JPH04362263A - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の吸気ポートを有
すると共に、縦スワール形成手段を備えた内燃機関にお
ける排気ガス再循環装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開平１−１３４７３５号公報には、複
数の吸気ポートを有すると共に、燃焼改善のために吸気
ポート又は吸気弁付近に縦スワール形成手段を備えてい
る内燃機関における、排気ガス再循環装置の従来例が記
載されている。この従来技術における排気ガス再循環は
、吸気行程の終期に排気弁を短時間開き、排気の一部を
気筒内へ逆流させて行うもので、このような排気ガス再
循環方式を内部ＥＧＲと呼ぶことがある。この従来技術
の場合は、特に、気筒内の吸気の縦スワールを助長する
方向に再循環排気を吸入するようにした点に特徴があり
、そのために、排気弁付近に、吸入される排気の方向を
吸気旋回流方向に近似させる排気偏向手段を設けている
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術において
は、縦スワール形成手段が複数の吸気ポート（或いはそ
れらの吸気弁付近）の全てに設けられるのに加えて、内
部ＥＧＲによる還流排気が縦スワールを助長する方向に
吸入されるので、気筒内には強力な縦スワールが形成さ
れるが、その反面、吸気の体積効率が低下することは避
けられないし、いきおい、機関出力も減少する傾向があ
る。また、還流排気が縦スワールを形成している吸気旋
回流の外側から供給されるため、燃焼室の中心部に新鮮
な吸気が集まるのに対し、その外側を壁面に沿って還流
排気が流れるため、点火プラグが還流排気の濃い層内に
ある場合には、着火性が低下し、従来技術の本来の目的
に反して、却って気筒内の燃焼状態が悪化する場合も起
こり得る。本発明は、従来技術のこれらの問題を解決す
るすることを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による内燃機関の排気ガス再循環装置は、複
数の吸気ポートを備えている内燃機関において、前記複
数の吸気ポートのうちの一部にのみ排気還流ポートを設
けると共に、前記複数の吸気ポートのうちの前記排気還
流ポートを設けないものにのみ縦スワール形成手段を設
けたことを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明による内燃機関の排気ガス再循環装置に
おいては、複数の吸気ポートのうちの排気還流ポートを
設けないものにのみ縦スワール形成手段を設けるので、
主として新鮮な吸気によって縦スワールが形成され、そ
の中央の低圧部分に、排気還流ポートを有する他の吸気
ポートから排気を含む吸気が流入する。従って、吸気の
縦スワールは、外側に新鮮な空気が多く、内側に還流排
気が多い成層状態となるので、外側の層が点火プラグに
接触し、着火性が向上する。その結果、大量の排気還流
が可能となり、燃焼効率、燃費、トルク変動、エミッシ
ョン、或いは高圧縮比における耐ノック性、等が改善さ
れる。また、縦スワール形成手段のない吸気ポートが設
けられている分だけ、吸気の体積効率も向上する。

【０００６】

【実施例】図２及び図３は、本願発明を１個の気筒につ
いて２個の吸気弁１２、１３と、２個の排気弁１４、１
５を備えた内燃機関１０に適用した実施例を示すもので
、第１の吸気弁１２及び第２の吸気弁１３にそれぞれ接
続する第１の吸気ポート１６及び第２の吸気ポート１７
は、上流側で共通の吸気管１８から分岐している。また
、第１の排気弁１４及び第２の排気弁１５にそれぞれ接
続する第１の排気ポート２０と第２の排気ポート２１は
、図示しない下流側で共通の排気管に合流している。

【０００７】図２の（ａ）に示すように、第２の排気ポ
ート２１（或いは排気通路上の他の位置でも良い。）に
一端が開口して排気の一部を取り出す還流排気通路２２
の他端は、第２の吸気ポート１７の排気還流ポート２４
において開口すると共に、還流排気通路２２の途中には
排気還流制御弁２６が設けられて、還流される排気の量
を制御する。このように、排気還流ポート２４は第２の
吸気ポート１７にのみ設けられるのがこの実施例の特徴
であって、第１の吸気ポート１６には排気還流ポートは
設けられず、従ってこちらには還流排気は供給されない
。

【０００８】本発明の実施例の特徴として、排気還流ポ
ートが設けられない第１の吸気ポート１６、或いはそれ
に接続される第１の吸気弁１２の付近には、それを通過
する吸気に縦スワールを与える縦スワール形成手段が設
けられる。よく知られているように、縦スワールは、燃
焼を改善するために気筒内に吸入される吸気に対して与
えられる運動の一種で、図１に示すように、気筒の縦軸
線１１と平行な仮想の面内で旋回する吸気の流動のこと
であるが、縦スワールを発生させるには、吸気ポートか
ら吸気弁を経て燃焼室に流入する吸気の通路の一部を何
らかの形のマスク部により覆い、吸気流を偏向させるこ
とによって行うのが一般的で、このようにして発生させ
るスワールをマスクドスワールと呼ぶことがある。先に
従来技術として取り上げた実開平１−１３４７３５号公
報にも数例を示しているように、マスクドスワール方式
の縦スワール形成手段にも、マスク部の形によって色々
なものが知られている。

【０００９】図２の（ｂ）には、マスクドスワール方式
による縦スワール形成手段の一つとして、第１の吸気弁
１２の開口縁の一部に張り出したマスク部２８により、
弁開口におけるクリアランスを他の部分のそれよりも狭
めて、その部分を吸気が通過し難くするもの（実施例１
：この場合、マスク部２８によって他の部分よりも狭め
られた部分のバルブクリアランスをマスククリアランス
ｃと呼ぶ。）、及び他の一つとして、第１の吸気弁１２
の弁開口付近の一部の壁の高さを、張り出したマスク部
２８により他の部分のそれよりも高くして、やはりその
部分を吸気が通過し難くするもの（実施例２：この場合
、他の部分よりも高くなっている部分の高さをマスク高
さｈと呼ぶ。）、の２つが示されている。なお、先にも
述べたように、第２の吸気弁１３の付近には、マスク部
２８のような縦スワール形成手段を設けないので、第２
の吸気ポート１７を通る吸気は、第２の吸気弁１３の開
口縁の全周から略均等に気筒内の燃焼室３０へ流入し、
それによって縦スワールが発生することはない。

【表１】

【００１０】表１は、以上の実施例における具体的な数
値の例を従来のものと対比して示したものである。第１
の吸気弁１２の弁開口付近（バルブシート部分）の一部
に設けられるマスク部２８によって、実施例１において
は、図２に示すマスククリアランスｃの値を従来の普通
のものよりも小さく取っている。その他の数値は従来の
ものと変わらない。また、実施例２においてはマスク高
さｈの値を従来の普通のものよりも大きく取っている。 その他の数値は従来のものと変わらない。いずれの場合
も、第２の吸気弁１３に関するマスククリアランスｃや
マスク高さｈの数値は、従来のものと変わらない。実施
例３は表に示していないが、図２（ｂ）のように実施例
１及び実施例２を組み合わせたものになる。

【００１１】縦スワール形成手段の他のものが図２のＩ
−Ｉ断面図である図１に示されている。この例において
は縦スワール形成手段として、第１の吸気弁１２の弁開
口の一部を覆うように張り出す前述のマスク部２８を設
けている他に、第１の吸気ポート１６の下方の壁を上方
に張り出したマスク部３２をも形成している。マスク部
３２或いはマスク部２８を設けたことによって吸気の流
れは偏向され、図１に白矢印で示すように、第１の吸気
ポート１６の上方を通って燃焼室３０の中へ流入する流
れが強くなる。従って、シリンダヘッド３４とシリンダ
壁３６、ピストン３８によって形成される燃焼室３０の
中では、新鮮な吸気からなる白矢印のような縦スワール
が、壁面に沿った旋回流として形成される。図１や図３
に示す矢印の長さは流れの速さを表している。

【００１２】このように、第１の吸気ポート１６から第
１の吸気弁１２の弁開口を通って燃焼室３０に流入する
新鮮な吸気が、マスク部２８やマスク部３２のような縦
スワール形成手段によって、燃焼室３０の壁面に沿った
外側に縦スワールを形成すると、第２の吸気ポート１７
から第２の吸気弁１３の弁開口を通って流入する還流排
気を含む吸気が、第１の吸気ポート１６の場合のように
縦スワール形成手段によって偏向されることなく弁開口
の略全周から均等に、また、絞られていないために比較
的低速で燃焼室３０内に吸入され、縦スワールの内側の
低圧部分に巻き込まれる。その結果、縦スワールの中央
部に黒矢印のような還流排気の比較的濃い層が形成され
、図１から理解されるように、シリンダヘッド３４の一
部に設けられた点火プラグ４０の付近には新鮮な吸気の
成分が多くなるため、その分だけ排気の含有量が少なく
なって着火性が向上する。

【００１３】このように着火性が高くなるために、比較
的大量の排気還流を行っても燃焼の安定性が維持される
。一般に大量の排気還流を行うと、ＮＯｘ等のエミッシ
ョンを低減することができるばかりでなく、同じ大きさ
のトルクを発生させるためのスロットル弁の開度が大き
くなるので、スロットル弁の絞りによるポンピングロス
が減少し、効率や燃費が向上する。反面、排気還流によ
って着火性が悪くなるが、それが上記のようにして改善
されるため、燃焼効率、燃費、トルク変動、或いはエミ
ッション等いずれの点においても、内燃機関にとって好
ましい結果がもたらされる。

【００１４】図４は、マスククリアランスｃの大きさに
対する縦スワール比（縦スワールの強さを表す数値）、
及び内燃機関の出力の変化を示したもので、マスククリ
アランスｃが小さくなると縦スワールが強くなり、同時
に吸気効率が悪化する分だけ出力が減少している。変化
は略直線的で、縦スワールの強さと出力は反比例の関係
にある。対象とする内燃機関についてこのような関係を
調べて、最適なマスククリアランスｃの値を決定するこ
とにより、燃焼及び燃費の改善と、出力の低下の兼ね合
いの点を見出すことができる。

【００１５】図５は、マスク高さｈの大きさに対する縦
スワール比（縦スワールの強さ）及び内燃機関の出力の
変化を示したもので、マスク高さｈが大きくなると縦ス
ワールが強くなり、同時に出力が減少している。この場
合も変化は略直線的であって、縦スワールの強さと出力
は反比例の関係にある。対象とする内燃機関についてこ
のような関係を調べてから、最適なマスク高さｈの値を
決定すべきである。なお、第１の吸気弁１２は最大リフ
ト以上に開口することはないから、図５の場合はマスク
高さｈが９ｍｍで最大リフトに達し、それ以上は縦スワ
ールの強さ、内燃機関出力共に変化しない。

【００１６】本発明において、一方の吸気ポート、或い
はそれに接続する吸気弁付近に適用可能な縦スワール形
成手段は、上記実施例のようなものに限られる訳ではな
く、他の適当な縦スワール形成手段を利用することが可
能である。前述の従来技術には吸気弁の背面の一部に吸
気の流れを妨げるシュラウドを設けて偏向させるものが
記載されているが、それと同様なものを本発明に利用す
ることもできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明を実施することにより、燃焼室内
の吸気が、縦スワールの外側に新鮮な吸気の多い層と、
内側に還流排気の濃い層をもつ成層状態になるため、着
火性の低下を伴うことなく大量の排気還流を行うことが
可能になるので、燃焼効率、燃費、トルク変動、或いは
エミッション、高圧縮比における耐ノック性、等が改善
される。また、複数の吸気ポートの一部に縦スワール形
成手段を設けるので、縦スワールが強すぎて出力が低下
するということもなく、内燃機関出力と燃費の両立が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の作動状態を示す内燃機関の縦
断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の実施例を示す内燃機関の平面
図、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面を示す側面
図である。

【図３】本発明の実施例の作動状態を示す内燃機関の斜
視図である。

【図４】マスククリアランスと縦スワールの強さ及び出
力の関係を示す線図である。

【図５】マスク高さと縦スワールの強さ及び出力の関係
を示す線図である。

【符号の説明】

１０…４弁式内燃機関 １２…第１の吸気弁 １３…第２の吸気弁 １６…第１の吸気ポート １７…第２の吸気ポート ２０、２１…排気ポート ２２…還流排気通路 ２４…排気還流ポート ２８、３２…マスク部 ３４…シリンダヘッド ３８…ピストン ４０…点火プラグ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　複数の吸気ポートを備えている内燃機
   関において、前記複数の吸気ポートのうちの一部にのみ
   排気還流ポートを設けると共に、前記複数の吸気ポート
   のうちの前記排気還流ポートを設けないものにのみ縦ス
   ワール形成手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排
   気ガス再循環装置。