JP2010255599A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ率の気筒間差を好適に低減する。
【解決手段】本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置（１０）は、複数の気筒（２０２）を有する内燃機関（２００）の排気系に接続され、該排気系から排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関の吸気系に供給可能に構成されるＥＧＲ通路（２１２）と、ＥＧＲ通路の先端側に配置されＥＧＲガスを貯留可能なＥＧＲサージタンク（２１６）と、先端側に配置されＥＧＲガスを複数の気筒夫々に供給可能なデリバリパイプ（２１８）と、ＥＧＲ通路の先端を選択的にデリバリパイプ側又はＥＧＲサージタンク側に接続可能な通路切り替え手段（２２１）と、ＥＧＲガスの供給の度合いが基準値を超える場合に、ＥＧＲ通路をＥＧＲサージタンク側（２１６）に接続するように通路切り替え手段を制御する制御手段（１００）とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を備えた内燃機関のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば特許文献１に開示された多気筒内燃機関がある。この多気筒内燃機関によれば、ＥＧＲガスサージタンクと吸気サージタンクとが別個に設けられることにより、ＥＧＲガスが吸気の脈動等の影響を受けることなく、各ＥＧＲ枝管を介して各気筒の燃焼室内に正確に分配（即ち再循環）可能とされている。

また、吸気管に設けられた第１及び第２バイパス通路夫々において、ＥＧＲガス用タンク及び新気用タンク、並びにそれらの流入及び流出する吸気量を調整する弁が備えられている圧縮着火内燃機関の燃焼切り替え制御システムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

更には、ＥＧＲ通路に、排気を一時貯溜するＥＧＲタンク、並びにＥＧＲ通路から排気通路側への排気の逆流を阻止する入口側逆止弁及び吸気通路からＥＧＲ通路への吸気の流入を阻止する出口側逆止弁が備えられている過給エンジンの排気還流装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１４５５４８号公報 特開２００６−２２０１１８号公報 特開２００５−１７１９６１号公報

この種のＥＧＲ装置においては、内燃機関が複数の気筒を備えている場合に、ＥＧＲガスが各気筒に均等に分配されずに、各気筒に流入するＥＧＲガスと吸気との割合（以下、適宜「ＥＧＲ率」と略称する）に偏りが生じる可能性がある。その結果、ＥＧＲ率の最も高い気筒とＥＧＲ率の最も低い気筒との差（即ち「ＥＧＲ率の気筒間差」）が大きくなり、トルク変動も大きくなり、内燃機関の不安定化や動力性能の低下を招く。そのような問題に対処すべく、各気筒のＥＧＲ率の均等化を図るデリバリパイプの利用が考えられる。

ところが、本願発明者の知るところによれば、デリバリパイプによってＥＧＲガスを分配しようとすると、内燃機関の高回転高負荷領域では、ＥＧＲガスの慣性力が強くなることによりＥＧＲガスの流量が変動することに起因して、各気筒に供給されるＥＧＲガス量も変化し、結局はＥＧＲ率の気筒間差が生じてしまう。即ち、上記特許文献に例示された従来の技術を含む旧来の技術思想では、ＥＧＲ率の気筒間差を十分に低減することが困難である技術的な問題点がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ率の気筒間差を好適に低減し得る内燃機関の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、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気系に接続され、該排気系から排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に供給可能に構成されるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の先端側に配置され前記ＥＧＲガスを貯留可能なＥＧＲサージタンクと、前記先端側に配置され前記ＥＧＲガスを前記複数の気筒夫々に供給可能なデリバリパイプと、前記ＥＧＲ通路の先端を選択的に前記デリバリパイプ側又は前記ＥＧＲサージタンク側に接続可能な通路切り替え手段と、前記ＥＧＲガスの供給の度合いが基準値を超える場合に、前記ＥＧＲ通路を前記ＥＧＲサージタンク側に接続するように前記通路切り替え手段を制御する制御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のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスの供給の度合い、例えばＥＧＲガスの供給量或いは供給速度が、基準値を超える場合には、例えばコントローラ等を備える制御手段による制御下で、例えば制御弁等を備える通路切り替え手段により、ＥＧＲ通路がＥＧＲサージタンク側に切り替えられる。ここに「基準値」とは、切り替え手段による切り替えをどう行うかを決める際の基準となる所定の値であり、予め固定値として設定されてもよいし、リアルタイム的に何らかのパラメータの値に応じて可変とされる関数値であってもよい。このような基準値は、ＥＧＲガスの供給がその値を超えるならばＥＧＲサージタンクを利用しないままだと或いは直接デリバリパイプ側にＥＧＲガスを流したのでは、ＥＧＲガスの慣性力により気筒間差が顕在化してしまう値として、実験的若しくは経験的に又はシミュレーション等により、固定値又は所定関数として設定すればよい。また「基準値を超える」とは、基準未満から基準値以上となる又は基準値より大きくなることを意味する。

このため、特にＥＧＲガスの供給の度合いが高い際に、構造的にＥＧＲ率の気筒間差が生じ易い内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲサージタンク側へＥＧＲガスを流す（即ちＥＧＲサージタンクを介して再循環させる）ことで、ＥＧＲ率の気筒間差を好適に低減できる。なお、ＥＧＲサージタンク側にＥＧＲガスを流す際に、デリバリパイプ側にＥＧＲガスが多少流れるように構成してもよいし、デリバリパイプ側にＥＧＲガスが全く流れないように構成してもよい。

他方で、ＥＧＲガスの供給の度合いが基準値を超えない場合には、制御手段による制御下で、通路切り替え手段により、ＥＧＲ通路がデリバリパイプ側に切り替えられる。このため、特にＥＧＲガスの供給の度合いが高くない際に、構造的にＥＧＲ率の気筒間差が問題とならない内燃機関のＥＧＲ装置において、デリバリパイプを利用する（即ちデリバリパイプを介して再循環させる）ことで、ＥＧＲ率を高めることが可能となる。なお、デリバリパイプ側にＥＧＲガスを流す際に、ＥＧＲサージタンク側にＥＧＲガスが多少流れるように構成してもよいし、ＥＧＲサージタンク側にＥＧＲガスが全く流れないように構成してもよい。

なお、ＥＧＲ通路の先端側（即ち吸気系に戻る側）において、デリバリパイプは、ＥＧＲサージタンクと単純に並列に配列されていてもよいし、デリバリパイプの一部がＥＧＲサージタンクに対して直列に配列されていてもよい。

これらの結果、ＥＧＲガスの供給の度合いの高低によらずに、内燃機関の安定化及び動力性能の向上が確実に担保されることが可能となる。

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。

本発明の第１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。 本発明の第１実施形態に係る吸気枝路、ＥＧＲサージタンク及びデリバリパイプの拡大詳細図である。 本発明の第１実施形態に係るＥＧＲ切り替え弁の弁体の状態とＥＧＲガス量との関係を表す模式的な特性図である。 本発明の第２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。 本発明の第２実施形態に係るＥＧＲサージタンク及びＥＧＲ制御弁の拡大詳細図である。 本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御弁駆動制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御弁の弁体の状態に応じた吸気管負圧の一時間推移を例示する模式的な特性図である。 本発明の第３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。 本発明の第３実施形態に係るＥＧＲバルブの状態とＥＧＲ切り替え弁の弁体の状態との関係を表す模式的な特性図である。

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

＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について一部その動作を交えて説明する。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。

図１において、エンジンシステム１０は、本発明に係る「内燃機関のＥＧＲ装置」の一例を含んで構成されており、車両に搭載され、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００及びエンジン２００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の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、本発明に係る「制御手段」の一例であり、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するＥＧＲ切り替え弁駆動制御を実行可能に構成されている。

なお、本発明に係る「切り替え手段」及び「制御手段」に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、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として構成されていてもよい。

エンジン２００は、例えば、ガソリン、軽油、アルコール等を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒エンジンである。エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列して配置された構成を有している。各気筒内で生じる力が、夫々のピストン等を介して車両の駆動輪に伝達されるように構成されている。

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。本実施形態に係るエンジン２００は、気筒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気筒エンジンであるが、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。

気筒２０２内において混合気を形成するために、外界から導かれる吸入空気は、例えばエアクリーナを経由した後に吸気通路２０３に導かれるように構成されている。吸気通路２０３には、該吸気通路２０３に導かれる吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ２０４が配設されている。このスロットルバルブ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、スロットルバルブ２０４を境にした吸気通路２０３の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置がアクセルの踏込みに応じて連続的に制御される構成を有する。このように、エンジン２００では、スロットルバルブ２０４及びスロットルバルブモータ２０５により、一種の電子制御式スロットル装置が構成されている。

吸気通路２０３には、スロットルバルブ２０４の下流側において、吸気サージタンク２０６が設置されている。吸気サージタンク２０６は、その内部がその上流側において吸気通路２０３に、またその下流側において後述する吸気ポート２０８に対応する吸気枝路２０７に夫々連通してなる吸入空気貯留用のボリュームである。吸気サージタンク２０６は、供給される吸入空気の不規則な脈動を抑制し、下流側（即ち、気筒２０２側）に安定して吸入空気を供給するように構成されている。吸気サージタンク２０６の径方向（即ち、吸気通路２０３の伸長方向と交わる方向）の長さが、吸気通路２０３及び吸気枝路２０７における径方向の長さよりも大きく構成されている。

吸気枝路２０７は、その上流側において吸気サージタンク２０６に接続され、その内部において吸気サージタンク２０６と連通する構成を有する。吸気枝路２０７は、その下流側において各気筒２０２の吸気ポート２０８に夫々連通しており、吸気通路２０３に導かれた吸入空気は、吸気サージタンク２０６及び吸気枝路２０７を介して、各気筒２０２に対応する吸気ポート２０８に導かれるように構成されている。

吸気ポート２０８は、一の気筒２０２について夫々二個ずつ備わっており、夫々が気筒２０２内部に連通可能に構成されている。なお、吸気通路２０３、吸気サージタンク２０６、吸気枝路２０７及び吸気ポート２０８により、本発明に係る「吸気系」の一例が構成されている。

吸気ポート２０８と気筒２０２内部との連通状態は、各吸気ポート２０８に設けられた吸気バルブ２０９により制御される。補足すると、吸気バルブ２０９は、クランクシャフトに連動して回転する吸気カムシャフトに固定された、吸気カムシャフトの伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす吸気カムのカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に吸気ポート２０８と気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。吸入空気は、この吸気バルブ２０９の開弁時に吸気ポート２０８から気筒２０２内部へと吸入される。

吸気ポート２０８の内部には、インジェクタの燃料噴射弁の一部が露出している。インジェクタは、コモンレールに所定のレール圧で高圧貯留されたガソリン、軽油等の燃料を、その燃料噴射弁の開弁期間において気筒２０２内部に噴射可能に構成された、筒内噴射型の電子制御式燃料噴射装置である。インジェクタを介して噴射された燃料は、気筒２０２内部において吸気ポート２０８を介して導かれた吸入空気と混合され、圧縮ＴＤＣ付近において、点火プラグにより点火される又は自発的に着火する（即ち、爆発する）ように構成されている。

一方、気筒２０２内部で形成される混合気は、圧縮後に燃焼し、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２０９の開閉に連動して開閉する排気バルブの開弁時に、排気ポートを介して排気として排気マニホールド２１０に導かれるように構成されている。排気バルブは、クランクシャフトに連動して回転する排気カムシャフトに固定された、排気カムシャフトの伸長方向と垂直な断面が楕円形状をなす排気カムのカムプロフィール（端的に言えば、形状）に応じてその開閉特性が規定されており、開弁時に排気ポートと気筒２０２内部とを連通させることが可能に構成されている。

排気マニホールド２１０は、排気通路２１１に連通しており、気筒２０２から排出された燃焼済みの混合気（以下、適宜「排気」と略称する）がこの排気通路２１１に導かれるように構成されている。なお、排気ポート、排気マニホールド２１０及び排気通路２１１により、本発明に係る「排気系」の一例が構成されている。

排気通路２１１には、エアコンプレッサからなり電気モータにより駆動されるスーパーチャージャ２１３（図示「Ｓ／Ｃ」）が設置されている。スーパーチャージャ２１３は、排気通路２１１に導かれた排気及び後述するＥＧＲガスを比較的高い圧力まで加圧する、即ち過給することが可能に構成されている。

エンジン２００には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気枝路２０７へ還流させるＥＧＲ部が備わる。ＥＧＲ部は、ＥＧＲ通路２１２、ＥＧＲクーラ２１４、ＥＧＲサージタンク２１６、デリバリパイプ２１８及びＥＧＲ切り替え弁２２１を備える。

ＥＧＲ通路２１２は、排気通路２１１と、ＥＧＲサージタンク２１６及びデリバリパイプ２０７とを連通させる管状部材である。より具体的には、ＥＧＲ通路２１２は、一端部が排気通路２１１に接続され、その内部において排気通路２１１に連通する中空且つ金属製の管状部材である。ＥＧＲ通路２１２の他端部（即ち、後述する先端部２１５側）は、ＥＧＲサージタンク２１６及びデリバリパイプ２０７に接続されている。

ＥＧＲ通路２１２には、ＥＧＲガスの冷却装置たるＥＧＲクーラ２１４が設置されている。ＥＧＲクーラ２１４は、外周部にエンジン２００の冷却水配管の一部が張り巡らされた構成を有し、ＥＧＲ通路２１２に導かれたＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気枝路２０７側）へ導かれるように構成されている。ＥＧＲクーラ２１４には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプが接続されており、冷却水は、インレットパイプから冷却水配管に流入し、アウトレットパイプを介して冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。

ＥＧＲ通路２１２は、下流側（即ち、気筒２０２側）において先端部２１５を有している。先端部２１５よりも下流側には、ＥＧＲサージタンク２１６が設置されている。ＥＧＲサージタンク２１６は、その内部がその上流側においてＥＧＲ通路２１２に、またその下流側において後述するＥＧＲサージタンク枝路２１７を介して吸気枝路２０７に夫々連通してなるＥＧＲガス貯留用のボリュームである。ＥＧＲサージタンク２１６は、ＥＧＲ通路２１２により供給されるＥＧＲガスの不規則な脈動を抑制し、下流側（即ち、気筒２０２側）に安定してＥＧＲガスを供給するように構成されている。ＥＧＲサージタンク２１６の径方向（即ち、ＥＧＲ通路２１２の伸長方向と交わる方向）の長さが、ＥＧＲ通路２１２及びＥＧＲサージタンク枝路２１７における径方向の長さよりも大きく構成されている。

デリバリパイプ２１８は、ＥＧＲ通路２１２と吸気枝路２０７とを連通させるステンレス等で形成された管状部材であり、ＥＧＲ通路２１２の先端部２１５よりも上流側の分岐位置においてＥＧＲ通路２１２から分岐するように構成されている。デリバリパイプ２１８におけるＥＧＲ通路２１２と反対側の端部は、後述するデリバリパイプ枝路２２０（図２参照）を介して吸気枝路２０７に夫々連通しており、各気筒２０２にＥＧＲガスを供給するように構成されている。

ＥＧＲガスがデリバリパイプ２１８に導かれた場合、ＥＧＲガスは、ＥＧＲサージタンク２１６を通過することなく吸気枝路２０７に供給されると共に、ＥＧＲガスがＥＧＲサージタンク２１６に導かれた場合、ＥＧＲガスは、デリバリパイプ２１８を通過することなく吸気枝路２０７に供給される、即ちＥＧＲサージタンク２１６とデリバリパイプ２１８とは並列に配置されるように構成されている。

ＥＧＲ通路２１２には、上述した所定の分岐位置においてＥＧＲ切り替え弁２２１が設置されている。ＥＧＲ切り替え弁２２１は、連続的に可変に制御される弁体の位置に応じて、ＥＧＲサージタンク２１６とデリバリパイプ２１８との間におけるＥＧＲガスの供給量の比率を変化させることが可能に構成された弁装置である。

ＥＧＲ切り替え弁２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その弁体位置は、然るべき駆動系を介してＥＣＵ１００により上位に制御されるように構成されている。より具体的には、ＥＧＲ切り替え弁２２１は、その弁体の位置が、上述したＥＧＲサージタンク２１６へのＥＧＲガスの流入を遮断してＥＧＲガスをデリバリパイプ２１８のみへ導く弁体位置（以下、適宜「デリバリパイプ側弁体位置」と称する）と、それとは逆にデリバリパイプ２１８へのＥＧＲガスの流入を遮断して、ＥＧＲサージタンク２１６のみへＥＧＲガスを導く弁体位置（以下、適宜「ＥＧＲサージタンク側弁体位置」と称する）との間で連続的に可変に制御されるように構成されている。

なお、ＥＧＲサージタンク２１６、デリバリパイプ２１８及びＥＧＲ切り替え弁２２１の実践的態様は、ここに例示されるものに限定されず、各種の態様を有してよい。例えば、ＥＧＲ切り替え弁２２１は、単数又は複数の弁体の開閉状態の段階的又は連続的な制御により、ＥＧＲサージタンク２１６又はデリバリパイプ２１８を通過するＥＧＲガスの量を段階的又は連続的に変化させ得るように構成されてもよい。また、ＥＧＲ切り替え弁２２１は、その弁体の位置が、デリバリパイプ側弁体位置とＥＧＲサージタンク側弁体位置との間で二値的に且つ選択的に切り替えられるように構成されてもよい。

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を介して電気的に入力されるように構成されている。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。

なお、本実施形態において、エンジン２００は、直列４気筒エンジンであるが、気筒数や配列も多種多様であってよい。

次に、図２を参照し、吸気枝路２０７、ＥＧＲサージタンク２１６及びデリバリパイプ２１８の詳細について説明する。ここに、図２は、本発明の第１実施形態に係る吸気枝路２０７、ＥＧＲサージタンク２１６及びデリバリパイプ２１８の拡大詳細図である。なお、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に示されるように、ＥＧＲサージタンク２１６には、その下流側（即ち吸気枝路２０７側）において、各吸気枝路２０７に対して分岐するＥＧＲサージタンク枝路２１７が形成されている。ＥＧＲサージタンク枝路２１７は、所定の合流位置において吸気枝路２０７と合流するように構成されている。ＥＧＲガスは、ＥＧＲサージタンク枝路２１７を介して、ＥＧＲサージタンク枝路２１７に対応する吸気枝路２０７に導かれることが可能に構成されている。

ＥＧＲサージタンク２１６から各吸気枝路２０７への各ＥＧＲサージタンク枝路２１７の長さは相互に等しくなるように構成されている。この構成によれば、ＥＧＲサージタンク枝路２１７を介して各吸気枝路２０７へ供給されるＥＧＲガスに係る供給量は均等であり、実質的に上述したＥＧＲ率の気筒間差は生じない。

一方、デリバリパイプ２１８は、デリバリパイプ共通路２１９及び各吸気枝路２０７に対して分岐するデリバリパイプ枝路２２０を備える。デリバリパイプ共通路２１９は、一列に並んだ吸気枝路２０７と平行に取り付けられるように構成されている。ＥＧＲ通路２１２を介して供給されたＥＧＲガスは、デリバリパイプ共通路２１９の導入側２１９ａから先端側２１９ｂまで順次に流入して、各デリバリパイプ枝路２２０に導かれるように構成されている。

デリバリパイプ枝路２２０は、上述した所定の合流位置の上流側（このような構成は一例であり、下流側であってもよい）において吸気枝路２０７と合流するように構成されている。デリバリパイプ共通路２１９側から導かれたＥＧＲガスは、デリバリパイプ枝路２２０を介して吸気枝路２０７に供給されるように構成されている。

デリバリパイプ枝路２２０の断面方向の面積、即ち通路断面積は導入側２１９ａから先端側２１９ｂまで順次大きくなるよう構成されている。この構成によれば、デリバリパイプ共通路２１９内に導かれたＥＧＲガスは、導入側２１９ａ付近において圧力が相対的に高く、先端側２１９ｂに近くほどその圧力が低下するため、各デリバリパイプ枝路２２０を介して各吸気枝路２０７へ供給されるＥＧＲガスに係る供給量は均等であり、実質的に上述したＥＧＲ率の気筒間差は生じない。

＜実施形態の動作＞
＜ＥＧＲ切り替え弁駆動制御の概要＞
エンジンシステム１０において、エンジン２００は、ＥＧＲ通路２１２の下流側において、相互に並列に配置されたＥＧＲサージタンク２１６及びデリバリパイプ２１８を備えている。このため、ＥＧＲ切り替え弁２２１の切り替え動作に応じて、その時点のエンジン２００の機関回転速度ＮＥ及び噴射量Ｑにより規定される運転条件に最も適したＥＧＲガスの還流を実現可能である。ここに噴射量Ｑは、機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣＣとに基づいて、予め設定された噴射量マップから選択的に決定されてもよい。

一方、ＥＧＲガスがデリバリパイプ２１８側を介して気筒２０２側に供給される際に、例えばエンジン２００の高回転且つ高負荷（即ち大噴射量）の領域に、ＥＧＲガスの慣性力が強くなることによりＥＧＲガスの流量が変動することに起因して、言い換えれば、ＥＧＲガスの慣性力の増大に起因して、ＥＧＲガスは先端側２１９ｂに入りやすくなって、先端側２１９ｂに近くほど、それに対応する気筒２０２に供給されるＥＧＲガス量も大きくなる。このＥＧＲガス量の変化により、結局はＥＧＲ率の気筒間差が生じる恐れがある。

そこで、エンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００により実行されるＥＧＲ切り替え弁駆動制御によって、エンジン２００の高回転高負荷領域でも、ＥＧＲ率の気筒間差が十分に低減される。

＜ＥＧＲ切り替え弁駆動制御の詳細＞
次に、図３を参照し、ＥＧＲ切り替え弁駆動制御の詳細について説明する。ここに、図３は、本発明の第１実施形態に係るＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体状態とＥＧＲ通路２１２に通過するＥＧＲガスの供給量たるＥＧＲガス量Ｖｅｇｒとの関係を表す模式的な特性図である。

図３に示されるように、ＥＧＲ切り替え弁２２１は、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが基準量Ｖ０以上となった場合に、その弁体の位置が、デリバリパイプ側弁体位置からＥＧＲサージタンク側弁体位置に切り替えられるように制御される。ここで基準量Ｖ０は、本発明に係る「基準値」の一例であり、予め実験的に求められたＥＧＲガス量Ｖｅｇｒがその値を超えるならばＥＧＲサージタンク２１６を利用しないままだと気筒間差が顕在化してしまう適合値である。

＜実施形態の効果＞
このように、ＥＧＲ切り替え弁２２１は、エンジン１０のＥＧＲ還流過程においては、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが基準量Ｖ０よりも小さい場合に、その弁体位置がデリバリパイプ側弁体位置に維持される。よって、ＥＧＲガスがデリバリパイプ２１８を介して効率的に再循環される。他方、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが基準量Ｖ０以上となった場合に、その弁体位置が基本的にＥＧＲサージタンク側弁体位置に維持される。よって、ＥＧＲガスがＥＧＲサージタンク２１６を介して再循環される。

それらの結果、各気筒２０２に供給されるＥＧＲガス量は、各ＥＧＲサージタンク枝路２１７の長さを相互に等しくなるように構成しておけば、エンジン２００の高回転高負荷領域でも、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒの影響を受けず均等状態に維持される、即ちＥＧＲ率の気筒間差の発生は好適に防止されることが可能となる。特に、構造的にＥＧＲ率の気筒間差が生じ易い内燃機関のＥＧＲ装置において、実践上極めて有益である。

更に、このようにＥＧＲ率の気筒間差の発生を好適に防止することによって、ＥＧＲガスの供給の度合いの高低によらずに、エンジン２００の安定化及び動力性能の向上が確実に担保される。

＜第２実施形態＞
一方、エンジン２００の高回転高負荷領域では、ＥＧＲガスがＥＧＲサージタンク２１６を介して再循環されるため、この際にエンジン２００が減速、特に急激に減速した場合、ＥＧＲ切り替え弁２２１がＥＧＲサージタンク２１６側からデリバリパイプ２１８側に切り替えられても、ＥＧＲサージタンク２１６に大量に残留したＥＧＲガスが気筒２０２内に流入する可能性がある。よって、気筒２０２における混合気の失火が生じる、即ち上述したエンジン２００の安定化及び動力性能の向上に係る実践上の利益が阻害される懸念がある。本発明の第２実施形態に係るエンジンシステム２０では、ＥＧＲ制御弁２２２の開閉が制御されることによって、係る問題を好適に解決している。

ここで、図４及び図５を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステム２０の構成について説明する。ここに、図４は、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステム２０の構成を概念的に表してなる概略構成図であり、図５は、ＥＧＲサージタンク２１６及びＥＧＲ制御弁２２２の拡大詳細図である。なお、同図において、図１及び図２と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図４において、ＥＧＲサージタンクの各ＥＧＲサージタンク枝路２１７には、ＥＧＲ制御弁２２２が設置されている。より具体的には、図５に示されるように、ＥＧＲ制御弁２２２は、各ＥＧＲサージタンク枝路２１７において、各ＥＧＲサージタンク枝路２１７と吸気枝路２０７と合流する合流位置の上流側に設置されている。各ＥＧＲ制御弁２２２は、各ＥＧＲサージタンク枝路２１７に開閉可能に設置された弁体と、該弁体を駆動するアクチュエータとを備えた電磁開閉弁であり、このアクチュエータが電気的に接続されたＥＣＵ１００により駆動制御されることによって、全開開度と全閉開度との間で規定される所望の開度で弁体の位置を制御可能に構成されている。

なお、ＥＧＲ制御弁２２２の実践的態様は、ここに例示されるものに限定されず、各種の態様を有してよい。例えば、各ＥＧＲサージタンク枝路２１７が、その上流側（即ちＥＧＲサージタンク２１６側）において集約され、また、この集約部分に単一のＥＧＲ制御弁２２２が配置されてもよい。

次に、図６及び図７を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御弁駆動制御について説明する。ここに、図６は、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御弁駆動制御のフローチャートであり、図７は、本発明の第２実施形態に係るＥＧＲ制御弁２２２の弁体の状態に応じた吸気管負圧の一時間推移を例示する模式的な特性図である。

図６において、先ず、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒを取得する（ステップＳ１０１）。ここで、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒを取得する手法は、各種の態様を有してもよい。例えばＥＧＲ通路２１２に設置されたセンサによってＥＧＲガスの流量が直接的に測定されてもよい。他方、排気系の圧力と吸気系の夫々の圧力が測定され、圧力差からＥＧＲガス量が推定または間接的に測定されてもよい。

ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが取得されると、ＥＣＵ１００は、取得されたＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが、予め設定された基準量Ｖ０以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが基準量Ｖ０未満である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、処理をステップＳ１０１に戻させる。

一方、ＥＧＲガス量Ｖｅｇｒが基準量Ｖ０以上である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体位置をＥＧＲサージタンク側弁体位置へ切り替えるように制御する（ステップＳ１０３）。即ち、ＥＧＲガスがＥＧＲサージタンク２１６を介して再循環される。

次に、ＥＣＵ１００は、減速要求の有無を判別する（ステップＳ１０４）。ＥＣＵ１００は、アクセル開度ＡＣＣに基づいて、運転者の減速要求が行われたか否かを判別する。例えば、ＥＣＵ１００は、アクセル開度ＡＣＣを示す信号が所定の基準値Ａ以下の場合、運転者の減速要求があるものと判定する。ここで基準値Ａの態様は、特に限定されず、補正用に予め設定された固定値であってもよいし、またその値は、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等により、エンジン２００の失火を可及的に防止し得るように設定されていてもよい。

減速要求がない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０４に戻させる。一方、減速要求がある場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、各ＥＧＲ制御弁２２２を閉弁するように制御する（ステップＳ１０５）。図７に示されるように、例えば時刻Ｔ０において、各ＥＧＲ制御弁２２２が開弁状態から閉弁状態に切り替えられたとする。この際に、吸気通路２０３における負圧たる吸気管負圧が、各ＥＧＲ制御弁２２２の閉弁と並行して又は相前後して、負圧の小さい側から負圧の大きい側へ変化することになる。このため、混合気が着火しやすくなる、即ちエンジン２００の失火が好適に防止される。

再び図６に戻り、各ＥＧＲ制御弁２２２が閉弁されると、ＥＣＵ１００は、減速要求が終了したか否かを判別する（ステップＳ１０６）。例えば、ＥＣＵ１００は、アクセル開度ＡＣＣを示す信号が所定の基準値Ａよりも大きい値に戻った場合、運転者の減速要求が終了したと判定する。

減速要求が終了していない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０６に戻させる。一方、減速要求が終了した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体位置をデリバリパイプ側弁体位置へ切り替えて（ステップＳ１０７）、ＥＧＲ制御弁２２２を開弁するように制御する（ステップＳ１０８）。即ち、エンジン２００が低回転又は低負荷の領域に戻り、ＥＧＲガスがデリバリパイプ２１８を介して再循環される。

このように、本実施形態におけるＥＧＲ制御弁駆動制御によれば、ＥＣＵ１００は、運転者の減速要求が行われたと判別する場合に、ＥＧＲ制御弁２２２を閉弁する。これにより、ＥＧＲサージタンク２１６に残留したＥＧＲガスが気筒２０２内に流入することが確実に回避される。よって、エンジン２００の失火といった事態の発生が好適に防止される、即ち上述したエンジン２００の安定化及び動力性能の向上に係る実践上の利益が享受されることが可能となる。

＜第３実施形態＞
一方、エンジン２００の高回転高負荷領域では、ＥＧＲガスの供給通路がデリバリパイプ２１８側からＥＧＲサージタンク２１６側へ切り替えられる際に、ＥＧＲ率の変動によりドラビリが悪化することに繋がる。本発明の第３実施形態に係るエンジンシステム３０では、ＥＧＲバルブ２２３の開閉が制御されることによって、係る問題を好適に解決している。

ここで、本発明の第３実施形態に係るエンジンシステム３０の構成について説明する。ここに、図８は、本発明の第３実施形態に係るエンジンシステム３０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。なお、同図において、図１及び図４と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。

図８において、ＥＧＲ通路２１２には、ＥＧＲ切り替え弁２２１の上流側において、ＥＧＲバルブ２２３が設置されている。

ＥＧＲバルブ２２３は、その弁体の開閉状態の制御によりＥＧＲガスの量（即ち、ＥＧＲ量）を変化させることが可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＧＲバルブ２２３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動状態はＥＣＵ１００により上位に制御されるように構成されている。補足すると、ＥＧＲ通路２１２に導かれたＥＧＲガスは、吸気通路２０３と排気マニホールド２１０との圧力差及びこのＥＧＲバルブ２２３の開度（即ち、開弁の度合いであり、例えば、全開を１００（％）、全閉を０（％）等として規格化された数値として表され得る）に応じた量が下流側のＥＧＲサージタンク２１６又はデリバリパイプ２１８に供給される。

次に、図９を参照し、ＥＧＲバルブ２２３の開閉の制御動作について説明する。ここに、図９は、本発明の第３実施形態に係るＥＧＲバルブ２２３の状態とＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体状態との関係を表す模式的な特性図である。

図９において、上述したＥＧＲ切り替え弁２２１の切り替え動作が、実践上問題となる程度に生じている場合の各部の動作特性を鎖線にて例示すると、ＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体位置がデリバリパイプ側弁体位置からＥＧＲサージタンク側弁体位置へ切り替える期間において、ＥＧＲバルブ２２３の開度が全開開度に維持されるように制御される。

一方、上述したＥＧＲ切り替え弁２２１の切り替え動作が、実践上問題となる程度に生じていない場合の各部の動作特性を実線にて例示すると、ＥＧＲ切り替え弁２２１の弁体位置がデリバリパイプ側弁体位置からＥＧＲサージタンク側弁体位置へ切り替える期間において、ＥＧＲバルブ２２３の開度が全開開度から閉じ始めて、途中の所定時刻、例えば中間時刻において、例えば５０（％）の最小開度に達し、開弁側へ切り替えに転じて、最終的には全開開度に戻るように制御される。

上述したＥＧＲバルブ２２３の制御動作を実現するため、好適にはＥＧＲ切り替え弁２２１の切り替え動作が段階的に行われる。よって、エンジンシステム３０では、ＥＧＲ率の気筒間差が好適に低減されると共に、ドラビリも好適に担保されることが可能となる。

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。

本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置は、各種の配列や数の気筒を備えた内燃機関のＥＧＲ装置に利用可能である。

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０１…シリンダブロック、２０２…気筒、２０３…吸気通路、２０４…スロットルバルブ、２０５…スロットルバルブモータ、２０６…吸気サージタンク、２０７…吸気枝路、２０８…吸気ポート、２０９…吸気バルブ、２１０…排気マニホールド、２１１…排気通路、２１２…ＥＧＲ通路、２１３…スーパーチャージャ、２１４…ＥＧＲクーラ、２１５…先端部、２１６…ＥＧＲサージタンク、２１７…ＥＧＲサージタンク枝路、２１８…デリバリパイプ、２１９…デリバリパイプ共通路、２１９ａ…導入側、２１９ｂ…先端側、２２０…デリバリパイプ枝路、２２１…ＥＧＲ切り替え弁、２２２…ＥＧＲ制御弁、２２３…ＥＧＲバルブ。

Claims (1)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の排気系に接続され、該排気系から排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に供給可能に構成されるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の先端側に配置され前記ＥＧＲガスを貯留可能なＥＧＲサージタンクと、
   前記先端側に配置され前記ＥＧＲガスを前記複数の気筒夫々に供給可能なデリバリパイプと、
   前記ＥＧＲ通路の先端を選択的に前記デリバリパイプ側又は前記ＥＧＲサージタンク側に接続可能な通路切り替え手段と、
   前記ＥＧＲガスの供給の度合いが基準値を超える場合に、前記ＥＧＲ通路を前記ＥＧＲサージタンク側に接続するように前記通路切り替え手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。

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