JP3371324B2 - 排気ガス還流装置 - Google Patents
排気ガス還流装置Info
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- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/42—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
- F02M26/44—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders in which a main EGR passage is branched into multiple passages
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン、特に車
両用エンジンの排気ガス還流装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、乗用自動車、リクリエーショナル
ビークル等に搭載されている小型高速のディーゼルエン
ジンには、主として排出ガス性能の観点から、副室式デ
ィーゼルエンジンが一般的に採用されている。しかしな
がら、副室式ディーゼルエンジンは、シリンダヘッド内
部に収容されている副室外周壁からの熱損失が大きく、
かつ副室内で生成した燃焼ガスがシリンダ内に流出する
際の流れ損失が大きい等の事情から、燃費が劣る欠点が
ある。 【0003】上記副室式ディーゼルエンジンの燃費が劣
るという問題点を解決するためには、トラック等におい
て広く採用されている本質的に燃費が優れた直接噴射式
ディーゼルエンジンを乗用車等の小型高速エンジンとし
て採用すれば良いのであるが、直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、副室式ディーゼルエンジンに較べて排出ガス
性能が劣り、特に低及び中速部分負荷時の窒素酸化物
(以下NOxという)の増加が著しい不具合がある。 【0004】上記小型高速の直接噴射式ディーゼルエン
ジンの低及び中速部分負荷時のNOx排出量を、従来の
副室式ディーゼルエンジンと略同等、又はそれより良好
なレベルに低減するためには、上記エンジン運転領域に
おいて、従来より多量の排気ガス還流(以下、場合によ
り、EGRという)を行ないNOxの生成量を抑制する
必要がある。しかしながら、従来の車両用ディーゼルエ
ンジンのEGRは、通常、排気通路内における排気ガス
圧力と、吸気通路を流れる吸気の圧力との差圧によっ
て、排気ガスを吸気に導入しているので、上記直接噴射
式ディーゼルエンジンの低速及び中速部分負荷時に、N
Ox性能を改善するために必要な大量の排気ガスを吸気
側に還流させることは、実際上極めて困難である。 【0005】一方、吸気通路内に吸気絞り弁等を設けて
吸気側の負圧を増大し、排気ガス圧力との差圧を大きく
することによってEGR量を増加する手段も知られてい
るが、この場合、吸気抵抗が増大して吸気量が減少し、
空気過剰率が低減して燃焼が悪化するため、スモーク、
一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)に関する排出ガ
ス性能が悪化するだけでなく、パティキュレートの排出
量が増大する不具合がある。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従前の
排気ガス還流装置に較べて、より多量の排気ガス還流を
容易に行なうことができ、その結果、スモーク、CO、
HC及びパティキュレート等に関する排出ガス性能の悪
化を招くことなくNOxの低減を効果的に達成すること
ができる車両用エンジン、特に車両用の直接噴射式ディ
ーゼルエンジンに採用されて好適な排気ガス還流装置を
提供することを、主たる目的とするものである。また、
本発明は、車両用ディーゼルエンジンの低速及び中速部
分負荷運転領域において、大量の排気ガス還流を可能と
してNOxの低減を効果的に達成し得ると共に、燃焼室
内に強いスワールを生起させてスモーク及びパティキュ
レートの発生を効果的に抑止することができる排気ガス
還流装置を提供することを、他の目的とするものであ
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、エンジンの燃焼室に吸
気を供給する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、上
記第1の吸気通路に設けられその開閉によって上記燃焼
室内に生成される吸気スワールの強弱を制御するスワー
ルコントロールバルブと、一端をエンジンの排気通路に
接続されると共に、他端を上記スワールコントロールバ
ルブの下流側において上記第1吸気通路に連通された第
1のEGR通路と、同第1EGR通路に配設されその開
度を調整することによって排気ガス還流量を制御する第
1のEGRバルブと、エンジンの運転状態に応じて上記
スワールコントロールバルブ及び第1EGRバルブの開
度を制御するコントロールユニットと、一端をエンジン
の排気通路に接続されると共に、他端を、上記スワール
コントロールバルブより上流側の第1吸気通路及び上記
第2吸気通路に連通する共通吸気通路に接続された第2
のEGR通路と、同第2EGR通路に配設され、その開
度を上記コントロールユニットにより制御されることに
よって排気ガス還流量を制御する第2のEGRバルブと
を備え、上記コントロールユニットは、エンジンの低速
及び中速部分負荷運転領域において、上記スワールコン
トロールバルブを閉じると共に第2EGRバルブを開い
て、上記第2吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生起させると共に、第2EG
R通路から第2吸気通路を経て排気ガスを還流させ、か
つ、上記低速及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速
及び低負荷の運転領域において、上記スワールコントロ
ールバルブを閉じると共に、第1EGRバルブ及び第2
EGRバルブを開き、上記第2吸気通路から燃焼室に吸
気を供給することにより強スワール流を生成させると共
に、第1及び第2EGR通路の双方から排気ガスを還流
させるように作動することを特徴とする排気ガス還流装
置を提案するものである。 【0008】 【0009】 【0010】 【0011】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
添付図面について説明する。図1及び図2において、符
号10は乗用自動車、リクリエーショナルビークル等に
搭載される直接噴射式のディーゼルエンジンを総括的に
示し、12は同エンジン10のクランクケース、14は
クランクケース12内に複数個列設されたシリンダ、1
6は同シリンダ14内に摺動自在に嵌装されたピスト
ン、18は同ピストン16の頂部に凹設されたトロイダ
ル型その他適宜の形状を有する燃焼室である。 【0012】上記クランクケース12上にヘッドガスケ
ット20を介してシリンダヘッド22が装架され、同シ
リンダヘッド22内には、各シリンダ毎に、2個の吸気
弁24a及び24bと2個の排気弁26a及び26bと
が設けられている。(図1では、夫々1個の吸気弁24
a及び1個の排気弁26aのみが示されている。)上記
2個の吸気弁24a及び24bは、図2の概念的構成図
に示されているように、第1吸気通路28a及び第2吸
気通路28bを介して吸気マニホールド又は共通吸気通
路30に夫々接続されている。 【0013】図示のように、第1吸気通路28aは、そ
の下流端を吸気弁24aを介して上記シリンダ14に接
続されるシリンダヘッド22内の第1吸気ポート32a
と、同第1吸気ポート32aの他端に接続された吸気ブ
ランチ30aとから構成され、同様に、第2吸気通路2
8bは、その下流端を吸気弁24bを介して上記シリン
ダ14に接続されるシリンダヘッド22内の第2吸気ポ
ート32bと、同第2吸気ポート32bの他端に接続さ
れた吸気ブランチ30bとから構成されている。 【0014】一方、上記排気弁26a及び26bは、シ
リンダヘッド22内に形成された排気ポート34の二又
に分岐した一端上流端に配設され、同排気ポート34の
他端下流端は、合流して単一の通路を形成し、排気ブラ
ンチ36′を介して排気マニホールド又は共通排気通路
36に連通している。上記共通排気通路36の下流側
に、総括的に符号38で示されているターボ過給機の排
気ガスタービン40が接続され、同排気ガスタービン4
0は同軸的に連結されたエアコンプレッサ42を駆動す
る。 【0015】上記エアコンプレッサ42は、図示を省略
されているエアクリーナを介して外気を吸入し、加圧し
て吐出通路44に給送する。同吐出通路44に送給され
た加圧吸気は、一般にインタクーラと呼ばれている吸気
冷却装置46を通り冷却されたのち、上記吸気マニホー
ルド又は共通吸気通路30に供給される。 【0016】上記排気マニホールド又は共通排気通路3
6に第1のEGR通路48と第2のEGR通路68とが
EGRクーラ50を介して並列に接続され、同第1EG
R通路48には第1のEGRバルブ52が介装されてい
る。同EGRバルブ52の下流側のEGR通路48は複
数のシリンダに分岐され、分岐EGR通路48′は各シ
リンダ14の第1吸気通路28aに接続されている。上
記分岐EGR通路48′との接続部より上流側の第2吸
気通路28a内に、スワールコントロールバルブ54が
介装されている。また、上記第2のEGR通路68には
第2のEGRバルブ70が介装され、同EGR通路68
は上記EGRバルブ70の下流側を、上記スワールコン
トロールバルブ54より上流側の第1吸気通路28a及
び第2吸気通路28bに連通する共通吸気通路30に接
続されている。 【0017】上記第1EGRバルブ52及び第2EGR
バルブ70は、夫々アクチュエータ52a及び70aに
よって開閉される好ましくは可変開度の弁であり、上記
スワールコントロールバルブ54は、アクチュエータ5
4aによって開閉される可変開度又は全開、全閉の2位
置開閉弁、換言すればオンオフ式弁であり、好ましくは
後者のオンオフ式開閉弁である。上記アクチュエータ5
2a及び54aは夫々コントロールユニット56によっ
て開閉制御され、同コントロールユニット56は、エン
ジン10の回転数Ne、エンジンの負荷Le、エンジン
冷却水温Tcを夫々検知する回転数センサ58、負荷セ
ンサ60及び冷却水温度センサ62の出力信号又は情報
に基づき、上記アクチュエータ52a及び54aに駆動
出力を供給すると共に、エンジン10に燃料を供給する
燃料噴射ポンプ64の燃料供給量制御部材に駆動出力を
供給する。 【0018】上記アクチュエータ52a及び54aは、
真空作動式、圧縮空気作動式、電磁作動式アクチュエー
タ等を任意に採用することができ、また燃料噴射ポンプ
64は、分配型及び列型噴射ポンプの何れでも良い。さ
らに、第1EGRバルブ52として円錐弁が図示されて
いるが、バターフライ弁等を適宜採用することができ、
同様に、スワールコントロールバルブ54としてバター
フライ弁が図示されているが、勿論円錐弁等を適宜採用
することができる。なお、図示の装置では、第1吸気通
路28aの吸気ブランチ30aに第1EGR通路48が
接続されると共に、その上流側の吸気ブランチ30a内
にスワールコントロールバルブ54が配置されている
が、シリンダヘッド22内の第1吸気ポート32aに第
1EGR通路48を接続すると共に、その上流側にスワ
ールコントロールバルブ54を配置することもできる。
なお、図2において、符号66はシリンダヘッド22を
クランクケース12に緊締し固着するためのヘッドボル
ト(図示せず)を挿入するボルト孔である。 【0019】上記排気ガス還流装置を具備したエンジン
10の寒冷始動時は、冷却水温度センサ62によって検
知される冷却水温度Tcが、予め設定されたウォームア
ップ完了温度、例えば60℃に達するまで、コントロー
ルユニット56によりアクチュエータ52a及び70a
が全閉位置に保持され、従って第1EGRバルブ52及
び第2EGRバルブ70 が全閉されてEGRは行なわ
れない。エンジン10のウォームアップ運転中は、燃焼
室20及びシリンダ14内での燃料の燃焼が悪く、未燃
燃料等の排出ガス性能が悪いので、EGRを行なうこと
による一層の燃焼の悪化を防止し、排出ガス性能のさら
なる悪化を防止することができる。 【0020】エンジン10の運転中、シリンダ14から
排出された排気ガスは、シリンダヘッド22内の排気ポ
ート34及び排気ブランチ36′から排気マニホールド
又は共通排気通路36に流入し、さらにターボ過給機3
8の排気ガスタービン40に供給されて仕事をしたの
ち、図示しないマフラ及びテールパイプを経て外気に放
出される。上記排気ガスタービン40によりエアコンプ
レッサ42が駆動され、同エアコンプレッサ42で加圧
された吸気が吐出通路44から吸気冷却装置46を通っ
て冷却され、吸気マニホールド又は共通吸気通路30に
供給される。 【0021】縦軸にエンジン10の出力トルクTqをと
り、横軸にエンジン回転数Ne(但し、原点はアイドル
回転数である)をとって示した図3において、低速及び
中速高負荷の運転領域Aでは、コントロールユニット5
6の駆動出力に基づき、図1に示されているように、ア
クチュエータ54aによってスワールコントロールバル
ブ54が全閉されると共に、アクチュエータ52a及び
70aにより第1及び第2EGRバルブ52及び70が
全閉される。従って、吸気マニホールド又は共通吸気通
路30に供給された吸気が、第2吸気通路28bのみか
らシリンダ14内に供給され、図2に矢印Sで示されて
いる強スワールがシリンダ14内に生成されると共に、
EGRは行なわれない。シリンダ14内に吸気の強スワ
ールが生成されると共に、EGRが行なわれないので、
良好な燃焼が確保され、この運転領域で発生し易いスモ
ークを低減し、又はスモークの発生を防止することがで
きる。 【0022】また、上記図3において、中速及び高速高
負荷の運転領域Bでは、コントロールユニット56の駆
動出力に基づき、アクチュエータ54aによりスワール
コントロールバルブ54が、図2に点線で示されている
ように全開されると共に、アクチュエータ52a及び7
0aにより第1及び第2EGRバルブ52及び70が全
閉される。従って、吸気が吸気マニホールド又は共通吸
気通路30から第1吸気通路28a及び第2吸気通路2
8bの両方からシリンダ14内に流入し、シリンダ14
内に相対的に弱い吸気スワールが形成される。この運転
領域Bでは、相対的に弱い吸気スワールが形成されると
共に、EGRが行なわれないことによって、良好な燃焼
が確保され、エンジンの出力を増大することができる。 【0023】 【0024】 【0025】 【0026】 【0027】 【0028】 【0029】 【0030】次に、図3において、左下りの斜線を施し
た第1の低速及び中速部分負荷運転領域C(一例とし
て、50%負荷以下で、回転数Neがアイドル回転数か
ら最高回転数Ne maxの60%の回転数にわたる運
転領域)では、コントロールユニット56の駆動出力に
基づき、アクチュエータ54aによりスワールコントロ
ールバルブ54が全閉されると共に、アクチュエータ7
0aにより第2EGRバルブ70がエンジン負荷Le及
び回転数Neに応じた開度で開かれ、さらに、アクチュ
エータ52aにより第1EGRバルブ52は全閉状態に
保持される。 【0031】スワールコントロールバルブ54の全閉に
より吸気マニホールド又は共通吸気通路30と第1吸気
通路28aとの連通が遮断されるので、吸気は第2吸気
通路28bからのみシリンダ14内に流入して強スワー
ルが生起されると共に、第2EGR通路68から第2E
GRバルブ70の開度に応じた量の排気ガスが吸気に添
加され、排気ガス圧力と吸気圧力との差圧に応じた通常
のEGRが行なわれる。しかし、第1EGR通路48か
らの排気還流は行なわれない。 【0032】さらに、図3において、格子状の斜線を施
した第2の低速及び中速部分負荷運転領域D(一例とし
て、40%負荷以下で、回転数Neがアイドル回転数か
ら最高回転数Ne maxの50%の回転数にわたる運
転領域)では、コントロールユニット56の駆動出力に
基づき、アクチュエータ54aによりスワールコントロ
ールバルブ54が全閉されると共に、アクチュエータ7
0a及び52aにより第2EGRバルブ70及び第1E
GRバルブ52が、何れもエンジン負荷Le及び回転数
Neに応じた開度で開かれる。 【0033】従って、上記第1の低速及び中速部分負荷
時の強スワール発生及び第2EGR通路68からの通常
のEGRに加え、第1吸気通路28aのスワールコント
ロールバルブ54下流側の部分に、吸気行程におけるピ
ストン16の下降変位に基づく強い負圧が発生し、第1
EGR通路48からの大量の排気ガスが第1吸気通路2
8aを通ってシリンダ14内に還流し、従って、上記通
常のEGRと大量EGRとが重複して行なわれることと
なる。 【0034】上記のように運転領域Cにおいて通常のE
GRが行なわれ、運転領域Dにおいて上記通常のEGR
と大量のEGRとが重複して行なわれるので、排出ガス
中のNOxの発生が低減し、NOx発生量を従前の副室
式ディーゼルと略同等、又はそれより低減することがで
きる。また、上記運転領域C及び運転領域Dの双方にお
いて、前記第1実施形態と同様に、シリンダ14の外周
部分を新気が旋回し、半径方向内方部分でEGRガスが
旋回するので、所謂層状EGRが行なわれ、オイルの汚
染及び早期劣化を効果的に防止し得る利点がある。 【0035】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で、上
記実施形態に種々の変更、修正を加えて実施することが
できる。なおまた、本発明は、小型高速の直接噴射式デ
ィーゼルエンジンに採用されて最も好適であるが、大型
トラック等に搭載される大型の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにも勿論適用することができる。 【0036】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気ガス還
流装置は、エンジンの燃焼室に吸気を供給する第1の吸
気通路及び第2の吸気通路と、上記第1の吸気通路に設
けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される吸気
スワールの強弱を制御するスワールコントロールバルブ
と、一端をエンジンの排気通路に接続されると共に、他
端を上記スワールコントロールバルブの下流側において
上記第1吸気通路に連通された第1のEGR通路と、同
第1EGR通路に配設されその開度を調整することによ
って排気ガス還流量を制御する第1のEGRバルブと、
エンジンの運転状態に応じて上記スワールコントロール
バルブ及び第1EGRバルブの開度を制御するコントロ
ールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接続され
ると共に、他端を、上記スワールコントロールバルブよ
り上流側の第1吸気通路及び上記第2吸気通路に連通す
る共通吸気通路に接続された第2のEGR通路と、同第
2EGR通路に配設され、その開度を上記コントロール
ユニットにより制御されることによって排気ガス還流量
を制御する第2のEGRバルブとを備え、上記コントロ
ールユニットは、エンジンの低速及び中速部分負荷運転
領域において、上記スワールコントロールバルブを閉じ
ると共に第2EGRバルブを開いて、上記第2吸気通路
のみから燃焼室に吸気を供給することにより強スワール
流を生起させると共に、第2EGR通路から第2吸気通
路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速及び中速
部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の運転領域
において、上記スワールコントロールバルブを閉じると
共に、第1EGRバルブ及び第2EGRバルブを開き、
上記第2吸気通路から燃焼室に吸気を供給することによ
り強スワール流を生成させると共に、第1及び第2EG
R通路の双方から排気ガスを還流させるように作動する
ことを特徴とし、上記スワールコントロールバルブ下流
側の吸気通路にEGR通路を接続することによって、従
来の排気ガス還流装置より多量の排気ガス還流を行なう
ことができ、この結果、ディーゼルエンジンの排出ガス
中の有害成分、特にNOxを効果的に低減できると共
に、低速及び中速部分負荷運転領域よりも一層低速及び
低負荷の領域では、第1のEGR通路から追加して大量
のEGRを行なうことにより 、この運転領域で発生し易
いスモークを抑制しながらNOxの効果的な低減を達成
し得る利点がある。 【0037】 【0038】
両用エンジンの排気ガス還流装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来、乗用自動車、リクリエーショナル
ビークル等に搭載されている小型高速のディーゼルエン
ジンには、主として排出ガス性能の観点から、副室式デ
ィーゼルエンジンが一般的に採用されている。しかしな
がら、副室式ディーゼルエンジンは、シリンダヘッド内
部に収容されている副室外周壁からの熱損失が大きく、
かつ副室内で生成した燃焼ガスがシリンダ内に流出する
際の流れ損失が大きい等の事情から、燃費が劣る欠点が
ある。 【0003】上記副室式ディーゼルエンジンの燃費が劣
るという問題点を解決するためには、トラック等におい
て広く採用されている本質的に燃費が優れた直接噴射式
ディーゼルエンジンを乗用車等の小型高速エンジンとし
て採用すれば良いのであるが、直接噴射式ディーゼルエ
ンジンは、副室式ディーゼルエンジンに較べて排出ガス
性能が劣り、特に低及び中速部分負荷時の窒素酸化物
(以下NOxという)の増加が著しい不具合がある。 【0004】上記小型高速の直接噴射式ディーゼルエン
ジンの低及び中速部分負荷時のNOx排出量を、従来の
副室式ディーゼルエンジンと略同等、又はそれより良好
なレベルに低減するためには、上記エンジン運転領域に
おいて、従来より多量の排気ガス還流(以下、場合によ
り、EGRという)を行ないNOxの生成量を抑制する
必要がある。しかしながら、従来の車両用ディーゼルエ
ンジンのEGRは、通常、排気通路内における排気ガス
圧力と、吸気通路を流れる吸気の圧力との差圧によっ
て、排気ガスを吸気に導入しているので、上記直接噴射
式ディーゼルエンジンの低速及び中速部分負荷時に、N
Ox性能を改善するために必要な大量の排気ガスを吸気
側に還流させることは、実際上極めて困難である。 【0005】一方、吸気通路内に吸気絞り弁等を設けて
吸気側の負圧を増大し、排気ガス圧力との差圧を大きく
することによってEGR量を増加する手段も知られてい
るが、この場合、吸気抵抗が増大して吸気量が減少し、
空気過剰率が低減して燃焼が悪化するため、スモーク、
一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)に関する排出ガ
ス性能が悪化するだけでなく、パティキュレートの排出
量が増大する不具合がある。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従前の
排気ガス還流装置に較べて、より多量の排気ガス還流を
容易に行なうことができ、その結果、スモーク、CO、
HC及びパティキュレート等に関する排出ガス性能の悪
化を招くことなくNOxの低減を効果的に達成すること
ができる車両用エンジン、特に車両用の直接噴射式ディ
ーゼルエンジンに採用されて好適な排気ガス還流装置を
提供することを、主たる目的とするものである。また、
本発明は、車両用ディーゼルエンジンの低速及び中速部
分負荷運転領域において、大量の排気ガス還流を可能と
してNOxの低減を効果的に達成し得ると共に、燃焼室
内に強いスワールを生起させてスモーク及びパティキュ
レートの発生を効果的に抑止することができる排気ガス
還流装置を提供することを、他の目的とするものであ
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために創案されたもので、エンジンの燃焼室に吸
気を供給する第1の吸気通路及び第2の吸気通路と、上
記第1の吸気通路に設けられその開閉によって上記燃焼
室内に生成される吸気スワールの強弱を制御するスワー
ルコントロールバルブと、一端をエンジンの排気通路に
接続されると共に、他端を上記スワールコントロールバ
ルブの下流側において上記第1吸気通路に連通された第
1のEGR通路と、同第1EGR通路に配設されその開
度を調整することによって排気ガス還流量を制御する第
1のEGRバルブと、エンジンの運転状態に応じて上記
スワールコントロールバルブ及び第1EGRバルブの開
度を制御するコントロールユニットと、一端をエンジン
の排気通路に接続されると共に、他端を、上記スワール
コントロールバルブより上流側の第1吸気通路及び上記
第2吸気通路に連通する共通吸気通路に接続された第2
のEGR通路と、同第2EGR通路に配設され、その開
度を上記コントロールユニットにより制御されることに
よって排気ガス還流量を制御する第2のEGRバルブと
を備え、上記コントロールユニットは、エンジンの低速
及び中速部分負荷運転領域において、上記スワールコン
トロールバルブを閉じると共に第2EGRバルブを開い
て、上記第2吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生起させると共に、第2EG
R通路から第2吸気通路を経て排気ガスを還流させ、か
つ、上記低速及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速
及び低負荷の運転領域において、上記スワールコントロ
ールバルブを閉じると共に、第1EGRバルブ及び第2
EGRバルブを開き、上記第2吸気通路から燃焼室に吸
気を供給することにより強スワール流を生成させると共
に、第1及び第2EGR通路の双方から排気ガスを還流
させるように作動することを特徴とする排気ガス還流装
置を提案するものである。 【0008】 【0009】 【0010】 【0011】 【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施形態を
添付図面について説明する。図1及び図2において、符
号10は乗用自動車、リクリエーショナルビークル等に
搭載される直接噴射式のディーゼルエンジンを総括的に
示し、12は同エンジン10のクランクケース、14は
クランクケース12内に複数個列設されたシリンダ、1
6は同シリンダ14内に摺動自在に嵌装されたピスト
ン、18は同ピストン16の頂部に凹設されたトロイダ
ル型その他適宜の形状を有する燃焼室である。 【0012】上記クランクケース12上にヘッドガスケ
ット20を介してシリンダヘッド22が装架され、同シ
リンダヘッド22内には、各シリンダ毎に、2個の吸気
弁24a及び24bと2個の排気弁26a及び26bと
が設けられている。(図1では、夫々1個の吸気弁24
a及び1個の排気弁26aのみが示されている。)上記
2個の吸気弁24a及び24bは、図2の概念的構成図
に示されているように、第1吸気通路28a及び第2吸
気通路28bを介して吸気マニホールド又は共通吸気通
路30に夫々接続されている。 【0013】図示のように、第1吸気通路28aは、そ
の下流端を吸気弁24aを介して上記シリンダ14に接
続されるシリンダヘッド22内の第1吸気ポート32a
と、同第1吸気ポート32aの他端に接続された吸気ブ
ランチ30aとから構成され、同様に、第2吸気通路2
8bは、その下流端を吸気弁24bを介して上記シリン
ダ14に接続されるシリンダヘッド22内の第2吸気ポ
ート32bと、同第2吸気ポート32bの他端に接続さ
れた吸気ブランチ30bとから構成されている。 【0014】一方、上記排気弁26a及び26bは、シ
リンダヘッド22内に形成された排気ポート34の二又
に分岐した一端上流端に配設され、同排気ポート34の
他端下流端は、合流して単一の通路を形成し、排気ブラ
ンチ36′を介して排気マニホールド又は共通排気通路
36に連通している。上記共通排気通路36の下流側
に、総括的に符号38で示されているターボ過給機の排
気ガスタービン40が接続され、同排気ガスタービン4
0は同軸的に連結されたエアコンプレッサ42を駆動す
る。 【0015】上記エアコンプレッサ42は、図示を省略
されているエアクリーナを介して外気を吸入し、加圧し
て吐出通路44に給送する。同吐出通路44に送給され
た加圧吸気は、一般にインタクーラと呼ばれている吸気
冷却装置46を通り冷却されたのち、上記吸気マニホー
ルド又は共通吸気通路30に供給される。 【0016】上記排気マニホールド又は共通排気通路3
6に第1のEGR通路48と第2のEGR通路68とが
EGRクーラ50を介して並列に接続され、同第1EG
R通路48には第1のEGRバルブ52が介装されてい
る。同EGRバルブ52の下流側のEGR通路48は複
数のシリンダに分岐され、分岐EGR通路48′は各シ
リンダ14の第1吸気通路28aに接続されている。上
記分岐EGR通路48′との接続部より上流側の第2吸
気通路28a内に、スワールコントロールバルブ54が
介装されている。また、上記第2のEGR通路68には
第2のEGRバルブ70が介装され、同EGR通路68
は上記EGRバルブ70の下流側を、上記スワールコン
トロールバルブ54より上流側の第1吸気通路28a及
び第2吸気通路28bに連通する共通吸気通路30に接
続されている。 【0017】上記第1EGRバルブ52及び第2EGR
バルブ70は、夫々アクチュエータ52a及び70aに
よって開閉される好ましくは可変開度の弁であり、上記
スワールコントロールバルブ54は、アクチュエータ5
4aによって開閉される可変開度又は全開、全閉の2位
置開閉弁、換言すればオンオフ式弁であり、好ましくは
後者のオンオフ式開閉弁である。上記アクチュエータ5
2a及び54aは夫々コントロールユニット56によっ
て開閉制御され、同コントロールユニット56は、エン
ジン10の回転数Ne、エンジンの負荷Le、エンジン
冷却水温Tcを夫々検知する回転数センサ58、負荷セ
ンサ60及び冷却水温度センサ62の出力信号又は情報
に基づき、上記アクチュエータ52a及び54aに駆動
出力を供給すると共に、エンジン10に燃料を供給する
燃料噴射ポンプ64の燃料供給量制御部材に駆動出力を
供給する。 【0018】上記アクチュエータ52a及び54aは、
真空作動式、圧縮空気作動式、電磁作動式アクチュエー
タ等を任意に採用することができ、また燃料噴射ポンプ
64は、分配型及び列型噴射ポンプの何れでも良い。さ
らに、第1EGRバルブ52として円錐弁が図示されて
いるが、バターフライ弁等を適宜採用することができ、
同様に、スワールコントロールバルブ54としてバター
フライ弁が図示されているが、勿論円錐弁等を適宜採用
することができる。なお、図示の装置では、第1吸気通
路28aの吸気ブランチ30aに第1EGR通路48が
接続されると共に、その上流側の吸気ブランチ30a内
にスワールコントロールバルブ54が配置されている
が、シリンダヘッド22内の第1吸気ポート32aに第
1EGR通路48を接続すると共に、その上流側にスワ
ールコントロールバルブ54を配置することもできる。
なお、図2において、符号66はシリンダヘッド22を
クランクケース12に緊締し固着するためのヘッドボル
ト(図示せず)を挿入するボルト孔である。 【0019】上記排気ガス還流装置を具備したエンジン
10の寒冷始動時は、冷却水温度センサ62によって検
知される冷却水温度Tcが、予め設定されたウォームア
ップ完了温度、例えば60℃に達するまで、コントロー
ルユニット56によりアクチュエータ52a及び70a
が全閉位置に保持され、従って第1EGRバルブ52及
び第2EGRバルブ70 が全閉されてEGRは行なわ
れない。エンジン10のウォームアップ運転中は、燃焼
室20及びシリンダ14内での燃料の燃焼が悪く、未燃
燃料等の排出ガス性能が悪いので、EGRを行なうこと
による一層の燃焼の悪化を防止し、排出ガス性能のさら
なる悪化を防止することができる。 【0020】エンジン10の運転中、シリンダ14から
排出された排気ガスは、シリンダヘッド22内の排気ポ
ート34及び排気ブランチ36′から排気マニホールド
又は共通排気通路36に流入し、さらにターボ過給機3
8の排気ガスタービン40に供給されて仕事をしたの
ち、図示しないマフラ及びテールパイプを経て外気に放
出される。上記排気ガスタービン40によりエアコンプ
レッサ42が駆動され、同エアコンプレッサ42で加圧
された吸気が吐出通路44から吸気冷却装置46を通っ
て冷却され、吸気マニホールド又は共通吸気通路30に
供給される。 【0021】縦軸にエンジン10の出力トルクTqをと
り、横軸にエンジン回転数Ne(但し、原点はアイドル
回転数である)をとって示した図3において、低速及び
中速高負荷の運転領域Aでは、コントロールユニット5
6の駆動出力に基づき、図1に示されているように、ア
クチュエータ54aによってスワールコントロールバル
ブ54が全閉されると共に、アクチュエータ52a及び
70aにより第1及び第2EGRバルブ52及び70が
全閉される。従って、吸気マニホールド又は共通吸気通
路30に供給された吸気が、第2吸気通路28bのみか
らシリンダ14内に供給され、図2に矢印Sで示されて
いる強スワールがシリンダ14内に生成されると共に、
EGRは行なわれない。シリンダ14内に吸気の強スワ
ールが生成されると共に、EGRが行なわれないので、
良好な燃焼が確保され、この運転領域で発生し易いスモ
ークを低減し、又はスモークの発生を防止することがで
きる。 【0022】また、上記図3において、中速及び高速高
負荷の運転領域Bでは、コントロールユニット56の駆
動出力に基づき、アクチュエータ54aによりスワール
コントロールバルブ54が、図2に点線で示されている
ように全開されると共に、アクチュエータ52a及び7
0aにより第1及び第2EGRバルブ52及び70が全
閉される。従って、吸気が吸気マニホールド又は共通吸
気通路30から第1吸気通路28a及び第2吸気通路2
8bの両方からシリンダ14内に流入し、シリンダ14
内に相対的に弱い吸気スワールが形成される。この運転
領域Bでは、相対的に弱い吸気スワールが形成されると
共に、EGRが行なわれないことによって、良好な燃焼
が確保され、エンジンの出力を増大することができる。 【0023】 【0024】 【0025】 【0026】 【0027】 【0028】 【0029】 【0030】次に、図3において、左下りの斜線を施し
た第1の低速及び中速部分負荷運転領域C(一例とし
て、50%負荷以下で、回転数Neがアイドル回転数か
ら最高回転数Ne maxの60%の回転数にわたる運
転領域)では、コントロールユニット56の駆動出力に
基づき、アクチュエータ54aによりスワールコントロ
ールバルブ54が全閉されると共に、アクチュエータ7
0aにより第2EGRバルブ70がエンジン負荷Le及
び回転数Neに応じた開度で開かれ、さらに、アクチュ
エータ52aにより第1EGRバルブ52は全閉状態に
保持される。 【0031】スワールコントロールバルブ54の全閉に
より吸気マニホールド又は共通吸気通路30と第1吸気
通路28aとの連通が遮断されるので、吸気は第2吸気
通路28bからのみシリンダ14内に流入して強スワー
ルが生起されると共に、第2EGR通路68から第2E
GRバルブ70の開度に応じた量の排気ガスが吸気に添
加され、排気ガス圧力と吸気圧力との差圧に応じた通常
のEGRが行なわれる。しかし、第1EGR通路48か
らの排気還流は行なわれない。 【0032】さらに、図3において、格子状の斜線を施
した第2の低速及び中速部分負荷運転領域D(一例とし
て、40%負荷以下で、回転数Neがアイドル回転数か
ら最高回転数Ne maxの50%の回転数にわたる運
転領域)では、コントロールユニット56の駆動出力に
基づき、アクチュエータ54aによりスワールコントロ
ールバルブ54が全閉されると共に、アクチュエータ7
0a及び52aにより第2EGRバルブ70及び第1E
GRバルブ52が、何れもエンジン負荷Le及び回転数
Neに応じた開度で開かれる。 【0033】従って、上記第1の低速及び中速部分負荷
時の強スワール発生及び第2EGR通路68からの通常
のEGRに加え、第1吸気通路28aのスワールコント
ロールバルブ54下流側の部分に、吸気行程におけるピ
ストン16の下降変位に基づく強い負圧が発生し、第1
EGR通路48からの大量の排気ガスが第1吸気通路2
8aを通ってシリンダ14内に還流し、従って、上記通
常のEGRと大量EGRとが重複して行なわれることと
なる。 【0034】上記のように運転領域Cにおいて通常のE
GRが行なわれ、運転領域Dにおいて上記通常のEGR
と大量のEGRとが重複して行なわれるので、排出ガス
中のNOxの発生が低減し、NOx発生量を従前の副室
式ディーゼルと略同等、又はそれより低減することがで
きる。また、上記運転領域C及び運転領域Dの双方にお
いて、前記第1実施形態と同様に、シリンダ14の外周
部分を新気が旋回し、半径方向内方部分でEGRガスが
旋回するので、所謂層状EGRが行なわれ、オイルの汚
染及び早期劣化を効果的に防止し得る利点がある。 【0035】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で、上
記実施形態に種々の変更、修正を加えて実施することが
できる。なおまた、本発明は、小型高速の直接噴射式デ
ィーゼルエンジンに採用されて最も好適であるが、大型
トラック等に搭載される大型の直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにも勿論適用することができる。 【0036】 【発明の効果】叙上のように、本発明に係る排気ガス還
流装置は、エンジンの燃焼室に吸気を供給する第1の吸
気通路及び第2の吸気通路と、上記第1の吸気通路に設
けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される吸気
スワールの強弱を制御するスワールコントロールバルブ
と、一端をエンジンの排気通路に接続されると共に、他
端を上記スワールコントロールバルブの下流側において
上記第1吸気通路に連通された第1のEGR通路と、同
第1EGR通路に配設されその開度を調整することによ
って排気ガス還流量を制御する第1のEGRバルブと、
エンジンの運転状態に応じて上記スワールコントロール
バルブ及び第1EGRバルブの開度を制御するコントロ
ールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接続され
ると共に、他端を、上記スワールコントロールバルブよ
り上流側の第1吸気通路及び上記第2吸気通路に連通す
る共通吸気通路に接続された第2のEGR通路と、同第
2EGR通路に配設され、その開度を上記コントロール
ユニットにより制御されることによって排気ガス還流量
を制御する第2のEGRバルブとを備え、上記コントロ
ールユニットは、エンジンの低速及び中速部分負荷運転
領域において、上記スワールコントロールバルブを閉じ
ると共に第2EGRバルブを開いて、上記第2吸気通路
のみから燃焼室に吸気を供給することにより強スワール
流を生起させると共に、第2EGR通路から第2吸気通
路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速及び中速
部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の運転領域
において、上記スワールコントロールバルブを閉じると
共に、第1EGRバルブ及び第2EGRバルブを開き、
上記第2吸気通路から燃焼室に吸気を供給することによ
り強スワール流を生成させると共に、第1及び第2EG
R通路の双方から排気ガスを還流させるように作動する
ことを特徴とし、上記スワールコントロールバルブ下流
側の吸気通路にEGR通路を接続することによって、従
来の排気ガス還流装置より多量の排気ガス還流を行なう
ことができ、この結果、ディーゼルエンジンの排出ガス
中の有害成分、特にNOxを効果的に低減できると共
に、低速及び中速部分負荷運転領域よりも一層低速及び
低負荷の領域では、第1のEGR通路から追加して大量
のEGRを行なうことにより 、この運転領域で発生し易
いスモークを抑制しながらNOxの効果的な低減を達成
し得る利点がある。 【0037】 【0038】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】図1に示した排気ガス還流装置を含むエンジン
の要部を示す概念的構成図である。 【図3】図1に示すエンジンにおける排気ガス還流装置
の作動態様を示す説明図である。
の要部を示す概念的構成図である。 【図3】図1に示すエンジンにおける排気ガス還流装置
の作動態様を示す説明図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI
F02D 21/08 301 F02D 21/08 301B
43/00 301 43/00 301N
301U
(56)参考文献 特開 平5−18254(JP,A)
特開 平7−158517(JP,A)
特開 平7−224726(JP,A)
特開 平7−197831(JP,A)
実開 平1−91041(JP,U)
実開 平1−91049(JP,U)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
F02M 25/07 550
F02M 25/07 570
F02M 25/07 580
F02B 31/00 331
F02D 9/02
F02D 21/08 301
F02D 43/00 301
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 エンジンの燃焼室に吸気を供給する第1
の吸気通路及び第2の吸気通路と、上記第1の吸気通路
に設けられその開閉によって上記燃焼室内に生成される
吸気スワールの強弱を制御するスワールコントロールバ
ルブと、一端をエンジンの排気通路に接続されると共
に、他端を上記スワールコントロールバルブの下流側に
おいて上記第1吸気通路に連通された第1のEGR通路
と、同第1EGR通路に配設されその開度を調整するこ
とによって排気ガス還流量を制御する第1のEGRバル
ブと、エンジンの運転状態に応じて上記スワールコント
ロールバルブ及び第1EGRバルブの開度を制御するコ
ントロールユニットと、一端をエンジンの排気通路に接
続されると共に、他端を、上記スワールコントロールバ
ルブより上流側の第1吸気通路及び上記第2吸気通路に
連通する共通吸気通路に接続された第2のEGR通路
と、同第2EGR通路に配設され、その開度を上記コン
トロールユニットにより制御されることによって排気ガ
ス還流量を制御する第2のEGRバルブとを備え、上記
コントロールユニットは、エンジンの低速及び中速部分
負荷運転領域において、上記スワールコントロールバル
ブを閉じると共に第2EGRバルブを開いて、上記第2
吸気通路のみから燃焼室に吸気を供給することにより強
スワール流を生起させると共に、第2EGR通路から第
2吸気通路を経て排気ガスを還流させ、かつ、上記低速
及び中速部分負荷運転領域よりさらに低速及び低負荷の
運転領域において、上記スワールコントロールバルブを
閉じると共に、第1EGRバルブ及び第2EGRバルブ
を開き、上記第2吸気通路から燃焼室に吸気を供給する
ことにより強スワール流を生成させると共に、第1及び
第2EGR通路の双方から排気ガスを還流させるように
作動することを特徴とする排気ガス還流装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33135996A JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33135996A JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10141148A JPH10141148A (ja) | 1998-05-26 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP33135996A Expired - Fee Related JP3371324B2 (ja) | 1996-11-07 | 1996-11-07 | 排気ガス還流装置 |
Country Status (1)
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JP2016217239A (ja) * | 2015-05-20 | 2016-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関 |
CN110030092B (zh) * | 2019-03-18 | 2023-11-14 | 华电电力科学研究院有限公司 | 一种解决分布式能源***中增压机出口气流脉动及冷态泄漏的装置及方法 |
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1996
- 1996-11-07 JP JP33135996A patent/JP3371324B2/ja not_active Expired - Fee Related
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