JP2013087628A - Engine with exhaust gas recirculating device - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼室内でのEGRガスの旋回性を向上させて耐ノッキング性能を向上させるとともに、高回転時での出力確保を可能とする。
【解決手段】1つの気筒に2つの吸気バルブ3、4、及び2つの排気バルブ5、6を備え、燃焼室8の中央部に点火プラグ9が配置されるとともに、排気の一部を吸気通路に導入するEGR装置22を備えたエンジン1であって、2つの吸気バルブ3、4及び2つの排気バルブ5、6の全てを開閉する通常開閉モードと、第1の吸気バルブ3及び第2の排気バルブ6を開閉して、燃焼室8内で吸気にスワールを発生させる部分開閉モードと、に切り換え可能であり、EGR装置22は、燃焼室8の外周部に向けてスワールの旋回方向に沿うように、EGRガスの排出方向が設定されている。そして、所定の低回転時には部分開閉モードが選択され、所定の高回転時には通常開閉モードが選択される。
【選択図】図3[PROBLEMS] To improve the knocking performance by improving the swirlability of EGR gas in a combustion chamber, and to ensure the output at a high rotation speed.
A single cylinder is provided with two intake valves 3, 4 and two exhaust valves 5, 6 and a spark plug 9 is disposed at the center of a combustion chamber 8, and a part of the exhaust is taken in an intake passage. The engine 1 having the EGR device 22 to be introduced to the engine 1 includes a normal opening / closing mode in which all of the two intake valves 3, 4 and the two exhaust valves 5, 6 are opened and closed, and the first intake valve 3 and the second intake valve 3. The EGR device 22 can be switched to a partial open / close mode in which the exhaust valve 6 is opened and closed to generate a swirl in the intake air in the combustion chamber 8, and the EGR device 22 follows the swirl turning direction toward the outer peripheral portion of the combustion chamber 8. Thus, the discharge direction of EGR gas is set. The partial opening / closing mode is selected at a predetermined low rotation, and the normal opening / closing mode is selected at a predetermined high rotation.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、排気還流装置を備えたエンジンに関し、特に耐ノッキング性能を向上させる技術に関する。 The present invention relates to an engine equipped with an exhaust gas recirculation device, and more particularly to a technique for improving anti-knocking performance.
車両等に搭載されるエンジンには、排気還流装置(EGR装置)が広く備えられている。EGR装置は、排気の一部を吸気通路に還流させることで、燃焼温度を低下させて、エンジンからの窒素酸化物(NOx)の排出を抑制する機能を有する。
更に、EGR装置により吸気通路に還流された排気(EGRガス)を用いて、エンジンのノッキングを低減させる技術が提案されている。
An engine mounted on a vehicle or the like is widely equipped with an exhaust gas recirculation device (EGR device). The EGR device has a function of reducing the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage, thereby suppressing emission of nitrogen oxide (NOx) from the engine.
Further, a technique for reducing engine knock using exhaust gas (EGR gas) recirculated to the intake passage by the EGR device has been proposed.
かかる技術では、EGRガスの吸気通路への排出口を燃焼室の近傍に設置し、EGRガスがシリンダの内周壁を沿うように当該排出口の向きを設定する。これにより、不活性ガスであるEGRガスがシリンダの内周壁に沿って旋回し、燃焼室内に環状のEGRガスの層が形成され、シリンダヘッドの略中央部に配置された点火装置において良好な点火性能を確保しつつ、シリンダ内周壁付近でのエンドガスの自着火を抑制し、ノッキングを低減させることが可能となる(特許文献1)。 In such a technique, an exhaust port of the EGR gas to the intake passage is installed in the vicinity of the combustion chamber, and the direction of the exhaust port is set so that the EGR gas follows the inner peripheral wall of the cylinder. As a result, EGR gas, which is an inert gas, swirls along the inner peripheral wall of the cylinder, an annular EGR gas layer is formed in the combustion chamber, and good ignition is achieved in the ignition device disposed in the approximate center of the cylinder head. While ensuring the performance, it is possible to suppress self-ignition of the end gas in the vicinity of the cylinder inner peripheral wall and reduce knocking (Patent Document 1).
ところで、近年では、高回転域での出力性能を向上させるために、1つの気筒に吸気バルブ及び排気バルブを複数備えるマルチバルブ式のエンジンが増加している。特に、車両に搭載されるエンジンでは、マルチバルブ化による出力向上と構造の複雑化とを鑑みて、1気筒に吸気バルブ及び排気バルブを夫々2つずつ備える4バルブエンジンが主流となっている。 By the way, in recent years, in order to improve the output performance in a high rotation range, multi-valve engines having a plurality of intake valves and exhaust valves in one cylinder are increasing. In particular, in an engine mounted on a vehicle, a four-valve engine having two intake valves and two exhaust valves in each cylinder has become the mainstream in view of the improvement in output due to the multi-valve and the complicated structure.
このような4バルブエンジンにおいて、上記特許文献の技術を適用すると、シリンダの内壁面に沿って旋回しようとするEGRガスは、2つの排気バルブのうち先に到達する一方の排気バルブから殆ど排出されてしまい、EGRガスがシリンダの内周壁に沿い全周に亘って旋回し難く、十分にノッキングを抑制することが困難となってしまう虞がある。
本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃焼室内でのEGRガスの旋回性を向上させて耐ノッキング性能を向上させるとともに、高回転時での出力確保が可能な排気還流装置付エンジンを提供することにある。
In such a four-valve engine, when the technique of the above-mentioned patent document is applied, the EGR gas that attempts to swivel along the inner wall surface of the cylinder is almost exhausted from one of the two exhaust valves that reaches first. Therefore, it is difficult for the EGR gas to turn over the entire circumference along the inner peripheral wall of the cylinder, and it may be difficult to sufficiently suppress knocking.
The present invention has been made to solve such problems. The object of the present invention is to improve the anti-knocking performance by improving the swirlability of EGR gas in the combustion chamber, and at high revolutions. Is to provide an engine with an exhaust gas recirculation device capable of ensuring the output of
上記の目的を達成するために、請求項1の排気還流装置付エンジンは、1つの気筒に吸気バルブ及び排気バルブを夫々複数備え、燃焼室の中央部に点火手段が配置されるとともに、排気の一部を吸気通路に導入する排気還流手段を備えた排気還流装置付エンジンであって、複数の吸気バルブ及び排気バルブの全てを開閉する通常開閉モードと、複数の吸気バルブ及び排気バルブのうち一部を開閉して、燃焼室内で吸気にスワールを発生させる部分開閉モードと、に切り換え可能な切換手段を備え、排気還流手段は、燃焼室の外周部に向けてスワールの旋回方向に沿うように、吸気通路への排気の排出方向が設定され、切換手段による部分開閉モードへの切り換え時に排気の一部を吸気通路に導入することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an engine with an exhaust gas recirculation device according to
また、請求項2の排気還流装置付エンジンは、請求項1において、機関回転速度が所定の低回転時には部分開閉モードを選択し、所定の高回転時には通常開閉モードを選択することを特徴とする。
また、請求項3の排気還流装置付エンジンは、請求項2において、吸気バルブ及び排気バルブは、1つの気筒に2個ずつ備えられ、部分開閉モードにおいて、燃焼室の中央部を挟んで互いに対角に配置された一対の吸気バルブ及び排気バルブが開閉することを特徴とする。
The engine with an exhaust gas recirculation device according to
An engine with an exhaust gas recirculation device according to a third aspect is the engine according to the second aspect, wherein two intake valves and two exhaust valves are provided for each cylinder, and in the partial opening / closing mode, the engine is opposed to each other across the central portion of the combustion chamber. A pair of intake valves and exhaust valves arranged at the corners open and close.
また、請求項4の排気還流装置付エンジンは、請求項1〜3のいずれか1項において、吸気通路に、部分開閉モードにおいて開閉する吸気バルブ側の側壁に沿って、少なくとも排気還流手段による排気の排出位置から下流側に延びる隔壁が備えられることを特徴とする。
また、請求項5の排気還流装置付エンジンは、請求項4において、隔壁の吸気下流側の端部が、部分開閉モード時に開閉する吸気バルブのバルブガイドよりシリンダの径方向外側に位置することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an engine with an exhaust gas recirculation device according to any one of the first to third aspects, wherein at least the exhaust gas is exhausted by the exhaust gas recirculation means along the intake valve side wall that opens and closes in the intake passage. A partition wall extending downstream from the discharge position is provided.
An engine with an exhaust gas recirculation device according to
また、請求項6の排気還流装置付エンジンは、請求項4または5において、隔壁と吸気通路の側壁との間に吸気が流入するように、隔壁の吸気上流側の端部が吸気通路内で開口していることを特徴とする。
また、請求項7の排気還流装置付エンジンは、請求項6において、隔壁と吸気通路の側壁との間の通路の断面積が、吸気上流側よりも吸気下流側が小さくなるように設定されていることを特徴とする。
An engine with an exhaust gas recirculation device according to
The engine with an exhaust gas recirculation device according to claim 7 is the engine according to
また、請求項8の排気還流装置付エンジンは、請求項1〜7のいずれか1項において、部分開閉モード時に排気還流装置により排気が吸気通路に導入されているときに、点火時期を進角させる点火時期制御手段を備えたことを特徴とする。 An engine with an exhaust gas recirculation device according to an eighth aspect of the present invention advances the ignition timing when the exhaust gas is introduced into the intake passage by the exhaust gas recirculation device in the partial opening / closing mode according to any one of the first to seventh aspects. The ignition timing control means is provided.
請求項1の発明によれば、部分開閉モードが選択された際には、吸気バルブ及び排気バルブのうち一部を開閉して、燃焼室内で吸気にスワールが発生する。そして、排気還流手段によって吸気通路に導入された排気(以下、EGRガスという)が、吸気のスワールとともに旋回し、燃焼室内の外周部で排気濃度の高い層が形成される。点火手段が配置される燃焼室の中央部では、排気濃度が比較的低く、点火性能を確保することができるとともに、燃焼室の外周部ではEGRガスによってエンドガスの燃焼性を低下させて自着火し難くすることができ、ノッキングし難いエンジンとすることができる。 According to the first aspect of the present invention, when the partial opening / closing mode is selected, a part of the intake valve and the exhaust valve is opened and closed, and swirl is generated in the intake air in the combustion chamber. Exhaust gas (hereinafter referred to as EGR gas) introduced into the intake passage by the exhaust gas recirculation means swirls together with the intake swirl, and a layer having a high exhaust concentration is formed at the outer periphery of the combustion chamber. In the central part of the combustion chamber where the ignition means is disposed, the exhaust concentration is relatively low, and ignition performance can be ensured. At the outer peripheral part of the combustion chamber, the end gas combustibility is lowered by EGR gas and self-ignition is performed. It is possible to make the engine difficult to knock and difficult to knock.
請求項2の発明によれば、所定の低回転時には部分開閉モードが選択され、吸気バルブ及び排気バルブのうち一部を開閉して、燃焼室内で吸気にスワールが発生する。また、所定の高回転時には通常開閉モードが選択され、複数の吸気バルブ及び排気バルブの全てが開閉されるので、マルチバルブにより開口面積を増加させて、出力性能を十分に確保することができる。 According to the second aspect of the present invention, the partial opening / closing mode is selected at a predetermined low speed, and a part of the intake valve and the exhaust valve is opened / closed to generate a swirl in the intake air in the combustion chamber. In addition, the normal opening / closing mode is selected at a predetermined high speed, and all of the plurality of intake valves and exhaust valves are opened / closed. Therefore, the opening area can be increased by the multi-valve, and sufficient output performance can be ensured.
このように、一般的にノッキングのし易い低回転時に、複数の吸気バルブ及び排気バルブの一部を開閉するようにして燃焼室内でスワールを発生させ、このスワールによって燃焼室内でのEGRガスの旋回性を向上させ、ノッキングを抑制することができるとともに、ノッキングのし難い高回転時には、複数の吸気バルブ及び排気バルブの全てを開閉するようにして、出力性能を確保することができ、耐ノッキング性能と出力確保とを両立させることができる。 In this way, swirl is generated in the combustion chamber by opening and closing some of the plurality of intake valves and exhaust valves during low rotation, which is generally easy to knock, and swirling of EGR gas in the combustion chamber by this swirl. It is possible to improve the performance and suppress knocking, and at the time of high rotation that is difficult to knock, all the intake valves and exhaust valves can be opened and closed to ensure output performance and anti-knock performance And ensuring output can be achieved at the same time.
請求項3の発明によれば、1つの気筒に吸気バルブ及び排気バルブが2個ずつ備えられ、部分開閉モードにおいて、燃焼室の中央部を挟んで互いに対角に配置された一対の吸気バルブ及び排気バルブが開閉するので、吸気バルブから対角の排気バルブに向かって燃焼室内において周方向に大きな範囲でスワールを発生させることができる。これにより、燃焼室の外周部で排気濃度の高い層を大きな周範囲で形成させることが可能となり、低回転時の部分開閉モードにおいて、通常開閉モードよりも耐ノッキング性能を向上させることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、吸気通路に、部分開閉モードにおいて開閉する吸気バルブ側の側壁に沿って、排気還流手段によるEGRガスの排出位置から吸気下流側に延びる隔壁を備えたので、隔壁と吸気通路の側壁との間に、EGRガスの拡散を防止しつつ燃焼室の外周部に向かってEGRガスを効率的に導入させる導入路を形成することができる。
請求項5の発明によれば、隔壁の吸気下流側の端部が、部分開閉モード時に開閉する吸気バルブのバルブガイドよりシリンダの径方向外側に位置するので、隔壁と吸気通路の側壁との間を通過するEGRガスが吸気バルブのバルブガイドの外側を通過し、燃焼室の外周部に向かってEGRガスを確実に導入させることができる。
According to the invention of
According to the fifth aspect of the present invention, the end portion of the partition wall on the intake downstream side is located on the radially outer side of the cylinder from the valve guide of the intake valve that opens and closes in the partial opening / closing mode. The EGR gas passing through the gas passes outside the valve guide of the intake valve, and the EGR gas can be reliably introduced toward the outer peripheral portion of the combustion chamber.
請求項6の発明によれば、隔壁と吸気通路の側壁との間に吸気が流入するように、隔壁の吸気上流側の端部が吸気通路内で開口しているので、吸気通路に隔壁を設けることで吸気通路の断面積を減少させることがなく、高回転時において吸気流量を十分に確保することができる。また、隔壁と吸気通路の側壁との間の通路を通過するEGRガスの流速を吸気によって上昇させることができ、燃焼室内でEGRガスを周方向により大きく旋回させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the intake upstream end of the partition wall is opened in the intake passage so that the intake air flows between the partition wall and the side wall of the intake passage. The provision of the intake passage does not reduce the cross-sectional area of the intake passage, and the intake flow rate can be sufficiently ensured at high revolutions. Further, the flow rate of the EGR gas passing through the passage between the partition wall and the side wall of the intake passage can be increased by intake air, and the EGR gas can be swirled greatly in the circumferential direction in the combustion chamber.
請求項7の発明によれば、隔壁と吸気通路の側壁との間の通路の断面積が、吸気上流側よりも吸気下流側が小さくなっているので、この通路を通過する吸気が下流側に向かって流速を上昇させることができる。よって、燃焼室の外周部で吸気の流速を上昇させ、EGRガスを燃焼室内で更に大きく旋回させることが可能となる。
請求項8の発明によれば、部分開閉モード時における燃焼室の外周部でのEGRガスの旋回による耐ノッキング性能の向上によって、低回転時に点火時期を進角させることが可能となり、燃焼性を向上させ、燃費の低減を図ることができる。
According to the invention of claim 7, since the cross-sectional area of the passage between the partition wall and the side wall of the intake passage is smaller on the intake downstream side than on the intake upstream side, the intake air passing through this passage is directed toward the downstream side. To increase the flow velocity. Therefore, the flow rate of the intake air is increased at the outer peripheral portion of the combustion chamber, and the EGR gas can be further swirled in the combustion chamber.
According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to advance the ignition timing at low revolutions by improving the anti-knocking performance by turning the EGR gas at the outer periphery of the combustion chamber in the partial open / close mode, thereby improving the combustibility. It is possible to improve and reduce fuel consumption.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態の排気還流装置付エンジン(以下、エンジン1という)の概略構造図である。図2は、本発明の第1の実施形態のエンジン1の吸排気系の概略構成を示す横断面図である。なお、図2では、後述する4弁開閉モード時における燃焼室8内での吸気の流動方向を白抜き矢印で示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic structural diagram of an engine with an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as engine 1) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the intake and exhaust system of the
図1、2に示すように、本発明の第1の実施形態のエンジン1は、円筒状の1つのシリンダ2に2つの吸気バルブ(第1の吸気バルブ3、第2の吸気バルブ4)と2つの排気バルブ(第1の排気バルブ5、第2の排気バルブ6)を備えた4バルブ式のエンジンである。
エンジン1のシリンダヘッド7には、燃焼室8に臨んで略中央部に点火プラグ9(点火手段)が設けられている。シリンダヘッド7の下面は略中央部の稜線から両側方に向けて夫々下方に緩やかに傾斜しており、ペントルーフ型燃焼室が形成されている。シリンダヘッド7の下面の一方の斜面には吸気ポート10が2つ並び、他方の斜面には排気ポート11が2つ並んで形成されている。吸気ポート10には吸気バルブ3、4が、排気ポート10には排気バルブ5、6が設けられ、これらの吸気バルブ3、4及び排気バルブ5、6は、シリンダヘッド7上の図示しない動弁機構によりクランク軸の回転に同期して開閉駆動される。
As shown in FIGS. 1 and 2, an
The cylinder head 7 of the
2つの吸気ポート10に接続される吸気マニホールド15(吸気通路)、及び2つの排気ポート11に接続される排気マニホールド16は、夫々各ポート10、11の近傍で接続してY字状に形成されている。
吸気マニホールド15には、吸気マニホールド15を通過する吸気に対して燃料を噴射する燃料噴射弁17が備えられている。燃料噴射弁17は、燃料タンク18からフィードポンプ19によって燃料が供給される。燃料噴射弁17は、2つの吸気ポート10に向けて燃料を噴射させることが可能であるとともに、第1の吸気バルブ3を備えた吸気ポート10のみに向けて燃料を噴射することが可能なように、燃料噴射方向を切換え可能な構造となっている。
An intake manifold 15 (intake passage) connected to the two
The
更に、エンジン1には、EGR装置21(排気還流手段)が備えられている。
EGR装置21は、EGR通路22と、該EGR通路22を開閉するEGRバルブ23とを備えて構成されている。EGR通路22は、一端部22aが吸気マニホールド15に接続され、他端部22bがエンジン1の排気マニホールド16あるいはその更に下流の排気通路に接続されている。EGR装置21は、EGRバルブ23を開作動させることで、排気の一部をEGRガスとして吸気マニホールド15内に還流させ、エンジン1の燃焼温度を低下させてNOxの排出を抑制する機能を有する。
Further, the
The
特に、本実施形態では、EGR通路21は、2つの吸気バルブ3、4のうちの一方の第1の吸気バルブ3の近傍で吸気マニホールド15に接続され、吸気マニホールド15の第1の吸気バルブ3側の側壁15aに沿い燃焼室8内に向かってEGRガスが排出されるように、EGR通路22の一端部22aが配置されている。
また、本実施形態では、吸気バルブ3、4及び排気バルブ5、6を開閉する動弁機構に、1つの気筒で2つの吸気バルブ3、4及び2つの排気バルブ5、6を開閉する4弁開閉モード(通常開閉モード)と、吸気バルブ3、4及び排気バルブ5、6のうち1つずつ閉止させ、1つずつ開閉する2弁開閉モード(部分開閉モード)とを、図示しないアクチュエータにより切り換え可能な機能が備えられている。
In particular, in the present embodiment, the
In the present embodiment, the valve mechanism for opening and closing the
上記4弁開閉モードでは、図2に示すように、1つの気筒で2つの吸気バルブ3、4及び2つの排気バルブ5、6を開閉するので、吸気バルブ3、4及び排気バルブ5、6を共に開弁するバルブオーバーラップ時に、2つの吸気バルブ3、4から流入した吸気が夫々向かい合う排気バルブ5、6に向かって略直線的に移動し、燃焼室8内に残留する排気が迅速に排気バルブ5、6から排出される。
In the above four-valve open / close mode, as shown in FIG. 2, since the two
図3は、2弁開閉モード時での燃焼室8内での吸気の流動方向を示す上面図である。図3では、吸気の流動方向を白抜き矢印で、EGRガスの流動方向を黒実線矢印で示している。
上記2弁開閉モードでは、図3に示すように、EGR通路22の一端部22aに近い第1の吸気バルブ3を開閉するとともに、当該第1の吸気バルブ3と対角にある第2の排気バルブ6を開閉し、第2の吸気バルブ4及び第1の排気バルブ5を閉止する。なお、2弁開閉モードでは、閉止する第2の吸気バルブ4に向かっては燃料を噴射しないように、燃料噴射弁17の噴射方向を制御するとよい。
FIG. 3 is a top view showing the flow direction of the intake air in the combustion chamber 8 in the two-valve open / close mode. In FIG. 3, the flow direction of the intake air is indicated by a white arrow, and the flow direction of the EGR gas is indicated by a solid black arrow.
In the two-valve open / close mode, as shown in FIG. 3, the
ECU30(切換手段)は、エンジン1のクランク角を検出するクランク角センサ31や吸気流量を検出するエアフローセンサ32、その他スロットル開度を検出するスロットルセンサ、アクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ等のセンサ類と電気的に接続されており、これらのセンサ類からの情報に基づき、燃料噴射弁17による燃料噴射量や燃料噴射時期及び点火プラグ9による点火時期、及びEGRバルブ23の開閉等を制御する。
The ECU 30 (switching means) includes a
更に、本実施形態では、ECU30は、エンジン1の回転速度と体積効率とに基づいて、吸気バルブ3、4及び排気バルブ5、6を開閉する上記動弁機構のアクチュエータの作動を制御するとともに、点火時期を制御して、EGRガスによってノッキングを抑制するノッキング回避制御を可能としている。
図4は、ECU30におけるノッキング回避制御の制御要領を示すフローチャートである。図5は、ノッキング回避制御領域を示すグラフである。図5には、エンジン回転速度及び体積効率に基づくEGR導入切換ライン、バルブ開閉数切換ライン、ノッキング発生ラインの一例が記載されている。
Further, in the present embodiment, the
FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure for knocking avoidance control in the
図4に示す本ルーチンは、エンジン作動時に繰り返し行なわれる。
始めに、ステップS10では、体積効率を算出する。体積効率は、クランク角センサ31から入力したクランク角の推移に基づくエンジン1の回転速度と、エアフローセンサ32により検出された吸気流量から算出する。そして、ステップS20に進む。
ステップS20では、EGR導入域を決定する。詳しくは、図5に示すようなEGR導入切換ラインを設定する。EGR導入切換ラインは、エンジン回転速度と体積効率とに応じてEGR導入及び非導入を切換えるための閾値となるラインである。当該EGR導入切換ラインより高回転高負荷側がEGRガスを導入しないEGRカット域、低回転低負荷側がEGR導入域となる。なお、アイドル状態に近い極低負荷低回転時には、エンジンの安定した運転を確保するために、EGRカット域が設けられる。そして、ステップS30に進む。
The routine shown in FIG. 4 is repeatedly performed when the engine is operating.
First, in step S10, volume efficiency is calculated. The volumetric efficiency is calculated from the rotational speed of the
In step S20, an EGR introduction area is determined. Specifically, an EGR introduction switching line as shown in FIG. 5 is set. The EGR introduction switching line is a line serving as a threshold value for switching between EGR introduction and non-introduction according to the engine rotation speed and volumetric efficiency. From the EGR introduction switching line, an EGR cut area where EGR gas is not introduced on the high rotation and high load side, and an EGR introduction area on the low rotation and low load side. Note that an EGR cut region is provided at the time of extremely low load and low rotation close to the idling state in order to ensure stable operation of the engine. Then, the process proceeds to step S30.
ステップS30では、2弁領域を決定する。詳しくは、図5に示すようなバルブ開閉数切換ラインを設定する。バルブ開閉数切換ラインは、吸入空気量が同一となるラインであって、エンジン回転速度と体積効率とに応じて、上記2弁開閉モードと4弁開閉モードとを切換えるための閾値となるラインである。当該バルブ開閉数切換ラインより高回転側が4弁領域(4弁開閉モード)、低回転側が2弁領域(2弁開閉モード)となる。そして、ステップS40に進む。 In step S30, a two-valve region is determined. Specifically, a valve opening / closing number switching line as shown in FIG. 5 is set. The valve opening / closing number switching line is a line where the intake air amount is the same, and is a line serving as a threshold for switching between the two-valve opening / closing mode and the four-valve opening / closing mode according to the engine speed and volumetric efficiency. is there. From the valve opening / closing number switching line, the high rotation side is a four-valve region (four-valve opening / closing mode), and the low rotation side is a two-valve region (two-valve opening / closing mode). Then, the process proceeds to step S40.
ステップS40では、エンジン1の回転速度及びステップS10で算出された体積効率が、ステップS30で決定された2弁領域にあるか否かを判別する。2弁領域にある場合には、ステップS50に進む。2弁領域にない場合には、ステップS80に進む。
ステップS50では、第2の吸気バルブ4と第1の排気バルブ5を閉止し、第1の吸気バルブ3と第2の排気バルブ6を開閉する2弁開閉モードを実行する。そして、ステップS60に進む。
In step S40, it is determined whether or not the rotational speed of the
In step S50, the
ステップS60では、EGRが導入されているか否かを判別する。詳しくは、エンジン1の回転速度及びステップS10で算出された体積効率が、ステップS20で決定されたEGR導入域にあるか否かを判別する。EGR導入域である場合には、ステップS70に進む。EGR導入域でない場合には、本ルーチンをリターンする。
ステップS70では、点火時期を通常時より進角させるように制御する(点火時期制御手段)。そして、本ルーチンをリターンする。
In step S60, it is determined whether or not EGR is introduced. Specifically, it is determined whether or not the rotational speed of the
In step S70, the ignition timing is controlled to advance from the normal time (ignition timing control means). Then, this routine is returned.
ステップS80では、2つの吸気バルブ3、4及び2つの排気バルブ5、6を全て開閉する4弁運転を実行する。そして、本ルーチンをリターンする。
以上のように制御することで、本実施形態では、体積効率とエンジン回転速度に基づき、EGR導入時に前述の2弁開閉モード、4弁開閉モードの切換制御が行われる。
2弁開閉モードにすることによって、第1の吸気バルブ3から吸気が燃焼室8内に流入し、第1の吸気バルブ3の対角にある第2の排気バルブ6から排出する。したがって、燃焼室8内で吸気に大きなスワールが発生する。
In step S80, a four-valve operation for opening and closing all the two
By controlling as described above, in the present embodiment, switching control between the above-described two-valve open / close mode and four-valve open / close mode is performed when EGR is introduced based on the volumetric efficiency and the engine rotation speed.
By setting the two-valve open / close mode, the intake air flows from the
このとき、EGRバルブ23が開放して、EGRガスが吸気マニホールド15に流入すると、EGRガスは、シリンダ2の内周壁に沿って旋回し、燃焼室8内で外周部に環状のEGRガスの層が形成される。
ところで、エンジン1のノッキングは、燃焼室8の略中央部に配置された点火プラグ9により混合気を点火した際に、火炎が点火プラグ9から熱発生を伴いながら周囲へ広がっていき、シリンダ2の内周壁付近のエンドガスが圧縮されて自着火することにより発生する。なお、ノッキングは、例えば図5中のノッキング発生ラインより高負荷側で発生する。
At this time, when the
By the way, when the
これに対し、本実施形態では、上記のようにシリンダ2の内周壁に沿って燃焼性の低いEGRガスの層が形成されるので、エンドガス部での混合気が自着火し難くなり、ノッキングが抑制される。
また、EGRガスの層は環状に形成されるので、燃焼室8の略中央部にある点火プラグ付近ではEGRガスの濃度は低く押さえられ点火性を確保することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the layer of EGR gas with low combustibility is formed along the inner peripheral wall of the
Further, since the EGR gas layer is formed in an annular shape, the concentration of the EGR gas is kept low in the vicinity of the spark plug in the substantially central portion of the combustion chamber 8 to ensure ignitability.
また、このように2弁開閉モードとEGRガスの排出方向の設定とによりノッキングが抑制されるので、点火時期を進角させることができる。本実施形態では、2弁開閉モード時にEGRガスが導入されているときに、点火時期を進角制御している(図5中にハッチングで示すノッキング回避制御領域)。低回転高負荷時において通常ノッキングが発生する領域でも、上記のように2弁開閉モードとEGRガスの利用により耐ノッキング性能を向上させるので、点火時期を進角制御することができ、エンジン1の燃焼性を向上させて燃費を向上させることができる。
In addition, since the knocking is suppressed by the two-valve open / close mode and the setting of the discharge direction of the EGR gas as described above, the ignition timing can be advanced. In this embodiment, when EGR gas is introduced in the two-valve open / close mode, the ignition timing is advanced (the knocking avoidance control region indicated by hatching in FIG. 5). Even in a region where normal knocking occurs at low rotation and high load, the anti-knocking performance is improved by using the two-valve open / close mode and EGR gas as described above, so that the ignition timing can be advanced and the advance of the
そして、本実施形態では、エンジン回転速度と体積効率とに基づいて2弁開閉モード、4弁開閉モードの切換えを行っており、低回転時に2弁開閉モードが選択され、EGRの導入と相俟って、ノッキングが発生し易い低回転高負荷時にノッキングの抑制が行われる。これに対し、ノッキングの発生し難い高回転時では4弁開閉モードが選択されることで、マルチバルブの効果を発揮させ出力性能を確保することができる。 In this embodiment, switching between the two-valve open / close mode and the four-valve open / close mode is performed based on the engine speed and the volumetric efficiency, and the two-valve open / close mode is selected at the time of low rotation. Therefore, knocking is suppressed at the time of low rotation and high load where knocking is likely to occur. On the other hand, the four-valve opening / closing mode is selected at the time of high rotation at which knocking is unlikely to occur, and the output performance can be ensured by exhibiting the effect of the multi-valve.
図6は、本発明の第2の実施形態のエンジンの吸排気系の概略構成を示す横断面図である。
本発明の第2の実施形態のエンジン1は、上記第1の実施形態に対し、吸気マニホールド15内に隔壁40を備える点が異なっている。
隔壁40は、吸気マニホールド15の側壁15aに沿って、少なくともEGR通路22の一端部22aに面した位置から吸気下流側に延び、隔壁40と吸気マニホールド15の側壁15aとの間にEGRガスの流通する通路41を形成する。隔壁40の吸気下流側の先端40aは、第1の吸気バルブ3の近傍まで延び、第1の吸気バルブ3のバルブガイド3aよりシリンダ2の径方向外側に位置するように配置されている。EGR通路22から流入したEGRガスは、隔壁40と吸気マニホールド15の側壁15aとの間の通路41、第1の吸気バルブ3の開口部を通過して、シリンダ2の内周壁近傍に向かって燃焼室8内に流入する。更に、隔壁40と吸気マニホールド15の側壁15aとの間の通路41は、上流側で吸気マニホールド15を通過する吸気の一部が流入するように開口している。また、隔壁40は、吸気マニホールド15の側壁15aとの間の通路41の断面積が吸気上流側から下流側に向かって減少するように傾斜して配置されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of an engine according to a second embodiment of the present invention.
The
The
以上のような構成により、第2の実施形態では、EGR通路22から吸気マニホールド15内に流入したEGRガスは、隔壁40によって拡散が抑えられる。これにより、燃焼室8内の外周部にEGRガスの環状の層をより高い濃度で形成させることができる。
更に、隔壁40の吸気下流側の先端40aは、第1の吸気バルブ3の近傍まで延び、第1の吸気バルブ3のバルブガイド3aより外側に位置するので、隔壁40と吸気マニホールド15の側壁15aとの間の通路41を通過したEGRガスを、第1の吸気バルブ3のバルブガイド3aより外側を通過して、シリンダ2の内周壁に沿うように導入させ、燃焼室8内の外周部にEGRガスの環状の層を更に高い濃度で形成させることができる。
With the above configuration, in the second embodiment, diffusion of the EGR gas that has flowed into the
Further, the tip 40a on the intake downstream side of the
また、吸気マニホールド15の側壁15aとの間の通路41は、吸気上流側が吸気通路内で開口し、当該通路41に吸気が流入するようにしているので、隔壁40を設けることによって吸気通路の断面積が減少することなく、高回転時に十分に吸気流量を確保することができる。また、通路41を通過する吸気に伴って燃焼室8内に流入するEGRガスの流速を高め、EGRガスを燃焼室8の外周部で大きく旋回させることができる。
Further, the
また、隔壁40と側壁15aとの間の通路41の断面積が吸気上流側から下流側に向かって減少するので、この通路41を通過する吸気が下流側に向かって流速を上昇させることができる。よって、燃焼室8の外周部で吸気の流速を上昇させ、シリンダ2の内周壁に沿うように流入するEGRガスを燃焼室8内で更に大きく旋回させることが可能となる。以上により、本実施形態では、燃焼室8内にEGRガスの環状の層をより強く形成させて、よりノッキングの発生し難いエンジンとすることができる。
Further, since the cross-sectional area of the
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態において更にEGR通路22にEGRクーラを備えるとよい。このように、EGRクーラを備えることで、EGRガスの温度を低下させることが可能となるので、燃焼室8の外周部で混合気が更に自着火し難くなり、耐ノッキング性能を更に向上させることができる。
In addition, this invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the
また、EGR通路22に、EGRガスを吐出するポンプを更に設けるとよい。このようにEGR通路22にポンプを設けることで、EGRガスを吸気マニホールド15内に燃焼室8の外周部に向かって強く押し出して、燃焼室8内でEGRガスを大きく旋回させることができ、燃焼室8内にEGRガスの環状の層を更に強く形成させることが可能となる。
また、吸気バルブ及び排気バルブが複数あり、吸気バルブ及び排気バルブの一部を閉止して燃焼室内でスワールを発生させることが可能であって、かつEGR装置を備えたエンジンであれば、本発明を広く適用することができる。
In addition, a pump for discharging EGR gas may be further provided in the
Further, the present invention is applicable to any engine that has a plurality of intake valves and exhaust valves, can close a part of the intake valves and exhaust valves to generate swirl in the combustion chamber, and has an EGR device. Can be widely applied.
1 エンジン
3 第1の吸気バルブ
3a バルブガイド
4 第2の吸気バルブ
5 第1の排気バルブ
6 第2の排気バルブ
8 燃焼室
9 点火プラグ
15 吸気マニホールド
21 EGR装置
30 ECU
40 隔壁
40 Bulkhead
Claims (8)
前記複数の吸気バルブ及び排気バルブの全てを開閉する通常開閉モードと、前記複数の吸気バルブ及び排気バルブのうち一部を開閉して、前記燃焼室内で吸気にスワールを発生させる部分開閉モードと、に切り換え可能な切換手段を備え、
前記排気還流手段は、前記燃焼室の外周部に向けて前記スワールの旋回方向に沿うように、前記吸気通路への前記排気の排出方向が設定され、前記切換手段による前記部分開閉モードへの切り換え時に排気の一部を吸気通路に導入することを特徴とする排気還流装置付エンジン。 An engine equipped with an exhaust gas recirculation device comprising a plurality of intake valves and exhaust valves in a single cylinder, an ignition device disposed in the center of the combustion chamber, and an exhaust gas recirculation device for introducing part of the exhaust gas into the intake passage There,
A normal opening / closing mode for opening / closing all of the plurality of intake valves and exhaust valves, and a partial opening / closing mode for opening / closing some of the plurality of intake valves and exhaust valves to generate a swirl in the intake air in the combustion chamber; Switching means that can be switched to,
In the exhaust gas recirculation means, the exhaust gas discharge direction to the intake passage is set so as to follow the swirling direction of the swirl toward the outer peripheral portion of the combustion chamber, and the switching means switches to the partial opening / closing mode. An engine with an exhaust gas recirculation device characterized in that a part of exhaust gas is sometimes introduced into an intake passage.
前記部分開閉モードにおいて、前記燃焼室の中央部を挟んで互いに対角に配置された一対の前記吸気バルブ及び前記排気バルブが開閉することを特徴とする請求項2に記載の排気還流装置付エンジン。 Two intake valves and two exhaust valves are provided in one cylinder,
3. The engine with an exhaust gas recirculation device according to claim 2, wherein in the partial opening / closing mode, a pair of the intake valve and the exhaust valve that are arranged diagonally with respect to each other with a central portion of the combustion chamber open and close. .
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