(57)【要約】【課題】ターボ過給エンジンで減筒運転を実施しても、ターボチャージャに支障をきたすことなく排気再循環を継続し得るようにする。【解決手段】着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンの排気再循環方法に関し、ターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管１１から排気ガス９の一部を抜き出して前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５へ再循環する低圧ＥＧＲループ１３と、排気マニホールド１０から排気ガス９の一部を抜き出して前記コンプレッサ２ａより下流の吸気管５へ再循環する高圧ＥＧＲループ１６とを備え、減筒運転時に低圧ＥＧＲループ１３を選択して排気ガス９を再循環し且つ減筒運転を行わない通常運転時には高圧ＥＧＲループ１６を選択して排気ガス９を再循環する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンの排気再循環方法であって、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ＥＧＲループと、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流の吸気管へ再循環する高圧ＥＧＲループとを備え、減筒運転時に低圧ＥＧＲループを選択して排気ガスを再循環し且つ減筒運転を行わない通常運転時には高圧ＥＧＲループ又は高圧ＥＧＲループと低圧ＥＧＲループの両方を選択して排気ガスを再循環することを特徴とするターボ過給エンジンの排気再循環方法。
【請求項２】
着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンの排気再循環装置であって、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ＥＧＲループと、該低圧ＥＧＲループの流路を開閉する低圧ＥＧＲバルブと、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流の吸気管へ再循環する高圧ＥＧＲループと、該高圧ＥＧＲループの流路を開閉する高圧ＥＧＲバルブと、減筒運転時に低圧ＥＧＲバルブを開けて高圧ＥＧＲバルブを閉め且つ減筒運転を行わない通常運転時には少なくとも高圧ＥＧＲバルブを開けて低圧ＥＧＲバルブを必要に応じて閉める制御装置とを備えたことを特徴とするターボ過給エンジンの排気再循環装置。
【請求項３】
ターボチャージャのタービンより下流の排気管にパティキュレートフィルタを装備し、該パティキュレートフィルタより下流から排気ガスの一部を抜き出し得るよう低圧ＥＧＲループを構成したことを特徴とする請求項２に記載のターボ過給エンジンの排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンの排気再循環方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯx（窒素酸化物）の発生を低減するようにした、いわゆる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われており、例えば、ターボチャージャを備えたターボ過給エンジンにおいては、排気マニホールドとターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気管との間を高圧ＥＧＲループにより接続し、該高圧ＥＧＲループを通して排気ガスの一部を再循環するようにしている。
【０００３】
他方、自動車のエンジンにおける燃費率は、７０〜８０％負荷運転最高回転速度の４０〜６０％回転の付近で最良となるように設計されており、この設計条件から外れた運転条件では、負荷が設計値より低い燃費率の悪い条件で運転されることになってしまうため、必要な出力に応じてエンジンの着火気筒を減らし、その減らした気筒だけで負荷条件を上げてエンジンを駆動し、これにより燃費率の向上を図る減筒運転が従来から提案されており、例えば、高速道路走行時等の定常走行時に減筒運転を実施すれば、その走行燃費の向上を図ることが可能である。
【０００４】
尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、次の特許文献１や特許文献２等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０２４２３号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した如き高圧ＥＧＲループを備えたターボ過給エンジンで減筒運転を行うと、着火気筒が減ることで排気ガスの流量が減る上に、排気マニホールドから排気ガスの一部が抜き出されてタービンへ向かう排気ガスの流量が大幅に減少するので、ターボチャージャの駆動力が低下してコンプレッサの効率が悪化し、該コンプレッサがサージング（配管を含めた系が一種の自励振動を起こして特定の周期で流量及び圧力が大きく変動する現象）を起こしたり、必要な新気量を確保することができなくなったりする虞れがあった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ターボ過給エンジンで減筒運転を実施しても、ターボチャージャに支障をきたすことなく排気再循環を継続し得るようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンの排気再循環方法であって、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ＥＧＲループと、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流の吸気管へ再循環する高圧ＥＧＲループとを備え、減筒運転時に低圧ＥＧＲループを選択して排気ガスを再循環し且つ減筒運転を行わない通常運転時には高圧ＥＧＲループ又は高圧ＥＧＲループと低圧ＥＧＲループの両方を選択して排気ガスを再循環することを特徴とするものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、減筒運転を行わない通常運転時に、高圧ＥＧＲループ又は高圧ＥＧＲループと低圧ＥＧＲループの両方が選択されて排気ガスが再循環される一方、減筒運転を行う場合には、低圧ＥＧＲループが選択されて排気ガスが再循環されるので、排気マニホールドからの排気ガスの抜き出し分がなくなり、各着火気筒から出る排気ガスの全量がタービンに導入されてターボチャージャの駆動力が良好に確保される。
【００１０】
しかも、タービンを経た排気ガスの一部が低圧ＥＧＲループを介しターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環される結果、必要な新気量を確保するためにコンプレッサに取り込まれる空気量は、新気量と排気ガスの再循環分との和となり、新気のみを取り込む場合よりも多くなるため、コンプレッサをサージングが起こらない領域で運転することが可能となり且つその効率も大幅に向上することが可能となる。
【００１１】
また、本発明のターボ過給エンジンの排気再循環方法を具体的に実施するにあたっては、ターボチャージャのタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して前記ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気管へ再循環する低圧ＥＧＲループと、該低圧ＥＧＲループの流路を開閉する低圧ＥＧＲバルブと、排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流の吸気管へ再循環する高圧ＥＧＲループと、該高圧ＥＧＲループの流路を開閉する高圧ＥＧＲバルブと、減筒運転時に低圧ＥＧＲバルブを開けて高圧ＥＧＲバルブを閉め且つ減筒運転を行わない通常運転時には少なくとも高圧ＥＧＲバルブを開けて低圧ＥＧＲバルブを必要に応じて閉める制御装置とを備えることが好ましい。
【００１２】
更に、本発明においては、ターボチャージャのタービンより下流の排気管にパティキュレートフィルタを装備し、該パティキュレートフィルタより下流から排気ガスの一部を抜き出し得るよう低圧ＥＧＲループを構成すると良く、このようにすれば、パティキュレートフィルタを通して煤を取り除かれた排気ガスが低圧ＥＧＲループに再循環されることになり、コンプレッサやインタークーラ等への煤の付着を回避することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明のターボ過給エンジンの排気再循環方法及び装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１４】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に係る発明によれば、減筒運転時に低圧ＥＧＲループを選択して排気再循環を行うことによりターボチャージャの駆動力を良好に確保し、減筒運転時におけるコンプレッサのサージングを未然に回避しつつ、その効率も大幅に向上することができるので、ターボ過給エンジンで減筒運転を実施しても、ターボチャージャに支障をきたすことなく排気再循環を継続することができ、ＮＯx低減に必要なＥＧＲ率を確保しつつ必要な新気量を確保することができて、排気再循環によるＮＯx低減と減筒運転による燃費向上とを同時に実現することができる。
【００１５】
（ＩＩ）本発明の請求項３に係る発明によれば、パティキュレートフィルタを通して煤を取り除かれた排気ガスを低圧ＥＧＲループに再循環することができるので、コンプレッサやインタークーラ等への煤の付着を回避することができ、この種の煤の付着によるコンプレッサやインタークーラ等の性能低下を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す系統図である。
【図２】縦軸を圧力比とし横軸を空気量としたコンプレッサの性能曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００１８】
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１は着火気筒数を減らした減筒運転を行い得るようにしたターボ過給エンジンのエンジン本体を示し、該エンジン本体１は、ターボチャージャ２として容量可変のバリアブルジオメトリーターボチャージャを備えており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてエンジン本体１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。
【００１９】
更に、このエンジン本体１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１及びパティキュレートフィルタ１２を介し車外へ排出されるようにしてある。
【００２０】
そして、ターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管１１と、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５との間が低圧ＥＧＲループ１３により接続されており、該低圧ＥＧＲループ１３には、排気ガス９の再循環を適宜に停止し得るよう開閉自在な低圧ＥＧＲバルブ１４と、再循環される排気ガス９を冷却するためのＥＧＲクーラ１５とが装備されている。
【００２１】
ここで、特に本形態例においては、低圧ＥＧＲループ１３がパティキュレートフィルタ１２より下流の排気管１１から排気ガス９の一部を抜き出し得るようにしてあるので、パティキュレートフィルタ１２を通して煤を取り除かれた排気ガス９が低圧ＥＧＲループ１３に再循環されるようになっている。
【００２２】
また、排気マニホールド１０とインタークーラ６より下流の吸気管５との間が高圧ＥＧＲループ１６により接続され、該高圧ＥＧＲループ１６には、再循環される排気ガス９を冷却するためのＥＧＲクーラ１７と、排気ガス９の再循環を適宜に停止し得るよう開閉自在な高圧ＥＧＲバルブ１８とが装備されている。
【００２３】
更に、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をエンジン本体１の負荷として検出するアクセルセンサ１９（負荷センサ）が備えられていると共に、エンジン本体１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ２０が装備されており、これらアクセルセンサ１９及び回転センサ２０からのアクセル開度信号１９ａ及び回転数信号２０ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２１に対し入力されるようになっている。
【００２４】
一方、制御装置２１においては、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置２２に向け燃料噴射制御信号２２ａが出力されるようになっていると共に、低圧ＥＧＲバルブ１４及び高圧ＥＧＲバルブ１８とターボチャージャ２のアクチュエータ２３とに対し夫々の開度を指令する開度指令信号１４ａ，１８ａ，２３ａが出力されるようになっている。
【００２５】
即ち、この制御装置２１では、アクセルセンサ１９及び回転センサ２０からのアクセル開度信号１９ａ及び回転数信号２０ａに基づき、例えば、高速道路走行時等での定常走行が確認された場合に、各気筒８のうちの一部を休止状態にするよう一部の気筒８に対して燃料の供給を停止して減筒運転を実施するようになっており、このような減筒運転が実施された際には、低圧ＥＧＲバルブ１４を開けて高圧ＥＧＲバルブ１８を閉めることで低圧ＥＧＲループ１３を選択して排気ガス９を再循環させるようにしてあり、また、減筒運転を行わない通常運転時には、高圧ＥＧＲバルブ１８を開けて低圧ＥＧＲバルブ１４を閉めることで高圧ＥＧＲループ１６を選択して排気ガス９を再循環させるようにしてある。ただし、必要に応じ高圧ＥＧＲバルブ１８と低圧ＥＧＲバルブ１４の両方を開けて排気ガス９を再循環させるようにすることも可能である。
【００２６】
また、燃料の供給を停止されて休止状態となる気筒８については、図示しない吸・排気バルブの開弁動作を不作動とする制御を併せて行い、休止している気筒８で内部に空気が封止されるようにしておくと良く、このようにすれば、この空気が気筒８内で拡縮されるだけで出力を下げる作用が生じなくなる（圧縮時の抵抗が膨張時に相殺されるため）。
【００２７】
尚、各気筒８における吸・排気バルブの開弁動作を不作動とするに際しては、吸・排気バルブの開閉タイミングやリフトを任意に変更し得る手段として従来から知られている可変バルブ機構を用いれば良く、この種の可変バルブ機構としては、吸・排気バルブの開弁作動を油圧アクチュエータや電磁アクチュエータにより任意な開閉タイミングやリフトで行い得るようにしたものが良く知られているので、これらを適宜に選択して用いるようにすれば良い。
【００２８】
また、バリアブルジオメトリーターボチャージャから成るターボチャージャ２は、従来より周知である如く、アクチュエータ２３によりタービン２ｂ側のノズルベーンを傾動して該各ノズルベーンの開度を調整し得る構造となっており、エアクリーナ３直後に備えたエアフローメータ２４の新気量信号２４ａから判る新気量が、現在の運転状態に照らした目標値となるようにタービン２ｂ側のノズルベーンの開度が調節されるようになっている。
【００２９】
而して、このようにすれば、減筒運転を行わない通常運転時に、高圧ＥＧＲループ１６が選択されて排気ガス９が従来通り再循環される一方、減筒運転を行う場合には、高圧ＥＧＲループ１６から低圧ＥＧＲループ１３に切り換わるので、排気マニホールド１０からの排気ガス９の抜き出し分がなくなり、各着火気筒から出る排気ガス９の全量がタービン２ｂに導入されてターボチャージャ２の駆動力が良好に確保されることになる。
【００３０】
しかも、タービン２ｂを経た排気ガス９の一部が低圧ＥＧＲループ１３を介しターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管へ再循環される結果、必要な新気量を確保するためにコンプレッサ２ａに取り込まれる空気量は、新気量と排気ガス９の再循環分との和となり、新気のみを取り込む場合よりも多くなるため、コンプレッサ２ａをサージングが起こらない領域で運転することが可能となり且つその効率も大幅に向上することが可能となる。
【００３１】
即ち、図２に示す如く、縦軸を圧力比とし且つ横軸を空気量としたコンプレッサ２ａの性能曲線図に当て嵌めた場合、減筒運転を行わない通常運転時には、図２中にＡで示すように、コンプレッサ２ａの作動点がサージング領域から離れた効率の良い領域付近に位置することになる。
【００３２】
これに対し、減筒運転の実施により着火気筒が減少して排気ガス９の流量が減り、しかも、高圧ＥＧＲループ１６により排気マニホールド１０から排気ガス９の一部が抜き出されると、タービン２ｂへ向かう排気ガス９の流量が減少してターボチャージャ２の駆動力が低下し、図２中にＢで示す如く、作動点が小流量側（図２中の左側）へ移動してサージング領域に近づき、しかも、効率の良い領域からは遠ざかってしまうことになる。
【００３３】
しかしながら、減筒運転時に高圧ＥＧＲループ１６から低圧ＥＧＲループ１３に切り換えて排気再循環を行えば、タービン２ｂへ向かう排気ガス９の流量が減少しなくなる上、コンプレッサ２ａに取り込まれる空気量が増えるので、図２中にＣで示す如く、作動点が大流量側（図２中の右側）の位置へ移動してサージング領域から離れ且つ効率の良い領域に近づくことになる。
【００３４】
従って、上記形態例によれば、減筒運転時に低圧ＥＧＲループ１３を選択して排気再循環を行うことによりターボチャージャ２の駆動力を良好に確保し、減筒運転時におけるコンプレッサ２ａのサージングを未然に回避しつつ、その効率も大幅に向上することができるので、減筒運転を実施しても、ターボチャージャ２に支障をきたすことなく排気再循環を継続することができ、ＮＯx低減に必要なＥＧＲ率を確保しつつ必要な新気量を確保することができて、排気再循環によるＮＯx低減と減筒運転による燃費向上とを同時に実現することができる。
【００３５】
また、パティキュレートフィルタ１２を通して煤を取り除かれた排気ガス９を低圧ＥＧＲループ１３に再循環するようにしているので、コンプレッサ２ａやインタークーラ６等への煤の付着を回避することができ、この種の煤の付着によるコンプレッサ２ａやインタークーラ６等の性能低下を未然に回避することができる。
【００３６】
尚、本発明のターボ過給エンジンの排気再循環方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、減筒運転の実施は、高速道路走行時等の定常走行時に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンジン本体
２  ターボチャージャ
２ａ  コンプレッサ
２ｂ  タービン
５  吸気管
８  気筒
９  排気ガス
１０  排気マニホールド
１１  排気管
１２  パティキュレートフィルタ
１３  低圧ＥＧＲループ
１４  低圧ＥＧＲバルブ
１６  高圧ＥＧＲループ
１８  高圧ＥＧＲバルブ
２１  制御装置
【図１】
2010223040.tif 000003
【図２】
2010223040.tif 000004