JP2575745B2 - Engine exhaust gas recirculation system - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジンの排気ガス還流装置に関し、特に燃
焼後の排気ガスの一部を燃焼室内に残留させるようにし
た排気ガス内部還流手段を備えた装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an engine, and more particularly, to an exhaust gas recirculation means for allowing a part of exhaust gas after combustion to remain in a combustion chamber. Device.

（従来技術） 車両用エンジンでは、排気ガス対策の観点から、排気
ガスの一部を吸気系または燃焼室に還流して、これによ
り排気ガス中のNO_x、HC等の含有率を低下させることが
行なわれている。(Prior art) In a vehicle engine, a part of the exhaust gas is recirculated to an intake system or a combustion chamber to reduce the content of NO _x , HC and the like in the exhaust gas from the viewpoint of measures against the exhaust gas. Is being done.

この排気ガス還流装置は、排気管と吸気管とをパイプ
で連通させ、このパイプを経て排気ガスの一部を制御し
ながら吸気中に還流させる外部還流方式と、燃焼後の排
気ガスの一部を燃焼室内へ残留させる内部還流方式とに
大別される。This exhaust gas recirculation system has an external recirculation system in which the exhaust pipe and the intake pipe communicate with each other via a pipe, and a part of the exhaust gas is recirculated into the intake air while controlling a part of the exhaust gas through the pipe. Is generally divided into an internal recirculation method in which the gas remains in the combustion chamber.

ところで、この内部還流方式の場合、燃焼室の既撚ガ
スの一部が結果的に燃焼室内に残留するので、残留ガス
の温度が比較的高く、このため新規混合気を加熱する加
熱効果を有し、燃料の霧化を促進させることができる。
従って、排気ガス量が同一であれば、内部還流方式は、
外部還流方式に比べて燃焼の安定性を高めることができ
るという利点を有している。By the way, in the case of the internal recirculation method, since a part of the twisted gas in the combustion chamber eventually remains in the combustion chamber, the temperature of the residual gas is relatively high, and therefore, there is a heating effect of heating the new air-fuel mixture. In addition, fuel atomization can be promoted.
Therefore, if the amount of exhaust gas is the same, the internal recirculation method
There is an advantage that the stability of combustion can be increased as compared with the external recirculation method.

しかしながら、従来では、吸排気弁のバルブタイミン
グおよびオーバーラップ量が一定であり、残留ガス量の
変化はもっぱら吸入負圧の大きさに依存していたため、
運転状態に応じた最適な排気ガスの内部還流量を得るこ
とができず、また、排気ガスの多くが燃焼室を通過して
一旦低温の吸気管にまで吸い戻され、吸気管壁に熱を奪
われてから再度燃焼室に吸入されるため、かなりの熱的
損傷をこうむるという問題があった。However, in the past, the valve timing and the amount of overlap of the intake and exhaust valves were constant, and the change in the residual gas amount depended solely on the magnitude of the suction negative pressure.
The optimal internal recirculation amount of exhaust gas cannot be obtained according to the operating condition.Moreover, most of the exhaust gas passes through the combustion chamber and is once sucked back to the low-temperature intake pipe, causing heat to flow to the intake pipe wall. After being deprived, it is re-inhaled into the combustion chamber, causing considerable thermal damage.

ところで、オットーサイクルエンジンでは、通常、吸
入空気を絞って圧縮初期の圧力を大気圧より下げて運転
を行なう関係上、抵抗損失の一種であるポンピングロス
が生じることはよく知られており、このポンピングロス
を低減することができればエンジンの熱効率の向上をは
かることができる。このポンピングロスを低減する一つ
の方法として、排気バルブの閉じタイミングを遅くし、
吸排気バルブのオーバーラップ量を大きくして吸気行程
のシリンダ内に多量の排気ガスを還流させることによ
り、吸気行程のシリンダ内の吸気負圧を抑制し、ポンピ
ングロスを低減することが考えられる。By the way, it is well known that in an Otto cycle engine, pumping loss, which is a kind of resistance loss, usually occurs due to the fact that the intake air is throttled to reduce the pressure at the initial stage of compression below the atmospheric pressure and the operation is performed. If the loss can be reduced, the thermal efficiency of the engine can be improved. One way to reduce this pumping loss is to delay the closing timing of the exhaust valve,
By increasing the amount of overlap between the intake and exhaust valves and recirculating a large amount of exhaust gas into the cylinder during the intake stroke, it is possible to suppress the intake negative pressure in the cylinder during the intake stroke and reduce pumping loss.

しかしながら、この場合には、燃焼の安定性が特に要
求されるアイドル運転領域およびノッキングが発生しや
すい低速高負荷域での排気ガスの内部還流量を抑制して
燃焼性の悪化を防止するなど、この点においても、運転
状態に応じて燃焼室内の残留排気ガス量を適切に調整す
る必要がある。However, in this case, combustion stability is particularly required in the idle operation region and in the low-speed and high-load region where knocking is likely to occur. Also in this point, it is necessary to appropriately adjust the amount of residual exhaust gas in the combustion chamber according to the operation state.

そこで、例えば実開昭55-180906号公報には、吸排気
弁のバルブリフトおよび開閉時期を可変とし、運転状態
に応じた最適の残留ガス量を得るようにした内部還流比
率可変装置が提案されている。Therefore, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-180906 proposes an internal reflux ratio variable device in which the valve lift and the opening / closing timing of the intake / exhaust valve are variable so as to obtain an optimal residual gas amount according to the operating state. ing.

一方、従来のエンジンでは、アイドル運転時におい
て、冷却水温が所定温度よりも低いとき、あるいはエア
コン等の機械的負荷または照明燈等の電気負荷等が加わ
ったときにアイドル回転数を上昇させる、いわゆるアイ
ドルアップさせる手段を備えているのが普通であり、こ
れによりアイドル運転時においてエンジン回転が不安定
になったり、エンジンが停止したりするのを防止してい
る。On the other hand, in the conventional engine, during idle operation, when the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature, or when a mechanical load such as an air conditioner or an electric load such as a lighting lamp is applied, the idle speed is increased. Normally, a means for idling up is provided to prevent the engine rotation from becoming unstable or the engine from stopping during idling operation.

（発明の目的） 本発明は排気ガス内部還流手段を備えたエンジンにお
けるアイドル運転全域の燃費、エミッション特性の改善
を図った排気ガス還流装置を提供することを目的とす
る。(Object of the Invention) It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation device in which an engine provided with an internal exhaust gas recirculation means has improved fuel efficiency and emission characteristics over the entire idle operation range.

（発明の構成） 本発明による排気ガス還流装置は、アイドル運転域に
おける内部還流比率を低負荷域よりも減少させる制御手
段を備え、この制御手段に、アイドル運転域であって
も、アイドルアップ時には排気ガスの内部還流比率を増
大させる補正手段を設けたことを特徴とする。(Constitution of the Invention) An exhaust gas recirculation device according to the present invention includes a control means for reducing an internal recirculation ratio in an idling operation range from that in a low load range. A correction means for increasing the internal recirculation ratio of the exhaust gas is provided.

（発明の効果） 本発明によれば、アイドルアップがない状態において
は、燃焼に敏感な不活性ガス（燃焼室内の残留ガス）の
比率を減少させて燃焼性を良好に保ち、アイドルアップ
状態では燃焼室内の残留ガスの増大により、吸気温が上
昇するから、燃料の霧化、気化が促進され、燃焼性を良
好に保つことができ、したがってエミッション（主にHC
排出）および燃費性能が向上する。また、アイドルアッ
プ時の吸気行程においてシリンダ内に多量の排気ガスが
還流されることにより、シリンダ内の吸気負圧が抑制さ
れてポンピングロスが低減するから、これによっても燃
費を改善することができる。(Effect of the Invention) According to the present invention, when there is no idle-up, the ratio of inert gas (residual gas in the combustion chamber) sensitive to combustion is reduced to maintain good flammability. Since the intake gas temperature rises due to an increase in the residual gas in the combustion chamber, atomization and vaporization of the fuel are promoted, and good combustion characteristics can be maintained.
Emission) and fuel efficiency are improved. Further, since a large amount of exhaust gas is recirculated in the cylinder during the intake stroke at the time of idling up, the intake negative pressure in the cylinder is suppressed and the pumping loss is reduced, so that fuel efficiency can also be improved. .

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に
説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第１図は本発明の実施例を示す概略構成図で、エンジ
ンＥは、シリンダブロック１に形成されたシリンダボア
1a内に摺動自在に収納されたピストン２と、シリンダブ
ロック１の上端に固定されたシリンダヘッド３とを備
え、シリンダブロック１とピストン２とシリンダヘッド
３とによって燃焼室４が形成されている。FIG. 1 is a schematic structural view showing an embodiment of the present invention, in which an engine E has a cylinder bore formed in a cylinder block 1.
A piston 2 is slidably accommodated in 1a, and a cylinder head 3 is fixed to the upper end of the cylinder block 1. A combustion chamber 4 is formed by the cylinder block 1, the piston 2, and the cylinder head 3. .

シリンダヘッド３には、燃焼室４に開口する吸気ポー
ト５および排気ポート６が設けられているとともに、こ
れら吸気ポート５を開閉する吸気弁７および排気ポート
６を開閉する排気弁８が装着されている。The cylinder head 3 is provided with an intake port 5 and an exhaust port 6 opening to the combustion chamber 4, and an intake valve 7 for opening and closing the intake port 5 and an exhaust valve 8 for opening and closing the exhaust port 6. I have.

吸気ポート５には吸気通路９が連通し、この吸気通路
９には、吸気ポート５に燃料を噴射供給するための燃料
インジェクタ10が取付けられている。そして吸気通路９
の上流側には、吸気ポートの開閉に伴う吸気エアの脈動
を緩和するために一定の容積を有するサージタンク11が
配置され、このサージタンク11の上流側の吸気通路９に
は、エンジンＥに供給する吸気量をアクセルペダル（図
示は省略）の踏込み量に応じて制御するスロットル弁12
が介設されている。またこのスロットル弁12の上流側に
は、エンジンＥに供給される吸気流を計算するエアフロ
ーメータ13、および吸気系の入口部に位置するエアクリ
ーナ14が配置されている。そしてエアクリーナ14の位置
に吸気温センサ15が設けられ、また上記スロットル弁12
の位置にはスロットルポジションセンサ16が設けられ、
さらにエンジンＥ近傍の吸気通路９に近接したウォータ
ジャケット17に水温センサ18が設けられている。An intake passage 9 communicates with the intake port 5, and a fuel injector 10 for injecting and supplying fuel to the intake port 5 is attached to the intake passage 9. And the intake passage 9
A surge tank 11 having a certain volume is arranged on an upstream side of the engine to reduce pulsation of intake air accompanying opening and closing of an intake port. An intake passage 9 on an upstream side of the surge tank 11 is provided with an engine E. Throttle valve 12 that controls the amount of intake air to be supplied according to the amount of depression of an accelerator pedal (not shown)
Is interposed. On the upstream side of the throttle valve 12, an air flow meter 13 for calculating an intake air flow supplied to the engine E and an air cleaner 14 located at an inlet of an intake system are arranged. An intake air temperature sensor 15 is provided at the position of the air cleaner 14, and the throttle valve 12
A throttle position sensor 16 is provided at the position
Further, a water temperature sensor 18 is provided on a water jacket 17 close to the intake passage 9 near the engine E.

一方、排気通路19には、空燃比センサ20が設けられ、
また、ディストリビュータ21の位置にクランク角センサ
22が設けられている。これら各センサの出力はコントロ
ールユニット30に入力され、さらに、エンジンＥのアイ
ドル運転時にONになるアイドルスイッチ23、エアコンあ
るいはパワーステアリング動作時にONになる機械負荷ス
イッチ24、前照燈等が点燈されたときにONになる機械負
荷スイッチ25の出力もコントロールユニット30に入力さ
れるようになっている。On the other hand, an air-fuel ratio sensor 20 is provided in the exhaust passage 19,
Also, a crank angle sensor is placed at the position of the distributor 21.
22 are provided. The outputs of these sensors are input to the control unit 30. Further, an idle switch 23 that is turned on when the engine E is idling, a mechanical load switch 24 that is turned on when the air conditioner or power steering is operated, a headlight, and the like are turned on. The output of the mechanical load switch 25 that is turned on when the power is turned on is also input to the control unit 30.

吸気ポート５を開閉する吸気弁７および排気ポート６
を開閉する排気弁８は、周知の動弁機構（図示は省略）
によって作動されるが、排気弁８を開閉する動弁機構に
は、バルブタイミング切換機構26が設けられており、こ
の切換機構26は、コントロールユニット30からの指令信
号により、排気弁８の閉じタイミングを遅らせて吸排気
行程のオーバーラップ量を増大させるように構成されて
いる。Intake valve 7 and exhaust port 6 for opening and closing intake port 5
The exhaust valve 8 that opens and closes is a well-known valve mechanism (not shown).
The valve operating mechanism for opening and closing the exhaust valve 8 is provided with a valve timing switching mechanism 26. The switching mechanism 26 operates in response to a command signal from the control unit 30 to close the exhaust valve 8. And the overlap amount of the intake and exhaust strokes is increased.

すなわち、第２図に示すように、高負荷域では、実線
Ｉで示すようなバルブリフト特性によってオーバーラッ
プ量を少なくし、これにより排気ガスの内部還流比率を
小さくしてノッキングを防止しているが、低負荷域では
破線IIで示すように排気弁８の閉じるタイミングを遅ら
してオーバーラップ量を増大させ、排気ガスの内部還流
比率を大きくしてポンピングロスを減少させている。さ
らにアイドル運転域では上記内部還流比率を低負荷域よ
りも減少させて燃焼の安定性を図っている。That is, as shown in FIG. 2, in the high load region, the overlap amount is reduced by the valve lift characteristic as shown by the solid line I, thereby reducing the internal recirculation ratio of the exhaust gas to prevent knocking. However, in the low load region, as shown by a broken line II, the closing timing of the exhaust valve 8 is delayed to increase the amount of overlap, and the internal recirculation ratio of the exhaust gas is increased to reduce the pumping loss. Further, in the idling operation range, the internal recirculation ratio is reduced more than in the low load range to achieve combustion stability.

このように排気ガスの内部還流比率を可変するための
バルブタイミング切換機構26は、それ自体公知であるか
ら、それについての図示ならびに詳細な説明は省略する
が、例えば１本のカムシャフトに、排気弁をリフトして
いる時間が互いに異なるカムプロファイルをそれぞれ有
する第１、第２カムを並設し、かつ排気弁をリフトして
いる時間が短いカムプロファイルを有する第１カムと排
気弁との双方に係合する第１ロッカーアームと、排気弁
をリフトしている時間が長いカムプロファイルを有する
第２カムのみに係合する第２ロッカーアームとを互いに
隣接させて１本のロッカーシャフトに摺動自在に配設す
るとともに、油圧により上記ロッカーシャフトの軸線方
向に移動しうるピンの係脱によって、上記第１、第２ロ
ッカーアームを連動状態または非連動状態に切換える切
換機構を上記第１、第２ロッカーアーム間に配設し、排
気ガスの内部還流比率を増大させるときには、上記第
１、第２ロッカーアームを上記ピンで結合して連動状態
にすることにより、排気弁を上記第２カムによって駆動
し、それ以外では、上記ピンによる結合状態を解除して
上記第１、第２ロッカーアームを非連動状態にすること
により、排気弁を上記第１カムによって駆動するように
すればよい。Since the valve timing switching mechanism 26 for varying the internal recirculation ratio of the exhaust gas is known per se, its illustration and detailed description are omitted. Both the first cam and the exhaust valve having the first and second cams having the cam profiles different from each other while the valve is being lifted, and having the cam profile having a short time while the exhaust valve is being lifted. And a second rocker arm engaging only a second cam having a cam profile having a long cam valve lift time while sliding the exhaust valve adjacent to each other and sliding on one rocker shaft. The first and second rocker arms are interlocked with each other by freely disposing and disengaging pins that can move in the axial direction of the rocker shaft by hydraulic pressure. A switching mechanism for switching between a normal state and a non-interlocking state is provided between the first and second rocker arms. When the internal recirculation ratio of the exhaust gas is increased, the first and second rocker arms are connected by the pins. By setting the interlocking state, the exhaust valve is driven by the second cam. Otherwise, the coupling state by the pin is released and the first and second rocker arms are set to the non-interlocking state. May be driven by the first cam.

この場合、第３図に示すように、エンジンＥがプライ
マリバルブとセカンダリバルブとの２本の排気弁を備え
ている場合には、セカンダリバルブのタイミングのみを
エンジンＥの運転状態に応じて切換えればよい。そし
て、プライマリバルブ側の排気ポート6aは排気抵抗とな
らないように大径とし、またセカンダリバルブ側の排気
ポート6bは小径とすることにより、排気還流ガスの流速
アップとバルブタイミング可変機構26の負荷低減を図る
ことができる。In this case, as shown in FIG. 3, when the engine E has two exhaust valves, a primary valve and a secondary valve, only the timing of the secondary valve is switched according to the operating state of the engine E. I just need. The exhaust port 6a on the primary valve side has a large diameter so as not to have exhaust resistance, and the exhaust port 6b on the secondary valve side has a small diameter to increase the flow rate of the exhaust gas recirculation gas and reduce the load on the valve timing variable mechanism 26. Can be achieved.

以上述べたようなバルブタイミング切換機構26をエン
ジンＥの運転状態に応じてコントロールユニット30で制
御する場合、アイドル運転域においては、アイドルスイ
ッチ23がONになることにより、コントロールユニット22
は、排気弁８の閉じるタイミングが第２図の実線Ｉのよ
うにオーバーラップ量が少なくなるようにバルブタイミ
ング切換機構26を制御して排気ガスの内部還流比率を減
少させ、これによりエンジンＥのアイドル回転が不安定
になるのを防止しているが、本実施例では、コントロー
ルユニット22に第４図に示すような補正用ロジック回路
27を設け、アイドル運転域であっても、水温センサ17に
よって検出された水温Ｔが所定の水温Taよりも低いと
き、あるいは機械負荷スイッチ24または電気負荷スイッ
チ25の何れかがONになったときには、アイドルアップと
ともにコントロールユニット22からバルブタイミング切
換機構26に対し指令信号を発して排気弁８のリフトタイ
ミングを第２図に破線IIで示す状態に変更して排気ガス
の内部還流比率を増大させ、オーバーラップ量を増大さ
せ、これによりアイドルアップ時における燃焼性を良好
に維持しつつ、ポンピングロスの低減と、燃費、エミッ
ション特性の改善を図ることができるのである。When the above-described valve timing switching mechanism 26 is controlled by the control unit 30 in accordance with the operation state of the engine E, in the idle operation range, the control unit 22 is turned on by turning on the idle switch 23.
Controls the valve timing switching mechanism 26 so that the closing timing of the exhaust valve 8 becomes smaller as indicated by the solid line I in FIG. 2 to reduce the internal recirculation ratio of the exhaust gas. Although the idling rotation is prevented from becoming unstable, in the present embodiment, the control unit 22 includes a correction logic circuit as shown in FIG.
27, even in the idle operation range, when the water temperature T detected by the water temperature sensor 17 is lower than the predetermined water temperature Ta, or when either the mechanical load switch 24 or the electric load switch 25 is turned on. At the same time as the idle-up, the control unit 22 issues a command signal to the valve timing switching mechanism 26 to change the lift timing of the exhaust valve 8 to the state shown by the broken line II in FIG. 2 to increase the internal recirculation ratio of the exhaust gas. By increasing the overlap amount, it is possible to reduce the pumping loss and improve the fuel efficiency and emission characteristics while maintaining good flammability during idle-up.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図面は本発明の実施例を説明するためのもので、第１図
はエンジンの排気ガス還流装置の全体構成図、第２図は
吸排気弁のバルブタイミングを説明するグラフ、第３図
はエンジンの吸排気通路の一例の平面図、第４図はコン
トロールユニットにおけるロジック回路の説明図であ
る。 ５……吸気ポート、６……排気ポート ７……吸気弁、８……排気弁 ９……吸気通路、18……水温センサ 19……排気通路、23……アイドルスイッチ 24……機械負荷スイッチ 25……電気負荷スイッチ 26……バルブタイミング切換機構 27……ロジック回路 30……コントロールユニットBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust gas recirculation system of an engine, FIG. 2 is a graph illustrating valve timing of intake and exhaust valves, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a logic circuit in the control unit. 5 ... intake port, 6 ... exhaust port 7 ... intake valve, 8 ... exhaust valve 9 ... intake passage, 18 ... water temperature sensor 19 ... exhaust passage, 23 ... idle switch 24 ... mechanical load switch 25 Electric load switch 26 Valve timing switching mechanism 27 Logic circuit 30 Control unit

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】燃焼後の排気ガスの一部を燃焼室内に残留
させる排気ガス内部還流手段を備え、かつその内部還流
比率をエンジンの運転状態に応じて可変するように構成
された排気ガス還流装置において、 アイドル運転域における内部還流比率を低負荷域よりも
減少させる制御手段を備え、この制御手段に、上記アイ
ドル運転域であっても、アイドルアップ時には上記内部
還流比率を増大させる補正手段を設けたことを特徴とす
るエンジンの排気ガス還流装置。1. Exhaust gas recirculation means comprising exhaust gas internal recirculation means for allowing a part of exhaust gas after combustion to remain in a combustion chamber, and wherein the internal recirculation ratio is varied according to the operating state of the engine. The apparatus further comprises control means for reducing the internal recirculation ratio in the idle operation range from that in the low load range. The control means includes a correction means for increasing the internal recirculation ratio at idle-up even in the idle operation range. An exhaust gas recirculation device for an engine, which is provided.