JPS6020574B2 - 多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置に関する
。

排気ガス中の有害成分Ｎ○×を低減するための有効な方
法として排気ガスを再循環する方法が知られている。

しかしながら排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）量
を増量せしめると火炎の伝播速度が遅くなるため燃焼速
度が遅くなって安定した燃焼が得られないばかりでなく
着火性が低下して場合によっては失火する場合もある。
排気ガスを再循環した場合に燃焼速度を増大させる方法
として燃焼室内に旋回流或いはスキッシュ流が発生する
ように燃焼室、吸気弁、ピストン或し、は吸気管を配置
構成して燃焼速度を速めるようにした方法が知られてい
る。しかしながらこの種の方法を採用した内燃機関では
ＥＧＲ装置と旋回流或いはスキッシュ流発生機構の双方
を具備しなければならないという欠点を有している。こ
のような欠点を除去するためにＥＣＲガスを直接燃焼室
内に噴出せしめてこの噴出ＥＧＲガスにより燃焼室内に
乱れを発生せしめるようにした多気筒内燃機関が提案さ
れている。この多気筒内燃機関では各気筒内に夫々達通
する複数個のＥＧＲガス供給枝通路を１個のＥＣＲガス
共通通路に連結し、該枝通路内に夫々副吸気弁を設けて
気筒間により該副吸気弁の開弁時に隣接する気筒或いは
隣接しない気筒からのＥＧＲガスを気筒内に噴出するよ
うに構成されている。しかしながら隣接する気筒と隣接
しない気筒からＥＧＲガスが導入される場合ではＥＧＲ
ガスが流れる通路長が異なるためＥＧＲガス流の受ける
抵抗は異なり、その結果ＥＧＲガス量並びに噴出時期が
各気筒毎に異なるためトルク変動が生じ「また他の気筒
に比べて少量のＥＧＲガスが供給される気筒では十分な
ＮＯ戊の低減効果が得られないばかりでなく大量のＥＣ
Ｒガスが供給される気筒では失火する危険性がある。本
発明は各気筒に供給されるＥＣＲガスの噴出量、噴出時
期並びに噴出速度を各気様において一様とし、それによ
ってトルク変動並びに失火することなく十分なＮ○×の
低減効果を得られるようにした多気筒内燃機関の排気ガ
ス再循環装置を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図に本発明に係る４気筒内燃機関の平面図を示す。
第１図において蔓‘ま機関本体、２は吸気マニホルド、
３は排気マニホルド、４ａ，亀ｂ，４ｃ，４ｄは夫々、
１番気筒、２番気筒、３番気筒、４番気筒を示す。

各気筒４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは夫々吸気弁５ａ，５ｂ
，５ｃ，５ｄ並びに排気弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを有
する。これら各気筒４ａ．，４ｂ，４ｃ夕 ４ｄは一方
では各吸気弁５ａ一，５ｂ，５ｃ，５ｄ並びに吸気ボー
ト７ａ，７ｂ，７ｃ？ ７ｄを介して吸気マニホルド２
に連結され、他方では各排気弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
並びに排気ボート８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを介して排気
マニホルド３に連結される。第３図は第１図の１番気筒
４ａの側面断面図を示す。

他の気筒４ｂ，４ｃ，４ｄについては１番気筒４ａと同
様の構造を有するので特に図示しない。第３図を参照す
ると、機関本体１はシリングブロック１０と、シリンダ
ブロック１０内に形成されたシリンダボア１内を往復敷
するピストン１２と、ガスケツト１３を介してシリンダ
ブロツク１０上に固締されたシリンダヘッド１４とを具
備し、ピストン頂面１２ａとシリンダヘツド内壁１４ａ
間に１番気筒４ａの燃焼室１５が形成される。吸気弁５
ａのバルブステム上端部にはバルブリテーナ１６が固定
され、このバルブリテーナ１６とシリンダヘツド１４間
にバルブスプリング１７が挿着される。吸気弁５ａはロ
ッカーアーム１８により作動され、一方このロッカーア
ーム１８は機関クランクシャフト（図示せず）に連結さ
れかつクランクシャフトの１′２の回転速度で回転する
カムシャフト１９により駆動される。シリンダヘッド１
４内にはＥＣＲ供給枝遍路２０ａが形成され、このＥＣ
Ｒ供給枝通路２０ａの燃焼室側閉口端の開閉制御をする
副吸気弁２１ａがシリンダヘッド１４内に摺動可能に設
けられる。

副吸気弁２１ａのバルブステム上端部にはバルブリテー
ナ２２が固定され、このバルブリテーナ２２とシリンダ
ヘツド１４間にバルブスプリング２３が挿着される。こ
の副吸気弁２１ａはロッカーアーム２４を介してカムシ
ヤフト１９により駆動される。また第４図に示すように
燃焼室１５内には点火栓竃極２５が配置される。第１図
から第３図に示されらるようにシリンダヘッド１４の外
燈上に溝２７が形成される。この溝２７‘まシリンダヘ
ッド１４の外壁上に固綿されたカバー２８により覆われ
、それによってこの溝２７内に４本のＥＧＲ供給枝通路
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２８ｄからなるＥＧＲ供給枝
通路２９が形成される。これらの各ＥＧＲ供給枝通路２
９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄの一端部は夫々対応する
ＥＧＲ供給枝通路２０ａ，２０ｂ，２０１ｃ，２０ｄに
連結され、一方各ＥＧＲ供給枝通路２９ａ，２９ｂ，２
９ｃ，２９ｄの池端部はＥＣＲ供給枝通路２９ａと２９
ｄの通路長が互いに等しくかつＥＧＲ供給枝通路２９ｂ
と２９ｃの通路長が互いに等しくなるような点Ｚにおい
て互いに合流する。なお、第１図において２番気筒４ｂ
「 ３番気筒４ｃ、４番気筒４ｄの副吸気弁を夫々２１
ｂ，２１ｃ，２１ｄで示す。第５図に各気筒の吸気弁、
排気弁並びに副吸気弁の関弁時期を示す。

第５図においては縦藤は弁錫程を示し、横軸はクランク
角度を示す。また第５図において曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは
各気筒４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの排気弁６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄの関弁時期を示し、曲線Ｅ，Ｆ，Ｇ，日は各気
筒の吸気弁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの関弁時期を示す。
更に曲線１，Ｊは１番気筒４ａの副吸気弁２１ａの開弁
時期を示し、曲線Ｋ，Ｌは２番気筒４ｂの副吸気弁２１
ｂの関弁時期を示し、曲線Ｍ，Ｎは３番気筒４ｃの副吸
気弁２１ｃの関弁時期を示し、曲線○，Ｐは４番気筒４
ｄの副吸気弁２１ｄの開弁時期を示す。なお、第５図は
点火順序が１一２一４一３の場合について示す。第５図
から明らかなように各気筒の副吸気弁は１サイクルの間
に２回関弁することがわかる。

更に例えば第５図の１番気筒に注目すると曲線Ａ，１で
示されるように排気弁が閉弁する直前の排気行程末期に
副吸気弁が関弁し、次いで曲線Ｅ，Ｊに示されらるよう
に吸気弁が開弁する直前の吸気行程末期に再び副吸気弁
が開弁することがわかる。このような副吸気弁の関弁時
期は他の気筒においても同様である。次に、第５図の１
番気筒と２番気欝に注目すると２番気筒が排気行程にあ
るとき１番気筒は吸気行程であり、曲線Ｊで示される１
香気筒の副吸気弁の関弁時期が曲線Ｋで示される２香気
筒の副吸気弁の開弁時期に一致することがわかる。排気
行程末期における気筒内の圧力は比較的高く、一方吸気
行程末期における気筒内は負圧となっている。従がつて
曲線Ｊ，Ｋに示されるように異なる気筒の副吸気弁が同
期して関弁すると２番気筒内のＥＥ力と１番気筒内の圧
力の圧力差により２番気筒」ｌｂ内の排気ガスが副吸気
弁２１ｂ、ＥＧＲ供給枝通路２０ｂ、ＥＧＲ供給枝通路
２９ｂ、ＥＣＲ供給枝通路２９ａ、ＥＧＲ供給枝通路２
０ａ、副吸気弁２１ａを介して１番気筒４ａ内に高速度
で噴出する。従がつて第３図において吸気弁５ａを介し
て燃焼室１５内に導入された空気燃料混合気はＥＧＲ供
給枝通路２０ａから噴出する排気ガスにより強力な乱れ
が与えられる。その結果ＥＣＲガスによるＮ○×の抵減
効果を確保しつつ燃焼速度が速められ、斯くして安定し
た燃焼が得られることになる。再び第５図を参照して次
に１番気筒と３番気筒に注目すると１番気筒の排気行程
時における曲線１で示され副吸気弁の開弁時期が３番気
筒の吸気行程時における曲線ｒＪで示される副吸気弁の
開弁時期に一致する。

従カー主つて１番気筒内の排気ガスがＥＧＲ供給枝通路
２９ａと２９ｃを介して３番気筒内に噴出する。…Ｅた
曲線Ｌで示される２番気筒の副吸気弁の関弁時期は曲線
Ｐで示される４香気筒の副吸気弁の関弁時期に一致し、
更に曲線Ｍで示される３番気筒の副吸気弁の関弁時期は
曲線○で示される４番気筒の副吸気弁の開弁時期に一致
する。従がつて４番気筒からＥＧＲ供給枝通路２９ｄと
２９ｂを介して２番気筒へ、３番気筒からＥＣＲ供給枝
通路２９ｃと２９ｄを介して４番気筒へ排気ガスが夫々
供給されることがわかる。ところが前述したようにＥＧ
Ｒ供給核通路２９ａと２９ｄの通路長は互いに等しく、
またＥＣＲ供給枝通路２９ｂと２９ｃの通路長は互いに
等しい。従がつて２番気筒から１番気筒へ向かう排気ガ
スが流れるＥＧＲ供給枝通路２９ｂと２９ａの通路長、
１番気筒から３番気筒へ向かう排気ガスが流れるＥＣＲ
供給枝通路２９ａと２９ｃの通路長、４番気筒から２番
気筒へ向かう排気ガスが流れるＥＯＲ供給枝通路２９ｄ
と２９ｂの通路長並びに３番気筒から４番気筒へ向かう
排気ガスが流れるＥＧＲ供給枝通路２９ｃと２９ｄの通
路長は全て等しく、従がつて流離抵抗も全て等しくなる
。その結果、副吸気弁が同期して閥弁する一対の気節に
おいて一方の気筒から他方の気筒へ流れる排気ガス量は
いずれの気筒対においても等しくなる。従がつて各気筒
において十分なＮ○×低減効果を維持しつつかつトルク
変動を生ずることなく燃焼速度を速めることができる。
第６図から第８図は第１図の別の実施例を示す。

第６図から第８図を参照すると、各ＥＧＲ供給枝通路２
１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは夫々ＥＣＲ供給枝管３
０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを介して開閉弁３１の内
部室３２に連結される。ここでＥＧＲ供給枝管３０ａと
３０ｄの管長は等しく、またＥＣＲ供給枝管３０ｂと３
０ｃの管長は等しく形成されている。開閉弁３１の内部
室３２内には可動弁３３が回転可能に取付けられている
。この可動弁３３は各ＥＧＲ供給枝管３０ａ，３０ｂ，
３０ｃ，３０ｄと整列可能な４個の開□３４ａ，３４ｂ
，３４ｃ，３４ｄを有する。この可動弁３３は回転軸３
５上に固着され、またこの回転軸３５にはしバー３６が
固着されている。第８図に詳細に示すようにこの実施例
ではダイヤフラム装置３７と遅延弁３８が設けられる。
ダイヤフラム装置３７はダイヤフラム３９により隅成さ
れた下気圧室４０と負圧室４１とを有し、負圧室４１内
にダイヤフラム３９を常時左方に向けて押圧する圧縮ば
ね４２が挿着される。またダイヤフラム３９に固着され
た制御ロッド４３の開放端部はしバー３６の先端部に連
結される。一方、遅延弁３８は隔壁４４により隔成され
た第１室４５と第２室４６とを有し、隔壁４４上には第
２室４６から第１室４５へ向けてのみ流通可能な逆止弁
４７と絞り４８とが設けられる。第２室４６は導管４９
を介して負圧室４１に連結され、一方第１室４５は導管
５５を介して気化室５１内の吸気通路５２内に開□する
負圧ボート５３に連結される。この負圧ボート５３は気
化器スロットル弁５４が破線Ｔで示すようなアィドリン
グ位置にあるときスロツトル弁５４の上流に閉口し、一
方スロットル弁５４が開弁するとスロットル弁５４の下
流に開口するように配置される。スロットル弁５４が第
８図において実線で示されるようにある程度関弁してい
るときダイヤフラム装置３７の負圧室４１内には吸気管
員圧が導びかれており、その結果ダイヤフラム３９は圧
縮ばね４２のばね力に抗して右方に移動し、それによつ
て可動弁３３の各関口３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ
は夫々対応するＥＧＲ供給枝管３０ａ’３０ｂ，３０ｃ
，３０ｄと整列する。

従がつてこのとき例えば１番気筒から２番気筒へＥＣＲ
供給枝管３０ａ、関口３４ａ、内部室３２、ＥＧＲ供給
枝管３０ｂを介して排気ガスが送り込まれる。前述した
ようにＥＧＲ供給枝管３０ａと３０ｄの管長は互いに等
しく、またＥＣＲ供給枝管３０ｂと３０ｃの管長は互に
等しく形成されている。従がつて第１図に示す実施例と
同様に各気筒に供給される排気ガス量は等しくなる。一
方、スロットル弁５４が破線下で示すようにアィドリン
グ位置にあるか或いは破線Ｓで示すように大きく関弁し
たときは負圧室４１内は大気圧となる。このときダイヤ
フラム３９は圧縮ばね４２のばね力により左方に移動し
、その結果可動弁３３が時計回りに回動し、各ＥＧＲ供
給枝管３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは可動弁３３に
より閉鎖される。従がつてこのとき各気筒へ排気ガスの
再循環は停止される。一般的に云ってアィドリング時に
は燃焼速度を速める必要がなく〜従がつて排気ガスを再
循環させて乱れを発生させる必要もない。

また高負荷運転時に本発明のように吸気行程時に排気ガ
スを気筒内に供給すると充填効率が低下し「斯くして高
出力が得られないという問題がある。しかしながら第８
図に示されるような開閉弁３１を備えることによってア
ィドリング時並びに高負荷運転時において排気ガスの再
循環を停止することができる。また、スロットル弁５４
が急速に関弁される加速時には燃焼速度を速めてアクセ
ルペダルの踏込み動作に対する応答性を向上することが
好ましい。このために第８図に示すように遅延弁３８が
設けられる。即ち、スロツトル弁５４が急速に開弁され
て第１室４５に大気圧が導びかれたとしても逆止弁４７
は閉鎖したままなので第１室４５内の空気が絞り４８を
介して徐々に第２室４６内に流入し、それによって負圧
室４１内の負圧は徐々に小さくなる。従がつて加速時に
はスロットル弁５４が大きく関弁された後暫らくの間可
動弁３３は第８図に示す状態にあり、斯くして排気ガス
の再循環が行なわれることになる。第９図並びに第１０
図は第１図の更に別の実施例を示す。第９図並びに第１
０図を参照すると、機関本体１の側壁面上に水平に延び
るＥＧＲ供給共通通路６０が形成され、各ＥＣＲ供給枝
通路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄはそのＥＣＲ供給
共通通路６０に連結される。

その実施例では各ＥＧＲ供給枝通路２０ａ，２０ｂ，２
０ｃ，２０ｄの各端部に絞り６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，
６１ｄが挿着される。絞り６１ａに注目すると矢印Ｌで
示すようにＥＣＲ供給枝通路２０ａからＥＧＲ供給共通
通路６０１こ向かう排気ガス流に対しては小さな抵抗と
なるように矢印Ｌの向きに徐々に狭ばまるように構成さ
れ、一方矢印Ｌと反対向きの排気ガス流に対しては大き
な抵抗となるように断面積が急に狭ばるように構成され
ている。他の絞り６１ｂ，６２ｃ，６１ｄにおいて流れ
抵抗の小さな方の流れ抵抗Ｍ，Ｎ，０で示す。前述した
ように排気ガスは２番気筒から１番気筒、１番気筒から
３番気筒、４番気筒から２番気筒「 ３番気筒から４番
気筒へ向けて夫々流れる。ここで２番気筒から１番気筒
へ排気ガスが流れる場合と１番気筒から３番気筒へ排気
ガスが流れる場合を比較してみると、２番気筒から１番
気筒へ排気ガスが流れる場合には排気ガス流通路は短か
し、がいずれの絞り６１ｂ，６１ａにおいても抵抗の大
きな向きに排気ガスが流れる。これに反し１番気筒から
３番気筒へ排気ガスが流れる場合には排気ガス流通路は
長いがいずれの絞り６１２，６１ｃにおいても抵抗の４
・さな向きに排気ガスは流れる。従がつて上述の２つの
排気ガス流通路は例え長さが異なっても流路抵抗は等し
くなる。斯くして各気筒に供Ｖ給される排気ガス量を等
しくすることができる。第１１図から第１３図に第３図
の別の実施例を示す。

なお、第１１図から第１３図において第３図と同様の構
成要素は同一の符号で示す。第１１図を参照すると、シ
リンダヘッド内壁１４ａ上には水平壁６２、一対の垂直
壁６３，６４並びに半円筒壁６５によって郭成される溝
６６が形成され、副吸気弁２１ａの弁部がこの溝６６内
に露呈する。半円筒壁６５は副吸気弁２１ａの弁部の周
縁に近接して配置され、従がつて副吸気弁２１ａが関弁
したとき排気ガスは第１２図において左側に形成される
弁部と弁座６７間の開口を介して燃焼室１５内に噴出す
る。また第１２図に示されるように溝６６は燃焼室１５
の周辺方向に延べるように形成されており「従がつてＥ
ＣＲ供給枝通路２０ａから副吸気弁２１ａを介して燃焼
室１５内に噴出した排気ガスは燃焼室１５内に第１２図
において矢印Ｚで示すような強力な旋回流を発生せしめ
る。この旋回流により燃焼速度は大中に速められ、それ
によって８ＧＲガスによるＮ○ｋの低減効果を確保しつ
つ安定した燃焼を得ることができる。なお、第１１図に
示す実施例では点火栓２６の電極２５を燃焼室１６の頂
点に配置することが好ましい。第１４図は第３図の更に
別の実施例を示す。

第１４図において第３図と同様の構成要素は同一の符号
で示す。第１４図を参照すると、シリンダヘッド１４内
に凹所７０が形成され、この凹所７０内に副室要素７１
が８三入される。この副室要素７１内には副燃焼室７２
と蓮通路７３が形成され、この連通路７３内に点火栓２
６の電極２５が配置される。この実施例では吸入行程時
に吸気弁５ａを介して稀薄混合気力ミ主燃焼室７４に導
入される。次いでこの稀薄混合気はＥＯＲ供給枝通路２
０ａから副吸気弁２１ａを介して主燃焼室７４内に噴出
する排気ガスに；より強力な乱れが与えられる。次いで
圧縮行程時、強力な乱れを発生している可燃混合気は蓮
通路７３を介して副燃焼室７２内に押込まれる。次いで
副燃焼室７２内の可燃混合気が点火栓２６によ．り着火
されると火炎噴流が運通路７３から主燃焼室７４内に噴
出する。主燃焼室７４内の可燃混合気はこの火炎噴流に
より更に乱れを与えられかつ着火される。このように第
１４図に示す実施例では副吸気弁２１ａを介して噴出す
る排気ガスと蓮通路７３から噴出する火炎噴流の双方に
より主燃焼室７４内の可燃混合気には強力な乱れが与え
られ、従がつて燃焼速度は極めて速くなる。以上述べた
ように本発明によれば各気筒に一様に排気ガスを供Ｖ給
することができしかもこの排気ガスによって燃焼室内に
強力な乱れを発生することができるためＥＧＲガスによ
るＮ０ ｘの低減効果を確保しつつ燃焼速度を遠せてト
ルク変動並びに失火の生ずることのない安定した燃焼を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の平面図、第２図は第１
図の側面図、第３図は第１図の側面断面図、第４図は第
３図のシリンダヘッドの底面図、第５図は吸気弁、排気
弁並びに副吸気弁の関弁時期を示す線図、第６図は第１
図の別の実施例の平面図、第７図は第６図の側面図、第
８図は第７図の一部拡大断面図、第９図は第１図の更に
別の実施例の平面図、第１０図は第９図の断面図、第１
１図は第３図の別の実施例の側面断面図、第１２図は第
１１図のシリンダヘッドの底面図、第１３図は第１１図
の畑一風線に沿ってみた断面図、第１４図は第３図の更
に別の実施例の側面断面図である。 ４ａ，４ｂ，４ｃ．４ｄ・・・気筒、５ａ，５ｂ，５ｃ
？ ５ｄ・・・吸気弁、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ・・・
排気弁、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２９ａ，２
９ｂ，２９ｃ，２９ｄ・・・ＥＧＲ供給枝通路、２１ａ
，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…副吸気弁、２６，６０・・
・ＥＣＲ供聯合共通通路。 第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多気筒内燃機関の各気筒内に夫々連通する再循環排
   気ガス供給枝通路を再循環排気ガス共通通路に連結し、
   該枝通路内に夫々副吸気弁を設けて気筒間の圧力差によ
   り該副吸気弁の開弁時に或る気筒から他の気筒に排気ガ
   スを再循環するようにした多気筒内燃機関において、各
   気筒の副吸気弁を夫々対応する気筒の排気行程末期と吸
   気行程末期に開弁せしめると共に副吸気弁が同期して開
   弁する気筒間を連結する各再循環排気ガス通路の通路抵
   抗を互いに等しくしたことを特徴とする多気筒内燃機関
   の排気ガス再循環装置。