JP2001295712A - Egr装置付き内燃機関の吸気系構造 - Google Patents
Egr装置付き内燃機関の吸気系構造Info
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Abstract
し、行程毎の気筒内のEGR率を滑らかに変化させるこ
とを可能にする。 【解決手段】 排気路からの排気の導入孔23を吸気路
9が各気筒3A〜3D毎に分岐する分岐部13の上流側
に設けるとともに、導入孔23から各気筒3A〜3Dの
吸気孔4A〜4Dに至る流路容積を各気筒3A〜3D間
で等容積或いは略等容積になるように吸気路9を形成す
る。
Description
燃機関の吸気系構造に関する。
させる排気再循環装置(EGR装置)が知られている。
EGR装置を内燃機関(エンジン)にそなえることによ
って、燃焼室内の燃焼温度を低下させ、窒素酸化物(N
OX)の生成を低減させることが可能になる。しかしな
がら、排気ガスの再循環量が多すぎると燃焼のための空
気量が不十分となり、ディーゼルエンジンでは黒煙が発
生し、ガソリンエンジンでは未燃ガスが発生してしま
う。
合、加速時には、加速のための燃料量に応じてEGR弁
を閉操作し、混合気における排気の割合(EGR率)を
減少させ、逆に新気の割合を増大させて黒煙の防止を図
るようにしている。
操作してから実際に各気筒内のEGR率が低下するまで
には少なからぬ時間遅れが存在する。この時間遅れは、
EGR弁に制御信号を出力してからEGR弁が作動する
までの応答遅れや、空気(新気と排気との混合気)がE
GR弁の設置位置から各気筒内に到達するまでの時間遅
れによるものであるが、このようにEGR率の低下が遅
れると、噴射した燃料量に対して燃焼のための空気量が
不十分となって黒煙が発生してしまう。
R率を算出し、算出したEGR率に応じて噴射する燃料
量を制限する技術が提案されている。ところで、図5に
示すように、一般的なディーゼルエンジン(ここでは、
直列4気筒エンジン)の吸気路30は、図示しないエア
クリーナに連通しスロットル弁40が配設された吸気管
32と、シリンダヘッド34に形成され気筒39A〜3
9Dの吸気孔38A〜38Dに連通する吸気ポート37
A〜37Dと、吸気管32と吸気ポート37A〜37D
とを繋ぐ吸気マニホルド33とにより形成されている。
吸気マニホルド33は筒状のサージタンク35と、サー
ジタンク35から分岐して各吸気ポート37A〜37D
に接続される分岐管36A〜36Dとから形成されてい
る。
路30へ排気を再循環させるべくEGR装置42がそな
えられている。EGR装置42は図示しない排気路と吸
気路30とを連通させるEGR管44と、EGR管44
内に配設され排気の再循環量を制御するEGR弁41と
から構成され、EGR管42は、吸気管32のスロット
ル弁40の配設部分の下流側に形成されたEGR導入孔
43に接続されている。
ナを経由して吸気管32内に吸入された空気(新気)
は、EGR導入孔43の配設部で排気と混合されて混合
気となった後、吸気管32からサージタンク35へ流入
し、分岐管36A〜36Dから吸気ポート37A〜37
Dを経由して各気筒39A〜39D内に吸入されること
になる。したがって、EGR率を変化させるべくEGR
弁41を操作した場合、EGR導入孔43から吸気孔3
8A〜38Dに至る流路容積分だけ、各気筒39A〜3
9D内のEGR率の変化は遅れることになる。
路45Aを経由し、第2気筒39Bへは流路45Bを経
由し、第3気筒39Cへは流路45Cを経由し、そして
第4気筒39Dへは流路45Dを経由して流入するが、
これらの流路45A〜45Dの長さは等しくなく、また
流路容積も等しくない。図5に示す場合では、流路45
A,45Dに比較して流路45B,45Cの流路容積は
小さい。
における吸気管32から各気筒39A〜39Dに至るま
での吸気路30内のEGR率の変化を摸式的に示したも
のである。図6(a)〜図6(h)は順に第1〜第8行
程を示しており、まず第1行程で第1気筒39Aに吸気
され、続いて第3気筒39C,第4気筒39D,第2気
筒39Bの順に吸気されるものとしている。ここでは、
第1行程で全体の流量に対する排気の流量比が50%に
なるようにEGR弁41を操作し、第2行程でさらに排
気の流量比が25%になるようにEGR弁41を操作
し、第3行程以降では完全にEGR弁41を閉じた場合
を示している。なお、図6(a)〜図6(h)の吸気路
30中において黒色部分は排気、すなわちEGR率10
0%を示しており、逆に白色部分は新気、すなわちEG
R率0%を示している。また、濃い灰色部分はEGR率
50%の混合気を示しており、薄い灰色部分はEGR率
25%の混合気を示している。
路容積の小さい第2気筒39B,第3気筒39Cでは、
EGR弁41の閉操作に応じて気筒内のEGR率は早く
低下する。ところが、流路容積の大きい第1気筒39
A,第4気筒39Dでは、流路内に溜まっている分だけ
時間遅れが生じ、気筒内のEGR率の低下は遅くなる。
このため、エンジン全体で見た場合のEGR率の変化は
滑らかな変化とはならず、図7に示すように第4行程で
一旦低下した後に第5行程で再び上昇し、また、第6行
程で低下した後に第7行程で再び上昇するようなギクシ
ャクとした変化になってしまう。
に、前述のように気筒内のEGR率に応じて噴射する燃
料量を制限すると、黒煙の排出は抑えることができるも
のの燃料噴射量も変動してしまい滑らかな加速が得られ
なくなってしまう。一方、滑らかな加速が得られるよう
に燃料噴射量を制御する場合には、EGR率が上昇する
第5,第7行程では空気不足となって黒煙が発生してし
まう。
では、気筒内に吸入された混合気のEGR率を算出して
EGR率に応じて噴射する燃料量を制限しようとして
も、EGR率が滑らかに変化しないために滑らかな加速
が得られないという課題があった。また、黒煙を発生さ
せることなく滑らかな加速を得ようとするならば、EG
R率が上昇する行程(図7に示す場合では第5,第7行
程)のEGR率に合わせて燃料噴射量を増加させていか
ねばならず、燃料の増量が遅れて速やかな加速が得られ
ないという課題があった。そして、この課題は図5に例
示したような構成の吸気系構造のみならず、サージタン
ク内に直接排気を導入する形式のものも含めて各気筒に
至る流路容積が各気筒間で相違する構造一般に共通する
課題である。
公平3−29572号公報には、EGR管を各ポートに
接続した技術が開示されている。しかしながら、この技
術ではEGR弁からEGR導入孔までの距離が長くな
り、その分だけEGR率の変化に時間遅れが生じたりE
GR損失が大きくなってしまう新たな課題がある。ま
た、構造が複雑であるため生産コストが上昇してしまう
という課題もある。したがって、上記のような新たな課
題が生じることなく、行程毎の気筒内のEGR率を滑ら
かに変化させることを可能にしたい。
ので、行程毎の気筒内のEGR率を滑らかに変化させる
ことを可能にした、EGR装置付き内燃機関の吸気系構
造を提供することを目的とする。
R装置付き内燃機関の吸気系構造では、排気路からの排
気ガスの導入孔を吸気路が各気筒毎に分岐する分岐部の
上流側に設けるとともに、上記導入孔から各気筒の吸気
孔に至る流路容積を各気筒間で等容積或いは略等容積に
なるように吸気路を形成している。
の混合気)が各気筒内に吸入されるまでの時間は各気筒
間で略等しくなり、EGR装置の弁が閉操作された場合
の各気筒内の混合気中の排気の割合(EGR率)は、行
程毎に滑らかに変化するようになる。なお、好ましく
は、上記導入孔を吸気路の周囲に複数設けるようにす
る。これにより、排気と新気とは斑無く確実に混合され
るようになる。
路容積は小さいほど好ましい。これにより、導入孔付近
の空気が各気筒内に吸入されるまでの時間遅れは低減さ
れ、EGR装置の弁の閉操作に対して各気筒内のEGR
率も速やかに変化するようになる。
の形態について説明する。図1〜図4は本発明の一実施
形態としてのEGR装置付き内燃機関の吸気系構造を示
すものである。まず、図1,図2に基づいて本実施形態
にかかる内燃機関の吸気系構造の構成について説明す
る。なお、本実施形態にかかる内燃機関は、直列4気筒
の直墳式のディーゼルエンジンとして構成されているも
のとする。
1には、4つの気筒3A〜3Dが直列に設けられてい
る。本実施形態にかかるエンジン1は、直列4気筒の直
墳式のディーゼルエンジンとして構成されており、各気
筒3A〜3Dの頂部には気筒3A〜3D内に燃料を直接
噴射するための図示しないインジェクタが配設されてい
る。
吸気孔4A〜4D設けられており、エンジン1のシリン
ダヘッド2には吸気孔4A〜4Dに連通する吸気ポート
5A〜5Dが穿設されている。なお、各気筒3A〜3D
の頂部近傍には吸気孔4A〜4Dとともに排気孔も設け
られ、シリンダヘッド2には排気孔に連通する排気ポー
トも穿設されているが、これらについては図示を省略し
ている。
ド10が接続されている。吸気マニホルド10は、一端
部を上流側の吸気管6に接続される集合管11と、集合
管11の他端部(分岐部)13で分岐して各吸気ポート
5A〜5Dに接続される分岐管12A〜12Dとから構
成されている。各分岐管12A〜12Dは長さは等しく
ないが内部容積は等しくなるように形成されている。な
お、吸気管6は上流側に設けられる図示しないエアクリ
ーナに連通しており、内部には空気流量を調整するため
のスロットル弁7が配設されている。そして、上記の吸
気管6,吸気マニホルド10,吸気ポート5A〜5Dに
より各気筒3A〜3D内に空気を導入するための吸気路
9が形成されている。
路から上記の吸気路9へ排気を再循環させるEGR装置
20がそなえられている。EGR装置20は、排気路と
吸気路30とを連通させるEGR管24と、EGR管2
4内に配設され排気の再循環量を制御するEGR弁21
とから構成されており、EGR管24は吸気管6のスロ
ットル弁7の配設部分の下流側に接合されている。図2
に示すように、EGR管24はその端部が吸気管6を取
り巻くように円環状に形成されている。そして、吸気管
6とEGR管24との接合部には、吸気管6内とEGR
管24内とを連通するEGR導入孔23が複数設けられ
ている。
ナを経由して吸気管6内に吸入された空気(新気)は、
EGR管24との接合部においてEGR導入孔23から
導入される排気と混合されて混合気となる。このとき、
EGR導入孔23は吸気管6の周囲に複数設けられてい
るので、排気と新気とはムラ無く確実に混合されるよう
になる。そして、吸気管6から吸気マニホルドの集合管
11に流入した混合気は分岐部13で各分岐管12A〜
12Dに分岐し、吸気ポート5A〜5Dを経由して各気
筒3A〜3D内に吸入されることになる。このとき、混
合気は第1気筒3Aへは流路8Aを経由し、第2気筒3
Bへは流路8Bを経由し、第3気筒3Cへは流路8Cを
経由し、そして第4気筒3Dへは流路8Dを経由して流
入するが、これらの流路8A〜8Dは各分岐管12A〜
12Dの内部容積が等しいことから略等容積になってい
る。
実施形態としてのEGR装置付き内燃機関の吸気系構造
の作用について、図3,図4を用いて説明する。図3
(a)〜図3(h)は、EGR弁21を操作したときの
吸気路9内及び各気筒3A〜3D内のEGR率の変化の
一例を行程順(第1行程〜第8行程)に摸式的に示した
ものである。各気筒3A〜3Dの吸気の順番は1−3−
4−2気筒の順に設定されており、図3(a)に示すよ
うにまず第1行程で第1気筒3Aへ吸気されるものとし
ている。
気、すなわちEGR率100%を示しており、逆に白色
部分は新気、すなわちEGR率0%を示している。ま
た、濃い灰色部分はEGR率50%の混合気を示してお
り、薄い灰色部分はEGR率25%の混合気を示してい
る。ここでは、図3(a)に示すように第1行程で全体
の流量に対する排気の流量比が50%になるようにEG
R弁21を操作し[図3(a)]、第2行程でさらに排
気の流量比が25%になるようにEGR弁21を操作し
[図3(b)]、第3行程以降では完全にEGR弁21
を閉じている[図3(c)〜図3(h)]。
り、吸気路9内の混合気のEGR率は、図3(a)〜図
3(h)に示すように行程毎に次第に低下していくが、
EGR導入孔21から各気筒3A〜3Dに至る流路容積
が略等しいことから、各気筒3A〜3D内に吸入される
混合気のEGR率は、従来のように行程毎に変動するこ
となく、図4に示すように行程毎に次第に滑らかに低下
していく。
内のEGR率とエンジン回転速度とから決まる最適な燃
料量を噴射する場合には、燃料噴射量は図4に示すよう
に行程毎に次第に増加していくようになる。したがっ
て、フィルタ処理等のなまし制御を施すことによって滑
らかな燃料変化量を得ることができ、これにより滑らか
な加速を得ることが可能になる。
造にかかるEGR率変化と、この従来のEGR率変化に
応じて黒煙を発生させることなく滑らかに燃料を増量さ
せた場合の行程毎の燃料噴射量変化とを示したものであ
るが、この従来の燃料噴射量変化と対比して分かるよう
に、燃料噴射量をより速やかに増加させることが可能に
なり、ドライバの加速要求に対するレスポンスを向上さ
せることも可能になる。
気筒3A〜3D内のEGR率変化はあくまでも一例であ
り、吸気路9内容積と各気筒3A〜3D内容積との関係
を変えた場合や、EGR弁21の開度変化を変えた場合
には、EGR率の行程毎の変化状態も図4に示す変化状
態とは異なってくる。ただし、EGR導入孔21から各
気筒3A〜3Dに至る流路容積が等しいか略等しい限り
は、変動のない滑らかなEGR率の変化は確保すること
ができる。
R導入孔23から各気筒3A〜3Dの吸気孔4A〜4D
に至る流路容積を各気筒3A〜3D間で略等容積になる
ように吸気路9を形成しているので、加速時や減速時に
EGR弁21の操作に応じて各気筒3A〜3D内に吸入
される混合気のEGR率を行程毎に滑らかに変化させる
ことができるという利点がある。そして、これにより、
黒煙の発生を抑制するために気筒内のEGR率とエンジ
ン回転速度とから決まる最適な燃料量を噴射した場合で
も、滑らかな加速が得られるという利点もある。
に複数設けることによって排気と新気とをムラ無く確実
に混合することができるので、EGR導入孔23から各
気筒3A〜3Dの吸気孔4A〜4Dに至る流路容積を小
さくすることができ、EGR弁21の操作に対するEG
R率の変化の応答遅れを縮小することができるという利
点もある。
ート5A〜5DにEGR管22を接続する必要がないの
で装置構造を簡単にすることができ、また、EGR弁2
1からEGR導入孔23までの距離が長くなってしまう
こともないという利点もある。以上、本発明のEGR装
置付き内燃機関の吸気系構造の一実施形態について説明
したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでは
なく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実
施することができる。例えば、本実施形態にかかる吸気
マニホルド10の各分岐管12A〜12Dは不等長等容
積であるが、等長等容積に形成してもよい。この場合に
は各分岐管12A〜12Dの断面積を等しくすることが
できる。
〜5Dの内部容積が等しいことを前提に、吸気マニホル
ド10の分岐管12A〜12Dの内部容積を等しくする
ことによって、各気筒3A〜3Dの吸気孔4A〜4Dに
至る流路容積を等しくしているが、各吸気ポート5A〜
5Dの内部容積にばらつきがある場合には、このばらつ
きを解消するように分岐管12A〜12Dの内部容積を
設定すればよい。
ら分岐管12A〜12Dへ直接分岐するような構造とな
っているが、集合管11と分岐管12A〜12Dとの間
にサージタンクを設けてもよい。ただし、この場合に
は、サージタンク内の流路容積を考慮して、EGR導入
孔23から各気筒3A〜3Dの吸気孔4A〜4Dに至る
流路容積が等しくなるように各分岐管12A〜12Dの
内部容積を設定する。
5A〜5Dに一体化させた構造であってもよい。さら
に、本実施形態では、EGR管24を吸気管6に接合し
ているが、吸気マニホルド10の集合管11に接合して
集合管11内とEGR管24内とを連通するようにEG
R導入孔23を複数設けてもよい。これにより、EGR
導入孔23から各気筒3A〜3Dの吸気孔4A〜4Dに
至る流路容積をより小さくして、EGR導入孔23付近
の空気が各気筒3A〜3D内に吸入されるまでの時間遅
れを低減することができる。
みならず、ガソリンエンジンにも適用可能であることは
勿論である、
置付き内燃機関の吸気系構造によれば、導入孔から各気
筒の吸気孔に至る流路容積を各気筒間で等容積或いは略
等容積になるように吸気路を形成しているので、加速時
や減速時にEGR装置の弁の操作に応じて各気筒内に吸
入される混合気のEGR率を行程毎に滑らかに変化させ
ることができるという利点がある(請求項1)。
場合には、排気と新気とを斑無く確実に混合することが
可能になるという利点がある(請求項2)。
燃機関の吸気系構造を示す模式図である。
との接合部の構成を示す断面図である。
布の変化を示す図であり、(a)〜(h)の順に行程毎
の変化を示してる。
料噴射量の行程毎の変化とを示す図である。
示す模式図である。
R率分布の変化を示す図であり、(a)〜(h)の順に
行程毎の変化を示してる。
する燃料噴射量の行程毎の変化とを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 排気路から吸気路へ排気の一部を再循環
させるEGR装置付き内燃機関の吸気系構造において、 該排気路からの排気の導入孔を該吸気路が各気筒毎に分
岐する分岐部の上流に設け、 該導入孔から上記各気筒の吸気孔に至る流路容積が上記
各気筒間で等容積或いは略等容積になるように該吸気路
を形成したことを特徴とする、EGR装置付き内燃機関
の吸気系構造。 - 【請求項2】 該導入孔を該吸気路の周囲に複数設けた
ことを特徴とする、請求項1記載のEGR装置付き内燃
機関の吸気系構造。
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JP2000115340A JP2001295712A (ja) | 2000-04-17 | 2000-04-17 | Egr装置付き内燃機関の吸気系構造 |
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