JP5107214B2 - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気を再び気筒へと還流させる技術が開示されている。排気通路と吸気通路とに連通したＥＧＲ通路によって排気の還流が行われる。

特開２００８−１１１３８８号公報

排気を複数の気筒へと還流させる場合には、排気通路と連通した主通路と、主通路から分岐して各気筒側に連通する分岐通路とを備えたＥＧＲ通路を採用することにより可能である。この場合、ＥＧＲ通路を流れる排気の流れ方向の順番に、複数の気筒へと排気が流れることになる。各気筒へと還流する排気流量のばらつきが生じる恐れがある。排気流量が多い気筒は、他の気筒に比べ燃焼変動が大きくなる場合があり、排気流量の少ない気筒は、他の気筒に比べノッキングが起こりやすくなる場合がある。

したがって本発明の目的は、各気筒へ還流される排気の流量のばらつきが抑制された内燃機関の排気還流装置を提供することである。

上記目的は、所定方向に並んだ気筒群を有した内燃機関と、前記気筒群と連通した排気通路と、前記排気通路に連通し、前記気筒群が並んだ順に各気筒側に連通した順方向ＥＧＲ通路と、前記排気通路に連通し、前記気筒群が並んだ順とは逆の順に各気筒側に連通した逆方向ＥＧＲ通路と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置によって達成できる。

順方向ＥＧＲ通路と逆方向ＥＧＲ通路とは、気筒群に対してそれぞれ逆の順に連通している。これにより、ＥＧＲ通路が気筒群のそれぞれに連通した順番に起因する気筒間での排気の流量のばらつきが、相殺される。

上記構成において、前記内燃機関は、第１及び第２バンクを含み、前記気筒群は、前記第１及び第２バンクにそれぞれ設けられた第１及び第２気筒群を含み、前記順方向ＥＧＲ通路は、前記第１及び第２気筒群側にそれぞれ連通した第１及び第２順方向ＥＧＲ通路を含み、前記逆方向ＥＧＲ通路は、前記第１及び第２気筒群側にそれぞれ連通した第１及び第２逆方向ＥＧＲ通路を含む、構成を採用できる。この構成により、Ｖ型の内燃機関に対しても気筒間での排気の流量のばらつきを抑制できる。

上記構成において、吸気主通路と、前記吸気主通路から分岐して前記気筒群のそれぞれに連通した分岐通路群と、を含む吸気通路とを備え、前記順方向ＥＧＲ通路及び逆方向ＥＧＲ通路は、各分岐通路と連通することにより、前記各気筒側と連通している、構成を採用できる。

上記構成において、前記順方向ＥＧＲ通路及び逆方向ＥＧＲ通路をそれぞれ開閉する第１及び第２ＥＧＲ弁を備えている、構成を採用できる。

上記構成において、前記第１及び第２ＥＧＲ弁の何れが異常であるか否かを判定する異常判定手段を備えている、構成を採用できる。

上記構成において、前記第１及び第２ＥＧＲ弁のうち前記内燃機関が搭載された車両の外気導入口に近い一方の弁の作動を外気温に応じて制御するＥＧＲ弁制御手段を備えている、構成を採用できる。

本発明によれば、各気筒へ還流される排気の流量のばらつきが抑制された内燃機関の排気還流装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。

図１を参照して、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を採用したエンジンシステムについて説明する。実施例に係るエンジンシステムは、内燃機関１０、
吸気通路２０、インテークマニホールド３０、ＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂ、排気通路５０ａ、５０ｂ、触媒６０ａ、６０ｂ、電子制御ユニット（Electronic Control Unit、以下ＥＣＵと称する）９０を備えている。

ＥＣＵ９０は、エンジンシステム全体の動作を制御するものであり、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成される。ＲＯＭには、後述する所定の制御を実行するために必要なプログラムが格納されている。ＥＣＵ９０は、異常判定手段、ＥＧＲ弁制御手段に相当する。

内燃機関１０は、Ｖ型の内燃機関であり、複数の気筒を備えている。図１の左側から右側に順に複数の気筒♯１〜♯６が並んで設けられている。また、第１気筒群♯１、♯３、♯５は、右バンクに、第２気筒群♯２、♯４、♯６は、左バンクに設けられている。

吸気通路２０内にはスロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２の開閉はＥＣＵ９０によって制御される。吸気通路２０には、各気筒へ吸気を導入するためのインテークマニホールド３０が連通している。インテークマニホールド３０は、分岐通路３１〜３６を備えている。分岐通路３１〜３６は、各気筒♯１〜♯６に連通している。分岐通路３１〜３６は、吸気分岐通路に相当する。吸気通路２０は、吸気主通路に相当する。

排気通路５０ａは、第２気筒群♯２、♯４、♯６内の排気を外部へ排出する。排気通路５０ｂは、第１気筒群♯１、♯３、♯５内の排気を外部へと排出する。排気通路５０ａ、５０ｂには、それぞれ排気を浄化するための触媒６０ａ、６０ｂが設置されている。

ＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂは、それぞれ排気通路５０ａ、５０ｂと連通している。尚、ＥＧＲ通路４０ａは、触媒６０ａの下流側で排気通路５０ａと連通している。ＥＧＲ通路４０ｂも同様である。ＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂ、排気を各気筒♯１〜♯６へ還流する。ＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂは、それぞれ順方向ＥＧＲ通路、逆方向ＥＧＲ通路に相当する。

ＥＧＲ通路４０ａは、途中で互いに分岐した第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第２順方向ＥＧＲ通路４６ａを含む。ＥＧＲ通路４０ｂも同様に、途中で互いに分岐した第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂ、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂを含む。第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂは、第１気筒群♯１、♯３、♯５に排気を還流し、第２順方向ＥＧＲ通路４６ａ、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂは、第２気筒群♯２、♯４、♯６に排気を還流する。

尚、ＥＧＲ通路４０ａには、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第２順方向ＥＧＲ通路４６ａとが分岐する手前に、ＥＧＲ通路４０ａを開閉するＥＧＲ弁４２ａが設けられている。ＥＧＲ通路４０ｂにも同様の箇所にＥＧＲ弁４２ｂが設けられている。ＥＧＲ弁４２ａ、４２ｂの開閉はＥＣＵ９０により制御される。また、本実施例のエンジンシステムは車両に搭載されている。車両の前方側には、内燃機関１０を冷却するための外気導入口（不図示）が設けられている。車両が走行することにより、走行風が外気導入口を介して内燃機関１０周辺に導入される。外気導入口は、図１の内燃機関１０に対して左側に設けられている。換言すれば、ＥＧＲ弁４２ａは、外気導入口に近い位置に設けられ、ＥＧＲ弁４２ｂは、外気導入口から遠い位置に設けられている。従って、ＥＧＲ弁４２ａ周辺は、外気の影響を受けやすい。

第１順方向ＥＧＲ通路４５ａは、途中で分岐して気筒♯１、♯３、♯５の順に各気筒側に連通している。「各気筒側に連通している」とは、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａが直接気筒に連通していることのみを意味するものではなく、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａが、気筒♯１、♯３、♯５のそれぞれと連通した分岐通路３１、３３、３５と連通することにより、各気筒と連通していることを意味する。
同様に第２順方向ＥＧＲ通路４６ａは、途中で分岐して気筒♯２、♯４、♯６の順に各気筒側と連通している。

また、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂは、気筒♯５、♯３、♯１の順に各気筒側に連通し、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂは、気筒♯６、♯４、♯２の順に各気筒側と連通している。第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂは、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａと逆の順に第１気筒群♯１、♯３、♯５と連通している。第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂは、第２順方向ＥＧＲ通路４６ａと逆の順に第２気筒群♯２、♯４、♯６と連通している。

第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂにより、第１気筒群♯１、♯３、♯５のそれぞれに還流される排気の流量が均等となる。同様に第２順方向ＥＧＲ通路４６ａ、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂにより、第２気筒群♯２、♯４、♯６のそれぞれに還流される排気の流量が均等となる。この点について以下で詳しく説明する。

第１気筒群へ還流される排気の流量について説明する。図２は、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂ内を流れる排気の流量の説明図である。第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ内の排気は、排気の流れ方向に従って各気筒側へと還流する。第１順方向ＥＧＲ通路４５ａにより流れる排気の流量は、気筒＃１、＃３、＃５の順に大きくなる。即ち、排気の流れ方向の順に、各気筒へ流れ込む排気が多くなる。詳細には、分岐通路３１と連通した第１順方向ＥＧＲ通路４５ａの分岐通路へと流れる排気の流量は少なく、分岐通路３５と連通した第１順方向ＥＧＲ通路４５ａの分岐通路へと流れる排気の流量は大きい。この理由は、排気の慣性力が各気筒の吸引力を上回ることによる。

同様に、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂ内を流れる排気の流量は、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂによって還流される排気の流量は、気筒＃５、＃３、＃１の順に大きくなる。

このため、気筒＃１には、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａによって少ない流量の排気が流れ込み、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂによって大きい流量の排気が流れ込む。また、気筒＃５には、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａによって大きい流量の排気が流れ込み、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂによって少ない流量の排気が流れ込む。このように、第１順方向ＥＧＲ通路４５ａ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂは、気筒＃１、＃３、＃５のそれぞれに流れる排気の流量が相殺されるように作用する。

図３は、第１気筒群＃１、＃３、＃５のそれぞれのＥＧＲ率を示したグラフである。尚、このグラフは所定の運転状態において検出されたグラフである。尚、ＥＧＲ率とは、気筒内に流入する排気の量を筒内に流入する空気量と排気の量で割った値である。図３に例示するように、第１気筒群＃１、＃３、＃５の間で、ＥＧＲ率は略等しい。

次に、本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムについて説明する。図４は、本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムの説明図である。

図４に例示するように、エンジンシステムは、ＥＧＲ通路４０ｂ、４０ｘを備えている。ＥＧＲ通路４０ｘは、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｘ、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｘを含む。第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｘは、第１気筒群＃１、＃３、＃５側と連通している。第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｘは、第２気筒群＃２、＃４、＃６側と連通している。第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｘは、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂと同一の順番で第１気筒群＃１、＃３、＃５のそれぞれと連通している。第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｘも、第２逆方向ＥＧＲ通路４６ｂと同一の順番で第２気筒群♯２、♯４、♯６のそれぞれと連通している。

次に、本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムにおける、第１気筒群へ還流される排気の流量について説明する。図５は、ＥＧＲ通路内を流れる排気の流量の説明図である。第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｘ共に、気筒＃１へ流入する排気の流量が多くなり、一方、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｂ、第１逆方向ＥＧＲ通路４５ｘ共に、気筒＃５へ流入する排気の流量が少なくなる。図６は、第１気筒群＃１、＃３、＃５のそれぞれのＥＧＲ率を示したグラフである。図６に例示するように、気筒＃１でＥＧＲ率が最大となり、気筒＃５でＥＧＲ率が最小となる。このように、第１気筒群＃１、＃３、＃５内でＥＧＲ率が大きくバラつく。

図７は、本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムにおける、各気筒のＥＧＲ率のグラフである。図７に示すように、第２気筒群＃２、＃４、＃６についても、第１気筒群＃１、＃３、＃５と同様のことがいえる。

例えば、複数の気筒間で点火時期を一定に制御すると、ＥＧＲ率が大きい気筒は、点火時期の進角の不足により、他の気筒に比べ燃焼変動が大きくなる。ＥＧＲ率が小さい気筒は、点火時期が進角側過ぎて、ノッキングが発生しやすくなる。

また、ノッキングの発生を抑制するために、ＥＧＲ率が小さい気筒を基準として、他の気筒に対しても点火時期を設定した場合、排気を還流させることによる燃費向上の効果を充分に得ることができない。また、ＥＧＲ率が大きい気筒を基準にして、排気の流量を減少させると、この場合も燃費向上の効果を充分に得ることができない。

しかしながら、実施例１のエンジンシステムによれば、各気筒間へ還流される排気の流量を略等しくすることができ、ＥＧＲ率のばらつきを抑制できる。従って、排気を還流させることに伴う燃費向上の効果を得ることができる。

次に、ＥＣＵ９０が実行する、ＥＧＲ弁の異常を判定する異常判定処理について説明する。図８は、ＥＣＵ９０が実行する異常判定処理の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ９０は、エンジンシステムに採用された各種センサからの出力に基づいて、異常判定の要求があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。否定判定の場合にはＥＣＵ９０は本処理を終了する。肯定判定の場合、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ａ、４２ｂを同時に開側に駆動する（ステップＳ１２）。

次に、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂ内を流れる排気の流量が異常であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、アイドリング状態にあるときに、ＥＧＲ弁４２ａ、４２ｂを所定開度開き、そのときのエンジン回転数の変化率からＥＧＲ通路４０ａ、４０ｂを流れる排気の流量が異常であるか否かを判定する。すなわちＥＣＵ９０は、エンジン回転数の低下の度合いが小さいときには、異常と判定する。エンジン回転数は、不図示のクランク角ポジションセンサからの出力に基いてＥＣＵ９０が算出する。尚、流量の異常判定の方法は、このような方法に限らず、以下のような方法であってもよい。アイドリング状態において、ＥＧＲ弁４２ａを所定開度開き、排気通路６０ａ、６０ｂのそれぞれに配置された不図示の酸素濃度センサの出力値に基いて、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ通路４０ａ内を流れる排気の流量が異常であるか否かを判定してもよい。流量の異常判定の方法はそのほかの公知の方法であってもよい。

正常と判定された場合には、ＥＣＵ９０は本処理を終了する。異常と判定した場合、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ａのみを所定開度開き（ステップＳ１４）、上記方法と同様の方法により、ＥＧＲ通路４０ａを流れる流量に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１５）。異常と判定されると、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ａの異常フラグをＯＮにする（ステップＳ１６）。

正常であると判定した場合、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ｂのみを所定開度開き（ステップＳ１７）、上記方法と同様の方法により、ＥＧＲ通路４０ｂを流れる流量に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１８）。異常と判定されると、ＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ｂの異常フラグをＯＮにする（ステップＳ１９）。ＥＧＲ弁４２ｂが正常と判定されると、ＥＣＵ９０は本処理を終了する。

このようにＥＣＵ９０は、ＥＧＲ弁４２ａ、４２ｂの何れが異常であるかを判定することができる。これにより、異常に対応するための処理等を詳細に行うことができる。

次に、ＥＣＵ９０が実行する、外気温に基づいてＥＧＲ弁４２ａの作動の制御処理について説明する。図９は、ＥＣＵ９０が実行するＥＧＲ弁４２ａの制御処理の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ９０は、不図示の外気温センサからの出力に基づいて、外気温が−１０℃よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２１）。低い場合には、ＥＣＵ９０は、車両の前方側に配置されたＥＧＲ弁４２ａの作動を禁止する（ステップＳ２２）。ＥＧＲ弁４２ａは、車両の外気導入口付近に設けられているため、ＥＧＲ通路４０ａ内を通過する排気に含まれる水分がＥＧＲ通路４０ａ内で凝縮して氷結し、ＥＧＲ通路４０ａ内を流れる排気の流量が低下する恐れがあるからである。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を採用したエンジンシステムの説明図である。 ＥＧＲ通路内を流れる排気の流量の説明図である。 第１気筒群のそれぞれのＥＧＲ率を示したグラフである。 本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムの説明図である。 ＥＧＲ通路内を流れる排気の流量の説明図である。 第１気筒群のそれぞれのＥＧＲ率を示したグラフである。 本実施例とは異なる構成を有したエンジンシステムにおける、各気筒のＥＧＲ率のグラフである。 ＥＣＵが実行する異常判定処理の一例を示したフローチャートである。 ＥＣＵが実行するＥＧＲ弁の制御処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
２０ 吸気通路
３０ インテークマニホールド
３１〜３６ 分岐通路
４０ａ、４０ｂ ＥＧＲ通路
４２ａ、４２ｂ ＥＧＲ弁
４５ａ 第１順方向ＥＧＲ通路
４５ｂ 第１逆方向ＥＧＲ通路
４６ａ 第２順方向ＥＧＲ通路
４６ｂ 第２逆方向ＥＧＲ通路
５０ａ、５０ｂ 排気通路
６０ａ、６０ｂ 触媒
９０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 所定方向に並んだ気筒群を有した内燃機関と、
   前記気筒群と連通した排気通路と、
   前記排気通路に連通し、前記気筒群が並んだ順に各気筒側に連通した順方向ＥＧＲ通路と、
   前記排気通路に連通し、前記気筒群が並んだ順とは逆の順に各気筒側に連通した逆方向ＥＧＲ通路と、を備え、
   前記内燃機関は、第１及び第２バンクを含み、
   前記気筒群は、前記第１及び第２バンクにそれぞれ設けられた第１及び第２気筒群を含み、
   前記順方向ＥＧＲ通路は、前記第１及び第２気筒群側にそれぞれ連通した第１及び第２順方向ＥＧＲ通路を含み、
   前記逆方向ＥＧＲ通路は、前記第１及び第２気筒群側にそれぞれ連通した第１及び第２逆方向ＥＧＲ通路を含み、
   前記第１順方向ＥＧＲ通路と前記第１逆方向ＥＧＲ通路とは直接連通しておらず、
   前記第２順方向ＥＧＲ通路と前記第２逆方向ＥＧＲ通路とは直接連通しておらず、
   前記気筒群の全ての気筒は、前記第１順方向ＥＧＲ通路と前記第１逆方向ＥＧＲ通路とに接続される、又は前記第２順方向ＥＧＲ通路と前記第２逆方向ＥＧＲ通路とに接続される、ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 吸気主通路と、前記吸気主通路から分岐して前記気筒群のそれぞれに連通した分岐通路群と、を含む吸気通路とを備え、
   前記順方向ＥＧＲ通路及び逆方向ＥＧＲ通路は、各分岐通路と連通することにより、前記各気筒側と連通している、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。
3. 前記順方向ＥＧＲ通路及び逆方向ＥＧＲ通路をそれぞれ開閉する第１及び第２ＥＧＲ弁を備えている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記第１及び第２ＥＧＲ弁の何れが異常であるか否かを判定する異常判定手段を備えている、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記第１及び第２ＥＧＲ弁のうち前記内燃機関が搭載された車両の外気導入口に近い一方の弁の作動を外気温に応じて制御するＥＧＲ弁制御手段を備えている、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気還流装置。

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