献1の技術においては、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。
また、かかる技術においては、吸気弁のサブリフト量あるいはサブリフト期間あるいはサブリフトの主リフトとの位相(主リフトからの進角量)、並びに、各シリンダ毎の排気弁のサブリフト量あるいはサブリフト期間は、エンジン出力、エンジン回転数等のエンジン性能から一義的に設定されている。
前記吸気弁サブリフト方式では吸気弁を1サイクルにつき主リフトとサブリフトの2回、排気弁サブリフト方式では排気弁を1サイクルにつき主リフトとサブリフトの2回それぞれ開弁するため、次のような解決すべき課題を抱えている。
また、吸気弁サブリフトの主リフトからの進角量を大きくすると(早期にサブリフトすると)、高温の燃焼ガスが内部EGRに供されるため圧縮始めの吸気温度が上昇して排気温度が上昇する。
各シリンダ間における内部EGR量あるいは内部EGRガス温度のばらつきが発生すると、前記のように、圧縮始めの吸気温度およびこれに従う排気温度のばらつきが発生する。そして排気温度のばらつきに伴って排気温度が高くなるシリンダでは、熱負荷の増大によってシリンダヘッド等の燃焼室構成部材の割れが発生するおそれがあり、あるいは熱負荷の増大に対処して排気温度を下げるため当該シリンダの燃料噴射量を減ずる等の出力制限を取らざるを得ない事態となる。
また、吸気弁サブリフトの主リフトからの進角量を大きくすると(早期にサブリフトすると)、高温の燃焼ガスが内部EGRに供されるため圧縮始めの吸気温度が上昇して排気温度が上昇する。
また、排気弁サブリフト方式の内部EGRシステムを備えた4サイクルディーゼルエンジンにおいては、排気弁サブリフトのサブリフト量を大きくしあるいはサブリフト期間を長くすると、内部EGR量が増加して圧縮始めの吸気温度が上昇するため排気温度が上昇する。
かかる発明において、好ましくは、前記目標サブリフト量あるいはサブリフト期間の抽出にあたり、前記吸気カムのサブリフト量あるいはサブリフト期間を変化させて、前記排気温度の計測及び排気温度のばらつき量の算出及び排気温度のばらつき量の算出値と前記許容ばらつき量との対比を、該排気温度のばらつき量の算出値が前記許容ばらつき量以内になるまで繰り返す(請求項2)。
あるいは、予め推定したサブリフト進角量を有する吸気カムを組み込んだ供試エンジンの運転による排気温度の計測値から算出した排気温度のばらつき量の算出値と許容ばらつき量とを対比する動作を、吸気カムのサブリフト進角量を変化させて目標サブリフト進角量を抽出し、この目標サブリフト進角量に設定された吸気カムを製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込み、
あるいは、予め推定したサブリフト量あるいはサブリフト期間を有する排気カムを組み込んだ供試エンジンの運転による排気温度の計測値から算出した排気温度のばらつき量の算出値と許容ばらつき量とを対比する動作を、排気カムのサブリフト量あるいはサブリフト期間を変化させて目標サブリフト量あるいはサブリフト期間を抽出し、この目標サブリフト量あるいはサブリフト期間に設定された排気カムを製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込むので、該エンジンの各シリンダの排気温度を内部EGR量に影響されることなく、常時許容ばらつき量以内に保持することができる。
図7〜8において、100はエンジン(4サイクルディーゼルエンジン)で、この実施例では4シリンダの4サイクルディーゼルエンジンを示し、1は該エンジン100のシリンダ、1aは該シリンダ1内に形成された燃焼室、50はピストンである。
20はシリンダヘッド、5は各シリンダヘッド20に形成された吸気ポート、2は各吸気ポート5を開閉する吸気弁、7は前記各吸気ポート5に接続される吸気枝管、4は4シリンダ分の前記吸気枝管7が接続される吸気マニホールドである。
6は各シリンダヘッド20に形成された排気ポート、3は前記各排気ポート6を開閉する排気弁、9は前記各排気ポート6に接続される排気枝管である。8は4シリンダ分の前記排気枝管9が接続される排気マニホールドである。
かかる動弁装置において、図示しないクランク軸により、前記吸気カム軸14及び吸気カム14aが回転駆動されて吸気弁タペット9を介して、前記吸気弁5が各吸気ポート5を開閉し、前記クランク軸により排気カム軸15及び排気カム15aが回転駆動されて排気弁タペット12を介して、前記排気弁6が各排気ポート6を開閉する。
内に導入される。
また、前記各燃焼室1aでの着火燃焼後の排気ガスは、前記排気弁3の開弁により排気ポート6及び排気枝管9を通って排気マニホールド8に溜められてから、過給機に送り込まれて該過給機のタービンを駆動する。
本発明は、以上のような4サイクルエンジンにおける内部EGRシステムの改良に係るものである。
4サイクルエンジンにおける吸気弁サブリフト方式の内部EGRシステムにおいては、図4に示されるように、排気行程時に、吸気弁2を、吸気行程時の主リフトInとは離れて微小量サブリフトIsさせて燃焼室1a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、該燃焼ガスを前記吸気弁2の主リフトInによる開弁時に燃焼室1aに還流する。
図4は、たとえば4シリンダエンジンにおける♯1シリンダ及び♯2シリンダの吸、排気弁タイミング線図を示し、図において、♯1シリンダのサブリフト量をH1、サブリフト期間をΔθ1、♯2シリンダのサブリフト量をH2、サブリフト期間をΔθ2で示している。
先ず、製作予定エンジンに近いエンジン諸元を有する内部EGRシステム付きエンジンについて、図3に示されるような、吸気弁2のサブリフト量H及びサブリフト期間Δθと排気温度Tとの関係の目標線図(A)に基づきサブリフト(以下、この第1実施例においては、サブリフト量H及びサブリフト期間Δθをサブリフトと総称する)の第1次設定値をそなえた吸気カム14a(具体的にはこの吸気カム14aをそなえた吸気カム軸14)を製作する(ステップ(1))。
次いで、前記吸気カム14aをそなえた吸気カム軸14を供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測する(ステップ(2))。
次いで、前記排気温度のばらつき量の算出値ΔT1と、予め設定した許容ばらつき量つまり複数のシリンダ間における排気温度のばらつき量の許容値ΔT0とを比較して、該ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内にあるか否か(図3参照)を判断する(ステップ(4))。
そして、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0よりも大きく該許容値ΔT0の範囲内にない(ΔT1>ΔT0)場合は、図3に示される目標線図(A)から、サブリフトの次の設定値(第2次設定値)を抽出する(ステップ(5))。
一方、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内にある(ΔT1≦ΔT0)場合は、前記サブリフトの第1次設定値を採用した吸気カム14aを設計,製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込む(ステップ(7))。
以下、前述のような排気温度のばらつき量の算出値ΔT1と許容ばらつき量ΔT0とを対比する動作を、吸気カム14aのサブリフトを変化させ、排気温度Tのばらつき量の算出値ΔT1が前記許容ばらつき量ΔT0以内になるまで繰り返し、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内になった(ΔT1≦ΔT0)とき、当該サブリフトを採用した吸気カム14aを設計,製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込む(ステップ(7))。
これにより、内部EGR付きエンジンのシリンダ1間における内部EGRに起因する排気温度のばらつきを許容ばらつき量ΔT0以内に抑制することが可能となり、かかる排気温度のばらつきのピーク排気温度による熱負荷の増大及びこれに伴う燃焼室構成部材の割れの発生を防止できるとともに、熱負荷の増大に対処するためのエンジン出力制限を回避することができる。
4サイクルエンジンにおける吸気弁サブリフト方式の内部EGRシステムにおいては、 吸気行程時の吸気弁2の主リフトInとは離れて排気行程時に吸気弁2を微小量サブリフトIsさせて燃焼室1a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、該燃焼ガスを前記吸気弁2の主リフトInによる開弁時に燃焼室1aに還流する。
図5は、たとえば4シリンダエンジンにおける♯1シリンダ及び♯2シリンダの吸、排気弁タイミング線図を示し、図において、♯1シリンダのサブリフト量をH、サブリフトIs始めの主リフトIn始めに対する進角量つまりサブリフト進角量をθ1、♯2シリンダのサブリフト量をH、サブリフトIs始めの主リフトIn始めに対する進角量つまりサブリフト進角量をθ2で示している。
図2において、
先ず、製作予定エンジンに近いエンジン諸元を有する内部EGRシステム付きエンジンについて、図3に示されるような、吸気弁2のサブリフト進角量θと排気温度Tとの関係の目標線図(A)に基づきサブリフト進角量θの第1次設定値をそなえた吸気カム14a(具体的にはこの吸気カム14aをそなえた吸気カム軸14)を製作する(ステップ(1))。
次いで、前記吸気カム14aをそなえた吸気カム軸14を供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測する(ステップ(2))。
次いで、前記排気温度のばらつき量の算出値ΔT1と、予め設定した許容ばらつき量つまり複数のシリンダ間における排気温度のばらつき量の許容値ΔT0とを比較して、該ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内にあるか否かを判断する(ステップ(4))。
そして、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0よりも大きく該許容値ΔT0の範囲内にない(ΔT1>ΔT0)場合は、図3に示される目標線図(A)から、サブリフト進角量θの次の設定値(第2次設定値)を抽出する(ステップ(5))。
一方、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内にある(ΔT1≦ΔT0)場合は、前記サブリフト進角量θの第1次設定値を採用した吸気カム14aを設計,製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込む(ステップ(7))。
以下、前述のような排気温度のばらつき量の算出値ΔT1と許容ばらつき量ΔT0とを対比する動作を、吸気カム14aのサブリフト進角量θを変化させ、排気温度Tのばらつき量の算出値ΔT1が前記許容ばらつき量ΔT0以内になるまで繰り返し、前記ばらつき量の算出値ΔT1がばらつき量の許容値ΔT0の範囲内になった(ΔT1≦ΔT0)とき、当該サブリフト進角量θを採用した吸気カム14aを設計,製作して内部EGRシステム付きエンジンに組み込む(ステップ(7))。
この第3実施例は、吸気行程時に排気行程時の排気弁3の主リフトExとは離れて該排気弁3を微小量サブリフトEsさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室1a内に還流して吸気に混入させる排気弁サブリフト方式の内部EGRシステムに適用されるもので、図6は、たとえば4シリンダエンジンにおける♯1シリンダ及び♯2シリンダの吸、排気弁タイミング線図を示し、図において、♯1シリンダの排気弁サブリフト量をH3、サブリフト期間をΔθ3、♯2シリンダのサブリフト量をH4、サブリフト期間をΔθ4で示している。
従って、かかる第3実施例においては、予め推定した排気弁3のサブリフト量H3あるいはサブリフト期間Δθ3を有する排気カム15aを用いて供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測し、該排気温度の計測値により各シリンダ間の排気温度のばらつき量ΔT1を算出し、該排気温度のばらつき量の算出値ΔT1が予め設定した許容ばらつき量ΔT0以内になる目標サブリフト量H0あるいはサブリフト期間Δθ0を抽出し、該目標サブリフト量H0あるいはサブリフト期間Δθ0に設定された排気カム15aを製作してエンジンに組み込む。
1a 燃焼室
2 吸気弁
3 排気弁
4 吸気マニホールド
5 吸気ポート
6 排気ポート
7 吸気枝管
8 排気マニホールド
9 排気枝管
14 吸気カム軸
14a 吸気カム
15 排気カム軸
15a 排気カム
20 シリンダヘッド
100 エンジン(4サイクルディーゼルエンジン)
Jn 吸気弁主リフト
Is 吸気弁サブリフト
Ex 排気弁主リフト
Es 排気弁サブリフト
Claims (6)
- 排気行程時に吸気行程時の吸気弁の主リフトとは離れて該吸気弁を微小量サブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する内部EGRシステムを備えた複数シリンダの内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法であって、予め推定した前記サブリフトのサブリフト量あるいはサブリフト期間を有する吸気カムを用いて供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測し、該排気温度の計測値により各シリンダ間の排気温度のばらつき量を算出し、該排気温度のばらつき量の算出値が予め設定した許容ばらつき量以内になる目標サブリフト量あるいはサブリフト期間を抽出し、該目標サブリフト量あるいはサブリフト期間に設定された吸気カムを製作してエンジンに組み込むことを特徴とする内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
- 前記目標サブリフト量あるいはサブリフト期間の抽出にあたり、前記吸気カムのサブリフト量あるいはサブリフト期間を変化させて、前記排気温度の計測及び排気温度のばらつき量の算出及び排気温度のばらつき量の算出値と前記許容ばらつき量との対比を、該排気温度のばらつき量の算出値が前記許容ばらつき量以内になるまで繰り返すことを特徴とする請求項1記載の内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
- 排気行程時に吸気行程時の吸気弁の主リフトとは離れて該吸気弁を微小量サブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する内部EGRシステムを備えた複数シリンダの内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法であって、予め推定した前記サブリフトの前記主リフトからのサブリフト進角量を有する吸気カムを用いて供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測し、該排気温度の計測値により各シリンダ間の排気温度のばらつき量を算出し、該排気温度のばらつき量の算出値が予め設定した許容ばらつき量以内になる目標サブリフト進角量を抽出し、該目標サブリフト進角量に設定された吸気カムを製作してエンジンに組み込むことを特徴とする内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
- 前記目標サブリフト進角量の抽出にあたり、前記吸気カムの進角量を変化させて、前記排気温度の計測及び排気温度のばらつき量の算出及び排気温度のばらつき量の算出値と前記許容ばらつき量との対比を、該排気温度のばらつき量の算出値が前記許容ばらつき量以内になるまで繰り返すことを特徴とする請求項3記載の内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
- 吸気行程時に排気行程時の排気弁の主リフトとは離れて該排気弁を微小量サブリフトさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流して吸気に混入させる複数シリンダの内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法であって、予め推定した前記サブリフトのサブリフト量あるいはサブリフト期間を有する排気カムを用いて供試エンジンに組み込み、該供試エンジンを運転して各シリンダの排気温度を計測し、該排気温度の計測値により各シリンダ間の排気温度のばらつき量を算出し、該排気温度のばらつき量の算出値が予め設定した許容ばらつき量以内になる目標サブリフト量あるいはサブリフト期間を抽出し、該目標サブリフト量あるいはサブリフト期間に設定された排気カムを製作してエンジンに組み込むことを特徴とする内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
- 前記目標サブリフト量あるいはサブリフト期間の抽出にあたり、前記排気カムのサブリフト量あるいはサブリフト期間を変化させて、前記排気温度の計測及び排気温度のばらつき量の算出及び排気温度のばらつき量の算出値と前記許容ばらつき量との対比を、該排気温度のばらつき量の算出値が前記許容ばらつき量以内になるまで繰り返すことを特徴とする請求項5記載の内部EGRシステム付き4サイクルエンジンの製造方法。
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