(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたタービンと、
吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、
前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、
前記吸気通路における前記吸気絞り弁の上流側と前記スロットル弁の下流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、
アイドル状態に移行したとき、前記ＥＧＲ弁を開き、ＥＧＲ弁の下流からスロットル弁の上流までの経路上にＥＧＲガスを閉じ込め貯留するための所要の時間の経過後にこのＥＧＲ弁を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁を全閉し、かつ前記バイパス弁を開く操作を実施する制御部と
を具備する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒内の燃焼温度を低下させ、以て有害物質であるＮＯxの排出量を削減する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、燃焼により発生した排気ガスの一部を吸気に混入するものである。
【０００３】
気筒から排出された直後の高温高圧の排気ガスを吸気通路に還流する高圧ループＥＧＲに対し、排気ターボ過給機のタービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した低温低圧の排気ガスを吸気通路に還流する低圧ループＥＧＲ（例えば、下記特許文献１を参照）は、大量のＥＧＲガスを吸気に混入できる点で有利である。
【０００４】
内燃機関のアイドル時には、ＥＧＲ弁を全閉してＥＧＲを完全に停止する。アイドル中に運転者がアクセルペダルを踏み込む加速要求を行ったときには、速やかに吸気量を増大させるとともに、吸気に混入するＥＧＲガス量を増す必要がある。
【０００５】
しかしながら、低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近いＥＧＲガスを還流させる都合上、ＥＧＲ通路の出口を排気ターボ過給機のコンプレッサの上流側に接続している。即ち、ＥＧＲ通路から吸気通路へと合流したＥＧＲガスは、コンプレッサ、スロットル弁、サージタンク及び吸気マニホルドを経由する長い経路を通って気筒に到達する。
【０００６】
故に、加速要求を受けてＥＧＲ弁を開弁したとしても、ＥＧＲ弁の下流から気筒までの経路上はＥＧＲガスを含まない空気（新気）で満たされており、即座にＥＧＲガスが気筒に供給されない。従って、吸気のＥＧＲ率の上昇が遅れ、燃費の悪化等を引き起こす恐れがあった。
【０００７】
吸排気弁の開閉時期（バルブタイミング）を変化させて加速時の内部ＥＧＲ率を高めることも考えられるが、ドライバビリティの低下につながるきらいがある。加えて、内部ＥＧＲガスは外部ＥＧＲガスよりも温度が高いため、これに頼ることは却ってノッキングを誘発してしまいかねない。そして、ノッキングを予防するべく点火時期を遅角するとなれば、加速要求に対して機関の出力トルクを抑制するという背反になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２１１７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事象に初めて着目してなされたものであって、アイドル状態から加速へと移行する際のＥＧＲ制御の遅延を解消することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流側に設けられたスロットル弁と、前記吸気通路における前記吸気絞り弁の上流側と前記スロットル弁の下流側とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられたバイパス弁と、アイドル状態に移行したとき、前記ＥＧＲ弁を開き、ＥＧＲ弁の下流からスロットル弁の上流までの経路上にＥＧＲガスを閉じ込め貯留するための所要の時間の経過後にこのＥＧＲ弁を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁を全閉し、かつ前記バイパス弁を開く操作を実施する制御部とを具備する内燃機関を構成した。
【００１１】
つまり、アイドル中に、バイパス通路経由で気筒に空気を供給しつつ、ＥＧＲ弁の下流からスロットル弁の上流までの経路上にＥＧＲガスを閉じ込め貯留しておくようにしたのである。このようなものであれば、加速要求のあったときにスロットル弁を開くことで速やかにＥＧＲガスを気筒に供給、吸気のＥＧＲ率を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、アイドル状態から加速への移行の際のＥＧＲ制御の遅延を有効に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び排気ガス再循環装置の構成を示す図。
【図２】同実施形態における制御部が実行する処理の手順例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態の内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２と、吸気通路３の中途をバイパスする新気バイパス通路７とを備えている。
【００１５】
本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。
【００１６】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３５、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３６を、上流からこの順序に配置している。
【００１７】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。
【００１８】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１９】
外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。
【００２０】
低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをＥＧＲ通路２を通じて吸気通路３に還流する。そのために、ＥＧＲ通路２の出口の上流にある吸気絞り弁３５を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ５１の稼働によって幾分負圧となる。
【００２１】
バイパス通路７は、コンプレッサ５１やインタクーラ３２、スロットル弁３３を回避して空気を気筒１の吸気ポートへと導く。バイパス通路７の入口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の上流の所定箇所に接続している。バイパス通路７の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所（サージタンク３４であることがある）に接続している。このバイパス通路７上には、バイパス弁７１を設けてある。
【００２２】
内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度要求信号ｃ、サージタンク３４内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、サージタンク３４の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｅ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｆ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｇ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｈ、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｉ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｊ、バイパス弁７１に対して開度操作信号ｋ等を出力する。
【００２３】
ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。
【００２４】
その上で、本実施形態では、アイドル運転時に所定の操作を行うことで吸気通路３にＥＧＲガスを貯留し、その後加速要求を受けた際に気筒１に充填されるガスのＥＧＲ率を速やかに高められるようにしている。
【００２５】
図２に、制御部たるＥＣＵ６が実行する処理の手順を示している。ＥＣＵ６は、アイドル運転に移行する旨の判定を下したとき（ステップＳ１）、ＥＧＲ弁２２を開き（ステップＳ２）、その開弁から所要の時間が経過した後に（ステップＳ３）ＥＧＲ弁２２の開度を絞るかまたは全閉する（ステップＳ５）。ステップＳ１では、例えば、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が所定回転数（燃料カットを終了する復帰回転数）以下であることを条件として、アイドル状態に入るものと判断する。
【００２６】
また、ＥＧＲ弁２２の開弁から所要の時間が経過した後（ステップＳ３）、スロットル弁３３の開度を絞るかまたは全閉し（ステップＳ４）、かつ吸気絞り弁３５を全閉する（ステップＳ６）。これらの操作ステップＳ２ないしＳ６により、吸気通路３における、ＥＧＲ弁２２の下流からスロットル弁３３の上流までの範囲にＥＧＲガスを充満させ、アイドル運転終了直後即ち再加速時の要求ＥＧＲ率を達成できるようにする。
【００２７】
アイドル運転中は、バイパス弁７１の開度を操作して吸気量を調整し、併せて燃料噴射量及び／または点火時期を調整することにより、エンジン回転数を目標アイドル回転数（通常、７００ｒｐｍないし８００ｒｐｍ程度）にフィードバック制御する。そのために、ステップＳ４ないしＳ６とほぼ同時に、全閉していたバイパス弁７１を開く（ステップＳ７）。
【００２８】
しかして、アイドル運転から加速運転に移行する旨の判定を下したときには（ステップＳ９）、全閉していた吸気絞り弁３５及びスロットル弁３３をそれぞれ開く（ステップＳ１０、Ｓ１１）。ステップＳ９では、例えば、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれたことを条件として、アイドル運転を終了し再加速を開始するものと判断する。加速要求がなければ、アイドル運転のための回転数制御を続行する（ステップＳ８）ことは言うまでもない。ステップＳ１１では、スロットル弁３３の開度を徐々に大きく開いてゆくようにし、吸気通路３におけるＥＧＲ弁２２の下流からスロットル弁３３の上流までの経路上に閉じ込めていたＥＧＲガスが一挙に気筒１の燃焼室に流入してしまうことを抑制する。さもなくば、ＥＧＲ過多となって失火を引き起こすおそれがあるからである。
【００２９】
並びに、ステップＳ１０、Ｓ１１と相前後して、バイパス弁７１を全閉する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、バイパス弁７１の開度を徐々に小さく絞ってゆく。
【００３０】
因みに、バイパス通路７は、車両の減速時の失火を予防するためにも機能する。運転者がアクセルペダルの踏み込みを緩める減速要求がなされた場合、吸気量の減少とともに吸気に混入するＥＧＲガス量を減じる必要がある。ところが、ＥＧＲ弁２２を閉止したとしても、ＥＧＲ弁２２の下流から気筒１までの経路上には少なからぬ量のＥＧＲガスが残存しており、即時にＥＧＲ率を０まで低下させることは難しいという問題があった。
【００３１】
そこで、減速要求があったときには、一時的にバイパス弁７１を開弁してＥＧＲガスを含まない空気をバイパス通路７経由で取り入れ、気筒１に充填されるガスのＥＧＲ率を実効的に低下させ、以てＥＧＲ過多による失火を予防するのである。減速時にはスロットル弁３３の開度を絞るので、サージタンク３４内圧力が負圧となり、バイパス弁７１を開くのみでバイパス通路７を介して空気を流通させることが可能である。
【００３２】
本実施形態では、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、前記排気通路４における前記タービン５１の下流側と前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを接続するＥＧＲ通路２にＥＧＲ弁２２が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路３における前記ＥＧＲ通路２の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁３５と、前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側に設けられたスロットル弁３３と、前記吸気通路３における前記吸気絞り弁３５の上流側と前記スロットル弁３３の下流側とを接続するバイパス通路７と、前記バイパス通路７に設けられたバイパス弁７１と、アイドル状態に移行したとき、前記ＥＧＲ弁２２を開き、しかる後にこのＥＧＲ弁２２を絞るかまたは全閉するとともに、前記スロットル弁３３を絞るかまたは全閉し、前記吸気絞り弁３５を全閉し、かつ前記バイパス弁７１を開く操作を実施する制御部６とを具備する内燃機関０を構成したため、アイドル運転中にバイパス通路７経由で気筒１に空気を供給しつつ、ＥＧＲ弁２２の下流からスロットル弁３３の上流までの経路上にＥＧＲガスを閉じ込め貯留しておくことが可能になる。そして、加速要求のあった暁には、スロットル弁３３を開いて、貯留していたＥＧＲガスを速やかに気筒１に供給、吸気のＥＧＲ率を高めることができる。
【００３３】
本実施形態によれば、アイドル運転から加速運転に移行する際にＥＧＲ弁２２を開放操作しても即座にＥＧＲ率が上昇しない問題を有効に解消できる。従って、燃費の向上に奏効し、ノッキング等の発生を予防することができる。実際の吸気のＥＧＲ率を要求ＥＧＲ率に速やかに収束させる、即ち外部ＥＧＲ率の制御の応答性を高めることができるので、内部ＥＧＲに依存せずに済む。可変バルブタイミングの自由度も向上する。
【００３４】
なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
０…内燃機関
２…ＥＧＲ通路
３…吸気通路
３３…スロットル弁
３５…吸気絞り弁
４…排気通路
５…過給機
５１…コンプレッサ
６…制御部（ＥＣＵ）
７…バイパス通路
７１…バイパス弁
【図１】
0005574922.tif 000002
【図２】
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