JPH0347453A

JPH0347453A - Ｅｇｒタイミング調整式エンジン

Info

Publication number: JPH0347453A
Application number: JP1183139A
Authority: JP
Inventors: Muneyoshi Nanba; 宗義難波
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1989-07-15
Filing date: 1989-07-15
Publication date: 1991-02-28

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、内燃型のエンジンに関し、特に自動車等に搭
載して好適のＥＧＲタイミング調整式エンジンに関する
。

〔従来の技術］従来、自動車等に搭載する内燃型エンジンにおいては、
排気ガスの一部を吸気ガス中にもどしてＮＯｘ等を減少
させるＥＧＲ（排気再循環）システムが多く採用されて
いる。

この従来のＥＧＲシステムでは、吸気通路のスロットル
バルブ近傍に開口するＥＧＲ導入路を通じてＥＧＲが導
入されるようになっており、一般にスロットルバルブの
負圧によりＥＧＲバルブを開き、吸気通路の比較的上流
側で新気（新しい吸入空気）と混合されてシリンダ内へ
供給される。

［発明が解決しようとする課Ｍ］このような従来のＥＧＲシステムでは、第５図に破線で
示すように、ＥＧＲ率を増加させていくとＥＧＲ率の小
さいところでは、ポンピング損失や冷却損失の低減効果
等により、正味燃料消費率（ｆｅ）は向上するものの、
その最大改善割合は、第５図に破線で示すように、第５
図に実線で示す同量の空気で希薄化する場合に比べては
るかに小さい。

さらにＥＧＲ率を上げていくと、燃焼変動による平均図
示有効圧Ｐｉの低下により、ＥＧＲ無しの場合よりも悪
化する（第５図中の燃料消費率１の線を破線がＥＧＲ率
２０％程度で超える）。

したがって、燃料消費率をＥＧＲ無しの場合よりも低く
保てるＥＧＲ率の限界は、燃焼室の形状。

スワールの強度等によっても異なるが、通常２０％まで
である［以上、参照：自動車技術会論文集Ｎｏ２１，１
９８０．ｐ３５−４２．研究論文（５）　、ＵＤＣ６２
１，４３，０１８，３６２１，４３，０６８］。

これは、従来のＥＧＲシステムがＥＧＲガスを新気とほ
ぼ均一に混合してシリンダ内に供給しているために生じ
ていることであり、ＥＧＲを行ないながらの燃料消費率
向上には限界があるという不具合がある。

本発明は、このような問題点を解決しようとするもので
、ＥＧＲガスの供給手段を改良することにより、ＥＧＲ
ガスを供給しながら、新気とＥＧＲガスとを層状に存在
させうるようにして、燃焼消費率を大幅に向上させるこ
とができるようにしたＥＧＲタイミング調整式エンジン
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］このため、本発明のＥＧＲタイミングｖ８ｗ式エフェン
ジン内燃型エンジンにおいて、排気通路と。

同排気通路を開閉する排気弁と、吸気通路と、同吸気通
路を開閉する吸気弁と、上記排気通路の排気ガスを上記
吸気通路へ再循環させるべく上記排気通路と上記吸気通
路とを連通させるように設けられたＥＧＲ導入路と、同
ＥＧＲ導入路に介装されたＥＧＲバルブとをそなえ、上
記ＥａＲ凍入路が上記吸気通路における上記吸気弁の近
傍に開口するように形成されるとともに、上記ＥＧＲバ
ルブの開閉タイミングを制御する制御手段が設けられた
ことを特徴としている。

［作　用］上述の本発明のＥＧＲタイミング調整式エンジンでは、
ＥＧＲバルブの開閉タイミングを制御できるようになり
、吸気の初期にＥＧＲガスをシリンダ内に供給すると、
良好な新気による層とＥＧＲガスによる層とが形成され
、その後、良好な新気による燃焼と、ＥＧＲガスの所要
の燃焼の双方がそれぞれの層で行なわれる。

［実施例］以下１図面により本発明の一実施例としてのＥＧＲタイ
ミング調整式エンジンについて説明すると、第１図はそ
の要部構成を模式的に示す図、第２図はそのシリンダヘ
ッド部を拡大して示す縦断面図、第３図はそのシリンダ
ヘッド部の模式的横断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）はそ
れぞれその作動を示す模式図、第５，６図はそれぞれそ
の性能特性を示すグラフである。

第１〜３図に示すように、内燃型のエンジンにおいて、
シリンダヘッド１に吸気通路２および排気通路３が設け
られている。

吸気通路２は吸気弁４により、排気通路３は排気弁５に
より開閉されるようになっている。

そして、シリンダヘッド１における燃焼室６中心の上方
にＥＧＲ導入路７が形成されており、ＥＯＲ導入路７は
、その一方を吸気通路２における吸気弁４近傍に開口し
、他方を排気通路３の排気弁５近傍に開口して、吸気通
路２と排気通路３とを連通させている。

ＥＧＲ導入路７の吸気通路２側開口部には、ＥＧＲガス
還流ノズル２０が装備されており、ＥＧＲガス還流ノズ
ル２０は、その吹出口を吸気弁４の背部に向かうように
形成されて、ＥＧＲガスを吸気弁４の背部へ誘導するこ
とにより、ＥＧＲガスがその還流時に新気と混合されな
いようになっている。

そして、ＥＧＲ導入路７の中間部にはＥＧＲバルブ８が
介装されている。ＥＧＲバルブ８は錐状の弁体８ａによ
り開閉されるようになっており、弁体８ａはダイヤフラ
ム式コントローラ８ｂにより駆動されるようになってい
る。

ダイヤフラム式コントローラ８ｂは、電磁弁９゜１０を
介し、吸気通路２におけるスロットルバルブ１１の上流
側および下流側にそれぞれ連結されており、電磁弁９，
１０はそれぞれ、ＥＧＲ導入時期制御回路１２に連結さ
れている。ＥＧＲ導入時期制御回路１２は、エンジンＥ
のクランク角センサ（エンジン回転数センサ）１３に連
結されており、エンジンＥのクランク回転角に対応して
、電磁弁９，１０に対しその０Ｎ−ＯＦＦ信号を出力す
るようになっている。

また、吸気通路２下流の吸気弁４付近は、第３図に示す
ごとく、隔壁２ｃによりプライマリ通路２ａとセカンダ
リ通路２ｂとに分けられており、プライマリ通路２ａは
、吸気に強いスワールを発生させるべぐ、弯曲したポー
ト形状をそなえるとともに、燃焼室６内の外周部へ吸気
を誘導するように配設されている。

さらに、セカンダリ通路２ｂは、高負荷時（高回転時）
に十分な新気を得られるようにストレートポート形状で
構成されるとともに、燃焼室６内の中心部へ吸気を誘導
するように配設され、更に層状ＥＧＲコントロールバル
ブ２３が装備されている。

この層状ＥＧＲコントロールバルブ２３は、ＥＯＲ導入
時期制御回路１２に接続されており、ＥＧＲバルブの開
閉に対応して即動されるようになっている。

一方、ＥＧＲ導入時期制御回路１２は、エンジンＥを制
御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４内に設けられて
おり、ＥＣＵ１４には、吸気温センサ１５、エアフロー
センサ１６．スロットルポジションセンサ１７、水温セ
ンサ１８および酸素濃度センサ（ｏ２センサ）１９が接
続され、これらの検出信号に基づき、ＥＧＲ導入時期制
御回路１２も作動しうるようになっている。

このようにして、ＥＧＲ導入時期制御回路１２、電磁弁
９，１ｏ、クランク角センサ１３およびダイヤフラム式
コントローラ８ｂによりＥＧＲバルブ８の制御手段が構
成されている。

さらに、燃料噴射用のインジェクタ２５がシリンダヘッ
ド１における燃焼室６頂部に設けられており、燃料タン
ク２１内の燃料を所要のタイミングで燃焼室６内に噴射
できるようになっている。

なお、インジェクタ２５はシリンダヘッド１に気筒数だ
け設けられており、本実施例では、第３図に示すように
エンジンＥが直列４気筒エンジンであるため、インジェ
クタ２５は４個設けられていることになる。即ちいわゆ
るマルチポイント燃料噴射（ＭＰＩ）方式のエンジンで
あるということができる。

ところで、上述の各センサ等の装置は次のように装備さ
れ、それぞれの機能を果たすようになっている。

すなわち、吸気通路２には、上流側から順にエアクリー
ナ２４、スロットル弁１１が設けられており、排気通路
３には、その上流側からＪｌＭに排ガス浄化用の触媒コ
ンバータ（三元触媒）２２および図示しないマフラ（消
音器）が設けられている。

また、スロットルバルブ１１はワイヤケーブルを介して
アクセルペダルに連結されており、これによりアクセル
ペダルの踏込み量に応じて開度が変わるようになってい
るが、更にアイドルスピードコントロール用モータ（Ｉ
ＳＣモータ）によっても開閉原動されるようになってお
り、これにょリアイドリング時にアクセルペダルを踏ま
なくても、スロットルバルブ１１の開度を変えることが
できるようになっている。

このような構成により、スロットルバルブ１１の開度に
応じエアクリーナ２４を通じて吸入された空気が燃焼室
６内へ供給され、インジェクタ２５からの燃料と適宜の
空燃比となるように混合されて、燃焼室６内で点火プラ
グを適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せ
しめられて、エンジントルクを発生させたのち、混合気
は、排ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コンバー
タ２２で排ガス中のＣｏ、ＨＣ，ＮＯｘの３つの有害成
分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ放出
されるようになっている。

そして、このエンジンＥを制御するため、吸気通路２側
には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカル
マン渦情報から検出する体積流量計としてのエアフロー
センサ１６、吸入空気温度を検出する吸気温センサ１５
が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロ
ットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式のスロ
ットルポジションセンサ１７が設けられている。

また、排気通路３側には、触媒コンバータ２２の上流側
で燃焼室６に近い部分に、排ガス中の酸素濃度（０２濃
度）を検出する０□センサ１９が設けられている。ここ
で、０□センサ１９は固体電解質の酸素濃淡電池の原理
を応用したもので、その出力電圧は理論空燃比付近で急
激に変化する特性を持ち、理論空燃比よりもリーン側の
電圧が低く、理論空燃比よりもリッチ側の電圧が高い。

さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検
出する水温センサ１８が設けられるほかに、クランク角
度を検出するクランク角センサ１３（このクランク角セ
ンサ１３はエンジン回転数Ｎを検出するエンジン回転数
センサも兼ねているので、必要に応じ、このクランク角
センサ１３をエンジン回転数センサと称している）およ
び第１気筒（基準気筒）の上死点を検出する図示しない
ＴＤＣセンサがそれぞれディストリビュータに設けられ
ている。

ところで、上記のセンサ１３，１５〜１９からの検出信
号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４へ入力されるよ
うになっている。

なお、ＥＣＵ１４へは、バッテリの電圧を検出するバッ
テリセンサからの電圧信号やイグニッションスイッチ（
キースイッチ）からの信号も入力されている。

また、ＥＣＵ１４はその主要部としてＣＰＵをそなえて
おり、このＣＰＵへは、吸気温センサ１５、大気圧セン
サ、スロットルポジションセンサ１７．０８センサ１９
、水温センサ１８およびバッテリセンサからの検出信号
が入力インタフェイスおよびＡ／Ｄコンバータを介して
入力され、アイドルセンサおよびイグニッションスイッ
チからの検出信号が入力インタフェイスを介して入力さ
れ、エアフローセンサ１６．クランク角センサ１３およ
びＴＤＣセンサからの検出信号が直接に入力ボートへ入
力されるようになっている。

さらに、ＣＰＵは、パスラインを介して、プログラムデ
ータや固定値データを記憶するＲＯＭ、更新して順次書
き替えられるＲＡＭおよびバッテリによって、バッテリ
が接続されている間はその記憶内容が保持されることに
よってバックアップされたバッテリバックアップＲＡＭ
　（ＢＵＲＡＭ）との間でデータの授受を行なうように
なっている。

本発明の一実施例としてのＥＧＲタイミング調整式エン
ジンは上述のように構成されているので、クランク角セ
ンサ１３の検出信号に基づき、ＥＧＲ導入時期制御回路
１２が電磁弁９，１０を駆動し、ＥＧＲバルブ８がダイ
ヤフラム式コントローラ８ｂにより駆動される。

また、ＥＧＲバルブ８の作動に対応して、層状ＥＧＲコ
ントロールバルブ２３が駆動される。

これにより、エンジンＥの作動は次のように行なわれる
。すなわち、第４図（ａ）に示すような排気行程中、３
０”　ＢＴＤＣ付近でＥＧＲバルブ８が開かれ、ＥＧＲ
導入路７が吸気通路２と排気通路３とを連通させる。

このときのＥＧＲバルブ８における弁体８ａの駆動は吸
気通路２における負圧が、ダイヤフラム式コントローラ
８ｂに供給されることにより行なわれる。

そして、排気ガスは、ＥＧＲ導入路７を通じ吸気通路２
内へ進入し、吸気通路２内の新気（−点鎖線で示される
）を上流側へ押し戻すようにして吸気弁４付近は排気ガ
スに満たされていく。

このとき、排気ガスはＥＧＲガス還流ノズル２０を通じ
て吸気通路２内へ吹き出すため、ＥＧＲ還流ノズル２０
の吹出口の向かう吸気弁４の背部へ向は加速されて噴出
し、新気に混入しない状態で新気を押し戻す。

ついで、第４図（ｂ）に示すオーバーラツプ時（０°Ｂ
ＴＤＣ付近）には、燃焼室６内からの吹き返しにより、
新気（−点鎖線で示す部分）は上流側へさらに後退する
。

そして、吸気行程（３０°ＡＴＤＣ付近）でＥＧＲバル
ブ８は閉状態になり、ＥＧＲ導入路７は閉鎖される。

このとき、吸気通路２内の排気ガスがまず燃焼室６内に
供給され、その後に吸気通路２内を後退した新気が燃焼
室６内に供給される。

そして、排気ガスと新気とはそれぞれスワールによりピ
ストン上部へ向は相互に縦方向に混合されないまま進入
していくので、シリンダ６内では新気が上部に、排気ガ
スが下部に滞留する層状に保たれる。

すなわち、吸気通路２におけるプライマリ通路２ａ（第
３図参照）を吸気が通過することにより。

吸気流はそのポート形状により強いスワール流となって
燃焼室６内に進入する。

特に、中・低速運転におけるような部分負荷時には、層
状ＥＧＲコントロールバルブ２３がＥＧＲ導入時期制御
回路１２からの信号により閉鎖されるため、セカンダリ
通路２ｂを通じての吸気流はなくなり、プライマリ通路
２ａからの強いスワール流のみが燃焼室６内に進入する
ようになって・、燃焼室６内における排気ガスと新気と
の混合が確実に防止される。

また、高速運転における全負荷時には、層状ＥＧＲコン
トロールバルブ２３は開かれ、十分な量の新気が燃焼室
６内に供給される。

このようにして、第４図（ｄ）に示す１８０゜ＡＴＤＣ
の状態に至り、この後、層状態が保持されたまま圧縮行
程に至って、第４図（ｅ）に示す３３０’　ＡＴＤＣの
とき点火される。

このとき、上部層として存在する新気は十分な酸素のあ
る状態で燃焼し、下部層として存在する排気は、ＮＯＸ
等の低減の作用が十分に行なわれる。

このように、ＥＧＲと新気とは、燃焼前においてほとん
ど混合されないため、第５図に一点鎖線で示すように空
気で希薄化した混合気を燃焼させるリーンバーンエンジ
ンと同等またはそれ以上の燃料消費率の改善が達成され
る。

そして、リーンバーンとは異なり、リーンセンサは不要
となって、従来の０□センサで空燃比をストイキオ制御
できるため、第６図に示すようにＮＯＸ、ＨＣを三元触
媒で十分低減できる。

すなわち、第６図に示すように、リーンバーン領域では
、ＮＯＸはあまり低減させることができないが、理論空
燃比で運転を行なえる本実施例の構造では、はとんど０
に近い状態まで低減させることができる。

さらに、ＥＧＲを増加させても、新気の空燃比はストイ
キオであるので、燃焼変動は増大せず、ＥＧＲの量によ
り実際の燃焼の対象となる新気の量が変化するため、一
種の可変排気量エンジンとして使うことができる。これ
により、スロットルバルブを用いないエンジンを構成す
ることも可能となる。

また、新気がピストントップランドのクレビスへ入るこ
とがないため、ＨＣを低減することができる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明のＥＧＲタイミング調整式
エンジンによれば、内燃型エンジンにおいて、排気通路
と、同排気通路を開閉する排気弁と、吸気通路と、同吸
気通路を開閉する吸気弁と、上記排気通路の排気ガスを
上記吸気通路へ再循環させるべく上記排気通路と上記吸
気通路とを連通させるように設けられたＥＧＲ導入路と
、同ＥＧＲ導入路に介装されたＥＧＲバルブとをそなえ
、上記ＥＧＲ導入路が上記吸気通路における上記吸気弁
の近傍に開口するように形成されるとともに。

上記ＥＧＲバルブの開閉タイミングを制御する制御手段
が設けられるという簡素な構成でＥＧＲの導入タイミン
グを制御できるようになり、ＥＧＲと新気とを層状に滞
留させる状態で燃焼を行なわせることができるようにな
って、不活性ガス介在により生じる燃焼の悪化が防止さ
れ、空気で希薄化するリーンバーンエンジンと同等また
はそれ以上の燃料消費率の改善を期待できる利点がある
。

また、ＥＧＲと新気とを層状に滞留させると、新気のみ
の空燃比を調整することにより良好な燃焼が行なわれる
ため、従来の０２センサで空燃比をストイキオ制御でき
るようになり、リーンセンサが不要であるとともに、Ｎ
Ｏｘを三元触媒で十分低減できるようになる利点もある
。

さらに、ＥＧＲと新気とを層状に滞留させる状態で燃焼
を行なわせることができるため、ＥＧＲを増加させても
新気の空燃比をストイキオ制御すれば新気のみでの良好
な燃焼が行なわれ、燃焼変動は増大せず、一種の可変排
気量エンジンとして使うことができるようになる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明の一実施例としてのＥＧＲタイミン
グ調整式エンジンを示すもので、第１図はその要部構成
を模式的に示す図、第２図はそのシリンダヘッド部を拡
大して示す縦断面図、第３図はそのシリンダヘッド部の
模式的横断面図、第４図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれその
作動を示す模式図、第５，６図はそれぞれその性能特性
を示すグラフである。１−シリンダヘッド、２−吸気通路、２ａ−プライマリ
通路、２ｂ−・−セカンダリ通路、２ｃｍ隔壁、３・−
排気通路、４−吸気弁、５−排気弁、６−燃焼室、７・
−ＥＧＲ導入路、８−ＥＧＲバルブ、８ａ−弁体、８ｂ
−ダイヤフラム式コントローラ。９．１〇−電磁弁、１１−スロヅトルバルブ、１２−Ｅ
ＧＲ導入時期制御回路、１３−エンジン回転数センサ（
クランク角センサ）、１１−電子制御ユニット（ＥＣＵ
）、１５−吸気温センサ、１６−エアフローセンサ、１
７−スロツドルポジシヨンセンサ、１８〜水温センサ、
１９−酸素濃度センサ、２Ｏ−ＥＧＲガス還流ノズル、
２１−燃料タンク、２２−触媒コンバータ（三元触媒）
、２３−層状ＥＧＲコントロールバルブ、２４−エアク
リーナ、２５−インジェクタ。

Claims

【特許請求の範囲】

内燃型エンジンにおいて、排気通路と、同排気通路を開
閉する排気弁と、吸気通路と、同吸気通路を開閉する吸
気弁と、上記排気通路の排気ガスを上記吸気通路へ再循
環させるべく上記排気通路と上記吸気通路とを連通させ
るように設けられたＥＧＲ導入路と、同ＥＧＲ導入路に
介装されたＥＧＲバルブとをそなえ、上記ＥＧＲ導入路
が上記吸気通路における上記吸気弁の近傍に開口するよ
うに形成されるとともに、上記ＥＧＲバルブの開閉タイ
ミングを制御する制御手段が設けられたことを特徴とす
る、ＥＧＲタイミング調整式エンジン。