(57)【要約】【課題】排気脈動への影響を抑えつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させる構成を低コストで実現する。【解決手段】エンジンは、給気管１３２と、給気管から分岐して複数のシリンダ１０４それぞれに連結される複数の分岐路１３４ａとを有し、複数のシリンダに新気を導く給気部１１６と、複数のシリンダそれぞれに連結される複数の集結前流路１３６ａと、複数の集結前流路が集結した集結路１３６ｂとを有し、複数のシリンダからの排気ガスが導かれる排気部１２０と、複数の集結前流路のうち、１の集結前流路に連結され、シリンダから１の集結前流路に排気された排気ガスを給気管に還流させる還流路１２４と、を備え、還流路が連結された集結前流路に排気ガスを排出するシリンダであるＥＧＲシリンダ１０４ａは、他のシリンダよりも容量が大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダと、
分岐前流路と、該分岐前流路から分岐して前記複数のシリンダそれぞれに連結される複数の分岐路とを有し、該複数のシリンダに新気を導く給気部と、
前記複数のシリンダそれぞれに連結される複数の集結前流路と、該複数の集結前流路が集結した集結路とを有し、該複数のシリンダからの排気ガスが導かれる排気部と、
前記複数の集結前流路のうち、１の該集結前流路に連結され、前記シリンダから該１の集結前流路に排気された排気ガスを前記分岐前流路に還流させる還流路と、
を備え、
前記還流路が連結された前記集結前流路に排気ガスを排出するシリンダであるＥＧＲシリンダは、他のシリンダよりも容量が大きいことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記複数のシリンダそれぞれにおける燃料の点火タイミングを制御する点火制御部をさらに備え、
前記点火制御部は、前記ＥＧＲシリンダにおいて燃料に点火するクランク角を、前記他のシリンダにおいて燃料に点火するクランク角よりも遅角させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスをシリンダに還流させるエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）は、エンジンから排出された排気ガスをエンジンの給気に混入して循環させることで、酸素濃度を低下させて、エンジンの燃焼温度を低減して窒素酸化物（ＮＯｘ）などの生成を抑える技術である（例えば、特許文献１、２）。ＥＧＲにおいては、排気ガスが流通する排気流路と、新気が流通する給気流路とを連通する還流路を設け、還流路を介して排気ガスを新気に混入させて、新気とともに排気ガスをシリンダに供給する。
【０００３】
ところで、複数のシリンダを備えるエンジンにおいては、複数のシリンダからの排気流路が集結路で合流する構成がとられている。ここで、排気流路の形状は、エンジンの回転数に対するトルクカーブに影響を与える要因となっており、設計上要求されるトルクカーブとなるように、集結路より上流の排気流路である集結前流路の径や長さが決定される。このとき、集結路よりも上流から分岐させて還流路を設けることで、より高圧の排気ガスを還流路に流入させることができる。その結果、還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）と給気流路における新気との圧力差が大きくなり、ＥＧＲガスの流量の増加が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０９７５２号公報
【特許文献２】特許第４７８３８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＥＧＲガスの流量を増加させるため、複数の集結前流路それぞれから分岐させて還流路として合流させる構成が考えられる。この場合、複数の集結前流路内の排気ガスが干渉し合うことから、意図した排気脈動を得られない問題がある。また、還流路を、複数の排気流路から分岐させて合流させる構成とすると、その構造が複雑となり、コストが高くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、排気脈動への影響を抑えつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させる構成を低コストで実現可能なエンジン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】
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、複数のシリンダと、分岐前流路と、分岐前流路から分岐して複数のシリンダそれぞれに連結される複数の分岐路とを有し、複数のシリンダに新気を導く給気部と、複数のシリンダそれぞれに連結される複数の集結前流路と、複数の集結前流路が集結した集結路とを有し、複数のシリンダからの排気ガスが導かれる排気部と、複数の集結前流路のうち、１の集結前流路に連結され、シリンダから１の集結前流路に排気された排気ガスを分岐前流路に還流させる還流路と、を備え、還流路が連結された集結前流路に排気ガスを排出するシリンダであるＥＧＲシリンダは、他のシリンダよりも容量が大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、複数のシリンダそれぞれにおける燃料の点火タイミングを制御する点火制御部をさらに備え、点火制御部は、ＥＧＲシリンダにおいて燃料に点火するクランク角を、他のシリンダにおいて燃料に点火するクランク角よりも遅角させてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気脈動への影響を抑えつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させる構成を低コストで実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンの吸排気系の概略的な構成を示した図である。
【図２】給気部、シリンダ、および、排気部の連結を説明するための斜視図である。
【図３】複数のシリンダの説明図である。
【図４】シリンダ内の気体のＰＶ線図である。
【図５】点火プラグの点火時期とトルクとの関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
図１は、エンジン１００の吸排気系の概略的な構成を示した図である。エンジン１００は、例えば、車両などに搭載され、車両に駆動力を供給する。エンジン１００においては、シリンダヘッド１０２には、シリンダ１０４ごとに、点火プラグ１０６が、シリンダ１０４内に先端を向けて固定されている。そして、インジェクタ１０８がシリンダ１０４内に燃料を噴射すると、点火プラグ１０６が燃料に点火する。
【００１３】
エンジン１００の吸気系について説明すると、エアクリーナ１１０を通って過給機１１２のコンプレッサ１１２ａで圧縮された空気は、インタークーラ１１４で冷却された後、給気部１１６に流入する。給気部１１６は、各シリンダ１０４に新気を供給する。スロットル弁１１８は、インタークーラ１１４から給気部１１６までの流路において流路幅を調整することで、給気の流量を制御する。
【００１４】
各シリンダ１０４から排出された排気ガスは、排気部１２０に導かれた後、過給機１１２のタービン１１２ｂを回転させ、触媒が収容された触媒ユニット１２２で浄化されて排出される。
【００１５】
還流路１２４は、排気部１２０とスロットル弁１１８の下流の流路とを連通させる流路であって、排気部１２０を流通する排気ガスの一部を給気部１１６に還流させる（ＥＧＲガス）。還流路１２４には、ＥＧＲクーラ１２６が設けられており、ＥＧＲクーラ１２６で冷却されたＥＧＲガスがシリンダ１０４に還流する。ＥＧＲバルブ１２８は、還流路１２４に設けられ、還流路１２４の流路幅を調整することで、還流路１２４を流れるＥＧＲガスの流量（以下、ＥＧＲ流量と称す）を制御する。
【００１６】
還流路１２４を介して給気部１１６に流入したＥＧＲガスは、スロットル弁１１８を通過した給気（新気）とともにシリンダ１０４に供給される。このように、ＥＧＲガスを給気と共にシリンダ１０４に供給することで、酸素濃度を低下させて、燃料の燃焼温度を低減してＮＯｘ（窒素酸化物）などの生成を抑えることが可能となる。
【００１７】
ＥＣＵ（Engine Control Unit）１３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、エンジン１００全体を制御する。また、ＥＣＵ１３０は、点火制御部１３０ａとして機能し、点火プラグ１０６およびインジェクタ１０８に制御信号を出力し、複数のシリンダ１０４それぞれにおける燃料の点火タイミングを制御する。
【００１８】
図２は、給気部１１６、シリンダ１０４、および、排気部１２０の連結を説明するための斜視図である。ただし、図２（ａ）では、シリンダ１０４および排気部１２０の一部を透過して示す。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、給気部１１６は、給気管（分岐前流路）１３２と、給気マニホールド１３４とで構成される。給気マニホールド１３４は、給気管１３２から分岐する複数の分岐路１３４ａを形成しており、それぞれの分岐路１３４ａが各シリンダ１０４に給気を供給する。
【００２０】
排気部１２０は、排気マニホールド１３６と、排気管１３８とで構成される。排気マニホールド１３６は、各シリンダ１０４に連結される複数の集結前流路１３６ａと、各集結前流路１３６ａが集結（合流）した集結路１３６ｂとを形成している。集結路１３６ｂで集結した排気ガスは、排気管１３８を通って過給機１１２のタービン１１２ｂに導かれる。
【００２１】
そして、還流路１２４は、複数の集結前流路１３６ａのうち、１つの集結前流路１３６ａに連結されている。すなわち、還流路１２４は、複数のシリンダ１０４のうち、１つのシリンダ１０４から排出された排気ガスを給気管１３２に還流させることとなる。
【００２２】
例えば、ＥＧＲガスの流量を増加させるため、集結路１３６ｂより上流の複数の集結前流路１３６ａそれぞれから分岐させて還流路１２４として合流させる構成が考えられるが、複数の集結前流路１３６ａ内の排気ガスが干渉し合うことから、意図した排気脈動を得られない問題がある。また、還流路１２４は、複数の集結前流路１３６ａから分岐させて合流させると、１つの集結前流路１３６ａから分岐させる構成に比べて複雑となり、コストが高くなってしまう。
【００２３】
そのため、本実施形態では、還流路１２４は、複数の集結前流路１３６ａのうち、１つの集結前流路１３６ａに連結される構成とし、シリンダ１０４に工夫をすることでＥＧＲガスの流量を確保している。
【００２４】
図３は、複数のシリンダ１０４の説明図であり、図３（ａ）には、シリンダ１０４の軸方向に垂直な断面を示し、図３（ｂ）には、シリンダ１０４の側面図を示す。図３（ａ）に示すように、複数のシリンダ１０４のうち、還流路１２４に排気ガスを還流させるシリンダ１０４（以下、ＥＧＲシリンダ１０４ａと称す）のボア径ａは、他のシリンダ１０４のボア径ｂよりも大きい。なお、図３（ｂ）に示すように、複数のシリンダ１０４の軸方向の長さはいずれも等しい。
【００２５】
本実施形態では、排気ガスをＥＧＲガスとして取り出す対象のシリンダ１０４のみ、他のシリンダ１０４よりも容量を大きくすることで、ＥＧＲガスの流量を増加させている。そのため、複数のシリンダ１０４における排気脈動の干渉を抑えることができるとともに、複数の還流路１２４を設ける必要もないことから、コスト上昇を抑えることが可能となる。
【００２６】
図４は、シリンダ１０４内の気体のＰＶ線図である。図４中、縦軸は燃焼室内の気体の圧力Ｐであって、横軸は燃焼室内の気体の体積Ｖである。また、破線の凡例はＥＧＲシリンダ１０４ａのＰＶ線図を示し、実線の凡例はＥＧＲシリンダ１０４ａ以外の他のシリンダ１０４のＰＶ線図を示す。
【００２７】
ＥＧＲシリンダ１０４ａは、他のシリンダ１０４よりも容量が大きい、すなわち、排気量が大きい。この場合、図４に示すように、ＥＧＲシリンダ１０４ａは、他のシリンダ１０４よりも、ＩＭＥＰ（図示平均有効圧力）が大きくなることからトルクが大きくなる。その結果、点火プラグ１０６の点火時期を調整する必要がある。以下、点火プラグ１０６の点火時期について、図５を参照して説明する。
【００２８】
図５は、点火プラグ１０６の点火時期とトルクとの関係図である。図５中、縦軸はシリンダ１０４毎の出力トルクを示し、横軸は点火時期のクランク角を示す。また、破線の凡例は、ＥＧＲシリンダ１０４ａにおける点火時期とトルクとの関係を示し、実線の凡例は、ＥＧＲシリンダ１０４ａ以外の他のシリンダ１０４における点火時期とトルクとの関係を示す。
【００２９】
図５に示すように、ＥＧＲシリンダ１０４ａと他のシリンダ１０４とのトルクについて、同じクランク角（例えば、クランク角Ａ）で点火した場合を比較すると、ＥＧＲシリンダ１０４ａは、他のシリンダ１０４よりもトルクが大きくなる。そのため、ＥＧＲシリンダ１０４ａと他のシリンダ１０４を、同じクランク角で点火すると、エンジン１００の出力トルクの変動が大きくなってしまう。
【００３０】
そこで、点火制御部１３０ａは、ＥＧＲシリンダ１０４ａにおいて燃料に点火するクランク角を、他のシリンダ１０４において燃料に点火するクランク角よりも遅角（リタード）させるように、点火プラグ１０６およびインジェクタ１０８を制御する。
【００３１】
例えば、点火制御部１３０ａは、ＥＧＲシリンダ１０４ａ以外の他のシリンダ１０４については、クランク角Ａで燃料に点火し、ＥＧＲシリンダ１０４ａについては、図５中、白抜き矢印で示すように、クランク角Ａよりも遅角したクランク角Ｂで燃料に点火する。
【００３２】
その結果、ＥＧＲシリンダ１０４ａおよびＥＧＲシリンダ１０４ａ以外の他のシリンダ１０４のトルクは、いずれも同じトルクＣとなり、エンジン１００の出力トルクを安定化させることが可能となる。
【００３３】
上述したように、本実施形態のエンジン１００では、排気脈動への影響を抑えつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させる構成を低コストで実現することが可能となる。
【００３４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、排気ガスをシリンダに還流させるエンジンに利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１００  エンジン
１０４  シリンダ
１０４ａ  ＥＧＲシリンダ
１１６  給気部
１２０  排気部
１２４  還流路
１３０ａ  点火制御部
１３２  給気管（分岐前流路）
１３４  給気マニホールド
１３４ａ  分岐路
１３６  排気マニホールド
１３６ａ  集結前流路
１３６ｂ  集結路
【図１】
2016053340.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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