JPH0968110A

JPH0968110A - 排気還流装置付ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JPH0968110A
Application number: JP7259170A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kitasei; 琢也北清; Taizo Shimada; 泰三嶋田; Teruyasu Tanaka; 輝康田中
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスと新気との分離を確実にして、Ｎ
Ｏ_ｘの一層の低減、オイルの劣化抑制を達成すると共
に、ＥＧＲに起因する体積効率の低下及び燃焼温度の上
昇を効果的に抑制し得る排気還流装置付ディーゼルエン
ジンを提供する。【解決手段】吸気２弁のディーゼルエンジンにおい
て、前方吸気ポートをヘリカルポートとすると共に、後
方吸気ポートをタンジェンシャルポートとする。独立の
ＥＧＲポートを、前方及び後方吸気ポートのシリンダ側
開口の中心を結ぶ線上、又はその近傍に開口させること
により、吸気の衝突による下降流を利用してＥＧＲガス
をシリンダ中心寄りに分離流入させ、新気はシリンダ内
壁面に沿い旋回させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気還流装置付デ
ィーゼルエンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両用ディーゼルエンジンの排出ガス中
のＮＯ_ｘを低減するために、エンジンの排気ガスの一部
を吸気に混合してシリンダ内に還流させ、燃焼を抑制す
るようにした排気還流装置付ディーゼルエンジンが、例
えば、実公平３−３２７７１号公報に開示されている。
上記既提案の排気還流装置付ディーゼルエンジンは、第
１の吸気弁によってシリンダ内の燃焼室との連通を制御
される流通抵抗が小さいタンジェンシャル吸気ポート
と、第２の吸気弁によってシリンダ内の燃焼室との連通
を制御されるヘリカル吸気ポートとを具え、同エンジン
の排気ガスの一部を、上記ヘリカル吸気ポートに吸気を
供給する吸気分岐管に供給して、新気と排気ガスとの混
合ガスを上記ヘリカル吸気ポートからシリンダ内に還流
するように構成されている。

【０００３】上記既提案の構成は、還流排気ガスと新気
との混合ガスをヘリカル吸気ポートからシリンダ内に流
出させ、この流出混合ガスの外周に、タンジェンシャル
吸気ポートからシリンダ内に導入された新気のみからな
る優勢な吸気流を流すことによって、混合ガスがシリン
ダ内壁面に接することを防止し、排気ガスに含まれてい
る硫化物や炭化物が、シリンダ内壁面に付着しているオ
イルに混入することによってオイルが早期に劣化するこ
とを防止することと、エンジンの低速運転時に、ヘリカ
ル吸気ポートからの小さいが強いスワールによって新気
と還流排気ガスとの混合を良くして燃料の燃焼温度の上
昇を抑止してＮＯ_ｘの発生を抑制すると共に、燃えにく
い吸気と排気ガスと燃料との混合ガスの燃焼を、タンジ
ェンシャル吸気ポートから流入してシリンダ内壁面に沿
って流れる優勢な新気のスワールによって促進し、さら
に、エンジンの高速運転時は、高い噴射圧力をもって噴
射され、シリンダ内壁面まで到達する燃料を、主として
流通抵抗が小さい上記タンジェンシャル吸気ポートから
シリンダ内に流入した多量の新気と混合させて効果的に
燃焼させ、出力等のエンジン性能を確保しようと意図し
たものである。

【０００４】しかしながら、上記既提案の構成では、シ
リンダの内壁面に近接して配置されているヘリカル吸気
ポートの全周から、新気と還流排気ガスとの混合ガスが
シリンダ内に流出するので、相当量の還流排気ガスがシ
リンダ内壁面に接することを免れず、シリンダ内壁面に
付着しているオイルが硫化物や炭化物によって比較的早
期に劣化する欠点がある。また、新気に還流排気ガスが
混合されて上記ヘリカル吸気ポートからシリンダ内に供
給されるので、体積効率の低下によるエンジン性能の劣
化、及び燃焼温度の上昇に基づくＮＯ_ｘ低減効果の減
少、を免れない不具合がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、ＮＯ_ｘ低減のためにシリンダ内
に還流される排気ガスを、上記既提案の構成よりさらに
確実にシリンダ内壁面から離隔したシリンダ中心線寄り
の内側部分に分布させて、排気ガスに含まれている硫化
物や炭化物の混入によるオイルの早期劣化を効果的に防
止すると共に、還流排気ガスと吸入される新気とを分離
してシリンダ内に供給することによって、体積効率を増
大してエンジン性能の向上を達成し、さらに燃焼温度の
上昇を抑制してＮＯ_ｘ低減効果の向上を図ることができ
る排気還流装置付ディーゼルエンジンを提供すること
を、主たる目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、シリンダ側の開口部に渦室を有するヘリ
カルポートからなりシリンダ内壁面に沿う方向を指向し
て同シリンダ内に吸気を流入させる前方吸気ポートと、
シリンダ側の開口部に渦室を有しないタンジェンシャル
ポートからなりシリンダ内壁面に沿う方向を指向して同
シリンダ内に吸気を流入させる後方吸気ポートと、上記
前方吸気ポート及び後方吸気ポート双方の隣接領域にお
いてシリンダ内に排気ガスを流入させる排気還流ポート
とを具備していることを特徴とする排気還流装置付ディ
ーゼルエンジンを提案するものである。

【０００７】本発明においては、上記前方吸気ポート及
び後方吸気ポートからシリンダ内に流入する吸気流の方
向が、シリンダ軸線に直角な投影面内において、シリン
ダ中心と上記前方吸気ポートのシリンダ側開口部の中心
とを結ぶ半径線、及びシリンダ中心と上記後方吸気ポー
トのシリンダ側開口部の中心とを結ぶ半径線に対して、
夫々略９０度の角度をなしていることが好ましく、ま
た、上記排気還流ポートのシリンダ側開口部が、シリン
ダ軸線に直交する投影面内において、上記前方及び後方
吸気ポートのシリンダ側開口部の中心を結ぶ線上に略位
置するように配設されることが好ましい。さらに、上記
排気還流ポートのシリンダ側開口部が、上記前方及び後
方吸気ポートの少くとも一方のシリンダ側開口部内に配
設されることが好ましく、また上記排気還流ポートのシ
リンダ側開口部が、吸気弁により開閉されるように構成
されることが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態
を添付図面について具体的に説明する。先ず、図１ない
し図６に示した第１の実施形態において、図中符号１０
はトラック等の車両用ディーゼルエンジンを総括的に示
し、同エンジン１０はその内部に複数のシリンダ１２を
具えたクランクケース１４を有する。シリンダ１２内に
ピストン１６が摺動自在に嵌装され、同ピストン１６の
頂部には、適宜形状（図示の場合は、トロイダル型であ
る）の燃焼室キャビティ１８が凹設されている。

【０００９】クランクケース１４上にシリンダヘッド２
０が、ヘッドガスケット２２を介して装架され、同シリ
ンダヘッド２０内には、各シリンダ１２に、夫々２個の
吸気ポート２４及び２６が設けられ、同吸気ポート２４
及び２６のシリンダ１２側の開口２４ａ及び２６ａは、
吸気弁２８及び３０によって夫々開閉される。図１にお
いて、矢印Ｆで示したエンジン１０前方の吸気ポート２
４（以下前方吸気ポートという）は、そのシリンダ側開
口部に渦室３２を設けたヘリカルポートとして形成さ
れ、一方、エンジン１０後方の吸気ポート２６（以下後
方吸気ポートという）は、そのシリンダ側開口部に渦室
を有しないタンジェンシャルポートとして形成されてい
る。

【００１０】上記シリンダヘッド２０内には、各シリン
ダ１２に夫々１個の排気還流用ポート（以下ＥＧＲポー
トという）３４が設けられ、同ＥＧＲポート３４のシリ
ンダ側開口部３４ａは、図２及び図５に良く示されてい
るように、後方吸気ポートの開口部２６ａに装着された
弁シート３６内に配設されている。上記弁シート３６に
は、後方吸気ポート２６内を流れる吸気と、ＥＧＲポー
ト３４内を流れる還流排気ガスとを区分するための仕切
壁３８が設けられている。

【００１１】図２に良く示されているように、上記ＥＧ
Ｒポート３４の開口部３４ａは、吸気弁３０が弁シート
３６に着座して、後方吸気ポート２６の開口部２６ａを
閉止しているとき、弁傘部の円錐状外周面によって同時
に閉止されるように設けられている。また、図１に概念
的に示されているように、各シリンダ１２には、夫々１
個以上（図示の場合は２個）の排気ポート４０が設けら
れ、各排気ポート４０のシリンダ側開口部４０ａは夫々
排気弁（図示せず）によって開閉される。なお、図１に
一点鎖線で示したようにシリンダ１２の中心部分に臨む
シリンダヘッド２０内に燃料噴射弁４２が配置される。
また、図示した排気ポート４０及び協働する排気弁の配
置は、本発明とは直接関係がなく、単に参考までに図示
したものである。

【００１２】図１に示されているように、シリンダ１２
の軸線をＯ_ｃとし、前方吸気ポート２４のシリンダ側の
開口２４ａの中心をＯ_ｆとしたとき、シリンダ軸線に直
投影面内において、同吸気ポート２４からシリンダ１２
に流入する直前、換言すれば渦室３２に流入する吸気流
の方向Ｓ_ｆが、図示のように線Ｏ_ｃ−Ｏ_ｆに対して直角
又は略直角になるように、吸気ポート２４が配置されて
いる。また、後方吸気ポート２６のシリンダ側の開口２
６ａの中心をＯ_ｒとしたとき、上記シリンダ軸線に直交
する投影面内において、同吸気ポート２６からシリンダ
１２に流入する吸気流の方向Ｓ_ｒが、線Ｏ_ｃ−Ｏ_ｒに対
して直角又は略直角になるように、吸気ポート２６が配
置されている。さらに、上記ＥＧＲポート３４のシリン
ダ側の開口３４ａは、図示のように、線Ｏ_ｆ−Ｏ_ｒの線
上、又はその近傍に配置されている。

【００１３】図３の斜視図及び図４の吸気流動態様を示
した模式図に良く示されているように、吸気行程におい
て吸気弁２８及び３０が開かれると、ヘリカルポートと
して形成されている前方吸気ポート２４からは、渦室３
２により旋回運動を与えられた吸気が、吸気弁２８の弁
傘部の全周から旋回しながらシリンダ１２内に流入す
る。これと同時に、タンジェンシャルポートとして形成
されている後方吸気ポート２６の開口２６ａからは、吸
気弁３０の弁傘部に沿って、前方吸気ポート２４側に向
う主流（図４中に太い矢印で示す）に大部分の吸気が流
れ、前方吸気ポート２４に対し遠い側には小量の吸気
（図４に細い矢印で示す）しか流れない。

【００１４】このため、図４の模式図に良く示されてい
るように、前方吸気ポート２４から流入した吸気と、後
方吸気ポート２６から流入した吸気が、両吸気ポート２
４及び２６の中間部分、即ち相互に隣接する領域（同図
中に鎖線の楕円ｘで示した領域）で、白抜きの矢印Ｙで
示されているように、シリンダ軸線方向下向きの下降流
が生成する。一方、前方吸気ポート２４から吸気弁２８
の開弁によってシリンダ１２内に流入した吸気の主流
は、図３に白抜きの矢印Ｚ_ｆで示されているように、シ
リンダ内壁面に沿って旋回しながら流れ、また後方吸気
ポート２６から吸気弁３０の開弁によってシリンダ１２
内に流入した吸気の主流は、同じく図３に白抜きの矢印
Ｚ_ｒで示されているように、シリンダ内壁面に沿って旋
回しながら流れる。

【００１５】従って、上記吸気下降流が最も強い前方吸
気ポートの開口２４ａと後方吸気ポート２６の開口２６
ａの中心を結ぶ線Ｏ_ｆ−Ｏ_ｒ上に、ＥＧＲポート３４の
開口３４ａを配置することによって、還流排気ガスが、
シリンダ１２の内壁面から遠いシリンダ軸線寄りの部分
で、上記前方及び後方吸気ポート２６から流入し、シリ
ンダ内壁面に沿って流れる吸気の主流Ｚ_ｆ及びＺ_ｒに囲
まれた状態で略下向きにシリンダ１２内に流入させるこ
とができる。なお、技術上良く知られているように、上
記ＥＧＲポート３４に供給される排気ガスは、エンジン
の排気マニホールド（図示せず）等排気管から適宜の供
給導管を介してＥＧＲポート３４に導くこともできる
し、またシリンダヘッド２０内の排気ポート４０から排
気ガスを抽出してＥＧＲポート３４に導くこともでき
る。

【００１６】図６は、上記本発明の構成において、シリ
ンダ１２の軸線Ｏ_ｃに直交する投影面内における吸気の
流速分布を矢印で示したもので、これにより吸気の旋回
速度が、シリンダ中心側よりシリンダ内壁面近くで著し
く大きいことが明らかである。また、図７は、シリンダ
１２の軸線Ｏ_ｃを含む平面内での吸気の速度分布を矢印
で示したもので、上記ヘリカルポートからなる前方吸気
ポート２４とタンジェンシャルポートからなる後方吸気
ポート２６との組み合わせによって、シリンダ１２の軸
線Ｏ_ｃ寄りの部分で著しい下降流が生起していること
が、明らかである。

【００１７】上記構成によれば、吸気行程においてシリ
ンダ１２の内壁面から離隔したシリンダ中心寄りに層状
をなして流入した還流排気ガスは、続く圧縮行程及び燃
焼行程の初期にも、略そのままの状態でシリンダ内に存
在するので、圧縮上死点付近で燃料噴射弁４２から燃料
が噴射されたとき、噴霧の根元部分への新気の取り込み
が抑制されて燃焼が緩和され、ＮＯ_ｘの発生を効果的に
低減し得る利点がある。

【００１８】また、上記燃料噴射弁４２から噴射されシ
リンダ内壁面付近に到達する燃料噴霧の先端部分では、
燃焼を抑制する還流排気ガスが殆んど存在せず、新気の
みが有効に取り込まれるので、円滑な燃焼が行なわれ、
スモークや硫化物、炭化物等のパティキュレートの生成
が効果的に低減する利点がある。また、上述したように
還流排気ガスがシリンダ内壁面から遠いシリンダ中心寄
りの部分に効果的に分離して層状に供給され、シリンダ
内壁面に膜状をなして存在するオイルとの接触が少ない
ので、排気ガス中の硫化物や炭化物がオイル内に混入す
ることが防止され、オイルの早期劣化が有効に抑止され
る利点がある。

【００１９】また、新気と還流排気ガスとが、夫々独立
の通路を介してシリンダ１２に供給されるので、体積効
率の低下を抑制し、エンジンの出力、燃費を向上するこ
とができ、また排気ガスの還流に起因する燃焼温度の上
昇が最少限に抑止されるので、最小の排気還流率で略最
大のＮＯ_ｘ低減効果が得られる利点がある。なお、例示
した実施形態では、吸気弁３０が閉じている吸気行程以
外の行程で、同吸気弁３０によってＥＧＲポート３４の
開口３４ａが閉止され、吸気と排気ガスとの接触、混合
が禁止されているので、上記体積効率の低下抑制、燃焼
温度の上昇抑制の効果が一層大きい利点がある。

【００２０】なお、上記説明から明らかなように、上記
ＥＧＲポート３４のシリンダ側の開口３４ａは、前方吸
気ポートの開口２４ａの中心Ｏ_ｆと、後方吸気ポートの
開口２６ａの中心Ｏ_ｒとを結ぶ線Ｏ_ｆ−Ｏ_ｒ上にあるこ
とが最も好ましいが、上記Ｏ_ｆ−Ｏ_ｒ線を多少外れても
両吸気ポートの開口２４ａ及び２６ａの双方に隣接する
部分、即ち図４の模式図に示した下降流Ｙが十分に強い
領域に開口３４ａを配置しても、なお十分な効果又は利
点が得られる。

【００２１】次に、図８に示した本発明の第２の実施形
態では、後方吸気ポート２６側だけでなく、前方吸気ポ
ート２４側にも、第２のＥＧＲポート４４を設け、同第
２ＥＧＲポート４４のシリンダ側の開口４４ａを、図５
と同様に前方吸気ポート開口２４ａの弁シート内に開口
させ、吸気弁２８の閉止により、その弁傘部によって閉
止するように構成したものである。上記第１の実施形態
と同様に、第２ＥＧＲポート４４の開口４４ａは、前方
及び後方吸気ポートのシリンダ側開口２４ａ及び２６ｂ
の中心Ｏ_ｆ及びＯ_ｒを結ぶ線Ｏ_ｆ−Ｏ_ｒ上に位置するこ
とが最も好ましいが、両開口２４ａ及び２６ａの隣接領
域に配置されても良く、上記第１実施形態と実質的に同
様の作用及び効果を収め得ることは、明らかである。

【００２２】なお、本発明の変形実施形態として、図８
における後方吸気ポート２６側のＥＧＲポート３４を省
き、前方吸気ポート２４側にのみＥＧＲポート４４を設
けても良い。また、上記ＥＧＲポート３４及び４４のシ
リンダ側開口３４ａ及び４４ａを、吸気弁３０及び２８
の弁傘部により開閉する代りに、ＥＧＲポート３４，４
４の内部、或いはエンジン１０の排気ガスをＥＧＲポー
トに導く導管或いは通路内に、独立した開閉弁を設けて
も良い。

【００２３】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気還流装
置付ディーゼルエンジンは、シリンダ側の開口部に渦室
を有するヘリカルポートからなりシリンダ内壁面に沿う
方向を指向して同シリンダ内に吸気を流入させる前方吸
気ポートと、シリンダ側の開口部に渦室を有しないタン
ジェンシャルポートからなりシリンダ内壁面に沿う方向
を指向して同シリンダ内に吸気を流入させる後方吸気ポ
ートと、上記前方吸気ポート及び後方吸気ポート双方の
隣接領域においてシリンダ内に排気ガスを流入させる排
気還流ポートとを具備していることを特徴とし、吸気行
程においてシリンダ内に還流される排気ガスと吸入され
る新気との層状分離を、従来の同種装置より一層確実に
して、排出ガス中のＮＯ_ｘの低減を増進し、かつオイル
の早期劣化及びスモークやパティキュレートの発生を抑
制し得る利点があり、また還流排気ガスを吸気とは分離
して供給することにより、体積効率の低下を抑止すると
共に、燃焼温度の上昇を抑制して一層ＮＯ_ｘの低減を達
成し得る利点がある。また、本発明において、上記前方
吸気ポート及び後方吸気ポートからシリンダ内に流入す
る吸気流の方向が、シリンダ軸線に直角な投影面内にお
いて、シリンダ中心と上記前方吸気ポートのシリンダ側
開口部の中心とを結ぶ半径線、及びシリンダ中心と上記
後方吸気ポートのシリンダ側開口部の中心とを結ぶ半径
線に対して、夫々略９０度の角度をなすように配設する
ことによって、シリンダ内壁面に沿って流れる新気の旋
回流を強化して還流される排気ガスとの分離を容易かつ
確実になし得る利点がある。また、上記排気還流ポート
のシリンダ側開口部が、シリンダ軸線に直交する投影面
内において、上記前方及び後方吸気ポートのシリンダ側
開口部の中心を結ぶ線上に略位置するように配設された
ことにより、両吸気ポートからシリンダ内に流入する吸
気流により生起されるシリンダ軸線方向に向う吸気流を
効果的に利用して還流排気ガスの層状吸入を効果的に達
成し得る効果がある。なおまた、上記排気還流ポートの
シリンダ側開口部が、吸気弁により開閉されるように構
成されたことにより、体積効率の低下を抑制すると共
に、燃焼温度の上昇を効果的に防止して、エンジン性能
の低下を防止し得ると共に、ＮＯ_ｘの一層の低減を図り
得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す概略平面図であ
る。

【図２】図１に示したエンジンの要部断面図である。

【図３】図１に示した装置の要部斜視図である。

【図４】図３に示した構成における吸気の流れを示した
模式図である。

【図５】図２における弁シート３６を抽出して示した平
面図である。

【図６】図１におけるシリンダ１２内のシリンダ軸線に
直交する投影面内における吸気の流速分布を示す図面で
ある。

【図７】図１におけるシリンダ１２内のシリンダ軸線方
向における吸気の流速分布を示す図面である。

【図８】本発明の第２の実施形態を示す要部斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０…エンジン、１２…シリンダ、１４…クランクケー
ス、１６…ピストン、２０…シリンダヘッド、２４…前
方吸気ポート、２４ａ…前方吸気ポートのシリンダ側開
口、２６…後方吸気ポート、２６ａ…後方吸気ポートの
シリンダ側開口、２８及び３０…吸気弁、３２…渦室、
３４…ＥＧＲポート、３４ａ…ＥＧＲポートのシリンダ
側開口、３６…弁シート、４４…ＥＧＲポート、４４ａ
…ＥＧＲポートのシリンダ側開口。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中輝康東京都大田区下丸子四丁目21番１号三菱自動車エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ側の開口部に渦室を有するヘリ
カルポートからなりシリンダ内壁面に沿う方向を指向し
て同シリンダ内に吸気を流入させる前方吸気ポートと、
シリンダ側の開口部に渦室を有しないタンジェンシャル
ポートからなりシリンダ内壁面に沿う方向を指向して同
シリンダ内に吸気を流入させる後方吸気ポートと、上記
前方吸気ポート及び後方吸気ポート双方の隣接領域にお
いてシリンダ内に排気ガスを流入させる排気還流ポート
とを具備していることを特徴とする排気還流装置付ディ
ーゼルエンジン。
【請求項２】上記前方吸気ポート及び後方吸気ポート
からシリンダ内に流入する吸気流の方向が、シリンダ軸
線に直角な投影面内において、シリンダ中心と上記前方
吸気ポートのシリンダ側開口部の中心とを結ぶ半径線、
及びシリンダ中心と上記後方吸気ポートのシリンダ側開
口部の中心とを結ぶ半径線に対して、夫々略９０度の角
度をなしていることを特徴とする請求項１記載の排気還
流装置付ディーゼルエンジン。
【請求項３】上記排気還流ポートのシリンダ側開口部
が、シリンダ軸線に直交する投影面内において、上記前
方及び後方吸気ポートのシリンダ側開口部の中心を結ぶ
線上に略位置するように配設されたことを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の排気還流装置付ディーゼルエ
ンジン。
【請求項４】上記排気還流ポートのシリンダ側開口部
が、上記前方及び後方吸気ポートの少くとも一方のシリ
ンダ側開口部内に配設されていることを特徴とする請求
項１、請求項２又は請求項３記載の排気還流装置付ディ
ーゼルエンジン。
【請求項５】上記排気還流ポートのシリンダ側開口部
が、吸気弁により開閉されるように構成されたことを特
徴とする請求項４記載の排気還流装置付ディーゼルエン
ジン。