JPH04175449A

JPH04175449A - エンジンの排ガス還流装置

Info

Publication number: JPH04175449A
Application number: JP2298919A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Hitomi; 光夫人見; Toshihiko Hattori; 服部　敏彦; Kenji Kashiyama; 謙二樫山; Junzo Sasaki; 潤三佐々木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1992-06-23
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JP3040153B2

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）本発明はエンジンの排ガスの一部を吸気系に還流する排
ガス還流装置に関する。

（従来技術）自動車用エンジンでは、排ガスの浄化のため、排ガスの
一部を吸気系に還流して燃焼ガスの温度を低下させるこ
とにより（ＥＧＲ）、排ガス中のＮＯｘ＋　（窒素酸化
物）を低減することが行なわれている（特公昭５９−１
６００５２号公報参照）。

このＥＧＲには、排ガスを燃焼室に残留させる内部ＥＧ
Ｒと、排ガスの一部を排気系から外部通路を通じて吸気
系に還流させる外部ＥＧＲとがある。内部ＥＧＲ量は、
吸気弁と排気弁の開期間のオーバーラツプを大きくして
吸気行程のシリンダ内に多量の排ガスを残留させること
により、増加させることができ、かつこれによって、吸
気行程のシリンダ内の吸気負圧を低減してポンピングロ
スを低減することができる。

ところで、エンジンの高負荷域ではＥＧＲガスの温度が
低い程、またＥＧＲガス量の多い程、燃焼温度が低下す
るから、Ｎｏ工の低減、熱負荷の低減およびノッキング
発生の防止の点から有利である。一方、低負荷域では、
ＥＧＲガスの温度か低いと燃焼速度が遅くなって燃焼が
不安定になり、かつポンピングロスが増大するので、Ｅ
ＧＲガスは高温の方が好ましいため、従来のような負荷
の高低にかかわらず外部ＥＧＲを供給するものでは低負
荷時のポンピングロスの低減と高負荷時のノッキング発
生の防止との両立が困難であった。

（発明の目的）上述の事情に鑑み、本発明は、低負荷時のポンピングロ
スの低減と高負荷時の熱負荷の低減とを両立させつつノ
ッキングの防止を図ったエンジンの排ガス還流装置を提
供することを目的とする。

（発明の構成）本発明は、燃焼室内の内部ＥＧＲ量の制御手段と、排ガ
スの一部を排気系から外部還流通路を通じて吸気系へ還
流する外部ＥＧＲ量の制御手段とを備え、高負荷時には
外部ＥＧＲ量を増大させるようにし、軽負荷時には内部
ＥＧＲ量を増大させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明では、上記内部ＥＧＲ量を制御する手段が
吸排気のオーパーラ・ツブ量を増減させる手段よりなり
、低負荷時には上記吸排気のオー７１−ラップ量を増大
させて内部ＥＧＲ量を増加させるようにしている。

（発明の効果）本発明によれば、高負荷域では高温の内部ＥＧＲガスを
減らすとともに、より低温の外部Ｅ′ＧＲガスを増加さ
せているので、熱負荷の低減とノッキングの発生を防止
することかできる。また低負荷時には高温の残留ガスに
よる内部ＥＧＲ量を増加させているのでポンピングロス
の低減と、ＥＧＲを実施しているにもかかわらず燃焼安
定性の向上とを図ることができる。

（実−施　例）以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。

第１図は本発明の第１実施例を示す概略的構成図で、１
は４気筒エンジンのエンジン本体、２はエンジンの吸気
系、３はエンジンの排気系を示す。

４は共通吸気通路で、この吸気通路４には、その上流側
から下流側に向って、エアクリーナ５、吸入空気量を検
出するエアフローメータ６およびスロットルバルブ７が
順に配置されている。共通吸気通路４の下流端にはサー
ジタンク８が接続され、このサージタンク８から分岐し
た４本の独立吸気通路９がそれぞれ各気筒の吸気ポート
１０に接続されている。本実施例のエンジンは各気筒に
ついてそれぞれ２個の吸気弁４１と排気弁４２を備えて
いるため、吸気ポート１０および排気ポート１１が各気
筒について２個ずつ設けられている。

排気ポート１１にはそれぞれ独立排気通路１２が接続さ
れ、これら独立排気通路１２の下流端は共通排気通路１
３に集合され、この共通排気通路１３に触媒コンバータ
１４が設けられている。

エンジン１の燃焼室の上方にはそれぞれ８個ずつのカム
３０．３１を備えた吸気側カムシャフト３２および排気
側カムシャフト３３が所定の間隔を保って回動自在に並
設されており、吸気弁４１および排気弁４２がそれぞれ
上記カム３０．３１によってタペットを介して駆動され
るようになっている。

各カムシャフト３２．３３の前部には、カムプーリ３５
．３６と、それ自体は公知のバルブタイミング可変機構
３７．３８がそれぞれ取付けられており、これらバルブ
タイミング可変機構３７．３８は、カムプーリ３５．３
６に対するカムシャフト３２．３３の位相を変更するこ
とにより、吸排気のオーバーラツプ量を変更するように
構成されている。

なお、吸排気のオーバーラツプ量の変更は、上述のよう
なバルブタイミング可変機構３７．３８を用いるほか、
例えば吸気弁に対してリフト量の異なる２種類のカムを
用意して、これらカムを切替えることによっても吸排気
のオーバーラツプ量を変更することができる。

１５は共通排気通路１３における触媒コンバータ１４の
下流側を共通吸気通路４のスロットルバルブ７の下流側
に連通ずる排ガス還流通路（以下「外部ＥＧＲ通路」と
呼ぶ）で、この外部ＥＧＲ通路１５には、ダイアフラム
式アクチュエ−夕１９によって駆動されて通路１５を通
るＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁１６が配設され
ている。さらに外部ＥＧＲ通路１５には、この通路１５
を通るＥＧＲガスを冷却するための水冷式冷却器１７が
設けられている。本実施例では、この冷却器１７がエン
ジン本体１の冷却水が流れる冷却水通路１８の途中に設
けられている。

ＥＧＲ弁１６のアクチュエータ１９の負圧室は、圧力導
管２０を通じてサージタンク８に連通しており、導管２
０には通常は開放状態にある電磁ソレノイド弁２１が設
けられている。２２はコントロールユニットで、このコ
ントロールユニット２２は、エアフローメータ６および
スロットル開度センサ２３の出力および図示しないエン
ジン回転数センサの出力にもとづいて、電磁ソレノイド
弁２１をデユーティ制御し、これによって高負荷時には
ＥＧＲ弁１６を開いて外部ＥＧＲを行なうようになって
いる。

また、コントロールユニット２２は、エンジンの回転数
および負荷に応じてバルブタイミング可変機構３７．３
８を制御して、吸排気のオーツ＜−ラップ量を増減させ
るようになっている。

コントロールユニット２２のメモリ内には、バルブタイ
ミング可変機構３７．３８およびＥＧＲ弁１６をエンジ
ン回転数および負荷に応じて制御するための第２図に示
すようなマツプが格納されており、領域Ａは低回転低負
荷領域、領域Ｂは低中負荷領域、領域Ｃは高負荷領域で
ある。そしてコントロールユニットは、バルブタイミン
グ機構３７．３８を制御して領域Ａおよび領域Ｃでは、
第３図に破線で示すように、吸排気のオーバーラツプ量
を小さくして内部ＥＧＲを低減し、領域Ｂでは、第３図
に実線で示すように、吸排気のオーバーラツプ量を大き
くして内部ＥＧＲ量を増加させている。またコントロー
ルユニット２２は、領域ＡおよびＢではＥＧＲ弁１６を
閉じて外部ＥＧＲを行なわず、高負荷域Ｃにおいてのみ
、ＥＧＲ弁１６を開いて外部ＥＧＲを行なうように電磁
ソレノイド弁２１をデユーティ制御している。

すなわち、低回転低負荷域Ａでは、燃焼安定性を確保す
るために、内部ＥＧＲ量を低減し、かつ外部ＥＧＲを停
止させ、低中負荷域Ｂでは内部ＥＧＲのみによってＥＧ
Ｒを行ない、高負荷では外部ＥＧＲ量を増加させるとと
もに内部ＥＧＲ量を減少させている。そしてこの場合、
内部ＥＧＲは、吸排気のオーバーラツプ量を大きくして
燃焼室内に排ガスを残留させることによって行なわれる
から、このＥＧＲガスは比較的高温であり、また外部Ｅ
ＧＲは、冷却器１７を設けた外部ＥＧＲ通路１５を通じ
て行なわれるから、このＥＧＲガスは比較的低温となる
。

なお、本実施例では、水冷式冷却器１７を用いて、高負
荷時に外部ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスを冷却し
ているが、その代りに空冷式冷却器を用いてもよい。あ
るいは特に冷却器を設けずに、外部ＥＧＲ通路１５を長
くすることにより、あるいは多数の並列通路を設けるこ
とによりＥＧＲガスを冷却してもよい。さらに本実施例
においては、排気系３における外部ＥＧＲ通路１５のＥ
ＧＲガス導入口を触媒コンバータ１４の下流側に設けて
、より低温のＥＧＲガスが吸気系２に還流されるように
している。

上述のように低中負荷域では内部ＥＧＲによる高温のＥ
ＧＲガスを還流し、高負荷域では外部ＥＧＲによる低温
のＥＧＲガスを還流する理由を下記に示す。

第４図はＥＧＲ率をパラメータとしたＥＧＲガス温度と
ポンピングロス低減度との関係を示すグラフである。低
負荷域ではスロットルバルブ７による吸気の絞り度が大
きいため、ポンピングロスが大きくなるが、第４図から
明らかなように、低負荷域ではＥＧＲガスを高温にすれ
ばする程、僅かのＥＧＲ量で大きなポンピングロス低減
効率が得られるから、低負荷域ではＥＧＲガスの温度が
高い方が望ましい。したがって低負荷域では内部ＥＧＲ
による排ガス還流を行なっているのである。

一方、高負荷域では、ＥＧＲガスの温度が低い程、また
ＥＧＲガス量が多い程燃焼温度が低下する。第５図は等
容サイクルにおける圧力と燃焼温度との関係を示すグラ
フで、第４図におけるＴ　Ａ。

ＴＴＤＣＩ　　ΔＴおよびＴｂは下記の０〜０式によっ
てあられされる。

ＴＴＤｃ＝　ＴＡ・εに−１・・・・・・■Ｔｂ　　＝
　　Ｔｔｏｃ＋ΔＴ　　　　　　　　　　・・・・・・
■ここでＴＡ　：　圧縮開始時温度ＴＴＤｃ：　　圧縮上死点温度Ｔｂ　：　燃焼後の温度 ε　　：　有効圧縮比Ｃｐ　：　等正比熱Ｃｖ　：　等容比熱Ａ／Ｆ　：　　空燃比サフィックス　ａ：　新気サフィックス　ｅ：　排気（ＥＧＲ）Ｑ　　：　総発熱量Ｑｄ”Ｇａ（Ａ／Ｆ一定時）Ｇ　　：　ガスの重量０〜０式から明らかなように、高負荷域ではＥＧＲガス
温度が低い程、またＥＧＲガス量が多い程燃焼温度が低
下する。燃焼温度が低下すると、燃焼室壁温も低下し、
エンジンの熱負荷が低減されたことになる。また燃焼途
中においても、既燃ガスの温度が低いので未燃ガスへの
輻射熱が減少し、未燃ガス温度も抑えられるので耐ノ・
ノキング性が向上することになる。さらに燃焼温度の低
下は排ガス温の低下をもたらすので排気系部品も耐熱的
に楽になる利点がある。以上の理由から、高負荷域では
外部ＥＧＲによって排気還流を行なっているのである。

次に第６図は本発明の第２実施例を示す概略的構成図で
、本実施例は過給機付きエンジンに本発明を適用した場
合の例である。すなわち、エンジンによって駆動される
過給機（スーパーチャージャ）２５と、この過給機２５
で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２６をその
共通吸気通路４に備えており、また、過給機２５および
インタークーラ２６をバイパスするバイパス通路２７に
、ダイアフラム式アクチュエータ２９によって駆動され
るリリーフ弁２８が設けられている。そして上記アクチ
ュエータ２９の圧力室はサージタンク８に連通しており
、過給圧が所定値以上になるとリリーフ弁２８が作動さ
れてバイパス通路２７を開くようになっている。

本実施例では、冷却器１７を備えている外部ＥＧＲ通路
１５の吸気系２へのＥＧＲガス導入口を共通吸気通路４
の過給機２５の上流側に開口させている。なおこの冷却
されたＥＧＲガスの導入口は過給機２５とインタークー
ラ２６の間に設けてもよく、要はインタークーラ２６の
上流側であればよい。第６図から明らかなように、以上
の点を除けば本発明の第２実施例は第１図に示す第１実
施例と同様の構成を有するから、対応する要素に同一符
号を付して重複する説明は省略する。

過給機付きエンジンでは、高負荷域でのノッキングの発
生を防止するために、高負荷域においては自然吸気エン
ジンの場合よりもＥＧＲ量を増大させる必要がある。そ
こで本実施例では第７図のマツプに示すマツプを用意し
て高負荷域Ｃでは内部ＥＧＲと外部ＥＧＲとの双方を行
なって、過給圧の上昇に伴ってＥＧＲ総量を増大させる
ようにしている。そのため、本実施例では、冷却器１７
によって外部ＥＧＲガスを冷却するとともに、この冷却
されたＥＧＲガスを吸気系２のインタークーラ２６の上
流側に還流することにより、さらに温度の低下したＥＧ
Ｒガスをエンジンに供給するようにしている。

次に第８図は本発明の第３実施例を示す概略的構成を示
す図である。本実施例は第６図で示した第２実施例と同
様の過給機付きエンジンであるが、バルブタイミング可
変機構３７．３８が省略され、代りに各独立吸気通路９
に、互いに連動するスロットルバルブ４３がそれぞれ設
けられ、各スロットルバルブ４３の下流に燃料噴射弁４
４がそれぞれ配設された構成を有する。

第７図から明らかなように、吸排気のオーバーラツプ量
を小さくする必要があるのは低回転低負荷域のみである
から、吸気弁開時期を早めた態様で吸排気のオーバーラ
ツプ量を大きく設定したものであれば、低回転低負荷域
では多連のスロットルバルブ４３が閉じて燃焼室内の残
留ガス量を抑制する。したがって、特にバルブタイミン
グ可変機構を設けずに、大オーバーラツプ状態に固定し
たものであっても、低回転極低負荷域で燃焼が不安定に
なるおそれはなくなる。そして高負荷域では、第２実施
例の場合と同様に、高負荷域ではＥＧＲ弁１６を開いて
、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲの双方を行なって、過給圧の
上昇に伴ってＥＧＲ総量を増大させるようにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略的構成図、第２
図はそのＥＧＲ制御マツプ、第３図は吸排気のオーバー
ラツプを示すタイミングチャート、第４図および第５図
はその動作の説明に供するグラフ、第６図は本発明の第
２実施例を示す概略的構成図、第７図はそのＥＧＲ制御
マ・ノブ、第８図は本発明の第３実施例を示す概略的構
成図である。１・・・エンジン本体　　　４・・・共通吸気通路７・
・・スロットルバルブ　９・・・独立吸気通路１２・・
・独立排気通路　　１３・・・共通排気通路１４・・・
触媒コンバータ　１５・・・外部ＥＧＲ通路１６・・・
ＥＧＲ弁　　　　１７・・・冷却器１９．２９・・・ダ
イアフラム式アクチュエータ２１・・・電磁ソレノイド
弁２２・・・コントロールユニ・ソト２３・・・スロットル開度センサ２５・・・過給機（スーパーチャージャ）２６・・・イ
ンタークーラ３０．３１・・・カム３２．３３・・・カムシャフト

Claims

【特許請求の範囲】１、燃焼室内の内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ量制
御手段と、排ガスの一部を排気系から外部還流通路を通
じて吸気系へ還流する外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧ
Ｒ量制御手段とを備え、高負荷時には外部ＥＧＲ量を増
加させるとともに内部ＥＧＲ量を減少させるように制御
する制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの排ガ
ス還流装置。２、上記内部ＥＧＲ量の制御手段が、吸排気のオーバー
ラップ量を増減させる手段よりなり、低負荷時には上記
吸排気のオーバーラップ量を増大させて内部ＥＧＲ量を
増加させるようにした請求項１記載の排ガス還流装置。