(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスを加圧する専用の装置を設けることなく、より多くのＥＧＲ量を確保することのできる内燃機関の排気再循環装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の吸気系２０内には、第１吸気通路２１と第２吸気通路２２が並列に設けられるとともに、排気系３０内には、第１排気通路３１と第２排気通路３２が並列に設けられている。そして、第２排気通路３２に設けられて排気のエネルギにより回転する兼用タービン５２と第２吸気通路２２に設けられて兼用タービン５２の回転に伴い回転する兼用コンプレッサ５１とを有する兼用過給機５０と、第２吸気通路２２の兼用コンプレッサ５１よりも上流部を開閉する吸気用バルブ２２ａと、この吸気用バルブ２２ａとコンプレッサ５１との間の部分と排気系３０とを接続する過給用ＥＧＲ経路６１とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系内に並列に設けられた第１，第２吸気通路と、
前記機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転するタービンと前記第２吸気通路に設けられて前記タービンの回転に伴い回転するコンプレッサとを有する過給機と、
前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開閉する吸気用開閉手段と、
前記第２吸気通路の前記吸気用開閉手段と前記コンプレッサとの間の部分と前記排気系とを接続する過給用ＥＧＲ経路と
を備えることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記吸気系の前記コンプレッサよりも下流部と前記排気系とを接続する非過給用ＥＧＲ経路と、
前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路と前記非過給用ＥＧＲ経路とを切り換える経路切換手段とを更に備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記吸気用開閉手段は、前記機関の運転領域に応じて前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開閉し、
前記経路切換手段は、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が開放されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記非過給用ＥＧＲ経路に切り換え、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記過給用ＥＧＲ経路は、前記非過給用ＥＧＲ経路から分岐する経路であって、
前記経路切換手段は、前記過給用ＥＧＲ経路を開閉する第１ＥＧＲ開閉手段と、前記非過給用ＥＧＲ経路において前記過給用ＥＧＲ経路が分岐する部分よりも下流部を開閉する第２ＥＧＲ開閉手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転する第２タービンと前記第１吸気通路に設けられて前記第２タービンの回転に伴い回転して同第１吸気通路を流通する吸気を過給する吸気用コンプレッサとを有する吸気用過給機を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記排気系の前記タービンよりも上流部に設けられて、同タービンを通過する排気の量を調整することを通じて前記第２吸気通路に設けられる前記コンプレッサの回転を調整する排気用調整手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記吸気用開閉手段は、前記機関が高負荷運転領域であるときに前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開放し、前記機関が低負荷及び中負荷運転領域であるときに前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を閉鎖し、
前記経路切換手段は、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が開放されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記非過給用ＥＧＲ経路に切り換え、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項８】
請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記吸気系の前記コンプレッサよりも下流部に設けられるとともに同吸気系を流通する気体を冷却するインタークーラと、
前記経路切換手段によって前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換えられているときには、前記インタークーラを迂回して排気を前記機関の燃焼室に供給する迂回手段とを更に備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の排気再循環装置において、
前記迂回手段は、前記第２吸気通路において前記コンプレッサと前記インタークーラとの間から分岐して前記吸気系の同インタークーラよりも下流部に合流する迂回通路と、前記第２吸気通路において前記迂回通路が分岐する部分と前記インタークーラとの間に設けられて同第２吸気通路を開閉する迂回用開閉手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の排気再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼室に供給される吸入空気量を増やすべく過給機を設ける内燃機関が種々提案されている。こうした過給機は、排気系に設けられて排気のエネルギにより回転するタービンと、吸気系に設けられて前記タービンの回転に伴い回転するコンプレッサとを備え、このコンプレッサの回転により吸気が過給される。これにより、燃焼室に供給される吸入空気量が増加し、機関出力を向上させることができるようになる。
【０００３】
また、排気エミッション改善のため、排気系から吸気系に排気の一部（ＥＧＲガス）を導入する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）を設けた内燃機関が知られている。このＥＧＲ装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する排気再循環通路（ＥＧＲ通路）と、同ＥＧＲ通路を流通する排気（ＥＧＲガス）の量を制御する排気量制御弁（ＥＧＲ量調整バルブ）を備えるとともに、このバルブの開度が調整されることにより、吸気系の吸気通路に導入されるＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）が調整される。これにより、機関運転状態に適したＥＧＲ量に調整されて燃焼室での燃焼温度が低下するため、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を抑制することができるようになる。ここで、上記過給機およびＥＧＲ装置を備えた機関では、基本的には、機関低中負荷時、すなわち要求される機関出力が比較的小さいときに排気再循環が行われる。そして、機関加速時等、すなわち比較的大きな機関出力が要求される機関高負荷時にあっては、ＥＧＲガスの再循環を停止したり、あるいはＥＧＲ量を減量したりするとともに、過給機による目標過給圧を増大させて燃焼室に供給される吸入空気量をさらに増加させるようにしている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、ＥＧＲ装置では、排気通路と吸気通路との差圧、すなわち吸気通路側の負圧を利用して吸気通路にＥＧＲガスが導入される。しかしながら、過給機によって吸気通路内の吸気が過給されると同吸気通路内の圧力が上がるため、同吸気通路内の圧力と排気通路内の圧力との差圧が小さくなったり、同吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力を上回ったりすることにより、同吸気通路にＥＧＲガスを導入しようとしても、適切な量のＥＧＲガスを導入することができなくなるおそれがある。なお、同吸気通路において前記ＥＧＲ通路の合流部分の上流側に吸入空気量を調整する調整弁を設けるとともに、同調整弁の開度を小さくすることによって前記合流部分における吸気通路内圧力を低下させることにより、吸気通路にＥＧＲガスをある程度は導入させやすくすることができる。しかしながら、これによっても要求されるＥＧＲ量を確保することができない場合もある上に、このように調整弁の開度を小さくすることにより、要求される吸入空気量を確保することができないといった不都合が生じるおそれもある。
【０００５】
そこで従来、特許文献２〜４に記載されるように、ＥＧＲガスを加圧して吸気通路に導入するための専用の装置を設けた構成が種々提案されている。特許文献２，３に記載の構成では、吸気を過給するための過給機とは別に、ＥＧＲガスを過給するための専用の過給機が設けられている。また、特許文献４に記載の構成では、吸気を過給するための過給機とは別に、ＥＧＲガスを加圧するための専用の電動コンプレッサが設けられている。
【特許文献１】特開２００５−１３９９６５号公報
【特許文献２】特開平５−７１４２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１００５０８号公報
【特許文献４】特開２００５−１１３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２〜４に記載の構成に代表されるように、ＥＧＲガスを加圧するための専用の装置を設ける構成であっては、これらの専用の装置を設けるための製造コストの増加は避けられない。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲガスを加圧する専用の装置を設けることなく、より多くのＥＧＲ量を確保することのできる内燃機関の排気再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気再循環装置において、内燃機関の吸気系内に並列に設けられた第１，第２吸気通路と、前記機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転するタービンと前記第２吸気通路に設けられて前記タービンの回転に伴い回転するコンプレッサとを有する過給機と、前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開閉する吸気用開閉手段と、前記第２吸気通路の前記吸気用開閉手段と前記コンプレッサとの間の部分と前記排気系とを接続する過給用ＥＧＲ経路とを備えることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転するタービンと第２吸気通路に設けられてタービンの回転に伴い回転するコンプレッサとを有する過給機を備えるため、過給機により第２吸気通路を通じる吸気を過給することができる。また、第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部を開閉する吸気用開閉手段と、第２吸気通路の吸気用開閉手段とコンプレッサとの間の部分と排気系とを接続する過給用ＥＧＲ経路とを備えるため、開閉手段を閉じることにより過給機に排気（ＥＧＲガス）のみを流通させることができ、過給機によって排気のみを過給することができる。ここで、内燃機関の吸気系内に第２吸気通路と並列に第１吸気通路が設けられているため、第２吸気通路を通じて排気のみが過給される場合であっても、第１吸気通路を通じて内燃機関に吸気を供給することができる。したがって、過給機により吸気を過給する状態と排気を過給する状態とを切り換えることができるため、ＥＧＲガスを加圧する専用の装置を設けることなく、より多くのＥＧＲ量を確保することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記吸気系の前記コンプレッサよりも下流部と前記排気系とを接続する非過給用ＥＧＲ経路と、前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路と前記非過給用ＥＧＲ経路とを切り換える経路切換手段とを更に備えることを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、吸気系のコンプレッサよりも下流部と排気系とを接続する非過給用ＥＧＲ経路と、吸気系に排気を導入する経路について過給用ＥＧＲ経路と非過給用ＥＧＲ経路とを切り換える経路切換手段とを更に備えるため、排気を過給した上で吸気系に導入する経路（過給用ＥＧＲ経路）と、排気を過給せずに吸気系に導入する経路（非過給用ＥＧＲ経路）とを切り換えることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記吸気用開閉手段は、前記機関の運転領域に応じて前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開閉し、前記経路切換手段は、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が開放されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記非過給用ＥＧＲ経路に切り換え、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換えることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、吸気用開閉手段により機関の運転領域に応じて第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が開閉されるとともに、第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が開放されるときに排気導入経路が非過給用ＥＧＲ経路に切り換えられ、第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに排気導入経路が過給用ＥＧＲ経路に切り換えられる。このため、機関の運転領域に応じて、過給機によって第２吸気通路を通じる吸気を過給しながら通常のＥＧＲ量を確保することのできる状態（コンプレッサよりも下流部に排気を導入する状態）と、過給機によって第２吸気通路を通じる排気を過給してより多くのＥＧＲ量を確保することのできる状態（コンプレッサよりも上流部に排気を導入する状態）とを切り換えることができる。
【００１４】
具体的には、請求項４に記載されるように、過給用ＥＧＲ経路は、非過給用ＥＧＲ経路から分岐する経路であって、経路切換手段は、過給用ＥＧＲ経路を開閉する第１ＥＧＲ開閉手段と、非過給用ＥＧＲ経路において過給用ＥＧＲ経路が分岐する部分よりも下流部を開閉する第２ＥＧＲ開閉手段とを備えるといった構成を採用することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転する第２タービンと前記第１吸気通路に設けられて前記第２タービンの回転に伴い回転して同第１吸気通路を流通する吸気を過給する吸気用コンプレッサとを有する吸気用過給機を更に備えることを要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、機関の排気系に設けられて排気のエネルギにより回転する第２タービンと第１吸気通路に設けられて第２タービンの回転に伴い回転して同第１吸気通路を流通する吸気を過給する吸気用コンプレッサとを有する吸気用過給機を更に備えるため、第１吸気通路に設けられる吸気用コンプレッサと第２吸気通路に設けられるコンプレッサの両方によって吸気の過給を行う状態と、第１吸気通路に設けられる吸気用コンプレッサのみによって吸気の過給を行いながら第２吸気通路を通じる排気を過給する状態とを切り換えることができる。これにより、要求される吸入空気量およびＥＧＲ量をより適切に内燃機関に供給することができるようになる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記排気系の前記タービンよりも上流部に設けられて、同タービンを通過する排気の量を調整することを通じて前記第２吸気通路に設けられる前記コンプレッサの回転を調整する排気用調整手段を更に備えることを要旨とする。
【００１８】
上記構成によれば、排気系のタービンよりも上流部に設けられて、同タービンを通過する排気の量を調整することを通じて第２吸気通路に設けられるコンプレッサの回転を調整する排気用調整手段を更に備えるため、要求される吸入空気量又はＥＧＲ量をより適切に調整することができるようになる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記吸気用開閉手段は、前記機関が高負荷運転領域であるときに前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を開放し、前記機関が低負荷及び中負荷運転領域であるときに前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部を閉鎖し、前記経路切換手段は、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が開放されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記非過給用ＥＧＲ経路に切り換え、前記吸気用開閉手段により前記第２吸気通路の前記コンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換えることを要旨とする。
【００２０】
ここで、内燃機関の高負荷運転領域では要求される吸入空気量が増大するため、機関の燃焼室への吸気の供給を優先することが好ましい。一方、機関の低負荷及び中負荷運転領域では要求される吸入空気量が減少するため、ＥＧＲガスを燃焼室に積極的に供給することにより、燃焼温度を低下させてＮＯｘの排出量をさらに抑制させることが望ましい。
【００２１】
この点、上記構成によれば、機関が高負荷運転領域であるときに、吸気用開閉手段によって第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が開放され、機関が低負荷及び中負荷運転領域であるときに、吸気用開閉手段によって第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が閉鎖される。また、第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が開放されるときに排気導入経路が非過給用ＥＧＲ経路に切り換えられ、第２吸気通路のコンプレッサよりも上流部が閉鎖されるときに排気導入経路が過給用ＥＧＲ経路に切り換えられる。このため、要求される吸入空気量が増大する機関の高負荷運転領域では吸気を過給するとともに、要求される吸入空気量が比較的減少する低負荷及び中負荷運転領域においては、排気を過給してＥＧＲガスを積極的に燃焼室に供給することができる。したがって、内燃機関の運転領域に応じて、要求される吸入空気量又はＥＧＲ量をより適切に内燃機関に供給することができるようになる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置において、前記吸気系の前記コンプレッサよりも下流部に設けられるとともに同吸気系を流通する気体を冷却するインタークーラと、前記経路切換手段によって前記吸気系に排気を導入する経路について前記過給用ＥＧＲ経路に切り換えられているときには、前記インタークーラを迂回して排気を前記機関の燃焼室に供給する迂回手段とを更に備えることを要旨とする。
【００２３】
吸気系内を流通する気体を冷却するインタークーラを排気（ＥＧＲガス）が通過すると、このＥＧＲガスに含まれる未燃燃料等によってインタークーラが汚染されるおそれがある。
【００２４】
この点、上記構成によれば、吸気系のコンプレッサよりも下流部に設けられるとともに同吸気系を流通する気体を冷却するインタークーラと、経路切換手段によって吸気系に排気を導入する経路について過給用ＥＧＲ経路に切り換えられているときには、インタークーラを迂回して排気を機関の燃焼室に供給する迂回手段とを更に備えるため、ＥＧＲガスによるインタークーラの汚染を抑制することができる。また、第２吸気通路のコンプレッサによって吸気が過給されているときには、この過給された吸気をインタークーラにより冷却した上で燃焼室に供給することができる。
【００２５】
具体的には、請求項９に記載されるように、迂回手段は、第２吸気通路においてコンプレッサとインタークーラとの間から分岐して吸気系の同インタークーラよりも下流部に合流する迂回通路と、第２吸気通路において迂回通路が分岐する部分とインタークーラとの間に設けられて同第２吸気通路を開閉する迂回用開閉手段とを備えるといった構成を採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気再循環装置を具体化した一実施形態について図１，２を参照して説明する。
まず、図１を参照して、本実施形態にかかる内燃機関の排気再循環装置が適用された内燃機関１０及びその周辺構成の概略構成を説明する。
【００２７】
同図に示されるように、内燃機関１０において吸気が供給される吸気系２０には、第１吸気通路２１と第２吸気通路２２が並列に設けられるとともに、排気が排出される排気系３０には、第１排気通路３１と第２排気通路３２が並列に設けられている。また、同機関１０には、排気系３０を流通する排気の一部（ＥＧＲガス）を吸気系２０に導入する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）６０が設けられている。
【００２８】
吸気系２０及び排気系３０には、吸気用過給機４０及び兼用過給機５０が並列に設けられている。具体的には、吸気用過給機４０は、第１吸気通路２１に設けられる吸気用コンプレッサ４１と、第１排気通路３１に設けられて排気のエネルギにより回転する専用タービン（第２タービン）４２と、これら吸気用コンプレッサ４１と専用タービン４２とを連結する駆動軸４３とを備えて構成されている。そして、専用タービン４２の回転に伴い吸気用コンプレッサ４１が回転することにより、第１吸気通路２１を流通する吸気が過給される。
【００２９】
兼用過給機５０は、第２吸気通路２２に設けられる兼用コンプレッサ５１と、第２排気通路３２に設けられて排気のエネルギにより回転する兼用タービン５２と、これら兼用コンプレッサ５１と兼用タービン５２とを連結する駆動軸５３とを備えて構成されている。そして、兼用タービン５２の回転に伴い兼用コンプレッサ５１が回転することにより、第２吸気通路２２を流通する気体（吸気またはＥＧＲガス）が過給される。ここで、第２吸気通路２２において、兼用コンプレッサ５１よりも上流部には、同上流部を開閉する吸気用バルブ２２ａが取り付けられている。この吸気用バルブ２２ａは、機関１０の運転領域に応じて開閉される開閉弁であって、この吸気用バルブ２２ａが閉弁されると、第２吸気通路２２を通じた吸気の供給が停止される。この吸気用バルブ２２ａが吸気用開閉手段に相当する。また、第２排気通路３２において兼用タービン５２よりも上流部には、この兼用タービン５２を通過する排気の量を調整する排気量調整バルブ３３が取り付けられている。この排気量調整バルブ３３が排気用調整手段に相当する。
【００３０】
吸気系２０において最上流側には、吸気をろ過するエアクリーナ１１が設けられるとともに、同吸気系２０において上記吸気用コンプレッサ４１と兼用コンプレッサ５１の下流側には、これらコンプレッサ４１，５１によって過給されて吸気系２０を流通する気体（吸気）を冷却するインタークーラ１２と、同吸気系２０を流通する吸気の量を調整するスロットルバルブ１３が設けられている。
【００３１】
さらに、吸気系２０には、吸気系２０において兼用コンプレッサ５１とインタークーラ１２との間の部分２２Ｌ、すなわち第２吸気通路２２において兼用コンプレッサ５１よりも下流部２２Ｌから分岐して同吸気系２０のインタークーラ１２及びスロットルバルブ１３よりも下流部２０Ｌに合流する迂回通路７０が設けられている。また、第２吸気通路２２において迂回通路７０が分岐する部分２２Ｌとインタークーラ１２との間には、同第２吸気通路２２を開閉する迂回用バルブ７０ａが取り付けられている。そして、この迂回用バルブ７０ａが閉弁されると、兼用コンプレッサ５１によって過給される気体が迂回通路７０を通じて、内燃機関１０の燃焼室１４に供給される。なお、この迂回用バルブ７０ａが迂回用開閉手段に相当するとともに、これら迂回通路７０と迂回用バルブ７０ａが迂回手段の構成に相当する。
【００３２】
ＥＧＲ装置６０には、吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路として、兼用過給機５０によりＥＧＲガスを過給する経路である過給用ＥＧＲ経路６１と、ＥＧＲガスを過給しない経路である非過給用ＥＧＲ経路６２とが設けられている。これら過給用ＥＧＲ経路６１及び非過給用ＥＧＲ経路６２において上流の部分（排気系３０側）は、共通配管で形成されている。この共通配管部分には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６３と、ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ量調整バルブ６４が設けられている。
【００３３】
そして、過給用ＥＧＲ経路６１が分岐する分岐部分６０Ａよりも下流側では、過給用ＥＧＲ経路６１と非過給用ＥＧＲ経路６２がそれぞれ別配管で形成されて吸気系２０に接続されている。具体的には、過給用ＥＧＲ経路６１は、第２吸気通路２２の吸気用バルブ２２ａと兼用コンプレッサ５１との間の部分２２Ｕ、すなわち吸気系２０において兼用コンプレッサ５１よりも上流部２２Ｕと排気系３０とを接続し、一方、非過給用ＥＧＲ経路６２は、吸気系２０の兼用コンプレッサ５１よりも下流部２０Ｌと排気系３０とを接続している。こうしたＥＧＲ経路６１，６２の別配管部分には、過給用ＥＧＲ経路６１を開閉する第１ＥＧＲバルブ６１ａと、非過給用ＥＧＲ経路６２を開閉する第２ＥＧＲバルブ６２ａがそれぞれ取り付けられている。これら第１ＥＧＲバルブ６１ａ，第２ＥＧＲバルブ６２ａは、機関１０の運転領域に応じて開閉される開閉弁である。なお、第１ＥＧＲバルブ６１ａが第１ＥＧＲ開閉手段に相当し、第２ＥＧＲバルブ６２ａが第２ＥＧＲ開閉手段に相当し、これら第１ＥＧＲバルブ６１ａ及び第２ＥＧＲバルブ６２ａが吸気系２０に排気を導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１と前記非過給用ＥＧＲ経路６２とを切り換える経路切換手段としての構成に相当する。
【００３４】
上述した各種バルブは、機関１０に設けられる各種構成を総括的に制御する電子制御装置（図示略）によって制御される。この電子制御装置は、図示しない各種センサからの出力信号に基づき機関１０の運転領域を把握するともに、各種制御を実行する。例えば、この電子制御装置は、スロットルバルブ１３の開度が機関１０の運転領域に基づき算出される目標開度になるように同スロットルバルブ１３の開度を調整する制御や、機関１０の運転領域に基づき算出される要求ＥＧＲ量が得られるようＥＧＲ量調整バルブ６４の開度を調整する制御や、兼用過給機５０の兼用コンプレッサ５１の回転を調整するべく排気量調整バルブ３３の開度を調整する制御を実行する。
【００３５】
さらに、電子制御装置は、機関１０の運転領域に応じて、吸気用バルブ２２ａを開閉して、第２吸気通路２２の吸気流れを流通又は遮断する制御を実行するとともに、この吸気用バルブ２２ａの開閉状態に応じて吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１と非過給用ＥＧＲ経路６２とで切り換える制御を実行する。以下、図２を参照して、こうした制御によって変更される吸気および排気の流れについて説明する。なお、同図２では、吸気の流れを実線の矢印で示し、排気の流れを破線の矢印で示す。
【００３６】
（ａ）高負荷運転領域
機関１０の運転領域が高負荷運転領域であるときには、吸気用バルブ２２ａが開弁される。これにより、第２吸気通路２２を吸気が流通するため、兼用コンプレッサ５１によって吸気が過給される。すなわち、吸気系２０において第１吸気通路２１及び第２吸気通路２２のいずれも吸気が流通するため、吸気用コンプレッサ４１と兼用コンプレッサ５１の両方によって吸気が過給される。
【００３７】
また、こうして吸気用バルブ２２ａが開弁されるときには、第１ＥＧＲバルブ６１ａが閉弁されるとともに第２ＥＧＲバルブ６２ａが開弁され、吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路について非過給用ＥＧＲ経路６２に切り換えられる。これにより、吸気系２０においてスロットルバルブ１３よりも下流部２０Ｌ、すなわち兼用コンプレッサ５１よりも下流部２０Ｌに非過給用ＥＧＲ経路６２を通じてＥＧＲガスが導入される。このとき非過給用ＥＧＲ経路６２を通じて導入されるＥＧＲガスの流量は、ＥＧＲ量調整バルブ６４によって調整される。
【００３８】
さらに、迂回用バルブ７０ａが開弁される。これにより、兼用コンプレッサ５１によって過給された後にインタークーラ１２を通過する吸気については、同インタークーラ１２によって冷却された上で機関１０の燃焼室１４に供給される。
【００３９】
（ｂ）低負荷・中負荷運転領域
機関１０の運転領域が低負荷・中負荷運転領域であるときには、吸気用バルブ２２ａが閉弁される。これにより、第２吸気通路２２を通じた吸気の供給が停止されて第１吸気通路２１のみを吸気が流通するため、吸気用コンプレッサ４１のみによって吸気が過給される。なお、機関１０の運転領域が低負荷・中負荷運転領域であるため、吸気用コンプレッサ４１のみによっても十分な量の吸気を過給することができる。
【００４０】
また、こうして吸気用バルブ２２ａが閉弁されるときには、第１ＥＧＲバルブ６１ａが開弁されるとともに第２ＥＧＲバルブ６２ａが閉弁され、吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１に切り換えられる。これにより、吸気系２０において兼用コンプレッサ５１よりも上流部２２Ｕに過給用ＥＧＲ経路６１を通じてＥＧＲガスが導入される。したがって、兼用コンプレッサ５１によってＥＧＲガスのみが過給される。
【００４１】
さらに、迂回用バルブ７０ａが閉弁される。これにより、兼用コンプレッサ５１によって過給されたＥＧＲガスは迂回通路７０を通じて、すなわちインタークーラ１２を迂回して機関１０の燃焼室１４に供給される。
【００４２】
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）機関１０の排気系３０（第２排気通路３２）に設けられる兼用タービン５２と第２吸気通路２２に設けられる兼用コンプレッサ５１とを有する兼用過給機５０を備えるため、同兼用過給機５０により第２吸気通路２２を通じる吸気を過給することができる。また、第２吸気通路２２の兼用コンプレッサ５１よりも上流部を開閉する吸気用バルブ２２ａと、この吸気用バルブ２２ａと兼用コンプレッサ５１との間の部分（第２吸気通路２２において兼用コンプレッサ５１の上流部）２２Ｕと排気系３０とを接続する過給用ＥＧＲ経路６１とを備えるため、吸気用バルブ２２ａを閉弁することにより兼用過給機５０の兼用コンプレッサ５１に排気（ＥＧＲガス）のみを流通させることができ、同過給機５０によって排気のみを過給することができる。ここで、内燃機関１０の吸気系２０内に第２吸気通路２２と並列に第１吸気通路２１が設けられているため、第２吸気通路２２を通じて排気のみが過給される場合であっても、第１吸気通路２１を通じて内燃機関１０に吸気を供給することができる。したがって、兼用過給機５０により吸気を過給する状態と排気を過給する状態とを切り換えることができるため、ＥＧＲガスを加圧する専用の装置を設けることなく、より多くのＥＧＲ量を確保することができる。
【００４３】
（２）吸気系２０の兼用コンプレッサ５１よりも下流部２０Ｌと排気系３０とを接続する非過給用ＥＧＲ経路６２を備え、吸気系２０に排気を導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１と非過給用ＥＧＲ経路６２とを切り換えるため、排気を過給した上で吸気系２０に導入する経路（過給用ＥＧＲ経路６１）と、排気を過給せずに吸気系２０に導入する経路（非過給用ＥＧＲ経路６２）とを切り換えることができる。
【００４４】
（３）機関１０の運転領域に応じて第２吸気通路２２の兼用コンプレッサ５１よりも上流部が吸気用バルブ２２ａにより開閉される。そして、吸気用バルブ２２ａが開弁して兼用コンプレッサ５１よりも上流部が開放されるときには、ＥＧＲガスを導入する経路が非過給用ＥＧＲ経路６２に切り換えられる。一方、吸気用バルブ２２ａが閉弁して兼用コンプレッサ５１よりも上流部が閉鎖されるときには、ＥＧＲガスを導入する経路が過給用ＥＧＲ経路６１に切り換えられる。このため、兼用過給機５０によって第２吸気通路２２を通じる吸気を過給しながら通常のＥＧＲ量を確保することのできる状態、すなわち、兼用コンプレッサ５１よりも下流部に非過給用ＥＧＲ経路６２を通じて排気を導入する状態と、より多くのＥＧＲ量を確保することのできる状態、すなわち、兼用コンプレッサ５１よりも上流部に過給用ＥＧＲ経路６１を通じて排気を導入して同排気を過給する状態とを、機関１０の運転領域に応じて切り換えることができる。
【００４５】
（４）機関１０の排気系３０（第１排気通路３１）に設けられる専用タービン４２と第１吸気通路２１に設けられる吸気用コンプレッサ４１とを有する吸気用過給機４０を備えるため、第１吸気通路２１に設けられる吸気用コンプレッサ４１と第２吸気通路２２に設けられる兼用コンプレッサ５１の両方によって吸気の過給を行う状態と、第１吸気通路２１に設けられる吸気用コンプレッサ４１のみによって吸気の過給を行いながら第２吸気通路２２を通じる排気を兼用コンプレッサ５１によって過給する状態とを切り換えることができる。これにより、要求される吸入空気量およびＥＧＲ量をより適切に内燃機関１０に供給することができるようになる。
【００４６】
（５）排気系３０（第２排気通路３２）の兼用タービン５２よりも上流部に設けられて、同兼用タービン５２を通過する排気の量を調整する排気量調整バルブ３３を備えるため、第２吸気通路２２に設けられる兼用コンプレッサ５１の回転を調整することができ、要求される吸入空気量又はＥＧＲ量をより適切に調整することができるようになる。
【００４７】
（６）機関１０が高負荷運転領域であるときには、吸気用バルブ２２ａを開弁して第２吸気通路２２の兼用コンプレッサ５１よりも上流部が開放されるとともに、ＥＧＲガスを導入する経路が非過給用ＥＧＲ経路６２に切り換えられる。これにより、内燃機関１０において要求される吸入空気量が増大する高負荷運転領域では機関１０の燃焼室１４への吸気の供給を優先させることができる。一方、機関１０が低負荷・中負荷運転領域であるときには、吸気用バルブ２２ａを閉弁して第２吸気通路２２の兼用コンプレッサ５１よりも上流部が閉鎖されるとともに、ＥＧＲガスを導入する経路が過給用ＥＧＲ経路６１に切り換えられる。これにより、内燃機関１０において要求される吸入空気量が比較的減少する低負荷・中負荷運転領域では、ＥＧＲガスを燃焼室１４に積極的に供給することにより、燃焼温度を低下させてＮＯｘの排出量をさらに抑制させることができる。したがって、内燃機関１０の運転領域に応じて、要求される吸入空気量又はＥＧＲ量をより適切に内燃機関１０に供給することができるようになる。
【００４８】
（７）吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１に切り換えられているときには、迂回通路７０を通じてインタークーラ１２を迂回させてＥＧＲガスを機関１０の燃焼室１４に供給するため、ＥＧＲガスによるインタークーラ１２の汚染を抑制することができる。また、兼用コンプレッサ５１によって吸気が過給されているときには、過給された吸気をインタークーラ１２により冷却した上で燃焼室１４に供給することができる。
【００４９】
（その他の実施形態）
なお、この発明にかかる内燃機関の排気再循環装置は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００５０】
・上記実施形態に示したエアクリーナ１１，インタークーラ１２，スロットルバルブ１３，ＥＧＲクーラ６３の各構成については例示した個数および設置場所に限られず、これらを適宜変更してもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、迂回通路７０及び迂回用バルブ７０ａを設けるとともに、兼用コンプレッサ５１によって吸気が過給されるときには、迂回通路７０を流通する吸気はインタークーラ１２によって冷却されず、インタークーラ１２を通過する吸気についてのみを同インタークーラ１２によって冷却する例を示した。しかし、これらに加えて、迂回通路７０に同通路７０を開閉する開閉バルブを設けるとともに、兼用コンプレッサ５１によって吸気が過給されるときには、この開閉バルブを閉弁する態様を採用することもできる。この場合には、兼用コンプレッサ５１によって過給された吸気の全量についてインタークーラ１２を通過させることができ、同インタークーラ１２によって吸気を冷却した上で燃焼室１４に供給することができるようになる。
【００５２】
・上記実施形態では、吸気系２０にＥＧＲガスを導入する経路について過給用ＥＧＲ経路６１に切り換えられているときには、迂回通路７０を通じてＥＧＲガスがインタークーラ１２を迂回するようにしたが、迂回通路７０及び迂回用バルブ７０ａを設けないようにすることもできる。この場合であっても、上記（１）〜（６）に示す作用効果を奏することができる。また、ＥＧＲガスをインタークーラ１２に通過させることによってＥＧＲガスを冷却することができる。
【００５３】
・上記実施形態では、過給用ＥＧＲ経路６１及び非過給用ＥＧＲ経路６２を、排気系３０において専用タービン４２及び兼用タービン５２の上流部に接続する例を示した。しかし、これらＥＧＲ経路については排気の一部を吸気系２０に導入することができる構成であればよく、排気系３０における接続部分の形成箇所についてはこの例に限られない。ただし、排気系３０と吸気系２０との差圧を大きくするとの観点からは、排気系３０において各タービンの上流部に接続部分を形成することが好ましい。
【００５４】
・上記実施形態では、第２排気通路３２に排気量調整バルブ３３を設けて兼用タービン５２を通過する排気量を調整して兼用過給機５０の過給効率を調整する例を示した。しかし、こうした兼用タービン５２を通過する排気量を調整する構成についてはこの例に限られず、例えば、排気が兼用タービンを迂回するバイパス通路と、同通路を流通する排気量を調整するウェストゲートバルブを設ける態様を採用してもよい。また、このようにタービンを通過する排気量を調整する構成の設置箇所は第２排気通路３２のみに限られず、第１排気通路３１に設けるようにしてもよい。こうした吸気用過給機４０、兼用過給機５０の過給効率について調整する構成を設けることにより、要求される吸入空気量又はＥＧＲ量をより適切に調整することができるようになる。
【００５５】
・上記実施形態では、吸気系２０の第１吸気通路２１と第２吸気通路２２、及び排気系３０の第１排気通路３１と第２排気通路３２をそれぞれ１通路ずつ設けるとともに、吸気用過給機４０及び兼用過給機５０についてそれぞれ１機ずつ設ける例を示したが、これら構成の個数についてはこの例に限られない。例えば、吸気用過給機を２機、兼用過給機を１機設ける態様を採用することもできる。この場合には、吸気用過給機を設けるための第１吸気通路及び第１排気通路を並列に２通路それぞれ設けるとともに、これら第１吸気通路及び第１排気通路に吸気用過給機を並列に２機設置するようにする。また、吸気用過給機を１機、兼用過給機を２機設ける態様を採用することもできる。この場合には、兼用過給機を設けるための第２吸気通路及び第２排気通路を並列に２通路それぞれ設けるとともに、これら第２吸気通路及び第２排気通路に兼用過給機を２機設置するようにする。この場合であっても、上記（１）〜（７）に示す作用効果に準ずる作用効果を奏することができる上に、こうした吸気用過給機や兼用過給機の個数を変更することにより、内燃機関１０の運転領域に応じてさらに細かく機関１０に供給する吸入空気量およびＥＧＲ量を調整することができるようになる。また、第１吸気通路及び第１排気通路に吸気用過給機を２機直列に設ける態様や、第２吸気通路及び第２排気通路に兼用過給機を２機直列に設ける態様を採用することもできる。
【００５６】
・上記実施形態では、吸気のみを過給する吸気用過給機４０と、吸気とＥＧＲガスのいずれかを過給する兼用過給機５０を設ける例を示した。しかし、図３に示すように、吸気用過給機を設けずに、兼用過給機のみを設ける態様を採用することもできる。同図に示す構成では、兼用過給機５００を１機のみ設置しているため、排気系３００においてタービン５２０を備える排気通路を１本のみ設けている。そして、第２吸気通路２２０に設けられる吸気用バルブ２２０ａを機関１０の運転領域に応じて開閉するとともに、ＥＧＲガスを吸気系２００に導入する経路について、過給用ＥＧＲ経路６１と非過給用ＥＧＲ経路６２とを切り換えるようにする。これにより、兼用過給機５００の兼用コンプレッサ５１０によって吸気またはＥＧＲガスが過給された上で内燃機関１０の燃焼室１４に供給される。一方、第１吸気通路２１０を通じる吸気については、過給されずに燃焼室１４に供給される。この場合であっても、上記（１）〜（３）に示す作用効果に準ずる作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明にかかる内燃機関の排気再循環装置を具体化した一実施形態についての概略構成図。
【図２】本実施形態において、その吸気流れおよび排気流れを示す図。
【図３】本発明にかかる内燃機関の排気再循環装置の変形例を示す概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１０…内燃機関、１１…エアクリーナ、１２…インタークーラ、１３…スロットルバルブ、１４…燃焼室、２０，２００…吸気系、２１，２１０…第１吸気通路、２２，２２０…第２吸気通路、２２ａ，２２０ａ…吸気用バルブ、３０，３００…排気系、３１…第１排気通路、３２…第２排気通路、３３…排気量調整バルブ、４０…吸気用過給機、４１…吸気用コンプレッサ、４２…専用タービン、４３，５３…駆動軸、５０，５００…兼用過給機、５１，５１０…兼用コンプレッサ、５２…兼用タービン、６０…ＥＧＲ装置、６１…過給用ＥＧＲ経路、６１ａ…第１ＥＧＲバルブ、６２…非過給用ＥＧＲ経路、６２ａ…第２ＥＧＲバルブ、６３…ＥＧＲクーラ、６４…ＥＧＲ量調整バルブ、７０…迂回通路、７０ａ…迂回用バルブ、５２０…タービン。
【図１】
2009257088.tif 000003
【図２】
2009257088.tif 000004
【図３】
2009257088.tif 000005