JPH10103160A

JPH10103160A - 多気筒エンジンのｅｇｒ装置

Info

Publication number: JPH10103160A
Application number: JP8272859A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、吸気行程中に排気バルブを開放し
てシリンダ内に排気ガスを送り込んでＥＧＲを実行する
多気筒エンジンのＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】本発明は、カムシャフト２１，２２とそ
のカム４１，４２によって揺動作動するロッカアーム２
３，２４を有する動弁機構を有する吸気行程、圧縮行
程、爆発行程及び排気行程で一サイクルを行う多気筒エ
ンジンにおいて、油圧発生プランジャ２によって吸気バ
ルブ９のカムシャフト２２のカム運動に応答して所定の
油圧を発生させ、油圧発生プランジャ２の発生油圧に応
答してバルブリフトプランジャ１を作動し、ロッカアー
ム２３を作動させて排気バルブ８をリフトさせ、所定の
気筒の吸気行程中に排気バルブ８を開放して排気ガスを
シリンダ１０内に還流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気筒内にＥＧＲ
用排気ガスを還流させてＮＯ_Xの発生を低減する多気筒
エンジンのＥＧＲ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンから排気される排気ガス
による環境汚染が問題になり、特に、ＮＯ_Xの発生を抑
制するため、種々の排気ガス再循環装置即ちＥＧＲ(exh
ausutgas recirculation)装置が開発され、実施されて
いる。従来、ＥＧＲ装置は、シリンダから排出された排
気ガスの一部をシリンダ内に再度吸入して、吸気に排気
ガスの一部を混合して燃焼させ、ＮＯ_Xの発生を抑制す
ることは、良く知られていることである（例えば、特開
平４−１６６６５６号公報参照）。

【０００３】この種のＥＧＲ装置において、所定の気筒
にＥＧＲを適量実施するための方法は種々開発されてお
り、例えば、排気管と吸気管とをパイプで連結し、該パ
イプの中間に開閉弁を設け、エンジンの運転条件に合わ
せて開閉弁の開度を制御するものが知られている。

【０００４】また、ターボコンパウンドエンジンとして
は、特開昭６３−９６１７号公報に開示されたものがあ
る。該ターボコンパウンドエンジンは、エンジンの主排
気通路に直列にターボチャージャとタービンを接続し、
該ターボチャージャとタービン間の主排気通路に、該主
排気通路より遅れて開放される副排気通路を接続し、該
副排気通路にエンジンの運転状態に基づいて開度調節さ
れる開閉弁を設けたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エンジンのＥＧＲ装置では、排気管と吸気管とをパイプ
で連通し、排気ガスをシリンダへ還流させりタイプが大
半であり、ＥＧＲのタイムラグ、排気ガス温度の低下等
が発生し、ＥＧＲの応答性が悪化し、装置自体が大型に
なり、しかも、エンジン負荷の条件に応じてＥＧＲ量を
容易に適正に調整できず、種々の問題を有していた。例
えば、エンジンの部分負荷時には、空燃比は大きく即ち
燃料がリーンの状態になっており、その時の燃料の燃焼
では、未燃燃料を含むＨＣ等の生成物が発生する。低温
時には、燃焼も不完全となり、未燃ガス発生の現象は大
きく現れ、排ガス中に含まれる炭化水素が多くなり、且
つ着火性即ち始動性が悪くなる。応答性が悪い装置で
は、例えば、エンジンの負荷が大きい条件から小さい条
件に急速に変化した場合、ＣＯ₂ 濃度の大きい多量のＥ
ＧＲガスがシリンダに流入するので、燃焼が悪化し、多
量のＨＣが排出されることになる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は、多気
筒エンジンにおいて、吸気バルブが開放している吸気行
程の期間中にその気筒の排気バルブを開放できれば、排
気管や排気ポートからＥＧＲガスがシリンダ内に流れ込
み、速やかに自動的にＥＧＲを実行できることを考慮
し、所定の気筒の吸気バルブの開閉を行う動弁機構のカ
ムシャフトの運動を利用して吸気行程中の他の気筒の排
気バルブを開放して排気ガスを気筒に還流し、ＮＯ_Xの
発生を抑制する多気筒エンジンのＥＧＲ装置を提供する
ことである。

【０００７】この発明は、多気筒を構成するシリンダブ
ロックに固定されたシリンダヘッド、前記シリンダヘッ
ドに設けた吸排気ポートに配置された吸排気バルブ、及
びカムシャフトとそのカムによって揺動運動するロッカ
アームを有する動弁機構を有する吸気行程、圧縮行程、
爆発行程及び排気行程で一サイクルを行う多気筒エンジ
ンにおいて、吸気行程にある気筒の排気バルブをこの同
一期間に作動する多気筒の前記バルブの前記カムシャフ
トのカム運動に応答して所定の油圧を発生させる油圧発
生プランジャ、及び前記油圧発生プランジャの発生油圧
に応答して前記ロッカアームを作動させて吸気行程中の
前記排気バルブをリフトさせるバルブリフトプランジャ
を有し、所定の気筒の吸気行程中に前記排気バルブを開
放して排気ガスを前記気筒内に還流させることを特徴と
する多気筒エンジンのＥＧＲ装置に関する。

【０００８】また、この多気筒エンジンのＥＧＲ装置で
は、爆発行程中に多気筒エンジンの他の吸気行程になる
前記気筒同志における前記油圧発生プランジャと前記バ
ルブリフトプランジャとを油圧路を通じて連通してい
る。

【０００９】また、前記油圧発生プランジャは爆発行程
における前記気筒のカム運動に応答して油圧を発生さ
せ、前記バルブリフトプランジャは前記油圧発生プラン
ジャの発生油圧に応答して作動して所定気筒の吸気行程
中に前記排気バルブを開放するものである。

【００１０】また、この多気筒エンジンのＥＧＲ装置で
は、前記多気筒エンジンは第１気筒、第５気筒、第３気
筒、第６気筒、第２気筒、次いで第４気筒の順で前記爆
発行程が実行される６気筒エンジンであり、前記第１気
筒と前記第６気筒、前記第２気筒と前記第５気筒及び前
記第３気筒と前記第４気筒が対に構成されている。

【００１１】又は、この多気筒エンジンのＥＧＲ装置で
は、前記多気筒エンジンは第１気筒、第３気筒、第４気
筒、次いで第２気筒の順で前記爆発行程が実行される４
気筒エンジンであり、前記第１気筒と前記第４気筒、及
び前記第２気筒と前記第３気筒が対に構成されている。

【００１２】また、コントローラは、エンジン負荷に応
答して前記油圧路に発生する油圧を調整して前記バルブ
リフトプランジャのリフト量を制御し、前記気筒へのＥ
ＧＲの供給量を調整することができる。

【００１３】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置は、上記
のように構成されているので、吸気バルブを開閉させる
カムシャフトのカムが吸気バルブの弁開度最大値と全く
逆側に１８０°ずれている行程は爆発行程の期間である
ので、その時のカムを利用して、爆発行程中の吸気バル
ブを開閉する動弁機構のカムシャフトのカム運動によっ
て油圧発生プランジャを押し上げて駆動し、油圧を負荷
して油圧源として油圧信号を発生させ、該油圧信号に基
づいて吸気行程中の他の気筒の排気バルブを開放させ、
排気ポートから排気ガスを気筒内に還流させてＥＧＲを
実行することができ、ＮＯ_X、ＨＣ、スート等のパティ
キュレートの発生を低減できる。

【００１４】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置を用いれ
ば、負荷の条件に応じて油圧を制御するのみでＥＧＲ量
を容易に調整でき、適正なＥＧＲ量を実施できる。例え
ば、エンジンの高負荷時には、コントローラの指令で油
圧を下げて、バルブリフトプランジャの押し下げ力を小
さくし、排気バルブの押し下げ量を小さくしてＥＧＲ量
を適正量に制御し、また、エンジンの部分負荷時には、
コントローラの指令で油圧を上げて、バルブリフトプラ
ンジャの押し下げ力を大きくし、排気バルブの押し下げ
量を大きくして、排気バルブの押し下げ量を大きくして
ＥＧＲ量を適正量に制御する。

【００１５】即ち、エンジンに対してＥＧＲを実行して
ＥＧＲ量を多くすれば、ＮＯ_X、ＨＣ、スート等のパテ
ィキュレートの発生は少なくなるが、所定のＥＧＲ量で
は、ＮＯ_Xの発生とスート等のパティキュレートの発生
とは相反する関係にある。そこで、ＮＯ_Xとパティキュ
レートとの発生を低減させるために、ＥＧＲ量を適正に
決定する方法として、ＮＯ_Xの発生を規制の範囲内の所
定値に維持するように設定し、パティキュレートの発生
を低減させるように、適正なＥＧＲ量を決定すれば、パ
ティキュレートの発生を所定量以下に低減させることが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による多気筒エンジンのＥＧＲ装置の一実施例を説明す
る。図１はこの発明による多気筒エンジンのＥＧＲ装置
の一実施例を示す説明図、図２は多気筒エンジンの作動
サイクルを示す説明図、図３は多気筒エンジンの油圧回
路を示す説明図、及び図４は図３の油圧回路に設けたア
クチュエータの制御装置を示す説明図である。

【００１７】この多気筒エンジンは、カムシャフト２
１，２２とそのカム４１，４２によって揺動作動するロ
ッカアーム２３，２４を有する動弁機構を有する吸気行
程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程で一サイクルを行
うものである。この多気筒エンジンは、シリンダブロッ
ク６に固定したシリンダヘッド５、シリンダブロック６
に形成した孔部に配置されたシリンダ１０を構成するシ
リンダライナ１４、シリンダヘッド５に形成されたキャ
ビティ１３に配置された燃焼室４を形成する燃焼室部材
１５、及びシリンダ１０内を往復運動するピストン７を
有している。シリンダヘッド５及び燃焼室部材１５には
排気ポート１１，１６と吸気ポート１２，１７が形成さ
れ、排気ポート１６には排気バルブ８が配置され、ま
た、吸気ポート１７には吸気バルブ９が配置されてい
る。シリンダヘッド５に形成した排気ポート１１は、例
えば、排気マニホルドを通じてターボチャージャのター
ビンに連結されている。シリンダヘッド５に形成した吸
気ポート１２は、例えば、吸気マニホルドを通じてター
ボチャージャのコンプレッサに連結されている。

【００１８】燃焼室部材１５は、シリンダヘッド５のキ
ャビティ１３との間に遮熱空気層５１を形成するよう
に、ガスケット３７を介在してキャビティ１３内に配置
されている。燃焼室部材１５は、シリンダ１０の一部を
形成するライナ上部３５と、ライナ上部３５に一体構造
に形成され且つ吸排気ポート１６，１７が形成されてい
るヘッド下面部４７から構成されている。燃焼室部材１
５のヘッド下面部４７のシリンダ中央には貫通孔１９が
形成されている。貫通孔１９には、燃焼室４に噴孔を開
口する燃料噴射ノズル１８が挿入されている。

【００１９】ピストン７は、セラミックスや耐熱合金等
の耐熱材から成るピストンヘッド４９とＡｌ合金等の金
属から成るピストンスカート３６から構成されている。
ピストンヘッド４９は、ピストンスカート３６に形成さ
れたキャビティ３８との間に遮熱空気層３９を形成する
ように、ガスケット４８を介在してキャビティ３８内に
配置されている。ピストンヘッド４９には、その中央に
副室２０が形成されている。ピストンヘッド４９のピス
トン頂部４０には、副室２０と燃焼室４とを連通する連
絡口３４とピストン上死点近傍で副室２０内に燃料噴射
ノズル１８が突入できるノズル挿入孔３３が形成されて
いる。

【００２０】この多気筒エンジンでは、吸排気バルブ
８，９は、カムシャフト２１，２２、ロッカアーム２
３，２４及びタペット２５を有する動弁機構によって開
閉作動される。ロッカアーム２３，２４は、シリンダヘ
ッド５に螺入してナット２８で固定されたスタッド２７
によって枢支されている。スタッド２７にはアジャスタ
２６が設けられ、アジャスタ２６によってロッカアーム
２３，２４の揺動領域が調整される。カムシャフト２
１，２２の回転運動によってカムシャフト２１，２２に
設けたカム４１，４２がロッカアーム２３，２４を押し
下げ、ロッカアーム２３，２４は揺動する。ロッカアー
ム２３，２４の下方への運動はタペット２５を介して吸
排気バルブ８，９をリフトさせる。

【００２１】この発明によるＥＧＲ装置は、特に、上記
多気筒エンジンにおいて、吸気側の動弁機構における吸
気バルブ９のカムシャフト２２のカム４２の運動に応答
して所定の油圧を発生させる油圧発生プランジャ２を設
け、また、油圧発生プランジャ２の発生油圧に応答して
排気側の動弁機能におけるロッカアーム２３を作動させ
て排気バルブ８をリフトさせるバルブリフトプランジャ
１を設けたものである。吸気行程において、吸気バルブ
９が開放すると、排気ポート１１，１６に存在する排気
ガスが燃焼室４に還流し、ＥＧＲが行われることにな
る。この実施例では、油圧発生プランジャ２とバルブリ
フトプランジャ１は、同様の構造を有しており、ケーシ
ング４５内に形成され且つ油圧路２９，３０がそれぞれ
連通する油圧室４３、及びケーシング４５内に配置され
且つ油圧室４３の油圧によって出入する作動ピストン４
４から構成されている。

【００２２】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置は、油圧
信号に基づいて吸気行程の気筒の排気バルブ８を開放さ
せ、排気ポート１１，１６から排気ガスを気筒内に還流
させてＥＧＲを実行し、ＮＯ_Xの発生を低減するもので
あり、爆発行程中に吸気行程になる気筒同志における油
圧発生プランジャ２とバルブリフトプランジャ１とが油
圧路２９，３０及び油圧調整室３１を通じて連通されて
いる。油圧路２９は、油圧調整室３１と、排気バルブ８
のロッカアーム２３に対向して設けられた油圧発生プラ
ンジャ２とを連通している。油圧路３０は、油圧調整室
３１と、吸気バルブ９のカムシャフト２２に対向して設
けられたバルブリフトプランジャ１とを連通している。
油圧調整室３１には、その内部の油圧を調整する油圧調
整ピストン５０が設けられている。油圧調整ピストン５
０は、コントローラ３の指令でアクチュエータ３Ａによ
って作動される。

【００２３】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置では、コ
ントローラ３には、負荷センサ３２及び回転センサ４６
からの検出信号が入力される。エンジン負荷は、負荷セ
ンサ３２によって燃料噴射ポンプ又は燃料供給装置の燃
料流量を測定することによって検出できる。また、重点
的に所定の回転数で排気ガスを低減できれば、効果的に
排気ガスを低減できる場合には回転センサ４６に応答し
てＥＧＲ量を決定することもできる。コントローラ３
は、エンジン負荷に応答して油圧路２９，３０に発生す
る油圧を調整してバルブリフトプランジャ１のリフト量
を制御し、吸気行程中の気筒へのＥＧＲ用排気ガスの供
給量を調整するように設定されている。即ち、油圧調整
室３１内の油圧は、コントローラ３の指令でアクチュエ
ータ３Ａの油圧調整ピストン５０によって調整される。

【００２４】コントローラ３は、上記のように、エンジ
ン負荷やエンジン回転等の検出信号に応答してＥＧＲの
ための排気バルブ８のリフト量を決定することができ
る。例えば、エンジンの部分負荷時には、ＥＧＲを多量
に実施するため、排気バルブ８のリフト量を大きくする
ため、バルブリフトプランジャ１への油圧を高くし、バ
ルブリフトプランジャ１によるロッカアーム２３の押し
下げ量を大きくする。また、エンジンの全負荷（高負
荷）時には、ＥＧＲを少量だけ実施するため、排気バル
ブ８のリフト量を変更して小さくするため、バルブリフ
トプランジャ１への油圧を低くし、バルブリフトプラン
ジャ１によるロッカアーム２３の押し下げ量を小さくす
る。

【００２５】この多気筒エンジンのＥＧＲ装置では、吸
気行程で所定の気筒の吸気バルブ９がカムシャフト２２
のカム４２によってロッカアーム２４を下方へ揺動させ
て開放する場合に、爆発行程になっている他の気筒が存
在し、その爆発行程では、吸気バルブ９のカムシャフト
２２のカム４２はロッカアーム２４に作用せずにフリー
になっている。そこで、フリー状態のカムシャフト２２
のカム４２を利用して油圧発生プランジャ２を駆動して
油圧を発生させることができる。油圧発生プランジャ２
で発生した油圧は、油圧路３０を通じてアクチュエータ
３Ａによって調整され、その調整された油圧は油圧路２
９を通じて吸気行程中の排気バルブ８の動弁機構のロッ
カアーム２３を作動させるバルブリフトプランジャ１に
作用し、バルブリフトプランジャ１を駆動して吸気行程
中の排気バルブ８をリフトさせる。排気バルブ８がリフ
トすれば、排気ポート１１，１６に存在する排気ガスが
燃焼室４へ逆流してＥＧＲが実行される。

【００２６】図２、図３及び図４を参照して、このＥＧ
Ｒ装置を多気筒エンジンとして６気筒エンジンに適用し
た一実施例について説明する。６気筒エンジンでは、第
１気筒、第５気筒、第３気筒、第６気筒、第２気筒、第
４気筒の順で爆発行程が実行されるものであり、所定の
気筒が吸気行程である時に、爆発行程になる他の気筒と
の組み合わせは、第１気筒と第６気筒、第２気筒と第５
気筒、及び第３気筒と第４気筒が対に構成されることに
なる。

【００２７】次に、図５を参照して、このＥＧＲ装置を
多気筒エンジンとして４気筒エンジンに適用された別の
実施例を説明する。４気筒エンジンでは、第１気筒、第
３気筒、第４気筒、第２気筒の順で爆発行程が実行され
るものであり、所定の気筒が吸気行程である時に、爆発
行程になる他の気筒との組み合わせは、第１気筒と第４
気筒、及び第２気筒と第３気筒が対に構成されることに
なる。

【００２８】又は、図示していないが、このＥＧＲ装置
を多気筒エンジンとして、１気筒に吸排気バルブを２個
ずつ有する４又は６気筒エンジンに適用することもでき
る。その場合には、多気筒エンジンにおける上記の気筒
の順で爆発行程が実行される場合に、所定の気筒が吸気
行程である時に、爆発行程になる他の気筒との組み合わ
せは、上記と同様に構成することによってＥＧＲを達成
することができる。

【００２９】

【発明の効果】この発明による多気筒エンジンのＥＧＲ
装置は、上記のように構成されており、ＥＧＲのタイム
ラグが発生せず、ＥＧＲの応答性が良好になり、装置自
体が大型にならずに極めて構造が簡単であってコンパク
トに構成でき、しかも、負荷の条件に応じて油圧を制御
するのみでＥＧＲ量を容易に調整でき、適正なＥＧＲ量
を、容易に且つ確実に制御することができ、ＮＯ_Xの発
生を低減できる。しかも、コントローラの指令でエンジ
ン負荷に応じてバルブリフトプランジャの油圧を調整す
るのみで、排気バルブのリフト量をコントロールでき、
ＥＧＲ量を容易に調整して適正なＥＧＲを行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による多気筒エンジンのＥＧＲ装置の
一実施例を示す概略断面図である。

【図２】多気筒エンジンの作動サイクルを示す説明図で
ある。

【図３】多気筒エンジンとして６気筒エンジンに適用し
た実施例における油圧回路を示す説明図である。

【図４】図３の油圧回路に設けたアクチュエータの制御
装置を示す説明図である。

【図５】多気筒エンジンとして４気筒エンジンに適用し
た実施例における油圧回路を示す説明図である。

【符号の説明】

１バルブリフトプランジャ２油圧発生プランジャ３コントローラ４燃焼室５シリンダヘッド６シリンダブロック７ピストン８排気バルブ９吸気バルブ１０シリンダ１１，１６排気ポート１２，１７吸気ポート２１，２２カムシャフト２３，２４ロッカアーム２９，３０油圧路３２負荷センサ３４油圧作動ピストン４１，４２カム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多気筒を構成するシリンダブロックに固
定されたシリンダヘッド、前記シリンダヘッドに設けた
吸排気ポートに配置された吸排気バルブ、及びカムシャ
フトとそのカムによって揺動運動するロッカアームを有
する動弁機構を有する吸気行程、圧縮行程、爆発行程及
び排気行程で一サイクルを行う多気筒エンジンにおい
て、吸気行程にある気筒の排気バルブをこの同一期間に
作動する多気筒の前記バルブの前記カムシャフトのカム
運動に応答して所定の油圧を発生させる油圧発生プラン
ジャ、及び前記油圧発生プランジャの発生油圧に応答し
て前記ロッカアームを作動させて吸気行程中の前記排気
バルブをリフトさせるバルブリフトプランジャを有し、
所定の気筒の吸気行程中に前記排気バルブを開放して排
気ガスを前記気筒内に還流させることを特徴とする多気
筒エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】爆発行程中に多気筒エンジンの他の吸気
行程になる前記気筒同志における前記油圧発生プランジ
ャと前記バルブリフトプランジャとを油圧路を通じて連
通していることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エ
ンジンのＥＧＲ装置。
【請求項３】前記油圧発生プランジャは爆発行程にお
ける前記気筒のカム運動に応答して油圧を発生させ、前
記バルブリフトプランジャは前記油圧発生プランジャの
発生油圧に応答して作動して所定気筒の吸気行程中に前
記排気バルブを開放することを特徴とする請求項１又は
２に記載の多気筒エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項４】前記多気筒エンジンは第１気筒、第５気
筒、第３気筒、第６気筒、第２気筒、次いで第４気筒の
順で前記爆発行程が実行される６気筒エンジンであり、
前記第１気筒と前記第６気筒、前記第２気筒と前記第５
気筒及び前記第３気筒と前記第４気筒が対に構成されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
載の多気筒エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項５】前記多気筒エンジンは第１気筒、第３気
筒、第４気筒、次いで第２気筒の順で前記爆発行程が実
行される４気筒エンジンであり、前記第１気筒と前記第
４気筒、及び前記第２気筒と前記第３気筒が対に構成さ
れていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の多気筒エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項６】コントローラは、エンジン負荷に応答し
て前記油圧路に発生する油圧を調整して前記バルブリフ
トプランジャのリフト量を制御し、前記気筒へのＥＧＲ
の供給量を調整することを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１項に記載の多気筒エンジンのＥＧＲ装置。