(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を着火順序が各群内で連続しないように複数の気筒群に分割し、前記複数の気筒群の各気筒群毎に排気通路から吸気通路に連通するように設置されて前記各気筒群の排気通路から排出された排気ガスを前記吸気通路へ再循環する複数の再循環通路と、各再循環通路の相応する排気通路側連通口にそれぞれ設けられて前記各気筒群の排気通路から排出された排気ガスの再循環量を制御する複数の再循環制御バルブと、前記再循環通路の前記吸気通路側連通口に設けられ通常では全開しているがエンジンの高負荷領域でも黒煙が悪化する限界までは半開状態に絞られるシャットオフバルブとを備え、前記シャットオフバルブは、エンジンの急加速時において瞬時に全閉状態にされて前記排気ガスの前記吸気通路への再循環を遮断するように制御されることを特徴とする過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置であって、前記シャットオフバルブは、アクセル圧力に応動していることを特徴とする過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気マニホルド等の排気通路へ排出された排気ガスを吸入通路へ再循環させて、ＮＯｘを低減する排気ガス再循環装置（エキゾーストガスリサーキュレイションシステム又はＥＧＲ装置）の改良に関し、特にターボ等の過給機を有する多気筒エンジンの排気再循環装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス再循環装置は、排気ガスの一部を排気通路から取り出して吸気通路へ再循環させ、排気ガス中の不活性気体が有する熱容量によって最高燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減し、大気の汚染を防止している。また、過給機、例えば、排気タービン過給機は、エンジンの排気タービンによって駆動されるコンプレッサによって吸気を大気圧以上に昇圧し、高密度の吸気をシリンダ内に供給してエンジンの出力を増加している。
【０００３】
このような排気タービン過給機エンジンに適用された従来技術の排気ガス再循環装置の一例が実開平１−１７３４４５号公報に記載され、この公知の装置は、図８に示されている。この従来技術の装置において、排気タービン過給機１１８は、吸気を昇圧するコンプレッサ１３２と多気筒エンジン１１２の排気通路１２２からの排気ガスによって駆動されてコンプレッサ１３２を駆動する排気タービン１３４とから成っており、吸気通路１２０にはこのコンプレッサ１３２によって昇圧された吸気が供給される。
【０００４】
また、排気ガス再循環装置１１０は、多気筒エンジン１１２の排気通路１２２と吸気通路１２０とを連通する再循環通路１３６から成り、この再循環通路１３６の排気通路側連通口（排気ガス入口）１３８と吸気通路側連通口（排気ガス出口）１４２にそれぞれ入口（排気通路）側及び出口（吸気通路）側ＥＧＲ制御バルブ１４０、１４０’がそれぞれ設けられている。
【０００５】
この従来技術の排気ガス再循環装置は、図９に示すように、エンジンの低負荷時には入口側と出口側との両方のＥＧＲ制御バルブ１４０、１４０’を全開状態としてＥＧＲガスの再循環量を最大とし、部分負荷又は中負荷時には、入口側ＥＧＲ制御バルブ１４０は全開状態としたまま出口側ＥＧＲ制御バルブ１４０’を半開状態に制御してＥＧＲガスの再循環量を減少し、高負荷時には、両方のＥＧＲ制御バルブ１４０、１４０’を全閉状態として排気タービン過給機１１８の出力を最大としている。
【０００６】
特に、高負荷時には、入口側ＥＧＲ制御バルブ１４０が全閉状態となって排気ガスの圧力が再循環通路１３６によって減衰されることがないため、排気タービン過給機１１８を高い過給効率で駆動することができ、また出口側ＥＧＲ制御バルブ１４０’が全閉状態となって高いブースト圧によって吸気が再循環通路に逆流することがなく、排気ガス再循環装置が過給機の駆動に支障となることがないので有利である。
【０００７】
しかし、この従来技術の排気ガス再循環装置は、高負荷時には、煙対策上、排気ガス再循環制御を全く行わないため、高負荷時の黒煙が悪化する前でも排気ガス再循環が全く行われなかった。
【０００８】
また、この従来技術の排気ガス再循環装置は、高負荷時にのみ両ＥＧＲ制御バルブ１４０、１４０’を閉じるので、特にエンジンを急加速した場合の制御はされておらず、未だ両ＥＧＲ制御バルブ１４０、１４０’が開いている時に、過剰なＥＧＲガスが吸気通路１２０に導入されて黒煙が増大する欠点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、排気ガス再循環作用が過給機の駆動に支障がなく、且つ高負荷時に黒煙が悪化する限界までＥＧＲ制御を行うことができる上に急加速の如き過渡運転時に過剰なＥＧＲガスが吸気通路に導入されて黒煙が発生することがないようにした過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の課題解決手段は、複数の気筒を着火順序が各群内で連続しないように複数の気筒群に分割し、これらの複数の気筒群の各気筒群毎に排気通路から吸気通路に連通するように設置されて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスを吸気通路へ再循環する複数の再循環通路と、各再循環通路の相応する排気通路側連通口にそれぞれ設けられて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスの再循環量を制御する複数の再循環制御バルブと、再循環通路の吸気通路側連通口に設けられ通常では全開しているがエンジンの高負荷時領域でも黒煙が悪化する限界までは半開状態に絞られるシャットオフバルブとを備え、このシャットオフバルブは、エンジンの急加速時において瞬時に全閉状態にされて排気ガスの吸気通路への再循環を遮断するように制御されることを特徴とする過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の第２の課題解決手段は、第１の課題解決手段による過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置であって、シャットオフバルブは、アクセル圧力に応動していることを特徴とする過給機付き多気筒エンジンの排気ガス再循環装置を提供することにある。
【００１２】
このように、複数の気筒を着火順序が各群内で連続しないように複数の気筒群に分割し、これらの複数の気筒群の各気筒群毎に排気通路から吸気通路に連通するように設置されて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスを吸気通路へ再循環する複数の再循環通路を設置したので、分割された気筒群における再循環通路内のデッドボリュームを最小限にすることができ、排気タービンを駆動する際の排気ガスの圧力を低下することがなく、排気タービン過給機の通常の動作時の性能に悪影響を及ぼすことがない。
【００１３】
また、再循環制御バルブは、排気通路側連通口に設けられて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスの再循環量を制御し、低負荷又は中負荷領域では、シャットオフバルブは、全開状態でシャットオフバルブがないと同じか半開状態で僅かに絞られた状態にあるが、既に述べたように、再循環通路は気筒群毎に分割されていて最小限のボリュームに抑制されているので、通常の排気ガスの再循環量は、この排気通路側で制御されても、吸気通路側のボリュームを拡大することがなく、従ってＥＧＲ制御の応答性を低下することがなく、目標のＥＧＲ率を容易に確保することができる。
【００１４】
更に、エンジンの高負荷時には、排気通路側の再循環制御バルブが全閉状態となるため排気ガスの圧力が再循環通路によって減衰されることが少ないため、排気タービン過給機を高い過給効率で駆動することができ、また吸気通路側のシャットオフバルブが全閉状態となって高いブースト圧によって吸気が再循環通路に逆流することがなく、排気ガス再循環装置が過給機の駆動に支障となることがない。
【００１５】
また、高負荷時でも黒煙が悪化する限界までは、排気通路側の再循環制御バルブや吸気通路側のシャットオフバルブを半開状態にすることによって排気ガス再循環を行うように制御することができる。
【００１６】
シャットオフバルブは、エンジンの定常時では全開しているが、急加速時には、アクセル圧力に応動して瞬時に全閉状態となって排気ガスが吸気通路へ再循環するのを遮断するので、過剰な排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気通路に導入されることがなく、従って黒煙が増大する虞がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明すると、図１及び図２は本発明の排気ガス再循環装置１０を備えた過給機付き多気筒エンジン１２の２つの異なる態様を示し、いずれの態様でも、エンジン１０は、６気筒であるのが示されている。吸気管１４は、後に述べる排気タービン過給機１８を介して吸気マニホルド（吸気通路）２０に連通し、また排気管１６は、排気タービン過給機１８の排気タービンを介して排気マニホルド（排気通路）２２に連通している。尚、図１及び図２において、符号２４はシリンダブロック、符号２６は排気管２２に設けられたエキゾーストブレーキである。
【００１８】
多気筒エンジン１２は、図１及び図２に示すように、６つの気筒を着火順序が各群内で連続しないように２つの気筒群１２Ａ、１２Ｂに分割され、排気マニホルド２２は、これらの気筒群１２Ａ、１２Ｂに相応して隔壁２８によって相互に隔離された２つの排気通路部分２２Ａ、２２Ｂから成っている。図１の態様では、吸気マニホルド２０は、２つの気筒群１２Ａ、１２Ｂで相互に隔離されていないが、図２の態様では、吸気マニホルド２０は、２つの気筒群１２Ａ、１２Ｂに相応して隔壁３０によって相互に隔離された２つの吸気通路部分２０Ａ、２０Ｂから成っている。
【００１９】
排気タービン過給機１８は、図１及び図２に示すように、吸気管１４の途中に配置されて吸気を圧縮して昇圧するコンプレッサ３２と、このコンプレッサ３２を駆動する排気タービン３４とから成り、排気タービン３４は、排気マニホルド２２と排気管１６との間に配置されて排気ガスによって駆動される。尚、図示していないが、排気タービン過給機１８のコンプレッサ３２の下流側の吸気管部分にはインタクーラが設けられていてもよい。
【００２０】
本発明の排気ガス再循環装置１０は、２つの気筒群１２Ａ、１２Ｂの各気筒群毎に排気通路部分２２Ａ、２２Ｂから吸気通路２０（図１参照）又は吸気通路部分２０Ａ、２０Ｂ（図２参照）に連通するように設置されて各気筒群１２Ａ、１２Ｂの排気通路２２Ａ、２２Ｂから排出された排気ガスを吸気通路２０（図１参照）又は吸気通路部分２０Ａ、２０Ｂ（図２参照）へ再循環する２つの再循環通路３６Ａ、３６Ｂを備えている。図１の態様では、２つの再循環通路３６Ａ、３６Ｂは、吸気通路２０側で二又状に接続されて吸気通路２０に連通しているが、図２の態様では、２つの再循環通路３６Ａ、３６Ｂは、それぞれ吸気マニホルド２０のそれぞれの吸気通路部分２０Ａ、２０Ｂに連通している。
【００２１】
本発明の排気ガス再循環装置１０は、各再循環通路３６Ａ、３６Ｂの相応する排気通路側連通口３８Ａ、３８Ｂにそれぞれ設けられて各気筒群１２Ａ、１２Ｂの排気通路部分２２Ａ、２２Ｂから排出された排気ガスの再循環量を制御する２つの再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂと、再循環通路３６Ａ、３６Ｂの吸気通路側連通口４２（図１参照）又は４２Ａ、４２Ｂ（図２参照）に設けられ通常では全開しているがエンジンの高負荷時に全閉状態又は半開状態にされるシャットオフバルブ４４（図１の態様）又は４４Ａ、４４Ｂ（図２の態様）とを更に備えている。
【００２２】
図１及び図２に示すように、排気ガス再循環装置１０は、定常運転時には、燃料噴射量、エンジンの回転数、吸入空気量又は排気ガス中の酸素濃度等の種々のファクタを検出するファクタ検出手段４６からの種々のファクタ検出信号に基づいて再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂを制御する制御信号を発生するＣＰＵの如き制御手段４８を備えている。制御手段４８が再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂを制御する状態は図３及び図４を参照して本発明の装置の動作と共に後に詳細に述べる。
【００２３】
制御手段４８は、エンジンの高負荷が検出された時にシャットオフバルブ４４又は４４Ａ、４４Ｂを閉じるシャトオフバルブ遮断信号を発生し、またエンジンの急加速時にシャトオフバルブ４４又は４４Ａ、４４Ｂを瞬時に全閉状態にして排気ガスの吸気通路２０又は吸気通路部分２０Ａ、２０Ｂへの再循環を遮断するように制御する非定常時遮断信号を発生する。制御手段４８は、図１及び図２に示すように、加速時、アクセル５０の急な踏み込みによってシャトオフバルブ４４を瞬時に閉じる非定常時遮断信号を発生するようにアクセル５０の踏み込み圧力を検出するアクセル圧力検出手段５２からアクセル急踏み込み検出信号を受ける。
【００２４】
シャットオフバルブ４４、４４Ａ、４４Ｂ（以下符号４４で代表する）の一例が図６及び図７に示されており、このシャットオフバルブ４４は、入口５４と出口５６とを有するケーシング５８と、このケーシング５８内に配置され枢支軸６０によって揺動自在に支持されたバタフライ状のバルブ本体６２と、このバルブ本体６２を開閉駆動するアクチュエータ６４とから成っている。図示の態様では、アクチュエータ６４は、ケーシング５８の外部で枢支軸６０に連結された略Ｕ字形のレバー６６と、ケーシング５８に支持されレバー６６の自由端に枢動自在にピボット連結されたピストンロッド６８ａを有するエアシリンダ６８とから成っている。
【００２５】
エアシリンダ６８は、アクセル圧力検出手段５２からのアクセル急踏み込み検出信号を受けて制御手段４８が発生する遮断指令に基づいてピストンロッド６８ａを伸長するように駆動され、バタフライ状のバルブ本体６２を閉じて再循環通路３６Ａ、３６Ｂの吸気通路側連通口４２、４２Ａ、４２Ｂを閉じる。エアシリンダ６８は、エアの圧縮作用が働いてバタフライ状のバルブ本体６２を弾性的に閉じることができる。
【００２６】
次に、本発明の排気ガス再循環装置１０の動作を図３及び図４を参照して詳細に述べる。図１の排気ガス再循環装置１０は、エンジン回転速度及び負荷率に応じてシャトオフバルブ４４及び再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂを図３に示すように制御するが、いずれの場合も、シャットオフバルブ４４は、低負荷及び中負荷領域では全開状態にあり、また高負荷領域では全閉又は半開状態にある。従って低負荷又は中負荷領域では、シャットオフバルブ４４はないのと全く同じか僅かに絞られた状態になって再循環通路３６Ａ、３６Ｂが吸気通路側に連通して吸気通路側のボリュームを拡大するが、再循環通路３６Ａ、３６Ｂは、気筒群毎に分割されているので、拡大されるボリュームは最小限に抑制され、従って低負荷又は中負荷領域でのＥＧＲ制御の応答性を低下することがなく、所定のＥＧＲ率を容易に得ることができる。尚、ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス量／（吸入混合気量＋ＥＧＲガス量）で表される。
【００２７】
図３に示すように、エンジンの低負荷領域では、再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂは、エンジン回転速度が低速又中速の場合には、全開又は半開状態に、また高速の場合には、全開状態に制御されて所定のＥＧＲ率が得られる。一方、エンジンの中負荷領域では、再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂは、エンジン回転速度のいかんに拘らず半開状態に制御されて所定のＥＧＲ率が確保される。
【００２８】
一方、同じく図３に示すように、エンジンの高負荷領域では、再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂは、エンジン回転速度のいかんに拘らず、全閉に制御されるので、排気タービン３４の駆動時に排気ガスの圧力が再循環通路３６Ａ、３６Ｂによって減衰されることがなく、過給機１８の過給効率が低下するのが抑制される。また、既に述べたように、エンジンの高負荷領域で、シャットオフバルブ４０は、全閉であるので、再循環通路３６Ａ、３６Ｂが完全に吸気マニホルド（吸気通路）２０から遮断されるため、過給機１８から過給される吸気が再循環通路３６Ａ、３６Ｂに入り込むのが抑制され、過給作用を抑制することがない。
【００２９】
また、この高負荷時でも、図３に示すように、黒煙が悪化する限界まで、排気通路側の再循環制御バルブ４０Ａ、４０Ｂや吸気通路側のシャットオフバルブ４４を比例制御によって半開状態にすることによって排気ガス再循環を行うように制御することができる。
【００３０】
次に、エンジン１２を急加速するためアクセル５０を急激に踏み込むと、アクセル圧力検出手段５２がアクセルの急加速を検出してこれを制御手段４８に入力するので、制御手段４８は、シャットオフバルブ４０を瞬時に全閉状態となるように制御し、再循環通路３６Ａ、３６Ｂ内の排気ガスが吸気マニホルド（吸気通路）へ再循環するのを遮断する。従って、エンジンの急加速時に過剰な排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気マニホルド（吸気通路）２０に導入されることがなく、空気過剰率の低下を抑制するので、排気ガス内に黒煙が増大するのを抑制することができる。
【００３１】
図２の排気ガス再循環装置１０は、シャットオフバルブ４４Ａ、４４Ｂが各再循環通路３６Ａ、３６Ｂ毎に設けられているが、これらのシャットオフバルブ４４Ａ、４４Ｂは、図４に示すように、図１の排気ガス再循環装置１０のシャットオフバルブ４０と同様に相互に同期して動作することを除いて図１の排気ガス再循環装置１０の動作と全く同じである。
【００３２】
本発明の異なる実施の態様が図５に示されており、この態様の排気ガス再循環装置１０は、吸気マニホルド２０に隔壁を有しないが、２つの再循環通路３６Ａ、３６Ｂが別個のシャットオフバルブ４４Ａ、４４Ｂを介して吸気マニホルド（吸気通路）２０に連通していることを除いて図２の実施の態様と同じであり、またその動作も図２の実施の態様と同じであるのでその説明も省略する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように、複数の気筒を着火順序が各群内で連続しないように複数の気筒群に分割し、これらの複数の気筒群の各気筒群毎に排気通路から吸気通路に連通するように設置されて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスを吸気通路へ再循環する複数の再循環通路を設置したので、分割された気筒群における再循環通路のデッドボリュームを最小限にすることができるため、排気タービンの動作時に、排気ガスの圧力を低下することがなく、排気タービン過給機の通常の動作時の性能に悪影響を及ぼすことがない。
【００３４】
また、再循環制御バルブは、排気通路側連通口に設けられて各気筒群の排気通路から排出された排気ガスの再循環量を制御し、低負荷又は中負荷領域では、シャットオフバルブは全開状態でシャットオフバルブがないと同じか半開状態で僅かに絞られた状態にあるが、再循環通路は気筒群毎に分割されていて最小限の容量に抑制されているので、通常の排気ガスの再循環量は、この排気通路側で制御されても、吸気通路側のボリュームを拡大することがなく、従ってＥＧＲ制御の応答性を低下することがなく、所定のＥＧＲ率を容易に確保することができる。
【００３５】
更に、エンジンの高負荷時には、排気通路側の再循環制御バルブが全閉となるため排気ガスの圧力が再循環通路によって減衰されることが少ないため、排気タービン過給機を高い過給効率で駆動することができ、また吸気通路側のシャットオフバルブが全閉となって高いブースト圧によって吸気が再循環通路に逆流することがなく、排気ガス再循環装置が過給機の駆動に支障となることがない。
【００３６】
また、高負荷時でも、黒煙が悪化する限界まで、排気通路側の再循環制御バルブや吸気通路側のシャットオフバルブを比例制御によって半開状態にすることによって排気ガス再循環を行うように制御することができる。
【００３７】
また、シャットオフバルブは、エンジンの定常時では全開又は半開状態にあるが、急加速時には、アクセルの急加速に応動して瞬時に閉じて排気ガスの吸気通路への再循環を遮断するので、過剰な排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気通路に導入されることがなく、従って黒煙が増大する虞がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の１つの実施の態様による排気ガス再循環装置を備えた過給機付き多気筒エンジンの概略系統図である。
【図２】    本発明の他の実施の態様による排気ガス再循環装置を備えた過給機付き多気筒エンジンの概略系統図である。
【図３】    図１の実施の態様による排気ガス再循環装置の再循環バルブ及びシャットオフバルブの動作説明図である。
【図４】    図２の実施の態様による排気ガス再循環装置の再循環バルブ及びシャットオフバルブの動作説明図である。
【図５】    本発明の更に他の実施の態様による排気ガス再循環装置を備えた過給機付き多気筒エンジンの概略系統図である。
【図６】  本発明に用いられるシャットオフバルブの下面図である。
【図７】  図６のシャットオフバルブの上面図である。
【図８】  従来技術の排気ガス再循環装置を備えた過給機付き多気筒エンジンの概略系統図である。
【図９】  図８の従来技術による排気ガス再循環装置のＥＧＲ制御バルブの動作説明図である。
【符号の説明】
１０ 排気ガス再循環装置
１２ 過給機付き多気筒エンジン
１２Ａ １つの気筒群
１２Ｂ 他の１つの気筒群
１４ 吸気管
１６ 排気管
１８ 排気タービン過給機
２０ 吸気マニホルド（吸気通路）
２０Ａ 吸気通路部分
２０Ｂ 吸気通路部分
２２ 排気マニホルド（排気通路）
２２Ａ 排気通路部分
２２Ｂ 排気通路部分
２４ シリンダブロック
２６ エキゾーストブレーキ
２８ 隔壁
３０ 隔壁
３２ コンプレッサ
３４ 排気タービン
３６Ａ 再循環通路
３６Ｂ 再循環通路
３８Ａ 排気通路側連通口
３８Ｂ 排気通路側連通口
４０Ａ 再循環制御バルブ
４０Ｂ 再循環制御バルブ
４２ 吸気通路側連通口
４２Ａ 吸気通路側連通口
４２Ｂ 吸気通路側連通口
４４ シャットオフバルブ
４４Ａ シャットオフバルブ
４４Ｂ シャットオフバルブ
４６ ファクタ検出手段
４８ 制御手段
５０ アクセル
５２ アクセル圧力検出手段
５４ 入口
５６ 出口
５８ ケーシング
６０ 枢支軸
６２ バタフライ状のバルブ本体
６４ アクチュエータ
６６ レバー
６８ エアシリンダ
６８ａ ピストンロッド
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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