JPS6246814Y2

JPS6246814Y2 -

Info

Publication number: JPS6246814Y2
Application number: JP19321183U
Authority: JP
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1987-12-21
Also published as: JPS60100532U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、いわゆるミラーサイクルによつて運
転されるデイーゼルエンジンにおいて、暖機運転
時に吸気通路に排気を還流させて排気熱により吸
気加熱を行なうようにしたデイーゼルエンジンの
排気還流制御装置に関するものである。

従来技術吸気通路をピストンの上死点手前の時点だ閉じ
るとともに該吸気通路の閉塞時期をエンジン回転
数が高くなるに従つて早くすることにより、無過
給式エンジンにあつてはその出力特性を損なうこ
となく最高燃焼圧を低下させてエンジンの信頼性
を確保し、また過給式エンジンにあつては最高燃
焼圧を所定圧以下に維持した状態でエンジンの出
力向上を図るようにしたいわゆるミラーサイクル
エンジンは従来公知である。

また、デイーゼルエンジンにおいては余剰空気
率がガソリンエンジンに比べて高く、従つて若干
吸気中に排気ガスを混入させてもさほどその燃焼
性には影響がないところから、暖機運転時に吸気
通路中に排気ガスの一部を積極的に還流させて排
気熱によつて吸気温度あるいは燃焼温度を高めて
エンジンの始動性の向上あるいは暖機の促進を図
るようにしたデイーゼルエンジンの排気還流装置
は従来公知である（例えば、特開昭55−5443号公
報）。

考案の目的本考案は、吸気通路の早閉じ機能をもつたデイ
ーゼルエンジンにおいて、暖機運転時に該吸気通
路の早閉じ機能を利用して吸気通路側に積極的に
排気ガスを還流させることによりエンジンの始動
性の向上及び暖機の促進を図るようにしたデイー
ゼルエンジンの排気還流制御装置を提供すること
を目的としてなされたものである。

考案の構成本考案のデイーゼルエンジンの排気還流制御装
置は、吸気通路に吸入行程毎に開弁する吸気開閉
弁を設けるとともに、該吸気開閉弁の閉弁時期を
エンジン回転数が増えるにつれて早めるようにし
たいわゆるミラーサイクル式のデイーゼルエンジ
ンにおいて、前記吸気開閉弁の下流側に排気還流
孔を設けるとともに、暖機運転時に前記吸気開閉
弁の閉弁時期を早めるようにすることにより、暖
機運転時における吸気開閉弁下流の吸気負圧を増
大させて前記排気還流孔からの排気還流量を増加
させ、もつて還流排気の排気熱によりエンジンの
始動性の向上並びに暖機の促進を図るようにした
ことを特徴とするものである。

実施例以下、本考案のデイーゼルエンジンの排気還流
制御装置を添付図面に基いて説明すると、第１図
には本考案実施例の排気還流制御装置を備えた自
動車用ターボ過給機付き４気筒デイーゼルエンジ
ンが示されており、図中符号１はエンジン本体で
ある。このエンジン本体１は、その各気筒の吸気
ポート（図示省略）に該吸気ポートを開閉するポ
ペツト式の吸気弁（図示省略）を、また各排気ポ
ート（図示省略）に該排気ポートを開閉するポペ
ツト式の排気弁（図示省略）をそれぞれ取りつけ
ている。この各吸気弁と排気弁は、それぞれ固定
的に設定された一定のクランク角で開閉弁される
（例えば、吸気弁は上死点前５゜〜45゜のクラン
ク角位置で開き始め、下死点後30°〜60°のクラ
ンク角位置で閉じ、また排気弁は下死点前35゜〜
75゜のクランク角位置で開き始め、上死点後５゜
〜35゜のクランク角位置で閉じるように設定され
る）。

このエンジン本体１の各気筒の吸気ポートには
吸気通路２が、また排気ポートには排気通路３が
それぞれ接続される。

吸気通路２の吸気最下流部は、第１分岐路２
Ａ、第２分岐路２Ｂ、第３分岐路２Ｃ及び第４分
岐路２Ｄの４つの分岐路に分岐形成されており、
該吸気通路２は該各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２
Ｄを介してエンジン本体１の各吸気ポートに接続
されている。この吸気通路２には、吸気最上流側
から下流側に向つてエアクリーナ９とエアフロメ
ータ８及びターボ過給機５０のブロア５１が順次
取付けられている。又、吸気通路２における前記
ブロア５１取付位置より吸気下流側でしかも前記
各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの直上流側位置
には、「実用新案登録請求の範囲」でいうところ
の吸気開閉弁に相当するロータリバルブ（詳細は
後述する）４が取付けられている。

ロータリバルブ４は、吸気通路２の各分岐路２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの直上流位置に介在せしめ
られ且つその外周面に前記各分岐路２Ａ，２Ｂ，
２Ｃ，２Ｄを順次列状に開口せしめるとともにそ
の一端側を吸気通路２の前記ブロア５１の下流側
に連通せしめた筒状のケーシング１４内に、その
外周面上に第１，第２，第３，第４分岐路２Ａ，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに択一的に連通せしめられる第
１通気口１９Ａ、第２通気口１９Ｂ、第３通気口
１９Ｃ及び第４通気口１９Ｄを周方向に所定の位
相角をもつて形成した筒状の回転体１５を相対回
転自在に内装して構成されている。このロータリ
バルブ４は、その回転体１５を機関軸２０の1/2
の回転数で回転させることによりエンジンの吸入
行程毎に各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄと各通
気口１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを相互に重
合連通あるいは連通遮断して該各分岐路２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ，２Ｄを開口あるいは閉塞せしめる（換
言すれば、ロータリバルブ４が開閉弁される）と
ともに、後述する調整装置Ｘと暖機運転制御装置
Ｙが作動することにより機関軸２０と回転体１５
の回転位相角が進角方向にずれてその開閉弁時期
が吸気弁の開閉弁時期よりも早められるようにな
つている。即ち、この実施例においては回転体１
５の端面１５ａに突設した弁軸１６を、後述する
第１連結管２６と第２連結管３６を介して中間軸
１７及びタイミング軸１８に連結し、さらに該タ
イミング軸１８を該タイミング軸１８に取りつけ
たタイミングプーリ２２と機関軸２０に取りつけ
られ且つタイミングプーリ２２の1/2の直径を有
する出力プーリ２１の間に張設したタイミングベ
ルト２３を介して機関軸２０に連結している。従
つて、タイミング軸１８と中間軸１７と弁軸１６
相互間の回転位相角がずれない限り回転体１５は
常に機関軸２０の1/2の回転数で同期回転され、
ロータリバルブ４はエンジンの各気筒の吸入行程
毎に吸気弁の開閉弁時期と同一のタイミングで開
閉弁されることになる。一方、この状態において
タイミング軸１８に対して中間軸１７あるいは弁
軸１６の回転位相角が後述する調整装置Ｘあるい
は暖機運転制御装置Ｙの作用によつて進角方向に
変位せしめられると、ロータリバルブ４は吸気弁
より早い時期において開閉し、吸気通路２の閉塞
時期が吸気弁による閉塞時期よりも実質的に早ま
ることになる（吸気通路の開口時期は変化しな
い）。

調整装置Ｘは、エンジンの回転数の増加に伴つ
て前記ロータリバルブ４の閉弁時期を早めていわ
ゆるミラーサイクルを達成するものであり、前記
タイミング軸１８と中間軸１７の間に配設された
第２連結管３６と前記ブロア５１の下流の吸気圧
を受けて作動するシリンダ装置５６と該シリンダ
装置５６の変位を前記第２連結管３６に伝達する
第２レバー４６とを有している。第２連結管３６
は、その内部に、前記タイミング軸１８の一端１
８ａに形成した第３ヘリカルスプライン３３と摺
接係合する第２突起３８と、前記中間軸１７の一
端１７ａに形成した第２ヘリカルスプライン３２
と摺接係合する第１突機３７とを有している。
尚、この第３ヘリカルスプライン３３と第２ヘリ
カルスプライン３２は、相互に逆方向のねじれ角
を有している。従つて、この第２連結管３６は、
後述するピストン装置５６により第２レバー４６
を介して矢印Ｈ方向に変位せしめられることによ
り中間軸１７の回転位相を矢印Ｎ方向に回転する
タイミング軸１８に対して進角方向（矢印Ｑ方
向）にズラせてロータリバルブ４の開弁及び閉弁
時期を早め、また逆に矢印Ｇ方向に変位せしめら
れることにより中間軸１７の回転位相をタイミン
グ軸１８に対して遅角方向（矢印Ｐ方向）にズラ
せてロータリバルブ４の開弁及び閉弁時期を遅ら
せる如く作用する。又、この中間軸１７とタイミ
ング軸１８の位相角を、第２連結管３６の軸方向
変位量に対応して変化する。

シリンダ装置５６は、前記吸気通路２における
前記ロータリバルブ４の上流側でしかも前記ブロ
ア５１の下流側位置から分岐する吸気圧導入路５
５を介して導入される吸気圧とスプリング５９の
バネ圧との釣合いにより進退変位せしめられるピ
ストン５７を有しており、該ピストン５７の変位
をピストンロツド５８を介して第２レバー４６及
び燃料噴射ポンプ４７の制御レバー４８に伝達す
るようになつている。従つて、エンジン回転数が
増大しそれに伴つて吸気圧が上昇した場合には、
ピストン５７がスプリング５９のバネ力に抗して
矢印Ｌ方向に吸気圧に対応した寸法だけ移動し、
第２レバー４６を介して第２連結管３６が矢印Ｈ
方向即ち、ロータリバルブ４の開弁及び閉弁時期
を吸気弁の開閉弁時期よりも早める方向に変位せ
しめられるとともに、燃料噴射ポンプ４７の制御
レバー４８が燃料減少方向に回動変位せしめられ
る。尚、この実施例においては、第１図に示す如
くピストン５７がスプリング５９によつて付勢さ
れてストロークエンド位置にある状態においては
タイミング軸１８と中間軸１７とが位相角０の位
置にあり、ロータリバルブ４の開閉弁時期が吸気
弁の開閉弁時期と一致するように設定している。
このため、シリンダ装置５６のスプリング５９の
バネ力を適宜に設定することにより、ロータリバ
ルブ４の開閉弁時期が進角方向へ変位し始める場
合のエンジン回転数即ち、ミラーサイクルを達成
し得る最小エンジン回転数を適宜に調整すること
ができる。従つて、エンジンは、エンジン回転数
がスプリング５９のバネ力によつて設定される設
定回転数以下であるような運転領域においてはロ
ータリバルブ４と吸気弁の開閉弁時期がほぼ一致
した通常サイクルの運転を行ない、エンジン回転
数が設定回転数以上であるような運転領域におい
てはロータリバルブ４の開閉弁時期が吸気弁の開
閉弁時期よりも早いミラーサイクルでの運転を行
なうことになる。尚、この実施例においては、エ
ンジンの運転形態が通常サイクルからミラーサイ
クルに移行する設定回転数を、第２図に示す如く
暖機運転領域Ｖにおける最大エンジン回転数N₀
に一致させている。これは、説明の便宜上この調
整装置Ｘによるロータリバルブ４の開閉弁時期制
御と後述する暖機運転制御装置Ｙによるロータリ
バルブ４の開閉弁時期制御とが重複して行なわれ
ないようにしたものであり、従つて本考案の他の
実施例において調整装置Ｘと暖機運転制御装置Ｙ
を同時に作動させるように設定回転数を決めるこ
とは何ら差支えない。

暖機運転制御装置Ｙは、暖機運転時にロータリ
バルブ４の開閉弁時期を吸気弁の開閉弁時期より
も早めるものであつて、前記弁軸１６と中間軸１
７を連結する第１連結管２６と制御装置１０から
の制御信号を受けて作動するアクチユエータ４３
と該アクチユエータ４３の変位を第１連結管２６
に伝達する第１レバー４２とを有している。第１
連結管２６は、その内部に、弁軸１６の外端部１
６ｂに形成した第１ヘリカルスプライン３１と摺
接係合する第１突起２７と、中間軸１７の他端１
７ｂに形成したスパースプライン３４と摺接係合
する第２突起２８とを有している。この弁軸１６
の第１ヘリカルスプライン３１のねじれ方向は、
第１連結管２６が矢印Ｆ方向に変位した場合に弁
軸１６を矢印Ｓ方向即ち、ロータリバルブ４の開
閉弁時期を早める方向へ回動させ得るような方向
とされている。特に、この実施例においては、ア
クチユエータ４３の作動子４３ａが突出方向に作
動した場合に第１連結管２６が矢印Ｆ方向に移動
するように第１ヘリカルスプライン３１のねじれ
方向を決定している。尚、中間軸１７側のスプラ
インがスパースプライン３４とされているため、
該中間軸１７は第１連結管２６が矢印Ｅ−Ｆ方向
に変位してもその変位とは無関係に所定の回転位
相のまま位置保持される（換言すれば、暖機運転
制御装置Ｙが作動しても燃料噴射量は何ら変化し
ない）。

さらに、アクチユエータ４３は、前記エアフロ
メータ８によつて検出される吸入空気量（即ち、
エンジン負荷）と回転数センサ１１によつて検出
されるエンジン回転数と水温センサ１２によつて
検出されるエンジン温度を受けて作動する制御装
置１０によつてその作動が制御されるものであ
り、この実施例においてはエンジンの運転状態が
第２図において領域Ｖで示す暖機運転領域にあり
且つエンジン温度が所定温度Ｔ以下であるような
場合においてのみ前記第１連結管２６を矢印Ｆ方
向へ変位させる如く作動するように構成されてい
る。又、このアクチユエータ４３の変位量即ち、
第１連結管２６の移動量（換言すれば、ロータリ
バルブ４の開閉弁時期の進角量）はエンジン温度
が低いほど大きくなるように設定されている。さ
らに、この暖機運転制御装置Ｙにおいては、アク
チユエータ４３が非作動状態にある場合（第１図
図示位置）には、中間軸１７と弁軸１６の回転位
相角が０となり、前記調整装置Ｘが中立位置にあ
る限りロータリバルブ４の開閉弁時期と吸気弁の
開閉弁時期がほぼ一致するように各部の相対位置
関係を設定している。

排気通路３の排気下流位置にはターボ過給機５
０のタービン５２が取付けられている。又、この
排気通路３のタービン５２取付位置より排気上流
位置には排気還流通路５が接続されている。この
排気還流通路５は、その途中に排気還流弁７を取
付けるとともに、排気下流側の端部に第１排気還
流孔６Ａ、第２排気還流孔６Ｂ、第３排気還流孔
６Ｃ及び第４排気還流孔６Ｄの４つの排気還流孔
を形成し、これら各排気還流孔６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄをそれぞれ吸気通路２の各分岐路２Ａ，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内に臨ましめている。

尚、排気還流弁７は、前記制御装置１０により
第２図において領域Ｕで示す通常の排気還流制御
領域と領域Ｖで示す暖機運転領域の両方の領域で
開弁する如く制御されるが、特に、この実施例に
おいては、領域Ｕにおいては排気還流弁７の開度
をエンジン回転数、エンジン温度及びエンジン負
荷等のエンジンの運転状態に応じて適宜に増減さ
せて排気還流量を調整するが、領域Ｖにおいては
排気還流弁７の開度を予じめ設定した設定開度の
まま保持するようにしている。従つて、暖機運転
時においては、吸気通路２の各分岐路２Ａ，２
Ｂ，２Ｃ，２Ｄの吸気負圧によつて排気還流量が
増減変化せしめられることになる。

続いて、図示実施例の排気還流制御装置の作用
を説明すると、先ず、エンジンの運転状態がクラ
ンキング後の暖機運転領域にある場合には、エン
ジン回転数が低く従つて十分な過給圧が得られな
いため、調整装置Ｘは不作動のまま位置保持さ
れ、タイミング軸１８と中間軸１７の位相角が０
に保持される。又、排気還流弁７は、所定開度に
固定的に開弁されており、比較的低圧の排気ガス
が排気還流通路５から吸気通路２の各分岐路２
Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに供給可能とされている。

一方、アクチユエータ４３は、エンジン温度に
対応した変位量だけ変位せしめられており、従つ
て、第１連結管２６が矢印Ｆ方向に適度に移動
し、弁軸１６が中間軸１７（即ち、タイミング軸
１８）に対して適宜位相角だけ矢印Ｓ方向に進角
せしめられており、それだけロータリバルブ４の
開閉弁時期が吸気弁の開閉弁時期より早められて
いる。このため、エンジンの吸入行程時において
ロータリバルブ４が閉弁した時点から次に吸気弁
が閉弁するまでの間はロータリバルブ４と吸気弁
とがともに開弁している場合よりも吸気通路２の
各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内の吸気負圧が
大きく、それだけ各排気還流孔６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ，６Ｄから各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内
に導入される排気量が多くなり、この多量に導入
された排気の熱により吸気温度あるいは燃焼温度
が急速に高められ、その結果、エンジンの始動性
が向上しまた暖機が促進せしめられることにな
る。

さらに、エンジン温度が低いほどロータリバル
ブ４の開閉弁時期が早くなるように構成している
ため、エンジン温度が低い場合には吸気通路２の
各分岐路２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ内の吸気負圧が
エンジン温度が比較的高い場合よりも大きくなり
それだけ多量の排気を導入してその排気熱により
吸気の加熱作用を一層促進させることができる。
即ち、エンジン温度の高低の如何に拘わらず全暖
機運転を通してより効果的に暖機運転を行なうこ
とができる。

次に、エンジンの運転領域が排気還流領域Ｕに
ある場合には、制御装置１０により排気還流弁７
が作動せしめられ、吸気通路２の各分岐路２Ａ，
２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにそれぞれ所定量づつ排気が排
気還流通路５を介して導入され、燃焼温度の抑制
により排気エミツシヨンの向上あるいはエンジン
の熱負荷の抑制作用が行なわれる。

この排気還流制御領域Ｕにおいて、特にエンジ
ン回転数が接定回転数N₀より低い場合には前記
暖機運転領域の場合と同様に調整装置Ｘが不作動
とされているため、ロータリバルブ４は吸気弁と
ほぼ同一タイミングで開閉弁し、エンジンは通常
サイクルで運転される。

一方、エンジン温度が設定温度N₀より高い場
合には、ターボ過給機５０の過給効果により吸気
圧が高くなつて調整装置Ｘが作動し、シリンダ装
置５６により第２連結管３６が矢印Ｈ方向に移動
せしめられてロータリバルブ４の開閉弁時期が吸
気弁の開閉弁時期よりも適宜角度だけ早められ
る。このため、吸入空気量が減少すると同時に燃
料噴射ポンプ４７からの燃料噴射量が減少せしめ
られ、ミラーサイクルが達成される。即ち、この
運転領域においては、吸気過給を行なつたにも拘
わらず燃焼圧（エンジンの熱負荷）が所定圧以上
に上昇するのが抑制され、これによりエンジンの
信頼性が確保されることになる。

又、この実施例においては、エンジンの吸気弁
より吸気上流側にロータリバルブ４を設けて該ロ
ータリバルブ４の開閉弁時期を吸気弁の開閉弁時
期よりも早めることによりミラーサイクルを達成
するようにしているが、本考案の他の実施例にお
いては、ロータリバルブ４を設けることなく吸気
弁自体の開閉弁時期を調整可能として該吸気弁を
吸気開閉弁として作用させるようにすることもで
きる。

又、この実施例においては、過給機付きデイー
ゼルエンジンを例にとつて説明したが、本考案の
排気還流制御装置は無過給式デイーゼルエンジン
にも適用できることは勿論である。尚、本考案の
排気還流制御装置を無過給式デイーゼルエンジン
に適用する場合には、調整装置Ｘのアクチユエー
タとして例えば、エンジンの回転速度に比例して
変位量が変化するフライウエイト装置あるいは油
圧ポンプ等の機械的アクチユエータを使用すれば
よい。

考案の効果本考案のデイーゼルエンジンの排気還流制御装
置は、吸気通路に吸入行程毎に開弁する吸気開閉
弁を設けるとともに、この吸気開閉弁の閉弁時期
をエンジン回転数が増えるにつれて早める構成と
したデイーゼルエンジンにおいて、上記吸気開閉
弁の下流側に排気還流孔を形成するとともに、エ
ンジンのクランキング後の暖機運転時に上記吸気
開閉弁の閉弁時期を早めて吸気通路内の吸気負圧
を大ならしめるようにしているため、該吸気通路
内に吸気負圧を利用して排気をスムーズに導入す
ることができ、それだけ導入された排気の熱によ
り吸気温あるいは燃焼温度を素早く高めてエンジ
ンの始動性の向上あるいは暖機の促進を図り得る
という効果がある。

又、ミラーサイクル構成用部材として使用され
れる吸気開閉弁を、暖機時における排気導入装置
の一部として利用するようにしているため、排気
導入装置として設けられる専用の構成部材の点数
が減少し、それだけコストダウンを図り得るとい
う実用的効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例に係る排気還流制御装置
を備えた自動車用デイーゼルエンジンのシステム
図、第２図は第１図に示したデイーゼルエンジン
の運転領域図である。１……エンジン本体、２……吸気通路、３……
排気通路、４……ロータリバルブ、５……排気還
流通路、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ……排気還流
孔、７……排気還流弁、８……エアフロメータ、
９……エアクリーナ、１０……制御装置、１１…
…回転数センサ、１２……水温センサ、１６……
弁軸、１７……中間軸、１８……タイミング軸、
２６……第１連結管、３６……第２連結管、４３
……アクチユエータ、４７……燃料噴射ポンプ、
５０……ターボ過給機、５５……吸気圧導入路、
５６……シリンダ装置、Ｘ……調整装置、Ｙ……
暖機運転制御装置。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

吸気通路に吸入行程毎に開弁する吸気開閉弁を
設けるとともに、この吸気開閉弁の閉弁時期をエ
ンジン回転数が増えるにつれて早める構成とした
デイーゼルエンジンにおいて、上記吸気開閉弁の
下流側に排気還流孔を設けるとともに、エンジン
クランキング後の暖機運転時に上記吸気開閉弁の
閉弁時期を早める暖機運転制御装置を設けたこと
を特徴とするデイーゼルエンジンの排気還流制御
装置。