JP4338660B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明は、上部に点火プラグを有する燃焼室と、前記燃焼室に吸気される新気が流通する吸気路と、前記燃焼室から排出された排ガスが流通する排気路と、前記排気路から分岐し前記吸気路の排ガス供給部に接続されるEGR路とを備え、前記排気路から前記EGR路に流入した排ガスが前記排ガス供給部から前記吸気路に流入するエンジンに関する。 The present invention includes a combustion chamber having an ignition plug at an upper portion, an intake passage through which fresh air taken into the combustion chamber flows, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows, and a branch from the exhaust passage And an EGR path connected to the exhaust gas supply section of the intake path, and the exhaust gas flowing into the EGR path from the exhaust path flows into the intake path from the exhaust gas supply section.
エンジンにおいてNOx(窒素酸化物)の生成を抑制する方法として、排気路と吸気路とを接続するEGR路を設け、燃焼室から排気路に排出された排ガスをそのEGR路を通じて吸気路に還流させる排ガス還流法(以下、EGRと呼ぶ。)が知られており、このEGRを行うことにより、比較的比熱が大きな排ガスを燃焼室に吸気される新気に混合することで、新気の熱容量を増加させ、燃焼温度の上昇を抑制することができる。 As a method for suppressing the generation of NOx (nitrogen oxide) in the engine, an EGR path connecting the exhaust path and the intake path is provided, and exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust path is recirculated to the intake path through the EGR path. An exhaust gas recirculation method (hereinafter referred to as EGR) is known, and by performing this EGR, exhaust gas having a relatively large specific heat is mixed with fresh air sucked into the combustion chamber, thereby reducing the heat capacity of the fresh air. The increase in combustion temperature can be suppressed.
上記のようにEGRを実施するエンジンとして、吸気路を2流路に分割し、その一方側の流路にのみEGR路を接続して排ガスを供給して、燃焼室において排ガスを成層化するように構成されたエンジン(例えば、特許文献1を参照。)や、吸気路において新気と排ガスとを夫々旋回させて混合を促進するための混合機構を備えて、燃焼室において排ガスを均質化するように構成されたエンジン(例えば、特許文献2を参照。)が知られている。 As an engine for performing EGR as described above, the intake passage is divided into two passages, and the exhaust gas is supplied by connecting the EGR passage to only one of the passages so that the exhaust gas is stratified in the combustion chamber. The engine (for example, refer to Patent Document 1) and a mixing mechanism for accelerating mixing by rotating fresh air and exhaust gas in the intake passage, respectively, and homogenizing the exhaust gas in the combustion chamber An engine configured as described above (for example, see Patent Document 2) is known.
そして、燃焼室において上部の点火プラグ付近に燃料を偏らせて燃焼させる所謂成層燃焼エンジンでは、燃焼室において排ガスを成層化する形態でEGRを実施することで、燃焼室上部の濃混合気に対しては排ガスの供給量を多くして燃焼速度及び燃焼温度の過剰上昇を抑制してNOxの生成を抑制し、一方、他の淡混合気に対しては排ガスの供給量を少なくして、安定した燃焼状態を実現し、CO(一酸化炭素)及びTHC(未燃炭化水素)の生成を抑制することができる。 In a so-called stratified combustion engine in which fuel is biased near the upper spark plug in the combustion chamber and burned, EGR is performed in a form in which the exhaust gas is stratified in the combustion chamber. In this case, the amount of exhaust gas supplied is increased to suppress the excessive increase in the combustion speed and combustion temperature, thereby suppressing the generation of NOx. The combustion state achieved can be realized, and the production of CO (carbon monoxide) and THC (unburned hydrocarbon) can be suppressed.
一方、燃焼室において全体的に高当量比の混合気を均質燃焼させるエンジンでは、燃焼室において排ガスを均質化する形態でEGRを実行することで、排ガスが局所的に過剰に供給されることで燃焼状態が不安定になることを抑制しながら、多くの排ガスを燃焼室に還流させて、NOxの生成を大幅に抑制することができる。 On the other hand, in an engine that homogeneously burns a mixture with a high equivalence ratio in the combustion chamber as a whole, exhaust gas is locally supplied excessively by executing EGR in a form in which the exhaust gas is homogenized in the combustion chamber. While suppressing the instability of the combustion state, a large amount of exhaust gas is recirculated to the combustion chamber, so that the generation of NOx can be significantly suppressed.
しかしながら、上記特許文献1及び2に記載のエンジンでは、燃焼室において排ガスを成層化又は均質化するために、非常に煩雑な構造を採用しており、高コスト化及び大型化を招く恐れがある。
However, the engines described in
また、例えばエンジンの運転状態に合わせて、燃焼室において排ガスを成層化する状態と均質化する状態とを切り換えるようには構成されておらず、例えば、このように構成する場合には、夫々独立の吸気路の構造を採用する必要がある。 Further, for example, it is not configured to switch between a state in which the exhaust gas is stratified and a state in which the exhaust gas is homogenized in the combustion chamber in accordance with the operating state of the engine. It is necessary to adopt the structure of the intake passage.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、EGRを実施するエンジンにおいて、簡単な構成で、燃焼室において排ガスを成層化又は均質化することができ、更に、運転状態に合わせて適宜燃焼室において排ガスを成層化又は均質化することにより、燃焼室における燃焼状態を安定したものに維持したまま、充分な量の排ガスを還流させてNOxの生成を確実に抑制することができるエンジンを提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to stratify or homogenize exhaust gas in a combustion chamber with a simple configuration in an engine that implements EGR, and further to operation. By appropriately stratifying or homogenizing the exhaust gas in the combustion chamber according to the state, a sufficient amount of exhaust gas is recirculated while reliably maintaining the combustion state in the combustion chamber, and NOx generation is reliably suppressed. The point is to provide an engine that can.
上記目的を達成するための本発明に係るエンジンは、上部に点火プラグを有する燃焼室と、前記燃焼室に吸気される新気が流通する吸気路と、前記燃焼室から排出された排ガスが流通する排気路と、前記排気路から分岐し前記吸気路の排ガス供給部に接続されるEGR路とを備え、前記排気路から前記EGR路に流入した排ガスが前記排ガス供給部から前記吸気路に流入するエンジンであって、その第1特徴構成は、前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部を備え、前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化するように構成された点にある。
In order to achieve the above object, an engine according to the present invention includes a combustion chamber having an ignition plug at an upper portion, an intake passage through which fresh air sucked into the combustion chamber flows, and exhaust gas discharged from the combustion chamber flows. And an EGR path branched from the exhaust path and connected to the exhaust gas supply section of the intake path, and exhaust gas flowing from the exhaust path into the EGR path flows into the intake path from the exhaust gas supply section The first characteristic configuration of the engine is that the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is defined as the exhaust gas mixing path volume, and the intake volume per cycle in the combustion chamber is defined as one cycle intake. The ratio of the volume and the exhaust gas mixing path volume to the one-cycle intake volume is defined as the exhaust gas mixing path ratio,
As the exhaust gas supply section, a stratification exhaust gas supply section in which the exhaust gas mixing path ratio is in a range of 0.5 or more and less than 1.0 or in a range of 1.5 or more and less than 2.0, the stratification is performed. The exhaust gas is supplied into the intake passage from the exhaust gas supply unit, and the exhaust gas is stratified in the upper part of the combustion chamber.
排気路と吸気路とを接続するEGR路を通じて排気路の背圧を利用して排ガスを吸気路に還流させるEGRを実施するエンジンにおいて、特に吸気路に発生する脈動により、吸気路には、新気に対する排ガスの濃度が高い濃排ガス部と、新気に対する排ガスの濃度が低い淡排ガス部とからなる濃淡分布が形成される。 In an engine that implements EGR that recirculates exhaust gas to the intake passage using the back pressure of the exhaust passage through the EGR passage that connects the exhaust passage and the intake passage, the intake passage has a new A concentration distribution consisting of a concentrated exhaust gas portion having a high concentration of exhaust gas relative to the air and a light exhaust gas portion having a low concentration of exhaust gas relative to fresh air is formed.
即ち、吸気路において新気の流れが停止している時期、即ち吸気行程以外の時期に、排ガス供給部から吸気路に排ガスが供給されると、新気に対する排ガスの濃度が高くなることから上記濃排ガス部が形成され、一方、吸気路において新気が流れている時期、即ち吸気行程の時期に、排ガス供給部から吸気路に排ガスが供給されると、新気に対する排ガスの濃度が低くなることから上記淡排ガス部が形成される。結果、吸気路には、燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で、上記濃排ガス部と上記淡排ガス部とからなる濃淡分布が出現する状態となる。 That is, when exhaust gas is supplied from the exhaust gas supply unit to the intake passage at a time when the flow of fresh air is stopped in the intake passage, that is, at a time other than the intake stroke, the concentration of exhaust gas with respect to fresh air increases. On the other hand, when exhaust gas is supplied from the exhaust gas supply unit to the intake passage at the time when fresh air is flowing in the intake passage, that is, during the intake stroke, the concentration of the exhaust gas with respect to the fresh air decreases. Thus, the light exhaust gas part is formed. As a result, in the intake passage, a concentration distribution consisting of the concentrated exhaust gas portion and the light exhaust gas portion appears at intervals corresponding to the intake volume per cycle in the combustion chamber.
そして、上記第1特徴構成によれば、吸気路において、上記のような排ガス混合経路割合を有する成層化用排ガス供給部を設け、EGRを実施するにあたり、その成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを供給することで、その吸気路における新気に対する排ガスの濃淡分布を良好に維持したまま、濃排ガス部を燃焼室上部の点火領域に偏在させる状態で、その新気を燃焼室に吸気することができる。 According to the first characteristic configuration, the stratification exhaust gas supply unit having the exhaust gas mixing path ratio as described above is provided in the intake passage, and the EGR is performed from the stratification exhaust gas supply unit when the EGR is performed. By supplying exhaust gas to the passage, while maintaining a good distribution of exhaust gas concentration with respect to fresh air in the intake passage, the fresh exhaust gas is placed in the combustion chamber in a state where the concentrated exhaust gas portion is unevenly distributed in the ignition region at the upper part of the combustion chamber. Can inhale.
即ち、上記排ガス混合経路割合が、0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2.0未満の範囲内である成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを供給すると、吸気行程以外の時期に、排ガス供給部付近に形成された排ガスの濃淡分布における濃排ガス部の多くは、新気流の影響が比較的少ない吸気行程の後期に燃焼室に吸気されることになるので、その濃排ガス部の拡散を抑制した状態でその新気を燃焼室に吸気すると共に、吸気行程の後期に燃焼室に吸気される濃排ガス部を燃焼室上部の点火領域に偏在させることができる。
よって、点火領域においては混合気を多くの排ガスにより緩慢燃焼させてNOxの生成を抑制し、点火領域以外の領域においては、混合気に対して排ガスが過剰に供給されることを抑制して、安定した燃焼を実現し、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
That is, when exhaust gas is supplied to the intake passage from the exhaust gas supply unit for stratification in which the exhaust gas mixing path ratio is in the range of 0.5 or more and less than 1.0 or in the range of 1.5 or more and less than 2.0. During the period other than the intake stroke, most of the concentrated exhaust gas portion in the concentration distribution of the exhaust gas formed near the exhaust gas supply portion is sucked into the combustion chamber at the later stage of the intake stroke where the influence of the new airflow is relatively small Therefore, it is possible to inhale the fresh air into the combustion chamber while suppressing the diffusion of the concentrated exhaust gas portion, and to distribute the concentrated exhaust gas portion sucked into the combustion chamber in the later stage of the intake stroke in the ignition region at the upper portion of the combustion chamber. it can.
Therefore, in the ignition region, the air-fuel mixture is slowly burned with a large amount of exhaust gas to suppress the generation of NOx, and in regions other than the ignition region, the exhaust gas is suppressed from being excessively supplied to the air-fuel mixture, Stable combustion can be realized, and CO and THC emissions can be suppressed.
また、成層化用排ガス供給部の排ガス混合経路割合を0.5以上且つ1.0未満の範囲内とすれば、成層化用排ガス供給部付近に形成された濃排ガス部の多くを、次の吸気行程という非常に短い時間で燃焼室に吸気することができるので、吸気路において濃排ガスの拡散を一層抑制して、良好な燃焼状態を実現することができる。 Further, if the exhaust gas mixing path ratio of the stratification exhaust gas supply part is within the range of 0.5 or more and less than 1.0, most of the concentrated exhaust gas part formed in the vicinity of the stratification exhaust gas supply part Since the combustion chamber can be sucked into the combustion chamber in a very short time of the intake stroke, it is possible to further suppress the diffusion of the concentrated exhaust gas in the intake passage and realize a good combustion state.
本発明に係るエンジンの第2特徴構成は、上記第1特徴構成に加えて、前記燃焼室の上部に燃料を成層化して燃焼させる成層燃焼を行うように構成され、
前記成層燃焼を行う場合に、前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化する点にある。
In addition to the first characteristic configuration, the second characteristic configuration of the engine according to the present invention is configured to perform stratified combustion in which fuel is stratified and burned in an upper portion of the combustion chamber,
In the case of performing the stratified combustion, the exhaust gas is caused to flow into the intake passage from the stratified exhaust gas supply section to stratify the exhaust gas in the upper part of the combustion chamber.
上記第2特徴構成によれば、例えば燃焼室において上部の点火プラグ付近に燃料を偏らせる形態で上部に燃料を成層化して燃焼させる所謂成層燃焼を行う場合において、成層化用排ガス供給部から吸気路に排ガスを流入させて燃焼室の上部に排ガスを成層化することで、点火領域においては濃混合気を多くの排ガスにより緩慢燃焼させてNOxの生成を抑制し、点火領域以外の領域においては、淡混合気に対して排ガスが過剰に供給されることを抑制して、安定した燃焼を実現し、CO及びTHCの排出を抑制することができる。よって、例えば、燃焼室において低当量比の混合気を成層燃焼させる場合でも、安定した燃焼状態を実現することができる。 According to the second characteristic configuration, for example, when so-called stratified combustion is performed in which fuel is stratified and burned in the form of biasing fuel near the upper spark plug in the combustion chamber, the intake air is supplied from the stratification exhaust gas supply unit. By letting the exhaust gas flow into the road and stratify the exhaust gas in the upper part of the combustion chamber, in the ignition region, the rich mixture is slowly burned by many exhaust gases to suppress the generation of NOx, and in the region other than the ignition region In addition, it is possible to suppress the exhaust gas from being supplied excessively with respect to the light mixture, to realize stable combustion, and to suppress the emission of CO and THC. Therefore, for example, even when the air-fuel mixture having a low equivalent ratio is stratified in the combustion chamber, a stable combustion state can be realized.
本発明に係るエンジンの第3特徴構成は、前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部を備え、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化するように構成されている点にある。
According to a third characteristic configuration of the engine of the present invention, the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is defined as the exhaust gas mixing path volume, and the intake volume per cycle in the combustion chamber is defined as the one-cycle intake volume. The ratio of the exhaust gas mixing path volume to the one-cycle intake volume is defined as the exhaust gas mixing path ratio,
The exhaust gas supply unit includes a homogenization exhaust gas supply unit in which the exhaust gas mixing path ratio is in a range of less than 0.5, in a range of 1.0 or more and less than 1.5, or in a range of 2.0 or more. The exhaust gas is supplied from the homogenization exhaust gas supply section into the intake passage so that the exhaust gas is homogenized in the combustion chamber.
上記第3特徴構成によれば、吸気路において、上記のような排ガス混合経路割合を有する均質化用排ガス供給部を設け、EGRを実施するにあたり、その均質化用排ガス供給部から吸気路に排ガスを供給することで、その吸気路における新気に対する排ガスの濃淡分布を解消して均質化した状態で、燃焼室に新気を吸気することができる。 According to the third characteristic configuration, in the intake passage, the exhaust gas supply section for homogenization having the exhaust gas mixing path ratio as described above is provided, and when performing EGR, the exhaust gas is supplied from the homogenization exhaust gas supply section to the intake passage. By supplying, fresh air can be sucked into the combustion chamber in a state in which the concentration distribution of exhaust gas with respect to fresh air in the intake passage is eliminated and homogenized.
即ち、上記排ガス混合経路割合が0.5未満の範囲内又は1.0以上且つ1.5未満の範囲内である均質化用排ガス供給部から吸気路に排ガスを供給すると、吸気行程以外の時期に、排ガス供給部付近に形成された排ガスの濃淡分布における濃排ガス部の多くは、新気流の影響が比較的大きい吸気行程の初期に燃焼室に吸気されることになるので、その新気流により濃排ガス部の拡散が促進され、排ガスを均質化した状態でその新気を燃焼室に吸気することができる。
また、上記排ガス混合経路割合が2.0以上の範囲内である均質化用排ガス供給部から吸気路に排ガスを供給すると、均質化用排ガス供給部付近に形成された濃排ガス部の多くを、3サイクル以上先の吸気行程という非常に長い時間で燃焼室に吸気することができるので、吸気路において濃排ガス部の拡散を一層促進して、排ガスを一層均質化した状態でその排ガスが供給された新気を燃焼室に吸気することができる。
よって、排ガスが局所的に過剰に供給されることで燃焼状態が不安定になることを抑制しながら、多くの排ガスを燃焼室に還流させて、NOxの生成を大幅に抑制することができる。
That is, when exhaust gas is supplied to the intake passage from the exhaust gas supply section for homogenization in which the exhaust gas mixing path ratio is within a range of less than 0.5 or within a range of 1.0 or more and less than 1.5, a period other than the intake stroke In addition, most of the rich exhaust gas part in the concentration distribution of exhaust gas formed near the exhaust gas supply part is sucked into the combustion chamber at the beginning of the intake stroke where the influence of the new air current is relatively large. The diffusion of the concentrated exhaust gas part is promoted, and the fresh air can be sucked into the combustion chamber in a state where the exhaust gas is homogenized.
Further, when exhaust gas is supplied to the intake passage from the homogenization exhaust gas supply part in which the exhaust gas mixing path ratio is in the range of 2.0 or more, most of the concentrated exhaust gas part formed in the vicinity of the homogenization exhaust gas supply part, Since the combustion chamber can be sucked into the combustion chamber in an extremely long time of three or more cycles ahead, the exhaust gas is supplied in a state in which the exhaust gas is further homogenized by further promoting the diffusion of the concentrated exhaust gas portion in the intake passage. Fresh air can be sucked into the combustion chamber.
Therefore, it is possible to remarkably suppress the generation of NOx by recirculating a large amount of exhaust gas to the combustion chamber while suppressing the combustion state from becoming unstable due to excessive supply of exhaust gas locally.
本発明に係るエンジンの第4特徴構成は、上記第3特徴構成に加えて、前記燃焼室において燃料を均質化して燃焼させる均質燃焼を行うように構成され、
前記均質燃焼を行う場合に、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化する点にある。
In addition to the third characteristic configuration, the fourth characteristic configuration of the engine according to the present invention is configured to perform homogeneous combustion in which the fuel is homogenized and burned in the combustion chamber,
When performing the homogeneous combustion, the exhaust gas is caused to flow from the homogenization exhaust gas supply section into the intake passage to homogenize the exhaust gas in the combustion chamber.
上記第4特徴構成によれば、燃焼室において全体的に燃料を均質化して燃焼させる所謂均質燃焼を行う場合において、均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化することで、燃焼室全体において、燃料に対して排ガスを均質に混合して安定した燃焼状態を実現することができる。よって、燃焼室において高当量比の混合気を燃焼させる場合でも、多くの排ガスを燃焼室に還流させて、NOxの生成を大幅に抑制することができる。 According to the fourth characteristic configuration, when so-called homogeneous combustion is performed in which the fuel is homogenized and burned as a whole in the combustion chamber, the exhaust gas is caused to flow into the intake passage from the homogenization exhaust gas supply unit, and the exhaust gas is discharged in the combustion chamber. By homogenizing, it is possible to achieve a stable combustion state by uniformly mixing exhaust gas with fuel in the entire combustion chamber. Therefore, even when a high-equivalence ratio air-fuel mixture is burned in the combustion chamber, a large amount of exhaust gas can be recirculated to the combustion chamber, and NOx production can be greatly suppressed.
本発明に係るエンジンの第5特徴構成は、前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部と、前記排ガス混合経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部とを備え、
前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化する排ガス成層化運転モードと、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化する排ガス均質化運転モードとを切り換える運転モード切換手段を備え、
運転状態に基づいて前記運転モード切換手段を制御する制御手段を備えた点にある。
According to a fifth characteristic configuration of the engine of the present invention, the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber in the intake passage is defined as the exhaust gas mixing path volume, and the intake volume per cycle in the combustion chamber is defined as the one-cycle intake volume. The ratio of the exhaust gas mixing path volume to the one-cycle intake volume is defined as the exhaust gas mixing path ratio,
As the exhaust gas supply section, a stratification exhaust gas supply section in which the ratio of the exhaust gas mixing path is 0.5 or more and less than 1.0 or 1.5 or more and less than 2.0, and the exhaust gas mixing path An exhaust gas supply unit for homogenization within a range of less than 0.5, 1.0 or more and less than 1.5 or 2.0 or more,
An exhaust gas stratification operation mode in which exhaust gas flows into the intake passage from the stratification exhaust gas supply unit and stratifies the exhaust gas in an upper portion of the combustion chamber, and exhaust gas flows into the intake passage from the homogenization exhaust gas supply unit An operation mode switching means for switching between the exhaust gas homogenization operation mode for homogenizing the exhaust gas in the combustion chamber,
There exists a control means which controls the said operation mode switching means based on a driving | running state.
上記第5特徴構成によれば、上記成層化用排ガス供給部と上記均質化用排ガス供給部とを設けることから、上記第1又は第3特徴構成と同様の作用効果を発揮することができ、更に、上記制御手段により、燃焼室における燃料の分布などの運転状態に基づいて運転モード切換手段を制御して上記排ガス成層化運転モードと上記排ガス均質化運転モードとを切り換えることで、低NOx化及び安定燃焼を実現しえる適切な運転モードで運転を行うことができる。 According to the fifth feature configuration, since the stratification exhaust gas supply unit and the homogenization exhaust gas supply unit are provided, the same effects as the first or third feature configuration can be exhibited, Further, the control means controls the operation mode switching means based on the operation state such as fuel distribution in the combustion chamber to switch between the exhaust gas stratification operation mode and the exhaust gas homogenization operation mode, thereby reducing NOx. In addition, the operation can be performed in an appropriate operation mode capable of realizing stable combustion.
本発明に係るエンジンの第6特徴構成は、上記第5特徴構成に加えて、前記燃焼室において燃料を成層化して燃焼させる成層燃焼と、前記燃焼室において燃料を均質化して燃焼させる均質燃焼とを択一的に行うように構成され、
前記制御手段が、前記燃焼室において成層燃焼を行う場合には前記運転モード切換手段を前記排ガス成層化運転モードとし、前記燃焼室において均質燃焼を行う場合には前記運転モード切換手段を前記排ガス均質化運転モードとする点にある。
The sixth characteristic configuration of the engine according to the present invention includes, in addition to the fifth characteristic configuration, stratified combustion in which fuel is stratified and burned in the combustion chamber, and homogeneous combustion in which fuel is homogenized and burned in the combustion chamber. Is configured to do alternatively,
When the control means performs stratified combustion in the combustion chamber, the operation mode switching means is set to the exhaust gas stratification operation mode, and when the control means performs homogeneous combustion in the combustion chamber, the operation mode switching means is set to the exhaust gas homogeneous. It is in the point to set to the operation mode.
上記第6特徴構成によれば、上記制御手段は、燃焼室で燃焼される混合気の当量比が例えば設定値よりも低く、その混合気が成層燃焼する場合には、上記運転モード切換手段により排ガス成層化運転モードに切り換えて、点火領域におけるNOxの生成と、点火領域以外の領域における安定燃焼を実現することができる。一方、上記制御手段は、燃焼室で燃焼される混合気の当量比が例えば設定値よりも高く、その混合気が均質燃焼する場合には、上記運転モード切換手段により排ガス均質化運転モードに切り換えて、安定した燃焼状態を実現しながら、多くの排ガスを燃焼室に還流させて、NOxの生成を大幅に抑制することができる。 According to the sixth feature, when the equivalence ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is lower than a set value, for example, when the air-fuel mixture is stratified combustion, the control means uses the operation mode switching means. By switching to the exhaust gas stratification operation mode, NOx generation in the ignition region and stable combustion in regions other than the ignition region can be realized. On the other hand, when the equivalence ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is higher than, for example, a set value and the air-fuel mixture burns homogeneously, the control means switches to the exhaust gas homogenization operation mode by the operation mode switching means. Thus, while realizing a stable combustion state, a large amount of exhaust gas can be recirculated to the combustion chamber, so that the generation of NOx can be significantly suppressed.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
エンジンには、図1等に示すように、シリンダ3の内面とシリンダヘッド4の下面とピストン5の頂面とで規定され、上部に点火プラグ2を有する燃焼室1と、吸気弁6を介して接続され、燃焼室1に吸気される新気Iが流通する吸気路8と、燃焼室1に排気弁7を介して接続され、燃焼室1から排出された排ガスEが流通する排気路9とが設けられている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 and the like, the engine is defined by an inner surface of a
また、ピストン5は、連結棒(図示せず)に揺動自在に連結されており、ピストン5の往復動はその連結棒によって1つのクランク軸(図示せず)の回転運動として得られ、このような構成は通常のエンジンと変わるところが無い。
The
吸気路8を流通する新気Iは、適宜過給機等により過給された後に燃焼室1に吸気され、吸気路8又は燃焼室1に設けられた燃料供給部(図示せず)により天然ガス等の気体燃料が供給されて混合気となり、その混合気が燃焼室1において燃焼する。
The fresh air I flowing through the
そして、燃焼室1において混合気は、ピストン5の上昇により圧縮された後に、点火プラグ2により火花点火されて燃焼する。
In the
排気路9から分岐し吸気路8の排ガス供給部11に接続されるEGR路15が設けられており、このEGR路15を通じて、排気路9の背圧を利用して排ガスEが吸気路8に排ガス供給部11から供給される所謂EGRが実施される。
また、EGR路15にはEGR弁16が設けられており、EGR弁16の開度を調整して吸気路8への排ガスEの供給量であるEGR量を制御することができる。
An
An
以下、上記排ガス供給路11による吸気路8への排ガスEの供給状態について説明する。
吸気路8を流通する新気Iの流通状態は、吸気弁6の開閉動作に伴って、サイクル周期で周期的に変動する。即ち、吸気路8において、吸気弁6が開状態となる吸気行程においては、新気Iが燃焼室1に吸い込まれて圧力が低下し、それ以外の行程においては、新気Iが吸い込まれずに圧力が低下しないという、脈動が発生する。
Hereinafter, the supply state of the exhaust gas E to the
The distribution state of the fresh air I flowing through the
よって、排ガス供給部11付近の圧力は、上記吸気路8における新気Iの脈動と同期して変化し、具体的には、最も新気Iの流速が大きい吸気行程の中期において、上記排ガス供給部11付近の圧力が最も低下することになる。
Therefore, the pressure in the vicinity of the exhaust
そして、上記排ガス供給部11から吸気路8への排ガスEの供給量は、上記のような新気Iの脈動により、サイクル周期で周期的に変化することになる。特に、吸気弁6が閉状態となり吸気路8における新気Iの流れが停止した瞬間には、排ガスEの流れにおける慣性により、新気Iに対して多くの排ガスEが供給されることになる。よって、吸気路8には、前記吸気路8に排ガスEが他の部分よりも濃い濃排ガス部Rと、その濃排ガス部Rよりも排ガスEが薄い淡排ガス部Lとが、流れ方向に沿って燃焼室1における1サイクルあたりの吸気容積に相当する間隔で交互に発現する所謂排ガスの濃淡分布を有する新気Iが形成されることになる。そして、吸気路8の次の吸気行程において燃焼室1に吸気される新気Iが存在する吸気領域IAの一部には、1つの濃排ガス部Rが偏在することになる。
Then, the supply amount of the exhaust gas E from the exhaust
更に、このエンジンは、詳細については後述するが、排ガス供給部11として、吸気路8において適切に配置された成層化用排ガス供給部11Aや均質化用排ガス供給部11Bを設けて、成層化用排ガス供給部11Aから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1における排ガスEの成層化を行ったり、均質化用排ガス供給部11Bから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1における排ガスEの均質化を行うように構成されている。
以下、排ガスの成層化を行う場合のエンジン構成としての第1及び第2実施形態、及び、排ガスの均質化を行う場合のエンジン構成としての第3及び第4実施形態について説明する。
尚、以下の説明において、吸気路8において排ガス供給部11から燃焼室1の入口までの容積を排ガス混合経路容積(VL)、燃焼室1における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積(VG)、その排ガス混合経路容積(VL)の1サイクル吸気容積(VG)に対する割合を排ガス混合経路割合(VL/VG)と呼ぶ。また、上記1サイクル吸気容積(VG)は、吸気路8の次の吸気行程において燃焼室1に吸気される新気Iが存在する吸気領域IAの容積に相当し、エンジンの排気量(燃焼室の最大容積と最小容積との差)と充填効率との積として求められる。
Further, this engine will be described in detail later, but as an exhaust
Hereinafter, the first and second embodiments as the engine configuration when stratifying the exhaust gas, and the third and fourth embodiments as the engine configuration when performing homogenization of the exhaust gas will be described.
In the following description, the volume from the exhaust
〔第1実施形態〕
第1実施形態として、図1に示す排ガスEの成層化を行う場合のエンジン構成について説明する。
[First Embodiment]
As a first embodiment, an engine configuration when stratifying the exhaust gas E shown in FIG. 1 will be described.
図1に示すエンジンは、排ガス供給部11として、排ガス混合経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部11Aを備え、その成層化用排ガス供給部11Aから吸気路8に排ガスEを供給して吸気路8に排ガスEの濃淡分布を形成するように構成されている。
The engine shown in FIG. 1 includes, as an exhaust
即ち、図1(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃排ガス部Rの位置が、上記のように設定された成層化用排ガス供給部11Aの位置、即ち、次の吸気行程で吸気される新気Iが存在する吸気領域IAの後端側の位置となる。
そして、その濃排ガス部Rは、図1(b)に示すように、新気Iの流れが強くなる吸気行程の中間時期(90°ATDC)においては未だ燃焼室1に吸気されず、図1(c)に示すように、新気Iの流れが弱くなる吸気行程の終了時期(BDC)よりも少し前の時期に燃焼室1に吸気されることになる。
よって、濃排ガス部Rの拡散が抑制され、燃焼室1上部の点火領域に濃排ガス部Rを偏在させた状態で、新気Iは燃焼室1に吸気されることになる。
即ち、燃焼室1における混合気の全体的な当量比を低くした場合でも、燃焼室1の上部に排ガスEを成層化することで、燃焼室1上部の点火領域においては、混合気の燃焼による温度上昇を高濃度の排ガスEにより十分に抑制して、NOxの生成を抑制することができ、一方、点火領域以外の領域においては、混合気の燃焼を排ガスEにより阻害されることを抑制して安定した燃焼状態を実現することができる。
That is, as shown in FIG. 1 (a), at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the concentrated exhaust gas portion R is the position of the stratified exhaust
Then, as shown in FIG. 1B, the concentrated exhaust gas portion R is not yet drawn into the
Therefore, the diffusion of the concentrated exhaust gas portion R is suppressed, and the fresh air I is sucked into the
That is, even when the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture in the
〔第2実施形態〕
第2実施形態として、図2に示す排ガスEの成層化を行う場合のエンジン構成について説明する。
図2に示すエンジンは、排ガス供給部11として、排ガス混合経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部11Aを備え、その成層化用排ガス供給部11Aから前記吸気路8に排ガスEを供給して吸気路8に排ガスEの濃淡分布を形成するように構成されている。
[Second Embodiment]
As a second embodiment, an engine configuration when stratifying the exhaust gas E shown in FIG. 2 will be described.
The engine shown in FIG. 2 includes, as the exhaust
即ち、図2(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃排ガス部Rの位置が、上記のように設定された成層化用排ガス供給部11Aの位置となることから、2サイクル先の吸気行程の開始時期には、上記第1実施形態と同様に、排ガス混合経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる位置、即ち、即ち吸気領域IAの後端側の位置となる。
That is, as shown in FIG. 2A, at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the concentrated exhaust gas portion R becomes the position of the stratified exhaust
よって、図2に示すエンジンにおいても、濃排ガス部Rの拡散が抑制され、燃焼室1上部の点火領域に濃排ガス部Rを偏在させた状態で、新気Iは燃焼室1に吸気されることになる。
Therefore, also in the engine shown in FIG. 2, the diffusion of the rich exhaust gas portion R is suppressed, and the fresh air I is sucked into the
更に、第1実施形態のエンジンと第2実施形態のエンジンとを比較すると、第1実施形態のエンジンの方が、成層化用排ガス供給部11Aの位置が燃焼室1に近いことから、濃排ガス部Rの拡散を一層抑制できると考えられる。
Further, comparing the engine of the first embodiment with the engine of the second embodiment, the engine of the first embodiment is closer to the
また、この成層化用排ガス供給部11Aに接続されるEGR路15Aに設けられたEGR弁16Aの開度を調整して、成層化用排ガス供給部11Aから吸気路8へのEGR量を制御することができる。
Further, the opening degree of the
また、上記第1及び第2実施形態において、燃焼室1における混合気の全体的な当量比を低くして、燃焼室1の上部即ち点火領域に燃料を成層化して、その点火領域の濃混合気を点火プラグ2により火花点火して燃焼させる所謂成層燃焼を行う場合に、成層化用排ガス供給部11Aから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1の上部に排ガスEを成層化することで、点火領域においては、濃混合気の燃焼による温度上昇が高濃度の排ガスEにより十分に抑制されて、NOxの生成が抑制され、一方、点火領域以外の領域においては、淡混合気の燃焼が排ガスEにより阻害されることが抑制され安定した燃焼状態が実現される。
Further, in the first and second embodiments, the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture in the
尚、上記燃焼室1の上部に燃料を成層化するための構成としては、公知の方法を採用することができ、例えば、吸気行程の後期又は圧縮工程の初期に燃焼室1の点火領域に直接燃料を供給する方法や、吸気路8において、燃料ガスを供給する燃料供給部を、これまで説明してきた成層化用排ガス供給部11Aと同様に配置して吸気路8に形成された混合気を燃焼室1に吸気させる方法などを採用することができる。
As a structure for stratifying the fuel in the upper part of the
〔第3実施形態〕
第3実施形態として、図3に示す排ガスEの均質化を行う場合のエンジン構成について説明する。
図3に示すエンジンは、排ガス供給部11として、排ガス混合経路割合(VL/VG)が2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部11Bを備え、その均質化用排ガス供給部11Bから前記吸気路8に排ガスEを供給して吸気路8に排ガスEの濃淡分布を形成するように構成されている。
[Third Embodiment]
As a third embodiment, an engine configuration when the exhaust gas E shown in FIG. 3 is homogenized will be described.
The engine shown in FIG. 3 includes, as the exhaust
即ち、図3(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃排ガス部Rの位置が、上記のように設定された均質化用排ガス供給部11Bの位置、即ち燃焼室1から十分に離間した位置となる。
そして、その濃排ガス部Rは、吸気路8において、3サイクル以上先の吸気行程の開始時期までに十分に拡散が促進されて、吸気領域IAに到達することになるので、吸気領域IAには比較的均質な排ガスEが存在することになる。よって、図3(b)及び図3(c)に示すように、燃焼室1において排ガスEを均質化した状態で燃焼室1に新気Iを吸気することができる。
即ち、燃焼室1における混合気の全体的な当量比を高くした場合でも、燃焼室1において排ガスEを均質化することで、一部の混合気に混合される排ガスEが過剰に薄くなることを防止して、NOxの排出を抑制しながら、一部の混合気に混合される排ガスEが過剰に濃くなることを防止して、CO及びTHCの排出を抑制することができる。
That is, as shown in FIG. 3A, at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the concentrated exhaust gas portion R is the position of the homogenization exhaust
Then, the concentrated exhaust gas portion R is sufficiently diffused to reach the intake area IA in the
That is, even when the equivalent ratio of the air-fuel mixture in the
〔第4実施形態〕
第4実施形態として、図4に示す排ガスEの均質化を行う場合のエンジン構成について説明する。
図4に示すエンジンは、排ガス供給部11として、排ガス混合経路割合(VL/VG)が0.5未満の範囲内となる均質化用排ガス供給部11Bを備え、その均質化用排ガス供給部11Bから前記吸気路に排ガスEを供給して吸気路8に排ガスEの濃淡分布を形成するように構成されている。
[Fourth Embodiment]
As a fourth embodiment, an engine configuration when the exhaust gas E shown in FIG. 4 is homogenized will be described.
The engine shown in FIG. 4 includes, as the exhaust
即ち、図4(a)に示すように、吸気行程の開始時期(TDC)には、濃排ガス部Rの位置が、上記のように設定された均質化用排ガス供給部11Bの位置、即ち、吸気領域IAの前端側の位置となる。
That is, as shown in FIG. 4A, at the start time (TDC) of the intake stroke, the position of the concentrated exhaust gas portion R is the position of the homogenization exhaust
そして、その濃排ガス部Rは、図4(b)に示すように、新気Iの流れが強くなる吸気行程の中間時期(90°ATDC)において燃焼室1に吸気されて、その新気Iの流れにより拡散を促進させることができるので、図4(c)に示すように、燃焼室1において排ガスEを均質化した状態で燃焼室1に新気Iを吸気することができる。
Then, as shown in FIG. 4B, the concentrated exhaust gas portion R is sucked into the
また、排ガス供給部11として、排ガス混合経路割合(VL/VG)が1.0以上且つ1.5未満の範囲内となる均質化用排ガス供給部11Bを備え、その均質化用排ガス供給部11Bから前記吸気路に排ガスEを供給して吸気路8に排ガスEの濃淡分布を形成するように構成した場合でも、2サイクル先の吸気行程の開始時期には、上記第4実施形態と同様に、濃排ガス部Rの位置が吸気領域IAの前端側の位置となることから、燃焼室1において排ガスEを均質化した状態で燃焼室1に新気Iを吸気することができる。
Further, the exhaust
更に、第3実施形態のエンジンと第4実施形態のエンジンとを比較すると、第3実施形態のエンジンの方が、均質化用排ガス供給部11Bの位置が燃焼室1から遠いことから、濃排ガス部Rの拡散を一層促進できると考えられる。
Further, when the engine of the third embodiment is compared with the engine of the fourth embodiment, the engine of the third embodiment is more concentrated because the position of the exhaust
また、この均質化用排ガス供給部11Bに接続されるEGR路15Bに設けられたEGR弁16Bの開度を調整して、均質化用排ガス供給部11Bから吸気路8へのEGR量を制御することができる。
Further, the opening degree of the
また、上記第3及び第4実施形態において、燃焼室1における混合気の全体的な当量比を高くして、燃焼室1全体に燃料を均質化して、その均質な混合気を火花点火して燃焼させる所謂均質燃焼を行う場合に、均質化用排ガス供給部11Bから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1において排ガスEを均質化することで、燃焼室1全体において、燃料に対して排ガスEが均質に混合されて安定した燃焼状態が実現され、例えば、多くの排ガスを燃焼室1に還流することで、高当量比の混合気の燃焼によるNOxの生成が大幅に抑制される。
In the third and fourth embodiments, the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture in the
尚、上記燃焼室1の上部に燃料を均質化するための構成としては、公知の方法を採用することができ、例えば、吸気行程の初期に燃焼室1に直接燃料して新気流によりその燃料を撹拌させる方法や、吸気路8において、燃料ガスを供給する燃料供給部を、これまで説明してきた均質化用排ガス供給部11Bと同様に配置して、吸気路8に形成された混合気を燃焼室1に吸気させる方法などを採用することができる。
As a configuration for homogenizing the fuel in the upper portion of the
上記実施形態では、燃焼室1における排ガスEの成層化と均質化との何れかを行うようにエンジンを構成したが、成層化と均質化との両方を択一的に行うようにエンジンを構成しても構わない。以下、このように、燃焼室1における排ガスEの成層化と均質化との両方を択一的に行うように構成したエンジン構成として、第5実施形態について説明する。
In the above embodiment, the engine is configured to perform either stratification or homogenization of the exhaust gas E in the
〔第5実施形態〕
図5に示すエンジンは、排ガス供給部11として、上記第1実施形態のエンジンと同様に、排ガス混合経路割合(VL/VG)が0.5以上且つ1.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部11Aと、第3実施形態のエンジンと同様に、排ガス混合経路割合(VL/VG)が2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部11Bとを備える。
また、上記成層化用排ガス供給部11Aは、EGR路15から分岐された成層化用EGR路15Aの吸気路8に対する開口部として形成され、一方、上記均質化用排ガス供給部11Bは、EGR路15から分岐された均質化用EGR路15Bの吸気路8に対する開口部として形成されている。
[Fifth Embodiment]
In the engine shown in FIG. 5, the exhaust
The stratification exhaust
尚、成層化用排ガス供給部11Aとして、第2実施形態のエンジンと同様に、排ガス混合経路割合(VL/VG)が1.5以上且つ2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部11Aを備えても構わない。また、均質化用排ガス供給部11Bとして、第4実施形態のエンジンと同様に、排ガス混合経路割合(VL/VG)が0以上且つ0.5未満の範囲内となる均質化用排ガス供給部11Bを備えても構わない。
As the stratification exhaust
更に、成層化用排ガス供給部11Aに通じる成層化用EGR路15Aに設けられた成層化用EGR弁16Aは、その成層化用排ガス供給部11Aへの排ガスEの供給を断続可能に構成され、一方、均質化用排ガス供給部11Bに通じる均質化用EGR路15Bに設けられた均質化用EGR弁16Bは、その均質化用排ガス供給部11Bへの排ガスEの供給を断続可能に構成されている。
Furthermore, the
そして、コンピュータからなるエンジンコントロールユニット(以下、ECUと呼ぶ。)30は、成層化用EGR弁16Aを開状態とし均質化用EGR弁16Bを閉状態として、成層化用排ガス供給部11Aから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1における排ガスEの成層化を行う排ガス成層化運転モードとし、一方、成層化用EGR弁16Aを閉状態とし均質化用EGR弁16Bを開状態として、均質化用排ガス供給部11Bから吸気路8に排ガスEを供給して燃焼室1における排ガスEの均質化を行う排ガス均質化運転モードとする形態で、排ガス成層化運転モードと排ガス均質化運転モードとを切り換える運転モード切換手段31として機能し、更に、燃焼室1における混合気の燃焼状態に基づいて運転モード切換手段31を制御する制御手段32として機能するように構成されている。
Then, an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 30 comprising a computer opens the
即ち、制御手段32は、排気路9を流通する排ガスEの酸素濃度を計測する酸素濃度センサ20の計測結果から、上記燃焼室1で燃焼される混合気の全体的な当量比を検出し、その当量比が所定の設定値未満と低い場合には、公知の手法により燃焼室1において混合気を成層燃焼させると共に、上記運転モード切換手段31により排ガス成層化運転モードに切り換えて燃焼室1における排ガスEの成層化を行い、一方、その当量比が上記設定値以上と高い場合には、公知の手法により燃焼室1において混合気を均質燃焼させると共に、上記運転モード切換手段31により排ガス均質化運転モードに切り換えて燃焼室1における排ガスEの均質化を行うことで、燃焼室1の燃焼状態に応じて燃焼室1における排ガスEの分布を変化させて低NOx且つ燃焼状態の安定化を実現する。
That is, the control means 32 detects the overall equivalence ratio of the air-fuel mixture burned in the
尚、上記実施形態では、燃焼室1における混合気の当量比に基づいて排ガス成層化運転モードと排ガス均質化運転モードとを切り換えたが、燃焼室1の温度などの別の状態に基づいて切り換えても構わない。例えば、燃焼室1の温度が低い場合には、排ガス成層化運転モードに切り換えて、点火領域において緩慢燃焼としてNOxの生成を抑制しながら燃焼室1全体では安定した燃焼状態を実現し、一方、燃焼室1の温度が高い場合には、排ガス成層化運転モードに切り換えて、燃焼室1全体のNOxの生成を抑制することができる。
In the above embodiment, the exhaust gas stratification operation mode and the exhaust gas homogenization operation mode are switched based on the equivalence ratio of the air-fuel mixture in the
また、排ガス成層化運転モードと排ガス均質化運転モードとの間の移行時に、例えば、成層化用EGR弁16Aと均質化用EGR弁16Bとの開度割合を調整して、成層化用排ガス供給部11Aからの排ガスEの供給量と、均質化用排ガス供給部11Bからの排ガスEの供給量とを適切に調整するように構成しても構わない。
Further, at the time of transition between the exhaust gas stratification operation mode and the exhaust gas homogenization operation mode, for example, the opening ratio between the
尚、上記実施の形態では、成層化用排ガス供給部11Aと均質化用排ガス供給部11Bとを別の排ガス供給部11として設けたが、1つの排ガス供給部11の位置を調整することにより、その排ガス供給部11を成層化用排ガス供給部11Aと均質化用排ガス供給部11Bとに択一的に機能させるように構成しても構わない。
In the above embodiment, the stratification exhaust
尚、上記の実施の形態では、燃料として天然ガス系都市ガスを用いたが、燃料としては、天然ガス系都市ガス以外の気体燃料等を用いることもできる。 In the above embodiment, the natural gas city gas is used as the fuel. However, a gaseous fuel other than the natural gas city gas may be used as the fuel.
1:燃焼室
2:点火プラグ
6:吸気弁
8:吸気路
11:排ガス供給部
11A:成層化用排ガス供給部
11B:均質化用排ガス供給部
15A,15B:EGR路
31:運転モード切換手段
32:制御手段
I:新気
E:排ガス
1: Combustion chamber 2: Spark plug 6: Intake valve 8: Intake passage 11: Exhaust
Claims (6)
前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部を備え、前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化するように構成されたエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which fresh air taken into the combustion chamber flows; an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows; and an intake passage branched from the exhaust passage An exhaust gas supply section connected to the exhaust gas supply section, and an exhaust gas flowing from the exhaust path into the EGR path into the intake path from the exhaust gas supply section,
In the intake passage, the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber is the exhaust gas mixing path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one cycle intake volume, and the one cycle intake volume of the exhaust gas mixing path volume is The ratio to the exhaust gas mixing path ratio,
As the exhaust gas supply section, a stratification exhaust gas supply section in which the exhaust gas mixing path ratio is in a range of 0.5 or more and less than 1.0 or in a range of 1.5 or more and less than 2.0, the stratification is performed. An engine configured to cause exhaust gas to flow from the exhaust gas supply unit into the intake passage and stratify the exhaust gas in the upper portion of the combustion chamber.
前記成層燃焼を行う場合に、前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化する請求項1に記載のエンジン。 It is configured to perform stratified combustion in which fuel is stratified and burned at the upper part of the combustion chamber,
2. The engine according to claim 1, wherein when performing the stratified combustion, the exhaust gas is flowed into the intake passage from the stratified exhaust gas supply unit to stratify the exhaust gas in an upper portion of the combustion chamber.
前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部を備え、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化するように構成されているエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which fresh air taken into the combustion chamber flows; an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows; and an intake passage branched from the exhaust passage An exhaust gas supply section connected to the exhaust gas supply section, and an exhaust gas flowing from the exhaust path into the EGR path into the intake path from the exhaust gas supply section,
In the intake passage, the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber is the exhaust gas mixing path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one cycle intake volume, and the one cycle intake volume of the exhaust gas mixing path volume is The ratio to the exhaust gas mixing path ratio,
The exhaust gas supply unit includes a homogenization exhaust gas supply unit in which the exhaust gas mixing path ratio is in a range of less than 0.5, in a range of 1.0 or more and less than 1.5, or in a range of 2.0 or more. An engine configured to cause exhaust gas to flow into the intake passage from the homogenization exhaust gas supply unit so as to homogenize the exhaust gas in the combustion chamber.
前記均質燃焼を行う場合に、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化する請求項3に記載のエンジン。 It is configured to perform homogeneous combustion in which fuel is homogenized and burned in the combustion chamber,
The engine according to claim 3, wherein, when performing the homogeneous combustion, the exhaust gas is flowed into the intake passage from the homogenization exhaust gas supply unit to homogenize the exhaust gas in a combustion chamber.
前記吸気路において前記排ガス供給部から前記燃焼室の入口までの容積を排ガス混合経路容積、前記燃焼室における1サイクルあたりの吸気容積を1サイクル吸気容積、前記排ガス混合経路容積の前記1サイクル吸気容積に対する割合を排ガス混合経路割合とし、
前記排ガス供給部として、前記排ガス混合経路割合が0.5以上且つ1.0未満の範囲内又は1.5以上2.0未満の範囲内となる成層化用排ガス供給部と、前記排ガス混合経路割合が0.5未満の範囲内、1.0以上且つ1.5未満の範囲内又は2.0以上の範囲内となる均質化用排ガス供給部とを備え、
前記成層化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて前記燃焼室の上部に排ガスを成層化する排ガス成層化運転モードと、前記均質化用排ガス供給部から前記吸気路に排ガスを流入させて燃焼室において排ガスを均質化する排ガス均質化運転モードとを切り換える運転モード切換手段を備え、
運転状態に基づいて前記運転モード切換手段を制御する制御手段を備えたエンジン。 A combustion chamber having an ignition plug at an upper portion; an intake passage through which fresh air taken into the combustion chamber flows; an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the combustion chamber flows; and an intake passage branched from the exhaust passage An exhaust gas supply section connected to the exhaust gas supply section, and an exhaust gas flowing from the exhaust path into the EGR path into the intake path from the exhaust gas supply section,
In the intake passage, the volume from the exhaust gas supply unit to the inlet of the combustion chamber is the exhaust gas mixing path volume, the intake volume per cycle in the combustion chamber is the one cycle intake volume, and the one cycle intake volume of the exhaust gas mixing path volume is The ratio to the exhaust gas mixing path ratio,
As the exhaust gas supply section, a stratification exhaust gas supply section in which the ratio of the exhaust gas mixing path is 0.5 or more and less than 1.0 or 1.5 or more and less than 2.0, and the exhaust gas mixing path An exhaust gas supply unit for homogenization within a range of less than 0.5, 1.0 or more and less than 1.5 or 2.0 or more,
An exhaust gas stratification operation mode in which exhaust gas flows into the intake passage from the stratification exhaust gas supply unit and stratifies the exhaust gas in an upper portion of the combustion chamber, and exhaust gas flows into the intake passage from the homogenization exhaust gas supply unit An operation mode switching means for switching between the exhaust gas homogenization operation mode for homogenizing the exhaust gas in the combustion chamber,
An engine comprising control means for controlling the operation mode switching means based on an operating state.
前記制御手段が、前記燃焼室において成層燃焼を行う場合には前記運転モード切換手段を前記排ガス成層化運転モードとし、前記燃焼室において均質燃焼を行う場合には前記運転モード切換手段を前記排ガス均質化運転モードとする請求項5に記載のエンジン。 Stratified combustion in which fuel is stratified and burned in the combustion chamber, and homogeneous combustion in which fuel is homogenized and burned in the combustion chamber are alternatively performed,
When the control means performs stratified combustion in the combustion chamber, the operation mode switching means is set to the exhaust gas stratification operation mode, and when the control means performs homogeneous combustion in the combustion chamber, the operation mode switching means is set to the exhaust gas homogeneous. The engine according to claim 5, wherein the engine is in an operation mode.
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