(57)【要約】      （修正有）【課題】低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、吸気について要求されるＥＧＲ率が低下する過渡期におけるＥＧＲ制御の即応性を高める。【解決手段】吸気通路３におけるコンプレッサ５１の下流側の領域にて、吸気通路３を、一旦複数の流路３Ａ、３Ｂに分岐した後気筒１の手前で再び合流する構造とする。各流路３Ａ、３Ｂの入口部と出口部とには、それぞれ流量制御バルブ３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂを設ける。一の流路３Ａと他の流路３Ｂとには、互いにＥＧＲガス濃度の相異なる吸気を存在させることができる。気筒１に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率が低下する過渡期には、ＥＧＲバルブ２３の開度を全閉しまたは十分に小さい開度に絞るとともに、流量制御バルブ３７Ｂ及び流量制御バルブ３８Ｂの開度を調節することにより、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させる。【選択図】図１
2013231371.tif 000002
【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、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを具備する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関であって、
吸気通路における前記コンプレッサの下流側の領域において、吸気通路が一旦複数の流路に分岐した後気筒の手前で再び合流する構造であり、
各流路の入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブが設けられ、
一の流路と他の流路とには、互いにＥＧＲガス濃度の相異なる吸気を存在させることができ、
気筒に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率が低下する過渡期において、ＥＧＲバルブの開度を全閉しまたは十分に小さい開度に絞るとともに、一の通路の出口部に設けられた流量制御バルブ及び他の通路の出口部に設けられた流量制御バルブの開度を調節することにより、気筒に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させる
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
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、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを具備する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関であって、
吸気通路における前記コンプレッサの下流側の領域において、吸気通路が一旦複数の流路に分岐した後気筒の手前で再び合流する構造であり、
各流路の入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブが設けられ、
各流路毎に、当該流路を流通させる吸気のＥＧＲ率の範囲を予め定めておき、
気筒に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率に応じて流路を使い分け、使用する流路の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブを開弁する一方、使用しない流路の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブを閉弁する
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を付帯させ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てＮＯxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図るＥＧＲ装置が周知である。ＥＧＲ装置は、排気経路と吸気経路とをＥＧＲ通路を介して接続し、気筒内で発生する燃焼ガスの一部をＥＧＲ通路経由で吸気経路に還流させて吸気に混入するものである。
【０００３】
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排気ガスを吸気通路に還流するものが、低圧ループＥＧＲである（例えば、下記特許文献１を参照）。低圧ループＥＧＲは、大量のＥＧＲガスを吸気に混入できる点で有利である。一方で、低圧ループＥＧＲガスは大気圧に近い低圧低温のガスであり、吸気通路内の新気の圧力が高い時期にはＥＧＲガスの還流が困難になる。そこで、吸気通路における、ＥＧＲ通路の出口よりも上流側に吸気絞りバルブを設け、この吸気絞りバルブを絞ることでＥＧＲ通路の出口周辺に負圧を作り出し、ＥＧＲガスの還流を促すようにしている。
【０００４】
低圧ループＥＧＲには、吸気のＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）の制御の即応性、応答性が低いという弱みがある。上述の通り、低圧ＥＧＲ通路の出口は排気ターボ過給機のコンプレッサの上流側に接続されており、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、インタクーラ、スロットルバルブ、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ためである。
【０００５】
中負荷程度の運転領域から、運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときには、気筒に充填する吸気量を増大させるだけでなく、吸気のＥＧＲ率を速やかに低減させて、その上で燃料噴射量を増す必要がある。だが、ＥＧＲバルブを閉止したとしても、ＥＧＲ通路の出口以降の吸気通路内にはＥＧＲガスが残存しており、気筒に充填される吸気のＥＧＲ率は即座には低下しない。燃料噴射量を増大させるには、吸気のＥＧＲ率の低下を待たなければならず、結果として加速が遅れ、もたつき感を与えることとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−００７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、吸気について要求されるＥＧＲ率が低下する過渡期におけるＥＧＲ制御の即応性を高めることを所期の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを具備する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関であって、吸気通路における前記コンプレッサの下流側の領域において、吸気通路が一旦複数の流路に分岐した後気筒の手前で再び合流する構造であり、各流路の入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブが設けられ、一の流路と他の流路とには、互いにＥＧＲガス濃度の相異なる吸気を存在させることができ、気筒に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率が低下する過渡期において、ＥＧＲバルブの開度を全閉しまたは十分に小さい開度に絞るとともに、一の通路の出口部に設けられた流量制御バルブ及び他の通路の出口部に設けられた流量制御バルブの開度を調節することにより、気筒に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させることを特徴とする内燃機関を構成した。
【０００９】
並びに、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、排気通路における前記タービンの下流側と吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲバルブとを具備する排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関であって、吸気通路における前記コンプレッサの下流側の領域において、吸気通路が一旦複数の流路に分岐した後気筒の手前で再び合流する構造であり、各流路の入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブが設けられ、各流路毎に、当該流路を流通させる吸気のＥＧＲ率の範囲を予め定めておき、気筒に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率に応じて流路を使い分け、使用する流路の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブを開弁する一方、使用しない流路の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブを閉弁することを特徴とする内燃機関を構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸気について要求されるＥＧＲ率が低下する過渡期におけるＥＧＲ制御の即応性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態の車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】要求負荷と要求ＥＧＲ率との関係を示す図。
【図３】同実施形態の内燃機関の過渡制御における各バルブの開度の推移を示すタイミング図。
【図４】本発明の第二実施形態の車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第一実施形態＞図１に、本実施形態の車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１４】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒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、吸気絞りバルブ３６、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５Ａ、３５Ｂ、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１５】
本実施形態では、コンプレッサ５１の下流側の領域において、吸気通路３を、一旦複数の流路３Ａ、３Ｂに分岐させた後、気筒１の手前で再び合流させる構造としている。より具体的には、コンプレッサ５１の直後において二つの流路３Ａ、３Ｂに分岐させ、その各々にインタクーラ３５Ａ、３５Ｂを装着するとともに、サージタンク３３の直前で両流路３Ａ、３Ｂを再び合流させるようにしている。さらに、各流路３Ａ、３Ｂの入口部と出口部とに、流路３Ａ、３Ｂを開閉して当該流路３Ａ、３Ｂを流れる吸気（新気及びＥＧＲガス）の流量を制御する流量制御バルブ３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂを、それぞれ設けている。各流路３Ａ、３Ｂの出口部にある流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂは、アクセルペダルの踏込量即ち要求負荷に応じて気筒１に充填される吸気量を増減調整するためのスロットルバルブとしての役割を担う。
【００１６】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒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、排気ターボ過給機５の駆動タービン５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｎを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００１７】
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。
【００１８】
本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４におけるタービン５２の下流側と吸気通路３におけるコンプレッサ５１の上流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉して当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。低圧ループＥＧＲ通路２１の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。ＥＧＲ通路２１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。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３における吸気絞りバルブ３６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。
【００１９】
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バルブ３６を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。因みに、吸気通路３における、吸気絞りバルブ３６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。
【００２０】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０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。
【００２１】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｈ等が入力される。
【００２２】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、流量制御バルブ３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂに対して開度操作信号ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｌ、吸気絞りバルブ３６に対して開度操作信号ｍ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｎ等を出力する。
【００２３】
ＥＣＵ０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、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２４】
図２に、アクセル開度に基づいた要求負荷と、気筒１に充填する吸気について要求されるＥＧＲ率との関係の概略を示す。基本的に、要求ＥＧＲ率は、中負荷領域において最も高く、低負荷領域、高負荷領域においてはそれよりも低い。低負荷領域では、要求負荷が低くなるほど要求ＥＧＲ率が低下する。高負荷領域では、要求負荷が高くなるほど要求ＥＧＲ率が低下する。中負荷程度の運転領域にあって、運転者が急にアクセルペダルを強く踏み込んだ場合には、要求ＥＧＲ率も急低下する。
【００２５】
本実施形態では、要求ＥＧＲ率が低下する過渡期におけるＥＧＲ率の制御の即応性を高めるために、複数の流路３Ａ、３Ｂのうちのある流路３Ａ（または、３Ｂ）に新気またはＥＧＲ率の十分に低い空気を予め貯留しておき、要求負荷の変動に起因して要求ＥＧＲ率が低下する際に、当該流路３Ａ（３Ｂ）に貯留していた新気またはＥＧＲ率の低い空気を放出し、気筒１に充填される吸気に混ぜてＥＧＲ率を実効的に低減せしめる。
【００２６】
例えば、一方の流路３Ａに新気またはＥＧＲ率の低い空気を貯留しているとする。当該流路３Ａ内に新気またはＥＧＲ率の低い空気を閉じ込めておく目的で、当該流路３Ａの入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブ３７Ａ、３８Ａは、何れも全閉とし、または全閉に近い十分に小さな開度に絞ってある。
【００２７】
気筒１に充填するべき吸気、即ち新気及びＥＧＲガスは、他方の流路３Ｂを流通してサージタンク３３、吸気マニホルド３４ひいては気筒１の吸気ポートへと至る。ＥＣＵ０は、要求負荷に応じて他方の流路３Ｂの出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ｂの開度を調節し、必要な吸気量を確保する。並びに、要求ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ２３及び／または吸気絞りバルブ３６の開度を調節し、吸気のＥＧＲ率を要求ＥＧＲ率近傍に制御する。他方の流路３Ｂの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｂは、全開または十分に大きい開度に開いておく。この段階で、一方の流路３Ａ内と他方の流路３Ｂ内とでは、互いにＥＧＲ率の異なる吸気が存在している。
【００２８】
中負荷程度の運転領域から要求負荷が急増する加速要求があったときには、急減する要求ＥＧＲ率に追従するべく、一方の流路３Ａに貯留していた新気またはＥＧＲ率の低い空気を放出する。
【００２９】
詳述すると、図３に示しているように、ＥＣＵ０は、要求負荷が所定以上低下する加速過渡期の当初の時点ｔ１において、ＥＧＲバルブ２３の開度を可及的速やかに全閉し、または十分に小さい開度に絞る。これにより、ＥＧＲ通路２１から吸気通路３へのＥＧＲガスの流入を防ぐ。
【００３０】
さらに、これまで閉止していた、一方の流路３Ａの入口部及び出口部の流量制御バルブ３７Ａ、３８Ａをともに開弁して、当該流路３Ａを開通させる。過渡期の間、両方の流路３Ａ、３Ｂの入口部の流量制御バルブ３７Ａ、３７Ｂの開度は、全開または全開に近い十分大きな開度とする。
【００３１】
そして、一方の流路３Ａの出口部の流量制御バルブ３８Ａ、及び他方の流路３Ｂの出口部の流量制御バルブ３８Ｂの開度をそれぞれ調整して、気筒１に充填される吸気の量及びＥＧＲ率を制御する。一方の流路３Ａの出口部から気筒１に向けて流れる吸気は、新気またはＥＧＲ率の顕著に低い略新気である。他方の流路３Ｂの出口部から気筒１に向けて流れる吸気は、ＥＧＲバルブ２３を閉止操作する以前に吸気通路３に流入したＥＧＲガスが混入しているものであり、そのＥＧＲ率は加速要求直前の要求ＥＧＲ率に等しいかこれに近い。このＥＧＲ率は、加速要求直前のエンジン回転数及び要求負荷、ＥＧＲバルブ２３開度等から推測することができる。ＥＣＵ０は、流量制御バルブ３８Ａ、３８Ｂの開度操作を通じて、両流路３Ａ、３Ｂの出口部から流出する吸気を混交し、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させ、加速要求による高い要求負荷に対応した要求ＥＧＲ率へと近づけながら、要求負荷に応じた必要な吸気量を確保する。その上で、燃料噴射量を増量して、内燃機関の出力トルクの増大を実現する。
【００３２】
加速要求後の過渡期にあっては、ＥＧＲバルブ２３が閉じられていることから、他方の流路３Ｂ内に存在する吸気のＥＧＲ率は徐々に低下してゆく。いわば、他方の流路３Ｂ内が換気される。最終的には、ＥＧＲガスを含まない新気のみが、他方の流路３Ｂ内に満ちている状態となる。ＥＣＵ０は、他方の流路３Ｂ内の換気が完了し、当該流路３Ｂに殆どＥＧＲガスが残存していないと思われる時点ｔ２で、過渡制御を終了する。
【００３３】
過渡制御の終了の際には、他方の流路３Ｂの出口部の流量制御バルブ３８Ｂを全閉し、または全閉に近い開度まで絞る。その後、入口部の流量制御バルブ３７Ｂを全閉し、または全閉に近い開度まで絞る。これにより、他方の流路３Ｂ内に、新気または新気に近い空気を閉じ込める。出口部の流量制御バルブ３８Ｂを先に閉じ、入口部の流量制御バルブ３７Ｂを後に閉じるのは、この順序が逆であると（入口部の流量制御バルブ３７Ｂを先に閉じると）入口部の流量制御バルブ３７Ｂの下流側で負圧が発生し、他方の流路３Ｂ内に十分な量の新気を貯留できないおそれがあるからである。他方の流路３Ｂを経由した吸気の供給が遮断されることから、一方の流路３Ａの出口部の流量制御バルブ３８Ａの開度はさらに拡大する。
【００３４】
他方の流路３Ｂ内の換気に費やされる時間、換言すれば過渡期の長さは、過渡期におけるエンジン回転数及び要求負荷、他方の流路３Ｂの出口部の流量制御バルブ３８Ｂの開度等から吸気の消費量（気筒１に充填された量）を推算（一サイクル毎の消費量を積算）し、その消費量が他方の流路３Ｂに貯留していたＥＧＲガス混じりの吸気の量を上回るまでに要する時間を得ることによって推定することが可能である。
【００３５】
過渡期の終了後、ＥＣＵ０は、要求負荷に応じて一方の流路３Ａの出口部の流量制御バルブ３８Ａの開度を調節し、必要な吸気量を確保する。並びに、要求ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ２３及び／または吸気絞りバルブ３６の開度を調節し、吸気のＥＧＲ率を要求ＥＧＲ率近傍に制御する。一方の流路３Ａの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ａは、全開または十分に大きい開度に開いておく。他方の流路３Ｂには、新気またはＥＧＲ率の低い空気を貯留しており、一方の流路３Ａ内と他方の流路３Ｂ内とでは、互いにＥＧＲ率の異なる吸気が存在している。
【００３６】
再び、中負荷程度の運転領域から要求負荷が急増する加速要求があったときには、他方の流路３Ｂに貯留していた新気またはＥＧＲ率の低い空気を放出する過渡制御へと移行する。この過渡制御では、ＥＧＲバルブ２３の開度を閉弁しかつ他方の流路３Ｂの入口部の流量制御バルブ３７Ｂを開弁するとともに、他方の流路３Ｂの出口部の流量制御バルブ３８Ｂ、及び一方の流路３Ａの出口部の流量制御バルブ３８Ａの開度を操作して、吸気量及び吸気のＥＧＲ率を制御することとなる。
【００３７】
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、排気通路４における前記タービン５２の下流側と吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、前記ＥＧＲ通路２１に設けられたＥＧＲバルブ２３とを具備する排気ガス再循環装置２が付帯した内燃機関であって、吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側の領域において、吸気通路３が一旦複数の流路３Ａ、３Ｂに分岐した後気筒１の手前で再び合流する構造であり、各流路３Ａ、３Ｂの入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブ３７Ａ、３７Ｂ、３８Ａ、３８Ｂが設けられ、一の流路３Ａと他の流路３Ｂとには、互いにＥＧＲガス濃度の相異なる吸気を存在させることができ、気筒１に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率が低下する過渡期において、ＥＧＲバルブ２３の開度を全閉しまたは十分に小さい開度に絞るとともに、一の通路３Ａ（または、３Ｂ）の出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ａ（３８Ｂ）及び他の通路３Ｂ（３Ａ）の出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ｂ（３８Ａ）の開度を調節することにより、気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率を低下させることを特徴とする内燃機関を構成した。
【００３８】
本実施形態によれば、中負荷程度の運転領域から、運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときに、気筒１に充填する吸気量を増大させるとともに、一の通路３Ａ（３Ｂ）に貯留していた新気を他の通路３Ｂ（３Ａ）に残留しているＥＧＲガス混じりの吸気に混交することにより、吸気のＥＧＲ率を速やかに低減させることができる。従って、加速要求に対して速やかに内燃機関の出力トルクを増大させることが可能であり、加速の遅れ、もたつき感を緩和ないし解消することができる。
【００３９】
＜第二実施形態＞次に述べる第二実施形態は、吸気通路３がコンプレッサ５１の下流側の領域で複数の流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅに分岐した後気筒１の手前で再び合流する構造を有する内燃機関において、吸気のＥＧＲ率に応じて流通する流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを使い分けるようにしたものである。以下、上記第一実施形態との相異点を中心に説明する。特に言及しない要素については、第一実施形態と同様に構成することが可能である。
【００４０】
図４に、本実施形態の車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関もまた、複数の気筒１（図４には、そのうち一つを図示している）を具備する火花点火式ガソリンエンジンである。
【００４１】
本実施形態では、コンプレッサ５１の下流側の領域において、吸気通路３を、一旦複数の流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅに分岐させた後、気筒１の手前で再び合流させる構造としている。より具体的には、コンプレッサ５１の直後において三つの流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅに分岐させ、その各々にインタクーラ３５Ｃ、３５Ｄ、３５Ｅを装着するとともに、サージタンク３３の直前でこれら流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを再び合流させるようにしている。さらに、各流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの入口部と出口部とに、流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを開閉して当該流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを流れる吸気（新気及びＥＧＲガス）の流量を制御する流量制御バルブ３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅ、３８Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅを、それぞれ設けている。各流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの出口部にある流量制御バルブ３８Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅは、アクセルペダルの踏込量即ち要求負荷に応じて気筒１に充填される吸気量を増減調整するためのスロットルバルブとしての役割を担う。
【００４２】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、流量制御バルブ３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅ、３８Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅに対して開度操作信号ｋ５、ｋ６、ｋ７、ｋ８、ｋ９、ｋ０、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｌ、吸気絞りバルブ３６に対して開度操作信号ｍ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｎ等を出力する。
【００４３】
ＥＣＵ０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、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ５、ｋ６、ｋ７、ｋ８、ｋ９、ｋ０、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００４４】
本実施形態では、要求ＥＧＲ率が低下する過渡期におけるＥＧＲ率の制御の即応性を高めるために、吸気のＥＧＲ率毎に、その吸気を流通させる流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを使い分ける。具体例を挙げて述べると、ＥＧＲ率が０％ないし２０％程度の吸気は流路３Ｃを流通させ、ＥＧＲ率が２０％ないし４０％程度の吸気は流路３Ｄを流通させ、ＥＧＲ率が４０％ないし６０％程度の吸気は流路３Ｅを流通させるようにする。流路３Ｃ、流路３Ｄ及び流路３Ｅには、互いにＥＧＲ率の異なる吸気が存在することとなる。
【００４５】
中負荷の運転領域では、気筒１に充填するべき吸気について要求されるＥＧＲ率が高い。そのために、ＥＧＲバルブ２３の開度を十分大きく開きつつ、吸気絞りバルブ３６の開度を調節し、多量のＥＧＲガスをＥＧＲ通路２１経由で排気通路４から吸気通路３へと還流させて、吸気のＥＧＲ率を要求ＥＧＲ率近傍に制御する。
【００４６】
吸気通路３を流れる吸気は、多量のＥＧＲガスを含むＥＧＲ率の高いものとなる。このときの吸気は、そのＥＧＲ率が４０％ないし６０％の間にあることから、流路３Ｅを流通させる。気筒１に充填するべき吸気、即ち新気及びＥＧＲガスは、流路３Ｅを流通してサージタンク３３、吸気マニホルド３４ひいては気筒１の吸気ポートへと至る。ＥＣＵ０は、流路３Ｅの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｅを、全開または十分に大きい開度に開いておく。そして、要求負荷に応じて他方の流路３Ｂの出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ｂの開度を調節し、必要な吸気量を確保する。
【００４７】
他方、流路３Ｃ、３Ｄは遮断しておき、当該流路３Ｃ、３Ｄを経由する吸気の流通を禁止する。即ち、ＥＣＵ０は、流路３Ｃの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｃ、及び出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ｃをそれぞれ全閉とし、または全閉に近い十分に小さな開度に絞る。並びに、流路３Ｄの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｄ、及び出口部に設けられた流量制御バルブ３８Ｄをそれぞれ全閉とし、または全閉に近い十分に小さな開度に絞る。流路３Ｃには、当該流路３Ｃに対応したＥＧＲ率０％ないし２０％の吸気が閉じ込められ、流路３Ｄには、当該流路３Ｄに対応したＥＧＲ率２０％ないし４０％の吸気が閉じ込められている。
【００４８】
中負荷程度の運転領域から要求負荷が急増する加速要求があったときには、急減する要求ＥＧＲ率に追従するべく、その要求ＥＧＲ率に対応する流路３Ｃ、３Ｄに貯留していた吸気を放出する。
【００４９】
例えば、要求ＥＧＲ率が０％ないし２０％の範囲に減少した場合には、これまで開放していた流路３Ｅの出口部の流量制御バルブ３８Ｅを全閉し、または全閉に近い開度まで絞る。その後、入口部の流量制御バルブ３７Ｅを全閉し、または全閉に近い開度まで絞る。これにより、流路３Ｅ内に、ＥＧＲ率が４０％ないし６０％の吸気を閉じ込める。出口部の流量制御バルブ３８Ｅを先に閉じ、入口部の流量制御バルブ３７Ｅを後に閉じるのは、この順序が逆であると（入口部の流量制御バルブ３７Ｅを先に閉じると）入口部の流量制御バルブ３７Ｅの下流側で負圧が発生し、流路３Ｅ内に十分な量の吸気を貯留できないおそれがあるからである。流路３Ｅは、流路３Ｄとともに遮断される。
【００５０】
同時に、ＥＣＵ０は、これまで閉止していた流路３Ｃの入口部及び出口部の流量制御バルブ３７Ｃ、３８Ｃをともに開弁して、当該流路３Ｃを開通させる。気筒１に充填するべき吸気は、流路３Ｃを流通してサージタンク３３、吸気マニホルド３４ひいては気筒１の吸気ポートへと至る。ＥＣＵ０は、要求負荷に応じて流路３Ｃの出口部の流量制御バルブ３８Ｃの開度を調節し、必要な吸気量を確保する。並びに、要求ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ２３及び／または吸気絞りバルブ３６の開度を調節し、吸気のＥＧＲ率を０％ないし２０％の間にある要求ＥＧＲ率近傍に制御する。流路３Ｃの入口部の流量制御バルブ３７Ｃは、全開または十分に大きい開度に開いておく。
【００５１】
あるいは、要求ＥＧＲ率が２０％ないし４０％の範囲に減少した場合には、これまで開放していた流路３Ｅの出口部の流量制御バルブ３８Ｅ、入口部の流量制御バルブ２７Ｅを順次全閉し、または全閉に近い開度まで絞り、流路３Ｅを遮断しつつ、流路３Ｅ内にＥＧＲ率が４０％ないし６０％の吸気を閉じ込める。
【００５２】
同時に、ＥＣＵ０は、これまで閉止していた流路３Ｄの入口部及び出口部の流量制御バルブ３７Ｄ、３８Ｄをともに開弁して、当該流路３Ｄを開通させる。気筒１に充填するべき吸気は、流路３Ｄを流通してサージタンク３３、吸気マニホルド３４ひいては気筒１の吸気ポートへと至る。ＥＣＵ０は、要求負荷に応じて流路３Ｄの出口部の流量制御バルブ３８Ｄの開度を調節し、必要な吸気量を確保する。並びに、要求ＥＧＲ率に応じてＥＧＲバルブ２３及び／または吸気絞りバルブ３６の開度を調節し、吸気のＥＧＲ率を２０％ないし４０％の間にある要求ＥＧＲ率近傍に制御する。流路３Ｄの入口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｄは、全開または十分に大きい開度に開いておく。
【００５３】
以後、同様に、要求ＥＧＲ率が変動してある範囲から別の範囲へと遷移した暁には、これまで開通していた流路３Ｃ、３Ｄまたは３Ｅに設けられている流量制御バルブ３７Ｃ及び３８Ｃ、３７Ｄ及び３８Ｄ、または３７Ｅ及び３８Ｅを閉弁し、当該流路３Ｃ、３Ｄまたは３Ｅを遮断する。それとともに、変動後の要求ＥＧＲ率に対応した流路３Ｃ、３Ｄまたは３Ｅに設けられている流量制御バルブ３７Ｃ及び３８Ｃ、３７Ｄ及び３８Ｄ、または３７Ｅ及び３８Ｅを開弁して、当該流路３Ｃ、３Ｄまたは３Ｅを開通させる。気筒１に充填される吸気量の制御は、開通させる流路３Ｃ、３Ｄまたは３Ｅの出口部の流量制御バルブ３８Ｃ、３８Ｄまたは３８Ｅの開度操作を通じて行う。気筒１に充填される吸気のＥＧＲ率の制御は、ＥＧＲバルブ２３及び／または吸気絞りバルブ３６の開度操作を通じて行う。
【００５４】
噛み砕いて言えば、要求負荷が０％ないし２０％の間にあるときには、流路３Ｃを開通し、流路３Ｄ、３Ｅを遮断する。吸気量を調節するスロットルバルブとして働くのは、流量制御バルブ３８Ｃである。要求負荷が２０％ないし４０％の間にあるときには、流路３Ｄを開通し、流路３Ｃ、３Ｅを遮断する。吸気量を調節するスロットルバルブとして働くのは、流量制御バルブ３８Ｄである。並びに、要求負荷が４０％ないし６０％の間にあるときには、流路３Ｅを開通し、流路３Ｃ、３Ｄを遮断する。吸気量を調節するスロットルバルブとして働くのは、流量制御バルブ３８Ｅである。
【００５５】
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、排気通路４における前記タービン５２の下流側と吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、前記ＥＧＲ通路２１に設けられたＥＧＲバルブ２３とを具備する排気ガス再循環装置２が付帯した内燃機関であって、吸気通路３における前記コンプレッサ５１の下流側の領域において、吸気通路３が一旦複数の流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅに分岐した後気筒１の手前で再び合流する構造であり、各流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅの入口部と出口部とにそれぞれ流量制御バルブ３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅ、３８Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅが設けられ、各流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ毎に、当該流路３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを流通させる吸気のＥＧＲ率の範囲を予め定めておき、気筒１に充填するべき吸気の要求ＥＧＲ率に応じて流路を使い分け、使用する流路３Ｃ（または、３Ｄ、３Ｅ）の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｃ、３８Ｃ（または、３７Ｄ、３８Ｄ、若しくは３７Ｅ、３８Ｅ）を開弁する一方、使用しない流路３Ｄ及び３Ｅ（または、３Ｃ及び３Ｅ、若しくは３Ｃ及び３Ｄ）の入口部及び出口部に設けられた流量制御バルブ３７Ｄ、３７Ｅ、３８Ｄ、３８Ｅ（または、３７Ｃ、３７Ｅ、３８Ｃ、３８Ｅ、若しくは３７Ｃ、３７Ｄ、３８Ｃ、３８Ｄ）を閉弁することを特徴とする内燃機関を構成した。
【００５６】
本実施形態によれば、中負荷程度の運転領域から、運転者がアクセルペダルを強く踏み込む加速要求を行ったときに、気筒１に充填する吸気量を増大させるとともに、要求負荷に対応した流路３Ｃ（３Ｄ）に貯留していたＥＧＲ率の比較的低い吸気を開放して気筒１に供給することにより、吸気のＥＧＲ率を速やかに低減させることができる。従って、加速要求に対して速やかに内燃機関の出力トルクを増大させることが可能であり、加速の遅れ、もたつき感を緩和ないし解消することができる。
【００５７】
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。要求ＥＧＲ率の急減に対して実際の吸気のＥＧＲ率の低下が遅れる問題は、加速要求時において生起するわけではない。中負荷程度の運転領域から、運転者がアクセルペダルの踏み込みを大きく緩め、またはアクセルペダルから完全に足を離すような減速要求を行ったときにも、要求負荷は急低下する。
【００５８】
緩慢ではない、急速な減速要求があった場合には、吸気量とともに、吸気に混入するＥＧＲガス量を速やかに減少させる必要がある。だが、ＥＧＲの制御には遅延が存在しており、新気量に対してＥＧＲガス量が過多となる状況が発生することがあり得る。しかも、ＥＧＲ時は非ＥＧＲ時と比較して気筒１の燃焼室の温度が低下する傾向にあり、ＥＧＲガス量の過多により燃焼室内での燃焼が不安定化し、時に失火することがあった。この問題は、特に大量のＥＧＲガスを還流させる低圧ループＥＧＲにおいて顕著となる。
【００５９】
上述した第一実施形態及び第二実施形態の内燃機関は、そのような減速要求時における、要求ＥＧＲ率の急減にも追従し得るものである。ＥＧＲ耐力の向上により、より多量のＥＧＲガスを吸気通路３に還流させることが許容されるため、燃費の向上に資する。
【００６０】
その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、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】
【００６１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
２…ＥＧＲ装置
２１…ＥＧＲ通路
２３…ＥＧＲバルブ
３…吸気通路
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅ…流路
３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ、３７Ｄ、３７Ｅ…入口部の流量制御バルブ
３８Ａ、３８Ｂ、３８Ｃ、３８Ｄ、３８Ｅ…出口部の流量制御バルブ
４…排気通路
５１…コンプレッサ
５２…タービン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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