JP4996567B2

JP4996567B2 - エンジン

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Publication number: JP4996567B2
Application number: JP2008233558A
Authority: JP
Inventors: 大樹田中; 良胤 ▲高▼島; 俊作中井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: JP2010065621A

Description

本発明は、空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、吸気路に設けられて前記燃焼室への吸気量を調整自在なスロットルバルブとを備えたエンジンに関する。

上記のようなエンジンにおいて、軸端効率を向上させるために、ストイキ燃焼を維持したまま排ガスの一部を燃焼室に再循環させてストイキ・ＥＧＲ燃焼を燃焼室にて行い、燃焼ガスの高温化を抑制する技術が知られている。また、同様の目的で、混合気における投入燃料を一定として理論空気量以上に空気を投入するリーン燃焼を燃焼室にて行う技術も知られている。

従来のエンジンでは、軸出力を一定とした状態で燃焼室での燃焼状態を、燃焼室にてストイキ燃焼を行う第１燃焼状態と、燃焼室にてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う又は燃焼室にてリーン燃焼を行う第２燃焼状態とに切り換え自在に構成されているものがある（例えば、特許文献１参照。）。このように、燃焼室での燃焼状態を第１燃焼状態と第２燃焼状態とに切り換えることにより、例えば、排ガス清浄化を図ったり、エンジンからの熱回収量の増大を図るようにしている。
この従来のエンジンでは、スロットルバルブを、空気と一定比率の燃料を混合するベンチュリー構造のミキサと一体構造としている。これにより、スロットルバルブは、燃料量つまりエンジンの出力や回転速度を制御する機能をも有している。

特開２００７−２９７９６７号公報

図４は、スロットルバルブについて、スロットル開度と流量係数との関係を示すグラフである。スロットルバルブは、開度が小さい縮小領域では開度に対する流量係数の変化が大きく、逆に開度が大きい拡大領域では開度に対する流量係数の変化が小さいという特性を有している。拡大領域と縮小領域との間に存在する中間領域では、開度に対する流量係数の変化が概ね一定となっている。そのために、燃焼室への吸気量を制御する際には、スロットルバルブの開度を中間領域内とすることが求められている。特に、従来のエンジンでは、スロットルバルブがエンジンの出力や回転速度を制御する機能をも有しているので、エンジンの出力や回転速度を的確に制御するために、スロットルバルブの開度を中間領域内とすることが求められる。

一方、従来のエンジンにおいて、燃焼室での燃焼状態を第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えると、スロットルバルブの開度が拡大される。
第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合について説明すると、例えば、排ガスの一部を吸気路のスロットルバルブよりも上流側に戻して燃焼室に再循環させるものでは、空気に加えて戻された排ガスをもスロットルバルブに供給するので、スロットルバルブの開度をそのまま維持していると燃焼室への吸気量（空気量）が低下することになる。よって、燃焼室への適正な吸気量（空気量）を確保するためにスロットルバルブの開度が拡大される。また、排ガスの一部を吸気路のスロットルバルブよりも下流側に戻して燃焼室に再循環させるものでは、スロットルバルブの開度をそのまま維持していると戻された排ガスが優先して燃焼室に供給されることになる。よって、ストイキ・ＥＧＲ燃焼に切り換えると、スロットルバルブの開度を拡大させるように制御することにより、燃焼室への適正な吸気量（空気量）を確保している。
第２燃焼状態としてリーン燃焼を行う場合においても、理論空気量以上に空気を投入することから、燃焼室に供給する空気量を増加させるために、スロットルバルブの開度が拡大される。

このように、燃焼室での燃焼状態を第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えることによって、スロットルバルブの開度が拡大される。よって、第２燃焼状態では、スロットルバルブの開度が中間領域よりも拡大側に移行して拡大領域になってしまう可能性がある。その結果、第２燃焼状態においても、スロットルバルブの開度を中間領域内に維持しようとすると、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行うものでは燃焼室に再循環させる排ガス量を多くすることができず、リーン燃焼を行うものでは理論空気量以上に投入する空気量を多くすることができない。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブの開度を中間領域内に維持できながら、第２燃焼状態として、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合には、燃焼室に再循環させる排ガス量を多くすることができ、リーン燃焼を行う場合には、理論空気量以上の過剰空気を多くすることができるエンジンを提供する点にある。

本発明に係るエンジンの前提構成は、空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、吸気路に設けられて前記燃焼室への吸気量を調整自在なスロットルバルブとを備えたエンジンであって、
前記燃焼室にてストイキ燃焼を行う第１燃焼状態と、排ガスの一部を前記吸気路に戻して前記燃焼室に再循環させて前記燃焼室にてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う又は前記燃焼室にてリーン燃焼を行う第２燃焼状態との両燃焼状態において、前記スロットルバルブの開度可動範囲内で開度が大きい拡大領域と開度が小さい縮小領域との間に存在する中間領域内に前記スロットルバルブの開度がなるように、前記スロットルバルブの開度を調整する開度調整手段を備えている。

本前提構成によれば、燃焼室での燃焼状態を第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えた場合に、開度調整手段によりスロットルバルブの開度を縮小側に調整することができる。これにより、スロットルバルブの開度が拡大側に移行するのを防止して、その開度を中間領域内に維持できる。よって、第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合には、燃焼室に再循環させる排ガス量を増加させることができ、第２燃焼状態としてリーン燃焼を行う場合にも、理論空気量以上に投入する過剰空気量を増加させることができる。
その結果、第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブの開度を中間領域内に維持できながら、第２燃焼状態において、燃焼室に再循環させる排ガス量や理論空気量以上に投入する空気量を多量にすることができる。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンの第１特徴構成は、上記前提構成において前記第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合において、前記開度調整手段は、前記吸気路において前記スロットルバルブをバイパスして前記スロットルバルブの上流側と下流側とを接続するバイパス路と、前記バイパス路の通気量を調整自在なバイパス弁と、前記バイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御手段とから構成され、前記バイパス弁制御手段は、前記第１燃焼状態よりも前記第２燃焼状態の方を前記バイパス弁の開度を拡大側に制御するように構成されている点にある。

本特徴構成によれば、バイパス弁制御手段が、バイパス弁の開度を制御してバイパス路の通気量を調整することによって、燃焼室への吸気量（空気量）を調整することができ、この調整に伴ってスロットルバルブの開度を調整できる。例えば、バイパス路の通気量を増加させることにより、燃焼室への吸気量を増加させることができ、この吸気量の増加によりスロットルバルブの開度を縮小側に調整することができる。これにより、バイパス路とバイパス弁とバイパス弁制御手段とにより開度調整手段を的確に構成できる。しかも、バイパス弁制御手段は、例えば、第１燃焼状態よりも第２燃焼状態の方をバイパス弁の開度を拡大側に制御することにより、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えたときに、スロットルバルブの開度を縮小側に調整してスロットルバルブの開度を中間領域内に的確に維持できる。

本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記バイパス弁制御手段は、前記第１燃焼状態のときには、閉状態に前記バイパス弁の開度を制御し、且つ、前記第２燃焼状態のときには、前記ストイキ・ＥＧＲ燃焼において前記吸気路に戻される排ガス量に応じて予め設定された目標開度に前記バイパス弁の開度を制御する点にある。

本特徴構成によれば、第１燃焼状態のときには、バイパス弁制御手段が閉状態にバイパス弁の開度を制御するので、バイパス路には通気させない状態でスロットルバルブの開度が中間領域内になるように構成できる。第２燃焼状態のときには、バイパス弁制御手段が目標開度にバイパス弁の開度を制御するので、バイパス路にも通気させて、スロットルバルブの開度を縮小側に調整させる。このとき、目標開度は、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行うものでは吸気路に戻される排ガス量に応じて予め設定されている。よって、吸気路に戻される排ガス量や理論空気量以上に投入する空気量に応じて、バイパス路の通気量を調整することになり、吸気路に戻される排ガス量や理論空気量以上に投入する空気量に応じてスロットルバルブの開度を縮小側に調整させることができ、スロットルバルブの開度を確実に中間領域内に維持できる。

上記目的を達成するための本発明に係るエンジンの第２特徴構成は、上記前提構成において前記第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う又は前記燃焼室にてリーン燃焼を行う場合において、前記開度調整手段は、前記吸気路において前記スロットルバルブよりも上流側に配設された上流側スロットルバルブと、前記上流側スロットルバルブの開度を制御する上流側スロットルバルブ制御手段とから構成され、前記上流側スロットルバルブ制御手段は、前記第１燃焼状態から前記第２燃焼状態に切り換えたときに、前記上流側スロットルバルブの開度を拡大側に制御するように構成されている点にある。

本特徴構成によれば、上流側スロットルバルブ制御手段が、上流側スロットルバルブの開度を制御することによって、燃焼室への吸気量（空気量）の調整を、スロットルバルブと上流側スロットルバルブとに分担して行うことができる。これにより、上流側スロットルバルブ制御手段が上流側スロットルバルブの開度を制御することによって、スロットルバルブの開度の変化量を小さく抑えることができる。よって、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えたときに、上流側スロットルバルブの開度を拡大側に調整することにより、スロットルバルブの開度が拡大側に移行する量を小さな量に抑えることができる。その結果、第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブの開度を中間領域内に的確に維持できる。

本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、前記上流側スロットルバルブ制御手段は、前記第１燃焼状態のときには、中間開度に前記上流側スロットルバルブの開度を制御し、且つ、前記第２燃焼状態のときには、前記ストイキ・ＥＧＲ燃焼において前記吸気路に戻される排ガス量又は前記リーン燃焼において理論空気量以上に投入する空気量に応じて予め設定された前記中間開度よりも拡大側の目標開度に前記上流側スロットルバルブの開度を制御する点にある。

本特徴構成によれば、第１燃焼状態のときには、上流側スロットルバルブ制御手段が中間開度に上流側スロットルバルブの開度を制御するので、この状態でスロットルバルブの開度が中間領域内になるように構成できる。第２燃焼状態のときには、上流側スロットルバルブ制御手段が目標開度に上流側スロットルバルブの開度を制御するので、スロットルバルブの開度が拡大側に移行することになるが、上流側スロットルバルブの開度を中間開度から目標開度に拡大させることにより、スロットルバルブの開度が拡大側へ移行する量を小さく抑えることができる。このとき、目標開度は、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行うものでは吸気路に戻される排ガス量に応じて予め設定されており、リーン燃焼を行うものでは理論空気量以上に投入する空気量に応じて予め設定されている。よって、吸気路に戻される排ガス量や理論空気量以上に投入する空気量に応じて上流側スロットルバルブの開度を調整することができ、スロットルバルブの開度を確実に中間領域内に維持できる。

本発明に係るエンジンの実施形態について、図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示すように、このエンジン１は、空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室２を備え、燃料供給弁３を介して供給された燃料Ｇと空気Ａとの混合気Ｍを吸気路４から燃焼室２に吸気し、その混合気Ｍを燃焼室２において圧縮し、その混合気Ｍを燃焼室２において点火プラグ５にて点火して燃焼・膨張させ、その燃焼により発生した排ガスＥを排気路６に排出するというように、通常の４サイクルエンジンと同様の構成を有する。

吸気路４は、吸気バルブ７を介して燃焼室２に接続されている。吸気路４には、吸気路４を縮径させたベンチュリー構造を有するミキサ８が設けられている。ミキサ８は、吸気路４を流通する空気Ａがベンチュリー構造を高速で通過することで圧力低下させる。ミキサ８は、この圧力低下を利用して、気体燃料である都市ガス（１３Ａ）である燃料Ｇを燃料供給路９により吸気路４を流通する空気Ａに供給して混合気Ｍを形成するように構成されている。ミキサ８は、空気Ａと燃料Ｇとを一定比率で混合して混合気Ｍを形成するように構成されている。燃料供給路９には、ミキサ８への燃料供給量を調整自在な燃料供給弁３が設けられている。

吸気路４には、ミキサ８よりも上流側に、燃焼室２への吸気量を調整自在なスロットルバルブ１０が設けられている。このスロットルバルブ１０は、空気Ａと燃料Ｇとを一定比率で混合するミキサ８と一体構造としている。これにより、スロットルバルブ１０は、燃料量つまりエンジン１の出力や回転速度を制御する機能をも有している。

吸気路４には、スロットルバルブ１０をバイパスしてスロットルバルブ１０の上流側と下流側とを接続するバイパス路１８と、バイパス路１８の通気量を調整自在なバイパス弁１９とが設けられている。バイパス弁１９は、例えば、ステッピングモータ駆動のニードル弁や電磁比例弁を用いている。エンジン１の運転を制御する制御装置５０には、バイパス弁１９の開度を制御するバイパス弁制御手段５３が備えられている。バイパス弁制御手段５３は、バイパス弁１９の開度を制御してバイパス路１８の通気量を調整することによって、スロットルバルブ１０の開度を調整するように構成されている。

排気路６は、排気バルブ１１を介して燃焼室２に接続されている。排気路６には、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素センサ１２が設けられている。制御装置５０は、酸素センサ１２で検出される排ガスＥの酸素濃度を監視しながら燃料供給弁３の開度を制御するように構成されている。排気路６には、酸素センサ１２よりも下流側に、例えば、アルミナ等の無機担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属成分を担持してなる三元触媒１３と、排ガスＥの熱を回収するための伝熱管１４とが設けられている。

エンジン１の排熱を熱負荷等に利用するために、エンジン１の排熱を回収する排熱回収手段１５が設けられている。排熱回収手段１５は、エンジン１を冷却した後のジャケット水ＪＷと燃焼室２から排出された排ガスＥとの両方からエンジン１の排熱を回収するように構成されている。ジャケット水ＪＷは、エンジン１を冷却して昇温した後に、排気路６に設けられた伝熱管１４を通過することで排ガスＥの熱を回収する。排熱回収手段１５は、例えば、伝熱管１４を通過してエンジン１の排熱を回収した高温のジャケット水ＪＷと湯水とを熱交換させて湯水を加熱し、その加熱された湯水を貯湯タンクに貯湯することができる。貯湯タンクに貯えられた高温の湯水は、給湯装置や暖房装置等の熱負荷等に供給して利用することができる。

排気路６の排ガスＥの一部を吸気路４においてスロットルバルブ１０及びバイパス路１８の上流側接続箇所よりも上流側に戻すＥＧＲ流路１６と、ＥＧＲ流路１６を閉状態と開状態との間で切換自在で且つ開状態においてその開度を調整自在なＥＧＲ弁１７とが設けられている。ＥＧＲ弁１７は、例えば、ステッピングモータ駆動のニードル弁や電磁比例弁を用いている。制御装置５０には、ＥＧＲ弁１７の開度を制御するＥＧＲ弁制御手段５２が備えられている。ＥＧＲ弁制御手段５２は、ＥＧＲ弁１７を開状態とすることにより、ＥＧＲ流路１６にて排気路６の排ガスＥの一部を吸気路４に戻して、その排ガスＥを燃焼室２に再循環させるように構成されている。ＥＧＲ弁制御手段５２は、ＥＧＲ弁１７を開状態としてその開度を調整することにより、ＥＧＲ流路１６にて吸気路４に戻す排ガス量を調整して、燃焼室２に再循環させる排ガス量を調整するように構成されている。これにより、ＥＧＲ流路１６、ＥＧＲ弁１７、及び、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ手段として機能するように構成されている。このＥＧＲ手段は、ＥＧＲ流路１６を用いて排ガスを再循環させる、所謂外部ＥＧＲを実現するように構成されている

制御装置５０は、所定のコンピュータプログラムを実行することにより、スロットルバルブ１０の開度を制御するスロットルバルブ制御手段５１、ＥＧＲ弁制御手段５２、バイパス弁制御手段５３として機能するように構成されている。
スロットルバルブ制御手段５１は、スロットルバルブ１０の開度を制御することにより、エンジン１の出力又は回転速度が要求出力又は要求回転速度になるように構成されている。

このエンジン１では、燃焼室２での燃焼状態として、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をストイキ範囲内に設定するストイキ燃焼を行う第１燃焼状態と、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をストイキ範囲内に設定し且つエンジン１の排ガスＥの一部を燃焼室２に再循環させるストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う第２燃焼状態とに切り換え自在に構成されている。

第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、制御装置５０は、酸素センサ１２で検出される排ガスＥの酸素濃度が略ゼロの低酸素濃度となるように燃料供給弁３の開度を調整することにより、燃焼室２に供給される混合気Ｍの空気過剰率を略１．０程度のストイキ範囲内に設定している。これにより、ストイキ燃焼を行う第１燃焼状態では、失火等の異常燃焼の発生を抑制して安定した燃焼状態を維持できる。また、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う第２燃焼状態では、排ガスの燃焼室２への再循環により燃焼状態が多少不安定になる可能性があるが、例えば、点火時期を調整することによって燃焼状態の安定化を図ることができ、安定した燃焼状態を維持できる。

スロットルバルブ１０は、図４に示すように、スロットル開度と流量係数との関係について、開度が小さい縮小領域では開度に対する流量係数の変化が大きく、逆に開度が大きい拡大領域では開度に対する流量係数の変化が小さいという特性を有している。また、拡大領域と縮小領域との間に存在する中間領域では、開度に対する流量係数の変化が概ね一定となっている。そこで、スロットルバルブ１０により燃焼室２への吸気量を制御する際には、開度に対する流量係数の変化が概ね一定となる中間領域内にスロットルバルブ１０の開度をすることが求められる。ここで、中間領域は、スロットルバルブ１０の開度可動範囲内において、中間開度を基準として設定された例えば３０〜７０％の領域である。

第１燃焼状態では、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ弁１７を閉状態（開度が０％）に制御するとともに、バイパス弁制御手段５３がバイパス弁１９を閉状態（開度が０％）に制御している。エンジン１は、この第１燃焼状態において、スロットルバルブ１０の開度が中間領域（例えば、３０〜７０％）内になるように構成されている。よって、第１燃焼状態では、スロットルバルブ１０の開度が中間領域（３０〜７０％）内に維持される。

第２燃焼状態では、燃焼室２に供給される混合気Ｍの空気過剰率を略１．０程度のストイキ範囲内に設定することに加えて、ＥＧＲ弁制御手段５２が、ＥＧＲ弁１７を開状態として、排気路６の排ガスＥの一部をＥＧＲ流路１６にて吸気路４に戻して排ガスＥを燃焼室２に再循環させる。これにより、スロットルバルブ１０に対して戻された排ガスＥも供給されることになり、バイパス弁１９を閉状態に維持すると、燃焼室２への吸気量（空気量）を確保するためにスロットルバルブ１０の開度が拡大側に移行して、その開度が中間領域（３０〜７０％）よりも拡大側の拡大領域（７０％以上）になってしまう可能性が生じる。
そこで、バイパス弁制御手段５３は、バイパス弁１９を開状態として所定の開度に制御することにより、バイパス路１８にも通気させて、スロットルバルブ１０の開度を縮小側に調整している。これにより、スロットルバルブ１０の開度が拡大領域（７０％以上）まで移行するのを防止でき、第２燃焼状態においても、スロットルバルブ１０の開度を中間領域（３０〜７０％）内に維持できる。このようにして、開度調整手段２０は、バイパス路１８と、バイパス弁１９と、バイパス弁制御手段５３とから構成されている。

以下、第１燃焼状態及び第２燃焼状態におけるＥＧＲ弁１７及びバイパス弁１９の開度の制御について説明する。
第１燃焼状態では、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ弁１７を閉状態（開度が０％）に制御し、且つ、バイパス弁制御手段５３がバイパス弁１９も閉状態（開度が０％）に制御する。第２燃焼状態では、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ目標開度になるようにＥＧＲ弁１７の開度を制御し、且つ、バイパス弁制御手段５３がバイパス目標開度になるようにバイパス弁１９の開度を制御する。
ここで、ＥＧＲ弁１７のＥＧＲ目標開度は、燃焼室２に再循環させる排ガス量に応じて予め設定されている。例えば、ＥＧＲ目標開度は、燃焼室２への混合気Ｍの流量に対する燃焼室２に再循環させる排ガス流量のＥＧＲ率が１５％以上となるように、５０％に設定されている。
バイパス弁１９のバイパス目標開度は、吸気路４に戻される排ガス量に応じて予め設定されている。つまり、バイパス目標開度は、ＥＧＲ目標開度を指標として或いは経験式として、吸気路４に戻される排ガス量に応じて設定されている。例えば、バイパス目標開度は、ＥＧＲ弁１７の開度をＥＧＲ目標開度としたときに、スロットルバルブ１０の開度が中間領域（３０〜７０％）内になるように、ＥＧＲ目標開度（５０％）に対して例えば２０％に設定されている。

図２は、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えるときの、ＥＧＲ弁１７の開度（ＥＧＲ弁開度と示している）、バイパス弁１９の開度（バイパス弁開度と示している）、及び、スロットルバルブ１０の開度（スロットル弁開度としている）の夫々の変化を示している。バイパス弁開度の変化については実線にて示している。
第１燃焼状態では、ＥＧＲ弁開度が０％であり、バイパス弁開度も０％である。このとき、スロットル弁開度は中間領域（３０〜７０％）内に維持されている。ＥＧＲ弁制御５２は、ＥＧＲ弁開度を０％から拡大側に移行させていき、ＥＧＲ弁開度をＥＧＲ目標開度（５０％）とする。バイパス弁開度については、バイパス弁制御手段５３が、バイパス弁開度を０％から拡大側に移行させていき、バイパス弁開度をバイパス目標開度（２０％）とする。これにより、ＥＧＲ弁開度とバイパス弁開度とを同様に拡大側に移行させていきながら、ＥＧＲ弁開度をＥＧＲ目標開度（５０％）としたときにバイパス弁開度がバイパス目標開度（２０％）となるようにして、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換える。このようにして第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えると、スロットル弁開度は、第１燃焼状態のときよりも多少拡大側に移行するものの、中間領域（３０〜７０％）内に維持することができる。

よって、第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブ１０の開度を中間領域内に維持することができる。そのために、第２燃焼状態において、燃焼室２に再循環させる排ガス量を増加させることができる。その結果、第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合に、例えば１５％以上のＥＧＲ率を実現することができる。

〔第２実施形態〕
この第２実施形態は、上記第１実施形態において開度調整手段２０の別実施形態を示すものである。以下、図３に基づいて、第２実施形態における開度調整手段２０について説明するが、その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので説明は省略する。

吸気路４には、バイパス路１８及びバイパス弁１９（図１参照）に代えて、スロットルバルブ１０よりも上流側で且つＥＧＲ流路１６の接続箇所よりも下流側に、上流側スロットルバルブ２１が配設されている。上流側スロットルバルブ２１は、例えば、スロットルバルブ１０と同様に、ステッピングモータ駆動のスロットルバルブを用いている。制御装置５０には、バイパス弁制御手段５３（図１参照）に代えて、上流側スロットルバルブ２１の開度を制御する上流側スロットルバルブ制御手段５４が備えられている。
開度調整手段２０は、上流側スロットルバルブ２１と、上流側スロットルバルブ制御手段５４とから構成されている。

以下、第１燃焼状態及び第２燃焼状態におけるＥＧＲ弁１７及び上流側スロットルバルブ２１の開度の制御について説明する。
第１燃焼状態では、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ弁１７を閉状態（開度が０％）に制御し、且つ、上流側スロットルバルブ制御手段５４が上流側スロットルバルブ２１の開度可動範囲内の中間開度（開度が５０％）に上流側スロットルバルブ２１の開度を制御する。第２燃焼状態では、ＥＧＲ弁制御手段５２がＥＧＲ目標開度になるようにＥＧＲ弁１７の開度を制御し、且つ、上流側スロットルバルブ制御手段５４が上流側スロットル目標開度（目標開度に相当する）になるように上流側スロットルバルブ２１の開度を制御する。ここで、ＥＧＲ目標開度は、上記第１実施形態と同様に設定されている。上流側スロットルバルブ２１の上流側スロットル目標開度は、吸気路４に戻される排ガス量に応じて中間開度（開度が５０％）よりも拡大側に予め設定されている。つまり、上流側スロットル目標開度は、ＥＧＲ目標開度を指標として或いは経験式として、吸気路４に戻される排ガス量に応じて設定されている。例えば、上流側スロットル目標開度は、ＥＧＲ弁１７の開度をＥＧＲ目標開度としたときにスロットルバルブ１０の開度が中間領域（例えば３０〜７０％）内になるように、ＥＧＲ目標開度（５０％）に対して例えば７０％に設定されている。

図２は、上記第１実施形態において、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換えるときの、ＥＧＲ弁１７の開度（ＥＧＲ弁開度と示している）、バイパス弁１９の開度（バイパス弁開度と示している）、及び、スロットルバルブ１０の開度（スロットル弁開度としている）の夫々の変化を示しているが、バイパス弁１９の開度（バイパス弁開度）に代えて、上流側スロットルバルブ２１の開度（上流側スロットル弁開度と示している）の変化を一点鎖線にて示している。

第１燃焼状態では、ＥＧＲ弁開度が０％であり、上流側スロットルバルブ制御手段５４により上流側スロットル弁開度が５０％に制御されている。このとき、スロットル弁開度は中間領域（３０〜７０％）内に維持されている。ＥＧＲ弁制御５２は、ＥＧＲ弁開度を０％から拡大側に移行させていき、ＥＧＲ弁開度をＥＧＲ目標開度（５０％）とする。上流側スロットル弁開度については、上流側スロットルバルブ制御手段５４が、上流側スロットル弁開度を５０％から拡大側に移行させていき、上流側スロットル弁開度を上流側スロットル目標開度（７０％）とする。これにより、ＥＧＲ弁開度と上流側スロットル弁開度とを同様に拡大側に移行させていきながら、ＥＧＲ弁開度をＥＧＲ目標開度（５０％）としたときに上流側スロットル弁開度が上流側スロットル目標開度（７０％）となるようにして、第１燃焼状態から第２燃焼状態に切り換える。このとき、スロットル弁開度は、第１燃焼状態のときよりも多少拡大側に移行するものの、中間領域（３０〜７０％）内に維持することができる。

このようにして、第１燃焼状態及び第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブ１０の開度を中間領域内に維持することができながら、第２燃焼状態としてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合に、ＥＧＲ率を例えば１５％以上の高い値とすることができる。

〔別実施形態〕
（１）上記第２実施形態では、第２燃焼状態として、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合について例示したが、第２燃焼状態として、混合気における投入燃料を一定として理論空気量以上に空気を投入するリーン燃焼を行うこともできる。このリーン燃焼を行う場合には、ＥＧＲ流路１６、ＥＧＲ弁１７、及び、ＥＧＲ弁制御手段５２等を省略することができる。

（２）上記第１及び第２実施形態では、ＥＧＲ流路１６が、排気路６の排ガスＥの一部を吸気路４においてスロットルバルブ１０及びバイパス路１８の上流側接続箇所よりも上流側に戻すようにしているが、排気路６の排ガスＥの一部を吸気路４においてスロットルバルブ１０よりも下流側に戻すようにすることもできる。

（３）上記第１及び第２実施形態では、スロットルバルブ１０の中間領域を、開度可動範囲内で中間開度（５０％）を基準として、５０％±２０％として設定したが、この中間領域をどのような範囲に設定するかは適宜変更が可能である。

本発明は、空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、吸気路に設けられて前記燃焼室への吸気量を調整自在なスロットルバルブとを備え、ストイキ燃焼を行う第１燃焼状態、及び、ストイキ・ＥＧＲ燃焼又はリーン燃焼を行う第２燃焼状態の両燃焼状態において、スロットルバルブの開度を中間領域内に維持できながら、第２燃焼状態として、ストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う場合には、燃焼室に再循環させる排ガス量を多くすることができ、リーン燃焼を行う場合には、理論空気量以上の過剰空気を多くすることができる各種のエンジンに適応することができる。

第１実施形態におけるエンジンの概略図ＥＧＲ弁、バイパス弁、スロットルバルブの夫々の開度の変化を示すグラフ第２実施形態におけるエンジンの概略図スロットルバルブにおけるスロットル開度と流量係数との関係を示すグラフ

符号の説明

２燃焼室
４吸気路
１０スロットルバルブ
１８バイパス路
１９バイパス弁
２０開度調整手段
２１上流側スロットルバルブ
５３バイパス弁制御手段
５４上流側スロットルバルブ制御手段

Claims

空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
吸気路に設けられて前記燃焼室への吸気量を調整自在なスロットルバルブとを備えたエンジンであって、
前記燃焼室にてストイキ燃焼を行う第１燃焼状態と、排ガスの一部を前記吸気路に戻して前記燃焼室に再循環させて前記燃焼室にてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う第２燃焼状態との両燃焼状態において、前記スロットルバルブの開度可動範囲内で開度が大きい拡大領域と開度が小さい縮小領域との間に存在する中間領域内に前記スロットルバルブの開度がなるように、前記スロットルバルブの開度を調整する開度調整手段を備え、
前記開度調整手段は、前記吸気路において前記スロットルバルブをバイパスして前記スロットルバルブの上流側と下流側とを接続するバイパス路と、前記バイパス路の通気量を調整自在なバイパス弁と、前記バイパス弁の開度を制御するバイパス弁制御手段とから構成され、
前記バイパス弁制御手段は、前記第１燃焼状態よりも前記第２燃焼状態の方を前記バイパス弁の開度を拡大側に制御するように構成されているエンジン。
前記バイパス弁制御手段は、前記第１燃焼状態のときには、閉状態に前記バイパス弁の開度を制御し、且つ、前記第２燃焼状態のときには、前記ストイキ・ＥＧＲ燃焼において前記吸気路に戻される排ガス量に応じて予め設定された目標開度に前記バイパス弁の開度を制御する請求項１に記載のエンジン。
空気と燃料との混合気を圧縮して燃焼させる燃焼室と、
吸気路に設けられて前記燃焼室への吸気量を調整自在なスロットルバルブとを備えたエンジンであって、
前記燃焼室にてストイキ燃焼を行う第１燃焼状態と、排ガスの一部を前記吸気路に戻して前記燃焼室に再循環させて前記燃焼室にてストイキ・ＥＧＲ燃焼を行う又は前記燃焼室にてリーン燃焼を行う第２燃焼状態との両燃焼状態において、前記スロットルバルブの開度可動範囲内で開度が大きい拡大領域と開度が小さい縮小領域との間に存在する中間領域内に前記スロットルバルブの開度がなるように、前記スロットルバルブの開度を調整する開度調整手段を備え、
前記開度調整手段は、前記吸気路において前記スロットルバルブよりも上流側に配設された上流側スロットルバルブと、前記上流側スロットルバルブの開度を制御する上流側スロットルバルブ制御手段とから構成され、
前記上流側スロットルバルブ制御手段は、前記第１燃焼状態から前記第２燃焼状態に切り換えたときに、前記上流側スロットルバルブの開度を拡大側に制御するように構成されているエンジン。
前記上流側スロットルバルブ制御手段は、前記第１燃焼状態のときには、前記上流側スロットルバルブの開度可動範囲内の中間開度に前記上流側スロットルバルブの開度を制御し、且つ、前記第２燃焼状態のときには、前記ストイキ・ＥＧＲ燃焼において前記吸気路に戻される排ガス量又は前記リーン燃焼において理論空気量以上に投入する空気量に応じて予め設定された前記中間開度よりも拡大側の目標開度に前記上流側スロットルバルブの開度を制御する請求項３に記載のエンジン。