JPH06147023A - 内燃機関における排気ガスの還流方法および還流構造 - Google Patents

内燃機関における排気ガスの還流方法および還流構造

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JPH06147023A
JPH06147023A JP4328710A JP32871092A JPH06147023A JP H06147023 A JPH06147023 A JP H06147023A JP 4328710 A JP4328710 A JP 4328710A JP 32871092 A JP32871092 A JP 32871092A JP H06147023 A JPH06147023 A JP H06147023A
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JP
Japan
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combustion chamber
fresh air
gas
valve
reflux
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JP4328710A
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English (en)
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Hitoshi Inaba
均 稲葉
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Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Diesel Engine Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 排気ガスの一部を還流ガスとして燃焼室19
に還流させる内燃機関において、燃焼室の径方向内方側
に還流ガスを導入すると共に径方向外方側に新気を導入
する。少なくとも還流ガスを燃焼室19の周方向に旋回
させることで、燃焼室19の径方向外方側に新気層25
を形成すると共に径方向内方側に還流ガス層26を形成
する。 【効果】 新気に対する還流ガスの割合を少なくしても
充分にNOxを低減できるので、シリンダライナの内面
へのカーボンの付着量を少なくして機関の耐久性を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における排気
ガスの還流方法および還流構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、排気ガスの一部を還流ガスとして
燃焼室に還流させることでNOxを低減する内燃機関に
おいては、その還流ガスは燃焼室に導入される前に新気
と混合されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】還流ガスによるNOx
の低減は、燃焼初期における急激な燃焼の抑制に基づく
ものである。そのため、従来のように還流ガスを燃焼室
に導入する前に新気と混合させる場合、充分にNOxを
低減するためには新気に対する還流ガスの割合を多くす
る必要があった。
【0004】しかし、還流ガスの割合を多くするとシリ
ンダライナの内面へのカーボンの付着量が多くなり、機
関の耐久性を低下させるという問題がある。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題を解決する
ことのできる内燃機関における排気ガスの還流方法およ
び還流構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本件発明方法は、排気ガ
スの一部を還流ガスとして燃焼室に還流させる内燃機関
において、燃焼室の径方向内方側に還流ガスを導入する
と共に径方向外方側に新気を導入し、少なくとも新気を
燃焼室の周方向に旋回させることで、燃焼室の径方向外
方側に新気層を形成すると共に径方向内方側に還流ガス
層を形成するものである。
【0007】本件発明構造は、排気ガスの一部を還流ガ
スとして燃焼室に還流させる内燃機関において、燃焼室
への還流ガスの導入口と新気の導入口とが設けられ、そ
の還流ガスの導入口は新気の導入口よりも燃焼室の径方
向内方に配置され、少なくとも新気を燃焼室の周方向に
旋回させる手段を備えるものである。
【0008】
【作用】本件発明構造によれば本件発明方法を実施する
ことができる。すなわち、燃焼室への還流ガスの導入口
は新気の導入口よりも燃焼室の径方向内方に配置されて
いるので、燃焼室の径方向内方側に還流ガスを導入する
と共に径方向外方側に新気を導入することができる。そ
の新気を燃焼室の周方向に旋回させることで、導入ガス
に遠心力が作用する。そうすると、還流ガスは新気より
も密度が大きいため、燃焼室の径方向外方側に向かって
広がり、径方向内方側が濃く、外方側が薄い濃度の還流
ガス層を形成することができる。
【0009】燃焼室の径方向外方側に新気層を形成する
と共に径方向内方側に還流ガス層を形成することで、燃
焼初期における急激な燃焼を還流ガスのみにより抑制す
ることができる。よって、新気に対する還流ガスの割合
を少なくしても充分にNOxを低減できる。また、燃焼
後期においては新気により燃焼を活性化できるので燃焼
不良を防止できる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。
【0011】図5は多気筒ディーゼルエンジン1の排気
ガス還流システムを示し、そのエンジン1から排出され
た排気ガスは排気ターボ過給器2のタービン2aに導入
され、このタービン2aから一部が還流ダクト3を介し
エンジン1の各気筒に還流し、残部が排出される。ま
た、エアクリーナ(図示省略)を通り吸入された新気
は、排気ターボ過給器2のコンプレッサー2bに導入さ
れ、このコンプレッサー2bから吸入ダクト4を介しエ
ンジン1の各気筒に導入される。なお、還流ダクト3の
途中にはダストトラップ5、クーラー6、気水分離器7
が介在され、吸入ダクト4の途中にはインタークーラー
8、エアタービン9、アフタークーラー10、始動時用
バイパス弁11が介在する。
【0012】図1に示すように、エンジン1の各気筒は
シリンダブロック15と、このシリブロック15を覆う
シリンダヘッド16と、そのシリンダブロック15に形
成されたボア内に挿入されたピストン17と、そのシリ
ンダヘッド16に取り付けられた吸気弁18とを有し、
吸気行程において吸気弁18が開かれることで燃焼室1
9内に新気と還流ガスとが導入される。
【0013】すなわち、その吸気弁18の弁棒18aが
挿入されているシリンダヘッド16の通孔16aに、前
記還流ガスを導く導入ポート20がシリンダヘッド16
に形成されている。これにより、図1に示す吸入行程時
に還流ガスが図中破線Aで示すように、その弁棒18a
の外周と通孔16aの内周との間から燃焼室19の径方
向内方側に導入される。また、そのシリンダヘッド16
に形成される吸気ポート21は吸気弁18の周囲で螺旋
状に湾曲するヘリカルポートとされている。これによ
り、新気が図中実線Bで示すように旋回させられながら
燃焼室19の径方向外方側に導入される。
【0014】その燃焼室19に導入された新気は燃焼室
の周方向に旋回するので、導入ガスに遠心力が作用す
る。そうすると、還流ガスは新気よりも密度が大きいた
め、吸入行程および図2に示す圧縮行程時に燃焼室19
の径方向外方側に円筒状の新気層25が形成されると共
に径方向内方側に円柱状の還流ガス層26が形成され
る。このように、燃焼室19の径方向外方側に新気層2
5を形成すると共に径方向内方側に還流ガス層26を形
成することで、図3の(1)(2)に示す燃焼初期に、
急激な燃焼を還流ガスのみにより抑制することができ
る。また、図4の(1)(2)に示す燃焼後期に、新気
により燃焼を活性化できるので燃焼不良を防止できる。
よって、新気に対する還流ガスの割合を少なくしても充
分にNOxを低減できるので、シリンダライナの内面3
0へのカーボンの付着量を少なくして機関の耐久性を向
上させることができる。なお、図3、図4において一点
鎖線Cにより火炎を模式的に示す。
【0015】なお、本発明は上記実施例に限定されな
い。例えば、上記実施例では吸気ポート21をヘリカル
ポートとすることで導入ガスを燃焼室19の周方向に旋
回させ、還流ガスを弁棒18aの外周と通孔16aの内
周との間から燃焼室19の径方向内方側に導入したが、
図6、図7に示すように、吸気弁41を燃焼室19の径
方向外方に位置させ、吸気ポート42から新気を燃焼室
19の周方向に沿って導入することで吸気ポート42を
ヘリカルポートとすることなく新気を旋回させ、また、
還流ガスを吸気行程において燃焼室19に導入するため
の還流ガス導入ポート43と還流ガス導入弁44とを設
け、その還流ガス導入弁44を吸気弁41よりも燃焼室
19の径方向内方に位置にさせてもよい。この場合、そ
の還流ガス導入弁44は吸気弁41の駆動用弁腕45を
介しエンジン1により吸気弁41と同一タイミングで駆
動される。なお、燃焼室19の径方向外方側に新気層2
5を形成すると共に径方向内方側に還流ガス層26を形
成する上では、まず新気を燃焼室19に導入して旋回さ
せてから還流ガスを燃焼室19に導入し、還流ガスの導
入完了後に新気の導入を完了するのが好ましい。そこで
図6の(1)に示すように、その還流ガス導入弁44の
弁座45はシリンダヘッド16の底部に形成された凹部
16a内に形成され、還流ガス導入弁44の弁体とその
凹部16aの内周との隙間は小さくされている。これに
より、図8の時間と弁リフトとの関係に示すように、一
点鎖線で示す排気弁の開きの開始時から時間T1の経過
時に、実線で示すように吸気弁41が開き始めると同時
に破線で示すように還流ガス導入弁44が開き始める。
これにより新気の燃焼室19への導入が開始されるが、
還流ガス導入弁44の弁体は凹部16a内に位置するの
で還流ガスの導入は開始されない。しかる後に、時間T
2の経過時に還流ガス導入弁44の弁体が凹部16a外
に位置すると還流ガスの導入は開始される。次に、時間
T3の経過時に還流ガス導入弁44の弁体が凹部16a
内に位置すると還流ガスの導入は完了する。しかる後
に、時間T4の経過時に吸気弁41と還流ガス導入弁4
4とが同時に閉じることで新気の導入は完了する。他は
上記第1実施例と同様の構成とされる。なお、上記のよ
うに還流ガス導入弁44を凹部16a内に没入させるよ
うにするのにかえ、図6の(2)に示すように、還流ガ
ス導入弁44の弁棒の外周に径大部44a′を形成し、
その径大部44a′の外周と還流ガス導入ポート43の
内周との隙間δを小さくし、時間T2の経過時にその径
大部44a′が還流ガス導入ポート43の外部に位置し
て還流ガスの導入を開始するようにしてもよい。
【0016】また、図9に示すように、吸気弁51と排
気弁52とを一対ずつ備えるエンジンにも本発明を適用
できる。この場合、上記図6〜図8に示す実施例では還
流ガス導入弁44は吸気弁41の駆動用弁腕45を介し
エンジン1により吸気弁41と同一タイミングで駆動さ
れたが、還流ガス導入弁53を作動させるための専用の
弁腕54を設けて吸気弁51とは独立したタイミングで
駆動することで、上記実施例のような凹部16aは不要
になる。すなわち、図10の時間と弁リフトとの関係に
示すように、まずT1において吸気弁51が開き始め、
次にT2において還流ガス導入弁53が開き始め、次に
T3において還流ガス導入弁53が閉じ、しかる後にT
4において吸気弁51が閉じるようにされている。他は
上記第2実施例と同様の構成とされる。
【0017】また、図11に示すように、吸気ポート6
2から新気を燃焼室19の周方向に沿って導入すること
で吸気ポート62をヘリカルポートとすることなく導入
ガスを旋回させる場合に、還流ガスの導入ポート63を
吸気弁64の近傍において吸気ポート62に開口させ、
その開口中心の燃焼室19中心からの径方向距離rを、
吸気弁64の中心の燃焼室19中心からの径方向距離R
よりも小さくしてもよい。他は上記第1実施例と同様の
構成とされる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、新気に対する還流ガス
の割合を少なくしても充分にNOxを低減できるので、
シリンダライナの内面へのカーボンの付着量を少なくし
て機関の耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例のエンジンの吸入行程での
縦断面図
【図2】本発明の第1実施例のエンジンの圧縮行程での
縦断面図
【図3】(1)は本発明の第1実施例のエンジンの燃焼
室の燃焼初期行程での平面図、(2)はその燃焼室の燃
焼初期行程での縦断面図
【図4】(1)は本発明の第1実施例のエンジンの燃焼
室の燃焼終期行程での平面図、(2)はその燃焼室の燃
焼終期行程での縦断面図
【図5】本発明の第1実施例の排気ガス還流システムの
構成説明図
【図6】(1)は本発明の第2実施例のエンジンの吸入
行程での縦断面図、(2)はその変形例の要部の断面図
【図7】本発明の第2実施例のエンジンの要部の平面図
【図8】本発明の第2実施例のエンジンの弁リフトと時
間の関係図
【図9】本発明の第3実施例のエンジンの要部の平面図
【図10】本発明の第3実施例のエンジンの弁リフトと
時間の関係図
【図11】本発明の第4実施例のエンジンの吸入行程で
の縦断面図
【符号の説明】
19 燃焼室 25 新気層 26 還流ガス層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気ガスの一部を還流ガスとして燃焼室
    に還流させる内燃機関において、燃焼室の径方向内方側
    に還流ガスを導入すると共に径方向外方側に新気を導入
    し、少なくとも新気を燃焼室の周方向に旋回させること
    で、燃焼室の径方向外方側に新気層を形成すると共に径
    方向内方側に還流ガス層を形成する内燃機関における排
    気ガスの還流方法。
  2. 【請求項2】 排気ガスの一部を還流ガスとして燃焼室
    に還流させる内燃機関において、燃焼室への還流ガスの
    導入口と新気の導入口とが設けられ、その還流ガスの導
    入口は新気の導入口よりも燃焼室の径方向内方に配置さ
    れ、少なくとも新気を燃焼室の周方向に旋回させる手段
    を備える内燃機関における排気ガスの還流構造。
JP4328710A 1992-11-12 1992-11-12 内燃機関における排気ガスの還流方法および還流構造 Pending JPH06147023A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996010688A1 (en) * 1994-10-04 1996-04-11 Ford Motor Company Limited Stratified charge engine
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