(57)【要約】【課題】  排気により駆動されることで吸気を過給するターボチャージャを備えるとともに、排気再循環（ＥＧＲ）を実施可能に構成された、内燃機関システムにおいて、内燃機関の燃焼状態をよりいっそう安定させること。【解決手段】  ＥＧＲ通路には、ＥＧＲコンプレッサと、ＥＧＲ弁と、が介装されている。ＥＧＲ弁は、ＥＧＲコンプレッサよりもＥＧＲガス通流方向における下流側に設けられている。前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲコンプレッサと前記ＥＧＲ弁との間と、排気通路における排気浄化触媒よりも排気通流方向における下流側と、を接続するように、バイパス配管が設けられている。バイパス管路には、制御弁が介装されている。【選択図】  図１
2013124543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に介装されたターボコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に介装されたタービンと、を備えていて、前記排気通路を通流する排気によって駆動されることで前記吸気通路を通流する吸気を過給するように構成された、ターボチャージャと、
排気のうち前記吸気通路に再循環されるＥＧＲガスの通路であって、前記排気通路における前記タービンよりも排気通流方向における上流側と、前記吸気通路における前記ターボコンプレッサよりも吸気通流方向における下流側と、を接続するように設けられた、ＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に介装されていて、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に向けて圧送するように設けられた、ＥＧＲコンプレッサと、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲコンプレッサよりもＥＧＲガス通流方向における下流側と、前記排気通路における前記タービンよりも前記排気通流方向における下流側と、を接続するように設けられた、バイパス管路と、
前記ＥＧＲ通路における前記バイパス管路との接続箇所よりも前記排気通流方向における下流側に介装されていて、前記ＥＧＲガスの吸気への供給状態を制御するように設けられた、ＥＧＲ弁と、
前記バイパス管路に介装された、制御弁と、
を備えたことを特徴とする、内燃機関システム。
【請求項２】
請求項１に記載の、内燃機関システムにおいて、
前記タービンよりも前記排気通流方向における下流側にて前記排気通路に介装されていて、前記排気通路を通流する排気を浄化するように構成された、排気浄化触媒を、さらに備え、
前記バイパス管路は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲコンプレッサよりも前記ＥＧＲガス通流方向における下流側と、前記排気通路における前記排気浄化触媒よりも前記排気通流方向における下流側と、を接続するように設けられたことを特徴とする、内燃機関システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の、内燃機関システムであって、
前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記排気通流方向における最上流側の部分である排気マニホールドと接続されたことを特徴とする、内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気により駆動されることで吸気を過給するターボチャージャを備えるとともに、排気再循環（ＥＧＲ：ＥＧＲはExhaust  Gas  Recirculationの略である。）を実施可能に構成された、内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる内燃機関システムにおいて、過給状態においてもＥＧＲを実施できるようにするために、ＥＧＲガスを圧送可能なＥＧＲコンプレッサをＥＧＲ通路に介装したものが、従来知られている（例えば、特開平１０−１０３１６５号公報、特開平１１−１３２１１３号公報、特開２００５−１１３８７１号公報、特開２００５−１８８３５９号公報、特開２００９−１６７８２７号公報、等参照）。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、この種の内燃機関システムにおいて、内燃機関の燃焼状態をよりいっそう安定化させることができるものを提供するものである。
【０００４】
−構成−
本発明の内燃機関システムは、ターボチャージャと、ＥＧＲ通路と、ＥＧＲコンプレッサと、バイパス管路と、ＥＧＲ弁と、制御弁と、を備えている。
【０００５】
前記ターボチャージャは、ターボコンプレッサと、タービンと、を備えている。前記ターボコンプレッサは、内燃機関の吸気通路に介装されている。前記タービンは、前記内燃機関の排気通路に介装されている。そして、前記ターボチャージャは、前記排気通路を通流する排気によって前記タービンが回転駆動されることで、前記吸気通路を通流する吸気を前記ターボコンプレッサによって過給するように構成されている。
【０００６】
なお、前記内燃機関システムは、排気浄化触媒を備えていてもよい。前記排気浄化触媒は、前記排気通路を通流する排気を浄化するために、前記タービンよりも排気通流方向における下流側にて前記排気通路に介装されている。
【０００７】
前記ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスの通路である。ここで、ＥＧＲガスとは、排気のうち前記吸気通路に再循環されるものである。なお、本発明における「ＥＧＲガス」は、気筒内の既燃ガスが排気行程で排出し切れずに残った残留ガスである「内部ＥＧＲガス」との差異を明確にするために、「外部ＥＧＲガス」とも称され得る。このＥＧＲ通路（上述の理由から「外部ＥＧＲ通路」とも称され得る）は、前記排気通路における前記タービンよりも前記排気通流方向における上流側と、前記吸気通路における前記ターボコンプレッサよりも吸気通流方向における下流側と、を接続するように設けられている。なお、前記ＥＧＲ通路は、前記排気通路の前記排気通流方向における最上流側の部分である排気マニホールドと接続されていてもよい。
【０００８】
前記ＥＧＲコンプレッサは、前記ＥＧＲ通路に介装されている。このＥＧＲコンプレッサは、前記ＥＧＲガスを前記吸気通路に向けて圧送するように設けられている。例えば、前記ＥＧＲコンプレッサは、前記内燃機関の出力軸と動力伝達機構を介して結合されていて、前記動力伝達機構を介して前記出力軸の回転駆動力を受け取ることで回転駆動されるように構成されていてもよい。
【０００９】
前記バイパス管路は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲコンプレッサよりもＥＧＲガス通流方向における下流側（具体的には前記ＥＧＲコンプレッサと前記ＥＧＲ弁との間）と、前記排気通路における前記タービンよりも前記排気通流方向における下流側（例えば前記排気浄化触媒よりも前記排気通流方向における下流側）と、を接続するように設けられている。
【００１０】
前記バイパス管路には、前記制御弁が介装されている。この制御弁は、前記バイパス管路を介しての前記ＥＧＲ通路と前記排気通路との連通状態を制御するように設けられている。
【００１１】
前記ＥＧＲ弁は、前記ＥＧＲガスの吸気への供給（導入）状態を制御するために、前記ＥＧＲ通路における前記バイパス管路との接続箇所よりも前記排気通流方向における下流側に介装されている。
【００１２】
−作用・効果−
上述の構成においては、前記ＥＧＲコンプレッサによる前記ＥＧＲガスの圧送圧力が、前記ターボコンプレッサによる過給圧よりも高い状態にて、前記制御弁を閉弁するとともに前記ＥＧＲ弁を開弁することで、過給状態（高過給圧状態）においても前記ＥＧＲガスが良好に吸気に導入される。
【００１３】
ここで、上記構成を備えた本発明の前記内燃機関システムにおいては、所定の運転条件（例えば当該システムを搭載した車両の減速時や降坂時）において、前記ＥＧＲ弁を閉弁するとともに前記制御弁を開弁することで、前記排気通路の前記排気通流方向における前記排気浄化触媒よりも上流側（具体的には前記排気通路の前記最上流部）の排気圧力が低下する。これにより、当該運転条件における排気側の背圧が低下し、以て前記内燃機関における燃焼状態が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。
【００１６】
−構成−
図１は、本発明の一実施形態である内燃機関システムＥＳの全体構成を示す概略図である。なお、図１において、スロットル弁やインタークーラ等の補機類で、本発明の主要部と関係がないものは、適宜図示が省略されているものとする。
【００１７】
図１を参照すると、内燃機関システムＥＳは、内燃機関１と、吸気通路２と、排気通路３と、排気浄化触媒４と、ターボチャージャ５と、ＥＧＲシステム６と、を備えている。
【００１８】
内燃機関１は、いわゆる多気筒エンジンであって、複数の気筒１１を有している。内燃機関１には、吸気ポート１２及び排気ポート１３が、各気筒１１に対応して設けられている。この内燃機関１は、周知のとおり、吸気ポート１２を介して各気筒１１に新気を含む吸気が供給されるとともに、各気筒１１内における燃料混合気の燃焼によってクランクシャフト１４が回転駆動され、排気ポート１３を介して燃焼後の排気が各気筒１１から排出されるように構成されている。
【００１９】
吸気通路２は、内燃機関１と接続されている。具体的には、この吸気通路２は、吸気管２１と、吸気マニホールド２２と、を備えている。吸気マニホールド２２は、吸気管２１と、内燃機関１における各気筒１１に対応する吸気ポート１２と、を接続するように設けられている。すなわち、吸気ポート１２と、吸気管２１と、吸気マニホールド２２と、によって、本発明の「吸気通路」が構成されている。吸気管２１の吸気通流方向における上流側には、エアクリーナ２３が介装されている。
【００２０】
排気通路３は、内燃機関１と接続されている。具体的には、この排気通路３は、排気管３１と、排気マニホールド３２と、を備えている。排気マニホールド３２は、排気管３１と、内燃機関１における各気筒１１に対応する排気ポート１３と、を接続するように設けられている。すなわち、排気ポート１３と、排気管３１と、排気マニホールド３２と、によって、本発明の「排気通路」が構成されている。排気管３１の排気通流方向における下流側には、排気管３１を通流する排気を浄化するための排気浄化触媒４が介装されている。
【００２１】
ターボチャージャ５は、ターボコンプレッサ５１と、タービン５２と、を備えている。ターボコンプレッサ５１は、吸気管２１の、エアクリーナ２３よりも吸気通流方向における下流側に介装されている。タービン５２は、排気管３１の、排気浄化触媒４よりも排気通流方向における上流側に介装されている。このターボチャージャ５は、周知のとおり、排気管３１を通流する排気によってタービン５２が回転駆動されることで、吸気管２１を通流する吸気をターボコンプレッサ５１によって過給するように構成されている。
【００２２】
ＥＧＲシステム６は、ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲコンプレッサ６２と、ＥＧＲクーラ６３と、ＥＧＲ弁６４と、バイパス管路６５と、制御弁６６と、を備えている。
【００２３】
ＥＧＲ通路６１は、ＥＧＲガス（外部ＥＧＲガス）の通路であって、排気管３１におけるタービン５２よりも排気通流方向における上流側（具体的には排気浄化触媒４とタービン５２との間の部分）と、吸気管２１におけるターボコンプレッサ５１よりも吸気通流方向における下流側と、を接続するように設けられている。具体的には、本実施形態においては、ＥＧＲ通路６１の、ＥＧＲガス通流方向における上流側の端部は、排気マニホールド３２における集合部と接続されている。
【００２４】
ＥＧＲコンプレッサ６２は、ＥＧＲガス通流方向における上流側の位置にて、ＥＧＲ通路６１に介装されている。このＥＧＲコンプレッサ６２は、ＥＧＲガスを吸気管２１に向けてＥＧＲガス通流方向に圧送するように設けられている。本実施形態においては、ＥＧＲコンプレッサ６２は、クランクシャフト１４と動力伝達機構６２１（例えばギヤ機構等）を介して結合されていて、動力伝達機構６２１を介してクランクシャフト１４の回転駆動力を受け取ることで常時回転駆動されるように構成されている。
【００２５】
ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲコンプレッサ６２よりもＥＧＲガス通流方向における下流側にて、ＥＧＲ通路６１に介装されている。ＥＧＲ通路６１における、ＥＧＲクーラ６３よりもＥＧＲガス通流方向におけるさらに下流側には、ＥＧＲ弁６４が介装されている。ＥＧＲ弁６４は、開度が調整可能な開閉弁であって、ＥＧＲガスの吸気管２１への供給状態（供給の有無及び供給量）を制御可能に構成されている。すなわち、ＥＧＲ弁６４は、その開度に応じて、吸気に対する排気再循環状態（すなわちＥＧＲ率）を調整するようになっている。
【００２６】
バイパス管路６５は、ＥＧＲ通路６１におけるＥＧＲコンプレッサ６２よりもＥＧＲガス通流方向における下流側（具体的にはＥＧＲコンプレッサ６２とＥＧＲクーラ６３との間）と、排気管３１における排気浄化触媒４よりも排気通流方向における下流側と、を接続するように設けられている。すなわち、バイパス管路６５は、ＥＧＲガス通流方向におけるＥＧＲコンプレッサ６２よりも下流側且つＥＧＲ弁６４よりも上流側の位置から分岐するように設けられている。
【００２７】
バイパス管路６５には、制御弁６６が介装されている。制御弁６６は、開度が調整可能な開閉弁であって、バイパス管路６５を介してのＥＧＲ通路６１と排気管３１との連通状態を制御するように設けられている。
【００２８】
−作用・効果−
かかる構成を備えた、本実施形態の内燃機関システムＥＳにおいては、ＥＧＲコンプレッサ６２によるＥＧＲガスの圧送圧力が、ターボコンプレッサ５１による過給圧よりも高い状態にて、制御弁６６を閉弁するとともにＥＧＲ弁６４を開弁することで、過給状態（高過給圧状態）においてもＥＧＲガスが吸気に導入される。これにより、高空気量域においても良好にＥＧＲが行われる。すなわち、吸気内への不活性ガス（ＥＧＲガス）の導入によりノッキングを抑制しつつ、新気の減少分を過給により補うことで、内燃機関１における良好な燃焼状態が実現される。
【００２９】
一方、かかる構成においては、所定の運転条件（例えば当該内燃機関システムＥＳを搭載した車両の減速時や降坂時）において、ＥＧＲ弁６４を閉弁するとともに制御弁６６を開弁（全開）することで、ＥＧＲ通路６１内の「圧抜き」が行われる。これにより、排気マニホールド３２における集合部の排気圧力、すなわち排気側の背圧が低下し、以て内燃機関１における燃焼状態が安定する。
【００３０】
また、排気温度が高温となる高回転領域において、制御弁６６の開弁による背圧低下により、気筒１１内の残留ガス量が減少して、ＥＧＲガス導入時と同様のノッキング抑制効果が得られる。また、ＥＧＲコンプレッサ６２により圧送された排気（ＥＧＲガス）が低背圧側に流れるため、ＥＧＲクーラ６３やＥＧＲ弁６４における熱負荷が軽減される。
【００３１】
さらに、本実施形態の構成においては、制御弁６６は、タービン５２をバイパスするように排気管３１と並行して設けられるウェイスト通路に介装される「ウェイストゲート弁」の機能を奏することが可能である。すなわち、本実施形態の構成においては、上述のウェイスト通路及びウェイストゲート弁を設けなくても、タービン５２をバイパスする排気の流れを形成することが可能である。
【００３２】
よって、本実施形態の構成によれば、上述のウェイスト通路を省略することで、タービン５２の前後の排気の流れがスムーズとなり、効率が向上する。また、上述のウェイストゲート弁の開閉による、ＥＧＲガスの取り出し部である排気マニホールド３２における集合部の圧力変動が生じないため、ＥＧＲガスの圧力に対する外乱の発生が可及的に抑制される。
【００３３】
−変形例−
なお、上述の実施形態は、出願人が本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００３４】
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、互いに複合的に適用され得る。
【００３５】
本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的・機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００３６】
本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されるものではない。例えば、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料供給方式も、特に限定はない。
【００３７】
ＥＧＲ通路６１は、排気マニホールド３２における集合部とタービン５２との間の位置にて、排気管３１と接続されていてもよい。また、バイパス管路６５は、タービン５２と排気浄化触媒４との間の位置にて、排気管３１と接続されていてもよい。
【００３８】
動力伝達機構６２１は、ＥＧＲコンプレッサ６２とクランクシャフト１４とを常時結合するように構成されていてもよいし、両者の動力伝達を適宜遮断するためのクラッチ等の遮断機構を備えていてもよい。あるいは、ＥＧＲコンプレッサ６２の動力源は、電動モータ等であってもよい（上記の各特許文献参照）。
【００３９】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。
【００４０】
さらに、本明細書にて引用した先行出願や公報の開示内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。
【符号の説明】
【００４１】
ＥＳ…内燃機関システム
１…内燃機関              １１…気筒                  １２…吸気ポート
１３…排気ポート          １４…クランクシャフト
２…吸気通路              ２１…吸気管                ２２…吸気マニホールド
２３…エアクリーナ
３…排気通路              ３１…排気管                ３２…排気マニホールド
４…排気浄化触媒
５…ターボチャージャ      ５１…ターボコンプレッサ    ５２…タービン
６…ＥＧＲシステム        ６１…ＥＧＲ通路            ６２…ＥＧＲコンプレッサ
６２１…動力伝達機構      ６３…ＥＧＲクーラ          ６４…ＥＧＲ弁
６５…バイパス管路        ６６…制御弁
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開平１０−１０３１６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１３２１１３号公報
【特許文献３】特開２００５−１１３８７１号公報
【特許文献４】特開２００５−１８８３５９号公報
【特許文献５】特開２００９−１６７８２７号公報
【図１】
2013124543.tif 000003