JPH04358749A - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の吸気ポートを有
すると共に、縦スワール形成手段を備えた内燃機関にお
ける排気ガス再循環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開平１−１３４７３５号公報には、複
数の吸気ポートを有すると共に、燃焼改善のために吸気
ポート又は吸気弁付近に縦スワール形成手段を備えてい
る内燃機関における、排気ガス再循環装置の従来例が記
載されている。この従来技術における排気ガス再循環は
、吸気行程の終期に排気弁を短時間開き、排気の一部を
気筒内へ逆流させて行うもので、このような排気ガス再
循環方式を内部ＥＧＲと呼ぶことがある。この従来技術
の場合は、特に、気筒内の吸気の縦スワールを助長する
方向に再循環排気を吸入するようにした点に特徴があり
、そのために、排気弁付近に、吸入される排気の方向を
吸気旋回流方向に近似させる排気偏向手段を設けている
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、縦スワール形成手段が複数の吸気ポート（或いはそ
れらの吸気弁付近）の全てに設けられるのに加えて、内
部ＥＧＲによる還流排気が縦スワールを助長する方向に
吸入されるので、気筒内には強力な縦スワールが形成さ
れるが、その反面、吸気の体積効率が低下することは避
けられないし、いきおい、機関出力も減少する傾向があ
る。また、還流排気が縦スワールを形成している吸気旋
回流の外側から供給されるため、燃焼室の中心部に新鮮
な吸気が集まるのに対し、その外側を壁面に沿って還流
排気が流れるため、点火プラグが還流排気の濃い層内に
ある場合には、着火性が低下し、従来技術の本来の目的
に反して、却って気筒内の燃焼状態が悪化する場合も起
こり得る。本発明は、従来技術のこれらの問題を解決す
るすることを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による内燃機関の排気ガス再循環装置は、複
数の吸気ポートを備えている内燃機関において、前記複
数の吸気ポートのうちの一部にのみ縦スワール形成手段
を設け、それによって内燃機関の燃焼室内に吸気の縦ス
ワールを形成させると共に、前記縦スワール形成手段を
設けた前記吸気ポートの壁面のうち、吸気の流速が小さ
くなる側の壁面に、排気還流ポートを設けたことを特徴
とする。

【０００５】

【作用】本発明による内燃機関の排気ガス再循環装置に
おいては、複数の吸気ポートのうち縦スワール形成手段
を設けた吸気ポートにのみ排気還流ポートが設けられ、
しかも、その排気還流ポートは吸気の流速が小さくなる
側の壁面に開口しているので、この吸気ポートを通る吸
気流の中でも、新鮮な空気の部分は吸気ポートの一側を
高速で流れ、還流する排気が混じっている部分は他の側
を低速で流れる。このように層状で層間に速度差のある
吸気が機関の燃焼室に流入すると、速度が大きくて新鮮
な空気を多く含む吸気が外側になり、速度が小さくて還
流排気を含む吸気が内側になった縦スワールを生じる。 そして、外側の新鮮な空気が多い層が点火プラグに接触
することになるので着火性が向上する。その結果、大量
の排気還流が可能となり、燃焼効率、燃費、トルク変動
、エミッション、或いは高圧縮比における耐ノック性、
等が改善される。また、縦スワール形成手段のない吸気
ポートを設けた分だけ、吸気の体積効率も向上する。

【０００６】

【実施例】図２及び図３は、本願発明を１個の気筒につ
いて２個の吸気弁１２、１３と、２個の排気弁１４、１
５を備えた内燃機関１０に適用した実施例を示すもので
、第１の吸気弁１２及び第２の吸気弁１３にそれぞれ接
続する第１の吸気ポート１６及び第２の吸気ポート１７
は、上流側で共通の吸気管１８から分岐している。また
、第１の排気弁１４及び第２の排気弁１５にそれぞれ接
続する第１の排気ポート２０と第２の排気ポート２１は
、図示しない下流側で共通の排気管に合流している。

【０００７】図２の（ａ）に示すように、第１の排気ポ
ート２０（或いは排気通路上の他の位置でも良い。）に
一端が開口して排気の一部を取り出す還流排気通路２２
の他端は、第１の吸気ポート１６の下方の壁（図１参照
）に設けられた排気還流ポート２４において開口すると
共に、還流排気通路２２の途中には排気還流制御弁２６
が設けられて、還流される排気の量を制御する。このよ
うに、排気還流ポート２４は第１の吸気ポート１６にの
み設けられるのがこの実施例の１つの特徴であって、第
２の吸気ポート１７には排気還流ポートは設けられず、
従ってこちらには還流排気は供給されない。

【０００８】本発明の実施例のもう１つの特徴として、
排気還流ポート２４が設けられる第１の吸気ポート１６
、或いはそれに接続される第１の吸気弁１２の付近には
、それを通過する吸気に縦スワールを与える縦スワール
形成手段が設けられる。よく知られているように、縦ス
ワールは、燃焼を改善するために気筒内に吸入される吸
気に対して与えられる運動の一種で、図１に示すように
、気筒の縦軸線１１と平行な仮想の面内で旋回する吸気
の流動のことであるが、縦スワールを発生させるには、
吸気ポートから吸気弁を経て燃焼室に流入する吸気の通
路の一部を何らかの形のマスク部により覆い、吸気流を
偏向させることによって行うのが一般的で、このように
して発生させるスワールをマスクドスワールと呼ぶこと
がある。先に従来技術として取り上げた実開平１−１３
４７３５号公報にも数例を示しているように、マスクド
スワール方式の縦スワール形成手段には、マスク部の形
によって色々なものが知られている。

【０００９】図２の（ｂ）には、マスクドスワール方式
による縦スワール形成手段の一つとして、第１の吸気弁
１２の開口縁のうち、排気還流ポート２４から流入する
還流排気が流れる側に張り出したマスク部２８により、
弁開口におけるクリアランスを他の部分のそれよりも狭
めて、その部分を吸気が通過し難くするもの（実施例１
：この場合、マスク部２８によって他の部分よりも狭め
られた部分のバルブクリアランスをマスククリアランス
ｃと呼ぶ。）、及び他の一つとして、第１の吸気弁１２
の弁開口付近の一部の壁の高さを、前述のように開口縁
の中でも還流排気が流れる側に張り出したマスク部２８
により、他の部分のそれよりも高くして、やはりその部
分を吸気が通過し難くするもの（実施例２：この場合、
他の部分よりも高くなっている部分の高さをマスク高さ
ｈと呼ぶ。）、の２つが示されている。なお、先にも述
べたように、第２の吸気弁１３の付近には、マスク部２
８のような縦スワール形成手段を設けないので、第２の
吸気ポート１７を通る吸気は、第２の吸気弁１３の開口
縁の全周から略均等に気筒内の燃焼室３０へ流入し、そ
れによって縦スワールが発生することはない。

【表１】

【００１０】表１は、以上の実施例における具体的な数
値の例を従来のものと対比して示したものである。第１
の吸気弁１２のバルブシート部分の一部に設けられるマ
スク部２８によって、実施例１においては、図２に示す
マスククリアランスｃの値を従来の普通のものよりも小
さく取っている。その他の数値は従来のものと変わらな
い。また、実施例２においてはマスク高さｈの値を従来
の普通のものよりも大きく取っている。その他の数値は
従来のものと変わらない。いずれの場合も、第２の吸気
弁１３に関するマスククリアランスｃやマスク高さｈの
数値は、従来のものと変わらない。実施例３は表に示し
ていないが、図２（ｂ）のように実施例１及び実施例２
を組み合わせたものになる。

【００１１】縦スワール形成手段の他のものが図２のＩ
−Ｉ断面図である図１に示されている。この例において
は縦スワール形成手段として、第１の吸気弁１２の弁開
口の一部を覆うように張り出す前述のマスク部２８を設
けている他に、第１の吸気ポート１６の下方の壁、即ち
、その上流に設けられた排気還流ポート２４から流入す
る還流排気が流れる側の壁を、上方に張り出して形成し
たマスク部３２を設けている。マスク部３２或いはマス
ク部２８を設けたことによって吸気の流れは偏向され、
図１に白矢印で示すように、第１の吸気ポート１６の上
方を通って燃焼室３０の中へ流入する流れが強く、且つ
、流速が高くなる。従って、シリンダヘッド３４とシリ
ンダ壁３６、ピストン３８によって形成される燃焼室３
０の中では、新鮮な吸気からなる白矢印のような縦スワ
ールが壁面に沿った旋回流として形成され、その内側に
、黒矢印で示すように還流排気を含む低速の吸気の流れ
が形成される。図１や図３に示す矢印の長さは流れの速
さを表している。

【００１２】このようにして、第１の吸気ポート１６か
ら第１の吸気弁１２の弁開口を通って燃焼室３０に流入
する吸気は、マスク部２８やマスク部３２のような縦ス
ワール形成手段によって、燃焼室３０の壁面に沿った外
側に新鮮な空気を多く含む高速の部分と、内側に還流排
気を含む低速の部分からなる成層状の縦スワールを形成
する。第２の吸気ポート１７から第２の吸気弁１３の弁
開口を通って流入する吸気は、第１の吸気ポート１６の
場合のように縦スワール形成手段によって偏向されるこ
となく弁開口の略全周から均等に、また、絞られていな
いために比較的低速で燃焼室３０内に吸入され、第１の
吸気ポート１６からの吸気によって形成される縦スワー
ルの内側の低圧部分に巻き込まれ、縦スワールの内部に
おいて還流排気とよく混合する。その結果、縦スワール
の中央部に黒矢印のような還流排気の比較的濃い層が形
成され、図１から理解されるように、シリンダヘッド３
４の一部に設けられた点火プラグ４０の付近には新鮮な
吸気の成分が多くなって、燃焼室３０内の着火性が向上
する。

【００１３】このように着火性が高くなるために、比較
的大量の排気還流を行っても燃焼の安定性が維持される
。一般に大量の排気還流を行うと、ＮＯｘ等のエミッシ
ョンを低減することができるばかりでなく、同じ大きさ
のトルクを発生させるためのスロットル弁の開度が大き
くなるので、スロットル弁の絞りによるポンピングロス
が減少し、効率や燃費が向上する。反面、排気還流によ
って着火性が悪くなるが、それが上記のようにして改善
されるため、燃焼効率、燃費、トルク変動、或いはエミ
ッション等いずれの点においても、内燃機関にとって好
ましい結果がもたらされる。

【００１４】図４は、マスククリアランスｃの大きさに
対する縦スワール比（縦スワールの強さを表す数値）、
及び内燃機関の出力の変化を示したもので、マスククリ
アランスｃが小さくなると縦スワールが強くなり、同時
に吸気効率が悪化する分だけ出力が減少している。変化
は略直線的で、縦スワールの強さと出力は反比例の関係
にある。対象とする内燃機関についてこのような関係を
調べて、最適なマスククリアランスｃの値を決定するこ
とにより、燃焼及び燃費の改善と、出力の低下の兼ね合
いの点を見出すことができる。

【００１５】図５は、マスク高さｈの大きさに対する縦
スワール比（縦スワールの強さ）及び内燃機関の出力の
変化を示したもので、マスク高さｈが大きくなると縦ス
ワールが強くなり、同時に出力が減少している。この場
合も変化は略直線的であって、縦スワールの強さと出力
は反比例の関係にある。対象とする内燃機関についてこ
のような関係を調べてから、最適なマスク高さｈの値を
決定すべきである。なお、第１の吸気弁１２は最大リフ
ト以上に開口することはないから、図５の場合はマスク
高さｈが９ｍｍで最大リフトに達し、それ以上は縦スワ
ールの強さ、内燃機関出力共に変化しない。

【００１６】本発明において、一方の吸気ポート、或い
はそれに接続する吸気弁付近に適用可能な縦スワール形
成手段は、上記実施例のようなものに限られる訳ではな
く、他の適当な縦スワール形成手段を利用することが可
能である。前述の従来技術には吸気弁の背面の一部に吸
気の流れを妨げるシュラウドを設けて偏向させるものが
記載されているが、それと同様なものを本発明に利用す
ることもできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明を実施することにより、燃焼室内
の吸気が、縦スワールの外側に新鮮な吸気の多い層と、
内側に還流排気の濃い層をもつ成層状態になるため、着
火性の低下を伴うことなく大量の排気還流を行うことが
可能になるので、燃焼効率、燃費、トルク変動、或いは
エミッション、高圧縮比における耐ノック性、等が改善
される。また、複数の吸気ポートの一部に縦スワール形
成手段を設けるので、縦スワールが強すぎて出力が低下
するということもなく、内燃機関出力と燃費の両立が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の作動状態を示す内燃機関の縦
断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施例を示す内燃機関の平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す側面
図である。

【図３】本発明の実施例の作動状態を示す内燃機関の斜
視図である。

【図４】マスククリアランスと縦スワールの強さ及び出
力の関係を示す線図である。

【図５】マスク高さと縦スワールの強さ及び出力の関係
を示す線図である。

【符号の説明】

１０…４弁式内燃機関 １２…第１の吸気弁 １３…第２の吸気弁 １６…第１の吸気ポート １７…第２の吸気ポート ２０、２１…排気ポート ２２…還流排気通路 ２４…排気還流ポート ２８、３２…マスク部 ３４…シリンダヘッド ３８…ピストン ４０…点火プラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の吸気ポートを備えている内燃機
   関において、前記複数の吸気ポートのうちの一部にのみ
   縦スワール形成手段を設け、それによって内燃機関の燃
   焼室内に吸気の縦スワールを形成させると共に、前記縦
   スワール形成手段を設けた前記吸気ポートの壁面のうち
   、吸気の流速が小さくなる側の壁面に、排気還流ポート
   を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装
   置。