JP6258654B2

JP6258654B2 - 内燃機関

Info

Publication number: JP6258654B2
Application number: JP2013203226A
Authority: JP
Inventors: 公宏麻畠
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-09-30
Also published as: JP2015068256A

Description

本願発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に関するものである。

排気ガスの浄化促進や燃費改善等のためにＥＧＲ装置は内燃機関に広く普及しており、様々な提案が成されている。例えば特許文献１には、多気筒内燃機関において、排気圧と吸気圧との差を大きくしてＥＧＲガスの導入性を良くするため、各気筒に共通した分配室を設けて、分配室から高圧のＥＧＲガスを各気筒の吸気系に供給することが開示されている。

他方、特許文献２には、空気（新気）とＥＧＲガスとの混合性を高めることを目的として、ＥＧＲ通路にチャンバを設けてこれに吸気通路のうちスロットルバルブより上流側の部分を接続し、チャンバにおいて新気とＥＧＲガスとを混合させることが開示されている。

ＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスは排気マニホールドの終端又はそれより下流側から取り出していることが多いが、この場合は、排気ガスが気筒から間欠的に排出されることに起因して濃度にバラツキが発生しやすいため、ＥＧＲガスと新気との混合割合もバラツキが生じて、燃焼が不安定化するおそれがある。これに対して特許文献１，２はＥＧＲガスを排気ポートから取り出しているため、ＥＧＲガスの濃度のバラツキを抑制可能であると推測できる。

特開２０１２−０５２５５４号公報特開２０１２−２４６８６６号公報

さて、燃焼後の排気ガスは排気行程において排気ポートを介して気筒から排出されるが、気筒から排気ガスが完全に排出されるとは言い難く、僅かながら排気ガスが気筒内に残留する現象が見られる。そして、この残留した排気ガスは高温であるため、導入された新気の温度を高めて充填効率を悪化させたり、酸素不足による不完全燃焼によって燃費が悪化したり、燃焼温度を高めてノッキングの原因になったりするおそれもある。

しかるに、特許文献１，２にしても他の従来技術にしても気筒内に残留した排気ガスの問題はなんら考慮されておらず、このため、残留排気ガスに起因した上記充填効率の悪化等の問題は残ったままになっている。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、
「複数の気筒を備えており、各気筒に対応して、吸気弁で開閉される吸気ポートと排気弁で開閉される排気ポートとを設けており、各排気ポートは、それぞれ排気マニホールドの１つの枝管に接続されている一方、前記吸気ポートにＥＧＲガス噴出口を設けている構成であって、
前記各ＥＧＲガス噴出口に流量制御弁を設けており、前記各流量制御弁が、吸気バルブ及び排気バルブが開いたオーバーラップ期間中と、前記排気バルブが閉じて前記吸気バルブが開いた吸気行程とに分けて開くように制御されるようになっており、
かつ、前記各ＥＧＲガス噴出口の群と前記排気マニホールドにおける枝管の群とは、１つのＥＧＲガス噴出口と１つの枝管とが対になってＥＧＲ還流路にて接続されており、前記対の接続は、気筒の行程からみて、爆発行程にある気筒の枝管と次に爆発行程になる気筒の補助ポートとが接続される関係になっている」
というものである。

本願発明においては、ＥＧＲガス噴出口から気筒に流入する排気ガスはできるだけ高圧であるのが好ましい。そこで、排気ガスの取り入れ口は、排気マニホールドの枝管に設けている。補助ポートに連通した蓄圧室を設けて高圧化することも可能である。また、ＥＧＲガス噴出口にノズルを設けると、気筒内に噴出する排気ガスの流速を高めることができるため好適である。

本願発明では、気筒外に排出された排気ガスをオーバーラップ期間中に一部の排気ポートから気筒内に流入させることにより、燃焼したての排気ガスを掃気できるが、気筒内に流入する排気ガスはいったん気筒外に排出されていて温度が低下しているため、気筒内の温度を従来よりも低下させることができる。その結果、圧縮比のアップ及び吸気温度の低下並びに充填効率の向上とによって燃費改善に貢献できる。また、燃焼温度を下がるため、ノッキングの防止又は抑制にも貢献できる。

また、燃焼したての高温の排気ガスを掃気して温度が低下した排気ガスのみをＥＧＲガスとして気筒内に取り込みできるため、気筒内の排気ガスの量（質量）が不安定化することも防止又は著しく抑制して、ＥＧＲガスの流入精度を向上できる。従って、負荷や回転数に応じたＥＧＲガス制御の応答性も向上できる。

実施形態の模式的な平面図である。（Ａ）は図１のIIA-IIA 視概略断面図、（Ｂ）は図１のIIB-IIB 視概略断面図である。各気筒の行程を表示したグラフである。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、内燃機関の概要を説明する。本実施形態の内燃機関は、基本的な構造は従来と同様であり、機関本体として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有している。シリンダブロック１は、ピストン３が摺動自在に嵌まった３つの気筒（シリンダボア）４，５，６を有しており、ピストン３の往復動は図示しないコンロッドを介してクランク軸の回転に変換される。敢えて述べるまでもないが、３つの気筒４〜６はクランク軸の中心線７の方向に並んでいる。

シリンダヘッド２には、各気筒４〜６に向けて開口した台錘状の凹所８を形成しており、その中心部には点火プラグ９を露出させて、クランク軸の中心線７を挟んだ両側には、一対ずつの吸気ポート１０と排気ポート１１とが開口している。各吸気ポー１０は吸気弁１２で開閉され、各排気ポート１１は排気弁１３で開閉される。

各気筒４〜６に対応した一対の吸気ポート１０は、それぞれ１つの吸気穴１４に集合している一方、シリンダヘッド２の一方の長手側面２ａには吸気マニホールド３５（図２（Ｂ）参照）が固定されており、各吸気穴１４に吸気マニホールド３５の枝管が連通している。図示していないが、各吸気穴１４に対応して燃料噴射ノズルを設けており、燃料は各吸気穴１４に噴射される。

各気筒４〜６に対応した一対の排気ポート１１はそれぞれ排気穴１５に集合している一方、シリンダヘッド２における他方の長手側面２ｂには排気マニホールド１６が固定されており、各排気穴１５が排気マニホールド１６の各枝管１７，１８，１９に連通している。

そして、各気筒４〜６には排気ガスを還流させるようになっているが、その説明のため、便宜的に、３つの気筒４〜６を、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の１つの短手側面２０に近いものから順に第１気筒４，第２気筒５，第３気筒６と呼ぶと共に、排気マニホールド１６の枝管１７〜１９についても、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の１つの短手側面２０に近いものから順に、第１枝管１７、第２枝管１８、第３枝管１９と呼ぶこととする。

図１に示しているように、排気マニホールド１６の第１枝管１７と第２気筒５の吸気穴１４とは第１ＥＧＲガス還流路２２で接続され、排気マニホールド１６の第２枝管１８と第３気筒６の吸気穴１４とは第２ＥＧＲガス還流路２３で接続され、排気マニホールド１６の第３枝管１９と第１気筒４の吸気穴１４とは第３ＥＧＲガス還流路２４で接続されている。

つまり、気筒４，５，６と枝管１７〜１９に関して、隣り合った気筒４，５，６の枝管１７〜１９と吸気穴１４とが接続されて、両端に離れた枝管１９と吸気穴１４とが接続されている。

本実施形態では、各管路２２，２３，２４は排気ガス貯留室を兼用しているが、図２に一点鎖線で示すように、各ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４に、それら管路よりも大きい断面積の貯留用チャンバ２５を設けることも可能である。また、各ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４をシリンダヘッド２の内部を通る冷却水に晒すなどして、排気ガスを冷却するのが好ましい。ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４がシリンダヘッド２の外側に露出する場合は、露出した部分に水冷式等の排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）を設けてもよい。

各ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４に枝管１７〜１９から排気ガスが取り込まれるが、排気ガス取り入れ口２６には、図２（Ａ）のように流入制御弁２７を設けている。本実施形態の流入制御弁２７は、ニードル式の弁体２８とこれを駆動するアクチユェータ２９とを有している。もとより、バタフライ弁方式など、各種の弁手段を採用できる。

各ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４の排出口に、図２（Ｂ）に明示するように排出制御弁（流量制御弁）３０を設けている。排出制御弁３０は流入制御弁２７と同じ構造であり、ニードル式の弁体３１とこれを駆動するアクチユェータ３２とを有している。排出制御弁３０についても、バタフライ弁方式などの各種の弁手段を採用できる。また、各ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４の排出口には、排気ガスを気筒４，５，６に向けて噴出させるノズル３３を設けている。従って、本実施形態では、ＥＧＲガス還流路２２，２３，２４の排出口やノズル３３の箇所がＥＧＲガス噴出口３４になっている。

さて、図３では、３つの気筒４，５，６における行程の関係を示している。すなわち、丸付き数字の１は圧縮行程、丸付き数字の２は膨張行程（爆発行程）、丸付き数字の３は排気行程、丸付き数字の４は吸気行程を示しており、内燃機関は４サイクル３気筒なので、各気筒の行程（位相）はクランク軸の回転角度で２４０度ずつずれている。

そこで、例えば、第１気筒４が排気行程のときに、第１枝管１７の流入制御弁２７を開いて排出制御弁３０は閉じることで第１ＥＧＲガス還流路２２に高圧の排気ガスを貯留し、第２気筒５がオーバーラップ期間中のときに、第１ＥＧＲガス還流路２２の流入制御弁２７は閉じて排出制御弁３０を開く第１噴射を行うことで、高圧でしかも温度が低下した排気ガスを第１ＥＧＲガス還流路２２から第２気筒５に噴出させる。

燃焼したてで高温の排気ガスを排気ポート１１から強制的に掃気することができる。すなわち、ピストン３が上昇しているため、燃焼したての排気ガスは主としてピストン３の押し上げによっても排出されるが、吸気ポート１０から排気ガスが噴出することで、気筒５の内部の圧力は高くなるため、燃焼したての排気ガスは、第２気筒５の内部の空気流（タンブル流）に乗って排気ポート１１から的確に排除される。

燃焼したての排気ガスを掃気できるほどの排気ガスが第２気筒５に噴出したら、いったん排出制御弁３０を閉じて、オーバーラップ期間が経過したら、再び排出制御弁３０を開く第２噴射を行うことにより、本来のＥＧＲガスを第２気筒５に導入する。これにより、気筒に流入するＥＧＲガスの全部又は殆どを冷却されたガスのみで構成して、充填効率や圧縮比のアップを図ることができる。

第２気筒５が排気行程のときには、第２ＥＧＲガス還流管路２３の流入制御弁２７を開いて排出制御弁３０は閉じることで第２ＥＧＲガス還流路２３に排気ガスを貯留し、第３気筒６がオーバーラップ期間中のときに、第２ＥＧＲガス還流路２３の流入制御弁２７は閉じて排出制御弁３０を開く第１噴射を行うことで、第３気筒６の掃気を行い、次いで、オーバーラップ期間が経過してから第２噴射を行う。

同様に、第３気筒６が排気行程のときには、第３枝管１９の流入制御弁２７を開いて排出制御弁３０は閉じることで第３ＥＧＲガス還流路２４に排気ガスを貯留し、第１気筒４がオーバーラップ期間中のときに第１噴射を行い、オーバーラップ期間が経過してから第２噴射を行う。

本願発明は内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリンダブロック
２シリンダヘッド
３ピストン
４，５，６気筒（シリンダボア）
１０吸気ポート
１１排気ポート
１２吸気弁
１３排気弁
１４吸気穴
１６排気マニホールド
１７，１８，１９排気マニホールドの枝管
２２，２３，２４排気ガス貯留室を兼用するＥＧＲガス還流路
２６排気ガス取り入れ口
２７流入制御弁
３０排出制御弁（流量制御弁）
３３ノズル
３４ＥＧＲガス噴出口

Claims

複数の気筒を備えており、各気筒に対応して、吸気弁で開閉される吸気ポートと排気弁で開閉される排気ポートとを設けており、各排気ポートは、それぞれ排気マニホールドの１つの枝管に接続されている一方、前記吸気ポートにＥＧＲガス噴出口を設けている構成であって、
前記各ＥＧＲガス噴出口に流量制御弁を設けており、前記各流量制御弁が、吸気バルブ及び排気バルブが開いたオーバーラップ期間中と、前記排気バルブが閉じて前記吸気バルブが開いた吸気行程とに分けて開くように制御されるようになっており、
かつ、前記各ＥＧＲガス噴出口の群と前記排気マニホールドにおける枝管の群とは、１つのＥＧＲガス噴出口と１つの枝管とが対になってＥＧＲ還流路にて接続されており、前記対の接続は、気筒の行程からみて、爆発行程にある気筒の枝管と次に爆発行程になる気筒の補助ポートとが接続される関係になっている、
内燃機関。