(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＧＲガスの制御レスポンスを向上させて、吸気ポートに所望のタイミングでＥＧＲガスが導入されることによる燃費の向上に有効に寄与し得る内燃機関を提供する。【解決手段】本実施形態に係るエンジン１００は、ニードル弁６４が前記ＥＧＲ通路における吸気ポート側の開口部近傍に位置する吸入空気用開口６１ａで前記ＥＧＲガスの導入を許容する開放姿勢及び前記ＥＧＲガスの導入を禁止し得る閉塞姿勢をとり得ることを特徴とする。これにより、ＥＧＲガスの制御レスポンスを向上させることができる結果、吸気ポートに所望のタイミングでＥＧＲガスが導入されることによる燃費の向上に有効に寄与し得る。【選択図】図２
2013113240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートにＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路と、
このＥＧＲ通路の途中において前記ＥＧＲガスの流量を制御し得るＥＧＲ量制御弁と、
前記ＥＧＲ通路における前記吸気ポート側の開口部近傍で前記ＥＧＲガスの導入を許容する開放姿勢及び前記ＥＧＲガスの導入を禁止し得る閉塞姿勢をとり得る開閉弁とを具備することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記開閉弁が、前記開口部近傍における前記ＥＧＲガスの導入方向に沿って進退動作可能に配置されるとともに、前記ＥＧＲガスを導入すべく前記開口部近傍に形成された開閉端に嵌合し得る形状をなす閉塞端を有している請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を備える内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスの一部を、吸気系に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を備える内燃機関では、環流させる排気ガス（ＥＧＲガス）の経路すなわちＥＧＲ通路上にＥＧＲガス量を調整し得るＥＧＲ量制御弁を設け、このＥＧＲ量制御弁の開閉制御により、ＥＧＲ流量を制御し得るものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
しかしながら、上述したＥＧＲ装置を備えたものにおいては、ＥＧＲ通路が長く設定されたものにおいて、特にＥＧＲ量制御弁とＥＧＲ通路における吸気系への接続箇所との間の距離が長いものにおいては、ＥＧＲ量制御弁の開閉制御のタイミングと実際に吸気系へ導入されるＥＧＲ量の増減するタイミングや増減幅にずれが生じていた。これが所要のタイミングで所要のＥＧＲ量を得られないことにつながり、ＥＧＲ制御によるさらなる燃費向上への妨げとなっていた。
【０００４】
加えて上記特許文献に記載したようなものでは複数の気筒に正確にＥＧＲガスを分配させるべく、分配させたＥＧＲ通路における吸気系への接続箇所の開口径を小さく設定していた。しかし斯かる接続箇所にはＥＧＲガスに含まれるデポジットと呼ばれる微細な固形物が堆積し易く、堆積したデポジットはＥＧＲガスの吸気系導入への妨げとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０１５８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５５４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような上述した点のうちＥＧＲガスの制御に着目したものであり、吸気系に導入されるＥＧＲガスの制御を正確に行い得る内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係る内燃機関は、吸気ポートにＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路の途中において前記ＥＧＲガスの流量を制御し得るＥＧＲ量制御弁と、前記ＥＧＲ通路における前記吸気ポート側の開口部近傍で前記ＥＧＲガスの導入を許容する開放姿勢及び前記ＥＧＲガスの導入を禁止し得る閉塞姿勢をとり得る開閉弁とを具備することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、吸気ポート側の開口部近傍で開閉弁が開閉動作を行うことにより、ＥＧＲガスの導入するタイミングを開閉弁の開閉動作するタイミングに正確に反映させる、つまりＥＧＲガスの制御レスポンスを向上させることができる。その結果、吸気ポートに所望のタイミングでＥＧＲガスが導入されることによる燃費の向上に有効に寄与し得る。しかも本発明では開閉弁を流量制御弁と別に構成することにより、開閉弁自体の構造を簡素化できるため、ＥＧＲガスの制御レスポンス向上に対する設計上の制約が少なく、容易に本発明を適用し得る。
【００１０】
また一般に、上述した吸気ポート側の開口部近傍におけるＥＧＲガスが導入される箇所ではＥＧＲガスに微量に含まれている例えば粉状の固形物であるデポジットが集積し易いことが知られている。そこで開閉弁は、前記開口部近傍における前記ＥＧＲガスの導入方向に沿って進退動作可能に配置されるとともに、前記ＥＧＲガスを導入すべく前記開口部近傍に形成された開閉端に嵌合し得る形状をなす閉塞端を有したものであることが望ましい。これにより、閉塞姿勢では開閉端には閉塞端が嵌合しているためにデポジットの付着・集積が回避されるとともに、開放姿勢にて開閉端に集積しているデポジットは閉塞姿勢へと動作する開閉弁によって除去される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＥＧＲガスの導入するタイミングを開閉弁の開閉動作するタイミングに正確に反映させる、つまりＥＧＲガスの制御レスポンスを向上させて、吸気ポートに所望のタイミングでＥＧＲガスが導入されることによる燃費の向上に有効に寄与し得る内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ線に係る模式的な断面図。
【図３】図２に係る作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に１気筒の構成を概略的に示した例えば３気筒の内燃機関たるエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるものである。このエンジン１００は、吸気系１、シリンダ２及び排気系５を備えている。吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応じて開閉するスロットル弁１１が設けてあり、そのスロットル弁１１の下流には、サージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２が取り付けてある。シリンダ２上部に形成される燃焼室２３の天井部には、点火プラグ８が取り付けてある。又、吸気マニホルド１２と吸気ポート２１との間には、後述する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）６を構成するＥＧＲスペーサ６１が取り付けてある。さらに、吸気マニホルド１２の吸気ポート側端部には、燃料噴射弁３が取り付けてある。この燃料噴射弁３は、後述する電子制御装置４により制御される。これに対して、排気系５には、Ｏ2センサ５１及び三元触媒５２が取り付けてあり、排気系５を構成する排気マニホルド５３から排気ガスの一部を還流するように、ＥＧＲ装置６が接続される。
【００１５】
ＥＧＲ装置６は、排気ガス還流管路（以下、ＥＧＲ管路と称する）６２と、そのＥＧＲ管路６２に設けられてＥＧＲ管路６２を通過する排気ガスの流量を制御する本発明のＥＧＲ量制御弁たる排気ガス還流制御弁（以下、ＥＧＲ弁と称する）６３と、シリンダヘッドの吸気ポート２１と吸気マニホルド１２との間に介在し、且つＥＧＲ管路６２の終端部に接続しているＥＧＲスペーサ６１と、ＥＧＲスペーサ６１から吸気ポートへ環流するＥＧＲガスの開閉を制御するニードル弁６４とを備えて構成される。言うまでもなく、ＥＧＲ管路６２の始端部は、排気系５に設けられる三元触媒５２の上流又は下流において排気系５に連通するように排気マニホルド５３に接続される。ここでＥＧＲ装置６は、ＥＧＲ弁６３及び後述する開閉弁たるニードル弁６４が開かれると、排気ガスがＥＧＲ管路６２及びＥＧＲスペーサ６１を経由して、スロットル弁１１よりも下流側つまり吸気ポート２１直前の位置に還流させるものであるが、ＥＧＲ弁６３及びニードル弁６４については後に詳述する。そしてＥＧＲ量制御弁たるＥＧＲ弁６３の開度の制御並びにニードル弁６４の制御は、電子制御装置４により行われる。
【００１６】
ＥＧＲスペーサ６１は、特に図２及び図３に示すように、各気筒に対応する気筒と同数の吸入空気用開口６１ａと、そのそれぞれの吸入空気用開口６１ａに連通する枝分かれしたＥＧＲガス分配通路６１ｂと、このＥＧＲ分配通路へＥＧＲガスを導入するＥＧＲガス導入路６１ｄと、ＥＧＲ分配通路６１ｂから吸入空気用開口６１ａに至る箇所でニードル弁６４によって開閉される例えば傾斜面により形成される開口である開閉端６１ｃと、ニードル弁６４が挿入される箇所において当該ニードル弁６４を支持するためのニードル支持部６１ｅとを備える。すなわち各ＥＧＲガス分配通路６１ｂは、上流側でＥＧＲガス導入路６１ｄにより一つに合流して単一のＥＧＲ管路６２に連通し、ＥＧＲ管路６２を通じて還流されるＥＧＲガスをそれぞれの吸入空気用開口６１ａに分配する。
【００１７】
そしてニードル弁６４は、図２及び図３に示すように各気筒の数すなわち吸入空気用開口６１ａの数に応じた例えば３本のニードル本体６４ａと、このニードル本体６４ａ同士を連結するシャフト６４ｂとを有している。そして電子制御装置４によってシャフト６４ｂの動作が制御されることにより、ニードル本体６４ａの先端に設けられた閉塞端６４ｃが開閉端６１ｃを閉塞する閉塞姿勢（ＣＬ）と、閉塞端６４ｃと開閉端６１ｃとを離間させて開口である開閉端６１ｃを開放する開放姿勢（ＯＰ）とを取り得るものである。本実施形態では閉塞端６４ｃの形状を、開閉端６１ｃに隙間無く嵌合し得るテーパ形状としている。
【００１８】
電子制御装置４は、マイクロコンピュータ４１と、メモリ４２と、入力インターフェース４３と、出力インターフェース４４とを備えて構成されている。マイクロコンピュータ４１は、メモリ４２に格納された、以下に説明する種々のプログラムを実行して、エンジン１００の運転を制御するものである。マイクロコンピュータ４１には、エンジン１００の運転制御に必要な情報が入力インターフェース４３を介して入力されるとともに、マイクロコンピュータ４１は、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁６３及びニードル弁６４などに対して制御信号を、出力インターフェース４４を介して出力する。
【００１９】
具体的には、入力インターフェース４３には、サージタンク１３内の圧力を検出するための吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、カムポジションセンサ７４から出力され、各気筒における例えば圧縮上死点などの行程をそれぞれ検出することで燃焼している気筒を判別する気筒判別信号ｄ、アクセルペダルの踏込量を検知する踏込量センサ７５から出力されるアクセルペダル信号ｅ、シリンダ２の外壁に取り付けられるノックセンサ７６からノッキングが発生した際に出力されるノッキング信号ｆ、Ｏ2センサ５１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。
【００２０】
出力インターフェース４４からは、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、燃料噴射弁３に対して燃料噴射信号ｎ、ＥＧＲ弁６３に対して開度信号ｏ、そしてニードル弁６４に対しては開閉信号ｐなどが出力される。
【００２１】
このような構成において、電子制御装置４は、吸気圧センサ７１から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂとを主な情報として基本噴射量を決定し、空燃比フィードバック補正係数や各種環境条件に応じて設定される補正係数を乗じて最終的な燃料噴射量を算出し、燃料噴射量に対応する燃料噴射時間だけ燃料噴射弁３に通電して、燃料噴射弁３を開いて燃料を吸気系１に噴射させる。
【００２２】
また、エンジン１００の運転領域に応じた目標ＥＧＲ率を達成すべくＥＧＲ弁６３の開度を制御して排気ガス再循環制御（以下、ＥＧＲ制御と称する）を実施するＥＧＲ制御プログラムが電子制御装置４に格納してある。
【００２３】
しかして本実施形態に係るエンジン１００は、ニードル弁６４がＥＧＲ通路における吸気ポート２１側の開口部近傍に位置する吸入空気用開口６１ａで前記ＥＧＲガスの導入を許容する開放姿勢（ＯＰ）及び前記ＥＧＲガスの導入を禁止し得る閉塞姿勢（ＣＬ）をとり得ることを特徴とするものである。以下、当該ニードル弁６４の動作並びに制御について説明する。
【００２４】
本実施形態では図２及び図３に示すように、開閉信号ｐによってシャフト６４ｂの動作が制御されることによりＥＧＲスペーサ６１の開閉端６１ｃが開閉される。具体的には、ＥＧＲガスを導入する際には予め、ニードル弁６４を開放姿勢（ＯＰ）とする動作に先んじて、ＥＧＲ弁６３が少しの開度であっても開かれていることが前提である。これにより、実際にＥＧＲガスが導入されるニードル弁６４を開放姿勢（ＯＰ）とするタイミングではＥＧＲ分配通路６１ｂの内圧に応じた勢いで吸気ポート２１側つまり燃焼室２３へ向けてＥＧＲガスが導入される。その結果、速やかなＥＧＲガスの導入と所望のＥＧＲ率の実現とが両立される。また勿論、ニードル弁６４を開放姿勢（ＯＰ）とするにあたりＥＧＲ弁６３を予め開弁する開弁量や、ＥＧＲ弁６３を開弁する時間からニードル弁６４を開放姿勢（ＯＰ）とする時間までの時間差は、所要のＥＧＲ率を実現すべく、種々の開弁量または時間差を設定することが可能である。
【００２５】
他方、速やかなＥＧＲガス導入の停止すなわちＥＧＲカットに関しては、所要のタイミングでニードル弁６４を閉塞姿勢（ＣＬ）へと作動させればよい。これにより所望のタイミングにて速やかにＥＧＲガスの導入は遮断される。これに伴うＥＧＲ弁６３の閉弁はニードル弁６４によるＥＧＲガスの遮断に何ら影響を与えることはない。
【００２６】
特に本実施形態では開閉端６１ｃはニードル弁６４による速やかな開閉並びにＥＧＲガスの正確な分配に寄与すべく他の部位よりも径が小さく形成されているのでこの開閉端６１ｃにはＥＧＲガスに含まれるデポジットｄｐすなわち微細な固形物が付着し易いものとなっている。しかしながら本実施形態では同図に示すように開閉弁たるニードル弁６４がＥＧＲガスの導入方向に沿って進退動作可能に配置されるとともに、ニードル本体６４ａが開閉端６１ｃに嵌合し得る形状をなす閉塞端６４ｃを有している。具体的に説明すると、開閉端６１ｃが傾斜面からなる形状としている一方で、ニードル本体６４ａの先端に形成された閉塞端６４ｃがこの開閉端６１ｃに隙間無く嵌合し得るテーパ面により形成されている。これにより、同図に示すように開放姿勢（ＯＰ）から閉塞姿勢（ＣＬ）への動作の際に開放姿勢（ＯＰ）で開閉端６１ｃに付着したデポジットｄｐは速やかに吸入空気用開口６１ａ側へ除去される。
【００２７】
以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る内燃機関たるエンジン１００は、吸気ポート２１側の開口部近傍にある開閉端６１ｃで開閉弁たるニードル弁６４が開閉動作を行うことにより、ＥＧＲガスの導入するタイミングをニードル弁６４の開閉動作するタイミングに正確に反映させる、つまりＥＧＲガスの制御レスポンスを向上させることができる。その結果、吸気ポート２１に特に所望のタイミングでＥＧＲガスが導入されることによる燃費の向上に有効に寄与し得るものとなっている。
【００２８】
また本実施形態ではニードル弁６４の動作方向をＥＧＲガスが導入される方向に双方向としニードル本体６４ａの先端を開閉端６１ｃに嵌合し得る閉塞端６４ｃとしているので、閉塞姿勢（ＣＬ）では開閉端６１ｃには閉塞端６４ｃが嵌合しているためにデポジットｄｐの付着・集積が回避されている。一方開放姿勢（ＯＰ）にて開閉端６１ｃに集積したデポジットｄｐは閉塞姿勢（ＣＬ）へと動作する開閉弁であるニードル弁６４の閉塞端６４ｃによって除去されるものとなっている。
【００２９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、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。
【００３０】
例えば、上記実施形態では開閉弁たるニードル弁を吸気ポートと燃焼室との間に介在するスペーサに取り付けた態様を開示したが勿論、開閉弁がＥＧＲ通路における吸気ポート側の開口部近傍に位置付けられるのであれば、吸気ポートと一体である箇所に開閉弁を設けたり、燃焼室側に一体となる箇所に取り付けたりしたものであってもよい。また気筒の数や外部ＥＧＲ通路の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００３１】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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】
【００３２】
本発明は排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置を備える内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１００…内燃機関（エンジン）
２１…吸気ポート
６１ｃ…開閉端
６２…ＥＧＲ通路
６３…ＥＧＲ量制御弁（ＥＧＲ弁）
６４…開閉弁（ニードル弁）
６４ｃ…閉塞端
ＯＰ…開放姿勢
ＣＬ…閉塞姿勢
【図１】
2013113240.tif 000003
【図２】
2013113240.tif 000004
【図３】
2013113240.tif 000005