JPH04175453A - エンジンの排ガス還流装置 - Google Patents

エンジンの排ガス還流装置

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JPH04175453A
JPH04175453A JP2298920A JP29892090A JPH04175453A JP H04175453 A JPH04175453 A JP H04175453A JP 2298920 A JP2298920 A JP 2298920A JP 29892090 A JP29892090 A JP 29892090A JP H04175453 A JPH04175453 A JP H04175453A
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JP
Japan
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egr
engine
exhaust gas
gas
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Mitsuo Hitomi
光夫 人見
Junzo Sasaki
潤三 佐々木
Kazuaki Umezono
和明 梅園
Toshihiko Hattori
服部　敏彦
Kenji Kashiyama
謙二 樫山
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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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） 本発明はエンジンの排ガスの一部を吸気系に還流する排
ガス還流装置に関する。
（従来技術） 自動車用エンジンでは、排ガスの浄化のため、排ガスの
一部を吸気系に還流して燃焼ガスの温度を低下させるこ
とにより（ＥＧＲ）、排ガス中のＮＯｘ　（窒素酸化物
）を低減することが行なわれている（特公昭５９−１６
００５２号公報参照）。
ところで、エンジンの高負荷域ではＥＧＲガスの温度が
低い程体積効率が向上し、またＥＧＲガス量の多い程、
燃焼温度が低下するから、ＮＯｘの低減およびノッキン
グ発生の防止の点から有利である。ところが軽負荷域で
は、ＥＧＲガスの温度が低いと燃焼速度が遅くなって燃
焼が不安定になり、かつ同じＥＧＲ率でも高温ＥＧＲと
比較してポンピングロスが増大するので、ＥＧＲガスは
高温の方がよいことが判明した。
またターボチャージャ付きエンジンでは、排気系におけ
るＥＧＲガスの取入口の位置および吸気系におけるＥＧ
Ｒガスの供給口の位置を適切に設定しないと、タービン
効率が低下するという問題があった。
（発明の目的） そこで本発明は、自然吸気エンジンおよび過給機付きエ
ンジンの双方において、かつ広い運転領域叫おいて、常
に最適のＥＧＲを行ないうる排ガス還流装置を提供する
ことを目的とする。
（発明の構成） 請求項１の発明は、排ガス還流通路に少なくともエンジ
ンの高負荷時においてＥＧＲガスを冷却する冷却手段を
設けたことを特徴とする請求項２の発明は、請求項１の
発明における冷却手段を設けた第１の排ガス還流通路と
、冷却手段を設けない第２の排ガス還流通路とを備え、
上記第２の排ガス還流通路を通る冷却された還流ガスの
量を負荷の増大に応じて増大させる制御手段を設けたこ
とを特徴とする 請求項３の発明は、請求項１の冷却手段と吸気冷却用イ
ンタークーラとを備えた過給機付きエンジンにおいて、
ＥＧＲガスの吸気系への導入口を吸気通路の上記インタ
ークーラの上流側に設けたことを特徴とする 請求項４の発明においては、請求項１の冷却手段を備え
たターボチャージャ付きエンジンにおいて、低速高負荷
時にＥＧＲガスをタービンの下流から吸気系に還流する
ようにしたことを特徴とする。
（発明の効果） 、　請求項１の発明によれば、ＥＧＲガスの温度を下げ
て体積効率低下を防止しつつ燃焼温度を下げノッキング
防止を図ることができる。
請求項２の発明によれば、低負荷時のＥＧＲガス温度を
高め、高負荷時に低めることにより、負荷の高低にかか
わらず燃焼速度を適正に保ち、かつ軽負荷域でのポンピ
ングロスの低減を図ることができる。
請求項３の発明によれば、ＥＧＲによる燃焼温度の低下
効果をさらに向上させることができる。
請求項４の発明によれば、ＥＧＲによるタービン効率の
低下を防止することができる。
（実　施　例） 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。
第１図は本発明の第１実施例を示す概略的構成図で、１
は４気筒エンジンのエンジン本体、２はエンジンの吸気
系、８はエンジンの排気系を示す。
４は共通吸気通路で、この吸気通路４には、その上流側
から下流側に向って、エアクリーナ５、吸入空気量を検
出するエアフローメータ６およびスロットルバルブ７が
順に配置されている。共通吸気通路４の下流端にはサー
ジタンク８が接続され、このサージタンク８から分岐し
た４本の独立吸気通路９がそれぞれ各気筒の吸気ボート
ｌＯに接続されている。本実施例のエンジンは各気筒に
ついてそれぞれ２個の吸気弁と排気弁を備えているため
、吸気ボート１０および排気ポート１１が各気筒につい
て２個ずつ設けられている。排気ポート１１にはそれぞ
れ独立排気通路１２が接続され、これら独立排気通路１
２の下流端は共通排気通路１３に集合され、この共通排
気通路１３に触媒コンバータ１４が設けられている。
１５は共通排気通路１３における触媒コンバータ１４の
下流側を各独立吸気通路９に連通ずる排ガス還流通路（
以下ｒＥＧＲ通路」と呼ぶ）で、このＥＧＲ通路１５は
、その途中で第１分岐通路１５Ａと第２分岐通路１５Ｂ
と分岐され、各分岐通路１５Ａ、１５Ｂに、ダイアフラ
ム式アクチュエータ１９Ａ、１９Ｂによってそれぞれ駆
動されて通路１５Ａ、１５Ｂを通るＥＧＲガスの流量を
制御するＥＧＲ弁１６Ａ、１６Ｂがそれぞれ配設されて
いる。そして第２分岐通路１５Ｂのみに、この分岐通路
１５Ｂを通るＥＧＲガスを冷却するための水冷式冷却器
１７が設けられている。本実施例では、この冷却器１７
がエンジン本体１の冷却水が流れる冷却水通路１８の途
中に設けられている。第１および第２分岐通路１５Ａ、
１５Ｂは下流側で合流され、各独立吸気通路９に接続さ
れている。
各ＥＧＲ弁１６Ａ、１６Ｂのアクチュエータ１９Ａ、１
９Ｂの負圧室は、それぞれ負圧導管２ＯＡ、２０Ｂを通
じてサージタンク８に連通しており、負圧導管２ＯＡ、
２０Ｂにはそれぞれ電磁ソレノイド弁２１Ａ、２１Ｂが
設けられている。
なお、電磁ソレノイド弁２１Ｂは通常時開放状態にある
。２２はコントロールユニットで、このコントロールユ
ニット２２は、エアフローメータ６およびスロットル開
度センサ２３の出力および図示しないエンジン回転数セ
ンサの出力にもとづいて、電磁ソレノイド弁２１Ａ、２
１Ｂをデユーティ制御し、これによってＥＧＲ弁１６Ａ
、１６Ｂの開度（リフト量）を第２図のグラフに示す態
様で制御するようになっている。
第２図はエンジン負荷とＥＧＲ弁１６Ａ、１６Ｂの開度
との関係を示すグラフである。第２図がら明らかなよう
に、コントロールユニット２２は、低負荷域においては
ＥＧＲ通路１５の冷却器１７を備えていない第１分岐通
路１５ＡのＥＧＲ弁１６Ａを開いてＥＧＲガスを第１分
岐通路１５Ａのみから吸気系２に還流するが、負荷が上
昇するのに従い、ＥＧＲ弁１６Ａを閉じるとともにＥＧ
Ｒ弁１６Ｂを開き、冷却器１７によって温度を低くされ
たＥＧＲガスの比率が増大するように電磁ソレノイド弁
２１Ａ、２１Ｂをデユーティ制御している。なお、第２
図においては、高負荷域におけるＥＧＲ総量がほぼ一定
となっているが、高圧縮比を有するエンジンにおいては
、ノッキングの発生を防止するために、負荷の増大に伴
ってＥＧＲ総量を増大させればよい。また、極軽負荷域
では燃焼安定性を確保するため、双方のＥＧＲ弁１６Ａ
、１６Ｂを閉じて外部ＥＧＲを停止させている。さらに
本実施例においては、排気系３におけるＥＧＲ通路１５
のＥＧＲガス導入口を触媒コンバータ１５の下流側に設
けて、より低温のＥＧＲガスが吸気系２に還流されるよ
うに図っている。
以上が本発明の第１実施例の構成および動作の説明であ
るが、ＥＧＲ通路１５の第２分岐通路１５Ｂに設けられ
ている水冷式冷却器１７の代りに空冷式冷却器を設けて
もよい。あるいは第２分岐通路１５Ｂに上記のような冷
却器を設けずに、第２分岐通路１５Ｂ自体を長くするこ
とにより、あるいは多数の並列通路を設けることにより
、ＥＧＲガスを冷却してもよい。
上述のように軽負荷域では高温のＥＧＲガスを還流し、
高負荷域では低温のＥＧＲガスを還流する理由を下記に
示す。
第３図はＥＧＲ率をパラメータとしたＥＧＲガス温度と
ポンピングロス低減度との関係を示すグラフである。軽
負荷域ではスロットルバルブ７による吸気の絞り度が大
きいため、ポンピングロスが大きくなるが、第３図がら
明らがなように、軽負荷域ではＥＧＲガスを高温にすれ
ばする程、僅かのＥＧＲ量で大きなポンピングロス低減
効率が得られるから、軽負荷域ではＥＧＲガスの温度が
高い方が望ましい。
一方、高負荷域では、ＥＧＲガスの温度が低い程、また
ＥＧＲガス量が多い程燃焼温度が低下する。第４図は等
容サイクルにおける圧力と燃焼温度との関係を示すグラ
フで、第４図におけるＴＡ。
Ｔｔｏｃ＋　ΔＴおよびＴｂは下記の０〜０式によって
あられされる。
ＴＴ、）Ｃ＝　ＴＡ・εに−１、、、、、、■Ｔｂ　　
＝　　Ｔｔｎｃ＋ΔＴ　　　　　　　　　　　、旧、、
■ここでＴＡ　：　圧縮開始時温度 ＴＴｌ）ｃ：　　圧縮上死点温度 Ｔｂ　：　燃焼後の温度 ε　　：　有効圧縮圧 Ｃｐ　：　等圧比熱 Ｃｖ　：　等容比熱 Ａ／Ｆ　：　　空燃比 サフィックス　ａ：　新気 サフィックス　ｅ：　排気（ＥＧＲ） Ｑ　　：　総発熱量 ＱｏｃＧａ（Ａ／Ｆ一定時） Ｇ　　：　ガスの重量 ０〜０式から明らかなように、高負荷域ではＥＧＲガス
温度が低い程、またＥＧＲガス量が多い程燃焼温度が低
下する。燃焼温度が低下すると、燃焼室壁温も低下し、
エンジンの熱負荷が低減されたことになる。また燃焼途
中においても、既燃ガスの温度が低いので未燃ガスへの
輻射熱が減少し、未燃ガス温度も抑えられるので耐ノツ
キング性が向上することになる。さらに燃焼温度の低下
は排ガス温の低下をもたらすので排気系部品も耐熱的に
楽になる利点がある。以上の理由がら、高負荷域ではＥ
ＧＲガスを冷却するのである。
次に第５図は本発明の第２実施例を示す概略的構成図で
、本実施例は過給機付きエンジンに本発明を適用した場
合の例である。すなわち、エンジンによって駆動される
過給機（スーパーチャージャ）２５と、この過給機２５
で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２６をその
共通吸気通路４に備えており、また、過給機２５および
インタークーラ２６をバイパスするバイパス通路２７に
、ダイアフラム式アクチュエータ２９によって駆動され
るリリーフ弁２８が設けられている。そして上記アクチ
ュエータ２９の圧力室はサージタンク８に連通しており
、過給圧が所定値以上になるとリリーフ弁２８がバイパ
ス通路２７を開いてリリーフするようになっている。
本実施例では、ＥＧＲ通路１５の冷却器１７を備えてい
ない第１分岐通路１５Ａの吸気系へのＥＧＲガス導入口
は第１図の第１実施例と同様に各独立吸気通路９に開口
しているが、冷却器１７を備えている第２分岐通路１５
Ｂの吸気系へのＥＧＲガス導入口は共通吸気通路４の過
給機２５の上流側に開口している。なおこの冷却された
ＥＧＲガスの導入口は過給機２５とインタークーラ２６
の間に設けてもよく、要はインタークーラ２６の上流側
であればよい。第５図から明らかなように、以上の点を
除けば本発明の第２実施例は第１図に示す第１実施例と
同様の構成を有するから、対応する要素に同一符号を付
して重複する説明は省略する。
本実施例においても、軽負荷域においては冷却器１７を
備えていない第１分岐通路１５Ａを通った高温のＥＧＲ
ガスが吸気系に還流され、高負荷域においては冷却器１
７を備えている第２分岐通路１５Ｂを通った冷却された
ＥＧＲガスが吸気系に還流されるように、フントロール
ユニット２２が電磁ソレノイド弁２１Ａ、２１Ｂをデユ
ーティ制御しているが、冷却器１７で冷却されたＥＧＲ
ガスを吸気系２のインタークーラ２６の上流側に還流し
ていることにより、さらに温度の低下したＥＧＲガスが
エンジンに供給されるようになっている。そしてこのよ
うな過給機付きエンジンにおいては、高負荷域では過給
圧の上昇に伴ってＥＧＲ総量を増大させることにより、
ノッキングの発生を防止することができる。なおリリー
フ２８の開度を検出するセンサを設け、リリーフ弁２８
の開度と関連させてＥＧＲ弁１６Ａ、１６Ｂの開度を設
定してもよい。
第６図は本発明の第３実施例を示す概略的構成図で、本
実施例はターボチャージャ付きエンジンに本発明を適用
した場合の例である。すなわち、こ、のエンジンは、共
通排気通路１３に設けられた排気タービン３１と、共通
吸気通路４に設けられて上記排気タービン３１によって
駆動される過給機３２とからなるターボチャージャ３０
を備えており、また過給機３２とスロットルバルブ７と
の間の共通吸気通路４にインタークーラ２６を備えてい
る。また、排気タービン３１をバイパスするバイパス通
路３３に、ダイアフラム式アクチュエータ３４によって
駆動されるゲートバルブ３５が設けられている。そして
上記アクチュエータ３４の圧力室は共通吸気通路４の過
給機３２の下流側に連通しており、過給圧が所定値以上
になるとゲートバルブ３５がバイパス通路２７を開いて
排気をリリーフするようになっている。
本実施例の特徴は、互いに独立した第１および第２のＥ
ＧＲ通路３６Ａ、３６Ｂを備えていることである。すな
わち、第１ＥＧＲ通路３６Ａは、エンジンの独立排気通
路１２の１つと各独立吸気通路９との間を連通しており
、この第１ＥＧＲ通路３６Ａに前述の実施例と同様にＥ
ＧＲ弁１６Ａが設けられている。また第２ＥＧＲ弁１６
Ｂは、共通排気通路１３の排気タービン３１の下流側と
共通吸気通路４の過給機３２の上流側との間を連通して
おり、この第２ＥＧＲ通路３６Ｂに前述の実施例と同様
に冷却器１７およびＥＧＲ弁１６Ｂが設けられている。
その他の構成は前述した実施例と同様であるから、重複
する説明は省略するが、本実施例では、軽負荷域におい
てＥＧＲガスを還流する第１ＥＧＲ通路３６Ａがエンジ
ンの独立排気通路１２と独立吸気通路９との間に設けた
ことにより、軽負荷域では高温のＥＧＲガスをエンジン
に供給するようにしている。これによって軽負荷域では
ＥＧＲによる過給機３２の仕事の増加が阻止されるので
、過給機３２の回転速度が高められ、タービン効率が上
昇する。一方、冷却器１７を備えた第２ＥＧＲ通路３６
ＢにおけるＥＧＲガスの取入口を共通排気通路１３の排
気タービン３１の下流側に設け、高負荷域、特に低速高
負荷域では、比較的低温の排ガスを第２ＥＧＲ通路３６
Ｂに取入れ、これを冷却器１７でさらに冷却した後、過
給機３２の上流側の共通吸気通路４に還流している。し
たがって、特にノッキングを発生し易い低速高負荷域に
おいて低温のＥＧＲガスがエンジンに供給され、これに
よってノッキングの発生を防止するとともに、タービン
効率の低下を防止している。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す概略的構成図、第２
図〜第４図はその動作の説明に供するグラフ、第５図お
よび第６図は本発明の第２、第３実施例を示す概略的構
成図である。 １・・・エンジン本体　　　４・・・共通吸気通路７・
・・反ロットル弁　　　９・・・独立吸気通路１２・・
・独立排気通路　　１８・・・共通排気通路１４・・・
触媒コンバータ　１５・・・ＥＧＲ通路１５Ａ・・・第
１分岐通路　１５Ｂ・・・第２分岐通路１６Ａ、１６Ｂ
・・・ＥＧＲ弁 １７・・・冷却器 １９ＡＳ１９Ｂ、２９．３４・・・ ・・・ダイアフラム式アクチュエータ ２１Ａ、２１Ｂ・・・電磁ソレノイド弁２２・・・コン
トロールユニット ２３・・・スロットル開度センサ ２５・・・過給機（スーパーチャージャ）２６・・・イ
ンタークーラ ３０・・・ターボチャージャ ３１・・・排気タービン　　３２・・・過給機３６Ａ・
・・第１ＥＧＲ通路 ３６Ｂ・・・第２ＥＧＲ通路

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、排ガスの一部を排ガス還流通路を通じて吸気系に還
    流するエンジンの排ガス還流装置において、上記排ガス
    還流通路に少なくともエンジンの高負荷時において還流
    ガスを冷却する冷却手段を設けたことを特徴とするエン
    ジンの排ガス還流装置。 ２、上記冷却手段を設けた第１の排ガス還流通路と、冷
    却手段を設けない第２の排ガス還流通路とを備え、上記
    第２の排ガス還流通路を通る冷却された還流ガスの量を
    負荷の増大に応じて増大させる制御手段を設けた請求項
    １記載の排ガス還流装置。 ３、吸気冷却用インタークーラを吸気通路に備えた過給
    機付きエンジンにおいて、上記還流ガスの吸気系への導
    入口を吸気通路の上記インタークーラの上流側に開口さ
    せた請求項１記載の排ガス還流装置。 ４、ターボチャージャ付きエンジンにおいて、低速高負
    荷時に上記還流ガスを排気タービンの下流から吸気系に
    還流するようにした請求項１記載の排ガス還流装置。
JP2298920A 1990-11-06 1990-11-06 エンジンの排ガス還流装置 Pending JPH04175453A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2298920A JPH04175453A (ja) 1990-11-06 1990-11-06 エンジンの排ガス還流装置
DE69130976T DE69130976T2 (de) 1990-11-06 1991-11-05 Abgasrückführungssystem für eine Brennkraftmaschine
US07/788,128 US5203311A (en) 1990-11-06 1991-11-05 Exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine
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