JP2009068476A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスの温域を拡大し、且つその温度及び量を好適に制御する。
【解決手段】上流側パイプ３３１、中央パイプ３３２、及び吸気管２０３に連通する下流側パイプ３３３を備えたＥＧＲ装置３００において、上流側パイプ３３１へ供給される排気は二種類あり、一方は、シリンダヘッド内部を含む第２ＥＧＲパイプ３２０を介して供給される低温の排気であり、他方は、第１ＥＧＲパイプ３１０を介して排気マニホールド２１３から直接導かれた高温の排気である。第１及び第２ＥＧＲパイプと上流側パイプ３３１との連通状態は、第１バルブ機構３４０により段階的に制御される。一方、中央パイプ３３２には、ＥＧＲクーラ３３６が設置された冷却通路３３４と冷却通路３３４をバイパスするバイパス通路３３５が形成されており、各通路と下流側パイプ３３３との連通状態は、第２バルブ機構３５０により連続的に制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置の技術分野に関する。

この種の装置として、ＥＧＲガスを冷却するクーラと、当該クーラをバイパスするバイパス通路とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されたディーゼルエンジン用ＥＧＲガス温度制御システム（以下、「従来の技術」と称する）によれば、負荷条件に応じて、ＥＧＲガスの流路をバイパス側とクーラ側との間で切り換え、ＥＧＲガス温を最適値に制御することにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）及びＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）の両方を低減することが可能であるとされている。

尚、ＥＧＲ通路の少なくとも一部を、シリンダヘッド内で気筒配列方向に延びるように形成する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−１１７８１５号公報 特開２００２−２８５９１５号公報

従来の技術では、吸気系に循環供給されるＥＧＲガスの温度（以下、適宜「ガス温」と略称する）を制御するに際し、ＥＧＲガスの供給経路をクーラ側とバイパス側との間で適宜或いは頻繁に切り換えることとなる。この際、ＥＧＲガスの採り得る温度領域（以下、適宜「温域」と略称する）は、クーラ側の経路を通過したＥＧＲガスの温度とバイパス側の経路を通過したＥＧＲガスの温度との温度差に応じたものとなるが、内燃機関の広範な運転領域に対応するには不十分であり、また実際には、バイパス側とクーラ側との切り替えが例え連続的になされた所で、当該温域内におけるガス温の高精度な制御も困難である。特に、エミッションの悪化を抑制すべく圧縮比を相対的に低下させた燃焼形態が採用される場合には、燃料の着火性が悪化するから、気筒内に吸入される吸気の温度（以下、適宜「吸気温」と称する）の制御精度が不十分であると、失火が生じる可能性がある。更には、圧縮比の低い燃焼形態では、ＥＧＲガスが比較的大量に必要とされる場合があるが、従来の技術では、ＥＧＲガスの供給量が不十分となり易い。即ち、従来の技術には、ＥＧＲガスの温域並びに温度及び供給量の制御精度が不十分であることに起因してエミッションが効率的に低減され難いという技術的な問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、吸気系に供給されるＥＧＲガスの温域を拡大し、且つその温度及び量を好適に制御可能な内燃機関のＥＧＲ装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置は、内燃機関の排気の一部を第１のＥＧＲガスとして前記内燃機関の排気系から直接導く第１のＥＧＲ通路と、前記排気の一部を第２のＥＧＲガスとして前記内燃機関のシリンダヘッド内部を介して導く第２のＥＧＲ通路と、前記第１及び第２のＥＧＲ通路と連通し、且つ前記内燃機関の吸気系に前記第１及び第２のＥＧＲガスのうち少なくとも一方を含む第３のＥＧＲガスを循環供給可能に連通すると共に、該第３のＥＧＲガスを冷却可能な冷却手段が設けられた冷却通路と、該冷却通路をバイパスするバイパス通路とを備えてなる第３のＥＧＲ通路と、前記第１及び第２のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通状態たる第１の連通状態を切り換え可能な第１の切り換え手段と、前記冷却通路及び前記バイパス通路と前記吸気系との連通状態たる第２の連通状態を切り換え可能な第２の切り換え手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る「内燃機関」とは、一又は複数の気筒（又はシリンダ）を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料と吸入空気との混合体である混合気が燃焼した際に発生する動力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的、機械的又は機構的な伝達経路を介して取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。特に、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置（以下、適宜「本発明のＥＧＲ装置」と略称する）は、好適な一形態として、例えば気筒内で混合気が圧縮された（或いは、圧縮された吸気に燃料が噴射された）際に当該混合気（或いは燃料）が自着火して燃焼を生じる圧縮自着火式内燃機関、或いはＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition：予混合燃焼）又はＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition：均一予混合燃焼）等、低圧縮比による燃焼を伴う内燃機関に適用されて好適である。

本発明のＥＧＲ装置には、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気管（フロントパイプやリアパイプ等といった、気筒配列上生じるものを含む）等を適宜に含み得る概念としての排気系から、例えば好適な一形態として、各気筒からの排気が少なくとも部分的に集約される排気マニホールド或いはその近傍の排気管等から直接分岐する等して、排気の一部を第１のＥＧＲガスとして直接導く第１のＥＧＲ通路が備わる。また、本発明のＥＧＲ装置には、この第１のＥＧＲ通路と、少なくともその構成、好適な一形態として物理的、機械的、機構的又は電気的な構成の少なくとも一部が相違する第２のＥＧＲ通路が備わる。この第２のＥＧＲ通路は、第１のＥＧＲ通路と異なり、内燃機関の排気の一部を、第２のＥＧＲガスとして、上述した気筒を収容する筐体としてのシリンダヘッド内部を少なくとも介して導くことが可能に構成されている。

本発明のＥＧＲ装置によれば、これら少なくともその構成の一部が相違する二系統のＥＧＲ通路から供給された第１及び第２のＥＧＲガスは、当該二系統のＥＧＲ通路の各々に直接的に、間接的に又は限定的に連通する第３のＥＧＲ通路に集約される。この第３のＥＧＲ通路は更に、例えば吸気ポート、吸気マニホールド及び吸気管等を適宜に含み得る概念としての吸気系に、直接若しくは間接的に、又はＥＧＲバルブ等、ＥＧＲガスの流量を制御可能な弁体、弁機構、弁装置又は弁システム或いはそれに類する機構等の状態に応じて限定的に連通する構成となっており、当該吸気系に、第１及び第２のＥＧＲガスのうち少なくとも一方を含むものとして規定される第３のＥＧＲガスを供給可能に構成されている。

この第３のＥＧＲガスは、第１及び第２のＥＧＲガスのうちいずれか一方で構成されるにせよ、両方で構成されるにせよ、またその含有比率が如何なるものであれ、化学的に略不活性（少なくとも燃焼室内において略不活性）のＣＯ_２を含んでいる。従って、吸気系に導かれる新気と、この第３のＥＧＲガスとの混合体が、吸入空気（即ち、吸気）として気筒内に吸入されることによって、例えば、典型的にはＮＯｘ、或いは更にＰＭ（Particulate Matter：粒子状物）等を含む対象物質の発生（即ち、別言すればエミッションの悪化）が幾らかなり抑制され得る。

一方、第３のＥＧＲ通路には、第１及び第２のＥＧＲ通路から集約された第３のＥＧＲガスを通過させることが可能な冷却通路が形成されている。ここで、上述した対象物質の発生を抑制する観点から言えば、内燃機関の燃焼温度は低い方が、或いは少なくとも当該対象物質の発生量を実践上問題が生じる程度に増加させる程には高くない方が良い。そこで、当該冷却通路には、例えば内燃機関の冷却水循環系を利用した、又は当該冷却水循環系から独立した冷却水循環系を利用した、或いは冷却水循環系を使用した冷却とはその冷却態様の少なくとも一部が物理的に、機械的に、機構的に、電気的に又は化学的に異なる、例えばＥＧＲクーラ等の冷却手段が備わっており、冷却通路を通過する第３のＥＧＲガスは、好適な一形態として、例えばこの冷却手段が設置された区間を通過する際に行われる、例えば冷却手段との熱交換等によって相対的に冷却され、通過以前の温度と較べれば少なくとも幾らかなりその温度が低下した状態で吸気系に供給される。

他方、第３のＥＧＲガスの温度は、燃焼温度に直結する要素の一つであり、内燃機関の燃焼性能に少なからず影響を与える。即ち、ガス温の過度な低下（好適な一形態としては、吸気温の低下と一義的である）は、例えば燃焼温度が低くなりがちな運転領域等において失火に直結し易い。また、このような失火を招かずとも、少なくとも内燃機関の燃焼性能を低下させ易い。燃焼性能の低下は、未燃状態の燃料を生成し易く、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）又はスモーク等の排出量を増加させるため、結局はエミッションの悪化を招き易く、また出力トルクの不足等動力性能の低下をも招き易い。

従って、例えば冷却手段により冷却された第３のＥＧＲガスを吸気系に循環させることによるこの種の不具合が実践的にみて顕在化し得る場合、或いは例えば内燃機関の運転条件（好適な一形態として、例えば負荷及び機関回転速度等によって規定される条件、或いはそれに加えて又は代えて、例えば始動時であるか否かといった限定的な条件、又は外気温や湿度等の環境条件を適宜含み得る）等に基づいて、その旨の実践上の判断を下し得る場合（即ち、そのような不具合が顕在化すると推定される場合）には、第３のＥＧＲガスを冷却することによる内燃機関の総合的な性能の低下を防止する等の目的から冷却手段の使用を幾らかなり制限する必要が生じ得る。

そこで、第３のＥＧＲ通路には、好適な一形態として例えば冷却通路と並行するように、冷却通路をバイパスするバイパス通路が形成されている。このバイパス通路の構成は、少なくとも冷却通路をバイパスさせつつ（即ち、冷却手段をバイパスさせつつ）第３のＥＧＲガスを吸気系に供給し得る限りにおいて自由であってよく、例えば、冷却手段下流側（ガスの流れる方向を基準とする方向概念であって、即ち、この場合は吸気系側）において冷却通路と合流して第３のＥＧＲ通路を構成してもよいし（尚、バイパス通路によってバイパスされる区間が冷却通路であり、この場合、合流位置下流側の通路は、概念上、冷却通路にもバイパス通路にも該当しない）、冷却通路と分岐したまま再度合流することなく、実質的に第３のＥＧＲ通路を冷却通路とバイパス通路の複数系統に分岐させた状態で吸気系と接続されていてもよい。尚、本発明に係る「バイパス通路」とは、ＥＧＲガスをして冷却通路をバイパスせしめる通路であり、必ずしも単一の系統に限定されない。即ち、冷却通路をバイパスする通路はその数量によらず全て本発明に係るバイパス通路となり得る。第３のＥＧＲガスがバイパス通路を通過する場合、その温度は冷却通路を通過するよりも高くなり、吸気温の過度な低下を抑制する旨の実践上の利益を得ることができる。

一方、本発明のＥＧＲ装置は、冷却通路及びバイパス通路と吸気系との連通状態（各々について、連通しているか否かの二値的な状態並びに連通の度合い、規模、及び比率等といった定量的な状態を含む概念である）として規定される第２の連通状態（第１の連通状態については後述）を、例えば二値的に、段階的に、又は連続的に切り換えることが可能に構成された第２の切り換え手段を備える。この際、冷却通路と吸気系との連通状態、及びバイパス通路と吸気系との連通状態は、相互に独立して切り替えられてもよいし、一方の連通状態が他方の連通状態と何らかの相関を有していてもよい。好適な一形態として、一方における吸気系との連通面積の増加及び減少が、夫々他方における当該面積の減少及び増加に対応していてもよい。冷却通路を通過する第３のＥＧＲガス（以下、適宜「冷却ガス」と称する）の温度とバイパス通路を通過する第３のＥＧＲガス（以下、適宜「バイパスガス」と称する）の温度とは異なるから、第２の切り換え手段の作用により、第２の連通状態が如何なる切り換え態様の下に切り替えられるにせよ、最終的に吸気系に循環供給される第３のＥＧＲガス（即ち、冷却通路とバイパス通路とが合流している場合には、好適な一形態として冷却通路とバイパス通路との合流位置下流側における第３のＥＧＲガス（このようなガスを、以下適宜「出側ＥＧＲガス」と称する）、或いは冷却通路とバイパス通路とが合流しないまま吸気系に連通している場合には、吸気系に循環供給されることによって吸気温に影響を与えるガスの総体）の温度は、少なくとも幾らかなり可変となる。尚、これ以降、最終的に吸気系に循環供給される第３のＥＧＲガスを適宜「循環供給ガス」と称することとする。循環供給ガスは、上述したように、好適な一形態として、出側ＥＧＲガス或いは出側ＥＧＲガスに何らかの後処理を施したガスと等価である。

尚、第２の切り換え手段の構成、とりわけ物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的な構成は、各種の態様を採り得、例えばバイパス通路及び冷却通路の各々における任意の箇所に、例えば吸気系との連通面積を二値的、段階的又は連続的に可変に変化させることが可能に構成された弁体を備え、各々の内部又は外部に当該弁体を駆動する一又は複数の駆動機構或いは更に当該駆動機構を制御する一又は複数の制御機構を備えた構成をとってもよい。或いは、例えばバイパス通路と冷却通路の分岐位置又は合流位置近傍に設けられ、バイパスガスの量及び冷却ガスの量のうち一方の変化が他方の変化と一対一、一対多、多対一又は多対多の関係を有するように、バイパス通路及び冷却通路の各々と吸気系との連通面積を二値的、段階的又は連続的に可変に変化させることが可能に構成された弁体を備え、第３のＥＧＲ通路の内部又は外部に当該弁体を駆動する一又は複数の駆動機構或いは更に当該駆動機構を制御する一又は複数の制御機構を備えた構成をとってもよい。或いは、このような弁体駆動とはその物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的構成が異なる他の手段であってもよい。

また、第２の連通状態の採り得る一形態として、バイパス通路が吸気系と遮断され且つ冷却通路が幾らかなり吸気系に連通している状態では、第３のＥＧＲガスは、バイパス通路内に一部が滞留するにせよ、ほぼ全量が冷却通路を通過することとなり、反対に、冷却通路が吸気系と遮断され且つバイパス通路が幾らかなり吸気系に連通している状態では、第３のＥＧＲガスは、冷却通路内に一部が滞留するにせよ、ほぼ全量がバイパス通路を通過することとなる。即ち、第２の切り換え手段に係る第２の連通状態の切り換えは、第３のＥＧＲガスの供給経路の切り換えを含んだ概念である。

他方、本発明のＥＧＲ装置は、第１及び第２のＥＧＲ通路と第３のＥＧＲ通路との連通状態（各々について、連通しているか否かの二値的な状態並びに連通の度合い、比率或いは規模等といった定量的な状態を含む概念である）として規定される第１の連通状態を、例えば二値的に、段階的に、又は連続的に切り換えることが可能に構成された第１の切り換え手段を備える。この際、第１のＥＧＲ通路と第３のＥＧＲ通路との連通状態、及び第２のＥＧＲ通路と第３のＥＧＲ通路との連通状態は、相互に独立して切り替えられてもよいし、一方の連通状態が他方の連通状態と何らかの相関を有していてもよい。好適な一形態として、一方における第３のＥＧＲ通路との連通面積の増加及び減少が、夫々他方における当該面積の減少及び増加に対応していてもよい。

尚、第１の切り換え手段の構成、とりわけ物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的な構成は、各種の態様を採り得、例えば第１のＥＧＲ通路及び第２のＥＧＲ通路の各々における任意の箇所に、例えば第３のＥＧＲ通路との連通面積を二値的、段階的又は連続的に可変に変化させることが可能に構成された弁体を備え、各々の内部又は外部に当該弁体を駆動する一又は複数の駆動機構或いは更に当該駆動機構を制御する一又は複数の制御機構を備えた構成をとってもよい。或いは、例えば第１のＥＧＲ通路と第２のＥＧＲ通路の合流位置近傍に設けられ、第１のＥＧＲ通路を通過する第１のＥＧＲガスの量、及び第２のＥＧＲ通路を通過する第２のＥＧＲガスの量のうち一方の変化が他方の変化と一対一、一対多、多対一又は多対多の関係を有するように、第１のＥＧＲ通路及び第２のＥＧＲ通路の各々と第３のＥＧＲ通路との連通面積を二値的、段階的又は連続的に可変に変化させることが可能に構成された弁体を備え、第１、第２若しくは第３のＥＧＲ通路の内部又は外部に当該弁体を駆動する一又は複数の駆動機構或いは更に当該駆動機構を制御する一又は複数の制御機構を備えた構成をとってもよい。或いは、このような弁体駆動とはその物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的構成が異なる他の手段であってもよい。

また、第１の連通状態の採り得る一形態として、第１のＥＧＲ通路が第３のＥＧＲ通路と遮断され且つ第２のＥＧＲ通路が幾らかなり第３のＥＧＲ通路に連通している状態では、第３のＥＧＲガスは、ほぼ全量が第２のＥＧＲガスにより構成され、反対に、第２のＥＧＲ通路が第３のＥＧＲ通路と遮断され且つ第１のＥＧＲ通路が幾らかなり第３のＧＲ通路に連通している状態では、第３のＥＧＲガスは、ほぼ全量が第１のＥＧＲガスにより構成されることとなる。即ち、第１の切り換え手段に係る第１の連通状態の切り換えとは、第３のＥＧＲガスの供給経路の切り換えを含んだ概念である。

ここで、第１のＥＧＲガスは、排気系から直接導かれるため高温であり、実質的には（例えば、第１のＥＧＲ通路を通過する過程における冷却効果を除けば）排気温と略等価である。一方、第２のＥＧＲガスは、第２のＥＧＲ通路が第１のＥＧＲ通路から分岐するにせよ、第１のＥＧＲ通路とは異なる取り出し口から排気を取り出すにせよ、シリンダヘッド内部を通過するため、シリンダヘッドを冷却する冷却系統により、少なくとも第１のＥＧＲガスと較べれば積極的に冷却され低温である。従って、第１の連通状態が二値的であるにせよ段階的であるにせよ、また連続的であるにせよ、幾らかなり可変であることによって、第３のＥＧＲ通路に集約された第３のＥＧＲガス（即ち、冷却通路及びバイパス通路の上流側に存在する第３のＥＧＲガスであり、以下、適宜「入り側ＥＧＲガス」と称する）の温度は、少なくとも単一でない有意な温域を有することとなる。従って、循環供給ガスの温域は、このような入り側ＥＧＲガスの温域が単一である場合と較べて少なくとも低温側又は高温側に拡大される。また、入り側ＥＧＲガスの温域が可変であるため、第２の切り換え手段を介した第２の連通状態の制御による循環供給ガスの温度制御に係る精度が向上する。更には、第１及び第２のＥＧＲ通路は、排気系に排出される排気の一部を取り出しているに過ぎないから、各々が独立の経路であれ一部が共有された経路であれ、また第１の連通状態の切り換え態様が二値的であるにせよ段階的であるにせよ、また連続的であるにせよ、入り側ＥＧＲガスの量は幾らかなり可変となる。

このように本発明のＥＧＲ装置によれば、第１の切り換え手段の作用により、入り側ＥＧＲガスが有意な温域を有し、またその量が可変である。従って、第２の切り換え手段の作用により、循環供給ガスの温域が拡大され、またその温度の調整を高精度に実行することが可能となる。即ち、循環供給ガスの温域を拡大し且つその温度及び量を好適に制御することが可能となるのである。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の一の態様では、前記第３のＥＧＲ通路における、前記冷却通路及び前記バイパス通路の各々の下流側に設けられ、前記第３のＥＧＲガスの流量を変更可能な流量変更手段を更に具備する。

この態様によれば、例えば第３のＥＧＲ通路と吸気系との連通面積を二値的に、段階的に又は連続的に可変に制御すること等により第３のＥＧＲガス（即ち、この場合、上記循環供給ガスの流量）を変更可能な、例えばＥＧＲバルブ等の流量変更手段が備わる。即ち、この態様によれば、本発明のＥＧＲ装置は、循環供給ガスの量を調整する手段として、第１の切り換え手段と当該流量変更手段との二種類の手段を有することになる。従って、この態様によれば、入り側ＥＧＲガスの温度を可変に制御するに際して、循環供給ガスの量を一定に維持することも、増加又は減少させることも可能となる。即ち、循環供給ガスの量及び温度の制御をより精細に行うことが可能となる。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の他の態様では、前記第１の切り換え手段は、開閉状態に応じて前記第１の連通状態を変化させることが可能な第１のバルブを含み、前記第２の切り換え手段は、開閉状態に応じて前記第２の連通状態を変化させることが可能な第２のバルブを含む。

この態様によれば、第１の切り換え手段に第１のバルブが、また第２の切り換え手段に第２のバルブが備わり、各々その開閉状態に応じて第１の連通状態及び第２の連通状態を変化させることが可能である。従って、第１及び第２の連通状態を変更するに際しての物理的、機械的、機構的又は電気的な負荷が比較的軽減され、効率的である。尚、「バルブを含む」とは、当該バルブに加え、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る各種の制御系により、例えば駆動対象たる各バルブの位置変化、形状変化又は運動状態の変化等を生じさせるための駆動力を、例えば物理的、機械的、機構的、電気的、磁気的又は化学的に生成又は供給する或いは発生することが可能な、然るべき駆動装置、駆動系或いは駆動部材等を適宜含み得る趣旨である。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置の他の態様では、前記内燃機関の運転条件に基づいて前記第１及び第２の連通状態が変化するように、前記第１及び第２の切り換え手段を制御する制御手段を更に具備する。

この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段によって、例えば負荷条件等、内燃機関の運転条件に基づいて第１及び第２の連通状態が変化するように第１及び第２の切り換え手段が制御される。この際、制御手段は、第１の切り換え手段を制御する第１の制御系と第２の切り換え手段を制御する、第１の制御系と少なくとも一部が異なる第２の制御系との複合体であってもよいし、単一の制御系であってもよい。

ここで、噴射量等の指標値により好適に規定される負荷条件は、即ち、燃焼温度と相関があり、循環供給ガスの最適量及び最適温度を規定する指標として有効である。従って、運転条件として負荷条件が採用された場合には、循環供ガスの量及び温度を最適化することが容易にして可能となり、エミッションを効率的且つ効果的に抑制することが可能となる。

制御装置を備える本発明に係るＥＧＲ装置の一の態様では、前記運転条件として前記負荷条件が所定の低負荷領域に該当する場合に、前記第２のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通が遮断されるように前記第１の切り換え手段を制御し、且つ前記冷却通路と前記吸気系との連通が遮断されるように前記第２の切り換え手段を制御する。

この態様によれば、例えば、アクセル開度や噴射量等によって規定される、或いは更に機関回転速度等を考慮して規定される負荷条件が、例えば、循環供給ガス（上述したように、好適には出側ＥＧＲガス）の少なくとも一部が冷却ガスにより構成されることによって実践上の不具合が顕在化し得る程度に燃焼温度が低くなり易い負荷領域等として規定される低負荷領域に該当する場合には、第２のＥＧＲ通路と第３のＥＧＲ通路との連通が厳密に或いは実質的に遮断され、且つ冷却通路と吸気系との連通が厳密に或いは実質的に遮断される。即ち、入り側ＥＧＲガスは厳密に或いは実質的に第１のＥＧＲガスにより構成され、循環供給ガスは、厳密に或いは実質的にバイパスガスにより構成される。既に述べたように、第１のＥＧＲガスは第２のＥＧＲガスと較べて高温であり、またバイパスガスは冷却ガスと較べて高温であるから、この態様によれば、燃焼温度が相対的に低い低負荷領域において、循環供給ガスの温度を可及的に高温に維持することができる。即ち、失火及び燃焼性能の低下が回避される。

制御装置を備える本発明に係るＥＧＲ装置の他の態様では、前記運転条件として前記負荷条件が所定の高負荷領域に該当する場合に、前記第１のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通が遮断されるように前記第１の切り換え手段を制御し、且つ前記バイパス通路と前記吸気系との連通が遮断されるように前記第２の切り換え手段を制御する。

この態様によれば、例えば、アクセル開度や噴射量等によって規定される、或いは更に機関回転速度等を考慮して規定される負荷条件が、例えば、循環供給ガス（上述したように、好適には出側ＥＧＲガス）の少なくとも一部がバイパスガスであることによって実践上の不具合が顕在化し得る程度に燃焼温度が高くなり易い負荷領域等として規定される高負荷領域に該当する場合には、第１のＥＧＲ通路と第３のＥＧＲ通路との連通が厳密に或いは実質的に遮断され、且つバイパス通路と吸気系との連通が厳密に或いは実質的に遮断される。即ち、入り側ＥＧＲガスは厳密に或いは実質的に第２のＥＧＲガスにより構成され、循環供給ガスは、厳密に或いは実質的に冷却ガスにより構成される。既に述べたように、第２のＥＧＲガスは第１のＥＧＲガスと較べて低温であり、また冷却ガスはバイパスガスと較べて低温であるから、この態様によれば、燃焼温度が相対的に高い高負荷領域において、循環供給ガスの温度を可及的に低温に維持することができる。即ち、エミッションが低減される。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。尚、図１は、エンジンシステム１０を上方から見下ろした上面模式図である。

図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００、エンジン２００及びＥＧＲ装置３００を備える。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するＥＧＲ制御を実行することが可能に構成されている。

エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、エンジン２００の外郭を規定するシリンダヘッド２０１及び図示せぬシリンダブロックの内部に、４本のシリンダ２０２が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる爆発（膨張）が、不図示のピストンの往復運動を生じさせ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。

尚、本実施形態に係るエンジン２００は、シリンダ２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、個々のシリンダ２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ２０２についてのみ説明することとする。

シリンダ２０２内における混合気の燃焼に際し、外部から吸入された空気は、図示せぬクリーナを通過した後、吸気管２０３に導かれる。吸気管２０３には、吸気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ２０４が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ２０４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ２０５から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ２０４を境にした吸気管２０３の上流部分と下流部分とを遮断する全閉位置から、全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。尚、エンジン２００は、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸気量を基準とした燃料噴射制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２０４を介して吸入される新気の量に実質的な制限はなく、ディーゼルスロットルバルブ２０４は、エンジン２００の動作期間において、基本的に全開位置（図示するディーゼルスロットルバルブ２０４の位置が全開位置に相当する）に制御される。

ディーゼルスロットルバルブ２０４下流側には、各シリンダについて共通に設置された吸気マニホールド２０６が設置されている。吸気マニホールド２０６に導かれた吸気は、更に各シリンダについて独立に設けられた吸気ポート２０７に導かれ、吸気ポート２０７とシリンダ内部とを連通させることが可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時にシリンダ２０２内に吸入される。シリンダ２０２内には、筒内直噴型のインジェクタ２０８から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各シリンダ内部で、吸入された空気（以下、「吸気」と略称する）と混合され、上述した混合気となる。

エンジン２００において、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して高圧ポンプ２０９に圧送される構成となっている。高圧ポンプ２０９は、コモンレール２１０に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプ２０９は、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。

コモンレール２１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ２０９側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２１０には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したインジェクタ２０８は、シリンダ２０２毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ２１１を介してコモンレール２１０に接続されている。

ここで、インジェクタ２０８の構成について補足すると、インジェクタ２０８は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２１０の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２１０より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。尚、このような構成は一例であり、例えば、燃料噴射プロセスそのものが電子制御化（即ち、圧力を媒体とすることなく燃料を噴射する）されていてもよい。

ここで、インジェクタ２０８によれば、燃料の噴射量を精細に制御することが可能であり、エンジン２００では、個々のシリンダ２０２において、インジェクタ２０８を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃料と吸気との予混合を促進するための（無論、燃焼室内の急激な温度上昇を防止する目的もある）一又は複数のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。また、燃料と吸気との予混合を十分に行わしめるために、エンジン２００の圧縮比は、この種の予混合がなされない機関と較べて低く設計されている。即ち、エンジン２００は、低圧縮比型のディーゼルエンジンである。尚、低圧縮比を実現する構成は、特に限定されず、エンジン２００として一の圧縮比のみが実現されてもよいし、シリンダ２０２内のピストンの作動態様を変化させる等して圧縮比が可変とされていてもよい。

尚、高圧ポンプ２０９、コモンレール２１０、高圧デリバリ２１１、及びインジェクタ２０８は、一体としてコモンレールシステムとして構成されていてもよい。また、高温高圧のシリンダ内に燃料を噴射するための態様は、ここに例示するものに限定されず、公知の各種態様を採ってよい。

上述した混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ（不図示）の開弁時に排気ポート２１２を介して排気マニホールド２１３に導かれる構成となっている。この排気マニホールド２１３は、排気管２１４に連通しており、排気の大部分は、この排気管２１４に導かれる構成となっている。

尚、排気管２１４には、不図示のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が設置されている。ＤＰＦは、エンジン２００から排出されるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集可能且つ浄化可能に構成されている。また、シリンダ２０２を収容するシリンダブロック及びシリンダヘッド２０１の内部には、ＬＬＣ等の冷却水を循環供給するためのウォータジャケットが配設されており、当該冷却水が循環供給されることによって、シリンダ２０２を含むエンジン２００全体を冷却可能に構成されている。この冷却水の温度は、不図示の水温センサにより検出され、水温センサと電気的に接続されたＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で把握される構成となっている。

また、エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００には、図示する以外にも、エンジン２００の、或いはエンジン２００が搭載される車両の運転条件を規定する各種の指標値が、各指標値について設置された各種のセンサ（不図示）を介して電気的に入力される構成となっている。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の機関回転速度ＮＥをＮＥセンサから、またアクセルペダルの開度（即ち、アクセル開度）をアクセルポジションセンサから取得することが可能に構成されている。

尚、本実施形態において、エンジン２００はディーゼルエンジンとして構成されるが、本発明に係る内燃機関は、ガソリン或いはアルコールを燃料とする、且つ多種多様な気筒配列及び燃焼形態を有する各種エンジンであってもよい。また、図１においては図示が省略されるが、排気管２１４と、ディーゼルスロットルバルブ２０４よりも下流側（即ち、吸気マニホールド側）且つ後述する第３ＥＧＲパイプ３３０の合流位置上流側における吸気管２０３（図１では、紙面の都合上ほとんどスペースが存在しないが、実際には十分なスペースが存在する）とは、排気側にタービンを、また吸気側にコンプレッサを有するターボチャージャにより結合されており、新気を大気圧以上の圧力で吸気管２０３に導く（即ち、過給することが）可能となっている。

次に、ＥＧＲ装置３００について説明する。ＥＧＲ装置３００は、主として第１ＥＧＲパイプ３１０、第２ＥＧＲパイプ３２０、第３ＥＧＲパイプ３３０、第１バルブ機構３４０、第２バルブ機構３５０及びＥＧＲバルブ３６０を備え、排気の一部を吸気管２０３に循環させることが可能に構成された、本発明に係る「内燃機関のＥＧＲ装置」の一例である。尚、吸気管２０３は、本発明に係る「吸気系」の一例である。

第１ＥＧＲパイプ３１０は、一端部が排気マニホールド２１３に接続され、その内部が排気マニホールド２１３に連通する中空且つ金属製の配管であり、本発明に係る「第１のＥＧＲ通路」の一例である。第１ＥＧＲパイプ３１０の他端部は、第１バルブ機構３４０に接続され、その内部が第１バルブ機構３４０に連通する構成となっている。

第２ＥＧＲパイプ３２０は、一端部が第１ＥＧＲパイプ３１０とは異なる位置において排気マニホールド２１３に接続され、その内部が排気マニホールド２１３に連通する金属製の配管であり、本発明に係る「第２のＥＧＲ通路」の一例である。第２ＥＧＲパイプ３２０の他端部は、第１ＥＧＲパイプ３１０と同様に、第１バルブ機構３４０に接続され、その内部が第１バルブ機構３４０に連通する構成となっている。また、第２ＥＧＲパイプ３２０は、シリンダヘッド２０１の内部を各シリンダの配列方向に沿って貫通している（図示破線表示部分参照）。既に述べたように、シリンダヘッド２０１内部には、ウォータジャケットが配設され、冷却水が循環供給されている。従って、第２ＥＧＲパイプ３２０内に導かれた排気（即ち、本発明に係る「第２のＥＧＲガス」の一例である）は、第１ＥＧＲパイプ３１０内に導かれる排気（即ち、本発明に係る「第１のＥＧＲガス」の一例である）と較べて冷却された状態で第１バルブ機構３４０に供給される構成となっている。尚、第２ＥＧＲパイプ３２０に係る排気の取り出し口は、第１ＥＧＲパイプ３１０と共有されていてもよい。

第３ＥＧＲパイプ３３０は、一端部が気密結合用のフランジ（符号省略）を介して第１バルブ機構３４０と接続され、且つその内部が第１バルブ機構３４０に連通する中空且つ金属製の配管であり、本発明に係る「第３のＥＧＲ通路」の一例である。このように、第３ＥＧＲパイプ３３０は、第１バルブ機構３４０を介して間接的に第１及び第２ＥＧＲパイプと連通する構成となっている。また、第３ＥＧＲパイプ３３０の他端部は、ディーゼルスロットルバルブ２０４下流側において吸気管２０３に接続されており、その内部で吸気管２０３と連通する構成となっている。尚、第３ＥＧＲパイプ３３０と吸気管２０３との接続位置を、これ以降適宜「循環位置」と称することとする。

尚、第３ＥＧＲパイプ３３０は、上流側パイプ３３１、中央パイプ３３２及び下流側パイプ３３３の三ブロックに分割されており、各々隣接するブロック同士が気密結合用のフランジ（符号省略）により連結されているが、その詳細な構成については後述する。

第１バルブ機構３４０は、第１及び第２ＥＧＲパイプと上流側パイプ３３１との連通状態（即ち、本発明に係る「第１の連通状態」の一例）を段階的に可変に制御することが可能に構成された電気駆動式の開閉弁装置である。第１バルブ機構３４０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の制御により当該連通状態を制御することが可能に構成される。第１バルブ機構３４０の詳細な構成については後述する。

第２バルブ機構３５０は、後述する冷却通路３３４及びバイパス通路３３５と下流側パイプ３３３との連通状態（即ち、本発明に係る「第２の連通状態」の一例）を連続的に可変に制御することが可能に構成された電気駆動式の開閉弁装置である。第２バルブ機構３５０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の制御により当該連通状態を制御することが可能に構成される。第２バルブ機構３５０の詳細な構成については後述する。

ＥＧＲバルブ３６０は、下流側パイプ３３３に設置され、開閉状態に応じて、上述した循環位置において吸気管２０３に循環供給される後述するＥＧＲガス（即ち、上述した「循環供給ガス」の一例）の量を可変に制御することが可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＧＲバルブ３６０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度はＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。

ここで、図２を参照し、第３ＥＧＲパイプ３３０及びその周辺の詳細な構成を説明する。ここに、図２は、第３ＥＧＲパイプ３３０周辺部分の模式的な断面図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、上流側パイプ３３１は、第１ＥＧＲパイプ３１０及び第２ＥＧＲパイプ３２０を夫々介して導かれた排気を、第１バルブ機構３４０を介して間接的に集約する配管部分である。上流側パイプ３３１において集約された排気は、本発明に係る「第３のＥＧＲガス」の一例たるＥＧＲガスとして中央パイプ３３２に供給される。尚、上流側パイプ３３１に存在するＥＧＲガスは、上述した「入り側ＥＧＲガス」の一例であり、これ以降適宜当該名称を併用して説明を継続することとする。

中央パイプ３３２は、入り側ＥＧＲガスの循環経路を選択するための配管部分である。中央パイプ３３２には、本発明に係る「冷却通路」の一例たる冷却通路３３４と、本発明に係る「バイパス通路」の一例たるバイパス通路３３５とが形成されている。冷却通路３３４には、ＥＧＲクーラ３３６（即ち、本発明に係る「冷却手段」の一例）が設置されている。ＥＧＲクーラ３３６は、中空且つ金属製の管状部材で構成されると共に、上述したエンジン２００の冷却水循環系統を利用した、ＥＧＲガスの冷却装置であり、その外周部には不図示の冷却水配管が張り巡らされている。この冷却水配管には、不図示のインレットパイプから冷却水が流入する構成となっており、また図示せぬアウトレットパイプへ排出される構成となっている。冷却水配管を冷却水が循環供給される過程で、ＥＧＲクーラ３３６内を通過するＥＧＲガスは冷却される。バイパス通路３３５は、このＥＧＲクーラ３３６が設けられた冷却通路３３４をバイパスする通路であり、バイパス通路３３５を流れるＥＧＲガスは実質的には何ら冷却されない。冷却通路３３４及びバイパス通路３３５は、第２バルブ機構３５０に接続され、第２バルブ機構３５０を介して下流側パイプ３３３に連通している。また、冷却通路３３４及びバイパス通路３３５は、下流側パイプ３３３において合流している。即ち、本実施形態では、冷却通路３３４とバイパス通路３３５との合流位置において混合されたＥＧＲガス（即ち、上述した「出側ＥＧＲガス」の一例であり、以下適宜当該名称を併用する）は、循環位置において最終的に吸気管２０３に供給されるＥＧＲガス（即ち、上述した「循環供給ガス」の一例）と等価である（ＥＧＲバルブ３６０による流量変化は除く）。

下流側パイプ３３３は、第２バルブ機構３５０及び吸気管２０３に夫々連通し、第２バルブ機構３５０を介して供給される出側ＥＧＲガスを吸気管２０３に還流させるための配管部分である。

第１バルブ機構３４０は、入り側ＥＧＲガスにおける、第１ＥＧＲパイプ３１０を介して供給される排気と第２ＥＧＲパイプを介して供給される排気との比率γ１を段階的に可変に制御することが可能に構成されている。第１バルブ機構３４０は、弁体３４１及び駆動装置３４２を備え、弁体３４１の開閉状態に応じて、第１ＥＧＲパイプ３１０と上流側パイプ３３１との連通状態（即ち、本発明に係る「第１の連通状態」の一例）、及び第２ＥＧＲパイプ３２０と上流側パイプ３３１との連通状態（即ち、本発明に係る「第１の連通状態」の他の一例）を制御することが可能に構成された、本発明に係る「第１の切り換え手段」の一例である。

弁体３４１は、回転軸を中心として図示矢線方向に回動可能に支持されてなる板状の部材であり、本発明に係る「第１のバルブ」の一例である。弁体３４１は、その開閉状態を規定する弁体位置として、第２ＥＧＲパイプ３２０からの排気の流入を遮断する第１の遮断位置と、第１ＥＧＲパイプ３１０からの排気の流入を遮断する第２の遮断位置、及びいずれの通路からも圧損を可及的に低下した状態で排気を流入させることが可能な水平位置（図示する弁体３４１の位置が水平位置に相当する）の三種類の弁体位置を採ることが可能に構成される。

駆動装置３４２は、モータ、当該モータを駆動する駆動系及び当該モータから出力されるモータトルクの伝達機構等を含む電気アクチュエータである。この駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、モータトルクは、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。このモータトルクは、伝達機構を介して弁体３４１に伝達される構成となっており、弁体３４１は、このモータトルクによって上述した三種類の弁体位置のいずれかに位置制御される構成となっている。尚、第１バルブ機構３４０では、単一の弁体３４１の開閉状態に応じて、第１ＥＧＲパイプ３１０と上流側パイプ３３１との連通状態及び第２ＥＧＲパイプ３２０と上流側パイプ３３１との連通状態が、相互に相関しつつ変化する構成を有している。より具体的には、第１ＥＧＲパイプ３１０と上流側パイプ３３１との連通面積の増加及び減少が、夫々第２ＥＧＲパイプ３２０と上流側パイプ３３１との連通面積の減少及び増加に対応する。

また、第１バルブ機構３４０は、第１ＥＧＲパイプ３１０と連通する第１入力ポート３４３及び第２ＥＧＲパイプ３２０と連通する第２入力ポート３４４を備える。即ち、弁体３４１の位置として、第１の遮断位置が選択された場合には、第２入力ポート３４４と上流側パイプ３３１との連通が遮断され、第２の遮断位置が選択された場合には、第１入力ポート３４３と上流側パイプ３３１との連通が遮断される構成となっている。

第２バルブ機構３５０は、冷却通路３３４を通過するＥＧＲガス（即ち、上述した「冷却ガス」の一例であり、以下、適宜当該名称を併用する）と、バイパス通路３３５を通過するＥＧＲガス（即ち、上述した「バイパスガス」の一例であり、以下、適宜当該名称を併用する）との比率γ２を連続的に可変に制御することが可能に構成されている。第２バルブ機構３５０は、弁体３５１、及び駆動装置３５２を備え、弁体３５１の開閉状態に応じて、冷却通路３３４と下流側パイプ３３３との連通状態（即ち、本発明に係る「第２の連通状態」の一例）、及びバイパス通路３３５と下流側パイプ３３３との連通状態（即ち、本発明に係る「第２の連通状態」の他の一例）を制御することが可能に構成された、本発明に係る「第２の切り換え手段」の一例である。

弁体３５１は、回転軸を中心として図示矢線方向に回動可能に支持されてなる板状の部材であり、本発明に係る「第２のバルブ」の一例である。弁体３５１は、その開閉状態を規定する弁体位置が、バイパス通路３３５から下流側パイプ３３３へのＥＧＲガスの供給を遮断する第３の遮断位置と、冷却通路３３４から下流側パイプ３３３へのＥＧＲガスの供給を遮断する第４の遮断位置との間で連続的に可変に制御される構成を有している。尚、弁体３５１の図示する弁体位置は、第３の遮断位置と第４の遮断位置との中間位置に相当し、バイパスガスと冷却ガスとの流量比率が１：１となる弁体位置を表している。尚、弁体３５１が中間位置にある場合の当該流量比率は一義的ではなく、本実施形態では、この場合に流量比率が１：１となるように、冷却通路３３４及びバイパス通路３３５の物理状態が決定されているに過ぎない。

駆動装置３５２は、モータ、当該モータを駆動する駆動系及び当該モータから出力されるモータトルクの伝達機構等を含む電気アクチュエータである。この駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、モータトルクは、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。このモータトルクは、伝達機構を介して弁体３５１に伝達される構成となっており、弁体３５１は、このモータトルクの増減制御により、その弁体位置が連続的に制御される構成となっている。尚、第２バルブ機構３５０では、単一の弁体３５１の開閉状態に応じて、冷却通路３３４と下流側パイプ３３３との連通状態及びバイパスパイプ３３５と下流側パイプ３３３との連通状態が、相互に相関しつつ変化する構成を有している。より具体的には、冷却通路３３４と下流側パイプ３３３との連通面積の増加及び減少が、夫々バイパス通路３３５と下流側パイプ３３３との連通面積の減少及び増加に対応する。

尚、第１バルブ機構３４０及び第２バルブ機構３５０共に、弁体位置と各通路間の連通状態或いは各ガスの流量比率との相互関係は、各通路の物理構成（形状、内径、材質及び三次元的な配置態様）等に応じて、スペース上の制約により許容される範囲で自由に設定可能である。

＜実施形態の動作＞
エンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００がＥＧＲ装置３００の動作状態を制御すべくＥＧＲ制御を実行する。ここで、図３を参照し、本実施形態の動作について説明する。ここに、図３は、ＥＧＲ制御のフローチャートである。

図３において、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の噴射量Ｑを取得する（ステップＳ１０１）。

エンジンシステム１０において、噴射量Ｑは、アクセル開度と機関回転速度ＮＥとにより一義に決定される。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、予めアクセル開度及び機関回転速度ＮＥをパラメータとし、これら各パラメータの組み合わせに噴射量Ｑを対応付けてなる二次元マップが格納されており、ＥＣＵ１００は、アクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度とＮＥセンサにより検出される機関回転速度ＮＥとに応じて、一の噴射量Ｑを当該マップから選択的に取得することにより噴射量Ｑを決定する。この決定された噴射量Ｑは、上述したインジェクタ２０８の駆動制御に供される。このように、ＥＣＵ１００は、噴射量Ｑをエンジン２００の動作期間中一定の周期で繰り返し決定しており、ステップＳ１０１に係る処理においては、最新の噴射量Ｑが取得される。尚、噴射量Ｑは、本発明に係る「負荷条件」を規定する指標値の一例であり、噴射量Ｑに基づいたＥＣＵ１００の制御は、即ち、本発明に係る「制御手段」の動作の一例である。

噴射量Ｑが取得されると、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの導入態様を選択する（ステップＳ１０２）。導入態様が決定されると、ＥＣＵ１００は、決定された導入態様に従って第１バルブ機構３４０及び第２バルブ機構３５０を制御する（ステップＳ１０３）。各バルブ機構の駆動制御が終了すると、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻し、一連の処理を繰り返す。ＥＧＲ制御は、以上の如くに進行する。

ここで、図４を参照し、図３のステップＳ１０２の処理に係る、ＥＧＲガスの循環経路の選択態様について説明する。ここに、図４は、負荷条件と各バルブ機構の動作状態との対応関係を説明する表である。

図４において、左端の項目はエンジン２００の負荷条件（即ち、本実施形態では噴射量Ｑ）を表しており、上段から順に低負荷、中負荷及び高負荷となっている。この低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域は、夫々噴射量が相対的に少ない領域、中間の領域、及び多い領域に対応している。尚、低負荷、中負荷及び高負荷の各負荷領域を規定する噴射量の値は、必ずしも固定値でなくてもよく、例えば機関回転速度ＮＥに応じて可変な値であってもよい。図４では、これら負荷条件に対応するように、第１及び第２バルブ機構の動作状態（即ち、各弁体の位置）が示されている。

図４において、負荷条件が低負荷領域に該当する場合（上段参照）、ＥＣＵ１００は、第１バルブ機構３４０の弁体３４１の弁体位置を、上述した第１の遮断位置に制御する。また、ＥＣＵ１００は、第２バルブ機構３５０の弁体３５１の弁体位置を、上述した第４の遮断位置に制御する。

ここで、図５を参照し、低負荷領域における各バルブ機構の動作状態について視覚的に説明する。ここに、図５は、低負荷領域におけるＥＧＲ装置３００の動作模式図である。尚、同図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付して、その説明を適宜省略することとする。

図５において、弁体３４１の弁体位置が第１の遮断位置に制御され、且つ弁体３５１の弁体位置が第４の遮断位置に制御された状態が示される。この状態では、第２入力ポート３４４と上流側パイプ３３１との連通が弁体３４１により遮断されるため、第２ＥＧＲパイプ３２０を介した排気の流れは遮断され、上流側パイプ３３１に導かれる排気は、実質的に第１ＥＧＲパイプ３１０から第１入力ポート３４３を介して導かれた排気のみとなる。また、中央パイプ３３２に導かれた入り側ＥＧＲガスは、弁体３５１によって冷却通路３３４への流入が遮断され（但し、冷却通路３３４に一定量のＥＧＲガスは滞留する）、ほぼ全量がバイパス通路３３５を通過し、出側ＥＧＲガスとして下流側パイプ３３３に供給される。このようなＥＧＲガスの流れが、図示白抜き矢線として表される。

このような状態では、ＥＧＲガスは、伝達経路上の損失を除けば、排気マニホールド２１３から取り出されたまま冷却されることはなく、その温度がほぼ排気温と等しい高温の状態で下流側パイプ３３３に供給される。従って、ＥＧＲバルブ３６０の開度が一定且つ吸入される新気の量が一定であれば顕著に、またそうでないとした所で多くの場合少なくとも幾らかなり吸気温の上昇が促され、エンジン２００の燃焼温度の上昇が促進される。低負荷領域では、燃焼温度が総じて低く、燃焼性能の低下及び失火が生じ易いが、このように可及的に高温のＥＧＲガスが吸気管２０３に循環供給されることによって、少なくとも実践上の不具合が顕在化しかねない程度に燃焼性能が低下する事態が防止される。

また、図４において、負荷条件が高負荷領域に該当する場合（下段参照）、ＥＣＵ１００は、第１バルブ機構３４０の弁体３４１の弁体位置を、上述した第２の遮断位置に制御する。また、ＥＣＵ１００は、第２バルブ機構３５０の弁体３５１の弁体位置を、上述した第３の遮断位置に制御する。

ここで、図６を参照し、高負荷領域における各バルブ機構の動作状態について視覚的に説明する。ここに、図６は、高負荷領域におけるＥＧＲ装置３００の動作模式図である。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符号を付して、その説明を適宜省略することとする。

図６において、弁体３４１の弁体位置が第２の遮断位置に制御され、且つ弁体３５１の弁体位置が第３の遮断位置に制御された状態が示される。この状態では、第１入力ポート３４３と上流側パイプ３３１との連通が弁体３４１により遮断されるため、第１ＥＧＲパイプ３１０を介した排気の流れは遮断され、上流側パイプ３３１に導かれる排気は、実質的に第２ＥＧＲパイプ３２０から第２入力ポート３４４を介して導かれた排気のみとなる。また、中央パイプ３３２に導かれた入り側ＥＧＲガスは、弁体３５１によってバイパス通路３３５への流入が遮断され（但し、バイパス通路３３５に一定量のＥＧＲガスは滞留する）、ほぼ全量が冷却通路３３４を通過し、出側ＥＧＲガスとして下流側パイプ３３３に供給される。このようなＥＧＲガスの流れが、図示白抜き矢線として表される。

このような状態では、ＥＧＲガスは、排気マニホールド２１３から取り出される高温の排気が、シリンダヘッド２０１内部を通過する過程で冷却され、且つ入り側ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３３６により更に冷却されることに起因して、その温度が十分に低下した状態で下流側パイプ３３３に供給される。従って、ＥＧＲバルブ３６０の開度が一定且つ吸入される新気の量が一定であれば明らかに且つ大きく、またそうでないとした所で多くの場合少なくとも幾らかなり、吸気温の低下が促され、エンジン２００の燃焼温度の上昇が抑制される。高負荷領域では、燃焼温度が総じて高く、エミッションの悪化（顕著にはＮＯｘ排出量の増加）が生じ易いが、このように可及的に低温のＥＧＲガスが吸気管２０３に循環供給されることによって、少なくとも実践上の不具合が顕在化しかねない程度に燃焼温度が上昇する事態は防止される。

ここで、図４において、負荷条件が中負荷領域に該当する場合（中段参照）、ＥＣＵ１００は、第１バルブ機構３４０の弁体３４１の位置、及び第２バルブ機構３５０の弁体３５１の位置を、ＥＧＲガスの要求量及び要求温度に応じて可変に制御する。尚、本実施形態において「中負荷領域」とは、高負荷領域（即ち、燃焼温度が高温である）にも低負荷領域（即ち、燃焼温度が低温である）にも該当しない領域の全てを含む趣旨であり、最適な（この場合、「最適」とは、例えば失火を招くことなくエミッションの悪化を可及的に抑制すること等を指す）ガス温が、エンジン２００の各種運転条件及び環境条件に応じてその都度異なる運転領域を指す。言い換えれば、ＥＧＲガスの温度に係る精細且つ頻繁な制御が必要となる運転領域を指す。従って、中負荷領域においては、各バルブ機構の駆動態様は一義に決定されない。

ここで、図７を参照し、中負荷領域における各バルブ機構の動作状態の一例について視覚的に説明する。ここに、図７は、中負荷領域におけるＥＧＲ装置３００の動作模式図である。尚、同図において、図５と重複する箇所には同一の符号を付して、その説明を適宜省略することとする。

図７において、中負荷領域における各バルブ機構の動作状態の一例として、第１バルブ機構３４０の弁体３４１の位置が上述した水平位置に制御され、且つ第２バルブ機構３５０の弁体３５１の位置が上述した中間位置に制御された様子が示される。この状態では、第１入力ポート３４３及び第２入力ポート３４４が、夫々圧損が可及的に低下した状態で上流側パイプ３３１と連通するため、第１ＥＧＲパイプ３１０を介した排気及び第２ＥＧＲパイプ３２０を介した排気が、各々実質的な阻害を受けることなく上流側パイプ３３１に導かれる。このため、当該水平位置においては、第１及び第２ＥＧＲパイプを介して、排気が最大限に上流側パイプ３３１に供給される。従って、上流側パイプ３３１に導かれる入り側ＥＧＲガスの総量は、上述した低負荷領域及び高負荷領域のそれと較べて顕著に大きくなる。例えば、第１ＥＧＲパイプ３１０と第２ＥＧＲパイプとの間で、各々の物理状態（例えば、形状、材質、内径及び三次元的配置態様等）に起因する圧損（即ち、排気抵抗）に有意な差がなければ、入り側ＥＧＲガスの総量は、概ね２倍となり得る。また、この場合、入り側ＥＧＲガスの温度は、入り側ＥＧＲガスをバッファする領域としての上流側パイプ３３１が実践上十分な大きさ（顕著には、長さ）を有していれば、低負荷領域及び高負荷領域における当該温度を平均した程度の値に収束する。

尚、弁体３４１の位置を水平位置に制御した場合の、入り側ＥＧＲガスの総量及び温度が所望の値となるように、予め第１ＥＧＲパイプ３１０及び第２ＥＧＲパイプ３２０における上記物理構成を設定しておくことも可能である。また、第１バルブ機構３４０は、弁体３４１の位置として第１の遮断位置、第２の遮断位置及び水平位置の三種類しか採らない構成であるが、例えば第２バルブ機構３５０と同様に、弁体３４１の位置が所定の可動範囲内で連続的に制御されてもよく、その場合、入り側ＥＧＲガスの総量及びその温度は、これらの相互間の関係は一義的であるにせよ少なくともその組み合わせとして可変となり、実践上有益である。

一方、図７において、中央パイプ３３２に導かれた入り側ＥＧＲガスは、弁体３５１の位置が中間位置に制御されることにより、冷却通路３３４及びバイパス通路３３５に等しく流入し、出側ＥＧＲガスに対する冷却ガス及びバイパスガス各々の比率γ２は、概ね５０％程度（即ち、相対比率で言えば１：１近傍）となる。このようなＥＧＲガスの流れが、図示白抜き矢線として表される。

このような状態では、入り側ＥＧＲガスの一部は、ＥＧＲクーラ３３６により冷却され、他の一部はバイパス通路３３５を通過して冷却されずに、夫々下流側パイプ３３３に導かれる。従って、ＥＧＲガスの温度は、図７に示す例では、図５及び図６に相当する状態におけるガス温を平均した程度の値となる。

ここで、本実施形態に係るＥＧＲ装置３００に対する比較例として、例えば第１ＥＧＲパイプ３１０及び第２ＥＧＲパイプ３２０のうち一方に相当する通路を有さない、或いは両方有していたとして第１バルブ機構３４０に相当する切り換え手段を有さない等の理由により、入り側ＥＧＲガスの温度が一定、且つその量が不変である構成を考えると、ＥＧＲガスの温度は、実質的に第２バルブ機構３５０の駆動制御を介して調整する他ない。第２バルブ機構３５０の弁体３５１の位置は、その可動範囲内で連続変化し得るが、実践的にみれば、ＥＧＲガスの温度を、燃焼温度を実践上何らの不具合も生じさせることなく制御し得る程度に精細に制御することは困難である。また、入り側ＥＧＲガスの総量は変化しないから、吸気管２０３に循環供給されるＥＧＲガスの量は、ＥＧＲバルブ３６０の駆動制御を介して調整する他ない。従って、顕著にはその最大量が不足し易い。

その点、本実施形態に係るＥＧＲ装置３００によれば、第１ＥＧＲパイプ３１０及び第２ＥＧＲパイプ３２０の二系統から排気を供給可能であり、また、各々の系統と第３ＥＧＲパイプ３３０との連通状態を切り換える第１バルブ機構３４０を備える。これらにＥＧＲガスとして排気を供給する排気マニホールド２１３が実践上十分な量の排気を保持していることに鑑みれば、第１ＥＧＲパイプ３１０を流れる排気及び第２ＥＧＲパイプ３２０を流れる排気のうち一方の量が他方の量に実践上看過し得ない影響を及ぼすことはなく、弁体３４１の開閉状態が制御されることにより、ＥＧＲ装置３００では、入り側ＥＧＲガス３００の量が、比較例と同等な量からと概ねその２倍程度の量まで可変となり得る。従って、大量のＥＧＲガスが要求される燃焼形態を有する内燃機関（本実施形態に係るエンジン２００の低圧縮比による予混合を行う点において、その種に該当する）においては顕著に、またそうでないにしろ比較例と比べれば幾らかなり、ＮＯｘ排出量の低減によるエミッションの低減が可能である。

また、第１及び第２ＥＧＲパイプのいずれか一方が使用された場合、夫々におけるＥＧＲガスの温度は異なるため、特に、第２バルブ機構３５０の弁体３５１の位置が第３の遮断位置に制御された場合の出側ＥＧＲガスの温度は、比較例に係る構成が第２ＥＧＲパイプ３２０を有さなければ（即ち、排気を直接導く構成しか有さなければ）、比較例よりも低温側の値を採り得、出側ＥＧＲガスの温域が拡大する。また、比較例に係る構成が第１ＥＧＲパイプ３１０を有さなければ（即ち、排気を冷却してから導く構成しか有さなければ）、第２バルブ機構３５０の弁体３５１の位置が第４の遮断位置に制御された場合の出側ＥＧＲガスの温度は、比較例よりも高温側の値を採り得、出側ＥＧＲガスの温域が拡大する。即ち、ＥＧＲ装置３００においては、少なくとも高温側又は低温側に出側ＥＧＲガスの温域が拡大される。

また、このような温域の拡大に加え、弁体３４１及び弁体３５１の位置制御によって、ＥＧＲ装置３００では、出側ＥＧＲガスの温度を精細に制御可能である。例えば、入り側ＥＧＲガスを第１ＥＧＲパイプ３１０を介して導かれる相対的に高温の排気のみで構成しつつ、冷却通路３３４（即ち、相対的に低温側の通路）のみを通過させる、或いは入り側ＥＧＲガスを第２ＥＧＲパイプ３２０を介して導かれる相対的に低温の排気のみで構成しつつ、バイパス通路３３５（即ち、相対的に低温側の通路）のみを通過させる、等の制御によって入り側ＥＧＲガスの温度を上述した温域内で可変に制御することにより、出側ＥＧＲガスの温度の制御精度が向上する。また、入り側ＥＧＲガスを第１ＥＧＲパイプ３１０を介して導かれる排気及び第２ＥＧＲパイプ３２０を介して導かれる排気の双方で構成したとしても（本実施形態では、この場合、ガス量は増大する）、ＥＧＲバルブ３６０の開度を減少させれば、最終的に吸気管２０３に循環供給されるＥＧＲガス量を一定に維持することも可能である。この場合、入り側ＥＧＲガスの温度は、相対的に中間の温度となり、第２バルブ機構３５０による最終的な温度調整に供すべき入り側ＥＧＲガスの温度の選択肢が増えるから、出側ＥＧＲガスの温度をより高精度に制御することも可能である。

このように、ＥＧＲ装置３００では、最終的に吸気管２０３に供給されるＥＧＲガスの温度を制御する手段として、第１バルブ機構３４０、第２バルブ機構３５０及びＥＧＲバルブ３６０を有しており、また、最終的に吸気管２０３に供給されるＥＧＲガスの量を制御する手段として、第１バルブ機構３４０及びＥＧＲバルブ３６０を有しており、それらの制御状態を適宜に組み合わせることによって（即ち、作用としては、排気マニホールド２１３から吸気管２０３に至る排気（ＥＧＲガス）の供給経路（その配分を含む）として複数の態様を実現することによって）、循環供給ガス（本実施形態では出側ＥＧＲガスと等価）の温度及び量を好適に制御することが可能となるのである。

尚、本実施形態では、本発明に係る「第３のＥＧＲ通路」の一例として、各々がフランジによって連結される上流側パイプ３３１、中央パイプ３３２及び下流側パイプ３３３から構成される第３ＥＧＲパイプ３３０が示されるが、このような構成は一例に過ぎず、例えば第３ＥＧＲパイプ３３０に相当する部分が一体の管状部材として構成されていてもよい。また、本実施形態において、冷却通路３３４及びバイパス通路３３５は、下流側パイプ３３３において合流するように構成されるが、これら各々は、合流することなく吸気管２０３に接続されていてもよい。この場合、各々にＥＧＲバルブ３６０に相当する流量変更手段が設けられていてもよい。尚、この場合、出側ＥＧＲガスなる概念は消失し、最終的に吸気管２０３に循環供給されるＥＧＲガスとしての循環供給ガスは、相互に独立する冷却通路３３４及びバイパス通路３３５を介して循環位置において吸気管２０３に合流した各ガスの総体となる。このような場合であっても、基本的に上述した温域の拡大及並びに温度及び量の制御精度向上に係る利益は何ら問題なく担保される。

尚、上述した各バルブ機構の制御態様は、少なくともＥＧＲバルブ３６０を閉弁させない旨の運転条件（即ち、ＥＧＲガスをいくらかなり導入すべきものと判断される運転条件）におけるものであり、ＥＧＲガスを導入すべきか否か、即ち、ＥＧＲバルブ３６０の開度を如何に制御すべきかについては、別途の制御態様が存在してもよい。例えば、エンジン２００の始動時には、ＥＧＲバルブ３６０が閉弁され、ＥＧＲガスの導入自体が禁止されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関のＥＧＲ装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。 図１のエンジンシステムにおける、第３ＥＧＲパイプ周辺部分の模式的な断面図である。 図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行されるＥＧＲ制御のフローチャートである。 図１のエンジンシステムにおけるエンジンの負荷条件と各バルブ機構の動作状態との対応関係を説明する表である。 低負荷領域におけるＥＧＲ装置の動作模式図である。 高負荷領域におけるＥＧＲ装置の動作模式図である。 中負荷領域におけるＥＧＲ装置の動作模式図である。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…ＥＧＲ装置、３１０…第１ＥＧＲパイプ、３２０…第２ＥＧＲパイプ、３３０…第３ＥＧＲパイプ、３３１…上流側パイプ、３３２…中央パイプ、３３３…下流側パイプ、３３４…冷却通路、３３５…バイパス通路、３３６…ＥＧＲクーラ、３４０…第１バルブ機構、３５０…第２バルブ機構、３６０…ＥＧＲバルブ。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気の一部を第１のＥＧＲガスとして前記内燃機関の排気系から直接導く第１のＥＧＲ通路と、
   前記排気の一部を第２のＥＧＲガスとして前記内燃機関のシリンダヘッド内部を介して導く第２のＥＧＲ通路と、
   前記第１及び第２のＥＧＲ通路と連通し、且つ前記内燃機関の吸気系に前記第１及び第２のＥＧＲガスのうち少なくとも一方を含む第３のＥＧＲガスを循環供給可能に連通すると共に、該第３のＥＧＲガスを冷却可能な冷却手段が設けられた冷却通路と、該冷却通路をバイパスするバイパス通路とを備えてなる第３のＥＧＲ通路と、
   前記第１及び第２のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通状態たる第１の連通状態を切り換え可能な第１の切り換え手段と、
   前記冷却通路及び前記バイパス通路と前記吸気系との連通状態たる第２の連通状態を切り換え可能な第２の切り換え手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 前記第３のＥＧＲ通路における、前記冷却通路及び前記バイパス通路の各々の下流側に設けられ、前記第３のＥＧＲガスの流量を変更可能な流量変更手段を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 前記第１の切り換え手段は、開閉状態に応じて前記第１の連通状態を変化させることが可能な第１のバルブを含み、
   前記第２の切り換え手段は、開閉状態に応じて前記第２の連通状態を変化させることが可能な第２のバルブを含む
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関ＥＧＲ装置。
4. 前記内燃機関の運転条件に基づいて前記第１及び第２の連通状態が変化するように、前記第１及び第２の切り換え手段を制御する制御手段を更に具備する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
5. 前記制御手段は、前記運転条件として前記負荷条件が所定の低負荷領域に該当する場合に、前記第２のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通が遮断されるように前記第１の切り換え手段を制御し、且つ前記冷却通路と前記吸気系との連通が遮断されるように前記第２の切り換え手段を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
6. 前記制御手段は、前記運転条件として前記負荷条件が所定の高負荷領域に該当する場合に、前記第１のＥＧＲ通路と前記第３のＥＧＲ通路との連通が遮断されるように前記第１の切り換え手段を制御し、且つ前記バイパス通路と前記吸気系との連通が遮断されるように前記第２の切り換え手段を制御する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

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