JP5453340B2 - 内燃機関および排気再循環装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
図1に第1実施形態による内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、「エンジン」と称する。)10を示す。エンジン10は、内燃機関本体(以下、「エンジン本体」と称する。)11、吸気系12、排気系13、不活性ガス供給部および排気再循環部としてのEGR(Exhoust Gas Recirculation)装置14、不活性ガス供給弁としてのEGR弁15、および制御手段としてECU(Electronic Control Unit)16を備えている。エンジン本体11は、シリンダブロック21、シリンダヘッド22、ピストン23、吸気バルブ24、排気バルブ25および図示しないバルブ駆動機構部などを備えている。シリンダブロック21は、筒状のシリンダ26を有している。ピストン23は、このシリンダ26の内部を軸方向へ往復移動する。シリンダブロック21、シリンダヘッド22およびピストン23は、燃焼室27を形成している。エンジン10は、シリンダヘッド22を貫いて端部が燃焼室27に露出するインジェクタ28を備えている。インジェクタ28は、図示しない燃料ポンプで加圧された燃料を燃焼室27へ噴射する。なお、エンジン10は、吸気を過給する図示しないターボチャージャを備えていてもよい。
第1実施形態によるエンジン10は、通常のエンジンと同様に吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程を順に実行する。第1実施形態の場合、ECU16は、図3に示すようにエンジン本体11が吸気行程にあるとき、EGR弁15によってEGR通路42を開閉する。そのため、EGR通路42は、圧縮行程、燃焼行程および排気行程にあるとき、EGR弁15によって閉鎖されている。一方、ECU16は、エンジン本体11が吸気行程にあるとき、この吸気行程の全期間ではなく、圧縮行程に近い期間でEGR弁15によってEGR通路42を開放する。これにより、第1実施形態の場合、EGR通路42を経由して排気通路34から戻されるEGRガスは、吸気行程の後期に燃焼室27へ供給される。ところで、従来のEGR装置を備えるエンジンの場合、運転状態が一定であれば、図4に示すようにエンジン本体がいずれの行程にあってもEGR弁の開度は一定である。そのため、従来のエンジンの場合、図示しない吸気口から導入された新気とEGR通路を経由して戻されたEGRガスとは、所定の割合で混合されて燃焼室に供給される。
ECU16は、エンジン10を運転しているとき、定期的にエンジン10の運転状態を取得する(S101)。具体的には、ECU16は、アクセル開度センサ51からアクセルペダルの踏み込み量を取得するとともに、回転数センサ52からエンジン本体11の回転数を取得する。ECU16は、取得したアクセルペダルの踏み込み量およびエンジン本体11の回転数に基づいて、エンジン10の運転状態を取得する。ECU16は、S101においてエンジン10の運転状態を取得すると、吸気の成層化が必要であるか否かを判断する(S102)。ECU16は、S101で取得したエンジン10の運転状態に応じて、燃焼室27へ供給する吸気を成層化するか否かを判断する。
ECU16は、失火条件判断部57においてエンジン本体11で燃料の失火を招く条件が成立しているか否かを判断してもよい。具体的には、失火条件判断部57は、水温センサ53で検出した冷却水の温度、酸素濃度センサ54で検出した新気の酸素濃度、およびセタン価取得部55で検出した燃料のセタン価などに基づいて失火を招く条件が成立しているか否かを判断する。例えば冷却水の温度が低いとき、新気の酸素濃度が低いとき、あるいは燃料のセタン価が低いとき、燃焼室27に噴射された燃料は、着火しにくく、失火することが考えられる。そこで、失火条件判断部57は、各種センサから取得したデータに基づいて、失火を招く条件が成立しているか否かを判断する。
第2実施形態によるエンジンの要部を図10に示す。
第2実施形態では、EGR通路42と吸気通路32との接続部43は燃焼室27に近い位置に設けられている。第1実施形態の場合、図1に示すように接続部43と燃焼室27との間には、比較的長い距離が確保されている。これに対し、第2実施形態では、接続部43を燃焼室27に近い位置に設けることにより、接続部43と燃焼室27との距離は小さくなっている。このように接続部43を燃焼室27に近づけることにより、EGR通路42から吸気通路32へ流入したEGRガスは燃焼室27までの経路が短縮される。そのため、吸気通路32において新気とEGRガスとが接触する機会は低減される。したがって、第2実施形態では、燃焼室27における高EGR層61と低EGR層62との成層化をより向上することができる。
第3実施形態によるエンジンの要部を図11に示す。
第3実施形態の場合、エンジン10の吸気系12は、ストレートポート71およびヘリカルポート72を有している。すなわち、吸気通路32は、ストレートポート71側とヘリカルポート72側に分岐している。ストレートポート71は、吸気を燃焼室27へ直進させて導入する。また、ヘリカルポート72は、吸気を燃焼室27へ旋回させながら導入する。これにより、ストレートポート71を流れる吸気は、燃焼室27へ向けて直線的に流入する。一方、ヘリカルポート72を流れる吸気は、燃焼室27へ向けて旋回流すなわちスワール流を形成しながら流入する。
第4実施形態によるエンジンの要部を図12に示す。
第4実施形態の場合、EGR通路42は吸気通路32側の端部にガスインジェクタ73を有している。この場合、接続部43は、EGRガスを噴射するガスインジェクタ73の噴孔に相当する。これにより、EGR通路42を流れるEGRガスは、ガスインジェクタ73によって吸気通路32への流入が断続される。すなわち、ガスインジェクタ73が開弁しているとき、EGR通路42を流れるEGRガスは吸気通路32を流れる新気に噴射される。一方、ガスインジェクタ73が閉弁しているとき、EGR通路42を流れるEGRガスは吸気通路32への噴射が停止される。EGRガスは、排気通路34から導入されるため、吸気通路32を流れる新気よりも圧力が高い。したがって、EGRガスは、上述の複数の実施形態におけるEGR弁15に代えてガスインジェクタ73の開閉によって吸気通路32への流入を調整することもできる。
第5実施形態によるエンジンを図13に示す。
第5実施形態の場合、EGR装置14は、過給部80を有している。過給部80は、排気通路34から吸気通路32へ戻されるEGRガスを加圧する。過給部80は、例えば排気通路34を流れる排気によって過給するターボチャージャ、またはエンジン本体11の駆動力によって過給するスーパーチャージャなどが適用される。これにより、EGR通路42から吸気通路32へ流入するEGRガスの圧力は、より高められる。そのため、EGRガスは、より短時間でより多くが吸気通路32へ供給される。したがって、高EGR層の形成がより容易になり、成層化をより促進することができる。
第6実施形態によるエンジンを図14に示す。
第6実施形態の場合、エンジン10は不活性ガス供給部90を備えている。不活性ガス供給部90は、不活性ガスタンク91、不活性ガス通路部材92および不活性ガス供給弁93を有している。不活性ガスタンク91は、例えば窒素、二酸化炭素、アルゴンなどの燃料の燃焼に寄与しない不活性ガスを貯えている。不活性ガス通路部材92は、不活性ガスタンク91に貯えられている不活性ガスが流れる供給通路94を形成している。供給通路94は、接続部95において吸気通路32に接続している。不活性ガス供給弁93は、ECU16からの指示にしたがうアクチュエータ44によって供給通路94を断続する。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
例えば、図15に示すようにEGR通路42は、二つに分岐させてもよい。分岐させた一方の分岐通路421は、吸気通路32側の先端にガスインジェクタ422を設けている。これにより、EGR通路42から供給されるEGRガスの一部は、吸気通路32において燃焼室27に近いところへ噴射される。これに対し、分岐させた他方のEGR通路423は、ガスインジェクタ422よりも吸気通路32の上流側すなわち吸気通路32の図示しない吸気口側に接続している。これにより、吸気に含まれるEGRガスの割合を全体として高めるとき、EGRガスは上流側のEGR通路423を経由して吸気通路32へ補給される。したがって、EGRガスの濃度を十分に確保することができる。
Claims (5)
- 燃焼室を形成する内燃機関本体と、
吸気が前記燃焼室へ直進して導入されるストレートポート、および吸気が前記燃焼室へ旋回しながら導入されるヘリカルポートを有し、前記燃焼室に吸入される吸気が流れる吸気通路を形成する吸気系と、
前記燃焼室から排出される排気が流れる排気通路を形成する排気系と、
前記吸気通路のうち前記ストレートポートに接続する供給通路を形成し、前記吸気通路に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
前記供給通路を開閉可能に設けられ、前記吸気通路への前記不活性ガスの供給を断続する不活性ガス供給弁と、
前記不活性ガス供給弁を開閉駆動して、前記吸気通路を流れる新気、および前記不活性ガス供給部から供給される前記不活性ガスが前記吸気通路へ導入される時期を制御し、前記内燃機関本体が吸気行程にあるとき、前記新気と前記不活性ガスとを成層状態として前記燃焼室へ供給する制御手段と、
前記内燃機関本体の運転状態を取得する運転状態取得手段と、を備え、
前記制御手段は、前記不活性ガス供給弁を開閉駆動して、前記吸気通路と前記供給通路との接続部から前記燃焼室に至る前記吸気通路において、吸気に含まれる前記不活性ガスの濃度に差を形成し、前記運転状態取得手段で取得した前記内燃機関本体の運転状態に応じて前記不活性ガス供給弁の開閉時期を変更することにより、
前記内燃機関本体の運転状態が高負荷であるとき、前記内燃機関本体の吸気行程において、前半に前記不活性ガスの濃度を低め、後半に前記不活性ガスの濃度を高め、
前記内燃機関本体の運転状態が低負荷であるとき、前記内燃機関本体の吸気行程において、前半に前記不活性ガスの濃度を高め、後半に前記不活性ガスの濃度を低める内燃機関。 - 前記制御手段は、前記運転状態取得手段で取得した前記内燃機関本体の負荷状態が大きくなるにしたがって、前記不活性ガスを供給する時期を吸気行程の後半にずらことにより、前記吸気行程の後半における不活性ガスの濃度を高める請求項1記載の内燃機関。
- 前記内燃機関本体において燃料の失火を招く条件が成立しているか否かを判断する失火条件判断手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記失火条件判断手段で燃料の失火を招く条件が成立していると判断すると、前記内燃機関本体の吸気行程において、前半に前記不活性ガスの濃度を高め、後半に前記不活性ガスの濃度を低める請求項1記載の内燃機関。 - 前記排気通路を流れる排気を前記吸気通路へ還流する排気再循環部をさらに備え、
前記不活性ガス供給部は、前記排気通路を流れる排気を前記不活性ガスとして前記吸気通路へ供給する請求項1から3のいずれか一項記載の内燃機関。 - 前記排気再循環部は、前記排気通路から前記吸気通路へ還流する排気を加圧する過給部を有する請求項4記載の内燃機関。
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