(57)【要約】【課題】ターボチャージャを備えた多気筒エンジンにＥＧＲ装置と共に燃料を還元剤とするフィルタを使用してもフィルタにおける燃料供給量を容易に決定することができる多気筒エンジンの吸排気装置を提供する。【解決手段】左バンク１ａ側のターボチャージャ３ａから吐出された吸気が右バンク１ｂ側の吸気通路に流されると共に右バンク１ｂ側のターボチャージャ３ｂから吐出された吸気が左バンク１ａ側の吸気通路に流される。また、ＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂにより左バンク１ａ側の排気マニホルド５ａから取り出された排気ガスの一部が左バンク１ａ側の吸気マニホルド１１ａに再循環されると共に右バンク１ｂ側の排気マニホルド５ｂから取り出された排気ガスの一部が右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに再循環される。エアフローメータ８ａ及び８ｂで検出された吸気流量に基づいてそれぞれ右バンク１ｂ及び左バンク１ａの排気流量が推定され、フィルタ６ｂ及び６ａの燃料供給量が決定される。【選択図】図１
2005163752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ可変ターボチャージャを有する２つの吸排気系統を備えた多気筒エンジンの吸排気装置において、
各系統の排気通路に配設された可変ターボチャージャの吐き出し口をそれぞれ他方の系統の吸気通路に連結し、
それぞれ対応する系統の排気通路と吸気通路との間で排気ガスを循環させる２つのＥＧＲ装置と、
それぞれ対応する系統の吸気通路に配設された２つのエアフローメータと、
それぞれ対応する系統の排気通路に配設され且つ燃料を還元剤とする２つのフィルタと
を備え、各系統のエアフローメータで検出された吸気流量に基づいて他方の系統の排気流量を推定すると共にその推定排気流量に基づいて他方の系統のフィルタへの燃料供給量を決定することを特徴とする多気筒エンジンの吸排気装置。
【請求項２】
２プレーンクランクを有するＶ型エンジンに適用された請求項１に記載の多気筒エンジンの吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒エンジンの吸排気装置に係り、特にそれぞれ可変ターボチャージャを有する２つの吸排気系統を備えた多気筒エンジンの吸排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｖ型多気筒エンジンでは、双方のバンクにそれぞれ対応してターボチャージャを配設し、各バンクの気筒から排出された排気エネルギーをターボチャージャのタービンで回収してコンプレッサを駆動することにより、圧縮された吸気を気筒へ供給するものがある。このようなターボチャージャを備えたＶ型多気筒エンジンにおいて、排気エネルギーの回収効率を高めるために、例えば特許文献１には、双方のターボチャージャのタービンに交互に排気パルスが供給されるように各気筒の排気通路を接続した排気装置が開示されている。等間隔着火のエンジンでは各タービンに等間隔の排気パルスが供給され、不等間隔着火のエンジンでも各タービンに等間隔に近い排気パルスが供給されることとなり、排気エネルギーの回収効率の改善がなされる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１４９１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気ガス中のＮＯｘの低減法として、排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるＥＧＲ（排気ガス再循環）装置の使用が知られている。不活性ガスである排気ガスの持つ熱容量により最高燃焼温度が低下して排気ガス中のＮＯｘが低減される。ところが、このＥＧＲを行うことにより出力の低下等をもたらすこととなるため、一般にアイドル時、高負荷時等にはＥＧＲを行わないようにしている。
このようなＥＧＲ装置を特許文献１に記載されたようなＶ型多気筒エンジンの各バンクに対応させて搭載すると、各バンクのターボチャージャのバラツキにより、ＥＧＲを行った場合と行わない場合とで排気ガス量が異なり、各バンクの吸気流量と排気流量との関係も変化する。
【０００５】
また、排気ガス中に含まれる微粒子や硫黄に対しては、燃料を還元剤としてこれら微粒子や硫黄を還元するフィルタの使用が知られている。還元に必要な燃料供給量は排気ガスの流量に対応して変化するため、このフィルタを使用する際には、排気ガスの流量の把握が不可欠となる。
しかしながら、排気ガスは高温のため、直接流量を測定することは困難である。また、吸気流量をエアフローメータで測定してその測定値から排気ガスの流量を推定しようとしても、このフィルタをＥＧＲ装置と共にターボチャージャを備えたＶ型多気筒エンジンに適用すると、上述したようにＥＧＲを行った場合と行わない場合とで吸気流量と排気流量との関係が変化するため、排気流量の推定が困難になるという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、ターボチャージャを備えた多気筒エンジンにＥＧＲ装置と共に燃料を還元剤とするフィルタを使用してもフィルタにおける燃料供給量を容易に決定することができる多気筒エンジンの吸排気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】
【０００７】
この発明に係る多気筒エンジンの吸排気装置は、それぞれ可変ターボチャージャを有する２つの吸排気系統を備えた多気筒エンジンの吸排気装置において、各系統の排気通路に配設された可変ターボチャージャの吐き出し口をそれぞれ他方の系統の吸気通路に連結し、それぞれ対応する系統の排気通路と吸気通路との間で排気ガスを循環させる２つのＥＧＲ装置と、それぞれ対応する系統の吸気通路に配設された２つのエアフローメータと、それぞれ対応する系統の排気通路に配設され且つ燃料を還元剤とする２つのフィルタとを備え、各系統のエアフローメータで検出された吸気流量に基づいて他方の系統の排気流量を推定すると共にその推定排気流量に基づいて他方の系統のフィルタへの燃料供給量を決定するものである。
２つの吸排気系統の排気通路に配設された可変ターボチャージャの吐き出し口をそれぞれ他方の系統の吸気通路に連結すると共に２つのＥＧＲ装置がそれぞれ対応する系統の排気通路と吸気通路との間で排気ガスを循環させることにより、一方の系統の吸気流量が他方の系統の排気流量に等しくなる。このため、各系統のエアフローメータで検出された吸気流量に基づいて他方の系統の排気流量を推定することが可能となり、各フィルタの燃料供給量の決定が容易となる。
なお、この発明は、２プレーンクランクを有するＶ型エンジンに適用すると効果的である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、各系統の排気通路に配設された可変ターボチャージャの吐き出し口をそれぞれ他方の系統の吸気通路に連結し、それぞれ対応する系統の排気通路と吸気通路との間で排気ガスを循環させる２つのＥＧＲ装置を備えたので、一方の系統の吸気流量＝他方の系統の排気流量の関係が成り立ち、各系統のエアフローメータで検出された吸気流量に基づいて他方の系統の排気流量を推定し、その推定排気流量に基づいて他方の系統のフィルタへの燃料供給量を決定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の全体構成を示す。この実施の形態は、Ｖ型８気筒エンジンに適用されたもので、８つの気筒＃１〜＃８が４つずつ２群に分けられてそれぞれ左右のバンク１ａ及び１ｂに配列されている。すなわち、気筒＃１、＃３、＃５及び＃７が左バンク１ａに、気筒＃２、＃４、＃６及び＃８が右バンク１ｂにそれぞれ配置されている。左右のバンク１ａ及び１ｂにそれぞれ対応して２つの吸排気系統２ａ及び２ｂが配設されている。
【００１０】
左バンク１ａに対応した吸排気系統２ａは可変ターボチャージャ３ａを備え、可変ターボチャージャ３ａのタービン４ａの流入口に気筒＃１、＃３、＃５及び＃７の各排気ポートを連結した排気マニホルド５ａが接続されると共に流出口には燃料を還元剤とするフィルタ６ａが接続されている。また、可変ターボチャージャ３ａのコンプレッサ７ａの吸込口にエアフローメータ８ａを介してエアクリーナ９ａが接続されると共に吐出口にインタークーラ１０ａを介して他方の吸排気系統２ｂの気筒＃２、＃４、＃６及び＃８の各吸気ポートを連結した吸気マニホルド１１ｂが接続されている。また、排気マニホルド５ａと吸気マニホルド１１ａとの間には、ＥＧＲバルブを内蔵したＥＧＲ（排気ガス再循環）装置１２ａが配設されている。
【００１１】
同様に、右バンク１ｂに対応した吸排気系統２ｂは可変ターボチャージャ３ｂを備え、可変ターボチャージャ３ｂのタービン４ｂの流入口に気筒＃２、＃４、＃６及び＃８の各排気ポートを連結した排気マニホルド５ｂが接続されると共に流出口には燃料を還元剤とするフィルタ６ｂが接続されている。また、可変ターボチャージャ３ｂのコンプレッサ７ｂの吸込口にエアフローメータ８ｂを介してエアクリーナ９ｂが接続されると共に吐出口にインタークーラ１０ｂを介して他方の吸排気系統２ａの気筒＃１、＃３、＃５及び＃７の各吸気ポートを連結した吸気マニホルド１１ａが接続されている。また、排気マニホルド５ｂと吸気マニホルド１１ｂとの間には、ＥＧＲバルブを内蔵したＥＧＲ装置１２ｂが配設されている。
なお、上記した構成以外にも、図示は省略するが、吸気スロットル、ＥＧＲクーラー、ＥＧＲクーラーのバイパス通路、バイパス通路に設けられた切り替えバルブも設けられている。
【００１２】
次に、この実施の形態の動作について説明する。左バンク１ａの各気筒＃１、＃３、＃５及び＃７から排出された排気ガスが可変ターボチャージャ３ａのタービン４ａを回転させた後にフィルタ６ａへ送られる。これにより可変ターボチャージャ３ａのコンプレッサ７ａが駆動され、エアクリーナ９ａ及びエアフローメータ８ａを介して取り入れられた空気がコンプレッサ７ａで圧縮された後、インタークーラ１０ａを介して右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに送られる。
同様に、右バンク１ｂの各気筒＃２、＃４、＃６及び＃８から排出された排気ガスが可変ターボチャージャ３ｂのタービン４ｂを回転させた後にフィルタ６ｂへ送られる。これにより可変ターボチャージャ３ｂのコンプレッサ７ｂが駆動され、エアクリーナ９ｂ及びエアフローメータ８ｂを介して取り入れられた空気がコンプレッサ７ｂで圧縮された後、インタークーラ１０ｂを介して左バンク１ａ側の吸気マニホルド１１ａに送られる。
【００１３】
また、エンジンの運転状況に応じてＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂによりそれぞれ最適なＥＧＲ率が演算され、演算されたＥＧＲ率となるように内蔵ＥＧＲバルブの開度が調整される。これにより、左バンク１ａ側の排気マニホルド５ａから取り出された排気ガスの一部が左バンク１ａ側の吸気マニホルド１１ａに再循環されると共に、右バンク１ｂ側の排気マニホルド５ｂから取り出された排気ガスの一部が右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに再循環される。
【００１４】
なお、一般にＶ型エンジンでは、クランクピンが互いに９０度の角度を隔てて配置された２プレーンクランクを用いると、各バンクの爆発順序が不等間隔となり、これが原因して例えば図２に示されるように、１サイクル中に左右バンクのターボチャージャのタービンを通過する流量が変動し、コンプレッサからの吐出流量も大きく変動する、いわゆる吸気脈動が発生する。これにより、低速運転においてサージが発生し、サージ限界が低くなって過給圧を低下させるため、低速トルクが悪化する傾向が知られている。
【００１５】
ところが、この実施の形態においては、上述したように、左バンク１ａ側のターボチャージャ３ａから吐出された吸気を右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに流すと共に右バンク１ｂ側のターボチャージャ３ｂから吐出された吸気を左バンク１ａ側の吸気マニホルド１１ａに流すため、図２に「平均」で示されるように、左バンク１ａと右バンク１ｂのコンプレッサ７ａ及び７ｂからの吐出流量の変動が低減される。
従って、図３に実線Ｌ１で示すように、吐出流量のバラツキが小さくなり、サージを発生しにくくなる。その結果、過給圧が上がり、低速トルクが向上する。なお、図３の破線Ｌ２は、左バンク側のコンプレッサで過給された吸気を左バンク側の吸気通路に流すと共に右バンク側のコンプレッサで過給された吸気を右バンク側の吸気通路に流す従来の吸排気装置における特性を示している。
【００１６】
また、１サイクル中のコンプレッサからの吐出流量の変動をさらに抑制するために、常に等量の吐出を行うようにクランク角に応じて可変ターボチャージャ３ａ及び３ｂのベーン開度がそれぞれ制御される。このため、双方の可変ターボチャージャ３ａ及び３ｂのベーン開度はほとんどの時点において互いに異なることとなる。
【００１７】
ここで、左バンク１ａ側の可変ターボチャージャ３ａのベーン開度より右バンク１ｂ側の可変ターボチャージャ３ｂのベーン開度の方が開いている場合を想定する。このとき、ＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂがＥＧＲを行っていないと、左バンク１ａでは可変ターボチャージャ３ａのベーン開度が絞られているために右バンク１ｂよりも排気エネルギーが上がり、タービン４ａの回転数が上昇し、コンプレッサ７ａの吐出流量が上昇する。このコンプレッサ７ａから吐出された吸気は右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに供給されるので、右バンク１ｂ側の各気筒＃２、＃４、＃６及び＃８の流量が増加し、排気流量も増加する。このため、図４にＥＧＲバルブ開度が「閉」で示されているように、各可変ターボチャージャ３ａ及び３ｂのコンプレッサ通過流量は左バンク１ａの方が右バンク１ｂより大きく、タービン通過流量は右バンク１ｂの方が左バンク１ａより大きくなる。
【００１８】
次に、ＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂがＥＧＲを行っている場合には、左バンク１ａでは可変ターボチャージャ３ａのベーン開度が絞られているために吸気と排気マニホルド５ａとの圧力差が大きく、ＥＧＲガス量が右バンク１ｂに比べて増加する。これにより、左バンク１ａのタービン４ａ通過流量は低下し、コンプレッサ７ａの吐出流量も低下する。左バンク１ａのコンプレッサ７ａから吐出された吸気は、右バンク１ｂからのＥＧＲガスを受け取って右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに供給される。一方、右バンク１ｂでは可変ターボチャージャ３ｂのベーン開度が開いているために吸気と排気マニホルド５ｂとの圧力差が小さく、ＥＧＲガス量が減少する。このため、図４にＥＧＲバルブ開度が「開」で示されているように、右バンク１ｂのタービン４ｂ通過流量が左バンク１ａより大きくなるが、左バンク１ａの可変ターボチャージャ３ａのベーン開度が絞られているので、コンプレッサ通過流量は左バンク１ａの方が右バンク１ｂより大きくなる。
【００１９】
すなわち、ＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂがＥＧＲを行うか否かに関わらず、可変ターボチャージャのベーン開度が絞られている側の吸気流量が多く、排気流量が少ないという関係が成り立つ。これは、左バンク１ａ側のコンプレッサ７ａで過給された吸気を右バンク１ｂ側の吸気マニホルド１１ｂに流すと共に右バンク１ｂ側のコンプレッサ７ｂで過給された吸気を左バンク１ａ側の吸気マニホルド１１ａに流し、ＥＧＲ装置１２ａ及び１２ｂが左バンク１ａ内及び右バンク１ｂ内でそれぞれ排気ガスの再循環を行うことにより、左バンク１ａと右バンク１ｂの吸排気が互いに合流することなくそれぞれ独立して流れるようにしたことに起因している。従って、左バンク１ａ側のエアフローメータ８ａで検出された吸気流量に基づいて右バンク１ｂの排気流量を推定し、逆に右バンク１ｂ側のエアフローメータ８ｂで検出された吸気流量に基づいて左バンク１ａの排気流量を推定することが可能となる。そして、推定された排気流量に基づいてフィルタ６ａ及び６ｂの適正な燃料供給量が決定される。
【００２０】
また、上述したように、可変ターボチャージャのベーン開度が絞られている側の吸気流量が多く、排気流量が少ないという関係が成り立つため、ＥＧＲを行うか否かで可変ターボチャージャのベーン開度制御を変える必要がない。
【００２１】
なお、フィルタ６ａ及び６ｂへの燃料供給は、各フィルタ６ａ及び６ｂあるいは排気通路内に燃料噴射ノズルを設け、このノズルを介して行ってもよく、またフィルタ６ａ及び６ｂと同じ側のバンクの各気筒における燃料噴射量をフィルタの分だけ増加させることもできる。
上記の実施の形態においては、Ｖ型８気筒エンジンに適用された吸排気装置について説明したが、これに限るものではなく、８気筒以外の多気筒のＶ型エンジンや、Ｖ型以外の例えば水平対向型のエンジン等に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係る多気筒エンジンの吸排気装置の全体構成を示す図である。
【図２】１サイクル中のコンプレッサからの吐出流量の変動を示すグラフである。
【図３】コンプレッサからの吐出流量と圧力比との関係を示すグラフである。
【図４】（ａ）はＥＧＲバルブ開度に対するコンプレッサ通過流量、（ｂ）はＥＧＲバルブ開度に対するタービン通過流量の関係をそれぞれ示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１ａ  左バンク、１ｂ  右バンク、２ａ，２ｂ  吸排気系統、３ａ，３ｂ  可変ターボチャージャ、４ａ，４ｂ  タービン、５ａ，５ｂ  排気マニホルド、６ａ，６ｂ  フィルタ、７ａ，７ｂ  コンプレッサ、８ａ，８ｂ  エアフローメータ、９ａ，９ｂ  エアクリーナ、１０ａ，１０ｂ  インタークーラ、１１ａ，１１ｂ  吸気マニホルド、１２ａ，１２ｂ  ＥＧＲ装置、＃１〜＃８  気筒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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