JP4563369B2 - 内部ｅｇｒシステム付き４サイクルエンジン - Google Patents

Description

本発明は、主として４サイクルディーゼルエンジン及び４サイクルガスエンジンに適用され、排気行程時に吸気弁を微小量サブリフトさせて燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させて吸気弁の主リフト開弁時に燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲと、吸気行程時に排気弁を微小量サブリフトさせて排気ガスの一部を燃焼室内に送り込んで吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲとを行うように構成された内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンに関する。

４サイクルディーゼルエンジン、４サイクルガスエンジン等においては、排気行程時に吸気弁を吸気行程時の主リフトとは離れて微小量サブリフトさせ、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させ、該燃焼ガスを吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する吸気弁サブリフト方式（吸気弁内部ＥＧＲ）、あるいは吸気行程時に排気弁を排気行程時の主リフトとは離れて微小量サブリフトさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流して吸気に混入させる排気弁サブリフト方式（排気弁内部ＥＧＲ）、からなる内部ＥＧＲシステムを備えたエンジンが提供されている。

かかる内部ＥＧＲシステムを備えたエンジンに関する技術の１つに、特許文献１（特開平７−１３３７２６号公報）にて提供された技術がある。
前記特許文献１の技術においては、吸気通路に該吸気通路を開閉して吸気通路面積を変化せしめる吸気制御弁を設置し、排気行程の終了直前に吸気制御弁よりも先に吸気弁を開き、負圧となっている吸気通路内にピストンの上昇によって燃焼ガス（ＥＧＲガス）を押し込み、吸気行程時にＥＧＲガス混入の吸気を燃焼室内に還流し、前記吸気制御弁を吸気弁の開閉時期と関連させるとともにエンジン負荷、エンジン回転数等のエンジン運転条件によって開閉制御して、吸気制御弁と吸気弁との間の圧力（負圧）を制御して内部ＥＧＲ量を所望の値に制御している。
また、かかる技術においては、吸気弁のサブリフト量あるいはサブリフト期間あるいはサブリフトの主リフトとの位相（主リフトからの進角量）、並びに、各シリンダ毎の排気弁のサブリフト量あるいはサブリフト期間は、エンジン出力、エンジン回転数等のエンジン性能から一義的に設定されている。

また、特許文献２（特開平１０−２５２５１２号公報）にて提供された技術においては、エンジン負荷が小さくなるほど吸気弁と排気弁との開弁重合期間を大きくして、内部ＥＧＲガス量を増加することにより吸気加熱効果を向上し、軽負荷時における自着火性を向上し安定燃焼域を拡大している。

特開平７−１３３７２６号公報 特開平１０−２５２５１２号公報

内部ＥＧＲシステムを備えた４サイクルエンジンは、前記のように、吸気弁内部ＥＧＲ方式（吸気弁サブリフト方式）と排気弁内部ＥＧＲ方式（排気弁サブリフト方式）との２つの内部ＥＧＲシステムが用いられている。
前記吸気弁内部ＥＧＲ方式では吸気弁を１サイクルにつき主リフトとサブリフトの２回、排気弁内部ＥＧＲ方式では排気弁を１サイクルにつき主リフトとサブリフトの２回それぞれ開弁するため、次のような解決すべき課題を抱えている。

排気行程時に吸気弁を吸気行程時の主リフトとは離れて微小量サブリフトさせ、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させ、該燃焼ガスを吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲ方式の４サイクルエンジンは、排気行程時のピストン上昇中で筒内圧力が増加して、筒内圧力と吸気ポート内圧力との間に圧力差が生じているときに吸気弁をサブリフトさせるため、排気ポート内圧力と筒内圧力との圧力差が小さい排気弁内部ＥＧＲ方式よりもＥＧＲ量を多くできて、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果も排気弁内部ＥＧＲ方式よりも大きくなる。

しかしながら、吸気弁内部ＥＧＲ方式の場合は、排気行程時に吸気弁をサブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させるため、燃焼ガスの混入によって吸気温度が上昇し、吸気温度の上昇に従い燃焼温度及び排気温度が上昇して、エンジンの熱負荷の増大や、燃焼温度の上昇分がＮＯｘ発生を助長してＥＧＲによるＮＯｘ低減効果が低下するという問題点をかかえている。かかる問題点はエンジン負荷やエンジン回転数が高くなる高負荷、高回転域でより顕著となる。

尚、前記特許文献１（特開平７−１３３７２６号公報）においては、排気行程時に、吸気弁を吸気行程時の主リフトとは離れて微小量サブリフトさせ、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させ、該燃焼ガスを吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流するようにした内部ＥＧＲシステムをそなえた４サイクルエンジンが開示されているにとどまり、
また、特許文献２（特開平１０−２５２５１２号公報）においては、エンジン負荷が小さくなるほど吸気弁と排気弁との開弁重合期間を大きくして内部ＥＧＲガス量を増加することにより吸気加熱効果を向上した４サイクルエンジンが開示されているにとどまり、
前記のような吸気弁内部ＥＧＲ方式における吸気温度の上昇及びこれによる燃焼温度及び排気温度の上昇という問題点を解決する手段は、前記特許文献１及び特許文献２には示されていない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、吸気弁内部ＥＧＲ方式における吸気温度の上昇、並びにこれによる燃焼温度及び排気温度の上昇に伴うエンジン熱負荷の増大及びＮＯｘ低減効果の低下を防止して、エンジンの全運転域においてエンジン強度及び耐久性の低下を伴うことなくＥＧＲによるＮＯｘ低減効果を発揮し得る内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンを提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するもので、排気行程時に吸気行程時の吸気弁の主リフトとは離れて該吸気弁を微小量サブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲと、吸気行程時に排気行程時の排気弁の主リフトとは離れて該排気弁を微小量サブリフトさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に送り込んで吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲとを行うように構成された内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁内部ＥＧＲと排気弁内部ＥＧＲとを切り換える内部ＥＧＲ切換手段と、エンジン負荷が予め設定された切換え負荷以下の低負荷運転時には前記吸気弁内部ＥＧＲを行い、前記エンジン負荷が前記切換え負荷を超える高負荷運転時には前記排気弁内部ＥＧＲを行うように前記内部ＥＧＲ切換手段を切換え制御する内部ＥＧＲコントローラとをそなえたことを特徴とする。

また本発明は、前記構成に代えて次のように構成することもできる。
即ち、内部ＥＧＲコントローラは、エンジン負荷及びエンジン回転数が予め設定された切換え運転条件以下の低負荷低回転運転時には前記吸気弁内部ＥＧＲを行い、前記エンジン負荷及びエンジン回転数が前記切換え運転条件を超える高負荷高回転運転時には前記排気弁内部ＥＧＲを行うように前記内部ＥＧＲ切換手段を切換え制御するように構成される。

また、かかる発明に加えて、次のように構成するのが好ましい。
（１）前記エンジンの排気温度を検出して前記内部ＥＧＲコントローラに入力する排気温度センサを設け、前記内部ＥＧＲコントローラは、前記吸気弁内部ＥＧＲによる運転時あるいは排気弁内部ＥＧＲによる運転時において、前記排気温度の検出値が予め設定された制限排気温度を超えたとき内部ＥＧＲ運転を停止するように構成される。
（２）前記エンジンの排気温度を検出して前記内部ＥＧＲコントローラに入力する排気温度センサを設け、前記内部ＥＧＲコントローラは、前記吸気弁内部ＥＧＲによる運転時に前記排気温度の検出値が予め設定された排気温度許容値を超えたとき、前記内部ＥＧＲ切換手段に前記排気弁内部ＥＧＲへの切換指令を出力するように構成される。

本発明によれば、排気行程時に吸気弁を微小量サブリフトさせ、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させて吸気弁の主リフトによる開弁時に吸気混入燃焼ガスを燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲ方式と、吸気行程時に排気弁を微小量サブリフトさせ、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に還流して吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲ方式とを、内部ＥＧＲコントローラに制御される内部ＥＧＲ切換手段により、エンジン負荷、エンジン回転数を含むエンジン運転条件によって切換え可能に構成したので、前記吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式とを、エンジン負荷、エンジン回転数を含むエンジン運転条件によって使い分けることによって、エンジンの全運転域で、排気温度の上昇を抑えてエンジン強度及び耐久性の低下を防止しつつ、所要のＮＯｘ低減効果を得ることができる。

また、前述のように、吸気弁内部ＥＧＲ方式では、筒内圧力と吸気ポート内圧力との間に圧力差が生じているときに吸気弁をサブリフトさせるため、排気ポート内圧力と筒内圧力との圧力差が小さい排気弁内部ＥＧＲ方式よりもＥＧＲ量を多くできて、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果が排気弁内部ＥＧＲ方式よりも大きい反面、吸気弁内部ＥＧＲ方式では燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込み吸気に混入させることから、燃焼ガスの混入によって吸気温度及び排気温度が上昇するという問題を有している。

然るに、本発明によれば、エンジン負荷が予め設定された切換え負荷以下の低負荷運転時あるいはエンジン負荷及びエンジン回転数が予め設定された切換え運転条件以下の低負荷低回転運転時において、前記吸気弁内部ＥＧＲにてエンジンを運転するので、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果が多く要求される一方で、給気冷却器の冷却機能に余裕があって吸気温度及び排気温度の上昇度を小さく保持可能な運転域である低負荷運転時あるいは低負荷低回転運転時には、吸気弁内部ＥＧＲ方式によってエンジンを運転することにより、吸気温度及び排気温度を許容温度以下に抑えつつ、大きなＮＯｘ低減効果を得ることができる。

一方、給気冷却器の冷却機能に余裕がなく吸気温度及び排気温度の上昇を抑えることを要する高出力レベルの運転時、つまり、エンジン負荷が前記切換え負荷を超える高負荷運転時あるいはエンジン負荷及びエンジン回転数が前記切換え運転条件を超える高負荷高回転運転時には、吸気弁内部ＥＧＲ方式よりも吸気温度及び排気温度の上昇度の小さい排気弁内部ＥＧＲ方式にてエンジンを運転するので、かかる高出力レベルの運転時に排気温度を常時許容排気温度以下に保持することができて、高出力レベルの運転時における所要のＮＯｘ低減効果を発揮しつつ、吸気温度及び排気温度の上昇に伴うエンジン強度及び耐久性の低下を防止することができる。

また、前記吸気弁内部ＥＧＲによる運転時あるいは排気弁内部ＥＧＲによる運転時において、排気温度の検出値が予め設定された制限排気温度を超えたとき内部ＥＧＲ運転を停止するように構成すれば、吸気弁内部ＥＧＲ方式あるいは排気弁内部ＥＧＲ方式のいずれの運転時においても、吸気温度及び排気温度の過昇に伴うエンジンの破損を回避できる。

さらに、吸気弁ＥＧＲ方式による運転時に排気温度の検出値が予め設定された排気温度許容値を超えたとき、排気弁内部ＥＧＲ方式への切換を行うように構成すれば、低負荷運転時あるいは低負荷低回転運転時における吸気弁ＥＧＲ方式での運転時に、排気温度が排気温度許容値を超えるような事態が発生した場合でも、吸気温度及び排気温度の上昇度の小さい排気弁内部ＥＧＲ方式による運転に切り換えることにより、エンジンを排気温度の過昇に伴う破損から保護できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る内部ＥＧＲシステムを備えた４サイクルディーゼルエンジンの要部断面図を含む全体構成図である。
図１において、１００はエンジン（４サイクルディーゼルエンジン）、１は該エンジン１００のシリンダ、１ａは該シリンダ１内に形成された燃焼室、２はピストンである。
３はシリンダヘッド、４は各シリンダヘッド３に形成された吸気ポート、５は各吸気ポート４を開閉する吸気弁、６は各シリンダヘッド３に形成された排気ポート、７は前記各排気ポート６を開閉する排気弁である。

１２ａは図示しないクランク軸に連動される吸気カム軸、１２は該吸気カム軸１２ａに形成された吸気カム、１３ａは図示しないクランク軸に連動される排気カム軸、１３は該排気カム軸１３ａに形成された排気カムである。９は吸気弁タペット、８は吸気弁ばね、１１は排気弁タペット、１０は排気弁ばねであり、これらにより動弁装置を構成する。
かかる動弁装置において、図示しないクランク軸により、前記吸気カム軸１２ａ及び吸気カム１２が回転駆動されて吸気弁タペット９を介して、前記吸気弁５が各吸気ポート４を開閉し、前記クランク軸により排気カム軸１３ａ及び排気カム１３が回転駆動されて排気弁タペット１１を介して、前記排気弁７が各排気ポート６を開閉する。

かかる４サイクルディーゼルエンジンにおいて、図示しない過給機のコンプレッサから圧送された吸気（空気）は、図示しない吸気マニホールドから各シリンダの吸気ポート４に分配され、吸気弁５の開弁により燃焼室１ａ内に導入される。
また、前記各燃焼室１ａでの着火燃焼後の排気ガスは、前記排気弁７の開弁により排気ポート６を通って図示しない排気マニホールドに溜められてから、過給機に送り込まれて該過給機のタービンを駆動する。
本発明は、以上のような４サイクルエンジンにおける内部ＥＧＲシステムの改良に係るものである。

図４は、内部ＥＧＲシステムを備えた図1に示されるような４サイクルエンジンの吸、排気弁タイミング線図である。
４サイクルエンジンにおける吸気弁内部ＥＧＲ方式即ち吸気弁サブリフト式の内部ＥＧＲ方式においては、図４に示されるように、排気行程時に、吸気弁５を、吸気行程時の主リフトＩｎとは離れて微小量サブリフト（Ｉｓ）させて燃焼室１ａ内の燃焼ガスの一部を吸気ポート４に送り込み吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁５の主リフトＩｎによる開弁時に燃焼室１ａに還流する。
また排気弁内部ＥＧＲ方式即ち排気弁サブリフト式の内部ＥＧＲ方式においては、吸気行程時に排気行程時の排気弁７の主リフトＥｘとは離れて該排気弁７を微小量サブリフト（Ｅｓ）させて、排気ポート６内の排気ガスの一部を燃焼室１ａ内に送り込んで吸気に混入させる。
本発明は、かかる吸気弁内部ＥＧＲ方式及び排気弁内部ＥＧＲ方式を併設し、該吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式とを切換え制御可能にした内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンに関するものである。

本発明の実施例を示す図１において、吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式との切換え制御を行う内部ＥＧＲ切換えコントローラは符号３０で示され、該内部ＥＧＲ切換えコントローラ３０には、前記エンジン１００の負荷を検出する負荷検出器２０からエンジン負荷の検出値、前記エンジン１００のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器２１からエンジン回転数の検出値、前記エンジン１００の排気温度を検出する排気温度センサ２２から排気温度の検出値がそれぞれ入力される。尚、前記排気温度センサ２２は図示しない過給機入口の排気温度を検出するのが好ましい。

前記内部ＥＧＲ切換えコントローラ３０は、これらの検出値に基づき算出した吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式との切換え制御信号を内部ＥＧＲ切換え手段２３に送り、該内部ＥＧＲ切換え手段２３は、吸気カム軸１２ａ、吸気カム１２、及び吸気弁タペット９に付設された吸気弁内部ＥＧＲ駆動手段（図示省略）、並びに、排気カム軸１３ａ、排気カム１３、及び排気弁タペット１１に付設された排気弁内部ＥＧＲ駆動手段（図示省略）を選択駆動して、吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式との切換えを行う。
尚、前記吸気弁内部ＥＧＲ駆動手段及び排気弁内部ＥＧＲ駆動手段は公知の装置を用いるので、詳細な構造説明は省略する。

次に、図２〜３に基づき前記吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式との切換え制御について説明する。
図２は本発明の前記実施例における吸気弁内部ＥＧＲと排気弁内部ＥＧＲとの切換え制御ブロック図、図３は前記実施例におけるエンジン運転条件と吸気弁内部ＥＧＲ及び排気弁内部ＥＧＲの関係線図である。
図２において、前記負荷検出器２０からのエンジン負荷の検出値、エンジン回転数検出器２１からのエンジン回転数の検出値、及び排気温度センサ２２からの排気温度の検出値は、前記内部ＥＧＲ切換えコントローラ３０の内部ＥＧＲ切換え判断部３２にそれぞれ入力される。

前記内部ＥＧＲ切換え判断部３２に電気的に接続される負荷、回転数条件設定部３１には、図３に示すように、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータにして、吸気弁内部ＥＧＲ運転域：ＩＮと、排気弁内部ＥＧＲ運転域：ＥＸと、吸気弁内部ＥＧＲ及び排気弁内部ＥＧＲとの併行運転域：ＩＮ＋ＥＸとがマップ状に設定されている。
図３のように、本発明においては、アイドリング運転時のようなエンジン負荷及びエンジン回転数がきわめて小さい無負荷運転域（図３のラインＡ以下の運転域）では吸気弁内部ＥＧＲ及び排気弁内部ＥＧＲとの併行運転（ＩＮ＋ＥＸ）としている。

そして、かかる無負荷運転域を超える負荷運転域において、設定された切換え運転条件以下の低負荷低回転運転域（図３のラインＡ〜Ｂ間の運転域）では前記吸気弁内部ＥＧＲでの運転域ＩＮとし、設定された切換え運転条件を越える高負荷高回転運転域（図３のラインＢ〜Ｃ間の運転域）では前記排気弁内部ＥＧＲでの運転域ＥＸとしている。
また、発電用エンジンのように、一定回転数Ｎ０で運転されるエンジンにおいては、前記無負荷運転域を超える負荷運転域において、設定された切換え運転条件以下の低負荷運転域（図３のラインＡ１〜Ｂ１間の運転域）では前記吸気弁内部ＥＧＲでの運転域ＩＮとし、設定された切換え運転条件を越える高負荷運転域（図３のラインＢ１〜Ｃ１間の運転域）では前記排気弁内部ＥＧＲでの運転域ＥＸとしている。

そして、前記内部ＥＧＲ切換え判断部３２においては、前記負荷検出器２０からのエンジン負荷の検出値及びエンジン回転数検出器２１からのエンジン回転数の検出値を図３のマップに照合して、該エンジン負荷の検出値とエンジン回転数の検出値とが図３の運転域ＩＮにある低負荷低回転運転域では吸気弁内部ＥＧＲ方式による運転、該エンジン負荷の検出値とエンジン回転数の検出値とが図３の運転域ＥＸにある高負荷高回転運転域では排気弁内部ＥＧＲ方式による運転を行うものと判断する。

また、前記内部ＥＧＲ切換え判断部３２に電気的に接続される排気温度条件設定部３３には、前記吸気弁内部ＥＧＲ方式による運転時あるいは排気弁内部ＥＧＲ方式による運転時における許容最高排気温度である制限排気温度、及び前記吸気弁ＥＧＲ方式による運転時における許容最高排気温度が設定されている。
そして、前記内部ＥＧＲ切換え判断部３２においては、前記エンジン負荷及びエンジン回転数による判断に加えて、補足的に次の判断を行う。

即ち、前記排気温度の検出値が、前記排気温度条件設定部３３に設定された制限排気温度を超えたときには、内部ＥＧＲ運転を停止する。
このように構成することにより、吸気弁内部ＥＧＲ方式あるいは排気弁内部ＥＧＲ方式のいずれの運転時においても、吸気温度及び排気温度の過昇に伴うエンジン１００の破損を回避できる。

また、吸気弁内部ＥＧＲ方式による運転時における前記排気温度の検出値が、前記排気温度条件設定部３３に設定された吸気弁内部ＥＧＲ方式運転時における許容最高排気温度を超えたときには、排気弁内部ＥＧＲ方式への切換を行う。
このように構成することにより、低負荷運転時あるいは低負荷低回転運転時における吸気弁ＥＧＲ方式での運転時に、排気温度が前記許容最高排気温度を超えるような事態が発生した場合でも、吸気温度及び排気温度の上昇度の小さい排気弁内部ＥＧＲ方式による運転に切り換えることにより、エンジンを排気温度の過昇に伴う破損から保護できる。

以上による内部ＥＧＲ切換え判断部３２での判断結果は、内部ＥＧＲ切換え指令部３４に入力され、該内部ＥＧＲ切換え指令部３４は、かかる判断結果に従い、内部ＥＧＲ切換え手段２３に吸気弁内部ＥＧＲ方式あるいは排気弁内部ＥＧＲ方式への切換指令を発信する。
そして、該内部ＥＧＲ切換え手段２３は、前記吸気弁内部ＥＧＲ駆動手段（図示省略）あるいは排気弁内部ＥＧＲ駆動手段（図示省略）を駆動して、吸気弁内部ＥＧＲ方式あるいは排気弁内部ＥＧＲ方式への切換えを行う。

以上の実施例によれば、排気行程時に吸気弁５を微小量サブリフト（Ｉｓ）させ、燃焼室１ａ内の燃焼ガスの一部を吸気ポート４に送り込み吸気に混入させて吸気弁５の主リフト（Ｉｎ）による開弁時に吸気混入燃焼ガスを燃焼室１ａに還流する吸気弁内部ＥＧＲ方式と、吸気行程時に排気弁７を微小量サブリフト（Ｅｓ）させ、排気ポート６内の排気ガスの一部を燃焼室１ａ内に還流して吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲ方式とを、内部ＥＧＲコントローラ３０によって制御される内部ＥＧＲ切換手段２３により、エンジン負荷、エンジン回転数を含むエンジン運転条件によって切換え可能に構成したので、前記吸気弁内部ＥＧＲ方式と排気弁内部ＥＧＲ方式とを、エンジン負荷、エンジン回転数を含むエンジン運転条件によって使い分けることによって、エンジン１００の全運転域で、排気温度の上昇を抑えてエンジン強度及び耐久性の低下を防止しつつ、所要のＮＯｘ低減効果を得ることができる。

またかかる実施例によれば、エンジン負荷が予め設定された切換え負荷以下の低負荷運転時あるいはエンジン負荷及びエンジン回転数が予め設定された切換え運転条件以下の低負荷低回転運転時には、前記吸気弁内部ＥＧＲ方式にてエンジンを運転するので、ＥＧＲによるＮＯｘ低減効果が多く要求される一方で、給気冷却器（図示省略）の冷却機能に余裕があって吸気温度及び排気温度の上昇度を小さく保持可能な運転域である前記低負荷運転時あるいは低負荷低回転運転時には、排気弁内部ＥＧＲ方式よりもＥＧＲ量を多くできてＥＧＲによるＮＯｘ低減効果が排気弁内部ＥＧＲ方式よりも大きい吸気弁内部ＥＧＲ方式によってエンジン１００を運転することにより、吸気温度及び排気温度を許容温度以下に抑えつつ、所要のＮＯｘ低減効果を得ることができる。

一方、前記給気冷却器の冷却機能に余裕がなく吸気温度及び排気温度の上昇を抑えることを要する高出力レベルの運転時、つまり、エンジン負荷が前記切換え負荷を超える高負荷運転時あるいはエンジン負荷及びエンジン回転数が前記切換え運転条件を超える高負荷高回転運転時には、吸気弁内部ＥＧＲ方式よりも吸気温度及び排気温度の上昇度の小さい排気弁内部ＥＧＲ方式にてエンジンを運転するので、かかる高出力レベルの運転時に排気温度を常時許容排気温度以下に保持することができて、高出力レベルの運転時における所要のＮＯｘ低減効果を発揮しつつ、吸気温度及び排気温度の上昇に伴うエンジン強度及び耐久性の低下を防止することができる。

本発明によれば、吸気弁内部ＥＧＲ方式における吸気温度の上昇、並びにこれによる燃焼温度及び排気温度の上昇に伴うエンジン熱負荷の増大及びＮＯｘ低減効果の低下を防止して、エンジンの全運転域においてエンジン強度及び耐久性の低下を伴うことなくＥＧＲによるＮＯｘ低減効果を発揮し得る内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンを提供できる。

本発明の実施例に係る内部ＥＧＲシステムを備えた４サイクルディーゼルエンジンの要部断面図を含む全体構成図である。 前記実施例における吸気弁内部ＥＧＲと排気弁内部ＥＧＲとの切換え制御ブロック図である。 前記実施例におけるエンジン運転条件と吸気弁内部ＥＧＲ及び排気弁内部ＥＧＲの関係線図である。 内部ＥＧＲシステムを備えた４サイクルエンジンの吸、排気弁タイミング線図である。

符号の説明

１ シリンダ
１ａ 燃焼室
２ ピストン
３ シリンダヘッド
４ 吸気ポート
５ 吸気弁
６ 排気ポート
７ 排気弁
１２ 吸気カム
１２ａ 吸気カム軸
１３ 排気カム
１３ａ 排気カム軸
２０ 負荷検出器
２１ エンジン回転数検出器
２２ 排気温度センサ
２３ 内部ＥＧＲ切換え手段
３０ 内部ＥＧＲ切換えコントローラ
１００ エンジン（４サイクルディーゼルエンジン）
Ｉｎ 吸気弁主リフト
Ｉｓ 吸気弁サブリフト
Ｅｘ 排気弁主リフト
Ｅｓ 排気弁サブリフト

Claims (4)

1. 排気行程時に吸気行程時の吸気弁の主リフトとは離れて該吸気弁を微小量サブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲと、吸気行程時に排気行程時の排気弁の主リフトとは離れて該排気弁を微小量サブリフトさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に送り込んで吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲとを行うように構成された内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁内部ＥＧＲと排気弁内部ＥＧＲとを切り換える内部ＥＧＲ切換手段と、エンジン負荷が予め設定された切換え負荷以下の低負荷運転時には前記吸気弁内部ＥＧＲを行い、前記エンジン負荷が前記切換え負荷を超える高負荷運転時には前記排気弁内部ＥＧＲを行うように前記内部ＥＧＲ切換手段を切換え制御する内部ＥＧＲコントローラとをそなえたことを特徴とする内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジン。
2. 排気行程時に吸気行程時の吸気弁の主リフトとは離れて該吸気弁を微小量サブリフトさせて、燃焼室内の燃焼ガスの一部を吸気通路に送り込んで吸気に混入させ、該燃焼ガスを前記吸気弁の主リフトによる開弁時に燃焼室に還流する吸気弁内部ＥＧＲと、吸気行程時に排気行程時の排気弁の主リフトとは離れて該排気弁を微小量サブリフトさせて、排気通路内の排気ガスの一部を燃焼室内に送り込んで吸気に混入させる排気弁内部ＥＧＲとを行うように構成された内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジンにおいて、前記吸気弁内部ＥＧＲと排気弁内部ＥＧＲとを切り換える内部ＥＧＲ切換手段と、エンジン負荷及びエンジン回転数が予め設定された切換え運転条件以下の低負荷低回転運転時には前記吸気弁内部ＥＧＲを行い、前記エンジン負荷及びエンジン回転数が前記切換え運転条件を超える高負荷高回転運転時には前記排気弁内部ＥＧＲを行うように前記内部ＥＧＲ切換手段を切換え制御する内部ＥＧＲコントローラとをそなえたことを特徴とする内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジン。
3. 前記エンジンの排気温度を検出して前記内部ＥＧＲコントローラに入力する排気温度センサを設け、前記内部ＥＧＲコントローラは、前記吸気弁内部ＥＧＲによる運転時あるいは排気弁内部ＥＧＲによる運転時において、前記排気温度の検出値が予め設定された制限排気温度を超えたとき内部ＥＧＲ運転を停止するように構成されたことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジン。
4. 前記エンジンの排気温度を検出して前記内部ＥＧＲコントローラに入力する排気温度センサを設け、前記内部ＥＧＲコントローラは、前記吸気弁内部ＥＧＲによる運転時に前記排気温度の検出値が予め設定された排気温度許容値を超えたとき、前記内部ＥＧＲ切換手段に前記排気弁内部ＥＧＲへの切換指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１もしくは２のいずれかに記載の内部ＥＧＲシステム付き４サイクルエンジン。

Images