JP2008267198A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ループＥＧＲ装置によって還流された排気ガスの脈動を考慮に入れて、吸入空気量の検出誤差を適切に抑制することが可能な内燃機関の排気還流装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気還流装置は、吸気系へ排気ガスを還流させるために好適に利用される。具体的には、脈動検出手段は、排気ガスが還流される吸気通路付近に生じるガスの脈動を検出する。また、脈動位相調整手段は、例えば脈動が所定以上である場合に、還流される排気ガスにおける脈動（排気脈動）の位相を調整する。これにより、吸気脈動と排気脈動との位相を適切にずらすことが可能となる。つまり、吸気脈動と排気脈動とが同期してしまうことを効果的に抑制することができる。よって、脈動に起因する吸入空気量の検出誤差の発生を効果的に抑制することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスを排気通路から吸気通路へ還流する排気還流通路を備える内燃機関の排気還流装置に関する。

従来から、吸気通路で発生するガスの脈動（以下、「吸気脈動」と呼ぶ。）による吸入空気量の検出誤差を抑制するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、吸気脈動によるエアフロメータの検出誤差に対して、スロットル開度、エンジン回転数、ＳＣＶ開度、及びカム角に基づいて、吸入空気量を補正する技術が記載されている。また、特許文献２には、吸気調整弁の開口面積を小さくすることによって、吸気脈動によるエアフロメータの検出誤差を抑制する技術が記載されている。

特開２００４−１９４５０号公報 特開２００２−３６４３７１号公報

ここで、ディーゼルエンジンなどの内燃機関において、排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ戻し、機関内での燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの発生を抑制する排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。近年では、排気通路の触媒より下流側の位置から排気ガスを吸気系へ還流させるＥＧＲ装置（以下では、「低圧ループＥＧＲ装置」と呼ぶ。）が提案されている。

このような低圧ループＥＧＲ装置においては、ターボチャージャのコンプレッサ上流に排気ガスが還流されるため、エアフロメータは、還流された排気ガスの脈動（以下、「排気脈動」と呼ぶ。）の影響を受けやすいと考えられる。特に、吸気脈動と排気脈動とが同期した場合には、これらの合成波における振幅が増幅されて、エアフロメータで精度良く吸入空気量を検出することが困難になると考えられる。上記した特許文献１及び２に記載された技術においては、このような低圧ループＥＧＲ装置に起因する排気脈動を考慮してはいない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、低圧ループＥＧＲ装置によって還流された排気ガスの脈動を考慮に入れて、吸入空気量の検出誤差を適切に抑制することが可能な内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、吸気系へ排気ガスを還流させる内燃機関の排気還流装置は、前記排気ガスが還流される吸気通路付近に生じるガスの脈動を検出する脈動検出手段と、還流される前記排気ガスにおける脈動の位相を調整する脈動位相調整手段と、を備える。

上記の内燃機関の排気還流装置は、吸気系へ排気ガスを還流させるために好適に利用される。具体的には、脈動検出手段は、排気ガスが還流される吸気通路付近に生じるガスの脈動を検出する。また、脈動位相調整手段は、例えば脈動が所定以上である場合に、還流される排気ガスにおける脈動（排気脈動）の位相を調整する。これにより、吸気脈動と排気脈動との位相を適切にずらすことが可能となる。つまり、吸気脈動と排気脈動とが同期してしまうことを効果的に抑制することができる。よって、脈動に起因する吸入空気量の検出誤差の発生を効果的に抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の排気還流装置の一態様では、前記脈動位相調整手段は、還流される前記排気ガスが通過する排気ガス還流通路上に、当該排気ガスが通過する経路の長さを調整可能な経路長調整機構を有し、前記脈動に基づいて前記経路長調整機構に対する制御を行う。この態様では、脈動位相調整手段は、排気ガスが通過する経路の長さを調整することによって、排気脈動の位相を調整することができる。

上記の内燃機関の排気還流装置の他の一態様では、前記脈動位相調整手段は、内燃機関の回転数が低くなるほど前記経路の長さに対する調整速度が速くなり、前記内燃機関の回転数が高くなるほど前記経路の長さに対する調整速度が遅くなるように、前記経路長調整機構に対して制御を行う。

これにより、内燃機関の回転数が低い場合に（この場合には脈動の周期が長い）、経路の長さに対する調整速度を早くすることができ、吸気脈動と排気脈動とが打ち消し合う位相に速やかに到達させることが可能となる。更に、内燃機関の回転数が高い場合に（この場合には脈動の周期が短い）、経路の長さに対する調整速度を遅くすることができ、吸気脈動と排気脈動とが打ち消し合う位相にまで精度良く到達させることが可能となる。

上記の内燃機関の排気還流装置の他の一態様では、前記脈動位相調整手段は、前記内燃機関の運転が過渡時にある場合には、前記経路長調整機構による前記経路の長さの調整方向を、前記経路の長さが短くなる方向に制御する。これにより、排気ガスの還流遅れの悪化を適切に抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の排気還流装置の他の一態様では、前記脈動位相調整手段は、還流される前記排気ガスにおける脈動の位相を反転させる脈動位相反転機構を有する。この態様では、排気脈動の位相を反転させることによって、排気脈動の位相を調整することができる。

上記の内燃機関の排気還流装置において好適には、前記脈動位相反転機構は、還流される前記排気ガスが通過する排気ガス還流通路をバイパスするバイパス通路上に設けられており、前記バイパス通路は、前記排気ガス還流通路においてバイパスされた部分の通路の長さと概ね同一の長さとなるように構成されている。これにより、効果的に排気脈動と吸気脈動とを打ち消し合わせることが可能となる。

好ましくは、上記の内燃機関の排気還流装置は、ターボチャージャのタービン及び触媒よりも下流側の排気通路上の位置から、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路上の位置へ、排気ガスを還流する。つまり、上記の内燃機関の排気還流装置は、低圧ループＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気還流装置１００の概略構成を示すブロック図である。なお、図１において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は信号の入出力を示す。

図１において、内燃機関の排気還流装置１００は、内燃機関１０として直列４気筒のディーゼルエンジンを備える。内燃機関１０の各気筒は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド１２に接続されている。内燃機関１０は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレール１４には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。また、回転数センサ２７は、内燃機関１０の回転数を検出し、回転数に対応する検出信号をＥＣＵ７に供給する。

吸気マニホールド１１に接続された吸気通路２０には、内燃機関１０への流入空気（吸入空気量）を検出するエアフロメータ２１と、スロットルバルブ２２ａと、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ（ＩＣ）２４と、スロットルバルブ２２ｂと、が設けられている。なお、エアフロメータ２１は、検出した吸入空気量に対応する検出信号をＥＣＵ７に供給する。

一方、排気マニホールド１２に接続された排気通路２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、触媒３０とが設けられている。触媒３０は、例えば酸化触媒やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）などが用いられる。

内燃機関の排気還流装置１００は、タービン２３ｂの上流側からコンプレッサ２３ａの下流側に排気ガスを還流させるＥＧＲ装置５０（以下、「高圧ループＥＧＲ装置」と呼ぶ。）、及びタービン２３ｂ及び触媒３０の下流側からコンプレッサ２３ａの上流側に排気ガスを還流させるＥＧＲ装置５１（以下、「低圧ループＥＧＲ装置」と呼ぶ。）を備える。高圧ループＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ通路３１及びＥＧＲ弁３３を有する。ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置とを接続する通路である。また、ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁３３が設けられている。

低圧ループＥＧＲ装置５１は、ＥＧＲ通路３５と、ＥＧＲクーラ３６と、ＥＧＲ弁３７とを有する。ＥＧＲ通路３５は、排気通路２５上の触媒３０における下流位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａにおける上流位置とを接続する通路である。この場合、ＥＧＲ通路３５は排気ガス還流通路に相当する。また、ＥＧＲ通路３５上には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３６、及びＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁３７が設けられている。加えて、ＥＧＲ通路３５上には、還流される排気ガスにおける脈動（排気脈動）の位相を調整可能な脈動位相調整機構３８が設けられている。なお、脈動位相調整機構３８の詳細は後述する。

内燃機関の排気還流装置１００の各要素は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）７により制御されている。ＥＣＵ７は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えて構成される。本実施形態では、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１から供給される検出信号に基づいて、脈動位相調整機構３８に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ７は、脈動に起因するエアフロメータ２１の検出誤差が抑制されるように、脈動位相調整機構３８を用いて排気脈動の位相を調整する制御を行う。このように、ＥＣＵ７及び脈動位相調整機構３８は、本発明における脈動位相調整手段に相当する。なお、ＥＣＵ７は内燃機関の排気還流装置１００における他の構成要素の制御も行うが、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。

また、本発明は、直列４気筒の内燃機関１０への適用に限定はされず、４気筒以外の気筒数で構成された内燃機関や、気筒がＶ型に配列された内燃機関に対しても適用することができる。更に、本発明は、直噴タイプの燃料噴射弁１５によって構成された内燃機関１０への適用に限定はされず、ポート噴射タイプの燃料噴射弁によって構成された内燃機関に対しても適用することができる。

ここで、図２及び図３を参照して、脈動について具体的に説明する。

図２は、吸気脈動と排気脈動との合成波を説明するための図である。なお、図２は、低圧ループＥＧＲ装置５１からの排気ガスが還流される、吸気通路２０中の位置Ｂ１付近を拡大した図を示している。

この場合、実線矢印Ａ１は、低圧ループＥＧＲ装置５１によって還流される排気ガスからの排気脈動を示している。また、実線矢印Ａ２は、内燃機関１０の吸気からの吸気脈動を示している。このように排気脈動及び吸気脈動が発生した場合、位置Ｂ１付近（例えば位置Ｂ１とエアフロメータ２１との間の吸気通路２０）では、破線矢印Ａ３に示すように、排気脈動と吸気脈動との合成波が発生し得る。

図３は、上記した脈動を具体的に示す図である。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、それぞれ横軸に時間を示し、縦軸に脈動（ガス密度）を示している。具体的には、図３（ａ）は吸気脈動を示しており、図３（ｂ）は排気脈動を示している。詳しくは、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ、図２中の位置Ｂ１付近で発生する吸気脈動及び排気脈動を示している。これより、吸気脈動及び排気脈動の周期は概ね同一であることがわかる。これは、吸気脈動及び排気脈動は、内燃機関１０の吸排気によって発生するからである。この場合、吸気脈動及び排気脈動の周期は、内燃機関１０の回転数に概ね依存する。また、吸気脈動及び排気脈動の位相は、若干ずれていることがわかる。基本的には、吸気脈動及び排気脈動のそれぞれの発生源が異なるので、位置Ｂ１付近にこれらの波が到達する時刻がずれる傾向にある（つまり、排気脈動及び吸気脈動の位相はずれる傾向にある）。

更に、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す吸気脈動と図３（ｂ）に示す排気脈動との合成波を示している。具体的には、図３（ｃ）は、図２中の位置Ｂ１付近で発生する脈動を示しており、この脈動はエアフロメータ２１で実際に検出されるものに相当する。図３（ｃ）より、合成波の振幅は、吸気脈動及び排気脈動のそれぞれの振幅よりも大きいことがわかる。具体的には、合成波の振幅は、符号Ｃ１及び符号Ｃ２で示すエアフロメータ２１の精度限界の範囲を超えている（詳しくは上限及び下限の両方を超えている）。このような合成波が発生した場合、エアフロメータ２１での検出精度が大きく低下するものと考えられる。

なお、上記のように合成波の振幅が増幅しているのは、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気脈動と吸気脈動とが概ね同期しているからである（つまり位相がほとんど合っているからである）。つまり、排気脈動と吸気脈動とが概ね共振していると言えるからである。これに対して、排気脈動と吸気脈動との位相が大きくずれている場合、例えば位相が半周期程度ずれている場合には、排気脈動と吸気脈動とが打ち消し合って、合成波の振幅は小さくなる傾向にある、つまり合成波の振幅は増幅しない傾向にある。この場合には、エアフロメータ２１での検出精度は低下しないものと考えられる。

［排気脈動の位相を調整する方法］
次に、本実施形態に係る排気脈動の位相の調整方法について説明する。

本実施形態では、脈動によるエアフロメータ２１の検出誤差が抑制されるように、排気脈動の位相を調整する。具体的には、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１からの検出信号に基づいて脈動に対する判定を行い、この脈動が所定以上である場合に、前述した脈動位相調整機構３８を用いて排気脈動の位相を調整する制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ７は、排気脈動と吸気脈動とが打ち消し合うことによって、エアフロメータ２１に到達する脈動（排気脈動と吸気脈動との合成波）の振幅が小さくなるように、排気脈動の位相をずらす制御を行う。これにより、脈動によるエアフロメータ２１の検出誤差を抑制することが可能となる。

以下で、排気脈動の位相の調整方法の実施例について、具体的に説明する。

（第１実施例）
まず、第１実施例に係る排気脈動の位相の調整方法について具体的には説明する。第１実施例では、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）が通過する経路の長さを調整することによって、排気脈動の位相を調整する。具体的には、第１実施例では、ＥＧＲ通路３５上に設けられた、経路の長さを調整可能な経路長調整機構を用いて、排気脈動の位相をずらす。

図４は、第１実施例に係る脈動位相調整機構３８の概略構成を示す図である。なお、図４は、低圧ループＥＧＲ装置５１からの排気ガスが還流される、吸気通路２０中の位置Ｂ１付近を拡大した図を示している。

脈動位相調整機構３８は、主に、ジャバラ部４０とアクチュエータ４１とを有する。ジャバラ部４０は、ＥＧＲ通路３５上に設けられており、ＥＧＲ通路３５の一部を構成する。また、ジャバラ部４０は、その長さを伸縮可能に構成されている、つまりＥＧＲガスが通過する経路の長さを調整可能に構成されている。具体的には、ジャバラ部４０は、矢印Ｄ１に示すように縮むと共に、矢印Ｄ２に示すように伸びる。

一方、アクチュエータ４１は、ジャバラ部４０が伸縮動作を行うように、ジャバラ部４０を駆動する装置である。また、アクチュエータ４１は、ＥＣＵ７から供給される制御信号によって制御される。この場合、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１からの検出信号などに基づいて、アクチュエータ４１に対する制御を行う。例えば、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１からの検出信号により、脈動が所定以上であると判断される場合に、アクチュエータ４１を制御することによってジャバラ部４０を駆動させる。このように、ジャバラ部４０及びアクチュエータ４１は、本発明における経路長調整機構に相当する。

図５は、第１実施例に係る排気脈動の位相の調整方法を実行した場合における、脈動を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ横軸に時間を示し、縦軸に脈動（ガス密度）を示している。具体的には、図５（ａ）は吸気脈動を示しており、図５（ｂ）は排気脈動を示しており、図５（ｃ）は吸気脈動と排気脈動との合成波における脈動を示している。詳しくは、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、図４中の位置Ｂ１付近で発生する吸気脈動、排気脈動、及び合成波を示している。

この場合、図５（ｂ）では、破線Ｅ１は脈動位相調整機構３８の動作前の排気脈動を示し、実線Ｅ２は脈動位相調整機構３８の動作後の排気脈動を示している。これより、脈動位相調整機構３８を動作させることによって、排気脈動の位相がずれていることがわかる。この場合、矢印Ｄ３で示すように位相が調整されている。

図５（ｃ）では、破線Ｅ３は脈動位相調整機構３８の動作前における合成波の脈動を示し、実線Ｅ４は脈動位相調整機構３８の動作後における合成波の脈動を示している。これより、脈動位相調整機構３８を動作させることによって、合成波の振幅が大きく低下していることがわかる。即ち、エアフロメータ２１に到達する脈動がかなり弱まっていることがわかる。具体的には、脈動位相調整機構３８の動作後における合成波の振幅は、符号Ｃ１及び符号Ｃ２で示すエアフロメータ２１の精度限界の範囲内に十分収まっている。

このように合成波の振幅が低下しているのは、図５（ａ）、及び図５（ｂ）中の実線Ｅ２に示すように、吸気脈動の位相と、脈動位相調整機構３８の動作後の排気脈動の位相とが大きくずれているからである。即ち、吸気脈動と排気脈動とがほとんど同期しておらず、位相が概ね半周期ずれているからである。そのため、吸気脈動と排気脈動との間で打ち消し合いが生じ、エアフロメータ２１に到達する脈動が弱まったものと考えられる。

以上説明した第１実施例に係る排気脈動の位相の調整方法によれば、脈動位相調整機構３８によって排気脈動の位相を適切にずらすことによって、エアフロメータ２１に到達する脈動を効果的に弱めることができる。これにより、脈動によるエアフロメータ２１の検出誤差を効果的に抑制することが可能となる。

次に、ＥＣＵ７が脈動位相調整機構３８に対して行う制御について、具体的に説明する。ＥＣＵ７は、基本的には、エアフロメータ２１の検出精度が一定値以上確保できるまで、脈動位相調整機構３８に対する制御を行う。この場合、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１からの検出信号から得られる脈動に基づいて、脈動位相調整機構３８のアクチュエータ４１に対してフィードバック制御を行う。つまり、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１の検出精度が一定値以上確保できるまで、アクチュエータ４１によって、ジャバラ部４０を伸ばすように若しくは縮むように制御を行う。

また、ＥＣＵ７は、内燃機関１０の回転数に応じて、脈動位相調整機構３８によって経路の長さを調整する速度（単位時間当たりに動かす長さ）を変える。具体的には、ＥＣＵ７は、経路の長さを調整する速度が回転数に反比例するように、脈動位相調整機構３８に対して制御を行う。つまり、ＥＣＵ７は、内燃機関１０の回転数が低くなるほど経路の長さに対する調整速度が速くなり、内燃機関１０の回転数が高くなるほど経路の長さに対する調整速度が遅くなるように、脈動位相調整機構３８に対して制御を行う。こうするのは、吸気脈動及び排気脈動の周期は、内燃機関１０の回転数に概ね反比例するからである。つまり、内燃機関１０の回転数が低い場合には脈動の周期が長くなり、内燃機関１０の回転数が高い場合には脈動の周期が短くなる傾向にあるからである。

このように制御を行うことにより、内燃機関１０の回転数が低い場合に（この場合には脈動の周期が長い）、経路の長さに対する調整速度を早くすることができ、吸気脈動と排気脈動とが打ち消し合う位相に速やかに到達させることが可能となる。これに対して、内燃機関１０の回転数が高い場合に（この場合には脈動の周期が短い）、経路の長さに対する調整速度を遅くすることができ、吸気脈動と排気脈動とが打ち消し合う位相にまで精度良く到達させることが可能となる。

更に、ＥＣＵ７は、内燃機関１０の運転が過渡時にある場合には、脈動位相調整機構３８による経路の長さの調整方向を、経路の長さが短くなる方向に制御する。つまり、ＥＣＵ７は、過渡時においては、脈動位相調整機構３８のジャバラ部４０が縮む方向に、アクチュエータ４１を制御する。このように制御を行うことにより、低圧ループＥＧＲ装置５１による還流遅れの悪化を抑制することが可能となる。

（第２実施例）
次に、第２実施例に係る排気脈動の位相の調整方法について具体的には説明する。第２実施例でも、第１実施例と同様に、ＥＧＲガスが通過する経路の長さを調整することによって、排気脈動の位相を調整する。しかしながら、第２実施例では、ジャバラ部４０及びアクチュエータ４１などを用いて排気脈動の位相をずらす代わりに、経路の長さがそれぞれ異なる複数のＥＧＲ通路を切り替えることによって、排気脈動の位相を調整する。つまり、第２実施例では、複数のＥＧＲ通路を切り替えることで、ＥＧＲガスが通過する経路の長さを変更することによって、排気脈動の位相をずらす。

図６は、第２実施例に係る脈動位相調整機構３８ａの概略構成を示す図である。なお、図６は、低圧ループＥＧＲ装置５１からの排気ガスが還流される、吸気通路２０中の位置Ｂ１付近を拡大した図を示している。また、脈動位相調整機構３８ａは、図１中の内燃機関の排気還流装置１００において、脈動位相調整機構３８の代わりに適用される。

脈動位相調整機構３８ａは、３つのＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃと、３つのＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃとを有する。ＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃは、それぞれＥＧＲ通路３５に接続されている。ＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃは、ＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃ上にそれぞれ設けられている。ＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃは、ＥＣＵ７から供給される制御信号によって、開閉が制御される。即ち、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃを制御することによって、ＥＧＲガスが通過する通路を切り替えることが可能となる。なお、ＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃは、ＥＧＲ弁３７（図１参照）の代わりに適用される。つまり、第２実施例に係る脈動位相調整機構３８ａを適用した場合には、内燃機関の排気還流装置１００はＥＧＲ弁３７を用いないで構成される。

具体的には、ＥＧＲ弁４５ａを開に制御し、ＥＧＲ弁４５ｂ、４５ｃを閉に制御した場合には、ＥＧＲ通路４４ａにのみＥＧＲガスが流れる。また、ＥＧＲ弁４５ｂを開に制御し、ＥＧＲ弁４５ａ、４５ｃを閉に制御した場合には、ＥＧＲ通路４４ｂにのみＥＧＲガスが流れる。更に、ＥＧＲ弁４５ｃを開に制御し、ＥＧＲ弁４５ａ、４５ｂを閉に制御した場合には、ＥＧＲ通路４４ｃにのみＥＧＲガスが流れる。この場合、ＥＧＲガスが通過する経路の長さは、ＥＧＲ通路４４ａにのみＥＧＲガスが流れる場合、ＥＧＲ通路４４ｂにのみＥＧＲガスが流れる場合、ＥＧＲ通路４４ｃにのみＥＧＲガスが流れる場合、の順に長くなる。つまり、ＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃのいずれかに排気ガスが流れるように切り替えを行うことにより、ＥＧＲガスが通過する経路の長さを調整することが可能となる。このように、ＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃ及びＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃは、本発明における経路長調整機構に相当する。

ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１の検出信号より脈動が所定以上であると判定される場合に、ＥＧＲガスが通過する経路の長さが変更されるように、ＥＧＲガスが流れる通路を切り替える。つまり、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ弁４５ａ〜４５ｃのそれぞれに対して、開閉を制御する。なお、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１の検出信号より脈動が所定未満であると判定される場合には、最も経路の長さが短いＥＧＲ通路４４ａにのみ、若しくは２番目に経路の長さが短いＥＧＲ通路４４ｂにのみ、ＥＧＲガスが流れるように制御を行うことができる。

ここで、排気脈動の波長と、複数のＥＧＲ通路を用いて変更すべき経路の長さとの関係について説明する。一般的に、音の波長λ（ｍ）は、音速Ｖ（ｍ／ｓ）と周波数ｆ（回／ｓ）とを用いて、以下の式（１）で表される。

λ（ｍ）＝Ｖ（ｍ／ｓ）／ｆ（回／ｓ） 式（１）
内燃機関１０の回転数が２０００（ｒｐｍ）である場合には、周波数ｆ（回／ｓ）は概ね「３３．３（回／ｓ）」となる。これを式（１）に代入することにより、回転数が２０００（ｒｐｍ）である場合における脈動の波長λ（ｍ）は、以下の式（２）より得られる。なお、音速Ｖ（ｍ／ｓ）は「３４０（ｍ／ｓ）」としている。

λ（ｍ）＝３４０（ｍ／ｓ）／３３．３（回／ｓ）＝１０．２（ｍ） 式（２）
式（２）より、回転数が２０００（ｒｐｍ）である場合において、排気脈動と吸気脈動とが完全に打ち消し合うようにするためには、つまり排気脈動と吸気脈動とを確実に半周期程度ずらすようにするためには、ＥＧＲガスが通過する経路の長さを５（ｍ）程度変更可能に、脈動位相調整機構３８ａを構成することが好ましいと言える。この場合、ＥＧＲガスが通過する経路の長さを５（ｍ）まで変更可能に構成することは、実際には困難であると言える。しかしながら、５（ｍ）まで経路の長さを変更可能に構成せずとも、排気脈動と吸気脈動とが共振するタイミングをずらすことは可能であると考えられる。つまり、例えば数十ｃｍ程度でも経路の長さを変更することによって、共振に伴う脈動を効果的に抑制することができるものと考えられる。

なお、上記では、３つのＥＧＲ通路４４ａ〜４４ｃを用いて切り替えを行う実施例を示したが、これに限定はされない。つまり、４つ以上のＥＧＲ通路を用いて切り替えを行っても良い。

また、第２実施例においても、ＥＣＵ７は、内燃機関１０の回転数に応じて、脈動位相調整機構３８によって経路の長さを調整する速度を変える制御を行う。この場合、ＥＣＵ７は、複数の経路長を有するＥＧＲ通路を切り替える順番を、内燃機関１０の回転数に応じて変えることができる。例えば、ＥＣＵ７は、回転数が低い場合には、経路の長さが最も短いＥＧＲ通路から経路の長さが最も長いＥＧＲ通路へ、一気に切り替えを行うことができる（つまり、間のＥＧＲ通路を飛ばして切り替えを行うことができる）。

更に、ＥＣＵ７は、内燃機関１０の運転が過渡時にある場合には、脈動位相調整機構３８による経路の長さの調整方向を、経路の長さが短くなる方向に制御する。この場合、ＥＣＵ７は、経路の長さが長いＥＧＲ通路から経路の長さが短いＥＧＲ通路へと、ＥＧＲ通路の切り替えを行うことができる。

（第３実施例）
次に、第３実施例に係る排気脈動の位相の調整方法について具体的には説明する。第３実施例では、ＥＧＲガスにおける排気脈動の位相を反転させることによって、排気脈動の位相を調整する点で、前述した第１実施例及び第２実施例と異なる。具体的には、第３実施例では、排気脈動の位相を反転させる脈動位相反転機構を用いて、排気脈動の位相を調整する。

図７は、第３実施例に係る脈動位相調整機構３８ｂの概略構成を示す図である。なお、図７は、低圧ループＥＧＲ装置５１からの排気ガスが還流される、吸気通路２０中の位置Ｂ１付近を拡大した図を示している。また、脈動位相調整機構３８ｂは、図１中の内燃機関の排気還流装置１００において、脈動位相調整機構３８の代わりに適用される
脈動位相調整機構３８ｂは、主に、ＥＧＲ通路４６と、バイパス通路４７と、切り替え弁４８と、脈動位相反転機構４９と、を有する。ＥＧＲ通路４６及びバイパス通路４７は、それぞれＥＧＲ通路３５に接続されており、切り替え弁４８によってＥＧＲガスが通過する通路が切り替えられる。また、バイパス通路４７上には、脈動位相反転機構４９が設けられている。脈動位相反転機構４９は、内部に固定端などの機構を有しており、バイパス通路４７を通過するＥＧＲガスの排気脈動の位相を反転可能に構成されている。なお、上記した切り替え弁４８は、ＥＣＵ７から供給される制御信号によって制御される。具体的には、ＥＣＵ７は、エアフロメータ２１の検出信号より脈動が所定以上であると判定される場合に、バイパス通路４７に排気ガスが流れるように切り替え弁４８を制御する。

図８は、第３実施例に係る排気脈動の位相の調整方法を実行した場合における、脈動を示す図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ横軸に時間を示し、縦軸に脈動（ガス密度）を示している。具体的には、図８（ａ）は吸気脈動を示しており、図８（ｂ）は排気脈動を示しており、図８（ｃ）は吸気脈動と排気脈動との合成波における脈動を示している。詳しくは、図８（ａ）〜図８（ｃ）は、それぞれ、図７中の位置Ｂ１付近で発生する吸気脈動、排気脈動、及び合成波を示している。

この場合、図８（ｂ）では、破線Ｆ１はＥＧＲ通路４６にＥＧＲガスを流した場合の排気脈動を示し、実線Ｆ２はバイパス通路４７の脈動位相反転機構４９にＥＧＲガスを流した場合の排気脈動を示している。つまり、破線Ｆ１は位相を反転前の排気脈動を示し、実線Ｆ２は位相を反転後の排気脈動を示している。この場合、矢印Ｄ４に示すように、排気脈動の位相が反転している。

図８（ｃ）では、破線Ｆ３はＥＧＲ通路４６にＥＧＲガスを流した場合における合成波の脈動を示し、実線Ｆ４はバイパス通路４７の脈動位相反転機構４９にＥＧＲガスを流した場合における合成波の脈動を示している。これより、脈動位相反転機構４９に排気ガスを流すことによって、合成波の振幅が大きく低下していることがわかる。即ち、排気脈動の位相を反転させることによって、エアフロメータ２１に到達する脈動がかなり弱まっていることがわかる。具体的には、合成波の振幅は、符号Ｃ１及び符号Ｃ２で示すエアフロメータ２１の精度限界の範囲内に十分収まっている。

このように合成波の振幅が低下しているのは、図８（ａ）、及び図８（ｂ）中の実線Ｆ２に示すように、位相を反転後の排気脈動における位相と、吸気脈動の位相とが大きくずれているからである。即ち、位相反転後の排気脈動と吸気脈動とがほとんど同期しておらず、位相が概ね半周期ずれているからである。そのため、位相反転後の排気脈動と吸気脈動との間で打ち消し合いが生じ、エアフロメータ２１に到達する脈動が弱まったものと考えられる。

以上説明した第３実施例に係る排気脈動の位相の調整方法によれば、エアフロメータ２１に到達する脈動を効果的に弱めることができる。したがって、脈動によるエアフロメータ２１の検出誤差を効果的に抑制することが可能となる。

なお、ＥＧＲ通路４６及びバイパス通路４７は、経路の長さが概ね同一となるように構成することが好ましい。これにより、図７中の位置Ｂ１付近において、脈動位相反転機構４９が無いとした場合のバイパス通路４７を通過した排気脈動の位相と、ＥＧＲ通路４６を通過した排気脈動の位相とを概ね等しくすることができる。したがって、バイパス通路４７上の脈動位相反転機構４９により位相を反転のみさせることによって、効果的に排気脈動と吸気脈動とを打ち消し合わせることが可能となる。

本実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の概略構成を示すブロック図である。 吸気脈動と排気脈動との合成波を説明するための図である。 脈動を具体的に説明するための図である。 第１実施例に係る脈動位相調整機構の概略構成を示す図である。 第１実施例に係る排気脈動の位相の調整方法を実行した場合における脈動を示す図である。 第２実施例に係る脈動位相調整機構の概略構成を示す図である。 第３実施例に係る脈動位相調整機構の概略構成を示す図である。 第３実施例に係る排気脈動の位相の調整方法を実行した場合における脈動を示す図である。

符号の説明

７ ＥＣＵ
１０ 内燃機関（エンジン）
２０ 吸気通路
２１ エアフロメータ
２２ａ スロットルバルブ
２３ ターボチャージャ
３１、３５ ＥＧＲ通路
３３、３７ ＥＧＲ弁
３８、３８ａ、３８ｂ 脈動位相調整機構
５０ 高圧ループＥＧＲ装置
５１ 低圧ループＥＧＲ装置
１００ 内燃機関の排気還流装置

Claims (7)

1. 吸気系へ排気ガスを還流させる内燃機関の排気還流装置であって、
   前記排気ガスが還流される吸気通路付近に生じるガスの脈動を検出する脈動検出手段と、
   還流される前記排気ガスにおける脈動の位相を調整する脈動位相調整手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記脈動位相調整手段は、
   還流される前記排気ガスが通過する排気ガス還流通路上に、当該排気ガスが通過する経路の長さを調整可能な経路長調整機構を有し、
   前記脈動に基づいて前記経路長調整機構に対する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 前記脈動位相調整手段は、内燃機関の回転数が低くなるほど前記経路の長さに対する調整速度が速くなり、前記内燃機関の回転数が高くなるほど前記経路の長さに対する調整速度が遅くなるように、前記経路長調整機構に対して制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記脈動位相調整手段は、前記内燃機関の運転が過渡時にある場合には、前記経路長調整機構による前記経路の長さの調整方向を、前記経路の長さが短くなる方向に制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記脈動位相調整手段は、還流される前記排気ガスにおける脈動の位相を反転させる脈動位相反転機構を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 前記脈動位相反転機構は、還流される前記排気ガスが通過する排気ガス還流通路をバイパスするバイパス通路上に設けられており、
   前記バイパス通路は、前記排気ガス還流通路においてバイパスされた部分の通路の長さと概ね同一の長さとなるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気還流装置。
7. ターボチャージャのタービン及び触媒よりも下流側の排気通路上の位置から、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路上の位置へ、排気ガスを還流することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。

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