JP2000329009A - Ｅｇｒ装置を備えたディーゼルエンジン - Google Patents
Ｅｇｒ装置を備えたディーゼルエンジンInfo
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- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
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- F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 このディーゼルエンジンは，多量のＥＧＲガ
スを燃焼室に供給するため，ＥＧＲポートと吸気ポート
を別系統に構成し，電磁力駆動装置でＥＧＲ弁の開弁状
態を維持させ，該駆動機構のスペースを小スペースに構
成する。 【解決手段】 このディーゼルエンジンは，ターボチャ
ージャ１４を通った排気ガスを冷却装置１７で冷却し，
吸入行程の初期にＥＧＲガス圧でＥＧＲ弁６をリフト
し，ＥＧＲ弁６の開弁状態を電磁石４２と透磁性部材４
１から成る電磁力駆動装置で維持してＥＧＲガスを燃焼
室１へ供給し，次いで，吸気弁７をリフトして圧縮空気
を燃焼室１に供給すると共に燃料の一部を燃焼室１へ供
給し，ＥＧＲガス，燃料及び圧縮空気の混合を促進し，
圧縮上死点で着火用燃料を噴射して混合気を着火燃焼さ
せ，ＮＯｘ，黒煙，ノッキングの発生を防止する。
スを燃焼室に供給するため，ＥＧＲポートと吸気ポート
を別系統に構成し，電磁力駆動装置でＥＧＲ弁の開弁状
態を維持させ，該駆動機構のスペースを小スペースに構
成する。 【解決手段】 このディーゼルエンジンは，ターボチャ
ージャ１４を通った排気ガスを冷却装置１７で冷却し，
吸入行程の初期にＥＧＲガス圧でＥＧＲ弁６をリフト
し，ＥＧＲ弁６の開弁状態を電磁石４２と透磁性部材４
１から成る電磁力駆動装置で維持してＥＧＲガスを燃焼
室１へ供給し，次いで，吸気弁７をリフトして圧縮空気
を燃焼室１に供給すると共に燃料の一部を燃焼室１へ供
給し，ＥＧＲガス，燃料及び圧縮空気の混合を促進し，
圧縮上死点で着火用燃料を噴射して混合気を着火燃焼さ
せ，ＮＯｘ，黒煙，ノッキングの発生を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，排気ガスの一部
を燃焼室に供給するＥＧＲ装置を備えたディーゼルエン
ジンに関する。
を燃焼室に供給するＥＧＲ装置を備えたディーゼルエン
ジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に，ディーゼルエンジンは，上死点
近傍での圧縮比が大きく，燃焼率が大きいので，熱効率
が大きいという利点を有している。しかしながら，ディ
ーゼルエンジンは，シリンダ内の圧縮された高温，高圧
の空気中に燃料噴射ノズルから燃料を噴射すると，燃料
が分散気化して燃焼する過程において，理想的な混合気
ができず，ＮＯｘや黒煙が発生する。そこで，ディーゼ
ルエンジンについては，空気と燃料との混合プロセスに
おいて十分な時間が有れば，圧縮空気中に燃料を噴射す
ることによって空気と燃料の混合が十分になって良好に
分散混合するので，ＮＯｘや黒煙が発生しないようにな
る。また，ディーゼルエンジンについて，燃料噴射ノズ
ルから燃料を燃焼室に，例えば，圧縮行程の初期又は吸
入行程の後期に噴射すると，空気と燃料との混合期間が
十分となり，予混合が良好に行われ，ＮＯｘや黒煙の発
生が少なくなることになるが，自着火してノッキングが
発生することになる。
近傍での圧縮比が大きく，燃焼率が大きいので，熱効率
が大きいという利点を有している。しかしながら，ディ
ーゼルエンジンは，シリンダ内の圧縮された高温，高圧
の空気中に燃料噴射ノズルから燃料を噴射すると，燃料
が分散気化して燃焼する過程において，理想的な混合気
ができず，ＮＯｘや黒煙が発生する。そこで，ディーゼ
ルエンジンについては，空気と燃料との混合プロセスに
おいて十分な時間が有れば，圧縮空気中に燃料を噴射す
ることによって空気と燃料の混合が十分になって良好に
分散混合するので，ＮＯｘや黒煙が発生しないようにな
る。また，ディーゼルエンジンについて，燃料噴射ノズ
ルから燃料を燃焼室に，例えば，圧縮行程の初期又は吸
入行程の後期に噴射すると，空気と燃料との混合期間が
十分となり，予混合が良好に行われ，ＮＯｘや黒煙の発
生が少なくなることになるが，自着火してノッキングが
発生することになる。
【０００３】そこで，ディーゼルエンジンでノッキング
の発生を防止するため，吸気中の酸素濃度を低下させる
こができるＥＧＲが考えられる。ＥＧＲ装置を備えたデ
ィーゼルエンジンとして，例えば，特開平１０−１０３
１６０号公報にに開示されたものがある。該ＥＧＲ装置
を備えた多気筒エンジンは，吸入行程中に排気バルブを
開放してシリンダ内に排気ガスを送り込んでＥＧＲを実
行するものであるが，そのＥＧＲガス量は少なく，せい
ぜい２０〜３０％程度である。
の発生を防止するため，吸気中の酸素濃度を低下させる
こができるＥＧＲが考えられる。ＥＧＲ装置を備えたデ
ィーゼルエンジンとして，例えば，特開平１０−１０３
１６０号公報にに開示されたものがある。該ＥＧＲ装置
を備えた多気筒エンジンは，吸入行程中に排気バルブを
開放してシリンダ内に排気ガスを送り込んでＥＧＲを実
行するものであるが，そのＥＧＲガス量は少なく，せい
ぜい２０〜３０％程度である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで，ディーゼル
エンジンにおいて，吸入行程の時期にＥＧＲを５０％以
上の多量に行ってＯ2 濃度を小さくすると，圧縮行程の
初期に燃料噴射ノズルから燃焼室へ噴射した燃料はＯ2
濃度が小さいので，燃料は着火燃焼できず，燃料の気
化，燃焼室内での燃料の拡散及び空気と燃料との混合が
進展することになる。燃料の中でも，軽油は着火し易
く，５００℃程度になると，短期間で燃料は着火燃焼す
る。しかしながら，Ｏ2 濃度が薄く成るに従って燃料は
着火し難くなり，Ｏ2 濃度が１５％以下になると，８０
０℃以上にならなければ，燃料は着火燃焼しない。
エンジンにおいて，吸入行程の時期にＥＧＲを５０％以
上の多量に行ってＯ2 濃度を小さくすると，圧縮行程の
初期に燃料噴射ノズルから燃焼室へ噴射した燃料はＯ2
濃度が小さいので，燃料は着火燃焼できず，燃料の気
化，燃焼室内での燃料の拡散及び空気と燃料との混合が
進展することになる。燃料の中でも，軽油は着火し易
く，５００℃程度になると，短期間で燃料は着火燃焼す
る。しかしながら，Ｏ2 濃度が薄く成るに従って燃料は
着火し難くなり，Ｏ2 濃度が１５％以下になると，８０
０℃以上にならなければ，燃料は着火燃焼しない。
【０００５】通常，空気におけるＯ2 濃度は２１％であ
るが，空気過剰率が１．２程にセットされたエンジンで
は，例えば，５０％のＥＧＲを行うと，Ｏ2 の濃度を１
７％に低減させることができる。また，通常のＯ2 濃度
２１％の吸気への燃料の含有率が余り多いと，自発火し
てノッキングを起こすので，全負荷でも，吸気に混合さ
せる燃料の流量を５０％以下，即ち，当量比を０．５以
下にする必要がある。しかし，Ｏ2 濃度が１７％〜１５
％程の吸気では，予混合率を８０％位まで上げることが
できる。また，ディーゼルエンジンでは，ＥＧＲに利用
する排気ガスの温度が高過ぎると，シリンダ内に封入で
きる気体量が少なくなり，発生エネルギが少なくなる
他，圧縮端圧力が上昇し，ＮＯX 等の発生の原因とな
り，燃焼に悪い影響を与えるので，ＥＧＲに利用する排
気ガスを冷却してＮＯX の発生を抑制する必要がある。
るが，空気過剰率が１．２程にセットされたエンジンで
は，例えば，５０％のＥＧＲを行うと，Ｏ2 の濃度を１
７％に低減させることができる。また，通常のＯ2 濃度
２１％の吸気への燃料の含有率が余り多いと，自発火し
てノッキングを起こすので，全負荷でも，吸気に混合さ
せる燃料の流量を５０％以下，即ち，当量比を０．５以
下にする必要がある。しかし，Ｏ2 濃度が１７％〜１５
％程の吸気では，予混合率を８０％位まで上げることが
できる。また，ディーゼルエンジンでは，ＥＧＲに利用
する排気ガスの温度が高過ぎると，シリンダ内に封入で
きる気体量が少なくなり，発生エネルギが少なくなる
他，圧縮端圧力が上昇し，ＮＯX 等の発生の原因とな
り，燃焼に悪い影響を与えるので，ＥＧＲに利用する排
気ガスを冷却してＮＯX の発生を抑制する必要がある。
【０００６】しかしながら，ディーゼルエンジンにおい
て，ＥＧＲに利用する排気ガスを圧縮空気の送り込み用
吸気管に供給するように構成した場合には，ＥＧＲを多
量に実行することは容易ではなく，例えば，ＥＧＲ用排
気ガスと空気とを一緒にターボチャージャのコンプレッ
サで圧縮させると，ターボチャージャの新気を送風する
仕事量が減り，全体の仕事量が増大したり，或いは，タ
ーボチャージャのコンプレッサによって圧縮空気を供給
する吸気管にＥＧＲ用排気ガスを送り込むには，強力な
ポンプを必要とするという問題がある。従って，ディー
ゼルエンジンにおいて，ＮＯｘや黒煙の発生を抑制する
と共にノッキングの発生を防止し，性能即ち燃費を向上
させるために，多量のＥＧＲを実行して多量の予混合気
を燃焼室内に作り，その予混合気を圧縮行程上死点近傍
で着火燃焼させる必要がある。
て，ＥＧＲに利用する排気ガスを圧縮空気の送り込み用
吸気管に供給するように構成した場合には，ＥＧＲを多
量に実行することは容易ではなく，例えば，ＥＧＲ用排
気ガスと空気とを一緒にターボチャージャのコンプレッ
サで圧縮させると，ターボチャージャの新気を送風する
仕事量が減り，全体の仕事量が増大したり，或いは，タ
ーボチャージャのコンプレッサによって圧縮空気を供給
する吸気管にＥＧＲ用排気ガスを送り込むには，強力な
ポンプを必要とするという問題がある。従って，ディー
ゼルエンジンにおいて，ＮＯｘや黒煙の発生を抑制する
と共にノッキングの発生を防止し，性能即ち燃費を向上
させるために，多量のＥＧＲを実行して多量の予混合気
を燃焼室内に作り，その予混合気を圧縮行程上死点近傍
で着火燃焼させる必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の問題を解決するため，ＥＧＲを実行するためのＥＧＲ
弁をカム式動弁機構を設けることなくＥＧＲガス圧を利
用して開弁させ，電磁力により開弁状態に維持し，ＥＧ
Ｒ量を適正に制御すると共にＥＧＲ弁の駆動機構を小ス
ペースに構成し，多量のＥＧＲを実行してＯ2 濃度を薄
く調整してノッキングを防止すると共にＮＯX の発生を
抑制し，更にＥＧＲの排気ガスを冷却して予混合量を増
加させて最高圧縮圧を低下させ，燃料，圧縮空気及び冷
却排気ガスの混合を良好にするため吸入行程で燃料の大
半を燃焼室に供給し，そのため，ターボチャージャによ
って圧縮空気を燃焼室へ供給する吸気ポートとＥＧＲ用
の排気ガスを燃焼室へ供給するＥＧＲポートとの二系統
から構成し，吸入行程でＥＧＲポートから燃焼室へ多量
のＥＧＲ排気ガスを供給し，次いで，吸気ポートから燃
焼室へ圧縮空気を供給すると共に燃料噴射ノズルから燃
料の一部を燃焼室へ噴射して良好な予混合気を生成し，
圧縮行程上死点近傍で着火用燃料を燃焼室に噴射して着
火燃焼させ，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を防止して熱効率を
向上させるＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンを提
供することである。
の問題を解決するため，ＥＧＲを実行するためのＥＧＲ
弁をカム式動弁機構を設けることなくＥＧＲガス圧を利
用して開弁させ，電磁力により開弁状態に維持し，ＥＧ
Ｒ量を適正に制御すると共にＥＧＲ弁の駆動機構を小ス
ペースに構成し，多量のＥＧＲを実行してＯ2 濃度を薄
く調整してノッキングを防止すると共にＮＯX の発生を
抑制し，更にＥＧＲの排気ガスを冷却して予混合量を増
加させて最高圧縮圧を低下させ，燃料，圧縮空気及び冷
却排気ガスの混合を良好にするため吸入行程で燃料の大
半を燃焼室に供給し，そのため，ターボチャージャによ
って圧縮空気を燃焼室へ供給する吸気ポートとＥＧＲ用
の排気ガスを燃焼室へ供給するＥＧＲポートとの二系統
から構成し，吸入行程でＥＧＲポートから燃焼室へ多量
のＥＧＲ排気ガスを供給し，次いで，吸気ポートから燃
焼室へ圧縮空気を供給すると共に燃料噴射ノズルから燃
料の一部を燃焼室へ噴射して良好な予混合気を生成し，
圧縮行程上死点近傍で着火用燃料を燃焼室に噴射して着
火燃焼させ，ＨＣ，ＮＯX 等の発生を防止して熱効率を
向上させるＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンを提
供することである。
【０００８】この発明は，シリンダヘッドが固定された
シリンダブロック，該シリンダブロックに設けられたシ
リンダ内を往復動するピストン，前記ピストンと前記シ
リンダとで形成される燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射
ノズル，前記燃焼室からの排気ガスを排出する排気管に
設けられたターボチャージャ，前記ターボチャージャの
コンプレッサに連通する吸気管に連通する前記シリンダ
ヘッドに形成された吸気ポート，前記吸気ポートに配置
された吸気弁，前記ターボチャージャの後流の排出管か
ら分岐したＥＧＲ管，該ＥＧＲ管を通じて前記燃焼室に
前記排気ガスの一部から成るＥＧＲガスを供給するＥＧ
Ｒポンプ，前記ＥＧＲ管に連通する前記シリンダヘッド
に形成されたＥＧＲポート，前記ＥＧＲポートのバルブ
シートに着座してＥＧＲガス圧を受けてリフトするＥＧ
Ｒ弁，前記ＥＧＲ弁を開弁状態に保持する電磁力駆動装
置，及び前記ＥＧＲポートを閉鎖する方向に前記ＥＧＲ
弁を付勢するバルブスプリング，から成るＥＧＲ装置を
備えたディーゼルエンジンに関する。
シリンダブロック，該シリンダブロックに設けられたシ
リンダ内を往復動するピストン，前記ピストンと前記シ
リンダとで形成される燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射
ノズル，前記燃焼室からの排気ガスを排出する排気管に
設けられたターボチャージャ，前記ターボチャージャの
コンプレッサに連通する吸気管に連通する前記シリンダ
ヘッドに形成された吸気ポート，前記吸気ポートに配置
された吸気弁，前記ターボチャージャの後流の排出管か
ら分岐したＥＧＲ管，該ＥＧＲ管を通じて前記燃焼室に
前記排気ガスの一部から成るＥＧＲガスを供給するＥＧ
Ｒポンプ，前記ＥＧＲ管に連通する前記シリンダヘッド
に形成されたＥＧＲポート，前記ＥＧＲポートのバルブ
シートに着座してＥＧＲガス圧を受けてリフトするＥＧ
Ｒ弁，前記ＥＧＲ弁を開弁状態に保持する電磁力駆動装
置，及び前記ＥＧＲポートを閉鎖する方向に前記ＥＧＲ
弁を付勢するバルブスプリング，から成るＥＧＲ装置を
備えたディーゼルエンジンに関する。
【０００９】前記電磁力駆動装置は，前記ＥＧＲ弁の弁
ステムの回りで前記シリンダヘッドに配置された電磁石
と，前記ＥＧＲ弁の端部に取り付けられ且つ前記電磁石
に吸着される透磁性部材とから構成されている。更に，
前記透磁性部材は，前記ＥＧＲ弁を復帰させる前記バル
ブスプリングの着座面となるバルブスプリングリテーナ
を構成している。
ステムの回りで前記シリンダヘッドに配置された電磁石
と，前記ＥＧＲ弁の端部に取り付けられ且つ前記電磁石
に吸着される透磁性部材とから構成されている。更に，
前記透磁性部材は，前記ＥＧＲ弁を復帰させる前記バル
ブスプリングの着座面となるバルブスプリングリテーナ
を構成している。
【００１０】前記電磁石は，前記ＥＧＲ弁の前記弁ステ
ムの回りで前記シリンダヘッドに固定された吸着コアと
該吸着コアに巻き上げられたコイルとから構成され，前
記コイルへの通電で前記吸着コアに発生した電磁力によ
って，前記吸着コアが前記透磁性部材を吸着して前記Ｅ
ＧＲ弁が開弁状態を維持するものである。
ムの回りで前記シリンダヘッドに固定された吸着コアと
該吸着コアに巻き上げられたコイルとから構成され，前
記コイルへの通電で前記吸着コアに発生した電磁力によ
って，前記吸着コアが前記透磁性部材を吸着して前記Ｅ
ＧＲ弁が開弁状態を維持するものである。
【００１１】前記吸気弁は前記コンプレッサで圧縮され
た圧縮空気を前記燃焼室へ供給するため吸入行程上死点
後７０°位から圧縮行程下死点後５０°位までリフト
し，また，前記ＥＧＲ弁は前記排気ガスを前記燃焼室へ
供給するため吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０
°位までリフトする。
た圧縮空気を前記燃焼室へ供給するため吸入行程上死点
後７０°位から圧縮行程下死点後５０°位までリフト
し，また，前記ＥＧＲ弁は前記排気ガスを前記燃焼室へ
供給するため吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０
°位までリフトする。
【００１２】このディーゼルエンジンでは，前記ＥＧＲ
ポンプは，前記排出管から前記ＥＧＲ管へ前記排気ガス
を分流させると共に前記ＥＧＲ弁を開弁させるように加
圧力を付与できる。また，このディーゼルエンジンは，
前記ＥＧＲ管に分流された前記排気ガスが冷却装置で冷
却されるものである。
ポンプは，前記排出管から前記ＥＧＲ管へ前記排気ガス
を分流させると共に前記ＥＧＲ弁を開弁させるように加
圧力を付与できる。また，このディーゼルエンジンは，
前記ＥＧＲ管に分流された前記排気ガスが冷却装置で冷
却されるものである。
【００１３】前記ＥＧＲポートから前記燃焼室へ供給さ
れる前記排気ガスのＥＧＲ率は，全負荷状態で５０％に
なり，１／２負荷以下の負荷状態で７０％になるように
エンジン負荷に応答して制御される。
れる前記排気ガスのＥＧＲ率は，全負荷状態で５０％に
なり，１／２負荷以下の負荷状態で７０％になるように
エンジン負荷に応答して制御される。
【００１４】このディーゼルエンジンは，エンジン始動
時には，圧縮行程上死点近傍で前記燃料噴射ノズルから
前記燃焼室へ燃料を噴射し，また，エンジン始動以外の
駆動時には，吸入行程後期から圧縮行程初期の段階で前
記燃料噴射ノズルから前記燃焼室へ燃料の一部を噴射
し，次いで圧縮行程上死点近傍で残量の燃料を噴射して
着火燃焼させる制御を行うものである。
時には，圧縮行程上死点近傍で前記燃料噴射ノズルから
前記燃焼室へ燃料を噴射し，また，エンジン始動以外の
駆動時には，吸入行程後期から圧縮行程初期の段階で前
記燃料噴射ノズルから前記燃焼室へ燃料の一部を噴射
し，次いで圧縮行程上死点近傍で残量の燃料を噴射して
着火燃焼させる制御を行うものである。
【００１５】このディーゼルエンジンは，前記ＥＧＲポ
ートに接続する前記ＥＧＲ管が前記排出管に接続された
分岐部より後流の前記排出管には，前記ＥＧＲポートへ
送り込むＥＧＲ量を調節するため排気制御弁が設けられ
ている。
ートに接続する前記ＥＧＲ管が前記排出管に接続された
分岐部より後流の前記排出管には，前記ＥＧＲポートへ
送り込むＥＧＲ量を調節するため排気制御弁が設けられ
ている。
【００１６】前記ＥＧＲポートはタンジェンシャルポー
トに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポート
に形成され，前記燃焼室に供給された一部の前記燃料を
包み込んだ状態の前記ＥＧＲポートの前記タンジェンシ
ャルポートから供給された前記冷却排気ガスの外周に前
記吸気ポートの前記ヘリカルポートから供給された前記
圧縮空気が供給されて混合気生成が促進する。
トに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポート
に形成され，前記燃焼室に供給された一部の前記燃料を
包み込んだ状態の前記ＥＧＲポートの前記タンジェンシ
ャルポートから供給された前記冷却排気ガスの外周に前
記吸気ポートの前記ヘリカルポートから供給された前記
圧縮空気が供給されて混合気生成が促進する。
【００１７】このディーゼルエンジンは，上記のよう
に，前記排気ガスのＥＧＲ率を負荷の減少に従って徐々
に増加させ，１／２負荷で空気量に対する排気ガス量即
ちＥＧＲガス量を７０％に設定すると，Ｏ2 濃度が約１
５％程度になり，予混合気がたとえ高い圧縮比であって
も着火せず，圧縮上死点近傍までノッキングが発生する
ことがない状態になる。そこで，圧縮上死点近傍で，燃
料噴射ノズルから燃焼室に残量の着火用燃料を噴射し，
燃焼室で混合気を着火燃焼させ，火炎を燃焼室に一気に
拡散させ，燃焼を促進する。また，このディーゼルエン
ジンは，始動時は混合気への着火が困難であるので，コ
ントローラによって燃料噴射の全量を圧縮上死点付近で
噴射し，また，燃焼が安定した定格運転時には，燃料を
吸入行程後半から圧縮行程初期の期間に噴射すると共
に，圧縮上死点付近で着火用燃料を噴射する制御に切り
換える。更に，このディーゼルエンジンでは，空気との
予混合のため燃焼室に噴射される燃料は８０〜６０％程
度に，また圧縮上死点近傍で燃焼室に噴射される燃料は
２０〜４０％程度に設定されている。
に，前記排気ガスのＥＧＲ率を負荷の減少に従って徐々
に増加させ，１／２負荷で空気量に対する排気ガス量即
ちＥＧＲガス量を７０％に設定すると，Ｏ2 濃度が約１
５％程度になり，予混合気がたとえ高い圧縮比であって
も着火せず，圧縮上死点近傍までノッキングが発生する
ことがない状態になる。そこで，圧縮上死点近傍で，燃
料噴射ノズルから燃焼室に残量の着火用燃料を噴射し，
燃焼室で混合気を着火燃焼させ，火炎を燃焼室に一気に
拡散させ，燃焼を促進する。また，このディーゼルエン
ジンは，始動時は混合気への着火が困難であるので，コ
ントローラによって燃料噴射の全量を圧縮上死点付近で
噴射し，また，燃焼が安定した定格運転時には，燃料を
吸入行程後半から圧縮行程初期の期間に噴射すると共
に，圧縮上死点付近で着火用燃料を噴射する制御に切り
換える。更に，このディーゼルエンジンでは，空気との
予混合のため燃焼室に噴射される燃料は８０〜６０％程
度に，また圧縮上死点近傍で燃焼室に噴射される燃料は
２０〜４０％程度に設定されている。
【００１８】このディーゼルエンジンは，上記のように
構成されているので，シリンダヘッドの上方にはＥＧＲ
弁を作動するカムやカム軸から成るカム式動弁機構を必
要とせず，電磁力駆動装置のみを設けた小スペースを実
現でき，しかも，吸気機構がＥＧＲポートと吸気ポート
から成る２系統でから成り，吸入行程前半でＥＧＲガス
が，次いで，吸入行程後半から圧縮行程前半で圧縮空気
が供給される供給タイミングが異なっているので，多量
のＥＧＲを実施することができ，ノッキングが発生する
恐れが無く，ＥＧＲに利用される排気ガスが冷却装置で
冷却されることによってＮＯX の発生を抑制することが
でき，燃焼に悪い影響を与える恐れが無く，しかもＥＧ
Ｒガスと燃料との混合に十分な期間を確保し，それによ
って，ＥＧＲガス，燃料の一部及び圧縮空気の良好な混
合が促進される。このディーゼルエンジンは，上記の燃
焼システムに構成することによって，排気ガス中に含ま
れるＮＯｘを５０ｐｐｍ以下に抑制し，パティキュレー
ト物質を０．０５ｇｒ／ＫＷ・ｈ以下に低減できる。な
お，従来のディーゼルエンジンは，排気ガス中に含まれ
るＮＯｘは５００ｐｐｍ程度であり，パティキュレート
物質は０．２２ｇｒ／ＫＷ・ｈ程度である。
構成されているので，シリンダヘッドの上方にはＥＧＲ
弁を作動するカムやカム軸から成るカム式動弁機構を必
要とせず，電磁力駆動装置のみを設けた小スペースを実
現でき，しかも，吸気機構がＥＧＲポートと吸気ポート
から成る２系統でから成り，吸入行程前半でＥＧＲガス
が，次いで，吸入行程後半から圧縮行程前半で圧縮空気
が供給される供給タイミングが異なっているので，多量
のＥＧＲを実施することができ，ノッキングが発生する
恐れが無く，ＥＧＲに利用される排気ガスが冷却装置で
冷却されることによってＮＯX の発生を抑制することが
でき，燃焼に悪い影響を与える恐れが無く，しかもＥＧ
Ｒガスと燃料との混合に十分な期間を確保し，それによ
って，ＥＧＲガス，燃料の一部及び圧縮空気の良好な混
合が促進される。このディーゼルエンジンは，上記の燃
焼システムに構成することによって，排気ガス中に含ま
れるＮＯｘを５０ｐｐｍ以下に抑制し，パティキュレー
ト物質を０．０５ｇｒ／ＫＷ・ｈ以下に低減できる。な
お，従来のディーゼルエンジンは，排気ガス中に含まれ
るＮＯｘは５００ｐｐｍ程度であり，パティキュレート
物質は０．２２ｇｒ／ＫＷ・ｈ程度である。
【００１９】また，このディーゼルエンジンは，ＥＧＲ
と圧縮空気とは燃焼室に別供給系によってそれぞれ供給
され，両者の燃焼室への供給タイミングがＥＧＲガスが
先に供給されるので，ターボチャージャの仕事量が増加
することが無い。また，排気ガスは冷却装置を通って低
圧力で燃焼室内に吸入されるので，ＥＧＲガスを高圧力
にする仕事は不要になり，次いで，高圧力に圧縮された
空気が吸入行程の中間位から吸気弁の開放で燃焼室に供
給されるので，吸入行程の後半では圧縮空気がピストン
を押し下げるような仕事をピストンに与えるので，仕事
のロスが少なくなる。また，吸気弁は，圧縮行程前半の
ピストン下死点後５０度位まで開弁しておれば，燃焼室
へは十分な空気が供給される。
と圧縮空気とは燃焼室に別供給系によってそれぞれ供給
され，両者の燃焼室への供給タイミングがＥＧＲガスが
先に供給されるので，ターボチャージャの仕事量が増加
することが無い。また，排気ガスは冷却装置を通って低
圧力で燃焼室内に吸入されるので，ＥＧＲガスを高圧力
にする仕事は不要になり，次いで，高圧力に圧縮された
空気が吸入行程の中間位から吸気弁の開放で燃焼室に供
給されるので，吸入行程の後半では圧縮空気がピストン
を押し下げるような仕事をピストンに与えるので，仕事
のロスが少なくなる。また，吸気弁は，圧縮行程前半の
ピストン下死点後５０度位まで開弁しておれば，燃焼室
へは十分な空気が供給される。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
によるＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンの実施例
を説明する。このＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジ
ンは，コージェネレーションシステム或いは自動車用エ
ンジン等のエンジンに適用できるものである。図１はこ
の発明によるディーゼルエンジンの一実施例を示す概略
断面図，図２は図１のディーゼルエンジンにおけるＥＧ
Ｒポート，吸気ポート，燃料噴射ノズル及び排気ポート
の関係を示す平面図，図３は図１のディーゼルエンジン
におけるＥＧＲ弁，吸気弁，排気弁及び制御弁のリフト
タイミングを説明する線図，図４は吸入行程初期で燃焼
室への予混合用燃料の噴射状態を示す概略説明図，図５
は圧縮上死点近傍で燃焼室への着火用燃料の噴射状態を
示す概略説明図，及び図６は図１のディーゼルエンジン
における負荷に対するＥＧＲ率の関係を示すグラフであ
る。
によるＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンの実施例
を説明する。このＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジ
ンは，コージェネレーションシステム或いは自動車用エ
ンジン等のエンジンに適用できるものである。図１はこ
の発明によるディーゼルエンジンの一実施例を示す概略
断面図，図２は図１のディーゼルエンジンにおけるＥＧ
Ｒポート，吸気ポート，燃料噴射ノズル及び排気ポート
の関係を示す平面図，図３は図１のディーゼルエンジン
におけるＥＧＲ弁，吸気弁，排気弁及び制御弁のリフト
タイミングを説明する線図，図４は吸入行程初期で燃焼
室への予混合用燃料の噴射状態を示す概略説明図，図５
は圧縮上死点近傍で燃焼室への着火用燃料の噴射状態を
示す概略説明図，及び図６は図１のディーゼルエンジン
における負荷に対するＥＧＲ率の関係を示すグラフであ
る。
【００２１】図１に示すように，このディーゼルエンジ
ンは，シリンダブロック４に取り付けられたシリンダヘ
ッド３，シリンダブロック４の孔部２９に嵌合したシリ
ンダ１５を構成するシリンダライナ２８，及びシリンダ
１５内を往復動するピストン５を有している。燃焼室１
は，ピストン５とシリンダ１５とで共働して形成される
ものであり，シリンダ１５とピストン５とで囲まれる領
域及びピストン５の中央に形成されたキャビティ３４に
よって形成されている。シリンダヘッド３には，カム２
４で開閉駆動される吸気弁７が配置されたバルブシート
を備えた吸気ポート９，電磁力駆動装置で開閉駆動され
るＥＧＲ弁６が配置されたバルブシートを備えたＥＧＲ
ポート８，及びカム式で開閉駆動される排気弁３５（図
２）が配置されたバルブシートを備えた排気ポート２７
とが形成されている。吸気ポート９は吸気管１２に連通
し，ＥＧＲポート８はＥＧＲ管１１に連通し，また，排
気ポート２７は排気管１３に連通している。
ンは，シリンダブロック４に取り付けられたシリンダヘ
ッド３，シリンダブロック４の孔部２９に嵌合したシリ
ンダ１５を構成するシリンダライナ２８，及びシリンダ
１５内を往復動するピストン５を有している。燃焼室１
は，ピストン５とシリンダ１５とで共働して形成される
ものであり，シリンダ１５とピストン５とで囲まれる領
域及びピストン５の中央に形成されたキャビティ３４に
よって形成されている。シリンダヘッド３には，カム２
４で開閉駆動される吸気弁７が配置されたバルブシート
を備えた吸気ポート９，電磁力駆動装置で開閉駆動され
るＥＧＲ弁６が配置されたバルブシートを備えたＥＧＲ
ポート８，及びカム式で開閉駆動される排気弁３５（図
２）が配置されたバルブシートを備えた排気ポート２７
とが形成されている。吸気ポート９は吸気管１２に連通
し，ＥＧＲポート８はＥＧＲ管１１に連通し，また，排
気ポート２７は排気管１３に連通している。
【００２２】シリンダヘッド３のシリンダ１５の中央に
は，燃焼室１に軽油等の燃料を噴射する噴孔３２を備え
た燃料噴射ノズル２が配置されている。また，吸気弁７
は，シリンダヘッド３の上面３９と弁ステム２２の端部
に取り付けられたバルブスプリングリテータ３６との間
に配設されたバルブスプリング２６のばね力で閉弁され
る。シリンダヘッド３には，図示していないが，燃焼室
１を形成するヘッドライナを遮熱空気層を形成するよう
に配置し，燃焼室１を遮熱構造に構成できる。ピストン
５は，例えば，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミックスや耐熱合金
の耐熱材から形成されたピストンヘッドと，ピストンヘ
ッドに固定されたＡｌ合金，Ｆｅ合金等の金属材から形
成されたピストンスカートとから構成することができ
る。
は，燃焼室１に軽油等の燃料を噴射する噴孔３２を備え
た燃料噴射ノズル２が配置されている。また，吸気弁７
は，シリンダヘッド３の上面３９と弁ステム２２の端部
に取り付けられたバルブスプリングリテータ３６との間
に配設されたバルブスプリング２６のばね力で閉弁され
る。シリンダヘッド３には，図示していないが，燃焼室
１を形成するヘッドライナを遮熱空気層を形成するよう
に配置し，燃焼室１を遮熱構造に構成できる。ピストン
５は，例えば，Ｓｉ3 Ｎ4 等のセラミックスや耐熱合金
の耐熱材から形成されたピストンヘッドと，ピストンヘ
ッドに固定されたＡｌ合金，Ｆｅ合金等の金属材から形
成されたピストンスカートとから構成することができ
る。
【００２３】このディーゼルエンジンは，燃焼室１から
排出される排気ガスを排出する排気管１３に設けられた
ターボチャージャ１４，ターボチャージャ１４のタービ
ン（図示せず）を通った排気ガスを冷却するためターボ
チャージャ１４の後流の排出管４５の分岐部４０で分岐
したＥＧＲ管１１に設けられた冷却装置１７，及び冷却
装置１７で冷却された冷却排気ガスを燃焼室１へ送り込
むためＥＧＲ管１１に設けられたＥＧＲポンプ２０を備
えている。ＥＧＲ管１１は，シリンダヘッド３に形成さ
れたＥＧＲポート８に連通している。ターボチャージャ
１４のコンプレッサ（図示せず）で圧縮された圧縮空気
は，燃焼室１に供給するためターボチャージャ１４のコ
ンプレッサ（図示せず）に連通した吸気管１２及び吸気
ポート９を通じて供給される。吸気管１２は，シリンダ
ヘッド３に形成された吸気ポート９に連通されている。
排出される排気ガスを排出する排気管１３に設けられた
ターボチャージャ１４，ターボチャージャ１４のタービ
ン（図示せず）を通った排気ガスを冷却するためターボ
チャージャ１４の後流の排出管４５の分岐部４０で分岐
したＥＧＲ管１１に設けられた冷却装置１７，及び冷却
装置１７で冷却された冷却排気ガスを燃焼室１へ送り込
むためＥＧＲ管１１に設けられたＥＧＲポンプ２０を備
えている。ＥＧＲ管１１は，シリンダヘッド３に形成さ
れたＥＧＲポート８に連通している。ターボチャージャ
１４のコンプレッサ（図示せず）で圧縮された圧縮空気
は，燃焼室１に供給するためターボチャージャ１４のコ
ンプレッサ（図示せず）に連通した吸気管１２及び吸気
ポート９を通じて供給される。吸気管１２は，シリンダ
ヘッド３に形成された吸気ポート９に連通されている。
【００２４】また，ＥＧＲポンプ２０は，排出管４５か
らＥＧＲ管１１へ排気ガスを分流させると共に，ＥＧＲ
弁６を開弁させるように加圧力を付与させるため作動
し，また，冷却装置１７は，排気ガスの温度膨張を低減
して燃焼室１へ供給するＥＧＲ量を増大させると共に，
圧縮端圧力を低減するため，ＥＧＲ管１１に分流された
排気ガスを冷却する。ターボチャージャ１４の後流の排
気管１２には，排気ガスの流れで発生する騒音を低減す
るため排気マフラ１６が設けられている。冷却装置１７
は，詳細に図示していないが，例えば，冷却ファン等に
よって供給される冷却風や冷却ポンプ等によって供給さ
れる冷却水によって，排気ガスから熱を奪う構造を有す
る一種の熱交換器に構成されている。
らＥＧＲ管１１へ排気ガスを分流させると共に，ＥＧＲ
弁６を開弁させるように加圧力を付与させるため作動
し，また，冷却装置１７は，排気ガスの温度膨張を低減
して燃焼室１へ供給するＥＧＲ量を増大させると共に，
圧縮端圧力を低減するため，ＥＧＲ管１１に分流された
排気ガスを冷却する。ターボチャージャ１４の後流の排
気管１２には，排気ガスの流れで発生する騒音を低減す
るため排気マフラ１６が設けられている。冷却装置１７
は，詳細に図示していないが，例えば，冷却ファン等に
よって供給される冷却風や冷却ポンプ等によって供給さ
れる冷却水によって，排気ガスから熱を奪う構造を有す
る一種の熱交換器に構成されている。
【００２５】このディーゼルエンジンは，特に，ＥＧＲ
弁６を駆動する電磁力駆動装置に特徴を有するものであ
る。電磁力駆動装置は，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の回
りでシリンダヘッド３の上面３９に配置された電磁石４
２と，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の端部４３に取り付け
られ且つ電磁石４２に吸着される透磁性部材４１とから
構成されている。透磁性部材４１は，ＥＧＲ弁６を復帰
させるバルブスプリング２５の着座面となるバルブスプ
リングリテーナ４４を構成している。バルブスプリング
２５は，シリンダヘッド３の上面３９と，バルブスプリ
ングリテーナ４４の透磁性部材４１との間に配置されて
いる。電磁石４２は，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の回り
でシリンダヘッド３の上面３９に固定された吸着コア３
７と，吸着コア３７に巻き上げられたコイル３８とから
構成されている。コントローラ１０の指令でコイル３８
への通電によって吸着コア３７に発生した電磁力によっ
て，吸着コア３７が透磁性部材４１を吸着してＥＧＲ弁
６が開弁状態に維持される。
弁６を駆動する電磁力駆動装置に特徴を有するものであ
る。電磁力駆動装置は，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の回
りでシリンダヘッド３の上面３９に配置された電磁石４
２と，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の端部４３に取り付け
られ且つ電磁石４２に吸着される透磁性部材４１とから
構成されている。透磁性部材４１は，ＥＧＲ弁６を復帰
させるバルブスプリング２５の着座面となるバルブスプ
リングリテーナ４４を構成している。バルブスプリング
２５は，シリンダヘッド３の上面３９と，バルブスプリ
ングリテーナ４４の透磁性部材４１との間に配置されて
いる。電磁石４２は，ＥＧＲ弁６の弁ステム２１の回り
でシリンダヘッド３の上面３９に固定された吸着コア３
７と，吸着コア３７に巻き上げられたコイル３８とから
構成されている。コントローラ１０の指令でコイル３８
への通電によって吸着コア３７に発生した電磁力によっ
て，吸着コア３７が透磁性部材４１を吸着してＥＧＲ弁
６が開弁状態に維持される。
【００２６】図３に示すように，ＥＧＲ弁６は，排気ガ
スを燃焼室１へ供給するため吸入行程の初期から吸入行
程上死点後９０°位までリフトする。また，吸気弁７
は，コンプレッサで圧縮された圧縮空気を燃焼室１へ供
給するため吸入行程上死点後７０°位から圧縮行程下死
点後５０°位までリフトする。従って，このディーゼル
エンジンは，ＥＧＲ弁６が吸入行程の初期から吸入行程
上死点後９０°位までリフトしてＥＧＲ用冷却排気ガス
を燃焼室１へ供給し，次いで，吸気弁７が吸入行程上死
点後７０°位から圧縮行程下死点後５０°位までリフト
して吸気ポート９を燃焼室１に連通させ，圧縮空気を燃
焼室１へ供給すると共に，燃料噴射ノズル２の噴孔３２
から燃焼室１へ燃料の一部を噴射する。また，燃料噴射
ノズル２は，コントローラ１０の指令で吸入行程後半か
ら圧縮行程前半までの期間に電磁駆動装置等によって作
動され，噴孔３２を開放して燃料源から燃料通路を通じ
て燃焼室１ヘ燃料を供給する。また，排気弁３５（図
２）は，排気行程でリフトして燃焼室１と排気ポート２
７とを連通し，燃焼室１に存在する排気ガスを排気管１
３へと排出する。
スを燃焼室１へ供給するため吸入行程の初期から吸入行
程上死点後９０°位までリフトする。また，吸気弁７
は，コンプレッサで圧縮された圧縮空気を燃焼室１へ供
給するため吸入行程上死点後７０°位から圧縮行程下死
点後５０°位までリフトする。従って，このディーゼル
エンジンは，ＥＧＲ弁６が吸入行程の初期から吸入行程
上死点後９０°位までリフトしてＥＧＲ用冷却排気ガス
を燃焼室１へ供給し，次いで，吸気弁７が吸入行程上死
点後７０°位から圧縮行程下死点後５０°位までリフト
して吸気ポート９を燃焼室１に連通させ，圧縮空気を燃
焼室１へ供給すると共に，燃料噴射ノズル２の噴孔３２
から燃焼室１へ燃料の一部を噴射する。また，燃料噴射
ノズル２は，コントローラ１０の指令で吸入行程後半か
ら圧縮行程前半までの期間に電磁駆動装置等によって作
動され，噴孔３２を開放して燃料源から燃料通路を通じ
て燃焼室１ヘ燃料を供給する。また，排気弁３５（図
２）は，排気行程でリフトして燃焼室１と排気ポート２
７とを連通し，燃焼室１に存在する排気ガスを排気管１
３へと排出する。
【００２７】このディーゼルエンジンは，ＥＧＲ管１１
が排出管４５に接続された分岐部４０より後流の排出管
４５に，ＥＧＲ管１１へ送り込むＥＧＲ量を調節するた
め排圧制御弁１８が設けられている。排圧制御弁１８
は，コントローラ１０の指令でエンジン負荷等のエンジ
ン運転状態に応じて燃焼室１へ供給するＥＧＲ用の冷却
排気ガス量を調整するようにアクチュエータ１９によっ
て作動される。また，コントローラ１０は，エンジン負
荷等のエンジン運転状態に応じて燃焼室１へ供給する燃
料量を調整するため，燃料噴射ノズル２を作動制御する
ように構成することができる。即ち，コントローラ１０
は，エンジン負荷を検出する負荷センサ３０，エンジン
回転数を検出する回転センサ３１等からのエンジン運転
状態の検出信号に応答して，燃料噴射ノズル２から燃焼
室１へ噴射される燃料流量，ターボチャージャ１４に設
けられた電動・発電機の作動状態，排気制御弁１８の開
閉量，ＥＧＲ冷却装置１７に設けたモータ等の作動，Ｅ
ＧＲポンプ２０の作動をそれぞれ適正に制御することが
できる。
が排出管４５に接続された分岐部４０より後流の排出管
４５に，ＥＧＲ管１１へ送り込むＥＧＲ量を調節するた
め排圧制御弁１８が設けられている。排圧制御弁１８
は，コントローラ１０の指令でエンジン負荷等のエンジ
ン運転状態に応じて燃焼室１へ供給するＥＧＲ用の冷却
排気ガス量を調整するようにアクチュエータ１９によっ
て作動される。また，コントローラ１０は，エンジン負
荷等のエンジン運転状態に応じて燃焼室１へ供給する燃
料量を調整するため，燃料噴射ノズル２を作動制御する
ように構成することができる。即ち，コントローラ１０
は，エンジン負荷を検出する負荷センサ３０，エンジン
回転数を検出する回転センサ３１等からのエンジン運転
状態の検出信号に応答して，燃料噴射ノズル２から燃焼
室１へ噴射される燃料流量，ターボチャージャ１４に設
けられた電動・発電機の作動状態，排気制御弁１８の開
閉量，ＥＧＲ冷却装置１７に設けたモータ等の作動，Ｅ
ＧＲポンプ２０の作動をそれぞれ適正に制御することが
できる。
【００２８】コントローラ１０は，ＥＧＲ装置によって
燃焼室１に供給される排気ガス量即ちＥＧＲ量を制御
し，低負荷時から高負荷に従って吸気に供給される排気
ガス量を低減させ，全負荷時には排気ガス量を低減させ
る制御を行うように設定されている。従って，コントロ
ーラ１０は，エンジン負荷が大きくなるに従って空気量
を適正に増加させる制御を行うため，ＥＧＲ量の低減に
見合った量だけ吸入空気量を増加させる制御を行う。こ
のディーゼルエンジンでは，例えば，図６に示すよう
に，ＥＧＲポート８から燃焼室１へ供給される排気ガス
のＥＧＲ率は，全負荷状態で５０％になり，１／２負荷
以下の負荷状態で７０％になるようにエンジン負荷によ
って制御される。ＥＧＲポート８に接続するＥＧＲ管１
１は，ターボチャージャ１４の後流の排出管４５の分岐
部４０に接続されている。分岐部４０より後流の排出管
４５には排気マフラ１６が設けられ，排気マフラ１６よ
り後流の排出管４５には，ＥＧＲポートへ送り込むＥＧ
Ｒ量を調節するため排気制御弁１８が設けられている。
燃焼室１に供給される排気ガス量即ちＥＧＲ量を制御
し，低負荷時から高負荷に従って吸気に供給される排気
ガス量を低減させ，全負荷時には排気ガス量を低減させ
る制御を行うように設定されている。従って，コントロ
ーラ１０は，エンジン負荷が大きくなるに従って空気量
を適正に増加させる制御を行うため，ＥＧＲ量の低減に
見合った量だけ吸入空気量を増加させる制御を行う。こ
のディーゼルエンジンでは，例えば，図６に示すよう
に，ＥＧＲポート８から燃焼室１へ供給される排気ガス
のＥＧＲ率は，全負荷状態で５０％になり，１／２負荷
以下の負荷状態で７０％になるようにエンジン負荷によ
って制御される。ＥＧＲポート８に接続するＥＧＲ管１
１は，ターボチャージャ１４の後流の排出管４５の分岐
部４０に接続されている。分岐部４０より後流の排出管
４５には排気マフラ１６が設けられ，排気マフラ１６よ
り後流の排出管４５には，ＥＧＲポートへ送り込むＥＧ
Ｒ量を調節するため排気制御弁１８が設けられている。
【００２９】図２に示すように，ＥＧＲ管１１に連通す
るＥＧＲポート８はタンジェンシャルポートに形成さ
れ，また，吸気管１２に連通する吸気ポート９はヘリカ
ルポートに形成されている。従って，ＥＧＲ管１１から
ＥＧＲポート８を通って燃焼室１に供給された冷却排気
ガスと，吸気管１２から吸気ポート９を通って燃焼室１
に供給された圧縮空気とは，燃焼室１において冷却排気
ガスの外周に圧縮空気が存在するパターンで互いに交差
して混合が促進され，均一な混合気生成が生成される。
るＥＧＲポート８はタンジェンシャルポートに形成さ
れ，また，吸気管１２に連通する吸気ポート９はヘリカ
ルポートに形成されている。従って，ＥＧＲ管１１から
ＥＧＲポート８を通って燃焼室１に供給された冷却排気
ガスと，吸気管１２から吸気ポート９を通って燃焼室１
に供給された圧縮空気とは，燃焼室１において冷却排気
ガスの外周に圧縮空気が存在するパターンで互いに交差
して混合が促進され，均一な混合気生成が生成される。
【００３０】このディーゼルエンジンは，上記のように
構成されているので，次のようにして作動される。この
ディーゼルエンジンは，例えば，吸入行程，圧縮行程，
膨張行程及び排気行程の４サイクルを繰り返すことによ
って駆動される。このディーゼルエンジンは，図３に示
すように，コントローラ１０によって，エンジン始動時
には圧縮行程上死点近傍で燃料噴射ノズル２から燃焼室
１へ燃料を噴射し，エンジン始動以外の駆動時には吸入
行程後半から圧縮行程初期の期間で燃料噴射ノズル２か
ら燃焼室１へ燃料の一部を噴射し（図４），次いで，圧
縮行程上死点近傍で残量の燃料を噴射して着火燃焼させ
る制御をする（図５）。エンジン始動後の定格運転状態
になると，コントローラ１０は，図６に示すように，排
気制御弁１８の作動を制御し，排気ガスの一部が冷却装
置１７を通って燃焼室１に供給するＥＧＲ用の冷却排気
ガス量を制御し，例えば，１／２負荷までは吸気の７５
％程度の冷却排気ガスを燃焼室１に供給する。コントロ
ーラ１０は，エンジン負荷が１／２負荷以上になると，
冷却排気ガス量を低減させつつ，吸入空気量を増加さ
せ，負荷に伴うＯ2 を供給する制御を行い，４／４負荷
の全負荷時には，冷却排気ガス量を５０％程度に低減し
て吸入空気量を５０％にする制御を行う。
構成されているので，次のようにして作動される。この
ディーゼルエンジンは，例えば，吸入行程，圧縮行程，
膨張行程及び排気行程の４サイクルを繰り返すことによ
って駆動される。このディーゼルエンジンは，図３に示
すように，コントローラ１０によって，エンジン始動時
には圧縮行程上死点近傍で燃料噴射ノズル２から燃焼室
１へ燃料を噴射し，エンジン始動以外の駆動時には吸入
行程後半から圧縮行程初期の期間で燃料噴射ノズル２か
ら燃焼室１へ燃料の一部を噴射し（図４），次いで，圧
縮行程上死点近傍で残量の燃料を噴射して着火燃焼させ
る制御をする（図５）。エンジン始動後の定格運転状態
になると，コントローラ１０は，図６に示すように，排
気制御弁１８の作動を制御し，排気ガスの一部が冷却装
置１７を通って燃焼室１に供給するＥＧＲ用の冷却排気
ガス量を制御し，例えば，１／２負荷までは吸気の７５
％程度の冷却排気ガスを燃焼室１に供給する。コントロ
ーラ１０は，エンジン負荷が１／２負荷以上になると，
冷却排気ガス量を低減させつつ，吸入空気量を増加さ
せ，負荷に伴うＯ2 を供給する制御を行い，４／４負荷
の全負荷時には，冷却排気ガス量を５０％程度に低減し
て吸入空気量を５０％にする制御を行う。
【００３１】このディーゼルエンジンの作動は，例え
ば，次のとおりである。ピストン５がシリンダ１５内を
下降する吸入行程において，排気弁３５が排気ポート２
７を閉鎖しているので，吸入行程前半においてＥＧＲガ
スがＥＧＲ管１１からＥＧＲポート８へ送り込まれる
と，ＥＧＲガス圧がＥＧＲ弁の弁ヘッドの面に作用し，
ＥＧＲ弁６がバルブスプリング２５のばね力に抗してリ
フトし，ＥＧＲポート８が燃焼室１に開放すると共にバ
ルブスプリングリテーナ４４の透磁性部材４１が吸着コ
ア３７の方向に下降するが，その時，コントローラ１０
の指令でコイル３８が通電され，吸着コア３７に電磁力
が発生する。そこで，吸着コア３７は，下降してきたバ
ルブスプリングリテーナ４４の透磁性部材４１を吸着
し，ＥＧＲ弁６を開弁状態に保持する。そこで，排出管
４５からＥＧＲ管１１及びＥＧＲポート８を通じて燃焼
室１にＥＧＲ用の冷却排気ガスが供給される。次いで，
ピストン５が下降して吸入行程後半になって，コントロ
ーラ１０の指令でコイル３８への通電が停止されると，
バルブスプリング２５のばね力でＥＧＲ弁６が復帰して
ＥＧＲポート８を閉鎖すると共に，吸入行程途中から圧
縮行程初期まで吸気弁７がリフトし，圧縮空気がターボ
チャージャ１４のコンプレッサから吸気管１２及び吸気
ポート９を通じて燃焼室１に圧縮空気が供給され，一
方，燃料噴射ノズル２を作動して噴孔３２から燃焼室１
へ噴射される。
ば，次のとおりである。ピストン５がシリンダ１５内を
下降する吸入行程において，排気弁３５が排気ポート２
７を閉鎖しているので，吸入行程前半においてＥＧＲガ
スがＥＧＲ管１１からＥＧＲポート８へ送り込まれる
と，ＥＧＲガス圧がＥＧＲ弁の弁ヘッドの面に作用し，
ＥＧＲ弁６がバルブスプリング２５のばね力に抗してリ
フトし，ＥＧＲポート８が燃焼室１に開放すると共にバ
ルブスプリングリテーナ４４の透磁性部材４１が吸着コ
ア３７の方向に下降するが，その時，コントローラ１０
の指令でコイル３８が通電され，吸着コア３７に電磁力
が発生する。そこで，吸着コア３７は，下降してきたバ
ルブスプリングリテーナ４４の透磁性部材４１を吸着
し，ＥＧＲ弁６を開弁状態に保持する。そこで，排出管
４５からＥＧＲ管１１及びＥＧＲポート８を通じて燃焼
室１にＥＧＲ用の冷却排気ガスが供給される。次いで，
ピストン５が下降して吸入行程後半になって，コントロ
ーラ１０の指令でコイル３８への通電が停止されると，
バルブスプリング２５のばね力でＥＧＲ弁６が復帰して
ＥＧＲポート８を閉鎖すると共に，吸入行程途中から圧
縮行程初期まで吸気弁７がリフトし，圧縮空気がターボ
チャージャ１４のコンプレッサから吸気管１２及び吸気
ポート９を通じて燃焼室１に圧縮空気が供給され，一
方，燃料噴射ノズル２を作動して噴孔３２から燃焼室１
へ噴射される。
【００３２】圧縮行程に移行すると，ピストン５がシリ
ンダ１５内を上昇し，燃焼室１に供給されたＥＧＲ用の
冷却排気ガス，燃料の一部及び圧縮空気は混合しつつ圧
縮される。圧縮行程上死点近傍までは，Ｏ2 濃度が低
く，筒内の温度はまだ低く，しかも，燃料が当量比まで
供給されていないので，混合気が自己着火してノッキン
グを起こすことがない。圧縮行程上死点近傍において，
燃料噴射ノズル２が作動されて噴孔３２から燃料が噴射
されると，燃焼室１内で圧縮された冷却排気ガス，燃料
の一部及び圧縮空気とから成る混合気が混合を促進して
着火燃焼する。そこで，ピストン５は燃焼室１の燃焼ガ
ス圧で押し下げられつつ，燃料の燃焼室１内での燃焼が
促進し，ＮＯX ，ＨＣの発生を抑制した状態で燃焼が完
結すると共に，ピストン５がシリンダ１５を降下するこ
とによって燃焼サイクルが終了し，次いで，ピストン５
が下死点に到達し，排気行程に移行する。排気弁３５が
排気ポート２７を開放し，排気ガスが排気ポート２７を
通じて排気管１３から排気され，排気ガスが有する排気
熱エネルギは，ターボチャージャ１４のタービンで回収
される。
ンダ１５内を上昇し，燃焼室１に供給されたＥＧＲ用の
冷却排気ガス，燃料の一部及び圧縮空気は混合しつつ圧
縮される。圧縮行程上死点近傍までは，Ｏ2 濃度が低
く，筒内の温度はまだ低く，しかも，燃料が当量比まで
供給されていないので，混合気が自己着火してノッキン
グを起こすことがない。圧縮行程上死点近傍において，
燃料噴射ノズル２が作動されて噴孔３２から燃料が噴射
されると，燃焼室１内で圧縮された冷却排気ガス，燃料
の一部及び圧縮空気とから成る混合気が混合を促進して
着火燃焼する。そこで，ピストン５は燃焼室１の燃焼ガ
ス圧で押し下げられつつ，燃料の燃焼室１内での燃焼が
促進し，ＮＯX ，ＨＣの発生を抑制した状態で燃焼が完
結すると共に，ピストン５がシリンダ１５を降下するこ
とによって燃焼サイクルが終了し，次いで，ピストン５
が下死点に到達し，排気行程に移行する。排気弁３５が
排気ポート２７を開放し，排気ガスが排気ポート２７を
通じて排気管１３から排気され，排気ガスが有する排気
熱エネルギは，ターボチャージャ１４のタービンで回収
される。
【００３３】
【発明の効果】この発明によるディーゼルエンジンは，
上記のように，圧縮空気とＥＧＲガスとの二系統の吸気
供給システムに構成されているので，多量のＥＧＲガス
量を燃焼室に供給でき，ＥＧＲ冷却排気ガス，燃料及び
圧縮空気の予混合を促進し，着火用燃料を噴射すること
で確実に着火燃焼させることができ，ターボチャージャ
のコンプレッサの仕事をＥＧＲ排気ガス分だけ低減させ
ることができ，しかも，冷却排気ガスと圧縮空気との供
給量割合を簡単に且つ適正に制御することができ，ＥＧ
Ｒ用排気ガスを冷却して燃焼室に供給することによって
Ｏ2 供給量を低減してノッキングの発生を防止すると共
に，圧縮端圧力を低減してＮＯX の発生を低減できる。
また，ＥＧＲ装置によって燃焼室に排気ガスを供給する
ことによって常に適正なＯ2 濃度に制御でき，ノッキン
グを発生させることがない。
上記のように，圧縮空気とＥＧＲガスとの二系統の吸気
供給システムに構成されているので，多量のＥＧＲガス
量を燃焼室に供給でき，ＥＧＲ冷却排気ガス，燃料及び
圧縮空気の予混合を促進し，着火用燃料を噴射すること
で確実に着火燃焼させることができ，ターボチャージャ
のコンプレッサの仕事をＥＧＲ排気ガス分だけ低減させ
ることができ，しかも，冷却排気ガスと圧縮空気との供
給量割合を簡単に且つ適正に制御することができ，ＥＧ
Ｒ用排気ガスを冷却して燃焼室に供給することによって
Ｏ2 供給量を低減してノッキングの発生を防止すると共
に，圧縮端圧力を低減してＮＯX の発生を低減できる。
また，ＥＧＲ装置によって燃焼室に排気ガスを供給する
ことによって常に適正なＯ2 濃度に制御でき，ノッキン
グを発生させることがない。
【図１】この発明によるディーゼルエンジンの一実施例
を示す概略断面図である。
を示す概略断面図である。
【図２】図１のディーゼルエンジンにおけるＥＧＲポー
ト，吸気ポート，燃料噴射ノズル及び排気ポートの関係
を示す平面図である。
ト，吸気ポート，燃料噴射ノズル及び排気ポートの関係
を示す平面図である。
【図３】図１のディーゼルエンジンにおけるＥＧＲ弁，
吸気弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明す
る線図である。
吸気弁，排気弁及び制御弁のリフトタイミングを説明す
る線図である。
【図４】吸入行程初期で燃焼室への予混合用燃料の噴射
状態を示す概略説明図である。
状態を示す概略説明図である。
【図５】圧縮上死点近傍で燃焼室への着火用燃料の噴射
状態を示す概略説明図である。
状態を示す概略説明図である。
【図６】図１のディーゼルエンジンにおける負荷に対す
るＥＧＲ率の関係を示すグラフである。
るＥＧＲ率の関係を示すグラフである。
１ 燃焼室 ２ 燃料噴射ノズル ３ シリンダヘッド ４ シリンダブロック ５ ピストン ６ ＥＧＲ弁 ７ 吸気弁 ８ ＥＧＲポート ９ 吸気ポート １０ コントローラ １１ ＥＧＲ管 １２ 吸気管 １３ 排気管 １４ ターボチャージャ １５ シリンダ １７ ＥＧＲ冷却装置 １８ 排気制御弁 ２０ ＥＧＲポンプ ２１ 弁ステム ２５ バルブスプリング ３７ 吸着コア ３８ コイル ３９ シリンダヘッド上面 ４０ 分岐部 ４１ 透磁性部材 ４２ 電磁石 ４３ 弁ステムの端部 ４４ バルブスプリングリテーナ ４５ 排出管
Claims (10)
- 【請求項１】 シリンダヘッドが固定されたシリンダブ
ロック，該シリンダブロックに設けられたシリンダ内を
往復動するピストン，前記ピストンと前記シリンダとで
形成される燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射ノズル，前
記燃焼室からの排気ガスを排出する排気管に設けられた
ターボチャージャ，前記ターボチャージャのコンプレッ
サに連通する吸気管に連通する前記シリンダヘッドに形
成された吸気ポート，前記吸気ポートに配置された吸気
弁，前記ターボチャージャの後流の排出管から分岐した
ＥＧＲ管，該ＥＧＲ管を通じて前記燃焼室に前記排気ガ
スの一部から成るＥＧＲガスを供給するＥＧＲポンプ，
前記ＥＧＲ管に連通する前記シリンダヘッドに形成され
たＥＧＲポート，前記ＥＧＲポートのバルブシートに着
座してＥＧＲガス圧を受けてリフトするＥＧＲ弁，前記
ＥＧＲ弁を開弁状態に保持する電磁力駆動装置，及び前
記ＥＧＲポートを閉鎖する方向に前記ＥＧＲ弁を付勢す
るバルブスプリング，から成るＥＧＲ装置を備えたディ
ーゼルエンジン。 - 【請求項２】 前記電磁力駆動装置は，前記ＥＧＲ弁の
弁ステムの回りで前記シリンダヘッドに配置された電磁
石と，前記ＥＧＲ弁の端部に取り付けられ且つ前記電磁
石に吸着される透磁性部材とから構成されていることか
ら成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼル
エンジン。 - 【請求項３】 前記透磁性部材は，前記ＥＧＲ弁を復帰
させる前記バルブスプリングの着座面となるバルブスプ
リングリテーナを構成していることから成る請求項２に
記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジン。 - 【請求項４】 前記電磁石は，前記ＥＧＲ弁の前記弁ス
テムの回りで前記シリンダヘッドに固定された吸着コア
と該吸着コアに巻き上げられたコイルとから構成され，
前記コイルへの通電で前記吸着コアに発生した電磁力に
よって，前記吸着コアが前記透磁性部材を吸着して前記
ＥＧＲ弁が開弁状態を維持することから成る請求項１に
記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジン。 - 【請求項５】 前記吸気弁は前記コンプレッサで圧縮さ
れた圧縮空気を前記燃焼室へ供給するため吸入行程上死
点後７０°位から圧縮行程下死点後５０°位までリフト
し，また，前記ＥＧＲ弁は前記排気ガスを前記燃焼室へ
供給するため吸入行程の初期から吸入行程上死点後９０
°位までリフトすることから成る請求項１に記載のＥＧ
Ｒ装置を備えたディーゼルエンジン。 - 【請求項６】 前記ＥＧＲポンプは，前記排出管から前
記ＥＧＲ管へ前記排気ガスを分流させると共に前記ＥＧ
Ｒ弁を開弁させるように加圧力を付与でき，また，前記
ＥＧＲ管に分流された前記排気ガスが冷却装置で冷却さ
れることから成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えた
ディーゼルエンジン。 - 【請求項７】 前記ＥＧＲポートから前記燃焼室へ供給
される前記排気ガスのＥＧＲ率は，全負荷状態で５０％
になり，１／２負荷以下の負荷状態で７０％になるよう
にエンジン負荷に応答して制御されることから成る請求
項１に記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジン。 - 【請求項８】 エンジン始動時には，圧縮行程上死点近
傍で前記燃料噴射ノズルから前記燃焼室へ燃料を噴射
し，また，エンジン始動以外の駆動時には，吸入行程後
期から圧縮行程初期の段階で前記燃料噴射ノズルから前
記燃焼室へ燃料の一部を噴射し，次いで圧縮行程上死点
近傍で残量の燃料を噴射して着火燃焼させる制御を行う
ことから成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えたディ
ーゼルエンジン。 - 【請求項９】 前記ＥＧＲポートに接続する前記ＥＧＲ
管が前記排出管に接続された分岐部より後流の前記排出
管には，前記ＥＧＲポートへ送り込むＥＧＲ量を調節す
るため排気制御弁が設けられていることから成る請求項
１に記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジン。 - 【請求項１０】 前記ＥＧＲポートはタンジェンシャル
ポートに形成され，また，前記吸気ポートはヘリカルポ
ートに形成され，前記燃焼室に供給された一部の前記燃
料を包み込んだ状態の前記ＥＧＲポートの前記タンジェ
ンシャルポートから供給された前記冷却排気ガスの外周
に前記吸気ポートの前記ヘリカルポートから供給された
前記圧縮空気が供給されて混合気生成が促進することか
ら成る請求項１に記載のＥＧＲ装置を備えたディーゼル
エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11135685A JP2000329009A (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Ｅｇｒ装置を備えたディーゼルエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11135685A JP2000329009A (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Ｅｇｒ装置を備えたディーゼルエンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000329009A true JP2000329009A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=15157530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11135685A Pending JP2000329009A (ja) | 1999-05-17 | 1999-05-17 | Ｅｇｒ装置を備えたディーゼルエンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000329009A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6945236B2 (en) | 2003-07-02 | 2005-09-20 | Mazda Motor Corporation | EGR control apparatus for engine |
-
1999
- 1999-05-17 JP JP11135685A patent/JP2000329009A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6945236B2 (en) | 2003-07-02 | 2005-09-20 | Mazda Motor Corporation | EGR control apparatus for engine |
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