JPS6148629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の排気還流装置に関する。

従来から排気の一部を吸気系に還流し燃焼室内
の混合気燃焼温度を低減することによりNOx生
成量を減少させる、いわゆる排気還流（以下
EGRという）装置が知られている。排気の一部
を吸気系に還流するため排気通路と吸気通路とを
連通接続するEGR通路の構成は、種々の技術的
観点から数多く提案されている。例えば排気マニ
ホルドからEGRパイプを介して排気を吸気系に
導いたり、EGR通路を排気マニホルドと一体に
形成したり、或いはシリンダヘツド内に排気通路
と吸気通路を連通するEGR通路をシリンダブロ
ツグ鋳造時に同時成形する等によつてEGR通路
を構成している（特公昭54−29652号公報参照）。

これら従来構成のEGR通路はいずれもEGRパ
イプを必要とし、又は排気マニホルド或いはシリ
ンダヘツド内に一体的に形成しているため、その
構成は複雑となり、排気還流量のシリンダブロツ
ク或いは吸気並びに排気マニホルドをEGR仕様
車専用に用意しなければならないという不都合が
あつた。

また一方では、特に排気マニホルドから吸気マ
ニホルド若しくは吸気ポート内は排気を還流する
構成のものにあつては、排気マニホルド及び
EGR通路からの放熱のため、EGRガスは温度が
低下して燃焼室内に導入される。この結果、特に
機関アイドリング時を含む低負荷時に混合気温度
が低下し、燃焼が悪化するという不都合をも招く
ものである。

例えばその傾向は特にデイーゼル機関に顕著に
あらわれる。即ち、デイーゼル機関のEGR装置
にあつてはデイーゼル機関に吸気絞り弁がないた
め、EGR専用のアクセルと連動する絞り弁を吸
気系に介装して該絞り弁下流の吸気通路に負圧を
発生させ、該負圧と排気圧力との差圧に基づいて
EGR通路を介し、排気を吸気系に還流する手段
を採用する。かくして導入されたEGRガスはそ
の温度が低い場合には、機関低負荷時に吸入空気
の温度が低下し圧縮行程終りの圧縮空気温度が充
分高くならず、このため着火遅れが生じて急激に
燃焼圧力が上昇していわゆるデイーゼルノツクを
発生し、機関騒音の増大につながるものであつ
た。

このように内燃機関の低負荷運転時に還流され
るEGRガスの温度が低いことにより、燃焼の悪
化及び機関騒音の増大が、発生する割合が増大す
るため、EGR通路は可及的に機関の燃焼室に近
接させて設けるのが望ましく、その目的のために
はシリンダヘツド内にEGR通路を設けるのが最
も良いのであるが、これは前記した如く、構造複
雑化並びに排気還流装置を付加した専用のシリン
ダヘツドを成形する必要があるため、より簡単な
構成のEGR通路が望まれていたのである。

本発明は上記従来装置の不都合に鑑みこれを解
消すべくなしたもので、吸気及び排気マニホルド
がシリンダヘツドの同一側にある内燃機関におい
て、シリンダヘツドと吸気及び排気マニホルドと
の間に、EGR通路を開設したスペーサを介装す
ることにより、EGRガスの放熱を招かず、しか
も構造簡単であつて機関及び吸排気マニホルドを
何ら加工することのない汎用性の高いEGR装置
を提供するものである。

また、燃焼状態が良好となる機関中・高負荷領
域にあつては、むしろ燃焼温度の低下を図つて
NOxの低減を行なう方が望ましく、この意味か
ら、比較的低温のEGRガスを導入するのがよ
い。

そこで本発明では更に、前記スペーサに高温用
のEGR通路と、放熱通路に連通する低温用の
EGR通路との双方を開設し、これを機関運転状
態に応じて選択的に開通させ得るように構成した
EGR装置を提供するものである。

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図はデイーゼル機関に本発明を適用した実
施例を示す。デイーゼル機関では一般に吸気絞り
弁がないため、排気系と吸気系との差圧が小さく
充分なEGR量が得られない。そのため、吸気通
路１を１ａ，１ｂの並列な２系統に分け、EGR
用にアクセルと連動する絞り弁２を一方の吸気通
路１ａに介装する。該絞り弁２は燃料噴射ポンプ
３のコントロールレバー４とリンク５，６を介し
て連動させ、機関低負荷域で絞り弁２の開度を減
少させて該絞り弁の下流側吸気通路負圧を増大
し、また負荷が増加するに従つて絞り弁２の開度
を増大してその下流の吸気通路負圧を減少するよ
うな制御を行なう。

デイーゼル機関７のシリンダヘツド７Ａにはそ
の同一側に吸気マニホルド８と排気マニホルド９
とのフランジ部が本発明にかかるスペーサ１０を
介してボルト等の締結部材により固定取付けされ
る。該スペーサ１０の詳細を第２図に示す。

スペーサ１０はデイーゼル機関７が４気筒の場
合に適用し得るべく形成されたものであつて、そ
れぞれの気筒＃１〜＃４に対応する排気通路用開
口１１ａ〜１１ｄと、吸気通路用開口１２ａ〜１
２ｄとが開設されており、このうち各吸気通路用
開口１２ａ〜１２ｄと排気通路用開口１１ｂ，１
１ｃとを集合部１３ａを介して連通接続する
EGR通路１３が開設される。勿論、EGR通路は
すべての排気通路用開口１１ａ〜１１ｄと吸気通
路用開口１２ａ〜１２ｄとを第３図に１３′で示
す如く連通するように開設しても良いことはいう
までもない。

かかる構成において、絞り弁２は燃料の噴射ポ
ンプ３のコントロールレバー４とリンク５，６を
介して連動し、アイドリング時を含む低速低負荷
時においては、絞り弁２の開度が小さいため絞り
弁２の下流（第１図）には大きな負圧が発達す
る。

また、負荷が大きくなるにつれて絞り弁２の開
度も増加するので、絞り弁２の下流の負圧は小さ
くなる（大気圧に近くなる）。

このため、スペーサ１０にあつては吸気通路用
開口１２ａ〜１２ｄと排気通路用開口１１ｂ，１
１ｃとの差圧が機関負荷の増大につれて減少し、
アイドリング時を含む低速、低負荷域において
は、EGR通路１３を介して排気通路用開口１１
ｂ，１１ｃから吸気通路用開口１２ａ〜１２ｄに
至るEGR量が多くなり、逆に高負荷域になるに
従いEGR量が減量される。

尚、各気筒＃１〜＃４へのEGR導入量は各吸
気通路用開口１２ａ〜１２ｄに連通するEGR通
路１３のブランチ部分に、適当な径のオリフイス
１４を配設することにより適正に設定できる。

このように、デイーゼル機関７の排出する排気
の一部は排気マニホルド９に至つて放熱すること
がなく、スペーサ１０に形成したEGR通路１３
を介して直ちに吸気ポートから各燃焼室に導入さ
れるので、還流ガスの温度低下を可及的に防止で
き、その結果、機関低負荷運転領域における吸入
空気温度の低下を防止し、燃焼を改善して圧縮着
火期間を短縮できるため急激な燃焼圧力上昇を防
止し、いわゆるデイーゼルノツク等の燃焼騒音を
防止できる。

また、EGR通路は単にスペーサに設けるだけ
で良いため、シリンダヘツド７Ａ或いは吸気マニ
ホルド８及び排気マニホルド９に特別にEGR通
路を取付け或いは一体成形する必要がなく、構成
は極めて簡単になり、そのEGR装置を装備する
しないにかかわらずデイーゼル機関７及び吸排気
マニホルド８，９を共通化できる利点がある。

尚、上記実施例はデイーゼル機関について説明
したが、火花点火機関についても適用できること
は勿論である。火花点火機関にあつても低負荷運
転領域にあつて吸入混合気の低温化は燃焼を悪化
させ、排気中に未燃成分を多く発生して排気エミ
ツシヨンを悪化させるが、このように高温の
EGRを還流させればその弊害は防止できるから
である。

第４図〜第６図に第２の発明の実施例を示す。

本実施例において前記実施例と同一機能を有す
るものは、これを同一符号を付して説明を省略す
る。

前記実施例において、高温のEGRガスが還流
させるのは低負荷領域においてその効果が大であ
つて、燃焼が良好となる高負荷領域においては必
ずしもその必要がない。むしろ高負荷領域におい
ては、比較的低温のEGRガスを還流させること
により燃焼室内の燃焼温度を低減させ、もつて
NOxの生成量を減少するのが好ましい。そこ
で、本実施例ではスペーサ内に低温EGR通路と
高温EGR通路とを開設し、低温EGR通路を放熱
通路と連通接続させ、かかる低温及び高温EGR
通路を機関運転状態に応じて切換開通するように
したものである。

即ち、スペーサ２０は先の実施例のスペーサ１
０の構成の他に、EGR通路１３の集合部１３ａ
に連通する低温EGR通路２１を開設し、その開
口端２１ａをスペーサ２０の下端面に開口させ、
この開口端２１ａに接続したパイプ状の放熱通路
２２の他端を排気マニホルド９に連通接続する。
そして、前記EGR通路１３を高温EGR通路とす
る。そして高温EGR通路１３の集合部１３ａを
開閉する第１弁体２３と、低温EGR通路を開閉
する第２弁体２４とを一体に有するロツド２５
を、制御弁２６のダイヤフラム２７に連結する。
ダイヤフラム２７の一側は大気室２８となつてお
り、他側は負圧通路３１を介して真空ポンプ３２
に連通接続された負圧作動室２９となつている。
負圧作動室２９にはスプリング３０が介装され、
第１弁体２３が高温EGR通路の集合部１３ａを
閉弁し、第２弁体２４が低温EGR通路２１を開
弁する方向に弾性付勢している。

負圧通路３１には機関負荷等機関運転状態検出
手段３３の出力信号により制御される電磁切換バ
ルブ３４が介装される。電磁切換バルブ３４は大
気開放口３５を有しており、例えば機関運転状態
検出手段３３が機関中・高負荷運転状態を検出し
た時に負圧通路３１へ大気を導入し、低負荷運転
状態を検出した時には大気開放口３５を遮断して
真空ポンプ３２の負圧を制御弁２６の負圧作動室
２９へ導入するようにしている。

従つて、いま、デイーゼル機関７がアイドリン
グ及び低負荷運転状態にある時、これを検出した
機関運転状態検出手段３３が電磁切換バルブ３４
を作動して大気開放口３５を遮断し、真空ポンプ
３２の負圧を負圧通路３１を介して制御弁２６の
負圧作動室２９へ導入する。このためダイヤフラ
ム２７が図で上動して第２弁体２４が低温EGR
通路２１を遮断し、第１弁体２３が高温EGR通
路１３を開通する。この結果、排気通路用開口１
１ｂ，１１ｃから高温のEGRガスが高温EGR通
路１３を介して吸気通路用開口１２ａ〜１２ｄに
流入し各気筒＃１〜＃４へ導入される。このため
燃焼室内においては、圧縮温度が上昇し着火遅れ
が短縮されて燃焼が改善され、急激な圧力上昇を
防止してデイーゼルノツク等の騒音発生を抑制す
る。

一方、機関が中・高負荷で運転されるようにな
ると、これを検出した機関運転状態検出手段３３
の出力信号によつて電磁切換バルブ３４が作動
し、大気開放口３５を開放することによつて大気
を負圧通路３１内に導入する。このため、制御弁
２６にあつては負圧作動室２９内の負圧が減少し
て、スプリング３０の弾性復元力によりロツド２
５を図で下降させ、第１弁体２３が高温EGR通
路の集合部１３ａを遮断するとともに、第２弁体
２４が低温EGR通路２１を開通する。この低温
EGR通路２１に導入されるEGRガスは、排気マ
ニホルド９、放熱通路２２を介してある程度温度
が低下した状態で導かれ、これが各吸気通路用開
口１２ａ〜１２ｄを介して対応する各気筒に導か
れる。かかる運転領域においては燃焼状態が良好
であるため、デイーゼルノツク等の騒音発生が少
なく、これよりむしろ燃焼温度が上昇することに
よりNox生成量が増大するおそれにあるが、前記
の如く低温のEGRガスが燃焼室に導入されるた
め燃焼温度が抑制され、もつてNOx生成量が低
減する。

かかる第２の発明にあつても、高温EGR通路
の全部及び低温EGR通路の大部分がスペーサ２
０内に形成されるのでその構成は極めて簡単であ
る。

尚、本実施例においても、点線で示す如く高温
EGR通路の排気取出口をすべての排気通路用開
口１１ａ〜１１ｄに接続してもよい。

また、前記実施例においても同様に、デイーゼ
ル機関のみならず火花点火機関においても先の実
施例な同様を効果を有することは言うまでもな
い。

更に、かかる実施例において制御弁２６の構成
は、負圧作動式でなく電磁バルブであつても構わ
ない。

更に、負圧通路３１に介装した電磁切換バルブ
３４もこれに限るものではない。

火花点火式内燃機関にあつては、吸気通路内に
充分な吸入負圧が発生するため制御弁２６の負圧
源を真空ポンプに求めなくとも、該吸入負圧を用
いることができる。このように吸入負圧を用いる
場合には、その大小によつて制御弁の開閉を行な
うように開弁圧を設定することができるので、電
磁切換バルブ３４を必ずしも設けることはない。

低温EGR通路の還流量は、勿論その通路に設
けたオリフイスの径によつて自由に設定できるこ
とは明らかである。

更に上記実施例においては高温及び低温EGR
通路を単一のスペーサに開設したが、高温EGR
通路用のスペーサと低温EGR通路用のスペーサ
とを分離して設け、これを重合使用してもよい。
またEGR通路はスペーサに溝状に設けてもスリ
ツト状に設けてもよいことはいうまでもない。

以上述べたように本発明によれば、機関本体と
吸気及び排気マニホルドとの間に介装したスペー
サ内にEGR通路を設けたので、機関本体及び吸
気並びに排気マニホルドにEGR通路を形成する
こともなく、またEGRパイプを接続することも
ない。従つてその構成は極めて簡単であり、排気
還流装置を付設した場合に限つて該スペーサを装
備すればよいので、機関及び吸排気マニホルドの
共通化を図ることができる。

また、スペーサ内のEGR通路を介して還流さ
れるEGRガスは比較的高温であるので、機関の
燃焼状態の悪い低負荷領域における燃焼を改善
し、排気中に未燃ガスの放出量を減少するととも
に、デイーゼル機関等にあつては燃焼騒音を抑制
することができる。

また、スペーサに設けたEGR通路に単に放熱
通路を接続して、低温用と高温用の２つのEGR
通路を設け、これを制御弁によつて切換制御する
ようにしたので、機関運転状態によつて低温用と
高温用のいずれかのEGR通路を選択開通させ、
排気中の未燃成分排出量、NOx成分排出量等を
運転状態に応じた有利な条件下で低減させること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部縦断正面
図、第２図は同上に用いた本発明にかかるスペー
サのＡ−Ａ矢視断面図、第３図は同上の変形態様
図、第４図は第１図に示す実施例のEGR率特性
を示すグラフ、第４図は第２の発明の実施例を示
す一部縦断正面図、第５図は同上に用いた第４図
要部のＢ−Ｂ矢視断面図、第６図は同上要部の拡
大図である。 ２……絞り弁、７……デイーゼル機関、８……
吸気マニホルド、９……排気マニホルド、１０，
２０……スペーサ、１１ａ〜１１ｄ……排気通路
用開口、１２ａ〜１２ｄ……吸気通路用開口、１
３，１３′……EGR通路（高温EGR通路）、２１
……低温EGR通路、２２……放熱通路、２３…
…第１弁体、２４……第２弁体、２６……制御
弁、３３……運転状態検出手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸気通路にアクセルと連動する絞り弁を有
   し、かつ吸気及び排気マニホルドが機関シリンダ
   ヘツドの同一側に配設された内燃機関において、
   前記吸気及び排気マニホルドをスペーサを介して
   シリンダヘツドに連結し、該スペーサに、吸気通
   路用開孔と、排気通路用開孔と、これら開孔を連
   通する排気還流通路と、を開設したことを特徴と
   する内燃機関の排気還流装置。 ２ 吸気通路にアクセルと連動する絞り弁を有
   し、かつ吸気及び排気マニホルドが機関シリンダ
   ヘツドの同一側に配設された内燃機関において、
   前記吸気及び排気マニホルドをスペーサを介して
   シリンダヘツドに連結し、該スペーサに、吸気通
   路用開孔と、排気通路用開孔と、これら開孔を連
   通する高温排気還流通路とを開設すると共に、低
   温排気還流通路を開設し、該低温排気還流通路と
   これに接続する放熱通路とを介して吸気通路と排
   気通路とを連通し、前記高温及び低温排気還流通
   路の還流ガス流量を機関運転状態に応じて制御す
   る制御弁を設けたことを特徴とする内燃機関の排
   気還流装置。 ３ 制御弁は機関低負荷領域で前記低温排気還流
   通路を遮断して高温排気還流通路を開通し、高負
   荷領域で前記高温排気還流通路を遮断して低温排
   気還流通路を開通する構成であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の排気還
   流装置。