JPH0343404Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、エンジンの吸気行程でシリンダ内に
排気の一部を還流させる排気還流システムにおい
て、排気還流のタイミングを制御するようにした
排気還流制御装置に関するものである。

（従来の技術） 従来より、この種のエンジンの排気還流制御装
置として、例えば実公昭55−52049号公報に開示
されているように、副燃焼室付エンジンにおい
て、各シリンダの副燃焼室同士を連通する排気還
流通路に排気還流制御弁を設け、該制御弁をエン
ジン回転に同期して回転するカムにより開閉する
ことにより、還流排気を所定のタイミングでそれ
ぞれの副燃焼室に導入させるようにしたものが知
られている。

（考案が解決しようとする課題） ところが、上記従来のものでは、エンジンのシ
リンダ内に排気を還流させるタイミングをとつて
はいるものの、その時期は一定である。そのた
め、エンジンのシリンダ内において混合気の燃焼
温度が高くなる領域に還流排気を集中的に供給す
るように設定して、最少限の排気還流量により
NO_Xを効果的に低減するとともにエンジンを安
定燃焼させるようにした場合には、以下に説明す
るような問題が生じる。

すなわち、一般に、エンジン回転数が上昇する
と、吸気慣性の増大により吸気行程終期での吸気
の吹返しが少なくなり、吸気行程の終りでは吸気
が多量に吸入される一方、吸気行程初期の吸気量
は減少して、吸気の充填効率の最大になる時期が
低速時に較べて吸気行程の終期側に遅れる傾向が
ある。しかし、上記従来例の考え方では排気還流
時期がエンジン回転数の変化に関係なく一定であ
るので、エンジン回転数の変化に伴つて排気還流
時期が適正時期からずれ、還流排気がシリンダ内
において燃焼温度の高くなる領域に正確に供給さ
れず、その結果、本来の目的たる最小限の排気還
流量によるNO_Xの効果的な低減およびエンジン
の安定燃焼を確実に図り得なくなる虞れがある。

本考案は斯かる点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、上記した燃料噴射
式エンジンにおいて、そのシリンダ内にタイミン
グをとつて排気を還流させる場合に、エンジン回
転数の変動に応じて排気還流時期を補正制御する
ようにすることにより、エンジン回転数が変動し
ても還流排気をシリンダ内の燃焼温度が高くなる
領域に常に正確に対応して供給できるようにし、
よつて最少限の排気還流によるNO_Xの効果的な
低減およびエンジンの安定燃焼を確実に維持せん
とすることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本考案の解決手段
は、エンジンのシリンダ内に連通する吸気通路に
排気の一部を供給する排気供給手段と、エンジン
回転数を検出する回転検出手段と、該回転検出手
段の出力を受け、上記排気供給手段による排気還
流時期をエンジン回転数が上昇する程、吸気行程
の終期側に遅らせる制御手段とを設けたものであ
る。

（作用） 上記の構成により、本考案では、エンジンが低
速域から高速域に移行して、吸気の充填効率の最
大となる時期が吸気行程の終期側に遅れると、そ
れに対応してシリンダへの排気還流時期も遅れる
ので、エンジン回転の上昇変化に拘らず還流排気
がシリンダ内において混合気の燃焼温度が高くな
る領域に集中的に供給されることとなる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図ないし第３図において、１はシリンダブ
ロツク２およびシリンダヘツド３によつて形成さ
れた４つのシリンダ４，４，……（１つしか図示
せず）を有する４気筒エンジン、５は各シリンダ
４内を往復動するピストン、６は該ピストン５に
よつて各シリンダ４内に区画形成された燃焼室、
７は燃焼室６内に吸気を供給する吸気通路、８は
燃焼室６内の排気を排出する排気通路、９は吸気
通路７の燃焼室６への開口部７ａを開閉する吸気
弁、１０は排気通路８の燃焼室６への開口部８ａ
を開閉する排気弁１０，１１はシリンダ４内の燃
焼室６上部に配設された点火栓である。

上記吸気通路７には、上流側から順に、燃焼室
６に吸入される全体の吸入空気量を検出するエア
フローメータ１２と、同吸入空気量をコントロー
ルするスロツトルバルブ１３と、吸気の脈動を吸
収するサージタンク１４とが配設され、吸気通路
７の上流端はエアクリーナ１５に接続されてい
る。

また、第２図および第３図に拡大詳示するよう
に、上記サージタンク１４下流の、各シリンダ４
へ分岐された吸気通路７は隔壁１６によつて１次
側吸気通路７ｂと２次側吸気通路７ｃとに分けら
れ、上記１次側吸気通路７ｂは通路面積が２次側
吸気通路７ｃよりも小さく設定され、かつ１次側
吸気通路７ｂの下流端は吸気弁９よりも僅かに上
流側の吸気通路７にシリンダ４の円周方向に向か
うように開口されており、１次側吸気通路７ｂを
流れる吸気をその流速を速めながらシリンダ４内
に円周方向に導入することにより、シリンダ４内
に吸気のスワールＫを生成するように構成されて
いる。

また、上記２次側吸気通路７ｃの下流端はシリ
ンダ４の中心線と略平行な方向つまりピストン５
上面に向かつて開口しており、この２次側吸気通
路７ｃを通つてシリンダ４に流入する吸気にスワ
ールＫを付与しないようにしている。また、上記
２次側吸気通路７ｃの途中には２次側吸気通路７
ｃを開閉してスワールＫの強度を制御するスワー
ル制御弁１７が配設され、該スワール制御弁１７
は図示しない駆動機構によつてエンジン１の回転
数と負荷状態に応じて作動制御され、エンジン１
が低速低負荷領域にあるときには、スワール制御
弁１７が閉じることにより、吸気を１次側吸気通
路７ｂからシリンダ４内に流入させてスワールＫ
の強度を強め、エンジン１が高速高負荷領域に移
行するのに伴い、スワール制御弁１７の開度が増
大することにより、２次側吸気通路７ｃからの吸
気の流入比率を高めて、シリンダ４内のスワール
Ｋの強度を弱めるように構成されている。

また、上記スワール制御弁１７下流の２次側吸
気通路７ｃには燃料噴射弁１８が燃料を燃焼室６
に向けて噴射するように配設され、該燃料噴射弁
１８には一定の燃料圧力が印加されており、燃料
噴射弁１８は入力されるパルス信号のパルス幅に
応じて開弁時間を変えて燃料噴射量を変化させる
ものである。

一方、上記排気通路８の途中には排気を浄化す
るための触媒１９が配設され、該触媒１９上流の
排気通路８には排気還流通路２０の上流端が開口
され、該排気還流通路２０の下流端は４つに分岐
されてそれぞれ上記各シリンダ４に連通する吸気
通路７の１次側吸気通路７ｂに開口されている。
また、上記排気還流通路２０の集合部の途中には
排気還流弁２１が配設され、該排気還流弁２１
は、排気還流通路２０を絞り開閉する弁体２２
と、該弁体２２に駆動連結されたダイヤフラム２
３と、該ダイヤフラム２３によつて区画形成され
た負圧室２４と、該負圧室２４に縮装され、ダイ
ヤフラム２３を弁体２２の閉弁方向に付勢するス
プリング２５とを備え、上記負圧室２４はデユー
テイバルブ２６を介設した負圧通路２７を介して
負圧源（図示せず）に連通されている。而して、
排気通路８を流れる排気の一部を排気還流弁２１
によつて流量制御しながら吸気通路７の１次側吸
気通路７ｂに流入させて各シリンダ４の燃焼室６
に供給するように構成されている。

さらに、上記排気還流弁２１下流の排気還流通
路２０において各シリンダ４への分岐部分には、
排気還流通路２０を開閉して各シリンダ４への排
気還流時期を制御するロータリバルブ２８が配設
されている。該ロータリバルブ２８は、第４図に
拡大詳示するように、ロータリバルブ２８よりも
下流側（吸気通路７側）の排気還流通路２にそれ
ぞれ連通する４つの排気流出口２９ａ，２９ａ，
……を有するとともに、ロータリバルブ２８より
も上流側（排気還流弁２１側）の排気還流通路２
０に連通する１つの排気流入口２９ｂを有する円
筒状のバルブケーシング２９と、該バルブケーシ
ング２９内に気密嵌装されているとともに、ベア
リング３０，３０によつて回転自在に支持され、
内部に密閉状のガス室３１ａを有する円筒状の弁
体３１とを備えている。該弁体３１には、そのガ
ス室３１ａを上記バルブケーシング２９の排気流
入口２９ｂに常時連通させる環状溝３１ｂおよび
排気流入口３１ｃと、弁体３１の所定の回転角度
でガス室３１ａをバルブケーシング２９の各排気
流出口２９ａ，２９ａ，……にそれぞれ連通させ
る連通孔３１ｄ，３１ｄ，……とが開口されてい
る。また、上記弁体３１の支持軸３１ｅの一端面
にはその軸心方向に延びる中心穴３２が形成さ
れ、該中心穴３２には外周部にタイミングギヤ３
３ａが形成されたタイミングプーリ３３の回転軸
３３ｂが、抜止めピン３４によつて支持軸３１ｅ
に対し所定角度だけ回転可能にかつ抜出し不能に
嵌挿され、上記タイミングプーリ３３はタイミン
グベルト（図示せず）を介してエンジンのクラン
ク軸に駆動連結されている。また、上記弁体３１
の支持軸３１ｅの一端外周にはスリーブ３５が摺
動自在にかつ回転一体にスプライン結合され、該
スリーブ３５は上記タイミングプーリ３３の回転
軸３３ｂ外周に対向するように弁体３１の支持軸
３１ｅ一端側に延出され、その延出部分の内周に
はヘリカル状のキー溝３６，３６，……が刳設さ
れている。一方、スリーブ３５の延出部分に対向
するプーリ３３の回転軸３３ｂには上記各キー溝
３６に係合する係合ピン３７，３７，……が植設
されている。さらに、上記スリーブ３５の外周に
は環状の係合溝３８が形成され、該係合溝３８に
は駆動アーム３９の一端が係合され、該駆動アー
ム３９の他端は電気入力信号に応じて作動するア
クチユエータ４０に駆動連結されている。而し
て、エンジン１の回転に同期させてロータリバル
ブ２８の弁体３１を回転させ、弁体３１の各連通
孔３１ｄが該各連通孔３１ｄに対応するバルブケ
ーシング２９の各排気流出口２９ａに合致する
と、バルブ２８が開弁して該排気流出口２９ａに
連通するシリンダ４に排気を供給し、その他の状
態ではバルブ２８が閉弁して各シリンダ４への排
気の供給を停止するように構成されている。ま
た、アクチユエータ４０の作動によりスリーブ３
５を第４図で左右方向にスライドさせて、そのキ
ー溝３６，３６，……内でプーリ３３の支持軸３
３ｂの係合ピン３７を摺動させ、ロータリバルブ
２８の弁体３１の支持軸３１ｅおよびスリーブ３
５とタイミングプーリ３３の回転軸３３ｂとを相
対的に回転させて両者の位相を変えることによ
り、ロータリバルブ２８の開弁時期を変えて各シ
リンダ４への排気還流時期を変更するように構成
されている。

そして、上記燃料噴射弁１８、排気還流弁２１
制御用のデユーテイバルブ２６およびロータリバ
ルブ２８の位相制御用のアクチユエータ４０は
CPUを内蔵したコントローラ４１によつて作動
制御される。該コントローラ４１には、上記スロ
ツトルバルブ１３のバルブ開度を検出するスロツ
トルセンサ４２と、デイストリビユータ４３の回
転角からエンジン１のクランク角を検出するクラ
ンク角センサ４４と、上記エアフローメータ１２
との各出力が入力されており、このコントローラ
４１における信号処理機能を構成要素として本考
案の特徴とする各種の手段が構成されている。す
なわち、上記クランク角センサ４４からのクラン
ク角信号をコントローラ４１において信号処理す
ることによつてエンジンの回転数を検出するよう
にした回転検出手段４５が構成されている。

また、コントローラ４１において、上記エアフ
ローメータ１２によつて検出された吸気空気量
を、上記回転検出手段４５によつて検出されたエ
ンジン回転数で割算してエンジンの負荷状態を検
出し、その負荷状態と上記エンジン回転数とを予
め設定記憶されている燃料マツプと照合して基本
燃料噴射量を決定するとともに、該基本燃料噴射
量をスロツトルセンサ４２からのスロツトル信号
に応じて補正して実行燃料噴射量を決定し、該実
行燃料噴射量に対応したパルス幅の信号を各シリ
ンダ４の吸気弁９開弁期間内の所定期間にコント
ローラ４１から燃料噴射弁１８に出力して、燃焼
に必要な燃料を噴射させるようにした燃料噴射手
段４６が構成されている。

さらに、上記コントローラ４１によりエンジン
１の負荷状態に応じて排気還流弁２１の弁開度お
よびロータリバルブ２８の開弁時期を制御し、エ
ンジン１が低中負荷域にあるときには、排気還流
弁２１を開くとともに、吸気行程において実質的
に上記燃料噴射制御手段４６による燃料噴射期間
内に、ロータリバルブ２８の弁体３１の各連通孔
３１ｄをバルブケーシング２９の各排気流出口２
９ａに合致させてロータリバルブ２８を開弁させ
ることにより、各シリンダ４内に吸気通路７の１
次側吸気通路７ｂを介して排気の一部を供給さ
せ、一方、エンジン１が高負荷域に移ると排気還
流弁２１を閉弁させることにより、排気の供給を
停止させるようにした排気供給手段４７が構成さ
れている。

さらにまた、上記コントローラ４１により構成
される回転検出手段４５の出力を受けて上記燃料
噴射手段４６による燃料噴射時期および排気供給
手段４７による排気還流時期を制御し、該燃料噴
射時期および排気還流時期をエンジン回転数が上
昇する程、吸気行程の終期側に遅らせるようにし
た制御手段４８が構成されている。

したがつて、上記実施例においては、エンジン
１が低中負荷域にあるときには、コントローラ４
１の作動により排気還流弁２１がエンジン負荷に
対応した開度だけ開弁して、排気の一部を各シリ
ンダ４の燃焼室６内に供給可能な状態となるとと
もに、シリンダ４の吸気行程でロータリバルブ２
８の弁体３１の各連通孔３１ｄがバルブケーシン
グ２９の各排気流出口２９ａに順に合致してロー
タリバルブ２８が開弁し、このロータリバルブ２
８の開弁により上記排気還流弁２１にて流量制御
された排気ガスが吸気行程において燃料噴射手段
４６の燃料噴射弁１８からの燃料噴射時期内に吸
気通路７の１次側吸気通路７ｂに流入して各シリ
ンダ４の燃焼室６内に供給される。そのため、吸
気行程の終期では燃焼室６内に、燃焼噴射弁１８
から噴射された燃料と吸入空気との混合気内に還
流排気ガスを含んだ層が形成されて、燃焼室６内
が成層化され、この成層化は燃焼室６内に生成さ
れた吸気のスワールＫのもとで圧縮行程終期の点
火時期まで強力に維持される。すなわち、吸気行
程の燃料噴射期間内に供給された排気ガスは燃焼
室６内において混合気の偏在分布により燃焼温度
が最も高くなる領域に合致して分布するので、そ
の不活性な排気ガスによつて上記領域の燃焼温度
を低下させることができ、よつて最少限の還流排
気ガスによつてNO_Xの発生を効果的に低減する
ことができるとともに、還流排気ガスの減少によ
りエンジンを安定に燃焼させることができる。

そして、この場合、エンジンの回転数が回転検
出手段４５によつて検出され、この回転検出手段
４５からの出力を受けた制御手段４８の作動によ
り、燃料噴射弁１８からの燃料噴射時期がエンジ
ン回転数が上昇する程、吸気行程の終期側に遅れ
るように補正される。また、上記制御手段４８の
作動によりコントローラ４１からアクチユエータ
４０へ至る出力が調整されて、ロータリバルブ２
８とタイミングプーリ３３との間に介在されたス
リーブ３５が所定位置にスライドし、このスリー
ブ３５のスライドによつてタイミングプーリ３３
の回転角、つまりエンジン１のクランク角に対す
るロータリバルブ２８の弁体３１の回転角が相対
的に変位することにより、ロータリバルブ２８の
開弁時期すなわち各シリンダ４への排気還流時期
がエンジン回転数が上昇する程、吸気行程の終期
側に遅れるように補正される。

そのため、エンジン回転数が低回転域から高回
転域に上昇するのに伴い、シリンダ４へ吸入され
る空気の吸入速度が上昇して吸気慣性が増大し、
この吸気慣性の増大によりシリンダ４に吸入され
る空気の充填効率の最大となる時期が吸気行程終
期側へずれても、そのずれに応じて燃料噴射時期
および排気還流時期を遅らせて各時期を正確に一
致させることができ、よつて上記最少限の排気還
流量による効果的なNO_Xの低域およびエンジン
の安定燃焼を維持することができる。

尚、エンジン１の高負荷域になると、コントロ
ーラ４１の作動により排気還流弁２１が開弁して
排気還流が停止される。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案によれば、燃料噴
射式エンジンにおいて、その回転数が上昇して吸
気の充填効率の最大となる時期が吸気行程の終期
側に移るのに伴い、それに合せて排気還流時期を
吸気行程終期側へ遅らせるようにしたことによ
り、エンジン回転数の変化に拘らず還流排気をシ
リンダ内の燃焼温度が高くなる領域に正確に供給
することができ、よつて最少限の排気還流量によ
るNO_Xの効果的な低減およびエンジンの安定燃
焼を維持することができるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
全体概略構成図、第２図はエンジンの要部縦断面
図、第３図はシリンダヘツドの底面図、第４図は
ロータリバルブおよびその位相可変機構の拡大断
面図である。 １……エンジン、４……シリンダ、６……燃焼
室、７……吸気通路、９……吸気弁、１０……排
気弁、１１……点火栓、１２……エアフローメー
タ、１８……燃焼噴射弁、２０……排気還流通
路、２１……排気還流弁、２８……ロータリバル
ブ、３３……タイミングプーリ、３５……スリー
ブ、３６……キー溝、３７……係合ピン、４０…
…アクチユエータ、４１……コントローラ、４２
……スロツトルセンサ、４４……クランク角セン
サ、４５……回転検出手段、４６……燃料噴射手
段、４７……排気供給手段、４８……制御手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. エンジンのシリンダ内に連通する吸気通路に排
   気の一部を供給する排気供給手段と、エンジンの
   回転数を検出する回転検出手段と、該回転検出手
   段の出力を受け、上記排気供給手段による排気還
   流時期をエンジン回転数が上昇する程吸気行程の
   終期側に遅らせる制御手段とを備えてなることを
   特徴とするエンジンの排気還流制御装置。