(57)【要約】【課題】車両搭載のディーゼルエンジンにおける車両の発進時や急加速時に際して、又は、デュアルモード燃焼方式を採用したエンジンにおける従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼への切替時に際して、ＥＧＲガスの還流遅れによるＮＯｘ排出量の増大及び燃焼騒音の増大を抑制できるＥＧＲシステム等を提供する。【解決手段】ＥＧＲガスＧｅの流路１１ａ〜１１ｄをシリンダヘッド２内に設けた内燃機関のＥＧＲシステム２０において、排気行程にある気筒１５ｃ、１５ｄ、１５ｂ、１５ａの排気ポート１７ｃ、１７ｄ、１７ｂ、１７ａと吸入行程にある気筒１５ａ〜１５ｄの吸気ポート１６ａ〜１６ｂとを個別に連結するＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄを設けると共に、該ＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄ毎にＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄ及び該ＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄを駆動するアクチュエータ１４ａ〜１４ｄを個別に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲガスの流路をシリンダヘッド内に設けた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートとを個別に連結するＥＧＲ流路を設けると共に、該ＥＧＲ流路毎にＥＧＲバルブ及び該ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを個別に設けたことを特徴とするＥＧＲシステム。
【請求項２】
請求項１記載のＥＧＲシステムを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
ＥＧＲガスの流路をシリンダヘッド内に設けた内燃機関のＥＧＲ方法において、排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートとを個別に連結するＥＧＲ流路を設けると共に、該ＥＧＲ流路毎にＥＧＲバルブ及び該ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを個別に設けて、各気筒毎にＥＧＲバルブを制御してＥＧＲを行うことを特徴とするＥＧＲ方法。
【請求項４】
請求項３記載のＥＧＲ方法を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲガスの流路をシリンダヘッド内に設けた内燃機関における、ＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス成分のうちのＮＯｘを効果的に低減する手段としてＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）システムがある。このＥＧＲシステムは、図３に示すように、排気ガスＧの一部Ｇｅを吸入空気Ａに混合し、再循環させる機構である。
【０００３】
このＥＧＲシステムについて図３を参照しながら説明すると、内燃機関１は、エンジン本体２の吸気マニホールド３に吸気通路４が連結され、この吸気通路４に上流側から順に、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａとインタークーラ６とモータ７で駆動される吸気絞り弁（吸気スロットル）８が設けられている。また、排気マニホールド９に連結される排気通路１０にはターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。
【０００４】
この排気マニホールド９と吸気マニホールド３を接続するＥＧＲ通路１１が設けられ、このＥＧＲ通路１１にはＥＧＲクーラ１２とＥＧＲバルブ１３とが設けられている。このＥＧＲバルブ１３はアクチュエータ１４により駆動される。
【０００５】
ＥＧＲにおけるＥＧＲガスＧｅの流量の増減は、ＥＧＲバルブ１３及び吸気絞り弁８の弁開度により制御する。ＥＧＲガスＧｅを増やす場合は、ＥＧＲバルブ１３の弁開度を増し、吸気絞り弁８の弁開度を減らす。
【０００６】
ＥＧＲは排気ガス中のＮＯｘを低減できるだけでなく、吸入ガス中の酸素濃度の低下により燃焼の進行が緩やかになることで筒内圧力（シリンダ内圧力）の急激な上昇を抑制できるので、ピストン上面やシリンダヘッド下面への衝撃力を緩和でき、燃焼騒音を低減できる。ディーゼルエンジンでは燃料噴射制御とＥＧＲ制御の電子制御パラメータを調整することにより、排気ガス特性の改善と燃焼騒音の低減の適合を行っている。
【０００７】
車両における発進時や急加速時には、アクセル開度の増加に伴って燃料噴射量を増加し、噴射時期を進角することで良好な加速性を得ることができる。この時、ＥＧＲを併用することで過度のＮＯｘ排出や燃焼騒音の急激な上昇を抑制することができる。しかしながら、アクセル開度が急激に変化して燃料噴射制御やＥＧＲ制御パラメータが大きく変化する状況下では、燃料噴射は電子制御パラメータの変化に対して比較的応答性が良いため、噴射量や噴射時期は早期に目標の状態へ移行するが、ＥＧＲガスはＥＧＲ制御装置が出す指令が変化してもガス流動の応答性が良くないため、目標の状態に移行するまでに時間遅れが生じる。
【０００８】
そのため、燃料噴射量の増加と噴射時期の進角は完了しているが、ＥＧＲが目標量に達していない期間が生じ、この期間において大量のＮＯｘの排出及び燃焼騒音の増大が発生してしまうことがある。
【０００９】
また、同様な現象としてＮＯｘ及びＰＭ（Particulate Matter）の大幅な低減が可能な新燃焼方式であるＰＣＩ（Premixed Compression Ignition）燃焼における次のような現象がある。このＰＣＩ燃焼では、上死点前（２０°程度）に燃料噴射し、着火前に燃料噴霧の混合時間を十分に確保して予混合化して主にＰＭを低減する。更に、多量のＥＧＲを併用して着火時期を遅らせて混合時間を増加するとともにＥＧＲガスにより急激な燃焼を抑制してＮＯｘを低減する。これらの燃焼制御によりＰＭとＮＯｘの同時低減を実現する。
【００１０】
ＰＣＩ燃焼では、図４に示すように、高負荷運転でのディーゼルノック問題により、実施可能な運転条件（エンジン回転数、負荷）に制約を受けるので、従来型の燃焼（従来型ディ−ゼル燃焼）を併用した切替制御（デュアルモード燃焼）を行う。
【００１１】
ＰＣＩ燃焼は、従来型の燃焼と比べて燃料噴射時期が早く、また、ＥＧＲ量も多いため、従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼に切り替える際に燃焼噴射の電子制御パラメータ（噴射時期、ＥＧＲバルブ開度、吸気スロットル開度等）が瞬時に大きく変化する。
【００１２】
ここで、インジェクタ（燃料噴射装置）、ＥＧＲバルブ及び吸気スロットルは制御パラメータの変化に伴い瞬時に状態を切り替えることができるが、ＥＧＲガスはＥＧＲ量を増加した状態に移行するまでに時間遅れが生じる。従って、従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼への切替直後に、必要とするＥＧＲ量を確保した吸気が各気筒に安定して供給されていない状態となるが、この状態で早期の燃料噴射が開始されてしまい、結果として狙いより早い時期に着火してしまう過早着火が生じる。過早着火した場合は、急激な燃焼の変化に伴いＮＯｘの生成及びエンジン騒音の増大がもたらされる。
【００１３】
切替時における排気ガス中の空気過剰率、ＮＯｘ排出量、エンジン騒音の時刻暦の変化を図５に示す。ここで、排気ガス中の空気過剰率はＥＧＲ量の代用値であり、空気過剰率が低下することは、ＥＧＲ量が増加することを意味する。図５によれば、燃焼切替（図５では３ｓ）後にＥＧＲ量が安定するまでの過程でＮＯｘ及び騒音が一旦増大していることが分かる。
【００１４】
一方、部品点数の増加などの諸問題を解決し、適確なＥＧＲ率お呼び十分なＥＧＲ効果が得られるように、ＥＧＲ通路をシリンダヘッド内に設けるものとして、シリンダヘッド内に、排気ポートから分岐し、吸気マニホールドに連通するＥＧＲ通路を設け、その大部分を水冷ジャケットを貫通する管体にて区画し、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ通路を開閉する開閉手段を設けた排気循環装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
この構成では、ＥＧＲ通路は、排気ガスの一部をシリンダ内で吸気マニホールドへ導き、その途中で水冷ジャケットの冷却水により冷却させるので、ＥＧＲガス経路を短縮でき、ＥＧＲガスの還流遅れを少なくできる。
【００１６】
しかしながら、排気マニホールドと各気筒の吸気ポートを連結しているため、ＥＧＲガスの排気側から吸気側への排気圧と吸気圧の差の利用が不十分であるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】実開平０５−１９５８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、車両搭載のディーゼルエンジンにおける車両の発進時や急加速時に際して、又は、デュアルモード燃焼方式を採用したエンジンにおける従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼への切替時に際して、ＥＧＲガスの還流遅れによるＮＯｘ排出量の増大及び燃焼騒音の増大を抑制することができるＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のような目的を達成するための本発明のＥＧＲシステムは、ＥＧＲガスの流路をシリンダヘッド内に設けた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートとを個別に連結するＥＧＲ流路を設けると共に、該ＥＧＲ流路毎にＥＧＲバルブ及び該ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを個別に設けて構成される。
【００２０】
また、上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記のＥＧＲシステムを備えて構成される。
【００２１】
また、上記のような目的を達成するための本発明のＥＧＲ方法は、ＥＧＲガスの流路をシリンダヘッド内に設けた内燃機関のＥＧＲ方法において、排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートとを個別に連結するＥＧＲ流路を設けると共に、該ＥＧＲ流路毎にＥＧＲバルブ及び該ＥＧＲバルブを駆動するアクチュエータを個別に設けて、各気筒毎にＥＧＲバルブを制御してＥＧＲを行うことを特徴とする方法である。
【００２２】
また、上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、上記のＥＧＲ方法を行うことを特徴とする方法である。
【００２３】
この構成と方法によれば、排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートとをＥＧＲ流路で個別に連結することにより、排気側の圧力が吸気側の圧力より高い状態となるので、排気側と吸気側との圧力差を利用してＥＧＲガス還流の応答性を高めることができる。また、ＥＧＲバルブ及びアクチュエータを気筒毎に各ＥＧＲ流路に個別に設置することにより、ＥＧＲの応答性や制御性、分配性を向上できる。
【００２４】
その結果、エンジンの急激な運転状態の変化時、及び、従来型の燃焼とＰＣＩ燃焼の切替時に際して、ＥＧＲガスの還流の応答性を改善できる。従って、ＮＯｘ排出量の増加を抑制でき、エンジン騒音の増加を抑制できる。
【００２５】
つまり、従来技術のＥＧＲ装置に対して、ＥＧＲ流路の短縮及び排気行程にある気筒の排気ポートと吸入行程にある気筒の吸気ポートを個別に連結し、更に、ＥＧＲバルブ及びアクチュエータを気筒毎に個別に設置することで排気圧と吸気圧の差を有効に利用でき、エンジンの急激な運転状態の変化に対するＥＧＲガス還流の応答性を改善することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法によれば、車両搭載のディーゼルエンジンにおける車両の発進時や急加速時に際して、又は、デュアルモード燃焼方式を採用したエンジンにおける従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼への切替時に際して、ＥＧＲガスの還流遅れによるＮＯｘ排出量の増大及び燃焼騒音の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る実施の形態のＥＧＲシステムの構成を示した上面図である。
【図２】図１のＥＧＲシステムの構成を示した側面図である。
【図３】従来技術のＥＧＲシステムの構成を示した図である。
【図４】従来型の燃焼とＰＣＩ燃焼が分担する運転領域を模式的に示した図である。
【図５】従来型の燃焼からＰＣＩ燃焼への切替時の空気過剰率、ＮＯｘ、エンジン騒音の変化を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態のＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２に、本発明の実施の形態のＥＧＲシステムの構成を示す。なお、ここでは、着火順序がＮＯ１．ＮＯ３．ＮＯ４．ＮＯ２である直列４気筒エンジンに本発明を適用した場合を例にして説明するが、本発明はこの実施の形態に限定される訳ではない。
【００２９】
図１及び図２に示すように、この実施の形態のＥＧＲシステム２０は、直列４気筒エンジンでＥＧＲを行うためのＥＧＲシステムであり、この実施の形態では、着火が気筒（シリンダ）１５ａ〜１５ｄにおいて、ＮＯ．１の気筒１５ａ、ＮＯ．３の気筒１５ｃ、ＮＯ．４の気筒１５ｄ、ＮＯ．２の気筒１５ｂの順に行われる。
【００３０】
本発明では、ＥＧＲガスＧｅの還流遅れ時間を短縮するために、ＥＧＲガスＧｅの流路であるＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄをシリンダヘッド２内に設ける。このシリンダヘッド２内にＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄを設ける構成とすることで、シリンダヘッド２の冷却水によるＥＧＲガス冷却（ＥＧＲクーラ）効果が得られる。
【００３１】
更に、このＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄは気筒１５ａ〜１５ｄ毎に個別に設ける。ここでは、ＮＯ．１の気筒１５ａに対してＮＯ．３の気筒１５ｃの排気ポート１７ｃとＮＯ．１の気筒１５ａの吸気ポート１６ａを接続してＥＧＲ流路１１ａを設け、このＥＧＲ流路１１ａにＥＧＲバルブ１３ａとこのＥＧＲバルブ１３ａを駆動するアクチュエータ１４ａを設ける。
【００３２】
また、ＮＯ．２の気筒１５ｂに対してＮＯ．１の気筒１５ａの排気ポート１７ａとＮＯ．２の気筒１５ｂの吸気ポート１６ｂを接続してＥＧＲ流路１１ｂを設け、このＥＧＲ流路１１ｂにＥＧＲバルブ１３ｂとこのＥＧＲバルブ１３ｂを駆動するアクチュエータ１４ｂを設ける。
【００３３】
また、ＮＯ．３の気筒１５ｃに対してＮＯ．４の気筒１５ｄの排気ポート１７ｄとＮＯ．３の気筒１５ｃの吸気ポート１６ｃを接続してＥＧＲ流路１１ｃを設け、このＥＧＲ流路１１ｃにＥＧＲバルブ１３ｃとこのＥＧＲバルブ１３ｃを駆動するアクチュエータ１４ｃを設ける。
【００３４】
更に、ＮＯ．４の気筒１５ｄに対してＮＯ．２の気筒１５ｂの排気ポート１７ｂとＮＯ．４の気筒１５ｄの吸気ポート１６ｄを接続してＥＧＲ流路１１ｄを設け、このＥＧＲ流路１１ｄにＥＧＲバルブ１３ｄとこのＥＧＲバルブ１３ｄを駆動するアクチュエータ１４ｄを設ける。
【００３５】
つまり、下記の表１に示すように、各ＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄは、着目する気筒１５ａ〜１５ｄの吸入行程の直前に排気行程を行う気筒１５ｃ、１５ｄ、１５ｂ、１５ａの排気ポート１７ｃ、１７ｄ、１７ｂ、１７ａから吸気ポート１６ａ〜１６ｄに連結している。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
この構成により、ＥＧＲガスＧｅの流路であるＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄをシリンダヘッド２内に設けた内燃機関のＥＧＲシステム２０において、排気行程にある気筒１５ｃ、１５ｄ、１５ｂ、１５ａの排気ポート１７ｃ、１７ｄ、１７ｂ、１７ａと吸入行程にある気筒１５ａ〜１５ｄの吸気ポート１６ａ〜１６ｄとを個別に連結するＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄを設けると共に、このＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄ毎にＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄ及びこのＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄを駆動するアクチュエータ１４ａ〜１４ｄを個別に設けた構成となる。
【００３８】
このＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄの構成により、排気側の圧力が吸気側の圧力より高い状態となり、排気側と吸気側との圧力差を有効に利用してＥＧＲガス還流の応答性を高めることができる。また、吸気ポート１６ａ〜１６ｄの直前にＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄを各気筒毎に設置しているので、ＥＧＲの応答性や制御性、更に、分配性を向上できる。
【００３９】
そして、本発明のＥＧＲ方法では、上記のＥＧＲシステム２０で、ＥＧＲガスＧｅの流路であるＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄをシリンダヘッド２内に設けた内燃機関のＥＧＲ方法において、排気行程にある気筒１５ｃ、１５ｄ、１５ｂ、１５ａの排気ポート１７ｃ、１７ｄ、１７ｂ、１７ａと吸入行程にある気筒１５ａ〜１５ｄの吸気ポート１６ａ〜１６ｄとを個別に連結するＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄを設けると共に、このＥＧＲ流路１１ａ〜１１ｄ毎にＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄ及びこのＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄを駆動するアクチュエータ１４ａ〜１４ｄを個別に設けて、各気筒１５ａ〜１５ｄ毎にＥＧＲバルブ１３ａ〜１３ｄを制御してＥＧＲを行う。
【００４０】
また、上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関は、上記のＥＧＲシステム２０を備えて構成され、本発明の内燃機関の制御方法は、上記のＥＧＲ方法を行う。
【００４１】
上記の構成のＥＧＲシステム２０、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法によれば、車両搭載のディーゼルエンジンにおける車両の発進時や急加速時、更には、ＰＣＩ燃焼を採用した場合の従来型の燃焼とＰＣＩ燃焼の切替時において、ＥＧＲガス還流の応答性を高め、ＮＯｘの排出量の増大及び燃焼騒音の増大を防止することができる。
【００４２】
このＥＧＲガス供給遅れに伴うＮＯｘ排出量の増加を抑制することで、発進や加速運転が存在する排ガス試験モードでのＮＯｘ排出量を低減することができる。また、発進や加速運転時及びデュアルモード燃焼制御での切替時におけるエンジン騒音の急激な変化を緩和し、車室内の静粛性、音色及び異音感を改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法は、車両搭載のディーゼルエンジンにおける車両の発進時や急加速時、更には、ＰＣＩ燃焼を採用した場合の従来型の燃焼とＰＣＩ燃焼の切替時において、ＥＧＲガス還流の応答性を高め、ＮＯｘの排出量の増大及び燃焼騒音の増大を防止することができるので、自動車搭載等の内燃機関のＥＧＲシステム、内燃機関、ＥＧＲ方法及び内燃機関の制御方法として利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  内燃機関（エンジン）
２  シリンダヘッド
１１ａ〜１１ｄ  ＥＧＲ流路
１３ａ〜１３ｄ  ＥＧＲバルブ
１４ａ〜１４ｄ  アクチュエータ
１５ａ〜１５ｄ  気筒（シリンダ）
１６ａ〜１６ｄ  吸気ポート
１７ａ〜１７ｄ  排気ポート
２０  ＥＧＲシステム
Ｇｅ  ＥＧＲガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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