JP2005299396A - Four cycle multi-cylinder internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付き４サイクル多気筒内燃機関に関する。 The present invention relates to a 4-cycle multi-cylinder internal combustion engine with a supercharger.
特許文献１の図３に示されているように、過給機のタービン（参照符号４１）下流と過給機の圧縮機（参照符号４２）上流とが通路（参照符号７）を介して接続されているシステムが知られている。このシステムでは、圧縮機上流の圧力がタービン下流の圧力よりも低い（圧縮機上流の圧力は負圧となっている）ことから、タービンを通過した排気ガスが通路を介して圧縮機上流に還流される。
As shown in FIG. 3 of
ところが、こうしたシステムでは、還流された排気ガスが圧縮機を通ることになるので、圧縮機が排気ガスにより腐食されてしまう。また、圧縮機上流に排気ガスを還流することから、排気ガスが還流される箇所から燃焼室までの距離が比較的長く、その結果、燃焼室に還流される排気ガスの量を変えようとしてから、燃焼室に還流される排気ガスの量が実際に変わるまでの時間が長くなってしまう（すなわち、還流される排気ガス量の制御に関する応答性が低い）。 However, in such a system, the recirculated exhaust gas passes through the compressor, so that the compressor is corroded by the exhaust gas. Also, since the exhaust gas is recirculated upstream of the compressor, the distance from the exhaust gas recirculation point to the combustion chamber is relatively long, and as a result, the amount of exhaust gas recirculated to the combustion chamber is changed. Therefore, the time until the amount of exhaust gas recirculated to the combustion chamber actually changes becomes long (that is, the responsiveness relating to the control of the amount of exhaust gas recirculated is low).
ここで、排気タービン上流から圧縮機下流へ排気ガスを還流させれば、還流された排気ガスは圧縮機を通ることはないので、排気ガスによる圧縮機の腐食を抑制することができ、また、排気ガスが還流される箇所から燃焼室までの距離も短くすることができる。 Here, if the exhaust gas is recirculated from the exhaust turbine upstream to the compressor downstream, the recirculated exhaust gas does not pass through the compressor, so that corrosion of the compressor by the exhaust gas can be suppressed, The distance from the location where the exhaust gas is recirculated to the combustion chamber can also be shortened.
ところが、この場合にも不具合がある。すなわち、圧縮機下流の圧力は比較的高く、特に、内燃機関が高負荷の状態で運転せしめられているときには、圧縮機下流の圧力は非常に高くなるので、排気タービン上流と圧縮機下流とを単に通路で接続しただけでは、排気ガスは圧縮機下流に還流されない。 However, there is also a problem in this case. That is, the pressure downstream of the compressor is relatively high, and particularly when the internal combustion engine is operated at a high load, the pressure downstream of the compressor becomes very high. The exhaust gas is not recirculated downstream of the compressor simply by connecting with a passage.
そこで、特許文献１に記載のシステムでは、図１に示されているように、４サイクル内燃機関（参照符号３０）の燃焼室につながっている排気管（参照符号３１）と圧縮機下流とを通路（参照符号１５）を介して接続している。これによれば、圧縮機下流の圧力が非常に高いとしても、排気管には、ピストンの力で強制的に排気ガスが排出されるのであるから、圧縮機下流に排気ガスを還流することができる。
Therefore, in the system described in
ところが、特許文献１に記載のシステムにも解決すべき課題がある。すなわち、圧縮機下流に還流させる排気ガスは４サイクル内燃機関から排出される排気ガスである。したがって、４サイクル内燃機関から排気ガスが排出されるのは、４サイクル（すなわち、吸気、圧縮、膨張、排気行程の４つの行程）が行われる毎に１回である。このため、多量の排気ガスを圧縮機下流に還流させたい場合に、十分な量の排気ガスを圧縮機下流に還流させられないことがあり得る。
However, the system described in
そこで、本発明の目的は、多量の排気ガスを過給機の圧縮機下流に還流させたい場合に、十分な量の排気ガスを圧縮機下流に還流させることができる過給機付き４サイクル多気筒内燃機関を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a 4-cycle multi-cycle system with a supercharger that can recirculate a sufficient amount of exhaust gas downstream of the compressor when a large amount of exhaust gas is desired to recirculate downstream of the compressor of the supercharger. It is to provide a cylinder internal combustion engine.
上記課題を解決するために、１番目の発明では、過給機を備えた４サイクル多気筒内燃機関において、特定の気筒では、該特定の気筒内に排気ガスを吸入する排気ガス吸入行程と、吸入した排気ガスを該特定の気筒から残りの気筒に接続されている上記過給機下流の吸気通路に排出する排気ガス排出行程とのみを行わせ、残りの気筒では、通常の吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを行わせる。
２番目の発明では、１番目の発明において、上記残りの気筒の排気ポートに対応する上記特定の気筒のポートが上記残りの気筒の排気ポートに接続されている排気通路に排気還流通路を介して接続され、上記排気通路から上記排気還流通路を介して排気ガスを該特定の気筒内に吸入する排気ガス吸入ポートとして機能し、一方、上記残りの気筒の吸気ポートに対応する上記特定の気筒のポートが上記吸気通路に接続され、該特定の気筒から上記吸気通路に排気ガスを排出する排気ガス排出ポートとして機能する。
In order to solve the above-mentioned problem, in a first invention, in a four-cycle multi-cylinder internal combustion engine equipped with a supercharger, in a specific cylinder, an exhaust gas intake stroke for sucking exhaust gas into the specific cylinder; The exhaust gas exhausted from the specific cylinder is discharged only to the intake passage downstream of the turbocharger connected to the remaining cylinder, and the normal intake stroke and compression are performed in the remaining cylinders. A stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke are performed.
According to a second aspect, in the first aspect, the port of the specific cylinder corresponding to the exhaust port of the remaining cylinder is connected to the exhaust passage connected to the exhaust port of the remaining cylinder via an exhaust recirculation passage. The exhaust gas intake port is connected and functions as an exhaust gas intake port for sucking exhaust gas into the specific cylinder from the exhaust passage through the exhaust gas recirculation passage, while the specific cylinder corresponding to the intake port of the remaining cylinder A port is connected to the intake passage and functions as an exhaust gas discharge port for discharging exhaust gas from the specific cylinder to the intake passage.
上記課題を解決するために、３番目の発明では、過給機を備えた４サイクル多気筒内燃機関において、特定の気筒では、該特定の気筒内に排気ガスおよび新気を吸入する排気ガス・新気吸入行程と、吸入した排気ガスおよび新気を該特定の気筒から残りの気筒に接続されている上記過給機下流の吸気通路に排出する排気ガス・新気排出行程とのみを行わせ、残りの気筒では、通常の吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを行わせる。
４番目の発明では、３番目の発明において、上記残りの気筒の排気ポートに対応する上記特定の気筒のポートが上記残りの気筒の排気ポートに接続されている排気通路に排気還流通路を介して接続されると共に上記吸気通路に新気吸入通路を介して接続され、上記排気通路から上記排気還流通路を介して排気ガスを該特定の気筒内に吸入すると共に上記吸気通路から新気を吸入する排気ガス・新気吸入ポートとして機能し、一方、上記残りの気筒の吸気ポートに対応する上記特定の気筒のポートが上記吸気通路に接続され、該特定の気筒から上記吸気通路に排気ガスおよび新気を排出する排気ガス・新気排出ポートとして機能する。
In order to solve the above-mentioned problem, in a third invention, in a four-cycle multi-cylinder internal combustion engine equipped with a supercharger, in a specific cylinder, an exhaust gas and fresh air that sucks exhaust gas and fresh air into the specific cylinder Only the fresh air intake stroke and the exhaust gas / fresh air exhaust stroke for discharging the intake exhaust gas and fresh air from the specific cylinder to the intake passage downstream of the supercharger connected to the remaining cylinders are performed. In the remaining cylinders, the normal intake stroke, compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke are performed.
According to a fourth aspect, in the third aspect, the port of the specific cylinder corresponding to the exhaust port of the remaining cylinder is connected to the exhaust passage connected to the exhaust port of the remaining cylinder via an exhaust recirculation passage. Connected to the intake passage through a fresh air intake passage, and exhaust gas is sucked into the specific cylinder from the exhaust passage through the exhaust gas recirculation passage and fresh air is sucked from the intake passage. While functioning as an exhaust gas / fresh air intake port, the port of the specific cylinder corresponding to the intake port of the remaining cylinder is connected to the intake passage, and exhaust gas and new air are supplied from the specific cylinder to the intake passage. It functions as an exhaust / exhaust gas exhaust port that exhausts air.
５番目の発明では、４番目の発明において、上記排気還流通路内を流れる排気ガスの量を調節する排気流量調節弁と、該新気吸入通路内を流れる新気の量を調節する新気流量調節弁とをさらに備える。
６番目の発明では、５番目の発明において、内燃機関が低負荷運転中にあるときには、上記排気流量調節弁を全閉とし且つ上記新気流量調節弁をも全閉とすると共に、上記排気ガス・新気吸入ポートを閉じるための弁を全閉とし且つ上記排気ガス・新気排出ポートを閉じるための弁をも全閉とする。
７番目の発明では、５番目の発明において、上記排気ガス・新気吸入ポートが上記排気還流通路に接続された排気ガス吸入ポートと上記新気吸入通路に接続された新気吸入ポートとからなり、上記過給機が高過給状態にあるときには、上記排気流量調節弁を全閉とし且つ上記新気流量調節弁を全開とすると共に、上記排気ガス吸入ポートを閉じるための弁を全閉とし、上記新気吸入ポートを閉じるための弁を排気ガス・新気吸入行程時には開き且つ排気ガス・新気排出行程時には閉じ、上記排気ガス・新気排出ポートを閉じるための弁を排気ガス・新気吸入行程時には閉じ且つ排気ガス・新気排出行程時には開く。
According to a fifth aspect, in the fourth aspect, an exhaust flow rate adjusting valve for adjusting the amount of exhaust gas flowing in the exhaust recirculation passage, and a fresh air flow rate for adjusting the amount of fresh air flowing in the fresh air intake passage. And a control valve.
According to a sixth aspect, in the fifth aspect, when the internal combustion engine is in a low load operation, the exhaust flow rate control valve is fully closed and the fresh air flow rate control valve is also fully closed, and the exhaust gas is The valve for closing the fresh air intake port is fully closed and the valve for closing the exhaust gas / fresh air discharge port is also fully closed.
According to a seventh aspect, in the fifth aspect, the exhaust gas / fresh air intake port comprises an exhaust gas intake port connected to the exhaust gas recirculation passage and a fresh air intake port connected to the fresh air intake passage. When the supercharger is in a high supercharging state, the exhaust flow rate control valve is fully closed and the fresh air flow rate control valve is fully opened, and the valve for closing the exhaust gas intake port is fully closed. The valve for closing the fresh air intake port is opened during the exhaust gas / fresh air intake stroke and closed during the exhaust gas / fresh air discharge stroke, and the valve for closing the exhaust gas / fresh air exhaust port is exhaust gas / new air. It closes during the air intake stroke and opens during the exhaust gas / new air discharge stroke.
８番目の発明では、６または７番目の発明において、上記排気ガス・新気吸入ポートを閉じるための弁と上記排気ガス・新気排出ポートを閉じるための弁とがその開閉タイミングを制御可能な動弁機構により開閉弁される。
９番目の発明では、８番目の発明において、上記動弁機構が上記排気ガス・新気吸入ポートを閉じるための弁と上記排気ガス・新気排出ポートを閉じるための弁とのリフト量をも制御可能である。
In the eighth invention, in the sixth or seventh invention, the opening / closing timing of the valve for closing the exhaust gas / fresh air intake port and the valve for closing the exhaust gas / fresh air discharge port can be controlled. It is opened and closed by a valve mechanism.
According to a ninth aspect, in the eighth aspect, the valve operating mechanism has a lift amount between a valve for closing the exhaust gas / fresh air intake port and a valve for closing the exhaust gas / fresh air discharge port. It can be controlled.
上記課題を解決するために、１０番目の発明では、過給機を備えた４サイクル多気筒内燃機関において、該内燃機関の吸気行程および膨張行程時に特定の気筒において吸気弁を閉弁させると共に排気弁を開弁させ、内燃機関の圧縮行程および排気行程時に上記特定の気筒において吸気弁を開弁させると共に排気弁を閉弁させる。 In order to solve the above problems, in a tenth aspect of the invention, in a four-cycle multi-cylinder internal combustion engine equipped with a supercharger, the intake valve is closed and exhausted in a specific cylinder during the intake stroke and the expansion stroke of the internal combustion engine. The valve is opened, and the intake valve is opened and the exhaust valve is closed in the specific cylinder during the compression stroke and the exhaust stroke of the internal combustion engine.
１番目の発明によれば、過給機の圧縮機下流に排気ガスが還流されるのは、４つのサイクル（すなわち、吸気、圧縮、膨張、排気行程の４つの行程）が行われる毎に２回であるので、多量の排気ガスを圧縮機下流に還流させたい場合においても、より確実に、十分な量の排気ガスを圧縮機下流に還流させることができる。そして、このように、十分な量の排気ガスを圧縮機下流に還流させることができれば、上記特定の気筒以外の気筒へ、十分な量の排気ガスを供給することができる。
また、１番目の発明によれば、特定の気筒に排気ガスが吸入されるときに、該排気ガスは、少なくとも、膨張せしめられる。これによれば、特定の気筒に吸入された排気ガスは冷却されることになる。一般的に、排気ガスを燃焼室に還流させるシステムは、排気ガスを冷却するための装置（いわゆる、ＥＧＲクーラ）を備えていることが多いが、本発明によれば、この排気ガスを冷却するための装置を小型化することができ、場合によっては、こうした装置を備える必要がなくなる。
さらに、２番目の発明によれば、従来の４サイクル多気筒内燃機関の基本的な構成を大幅に変更することなく、１番目の発明の効果と同じ効果を得ることができる。
According to the first aspect, the exhaust gas is recirculated downstream of the compressor of the supercharger every time four cycles (that is, four strokes of intake, compression, expansion, and exhaust) are performed. Therefore, even when it is desired to recirculate a large amount of exhaust gas downstream of the compressor, a sufficient amount of exhaust gas can be recirculated downstream of the compressor more reliably. If a sufficient amount of exhaust gas can be recirculated downstream of the compressor in this way, a sufficient amount of exhaust gas can be supplied to cylinders other than the specific cylinder.
According to the first invention, when exhaust gas is sucked into a specific cylinder, the exhaust gas is expanded at least. According to this, the exhaust gas sucked into the specific cylinder is cooled. In general, a system for recirculating exhaust gas to a combustion chamber is often provided with a device for cooling the exhaust gas (so-called EGR cooler). According to the present invention, the exhaust gas is cooled. Device can be miniaturized, and in some cases it is not necessary to have such a device.
Furthermore, according to the second invention, the same effect as that of the first invention can be obtained without significantly changing the basic configuration of the conventional four-cycle multi-cylinder internal combustion engine.
さらに、３番目の発明によれば、１番目の発明の効果に加えて、特定の気筒に新気が吸入されるときにも、該新気は、少なくとも、膨張せしめられ、これにより、特定の気筒に吸入された新気は冷却されることになる。一般的に、内燃機関は、新気を冷却するための装置（いわゆる、インタークーラ）を備えていることが多いが、本発明によれば、この新気を冷却するための装置を小型化することができ、場合によっては、こうした装置を備える必要がなくなる。
さらに、４番目の発明によれば、従来の４サイクル多気筒内燃機関の基本的な構成を大幅に変更することなく、３番目の発明の効果と同じ効果を得ることができる。
Further, according to the third invention, in addition to the effects of the first invention, when fresh air is sucked into a specific cylinder, the fresh air is at least inflated. The fresh air sucked into the cylinder is cooled. In general, an internal combustion engine is often provided with a device for cooling fresh air (so-called intercooler). However, according to the present invention, the device for cooling this fresh air is reduced in size. In some cases, it is not necessary to have such a device.
Furthermore, according to the fourth invention, the same effect as that of the third invention can be obtained without significantly changing the basic configuration of the conventional four-cycle multi-cylinder internal combustion engine.
さらに、６番目の発明によれば、内燃機関が低負荷運転中にあるときには、排気ガスは、上記特定の気筒以外の残りの気筒には還流されないので、これら残りの気筒内における燃焼が安定する。
さらに、７番目の発明によれば、過給機が高過給状態にあるときに新気が冷却されるので、過給機が高過給状態にあるときのノッキングの発生を抑制することができる。
さらに、１０番目の発明によれば、１番目の発明の効果と同じ効果を得ることができる。
Further, according to the sixth aspect, when the internal combustion engine is in a low load operation, the exhaust gas is not recirculated to the remaining cylinders other than the specific cylinder, so that combustion in the remaining cylinders is stabilized. .
Furthermore, according to the seventh aspect, since the fresh air is cooled when the supercharger is in the high supercharge state, it is possible to suppress the occurrence of knocking when the supercharger is in the high supercharge state. it can.
Furthermore, according to the tenth invention, the same effect as that of the first invention can be obtained.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１に示した内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関（いわゆる、ディーゼルエンジン）であり、以下、この圧縮着火式の内燃機関に本発明を適用した場合を例に、本発明の実施の形態を説明する。しかしながら、火花点火式の内燃機関（いわゆる、ガソリンエンジン）にも本発明は適用可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is a compression ignition type internal combustion engine (so-called diesel engine). Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described by taking the case where the present invention is applied to this compression ignition type internal combustion engine as an example. Will be explained. However, the present invention is also applicable to a spark ignition type internal combustion engine (so-called gasoline engine).
図１において、１は内燃機関の本体、♯１〜♯４は燃焼室（以下では、これを「気筒」ということもあり、図示した内燃機関は、４つの気筒を有し、便宜的に、これら気筒を、図１において左側から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒という）、２は燃料噴射弁を示している。また、図１において、３１〜３４は、それぞれ、第１〜４気筒♯１〜♯４に対応する吸気ポート、４１〜４４は、それぞれ、第１〜４気筒♯１〜♯４に対応する吸気弁、５１ａおよび５１ｂは、第１気筒♯１に対応する排気ポート、５２〜５４は、それぞれ、第２〜４気筒♯２〜♯４に対応する排気ポート、６１ａおよび６１ｂは、第１気筒♯１に対応する排気弁、６２〜６４は、それぞれ、第２〜４気筒♯２〜♯４に対応する排気弁を示している。なお、図１を参照すると判るように、図示した例では、第２〜４気筒には、燃料噴射弁が配置されているが、第１気筒には、燃料噴射弁は配置されていない。
In FIG. 1, 1 is a main body of an internal combustion engine, # 1 to # 4 are combustion chambers (hereinafter, this is also referred to as a “cylinder”, and the illustrated internal combustion engine has four cylinders. These cylinders are referred to as a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder in order from the left side in FIG. 1), and 2 indicates a fuel injection valve. In FIG. 1, 31 to 34 are intake ports corresponding to the first to
図示した例では、各気筒毎に、２つの吸気ポートと２つの排気ポートとが設けられており、各吸気ポートに、それぞれ対応して、１つの吸気弁が配置され、各排気ポートに、それぞれ対応して、１つの排気弁が配置されている。これら吸気弁および排気弁は、各弁の開弁タイミングや閉弁タイミングおよびリフト量（各弁が最大に開弁したときの開弁量）を自由に制御可能な動弁装置によって電磁的に駆動されるタイプの弁である。 In the illustrated example, two intake ports and two exhaust ports are provided for each cylinder, and one intake valve is arranged corresponding to each intake port. Correspondingly, one exhaust valve is arranged. These intake and exhaust valves are electromagnetically driven by a valve gear that can freely control the valve opening timing, valve closing timing, and lift amount (the valve opening amount when each valve opens to the maximum). Type of valve.
各吸気ポート３１〜３４は、対応する吸気枝管７１〜７４を介して共通の１つの吸気管８に接続されている。吸気管８内には、スロットル弁９が配置されている。また、スロットル弁９下流の吸気管８には、燃焼室♯１〜♯４に向かう空気を加圧するための過給機（すなわち、圧縮機）１０が配置されている。図示した過給機１０は、内燃機関からの出力により作動せしめられるタイプの過給機であるが、これは、例えば、内燃機関から排出される排気ガスにより回転せしめられる排気タービンを具備し、この排気タービンの回転により作動される圧縮機によって燃焼室に向かう空気を加圧するタイプのものであってもよい。
Each
また、図示した例では、スロットル弁９と過給機１０との間の吸気管８から、過給機１０下流の吸気管８まで、バイパス通路１１が延びている。このバイパス通路１１内には、該バイパス通路１１内を流れる空気の流量を制御（調節）するための弁（以下「バイパス制御弁」という）１２が配置されている。
In the illustrated example, a bypass passage 11 extends from the intake pipe 8 between the
また、過給機１０下流の吸気管８、詳細には、バイパス通路１１が接続されている過給機１０下流の吸気管８の部分よりも下流の吸気管８から、第１気筒♯１の一方の排気ポート５１ａまで、通路１３が延びている。この通路１３は、新しい空気を第１気筒♯１に供給するためのものであるので、以下、これを「新気吸入通路」と称し、また、以下の説明において、「新気」とは、大気から新しく導入された空気のみを意味する。この新気吸入通路１３には、該新気吸入通路１３内を流れる新気の流量を制御（調節）するための弁（以下「新気流量制御弁」という）１４が配置されている。
Further, the intake pipe 8 downstream of the
また、図示した例では、第２〜４気筒♯２〜♯４の各排気ポート５２〜５４は、対応する排気枝管１５２〜１５４を介して共通の１つの排気管１６に接続されている。排気管１６内には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒１７が配置されている。また、この触媒１７下流の排気管１６から、第１気筒♯１の他方の排気ポート５１ｂまで、通路１８が延びている。この通路１８は、排気ガスを第１気筒に供給（還流）するためのものであるので、以下、これを「排気還流通路」と称する。この排気還流通路１８には、該排気還流通路１８内を流れる排気ガスの流量を制御（調節）するための弁（以下「排気流量制御弁」という）１９が配置されている。
In the illustrated example, the
次に、本実施形態の内燃機関の作動について説明する。本実施形態では、第２〜４気筒♯２〜♯４では、通常の４サイクル運転が行われる。すなわち、これら第２〜４気筒では、順に、新気（あるいは、新気と排気ガス）を燃焼室♯２〜♯４内に吸入する吸気行程、燃焼室内のガスを該燃焼室内のピストンによって圧縮する圧縮行程（この行程の終了間際に、燃料噴射弁２から燃料が噴射される）、燃焼室内で燃料の燃焼が行われる膨張行程、そして、燃焼室内から排気ガスが排出される排気行程が行われる。
Next, the operation of the internal combustion engine of the present embodiment will be described. In the present embodiment, normal four-cycle operation is performed in the second to
したがって、これら第２〜４気筒♯２〜♯４では、吸気行程では、吸気弁４２〜４４は開かれているが、排気弁６２〜６４は閉じられている。また、圧縮行程および膨張行程では、吸気弁４２〜４４も排気弁６２〜６４も閉じられている。また、排気行程では、排気弁６２〜６４は開かれているが、吸気弁４２〜４４は閉じられている。
Accordingly, in these second to
一方、第１気筒♯１では、吸気弁４１および排気弁６１ａ、６１ｂを以下のように作動させる。すなわち、上述した第２〜４気筒♯２〜♯４の吸気行程に対応する行程では、排気弁６１ａ、６１ｂを開くと共に、吸気弁４１を閉じる。この行程中、第１気筒内のピストンは、第１気筒の容積を大きくする方向へ移動しているので、第１気筒には、排気還流通路１８を介して排気ガスが吸入（還流）されると共に、新気吸入通路１３を介して新気が吸入される。したがって、第１気筒におけるこの行程は、「排気ガス・新気吸入行程」と呼ぶこともできる。
On the other hand, in the
次いで、第１気筒♯１では、上述した第２〜４気筒♯２〜♯４の圧縮行程に対応する行程では、吸気弁４１を開くと共に、排気弁６１ａ、６１ｂを閉じる。この行程中、第１気筒内のピストンは、第１気筒の容積を小さくする方向へ移動しているので、第１気筒から吸気管８へ、排気ガスと新気との混合気が排出される。したがって、第１気筒におけるこの行程は、「排気ガス・新気排出行程」と呼ぶこともできる。
Next, in the
次いで、第１気筒♯１では、上述した第２〜４気筒♯２〜♯４の膨張行程に対応する行程では、排気弁６１ａ、６１ｂを開くと共に、吸気弁４１を閉じる。この行程中、第１気筒のピストンは、第１気筒の容積を大きくする方向へ移動しているので、第１気筒には、排気還流通路１８を介して排気ガスが吸入（還流）されると共に、新気吸入通路１３を介して新気が吸入される。したがって、第１気筒におけるこの行程も、「排気ガス・新気吸入行程」と呼ぶこともできる。
Next, in the
次いで、第１気筒♯１では、上述した第２〜４気筒♯２〜♯４の排気行程に対応する行程では、吸気弁４１を開くと共に、排気弁６１ａ、６１ｂを閉じる。この行程中、第１気筒のピストンは、第１気筒の容積を小さくする方向へ移動しているので、第１気筒から吸気管８へ、排気ガスと新気との混合気が排出される。したがって、第１気筒におけるこの行程も、「排気ガス・新気排出行程」と呼ぶこともできる。
Next, in the
斯くして、第１気筒♯１から吸気管８へ排出された排気ガスおよび新気は、第２〜４気筒♯２〜♯４の吸気行程において、これら第２〜４気筒に吸入される。
Thus, the exhaust gas and fresh air discharged from the
また、図２に、こうした本実施形態における各気筒の吸気弁および排気弁の開閉弁タイミングの関係を示した。図２において、ＩＮ１〜４は、それぞれ、第１〜４気筒♯１〜♯４の吸気弁４１〜４４の開閉弁タイミングを示し、ＥＸ１〜４は、それぞれ、第１〜４気筒の排気弁６１ａ、６１ｂ、６２〜６４の開閉弁タイミングを示し、白抜きの長方形の部分が吸気弁または排気弁が開弁している期間を示し、ＣＡはクランク角度を示している。
FIG. 2 shows the relationship between the opening / closing valve timings of the intake valve and the exhaust valve of each cylinder in this embodiment. In FIG. 2, IN1 to 4 indicate the opening / closing valve timings of the intake valves 41 to 44 of the first to
図２から判るように、第１気筒♯１の排気弁６１ａ、６１ｂは、第２〜４気筒♯２〜♯４における吸気行程に対応する期間（図２にＡで示した期間）および第２〜４気筒における膨張行程に対応する期間（図２にＣで示した期間）では、開弁せしめられる。一方、第１気筒♯の吸気弁４１は、第２〜４気筒における圧縮行程に対応する期間（図２にＢで示した期間）および第２〜４気筒における排気行程に対応する期間（図２にＤで示した期間）では、開弁せしめられる。
As can be seen from FIG. 2, the
以上の説明から判るように、第１気筒♯１では、排気ガス・新気吸入行程と排気ガス・新気排出行程のみが行われることになる。その意味では、第１気筒は、２サイクル気筒であり、残りの第２〜４気筒♯２〜♯４は、４サイクル気筒であるとも言える。
As can be seen from the above description, only the exhaust gas / fresh air intake stroke and the exhaust gas / fresh air discharge stroke are performed in the
そして、これら排気ガス・新気吸入行程および排気ガス・新気排出行程が行われている間、新気流量制御弁１４の開度や排気流量制御弁１９の開度を制御することによって、排気ガス・新気吸入行程において第１気筒♯１に吸入される排気ガスの量、新気の量、そして、排気ガスと新気との割合が制御され、これにより、排気ガス・新気排出行程において第１気筒から排出される排気ガスの量、新気の量、そして、排気ガスと新気との割合が制御される。
While the exhaust gas / fresh air intake stroke and the exhaust gas / fresh air discharge stroke are being performed, the opening of the fresh air
なお、第１気筒♯１から吸気管８へ排出すべき排気ガスの量、新気の量、そして、排気ガスの量と新気の量との割合は、第２〜４気筒♯２〜♯４に吸入させるべき排気ガスの量（または、新気の量に対する排気ガスの量の割合、または、新気と排気ガスとの総量に対する排気ガスの量の割合）に応じて決定される。そして、これら第２〜４気筒に吸入させるべき排気ガスの量（または、新気の量に対する排気ガスの量の割合、または、新気と排気ガスとの総量に対する排気ガスの量の割合）は、内燃機関の運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて決定される。
Note that the amount of exhaust gas to be discharged from the
また、本実施形態において、排気ガスを吸気管８に送り込み、第２〜４気筒♯２〜♯４に吸入させる理由は以下の通りである。すなわち、燃焼室♯２〜♯４内で燃焼が行われると、多くの場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。このＮＯｘの発生量は、燃焼室内での燃焼温度に依存しており、燃焼温度が高いほど多くなる傾向がある。ここで、排気ガス中には、二酸化炭素（ＣＯ2）等の不活性ガスが含まれており、この不活性ガスには、燃焼室内での燃焼温度を下げる働きがある。したがって、第２〜４気筒に排気ガスを送り込むことにより、燃焼温度を低下させることができ、引いては、ＮＯｘの発生量を少なくすることができるのである。
In the present embodiment, the reason why the exhaust gas is fed into the intake pipe 8 and sucked into the second to
なお、排気ガスを第２〜４気筒♯２〜♯４に還流させさえすれば、ＮＯｘの発生量を少なくするという目的は達成されることから、この目的を達成するという観点では、上記第１気筒♯１は、新気を吸気管８へ排出する働きをしなくても、排気ガスを吸気管８へ排出する働きをすればよい。すなわち、上述した実施形態では、第１気筒は、排気ガスと新気を吸気管８に排出し、これら排気ガスと新気を第２〜４気筒に送り込むためのものであるが、単に、排気ガスを吸気管８に排出し、この排気ガスを第２〜４気筒に送り込むためのものであってもよい。
Note that the object of reducing the amount of NOx generated is achieved as long as the exhaust gas is recirculated to the second to
しかしながら、上述した実施形態において、新気をも吸気管８に排出し、この新気を第２〜４気筒♯２〜♯４に送り込むためのものとして第１気筒♯１を利用している理由は次の通りである。すなわち、第１気筒に新気が吸入されるときには、第１気筒内の容積が一気に増大することから、いわゆるエキスパンダ効果により、第１気筒に吸入された新気は一気に膨張せしめられる。これによれば、新気は、第１気筒に吸入されるときに冷却されることになる。新気はその温度が低いほどその体積密度が高いことから、新気の温度が低いほど、各気筒内に吸入される新気の量が多くなる。すなわち、できるだけ多くの新気を各気筒内に吸入させるという観点では、新気を冷却した上で各気筒内に吸入させることが好ましい。ここで、上述したように、第１気筒に吸入された新気は冷却されるので、これによれば、できるだけ多くの新気を第２〜４気筒に吸入させることができる。また、新気を冷却するための装置（いわゆる、インタークーラ）を吸気管８に取り付け、この装置により新気を冷却している内燃機関も多くあるが、上述した実施形態によれば、こうした装置を小型化できるか、あるいは、その装置自体が必要なくなる。こうした理由から、上述した実施形態では、新気をも吸気管８に排出するためのものとして第１気筒を利用しているのである。
However, in the above-described embodiment, the reason why the
また、上述した実施形態では、第１気筒♯１には排気ガスも吸入されるので、第１気筒から吸気管８へ排出される排気ガスも冷却されて、その温度が低くなっている。したがって、新気に関連して説明した理由と同じ理由で、できるだけ多くの排気ガスを第２〜４気筒♯２〜♯４に吸入させることができる。そして、排気ガスを冷却するための装置（いわゆる、ＥＧＲクーラ）を排気還流通路１８に取り付け、この装置により排気ガスを冷却している内燃機関も多くあるが、上述した実施形態によれば、こうした装置を小型化できるか、あるいは、その装置自体が必要なくなる。
In the above-described embodiment, the exhaust gas is also sucked into the
また、上述した実施形態では、排気ガスと新気を吸気管８に送りこむためのポンプとして、第１気筒♯１を利用しているが、このように第１気筒をポンプとして利用する理由は以下の通りである。すなわち、上述した実施形態では、吸気管８に過給機１０が取り付けられているので、過給機１０下流の吸気管８内の圧力は非常に高くなっている。一方、排気管１６には、第２〜４気筒♯２〜♯４から押し出された比較的高圧の排気ガスが流れているが、それでも、排気管１６内の圧力（特に、ＮＯｘ触媒下流の排気管１６内の圧力）は、過給機１０下流の吸気管８内の圧力よりも相当に低い。このため、過給機１０下流の吸気管８内に排気ガスを送り込むためには、ポンプ作用を利用せざるを得ない。こうした理由から、上述した実施形態では、第１気筒をポンプとして利用しているのである。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態において、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示したような関係に基づいて、新気流量制御弁１４の開度と排気流量制御弁１９の開度とを制御してもよい。すなわち、例えば、図３（Ａ）に示した関係を利用した場合、内燃機関に要求されている負荷が極めて小さいとき（すなわち、機関負荷が極軽負荷であるときであって、内燃機関の運転状態がいわゆるアイドリング状態にあるとき）には、新気流量制御弁１４も排気流量制御弁１９も全閉とされる。また、このときには、第１気筒♯１の両排気弁６１ａ、６１ｂも両吸気弁４１も、常に、全閉とされる。このように新気流量制御弁１４、排気流量制御弁１９、ならびに、第１気筒の排気弁６１ａ、６１ｂおよび吸気弁４１が制御される場合には、第１気筒から吸気管８へは、新気も排気ガスも供給されないことになる。なお、この場合、第１気筒内では、排気弁も吸気弁も常に全閉とされた状態で、ピストンが往復動することになるが、このピストンの動きに起因する内燃機関の出力損失はほとんどないことは明らかである。
In the above-described embodiment, the opening degree of the fresh air
一方、図３（Ａ）に示した関係を利用した場合において、内燃機関に要求されている負荷が比較的小さいとき（すなわち、機関負荷が軽負荷であるとき）、あるいは、内燃機関に要求されている負荷が中程度であるとき（すなわち、機関負荷が中負荷であるとき）には、新気流量制御弁１４の開度も排気流量制御弁１９の開度も、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて設定される任意の開度に制御される。なお、ここで、任意の開度には、開度が零の場合も含まれる。また、このときには、第１気筒♯１の両排気弁６１ａ、６１ｂのリフト量およびリフトタイミングも両吸気弁４１のリフト量およびリフトタイミングも、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数や新気流量制御弁１４の開度や排気流量制御弁１９の開度）に応じて、任意に制御される。なお、ここで、任意の制御には、常に全閉である場合（例えば、新気流量制御弁１４の開度と排気流量制御弁１９の開度とが零である場合）も含まれる。このように新気流量制御弁１４、排気流量制御弁１９、ならびに、第１気筒の排気弁６１ａ、６１ｂおよび吸気弁４１が制御される場合には、第１気筒から吸気管８へは、所定量の新気および排気ガスが供給されることになる。
On the other hand, in the case where the relationship shown in FIG. 3A is used, when the load required for the internal combustion engine is relatively small (that is, when the engine load is light), or required for the internal combustion engine. When the load being medium is medium (that is, when the engine load is medium load), the opening degree of the fresh air
さらに、図３（Ａ）に示した関係を利用した場合において、内燃機関に要求されている負荷が大きいとき（すなわち、機関負荷が高負荷であるとき）には、新気流量制御弁１４は全開とされ、排気流量制御弁１９は全閉とされる。また、このときには、新気吸入通路１３に接続されている方の第１気筒♯１の排気弁６１ａのリフト量およびリフトタイミングは、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて、任意に制御される。なお、ここでの任意の制御には、常に全閉である場合は含まれない。また、排気還流通路１８に接続されている方の第１気筒の排気弁６１ｂは、常に、全閉とされる。また、第１気筒の両吸気弁４１は、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて、任意に制御される。なお、ここでの任意の制御には、常に全閉である場合は含まれない。このように新気流量制御弁１４、排気流量制御弁１９、ならびに、第１気筒の排気弁６１ａ、６１ｂおよび吸気弁４１が制御される場合には、第１気筒から吸気管８へは、所定量の新気が供給され、排気ガスは供給されないことになる。
Furthermore, in the case where the relationship shown in FIG. 3A is used, when the load required for the internal combustion engine is large (that is, when the engine load is high), the fresh air
また、図３（Ｂ）に示した関係を利用した場合には、過給機１０による過給度合が小さいとき（すなわち、過給機１０による該過給機１０下流の吸気管８内の圧力の上昇度合が小さいときであって、いわゆる、低過給時）には、新気流量制御弁１４の開度も排気流量制御弁１９の開度も、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数）に応じて、任意に制御される。なお、ここで、任意の開度には、開度が零の場合も含まれる。また、このときには、第１気筒♯１の両排気弁６１ａ、６１ｂのリフト量およびリフトタイミングも両吸気弁４１のリフト量およびリフトタイミングも、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数や新気流量制御弁１４の開度や排気流量制御弁１９の開度）に応じて、任意に制御される。なお、ここで、任意の制御には、常に全閉である場合（例えば、新気流量制御弁１４の開度と排気流量制御弁１９の開度とが零である場合）も含まれる。このように新気流量制御弁１４、排気流量制御弁１９、ならびに、第１気筒の排気弁６１ａ、６１ｂおよび吸気弁４１が制御される場合には、第１気筒から吸気管８へは、所定量の新気および排気ガスが供給されることになる。
3B, when the degree of supercharging by the
一方、図３（Ｂ）に示した関係を利用した場合において、過給機１０による過給度合が大きいとき（すなわち、いわゆる、高過給時）には、新気流量制御弁１４は全開とされ、排気流量制御弁１９は全閉とされる。また、このときには、新気吸入通路１３が接続されている方の第１気筒♯１の排気弁６１ａのリフト量およびリフトタイミングは、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数や新気流量制御弁１４の開度や排気流量制御弁１９の開度）に応じて、任意に制御される。ここでの任意の制御には、常に全閉である場合は含まれない。一方、このとき、排気還流通路１８が接続されている方の第１気筒の排気弁６１ｂは、常に、全閉とされる。さらに、このとき、第１気筒の両吸気弁４１のリフト量およびリフトタイミングは、機関運転状態（例えば、機関負荷や機関回転数や新気流量制御弁１４の開度や排気流量制御弁１９）に応じて、任意に制御される。ここでの任意の制御には、常に全閉である場合は含まれない。このように新気流量制御弁１４、排気流量制御弁１９、ならびに、第１気筒の排気弁６１ａ、６１ｂおよび吸気弁４１が制御される場合には、第１気筒から吸気管８へは、所定量の新気が供給され、排気ガスは供給されないことになる。また、この場合、第１気筒から吸気管８へは、第１気筒内における冷却作用により冷却された新気が多量に供給され、その結果、第２〜４気筒♯２〜♯４に吸入される新気の温度は低くなっていることから、第２〜４気筒におけるノッキングの発生が抑制されることになる。
On the other hand, when the relationship shown in FIG. 3B is used, when the degree of supercharging by the
以上、４つの気筒を備えた４サイクル内燃機関を例に、本発明の実施の形態を説明したが、複数の気筒を備えた４サイクル内燃機関、すなわち、多気筒４サイクル内燃機関であれば、本発明を適用可能である。 As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking a four-cycle internal combustion engine having four cylinders as an example. However, if a four-cycle internal combustion engine having a plurality of cylinders, that is, a multi-cylinder four-cycle internal combustion engine, The present invention is applicable.
１…機関本体
２…燃料噴射弁
８…吸気管
９…スロットル弁
１０…過給機（圧縮機）
１３…新気吸入通路
１４…新気流量制御弁
１６…排気管
１７…触媒
１８…排気還流通路
１９…排気流量制御弁
４１…第１気筒の吸気弁
６１ａ、６１ｂ…第１気筒の排気弁
♯１〜♯４…第１〜４気筒
DESCRIPTION OF
13 ... Fresh
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004112126A JP2005299396A (en) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | Four cycle multi-cylinder internal combustion engine with supercharger |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2004112126A JP2005299396A (en) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | Four cycle multi-cylinder internal combustion engine with supercharger |
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| JP2004112126A Pending JP2005299396A (en) | 2004-04-06 | 2004-04-06 | Four cycle multi-cylinder internal combustion engine with supercharger |
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| JP (1) | JP2005299396A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009228485A (en) * | 2008-03-19 | 2009-10-08 | Mazda Motor Corp | Automatic stopping device of diesel engine |
| WO2011117970A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine with exhaust gas recirculation device |
-
2004
- 2004-04-06 JP JP2004112126A patent/JP2005299396A/en active Pending
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