JPH02245460A - 直接噴射式ディーゼルエンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、直接噴射式ディーゼルエンジンの吸気装置に
関するものである。

（従来技術） 従来より、例えば特開昭６３−１４０８２０号公報に記
載されているように燃焼性能改善のための吸気スワール
流の強さを可変ならしめるようにした所謂可変スワール
タイプのダイレクトインジェクション式ディーゼルエン
ジンの吸気装置は一応知られている。

吸気スワールの形成は、本来火炎の伝播速度を速くして
燃焼性能を向上させようとの観点から行なわれるもので
あるが、着火時においては却ってスワール（スワール比
）が強過ぎると火炎が吹き消されてしまって着火性が悪
化する問題がある。また一般に燃焼性が悪化すると不完
全燃焼によりＨＣ（スモーク）の発生量が多くなる。し
かし、一方燃焼性が向上して燃焼ガスの温度が高くなる
と上記１−Ｉ　Ｃの発生量は低下するが今度はＮ０ｘ（
窒素酸化物）の発生量が多くなる。そこで、最近では上
記エンジンの燃焼室内に吸気スワールを形成する上述の
メイン吸気ポートとは別に排気ガス還流用のＥＧｒｔ通
路に連通せしめられたサブ吸気ポートを設けるとともに
該サブ吸気ポートを上記メイン吸気ポートによって形成
されたスワール流を弱める方向に吸気を導入する構造と
し、例えばエンジン低回転時などには、その時の負荷量
（吸気量）に応じ、負荷量が小さい時はど排気ガス還流
量を増加させるようにして吸気温度を高くし、着火性の
向上に寄与させる構成が採られている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記後者の従来技術の構成のように、単に低回
転時にのみ排気ガスの還流量を増大させて吸気スワール
の強さを可変ならしめるようにしたものでは、それ以外
の運転領域では同等スワールコントロールのメリットを
得ることはできない問題がある。また、同従来技術の構
成の場合において、上記サブ吸気ポートからの不活性ガ
スである排気ガスの還流量（ＥＧＲＩ）を増加させれば
ＮＯｘは低減できるが、そのようにすると池面、燃費の
悪化やＨＣ発生量の増大等の問題を伴う。従って、上記
従来のような単純なＥＧＲ制御では、ＮＯｘ低減と燃費
率向上、ＨＣ低減等それらのバランス関係で決定される
極めて制約された範囲での自由度の低い低効率の排気エ
ミッションの改善しかなし得なかった。

（Ｒ題を解決するための手段） 本発明は、上記のような問題を解決することを目的とし
てなされたもので、エンジン燃焼室内に吸気スワールを
形成するように吸気を導入するメイン吸気ポートと、上
記エンジン燃焼室内に上記メイン吸気ポートによって形
成される吸気スワールを弱めるように排気ガスを導入す
る排気ガス還流通路とを備えてなる直接噴射式ディーゼ
ルエンジンにおいて、エンジンの排気ガス還流領域にお
いて、低負荷運転状態ではホットＥＧＲ制御を行う一方
、高負荷運転状態ではコールドＥＧＲ制御を行うＥＧＲ
制御手段を設けたことを特徴とするものである。

（作　用） 上記本発明の直接噴射式ディーゼルエンジンの吸気装置
の構成では、エンジン燃焼室内に吸気スワールを形成す
るメイン吸気ポートと該メイン吸気ポートで形成された
吸気スワール流を弱める方向にυト気ガスを導入する排
気ガス還流通路とを備えてなる直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにおいて、エンジンの排気ガス還流領域において
、低負荷運転状態ではホットＥＧＲ制御を行なうととも
に、高負荷運転状態ではコールドＥＧＲ制御を行うよう
になっている。

従って、先ず排気ガスの還流領域（Ｅ　Ｇ　Ｒ領域）で
はホットＥＧＲ領域又はコールドＥＧＲ領域の何れの場
合にあっても上記排気ガス還流通路のスワール流弱化作
用によってスワール流が低減させられ、その結果一般的
にＮＯｘの発生量が減少するようになる。

そして、エンジンが低負荷運転領域にあって筒内温度が
低くて着火性、燃焼性が共に悪く不完全燃焼によりＨＣ
の発生量が多くなるような領域では、先ず上記着火性向
上のためのスワール流の低減を排気ガスの還流によって
行ない着火性を向上させるとともに、該排気ガスの還流
により所謂ホットＥＧＲ制御を行って筒内温度を上げて
更に燃焼性を向上させる。その結果、ＨＣが発生しにく
（なる。

一方、エンジンが高負荷運転領域にあるときには、温度
の低い排気ガスの還流によってコールドＥＧＲ作用が実
現され、特に効果的にＮＯｘの低減が図られるようにな
る。

（発明の効果） 従って、本発明の直接噴射式ディーゼルエンジンの吸気
装置によれば、エンジンの運転状態に応じた適切なスワ
ールレベルのコントロールとＥＧＲ作用を実現すること
ができるようになり、運転性能の向上は素より、燃費性
能ら向上１．更に排気エミッションの改善にも大きく寄
与し得るようになる。

（実施例） 第２図〜第７図は、本発明の第１実施例に係る直接式デ
ィーゼルエンジンの吸気装置の構成を示している。

先ず第２図において、符号１はエンジン本体であり、該
エンジン本体ｌは第１〜第４の４つの気簡２ａ〜２ｄを
有する直列４気筒エンジンによって構成されている。そ
して、これらの各気筒２ａ〜２ｄには、それぞれ排気ボ
ー３ａ〜３ｄとスワール生成機能を持った基本となるメ
イン吸気ポート４８〜４ｄが設けられている。該複数の
メイン吸気ボー）４ａ〜４ｄには、吸気マニホールド５
の各分岐通路５ａ〜５ｄが各々接続され、該吸気マニホ
ールド５を介して上流側吸気通路２０に接続されている
。また、上記排気ポート３ａ〜３ｄには、排気マニホー
ルド６の各分岐通路６ａ〜６ｄが各々接続されている。

上記エンジン本体１は、例えば第３図に示すように、シ
リンダブロック７と、シリンダヘッド８と、上記シリン
ダブロック７内に嵌挿されたピストン９とを各々有し、
上記ピストン９の頂面にはキャビティ１０が形成されて
いる。このキャビティｌＯには、例えばホールノズル型
の燃料噴射弁１１が指向設置されていて、この燃料噴射
弁１１からのダイレクト噴射燃料が上記キャビティ１０
の周壁面に薄膜状に広がって燃焼される所謂マン式（蒸
発燃焼式）として構成されている。

上記各メイン吸気ポート４ａ〜４ｄおよび排気ボー）３
ａ〜３ｄはそれぞれ上記シリンダヘッド８に形成して設
けられており、メイン吸気ポート４ａ〜４ｄは吸気弁１
２ａ＝１２ｄにより、また排気ポート３ａ〜３ｄは排気
弁（図示路）により、図示しないクランク軸の回転に同
期してそれぞれ周知のタイミングで開口される。そして
、上記メイン吸気ポート４ａ〜４ｄは、本実施例では例
えば第４図に示すようなへりカルポートとされており、
このメイン吸気ポート４ａ〜４ｄを通った吸気は矢印方
向に旋回されつつ上記各気筒の燃焼室内に供給されて吸
気スワール流を形成するようになっている。

一方、符号１３ａ〜１３ｄは上記各メイン吸気ポート４
ａ〜４ｄで形成された吸気スワール流を弱める方向に吸
気を導入するサブ吸気ポートであり、このサブ吸気ポー
ト１３ａ−１３ｄの上流側は、それぞれ副吸気通路１７
を介して上記排気マニホールド６と新気供給通路３０と
に各々連通ずるようになっている。該副吸気通路１７の
上記排気マニホールド６側及び新気供給通路３０との集
合部には０Ｎ１０ＦＦ機能を有した３方電磁弁１８が介
設されている一方、またその下流側にはエンジン側に付
設されたラジェターからの冷却水が供給される水供給通
路２２がその途中に水噴射弁２１を介して連通せしめら
れている。そして、該水噴射弁２１で霧状に噴射された
水によって冷却された新気又は排気ガスが上記副吸気通
路１７を介して上記各気筒のサブ吸気ポート１３ａ−１
３ｄに供給されるようになっている。

一方、符号１００は上記３方電磁弁１８、水噴射弁２１
等を例えば第６図のようなエンジンの運転領域に応じ、
第５図に示すような制御内容のスワールコントロールを
行なうエンジンコントロールユニットである。該エンジ
ンコントロールユニット１００には、またエンジン回転
数センサからのエンジン回転数検出データＮε、アクセ
ル開度センサからのアクセル開度検出データθ＾ＣＣ，
エンジン冷却水温センサからの冷却水温検出データＴ智
等が各々所定の周期で入力されている。

次に、該エンジンコントロールユニット１００によるス
ワールレベル制御について第６図の特性図及び第５図の
フローチャートを参照して詳細に説明する。

先ず最初に制御ファクター各部のイニシャライズを行な
った後、ステップＳ、でエンジン回転数Ｎεを、またス
テップＳ、でアクセル開度θ＾ＣＣを各々検出し、それ
らを基に第６図の何れかの運転領域を特定した上で、そ
れに応じて現在のエンジン運転領域が上述した副吸気通
路１７を利用すべき制御領域であるか否かを判定する。

その結果、ＹＥＳと判定された場合には、さらにステッ
プＳ、に進んでホットＥＧＧ’（領域であるか否かを判
定する。

その結果、ＹＥＳ（ホットＥＧＲ領域：低負荷域）であ
ると判定されると、ステップＳ、に進んで上記副吸気通
路１７下流端の３方電磁弁１８をＯＮ（開）にして排気
ＥＧＲ可能状態とした後、更にステップＳ、に進んで水
噴射弁２１をＯＦ’Ｆ”にして水噴射を禁止する。

この結果、燃焼温度が低く、しかも燃焼に関与しない余
剰空気が大量に存在するような低負荷領域でもホットな
状態の排気ガスが大量に導入されることから、筒内温度
が上昇して燃焼性能が向上する。その結果、燃費が向上
することはもちろん、所謂ＥＧＲ効果（不活性ガス作用
）によってＮＯＸが低減される。しかも、該ホット状態
の排気ガスは、上記メイン吸気ポート４ａ〜４ｄで形成
された吸気スワールを弱める方向に導入されるから、そ
れによって着火性自体も向上する。従って、ＨＣの発生
量が低減され、燃料の消費率も低下することは素より、
ＥＧＲ作用によるＮＯｘ低減効果も併せて得ることがで
きる（第７図参照）。

一方、上記ステップＳ、で副吸気通路制御領域ではない
としてＮｏ判定が下された場合には、他方側ステップＳ
７の方ζこ移って上記３方電磁弁１８を０ＦＦ（閉）と
して副吸気通路１７を閉成する。

この結果、該場合には、ホットＥＧＲ及びコールドエア
領域に行なわれず、通常のスワール運転が行なわれる。

また、上記副吸気通路制御領域ではあっても上記ステッ
プＳ４でＮｏと判定されたホットＥＧＲ領域ではない場
合には、さらにステップＳＩｌに進んで今度はコールド
ＥＧＲ領域（中・高負荷域）であるか否かを判断する。

その結果、ＹＥＳと判断されると、ステップＳ、に進ん
で先ず上記３方電磁弁」８をＯＮ（開）にして副吸気通
路１７を開放するとともに次のステップＳ　ｔｏで上述
の水噴射弁をＯＮにして還流される排気ガスの温度を下
げて所謂コールドＥＧＲを行う。

この結果、・該場合には、温度の低下した排気ガスが比
容積の小さい状態で最大のＥＧＲ効果が得られるように
導入され、中・高負荷運転状懸のような低負荷域に比べ
て燃焼温度が高く、かつ余剰空気量も少ない運転域で効
果的にＥＧＲ作用を機能させることに適している。また
、その結果、ＮＯｘ低減効果も高い（第８図参照）。

他方、上記ステップＳ、の判定でコールドＥＧＲ領域で
はないとしてＮＯと判定された場合には、さらにステッ
プＳ、に進んで今度はコールドエア領域であるか否かを
判断する。

その結果、ＹＥＳ（コールドエア領域）の場合には、ス
テップＳａｔに進んで上記３方電磁弁１８を新気供給通
路３０側に開となす一方、続くステップＳ　１１で上記
水噴射弁２１をＯＮとして当該供給される新気中に水を
噴射して吸気温を下げ、該吸気温を低下させてコールド
エアとした新気を上記サブ吸気ポート１３ａ＝１３ｄか
らエンジン燃焼室内に供給する。

他方、上記ステップＳｌｌでコールドエア領域ではない
としてＮｏ判定がなされた場合には、ステップＳ１４の
方に進んで上記３方電磁弁１８を新気供給通路３０側に
開として新気の供給を可能とする一方、ステップＳ１６
で水噴射弁２１をＯＦ’Ｆ’にすることによって通常の
新気供給状態を実現する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明のクレーム対応図、第２図は、同本
願発明の実施例に係る直接噴射式ディーゼルエンジンの
吸気装置のシステム構成を示す概略図、第３図及び第４
図は、各々同吸気装置の要部の拡大断面図、第５図は、
同装置の制御動作を示すフローチャート、第６図は、同
実施例に於ける制御領域を示すグラフ、第７図は、同実
施例における低負荷領域でのホットＥＧＲ効果を示すグ
ラフ、第８図は、間中・高負荷領域におけるコールドＥ
ＧＲ効果を示すグラフである。 ｌ・・・・・エンジン本体 ２ａ〜２ｄ・・・第１〜第４の気筒 ３ａ〜３ｄ・・・排気ポート ４８〜４ｄ・・・メイン吸気ポート ５・・・・・吸気マニホールド ７・・・・・シリンダブロック ８・・・・・シリンダヘッド ９・・・・・ピストン ｌ【・・・・燃料噴射弁 １３ａ　−１３ｄ・・サブ吸気ポート １７・・・・ＥＧＲ通路 １８・・・・３方電磁弁 ２１・・・・水噴射弁 ・新気供給通路 ・エンジンコントロールユニット 第２図 第４図 第７図 （ホットＥＧＲ） 第８図 （コールドＥＧＲ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、エンジン燃焼室内に吸気スワールを形成するように
   吸気を導入するメイン吸気ポートと、上記エンジン燃焼
   室内に上記メイン吸気ポートによって形成される吸気ス
   ワールを弱めるように排気ガスを導入する排気ガス還流
   通路とを備えてなる直接噴射式ディーゼルエンジンにお
   いて、エンジンの排気ガス還流領域において、低負荷運
   転状態ではホットＥＧＲ制御を行う一方、高負荷運転状
   態ではコールドＥＧＲ制御を行うＥＧＲ制御手段を設け
   たことを特徴とする直接噴射式ディーゼルエンジンの吸
   気装置。