(57)【要約】【課題】急激な負荷変動を伴う過渡運転時にあっても、適正なＥＧＲ率やターボ駆動力を安定確保する。【解決手段】ターボチャージャ２を備えたエンジン１の排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気マニホールド６（吸気通路）へ再循環するＥＧＲ装置に関し、排気マニホールド９を仕切りバルブ１１によりターボチャージャ２のタービン２ｂの入口を含むメインマニホールド９ａと残りのサブマニホールド９ｂとに分割し、該サブマニホールド９ｂと吸気マニホールド６との間をＥＧＲバルブ１３を有するＥＧＲパイプ１２で接続し、エンジン１が急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された時に仕切りバルブ１１を閉じてＥＧＲバルブ１３を所定開度に開き且つ過渡運転状態の判定がない時には仕切りバルブ１１を開けてＥＧＲバルブ１３を適宜に開度制御する制御装置１８を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを備えたエンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気通路へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気マニホールドを各気筒の並び方向の適宜位置に開閉可能な仕切りバルブを設けてターボチャージャのタービン入口を含むメインマニホールドと残りのサブマニホールドとに分割すると共に、該サブマニホールドと吸気通路との間をＥＧＲバルブを有する第一のＥＧＲパイプにより接続し、エンジンが急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された時に前記仕切りバルブを閉じてＥＧＲバルブを所定開度に開き且つ過渡運転状態の判定がない時には前記仕切りバルブを開けてＥＧＲバルブを適宜に開度制御する制御装置を備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
メインマニホールドと吸気通路との間をＥＧＲバルブを有する第二のＥＧＲパイプにより接続し、この第二のＥＧＲパイプのＥＧＲバルブを過渡運転状態の判定時に閉じ且つ過渡運転状態の判定がない時には適宜に開度制御し得るように制御装置を構成したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ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の発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われており、一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。
【０００３】
また、エンジンに再循環する排気ガスをＥＧＲパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができるため、エンジンに排気ガスを再循環するＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備したものもある。
【０００４】
ただし、このような排気ガスの再循環によりＮＯxの低減化を図ることは、気筒内での燃焼不良により黒煙を発生してしまうこととトレードオフの関係にあるので、黒煙の発生を抑制する観点から排気ガスの再循環量に制限がかかることが避けられないが、将来的な厳しい排気ガス規制に対応するためには、現状以上の高いＥＧＲ率（排気ガス再循環率）で排気ガスの再循環を行う必要があるため、気筒内での燃焼性の改善等によりＥＧＲ率を今まで以上に引き上げる努力が成されている。
【０００５】
尚、前述の如き排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻すＥＧＲ装置に関連する先行技術文献情報としては、本発明と同じ出願人により下記の特許文献１等が既に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１２３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排気ガスを再循環する際におけるＥＧＲ率が高くなればなるほど、排気ガスの再循環を適正なＥＧＲ率に制御しきれなかった場合における燃焼不良が起こり易くなり、また、再循環される排気ガスの比率が増えることで残りの排気ガスによるターボ駆動力の確保も難しくなるため、ただ単にＥＧＲパイプ途中のＥＧＲバルブを開度制御するだけでは、急激な負荷変動を伴う過渡運転時において、前記ＥＧＲバルブの開度制御をよほど緻密に行わない限り適正なＥＧＲ率やターボ駆動力を安定して確保することができなくなるものと考えられるが、そのような急激な負荷変動に即応した緻密なＥＧＲバルブの開度制御は技術的に困難で未だ実現されていない。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、急激な負荷変動を伴う過渡運転時にあっても、適正なＥＧＲ率やターボ駆動力を安定して確保し得るようにしたＥＧＲ装置を提供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、ターボチャージャを備えたエンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気通路へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気マニホールドを各気筒の並び方向の適宜位置に開閉可能な仕切りバルブを設けてターボチャージャのタービン入口を含むメインマニホールドと残りのサブマニホールドとに分割すると共に、該サブマニホールドと吸気通路との間をＥＧＲバルブを有する第一のＥＧＲパイプにより接続し、エンジンが急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された時に前記仕切りバルブを閉じてＥＧＲバルブを所定開度に開き且つ過渡運転状態の判定がない時には前記仕切りバルブを開けてＥＧＲバルブを適宜に開度制御する制御装置を備えた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、エンジンが負荷の安定した定常運転状態にある場合に、制御装置により仕切りバルブが開けられ、メインマニホールドとサブマニホールドとが開通した状態でＥＧＲバルブが適宜に開度制御されて排気ガスの再循環が従来通り実行される一方、制御装置によりエンジンが急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された場合には、仕切りバルブが閉じられメインマニホールドとサブマニホールドとの間が遮断され且つ第一のＥＧＲパイプのＥＧＲバルブが所定開度に開けられ、サブマニホールドに対応した気筒からの排気ガスの全てが第一のＥＧＲパイプを通し吸気通路へ再循環されるので、サブマニホールドに対応した気筒が全気筒中に占める割合でＥＧＲ率が安定制御されることになり、しかも、メインマニホールドに対応した各気筒からの排気ガスの全てがターボチャージャのタービンへと導かれるので、ターボ駆動力がメインマニホールドに対応した一定数の気筒により確実に確保されることになる。
【００１０】
また、本発明においては、メインマニホールドと吸気通路との間をＥＧＲバルブを有する第二のＥＧＲパイプにより接続し、この第二のＥＧＲパイプのＥＧＲバルブを過渡運転状態の判定時に閉じ且つ過渡運転状態の判定がない時には適宜に開度制御し得るように制御装置を構成することも可能である。
【００１１】
このようにすれば、エンジンが負荷の安定した定常運転状態にある場合に、第一及び第二のＥＧＲパイプの両方を利用して排気ガスの再循環を実行することが可能となるので、比較的高いＥＧＲ率が第一及び第二の二本のＥＧＲパイプにより無理なく実現されることになり、また、吸気側に再循環される排気ガスの導入位置が複数に分散されることにより吸気への排気ガスの混合性が向上される。
【発明の効果】
【００１２】
上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１３】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、エンジンが過渡運転状態にあることを制御装置により判定して仕切りバルブを閉じることでメインマニホールドとサブマニホールドとの間を遮断し、該サブマニホールドに対応する一部の気筒からの排気ガスの全てを第一のＥＧＲパイプを通し再循環させ、メインマニホールドに対応した各気筒からの排気ガスの全てをターボチャージャのタービンへと導くことができるので、急激な負荷変動を伴う過渡運転時にあっても、適正なＥＧＲ率やターボ駆動力を安定して確保することができる。
【００１４】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、エンジンが負荷の安定した定常運転状態にある場合に、第一及び第二のＥＧＲパイプの両方を利用して排気ガスの再循環を実行することができるので、第一及び第二の二本のＥＧＲパイプにより比較的高いＥＧＲ率を無理なく実現することができ、しかも、吸気側に再循環される排気ガスの導入位置を複数に分散させることで吸気への排気ガスの混合性を向上することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３をインタクーラ５へと送って冷却し、該インタクーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３を導いてエンジン１の各気筒７（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配するようにしてある。
【００１７】
また、このエンジン１の各気筒７から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介し車外へ排出するようにしてある。
【００１８】
ここで、前記排気マニホールド９は、各気筒７の並び方向の適宜位置に設けられた開閉可能な仕切りバルブ１１によりターボチャージャ２のタービン２ｂの入口を含むメインマニホールド９ａと残りのサブマニホールド９ｂとに分割されており、ここに図示している例では、六つの気筒７のうちの四つがメインマニホールド９ａ側に連通し、残りの二つがサブマニホールド９ｂ側に連通するようになっている。
【００１９】
更に、前記サブマニホールド９ｂと吸気マニホールド６の一端部との間がＥＧＲパイプ１２（第一のＥＧＲパイプ）により接続されており、このＥＧＲパイプ１２には、該ＥＧＲパイプ１２を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１３と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１４とが装備され、該ＥＧＲクーラ１４では、図示しない冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度が低下されるようになっている。
【００２０】
また、特に本形態例においては、メインマニホールド９ａと吸気マニホールド６の他端部との間も別のＥＧＲパイプ１５（第二のＥＧＲパイプ）により接続されており、このＥＧＲパイプ１５にも、該ＥＧＲパイプ１５を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１６と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１７とが装備されている。
【００２１】
そして、これら各ＥＧＲパイプ１２，１５におけるＥＧＲバルブ１３，１６や、前記排気マニホールド９における仕切りバルブ１１の作動は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１８からの制御信号１３ａ，１６ａ，１１ａにより制御されるようになっている。
【００２２】
即ち、前記制御装置１８においては、エンジン１が急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された時に仕切りバルブ１１とＥＧＲバルブ１６を閉じてＥＧＲバルブ１３を所定開度に開き且つ過渡運転状態の判定がない時には前記仕切りバルブ１１を開けて各ＥＧＲバルブ１３，１６の夫々を同じ制御値にて適宜に開度制御し得るように構成されている。
【００２３】
尚、ここに図示している例では、制御装置１８がエンジン制御コンピュータを兼ねたものとなっていて、アクセル開度を負荷として検出するアクセルセンサ１９からのアクセル開度信号１９ａや、エンジン１の機関回転数を検出する回転センサ２０からの回転数信号２０ａ等が入力されるようになっているので、これらの情報に基づいてエンジン１が急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあるか否かが判定されるようになっているが、その判定に際し、図示しない各種入力信号から判る吸気３の過給圧や流量等が必要に応じて加味されるようにしても良い。
【００２４】
また、過渡運転状態の判定がない時の各ＥＧＲバルブ１３，１６の開度制御については、前述のアクセル開度信号１９ａや回転数信号２０ａ等から把握される現在のエンジン１の運転状況に基づいて、必要なＥＧＲ率が達成されるべく適切な開度が選定されて制御信号１３ａ，１６ａとして御成し制御値が指示されるようになっている。
【００２５】
而して、このように構成すれば、エンジン１が負荷の安定した定常運転状態にある場合に、制御装置１８からの制御信号１１ａにより仕切りバルブ１１が開けられ、メインマニホールド９ａとサブマニホールド９ｂとが開通した状態でＥＧＲバルブ１３，１６が制御信号１３ａ，１６ａにより同じ制御値で開度制御されて排気ガス８の再循環が従来通り実行される一方、制御装置１８によりエンジン１が急激な負荷変動を伴う過渡運転状態にあると判定された場合には、制御信号１１ａにより仕切りバルブ１１が閉じてメインマニホールド９ａとサブマニホールド９ｂとの間が遮断されると共に、制御信号１６ａによりＥＧＲバルブ１６が閉じてＥＧＲパイプ１５が不通となり、ＥＧＲパイプ１２のＥＧＲバルブ１３が所定開度に開けられる結果、サブマニホールド９ｂに対応した一部の気筒７から排出された排気ガス８の全てがＥＧＲパイプ１２を通し吸気マニホールド６へ再循環され、サブマニホールド９ｂに対応した気筒７が全気筒７中に占める割合でＥＧＲ率が安定制御されることになり、しかも、メインマニホールド９ａに対応した各気筒７からの排気ガス８が全てターボチャージャ２のタービン２ｂへと導かれるので、ターボ駆動力がメインマニホールド９ａに対応した一定数の気筒７により確実に確保されることになる。
【００２６】
従って、上記形態例によれば、エンジン１が過渡運転状態にあることを制御装置１８により判定して仕切りバルブ１１を閉じることでメインマニホールド９ａとサブマニホールド９ｂとの間を遮断し、該サブマニホールド９ｂに対応する一部の気筒７からの排気ガス８の全てをＥＧＲパイプ１２を通し再循環させ、メインマニホールド９ａに対応した各気筒７からの排気ガス８の全てをターボチャージャ２のタービンへと導くことができるので、急激な負荷変動を伴う過渡運転時にあっても、適正なＥＧＲ率やターボ駆動力を安定して確保することができる。
【００２７】
また、エンジン１が負荷の安定した定常運転状態にある場合に、ＥＧＲパイプ１２，１５の両方を利用して排気ガス８の再循環を実行することができるので、これら二本のＥＧＲパイプ１２，１５により比較的高いＥＧＲ率を無理なく実現することができ、しかも、吸気側に再循環される排気ガス８の導入位置を複数に分散させることで吸気への排気ガス８の混合性を向上することもできる。
【００２８】
ただし、エンジン１が定常運転状態にある場合に、必要なＥＧＲ率を実現するのにＥＧＲパイプ１２だけでも支障がない場合には、図２に示す如く、メインマニホールド９ａと吸気マニホールド６との間を接続するＥＧＲパイプ１５を不要とした構成を採用することも可能である。
【００２９】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気マニホールドから抜き出した排気ガスの一部を吸気管の途中に戻すようにしても良いこと、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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す平面図である。
【図２】本発明の別の形態例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
２  ターボチャージャ
２ｂ  タービン
６  吸気マニホールド（吸気通路）
７  気筒
８  排気ガス
９  排気マニホールド
９ａ  メインマニホールド
９ｂ  サブマニホールド
１１  仕切りバルブ
１１ａ  制御信号
１２  ＥＧＲパイプ（第一のＥＧＲパイプ）
１３  ＥＧＲバルブ
１３ａ  制御信号
１５  ＥＧＲパイプ（第二のＥＧＲパイプ）
１６  ＥＧＲバルブ
１６ａ  制御信号
１８  制御装置
【図１】
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【図２】
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