JP2007162666A - 内燃機関の排気環流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運動部の磨耗劣化を防止し、また吸気損失の増大による燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合や吸気脈動による排気環流量の変動などを起こすことなく、充分な排気環流量を確保することができる内燃機関の排気環流装置を提供する。
【解決手段】排気通路１２０に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ１３０を設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路１４０によりフィルタで浄化された排気を吸気通路１１０に導入し、排気環流通路が分岐する分岐部１２１よりも下流側の排気通路に排気絞り弁１５０を設け、この排気絞り弁の開度調整により排気環流量を可変にするように構成した内燃機関の排気環流装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路の排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置に関する。

特許文献１及び特許文献２には、排気通路から分岐した排気環流通路により排気通路の排気を吸気通路に導入し、これによって排気の窒素酸化物を低減するようにした内燃機関の排気環流装置が開示されている。これらの装置の場合、吸気通路に吸気絞り弁を設け、この吸気絞り弁により発生する吸気負圧によって排気通路の排気を排気環流通路を介して吸気通路に導入し、排気環流通路に設けた制御弁により排気環流量を制御するようにしている。

特許文献３には、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路によりフィルタで浄化された排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置が開示されている。この装置の場合、排気環流通路に設けたＥＧＲポンプにより排気通路の排気を排気環流通路を介して吸気通路に導入し、排気環流通路に設けた制御弁により排気環流量を制御するようにしている。
特開昭５５−１０９７５４号公報 特開平８−４６０１号公報 特開２００１−７３７４１号公報

排気環流量は、基本的に排気環流通路の排気側の圧力と吸気側の圧力との差圧と、排気環流通路の圧力損失により決まってくる。しかし、粒子状物質を捕集するフィルタよりも下流側の排気を吸気通路に導入する場合、黒煙粒子その他の粒子状物質が除去された排気が環流されるから内燃機関の運動部の磨耗劣化を防止することができるものの、通常、フィルタが、排気通路のなかで排気圧力が最も低い部位のひとつである排気通路の末端付近に設けられるので、排気環流通路の排気側の圧力がどうしても低くなり、上記差圧が小さくなって充分な排気環流量を確保できないという問題がある。特許文献３が開示するようにＥＧＲポンプによって排気環流を行えば上記問題は解決できるが、ＥＧＲポンプに供給するエネルギの分だけ燃費が悪化する。

そこで、吸気絞り弁により発生する吸気負圧により排気環流を行うことが考えられるが、吸気絞り弁が吸気通路の抵抗となり吸気損失の増大から燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合を招く。特に低負荷域では、吸気負圧を増大させて充分な排気環流量を確保するために吸気絞り弁の開度を殆ど全閉に近い状態にする必要が出てくるから、燃費悪化等の不具合が顕著となる。

また、吸気絞り弁はエアクリーナからインテークマニホールドに至るまでの吸気通路に設けられるが、この空間は燃焼室に近いから吸気脈動が大きい。そのため、これに応じて吸気負圧が脈動し、排気環流量が変動しやすい。

本発明はこのような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、粒子状物質を捕集するフィルタよりも下流側の排気を排気環流通路により吸気通路に導入し、排気環流通路の排気側の圧力を排気絞り弁により高めることで排気環流通路の排気側の圧力と吸気側の圧力との差圧を大きくし、これによって内燃機関の運動部の磨耗劣化を防止し、また吸気損失の増大による燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合や吸気脈動による排気環流量の変動などを起こすことなく、充分な排気環流量を確保することができる内燃機関の排気環流装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気環流装置は、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路によりフィルタで浄化された排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置において、排気環流通路が分岐する分岐部よりも下流側の排気通路に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度調整により排気環流量を可変にするように構成している。

本発明の内燃機関の排気環流装置の一つは、排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路によりフィルタで浄化された排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置において、排気環流通路が分岐する分岐部よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、負荷検出手段及び回転速度検出手段の出力を受け、設定マップを参照して排気絞り弁の開度を内燃機関の負荷及び回転速度に応じた開度に調整する制御手段とを備えている。

上記負荷検出手段は、アクセルの踏み込み量を検出する手段であってもよい。

この内燃機関の排気環流装置では、フィルタよりも下流側の排気が吸気通路に導入されるので、黒煙粒子その他の粒子状物質が除去された排気が環流されることから内燃機関の運動部の磨耗劣化を防止することができる。そして、排気絞り弁により排気通路が絞られて排気圧力が上昇し、その開度調整により排気圧力の上昇の度合いが調整され、それによって排気環流量が可変となる。そのため、フィルタが排気通路のなかで排気圧力が最も低い部位のひとつである排気通路の末端付近に設けられていても、この排気圧力の上昇により排気環流通路の排気側の圧力と吸気側の圧力との差圧が増大補正されるので、充分な排気環流量が確保される。

その場合、ＥＧＲポンプなどで強制的に排気環流を行うものではないので、ＥＧＲポンプなどのエネルギ消費による燃費悪化が避けられる。また、吸気絞り弁により発生する吸気負圧により排気環流を行うものではないので、吸気通路の抵抗が増大することはなく、吸気損失の増大による燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合は生じない。また、排気環流量が同量の場合、負圧を制御する吸気絞り弁に較べると正圧を制御する排気絞りは絞り量が少なくて済むので、排気圧力の上昇による内燃機関の燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの程度は軽微である。さらに、排気絞り弁は、排気通路の末端付近に設けられたフィルタよりも下流側に設けられているので、排気通路のなかでも燃焼室から最も遠い位置にあり、しかも、フィルタを通過することで排気圧力の変動が抑制されているので、排気絞り弁は排気脈動の影響を受けにくい。そのため、排気環流量の変動が少なく、安定している。

本発明の内燃機関の排気環流装置においては、上記排気絞り弁は、内燃機関の負荷の増大に応じて開度が増加するように構成されていてもよい。

このようにすれば、低負荷域では燃焼圧力が相対的に低いが、排気絞り弁を閉じ気味になるので、排気圧力が大きく上昇して充分な排気環流量が得られる。一方、負荷が増していくと燃焼圧力が相対的に高くなるが、排気絞り弁が開き気味になるので、排気圧力がさほど上昇せず、排気環流量が適度な量に維持される。また、負荷の増大に応じて排気絞り弁を開いて排気圧力の上昇を抑えることで、酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が抑制される。

本発明の内燃機関の排気環流装置においては、上記排気還流通路に遮断弁が設けられ、内燃機関が所定の運転領域にあるときに遮断弁を閉じ、排気還流を強制的に遮断するように構成してもよい。

このようにすれば、例えば高負荷域、始動直後などに遮断弁を閉じれば、排気環流が停止し、酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が防止される。

本発明の内燃機関の排気環流装置においては、上記排気還流通路に緩衝容器が設けられ、内燃機関の低回転領域で吸気通路に発生する吸気の脈動と排気通路に発生する排気の脈動とが排気還流通路を介して相互干渉することを阻止するように構成してもよい。

このようにすれば、吸気の脈動と排気の脈動とが排気還流通路を介して相互干渉することが阻止され、スムーズに排気環流が行われる。

本発明の内燃機関の排気環流装置は、粒子状物質を捕集するフィルタよりも下流側の排気を排気環流通路により吸気通路に導入し、排気環流通路の排気側の圧力を排気絞り弁により高めることで排気環流通路の排気側の圧力と吸気側の圧力との差圧を大きくしたので、内燃機関の運動部の磨耗劣化を防止し、また吸気損失の増大による燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合や吸気脈動による排気環流量の変動などを起こすことなく、充分な排気環流量を確保することができる。

上記排気絞り弁を、内燃機関の負荷の増大に応じて開度が増加するように構成したときには、低負荷域で充分な排気環流量が得られ、一方、負荷が増していくと排気環流量が適度な量に維持され、また酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が抑制される。

上記排気還流通路に遮断弁を設け、内燃機関が所定の運転領域にあるときに遮断弁を閉じ、排気還流を強制的に遮断するように構成したときには、例えば高負荷域、始動直後などに遮断弁を閉じれば、排気環流が停止し、酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が防止される。

上記排気還流通路に緩衝容器を設け、内燃機関の低回転領域で吸気通路に発生する吸気の脈動と排気通路に発生する排気の脈動とが排気還流通路を介して相互干渉することを阻止するように構成したときには、スムーズに排気環流が行われる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は実施形態に係る排気環流装置を備えた内燃機関１００を示す。この内燃機関１００はシリンダ内に燃料が噴射される内燃機関であり、ディーゼルサイクル、サバテサイクルなどを理論サイクルとする公知のディーゼル機関である。内燃機関１００は、シリンダと、このシリンダに摺動可能に嵌挿されたピストンと、シリンダに連通してシリンダに吸気を供給する吸気通路１１０と、シリンダに連通してシリンダから排出される排気を通す排気通路１２０とを備えている。吸気通路１１０は、例えばエアクリーナ、吸気管、吸気マニフォールドなどの部材の内部通路により一連に構成されており、エアクリーナから導入された吸気が吸気管を通り、吸気マニフォールドからシリンダに吸気が導入される。排気通路１２０は、例えば排気マニフォールド、排気管などの部材の内部通路により一連に構成されており、シリンダからの排気が排気マニフォールドへ導出され、排気管を通って大気に放出される。吸気通路及び排気通路の構成はこれに限定されるものではない。この実施形態の内燃機関１００は、自然吸気の内燃機関であるが、本発明の対象とする内燃機関には、吸気管に設けられたコンプレッサと、排気管に設けられた排気タービンとを有する公知の排気ターボ過給器を備えた内燃機関が含まれ、さらに吸気通路にインタークーラを設けた内燃機関も含まれる。また、本発明の対象とする内燃機関には、ガソリンを燃料としてシリンダ内に燃料が噴射される内燃機関も含まれるし、さらにオットーサイクルを理論サイクルとする公知のガソリン機関も含まれる。この実施形態の内燃機関１００は自動車に搭載されているが、本発明の対象とする内燃機関は、その他の輸送用機器に搭載した内燃機関であってもよいし、例えば発電装置駆動用の内燃機関のように敷地に定着した内燃機関であってもよい。実施形態の対象となる内燃機関の燃焼方式、気筒数その他の形態により本発明が対象とする内燃機関の形態が限定されるものではない。

排気通路１２０には、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ１３０が設けられている。排気通路１２０のうち、フィルタ１３０よりも排気下流側の排気通路１２０から排気環流通路１４０が分岐しており、この排気環流通路１４０が吸気通路１１０に接続されている。これによって、フィルタ１３０で浄化された排気を吸気通路１１０に導入するようにしている。この排気通路１２０から排気環流通路１４０が分岐する部分を分岐部１２１ということにする。

フィルタ１３０としては、例えば目封じタイプ、多孔体タイプ、繊維タイプなどがある。目封じタイプは、例えばセラミック等の材料で構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気が壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。例えば、一方の端面で各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。多孔体タイプ、繊維タイプは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集する。しかし、本発明はフィルタの構造をこれらに限定するものではない。

そして、上記分岐部１２１よりも下流側の排気通路１２０には、排気通路１２０を絞ることができ且つ開度が可変に設けられた排気絞り弁１５０が設けられている。そして、この排気絞り弁１５０の開度調整により排気環流量を可変にするように構成している。すなわち、排気環流量は排気環流通路１４０の一端側の圧力と他端側の圧力との差と、排気環流通路１４０の通路抵抗とによって決まる。その場合、排気絞り弁１５０を閉じていくと、つまり開度を小さくしていくと、排気絞り弁１５０の絞り作用によって排気絞り弁１５０の排気上流側の排気圧力が上昇し、これによって分岐部１２１の排気圧力が上昇する。したがって、この排気絞り弁１５０の開度を調整すれば排気圧力の上昇分が調整され、排気環流通路１４０の両端の圧力差が調整されるので、これによって排気環流量が可変になる。

図２に示すように、排気絞り弁１５０は、公知のバタフライ弁であるが、排気通路の通路面積を可変にすることができる弁であれば他の構造の弁であってもよい。そして、排気絞り弁１５０には、外力が作用しないときには弁体１５１を全開位置に保持する公知の戻しバネ１５２が設けられており、これによってこの排気絞り弁１５０を常開の弁に構成している。本発明の排気絞り弁は、開度を調整できるようになってさえおればよい。しかし、このように常開の弁であるときには、何らかの不具合でもって排気絞り弁を調整する機能が損なわれたときであっても排気絞り弁１５０が全開位置に保持されることになり、排気抵抗を増すことがなく、しかも或る程度の負荷がかかれば充分な排気圧力を得て排気環流が可能である。図１に示すように、この排気絞り弁１５０はモータ１５３により開閉するようにしているが、油・空圧その他の手段で排気絞り弁の開閉を行うようにしてもよい。

排気絞り弁１５０は、内燃機関１００の負荷の増大に応じて開度が増加するように構成されている。これは内燃機関１００が受ける負荷に関連する状態量に連動して、内燃機関１００の負荷が増大すれば、排気絞り弁１５０の開度が増加するように構成するということである。このような状態量として、この実施形態ではアクセルの踏み込み量を用いているが、燃料噴射ポンプのラック位置、排気圧力値その他を用いてもよいし、これらを組み合わせたものを用いてもよい。この実施形態の場合、さらに排気絞り弁１５０は、内燃機関１００の回転数の増大に応じて開度が増加するように構成されているが、回転数によって開度が変わらないようにしてもよい。

排気還流通路１４０には、この通路を閉じることができる遮断弁１６０が設けられ、内燃機関１００が所定の運転領域にあるときに遮断弁１６０を閉じ、排気還流通路１４０を閉塞することで排気還流を強制的に遮断し、その他の運転領域では遮断弁１６０を開き、排気還流通路１４０を連通して排気還流を行えるように構成している。この遮断弁１６０はコンプレッサからの圧縮エアを受けて作動し、この圧縮エアの供給を電磁弁で遮断することで不作動となるようにしているが、モータ、油圧その他の手段で遮断弁の開閉を行うようにしてもよい。所定の運転領域を、内燃機関の受ける負荷が、しきい値以上である高負荷域としているが、内燃機関の回転速度その他に基づいて定めてもよいし、これらを組み合わせて定めてもよい。

図８に示すように、排気還流通路１４０には緩衝容器１７０が設けられ、排気還流通路１４０の一部をなしている。この緩衝容器１７０は排気還流通路１４０のどの位置に連通して設けてもよいが、この実施形態では遮断弁１６０と吸気通路１１０との間の排気還流通路１４０に連通して設けている。緩衝容器１７０は一定の内容積を有する容器であり、排気が緩衝容器１７０に入ると断面積が広くなるように構成している。これによって内燃機関１００の低回転領域で吸気通路１１０に発生する吸気の脈動と排気通路１２０に発生する排気の脈動とが排気還流通路１４０を介して相互干渉することを阻止するように構成している。

２１０は、内燃機関１００の負荷を検出する負荷検出手段である。この実施形態では負荷に関連する状態量としてアクセルの踏み込み量を検出しているので、負荷検出手段２１０はアクセルの踏み込み量を検出する装置である。負荷検出手段を燃料噴射ポンプのラック位置を検出する装置、排気圧力値を検出する装置としてもよいし、これらを併用してもよい。

２２０は、内燃機関１００の回転速度を検出する回転速度検出手段である。この実施形態ではクランク軸の回転速度を検出するようにしているが、内燃機関１００の回転速度に関連する他の状態量を検出し、これから内燃機関１００の回転速度を検出するようにしてもよい。

この実施形態の場合、他に、内燃機関１００の冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段２３０と、内燃機関１００の始動時にＯＮ操作され、停止時にＯＦＦ操作されるキースイッチのＯＮ・ＯＦＦを検出するキースイッチ検出手段２４０と、排気絞り弁１５０の開度を検出する排気絞り弁開度検出手段２５０とが設けられている。排気絞り弁開度検出手段２５０は排気絞り弁１５０のモータ１５３の信号で代替が可能である。本発明は、例えば、負荷検出手段を有して、これ以外の検出手段を備えていない実施形態、負荷検出手段及び回転速度検出手段を有して、これら以外の検出手段を備えていない実施形態などを含む。

３００は制御手段であり、ＣＰＵ、メモリなどを有するコンピュータを備え、検出手段からの信号に基づいて各種の演算を行い、制御対象となるデバイスに信号を出すものである。先の負荷検出手段２１０、回転速度検出手段２２０、冷却水温度検出手段２３０、キースイッチ検出手段２４０及び排気絞り弁開度検出手段２５０からの信号は、この制御手段３００に送られ、制御手段３００からの信号が排気絞り弁１５０、遮断弁１６０に送られる。制御手段は専用の電気回路により構成してもよい。また、冷却水温度検出手段、キースイッチ検出手段、排気絞り弁開度検出手段などを設けない実施形態では、負荷検出手段及び回転速度検出手段からの信号のみが制御手段に送られ、さらに回転速度検出手段をも設けない実施形態では、負荷検出手段からの信号のみが制御手段に送られる。遮断弁を設けない実施形態では、制御手段３００からの信号は排気絞り弁にのみ送られる。

制御手段３００は、設定マップを参照して排気絞り弁１５０の開度を内燃機関１００の負荷及び回転速度に応じた開度になるように制御する。図３及び図４に設定マップの一例を示すが、これに限定されるものではない。この図の設定マップは、アクセル踏み込み量に相当するアクセル開度が増すと排気絞り弁１５０の開度が増し、また、エンジン回転速度が増すと排気絞り弁１５０の開度が増すようになっている。したがって、この設定マップにおいて、負荷検出手段２１０及び回転速度検出手段２２０で検出された負荷及び回転速度に対応するアクセル開度が割り出され、このアクセル開度の信号が排気絞り弁１５０に送られ、排気絞り弁１５０の開度が内燃機関１００の負荷及び回転速度に応じた開度に調整される。同マップにおいて排気絞り弁開度及びアクセル開度は百分率で表示しており、いずれも全開時を１００とした数字である。またエンジン回転速度、つまり内燃機関１００の回転速度の単位はｒｐｍである。なお、例えば負荷検出手段からの信号のみが制御手段に送られるときは、制御手段は、設定マップを参照して排気絞り弁の開度を内燃機関の負荷に応じた開度になるように制御する。

また、制御手段３００は、内燃機関１００が所定の運転領域にあるときに遮断弁１６０を閉じ、排気還流を強制的に遮断するように制御する。この実施形態の場合、所定の運転領域は三種類設定されており、第１の所定の運転領域は、内燃機関の受ける負荷が、しきい値以上となる運転領域であり、いわゆる高負荷域である。したがって、負荷検出手段２１０が検出した負荷に対応するアクセル開度が割り出され、このアクセル開度の信号が上記しきい値と比較され、図５に示すように、しきい値未満である低負荷域では遮断弁１６０が開かれて排気還流が行われ、しきい値以上である高負荷域では遮断弁１６０が閉じられ、排気還流が強制的に遮断される。その場合、図５に示すように、開から閉に変わるときのアクセル開度のしきい値の方が、閉から開に変わるときのアクセル開度のしきい値よりも大きく設定されてヒステリシスが形成されており、これによって遮断弁１６０の動作が安定するようにしているが、ヒステリシスを設けないようにしてもよい。

第２の所定の運転領域は、内燃機関１００の冷却水温度が、しきい値以下となる運転領域であり、内燃機関１００が始動直後で未だ暖機できていない低温領域である。したがって、冷却水温度検出手段２３０が検出した冷却水温度が上記しきい値と比較され、図６に示すように、しきい値以下である低温領域では遮断弁１６０が閉じて排気還流が強制的に遮断され、しきい値を超える高温領域では遮断弁１６０が開かれて排気還流が行われる。その場合、図６に示すように、閉から開に変わるときの冷却水温度のしきい値の方が、開から閉に変わるときの冷却水温度のしきい値よりも高く設定されてヒステリシスが形成されており、これによって遮断弁１６０の動作が安定するようにしているが、ヒステリシスを設けないようにしてもよい。

第３の所定の運転領域は、内燃機関１００の始動後の時間が、しきい値以下となる運転領域であり、内燃機関１００が始動直後で未だ暖機できていない低温領域である。したがって、キースイッチＯＮからの時間が内部クロック等で計測されて上記しきい値と比較され、図７に示すように、しきい値以下である始動直後では遮断弁１６０が閉じて排気還流が強制的に遮断され、しきい値を超える暖機完了後では遮断弁１６０が開かれて排気還流が行われる。その場合、閉から開に変わるときの冷却水温度のしきい値と、開から閉に変わるときの冷却水温度のしきい値とをずらせてヒステリシスが形成してもよい。

これらの制御を、図９のフローチャートに基づいて説明する。まず、キースイッチをＯＮしてスタートすると、ステップＳ１で内燃機関１００が排気環流を開始する条件にあるか否かを判断する。排気環流開始条件に該当するＹＥＳのときはステップＳ２でアクセル開度が規定値以上か否かを判断し、規定値未満であるＮＯのときは低負荷域であるとしてステップＳ３で設定マップを参照して排気絞り弁開度を決定し、ステップＳ４で排気絞り弁１５０が目標開度になるように制御し、ステップＳ５で遮断弁１６０を不作動としてこれを開き、排気環流を行い、ステップＳ６に進む。一方、ステップＳ２でアクセル開度が規定値以上であるＹＥＳのときはステップＳ８で遮断弁１６０を作動させてこれを閉じ、排気還流を強制的に遮断し、ステップＳ６に進む。また、ステップＳ１で内燃機関１００が排気環流を開始する条件にないＮＯのときはステップＳ７で排気絞り弁１５０を全開にし、ステップＳ６に進む。そして、ステップＳ６ではキースイッチがＯＦＦにされたか否かを判断し、ＯＦＦにされていないＮＯのときは内燃機関１００の運転中であるとしてステップＳ１へ戻り、ＯＦＦにされているＹＥＳのときは内燃機関１００が停止したものとして制御を終了する。

従って、上記実施形態の内燃機関の排気環流装置では、フィルタ１３０よりも下流側の排気が吸気通路１１０に導入されるので、黒煙粒子その他の粒子状物質が除去された排気が環流されることから内燃機関１００の運動部の磨耗劣化を防止することができる。そして、排気絞り弁１５０により排気通路１２０が絞られて排気圧力が上昇し、その開度調整により排気圧力の上昇の度合いが調整され、それによって排気環流量が可変となる。そのため、フィルタ１３０が排気通路１２０のなかで排気圧力が最も低い部位のひとつである排気通路１２０の末端付近に設けられていても、この排気圧力の上昇により排気環流通路１４０の排気側の圧力と吸気側の圧力との差圧が増大補正されるので、充分な排気環流量が確保される。

その場合、ＥＧＲポンプなどで強制的に排気環流を行うものではないので、ＥＧＲポンプなどのエネルギ消費による燃費悪化が避けられる。また、吸気絞り弁により発生する吸気負圧により排気環流を行うものではないので、吸気通路１１０の抵抗が増大することはなく、吸気損失の増大による燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの不具合は生じない。また、排気環流量が同量の場合、負圧を制御する吸気絞り弁に較べると正圧を制御する排気絞りは絞り量が少なくて済むので、排気圧力の上昇による内燃機関１００の燃費悪化、性能劣化、黒煙増加などの程度は軽微である。さらに、排気絞り弁１５０は、排気通路１２０の末端付近に設けられたフィルタ１３０よりも下流側に設けられているので、排気通路１２０のなかでも燃焼室から最も遠い位置にあり、しかも、フィルタ１３０を通過することで排気圧力の変動が抑制されているので、排気絞り弁１５０は排気脈動の影響を受けにくい。そのため、排気環流量の変動が少なく、安定している。

本発明は、どのような状態量に基づいて排気絞り弁をどのように開度調整するかを限定するものではない。しかし、上記実施形態においては、排気絞り弁１５０を、内燃機関１００の負荷の増大に応じて開度が増加するように制御した。このようにすれば、低負荷域では燃焼圧力が相対的に低いが、排気絞り弁１５０を閉じ気味になるので、排気圧力が大きく上昇して充分な排気環流量が得られる。一方、負荷が増していくと燃焼圧力が相対的に高くなるが、排気絞り弁１５０が開き気味になるので、排気圧力がさほど上昇せず、排気環流量が適度な量に維持される。また、負荷の増大に応じて排気絞り弁１５０を開いて排気圧力の上昇を抑えることで、酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が抑制される。

本発明は遮断弁を設けない内燃機関の排気環流装置の実施形態を含む。しかし、上記実施形態においては、上記排気還流通路１４０に遮断弁１６０を設け、内燃機関１００が所定の運転領域にあるときに遮断弁１６０を閉じ、排気還流を強制的に遮断するように構成した。このようにすれば、例えば高負荷域、始動直後などに遮断弁１６０を閉じれば、排気環流が停止し、酸素不足による黒煙、ＣＯ、ＨＣの増加が防止される。

本発明は緩衝容器を設けない内燃機関の排気環流装置の実施形態を含む。しかし、上記実施形態においては、排気還流通路１４０に緩衝容器１７０を設け、内燃機関１００の低回転領域で吸気通路１１０に発生する吸気の脈動と排気通路１２０に発生する排気の脈動とが排気還流通路１４０を介して相互干渉することを阻止するように構成した。このようにすれば、吸気の脈動と排気の脈動とが排気還流通路１４０を介して相互干渉することが阻止され、スムーズに排気環流が行われる。

上記実施形態の場合、設定マップを、アクセル踏み込み量に相当するアクセル開度が増すと排気絞り弁の開度が増し、また、エンジン回転速度が増すと排気絞り弁の開度が増すようにした。しかし、設定マップは内燃機関、ガバナ等の特性に応じて適宜に決めるべきものであり、この実施形態の設定マップにより、本発明の制御内容が限定されるものではない。

上記実施形態では、検出手段からの信号を受けた制御手段により制御対象となるデバイスを制御したが、例えばアクセル、燃料噴射ポンプのラックなどのように状態量に関連して作動する部材をリンク等を介して排気絞り弁又は遮断弁に連結することで、内燃機関の負荷その他の状態量に応じて排気絞り弁又は遮断弁の開度を制御するようにしてもよい。

以上説明した実施形態は本発明の内燃機関の排気環流装置の一つの例を示したに過ぎない。したがって、この実施形態の記載によって本発明の内燃機関の排気環流装置が限定解釈されるものではない。

実施形態の内燃機関の排気環流装置の全体概略構成を示す図である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で用いた排気絞り弁を示す図である。排気通路の一部を構成するハウジングを断面して内部をみせている。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で排気絞り弁の制御に用いる設定マップを示す図である。回転速度を一定にした場合である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で排気絞り弁の制御に用いる設定マップを示す図である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で遮断弁の制御に用いるアクセル開度の、しきい値を示す図である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で遮断弁の制御に用いる冷却水温度の、しきい値を示す図である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で遮断弁の制御に用いる始動後の経過時間の、しきい値を示す図である。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で用いた緩衝容器を示す正面図である。一部を断面して内部をみせている。 実施形態の内燃機関の排気環流装置で用いた制御手段の作動を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１００ 内燃機関
１１０ 吸気通路
１２０ 排気通路
１２１ 分岐部
１３０ フィルタ
１４０ 排気環流通路
１５０ 排気絞り弁
１６０ 遮断弁
１７０ 緩衝容器
２１０ 負荷検出手段
２２０ 回転速度検出手段
３００ 制御手段

Claims (6)

1. 排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路によりフィルタで浄化された排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置において、
   排気環流通路が分岐する分岐部よりも下流側の排気通路に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁の開度調整により排気環流量を可変にするように構成した内燃機関の排気環流装置。
2. 排気通路に、排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタを設け、このフィルタよりも下流側の排気通路から分岐した排気環流通路によりフィルタで浄化された排気を吸気通路に導入するようにした内燃機関の排気環流装置において、
   排気環流通路が分岐する分岐部よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁と、
   内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、
   内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   負荷検出手段及び回転速度検出手段の出力を受け、設定マップを参照して排気絞り弁の開度を内燃機関の負荷及び回転速度に応じた開度に調整する制御手段とを備えた内燃機関の排気環流装置。
3. 負荷検出手段が、アクセルの踏み込み量を検出する手段である請求項２の内燃機関の排気環流装置。
4. 排気絞り弁は、内燃機関の負荷の増大に応じて開度が増加するように構成されている請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の内燃機関の排気還流装置。
5. 排気還流通路に遮断弁が設けられ、内燃機関が所定の運転領域にあるときに遮断弁を閉じ、排気還流を強制的に遮断するように構成した請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項の内燃機関の排気還流装置。
6. 排気還流通路に緩衝容器が設けられ、内燃機関の低回転領域で吸気通路に発生する吸気の脈動と排気通路に発生する排気の脈動とが排気還流通路を介して相互干渉することを阻止するように構成した請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項の内燃機関の排気還流装置。
   

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