JP5614080B2 - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.

内燃機関のNOx排出量の低減やポンプ損失の低減のために、排気の一部をEGRガスとして吸気に戻す技術が有効であるが、EGRガス量を増大させると燃料が良好に燃焼しなくなりPM排出量が増大するという背反があるため、EGR率をある程度以上高めることができないという問題がある。これに対し、燃焼室内でEGRガスと空気を成層化させることによって、燃焼悪化させることなくEGR率を高めることを図る技術が提案されている。   In order to reduce NOx emissions and pump loss of an internal combustion engine, a technique for returning a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake air is effective. However, if the EGR gas amount is increased, the fuel does not burn well and PM There is a trade-off that the amount of emissions increases, and there is a problem that the EGR rate cannot be increased to some extent. On the other hand, a technique has been proposed in which EGR gas and air are stratified in the combustion chamber to increase the EGR rate without deteriorating combustion.

例えば特許文献1には、1気筒当たり2つの吸気ポートを備え、2つの吸気ポートのうち一方の吸気ポートのみにEGRガスを供給し、EGRガスが供給される吸気ポートを、燃焼室内に流入するガスが燃焼室の外周に沿って旋回するように配置及び構成し、EGRガスが供給されない吸気ポートを、燃焼室内に流入するガスが燃焼室の中央部を旋回するように配置及び構成することにより、燃焼室の中央部に空気層を形成し、空気層の外周を囲むようにEGRガス層を形成し、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化する技術が記載されている。   For example, in Patent Document 1, two intake ports are provided per cylinder, EGR gas is supplied to only one of the two intake ports, and the intake port to which EGR gas is supplied flows into the combustion chamber. By arranging and configuring the gas to swirl along the outer periphery of the combustion chamber, and by arranging and configuring the intake port to which EGR gas is not supplied so that the gas flowing into the combustion chamber swirls through the center of the combustion chamber A technique is described in which an air layer is formed in the center of the combustion chamber, an EGR gas layer is formed so as to surround the outer periphery of the air layer, and the EGR gas and air are stratified in the combustion chamber.

特開2008−101544号公報JP 2008-101544 A

上記特許文献1に記載の技術においては、EGRガスが供給される吸気ポート及びEGRガスが供給されない吸気ポートの両方に空気が供給されるので、空気量が多くなる運転状態では気筒内に供給できるEGRガス量が少なくなってしまい、EGR率を高めることが困難になるという課題がある。   In the technique described in Patent Document 1, air is supplied to both the intake port to which EGR gas is supplied and the intake port to which EGR gas is not supplied, so that it can be supplied into the cylinder in an operation state in which the air amount increases. There is a problem that the amount of EGR gas decreases and it is difficult to increase the EGR rate.

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化させる内燃機関の排気還流装置において、燃焼悪化を抑制しつつEGR率をより高めることを可能にする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of this point, and enables an EGR rate to be further increased while suppressing deterioration of combustion in an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that stratifies EGR gas and air in a combustion chamber. The purpose is to provide technology.

上記の課題を解決するための本発明は、
内燃機関の排気の一部をEGRガスとして燃焼室に還流させるEGR装置を備えた内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートは、その内部に、該吸気ポートの内径より小さい内径を有する内側通路と、該内側通路の外壁面及び該吸気ポートの内壁面との間の空間である外側通路と、が形成される二重管構造であり、
前記内燃機関の吸気通路は、前記内側通路に連通し、
前記EGR装置は、前記外側通路にEGRガスを還流させることを特徴とする。
The present invention for solving the above problems is as follows.
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device that recirculates a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to a combustion chamber,
An intake port communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine has a space between an inner passage having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port, an outer wall surface of the inner passage, and an inner wall surface of the intake port. A double tube structure formed with an outer passage;
An intake passage of the internal combustion engine communicates with the inner passage;
The EGR device recirculates EGR gas to the outer passage.

このような二重管構造を有する吸気ポートから燃焼室内にガスが流入すると、吸気ポートの内側通路から燃焼室内に流入したガスは燃焼室内上部の中心軸付近の領域に局在し、吸気ポートの外側通路から燃焼室内に流入したガスは燃焼室の内壁面(シリンダの内壁面
)付近及び燃焼室の底面(ピストンの頂面)付近に局在する。従って、外側通路から流入したガスが内側通路から流入したガスを包み込むような層状のガス分布が燃焼室内に形成される。
When gas flows into the combustion chamber from the intake port having such a double pipe structure, the gas flowing into the combustion chamber from the inner passage of the intake port is localized in the region near the central axis at the upper part of the combustion chamber, and The gas flowing into the combustion chamber from the outer passage is localized near the inner wall surface of the combustion chamber (the inner wall surface of the cylinder) and near the bottom surface of the combustion chamber (the top surface of the piston). Therefore, a layered gas distribution is formed in the combustion chamber so that the gas flowing in from the outer passage wraps the gas flowing in from the inner passage.

上記本発明の構成によれば、吸気ポートの内側通路から燃焼室内に流入するガスは吸気通路から供給される空気(新気)であり、吸気ポートの外側通路から燃焼室内に流入するガスはEGR装置により供給されるEGRガスである。   According to the configuration of the present invention, the gas flowing into the combustion chamber from the inner passage of the intake port is air (fresh air) supplied from the intake passage, and the gas flowing into the combustion chamber from the outer passage of the intake port is EGR. EGR gas supplied by the device.

従って、本発明によれば、燃焼室内上部の中心軸付近の領域に空気又は空気と燃料の混合気が局在し、それを外側及び下側から包み込むように燃焼室内壁面及びピストン頂面付近にEGRガスが局在する層状のガス分布が燃焼室内に形成される。   Therefore, according to the present invention, air or a mixture of air and fuel is localized in the region near the central axis at the upper part of the combustion chamber, and is surrounded by the combustion chamber wall surface and the piston top surface so as to wrap it from the outside and the lower side. A layered gas distribution in which EGR gas is localized is formed in the combustion chamber.

火花点火式の内燃機関の場合には点火プラグは燃焼室頂部中心軸線付近に設けられるので、点火プラグ周辺に空気又は可燃混合気の層が形成され、それを包み込むようにEGRガスの層が形成されることになる。   In the case of a spark ignition type internal combustion engine, the spark plug is provided near the top central axis of the combustion chamber, so a layer of air or a combustible mixture is formed around the spark plug, and an EGR gas layer is formed so as to enclose it. Will be.

従って、多量のEGRガスを導入しても燃焼が悪化することを抑制できる。そして、EGRガスの層は、燃焼室内壁面付近だけでなく、燃焼性に影響しにくい燃焼室下方のピストン頂面付近にも形成されるので、燃焼を悪化させることを抑制しながらより多くのEGRガスを還流させることが可能になる。   Therefore, deterioration of combustion can be suppressed even if a large amount of EGR gas is introduced. The EGR gas layer is formed not only near the wall surface of the combustion chamber but also near the top surface of the piston below the combustion chamber, which hardly affects the combustibility, so that more EGR is suppressed while suppressing deterioration of combustion. The gas can be refluxed.

さらに、本発明においては、外側通路には吸気通路が連通していないので、外側通路から燃焼室内に流入するガスに空気は混入しない。従って、空気量が多くなる運転状態においてEGRガス量が少なくなることを抑制でき、より広範な運転条件において高いEGR率が可能となる。   Further, in the present invention, since the intake passage does not communicate with the outer passage, air does not enter the gas flowing from the outer passage into the combustion chamber. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the amount of EGR gas in an operation state in which the amount of air increases, and a high EGR rate can be achieved in a wider range of operation conditions.

本発明において、内側通路及び外側通路は同軸構造であっても良い。この構成によれば、内側通路から燃焼室内に流入する空気又は可燃混合気と、外側通路から燃焼室内に流入するEGRガスと、が燃焼室内で上記のような成層ガス分布を形成することができる。   In the present invention, the inner passage and the outer passage may have a coaxial structure. According to this configuration, air or a combustible gas mixture flowing from the inner passage into the combustion chamber and EGR gas flowing from the outer passage into the combustion chamber can form the stratified gas distribution as described above in the combustion chamber. .

上記構成において、内側通路、外側通路及び燃焼室が同軸構造であっても良い。この場合、吸気ポートは燃焼室上部中心付近から燃焼室内にガスを流入させるので、内側通路から燃焼室内に流入する空気又は可燃混合気を燃焼室上部中心軸付近に、外側通路から燃焼室内に流入するEGRガスを燃焼室内壁面及びピストン頂面付近に、局在させることができ、成層ガス分布の形成が好適に行われる。   In the above configuration, the inner passage, the outer passage, and the combustion chamber may have a coaxial structure. In this case, since the intake port allows gas to flow into the combustion chamber from the vicinity of the upper center of the combustion chamber, air or a combustible mixture flowing from the inner passage into the combustion chamber flows into the combustion chamber from the outer passage near the upper central axis of the combustion chamber. The EGR gas to be localized can be localized near the wall surface of the combustion chamber and the top surface of the piston, and the formation of the stratified gas distribution is suitably performed.

本発明は、1気筒あたり2つの吸気ポートが備わる内燃機関にも適用できる。このような内燃機関において、2つの吸気ポートの二重管構造がともに同軸構造の場合、燃焼室の中心軸に垂直な断面において、2つの吸気ポートの内側通路の間に2つの吸気ポートの外側通路の一部が挟まれた構造となる。   The present invention can also be applied to an internal combustion engine having two intake ports per cylinder. In such an internal combustion engine, when the double pipe structures of the two intake ports are both coaxial, the cross section perpendicular to the central axis of the combustion chamber is outside the two intake ports between the inner passages of the two intake ports. A part of the passage is sandwiched.

そのため、燃焼室内に形成されるガス分布は、燃焼室内上部中心軸付近に2つの吸気ポートの内側通路から流入する空気又は可燃混合気と外側通路の当該2つの内側通路に挟まれた部分から流入するEGRガスとの混合ガスが局在し、燃焼室内壁付近及び燃焼室底面(ピストン頂面)付近に外側通路の前記2つの内側通路に挟まれた部分以外の部分から流入するEGRガスが局在する層状ガス分布となる。   Therefore, the gas distribution formed in the combustion chamber flows in from the portion between the two inner passages of the air or combustible mixture and the outer passage flowing in from the inner passage of the two intake ports near the upper central axis of the combustion chamber. EGR gas flowing from a portion other than the portion sandwiched between the two inner passages of the outer passage near the combustion chamber wall and near the combustion chamber bottom surface (piston top surface) is localized. It becomes the existing layered gas distribution.

このような燃焼室内のガス分布では、点火プラグ周辺に局在する空気又は可燃混合気にはEGRガスの一部が含まれるものの、大部分のEGRガスは燃焼室内壁付近及び底面付近に局在するため、燃焼性への影響は小さく、燃焼悪化を抑制しつつ高EGR率を実現で
きる。
In such a gas distribution in the combustion chamber, a part of the EGR gas is included in the air or combustible air-fuel mixture localized around the spark plug, but most of the EGR gas is localized near the combustion chamber wall and bottom surface. Therefore, the influence on combustibility is small, and a high EGR rate can be realized while suppressing deterioration of combustion.

一方、2つの吸気ポートの二重管構造は、各吸気ポートの内側通路の中心軸が外側通路の中心軸に対して他方の吸気ポート寄りに偏心している構成とすることもできる。あるいは、2つの吸気ポートの二重管構造は、各吸気ポートの内側通路の中心軸が外側通路の中心軸に対して燃焼室の中心軸寄りに偏心している構成とすることもできる。   On the other hand, the double pipe structure of the two intake ports may be configured such that the central axis of the inner passage of each intake port is eccentric to the other intake port with respect to the central axis of the outer passage. Alternatively, the double pipe structure of the two intake ports may be configured such that the central axis of the inner passage of each intake port is eccentric to the central axis of the combustion chamber with respect to the central axis of the outer passage.

いずれの構成においても、2つの吸気ポートの二重管構造がともに同軸構造の場合と比べて、2つの吸気ポートの内側通路の間に挟まれた外側通路の部分は小さくなる。従って、燃焼室内に形成されるガス分布において、燃焼室内上部中心軸付近に局在する空気又は可燃混合気とEGRガスとの混合ガス中のEGRガスの量が少なくなる。   In any configuration, the outer passage portion sandwiched between the inner passages of the two intake ports is smaller than in the case where the double pipe structures of the two intake ports are both coaxial. Therefore, in the gas distribution formed in the combustion chamber, the amount of EGR gas in the air or a mixture of combustible air-fuel mixture and EGR gas localized near the upper central axis of the combustion chamber is reduced.

よって、EGR率を高くした場合の燃焼性への影響をより小さくすることができ、燃焼悪化を抑制しつつより高EGR率を実現できる。   Therefore, the influence on the combustibility when the EGR rate is increased can be further reduced, and a higher EGR rate can be realized while suppressing the deterioration of combustion.

本発明において、吸気ポートの内側通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることができる。この構成によれば、EGRガス中に燃料が混入しないので、燃焼悪化や未燃分の排出を好適に抑制できる。   In the present invention, a fuel injection valve for injecting fuel into the inner passage of the intake port can be provided. According to this configuration, since no fuel is mixed into the EGR gas, it is possible to suitably suppress the deterioration of combustion and the discharge of unburned content.

本発明において、前記二重管構造は、前記吸気ポートにおける前記燃焼室との接続部寄りの一部区間にのみ形成される構成とすることができる。本発明の吸気ポートの二重管構造では、内側通路を流れる空気が外側通路を流れる高温のEGRガスからの受熱により昇温する可能性があるが、二重管構造を燃焼室との接続部付近の一部区間に限定すれば、空気の昇温を抑制できる。   In the present invention, the double pipe structure may be formed only in a partial section of the intake port near the connection portion with the combustion chamber. In the double-pipe structure of the intake port of the present invention, there is a possibility that the air flowing through the inner passage rises in temperature due to heat received from the high-temperature EGR gas flowing through the outer passage, but the double-pipe structure is connected to the combustion chamber. If limited to a part of the vicinity, the temperature rise of the air can be suppressed.

本発明によれば、燃焼室内でEGRガスと空気とを成層化させる内燃機関の排気還流装置において、燃焼悪化を抑制しつつEGR率をより高めることを可能にする技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the exhaust gas recirculation apparatus of the internal combustion engine which stratifies EGR gas and air in a combustion chamber, the technique which makes it possible to raise an EGR rate further, suppressing combustion deterioration can be provided.

実施例1に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートの内部の概略構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic structure inside a cylinder and an intake port of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施例1に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートを上から見た図である。FIG. 2 is a view of a cylinder and an intake port of the internal combustion engine according to the first embodiment when viewed from above. 実施例1に係る内燃機関の燃焼室内に形成されるガス分布を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a gas distribution formed in a combustion chamber of the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施例2に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートを上から見た図である。FIG. 6 is a view of a cylinder and an intake port of an internal combustion engine according to a second embodiment as viewed from above. 実施例2に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートの内部の概略構造を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic structure of a cylinder and an intake port of an internal combustion engine according to a second embodiment. 実施例3に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートを上から見た図である。FIG. 6 is a view of a cylinder and an intake port of an internal combustion engine according to a third embodiment as viewed from above. 実施例3に係る内燃機関の燃焼室内に形成されるガス分布を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a gas distribution formed in a combustion chamber of an internal combustion engine according to a third embodiment. 実施例4に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートを上から見た図である。It is the figure which looked at the cylinder and intake port of the internal combustion engine which concerns on Example 4 from the top. 実施例4の変形例に係る内燃機関の気筒及び吸気ポートを上から見た図である。FIG. 10 is a view of a cylinder and an intake port of an internal combustion engine according to a modification of the fourth embodiment as viewed from above.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.

(実施例1)
図1は、本発明の第1の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図1は、内燃機関1の気筒2及び吸気ポート5の断面を示す。気筒2の内部にはピストン4が上下方向に摺動可能に挿入され、気筒2の内壁面及びピストン4の頂面により燃焼室3が区画形成される。
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a cross section of a cylinder 2 and an intake port 5 of an internal combustion engine 1. A piston 4 is inserted into the cylinder 2 so as to be slidable in the vertical direction, and a combustion chamber 3 is defined by the inner wall surface of the cylinder 2 and the top surface of the piston 4.

燃焼室3の頂部中心部(燃焼室3の中心軸線付近)には開口部11が設けられ、開口部11には吸気ポート5が接続されている。吸気ポート5は、その内部に、吸気ポート5の内径より小さい内径を有する内側通路7と、内側通路7の外壁面14及び吸気ポート5の内壁面15との間の空間である外側通路6と、が形成される二重管構造である。   An opening 11 is provided at the center of the top of the combustion chamber 3 (near the central axis of the combustion chamber 3), and the intake port 5 is connected to the opening 11. The intake port 5 includes an inner passage 7 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port 5 and an outer passage 6 that is a space between the outer wall surface 14 of the inner passage 7 and the inner wall surface 15 of the intake port 5. , Is a double tube structure formed.

内側通路7には外部から空気を取り込む吸気通路10が連通し、外側通路6にはEGR通路8が連通する。EGR通路8は、内燃機関1の図示しない排気通路に連通し、EGR通路8を介して内燃機関1の排気の一部がEGRガスとして燃焼室に還流する。   An intake passage 10 for taking in air from the outside communicates with the inner passage 7, and an EGR passage 8 communicates with the outer passage 6. The EGR passage 8 communicates with an exhaust passage (not shown) of the internal combustion engine 1, and a part of the exhaust gas of the internal combustion engine 1 returns to the combustion chamber as EGR gas through the EGR passage 8.

EGR通路8は本発明のEGR装置として機能する。内燃機関1には、吸気ポート5の内側通路7内に燃料を噴射する燃料噴射弁9が備わる。なお、図面を簡略化するため吸気バルブや排気ポート、排気バルブ、点火プラグ等の内燃機関1が備える構成要素について図示を省略してある。後述する他の図面についても同様である。   The EGR passage 8 functions as the EGR device of the present invention. The internal combustion engine 1 is provided with a fuel injection valve 9 that injects fuel into the inner passage 7 of the intake port 5. In order to simplify the drawing, components included in the internal combustion engine 1 such as an intake valve, an exhaust port, an exhaust valve, and a spark plug are not shown. The same applies to other drawings described later.

図2は、上記説明した気筒2を上から見た図である。燃焼室頂部の気筒2の中心軸線C付近に開口部11が設けられ、開口部11に吸気ポート5が接続される。吸気ポート5の内部には内側通路7と外側通路6が形成されている。内燃機関1には、内側通路7内に燃料を噴射する燃料噴射弁9が備わる。   FIG. 2 is a top view of the cylinder 2 described above. An opening 11 is provided in the vicinity of the central axis C of the cylinder 2 at the top of the combustion chamber, and the intake port 5 is connected to the opening 11. An inner passage 7 and an outer passage 6 are formed inside the intake port 5. The internal combustion engine 1 includes a fuel injection valve 9 that injects fuel into the inner passage 7.

図1及び図2に示すように、内側通路7及び外側通路6は略同軸の構造であり、燃焼室3の開口部11との接続部付近では燃焼室3の中心軸線Cと略同軸の構造となっている。そして、図2に示すように、燃焼室3中央部に内側通路7からの空気が流入するとともに、その周囲に外側通路6からのEGRガスが流入する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the inner passage 7 and the outer passage 6 have a substantially coaxial structure, and a structure that is substantially coaxial with the central axis C of the combustion chamber 3 in the vicinity of the connection portion with the opening 11 of the combustion chamber 3. It has become. As shown in FIG. 2, air from the inner passage 7 flows into the central portion of the combustion chamber 3, and EGR gas from the outer passage 6 flows into the periphery thereof.

これにより、図1に示すように、内側通路7から燃焼室3内に流入した空気と燃料の混合気が燃焼室3内上部の中心軸付近の領域に局在し、外側通路6から燃焼室3内に流入したEGRガスが燃焼室3の内壁面(気筒2の内壁面)付近及び燃焼室3の底面(ピストン4の頂面)付近に局在する。   As a result, as shown in FIG. 1, the mixture of air and fuel flowing into the combustion chamber 3 from the inner passage 7 is localized in a region near the central axis in the upper portion of the combustion chamber 3, and from the outer passage 6 to the combustion chamber. The EGR gas that has flowed into the combustion chamber 3 is localized near the inner wall surface of the combustion chamber 3 (inner wall surface of the cylinder 2) and near the bottom surface of the combustion chamber 3 (top surface of the piston 4).

すなわち、外側通路6から流入したEGRガスGEが内側通路7から流入した空気と燃料の混合気GAを包み込むような層状のガス分布が燃焼室3内に形成される。   That is, a layered gas distribution is formed in the combustion chamber 3 such that the EGR gas GE flowing from the outer passage 6 wraps the air-fuel mixture GA flowing from the inner passage 7.

図3は、図1の燃焼室3内のガス分布のAA断面を示す図である。図3に示すように、燃焼室3の中心軸線C近傍の領域に空気と燃料の混合気GAが局在し、その周囲にEGRガスGEが局在する。   FIG. 3 is a view showing an AA cross section of the gas distribution in the combustion chamber 3 of FIG. As shown in FIG. 3, the air-fuel mixture GA is localized in a region in the vicinity of the central axis C of the combustion chamber 3, and the EGR gas GE is localized around it.

内燃機関1には、燃焼室3の頂部の中心部(中心軸線C付近)には図示しない点火プラグが備わり、点火プラグが空気と燃料の可燃混合気に点火することにより燃焼室3内で燃焼が行われる。   The internal combustion engine 1 is provided with a spark plug (not shown) at the center of the top of the combustion chamber 3 (near the central axis C), and the ignition plug ignites a combustible mixture of air and fuel to burn in the combustion chamber 3. Is done.

本実施例の内燃機関1は、上述したような二重管構造の吸気ポート5を備え、内側通路7から流入する空気と燃料の可燃混合気と外側通路6から流入するEGRガスとが図1から図3に示したように燃焼室3内で層状に分布するので、EGR率を高めて多量のEGR
ガスを還流させた場合でも、点火プラグ付近の可燃混合気にEGRガスが高濃度で混入することを抑制できる。
The internal combustion engine 1 of the present embodiment includes the intake port 5 having the double pipe structure as described above, and the air flowing in from the inner passage 7, the combustible mixture of fuel, and the EGR gas flowing in from the outer passage 6 are shown in FIG. As shown in FIG. 3, since it is distributed in a layered manner in the combustion chamber 3, a large amount of EGR is increased by increasing the EGR rate.
Even when the gas is recirculated, it is possible to suppress the EGR gas from being mixed at a high concentration in the combustible air-fuel mixture near the spark plug.

従って、燃焼悪化を招くことなく、大量EGRを行うことが可能になるので、EGR率を高めることによるNOx排出量の低減効果やポンプ損失の低減効果が十分に発揮される。   Therefore, since it is possible to perform a large amount of EGR without causing deterioration of combustion, the effect of reducing the NOx emission amount and the effect of reducing the pump loss by increasing the EGR rate are sufficiently exhibited.

さらに、本実施例の内燃機関1においては、外側通路6には吸気通路10が連通しておらず、EGR通路8だけが連通しているため、外側通路6から燃焼室3内に流入するガスには空気は混入しない。従って、空気量が多くなる運転状態においてもEGRガス量が少なくなることを抑制でき、より広範な運転条件において高いEGR率で運転することが可能となる。   Further, in the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the intake passage 10 is not communicated with the outer passage 6 and only the EGR passage 8 is communicated, so that the gas flowing into the combustion chamber 3 from the outer passage 6. Air is not mixed in. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the EGR gas amount even in an operation state in which the air amount increases, and it is possible to operate at a high EGR rate under a wider range of operation conditions.

(実施例2)
上記実施例1では、吸気ポート5が接続される燃焼室3頂部の開口部は燃焼室3頂部中心部(燃焼室3の中心軸線C付近)に設けられた構成について説明したが、吸気ポート5が接続される開口部を設ける位置はこれに限らない。
(Example 2)
In the first embodiment, the configuration in which the opening at the top of the combustion chamber 3 to which the intake port 5 is connected is provided at the center of the top of the combustion chamber 3 (near the central axis C of the combustion chamber 3). The position where the opening to be connected is not limited to this.

図4は、本発明の第2の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図4は、実施例1の図2と同様に気筒2を上から見た図である。図4に示すように、本実施例では、燃焼室3の中心軸線Cより外側に開口部12が設けられ、開口部12に吸気ポート50が接続される。   FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view of the cylinder 2 as viewed from above, similarly to FIG. 2 of the first embodiment. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the opening 12 is provided outside the central axis C of the combustion chamber 3, and the intake port 50 is connected to the opening 12.

吸気ポート50の内部には、実施例1の吸気ポート5と同様に、内側通路70及び外側通路60が形成されている。本実施例の内燃機関1も、内側通路70内に燃料を噴射する燃料噴射弁9が備わる。   Inside the intake port 50, as in the intake port 5 of the first embodiment, an inner passage 70 and an outer passage 60 are formed. The internal combustion engine 1 of this embodiment is also provided with a fuel injection valve 9 that injects fuel into the inner passage 70.

図5は、実施例1の図1と同様に、本実施例の内燃機関1の気筒2及び吸気ポート50の断面を示す図である。上述したように、本実施例では、燃焼室3頂部中央より外側の位置に吸気ポート50が接続される開口部12が設けられる。   FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the cylinder 2 and the intake port 50 of the internal combustion engine 1 of the present embodiment, similarly to FIG. 1 of the first embodiment. As described above, in this embodiment, the opening 12 to which the intake port 50 is connected is provided at a position outside the center of the top of the combustion chamber 3.

吸気ポート50は、その内部に、吸気ポート50の内径より小さい内径を有する内側通路70と、内側通路70の外壁面140及び吸気ポート50の内壁面150との間の空間である外側通路60と、が形成される二重管構造である。   The intake port 50 includes therein an inner passage 70 having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port 50, and an outer passage 60 that is a space between the outer wall surface 140 of the inner passage 70 and the inner wall surface 150 of the intake port 50. , Is a double tube structure formed.

なお、本実施例の吸気ポート50は、実施例1と異なり、吸気ポート50の開口部12との接続部に近い側の一部区間のみ、二重管構造となっている。これにより、外側通路60を流れる高温のEGRガスからの受熱による内側通路70を流れる空気の温度上昇を抑制できる。   Note that, unlike the first embodiment, the intake port 50 of this embodiment has a double-pipe structure only in a partial section on the side close to the connection portion with the opening 12 of the intake port 50. Thereby, the temperature rise of the air which flows through the inner side passage 70 by the heat receiving from the high temperature EGR gas which flows through the outer side passage 60 can be suppressed.

本実施例のように吸気ポート50が接続される開口部12が燃焼室3頂部中央に設けられていない構成であっても、内側通路70から空気と燃料の混合気が燃焼室3内に流入し、外側通路60からEGRガスが燃焼室3内に流入することにより、図5に示すように、燃焼室3内上部中心軸線付近に空気と燃料の混合気が局在し、その周囲の、燃焼室3内壁面及び燃焼室3底面(ピストン4頂面)付近に、中央部の空気と燃料の混合気を包み込むようにEGRガスが局在する。   Even if the opening 12 to which the intake port 50 is connected is not provided at the center of the top of the combustion chamber 3 as in this embodiment, the air / fuel mixture flows into the combustion chamber 3 from the inner passage 70. When the EGR gas flows into the combustion chamber 3 from the outer passage 60, as shown in FIG. 5, a mixture of air and fuel is localized in the vicinity of the upper central axis in the combustion chamber 3. EGR gas is localized in the vicinity of the inner wall surface of the combustion chamber 3 and the bottom surface of the combustion chamber 3 (the top surface of the piston 4) so as to wrap the air-fuel mixture in the center.

従って、本実施例においても、図5の燃焼室3内のガス分布のAA断面は、図3のようになる。これにより、EGR率を高めても点火プラグ付近のEGRガス濃度が高くなることを抑制できるので、燃焼悪化を抑制しつつEGR率を高めることが可能になる。   Therefore, also in this embodiment, the AA cross section of the gas distribution in the combustion chamber 3 of FIG. 5 is as shown in FIG. Thereby, even if the EGR rate is increased, the EGR gas concentration in the vicinity of the spark plug can be suppressed from increasing, so that the EGR rate can be increased while suppressing the deterioration of combustion.

また、実施例1と同様に、外側通路60には吸気通路10からの空気が流入しないので、空気量が多くなる運転状態においても多量のEGRガスを燃焼室3内に還流させることができる。従って、要求空気量によらず、高EGR率を実現することが可能になる。   Further, as in the first embodiment, since the air from the intake passage 10 does not flow into the outer passage 60, a large amount of EGR gas can be recirculated into the combustion chamber 3 even in an operation state in which the air amount increases. Therefore, a high EGR rate can be realized regardless of the required air amount.

(実施例3)
上記実施例1及び2は、1つの気筒に1つの吸気ポートが接続される内燃機関に本発明を適用した実施例だが、本実施例は、1つの気筒に2つの吸気ポートが接続される内燃機関に本発明を適用した実施例である。
Example 3
The first and second embodiments are examples in which the present invention is applied to an internal combustion engine in which one intake port is connected to one cylinder, but this embodiment is an internal combustion in which two intake ports are connected to one cylinder. It is the Example which applied this invention to the engine.

図6は、本発明の第3の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図6は、実施例1の図2と同様に気筒2を上から見た図である。図6に示すように、本実施例では、気筒毎に2つの吸気ポート5A,5Bが燃焼室3の頂部の2つの開口部13A,13Bにそれぞれ接続される。   FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view of the cylinder 2 as seen from above, similarly to FIG. 2 of the first embodiment. As shown in FIG. 6, in this embodiment, two intake ports 5 </ b> A and 5 </ b> B are connected to two openings 13 </ b> A and 13 </ b> B at the top of the combustion chamber 3 for each cylinder.

吸気ポート5A,5Bの各々の二重管構造は実施例1の吸気ポート5と同様で、内側通路7A,7Bと外側通路6A,6Bとが同軸構造になっている。そして、内側通路7A,7Bは吸気通路に連通し、内側通路7A,7Bから燃焼室3内に空気が流入する。   The double pipe structure of each of the intake ports 5A and 5B is the same as the intake port 5 of the first embodiment, and the inner passages 7A and 7B and the outer passages 6A and 6B have a coaxial structure. The inner passages 7A and 7B communicate with the intake passage, and air flows into the combustion chamber 3 from the inner passages 7A and 7B.

また、外側通路6A,6BはEGR通路に連通し、外側通路6A,6Bから燃焼室3内にEGRガスが流入する。内側通路7A,7Bの各々の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁9A,9Bが備わる。   Further, the outer passages 6A, 6B communicate with the EGR passage, and EGR gas flows into the combustion chamber 3 from the outer passages 6A, 6B. Fuel injection valves 9A and 9B for injecting fuel are provided in each of the inner passages 7A and 7B.

本実施例のように内側通路と外側通路とが同軸構造の場合、燃焼室3の中心軸線Cに垂直な面による断面で、吸気ポート5A,5Bの内側通路7A,7Bの間には、外側通路6A,6Bの一部が挟まれることになる(図6の領域16で示す部分)。   In the case where the inner passage and the outer passage have a coaxial structure as in this embodiment, the outer passage is formed between the inner passages 7A and 7B of the intake ports 5A and 5B in a cross section perpendicular to the central axis C of the combustion chamber 3. A part of the passages 6A and 6B is sandwiched (portion indicated by a region 16 in FIG. 6).

外側通路6A,6Bのこの部分から燃焼室3内に流入するEGRガスは、内側通路7A,7Bから燃焼室3内に流入する空気と燃料の混合気と略均質に混合し、燃焼室3内上部中心軸付近には空気と燃料とEGRガスの混合気が局在する。   The EGR gas flowing into the combustion chamber 3 from this portion of the outer passages 6A and 6B is mixed substantially uniformly with the air / fuel mixture flowing into the combustion chamber 3 from the inner passages 7A and 7B. Near the upper central axis, a mixture of air, fuel, and EGR gas is localized.

一方、外側通路6A,6Bの領域16で示す部分以外の部分から燃焼室3内に流入するEGRガスは、上述した各実施例と同様に、燃焼室3の内壁面及び底面付近に局在する。   On the other hand, EGR gas flowing into the combustion chamber 3 from a portion other than the portion indicated by the region 16 of the outer passages 6A and 6B is localized in the vicinity of the inner wall surface and bottom surface of the combustion chamber 3 as in the above-described embodiments. .

このため、本実施例のように内側通路と外側通路が同軸の二重管構造になっている吸気ポート5A,5Bが2つ接続されている構成では、燃焼室3内に形成されるガス分布は、実施例1及び2と同様に燃焼室3内上部中心軸付近のガスと、それを外側及び下側から包み込むような燃焼室3内壁面及び底面付近のガスと、の層状のガス分布になるが、図7に示すように、燃焼室3中心部に局在するガスは空気と燃料とEGRガスの混合気GA+GEとなり、その周囲に局在するガスはEGRガスとなる。   For this reason, in the configuration in which two intake ports 5A and 5B having a double pipe structure in which the inner passage and the outer passage are coaxial as in the present embodiment are connected, the gas distribution formed in the combustion chamber 3 is distributed. As in the first and second embodiments, the gas distribution in the vicinity of the upper central axis in the combustion chamber 3 and the gas in the vicinity of the inner wall surface and bottom surface of the combustion chamber 3 that wraps the gas from the outside and the lower side are layered. However, as shown in FIG. 7, the gas localized in the center of the combustion chamber 3 is a mixture GA + GE of air, fuel, and EGR gas, and the gas localized around the gas is EGR gas.

従って、点火プラグ付近に局在するガスはEGRガスを含むことになるが、このEGRガスは外側通路6A,6Bのうち図6の領域16で示すごく一部から流入するEGRガスであり、それ以外の大部分のEGRガスは実施例1及び2と同様に、燃焼室3内壁面及び底面付近に局在するので、混合気の燃焼性への影響は小さく、燃焼悪化を抑制しつつEGR率を十分に高めることが可能である。   Therefore, the gas localized in the vicinity of the spark plug contains EGR gas. This EGR gas is an EGR gas that flows in from a part of the outer passages 6A and 6B in the region 16 of FIG. Most of the EGR gas other than those are localized in the vicinity of the inner wall surface and the bottom surface of the combustion chamber 3 as in the first and second embodiments. Therefore, the influence on the combustibility of the air-fuel mixture is small, and the EGR rate is suppressed while suppressing the deterioration of combustion. Can be sufficiently increased.

また、実施例1及び2と同様に、外側通路6A,6Bには吸気通路からの空気が流入しないので、空気量が多くなる運転状態においても十分な量のEGRガスを還流させることが可能になる。   Further, as in the first and second embodiments, since air from the intake passage does not flow into the outer passages 6A and 6B, a sufficient amount of EGR gas can be recirculated even in an operation state in which the air amount increases. Become.

(実施例4)
本実施例も、1つの気筒に2つの吸気ポートが接続される内燃機関に本発明を適用した実施例である。
Example 4
This embodiment is also an embodiment in which the present invention is applied to an internal combustion engine in which two intake ports are connected to one cylinder.

実施例3で説明したように、各吸気ポートの内側通路及び外側通路を同軸の二重管構造とした場合、燃焼室3上部中心軸付近に局在する空気と燃料の混合気にEGRガスが混入する。このEGRガスの混入をできるだけ抑制することができるように、本実施例では、各吸気ポートの内側通路及び外側通路を同軸の二重管構造とはせず、図8に示すように、各吸気ポートの内側通路が他方の吸気ポート寄りに偏心した構造とした。   As described in the third embodiment, when the inner passage and the outer passage of each intake port have a coaxial double pipe structure, EGR gas is mixed with the air-fuel mixture localized near the upper central axis of the combustion chamber 3. mixing. In this embodiment, in order to suppress the mixing of EGR gas as much as possible, the inner passage and the outer passage of each intake port do not have a coaxial double pipe structure, and as shown in FIG. The inner passage of the port is eccentric to the other intake port.

すなわち、図8に示すように、燃焼室3上部の開口部13Aに接続される吸気ポート5Cの内側通路7Cは、吸気ポート5Cの外側通路6Cに対して、燃焼室3上部の開口部13Bに接続される吸気ポート5D寄りに偏心して設けられる。同様に、吸気ポート5Dの内側通路7Dは、吸気ポート5Dの外側通路6Dに対して、吸気ポート5C寄りに偏心して設けられる。   That is, as shown in FIG. 8, the inner passage 7C of the intake port 5C connected to the opening 13A at the top of the combustion chamber 3 is connected to the opening 13B at the top of the combustion chamber 3 with respect to the outer passage 6C of the intake port 5C. Eccentricity is provided near the connected intake port 5D. Similarly, the inner passage 7D of the intake port 5D is provided eccentrically toward the intake port 5C with respect to the outer passage 6D of the intake port 5D.

これにより、燃焼室3の中心軸線Cに垂直な面による断面で、吸気ポート5C,5Dの内側通路7C,7Dの間に挟まれる領域16に存在することになる外側通路6C,6Dの部分はほとんど無視できる大きさとなる。   As a result, the sections of the outer passages 6C and 6D that are present in the region 16 sandwiched between the inner passages 7C and 7D of the intake ports 5C and 5D in the cross section of the surface perpendicular to the central axis C of the combustion chamber 3 are The size is almost negligible.

従って、2つの吸気ポート5C,5Dを図8に示すような偏心二重管構造とすることによって、内側通路7C,7Dから燃焼室3内に流入する空気と燃料の混合気に混入するEGRガスの量を低減することが可能になる。   Therefore, the EGR gas mixed in the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber 3 from the inner passages 7C, 7D by making the two intake ports 5C, 5D have an eccentric double tube structure as shown in FIG. It becomes possible to reduce the amount of.

これにより、燃焼室3上部中心軸付近に局在する空気と燃料の混合気がほとんどEGRガスを含まない、実施例1及び2と同様の燃焼室内ガス分布が形成されるので、EGR率を高めても燃焼悪化を好適に抑制することができる。   As a result, the same gas distribution in the combustion chamber as in Examples 1 and 2 is formed in which the air-fuel mixture localized near the upper central axis of the combustion chamber 3 does not contain EGR gas, so the EGR rate is increased. However, deterioration of combustion can be suitably suppressed.

なお、本実施例では、各吸気ポートの内側通路を他方の吸気ポート寄りに偏心させた構成について例示したが、内側通路を偏心させる方向は燃焼室3の中心軸線Cの方向でも良い。この場合、図9に示すように、吸気ポート5Cの内側通路7C及び吸気ポート5Dの内側通路7Dは、ともに燃焼室3の中心軸線C寄りに偏心する。   In the present embodiment, the configuration in which the inner passage of each intake port is eccentric toward the other intake port is illustrated, but the direction in which the inner passage is eccentric may be the direction of the central axis C of the combustion chamber 3. In this case, as shown in FIG. 9, the inner passage 7C of the intake port 5C and the inner passage 7D of the intake port 5D are both eccentric toward the center axis C of the combustion chamber 3.

2つの吸気ポート5C,5Dの二重管構造をこのような偏心構造とした場合も、燃焼室3上部中心軸付近に局在する空気と燃料の混合気へ混入するEGRガスの量を好適に低減することができる。   Even when the double-pipe structure of the two intake ports 5C and 5D has such an eccentric structure, the amount of EGR gas mixed into the air-fuel mixture localized near the upper central axis of the combustion chamber 3 is suitably set. Can be reduced.

1 内燃機関
2 気筒
3 燃焼室
4 ピストン
5 吸気ポート
6 外側通路
7 内側通路
8 EGR通路
9 燃料噴射弁
10 吸気通路
11 開口部
12 開口部
14 内側通路外壁面
15 吸気ポート内壁面
16 2つの吸気ポートの内側通路に挟まれる外側通路の部分
GA 空気又は空気と燃料の混合気
GE EGRガス
GF 燃料
C 燃焼室中心軸線
50 吸気ポート
60 外側通路
70 内側通路
140 内側通路外壁面
150 吸気ポート内壁面
5A,5B 吸気ポート
6A,6B 外側通路
7A,7B 内側通路
9A,9B 燃料噴射弁
13A,13B 開口部
5C,5D 吸気ポート
6C,6D 外側通路
7C,7D 内側通路
Reference Signs List 1 internal combustion engine 2 cylinder 3 combustion chamber 4 piston 5 intake port 6 outer passage 7 inner passage 8 EGR passage 9 fuel injection valve 10 intake passage 11 opening 12 opening
14 Inner passage outer wall surface 15 Intake port inner wall surface 16 Portion of outer passage sandwiched between inner passages of two intake ports Air or air / fuel mixture GE EGR gas GF Fuel C Combustion chamber central axis 50 Intake port 60 Outer passage 70 Inner passage 140 Inner passage outer wall surface 150 Intake port inner wall surface 5A, 5B Intake port 6A, 6B Outer passage 7A, 7B Inner passage 9A, 9B Fuel injection valve 13A, 13B Opening 5C, 5D Intake port 6C, 6D Outer passage 7C 7D inner passage

Claims (5)

内燃機関の排気の一部をEGRガスとして燃焼室に還流させるEGR装置を備えた内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートは、その内部に、該吸気ポートの内径より小さい内径を有する内側通路と、該内側通路の外壁面及び該吸気ポートの内壁面との間の空間である外側通路と、が形成される二重管構造であり、
前記内燃機関の吸気通路は、前記内側通路に連通し、
前記EGR装置は、前記外側通路にEGRガスを還流させ、
前記外側通路及び前記内側通路は前記燃焼室に接続され、
前記内側通路、前記外側通路及び前記燃焼室は同軸構造であることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device that recirculates a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to a combustion chamber,
An intake port communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine has a space between an inner passage having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port, an outer wall surface of the inner passage, and an inner wall surface of the intake port. A double tube structure formed with an outer passage;
An intake passage of the internal combustion engine communicates with the inner passage;
The EGR device recirculates EGR gas to the outer passage,
The outer passage and the inner passage are connected to the combustion chamber ;
The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, wherein the inner passage, the outer passage, and the combustion chamber have a coaxial structure .
内燃機関の排気の一部をEGRガスとして燃焼室に還流させるEGR装置を備えた内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートは、その内部に、該吸気ポートの内径より小さい内径を有する内側通路と、該内側通路の外壁面及び該吸気ポートの内壁面との間の空間である外側通路と、が形成される二重管構造であり、
前記内燃機関の吸気通路は、前記内側通路に連通し、
前記EGR装置は、前記外側通路にEGRガスを還流させ、
前記外側通路及び前記内側通路は前記燃焼室に接続され、
前記内燃機関の燃焼室には前記二重管構造を有する吸気ポートが2つ連通し、各吸気ポートの内側通路の中心軸は、外側通路の中心軸に対して、他方の吸気ポート寄りに偏心していることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device that recirculates a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to a combustion chamber,
An intake port communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine has a space between an inner passage having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port, an outer wall surface of the inner passage, and an inner wall surface of the intake port. A double tube structure formed with an outer passage;
An intake passage of the internal combustion engine communicates with the inner passage;
The EGR device recirculates EGR gas to the outer passage,
The outer passage and the inner passage are connected to the combustion chamber ;
Two intake ports having the double pipe structure communicate with the combustion chamber of the internal combustion engine, and the central axis of the inner passage of each intake port is deviated toward the other intake port with respect to the central axis of the outer passage. exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, characterized in that it is heart.
内燃機関の排気の一部をEGRガスとして燃焼室に還流させるEGR装置を備えた内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の燃焼室に連通する吸気ポートは、その内部に、該吸気ポートの内径より小さい内径を有する内側通路と、該内側通路の外壁面及び該吸気ポートの内壁面との間の空間である外側通路と、が形成される二重管構造であり、
前記内燃機関の吸気通路は、前記内側通路に連通し、
前記EGR装置は、前記外側通路にEGRガスを還流させ、
前記外側通路及び前記内側通路は前記燃焼室に接続され、
前記内燃機関の燃焼室には前記二重管構造を有する吸気ポートが2つ連通し、各吸気ポートの内側通路の中心軸は、外側通路の中心軸に対して、燃焼室の中心軸寄りに偏心していることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine comprising an EGR device that recirculates a part of exhaust gas of the internal combustion engine as EGR gas to a combustion chamber,
An intake port communicating with the combustion chamber of the internal combustion engine has a space between an inner passage having an inner diameter smaller than the inner diameter of the intake port, an outer wall surface of the inner passage, and an inner wall surface of the intake port. A double tube structure formed with an outer passage;
An intake passage of the internal combustion engine communicates with the inner passage;
The EGR device recirculates EGR gas to the outer passage,
The outer passage and the inner passage are connected to the combustion chamber ;
Two intake ports having the double pipe structure communicate with the combustion chamber of the internal combustion engine, and the central axis of the inner passage of each intake port is closer to the central axis of the combustion chamber than the central axis of the outer passage. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine characterized by being eccentric .
請求項1から3のいずれか1項において、
前記内側通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
In any one of Claim 1 to 3,
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising a fuel injection valve for injecting fuel into the inner passage.
請求項1から4のいずれか1項において、
前記二重管構造は、前記吸気ポートにおける前記燃焼室との接続部寄りの一部区間にのみ形成されることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
In any one of Claims 1-4,
The exhaust pipe recirculation apparatus for an internal combustion engine, wherein the double pipe structure is formed only in a partial section of the intake port near the connection portion with the combustion chamber.
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