JP6256275B2 - エンジンの吸排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒の全てに燃料を供給して燃焼させる全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒を休止させるために当該特定気筒への燃料の供給を停止する減筒運転との間で切り替え可能なエンジンに設けられる吸排気装置に関する。

従来、下記特許文献１に示されるように、エンジンの排気管内で起きる排気脈動に起因した低〜中周波数成分の騒音を、排気管の途中に設けられたバタフライバルブを用いて低減することが行われている。

一方、近年では、エミッション対策やポンピングロス低減などのために、排気ガスの一部を吸気通路に戻すいわゆる排気還流（ＥＧＲ）の技術がエンジンに広く採用されている。このようなエンジンでは、排気通路と吸気通路とがＥＧＲ通路により連結されるため、排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播し、吸気通路およびその周辺に振動や騒音が発生するおそれがある。

そこで、下記特許文献２では、ＥＧＲ通路（ＥＧＲパイプ）を設けたエンジンにおいて、バタフライバルブからなるノイズサプレッサを吸気通路に設け、ＥＧＲの実行中はこのノイズサプレッサの開度を低減することにより、ＥＧＲ通路から吸気通路に伝播した排気脈動に起因して騒音等が発生するのを抑制するようにしている。

実開昭６２−１１０５２１号公報 特開平１１−２１０５７４号公報

ここで、複数の気筒を有する多気筒エンジンの分野では、近年、エンジンの燃費性能をより向上させるために、複数の気筒の一部を休止させる減筒運転の技術が徐々に採用されつつある。減筒運転が行われると、気筒間の燃焼間隔が長くなるために、より低周波の排気脈動が生じる。すると、この排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播する結果、低周波の騒音が発生し、これが不快な音（こもり音）として車室内に伝達されることが懸念される。

このような問題を解消する一つの案としては、上記特許文献２のノイズサプレッサのように、吸気通路の通路断面積を減少させる手段を設けることが考えられる。しかしながら、吸気通路の通路断面積を減少させた場合には、これに伴って吸入空気量が減少し、エンジン出力に影響が及ぶおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、減筒運転時に生じ易い比較的低周波の騒音を、エンジン出力に影響を及ぼすことなく適正に抑制することが可能なエンジンの吸排気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒の全てに燃料を供給して燃焼させる全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒を休止させるために当該特定気筒への燃料の供給を停止する減筒運転との間で切り替え可能なエンジンに設けられる吸排気装置であって、エンジンの減筒運転時に排気通路の通路断面積を減少させる排気絞り手段と、排気通路を流通する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるために排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路と、減筒運転時に排気通路に生じる排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播するのをＥＧＲ通路および排気通路の少なくとも一方において抑制する抑制手段とを備え、上記ＥＧＲ通路に、その通路断面積を増減させることによりＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ量調節手段が設けられ、上記ＥＧＲ量調節手段は、エンジンの減筒運転時に、上記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの流量が、減筒運転に対応する運転領域で仮に全筒運転した場合に必要なＥＧＲガスの流量よりも少なくなるように、上記ＥＧＲ通路の通路断面積を減少させるものであり、減筒運転時にＥＧＲ通路の通路断面積を減少させる上記ＥＧＲ量調節手段が上記抑制手段として機能する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、減筒運転時に排気絞り手段によって排気通路の通路断面積が減少させられるので、この通路断面積の減少に伴い、排気通路内を伝播する排気脈動を抑制することができる。また、これに加えて、排気脈動が排気通路からＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播するのを抑制手段によって抑制することができる。このように、エンジンの減筒運転時に、排気通路内を伝播する排気脈動と、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播する排気脈動との双方が抑制されるため、燃焼間隔が長くなる減筒運転時に生じ易い比較的低周波の騒音（こもり音）を効果的に抑制することができる。

しかも、上記抑制手段は、排気通路から吸気通路に伝播する排気脈動をＥＧＲ通路または排気通路において未然に（吸気通路に伝播する前に）抑制するので、例えば吸気通路に伝播した排気脈動を吸気通路で抑制しようとした場合（そのために例えば吸気通路の通路断面積を減少させた場合）と異なり、吸入空気量に直接的な影響を及ぼすことがない。このため、吸入空気量の変化に起因してエンジン出力が低下したりする事態を効果的に防止することができる。

特に、本発明では、減筒運転時にＥＧＲの流量が相対的に少なくなるようにＥＧＲ通路の通路断面積を減少させるＥＧＲ量調節手段が上記抑制手段として機能するので、減筒運転時に要求される比較的多くの新気量を確保しつつ、排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路まで伝播するのを確実に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが上記ＥＧＲ通路に設けられ、当該ＥＧＲクーラが上記抑制手段として機能する（請求項２）。

この構成によれば、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを利用して、排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路まで伝播するのを効果的に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、上記排気通路は、上記複数の気筒の各排気ポートから個別に延びる独立排気管を含むとともにその下流側で１箇所に集合するように配設された排気マニホールドを備え、減筒運転時に休止される上記特定気筒の独立排気管に上記ＥＧＲ通路の入口部が接続され、上記排気マニホールドのうち上記特定気筒以外の気筒の排気ポートと上記ＥＧＲ通路の入口部とを結ぶ経路が上記抑制手段として機能する（請求項３）。

この構成によれば、エンジンの減筒運転時に特定気筒（休止気筒）以外の気筒（稼働気筒）から排出される排気ガスの一部が、排気マニホールド内の複雑な経路を辿って方向転換しながらＥＧＲ通路の入口部まで流れ込むことになる。これにより、当該経路の途中で排気脈動が十分に減衰される結果、吸気通路まで伝播される排気脈動のレベルを効果的に低減することができる。

本発明において、好ましくは、上記エンジンが、減筒運転時に上記特定気筒の吸気弁および排気弁を閉弁状態のまま停止させる弁停止機構を備える（請求項４）。
この構成によれば、減筒運転中のポンピングロスを低減できる等の利点がある。ただし、特定気筒（休止気筒）の吸・排気弁を閉弁状態のまま停止させた場合、開閉動作を続けた場合よりも排気脈動の低周波成分が大きくなると考えられる。しかしながら、本発明によれば、上述した排気絞り手段と抑制手段とによって排気脈動を十分に抑制することができるので、ポンピングロスを低減しながら、排気脈動に基づく不快な騒音を効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの吸排気装置によれば、減筒運転時に生じ易い比較的低周波の騒音を、エンジン出力に影響を及ぼすことなく適正に抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる吸排気装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図である。 上記エンジンの主要部の拡大図である。 上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。 減筒運転と全筒運転との使い分けやＥＧＲ量の増減がエンジンの運転領域に応じてどのようになされるかを説明するためのマップである。 排気マニホールド内で起きる減筒運転中の排気ガスの流れを示す説明図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる吸排気装置が適用されたエンジンの全体構成を示す図であり、図２はその主要部の拡大図である。これらの図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルの多気筒ガソリンエンジンである。具体的に、このエンジンは、特定方向に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する直列４気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路１０と、エンジン本体１の各気筒２Ａ〜２Ｄで生成された排気ガス（燃焼ガス）を排出するための排気通路２０と、排気通路２０を流通する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１０に還流するためのＥＧＲ装置５０とを備えている。

エンジン本体１は、気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック（図示省略）と、シリンダブロックの上面に設けられたシリンダヘッド３とを有している。図２に示すように、シリンダヘッド３には、吸気通路１０から供給される空気を各気筒２Ａ〜２Ｄに導入するための吸気ポート４と、各気筒２Ａ〜２Ｄで生成された排気ガスを排気通路２０に導出するための排気ポート５と、各気筒２Ａ〜２Ｄと吸気ポート４との連通部を開閉する吸気弁６と、各気筒２Ａ〜２Ｄと排気ポート５との連通部を開閉する排気弁７とが設けられている。吸気弁６および排気弁７は、図略の動弁装置によりクランク軸（エンジンの出力軸）の回転と連動して開閉駆動される。

また、シリンダヘッド３には、各気筒２Ａ〜２Ｄに燃料を噴射するインジェクタ８と、インジェクタ８から噴射された燃料を燃焼させるために各気筒２Ａ〜２Ｄに火花を放電する点火プラグ９とが設けられている。４サイクル４気筒型の当実施形態のエンジンでは、クランク角で１８０°ＣＡおきに燃焼が起きるように点火プラグ９による点火のタイミング（点火タイミング）が設定されている。具体的には、図１および図２の左側から順に、気筒２Ａを第１気筒、気筒２Ｂを第２気筒、気筒２Ｃを第３気筒、気筒２Ｄを第４気筒とすると、第１気筒２Ａ→第３気筒２Ｃ→第４気筒２Ｄ→第２気筒２Ｂの順に等間隔で（１８０°ＣＡおきに）燃焼が起きるように点火タイミングが設定されている。

ここで、当実施形態のエンジンは、４つの気筒２Ａ〜２Ｄ全てを稼働させる（つまり燃焼を行わせる）全筒運転だけでなく、４つの気筒２Ａ〜２Ｄのうち２つを休止させて残りの２つを稼動させる減筒運転が可能な可変気筒エンジンである。このような可変気筒エンジンでは、減筒運転時にエンジン本体１に発生する振動を抑制するために、点火順序（燃焼順序）が連続しない特定の気筒を選んで休止させることが望ましい。そこで、当実施形態では、減筒運転時に、点火順序が連続しない第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄが特定気筒として休止され、残りの第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃのみが稼働される。

また、減筒運転時には、ポンピングロスを低減する等の観点から、休止気筒の吸・排気弁の開閉動作を停止させることが望ましい。そこで、当実施形態では、減筒運転時に休止される上記第１・第４気筒２Ａ，２Ｄ（特定気筒）の吸・排気弁６，７の開閉動作を停止させて閉弁状態に維持する弁停止機構１８（図３参照）が動弁装置に内蔵されている。詳細な図示は省略するが、弁停止機構１８は、例えば動弁装置に含まれるカムの駆動力が吸気弁６および排気弁７に伝わるのを有効または無効にするロストモーション機構と、ロストモーション機構の作動を切り替える電動式のアクチュエータ等により構成されている。

吸気通路１０は、図外のエアクリーナからエンジン本体に向けて延びる１本の吸気管１１と、吸気管１１の下流端が接続される所定容量のサージタンク１２と、サージタンク１２から分岐して延び、その下流端が各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポート４にそれぞれ接続される４本の独立吸気管１３とを有している。吸気管１１には、電動式のスロットル弁１５が設けられており、このスロットル弁１５の開閉により吸気管１１の通路断面積が増減されるようになっている。なお、吸気通路１０についての「上流」「下流」とは、その内部を流通する吸入空気の流れ方向に関していうものとする。

排気通路２０は、いわゆる４−２−１レイアウト型の排気マニホールド２１と、排気マニホールド２１の下流側に連続して設けられた１本の排気管２４とを有している。

排気マニホールド２１は、図２に示すように、各気筒２Ａ〜２Ｄの排気ポートに上流端が接続された４本の独立排気管３１〜３４と、４本の独立排気管３１〜３４が２つ１組で集合することにより形成された２つの中間集合部３５，３６と、２つの中間集合部３５，３６からそれぞれ下流側に延びる２本の中間排気管３７，３８と、２つの中間排気管３７，３８が集合することにより形成された最終集合部３９と、最終集合部３９からループ状に延び、エンジン本体１に近づいた後再びエンジン本体１から離間するように形成された共通排気管４０とを有している。共通排気管４０の途中部には、排気ガス中の有害成分を浄化するための第１触媒装置２２（いわゆる直キャタ）が設けられている。なお、排気通路２０についての「上流」「下流」とは、その内部を流通する排気ガスの流れ方向に関していうものとする。

排気マニホールド２１は、排気効率を高める等の理由から、各気筒２Ａ〜２Ｄの独立排気管３１〜３４がほぼ等長に形成されるとともに、燃焼順序が連続しない気筒の独立排気管どうしが集合するようにレイアウトされている。すなわち、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄ用の各独立排気管３１，３４が集合して１つの中間集合部３５が形成されるとともに、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃ用の各独立排気管３２，３３が集合してもう１つの中間集合部３６が形成されている。

排気マニホールド２１における共通排気管４０の下流端には、上記第１触媒装置２２とは別の第２触媒装置２３（いわゆるメインキャタ）を介して、排気管２４が接続されている。排気管２４の途中部にはプリサイレンサと２５と排気シャッター弁２６とが設けられており、排気管２４の下流端にはメインサイレンサ２７が接続されている。

プリサイレンサ２５は、排気音における主に高周波成分を低減するものである。メインサイレンサ２７は、排気音における主に低周波成分を低減するものであり、プリサイレンサ２５よりも大容量に形成されている。

排気シャッター弁２６は、排気管２４の通路断面積を増減するために設けられた電動式の開閉弁であり、請求項にいう「排気絞り手段」に相当するものである。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路２０と吸気通路１０とを連結するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。

ＥＧＲ通路５１は、第１気筒２Ａ用の独立排気管３１に接続される入口部５１ａを上流端に有するとともに、サージタンク１２に接続される出口部５１ｂを下流端に有している。なお、ＥＧＲ通路５１における「上流」「下流」とは、その内部を流通するＥＧＲガスの流れ方向（つまり排気側から吸気側に向かう方向）に関していうものとする。

ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲガスの流量を調節するためにＥＧＲ通路５１の通路断面積を増減させる電動式の開閉弁であり、請求項にいう「ＥＧＲ量調節手段」に相当するものである。

ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１内を流通するＥＧＲガスをエンジンの冷却水との熱交換により冷却するための熱交換器である。詳細は図示しないが、このＥＧＲクーラ５２には、多数の細径チューブが内蔵されており、この細径チューブの内部を流れるＥＧＲガスと細径チューブの周囲に導入されるエンジンの冷却水との間で熱交換が行われることにより、ＥＧＲガスが冷却されるようになっている。

（２）制御
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のエンジンは、コントロールユニット６０によって統括的に制御される。コントロールユニット６０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

コントロールユニット６０は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。すなわち、図１および図２にも部分的に示すように、エンジンおよび車両には、吸気通路１０を通じて吸入される空気の流量（吸入空気量）を検出するエアフローセンサＳＮ１と、エンジンの出力軸（クランク軸）の回転速度であるエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサＳＮ２と、車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダル（図示省略）の開度を検出するアクセル開度センサＳＮ３と、排気マニホールド２１（第１触媒装置２２よりわずかに上流側の部分）内を流通する排気ガスに含まれる酸素の濃度を検出する酸素濃度センサＳＮ４とを含む各種センサが設けられており、これら各種センサによって検出された情報が電気信号としてコントロールユニット６０に入力されるようになっている。

また、コントロールユニット６０は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ４等からの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、コントロールユニット６０は、インジェクタ８、点火プラグ９、弁停止機構１８、スロットル弁１５、排気シャッター弁２６、ＥＧＲ弁５３等の各部と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

コントロールユニット６０のより具体的な機能について説明する。当実施形態において、コントロールユニット６０は、気筒数制御部６１と、ＥＧＲ制御部６２と、排気絞り制御部６３とを機能的に有している。

気筒数制御部６１は、エアフローセンサＳＮ１、エンジン回転速度センサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ３の検出値から特定されるエンジンの運転条件（負荷、回転速度等）に基づいて、エンジンの減筒運転および全筒運転のいずれを選択すべきかを逐次判定し、判定した結果に基づいてインジェクタ８、点火プラグ９、弁停止機構１８等を制御するものである。

図４は、エンジンの運転中に気筒数制御部６１が参照するマップを模式的に示した図である。本図において、運転領域Ａはエンジンが減筒運転される領域であり、それ以外の領域はエンジンが全筒運転される領域である。図４の例において、減筒運転領域Ａは、極低負荷域（無負荷近傍）および高負荷域を除く負荷範囲Ｘと、極低速域および高速域を除く速度範囲Ｙとの重複領域に設定されている。

気筒数制御部６１は、上記各センサから特定される運転条件が上記減筒運転領域Ａに適合する場合には、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄを休止させる減筒運転のための制御を実行する。すなわち、気筒数制御部６１は、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄのインジェクタ８および点火プラグ９の作動を停止させるとともに、弁停止機構１８を駆動して同気筒２Ａ，２Ｄの吸・排気弁６，７の開閉動作を停止させる。これにより、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄでの燃焼が停止されて、残りの気筒（第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃ）のみで燃焼が行われるようになる。

一方、気筒数制御部６１は、運転条件が上記減筒運転領域Ａに適合していない場合には、全ての気筒２Ａ〜２Ｄで燃焼を行わせる全筒運転のための制御を実行する。すなわち、気筒数制御部６１は、全ての気筒２Ａ〜２Ｄのインジェクタ８および点火プラグ９を作動させるとともに、弁停止機構１８による弁停止動作を解除する（全ての気筒の吸・排気弁６，７を開閉させる）制御を実行する。

排気絞り制御部６３は、排気シャッター弁２６の開度を制御するものである。具体的に、排気絞り制御部６３は、減筒運転領域Ａ以外の領域では、基本的に排気シャッター弁２６を全開もしくはこれに近い高開度に維持する。一方、減筒運転領域Ａでは、それ以外の領域よりも排気シャッター弁２６の開度が小さくなるように、排気シャッター弁２６を閉方向に駆動する。これにより、排気管２４の通路断面積を減少させて、排気ガスの流通抵抗を増大させる。

ＥＧＲ制御部６２は、運転条件に応じた適切な量のＥＧＲガスが吸気通路１０に還流されるようにＥＧＲ弁５３を制御するものである。具体的に、ＥＧＲ制御部６２は、運転条件に応じて予め設定された目標ＥＧＲ率（気筒内に導入されるガス中にＥＧＲガスが占める割合の目標値）が得られるようにＥＧＲ弁５３を制御する。

図４には、上記目標ＥＧＲ率の設定例が示されている。本図によれば、目標ＥＧＲ率は、減筒運転領域Ａの外側に設定された境界線Ｌを境にＥＧＲの有無が切り替わるように設定されている。すなわち、図４において境界線Ｌよりも外側に位置する高負荷または高速の領域では、目標ＥＧＲ率がゼロに設定され（ＥＧＲ無し）、境界線Ｌよりも内側に位置する低〜中負荷かつ低〜中速の領域では、目標ＥＧＲ率がゼロよりも大きい値に設定されている（ＥＧＲ有り）。なお、後者のＥＧＲ有りの領域では、概ねの傾向として、負荷が低いほど目標ＥＧＲ率が高い値に設定される。

一方、減筒運転領域Ａでは、仮に同じ領域を全筒運転で運転した場合に設定されるはずの目標ＥＧＲ率よりも低い目標ＥＧＲ率が設定されている（ＥＧＲ減）。これは、減筒運転の実行中は、特定の気筒（第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄ）が休止されている分、残りの気筒で多くの燃焼エネルギーを発生させる必要があり、これに伴って新気の割合を増やす必要があるためである。すなわち、減筒運転中は休止気筒を除く一部の気筒（稼働気筒）だけで同じ負荷を賄う必要があり、稼働気筒に導入すべき新気の量が増えるために、減筒運転中に導入すべきＥＧＲ量は、仮に減筒運転しなかった場合に必要なＥＧＲ量よりも少なくなる。このため、上記のように、減筒運転領域Ａでの目標ＥＧＲ率が相対的に低い値に設定されている。

ＥＧＲ制御部６２は、上記のように設定された目標ＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁５３の開度を制御するが、このとき、酸素濃度センサＳＮ４により検出される排気ガス中の酸素濃度をフィードバックしつつ制御を行う。すなわち、ＥＧＲ制御部６２は、上記目標ＥＧＲ率に比例するように（目標ＥＧＲ率が大きいほど高開度になるように）ＥＧＲ弁５３の基本開度を演算した上で、この基本開度を、酸素濃度センサＳＮ４により検出される排気ガス中の酸素濃度に応じて補正する。より具体的には、検出された酸素濃度から実際のＥＧＲ率を推定し、これを上記目標ＥＧＲ率と比較する。そして、両者が一致する場合には上記基本開度をＥＧＲ弁５３の開度として決定し、両者が異なる場合には、その差を解消する方向に上記基本開度を補正して、補正後の開度をＥＧＲ弁５３の開度として決定する。

例えば、エンジンが減筒運転されているときは、排気絞り制御部６３により排気シャッター弁２６の開度が低減されるので、排気通路２０内の排気ガスの圧力（排圧）が上昇する。この状態において、仮にＥＧＲ弁５３の開度が、上記目標ＥＧＲ率に基づいて定まる基本開度に設定されていたとすると、排圧が高いことに起因して想定よりも多くのＥＧＲガスがＥＧＲ通路５１に流れ込む結果、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高い値になってしまう。しかしながら、このような場合には、ＥＧＲ率の増大が酸素濃度の低下として現れるので、フィードバック制御によってＥＧＲ弁５３の開度が上記基本開度よりも低くなるように補正され、結果として、常に目標ＥＧＲ率に近いＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁５３の開度が調整される。

ただし、ＥＧＲ率の不一致が起きてから実際に酸素濃度が変化するまでにはある程度の時間を要するので、排気シャッター弁２６を閉じるときのようにＥＧＲ率の変化が生じることが明らかな状況では、実際に酸素濃度が変化するよりも前にＥＧＲ弁５３の開度を補正することが望ましい。そこで、当実施形態では、上記のようなフィードバック制御に加えて、フィードフォワード制御もしくは予測制御を含めた制御ロジックが組み込まれており、より応答性よくＥＧＲ弁５３の開度が調節されるようになっている。

（３）作用等
以上説明したように、当実施形態では、エンジンの減筒運転時に、排気シャッター弁２６によって排気通路２０の通路断面積が減少させられるとともに、ＥＧＲ通路５１を流通するＥＧＲガスの流量が、減筒運転領域Ａで仮に全筒運転した場合に必要な流量によりも少なくなるように、ＥＧＲ弁５３によってＥＧＲ通路５１の通路断面積が減少させられるので、減筒運転時に生じ易い比較的低周波の騒音を適正かつ効果的に抑制できるという利点がある。

すなわち、減筒運転によって気筒の稼働数が減少すると、全筒運転のときよりも気筒間の燃焼間隔が長くなるため、より低周波（３０Ｈｚ程度）の排気脈動が発生する。このような低周波の排気脈動は、サイレンサ（プリサイレンサ２５およびメインサイレンサ２７）では十分に低減することができないため、低周波な不快音（こもり音）となって車室内に伝達されるおそれがある。このような問題に対し、上記実施形態では、減筒運転時に排気シャッター弁２６によって排気通路２０の通路断面積が減少させられるので、この通路断面積の減少に伴い、排気通路２０内を伝播する排気脈動を抑制することができる。また、これに加えて、ＥＧＲ弁５３によってＥＧＲ通路５１の通路断面積が減少させられるので、排気脈動がＥＧＲ通路５１を通じて吸気通路１０まで伝播すること（場合によってはエアクリーナからエンジン外に放出されること）を抑制することができる。以上のように、上記実施形態によれば、エンジンの減筒運転時に、排気通路２０内を伝播する排気脈動と、ＥＧＲ通路５１を通じて吸気通路１０に伝播する排気脈動との双方が抑制されるので、これらの排気脈動に基づく低周波の騒音が車室内に伝達されるのを効果的に抑制することができる。

ここで、吸気通路１０に伝播した排気脈動による騒音は、例えばスロットル弁１５を絞る（吸気通路１０の通路断面積を減少させる）ことによっても低減することが可能である。しかしながら、このようにした場合には、減筒運転時に吸入空気量が不足し、エンジン出力の低下を招くおそれがある。これに対し、上記実施形態では、吸気通路１０ではなくＥＧＲ通路５１の通路断面積を減少させているので、上記のようなエンジン出力への影響を招くことなく、排気脈動が吸気通路１０に伝播するのを抑制し、騒音の低減を図ることができる。

特に、上記実施形態では、酸素濃度センサＳＮ４を用いて排気ガスに含まれる酸素濃度を監視する等により、実際のＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が目標値に一致するようにＥＧＲ弁５３の開度がフィードバック制御される。一方、減筒運転時に排気シャッター弁２６が閉方向に駆動されたときには、そのことに伴う排圧の上昇がＥＧＲガスの導入を促進するので、減筒運転に適合したＥＧＲ量（目標ＥＧＲ率）を得るためには、ＥＧＲ弁５３の開度をさらに閉方向に補正する必要が生じる。このように、減筒運転時にはＥＧＲ弁５３の開度が十分に小さくされるので、ＥＧＲ通路５１を通じた排気脈動の伝播を確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２がＥＧＲ通路５１に設けられているので、このＥＧＲクーラ５２によって排気脈動の伝播を抑制することができる。すなわち、ＥＧＲクーラ５２は熱交換のための多数の細径チューブを内蔵するなど、ＥＧＲガスの流通を妨げるような構造を有しているので、閉方向に駆動されたときのＥＧＲ弁５３と同様、ＥＧＲ通路５１内を伝播する排気脈動を抑制する役割を果たす。このように、上記実施形態によれば、減筒運転時に、ＥＧＲ弁５３およびＥＧＲクーラ５２の双方によって排気脈動の伝播を確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、減筒運転時に休止される第１気筒２Ａの独立排気管３１にＥＧＲ通路５１の入口部５１ａが接続されているので、減筒運転時には、稼働気筒である第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃから排出される排気ガスの一部が複雑な経路を辿ってＥＧＲ通路５１の入口部５１ａまで流れ込むことになる。例えば、図５に矢印を用いて示すように、稼働気筒の１つである第２気筒２Ｂから排出された排気ガスの一部は、当該気筒２Ｂの排気ポート５を出発点にして、独立排気管３２→中間集合部３６→中間排気管３８→最終集合部３９という順に流れた後、第１気筒２Ａ側に遡るように方向転換して、中間排気管３７→中間集合部３５→独立排気管３１という順に流れる。このように、減筒運転時にＥＧＲ通路５１に導入される排気ガス（ＥＧＲガス）は、図５のような長い経路を辿って方向転換を繰り返しながらＥＧＲ通路５１に導入される。これにより、当該経路の途中で排気脈動が十分に減衰される結果、吸気通路１０まで伝播される排気脈動のレベルを効果的に低減することができる。

なお、上記実施形態では、減筒運転時に休止される第１気筒２Ａの独立排気管３１にＥＧＲ通路５１の入口部５１ａを接続したが、ＥＧＲ通路５１は、減筒運転時に休止されるもう一方の気筒、つまり第４気筒２Ｄに接続されていてもよく、あるいは、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの双方に接続されていてもよい。

また、上記実施形態では、４本の独立排気管３１〜３４と２本の中間排気管３７，３８と１本の共通排気管４０とを有するいわゆる４−２−１レイアウト型の排気マニホールド２１を採用したが、これ以外の形式の排気マニホールドも当然に採用可能であり、例えば、４本の独立排気管の下流端を全て１箇所に集合させる４−１レイアウト型の排気マニホールドを採用してもよい。

また、上記実施形態では、減筒運転時に休止気筒（第１・第４気筒２Ａ，２Ｄ）の吸・排気弁６，７が閉弁状態に維持されるように、弁停止機構１８を用いて当該吸・排気弁６，７の開閉動作を停止させるようにしたが、このような開閉動作の停止は必須ではない。ただし、減筒運転時に休止気筒での開閉動作を継続させた場合には、開閉動作を停止させた場合に比べて、ポンピングロスが増大する等のデメリットがある。一方、開閉動作を継続させると、稼働気筒から燃焼ガス（排気ガス）が排出されるだけでなく、休止気筒から非燃焼ガスが排出されるので、排気脈動の低周波成分は相対的に小さくなると考えられる。これに対し、吸・排気弁を停止させる上記実施形態の構成では、排気脈動の低周波成分が大きくなり易いと考えられるが、上記実施形態によれば、排気シャッター弁２６やＥＧＲ弁５３等により排気脈動が十分に抑制されるので、ポンピングロス低減等の効果を得つつ、上記のような低周波成分の大きい排気脈動であってもこれを確実に抑制するができる。

また、上記実施形態では、火花点火式の４気筒エンジンに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、減筒運転が可能な種々の形式のエンジンに適用することが可能であり、例えば、４気筒以外の多気筒エンジンやディーゼルエンジンにも本発明を適用することができる。

１ エンジン本体
２Ａ〜２Ｄ 気筒
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気弁
７ 排気弁
１０ 吸気通路
１８ 弁停止機構
２０ 排気通路
２１ 吸気マニホールド
２６ 排気シャッター弁（排気絞り手段）
３１〜３４ 独立排気管
５１ ＥＧＲ通路
５１ａ （ＥＧＲ通路の）入口部
５２ ＥＧＲクーラ
５３ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ量調節手段）

Claims (4)

1. 複数の気筒の全てに燃料を供給して燃焼させる全筒運転と、複数の気筒のうち特定の気筒を休止させるために当該特定気筒への燃料の供給を停止する減筒運転との間で切り替え可能なエンジンに設けられる吸排気装置であって、
   エンジンの減筒運転時に排気通路の通路断面積を減少させる排気絞り手段と、
   排気通路を流通する排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるために排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路と、
   減筒運転時に排気通路に生じる排気脈動がＥＧＲ通路を通じて吸気通路に伝播するのをＥＧＲ通路および排気通路の少なくとも一方において抑制する抑制手段とを備え、
   上記ＥＧＲ通路に、その通路断面積を増減させることによりＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ量調節手段が設けられ、
   上記ＥＧＲ量調節手段は、エンジンの減筒運転時に、上記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの流量が、減筒運転に対応する運転領域で仮に全筒運転した場合に必要なＥＧＲガスの流量よりも少なくなるように、上記ＥＧＲ通路の通路断面積を減少させるものであり、
   減筒運転時にＥＧＲ通路の通路断面積を減少させる上記ＥＧＲ量調節手段が上記抑制手段として機能する、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの吸排気装置において、
   ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが上記ＥＧＲ通路に設けられ、
   当該ＥＧＲクーラが上記抑制手段として機能する、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジンの吸排気装置において、
   上記排気通路は、上記複数の気筒の各排気ポートから個別に延びる独立排気管を含むとともにその下流側で１箇所に集合するように配設された排気マニホールドを備え、
   減筒運転時に休止される上記特定気筒の独立排気管に上記ＥＧＲ通路の入口部が接続され、
   上記排気マニホールドのうち上記特定気筒以外の気筒の排気ポートと上記ＥＧＲ通路の入口部とを結ぶ経路が上記抑制手段として機能する、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの吸排気装置において、
   上記エンジンが、減筒運転時に上記特定気筒の吸気弁および排気弁を閉弁状態のまま停止させる弁停止機構を備えた、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
   

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