| 【発明の名称】 |
内燃機関の排気装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】古東 文哉
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| 【要約】 |
【課題】必要とされる量の空気を吸入しかつＥＧＲによる排気ガスの燃焼室への供給を効率よく行うことができる内燃機関の排気装置を提供することである。
【解決手段】複数気筒を備えた内燃機関において、各気筒において排気通路と燃焼室とを連通するバイパス通路を備え、前記バイパス通路にＥＧＲバルブを設けた。排気管内の圧力が燃焼室内の圧力より所定値又は所定値より大きくなった際には前記ＥＧＲバルブを開き、それ以外の場合には前記ＥＧＲバルブを閉じるＥＧＲバルブ開閉機構を設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数気筒を備えた内燃機関において、各気筒において排気通路と燃焼室とを連通するバイパス通路を備え、前記バイパス通路にＥＧＲバルブを設けたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】 排気通路内の圧力が燃焼室内の圧力より所定値又は所定値より大きくなった際には前記ＥＧＲバルブを開き、それ以外の場合には前記ＥＧＲバルブを閉じるＥＧＲバルブ開閉機構を設けた請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】 ＥＧＲバルブの開閉を電磁ソレノイドで行う請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】 機関回転数検出手段と燃料噴射量検出手段を備え、機関回転数と燃料噴射量の所定の関係をパラメータとしたＥＧＲバルブ開閉条件を予め記憶した記憶手段を備え、前記機関回転数検出手段で検出した機関回転数及び前記燃料噴射量検出手段で検出した燃料噴射量が、前記記憶手段に記憶したＥＧＲバルブ開閉条件を満たすか否かを判断する判断手段を備え、検出した機関回転数と燃料噴射量がＥＧＲバルブ開閉条件を満たすとＥＧＲバルブを開閉させる請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数気筒を備えた内燃機関の排気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】機関の燃焼温度を低下させ、ＮＯX排出量を低減するために、吸気工程中に吸気、排気の圧力差によって気筒内に排気ガスの一部を供給するＥＧＲ(排気ガス再循環)を採用した内燃機関が特開平３−１２４９５１号に開示されている。特開平３−１２４９５１号の発明では、クランク軸の回転に同期して開閉する吸気弁と排気弁を備えており、排気工程終期の排気弁が全閉となる前に吸気弁を開くオーバラップ期間を設け、排気弁を閉じてオーバラップ期間を終了し、次の吸気工程期間中に再度排気弁を短期間開放することができるように、排気カム軸にリフト機構としての通常の排気を行なわせるためのカム面以外に再度排気弁を開放させるカム面を有すカム軸を備えている構成が開示されている。しかし、この特開平３−１２４９５１号に開示された発明では、排気弁を駆動させる機構が複雑であり、またオーバラップ期間経過後の排気弁を再度開放する時期の変更が困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記事情に鑑み、本発明では、必要とされる量の空気を吸入しかつＥＧＲによる排気ガスの燃焼室への供給を効率よく行うことができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために請求項１の発明では、複数気筒を備えた内燃機関において、各気筒において排気通路と燃焼室とを連通するバイパス通路を備え、前記バイパス通路にＥＧＲバルブを設けた。請求項２の発明では、請求項１の発明において、排気通路内の圧力が燃焼室内の圧力より所定値又は所定値より大きくなった際には前記ＥＧＲバルブを開き、それ以外の場合には前記ＥＧＲバルブを閉じるＥＧＲバルブ開閉機構を設けた。請求項３の発明では、請求項１の発明において、ＥＧＲバルブの開閉を電磁ソレノイドで行うようにした。請求項４の発明では、請求項１の発明において、機関回転数検出手段と燃料噴射量検出手段を備え、機関回転数と燃料噴射量の所定の関係をパラメータとしたＥＧＲバルブ開閉条件を予め記憶した記憶手段を備え、前記機関回転数検出手段で検出した機関回転数及び前記燃料噴射量検出手段で検出した燃料噴射量が、前記記憶手段に記憶したＥＧＲバルブ開閉条件を満たすか否かを判断する判断手段を備え、検出した機関回転数と燃料噴射量がＥＧＲバルブ開閉条件を満たすとＥＧＲバルブを開閉させるようにした。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は、内燃機関１００の部分系統図である。内燃機関１００は、６つの気筒１ａ〜１ｆを備えており、各気筒１ａ〜１ｆには排気管２と吸気管３とが接続されている。
【０００６】図２は、内燃機関１００の縦断平面図である。図２に示すように内燃機関１００のシリンダヘッド４には、排気管２（図１）と連通する排気ポート１１及び吸気管３（図１）と連通する吸気ポート１２が設けてある。シリンダヘッド４には、さらにＥＧＲポート１０（バイパス通路）が設けてある。ＥＧＲポート１０は、排気ポート１１と連通している。
【０００７】図３は、シリンダヘッド４の縦断側面図である。図３に示すように、排気ポート１１の燃焼室３０側の開口部には排気弁７が開閉可能に設置されており、ＥＧＲポート１０の燃焼室３０側の開口部にはＥＧＲバルブ５が設置されている。
【０００８】ＥＧＲバルブ５は、コイルばね６を備えており、排気ポート１１内（すなわちＥＧＲポート１０内）の排気ガスの圧力が燃焼室３０内の圧力よりも高くなると、図４に示すようにコイルばね６の弾性力に抗してＥＧＲバルブ５が開くようになっている。また、排気ポート１１内の圧力が下がるとばね６の弾性力によりＥＧＲバルブ５は閉じる。
【０００９】ＥＧＲバルブ５は通常は閉じているが、排気ポート１１内の圧力が燃焼室３０内の圧力よりも所定以上高くなると開き、燃焼室３０と排気ポート１１とを連通させる。ここで、ばね６の弾性力を加減することにより、ＥＧＲバルブ５を開くための条件（排気ポート１１内と燃焼室３０内の圧力差）を変更することができる。
【００１０】図７は、気筒１ａ（図１）における筒内圧力，排気管２内の排気圧力及び吸気管３内の給気圧力のクランク角度毎の変化を示すグラフである。図７に示すように、クランク角度が１６０度付近で排気弁７（図３）が開き始めて排気管２内の圧力が上昇している。また、クランク角度が４００度付近で別の気筒（例えば気筒１ｂ）の排気が行われ、排気管２内の圧力が上昇していることがわかる。
【００１１】このように、各気筒（１ａ〜１ｆ）毎に燃焼サイクルの位相差により排気工程のタイミングがずれ、ある周期で排気管２内の排気ガスの圧力が上昇する現象を排気脈動という。排気脈動が生じると、排気管２内の圧力が燃焼室３０内の圧力よりも高くなり、図３のＥＧＲバルブ５が開き、排気管２内の排気ガスはＥＧＲポート１０を介して燃焼室３０内に入る。
【００１２】図８は、機関回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍ．及び３０００ｒ．ｐ．ｍ．時における排気脈動を示すグラフである。機関回転数が１５００ｒ．ｐ．ｍ．のときよりも３０００ｒ．ｐ．ｍ．のときの方が排気脈動は激しく、つまり、機関回転数が大きいほど排気脈動は激しくなり、燃焼室３０内に供給するべき排気ガス量は多くなる。
【００１３】図３のＥＧＲバルブ５は、燃焼室３０内の圧力よりも排気ポート１１内の圧力の方が所定以上高くなると開くように設定されているので、上述のように機関回転数が変動しても、そのときの運転状況に応じてＥＧＲバルブ５を開閉し、必要な量の排気ガスを燃焼室３０内に供給することができる。
【００１４】排気弁７からタービン（図示せず）までの距離を各気筒の排気管２の管路長と定義すると、図１に示す気筒（１ａ〜１ｆ）毎に排気管２の管路長は異なる。燃焼サイクルの位相差（時間差）以外に、各気筒（１ａ〜１ｆ）の管路長の相違によっても排気脈動の位相がずれるが、図３のＥＧＲバルブ５は、排気脈動により排気管２内と燃焼室３０との圧力差が排気管２側が所定以上高くなれば開く。
【００１５】図３のＥＧＲバルブ５の代わりに図５のＥＧＲバルブ１５を用いることもできる。図５のＥＧＲバルブ１５は電磁ソレノイド８を備えている。図５のＥＧＲバルブ１５は、排気ポート１１内と燃焼室３０内がいかなる圧力でも図６に示すように強制的に開くことができ、また、図５に示すように強制的に閉じることもできる。
【００１６】したがって、例えば機関負荷が小さい場合には排気脈動に関わらず必要とされる排気ガス量は少なくなるので、電磁ソレノイド８により強制的にＥＧＲバルブ１５を閉じることができる。
【００１７】図３のＥＧＲバルブ５では、上述したように排気管２と燃焼室３０の間に所定以上の圧力差が生じている限りＥＧＲバルブ５は開いた状態が保持されるが、運転状態によっては燃焼室３０内に必要な量の排気ガスが供給されないことがある。
【００１８】しかしＥＧＲバルブ１５は、電磁ソレノイド８により排気管２内の圧力と燃焼室３０内の圧力差が小さくても開閉させることができるので、このような場合においても必要とする量の排気ガスを確保し、燃焼性能を十分に発揮することができ、排出される窒素酸化物（ＮＯX）の量を低減させることができる。
【００１９】図９は、ＥＧＲバルブ２５を開閉させる開閉機構５０の系統図である。図９に示すように、ＣＰＵ２２には機関回転数検出器２０により検出された機関回転数と燃料噴射量検出器２１により検出された燃料噴射量が入力される。燃焼噴射量検出器２１は、燃料噴射用ラック位置やブースト圧を検出することにより燃料噴射量を検出する。
【００２０】記憶手段２３（例えばＲＯＭ，ＲＡＭ，ハードディスク等）には、図１０に示す機関回転数と燃料噴射量の所定の関係（マップ）が記憶されており、この所定の関係はＥＧＲバルブ２５を開閉させる条件範囲を定めたものである。検出された機関回転数と燃料噴射量が図１０のハッチングの範囲内であれば、ＣＰＵ２２はＥＧＲバルブ２５を開くように開閉手段２４（例えば電磁ソレノイド）へ指令を出す。
【００２１】検出された機関回転数と燃料噴射量は、図示しないメモリに一時的に記憶し、このメモリに記憶されたデータをＣＰＵ２２が読取り、記憶手段２３に記憶されているマップ（図１０の機関回転数と燃料噴射量の関係）と比較するようにしてもよい。
【００２２】排気管２（排気ポート１１）内の圧力が燃焼室３０内の圧力よりもばね６の弾性力に打ち勝つ程度以上の圧力差が生じた際にＥＧＲバルブ５（図３）を開くようにしてもよいが、ここで図５のＥＧＲバルブ１５を用い、排気管２内及び燃焼室３０内に圧力検出器を設置し、ばね６の弾性力に打ち勝つ程度以上の圧力差を検出したときにＥＧＲバルブ１５を開くようにしてもよい。
【００２３】また、通常は、排気管２（排気ポート１１）内の圧力が燃焼室３０内の圧力よりも所定以上高くなったときにＥＧＲバルブ１５が開き、排気ガスを燃焼室３０内に供給するが、増速時及び減速時や負荷の変動中には、検出器で検出された機関回転数と燃料噴射量により、運転状況に応じた量の排気ガスが燃焼室３０内に供給されるように、ＥＧＲバルブ１５を強制的に開閉することもできる。
【００２４】
【発明の効果】複数気筒の吸排気の圧力波形は、吸気行程時に排気中の他の気筒による排気脈動が気筒内圧力（シリンダ内圧力）よりも高い値で計測される。排気管２とシリンダヘッド４とを連通及び遮断するＥＧＲバルブ５を設け、排気脈動が生じているタイミングにおいてＥＧＲバルブ５を開くことにより排気ガスを排気管２から燃焼室３０内（気筒内）に導くことができる。
【００２５】このＥＧＲバルブ５はカムによる駆動は行わず、ばね６でセットするため、カム軸の変更が不要である。このばねのセット荷重（弾性力）は、運転範囲でＥＧＲバルブ５が動作する最低限度以上の荷重とする。これにより、排気脈動による圧力波がばね６の弾性力に打ち勝つとＥＧＲバルブ５が開き、排気ガスがその気筒内に入る。請求項１の発明では、必要な空気量を確保しながら、排気ガスを燃焼室３０内に供給することができる。
【００２６】請求項１の発明ではＥＧＲバルブ５を設けたことにより、オーバーラップ期間（ある気筒の排気工程終了前に別の気筒の吸気工程を開始した際において、この排気工程と吸気工程の重複した期間）を変更することなく必要な量の排気ガスを確保することができ、排気ガス中のＮＯX量を低減することができる。
【００２７】請求項２の発明では、排気管２（排気通路）側の圧力が燃焼室３０内の圧力よりも所定以上に高くなるような圧力差が生じたときのみ排気ガスを供給するようにＥＧＲバルブ５を開くことができる。
【００２８】請求項３の発明では、電磁ソレノイド８でＥＧＲバルブ１５を開閉するようにしたので、排気通路内の圧力が燃焼室内の圧力よりも高い範囲で所望する時期に所望する期間だけＥＧＲバルブ１５を開くことができ、したがって、所望する量の排気ガスを燃焼室３０内に供給することができる。
【００２９】ＥＧＲでは、燃焼して発生した熱容量が比較的大きなＣＯ2を利用し、圧縮工程における気筒内の温度上昇を抑制し、かつ酸素濃度（酸素分圧）を減少させるが、ＥＧＲが効きすぎても排気色は悪化する。そこで請求項３の発明では、電磁ソレノイド８でＥＧＲバルブ１５を所望する時期に強制的に閉じることができるようにしたので、排気ガスの燃焼室３０内への供給を停止することができ、排気色を良好にする適度なＥＧＲにすることができる。
【００３０】請求項４の発明では、機関回転数検出器２０で機関回転数を検出し、燃料噴射量検出器２１で燃料噴射量を検出し、予め設定したＥＧＲバルブ２５の開閉条件にしたがってＥＧＲバルブ２５を開閉するようにしたので、検出した機関回転数と機関負荷の大きさに応じてＥＧＲバルブ２５を開閉し、燃焼室３０内に供給する排気ガスの量を制御することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６７８１
【氏名又は名称】ヤンマーディーゼル株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月３１日（２０００．１．３１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】青山 葆 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２１４８１５（Ｐ２００１−２１４８１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年８月１０日（２００１．８．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−２１８９６（Ｐ２０００−２１８９６） |
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