(57)【要約】【課題】排気還流ガス導入中の加速要求に対し、その応答遅れを改善する。【解決手段】吸気通路１及び排気通路２と、吸気通路１と排気通路２とを結ぶ排気還流通路１３ａを通じて排気の一部を排気還流ガスとして吸気に導入する排気ガス再循環装置１３と、排気還流通路１３ａの吸気通路１との合流部１３ｂに設けられる回転体１５と、回転体１５を回転させるために回転体１５に駆動力を付与する駆動源１７とを備え、回転体１５の回転によって回転体１５周囲に発生する負圧によって滞留空間Ｌ内の排気還流ガスが吸気通路１内へ導入されるエンジンの制御装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に吸気を導入する吸気通路と、
前記燃焼室から排気を送り出す排気通路と、
前記吸気通路と前記排気通路とを結ぶ排気還流通路を通じて排気の一部を排気還流ガスとして吸気に導入する排気ガス再循環装置と、
前記排気還流通路の前記吸気通路との合流部に設けられる回転体と、
前記回転体を回転させるために前記回転体に駆動力を付与する駆動源と、
を備え、
前記回転体の回転によって前記回転体周囲に発生する負圧によって前記排気還流通路内の排気還流ガスが前記吸気通路内へ導入されるエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記回転体は周壁部の内側に排気還流ガスの滞留空間を有する筒状部を備え、
前記排気還流通路は前記滞留空間に接続され、
前記滞留空間と前記吸気通路とは前記周壁部を貫通する誘導孔で連通し、
前記回転体は前記筒状部の筒軸周りに回転する請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記回転体は前記筒状部の筒軸方向が前記吸気通路の流れ方向に沿うように配置され、
前記排気還流通路は前記筒状部の上流側端部に接続されている請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記誘導孔は前記滞留空間から前記吸気通路へ導入される排気還流ガスの流れによって前記駆動源による前記回転体の回転方向と同方向の回転力を付与する位置に設定されている請求項２又は３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記吸気に占める前記排気還流ガスの比率である排気還流ガス率の目標となる目標排気還流ガス率をエンジンの負荷に応じて決定する排気還流ガス率決定手段と、
前記吸気における実際の排気還流ガス率である実排気還流ガス率をその時点のエンジンの負荷に応じた前記目標排気還流ガス率に近づける制御を行う排気ガス再循環装置制御手段と、
を備え、
前記駆動源はモータであり、
前記排気ガス再循環装置制御手段は、前記実排気還流ガス率と前記目標排気還流ガス率とに基づいて前記モータの回転数の制御を行う請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンの排気通路と吸気通路との間に、排気の一部を排気還流ガスとして吸気に導入する排気ガス再循環装置が設けられる場合が多い。例えば、特許文献１のエンジンの排気ガス再循環装置は、排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路と、その排気還流通路に設けられる排気還流バルブと、吸気通路の排気還流通路との合流部より上流側に設けられるスロットルバルブを備えている。スロットルバルブは、バタフライ弁形式の弁体であり、弁体の開度によって吸気通路の流路の断面積を増減可能になっている。スロットルバルブの開度を小さくして吸気通路内を負圧にし、排気還流バルブを開放することで、適宜必要な量の排気還流ガスが吸気に導入される。この排気還流ガスの吸気への導入により、燃費の向上が図られ、ノッキングの抑制も図られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、エンジンへの要求負荷は、ドライバによるアクセル開度に基づいて決定される。この要求負荷に応じて、吸気全体に占める排気還流ガスの比率の目標である目標排気還流ガス率が決定される。一般的には、中負荷領域、高負荷領域では、要求負荷が大きいほど排気還流ガス率は低く設定される。決定された目標排気還流ガス率の値に応じて、スロットルバルブ、排気還流バルブ等の開閉を制御し、排気還流ガスの吸気への導入量を調節する。
【０００４】
運転中に、例えば、全開加速の要求があった場合には、その時点での運転状態に応じた排気還流ガス率から、全開走行に対応した目標排気還流ガス率へと排気還流ガス率の変更が要求される。このため、その要求に応じるべく、スロットルバルブ、排気還流バルブ等を制御して、排気還流ガス率を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０５２４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、運転中にドライバから加速の要求があった場合には、エンジンに導入される吸気量の増加が求められる。しかしながら、その前段の運転状態で、排気還流ガスを吸気へ導入するためにスロットルバルブの開度が小さくなっている場合、上流側からの新気の流れが妨げられている状態である。すなわち、加速の要求の時点では、吸気通路内の吸気量は低下している。このような状況でドライバの加速要求に応じて燃焼室から遠いスロットルバルブを開いても、燃焼室に導入される吸気量の増加には時間を要する。したがって、ドライバの加速要求に対して応答遅れ（タイムラグ）が生じやすく、運転上の快適なフィーリングが損なわれるという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、排気還流ガス導入中の加速要求に対し、その応答遅れを改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明は、燃焼室に吸気を導入する吸気通路と、前記燃焼室から排気を送り出す排気通路と、前記吸気通路と前記排気通路とを結ぶ排気還流通路を通じて排気の一部を排気還流ガスとして吸気に導入する排気ガス再循環装置と、前記排気還流通路の前記吸気通路との合流部に設けられる回転体と、前記回転体を回転させるために前記回転体に駆動力を付与する駆動源と、を備え、前記回転体の回転によって前記回転体周囲に発生する負圧によって前記排気還流通路内の排気還流ガスが前記吸気通路内へ導入される構成を採用した。
【０００９】
また、前記回転体は周壁部の内側に排気還流ガスの滞留空間を有する筒状部を備え、前記排気還流通路は前記滞留空間に接続され、前記滞留空間と前記吸気通路とは前記周壁部を貫通する誘導孔で連通し、前記回転体は前記筒状部の筒軸周りに回転する構成を採用することができる。
【００１０】
また、前記回転体は前記筒状部の筒軸方向が前記吸気通路の流れ方向に沿うように配置され、前記排気還流通路は前記筒状部の上流側端部に接続されている構成を採用することができる。
【００１１】
また、前記誘導孔は前記滞留空間から前記吸気通路へ導入される排気還流ガスの流れによって前記駆動源による前記回転体の回転方向と同方向の回転力を付与する位置に設定されている構成を採用することができる。
【００１２】
また、前記吸気に占める前記排気還流ガスの比率である排気還流ガス率の目標となる目標排気還流ガス率をエンジンの負荷に応じて決定する排気還流ガス率決定手段と、前記吸気における実際の排気還流ガス率である実排気還流ガス率をその時点のエンジンの負荷に応じた前記目標排気還流ガス率に近づける制御を行う排気ガス再循環装置制御手段と、を備え、前記駆動源はモータであり、前記排気ガス再循環装置制御手段は、前記実排気還流ガス率と前記目標排気還流ガス率とに基づいて前記モータの回転数の制御を行う構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、排気還流通路の吸気通路との合流部に回転体を設け、回転体の回転によって回転体の周囲に負圧を発生させることで、排気還流通路内の排気還流ガスを円滑に吸気へ導入できる。これにより、排気還流ガス導入中における吸気通路内の吸気の絞り量を抑制できるので、その後の加速要求に対する応答遅れを改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態を示すエンジンの構成図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】回転体の詳細を示し、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施形態について説明する。図１は、この発明のエンジンＥの制御装置を示す全体図である。
【００１６】
エンジンＥは、ピストンＰを収容したシリンダの燃焼室１０内に通じ吸気を導入する吸気通路１、燃焼室１０から引き出され排気を送り出す排気通路２を備えている。吸気通路１の燃焼室１０への接続部である吸気ポート１１、及び、排気通路２の燃焼室１０への接続部である排気ポート１２は、それぞれ吸気バルブ１ａ、排気バルブ２ａによって開閉されるようになっている。また、燃焼室１０や吸気ポート１１には、吸気に燃料を噴射する燃料噴射装置８が備えられている。この実施形態では、燃焼室１０に臨む直噴弁形式の燃料噴射装置８を備えている。
【００１７】
吸気通路１には、吸気ポート１１から上流側に向かって、吸気通路１の流路面積を調節するスロットルバルブ９、吸気通路１を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置（インタークーラ）６、ターボチャージャ２１のコンプレッサ２３、エアクリーナ１８等が設けられる。また、吸気通路１には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ３１が設けられている。
【００１８】
排気通路２には、排気ポート１２から下流側に向かって、ターボチャージャ２１のタービン２２、排気ガス中の有害物質を除去する排気浄化部１９、消音器（マフラ）２０が設けられる。また、排気通路２には、排気浄化部１９の下流側において、排気温度センサや空燃比センサ等が設けられている。
【００１９】
吸気通路１と排気通路２との間には、その吸気通路１と排気通路２とを結び排気の一部を排気還流ガスとして吸気に導入する排気ガス再循環装置１３が備えられている。
【００２０】
排気ガス再循環装置１３は、排気通路２の排気浄化部１９と消音器２０との間と、吸気通路１のコンプレッサ２３の上流側部分との間を結ぶ排気還流通路１３ａと、その排気還流通路１３ａの途中に設けられ排気還流ガスを冷却する排気還流ガスクーラと、排気還流通路１３ａの流路を開閉する排気還流バルブ１４とを備えている。
【００２１】
図１及び図２に示すように、排気還流通路１３ａは、吸気通路１の管壁を貫通して吸気通路１に合流している。排気還流通路１３ａの吸気通路１との合流部１３ｂは、エアクリーナ１８の下流側に位置する。その合流部１３ｂに位置する排気還流通路１３ａの端部は、吸気通路１の流れ方向の下流側を臨むように開口している。
【００２２】
排気還流通路１３ａの吸気通路１との合流部１３ｂには、回転体１５が設けられる。回転体１５は、下流側に位置する円形状の底面１５ａと、底面１５ａの周縁から上流側に立ち上がった周壁部１５ｂの内側に排気還流ガスの滞留空間Ｌを有する筒状部１６と、を備えた円筒状を成す部材である。底面１５ａの外周部は、図２に示すように、吸気の流れ方向下流側に向かって縮径するテーパ状を成している。筒状部１６は、円筒状の周壁部１５ｂの内側に排気還流ガスの滞留空間Ｌを有する。周壁部１５ｂには、内外を通じる貫通孔である誘導孔１６ａが形成されている。この誘導孔１６ａを介して、滞留空間Ｌと吸気通路１内の空間とは連通している。
【００２３】
回転体１５は、筒状部１６の筒軸方向が吸気通路１の吸気の流れ方向に沿って、且つ、筒状部１６の開口が上流側を臨むように配置される。その筒状部１６の開口に、排気還流通路１３ａの端部に設けた屈曲部の下流側端が接続されている。排気還流通路１３ａは、吸気通路１の管壁を貫通した後、吸気通路１内で吸気の流れ方向下流側へ向かって屈曲して、その下流側端部が滞留空間Ｌに接続されている。すなわち、排気還流通路１３ａは、滞留空間Ｌ及び誘導孔１６ａを通じて吸気通路１に連通している。
【００２４】
この実施形態では、筒状部１６の上流側の開口は、排気還流通路１３ａの端部に滑り接触しており、回転体１５は、その筒軸回りに回転可能になっている。なお、回転体１５は、筒状部１６と排気還流通路１３ａとの間、あるいは、筒状部１６と吸気通路１の内壁との間に設けられた転がり軸受等を介して、回転可能に支持された構成を採用してもよい。
【００２５】
回転体１５の下流側に、回転体１５を回転させるために回転体１５に駆動力を付与する駆動源１７が設けられる。駆動源１７は、吸気通路１の周面から内側に向かって設けられた支柱Ｓによって、吸気通路１内に支持されている。駆動源１７は、駆動力を回転体１５に伝達可能なように、ギヤやシャフト等の駆動力伝達経路で回転体１５に連結されている。
【００２６】
この実施形態では、駆動源１７は電動式のモータである。モータは、駆動力を発生させるモータ本体１７ａと、モータ本体１７ａから筒状部１６の筒軸に一致するように上流側に突出するモータ軸部１７ｂとを備えている。モータ軸部１７ｂは、筒状部１６の底面１５ａに形成された軸穴１５ｃに挿入されている。モータ軸部１７ｂと筒状部１６とは、モータ軸部１７ｂと軸穴１５ｃとの嵌め合い（圧入）によって回り止めされ、モータの回転が回転体１５に伝達される。なお、駆動源１７は、後述する排気ガス再循環装置制御手段４３によって、回転数の制御が可能なものとなっている。駆動源１７は、回転体１５に対して駆動力を伝達できる限りにおいて、吸気通路１の外側に配置することもできる。
【００２７】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、誘導孔１６ａは、滞留空間Ｌから吸気通路１へ導入される排気還流ガスの流れによって、駆動源１７による回転体１５の回転方向と同方向の回転力（以下、「自己回転力」と称する）を付与する位置に設定されている。
【００２８】
この実施形態では、誘導孔１６ａは、滞留空間Ｌを上下に挟むように設けられる一対の第１誘導孔１６ｂと、滞留空間Ｌを左右に挟むように設けられる一対の第２誘導孔１６ｃと、を備える。第１誘導孔１６ｂ及び第２誘導孔１６ｃの中心線は、筒状部１６の径方向の中心線Ｃ１,Ｃ２から、筒軸回り方向の一方（モータが付与する駆動力の方向と同方向）に偏心するようにそれぞれ設けられている。すなわち、滞留空間Ｌの上側の第１誘導孔１６ｂは、図３（ｂ）中の上下方向の中心線Ｃ１に対して左側に偏心し、滞留空間Ｌの下側の第１誘導孔１６ｂは、中心線Ｃ１に対して右側に偏心している。滞留空間Ｌの右側の第２誘導孔１６ｃは、左右方向の中心線Ｃ２に対して上側に偏心し、滞留空間Ｌの左側の第２誘導孔１６ｃは、中心線Ｃ２に対して下側に偏心する。このような誘導孔１６ａの配置により、排気還流通路１３ａから誘導孔１６ａを通じて吸気通路１へと導入される排気還流ガスの、誘導孔１６ａから噴出する勢いによって、回転体１５を図２、３の矢印方向に回転させる自己回転力を、回転体１５に付与するものとなっている。
【００２９】
回転体１５が回転すると、回転体１５の周囲に、回転体１５の回転数（単位時間当たりの回転数）に応じた負圧が発生する。排気還流ガスは、排気還流通路１３ａに設けられた排気還流バルブ１４の開度と、回転体１５の周囲に生じた負圧とによって調整される吸気通路１内の圧力状態に応じて、排気還流通路１３ａから誘導孔１６ａを通じて吸気通路１内に導入される。ここで、例えば、吸気への排気還流ガスの導入を開始する初期段階では、駆動源１７の駆動力によって回転体１５を回転させ、その回転によって排気還流ガスの導入が増大した後は自己回転力が発生するので、駆動源１７からの駆動力を減少させる、あるいは、ゼロにする制御を行ってもよい。
【００３０】
また、この実施形態では、合流部１３ｂよりも上流部の吸気通路１に、排気還流ガス導入用の圧力調整スロットルバルブ５が配置されているので、その圧力調整スロットルバルブ５の開閉によって、吸気通路１内の圧力状態を調整できる。このため、回転体１５の回転によって吸気通路１内に生じる負圧と、圧力調整スロットルバルブ５の開度を小さくすることによって生じる吸気通路１内の負圧とを併用して、排気還流ガスの導入量を調整できる。
【００３１】
このエンジンＥへの燃料や空気の供給、バルブの開閉、その他の制御は、エンジンＥを搭載する車両が備える電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０が行っている（図１参照）。電子制御ユニット４０は、エンジンＥが備える回転センサ３２によるクランクシャフトＣの回転数の情報の他、エアフローセンサ３１による吸入空気量の情報、その他、吸気温度、吸気圧力、排気温度、空燃比等の各種情報を取得し、それらの情報を制御に活用する。
【００３２】
電子制御ユニット４０は、スロットルバルブ９を動作させて、燃焼室１０内への吸気の導入量を調整する出力制御手段４１を備えている。出力制御手段４１は、例えば、運転者が行うアクセルペダルの操作に基づき、加速を指示する入力情報があった場合は、その指示された加速の度合いに応じて、燃焼室１０内への吸入空気量を増大させる制御を行う。また、加速の指示の解除があれば、吸入空気量を減少させる制御を行う。この出力制御手段４１は、燃料噴射装置８による燃料噴射の圧力、燃料噴射の時期を調整する制御、その他、運転状況に応じて必要な制御を行う。
【００３３】
また、電子制御ユニット４０は、吸気に占める排気還流ガスの比率である排気還流ガス率に関し、その排気還流ガス率を制御する際の目標となる目標排気還流ガス率を決定する排気還流ガス率決定手段４２を備えている。排気還流ガス率決定手段４２は、その時点で実際に生じているエンジンＥの負荷である実負荷等の変化に応じて、目標排気還流ガス率を決定する。
【００３４】
実負荷の情報は、出力制御手段４１によって制御されるエンジンＥの回転数や、吸気通路１内のバルブの開度、あるいは、その他各種センサ類からの各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が取得でき、あるいは、各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が推定することができる。実負荷は、時間の経過とともに刻々と変化するので、その実負荷の変化に合わせて、決定される目標排気還流ガス率も刻々と変化していくこととなる。また、回転体１５の周囲に生じる負圧の大きさは、駆動源１７であるモータの回転数、排気還流バルブ１４の開度、吸気通路１の圧力、その他各種センサ類からの各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が取得することができ、あるいは、各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が推定することができる。
【００３５】
また、電子制御ユニット４０は、排気ガス再循環装置１３を制御する排気ガス再循環装置制御手段４３を備えている。排気ガス再循環装置制御手段４３は、実排気還流ガス率と目標排気還流ガス率とに基づいて駆動源１７のモータの回転数を制御する。排気還流ガスの吸気への導入量は、排気還流バルブ１４の開度と、回転体１５の周囲に生じた負圧とによって調整される吸気通路１内の圧力状態に応じて変化する。排気ガス再循環装置制御手段４３は、その時点での実際の排気還流ガス率である実排気還流ガス率が、排気還流ガス率決定手段４２によって決定された目標排気還流ガス率に近づくように、排気還流バルブ１４の開閉や、モータの回転数を制御して排気還流ガスの吸気への導入量の調整を行う。
【００３６】
実排気還流ガス率の情報は、吸入空気量、吸気通路１内のバルブの開度、吸気圧力、モータの回転数等に基づいて排気ガス再循環装置制御手段４３が予測、推定することができる。あるいは、実排気還流ガス率を直接計測する手段を吸気ポート１１内に設けてもよい。
【００３７】
上述のように、滞留空間Ｌから誘導孔１６ａを通じて吸気通路１へ導入される排気還流ガスの流れによって、回転体１５に自己回転力が作用するものとなっている。排気ガス再循環装置制御手段４３は、自己回転力を考慮して、駆動源１７の回転数を制御する。自己回転力は、回転体１５の周囲に発生する負圧の大きさや、駆動源１７の回転数、排気還流バルブ１４の開度、吸気通路１の圧力、その他各種センサ類からの各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が取得することができ、あるいは、各種情報に基づいて電子制御ユニット４０が推定することができる。ここで、回転体１５の回転数を検出できるセンサを備えて、駆動力と自己回転力による実際の回転体１５の回転数の情報を、その制御に活用してもよい。
【００３８】
この発明では、以上のように、排気還流通路１３ａの吸気通路１との合流部１３ｂに回転体１５を設ける構成を採用することで、回転体１５の回転によって回転体１５の周囲に負圧を発生させて、排気還流通路１３ａ内の排気還流ガスを、誘導孔１６ａを通じて吸気へ円滑に導入することが可能になる。このため、排気還流ガスの導入にあたり、合流部１３ｂよりも上流側の吸気通路１に配置される圧力調整スロットルバルブ５の開度を絞る必要がない。このため、上流側から導入される新気の流れを妨げることなく、排気還流ガスを吸気へ円滑に導入することが可能になる。これにより、ドライバの加速要求に対して応答遅れ（タイムラグ）が生じにくくなり、運転上の快適なフィーリングが保たれる。なお、回転体１５の回転によって、排気還流ガスが円滑に吸気に導入されれば、合流部１３ｂよりも上流側の吸気通路１に配置される圧力調整スロットルバルブ５の設置を省略することも可能である。
【００３９】
また、回転体１５は、筒状部１６の筒軸方向が吸気通路１内の吸気の流れ方向に沿うように配置されているため、吸気通路１内の吸気の流れを妨げにくいものとなっている。このため、吸気量の低下を防ぐことが可能になる。
【００４０】
また、誘導孔１６ａの配置の設定により、回転体１５に自己回転力を付与するものとなっている。このため、回転体１５は、駆動源１７の駆動力だけに頼ることなく回転することが可能になる。
【００４１】
さらに、排気ガス再循環装置制御手段４３は、回転体１５の回転を、駆動源１７の駆動力と自己回転力とによって調整可能になる。このため、駆動源１７の回転数を低下させつつ自己回転力で回転体１５の回転を行うことで、駆動源１７を効率的に稼働させることが可能になる。
【符号の説明】
【００４２】
１  吸気通路
２  排気通路
１３  排気ガス再循環装置
１３ａ  排気還流通路
１３ｂ  合流部
１５  回転体
１５ｂ  周壁部
１６  筒状部
１６ａ  誘導孔
１７  駆動源
１７ａ  モータ本体
１７ｂ  モータ軸部
４０  電子制御ユニット
４１  出力制御手段
４２  排気還流ガス率決定手段
４３  排気ガス再循環装置制御手段
Ｌ  滞留空間
【図１】
2020176588.tif 000003
【図２】
2020176588.tif 000004
【図３】
2020176588.tif 000005