JP4737151B2

JP4737151B2 - 内燃機関の排気システム

Info

Publication number: JP4737151B2
Application number: JP2007153172A
Authority: JP
Inventors: 英次橋本; 孝司苅田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-06-08
Also published as: JP2008303837A

Description

本発明は内燃機関の排気が流通する排気システムに関する。特に、排気が互いに干渉しづらい気筒に接続された排気通路同士を連結して気筒群別排気通路を形成させ、二以上の気筒群別排気通路によって各気筒からの排気を過給機のタービンに導くことにより各気筒からの排気の干渉を抑制する排気システムに関する。

内燃機関における過給は、排気により排気タービンを作動させ、それによって吸気コンプレッサを作動させて吸気を加圧するものであり、内燃機関が多気筒の内燃機関である場合には、各気筒からの排気をマニホールドにより一つに集めて排気タービンへ導くことが行われている。

この場合、各気筒の作動位相は相互に異なっており、例えば直列配列の４気筒内燃機関では、作動位相は一般に第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順になっている。このことから、各気筒からの排気をマニホールドにより一つに集めて排気タービンへ送るに当たっては、各気筒からの排気の干渉を避けるため、第１気筒と第４気筒からの排気通路を一つにまとめて一つの気筒群別排気通路とし、第２気筒と第３気筒からの排気通路を一つにまとめて他の一つの気筒群別排気通路とし、これらを独立に排気タービン近傍に導くことが行なわれている。

これに関連する技術としては、排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、各隔壁で区画された排気マニホールド内の再循環用排気ガスの抜き出しを行わない側から抜き出しを行う側への排気の流通を可能とする連通手段と、連通手段に逆止弁を設けた技術が提案されている（特許文献１参照。）。

しかしながら、上記の従来技術のように、排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画しているだけの構成においては、例えば再循環用排気ガス（ＥＧＲガス）の抜き出しを行わない側の排気マニホールドにおいて排気中に燃料の添加を行なった場合にも、燃料が再循環用排気ガス（ＥＧＲガス）の抜き出しを行う側の排気マニホールドに流入して再循環排気ガス（ＥＧＲガス）に燃料が回り込んで混入するおそれがあった。
特開２００５−３５１１２４号公報特開２００４−１２４７４９号公報特開平６−７４０２２号公報特開２００３−２７８５３１号公報特開２００４−７６５９５号公報特開２００２−２１５３９号公報

上述のような内燃機関の排気システムにおいては、いずれかの気筒群別排気通路を形成する排気通路に燃料添加弁を設け、この燃料添加弁から排気に燃料を添加して、排気系の下流側に備えられた排気浄化装置の浄化能力の再生処理が行なわれる。また、いずれかの気筒群別排気通路と前記内燃機関の吸気通路とをＥＧＲ通路で連通し、排気の再循環が実施される。

本発明の目的は、上述のような内燃機関の排気システムにおいて、いずれかの気筒群別
排気通路を形成する排気通路に設けられた燃料添加弁によって燃料の添加を行う場合に、添加された燃料のＥＧＲ通路への回り込みをより確実に抑制できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気同士が互いに干渉しづらい気筒に接続された複数の排気通路を連結して気筒群別排気通路を形成し、二以上の気筒群別排気通路によって各気筒からの排気を過給機のタービンに導く排気システムに関する。そして、本発明に係る排気システムでは、二以上の気筒群別排気通路のうちの一部の気筒群別排気通路を形成する排気通路に燃料添加弁が設けられ、同じ気筒群別排気通路には、気筒群別排気通路同士を連通する連通路が接続されている。また、いずれの排気通路にも燃料添加弁が設けられていない気筒群別排気通路と吸気通路とがＥＧＲ通路で連通されている。そして、いずれかの排気通路に燃料添加弁が備えられた気筒群別排気通路において、前記連通路は、燃料添加弁が備えられていない排気通路において気筒群別排気通路と接続されることを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関からの排気のエネルギにより作動し前記内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記内燃機関における、排気同士が互いに干渉しづらい気筒に接続された複数の排気通路を連結して形成された通路であって、排気同士が互いに干渉しづらい前記気筒からの排気を合流させて前記過給機のタービンに導く二以上の気筒群別排気通路と、
前記二以上の気筒群別排気通路のうちの一部の気筒群別排気通路を形成する排気通路に設けられ、該排気通路における排気に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記気筒群別排気通路同士を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記連通路の流路断面積を変更することで該連通路の開通及び遮断を制御可能な連通路制御弁と、
前記燃料添加弁がいずれの排気通路にも設けられていない気筒群別排気通路のうちの少なくとも一部の気筒群別排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路の流路断面積を変更することで該ＥＧＲ通路の開通及び遮断を制御可能なＥＧＲ弁を有し、該気筒群別排気通路における排気の一部を前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、
を備え、
いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路と前記連通路とは、該気筒群別排気通路を形成する排気通路のうち、前記燃料添加弁が設けられていない排気通路において接続されることを特徴とする。

ここで、前述のように、多気筒の内燃機関においては、各気筒の作動位相は相互に異なっており、例えば直列配列の４気筒内燃機関では、作動位相は一般に第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順になっている。従って、各気筒からの排気を一つに集めて過給機に導くに当たっては、各気筒からの排気の干渉を避けるため、第１気筒と第４気筒に接続されている排気通路を一つにまとめて一つの気筒群別排気通路とし、第２気筒と第３気筒に接続されている排気通路を一つにまとめて別の気筒群別排気通路とし、これらを独立に過給機に導くことが行なわれている。

このように、排気同士が互いに干渉しづらい気筒に接続された複数の排気通路を連結して気筒群別排気通路を形成し、二以上の気筒群別排気通路によって各気筒からの排気を過給機のタービンに導くようにすることで、内燃機関の排気系における掃気効率を高め、内燃機関の出力の向上を図ることが可能となる。

ところで、上記のように二以上の気筒群別排気通路を備えた排気システムでは、二以上
の気筒群別排気通路のうちのいずれかには燃料添加弁が設けられている。より具体的には、この燃料添加弁は、この燃料添加弁が設けられる気筒群別排気通路を形成する排気通路のうちのいずれかに設けられている。そして、排気系の下流側に設けられた排気浄化装置の浄化能力の再生処理などの際には、この燃料添加弁より還元剤としての燃料を排気に添加して排気浄化装置に供給する。

また、燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路とは別の気筒群別排気通路にはＥＧＲ通路が接続されており、内燃機関の排気系から吸気系への排気の再循環（以下、単に「ＥＧＲ」ともいう。）を可能としている。さらに、燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路とＥＧＲ通路が接続された気筒群別排気通路とは、連通路で連通されている。また、この連通路には連通路制御弁が設けられ、その開閉動作によって連通路の開通及び遮断を制御できるようになっている。

すなわち、本発明に係る排気システムにおいてＥＧＲを実施する場合に、一つの気筒群別排気通路のみからＥＧＲガスを再循環したのでは、ＥＧＲガスの量を充分に確保することが困難となる場合があるので、そのような場合には、連通路制御弁を開弁して気筒群別排気通路同士を連通させ、連通路によって連通された二以上の気筒群別排気通路を通過する排気からＥＧＲガスを供給することとしている。

そして、本発明において、この連通路は、燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路に対しては、この気筒群別排気通路において燃料添加弁が設けられた排気通路とは異なる排気通路に接続されるようにした。

これによれば、気筒群別排気通路において燃料添加弁が設けられた排気通路と連通路が接続された排気通路とを別にすることができるので、燃料添加弁からの燃料添加時に、排気に添加された燃料が連通路に回り込むことを抑制できる。そうすると、連通路に回り込んだ燃料が、さらにＥＧＲ通路が接続された別の気筒群別排気通路に流入することを抑制でき、添加された燃料がＥＧＲ通路に回り込むことを抑制できる。その結果、ＥＧＲ通路に燃料が回り込むことに起因する吸気ＨＣの増加や、ＥＧＲ通路などにおけるデポジットの付着を抑制することができる。

また、本発明においては、いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路において、前記連通路が接続された排気通路と前記燃料添加弁が設けられた排気通路とは、該気筒群別排気通路において可及的に下流側である所定の最下流領域において連結されるようにしてもよい。

本発明では、いずれかの排気通路に燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路では、連通路が接続された排気通路と、燃料添加弁が設けられた排気通路とが連結されることによって気筒群別排気通路が形成されている。そして、本発明では、これら２つの排気通路は、可及的に下流側である最下流領域において連結されるようにした。これによれば、燃料添加弁から添加された燃料が連通路に流入するには、一旦最下流領域を通過しなければならなくなるので、燃料添加弁から排気に添加された燃料は、より連通路に流入しづらくなる。よって、燃料添加弁から排気に添加された燃料が連通路に回り込み、連通路を経由してＥＧＲ通路が接続された他の気筒群別排気通路に流入することを抑制できる。その結果、燃料添加弁から排気に添加された燃料がＥＧＲ通路に回り込むことをより確実に抑制することができる。

ここで、所定の最下流領域とは、気筒群別排気通路における可及的に下流側の領域であって、燃料添加弁が設けられた排気通路と連通路が接続された排気通路とがこの領域で連結されることで、燃料添加弁から排気に添加された燃料が充分に連通路に流入しづらくな
る領域である。燃料添加弁と最下流領域、最下流領域と連通路までの距離などの条件は実験的に求めてもよい。

また、本発明では、前記連通路は、いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路において、該連通路が接続される排気通路上の前記最下流領域に対して充分に離れた上流側の領域であって、前記燃料添加弁から排気に添加された燃料の到達量が充分に少ない所定の燃料到達回避領域で、排気通路と接続されるようにしてもよい。

すなわち、燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路における排気通路と連通路との接続部は、該連通路が接続される排気通路上において前述の最下流領域に対して充分に離れた上流側の場所である燃料到達回避領域に配置されるようにしてもよい。これによれば、燃料添加弁から排気に添加された燃料が、連通路に回り込むことをさらに確実に抑制できる。そうすると、燃料添加弁から排気に添加された燃料が連通路を経由してＥＧＲ通路が接続された気筒群別排気通路に流入し、燃料がＥＧＲ通路に回り込むことをさらに確実に抑制できる。

また、本発明においては、前記内燃機関には、該内燃機関における排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構が設けられ、
前記排気弁の閉弁期間と前記内燃機関の吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ期間を増加可能としてもよい。

これによれば、内燃機関の排気弁の閉弁時期を遅らせて排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間のオーバーラップ期間を増加させることができる。これにより、過給機の過給圧を利用して排気の掃気効率を向上させ、前述した排気干渉の抑制との相乗効果によってより確実に内燃機関の出力の効率を向上させることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の運転状態が、前記ＥＧＲ装置による排気の再循環が実施される所定のＥＧＲ領域に属する場合には、前記連通路制御弁を開弁して前記連通路を開通させ、前記内燃機関の運転状態が前記ＥＧＲ領域より高負荷または高回転数側の領域に属する場合には、前記連通路制御弁を閉弁して前記連通路を遮断させるようにしてもよい。

これによれば、排気の再循環が実施される運転状態であるＥＧＲ領域においては、連通路制御弁を開弁してＥＧＲガスの量を確保することができるとともに、ＥＧＲ領域よりも高負荷または高回転数側の運転状態においては、連通路制御弁を閉弁して排気干渉をより確実に抑制して内燃機関の出力の効率を向上させることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関の運転状態が前記ＥＧＲ領域に属する場合においても、前記燃料添加弁から前記排気に燃料が添加された際には、前記連通路制御弁を閉弁して前記連通路を遮断させるようにしてもよい。

これによれば、内燃機関の運転状態がＥＧＲ領域に属し、連通路制御弁が開弁している状態において燃料添加弁から燃料が添加された場合には、連通路制御弁を閉弁するので、燃料添加弁から排気に添加された燃料が連通路を経由してＥＧＲ通路に回り込むことをより確実に抑制できる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、二以上の気筒群別排気通路を連通して構成され、一部の気筒群別排気通路に燃料添加弁が設けられるとともに他の気筒群別排気通路にＥＧＲ通路が接続された内燃機関の排気システムにおいて、燃料添加弁から排気に添加された燃料のＥＧＲ通路への回り込みをより確実に抑制できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は本発明を適用する内燃機関及びその吸排気系、制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、♯１気筒２ａ〜♯４気筒２ｄの４つの気筒と各気筒に燃料を噴射する４つの燃料噴射弁３を有するディーゼル機関である。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気管９との接続部近傍には、吸気管９の流路断面積を変更可能なスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２は後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、吸気管９を流れる吸気の流量を調節できるようになっている。スロットル弁１２より上流には、吸気管９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。

インタークーラ１３より上流には、過給機１０のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６が設けられている。また、コンプレッサハウジング６のさらに上流側には、吸気管９を通過する吸気の量を検出するエアフローメータ２４と、新気に浮遊するゴミを除去するエアクリーナ２５が備えられている。ここで、吸気管９及び吸気マニホールド８は、本実施例において吸気通路を構成する。

一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されている。この排気マニホールド１８において、作動位相の関係で互いの排気が干渉しづらい気筒である♯１気筒２ａ及び♯４気筒２ｄの排気ポートには、第１枝管１８ａ及び第４枝管１８ｄが接続されている。そして、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとが連結されて第１合流枝管１８ｅとなる。

同様に、作動位相の関係で互いの排気が干渉しづらい気筒である♯２気筒２ｂ及び♯３気筒２ｃの排気ポートには、第２枝管１８ｂ及び第３枝管１８ｃが接続されている。そして、第２枝管１８ｂと第３枝管１８ｃとが連結されて第２合流枝管１８ｆとなる。さらに、タービンハウジング７の直上流の合流部１８ｇにおいて、第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとが接続され集合管１６となる。この集合管１６が過給機１０のタービンが格納されたタービンハウジング７に接続されている。

ここで、本実施例における排気マニホールド１８が上記のような構成になっているのは、互いに排気が干渉しづらい気筒からの排気通路を連結させて第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとを形成し、これらの合流枝管をタービンハウジング７の直上流でさらに合流させる構成とすることで、排気干渉によって、排気の掃気効率が低下して出力が低下してしまうことを抑制するためである。なお、上記において第１合流枝管１８ｅ及び第２合流枝管１８ｆは本実施例における気筒群別排気通路に相当する。また、第１枝管１８ａ〜第４枝管１８ｄは、本実施例において気筒群別排気通路を形成する排気通路に相当する。

次に、タービンハウジング７の排気が流出する開口部には排気管１９が接続されている
。排気管１９には排気中のＮＯxを浄化するＮＳＲ２０が設けられている。このＮＳＲ２
０は、その温度が活性温度以上に上昇した状態において、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸収（吸蔵、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還
元剤が存在するときには吸収していたＮＯxを放出しつつＮ_２に還元する。

一方、第２合流枝管１８ｆの第３枝管１８ｃと吸気マニホールド８とはＥＧＲ通路１５によって連通されている。ＥＧＲ通路１５には、ＥＧＲ通路１５の流路断面積を変更可能なＥＧＲ弁２１が設けられている。ＥＧＲ弁２１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、ＥＧＲ通路１５を流れるガスの量を調節する事ができる。ここでＥＧＲ通路１５及びＥＧＲ弁２１は、本実施例におけるＥＧＲ装置を構成する。

上記の構成において、吸気管９に導入される空気は、エアクリーナ２５でゴミが除去された後エアフローメータ２４を通過し、コンプレッサハウジング６内のコンプレッサによって過給されるとともに、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の各気筒に導入される。

各気筒から排出されたガスは排気マニホールド１８、集合管１６を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動する。その後排気管１９を通過し、ＮＳＲ２０において排気中のＮＯxが浄化され、最終的に大気中に排出される。

また、本実施例では、ＥＧＲ弁２１が開弁されるとＥＧＲ通路１５が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れるガスの一部がＥＧＲ通路１５を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の気筒２に再循環する。ここで、スロットル弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８におけるＥＧＲ通路１５の分岐箇所の圧力を増減することでも、ＥＧＲガスの量を調節することができる。

このようにＥＧＲ通路１５によって排気の一部を内燃機関１の吸気系に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

また、本実施例においては、♯１気筒２ａ〜♯４気筒２ｄにおける燃焼室と、各気筒の排気ポートとの境界を開閉する排気弁の閉弁時期を制御可能な可変動弁機構２３を備えている。本実施例においては、この可変動弁機構２３によって排気弁の閉弁時期を遅角させ、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間の間のオ−バーラップ期間を増加させることによって、過給機１０による過給圧を利用して排気の掃気効率を向上させることとしている。

上記のように構成された内燃機関１の吸排気系には、電子制御コンピュータであるＥＣＵ２２が併設されている。ＥＣＵ２２は図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力ポート、出力ポート等を備え、前記各種センサによって検出される内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて、燃料噴射等の既知の制御を行うとともに、ＥＧＲ弁２１、スロットル弁１２や、後述する燃料添加弁２６、連通弁５等に対して制御信号を出力する。

ところで、本実施例においては、ＮＳＲ２０のＮＯx還元処理などの際に還元剤として
の燃料を排気中に添加するための燃料添加弁２６が、第１合流枝管１８ｅの第１枝管１８ａにおける排気ポートとの接続部の直下部分に設けられている。また、前述のＥＧＲ通路１５は、第２合流枝管１８ｆの第３枝管１８ｃにおける比較的上流側の部分で第３枝管１８ｃに接続されている。

本実施例においては、ＥＧＲ通路１５と第２合流枝管１８ｆの第３枝管１８ｃとの接続
部の位置及び、燃料添加弁２６の位置をこのように構成したことで、ＮＳＲ２０のＮＯx
還元処理の際に燃料添加弁２６から排気中に添加された燃料がＥＧＲ通路１５に回り込み、吸気マニホールド８に流入することを抑制している。

また、本実施例においては、第３枝管１８ｃと第４枝管１８ｄとには、両枝管を連通する連通路としての連通管２７が設けられ、この連通管２７には、開閉動作によってその開通と遮断とを制御する連通路制御弁としての連通弁５が設けられている。

すなわち、本実施例に係る排気システムでＥＧＲを行う場合には、連通弁５を開弁して、第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとを連通し、第１合流枝管１８ｅ及び第２合流枝管１８ｆの両方を通過する排気がＥＧＲ通路１５から吸気マニホールド８に再循環可能としている。この連通管２７を設けたことによって、ＥＧＲを実行する際にも充分なＥＧＲガスの量を確保することができる。

また、本実施例においては、連通管２７と第４枝管１８ｄとの接続部の位置は、第４枝管１８ｄの上流側の部分、換言すると♯４気筒２ｄの排気ポートへの第４枝管１８ｄの接続部分の近傍に設定されている。すなわち、燃料添加弁２６から添加された燃料が第１枝管１８ａ、第４枝管１８ｄ、連通管２７及び第３枝管１８ｃを経由してＥＧＲ通路１５に流入することを可及的に抑制するため、合流部１８ｇから可及的に遠い部分に、連通管２７と第４枝管１８ｄとの接続部が設けられている。これにより、燃料添加弁２６から添加される燃料がＥＧＲ通路１５に回り込み、吸気マニホールド８に流入することを抑制することとしている。ここで、合流部１８ｇは本実施例において所定の最下流領域に相当する。また、♯４気筒２ｄの排気ポートへの第４枝管１８ｄの接続部分の近傍は、本実施例において所定の燃料到達回避領域に相当する。

ここで、図２には、本実施例における合流部１８ｇの詳細な構成例について示す。図２に示すように、合流部１８ｇにおいて、第１合流枝管１８ｅを形成する第１枝管１８ａ及び第４枝管１８ｄと、第２合流枝管１８ｆとが合流し、集合管１６と接続され、集合管１６がタービンハウジング７に接続される。ここで、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとの連結部分は、可及的に下流側でタービンハウジング７の直上流に位置することが望ましい。例えば、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとが連結された状態における管径をＤとした場合に、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとの連結部分とタービンハウジング７の導入部との距離をＤと同等にしてもよい。

次に、本実施例における排気システムの作用についてさらに説明する。図３には、内燃機関１の運転状態とＥＧＲの作動との関係を示す。図３に示すように、本実施例では、中負荷中回転数以下のＥＧＲ領域においてはＥＧＲ弁２１を開弁してＥＧＲを実行する。そして、ＥＧＲ領域より高負荷側または高回転数側の運転状態においては、ＥＧＲガスの温度が高温となり、ＥＧＲによるＮＯx低減効果が低減するためにＥＧＲは実行されない。

そして、本実施例においては、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域に属する場合には、連通弁５を開弁し、第３枝管１８ｃと第４枝管１８ｄとを連通状態としてＥＧＲガスの量を確保することとしている。また、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域より高負荷または高回転数側の領域である場合には、ＥＧＲを停止するとともに連通弁５を閉弁する。これにより、高負荷または高回転数側の運転状態において第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとの間の排気干渉を抑制し、内燃機関１の出力の効率を向上させている。

また、本実施例においては、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域に属する場合でも、燃料添加弁２６から燃料が添加されたタイミングにおいては連通弁５を閉弁して、燃料添加弁２６から添加された燃料が第１枝管１８ａから第４枝管１８ｄに流入して連通管２７に
回り込み、さらにＥＧＲ通路１５に回り込むことを完全に防止している。

このように、本実施例においては、連通管２７と第４枝管１８ｄとの接続部の位置を合流部１８ｇから充分に離す構成によって、燃料添加弁２６から排気に添加された燃料がＥＧＲ通路１５に回りこむことを抑制していることに加え、燃料添加弁２６から燃料が排気に添加された際には、連通弁５を閉弁するという制御によって、燃料添加弁２６から排気に添加された燃料のＥＧＲ通路１５への回り込みの抑制をさらに確実なものとしている。

図４には、本実施例における連通弁制御ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されたプログラムであって、ＥＣＵ２２によって所定期間毎に実行される。

本ルーチンが実行されると、まず、Ｓ１０１においてイグニッションスイッチがＯＮされているか否かが判定される。ここで、イグニッションスイッチがＯＮされていないと判定された場合には、ＥＧＲもＮＳＲ２０のＮＯx還元処理も実施されないと判断されるの
でＳ１０６に進む。また、イグニッションスイッチがＯＮしていると判定された場合には、ＥＧＲまたはＮＳＲ２０のＮＯx還元処理が実施される可能性があると判断されるので
Ｓ１０２に進む。

Ｓ１０２においては、内燃機関１の機関回転数がＮより高いか否かが判定される。ここで、Ｎは、内燃機関１の機関回転数がこれより高い場合には、内燃機関１が自立運転を開始しており、スタータによる始動動作中でないと判定できる閾値としての機関回転数である。従って、機関回転数がＮより高いと判定された場合には、内燃機関１が自立運転しており始動が完了していると判定され、ＥＧＲまたはＮＳＲ２０のＮＯx還元処理が実施さ
れる可能性があると判断されるのでＳ１０３に進む。一方、機関回転数がＮ以下と判定された場合には、まだ内燃機関１の始動が完了しておらず、ＥＧＲもＮＳＲ２０のＮＯx還
元処理も実施されないと判断されるのでＳ１０６に進む。

Ｓ１０３においては、燃料添加弁２６がＯＮして燃料添加が行われているか否かが判定される。具体的には、燃料添加が行なわれている場合にＯＮされるフラグの値をＥＣＵ２２に読み込むことによって判定してもよい。ここで、燃料添加弁２６がＯＮしていると判定された場合には、燃料添加弁２６から添加された燃料のＥＧＲ通路１５への回り込みを抑制する必要があると判断されるのでＳ１０６に進む。一方、燃料添加弁２６がＯＮしていないと判定された場合にはＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、ＥＧＲがＯＮされているか否かが判定される。具体的には、ＥＧＲ弁２１が開弁しているときにＯＮするフラグの値をＥＣＵ２２に読み込むことによって判定してもよいし、内燃機関１の運転状態が図３のＥＧＲ領域に属しているかどうかによって判定してもよい。ここで、ＥＧＲがＯＮされていないと判定された場合には、第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとを連通してＥＧＲガスの量を確保する必要がないと判定されるので、排気干渉を抑制すべくＳ１０６に進む。一方、ＥＧＲがＯＮされていると判定された場合には、第１合流枝管１８ｅと第２合流枝管１８ｆとを連通してＥＧＲガスの量を確保するようにＳ１０５に進む。

Ｓ１０５においては連通弁５が開弁される。一方、Ｓ１０６においては、連通弁５は閉弁される。Ｓ１０５またはＳ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例においては、まず、第１合流枝管１８ｅを形成する別々の排気通路である第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとに、それぞれ燃料添加弁２６と、連通管２７との接続部とを配置した。これにより、燃料添加弁２６から添加された燃料が
第４枝管１８ｄを逆流して連通管２７に流入し、さらにＥＧＲ通路１５に回り込むことが抑制されている。

さらに、本実施例においては、第４排気通路１８ｄと連通管２７との接続部は、合流部１８ｇに対して充分離れた上流側に配置されているので、より確実に、燃料添加弁５から添加された燃料が第４枝管１８ｄに流入して連通管２７に回り込み、さらにＥＧＲ通路１５に回り込むことが抑制されている。

また、本実施例においては、内燃機関１の運転状態がＥＧＲ領域に属し、ＥＧＲが実行されている状態では、基本的に連通弁５を開弁する制御を行う。しかし、ＥＧＲが実行されている状態でも、燃料添加弁２６から排気に燃料が添加された際には、連通弁５を閉弁して燃料添加弁２６から排気に添加された燃料がＥＧＲ通路１５に回り込むことをより確実に抑制している。

なお、上記の実施例においては、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとに、それぞれ燃料添加弁２６と、連通管２７との接続部とを配置し、且つ、第４排気通路１８ｄと連通管２７との接続部を、合流部１８ｇに対して充分離れた上流側に配置させたが、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとに、それぞれ燃料添加弁２６と、連通管２７との接続部とを配置することのみによっても、燃料添加弁２６から排気に添加された燃料がＥＧＲ通路１５に回り込むことを抑制する効果を得ることは可能である。

また、第１枝管１８ａと第４枝管１８ｄとに、それぞれ燃料添加弁２６と、連通管２７との接続部とを配置する構成において、ＥＧＲが実行されている状態で燃料添加弁２６から排気に燃料が添加された際には連通弁５を閉弁するという制御を併用する必要は必ずしもない。この制御を行なわなくても、上記構成を採用するだけで、燃料添加弁２６から排気に添加された燃料がＥＧＲ通路１５に回り込むことを抑制する効果を得ることは可能である。

また、上記の実施例においては、内燃機関１は４つの気筒を有しており、２つの排気通路から形成される気筒群別排気通路を２つ有する構成について説明した。しかし、本発明に係る排気システムはこの構成に限られない。気筒及び、気筒に対応する排気通路の数、気筒群別排気通路の数は適宜変更が可能である。

本発明の実施例に係る内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。本発明の実施例に係る合流部付近の拡大図である。本発明の実施例に係る内燃機関の運転状態における、ＥＧＲ領域について示すグラフである。本発明の実施例に係る連通弁制御ルーチンについてのフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
５・・・連通弁
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気管
１０・・・過給機
１２・・・スロットル弁
１３・・・インタークーラ
１４・・・ＥＧＲクーラ
１５・・・ＥＧＲ通路
１６・・・集合管
１８・・・排気マニホールド
１８ａ・・・第１枝管
１８ｂ・・・第２枝管
１８ｃ・・・第３枝管
１８ｄ・・・第４枝管
１８ｅ・・・第１合流枝管
１８ｆ・・・第２合流枝管
１８ｇ・・・合流部
１９・・・排気管
２０・・・ＮＳＲ
２１・・・ＥＧＲ弁
２２・・・ＥＣＵ
２４・・・エアフローメータ
２５・・・エアクリーナ
２６・・・燃料添加弁

Claims

内燃機関からの排気のエネルギにより作動し前記内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記内燃機関における、排気同士が互いに干渉しづらい気筒に接続された複数の排気通路を連結して形成された通路であって、排気同士が互いに干渉しづらい前記気筒からの排気を合流させて前記過給機のタービンに導く二以上の気筒群別排気通路と、
前記二以上の気筒群別排気通路のうちの一部の気筒群別排気通路を形成する排気通路に設けられ、該排気通路における排気に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記気筒群別排気通路同士を連通する連通路と、
前記連通路に設けられ、前記連通路の流路断面積を変更することで該連通路の開通及び遮断を制御可能な連通路制御弁と、
前記燃料添加弁がいずれの排気通路にも設けられていない気筒群別排気通路のうちの少なくとも一部の気筒群別排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路及び、該ＥＧＲ通路の流路断面積を変更することで該ＥＧＲ通路の開通及び遮断を制御可能なＥＧＲ弁を有し、該気筒群別排気通路における排気の一部を前記吸気通路に再循環させるＥＧＲ装置と、
を備え、
いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路と前記連通路とは、該気筒群別排気通路を形成する排気通路のうち、前記燃料添加弁が設けられていない排気通路において接続されることを特徴とする内燃機関の排気システム。
いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路において、前記連通路が接続された排気通路と前記燃料添加弁が設けられた排気通路とは、該気筒群別排気通路において可及的に下流側である所定の最下流領域において連結されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気システム。
前記連通路は、いずれかの排気通路に前記燃料添加弁が設けられた気筒群別排気通路において、該連通路が接続される排気通路上の前記最下流領域に対して充分に離れた上流側の領域であって、前記燃料添加弁から排気に添加された燃料の到達量が充分に少ない所定の燃料到達回避領域で、排気通路と接続されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気システム。
前記内燃機関には、該内燃機関における排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構が設けられ、
前記排気弁の開弁期間と前記内燃機関の吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ期間を増加可能としたこと特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気システム。
前記内燃機関の運転状態が、前記ＥＧＲ装置による排気の再循環が実施される所定のＥＧＲ領域に属する場合には、前記連通路制御弁を開弁して前記連通路を開通させ、前記内燃機関の運転状態が前記ＥＧＲ領域より高負荷または高回転数側の領域に属する場合には、前記連通路制御弁を閉弁して前記連通路を遮断させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気システム。
前記内燃機関の運転状態が前記ＥＧＲ領域に属する場合において、前記燃料添加弁から前記排気に燃料が添加された際には、前記連通路制御弁を閉弁して前記連通路を遮断させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気システム。