JPH0882234A - Intake device for engine - Google Patents

Intake device for engine

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JPH0882234A
JPH0882234A JP6219065A JP21906594A JPH0882234A JP H0882234 A JPH0882234 A JP H0882234A JP 6219065 A JP6219065 A JP 6219065A JP 21906594 A JP21906594 A JP 21906594A JP H0882234 A JPH0882234 A JP H0882234A
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JP
Japan
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air
intake
engine
fuel ratio
fuel
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Application number
JP6219065A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsugio Hatsuhira
Masashi Maruhara
Toshihide Yamamoto
正志 丸原
寿英 山本
次男 服平
Original Assignee
Mazda Motor Corp
マツダ株式会社
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To significantly reduce NOx in exhaust gas while avoiding the misfire of an engine, and ensure a satisfactory fuel economy. CONSTITUTION: While an air-fuel mixture is formed in an air-fuel mixture feed port 57 different from intake ports 16, 18, and supplied into a combustion chamber 14, a swirl is generated in the combustion chamber 14, whereby the air-fuel mixture is laminated to enhance combustibility. The EGR ratio through an EGR pipe 48 is set to 20% or more, and the air fuel ratio is set to 16-20 at least in low load operating area.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、通常の吸気ポートとは別に、加圧エアと燃料との混合により混合気を形成して燃焼室内に供給するための混合気供給ポートを備えたエンジンの吸気装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is a conventional intake port separately from the engine with a mixture supply port for supplying the combustion chamber to form a mixture by mixing with pressurized air and fuel it relates intake system.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来、燃料の気化・霧化を促進して混合気を成層化する手段として、例えば特開平5−3972 Conventionally, as means for stratifying air-fuel mixture to promote vaporization and atomization of the fuel, for example, JP-A-5-3972
0号公報に示される装置が知られている。 Apparatus is known which is shown in 0 JP. この装置は、 This device,
吸気ポートからの吸気で燃焼室内にスワールを生成する一方、吸気ポートとは別に混合気供給ポートを燃焼室内に開口させ、この混合気供給ポートを所定容積をもつ閉空間に連通させるとともに、この閉空間にインジェクタを設け、上記混合気供給ポートをタイミング弁によって排気行程の前半及び吸気行程の後半で開くようにしたものである。 While generating a swirl in the combustion chamber in the intake air from the intake port, a separate mixture supply port and the intake port is opened to the combustion chamber, along with communicating the mixture supply port in a closed space having a predetermined volume, the closed the injector is provided in the space, in which to open the second half of the first half and the intake stroke of the exhaust stroke by the timing valve the mixture supply port. この装置によれば、排気行程後半に混合気供給ポート内に取り込まれた排ガス(加圧ガス)とインジェクタからの燃料とが上記閉空間で混合されて混合気が形成され、この混合気が上記スワールの中心部に供給されて成層化されることにより燃焼性が高められる。 According to this apparatus, the air-fuel mixture gas taken into the mixture supply port in the second half of the exhaust stroke (pressurized gas) and the fuel from the injector is mixed between the closed space is formed, the air-fuel mixture is above is supplied to the central portion of the swirl flammability is increased by being stratified.

【0003】そして、上記公報では、上記混合気成層化による燃焼性向上を利用して、良好な希薄燃焼を実現し、燃費改善を図っている。 [0003] In the above publication, through the use of combustion improvement by the air-fuel mixture stratification, to achieve a good lean combustion, thereby achieving improved fuel economy.

【0004】 [0004]

【発明が解決しようとする課題】上記公報では、希薄燃焼により燃費改善を狙っているが、より一層の燃費節減が要望されている。 In the above publication [0005], although aimed at improving fuel efficiency by lean burn, even more fuel savings are desired.

【0005】また近年は、排ガス中に含まれるNOx量の規制が厳しく、NOx低減が重要な課題となっており、その低減手段としては、排ガス還流(以下、EGR [0005] Recently, strict regulation of the NOx content in the exhaust gas has become NOx reduction an important issue, as its reduction means, exhaust gas recirculation (hereinafter, EGR
と称する)が有効であるが、上記公報のように、燃費を改善するために空燃比を大きくリーン側に設定すると、 When the called) is is effective, as described above publications, is set to increase the lean side air-fuel ratio to improve fuel consumption,
燃焼性が低下するためにEGR率の増加は著しく制限され、十分なNOx低減効果は期待できなくなる。 Increasing the EGR rate to the combustion property decreases significantly restricted, sufficient NOx reduction effect can not be expected.

【0006】本発明は、このような事情に鑑み、燃費を大幅に改善し、かつ、エンジンの失火を避けながら多量のEGRを可能にして排ガス中のNOxを低減できるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。 [0006] The present invention has been made in view of such circumstances, significantly improve fuel economy and to provide an intake system for an engine capable of reducing NOx in exhaust gas by allowing a large amount of EGR while avoiding engine misfire and an object thereof.

【0007】 [0007]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、混合気成層化を行いながらEGRを行い、かつ空燃比をわずかにリーン側の特定範囲に設定することにより、燃費が大幅に改善されることを突き止めた。 The present inventors have SUMMARY OF THE INVENTION As a result of extensive studies to solve the above problems, performs EGR while mixture stratification, and slightly the air-fuel ratio to a specific range of the lean side by setting, we have found that the fuel consumption is greatly improved.

【0008】本発明は、このような研究の結果、なされたものであり、吸気ポートとは別に、加圧エアと燃料との混合により混合気を形成して燃焼室内に供給するための混合気供給ポートを備え、この混合気供給ポートの上記燃焼室内に対する開口期間が吸気行程後半から圧縮行程にかけての期間に設定されたエンジンの吸気装置において、上記吸気ポートをこの吸気ポートからの吸気により燃焼室内にスワールが生成されるように配置し、上記混合気供給ポートを点火プラグ近傍のボア中心部に対して略シリンダ中心線方向に開口させるとともに、上記吸気ポートに排ガスを還流させる排ガス還流手段を備え、 [0008] The present invention is a result of such studies has been made, the air-fuel mixture to be supplied to the combustion chamber to form a mixture by mixing the intake port separately from the compressed air and fuel comprising a supply port, a combustion chamber in the intake system of the engine is set to a period of over the compression stroke opening period from the late intake stroke for the combustion chamber of the mixture supply port, the intake port by the intake from the intake port to place such a swirl is generated, it causes opening substantially cylinder center line direction of the above-mixture supply port for the bore center of the spark plug vicinity, comprising an exhaust gas recirculation means for recirculating the exhaust gas to the intake port ,
少なくとも低負荷運転領域において上記混合気供給による筒内空燃比を16以上20以下に設定し、上記排ガス還流手段による排ガス還流率を20%以上に設定したものである(請求項1)。 Set the cylinder air-fuel ratio by the air-fuel mixture supplied at least a low-load operation region 16 to 20 is obtained by setting the exhaust gas recirculation rate by the exhaust gas recirculation means 20% or more (claim 1).

【0009】この装置において、上記低負荷運転領域よりも高負荷側の高負荷運転領域では上記筒内空燃比を略理論空燃比に設定するようにしてもよい(請求項2)。 [0009] In this device, the low-load than the operating region in the high-load operation region of the high-load side may be set the air-fuel ratio in the cylinder to the stoichiometric air-fuel ratio (Claim 2).

【0010】また、上記装置では、排気通路に三元触媒や理論空燃比に加えてリーン空燃比でもNOx浄化性能をもつ触媒を設けるのが、より好ましい(請求項3〜 Further, in the apparatus, to dispose a catalyst having a NOx purification performance even at a lean air-fuel ratio in addition to the three-way catalyst and the stoichiometric air-fuel ratio in the exhaust passage, and more preferably (claim 3
5)。 5).

【0011】 [0011]

【作用】上記装置によれば、混合気供給ポートからの混合気供給とスワール生成とにより燃焼室内で混合気が良好に成層化されるため、EGR率を20%以上に設定しながらも点火プラグの周囲に十分な量の混合気を確保でき、エンジンの失火を避けながらヘビーEGRでNOx According to the above apparatus, since the air-fuel mixture in the combustion chamber by the mixture supply and swirl from mixture supply port is well stratified, ignition while setting the EGR rate to 20% or more plug NOx in the heavy EGR while the can ensure the air-fuel mixture in an amount sufficient to surroundings, avoid the misfire of the engine
発生を抑えることができる。 It is possible to suppress the occurrence. しかも、このような混合気成層化を少なくとも低負荷運転領域において16〜20 Moreover, at least a low-load operation region such mixture stratification 16-20
の空燃比で行い、かつEGRを同時実行すると、このE The air-fuel ratio is performed in, and when you run concurrently EGR, this E of
GRによりポンピングロスが低減され、また吸気温度が上昇するのに加え、後述のように燃焼が活発化されて熱効率が高くなり、EGRを行わない場合よりも燃費が大幅に向上する。 Pumping loss is reduced by GR, also added to the intake air temperature rises, the thermal efficiency is increased is activated combustion as described below, fuel consumption is greatly improved than the case without the EGR.

【0012】ここで、請求項2記載の装置では、上記低負荷運転領域よりも高負荷側の高負荷運転領域では上記筒内空燃比を略理論空燃比に設定しているので、高トルク要求を満たすことができ、しかも、空燃比を上記16 [0012] Here, in the apparatus according to the second aspect, since the than the low load operation region in a high-load operation region of the high load side is set an air-fuel ratio in the cylinder to the stoichiometric air-fuel ratio, high torque request can meet, moreover, the air-fuel ratio 16
〜20の範囲よりも下げる分、燃焼を緩慢にしてNOx Minute to lower than the range of ~20, NOx in the slow combustion
発生をより抑えることが可能である。 It is possible to further suppress the occurrence.

【0013】請求項3記載の装置では、排気通路に設けられた三元触媒により、エミッションがさらに改善される。 [0013] In apparatus according to the third aspect, by a three-way catalyst provided in an exhaust passage, emissions are further improved. 特に、空燃比16〜20の領域では、HCが大幅に低減される。 In particular, in the region of the air-fuel ratio 16 to 20, HC is greatly reduced.

【0014】さらに、上記三元触媒を請求項2の装置、 Furthermore, apparatus according to claim 2 the three-way catalyst,
すなわち、高負荷運転領域で略理論空燃比とする装置に設ければ(請求項4)、高負荷側では上記HCに加えてCO、及びNOxも大幅に低減させることができ、エミッションはさらに改善される。 That is, by providing a device according to the stoichiometric air-fuel ratio in the high-load operation region (Claim 4), in the high load side in addition to the above HC CO, and NOx can also be greatly reduced, emissions further improved It is.

【0015】また、請求項5記載のように理論空燃比に加えてリーン空燃比でもNOx浄化性能をもつ触媒を用いれば、上記のように空燃比を16〜20に設定しても触媒でさらにNOxを低減させることができる。 Further, by using a catalyst having a NOx purification performance even at a lean air-fuel ratio in addition to the stoichiometric air-fuel ratio as claimed in claim 5, wherein, setting the air-fuel ratio as described above 16-20 further catalyst it is possible to reduce the NOx.

【0016】 [0016]

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。 It will be described based on an embodiment of the embodiment of the present invention with reference to the drawings.

【0017】図1に示すエンジン本体10の各シリンダ内には、ピストン12が昇降可能に収納され、その上方に燃焼室14が形成されている。 [0017] In each cylinder of the engine body 10 shown in FIG. 1, the piston 12 is vertically movably housed, a combustion chamber 14 is formed thereabove. この燃焼室14内には、第1吸気ポート16、第2吸気ポート18、及び2 The combustion chamber 14, the first intake port 16, the second intake port 18, and 2
つの排気ポート20が開口している。 One of the exhaust port 20 is open. 図2に示すように、第1吸気ポート16及び第2吸気ポート18は中心部を境に一方の側(図1,2では左側)に配され、両排気ポート20は他方の側(図1,2では右側)に配されており、ボア略中心部には点火プラグ26が配設されている。 As shown in FIG. 2, the first intake port 16 and the second intake port 18 disposed on one side the boundary of the central portion (in FIG. 2 left), both the exhaust port 20 on the other side (Fig. 1 , are arranged in 2 right), the bore substantially central spark plug 26 is disposed. 両吸気ポート16,18は、それぞれ吸気弁22 The intake ports 16, 18, an intake valve 22
の作動により開閉され、両排気ポート20は、それぞれ排気弁24の作動により開閉されるようになっている。 It is opened and closed by the operation, both the exhaust port 20 is opened and closed by the operation of each exhaust valve 24.

【0018】第1吸気ポート16及び第2吸気ポート1 The first intake port 16 and the second intake port 1
8には、それぞれ第1吸気管28及び第2吸気管30が接続され、両吸気管28,30は共通のサージタンク3 The 8, the first intake pipe 28 and the second intake pipe 30 is connected respectively, the intake pipe 28, 30 a common surge tank 3
2に接続されている。 It is connected to the 2. このサージタンク32上流側の独立吸気管には、エアクリーナー34やスロットル弁36 The independent intake pipe of the surge tank 32 upstream, an air cleaner 34 and the throttle valve 36
が配設されている。 There has been arranged. 上記第2吸気ポート18の途中には、スワールコントロール弁38が設けられ、アクチュエータ40により開閉駆動されるようになっている。 The middle in the second intake port 18, a swirl control valve 38 is provided and adapted to be driven to open and close by an actuator 40. 第1吸気ポート16は、第2吸気ポート18よりも水平に近い方向から燃焼室14に入射しており、上記スワールコントロール弁38が閉じた状態で第1吸気ポート16 The first intake port 16 is incident from a direction close to horizontal than the second intake port 18 into the combustion chamber 14, the first intake port 16 in a state where the swirl control valve 38 is closed
からの吸気により燃焼室14内でのスワール(横スワール)生成が促されるようになっている。 So that the swirl (horizontal swirl) generation prompted in the combustion chamber 14 by the intake from.

【0019】各排気ポート20は、排気マニホールド4 [0019] each of the exhaust port 20, the exhaust manifold 4
1を介して共通排気管42に接続され、この共通排気管42の途中にNOx浄化触媒44が設けられており、このNOx浄化触媒44の上流側にはO 2センサ46が設けられている。 Are connected to a common exhaust pipe 42 via a 1, a NOx purification catalyst 44 is provided on the upstream side of the NOx purifying catalyst 44 O 2 sensor 46 provided in the middle of the common exhaust pipe 42. 上記NOx浄化触媒44には、この実施例では三元触媒が用いられている。 To the NOx purifying catalyst 44 is a three-way catalyst is used in this embodiment.

【0020】上記共通排気管42と、吸気系(図例ではサージタンク32)とは、排ガス還流用のEGR管48 [0020] and the common exhaust pipe 42, and the intake system (surge tank 32 in the illustrated example), EGR pipe 48 for exhaust gas recirculation
を介して接続され、このEGR管48の途中にEGR弁50が設けられている。 Are connected via a, EGR valve 50 is provided in the middle of the EGR pipe 48. このEGR弁50は、ダイヤフラム弁で構成され、その内部が圧力導入管54を介して三方切換弁56の第1ポート、第2ポート、大気開放ポートのうちの第2ポートに接続されるとともに、この三方切換弁56の第1ポートが圧力導入管52を介して上記サージタンク32に接続されている。 The EGR valve 50 is composed of a diaphragm valve, the first port of the three-way valve 56 inside thereof through the pressure introducing pipe 54, the second port is connected to the second port of the air open port, It is connected to the surge tank 32 first port of the three-way valve 56 via the pressure inlet pipe 52. この三方切換弁56は、制御信号を受けて弁切換されるものであり、その第1ポートと第2ポートとが連通された状態では、サージタンク32内の負圧により上記EGR弁50が開かれ、大気ポートと第2ポートとが連通された場合には、 The three-way valve 56, which is a valve switching by receiving a control signal, a first port and in the state in which the second port communicates, the EGR valve 50 by the negative pressure in the surge tank 32 is opened he, if the the air port and the second port communicates with the
EGR弁50が閉じられるように構成されている。 EGR valve 50 is configured to be closed. また、このEGR弁50が開いた時のEGR率(排気還流率)が20%以上となるように、EGR系が構成されている。 Also, as EGR rate when the EGR valve 50 is opened (exhaust gas recirculation rate) is 20% or more, EGR system is constructed.

【0021】さらに、このエンジンの特徴として、吸気ポート16,18とは別の混合気供給ポート57が、上記点火プラグ26近傍のボア中心部に対して略シリンダ中心線方向(図では上下方向)に開口している。 Furthermore, as a feature of this engine, another mixture supply port 57 and the intake ports 16, 18, substantially cylinder center line direction with respect to the bore center of the vicinity of the spark plug 26 (the vertical direction in the drawing) It is open to. この混合気供給ポート57は、閉空間とされ、その内部にインジェクタ60から燃料が噴射されるようになっており、 The mixture supply port 57 is a closed space, and so the fuel is injected from the injector 60 to the inside,
燃焼室14内に対しては混合気供給ポート57がセンター弁58の作動により開閉されるようになっている。 Mixture supply port 57 is opened and closed by the operation of the center valve 58 for the combustion chamber 14.

【0022】図3は、上記吸気弁22及びセンター弁5 [0022] Figure 3, the intake valve 22 and the center valve 5
8のバルブタイミングをそれぞれ破線71及び実線72 8 of the valve timings dashed 71 and solid line 72
で示したものである。 There is shown in. 図示のように、吸気弁22の開弁期間は、ピストン上死点手前からピストン下死点直後までとされ、センター弁58の開弁期間(すなわち混合気供給ポート57の開口期間)は、ピストン下死点の手前(すなわち吸気行程後半)から次のピストン上死点手前(すなわち圧縮行程後半)までとされている。 As shown, the opening period of the intake valve 22 is a piston top dead point before until just after the piston bottom dead center, the valve opening period (i.e. the opening period of the mixture supply port 57) of the center valve 58, the piston It is from before the bottom dead center (i.e. the second half of the intake stroke) to the next piston top dead center before (i.e. the latter half of the compression stroke).

【0023】このエンジンでは、上記O 2センサ46の他、エンジン回転数センサ64、吸気圧センサ66、スロットルセンサ68等の各センサ類が設けられ、これらの検出信号がECU70に入力されるようになっている。 [0023] In this engine, in addition to the O 2 sensor 46, an engine speed sensor 64, the intake pressure sensor 66, the sensors such as the throttle sensor 68 is provided, as the detection signal is input to the ECU70 going on. このECU70は、上記検出信号から把握される運転状態に応じて、次の制御を行うように構成されている。 The ECU70, depending on the operation state grasped from the detection signal, is configured to perform the following control. 特定の運転領域(例えばアイドル運転領域を除く領域)でアクチュエータ40に制御信号を出力し、スワールコントロール弁38を閉弁させる。 It outputs a control signal to the actuator 40 in a specific operation region (eg region excluding the idle operation region), to close the swirl control valve 38. 上記領域で三方切換弁56に制御信号を出力し、EG It outputs a control signal to the three-way valve 56 in the region, EG
R弁50を開弁させる。 The R-valve 50 to be opened. インジェクタ60にパルス信号を出力し、燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する。 Outputs a pulse signal to the injector 60, controls the fuel injection timing and fuel injection amount. 具体的には、センター弁58の開弁の少し手前の時点で燃料噴射を開始させ、O Specifically, the fuel injection is started slightly when the front of the opening of the center valve 58, O
2センサ46の検出信号に基づき、空燃比を各運転領域に対応する目標空燃比に維持するように燃料噴射量をフィードバック制御する。 Based on the detection signal of the second sensor 46, the feedback control of the fuel injection amount so as to maintain the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio corresponding to each operating region. ここで、目標空燃比は、エンジン負荷が一定未満の速低負荷運転領域では18、エンジン負荷が一定以上の高負荷運転領域では略理論空燃比(14.7)に設定されている。 Here, the target air-fuel ratio, the speed low-load operation region than the engine load is constant 18 is set to the stoichiometric air-fuel ratio (14.7) the engine load is above a certain level high-load operation region.

【0024】次に、このエンジンの作用を説明する。 [0024] Next, a description will be given of the operation of this engine.

【0025】まず、上記特定の運転領域で、スワールコントロール弁38が閉弁され、第1吸気ポート16からのみ吸気がなされ、この吸気により燃焼室14内にスワールが生成される。 Firstly, in the specific operating region, the swirl control valve 38 is closed, the intake only from the first intake port 16 is made, swirl is produced in the combustion chamber 14 by the intake. 一方、混合気供給ポート57では、 On the other hand, in the air-fuel mixture supply port 57,
前行程で圧入されたエアにインジェクタ60から燃料が噴射されて混合気が形成され、吸気行程後半でセンター弁58が開弁された当初は、吸気負圧により上記混合気が混合気供給ポート57から燃焼室14内に引出される。 Mixed gas fuel from the injector 60 to the air that is pressed in the previous step are injected form, initially the center valve 58 is opened later intake stroke, the air-fuel mixture by the intake negative pressure mixture supply port 57 It is drawn into the combustion chamber 14 from. その後、圧縮行程に入って燃焼室14内圧力が高まると、その中のエアが逆に混合気供給ポート57内に押し込まれ、センター弁58が閉弁した時点で閉じ込められる。 Thereafter, when the combustion chamber 14 in the pressure contained in the compression stroke is increased, the air therein is pushed into the mixture supply port 57 Conversely, trapped at the center valve 58 is closed. この繰り返しにより、毎サイクルで燃焼室14に対する混合気供給がなされる。 By repeating this, the air-fuel mixture supply to the combustion chamber 14 in each cycle is performed.

【0026】この供給混合気は、この燃焼室14内に生成されたスワール中心部に供給されて成層化され、ボア中心部の点火プラグ26の周囲を取り巻く。 [0026] The feed mixture is supplied to the swirl center generated in the combustion chamber 14 is stratified, surrounding the periphery of the ignition plug 26 of the bore center. このため、 For this reason,
EGR率を20%以上と高く設定しても、良好な燃焼性が確保され、エンジンの失火が防がれる。 Even when the EGR rate is set as high as 20% or more, good combustibility is secured, misfire of the engine is prevented. しかも、低負荷運転領域では、上記のような混合気成層化及びEGR Moreover, in the low-load operating region, the air-fuel mixture stratification and EGR as described above
が空燃比18で同時実行されることにより、後の実験データでも示されるように、燃焼が活発化されて熱効率が高くなり、EGRを行わない場合よりも燃費が大幅に向上する。 There by being executed simultaneously by the air-fuel ratio 18, as also shown by the experimental data after combustion becomes higher activation has been thermal efficiency, fuel economy is greatly improved than the case without the EGR. また、空燃比18ではNOx浄化触媒44である三元触媒のHC浄化性能が高く、ここでもエミッションは改善される。 Further, HC purification performance of the three-way catalyst is a NOx purification catalyst 44 in the air-fuel ratio 18 is high, emission here is improved.

【0027】これに対し、運転状態が高負荷運転領域に移行すると、目標空燃比が略理論空燃比に切換えられるため、高トルク要求を満たすことができ、また、空燃比を上記16〜20の範囲よりも下げる分、燃焼を緩慢にしてNOx発生をより抑えることが可能になる。 [0027] In contrast, when the operating condition shifts to the high load operation region, since the target air-fuel ratio is switched to the stoichiometric air-fuel ratio, it is possible to satisfy the high torque request, also the air-fuel ratio of the 16 to 20 range lower than the partial, it is possible to further suppress NOx generation in the slow combustion. しかも、上記三元触媒ではHC、CO、及びNOxの全ての浄化性能が高く、エミッションはさらに改善される。 Moreover, in the three-way catalyst HC, CO, and high all purification performance of NOx, emissions are further improved.

【0028】*実験データ 本発明者等は、EGRと、混合気供給ポート57を用いた混合気成層化とを同時実行した時のエンジン特性を調べるべく、種々の実験を行った。 [0028] * The experimental data present inventors have and EGR, to examine the engine characteristics when the air-fuel mixture stratification using a mixed gas supply ports 57 are simultaneously performed, various experiments. その結果を図4〜図7 FIGS. 4 to the results 7
に示す。 To show. 各図の示す内容は次の通りである。 Contents indicated by the figures are as follows. 図4:理論空燃比(14.7)でEGRを行った場合、リーン空燃比(18.0)でEGRを行った場合、及びEGRをせずに希薄燃焼を行った場合の筒内指圧及び熱発生率との関係。 Figure 4: when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio (14.7), when performing EGR at a lean air-fuel ratio (18.0), and the in-cylinder acupressure and heat generation rate in the case of performing lean combustion without EGR and connection of. 図5:理論空燃比でEGRを行った場合、空燃比18.0でEGRを行った場合、及び空燃比20.0でEGRを行った場合のEGR率と燃料消費量との関係。 Figure 5: when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR air-fuel ratio 18.0, and the relationship between the EGR rate and the fuel consumption in the case of performing EGR air-fuel ratio 20.0. 図6:理論空燃比でEGRを行った場合、リーン空燃比でEGRを行った場合、及びEGRをせずに希薄燃焼を行った場合のマニホールドゲージ圧(吸気負圧)と熱効率との関係。 Figure 6: the theoretical air-fuel ratio when performing EGR, the case of performing EGR at a lean air-fuel ratio, and manifold gauge pressure (intake negative pressure) and the relationship between the thermal efficiency in the case of performing lean combustion without EGR. 図7:理論空燃比でEGRを行った場合、リーン空燃比でEGRを行った場合、及び理論空燃比でEGRを行わなかった場合の正味平均有効圧力(エンジン負荷に相当)と燃料消費量との関係。 Figure 7: when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR at a lean air-fuel ratio, and (corresponding to the engine load) net mean effective pressure when not subjected to EGR at the stoichiometric air-fuel ratio and fuel consumption and connection of.

【0029】図4に示すように、最大燃焼圧力は、理論空燃比でEGRを行った場合、及びEGR無しで希薄燃焼を行った場合よりも、空燃比18.0でEGRを行った場合(本実施例での低負荷運転)の方が高く、熱発生率は、理論空燃比でEGRを行った場合よりも、EGR無しで希薄燃焼を行った場合及び空燃比18.0でEGRを行った場合(本実施例での低負荷運転)の方が高い。 As shown in FIG. 4, the maximum combustion pressure, in the case of performing the EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, and than when performing lean combustion without EGR, when performing EGR air-fuel ratio 18.0 (present low-load operation) higher in the example, the heat generation rate, than when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR in case and the air-fuel ratio 18.0 was lean combustion without EGR (the higher for the low-load operation) in example. よって、本実施例の低負荷運転領域での燃焼は、他の燃焼に比べて熱発生が著しく、活発な燃焼であると言える。 Thus, combustion in the low load operation region of this embodiment, heat generation compared to other combustion significantly, it said to be active combustion.

【0030】このため、図5に示されるように、本実施例の低負荷運転領域での燃焼は、理論空燃比でEGRを行った場合よりも燃費がはるかに良くなり、図6に示すように、熱効率も大幅に高くなる。 [0030] Therefore, as shown in FIG. 5, the combustion in the low load operation region in the present embodiment, fuel consumption is much better than when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, as shown in FIG. 6 to, thermal efficiency is also significantly higher. このように、EGR In this way, EGR
を行わない希薄燃焼よりも熱効率が良くなるのは、吸気系へ還流される排ガスが新気よりも高温であるため、燃料の気化・霧化が促進されることに起因すると考えられる。 The thermal efficiency is better than lean combustion is not performed, since the exhaust gas recirculated to the intake system is higher than the fresh air, vaporization and atomization of fuel is believed to be due to being promoted.

【0031】しかも、図7の上段及び中段に示すように、EGR率が20%以上の領域では、NOx発生量を十分に抑制でき、しかも、同図下段に示されるように、 [0031] Moreover, as shown in the upper and middle part of FIG. 7, the EGR rate is 20% or more of the regions, the NOx generation amount can be sufficiently suppressed, moreover, as shown in the drawing lower,
EGRを行わずに理論空燃比で運転を行った場合よりも燃費を改善することが可能となっている。 It is possible to improve the fuel efficiency than the case of performing the operation at the stoichiometric air-fuel ratio without EGR. これは、上記の熱効率向上と、ポンピングロスの低減とに起因するものと考えられる。 This is considered due to the heat efficiency of the reduction of pumping loss.

【0032】なお、図5及び図7の下段に示されるように、空燃比を20.0にした場合、空燃比が18.0の場合よりも燃費は若干劣るが、理論空燃比の場合に比べれば燃費は十分改善されている。 [0032] Incidentally, as shown in the lower part of FIG. 5 and FIG. 7, when the air-fuel ratio to 20.0, but fuel economy slightly inferior than when the air-fuel ratio is 18.0, the fuel consumption compared to the case of the stoichiometric air-fuel ratio It has been well improved. 従って、18を中心とする16 Therefore, the center 18 16
〜20の範囲で空燃比を設定すれば、燃費の大幅節減が期待できる。 By setting the air-fuel ratio in the range of 20, significant savings in fuel consumption can be expected.

【0033】なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、例として次のような態様をとることも可能である。 [0033] The present invention is not limited to the above embodiments, it is also possible to take the following aspects as an example.

【0034】(1) 上記実施例では、NOx浄化触媒44 [0034] (1) In the above embodiment, NOx purification catalyst 44
として三元触媒を用いているが、これに代え、理論空燃比だけでなくリーン空燃比でもNOx浄化性能をもつ触媒を用いれば、低負荷運転領域でもNOx発生量を十分に抑制できる利点がある。 Although using a three-way catalyst as, instead of this, by using the catalyst having the NOx purification performance even at a lean air-fuel ratio not only the stoichiometric air-fuel ratio, an advantage of adequately suppressing the NOx generation amount at the low-load operation zone .

【0035】(2) 本発明における混合気供給ポートは、 [0035] (2) mixture supply port in the present invention,
加圧エアと燃料とを混合して混合気を形成した上で燃焼室内に供給するものであれば良く、上記のような閉空間をもつものの他、エアポンプ等でエアを加圧して燃焼室内に圧入するものでもよい。 As long as it supplies into the combustion chamber on the formation of the air-fuel mixture by mixing the pressurized air and fuel well, others with a closed space as described above, the air in the air pump or the like pressurized in the combustion chamber it may be intended to press-fit.

【0036】(3) 本発明において、混合気成層化とEG [0036] (3) In the present invention, the air-fuel mixture stratification and EG
Rとを同時実行する運転領域は、自由に定めればよい。 Operating range for concurrency and R may be determined freely.
また、空燃比を16〜20とする領域も、少なくとも低負荷運転領域を含んでいればよく、高負荷運転領域でのトルク要求があまり高くないエンジンでは、全運転領域を通じて空燃比を16〜20の範囲に設定するようにしてもよい。 Also, the area of ​​the air-fuel ratio and 16 to 20, it is sufficient at least low-load operation region, the engine torque demand in the high-load operation region is not so high, the air-fuel ratio throughout the operating range 16 to 20 it may be set in the range of.

【0037】(4) 本発明において、吸気ポート及び排気ポートの数は特に問わず、自由に設定すればよい。 [0037] (4) In the present invention, the number of intake and exhaust ports are particularly limited not, may be set freely.

【0038】 [0038]

【発明の効果】以上のように本発明は、混合気供給ポートの使用とスワール生成とにより混合気を成層化するとともに、少なくとも低負荷運転領域において上記混合気供給による筒内空燃比を16〜20に設定し、20%以上のEGR率でEGRを行うようにしたものであるので、従来のようにEGRをせずに希薄燃焼を行う場合や、理論空燃比でEGRを行う場合よりも燃費を大幅に改善でき、しかも、エンジンの失火を避けながらの高いEGR率の設定によりNOx発生量を低減させることができる効果がある。 The present invention as described above, according to the present invention, together with stratified air-fuel mixture using a swirler and by the mixture supply port, the cylinder air-fuel ratio by the air-fuel mixture supplied at least a low-load operation zone 16 set at 20, since those were to perform EGR at the EGR rate of 20% or more, or when performing lean combustion without EGR as in the prior art, fuel consumption than the case of performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio the greatly improved, moreover, there is an effect that it is possible to reduce the NOx generation amount by the setting of high EGR rate while avoiding a misfire of the engine.

【0039】ここで、請求項2記載の装置では、上記低負荷運転領域よりも高負荷側の高負荷運転領域で上記筒内空燃比を略理論空燃比に設定しているので、高トルク要求を満たすことができ、また、16〜20の空燃比に比べてNOx発生をより抑えることができる効果がある。 [0039] Here, in the apparatus according to the second aspect, since the set to be substantially the stoichiometric air-fuel ratio of the in-cylinder air-fuel ratio in the high load operation region of the high-load side than the low-load operation region, the high torque request you can meet, also, an effect can be suppressed more NOx emissions than the air-fuel ratio of 16 to 20.

【0040】請求項3記載の装置では、排気通路に設けられた三元触媒により、エミッションの改善、特に、空燃比16〜20の領域でHCを大幅に低減させることができる効果がある。 [0040] In apparatus according to the third aspect, by a three-way catalyst provided in an exhaust passage, the improvement of emission, in particular, there is an effect that it is possible to significantly reduce the HC in the region of the air-fuel ratio 16-20.

【0041】さらに、上記三元触媒を請求項2の装置、 [0041] Additionally, apparatus according to claim 2 the three-way catalyst,
すなわち、高負荷運転領域で略理論空燃比とする装置に設けたものによれば(請求項4)、高負荷側では上記H That is, according to that provided in the apparatus according to the stoichiometric air-fuel ratio in the high-load operation region (claim 4), the H in the high load side
Cに加え、CO、及びNOxも大幅に低減させることができ、エミッションをさらに改善できる効果がある。 In addition to C, CO, and NOx can also be greatly reduced, there is an effect of further improving the emission.

【0042】また、請求項5記載のように排気通路に理論空燃比に加えてリーン空燃比でもNOx浄化性能をもつ触媒を設ければ、上記のように空燃比を16〜20に設定しても触媒でさらにNOxを低減させることができる効果がある。 Further, by providing the catalyst with NOx purification performance even at a lean air-fuel ratio in addition to the stoichiometric air-fuel ratio in the exhaust passage as claimed in claim 5, wherein, by setting the air-fuel ratio as described above 16-20 there is an effect that can also be reduced further NOx in the catalyst.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施例におけるエンジンの全体構成図である。 1 is an overall configuration diagram of an engine in one embodiment of the present invention.

【図2】上記エンジンにおける各ポートの配置を示す模式平面図である。 2 is a schematic plan view showing the arrangement of the ports in the engine.

【図3】上記エンジンにおける吸気弁及びセンター弁のバルブタイミングを示す図である。 3 is a diagram showing the valve timing of the intake valve and the center valve in the engine.

【図4】上記エンジンにおいて、理論空燃比でEGRを行った場合、リーン空燃比でEGRを行った場合、及びEGRをせずに希薄燃焼を行った場合の筒内指圧及び熱発生率を示すグラフである。 [4] In the engine, indicating when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR at a lean air-fuel ratio, and a cylinder acupressure and heat generation rate in the case of performing lean combustion without EGR it is a graph.

【図5】上記エンジンにおいて、理論空燃比でEGRを行った場合、空燃比18.0でEGRを行った場合、及び空燃比20.0でEGRを行った場合のEGR率と燃料消費量との関係を示すグラフである。 [5] In the engine, indicating when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR air-fuel ratio 18.0, and the relationship between the EGR rate and fuel consumption in the case of performing EGR air-fuel ratio 20.0 it is a graph.

【図6】上記エンジンにおいて、理論空燃比でEGRを行った場合、リーン空燃比でEGRを行った場合、及びEGRをせずに希薄燃焼を行った場合のマニホールドゲージ圧(吸気負圧)と熱効率との関係を示すグラフである。 In Figure 6 the engine, when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR at a lean air-fuel ratio, and manifold gauge pressure in the case of performing lean combustion without EGR and (intake negative pressure) it is a graph showing a relationship between a heat efficiency.

【図7】上記エンジンにおいて、理論空燃比でEGRを行った場合、リーン空燃比でEGRを行った場合、及び理論空燃比でEGRを行わなかった場合の正味平均有効圧力と燃料消費量との関係を示すグラフである。 In [7] the engine, when performing EGR at the stoichiometric air-fuel ratio, when performing EGR at a lean air-fuel ratio, and the net mean effective pressure and the fuel consumption of If you did not EGR at the stoichiometric air-fuel ratio is a graph showing the relationship.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 エンジン本体 14 燃焼室 16,18 吸気ポート 22 吸気弁 38 スワールコントロール弁 42 共通排気管 44 NOx浄化触媒 46 O 2センサ 48 EGR管 50 EGR弁 57 混合気供給ポート 58 センター弁 60 インジェクタ 70 ECU 10 engine body 14 combustion chamber 16, 18 intake port 22 intake valve 38 swirl control valve 42 common exhaust pipe 44 NOx purification catalyst 46 O 2 sensor 48 EGR pipe 50 EGR valve 57 mixture supply port 58 center valve 60 injector 70 ECU

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 6識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 41/04 305 E 43/00 301 E N 45/00 301 F F02M 25/07 550 D 61/14 320 A 69/04 P ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 6 in identification symbol Agency Docket No. FI art display portion F02D 41/04 305 E 43/00 301 E N 45/00 301 F F02M 25/07 550 D 61 / 14 320 A 69/04 P

Claims (5)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 吸気ポートとは別に、加圧エアと燃料との混合により混合気を形成して燃焼室内に供給するための混合気供給ポートを備え、この混合気供給ポートの上記燃焼室内に対する開口期間が吸気行程後半から圧縮行程にかけての期間に設定されたエンジンの吸気装置において、上記吸気ポートをこの吸気ポートからの吸気により燃焼室内にスワールが生成されるように配置し、上記混合気供給ポートを点火プラグ近傍のボア中心部に対して略シリンダ中心線方向に開口させるとともに、上記吸気ポートに排ガスを還流させる排ガス還流手段を備え、 1. A separately from the intake port, comprising a mixture supply port for supplying the combustion chamber to form a mixture by mixing with pressurized air and fuel, to said combustion chamber of the mixture supply port in the intake system of the opening period is set to a period of over the compression stroke from the latter half intake stroke engine, and arranged so that a swirl is generated in the combustion chamber by the intake from the intake port to the intake port, the mixture supply together is opened in a substantially cylinder center line direction a port to the bore center of the spark plug vicinity, comprising an exhaust gas recirculation means for recirculating the exhaust gas to the intake port,
    少なくとも低負荷運転領域において上記混合気供給による筒内空燃比を16以上20以下に設定し、上記排ガス還流手段による排ガス還流率を20%以上に設定したことを特徴とするエンジンの吸気装置。 At least in the low load operating region set the cylinder air-fuel ratio by the air-fuel mixture supplied to the 16 to 20, an intake device for an engine is characterized in that setting the exhaust gas recirculation rate by the exhaust gas recirculation means 20% or more.
  2. 【請求項2】 請求項1記載のエンジンの吸気装置において、上記低負荷運転領域よりも高負荷側の高負荷運転領域では上記筒内空燃比を略理論空燃比に設定したことを特徴とするエンジンの吸気装置。 In the intake apparatus as claimed in claim 1, according to claim 1, wherein the engine, than the low-load operation region in a high-load operation region of the high load side is characterized in that setting the air-fuel ratio in the cylinder to the stoichiometric air-fuel ratio intake system of the engine.
  3. 【請求項3】 請求項1記載のエンジンの吸気装置において、排気通路に三元触媒を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。 3. The intake apparatus according to claim 1, wherein the engine intake system of the engine, characterized in that a three-way catalyst in an exhaust passage.
  4. 【請求項4】 請求項2記載のエンジンの吸気装置において、排気通路に三元触媒を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。 4. The intake apparatus according to claim 2, wherein the engine intake system of the engine, characterized in that a three-way catalyst in an exhaust passage.
  5. 【請求項5】 請求項1または2記載のエンジンの吸気装置において、排気通路に理論空燃比に加えてリーン空燃比でもNOx浄化性能をもつ触媒を設けたことを特徴とするエンジンの吸気装置。 5. The intake apparatus according to claim 1 or 2, wherein the engine intake system of the engine, characterized in that a catalyst having the NOx purification performance even at a lean air-fuel ratio in addition to the stoichiometric air-fuel ratio in the exhaust passage.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1997020619A1 (en) * 1995-12-06 1997-06-12 Ict Co., Ltd. Method of controlling emission from gasoline engine
CN101324201B (en) 2007-06-15 2011-12-14 奇瑞汽车股份有限公司 A secondary injection homogeneous charge compression ignition method
US9404406B2 (en) 1995-12-06 2016-08-02 Umicore Shokubai Japan Co., Ltd. Catalyst for use in a process for purifying exhaust gas from gasoline engines of a fuel-direct-injection type

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