JP2001165000A - 内燃機関の排気再循環制御装置 - Google Patents

内燃機関の排気再循環制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気再循環回路を有する内燃機関におい
て、広範なエンジン回転数領域においてターボチャージ
ャの効率を高めるとともに、吸気回路の圧力が排気回路
の圧力よりも高い場合も排気の還流を可能にする。 【解決手段】 吸気回路(12)の排気還流位置より上流に
開閉自在な吸気絞り弁(12e)を設けるか、又は吸気回路
(12)の排気還流位置に狭隘部(12b)に設けかつこれをバ
イパスする吸気バイパス回路(12c)を設ける。それと共
に、吸気回路(12)と排気回路(16)との間を連通する給排
気バイパス回路(20)を設ける。その上で、吸気絞り弁(1
2e)又は吸気バイパス回路(12c)の開度と、給排気バイパ
ス回路(20)の開度とを調整することで、吸気回路の排気
還流位置の圧力を排気マニホルド内の圧力よりも低くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気再
循環制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】環境保全の見地から、内燃機関の排出す
る有害物質に対する規制強化が各地で進んでいる昨今、
内燃機関の排気に含まれる有害物質を低減させる方法と
して排気再循環（通称ＥＧＲ）が広く知られ、用いられ
ている。燃焼室から排出される排気の一部を排気マニホ
ルドから吸気マニホルドへ還流し吸気に混合させて再度
燃焼室に送り込むことで、吸気中の酸素濃度を低下さ
せ、燃焼温度を下げる作用があり、排気に含まれる有害
物質特に窒素酸化物（以下ＮＯＸと略記）の発生を抑え
る効果が大きい。
【０００３】図１３に従来の形態として、排気再循環装
置を有するターボチャージャー付エンジン１４の給排気
回路図を示す。エンジン１４は、ターボチャージャー１
１と、吸気回路１２と、アフタクーラ１３と、排気再循
環回路１５と、排気回路１６と、排気圧力制御弁１８と
を有する。ターボチャージャー１１のコンプレッサ１１
ａで圧縮された吸気は吸気回路１２を経て、その途中に
設けられたアフタクーラ１３で冷却され、吸気マニホル
ド１２ａを介してエンジン本体１４ａに導入される。エ
ンジン本体１４ａから排出された排気は排気回路１６を
経てターボチャージャー１１に流れ込み、タービン１１
ｂを駆動して排出される。タービン１１ｂの出口にはタ
ービン１１ｂの出口圧力を調整自在とする排気圧力制御
弁１８が設けられている。排気再循環回路１５は、一端
を排気回路１６の排気マニホルド１６ａ近傍に分岐接続
され、他端を吸気回路１２の吸気マニホルド１２ａ近傍
に分岐接続される。排気再循環回路１５中には、排気再
循環回路１５を開閉自在とする開口面積制御可能なＥＧ
Ｒ弁１５ｃと、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ
１５ｂとが設けられている。排気を還流する場合は、ま
ずＥＧＲ弁１５ｃを開く。すると排気の一部が排気回路
１６内で分岐し、ＥＧＲ弁１５ｃを経てＥＧＲクーラ１
５ｂで冷却された後、吸気回路１２内で吸気と混じりエ
ンジン本体１４ａに導入される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記形態には
以下の問題があった。 （１）エンジン１４がある条件、例えば中高速・高負荷
で運転される場合は、吸気マニホルド１２ａの圧力が排
気マニホルド１６ａの圧力よりも高くなることがある。
（これは、一般的にターボチャージャの特性が、頻用さ
れる運転状態にマッチングして、エンジンの効率を向上
させて高出力・低燃費を得るように設計されるからであ
る。吸気側の圧力が高いほど、また、排気側の圧力が低
いほど、出力のロスとなる給排気抵抗は小さい）その場
合、排気は還流されないため、排気中の有害成分を低減
できない。排気が還流されるのは、吸気マニホルド１２
ａの圧力が排気マニホルド１６ａの圧力よりも低くなる
ような、例えば低速で低負荷運転時といった運転状態下
に限られる。したがって排気再循環装置を働かせて排気
中の有害成分を低減できる運転状態は限られてしまう。 （２）ＥＧＲ弁１５ｃの開度変化に伴なって排気の還流
量が増減すると、吸気マニホルド１２ａ内の圧力変動
で、エンジン本体１４ａが導入する吸気流量が変動す
る。吸気流量が変動すると、燃焼に用いる酸素の量が変
動するために、安定した燃焼状態が得られずにエンジン
回転数が変動する。
【０００５】上記（１）の問題を解決するために、排気
マニホルド１６ａの圧力を吸気マニホルド１２ａの圧力
よりも高くして排気の還流を可能にする方法として、排
気圧力制御弁１８を絞る方法がある。排気圧力制御弁１
８を絞り、タービン１１ｂの出口圧力を上げることでタ
ービン１１ｂの上流となる排気マニホルド１６ａの圧力
を上げ、エンジン１４が中速又は中負荷で運転される場
合でも、排気の還流を可能にする方法である。
【０００６】しかし、この方法で排気の還流を可能にで
きるエンジン１４の運転状態にも限度がある。排気マニ
ホルド１６ａの圧力を上げ過ぎるとエンジン１４の排気
効率が低下し、燃費が悪化する。そのため、排気マニホ
ルド１６ａの圧力は、燃費の悪化が許容できる程度まで
しか上昇させられない。したがって、排気の還流が可能
となるエンジン１４の運転状態は、排気圧力制御弁１８
の無いエンジンよりは広範囲となるものの、やはり狭い
範囲に限定されてしまう。
【０００７】本発明は、上記の問題点の少なくとも一つ
を解決すべくなされたものであり、燃費を維持・向上さ
せながら、低速・低負荷領域から高速・高負荷領域まで
の広範な運転状態において排気の還流が可能とし、また
排気の還流の有無切換に伴なう回転数変動を極力抑える
ことのできる内燃機関の排気再循環制御装置を提供する
ことを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、第１の発明は、吸気回路と排気回
路との間に、ターボチャージャと、排気再循環開閉弁に
よって開閉自在とした排気再循環回路とを設けた内燃機
関の排気再循環制御装置において、ターボチャージャの
コンプレッサ下流側とタービン上流側との間を連通する
給排気バイパス回路と、この給排気バイパス回路を開閉
自在とするように開口面積を可変とされた給排気バイパ
ス弁とを設け、吸気回路を開閉自在とするように開口面
積を可変とされた吸気絞り弁を排気再循環回路が分岐接
続される吸気回路の位置の上流に設けたことを特徴とす
る。
【０００９】第１の発明によると、給排気バイパス回路
を通じて吸気の一部を排気回路へ流出させ、同時に給排
気バイパス弁でその流量を調整できるようになること
と、吸気絞り弁で吸気回路に圧力損失を発生できるよう
になることとにより、吸気回路の圧力が排気回路の圧力
よりも高いがためこれまで排気の還流が不可能だった運
転状態下でも、吸気マニホルドの圧力を排気マニホルド
の圧力よりも下げて排気の還流を可能にできる。したが
って、低速・低負荷領域から高速・高負荷領域まで広範
囲の運転状態下で排気再循環装置を作動させて排気中の
有害成分を低減できる。
【００１０】第２の発明は、吸気回路と排気回路との間
に、ターボチャージャと、排気再循環開閉弁によって開
閉自在とした排気再循環回路とを設けた内燃機関の排気
再循環制御装置において、ターボチャージャのコンプレ
ッサ下流側とタービン上流側との間を連通する給排気バ
イパス回路と、この給排気バイパス回路を開閉自在とす
るように開口面積を可変とされた給排気バイパス弁とを
設け、排気再循環回路が分岐接続される吸気回路の位置
に狭隘部を設けたことを特徴とする。
【００１１】第２の発明によると、給排気バイパス回路
を通じて吸気の一部を排気回路へ流出させ、同時に給排
気バイパス弁でその流量を調整できるようになること
と、吸気回路の狭隘部で吸気の流速を高めその圧力を部
分的に低減できるようになることとにより、吸気回路の
圧力が排気回路の圧力よりも高いがためこれまで排気の
還流が不可能だった運転状態下でも、狭隘部の圧力低下
を利用して排気の還流を可能にできる。したがって、低
速・低負荷領域から高速・高負荷領域まで広範囲の運転
状態下で排気再循環装置を作動させて排気中の有害成分
を低減できる。
【００１２】第３の発明は、第１の発明の内燃機関の排
気再循環制御装置において、排気再循環回路が分岐接続
される吸気回路の位置に狭隘部を設けたことを特徴とす
る。
【００１３】第３の発明によると、第１の発明と第２の
発明との両方の特徴を併せ持つことにより、第１の発明
又は第２の発明よりも、更に広範囲の運転状態下で排気
再循環装置を作動させて排気中の有害成分を低減でき
る。
【００１４】第４の発明は、第１の発明又は第３の発明
の内燃機関の排気再循環制御装置において、ＮＯＸ排出
量を含む内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、内
燃機関の運転状態に対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶
する記憶手段と、検出手段の検出する内燃機関のＮＯＸ
排出量が記憶手段の記憶する目標ＮＯＸ排出量になるよ
うに内燃機関の運転状態に応じて、給排気バイパス弁及
び吸気絞り弁の両方の弁開度を制御する制御手段とを設
けたことを特徴とする。
【００１５】第４の発明によると、まず広範囲にわたる
内燃機関の運転状態下で排気再循環装置を作動させて排
気中の有害成分を低減できる。さらに、内燃機関の運転
状態に合わせて給排気バイパス弁及び吸気絞り弁の両方
の弁開度が制御されるので、内燃機関の回転速度や負荷
といった運転状態が時々刻々変化するような使い方のも
とでも、ＮＯＸの排出量を目標値に近づけるように排気
再循環装置が作動して、きめこまかなＮＯＸの排出量削
減制御ができる。
【００１６】第５の発明は、第２の発明の内燃機関の排
気再循環制御装置において、吸気回路の狭隘部をバイパ
スする吸気バイパス回路と、この吸気バイパス回路を開
閉自在とするように開口面積を可変とされた吸気バイパ
ス弁とを設けたことを特徴とする。
【００１７】第５の発明によると、第２の発明に加え
て、狭隘部を通さずに吸気バイパス回路を通して吸気を
エンジン本体に導入することができる。これにより、先
に記した圧力を低下させる狭隘部の作用によらなくても
排気の還流が可能な場合、又は排気の還流が不要な場合
は、吸気バイパス回路を通して吸気をエンジン本体に導
入することで、狭隘部の抵抗によるエンジン効率の低下
を防止できる。また、吸気バイパス弁の開度を調整する
ことで狭隘部を通過する吸気の流量を調整でき、第３の
発明において吸気絞り弁を調整するよりも、より自在に
狭隘部吸気圧力が調整可能となる。したがって、第３の
発明よりも更に広範囲にわたる内燃機関の運転状態下で
排気再循環装置を作動させて排気中の有害成分を低減で
きる。
【００１８】第６の発明は、第５の発明の内燃機関の排
気再循環制御装置において、ＮＯＸ排出量を含む内燃機
関の運転状態を検出する検出手段と、内燃機関の運転状
態に対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶する記憶手段
と、検出手段の検出する内燃機関のＮＯＸ排出量が記憶
手段の記憶する目標ＮＯＸ排出量になるように、内燃機
関の運転状態に応じて、給排気バイパス弁及び吸気バイ
パス弁の両方の弁開度を制御する制御手段とを設けたこ
とを特徴とする。
【００１９】第６の発明によると、第５の発明に加え
て、内燃機関の運転状態に合わせて給排気バイパス弁及
び吸気バイパス弁の両方の弁開度が制御される。したが
って、内燃機関の回転速度や負荷といった運転状態が時
々刻々変化するような使い方のもとでも、ＮＯＸの排出
量を目標値に近づけるように排気再循環装置が作動し
て、きめこまかなＮＯＸの排出量削減制御ができる。ま
た、吸気バイパス弁の開度を調整することで狭隘部を通
過する吸気の流量を調整でき、第４の発明において吸気
絞り弁を調整するよりも、より自在に狭隘部吸気圧力が
調整可能となる。したがって、第４の発明よりも更に広
範囲にわたる内燃機関の運転状態下で排気再循環装置を
作動させて排気中の有害成分を低減できる。
【００２０】第７の発明は、第５の発明の内燃機関の排
気再循環制御装置において、ＮＯＸ排出量を含む内燃機
関の運転状態を検出する検出手段と、内燃機関の運転状
態に対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶する記憶手段
と、内燃機関が高速・高負荷で運転される場合には、給
排気バイパス弁を略閉塞しつつ検出手段の検出する内燃
機関のＮＯＸ排出量が記憶手段の記憶する目標ＮＯＸ排
出量になるように吸気バイパス弁の開度を制御すると共
に、内燃機関が中速・高負荷で運転される場合には、給
排気バイパス弁を略全開口しつつ吸気バイパス弁を略閉
塞する制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００２１】第７の発明によると、第５の発明に加え
て、吸気流量が大きく狭隘部の作用が顕著で給排気バイ
パス流れがなくとも排気の還流が可能となるような高速
・高負荷運転時には、給排気バイパス弁が閉じるので、
給排気バイパス流れが招く吸気の充填効率低下を抑えら
れる。したがって内燃機関の高速運転時の燃費が向上す
る。また、吸気流量が下がって狭隘部の作用が低下する
中速・高負荷運転時には、吸気バイパス弁を略閉塞して
吸気流量の全量を狭隘部に流して狭隘部の圧力を低下さ
せ、同時に給排気バイパス弁を最大に開いて吸気回路の
圧力を低下させその相乗効果を引き出せる。したがっ
て、ＥＧＲ率を最大限に高めてＮＯＸ排出量を最小限に
抑えられる。
【００２２】第８の発明は、第１の発明又は第３の発明
の内燃機関の排気再循環制御装置において、ＥＧＲ率を
含む内燃機関の運転状態を検出する検出手段と、内燃機
関の運転状態に対する目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶
手段と、検出手段の検出する内燃機関のＥＧＲ率が記憶
手段の記憶する目標ＥＧＲ率になるように内燃機関の運
転状態に応じて、給排気バイパス弁及び吸気絞り弁の両
方の弁開度を制御する制御手段とを設けたことを特徴と
する。
【００２３】第８の発明によると、広範囲にわたる内燃
機関の運転状態下で排気再循環装置を作動させて排気中
の有害成分を低減できることに加えて、内燃機関の運転
状態に合わせて給排気バイパス弁及び吸気絞り弁の両方
の弁開度が制御される。したがって、内燃機関の回転速
度や負荷といった運転状態が時々刻々変化するような使
い方のもとでも、ＥＧＲ率を目標値に近づけることでＮ
ＯＸの排出量を目標値に近づけるように排気再循環装置
が作動して、きめこまかなＮＯＸの排出量削減制御がで
きる。更に、ＮＯＸ排出量の替わりにＥＧＲ率を制御量
として用いることで、高価なＮＯＸ検出装置が不要とな
り、コストを低減できる。
【００２４】第９の発明は、第５の発明の内燃機関の排
気再循環制御装置において、ＥＧＲ率を含む内燃機関の
運転状態を検出する検出手段と、内燃機関の運転状態に
対する目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶手段と、検出手
段の検出する内燃機関のＥＧＲ率が記憶手段の記憶する
目標ＥＧＲ率になるように、内燃機関の運転状態に応じ
て、給排気バイパス弁及び吸気バイパス弁の両方の弁開
度を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００２５】第９の発明によると、広範囲にわたる内燃
機関の運転状態下で排気再循環装置を作動させて排気中
の有害成分を低減できることに加えて、内燃機関の運転
状態に合わせて給排気バイパス弁及び吸気バイパス弁の
両方の弁開度が制御される。したがって、内燃機関の回
転速度や負荷といった運転状態が時々刻々変化するよう
な使い方のもとでも、ＥＧＲ率を目標値に近づけること
でＮＯＸの排出量を目標値に近づけるように排気再循環
装置が作動して、きめこまかなＮＯＸの排出量削減制御
ができる。更に、ＮＯＸ排出量の替わりにＥＧＲ率を制
御量として用いることで、高価なＮＯＸ検出装置が不要
となり、コストを低減できる。また、吸気バイパス弁の
開度を調整することで狭隘部を通過する吸気の流量を調
整でき、第８の発明において吸気絞り弁を調整するより
も、より自在に狭隘部吸気圧力が調整可能となる。した
がって、第８の発明よりも更に広範囲にわたる内燃機関
の運転状態下で排気再循環装置を作動させて排気中の有
害成分を低減できる。
【００２６】第１０の発明は、第５の発明の内燃機関の
排気再循環制御装置において、ＥＧＲ率を含む内燃機関
の運転状態を検出する検出手段と、内燃機関の運転状態
に対する目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶手段と、内燃
機関が高速・高負荷で運転される場合には、給排気バイ
パス弁を略閉塞しつつ検出手段の検出する内燃機関のＥ
ＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように吸気バイパス弁の開
度を制御すると共に、内燃機関が中速・高負荷で運転さ
れる場合には、給排気バイパス弁を略全開口しつつ吸気
バイパス弁を略閉塞する制御手段とを設けたことを特徴
とする。
【００２７】第１０の発明によると、第５の発明に加え
て、吸気流量が大きく狭隘部の作用が顕著で給排気バイ
パス流れがなくとも先に記した圧力を低下させる狭隘部
の作用のみで排気の還流が可能となるような高速・高負
荷運転時には、給排気バイパス弁が閉じるので、給排気
バイパス流れが招く吸気の充填効率低下を抑えられる。
したがって内燃機関の高速運転時の燃費が向上する。ま
た、吸気流量が下がって狭隘部の作用が低下する中速・
高負荷運転時には、吸気バイパス弁を略閉塞して吸気流
量の全量を狭隘部に流して狭隘部の圧力を低下させ、同
時に給排気バイパス弁を最大に開いて吸気回路の圧力を
低下させその相乗効果を引き出せる。したがって、ＥＧ
Ｒ率を最大限に高めてＮＯＸ排出量を最小限に抑えられ
る。更に、ＮＯＸ排出量の替わりにＥＧＲ率を制御量と
して用いることで、高価なＮＯＸ検出装置が不要とな
り、コストを低減できる。
【００２８】第１１の発明は、第１〜１０のいずれかの
発明の排気再循環制御装置において、ターボチャージャ
のタービン上流側とタービン下流側との間を連通するタ
ービンバイパス回路と、タービン上流側の排気圧力が所
定値以上となる場合に自ら開いてこのタービンバイパス
回路を開通させるウェストゲートバルブとを設けたこと
を特徴とする。
【００２９】第１１の発明によると、第１〜１０のいず
れかの発明に加えて、ターボチャージャのタービン上流
側とタービン下流側との間を連通するタービンバイパス
回路を設けたことにより、タービン上流側の排気圧力が
所定値以上となる場合にこのタービンバイパス回路から
排気をタービン下流側へ逃がすことができる。これによ
って、タービン上流側の排気圧力の過大な上昇による排
気効率の低下を防止でき、燃費が向上する。
【００３０】第１２の発明は、第１，２，３又は５の発
明の内燃機関の排気再循環制御装置において、前記給排
気バイパス弁が、コンプレッサ下流側とタービン上流側
と排気再循環回路との間に設けられて、かつコンプレッ
サ下流側のポートを閉じてタービン上流側と排気再循環
回路との間を連通させる切替位置及び排気再循環回路側
のポートを閉じてコンプレッサ下流側とタービン上流側
との間を連通させる切替位置を有する三方弁であり、三
方弁からの排気が合流する位置よりも上流側となる排気
再循環回路の位置に排気を冷却するＥＧＲクーラを設け
たことを特徴とする。
【００３１】第１２の発明によると、排気再循環回路か
ら直接還流される排気流れと、三方弁を通って還流され
る排気流れとの２つの排気還流流れが形成される。そし
て排気再循環回路から直接還流される排気はＥＧＲクー
ラで冷却され、三方弁を通って還流される排気は冷却さ
れない。ここから、この２つの排気還流流れの流量比を
調整することにより、吸気回路に還流される排気の温度
が調整可能となり、燃焼状態を改善することで排出され
る有害物質の低減が可能となる。それと共に、ＥＧＲク
ーラを通過する排気流量を抑えることで、ＥＧＲクーラ
から車体に吸収される熱量を最小限にでき、熱収支を改
善して冷却系の負担を軽減できる。
【００３２】第１３の発明は、第１２の発明の内燃機関
の排気再循環制御装置において、前記三方弁は、内燃機
関の始動暖機時及び低負荷運転時にはコンプレッサ下流
側のポートを閉じてタービン上流側と排気再循環回路と
の間を連通させ、内燃機関がそれ以外の運転状態時には
排気再循環回路側のポートを閉じてコンプレッサ下流側
とタービン上流側との間を連通させることを特徴とす
る。
【００３３】第１３の発明によると、第１２の発明に加
えて内燃機関の始動暖機時及び低負荷運転時には三方弁
がコンプレッサ下流側のポートを閉じてタービン上流側
と排気再循環回路との間を連通させることで、ＥＧＲク
ーラを通らない排気が還流され、還流される排気全体の
温度が上昇し、暖気時間が短縮される。また、暖気が速
まることで、低温始動時に発生する白煙（主成分は炭化
水素）が低減できる。そのうえ、低負荷運転時のＥＧＲ
クーラでの排気のオーバクールによる凝縮水の発生を防
止でき、さらにＥＧＲクーラを通過する排気流量を抑え
ることで、ＥＧＲクーラから車体に吸収される熱量を最
小限にでき、熱収支を改善して冷却系の負担を軽減でき
る。
【００３４】第１４の発明は、第１，２，３又は５の発
明の内燃機関の排気再循環制御装置において、前記給排
気バイパス弁が、コンプレッサ下流側からタービン上流
側への１方向の流れのみ可能とする逆止弁であることを
特徴とする。
【００３５】第１４の発明によると、給排気バイパス回
路の流れ方向制御が、逆止弁という簡単な構成で行える
ため、コストが低減される。
【００３６】第１５の発明は、第１１の発明の内燃機関
の排気再循環制御装置において、ターボチャージャのコ
ンプレッサ下流側とタービン上流側との間を連通する給
排気バイパス回路をターボチャージャのコンプレッサハ
ウジングとタービンハウジングとの間に設けたことを特
徴とする。
【００３７】第１５の発明によると、第１１の発明に加
えて、給排気バイパス回路の配管が、ターボチャージャ
のハウジングに直付けされるため、給排気バイパス回路
がターボチャージャと一体でアセンブリ化され、組立及
びメンテナンスが楽になる。また配管が短くなって吸気
が排気回路へ流れ易くなり、給排気バイパス回路の応答
性が改善され、吸気回路の圧力低減作用がより顕著にな
ることで排出される有害物質が更に低減される。
【００３８】第１６の発明は、第１〜１５のいずれか１
つの発明の内燃機関の排気再循環制御装置において、排
気マニホルドからターボチャージャのタービンハウジン
グ入口までの間の排気通路を複数に分割し、分割された
排気通路の少なくとも１つに排気再循環回路及び給排気
バイパス回路の両方を接続したことを特徴とする。
【００３９】第１６の発明によると、第１〜１５のいず
れか１つの発明に加えて、排気通路を分割することによ
り気筒間の排気干渉による効率低下を防止できる。ま
た、分割された排気通路の任意の１つにおいて、排気再
循環回路か給排気バイパス回路かいずれか一方のみが接
続されるということがなくなる。すなわち分割された排
気通路には排気再循環回路と給排気バイパス回路との両
方が接続されるか、さもなくば両方共接続されないかそ
のいずれかになる。もし、排気再循環回路と給排気バイ
パス回路とを分割された別々の排気通路に接続するなら
ば、各々の接続位置が離れることにより給排気バイパス
によって排気の圧力が上昇して排気の還流が容易になる
作用は低下するのだが、本発明によればこれを防止でき
る。さらに、排気再循環回路へ出て行く排気の流量と給
排気バイパス回路から送り込まれる排気の流量は略等し
いので、分割された各排気通路からターボチャージャの
タービンに送り込まれる排気の流量は、どの排気通路に
おいても略等しくなる。これにより、分割されている排
気通路の場合も、給排気バイパス回路の作用によって排
気の還流が行えると共に、通路ごとの排気流量のアンバ
ランスによるターボチャージャの効率低下が避けられ、
燃費の悪化が防止できる。
【００４０】第１７の発明は、第１６の発明の内燃機関
の排気再循環制御装置において、排気再循環回路の接続
される排気通路の位置は、給排気バイパス回路の接続さ
れる位置よりも上流側であることを特徴とする内燃機関
の排気再循環制御装置。
【００４１】第１７の発明によると、第１６の発明に加
えて、分割された排気通路の任意の１つにおいて、排気
再循環回路の接続位置が給排気バイパス回路の接続位置
の上流にあることによって、給排気バイパス回路から排
気通路に導入された吸気の一部が排気再循環回路を経て
吸気回路に戻ることを防止できる。したがって、排気再
循環回路に吸気が混じることで排気中の有害物質を低減
する作用が損なわれる可能性がなくなる。
【００４２】第１８の発明は、吸気回路と排気回路との
間に、ターボチャージャと、排気再循環開閉弁によって
開閉自在とした排気再循環回路とを設けた内燃機関の排
気再循環制御装置において、ターボチャージャのタービ
ン上流側とタービン下流側との間を連通するタービンバ
イパス回路と、このタービンバイパス回路を開閉自在と
する開度制御可能なウェストゲートバルブと、内燃機関
の運転状態とＥＧＲ率とに応じて、ウェストゲートバル
ブの弁開度を制御する制御手段とを設けたことを特徴と
する。
【００４３】第１９の発明は、第１８の発明の内燃機関
の排気再循環制御装置において、内燃機関の運転状態を
検出する検出手段と、ＥＧＲ率を検出する検出手段と、
吸気流量を検出する検出手段と、内燃機関の運転状態と
ＥＧＲ率とに対する目標吸気流量を予め記憶する記憶手
段とを設けるとともに、制御手段がウェストゲートバル
ブに対して行う制御は、検出した吸気流量と記憶手段の
記憶する目標吸気流量との差が所定の値以下になるよう
に、ウェストゲートバルブの弁開度を調整する制御とし
たことを特徴とする。
【００４４】第１８の発明によれば、制御手段によって
ウェストゲートバルブの弁開度を制御することで、ター
ボチャージャの回転数を制御し、吸気流量を調整するこ
とが可能となる。さらに第１９の発明によれば、排気の
還流量が変動したときに吸気流量を調整してエンジン本
体に導入される新鮮な気体の流量（すなわち排気の還流
量を除く新鮮な吸気流量だけ）を略一定に保つことがで
き、燃焼に対する可燃性の新鮮な空気の量の変動を抑え
られるので、エンジンの回転速度変動がなく、よりスム
ーズな運転ができる。
【００４５】第２０の発明は、第１８または第１９の発
明の内燃機関の排気再循環制御装置において、ターボチ
ャージャのコンプレッサ下流側とタービン上流側との間
を連通する給排気バイパス回路と、給排気バイパス回路
を開閉自在とするように開口面積を可変とされた給排気
バイパス弁とを設けたことを特徴とする。
【００４６】第２０の発明によれば、第１８または第１
９の発明に加えて、給排気バイパス回路を通じて吸気の
一部を排気回路へ流出させて排気マニホルド内の圧力を
高め、同時にウェストゲートバルブの弁開度を制御する
ことで吸気流量を調整して吸気マニホールド内の圧力を
低下させられるようになることにより、吸気回路の圧力
が排気回路の圧力よりも高いがためこれまで排気の還流
が不可能だった運転状態下でも、吸気マニホルド内の圧
力を排気マニホルド内の圧力よりも下げて排気の還流を
可能にできる。したがって、低速・低負荷領域から高速
・高負荷領域まで広範囲の運転状態下で排気再循環装置
を作動させて排気中の有害成分を低減できる。さらに、
内燃機関の運転状態に合わせて給排気バイパス弁の弁開
度を制御できるので、内燃機関の回転速度や負荷といっ
た運転状態が時々刻々変化するような使い方のもとで
も、ＮＯＸの排出量を目標値に近づけるように排気再循
環装置を制御して、きめこまかなＮＯＸの排出量削減制
御ができる。
【００４７】第２１の発明は、第１８または第１９の発
明の内燃機関の排気再循環制御装置において、ターボチ
ャージャのコンプレッサ下流側とタービン上流側との間
を連通する給排気バイパス回路と、給排気バイパス回路
内の流れをコンプレッサ下流側からタービン上流側への
１方向のみ可能とする逆止弁とを設けたことを特徴とす
る。
【００４８】第２１の発明によれば、第１８または第１
９の発明に加えて、給排気バイパス回路を通じて吸気の
一部を排気回路へ流出させて排気マニホルド内の圧力を
高め、同時にウェストゲートバルブの弁開度を制御する
ことで吸気流量を調整して吸気マニホールド内の圧力を
低下させられるようになることとにより、吸気回路の圧
力が排気回路の圧力よりも高いがためこれまで排気の還
流が不可能だった運転状態下でも、吸気マニホルド内の
圧力を排気マニホルド内の圧力よりも下げて排気の還流
を可能にできる。したがって、低速・低負荷領域から高
速・高負荷領域まで広範囲の運転状態下で排気再循環装
置を作動させて排気中の有害成分を低減できる。また、
給排気バイパス回路の流れ方向制御が、逆止弁という簡
単な構成で行えるため、製造コストを低減できる。
【００４９】第２２の発明は、第１８〜２１のいずれか
の発明の内燃機関の排気再循環制御装置において、排気
再循環回路が分岐接続される吸気回路の位置に狭隘部を
設け、この狭隘部をバイパスする吸気バイパス回路と、
この吸気バイパス回路を開閉自在とするように開口面積
を可変とされた吸気バイパス弁とを設けたことを特徴と
する。
【００５０】第２２の発明によれば、第１８〜２１のい
ずれかの発明に加えて、吸気回路に設けた狭隘部と吸気
バイパス回路とを組み合わせ、吸気バイパス弁の開度を
制御することで、狭隘部の圧力を下げることができる。
そして、狭隘部に排気再循環回路を接続することで、特
に中速及び高速で且つ、高負荷領域での運転において
も、排気の再循環を可能ならしめ、低燃費を維持しなが
らＮＯＸ排出量を低減できる。
【００５１】第２３の発明は、第１８〜２２のいずれか
の発明の内燃機関の排気再循環制御装置において、ウェ
ストゲートバルブの直下流に設けられ、軸着するタービ
ンを排気の圧力で回転させて電力を発生する発電機(71)
と、この発電機の発生した電力を充電可能な状態に変換
する第１変換機と、発電機の発生した電力を第１変換機
を介して充電するバッテリとを設けたことを特徴とす
る。
【００５２】第２３の発明によれば、第１８〜２２のい
ずれかの発明に加えて、発電機、第１変換機及びバッテ
リを設けたことで、例えば高速・低負荷運転時または減
速時において、ウェストゲートバルブを通過する排気の
エネルギを、発電機によって電気エネルギとして回収
し、排気のエネルギを有効に活用できる。
【００５３】第２４の発明は、第２３の発明の内燃機関
の排気再循環制御装置において、バッテリからの電力で
回転し、ターボチャージャの駆動を助勢する電動機と、
バッテリからの電力を駆動可能な状態に変換して電動機
に供給する第２変換機とを設けたことを特徴とする。
【００５４】第２４の発明によれば、第２３の発明に加
えて、第２変換機及び電動機を設けたことで、例えば低
速・高負荷運転時または加速時に、バッテリに貯えた電
気エネルギを電動機によってターボチャージャの助勢に
用いて応答性を向上し、かつ過給圧力を高めるといった
ことができる。これにより、排気のエネルギを有効に活
用しながら、ターボラグの低減による加速性向上、吸気
流量増加によるスモーク低減及び低速トルクの増加が図
れる。
【００５５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態につ
いて、図１を参照して説明する。なお、従来例で説明し
た構成要素と同一の構成には、同一の符号をつけ、説明
は省略する。排気再循環装置を有するターボチャージャ
ー付エンジン１４において、吸気回路１２の吸気マニホ
ルド１２ａ上流側手前に狭隘部を形成したベンチュリ１
２ｂを設ける。排気再循環回路１５は、ベンチュリ１２
ｂの狭隘部にて吸気回路１２に合流接続される。ベンチ
ュリ１２ｂの直上流側と直下流側との間には、これらを
連通する吸気バイパス回路１２ｃが設けられ、吸気バイ
パス回路１２ｃにはこれを開閉自在とする吸気バイパス
弁１２ｄが設けられている。吸気回路１２のコンプレッ
サ１１ａ出口近傍と排気回路１６のタービン１１ｂ入口
近傍との間には、これらを連通する給排気バイパス回路
２０が設けられ、給排気バイパス回路２０にはこれを開
閉自在とする給排気バイパス弁２０ａが設けられてい
る。タービン１１ｂの出口と排気圧力制御弁１８との間
の通路１９と、排気回路１６との間には、これらを連通
するタービンバイパス回路１７が設けられている。ター
ビンバイパス回路１７にはウェストゲートバルブ１７ａ
が設けられ、排気回路１６の圧力が所定値以上になると
開口し、排気をタービン１１ｂの出口と排気圧力制御弁
１８との間の通路１９へ逃すことで排気回路１６の圧力
を低下させる。排気回路１６の過大な圧力上昇はエンジ
ン１４の効率を低下させ燃費を悪化させるので、これを
防止するものである。
【００５６】エンジン１４は更に、エンジン１４の回転
速度を検出する回転速度センサ３１ａ、冷却水温を検出
する温度センサ３１ｂ、スロットル操作量を検出するポ
テンショメータ３１ｃ、各配管内の圧力を検出する圧力
センサ３１ｄ、ＮＯＸ排出量を検出するＮＯＸセンサ３
１ｅ、エンジン本体１４ａに導入される吸気流量を検出
するエアフローメータ３１ｆ及びＥＧＲクーラ１５ｂの
出口温度を検出する温度センサ３１ｇなどといったエン
ジン１４の運転状態を検出する検出手段３１と、回転速
度とスロットル操作量との組合わせごとに定められた目
標値となるＮＯ Ｘ排出量を制御マップとして記憶した記
憶手段３２と、検出手段３１と記憶手段３２とからの信
号を受けて、検出されたＮＯＸ排出量及び吸気流量が目
標値に近づきかつ燃費が向上するように、吸気バイパス
弁１２ｄと、ＥＧＲ弁１５ｃと、排気圧力制御弁１８
と、給排気バイパス弁２０ａとの夫々の開度を制御する
制御部３３とを有する。
【００５７】本発明の第１実施形態における各バルブの
制御フローチャートについて、図２を参照して説明す
る。初期状態ではＥＧＲ弁１５ｃ及び給排気バイパス弁
２０ａは閉じられ、吸気バイパス弁１２ｄは開ききって
いる。まず制御部３３は、ステップＳ１でＮＯＸセンサ
３１ｅが検出したＮＯＸ排出量ＮＯＸＯと、記憶手段３
２が記憶する制御マップ上において回転速度センサ３１
ａが検出した回転速度とポテンショメータ３１ｃが検出
したスロットル操作量とから選択されるＮＯＸ排出量Ｎ
ＯＸＴとを比較して、数式「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」
が真ならば、ステップＳ２で各バルブの開度を現状通り
とし、Ｓ１に戻って処理を繰り返す。ステップＳ１で数
式「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」が偽の場合、すなわちＮ
ＯＸセンサ３１ｅが検出したＮＯＸ排出量ＮＯＸＯが過
大と判断される場合、制御部３３はステップＳ３へ移行
して排気再循環に係る制御を行う。すなわち制御部３３
は、ステップＳ３で圧力センサ３１ｄが検出したベンチ
ュリ１２ｂの狭隘部の圧力Ｐ ＶＲと排気マニホルド１６
ａの圧力ＰＥＸとを比較して、数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞
０」が真ならば、ステップＳ５でＥＧＲ弁１５ｃの開口
量を所定値だけ増加させ、ステップＳ１へ戻って以上の
処理を繰り返す。
【００５８】ステップＳ３で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞
０」が偽ならば、ＥＧＲ弁１５ｃを開いても排気再循環
はできない。そこで制御部３３は、ステップＳ４で数式
「ＰＥ Ｘ−ＰＶＲ＞０」が真となるように、吸気バイパ
ス弁１２ｄと排気圧力制御弁１８と給排気バイパス弁２
０ａとの開度を調整する。各バルブは以下の作用を有す
る。吸気バイパス弁１２ｄを絞ると吸気バイパス回路１
２ｃの通過流量が減少し、その分ベンチュリ１２ｂの通
過流量が増大するので、狭隘部の流速が増大してＰ ＶＲ
が低下する。また、排気圧力制御弁１８を絞ると前述の
通りＰＥＸが上昇する。給排気バイパス弁２０ａを開く
とコンプレッサ１１ａで圧縮された吸気の一部が給排気
バイパス回路２０を経て排気回路１６に流れるので、Ｐ
ＶＲが低下すると共にＰＥＸが上昇する。制御部３３
は、ステップＳ３，Ｓ４の処理を、数式「ＰＥＸ−Ｐ
ＶＲ＞０」が真となるまで繰り返し、ステップＳ５へ移
行する。さらにステップＳ１へ戻って数式「ＮＯＸＴ−
ＮＯＸＯ≧０」が真となるように、ステップＳ３，Ｓ
４，Ｓ５を繰り返す。
【００５９】但し、上記の吸気バイパス弁１２ｄと排気
圧力制御弁１８と給排気バイパス弁２０ａとの作用には
いずれも、エンジン１４の効率を下げ燃費を悪化させる
副作用が伴う。吸気バイパス弁１２ｄを絞ると、その分
ベンチュリ１２ｂの通過流量が増大するので、ベンチュ
リ１２ｂの通過抵抗により吸気抵抗が増大する。排気圧
力制御弁１８を絞ると前述の通りタービン１１ｂの出口
圧力が上昇してエンジン１４の排気効率が低下する。給
排気バイパス弁２０ａを開くと吸気の一部が排気回路１
６に流れるので、吸気の圧力が下がり、吸気の充填効率
が低下する。したがって、上記副作用による燃費の悪化
を最小限に抑えると共に数式「ＰＥ Ｘ−ＰＶＲ＞０」が
真となるように、ＰＥＸを上昇させかつＰＶＲを低下せ
ることを目標に制御部３３は、吸気バイパス弁１２ｄと
排気圧力制御弁１８とはなるべく開いて抵抗が小さくな
るようにそして給排気バイパス弁２０ａはなるべく絞っ
て吸気の損失を抑えるように、夫々の開度を、バランス
を取りながら制御することが望ましい。
【００６０】また、特に高速・高負荷運転時及び中速・
高負荷運転時において以下のような制御特性を設定する
と、燃費の悪化を抑えながら、ＮＯＸ排出量を低減する
のに効果的である。まず、高速・高負荷運転時は吸気流
量が比較的多いため、吸気バイパス弁１２ｄを開いても
ＰＶＲを下げるのに充分な流量の吸気がベンチュリ１２
ｂに流れ、給排気バイパス弁２０ａを閉じても、数式
「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」を真とすることができる。した
がって、高速・高負荷運転時に限っては、給排気バイパ
ス弁２０ａを全閉としながら吸気バイパス弁１２ｄと排
気圧力制御弁１８との開度を調整する。そうすれば高速
・高負荷運転時には、燃費の悪化を最小限にして、数式
「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」が真となるようＮＯＸ排出
量を低減できる。そして、中速・高負荷運転時は、吸気
側の圧力が排気側の圧力よりも特に（高速・高負荷運転
時よりも著しく）高くなる（ようにターボチャージャ１
１が設計される）場合が多いことと、吸気流量が比較的
少ないこととから、数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」を真と
することが難しい。したがって、以下のような制御を行
う。すなわち、給排気バイパス弁２０ａを全開として、
吸気マニホルド１２ａの圧力を最大限に下げつつ排気マ
ニホルド１６ａの圧力ＰＥＸを最大限に上げながら、吸
気バイパス弁１２ｄをほぼ全閉として吸気全量をベンチ
ュリ１２ｂに通すことで最大限にＰＶＲを低下させる。
その相乗効果で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」を真とし
て、数式「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」が真となるようＮ
ＯＸ排出量を低減できる。
【００６１】なお、ＮＯＸ排出量の替わりにＥＧＲ率を
検出・比較することで、結果的にＮＯＸ排出量を制御す
る方法もある。運転状態が決まれば、目標となるＮＯＸ
排出量ＮＯＸＴに対応するＥＧＲ率ＥＧＲＴは、一義的
に決まる。そこで、記憶手段３２には、回転速度とスロ
ットル操作量との組合わせごとに定められた目標値とな
るＥＧＲ率ＥＧＲＴを制御マップとして記憶させてお
く。一方、実際のＥＧＲ率ＥＧＲＯは、圧力センサ３１
ｄで検出したＰＥＸとＰＶＲとの差圧の平方根に、ＥＧ
Ｒクーラ出口温度センサ３１ｇで検出した排気温度で決
まる比例定数ｃと、通路断面積Ａとをかけて、ＥＧＲ量
ＱＥＧＲを求め、エアフローメータ３１ｆで検出した吸
気流量ＱＡとＥＧＲ量ＱＥＧＲとの和でＥＧＲ量Ｑ
ＥＧＲを除することで求められる。すなわち下記の数式
で求められる。 ＱＥＧＲ＝ｃ×Ａ×（ＰＥＸ−ＰＶＲ）１／２ ＥＧＲＯ＝ＱＥＧＲ／（ＱＡ＋ＱＥＧＲ） 制御部３３は、圧力センサ３１ｄで検出したＰＥＸとＰ
ＶＲとの差圧及びエアフローメータ３１ｆで検出した吸
気流量ＱＡから上記の数式により求めた実際のＥＧＲＯ
と、記憶手段３２が記憶する制御マップ上において回転
速度センサ３１ａが検出した回転速度とポテンショメー
タ３１ｃが検出したスロットル操作量とから選択される
目標のＥＧＲ率ＥＧＲＴとを比較する。その上で、制御
部３３はステップＳ１で数式「ＥＧＲＴ−ＥＧＲＯ≦
０」が真となるように、ＥＧＲ弁１５ｃの開度を調整す
る。そうすれば、ステップＳ１で数式「ＮＯＸＴ−ＮＯ
ＸＯ≧０」が真となるように制御するのと同じ効果を得
られる。ＥＧＲ率によって制御するこの方法では、ＮＯ
Ｘ排出量を直接検出する必要はない。したがって、高価
なＮＯＸセンサ３１ｅが不要になるのでコストを低減で
きる。
【００６２】本発明の第２実施形態について図３を参照
して説明する。第１実施形態との相違は、吸気バイパス
回路１２ｃがなく、替わりに吸気絞り弁１２ｅをベンチ
ュリ１２ｂの直上流に設けたことである。本第２実施形
態における各バルブの制御フローチャートについては、
第１実施形態の項で参照した図２のフローチャートの吸
気バイパス弁１２ｄの制御を吸気絞り弁１２ｅの制御に
置きかえることで、説明できる。すなわち、ステップＳ
３で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が偽となる場合に制御
部３３がステップＳ４で指令によって吸気絞り弁１２ｅ
を絞って吸気抵抗を与えることでＰＶＲを下げ、ステッ
プＳ３での数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」を真として、排
気の還流を可能とできる。しかし、吸気絞り弁１２ｅを
絞ると、吸気抵抗が増加して、燃費が悪化するという副
作用もある。したがって、制御部３３は、燃費の悪化を
最小限に抑えながらステップＳ３で数式「ＰＥＸ−Ｐ
ＶＲ＞０」を真とすべくＰＥＸを上昇させかつＰＶＲを
低下せることを目標に、ステップＳ４で、吸気絞り弁１
２ｅと排気圧力制御弁１８とはなるべく開いて抵抗が小
さくなるようにそして給排気バイパス弁２０ａはなるべ
く絞って吸気の損失を抑えるように、夫々の開度を、バ
ランスを取りながら制御することが望ましい。なお、第
１実施形態の項で述べた、ＮＯＸ排出量又はＥＧＲ率が
目標値になるように各バルブを制御する方法が、本第２
実施形態についても、ステップＳ４で、吸気バイパス弁
１２ｄの制御を吸気絞り弁１２ｅの制御に置き換えるこ
とで適用できる。
【００６３】本発明の第３実施形態について図４を参照
して説明する。第１実施形態との相違は、給排気バイパ
ス回路２０中に給排気バイパス弁２０ａに替えて三方弁
２０ｃが設けられていることである。三方弁２０ｃの３
つのポートは夫々、吸気回路１２、排気回路１６及び排
気再循環回路１５に接続される。三方弁２０ｃは２つの
切替位置を有し、一方の切替位置では吸気回路１２と排
気回路１６とが連通し、他方の切替位置では排気回路１
６と排気再循環回路１５とが連通する。なお、三方弁２
０ｃからの通路は、ＥＧＲクーラ１５ｂの下流側で排気
再循環回路１５に合流する。本第３実施形態における各
バルブの制御フローチャートについては、第１実施形態
の項で参照した図２のフローチャートの給排気バイパス
弁２０ａの制御を三方弁２０ｃの制御に置きかえること
で、説明できる。すなわち、ステップＳ３で数式「Ｐ
ＥＸ−ＰＶＲ＞０」が偽となる場合に制御部３３はステ
ップＳ４で指令によって三方弁２０ｃを一方の切替位置
に切替える。すると、吸気回路１２と排気回路１６とが
連通するのでコンプレッサ１１ａで圧縮された吸気の一
部が給排気バイパス回路２０を経て排気回路１６に流れ
る。この作用に付いては、第１実施形態における給排気
バイパス弁２０ａが開く場合と同じなので、説明は省略
する。ステップＳ３で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が真
となる場合に制御部３３はステップＳ５で指令によって
ＥＧＲ弁１５ｃの開度を増加させるとともに三方弁２０
ｃを他方の切替位置に切替える。すると、排気回路１６
と排気再循環回路１５とが連通するので、排気の一部が
給排気バイパス回路２０を経て排気再循環回路１５に流
れる。この排気はＥＧＲクーラ１５ｂの下流側で排気再
循環回路１５に合流するため、冷却されることなく還流
される。ＥＧＲ弁１５ｃの開度を調整すれば、ＥＧＲク
ーラ１５ｂを通した排気とＥＧＲクーラ１５ｂを通さな
い排気との混合比を変えて、還流される排気の温度を調
整できる。したがって、ＮＯＸ排出量を低減できるよう
に運転状態に応じて適宜吸気温度を変えることができ
る。それと共に、ＥＧＲクーラを通過する排気流量を抑
えることで、ＥＧＲクーラから車体に吸収される熱量を
最小限にでき、熱収支を改善して冷却系の負担を軽減で
きる。また、例えば寒冷時に、三方弁２０ｃを他方の切
替位置に切替えると共にＥＧＲ弁１５ｃを閉塞するよう
な制御を行うと、ＥＧＲクーラ１５ｂを通さない排気の
みが還流されて、エンジン１４の吸気温度が上昇する。
したがって、寒冷地でのエンジン１４の始動時には暖機
時間が短縮され、白煙発生が抑えられる。さらに、寒冷
地での低負荷運転時にはエンジン１４のオーバクールが
防止できる。オーバクールはエンジン１４の摩擦抵抗を
増し燃費を悪化させるので、オーバクールを防止するこ
とで燃費を向上できる。
【００６４】第３実施形態に用いる三方弁の構造を図５
に例示する。図５（ａ）は三叉路部分に、回動するプレ
ート５２を設け、これにシリンダやダイヤフラムなどの
アクチュエータ５１を連結したものである。プレート５
２はアクチュエータ５１によって駆動され、吸気回路１
２につながる通路を閉じて排気回路１６と排気再循環回
路１５とを連通させる第１位置と、排気再循環回路１５
につながる通路を閉じて吸気回路１２と排気回路１６と
を連通させる第２位置とに切替えられる。
【００６５】図５（ｂ）は三叉路部分に、回動するプレ
ート５４とポペット５３とを設け、ポペット５３にシリ
ンダやダイヤフラムなどのアクチュエータ５１を連結し
たものである。ポペット５３はアクチュエータ５１によ
って駆動され、排気再循環回路１５につながる通路を開
閉自在とする。プレート５４は三叉路の吸気回路１２に
つながる通路上に設けられ、かつ、その上部を回動軸に
支承されており、吸気回路１２の圧力が排気回路１６の
圧力よりも高い場合は、上方に押し開かれて通路を開放
し、吸気回路１２の圧力が排気回路１６の圧力よりも低
い場合は、下方に押し戻されて通路を閉塞する。なお、
プレート５４は上部を支承されているので、自重により
下方に戻る力が常に働き、通路の閉塞を確実にしてい
る。数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が偽となる場合、ポペ
ット５３はアクチュエータ５１によって排気再循環回路
１５につながる通路を閉塞する。この場合吸気回路１２
の圧力が排気回路１６の圧力よりも高いので、プレート
５４は通路を開放し、吸気の一部を排気回路１６へ流
す。数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が真となる場合、ポペ
ット５３はアクチュエータ５１によって排気再循環回路
１５につながる通路を開放する。この場合吸気回路１２
の圧力が排気回路１６の圧力よりも低いので、プレート
５４は吸気回路１２につながる通路を閉塞する。したが
って、プレート５４で遮られた排気がポペット５３を潜
り抜けて排気再循環回路１５へ流れ込む。
【００６６】図５（ｃ）はハウジング５６内をピストン
５５が摺動して通路を切替えるものである。ハウジング
５６は、摺動するピストン５５を内包する摺動室５６ｃ
を有し、摺動室５６ｃの内面上には、吸気回路１２と排
気回路１６とを連通する孔５６ａと、排気回路１６と排
気再循環回路１５とを連通する孔５６ｂとが設けられて
いる。吸気回路１２の圧力が排気回路１６の圧力よりも
高い場合は、ピストン５５が摺動して孔５６ａを開放す
ると共に孔５６ｂを閉塞する。したがって、吸気の一部
がハウジング５６を介して排気回路１６に流れる。排気
回路１６の圧力が吸気回路１２の圧力よりも高い場合
は、ピストン５５が摺動して孔５６ｂを開放すると共に
孔５６ａを閉塞する。したがって、排気の一部がハウジ
ング５６を介して排気再循環回路１５に流れる。ピスト
ン５５が圧力の大小によって動き、通路を切替えるの
で、前記２つの構造と違ってアクチュエータ５１は不要
となる。なお、三方弁２０ｃの構造は例示した３つの形
態に限定されない。
【００６７】本発明の第４実施形態について図６を参照
して説明する。第１実施形態との相違は、給排気バイパ
ス回路２０中に給排気バイパス弁２０ａに替えて逆止弁
２０ｂが設けられていることである。逆止弁２０ｂは吸
気回路１２から排気回路１６への１方向の流れのみを許
容する。本第４実施形態における各バルブの制御フロー
チャートについては、第１実施形態の項で参照した図２
のフローチャートの給排気バイパス弁２０ａの制御を逆
止弁２０ｂの制御に置きかえることで、説明できる。す
なわち、ステップＳ３で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が
真である場合、排気回路１６の圧力は吸気回路１２の圧
力よりも高いため、排気の一部は排気再循環回路１５を
通って還流される。この時逆止弁２０ｂは閉じ、よって
給排気バイパス回路２０は閉塞される。ステップＳ３で
数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が偽となった場合、吸気回
路１２の圧力は排気回路１６の圧力よりも高いため、吸
気の一部が逆止弁２０ｂを介して排気回路１６へ流れ、
ステップＳ３で数式「ＰＥ Ｘ−ＰＶＲ＞０」が真となる
ようにステップＳ４で各圧力が調整される。（第１実施
例の項参照）逆止弁２０ｂは給排気バイパス弁２０ａ及
び三方弁２０ｃと比較して、制御機構が不要であるた
め、構造を簡素化してコスト低減を図れる。
【００６８】第４実施形態に用いる逆止弁の構造を図７
に例示する。図７（ａ）は通路に回動するプレート６１
を設けたものである。プレート６１は、その上部を回動
軸に支承されており、吸気回路１２の圧力が排気回路１
６の圧力よりも高い場合は、上方に押し開かれて通路を
開放し、吸気回路１２の圧力が排気回路１６の圧力より
も低い場合は、下方に押し戻されて通路を閉塞する。な
お、プレート６１は上部を支承されているので、自重に
より下方に戻る力が常に働き、通路の閉塞を確実にして
いる。
【００６９】図７（ｂ）は、ハウジング６２内をピスト
ン６３が摺動して通路を切替えるものである。ハウジン
グ６２は、摺動するピストン６３を内包する摺動室６２
ｂを有し、摺動室５６ｃの内面上には、吸気回路１２と
排気回路１６とを連通する孔６２ａが設けられている。
吸気回路１２の圧力が排気回路１６の圧力よりも高い場
合は、ピストン６３が摺動して孔６２ａを開放する。し
たがって、吸気の一部がハウジング６２を介して排気回
路１６に流れる。排気回路１６の圧力が吸気回路１２の
圧力よりも高い場合は、ピストン６３が摺動して孔６２
ａを閉塞する。したがって、給排気バイパス回路２０は
閉塞される。
【００７０】図７（ｃ）は、図７（ｂ）の構成に加え
て、ピストンに圧力脈動を減衰する機能を持たせたもの
である。ピストン６４は内部に摺動室６４ａを有してこ
の中にピストン６５を内包する。摺動室６４ａは両端が
開放され、一端は吸気回路１２に通じ、他端は排気回路
１６に通じる。ピストン６５はその外周面を摺動室６４
ａの内面に略密着させてピストン６４内を摺動する。ピ
ストン６５が摺動すると、その摺動ストローク分だけ吸
気回路１２及び排気回路１６の容積が変化するため、ピ
ストン６５には吸気回路１２及び排気回路１６の圧力脈
動を吸収減衰する作用がある。これによって、圧力脈動
に起因するピストンの高周波振動や騒音を低減できる。
なお、逆止弁２０ｂの構造は例示した３つの形態に限定
されない。
【００７１】前述の通り、給排気バイパス回路２０の方
向制御に逆止弁２０ｂを用いると構造を簡素化できる。
よって図８に例示するように、給排気バイパス回路２０
をターボチャージャ１１のコンプレッサハウジング１１
ｃ及びタービンハウジング１１ｄの夫々につなげること
が容易にできる。これによって装置をコンパクト化で
き、その上ターボチャージャ１１と給排気バイパス回路
２０とが一体でアセンブリ化されるので、組立性・整備
性を改善できる。更に配管を図８のようにコンプレッサ
１１ａの回転方向に添わせターボチャージャ１１の回転
軸に斜めに巻き付くように接続すると良い。そうすれ
ば、コンプレッサ１１ａの回転で与えられた吸気の流れ
が方向をなるべく変化させずに配管へ導入されるので、
配管が短くなることと合わせて、配管抵抗を小さくでき
る。そして、給排気バイパス回路２０の応答を良くする
ことができる。給排気バイパス回路２０の応答が良くな
れば、吸気回路１２の圧力が排気回路１６の圧力よりも
高い状態から給排気バイパスによって吸気回路１２の圧
力が下がり排気の再循環が可能になるまでのタイムラグ
が、短くなる。したがって、タイムラグの間排気の再循
環が行なわれないために増大するＮＯＸ排出量を、低減
できる。
【００７２】本発明の第５実施形態について図９を参照
して説明する。第１実施形態との相違は、排気回路１６
が排気マニホルドとタービン１１ｂとの間で２本の通路
１６ｂ、１６ｃに分割されていることである。タービン
１１ｂの図示しないハウジングは入口ポートが２分割さ
れ、そこに各々の通路が接続される。排気通路を２本の
通路１６ｂ、１６ｃに分割する目的は、気筒間の排気干
渉による排気効率の低下を避けるためである。排気再循
環回路１５及び給排気バイパス回路２０は、一方の排気
通路１６ｂに両方とも接続され、他方の排気通路１６ｃ
には両方とも接続されない。もしも、排気再循環回路１
５を一方の排気通路１６ｂに接続し給排気バイパス回路
２０を他方の排気通路１６ｃに接続すると、給排気バイ
パスの作用、すなわちここでは吸気回路１２の圧力を下
げ、一方の排気通路１６ｂの圧力を上げて、排気の還流
を容易にする作用が弱まる。また、一方の排気通路１６
ｂに流れる排気の流量が減少し、他方の排気通路１６ｃ
に流れる排気の流量が増加して、２つの通路に流れる排
気の流量が食い違うので、排気の流れはタービン１１ｂ
のハウジングの入口ポートでアンバランスになり、ター
ボチャージャ１１の回転が不安定になって効率が下が
り、燃費が悪化することになる。したがって、各々の排
気通路は、排気再循環回路１５及び給排気バイパス回路
２０の両方をつなぐか、どちらもつながないかのいずれ
かとしている。
【００７３】またこの場合、排気再循環回路１５を、給
排気バイパス回路２０よりも、排気通路１６ｂの上流側
すなわちエンジン本体１４ａに近い側に接続している。
なぜなら、排気再循環回路１５を給排気バイパス回路２
０よりも排気通路の下流側に接続すると、給排気バイパ
ス回路２０から排気通路１６ｂに導入された吸気の一部
が排気再循環回路１５に入るからである。そうすると実
際のＥＧＲ率は低下し、排気再循環によるＮＯＸ排出量
の低減効果が損なわれる。これは排気回路１６が分割さ
れていなくとも同じであるが、排気回路１６が分割さ
れ、その一つにのみ給排気バイパス回路２０が接続され
る場合、接続された配管内では、分割によって排気の絶
対流量が少なくなるので、混じる吸気の占める割合が特
に多くなる。これにより、排気再循環回路１５に吸気の
入る割合も多くなって、ＥＧＲ率の低下もより顕著にな
る。以上の理由により、排気再循環回路１５を給排気バ
イパス回路２０よりも排気通路１６ｂの上流側に接続す
ることによって、ＥＧＲ率の低下を防止できる。
【００７４】本発明の第６実施形態について図１０を参
照して説明する。第１実施形態との相違は、ウェストゲ
ートバルブ１７ａは排気回路１６の圧力が前記所定値未
満であっても制御部３３によって開度を制御自在とされ
ること、検出手段３１の１つとしてＥＧＲ弁１５ｃの開
度を検出する開度センサ３１ｈを設けたこと、記憶手段
３２が、前記ＮＯＸ排出量の他に、エンジン１４の回転
速度とスロットル操作量とＥＧＲ弁１５ｃの開度との組
み合わせごとに定められた、エンジン本体１４ａに導入
される吸気流量の目標値を、制御マップとして記憶する
こと、及び制御部３３が、検出手段３１と記憶手段３２
とからの信号を受けて、エンジン本体１４ａに導入され
る実際の吸気流量が制御マップとして記憶した前記目標
値となるように、ウェストゲートバルブ１７ａの開度を
制御することである。
【００７５】ここで第６実施形態の制御フローチャート
について図１１を参照して述べる。初期状態ではＥＧＲ
弁１５ｃ及び給排気バイパス弁２０ａは閉じられ、吸気
バイパス弁１２ｄは開ききっている。まず制御部３３
は、ステップＳ１１でＮＯＸセンサ３１ｅが検出したＮ
ＯＸ排出量ＮＯＸＯと、記憶手段３２が記憶する制御マ
ップ上において回転速度センサ３１ａが検出した回転速
度とポテンショメータ３１ｃが検出したスロットル操作
量とから選択されるＮＯＸ排出量ＮＯＸＴとを比較し
て、数式「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」が真ならば、ステ
ップＳ１２で各バルブの開度を現状通りとし、ステップ
Ｓ１１に戻って処理を繰り返す。ステップＳ１１で数式
「ＮＯＸＴ−ＮＯＸＯ≧０」が偽の場合、すなわちＮＯ
Ｘセンサ３１ｅが検出したＮＯＸ排出量ＮＯＸＯが過大
と判断される場合、制御部３３はステップＳ１３へ移行
して下記の制御を行う。ステップＳ１３で数式「ＰＥＸ
−ＰＶＲ＞０」が偽ならば、ＥＧＲ弁１５ｃを開いても
排気再循環はできない。そこで制御部３３は、ステップ
Ｓ１４で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が真となるよう
に、吸気バイパス弁１２ｄと排気圧力制御弁１８と給排
気バイパス弁２０ａとの開度を調整する。制御部３３
は、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理を、数式「ＰＥＸ−
ＰＶＲ＞０」が真となるまで繰り返し、ステップＳ１５
へ移行する。このようにして制御部３３は、ステップＳ
１３で数式「ＰＥＸ−ＰＶＲ＞０」が真となった後、ス
テップＳ１５でＥＧＲ弁１５ｃの開度を増加させる。こ
の後、制御部３３は、ステップＳ１６でエアフローメー
タ３１ｆで検出した吸気流量ＱＡと、記憶手段３２が記
憶する制御マップ上において回転速度センサ３１ａが検
出した回転速度とポテンショメータ３１ｃが検出したス
ロットル操作量と開度センサ３１ｈが検出したＥＧＲ弁
１５ｃの開度とから選択される目標吸気流量ＱＴとを比
較する。そして制御部３３は、ステップＳ１６で数式
「ＱＡ＝ＱＴ」が真となるように、ウェストゲートバル
ブ１７ａの開度をステップＳ１７で調整し、ステップＳ
１６で数式「ＱＡ＝ＱＴ」が真となった後、ステップＳ
１１に戻る。
【００７６】ウェストゲートバルブ１７ａには、排気を
バイパスさせることで、タービン１１ｂに流入する排気
の流量を減少させて排気回路１６の圧力を低下させるだ
けでなく、ターボチャージャ１１の回転数を低下させ、
過給作用を弱めてエンジン本体１４ａに導入される吸気
流量ＱＡを減少させる作用もある。したがって、ウェス
トゲートバルブ１７ａの開度を調整することで、吸気流
量ＱＡを調整できる。すなわち、ＥＧＲ弁１５ｃの開度
が大きくＥＧＲ量ＱＥＧＲが多いときはウェストゲート
バルブ１７ａを絞って過給作用を強め、ＥＧＲ弁１５ｃ
が絞られてＥＧＲ量ＱＥＧＲが少ないときはウェストゲ
ートバルブ１７ａの開度を大きくして過給作用を弱め
る。これにより、ＥＧＲ量ＱＥＧＲの変動による吸気マ
ニホールド１２ａ内の圧力変動に関わらず吸気流量ＱＡ
を略一定に保ち、燃焼に最適な量の酸素を確保すること
で、ＥＧＲ弁１５ｃの開度が変動しても、安定した燃焼
状態が得られ、エンジン回転数が変動しないようにでき
る。
【００７７】なお、パラメータとして開度センサ３１ｈ
が検出したＥＧＲ弁１５ｃの開度の替わりに、ＥＧＲ量
ＱＥＧＲを用いても良い。また、ウェストゲートバルブ
１７ａの制御にかかる上記構成を第２〜第５実施形態の
構成に付加しても、同様の効果が得られることはいうま
でもない。
【００７８】本発明の第７実施形態について図１２を参
照して説明する。第６実施形態との相違は、発電機７１
と、コンバータ７２と、バッテリ７３と、電動機７４
と、インバータ７５とを設けたことである。例えば、過
給圧力を高める必要はないが排気の流量が多い高速・低
負荷運転時または減速時においては、ウェストゲートバ
ルブ１７ａが大きく開くとともに、ウェストゲートバル
ブ１７ａの直下流に設けた発電機７１が、ウェストゲー
トバルブ１７ａを通過する排気の圧力により、軸着する
発電機タービン７１ａを回転させることで、交流電力を
発生する。この交流電力をコンバータ７２によって電圧
を適正値に変換しながら直流電力に変換し、バッテリ７
３に充電する。これにより、ターボチャージャ１１を回
転させることなくウェストゲートバルブ１７ａを通過し
て逃げる排気のエネルギを、電気エネルギとして回収す
ることができる。そして過給圧力を高める必要はあるが
ターボチャージャ１１の回転数が低い低速・高負荷運転
時または加速時においては、電動機７４が図示しないク
ラッチによってターボチャージャ１１に接続され、バッ
テリ７３からの直流電力がインバータ７５によって適正
な電圧値に変換された交流電力を電動機７４が導入して
回転することで、ターボチャージャ１１の駆動を助勢す
る。これにより、ターボチャージャ１１の回転数を上
げ、過給圧力を高めることができる。
【００７９】すなわち、高速・低負荷運転時または減速
時において、排気のエネルギを電気エネルギとして回収
し、このエネルギを低速・高負荷運転時または加速時に
ターボチャージャ１１の助勢に用いて過給圧力を高める
ことができる。したがって、排気のエネルギを有効に活
用しながら、ターボラグの低減による加速性向上、吸気
流量増加によるスモーク低減及び低速トルクの増加が図
れる。なお、本実施形態では発電機７１を交流発電機と
し、電動機７４を交流電動機としたが、電圧の変換手段
さえ備えておれば、もちろん、発電機７１を直流発電機
とし、電動機７４を直流電動機とし、コンバータ７２及
びインバータ７５をそれぞれ直流から直流への電圧の変
換手段に置き換えても良い。
【００８０】以上本発明の実施形態について、図を参照
して説明してきたが、まず、吸気回路に設けたベンチュ
リ及び吸気バイパス回路と吸気給排気バイパス回路とを
組み合わせ、各所に設けたバルブの開度を制御し、排気
回路の圧力を上げるとともにベンチュリ部分での圧力を
下げ、このベンチュリ部分に排気再循環回路を接続して
いる。したがって、吸気回路の圧力が排気回路の圧力よ
り高いがために従来では排気の再循環が不可能だった領
域、特に中速及び高速で且つ、高負荷領域での運転にお
いても、排気の再循環を可能ならしめ、低燃費を維持し
ながらＮＯＸ排出量を低減できる。また、排気の還流量
の増減に伴なう吸気流量の変動を、ウェストゲートバル
ブを調整することで相殺できるので、燃焼に最適な量の
酸素を常に確保でき、エンジンの回転数変動がなく、よ
りスムーズな運転ができる。さらに、高速・低負荷運転
時または減速時において、排気の圧力で駆動する発電機
によって排気のエネルギを電気エネルギとして回収し、
低速・高負荷運転時または加速時にこの電気エネルギを
電動機によってターボチャージャ１１の助勢に用いて応
答性を向上し、過給圧力を高めることもできる。これに
より、排気のエネルギを有効に活用しながら、ターボラ
グの低減による加速性向上、吸気流量増加によるスモー
ク低減及び低速トルクの増加が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の給排気回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態における、各制御弁の制
御フローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態の給排気回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態の給排気回路図である。
【図５】本発明の第３実施形態に用いる三方弁の断面図
である。
【図６】本発明の第４実施形態の給排気回路図である。
【図７】本発明の第４実施形態に用いる逆止弁の断面図
である。
【図８】コンプレッサハウジングとタービンハウジング
との間に給排気バイパス配管を設けたターボチャージャ
の概略図である。
【図９】本発明の第５実施形態の給排気回路図である。
【図１０】本発明の第６実施形態の給排気回路図であ
る。
【図１１】本発明の第６実施形態における、各制御弁の
制御フローチャートである。
【図１２】本発明の第７実施形態の給排気回路図であ
る。
【図１３】従来の、排気再循環装置を備えたターボチャ
ージャ付エンジンの給排気回路図である。
【符号の説明】
１１…ターボチャージャ、１１ａ…コンプレッサ、１１
ｂ…タービン、１２…吸気回路、１２ｂ…ベンチュリ、
１２ｃ…吸気バイパス回路、１２ｄ…吸気バイパス弁、
１５…排気再循環回路、１５ｃ…ＥＧＲ弁、１７…ター
ビンバイパス回路、１７ａ…ウェストゲートバルブ、２
０…給排気バイパス回路、２０ａ…給排気バイパス弁、
２０ｂ…逆止弁、３１…検出手段、３２…記憶手段、３
３…制御部、７１…発電機、７１ａ…発電機タービン、
７２…コンバータ、７３…バッテリ、７４…電動機、７
５…インバータ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｅ ３Ｇ３０１ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｂ 37/16 37/04 Ｃ 37/04 37/10 Ｚ 37/10 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｃ 37/18 Ｓ Ｆ０２Ｄ 9/02 ３５１Ｍ 11/10 Ｆ ３５１ 23/00 Ｆ 11/10 Ｅ 23/00 Ｇ Ｊ Ｄ 41/02 ３１０Ｄ ３１０Ｅ 41/02 ３１０ ３１０Ｚ 41/04 ３１０Ｃ 43/00 ３０１Ｋ 41/04 ３１０ ３０１Ｎ 43/00 ３０１ ３０１Ｌ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０３Ｈ 37/12 ３０１Ｆ (72)発明者 西山 利彦 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 (72)発明者 飯野 任久 栃木県小山市横倉新田400 株式会社小松 製作所小山工場内 Ｆターム(参考） 3G005 EA14 EA20 FA04 FA10 GB17 GB18 GB19 GB24 GB28 GC08 GD11 GD16 HA05 HA12 HA14 HA17 HA19 JA06 JA24 JA35 JA39 JA45 JB02 JB18 JB26 3G062 AA03 AA05 BA06 BA07 CA07 CA08 EA10 ED01 ED03 ED08 FA01 FA05 FA06 FA12 FA13 GA01 GA02 GA03 GA04 GA06 GA08 GA09 GA10 GA14 GA17 GA22 3G065 AA03 AA04 CA12 DA04 DA15 EA08 EA09 EA11 EA12 FA12 GA01 GA03 GA04 GA05 GA06 GA08 GA09 GA10 GA41 GA46 HA22 JA01 JA09 JA11 KA02 3G084 BA05 BA06 BA20 BA25 CA03 CA04 DA10 EA04 EA11 EB08 EC01 EC03 FA07 FA10 FA11 FA12 FA20 FA27 FA28 FA33 3G092 AA13 AA16 AA17 AA18 BA02 BA04 DB03 DB04 DC03 DC04 DC09 DC16 DF01 DF02 DF09 DF10 DG07 EA11 EC01 FA17 GA05 GA06 GA17 GA18 HA01Z HA05Z HA06Z HA16Z HD01Z HD04Z HD08Z HE01Z HE08Z HF08Z 3G301 HA06 HA11 HA13 JA25 KA08 KA09 KA24 KA25 LA03 LA04 LC03 NA08 NC02 ND02 PA01Z PA07Z PA11Z PA16Z PD01Z PD11Z PD14Z PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気回路(12)と排気回路(16)との間に、
    ターボチャージャ(11)と、排気再循環開閉弁(15c)によ
    って開閉自在とした排気再循環回路(15)とを設けた内燃
    機関の排気再循環制御装置において、 ターボチャージャ(11)のコンプレッサ(11a)下流側とタ
    ービン(11b)上流側との間を連通する給排気バイパス回
    路(20)とこの給排気バイパス回路(20)を開閉自在とする
    ように開口面積を可変とされた給排気バイパス弁(20a)
    とを設け、吸気回路(12)を開閉自在とするように開口面
    積を可変とされた吸気絞り弁(12e)を排気再循環回路(1
    5)が分岐接続される吸気回路(12)の位置の上流に設けた
    ことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  2. 【請求項２】 吸気回路(12)と排気回路(16)との間に、
    ターボチャージャ(11)と、排気再循環開閉弁(15c)によ
    って開閉自在とした排気再循環回路(15)とを設けた内燃
    機関の排気再循環制御装置において、 ターボチャージャ(11)のコンプレッサ(11a)下流側とタ
    ービン(11b)上流側との間を連通する給排気バイパス回
    路(20)とこの給排気バイパス回路(20)を開閉自在とする
    ように開口面積を可変とされた給排気バイパス弁(20a)
    とを設け、排気再循環回路(15)が分岐接続される吸気回
    路(12)の位置に狭隘部(12b)を設けたことを特徴とする
    内燃機関の排気再循環制御装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の内燃機関の排気再循環制
    御装置において、排気再循環回路(15)が分岐接続される
    吸気回路(12)の位置に狭隘部(12b)を設けたことを特徴
    とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  4. 【請求項４】 請求項１又は請求項３に記載の内燃機関
    の排気再循環制御装置において、ＮＯＸ排出量を含む内
    燃機関の運転状態を検出する検出手段(31)と、内燃機関
    の運転状態に対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶する記
    憶手段(32)と、検出手段(31)の検出する内燃機関のＮＯ
    Ｘ排出量が記憶手段(32)の記憶する目標ＮＯＸ排出量に
    なるように内燃機関の運転状態に応じて、給排気バイパ
    ス弁(20a)弁及び吸気絞り弁(12e)の両方の弁開度を制御
    する制御手段(33)とを設けたことを特徴とする内燃機関
    の排気再循環制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項２に記載の内燃機関の排気再循環
    制御装置において、吸気回路の狭隘部をバイパスする吸
    気バイパス回路(12c)と、この吸気バイパス回路(12c)を
    開閉自在とするように開口面積を可変とされた吸気バイ
    パス弁(12d)とを設けたことを特徴とする内燃機関の排
    気再循環制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の内燃機関の排気再循環
    制御装置において、ＮＯＸ排出量を含む内燃機関の運転
    状態を検出する検出手段(31)と、内燃機関の運転状態に
    対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶する記憶手段(32)
    と、検出手段(31)の検出する内燃機関のＮＯＸ排出量が
    記憶手段(32)の記憶する目標ＮＯＸ排出量になるよう
    に、内燃機関の運転状態に応じて、給排気バイパス弁(2
    0a)及び吸気バイパス弁(12d)の両方の弁開度を制御する
    制御手段(33)とを設けたことを特徴とする内燃機関の排
    気再循環制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の内燃機関の排気再循環
    制御装置において、ＮＯＸ排出量を含む内燃機関の運転
    状態を検出する検出手段(31)と、内燃機関の運転状態に
    対する目標ＮＯＸ排出量を予め記憶する記憶手段(32)
    と、内燃機関が高速・高負荷で運転される場合には、給
    排気バイパス弁(20a)を略閉塞しつつ検出手段(31)の検
    出する内燃機関のＮＯＸ排出量が記憶手段(32)の記憶す
    る目標ＮＯＸ排出量になるように吸気バイパス弁(12d)
    の開度を制御すると共に、内燃機関が中速・高負荷で運
    転される場合には、給排気バイパス弁(20a)を略全開口
    しつつ吸気バイパス弁(12d)を略閉塞する制御手段(33)
    とを設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御
    装置。
  8. 【請求項８】 請求項１又は請求項３に記載の内燃機関
    の排気再循環制御装置において、ＥＧＲ率を含む内燃機
    関の運転状態を検出する検出手段(31)と、内燃機関の運
    転状態に対する目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶手段(3
    2)と、検出手段(31)の検出する内燃機関のＥＧＲ率が記
    憶手段(32)の記憶する目標ＥＧＲ率になるように内燃機
    関の運転状態に応じて、給排気バイパス弁(20a)及び吸
    気絞り弁(12e)の両方の弁開度を制御する制御手段(33)
    とを設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御
    装置。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載の内燃機関の排気再循環
    制御装置において、ＥＧＲ率を含む内燃機関の運転状態
    を検出する検出手段(31)と、内燃機関の運転状態に対す
    る目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶手段(32)と、検出手
    段(31)の検出する内燃機関のＥＧＲ率が記憶手段(32)の
    記憶する目標ＥＧＲ率になるように、内燃機関の運転状
    態に応じて、給排気バイパス弁(20a)及び吸気バイパス
    弁(12d)の両方の弁開度を制御する制御手段(33)とを設
    けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  10. 【請求項１０】 請求項５に記載の内燃機関の排気再循
    環制御装置において、ＥＧＲ率を含む内燃機関の運転状
    態を検出する検出手段(31)と、内燃機関の運転状態に対
    する目標ＥＧＲ率を予め記憶する記憶手段(32)と、内燃
    機関が高速・高負荷で運転される場合には、給排気バイ
    パス弁(20a)を略閉塞しつつ検出手段(31)の検出する内
    燃機関のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように吸気バイ
    パス弁(12d)の開度を制御すると共に、内燃機関が中速
    ・高負荷で運転される場合には、給排気バイパス弁(20
    a)を略全開口しつつ吸気バイパス弁(12d)を略閉塞する
    制御手段(33)とを設けたことを特徴とする内燃機関の排
    気再循環制御装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項に記載
    の内燃機関の排気再循環制御装置において、ターボチャ
    ージャ(11)のタービン(11b)上流側とタービン(11b)下流
    側との間を連通するタービンバイパス回路(17)と、ター
    ビン(11b)上流側の排気圧力が所定値以上となる場合に
    自ら開いてこのタービンバイパス回路(17)を開通させる
    ウェストゲートバルブ(17a)とを設けたことを特徴とす
    る内燃機関の排気再循環制御装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１，２，３又は５記載の内燃機
    関の排気再循環制御装置において、前記給排気バイパス
    弁(20a)が、コンプレッサ(11a)下流側とタービン(11b)
    上流側と排気再循環回路(15)との間に設けられて、かつ
    コンプレッサ(11a)下流側のポートを閉じてタービン(11
    b)上流側と排気再循環回路(15)との間を連通させる切替
    位置及び排気再循環回路(15)側のポートを閉じてコンプ
    レッサ(11a)下流側とタービン(11b)上流側との間を連通
    させる切替位置を有する三方弁(20c)であり、三方弁(20
    c)からの排気が合流する位置よりも上流側となる排気再
    循環回路(15)の位置に排気を冷却するＥＧＲクーラ(15
    b)を設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御
    装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の内燃機関の排気再
    循環制御装置において、前記三方弁(20c)は内燃機関の
    始動暖機時及び低負荷運転時にはコンプレッサ(11a)下
    流側のポートを閉じてタービン(11b)上流側と排気再循
    環回路(15)との間を連通させ、内燃機関がそれ以外の運
    転状態時には排気再循環回路(15)側のポートを閉じてコ
    ンプレッサ(11a)下流側とタービン(11b)上流側との間を
    連通させることを特徴とする内燃機関の排気再循環制御
    装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１，２，３又は５記載の内燃機
    関の排気再循環制御装置において、前記給排気バイパス
    弁(20a)が、コンプレッサ(11a)下流側からタービン(11
    b)上流側への１方向の流れのみ可能とする逆止弁(20b)
    であることを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装
    置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の内燃機関の排気再
    循環制御装置において、ターボチャージャ(11)のコンプ
    レッサ(11a)下流側とタービン(11b)上流側との間を連通
    する給排気バイパス回路(20)を、ターボチャージャのコ
    ンプレッサハウジング(11c)とタービンハウジング(11d)
    との間に設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環
    制御装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれか１項に記載
    の内燃機関の排気再循環制御装置において、排気マニホ
    ルド(16a)からターボチャージャのタービンハウジング
    入口までの間の排気通路(16b、16c)を複数に分割し、分
    割された排気通路(16b、16c)の少なくとも１つに排気再
    循環回路(15)及び給排気バイパス回路(20)の両方を接続
    したことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６に記載の内燃機関の排気再
    循環制御装置において、排気再循環回路(15)の接続され
    る排気通路(16b)の位置は、給排気バイパス回路(20)の
    接続される位置よりも上流側であることを特徴とする内
    燃機関の排気再循環制御装置。
  18. 【請求項１８】 吸気回路(12)と排気回路(16)との間
    に、ターボチャージャ(11)と、排気再循環開閉弁(15c)
    によって開閉自在とした排気再循環回路(15)とを設けた
    内燃機関の排気再循環制御装置において、 ターボチャージャ(11)のタービン(11b)上流側とタービ
    ン(11b)下流側との間を連通するタービンバイパス回路
    (17)と、 このタービンバイパス回路(17)を開閉自在とする開度制
    御可能なウェストゲートバルブ(17a)と、 内燃機関の運転状態とＥＧＲ率とに応じて、ウェストゲ
    ートバルブ(17a)の弁開度を制御する制御手段(33)とを
    設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装
    置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の内燃機関の排気再
    循環制御装置において、 内燃機関の運転状態を検出する検出手段(31)と、 ＥＧＲ率を検出する検出手段(31)と、 吸気流量を検出する検出手段(31)と、 内燃機関の運転状態とＥＧＲ率とに対する目標吸気流量
    を予め記憶する記憶手段(32)とを設けるとともに、 制御手段(33)がウェストゲートバルブ(17a)に対して行
    う制御は、検出した吸気流量と記憶手段(32)の記憶する
    目標吸気流量との差が所定の値以下になるように、ウェ
    ストゲートバルブ(17a)の弁開度を調整する制御とした
    ことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１８または請求項１９に記載の
    内燃機関の排気再循環制御装置において、ターボチャー
    ジャ(11)のコンプレッサ(11a)下流側とタービン(11b)上
    流側との間を連通する給排気バイパス回路(20)と、 給排気バイパス回路(20)を開閉自在とするように開口面
    積を可変とされた給排気バイパス弁(20a)とを設けたこ
    とを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１８または請求項１９に記載の
    内燃機関の排気再循環制御装置において、ターボチャー
    ジャ(11)のコンプレッサ(11a)下流側とタービン(11b)上
    流側との間を連通する給排気バイパス回路(20)と、 給排気バイパス回路(20)内の流れをコンプレッサ(11a)
    下流側からタービン(11b)上流側への１方向のみ可能と
    する逆止弁(20b)とを設けたことを特徴とする内燃機関
    の排気再循環制御装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１８〜２１のいずれか１項に記
    載の内燃機関の排気再循環制御装置において、 排気再循環回路(15)が分岐接続される吸気回路(12)の位
    置に狭隘部(12b)を設け、この狭隘部(12b)をバイパスす
    る吸気バイパス回路(12c)とこの吸気バイパス回路(12c)
    を開閉自在とするように開口面積を可変とされた吸気バ
    イパス弁(12d)とを設けたことを特徴とする内燃機関の
    排気再循環制御装置。
  23. 【請求項２３】 請求項１８〜２２のいずれか１項に記
    載の内燃機関の排気再循環制御装置において、 ウェストゲートバルブ(17a)の直下流に設けられ、軸着
    するタービン(71a)を排気の圧力で回転させて電力を発
    生する発電機(71)と、 発電機(71)の発生した電力を充電可能な状態に変換する
    第１変換機(72)と、 発電機(71)の発生した電力を第１変換機(72)を介して充
    電するバッテリ(73)とを設けたことを特徴とする内燃機
    関の排気再循環制御装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の内燃機関の排気再
    循環制御装置において、バッテリ(73)からの電力で回転
    し、ターボチャージャ(11)の駆動を助勢する電動機(74)
    と、 バッテリ(73)からの電力を電動機(74)を駆動可能な状態
    に変換して電動機(74)に供給する第２変換機(75)とを設
    けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環制御装置。
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