JP2005023900A - エンジンのｅｇｒ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
高負荷時のＥＧＲを可能とするためにＥＧＲ通路に備えた圧力制御手段の耐熱性、耐久性、信頼性を図ることを課題とする。
【解決手段】
エンジン１０の燃焼室に開口し、吸気通路２０が接続する吸気ポートと、エンジン１０の燃焼室に開口し、排気通路３０から分岐したＥＧＲ通路４０が接続するＥＧＲポートと、ＥＧＲ通路４０に設けられて、ＥＧＲガスをエンジン１０の燃焼室に導入する圧力を制御する電動コンプレッサ４２と、該電動コンプレッサ４２より下流側のＥＧＲ通路４０に設けられて、ＥＧＲガスをエンジン１０の燃焼室に導入する量を制御するＥＧＲ制御弁４３とを有するエンジン１０のＥＧＲ制御装置において、上記ＥＧＲ通路４０を、排気通路３０に設けた排気浄化装置３１よりも下流側で排気通路３０から分岐させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンのＥＧＲ制御装置、特に、高負荷時でもＥＧＲガスを燃焼室に導入可能に構成されたエンジンのＥＧＲ制御装置の技術分野に属する。
主としてエンジンの燃焼室内の燃焼温度を低減することにより排気中のＮＯｘ含有量の低減を図るＥＧＲ装置が広く知られている。このＥＧＲ装置は、一般に、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を設け、排気通路を通る排気の一部を上記ＥＧＲ通路を介して吸気通路から燃焼室に還流するものである。ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの量はＥＧＲ通路上に配設されたＥＧＲ制御弁によりエンジンの運転状態に応じて調整される。
このようなＥＧＲ装置において、ＥＧＲガスが排気側から吸気側へ還流する推進力は排気圧と吸気圧との差である。したがって、吸気量が多く吸気圧が上昇する高負荷時はその差が小さくなってＥＧＲガスの還流量の維持が困難になり、ＥＧＲの効果、すなわち低ＮＯｘ化が十分に果たせなくなるという問題がある。
この問題に対処する技術として、特許文献１には、高負荷時のＥＧＲ供給を可能とするために、ＥＧＲ通路に専用のコンプレッサを設け、このコンプレッサでＥＧＲガス圧を上昇させることが開示されている。また、特許文献２には、シリンダヘッドに吸気ポートや排気ポートとは別にＥＧＲガスの専用ポートを設け、ＥＧＲ通路を吸気通路に接続せずにこのＥＧＲポートに接続して、吸気通路内の吸気圧の影響を受けずにＥＧＲガスを燃焼室に独立に導入可能とする技術が開示されている。加えて、特許文献２には、上記ＥＧＲ通路にＥＧＲポンプを設け、このポンプでＥＧＲガスを強制的にＥＧＲポート及び燃焼室に導入することが記載されている。
特開平１１−６２７１５号公報 特開２０００−３２９００９号公報
ところで、ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスは排気の一部であるから、高温であり、かつ未燃成分等を含むことがある。また、エンジンがディーゼルエンジンの場合は、ＥＧＲガスはさらにパティキュレートを含有することも考えられる。よって、ＥＧＲ通路に配設した上記専用コンプレッサやＥＧＲポンプ等の圧力制御手段は、そのような性状の流体に暴露されるのであるから、その耐熱性、耐久性、信頼性を図る対策を講じる必要がある。しかしながら、上記従来技術においてはその点一切明らかにされていない。
本発明は、上記現状に鑑み、エンジンの運転状態に拘らず、たとえ高負荷時であってもＥＧＲガスの燃焼室への導入を可能としながら、そのためにＥＧＲ通路に備えた圧力制御手段の耐熱性、耐久性、信頼性を図ることを課題とする。以下、その他の課題を含め、本発明を詳しく説明する。
すなわち、本願の請求項１に記載の発明は、エンジンの燃焼室に開口し、吸気通路が接続する第１のポートと、同じくエンジンの燃焼室に開口し、排気通路から分岐したＥＧＲ通路が接続する第２のポートと、上記ＥＧＲ通路に設けられて、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する圧力を制御する電動式の圧力制御手段と、該圧力制御手段より下流側のＥＧＲ通路に設けられて、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する量を制御するＥＧＲ制御弁とを有するエンジンのＥＧＲ制御装置であって、上記ＥＧＲ通路が、排気通路に設けられた排気浄化装置より下流側で排気通路から分岐していることを特徴とする。
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、ＥＧＲ通路の分岐部より上流側の排気通路に設けられたタービンにより、吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動する過給機を有することを特徴とする。
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の発明において、圧力制御手段より上流側のＥＧＲ通路に接続して、該ＥＧＲ通路への吸気の導入を可能とする補助吸気通路と、上記圧力制御手段に上記補助吸気通路を介して流体を流入させるか又は上記補助吸気通路の接続部より上流側のＥＧＲ通路を介して流体を流入させるかを切り替える第１の流路調整手段と、上記圧力制御手段とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路から分岐してコンプレッサより上流側の吸気通路に接続する接続通路と、上記コンプレッサに上記接続通路を介して流体を流入させるか又は上記接続通路の接続部より上流側の吸気通路を介して流体を流入させるかを切り替える第２の流路調整手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に基いて上記第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、制御手段は、運転状態検出手段で高負荷時であると検出されたときは、補助吸気通路の接続部より上流側のＥＧＲ通路を介して流体が圧力制御手段に流入し、接続通路の接続部より上流側の吸気通路を介して流体がコンプレッサに流入するように、第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御することを特徴とする。
次に、請求項５に記載の発明は、上記請求項３に記載の発明において、制御手段は、運転状態検出手段で加速時であると検出されたときは、補助吸気通路を介して流体が圧力制御手段に流入し、接続通路を介して流体がコンプレッサに流入するように、第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御することを特徴とする。
次に、請求項６に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、ＥＧＲ制御弁より下流側のＥＧＲ通路とコンプレッサより下流側の吸気通路とを開閉弁を介して接続する第２の接続通路が設けられ、制御手段は、運転状態検出手段で加速時であると検出されたときは、上記開閉弁を開くことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、吸気通路が接続する第１ポートとＥＧＲ通路が接続する第２ポートとが独立しているから、吸気通路内の吸気圧の影響を受けずにＥＧＲガスを燃焼室に導入することが可能となる。加えて、上記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスを燃焼室に導入する圧力を制御する圧力制御手段を設けたから、この圧力制御手段でＥＧＲガスの圧力を昇圧することにより、エンジンの運転状態に拘らず、たとえ高負荷時であってもＥＧＲガスを強制的に第２ポートを介して燃焼室に導入することが可能となる。
そのうえで、ＥＧＲ通路の排気通路からの分岐部を排気浄化装置よりも下流側に位置させたから、ＥＧＲガスは、相対的に低温で、かつ未燃成分やパティキュレートが除去された排気から採取されることになる。これにより、ＥＧＲ通路に配設した上記圧力制御手段はＥＧＲガスに暴露されても、その耐熱性、耐久性、信頼性が図られることになる。また、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する量を制御するＥＧＲ制御弁は上記圧力制御手段よりもさらに下流側に位置しているから、該ＥＧＲ制御弁の耐熱性、耐久性、信頼性も同様に図られる。
そして、圧力制御手段として電動式のものを採用したから、例えば機械式のものを採用した場合に比べて、応答性及び精度に優れるＥＧＲガスの圧力制御が可能となる。
請求項２に記載の発明によれば、過給機により吸気圧がより一層上昇し、ＥＧＲ供給がより一層困難な状況になっても、圧力制御手段でＥＧＲガス圧をそれに対抗して上昇させることにより、ＥＧＲガスを燃焼室に導入することが可能となる。
請求項３に記載の発明によれば、エンジンの運転状態に応じて第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御することにより、吸気通路とＥＧＲ通路と補助吸気通路と接続通路とをいろいろに組み合わせて、吸気の燃焼室への流路とＥＧＲガスの燃焼室への流路とを柔軟に変更・選択することが可能となり、その結果、エンジンの運転状態に好ましく適応した吸気及びＥＧＲガスの燃焼室への導入の仕方が実現する。
請求項４に記載の発明によれば、高負荷時には、吸気とＥＧＲガスとが途中で合流することなくそれぞれ独立の系統で燃焼室に導入されるようになるから、互いの影響を受け合うことなく良好な精度で各流体を所定の要求量だけ燃焼室に供給することが可能となる。
請求項５に記載の発明によれば、加速時には、ＥＧＲガスの燃焼室への導入が停止され、その結果、ＥＧＲガスの圧力制御のために設けた圧力制御手段が使用されなくなる。そこで、この発明では、該圧力制御手段を利用して吸気の過給を行い、その結果、吸気が上記圧力制御手段と本来の過給機とにより直列二段に過給されるようになって、加速時に重要なファクタの１つである出力応答性の向上が図られる。
請求項６に記載の発明によれば、加速時には、ＥＧＲガスの燃焼室への導入が停止され、その結果、ＥＧＲガスの燃焼室への独立導入のために設けた第２ポートが使用されなくなる。そこで、この発明では、該第２ポートを利用して吸気の燃焼室への導入を行い、その結果、吸気が上記第２ポートと本来の第１ポートとにより低抵抗に大量に燃焼室に導入されるようになって、この点においても、加速時に重要な出力応答性の向上が図られる。以下、発明を実施するための最良の形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。
本実施の形態においては、本発明は、図１に示す４気筒ディーゼルエンジン１０に適用されている。このエンジン１０は、吸気通路２０と排気通路３０とＥＧＲ通路４０とを有する。吸気通路２０には、流体の流れの上流側から、エアクリーナ２１、過給機２２のコンプレッサ２３、インタクーラ２５、及び吸気絞り弁２６等が配設されている。吸気通路２０の下流端は、吸気マニホールド２７により、エンジン１０本体に連結している。
一方、排気通路３０には、同じく流体の流れの上流側から、過給機２２のタービン２４、及び排気浄化装置３１等が配設されている。この排気通路３０に設けられたタービン２４により、吸気通路２０に設けられたコンプレッサ２３が駆動され、吸気通路２０を気筒の燃焼室に向けて流れる吸気が過給される。また、排気浄化装置３１は、酸化触媒３２とパティキュレートフィルタ３３とを直列に内装する。さらに、タービン２４をバイパスするウェイストゲート３４が設けられ、該ゲート３４に配設された弁３５を開くことによりタービン３４を通過する流体の量を低減することができる。排気通路３０の上流端は、排気マニホールド３６により、エンジン１０本体に連結している。
このエンジン１０のＥＧＲ通路４０は、上記排気浄化装置３１よりも下流側において排気通路３０から分岐している。ＥＧＲ通路４０には、流体の流れの上流側から、ＥＧＲクーラ４１、電動式コンプレッサ４２、及びＥＧＲ制御弁４３等が配設されている。ＥＧＲ通路４０の下流端は、専用のマニホールド４４により、エンジン１０本体に連結している。ここで、電動式コンプレッサ４２は、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する圧力を制御する電動式の圧力制御手段を構成する。また、ＥＧＲ制御弁４３は、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する量を制御するものである。
図２に示すように、このエンジン１０の各気筒１００には、５つのポート１０１〜１０５が設けられている。各ポート１０１〜１０５には、図示しないが、閉じることにより燃焼室を画成し、開くことにより該燃焼室に流体を導入する開閉弁がそれぞれ設けられている。そして、吸気通路２０は、吸気マニホールド２７を介して、２つの吸気ポート（第１のポート）１０１，１０２に接続し、排気通路３０は、排気マニホールド３６を介して、２つの排気ポート１０３，１０４に接続し、ＥＧＲ通路４０は、専用のマニホールド４４を介して、１つのＥＧＲポート（第２のポート）１０５に接続している。
図１に戻り、このエンジン１０は、以上に加えて、補助吸気通路５０と第１の接続通路６０と第２の接続通路７０と副ＥＧＲ通路８１，８２とを有する。補助吸気通路５０は、上記エアクリーナ２１からＥＧＲ通路４０に接続し、該ＥＧＲ通路４０への吸気の導入を可能とする。補助吸気通路５０は、電動式コンプレッサ４２よりも上流側においてＥＧＲ通路４０に接続している。
第１接続通路６０は、ＥＧＲ通路４０と吸気通路２０とを接続し、ＥＧＲ通路４０内を流れる流体の吸気通路２０への導入を可能とする。第１接続通路６０は、電動式コンプレッサ４２とＥＧＲ制御弁４３との間においてＥＧＲ通路４０に接続し、また、過給機コンプレッサ２３よりも上流側において吸気通路２０に接続している。
第２接続通路７０もまた、ＥＧＲ通路４０と吸気通路２０とを接続するが、第１接続通路６０よりも下流側にある。すなわち、第２接続通路７０は、ＥＧＲ制御弁４３よりも下流側においてＥＧＲ通路４０に接続し、また、過給機コンプレッサ２３よりも下流側において吸気通路２０に接続している。
副ＥＧＲ通路８１，８２は、排気マニホールド３６とＥＧＲクーラ４１より上流側のＥＧＲ通路４０とを接続し、かつＥＧＲクーラ４１より下流側のＥＧＲ通路４０と吸気マニホールド２７とを接続するもので、排気マニホールド３６内の排気の吸気マニホールド２７への還流を可能とする。
そして、以上の各流体通路２０，３０，４０，５０，６０，７０，８１，８２に複数のバルブが配設されている。すなわち、吸気通路２０には第１接続通路６０との接続部の上流側に（符号９３）、排気通路３０にはＥＧＲ通路４０との接続部の下流側に（同９８）、ＥＧＲ通路４０には排気通路３０との接続部の下流側（同９９）及び補助吸気通路５０との接続部の上流側に（同９２）、補助吸気通路５０にはＥＧＲ通路４０との接続部の上流側に（同９１）、第１接続通路６０にはＥＧＲ通路４０との接続部の下流側に（同９４）、第２接続通路７０には吸気通路２０との接続部の下流側に（同９５）、副ＥＧＲ通路８１にはＥＧＲ通路４０との接続部の上流側に（同９６）、副ＥＧＲ通路８２にはＥＧＲ通路４０との接続部の下流側に（同９７）に、それぞれ流体通路を開閉するバルブが配設されている。
ここで、ＥＧＲ通路４０と補助吸気通路５０との接続部近傍の２つのバルブ９１，９２は、電動式コンプレッサ４２に上記補助吸気通路５０を介して流体を流入させるか又は上記接続部より上流側のＥＧＲ通路４０を介して流体を流入させるかを切り替える第１の流路調整手段を構成する。また、第１接続通路６０と吸気通路２０及びＥＧＲ通路４０との接続部近傍の２つのバルブ９３，９４は、過給機コンプレッサ２３に上記第１接続通路６０を介して流体を流入させるか又は上記接続部より上流側の吸気通路２０を介して流体を流入させるかを切り替える第２の流路調整手段を構成する。
また、図３に示すように、このエンジン１０には、上記の複数の流体通路開閉バルブ９１〜９９、前述の吸気絞り弁２６、ウェイストゲート弁３５、電動式コンプレッサ４２、及びＥＧＲ制御弁４３の他、各気筒１００の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁１１等を制御するコントロールユニット２００が備えられている。コントロールユニット２００には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転センサ２０１、吸気通路２０及び補助吸気通路５０を通過する空気流量Ｑａを計測するエアフローメータ２０２、電動式コンプレッサ４２の直上流部と直下流部におけるＥＧＲ通路４０内の圧力Ｐ１，Ｐ２を検出する入力圧センサ２０３と出力圧センサ２０４、吸気マニホールド２７内の圧力Ｐｉｎを検出する吸気圧センサ２０５、ＥＧＲ通路４０の専用マニホールド４４内の圧力Ｐｅｇｒを検出するＥＧＲガス圧センサ２０６、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量Ｓを検出するアクセル開度センサ２０７等からの信号が入力される。ここで、上記エンジン回転数Ｎｅや空気流量Ｑａ等は、エンジン１０の運転状態を代表するパラメータである。
コントロールユニット２００は、図４に示すように、軽負荷時（領域ｉ）のみならず、高負荷時（領域ｉｉ）にもＥＧＲを実行する（制御内容は後述する）。高負荷時にＥＧＲを行う利点は、ＮＯｘ排出量の低減に加えて、およそ次のようなところにある。一般に、高負荷時は、燃焼室内がより高温・高圧になるから、たとえ圧縮工程で燃料を噴射しても、燃料の早期自己着火が起こって異常燃焼が発生し易い。このような事態はパティキュレート（煤）の発生を促進する。ところが、このとき、燃焼室に既燃ガスであるＥＧＲガスを導入すると、噴射した燃料の自己着火遅れを図ることができる。つまり、燃料を噴射してから自己着火するまでの時間をかせぐことができるのである。したがって、高負荷時にもＥＧＲを行うことにより、燃料を早めに噴射することができ、その結果、十分な予混合燃焼が可能となって、パティキュレート（煤）の発生を抑制することができるようになる。もちろん、このような利点は地球環境面において重要であるから、上記領域ｉ，ｉｉのみならず、図４に示すエンジン１０の運転領域の全領域でＥＧＲを可能にすることが望まれる。
また、本実施形態では、コントロールユニット２００は、図４に示すように、加速時（矢印及び領域ｉｉｉ）には、ＥＧＲを停止し、その結果不用となったＥＧＲ用の機器・設備類を有効利用して、加速時に重要なファクタの１つである出力応答性の向上を図る（制御内容は後述する）。
ここで、図５を参照して、本実施形態におけるＥＧＲ制御の具体的動作の１例を説明する。図５は、燃焼室へのＥＧＲガスの導入量と圧力比との関係を表している。ここで、圧力比は、電動式コンプレッサ４２の直上流部におけるＥＧＲ通路４０内の入力圧Ｐ１に対する直下流部における出力圧Ｐ２の比である（Ｐ２／Ｐ１）。ただし、入力圧Ｐ１は、例えば図１に示した本実施形態の構成によれば、大気圧に近似できるから、この図５の特性において、縦軸を、ＥＧＲ用マニホールド４４内のＥＧＲガス圧Ｐｅｇｒ、すなわちＥＧＲポート１０５内の圧力に置き換えることもできる。
一般に、まずエンジン１０の運転状態に応じてＥＧＲ率が決定され、該ＥＧＲ率や吸気量（新気量）等に基づいてＥＧＲ量が決定される。ここで、例えばＥＧＲ率を６０〜７０％にするためのＥＧＲ量がＱｅｇｒであったとすると、図５の特性から圧力比がαと決定する。ここで、出力圧Ｐ２は、電動式コンプレッサ４２のモータの回転数に依存し、該モータの回転数は該モータへの印加電圧の通電時間に依存する。したがって、上記圧力比αが得られるように、入力圧（Ｐ１）センサ２０３や出力圧（Ｐ２）センサ２０４あるいはＥＧＲガス圧（Ｐｅｇｒ）センサ２０６の検出結果を見ながら、電動式コンプレッサ４２のモータへの印加電圧の通電をＯＮ／ＯＦＦする時間を制御（ＤＵＴＹ制御）すればよい。
次に、エンジン１０の運転状態に基づくＥＧＲ制御を、特に、流体の流路の制御を中心に説明する。まず、表１に軽負荷時における各バルブの作動状態を示す。
Figure 2005023900
図１に例示したように、コントロールユニット２００は、エンジン１０が軽負荷状態であると判定したときは、バルブ９３を開、バルブ９４を閉とすることにより、第１接続通路６０の接続部より上流側の吸気通路２０を介して吸気を過給機コンプレッサ２３に流入させる。その結果、吸気は、エアクリーナ２１から、吸気通路２０、上記バルブ９３、過給機コンプレッサ２３（過給度は小さい）、インタクーラ２５、及び吸気絞り弁２６等を経て、吸気マニホールド２７から各気筒に導入される（流路Ａ）。また、バルブ９５が開とされることにより、インタクーラ２５を出た吸気は、上記バルブ９５、第２接続通路７０、及びＥＧＲ通路４０の１部分を経て、ＥＧＲ用マニホールド４４からも各気筒に導入される（流路Ｂ）。
以上は、表１における制御例１の場合であったが、制御例２のように、併せてバルブ９１を開、バルブ９２を閉とすることにより、補助吸気通路５０を介して吸気を電動式コンプレッサ４２に流入させるようにしてもよい。その結果、吸気は、エアクリーナ２１から、補助吸気通路５０、上記バルブ９１、ＥＧＲ通路４０の１部分、電動式コンプレッサ４２（過給度は小さい）、及びＥＧＲ制御弁４３（開、好ましくは表１に示したように全開にする）等を経て、上記流路Ｂに合流する（流路Ｃ）。
一方、排気は、バルブ９８が開とされることにより、各気筒から、排気マニホールド３６、排気通路３０、過給機タービン２４、排気浄化装置３１、及び上記バルブ９８等を経て、大気に放出される（流路Ｄ）。
そして、ＥＧＲガスは、バルブ９９が閉で、バルブ９６，９７が開とされることにより、副ＥＧＲ通路８１，８２及びＥＧＲ通路の１部分を使い、かつＥＧＲクーラ４１を経由して、排気マニホールド３６から吸気マニホールド２７に還流される（流路Ｅ）。したがって、ＥＧＲガスは、この吸気マニホールド２７内で吸気（新気）と遭遇し、混じり合う。
以上により、図２に例示したように、各気筒１００の燃焼室には、第１ポート（吸気ポート）１０１，１０２からは、吸気（新気）とＥＧＲガスとの既混合流体が導入され、第２ポート（ＥＧＲポート）１０５からは、吸気（新気）のみが導入される。
次に、表２に高負荷時における各バルブの作動状態を示す。
Figure 2005023900
図６に例示したように、コントロールユニット２００は、エンジン１０が高負荷状態であると判定したときは、軽負荷時と同様、バルブ９３を開、バルブ９４を閉として、吸気を流路Ａにより吸気マニホールド２７から各気筒に導入する。ただし、バルブ９５が閉とされることにより、流路Ｂは形成されない。
一方、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路４０の全長を使って、排気通路３０からＥＧＲ用マニホールド４４に還流される。すなわち、バルブ９６，９７が閉で、バルブ９９が開、及びバルブ９１が閉、バルブ９２が開とされることにより、補助吸気通路５０の接続部より上流側のＥＧＲ通路４０を介してＥＧＲガスが電動式コンプレッサ４２に流入されることになり、その結果、ＥＧＲガスは、上記バルブ９９から、ＥＧＲ通路４０、ＥＧＲクーラ４１、上記バルブ９２、電動式コンプレッサ４２、及びＥＧＲ制御弁４３（開、好ましくは表２に示したように開度の制御を行う）等を経て、ＥＧＲ用マニホールド４４から各気筒に導入される（流路Ｆ）。したがって、ＥＧＲガスと吸気（新気）とは、燃焼室に導入されるまで遭遇することがない。
以上により、図７に例示したように、各気筒１００の燃焼室には、第１ポート（吸気ポート）１０１，１０２からは、吸気（新気）のみが導入され、第２ポート（ＥＧＲポート）１０５からは、ＥＧＲガスのみが導入される。
次に、表３に加速時における各バルブの作動状態を示す。
Figure 2005023900
図８に例示したように、コントロールユニット２００は、エンジン１０が加速状態であると判定したときは、バルブ９１を開、バルブ９２を閉として、補助吸気通路５０を介して吸気を電動式コンプレッサ４２に流入させると共に、バルブ９３を閉、バルブ９４を開として（併せてＥＧＲ制御弁４３も閉として）、第１接続通路６０を介して吸気を過給機コンプレッサ２３に流入させる。その結果、吸気は、エアクリーナ２１から、補助吸気通路５０、上記バルブ９１、ＥＧＲ通路４０の１部分、電動式コンプレッサ４２（過給度は最大：例えば電動式コンプレッサ４２のモータに電圧を最大ＤＵＴＹ比（例えば１００％）で印加して電動式コンプレッサ４２を最大速度で回転駆動する）、上記バルブ９４、第１接続通路６０、過給機コンプレッサ２３（過給度は大きい）、吸気通路２０の１部分、インタクーラ２５、及び吸気絞り弁２６等を経て、吸気マニホールド２７から各気筒に導入される（流路Ｇ）。また、バルブ９５が開とされることにより、流路Ｂが形成され、その結果、インタクーラ２５を出た吸気は、ＥＧＲ用マニホールド４４からも各気筒に導入される。
一方、ＥＧＲガスは、バルブ９９，９６，９７，９２が全て閉とされることにより、排気側から吸気側に還流されることがない。
以上により、図９に例示したように、各気筒１００の燃焼室には、第１ポート（吸気ポート）１０１，１０２及び第２ポート（ＥＧＲポート）１０５から、吸気（新気）のみが導入される。
本実施形態では、図２、図７、図９から明らかなように、吸気通路２０が接続する第１ポート１０１，１０２と、ＥＧＲ通路４０が接続する第２ポート１０５とを独立させたから、吸気通路２０内の吸気圧の影響を受けずに、ＥＧＲガスを燃焼室に導入することが可能となる。加えて、図１、図６、図８から明らかなように、上記ＥＧＲ通路４０にＥＧＲガスを燃焼室に導入する圧力を制御するコンプレッサ４２を設けたから、このコンプレッサ４２でＥＧＲガスの圧力を昇圧することにより、エンジン１０の運転状態に拘らず、たとえ高負荷時（図４の領域ｉｉ）であっても、ＥＧＲガスを強制的に第２ポート１０５を介して燃焼室に導入することが可能となる（図７参照）。
そのうえで、図１、図６、図８から明らかなように、ＥＧＲ通路４０が排気通路３０から分岐する分岐部を排気浄化装置３１よりも下流側に位置させたから、特に図６に示したように、ＥＧＲガスは、相対的に低温で、かつ未燃成分やパティキュレートが除去された排気（既燃ガス）から採取されることになる。これにより、ＥＧＲ通路４０に配設した上記コンプレッサ４２はＥＧＲガスに暴露されても、その耐熱性、耐久性、信頼性が図られる。また、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する量を制御するＥＧＲ制御弁４３は、ＥＧＲ通路４０上において、上記コンプレッサ４２よりもさらに下流側に位置しているから、該ＥＧＲ制御弁４３の耐熱性、耐久性、信頼性も同様に図られる。
また、上記コンプレッサ４２は電動式であるから、例えば機械式のものを採用した場合に比べて、応答性及び精度に優れるＥＧＲガスの圧力制御（図５に示したような出力圧Ｐ２又はＥＧＲガス圧Ｐｅｇｒの制御）が可能となる。
また、過給機２２により吸気圧Ｐｉｎがより一層上昇し、ＥＧＲ供給がより一層困難な状況になっても、上記コンプレッサ４２でＥＧＲガス圧Ｐｅｇｒをそれに対抗して上昇させることにより、ＥＧＲガスを燃焼室に導入することが可能となる。
また、エンジン１０の運転状態に応じて、第１流路調整手段９１，９２と、第２流路調整手段９３，９４（状況によりＥＧＲ制御弁４３も第２流路調整手段の構成要素となり得る：図８参照）とを制御することにより、吸気通路２０とＥＧＲ通路４０と補助吸気通路５０と第１接続通路６０とをいろいろに組み合わせて、吸気の燃焼室への流路（Ａ，Ｃ，Ｇ）と、ＥＧＲガスの燃焼室への流路（Ｆ）とを柔軟に変更・選択することが可能となり、その結果、エンジン１０の運転状態に好ましく適応した吸気及びＥＧＲガスの燃焼室への導入の仕方が実現する。
また、図６、図７から明らかなように、高負荷時には、吸気とＥＧＲガスとが途中で合流することなく、それぞれ独立の系統で燃焼室に導入されるようになるから、互いの影響を受け合うことなく、良好な精度で、各流体が所定の要求量だけ燃焼室に供給される。
また、図８、図９から明らかなように、加速時には、ＥＧＲガスの燃焼室への導入が停止され、その結果、ＥＧＲガスの圧力制御のために設けたコンプレッサ４２が不用となる。その場合に、流路Ｇにより、上記コンプレッサ４２を有効利用して、吸気の過給を行うようにしたから、結果的に、吸気が上記コンプレッサ４２と本来の過給機コンプレッサ２３とにより直列二段に過給されるようになって、加速時に重要なファクタの１つである出力応答性の向上が図られる。
さらに、図８、図９から明らかなように、加速時には、ＥＧＲガスの燃焼室への導入が停止され、その結果、ＥＧＲガスの燃焼室への独立導入のために設けた第２ポート１０５が不用となる。その場合に、流路Ｂにより、上記第２ポート１０５を利用して吸気の燃焼室への導入を行うようにしたから、結果的に、吸気が上記第２ポート１０５と本来の第１ポート１０１，１０２とにより低抵抗に大量に燃焼室に導入されるようになって、この点においても、加速時に重要なファクタの１つである出力応答性の向上が図られる。なお、この流路Ｂによる同様の効果は、図１、図２から明らかなように、軽負荷時においても奏される。
以上説明した実施形態は、本発明を実施するための最良の形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお変更が可能なことはいうまでもない。例えば、図１、図６、図８から明らかなように、第２接続通路７０及びバルブ９５を省略しても本発明の実現に何等影響を及ぼすものではない。すなわち、図１の軽負荷時及び図８の加速時において、ＥＧＲ通路４０の下流部を吸気通路の１部分として利用しなくても（流路Ｂを形成しなくても）、吸気通路２０により（流路Ａ，Ｇにより）吸気を各気筒に導入することが可能である。また、図６の高負荷時においては、吸気通路２０とＥＧＲ通路４０とは、互いに独立した流路Ａ，Ｆを形成するので、第２接続通路７０及びバルブ９５ははじめからなくてもよい。
以上のように、本発明によれば、エンジンの運転状態に拘らず、たとえ高負荷時であっても、ＥＧＲガスの燃焼室への導入を可能とし、かつ、そのためにＥＧＲ通路に備えた圧力制御手段の耐熱性、耐久性、信頼性を図ることができる。本発明は、エンジンのＥＧＲ制御装置一般の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
本発明を実施するための最良の形態に係るエンジンの各流体通路の接続関係等を示すレイアウト図であり、併せて、軽負荷時における吸気、排気及びＥＧＲガスの流れを示している。 上記エンジンの燃焼室に開口する各ポートと流体通路との接続関係を示す説明図であり、併せて、軽負荷時におけるポートと流体の種類との対応関係を示している。 上記エンジンに備えられたコントロールユニットを中心とする制御システム図である。 上記コントロールユニットがＥＧＲ制御で用いる特性図の１具体例である。 ＥＧＲガス圧を高めるための電動式コンプレッサの制御で用いる特性図の１具体例である。 高負荷時における吸気、排気及びＥＧＲガスの流れを示す図１と類似のレイアウト図である。 高負荷時におけるポートと流体の種類との対応関係を示す図２と類似の説明図である。 加速時における吸気、排気及びＥＧＲガスの流れを示す図１と類似のレイアウト図である。 加速時におけるポートと流体の種類との対応関係を示す図２と類似の説明図である。
符号の説明
１０ エンジン
２０ 吸気通路
２２ 過給機
２３ コンプレッサ
２４ タービン
３０ 排気通路
３１ 排気浄化装置
４０ ＥＧＲ通路
４２ 電動式コンプレッサ（圧力制御手段）
４３ ＥＧＲ制御弁
５０ 補助吸気通路
６０ 第１接続通路
７０ 第２接続通路
９１，９２ 流体通路開閉バルブ（第１の流路調整手段）
９３，９４ 流体通路開閉バルブ（第２の流路調整手段）
９５ 流体通路開閉バルブ（開閉弁）
１０１，１０２ 吸気ポート（第１のポート）
１０５ ＥＧＲポート（第２のポート）
２００ コントロールユニット（制御手段）
２０１ エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
２０２ エアフローメータ（運転状態検出手段）

Claims (6)

  1. エンジンの燃焼室に開口し、吸気通路が接続する第１のポートと、同じくエンジンの燃焼室に開口し、排気通路から分岐したＥＧＲ通路が接続する第２のポートと、上記ＥＧＲ通路に設けられて、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する圧力を制御する電動式の圧力制御手段と、該圧力制御手段より下流側のＥＧＲ通路に設けられて、ＥＧＲガスを燃焼室に導入する量を制御するＥＧＲ制御弁とを有するエンジンのＥＧＲ制御装置であって、上記ＥＧＲ通路が、排気通路に設けられた排気浄化装置より下流側で排気通路から分岐していることを特徴とするエンジンのＥＧＲ制御装置。
  2. ＥＧＲ通路の分岐部より上流側の排気通路に設けられたタービンにより、吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動する過給機を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
  3. 圧力制御手段より上流側のＥＧＲ通路に接続して、該ＥＧＲ通路への吸気の導入を可能とする補助吸気通路と、上記圧力制御手段に上記補助吸気通路を介して流体を流入させるか又は上記補助吸気通路の接続部より上流側のＥＧＲ通路を介して流体を流入させるかを切り替える第１の流路調整手段と、上記圧力制御手段とＥＧＲ制御弁との間のＥＧＲ通路から分岐してコンプレッサより上流側の吸気通路に接続する接続通路と、上記コンプレッサに上記接続通路を介して流体を流入させるか又は上記接続通路の接続部より上流側の吸気通路を介して流体を流入させるかを切り替える第２の流路調整手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出手段で検出された運転状態に基いて上記第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
  4. 制御手段は、運転状態検出手段で高負荷時であると検出されたときは、補助吸気通路の接続部より上流側のＥＧＲ通路を介して流体が圧力制御手段に流入し、接続通路の接続部より上流側の吸気通路を介して流体がコンプレッサに流入するように、第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
  5. 制御手段は、運転状態検出手段で加速時であると検出されたときは、補助吸気通路を介して流体が圧力制御手段に流入し、接続通路を介して流体がコンプレッサに流入するように、第１流路調整手段及び第２流路調整手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
  6. ＥＧＲ制御弁より下流側のＥＧＲ通路とコンプレッサより下流側の吸気通路とを開閉弁を介して接続する第２の接続通路が設けられ、制御手段は、運転状態検出手段で加速時であると検出されたときは、上記開閉弁を開くことを特徴とする請求項５に記載のエンジンのＥＧＲ制御装置。
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