JPWO2014181394A1 - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

Abstract

本発明における過給機付き内燃機関は、燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路（１２）に配置され吸入空気を過給するためのコンプレッサ（２０ａ）と、燃焼室から排出される排気ガスが流れる排気通路（１４）とコンプレッサ上流通路（１２ａ）とを接続するＥＧＲ通路（３２）と、ＥＧＲ通路（３２）を開閉するためのＥＧＲバルブ（３６）と、コンプレッサ（２０ａ）により過給されたガスを、コンプレッサ下流通路（１２ｂ）の外に逃がすための吸気バイパス通路（３８）と、コンプレッサ（２０ａ）により過給されたガスをコンプレッサ下流通路（１２ｂ）の外に逃がすときに開いて吸気バイパス通路（３８）を開放させるＡＢＶ（４０）とを備える。吸気バイパス通路（３８）は、コンプレッサ下流通路（１２ｂ）と、ＥＧＲバルブ（３６）よりもコンプレッサ上流通路（１２ａ）に近い側のＥＧＲ通路（３６）とを接続する。

Description

この発明は、過給機付き内燃機関に係り、特に、吸入空気を過給するためのコンプレッサよりも上流側の吸気通路に排気ガスを還流させる構成を備える過給機付き内燃機関に関する。

従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機を備える内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関は、ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側の吸気通路に再循環排気ガス（ＥＧＲガス）を導入するための排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）と、ＥＧＲ通路を開閉するための排気ガス再循環バルブ（ＥＧＲバルブ）とを備えている。また、上記内燃機関は、コンプレッサよりも下流側の吸気通路と当該コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続するエアバイパス通路と、過給運転状態から減速運転状態に移行したときに開いてエアバイパス通路を開放させるエアバイパスバルブとを備えている。エアバイパス通路は、ＥＧＲ通路の接続部よりも上流側において吸気通路に接続されている。

上記特許文献１に記載の内燃機関が備えるものと同様の構成のＥＧＲ通路とエアバイパス通路とを備える内燃機関では、ＥＧＲ通路を介して吸気通路にＥＧＲガスを導入している状況下においてエアバイパスバルブを開く所定条件が成立してエアバイパスバルブが開かれると、ＥＧＲガスを含んだ空気がエアバイパス通路を介してコンプレッサよりも上流側の吸気通路に還流されることになる。このような状況下においてエアバイパスバルブが開いた後においてもＥＧＲバルブが開いている状態であると、吸気通路へのＥＧＲガスの導入が継続されることになる。その結果、コンプレッサに再吸入されるガスは、既にＥＧＲガスが混合した空気に対して還流後にＥＧＲガスが更に追加されたものとなる。したがって、上記の状況下においては、エアバイパスバルブが開いたときにＥＧＲバルブを応答性良く同時期に閉じることができないと、想定したものよりも高い濃度のＥＧＲガスを含む吸気が筒内に導入されることになってしまう。その結果、トルク変動もしくは失火が生じてしまうことが懸念される。

尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２０１１−２４１７９８号公報 日本特開２０１２−０５７５８２号公報

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バイパスバルブの開弁時にコンプレッサに吸入されるガス中の再循環排気ガス濃度が高くなるのを防止することのできる過給機付き内燃機関を提供することを目的とする。

本発明は、過給機付き内燃機関であって、コンプレッサと、排気ガス再循環通路と、排気ガス再循環バルブと、バイパス通路と、バイパスバルブとを備えている。
コンプレッサは、燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路に配置され、吸入空気を過給するために備えられている。排気ガス再循環通路は、前記燃焼室から排出される排気ガスが流れる排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路であるコンプレッサ上流通路とを接続する。排気ガス再循環バルブは、当該排気ガス再循環通路を開閉するために備えられている。バイパス通路は、前記コンプレッサにより過給されたガスを、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路であるコンプレッサ下流通路の外に逃がすために備えられている。バイパスバルブは、前記コンプレッサにより過給されたガスを前記コンプレッサ下流通路の外に逃がすときに開いて前記バイパス通路を開放させる。本発明におけるバイパス通路は、前記コンプレッサ下流通路と、前記排気ガス再循環通路もしくは前記排気通路とを接続するものである。

本発明によれば、過給ガスをコンプレッサ下流通路の外に逃がすためにバイパスバルブが開かれたときに、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路もしくは排気通路に導入される。その結果、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路に導入される場合には、排気ガス再循環バルブが開いているときであっても、高圧の過給ガスによって排気通路側からの新たな再循環排気ガスの流入が抑制される。このため、バイパスバルブの開弁時にコンプレッサに吸入されるガス中の再循環排気ガス濃度が高くなるのを防止することができる。このことは、高圧の過給ガスが排気通路に導入される場合であっても同様である。より具体的には、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路よりも上流側の排気通路に導入される場合には、排気ガス再循環バルブが開いていることでバイパスバルブの開弁後に再循環排気ガスがコンプレッサ上流通路に流入することがあったとしても、その際にコンプレッサ上流通路に流入する再循環排気ガスは、上記過給ガスと燃焼室からの排気ガスとの混合ガスである。すなわち、当該過給ガスを含まない通常時の再循環排気ガスよりも再循環排気ガスの濃度が低いガスである。したがって、そのようなガスがコンプレッサ上流通路を流れる新気と混合したとしても、コンプレッサに吸入されるガス中の再循環排気ガス濃度が、通常の再循環排気ガスの導入時と比べて高くなることはない。また、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路よりも下流側の排気通路に導入される場合には、高圧の過給ガスは、排気ガス再循環通路との接続部よりも下流側の排気通路を通って大気中に放出されるだけである。このように、この場合にも、上記過給ガスがコンプレッサの上流に還流すること自体がないため、このガスの存在によってコンプレッサに吸入されるガス中の再循環排気ガスの濃度が高くなることはない。

また、本発明は、前記排気ガス再循環通路との接続部よりも上流側において前記コンプレッサ上流通路に配置され、前記コンプレッサ上流通路を流れる空気の流量を計測するためのエアフローメータを更に備えるものであってもよい。更に、本発明における前記バイパス通路は、前記排気ガス再循環バルブよりも前記コンプレッサ上流通路に近い側において前記排気ガス再循環通路に接続されたものであってもよい。
このように、排気ガス再循環バルブよりもコンプレッサ上流通路に近い側において排気ガス再循環通路にバイパス通路を接続したことにより、上記の位置に配置されたエアフローメータによって計測されない空気量がバイパス通路の開弁時に発生するのを防止することができる。

また、本発明は、前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒を更に備えるものであってもよい。更に本発明における前記排気ガス再循環通路は、前記触媒よりも下流側において前記排気通路に接続されたものであってもよい。
これにより、バイパス通路から排気ガス再循環通路もしくは排気通路に導入されるガス中の再循環排気ガスは、既に上記触媒を通過した後のガスとなる。したがって、バイパス通路からの過給ガスがコンプレッサ上流通路に還流されずに排気通路から大気中に放出される場合であっても、排気エミッションが悪化しないようにすることができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１の構成との対比のために参照する図である。 本発明の実施の形態１の構成におけるＡＢＶの作動前後のガス流れを説明するための図である。 本発明の実施の形態２の内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２の構成におけるＡＢＶの作動前後のガス流れを説明するための図である。

実施の形態１．
先ず、図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされるものである。本実施形態の内燃機関１０は、一例として直列４気筒型のものを表しているが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。内燃機関１０は、燃焼室（図示省略）に吸入される空気が流れる吸気通路１２と、燃焼室から排出されるガスが流れる排気通路１４とを備えている。

吸気通路１２の入口近傍には、エアクリーナ１６が設けられている。エアクリーナ１６の下流には、吸気通路１２に吸入される空気の流量を計測するためのエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１８の下流には、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが配置されている。ターボ過給機２０は、コンプレッサ２０ａと一体的に連結され排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２０ｂを備えている。コンプレッサ２０ａは、タービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

更に、コンプレッサ２０ａよりも下流側の吸気通路１２（以下、「コンプレッサ下流通路１２ｂ」と略する場合がある）には、コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するためのインタークーラー２２が配置されている。更に、インタークーラー２２の下流には、吸気通路１２を流れる空気量を調整するためのスロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４の下流には、サージタンク２６が配置されている。

ターボ過給機２０のタービン２０ｂは、排気通路１４の途中に配置されている。タービン２０ｂよりも下流側の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための排気浄化装置として、上流側から順に、三元触媒である上流触媒２８および下流触媒３０がそれぞれ配置されている。

また、図１に示すシステムは、低圧排気ガス再循環通路（ＬＰＬ（Low Pressure Loop））として機能する排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）３２を備えている。ＥＧＲ通路３２は、タービン２０ｂよりも下流側（本実施形態では、更に上流触媒２８よりも下流側）の排気通路１４とコンプレッサ２０ａよりも上流側の吸気通路１２（以下、「コンプレッサ上流通路１２ａ」と略する場合がある）とを接続するように構成されている。このＥＧＲ通路３２の途中には、ＥＧＲ通路３２を通ってコンプレッサ上流通路１２ａに再循環排気ガス（ＥＧＲガス）を導入する際のＥＧＲガス流れの上流側（すなわち、排気通路１４に近い側）から順に、排気ガス再循環クーラー（ＥＧＲクーラー）３４および排気ガス再循環バルブ（ＥＧＲバルブ）３６がそれぞれ配置されている。尚、本実施形態の内燃機関１０では、ＥＧＲバルブ３６は、ＥＧＲ通路３２の途中の部位に限らず、ＥＧＲ通路３２における排気通路１４側の端部に配置されていてもよい。

ＥＧＲクーラー３４は、ＥＧＲ通路３２に導入された排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するために備えられている。ＥＧＲバルブ３６は、ＥＧＲ通路３２を開閉するためのバルブであり、より具体的には、ＥＧＲ通路３２の流路断面積を変更することによってＥＧＲ通路３２を介してコンプレッサ上流通路１２ａに導入されるＥＧＲガスの流量を調整するためのバルブである。以上のようなＬＰＬ（ＥＧＲ通路３２）を利用することで、コンプレッサ下流通路にＥＧＲ通路を接続する構成を用いる場合とは異なり、内燃機関１０の過給領域においても、ＥＧＲガスを導入することができる。

更に、図１に示すシステムは、コンプレッサ２０ａにより過給された吸気をコンプレッサ上流通路１２ａに戻すための吸気バイパス通路３８を備えている。吸気バイパス通路３８の一端は、コンプレッサ２０ａとインタークーラー２２との間の部位においてコンプレッサ下流通路１２ｂに接続されている。

本実施形態の吸気バイパス通路３８は、その他端がＥＧＲバルブ３６よりもコンプレッサ上流通路１２ａに近い側においてＥＧＲ通路３２に接続されているという点に特徴を有している。このように、本実施形態における吸気バイパス通路３８の出口の接続対象範囲としては、図１中にハッチングを付して示すように、ＥＧＲガス導入時のガス流れに関して、ＥＧＲバルブ３６よりも下流側であって、ＥＧＲガスと新気との合流部（ＥＧＲ通路３２の吸気側端部）よりも上流側となる部位が該当する。

吸気バイパス通路３８の途中には、吸気バイパス通路３８を開閉するための吸気バイパスバルブ（ＡＢＶ）４０が配置されている。ＡＢＶ４０は、コンプレッサ２０ａにより過給されたガス（吸気）を、吸気バイパス通路３８を介してコンプレッサ下流通路１２ｂの外に逃がすときに開いて吸気バイパス通路３８を開放させるものである。更に付け加えると、ＡＢＶ４０は、例えば過給運転状態から減速運転状態に移行したときのように、吸気バイパス通路３８の入口となるコンプレッサ下流通路１２ｂ側の圧力が、吸気バイパス通路３８の出口となるＥＧＲ通路３２側の圧力よりも高いことで、吸気バイパス通路３８の開放に伴ってコンプレッサ下流通路１２ｂからＥＧＲ通路３２へのガス流れが生じるときに開かれる。尚、ＡＢＶ４０は、吸気バイパス通路３８の何れかの端部に配置されていてもよい。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ１８等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、ＥＧＲバルブ３６およびＡＢＶ４０とともに、図示省略する燃料噴射弁等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上記各種のセンサ出力と所定のプログラムとに基づいて上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転を制御するものである。

図２は、本発明の実施の形態１の構成との対比のために参照する図であり、一般的な接続構成を有する吸気バイパス通路を表したものである。
図２に示すように、一般的に、吸気バイパス通路はコンプレッサ下流通路とコンプレッサ上流通路とを接続する。また、ＬＰＬとして機能するＥＧＲ通路を備えている場合には、既述したように、過給領域であってもＥＧＲガスを導入することができる。図２に示す構成では、ＥＧＲ通路を介してコンプレッサ上流通路にＥＧＲガスを導入している状況下においてＡＢＶを開く所定条件が成立してＡＢＶが開かれると、ＥＧＲガスを含んだ空気（新気＋ＥＧＲガス）が吸気バイパス通路を介してコンプレッサ上流通路に還流されることになる。

ＥＧＲバルブは、基本的には、ＡＢＶが開くのに合わせて閉じられる。しかしながら、ＥＧＲバルブの応答遅れなどの要因によって、上記のような状況下においてＡＢＶが開いた後においてもＥＧＲバルブが開いている状態であると、コンプレッサ上流通路へのＥＧＲガスの導入が継続されることになる。その結果、コンプレッサに再吸入されるガスは、既にＥＧＲガスが混合した空気に対して還流後にＥＧＲガスが更に追加されたものとなる。したがって、上記の状況下においては、ＡＢＶが開いたときにＥＧＲバルブを応答性良く同時期に閉じることができないと、想定したものよりも高い濃度のＥＧＲガスを含む吸気が筒内に導入されることになってしまう。その結果、トルク変動もしくは失火が生じてしまうことが懸念される。また、上述したＡＢＶ作動時（開弁時）のＥＧＲガスの濃縮を回避するためには、ＥＧＲバルブの応答性をＡＢＶのそれと同等以上とすることが必要であるが、高応答化には高コストが要求される。

図３は、本発明の実施の形態１の構成におけるＡＢＶ４０の作動前後のガス流れを説明するための図である。尚、図３は、過給領域においてＥＧＲ通路３２を利用してＥＧＲガスの導入が行われる状況であるとする。

図３（Ａ）は、ＡＢＶ４０の作動前の状態（閉弁状態）に対応している。この状態では、図３（Ａ）中に示す部位Ａの圧力が部位Ｂの圧力よりも高いため、その差圧によりＥＧＲガスがコンプレッサ上流通路１２ａに向けて流れる。また、部位Ｃと部位Ｄの圧力はほぼ同じであるが、コンプレッサ上流通路１２ａにおけるガスの流れ方向は部位Ｃから部位Ｄに向かう方向である。その結果、コンプレッサ上流通路１２ａとＥＧＲ通路３２との接続部よりも下流側の吸気通路１２を流れるガスは、図３（Ａ）に示すようにＥＧＲガスを含む新気となる。

一方、図３（Ｂ）は、ＡＢＶ４０の作動後の状態（開弁状態）に対応している。既述したように、ＡＢＶ４０は過給圧が高いときに開くため、図３（Ｂ）に示す状態では、吸気バイパス通路３８から高圧のガスが供給される部位Ｂの圧力の方が、部位Ａの圧力よりも高くなる。このため、この状態では、排気通路１４側からのＥＧＲガスの流れは生じない。すなわち、吸気バイパス通路３８からの高圧の還流ガスによって、通常のＥＧＲガスの流れが遮られる形となる。また、部位Ａの圧力は、部位Ｃ、Ｄの圧力よりも高い。このため、吸気バイパス通路３８からの還流ガスは、図３（Ｂ）に示すように、部位Ｂから部位Ｃ、Ｄに向かう方向に流れる。更に、上述したように、コンプレッサ上流通路１２ａには、部位Ｃから部位Ｄに向かうガス流れがある。したがって、ＥＧＲ通路３２からコンプレッサ上流通路１２ａに導入された後の上記還流ガスは、図３（Ｃ）に示すようにコンプレッサ２０ａに向けて流れるようになる。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関１０では、コンプレッサ２０ａの下流側を流れる過給空気をコンプレッサ下流通路１２ｂの外に逃がす（本実施形態では、コンプレッサ２０ａの上流に還流させる）ための吸気バイパス通路３８が、ＥＧＲバルブ３６よりもコンプレッサ上流通路１２ａに近い側の部位（以下、「ＥＧＲバルブ下流部」と略する場合がある）においてＥＧＲ通路３２に接続されている。これにより、ＡＢＶ４０の開弁時に高圧の還流ガスがＥＧＲバルブ下流部に戻されるので、通常のＥＧＲガスの導入時に対してＥＧＲバルブ３６の前後差圧が逆転する。その結果、ＡＢＶ４０の開弁後（直後）にＥＧＲバルブ３６が開いている場合であっても、新たなＥＧＲガスがＥＧＲ通路３２からコンプレッサ上流通路１２ａに導入されないようにすることができる。これにより、ＡＢＶ４０の作動（開弁）に伴ってコンプレッサ２０ａの上流に還流するガス中のＥＧＲガスの濃度が高くなるのを防止することができる。このため、そのようなＥＧＲガスの濃縮化に伴ってトルク変動もしくは失火が生ずるのを回避することができる。

更に付け加えると、本実施形態の内燃機関１０では、ＥＧＲ通路３２に対する吸気バイパス通路３８の接続位置を、ＥＧＲバルブ３６よりも排気通路１４に近い側（ＥＧＲガス流れの上流側）ではなく、ＥＧＲバルブ３６よりも吸気通路１２に近い側（ＥＧＲガス流れの下流側）としたことにより、次のような効果を奏することができる。すなわち、仮にＥＧＲ通路に対する吸気バイパス通路の接続位置を、ＥＧＲバルブに対して排気通路に近い側とした場合には、ＡＢＶの開弁中にＥＧＲバルブが閉じた後は、吸気バイパス通路からの還流ガス（ＥＧＲガスを含む新気）がＥＧＲ通路を介して（逆流して）排気通路に排出されてしまう。その結果、エアフローメータを通過した新気の全量が燃焼室に吸入されないことになる。このことは、エアフローメータにより計測される空気量を利用して制御される空燃比にずれを生じさせてしまい、排気エミッションを悪化させる要因となる。また、本実施形態の内燃機関１０がそうであるように、排気通路とＥＧＲ通路との接続部よりも下流側に触媒（内燃機関１０では下流触媒３０がそれに相当）を備えている場合には、ＥＧＲ通路を介して排気通路に排出された上記還流ガス中の新気によって、触媒の雰囲気をリーンにしてしまう。このことも、排気エミッションを悪化させる要因となる。

これに対し、ＥＧＲ通路３２に対する吸気バイパス通路３８の接続位置をＥＧＲバルブ３６よりも吸気通路１２に近い側とした本実施形態の内燃機関１０によれば、ＡＢＶ４０が開き、かつ、ＥＧＲバルブ３６が閉じている状況下において、エアフローメータ１８を通過した新気の一部が燃焼室に吸入されなくなるのを防止することができる。また、上記状況下において、ＥＧＲ通路３２を介して排気通路１４に上記還流ガスが流れるのを防止することができるので、当該還流ガスによる下流触媒３０の雰囲気のリーン化を防止することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ通路３２が、上流触媒２８と下流触媒３０との間の部位において排気通路１４に接続された構成を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本実施形態の吸気バイパス通路３８のようにＥＧＲ通路３２のＥＧＲバルブ下流部に吸気バイパス通路３８の出口が接続される場合には、吸気バイパス通路３８からの還流ガスが排気通路１４側に流れることはないため、ＥＧＲ通路３２における排気通路１４との接続部は、上記構成に限らず、排気通路１４上の他の任意の部位であってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、吸気バイパス通路３８が本発明における「バイパス通路」に、ＡＢＶ４０が本発明における「バイパスバルブ」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２の内燃機関６０のシステム構成を説明するための図である。尚、図４において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図４に示す内燃機関６０が備えるＥＧＲ通路６２は、下流触媒３０よりも下流側の排気通路１４とコンプレッサ上流通路１２ａとを接続する通路として構成されている。ここでは、下流触媒３０は、排気通路１４に配置された触媒の中で最も下流側に配置された触媒であるものとする。尚、本実施形態の内燃機関６０では、ＥＧＲバルブ３６は、ＥＧＲ通路６２の途中の部位に限らず、ＥＧＲ通路６２における吸気通路１２側の端部に配置されていてもよい。

また、本実施形態の吸気バイパス通路６４は、ＥＧＲバルブ３６よりも排気通路１４に近い側（より具体的には、ＥＧＲバルブ３６とＥＧＲクーラー３４との間の部位）においてＥＧＲ通路６２に接続されている。ＡＢＶ４０は、吸気バイパス通路６４の途中に配置されている。更に、本実施形態では、吸入空気量を取得（算出）するために、エアフローメータ１８に代え、吸気圧力センサ６６を備えている。吸気圧力センサ６６は、スロットルバルブ２４の下流圧力を検出するために、サージタンク２６に取り付けられている。吸気圧力センサ６６は、ＥＣＵ７０に接続されている。

図５は、本発明の実施の形態２の構成におけるＡＢＶ４０の作動前後のガス流れを説明するための図である。尚、図５は、過給領域においてＥＧＲ通路３２を利用してＥＧＲガスの導入が行われる状況であるとする。

図５（Ａ）は、ＡＢＶ４０の作動前の状態（閉弁状態）に対応している。この状態では、図３（Ａ）を参照して既述した状態と同様であり、図５（Ａ）中に示す部位Ａの圧力が部位Ｂの圧力よりも高いため、その差圧によりＥＧＲガスがコンプレッサ上流通路１２ａに向けて流れる。また、部位Ｃと部位Ｄの圧力はほぼ同じであるが、コンプレッサ上流通路１２ａにおけるガスの流れ方向は部位Ｃから部位Ｄに向かう方向である。その結果、コンプレッサ上流通路１２ａとＥＧＲ通路６２との接続部よりも下流側の吸気通路１２を流れるガスは、図５（Ａ）に示すようにＥＧＲガスを含む新気となる。

一方、図５（Ｂ）は、ＡＢＶ４０の作動後の状態（開弁状態）であって、ＥＧＲバルブ３６が閉じる前の状態に対応している。既述したように、ＡＢＶ４０は過給圧が高いときに開くため、この状態では、吸気バイパス通路３８から高圧のガスが供給される部位Ａの圧力の方が、部位Ｂの圧力よりも高くなる。また、コンプレッサ上流通路１２ａに連通する部位Ｂの圧力は、排気通路１４に連通する部位Ｅの圧力よりも低い。このため、吸気バイパス通路６４からＥＧＲ通路６２に導入された還流ガスは、図５（Ｂ）に示すように、部位Ａから部位Ｂに向かう方向に流れる。この状態では、部位Ａの圧力は部位Ｅの圧力よりも高いため、吸気バイパス通路３８からの高圧の還流ガスによって通常のＥＧＲガスの流れが遮られる形となり、排気通路１４側からのＥＧＲガスの流れは生じない。更に、コンプレッサ上流通路１２ａ内には、部位Ｃから部位Ｄに向かう方向のガス流れがある。したがって、ＥＧＲ通路６２からコンプレッサ上流通路１２ａに導入された後の上記還流ガスは、図５（Ｂ）に示すようにコンプレッサ２０ａに向けて流れるようになる。

図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）に示す状態となった後に、ＥＧＲバルブ３６が閉じ、かつ、吸気バイパス通路６４からの還流ガスが未だ存在している状態に対応している。この状態では、ＥＧＲバルブ３６が閉じているため、吸気バイパス通路６４からＥＧＲ通路６２に導入されたガスは、図５（Ｃ）に示すように、ＥＧＲ通路６２を通って（逆流して）排気通路１４に排出されるようになる。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関６０の構成においても、吸気バイパス通路６４をＥＧＲ通路６２（コンプレッサ上流通路１２ａを流れる新気とＥＧＲガスとの合流部よりもＥＧＲガスの流れの上流側の部位）に接続している。このため、ＡＢＶ４０の開弁後（直後）にＥＧＲバルブ３６が開いている場合であっても、新たなＥＧＲガスがＥＧＲ通路６２からコンプレッサ上流通路１２ａに導入されないようにすることができる。したがって、このような接続構成によっても、ＡＢＶ４０の作動（開弁）に伴ってコンプレッサ２０ａの上流に還流するガス中のＥＧＲガスの濃度が高くなるのを防止することができる。

また、本実施形態の内燃機関６０では、吸気圧力センサ６６を利用して吸入空気量を算出するようにしている。このため、図５（Ｃ）に示すように吸気バイパス通路６４からＥＧＲ通路６２に導入されたガス（新気を含む）がコンプレッサ２０ａに再吸入されずに排気通路１４に排出される場合であっても、内燃機関６０の制御に用いる空燃比にずれが生じないようにすることができる。更に、ＥＧＲ通路６２は、下流触媒３０よりも下流側の排気通路１４と接続されている。このため、図５（Ｃ）に示すように吸気バイパス通路６４からガス（新気を含む）がＥＧＲ通路６２に導入された場合であっても、下流触媒３０（の浄化ウィンドウ）が影響を受けるのを回避することができる。このように、本実施形態の構成によれば、実施の形態１の構成と比べて、吸入空気量の取得および触媒状態への影響なしに、吸気バイパス通路６４の接続位置の自由度を高めることができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、ＥＧＲバルブ３６よりも排気通路１４に近い側（より具体的には、ＥＧＲバルブ３６とＥＧＲクーラー３４との間の部位）においてＥＧＲ通路６２に接続された吸気バイパス通路６４を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本実施形態の内燃機関６０における吸気バイパス通路６４の出口の接続対象範囲は、上記の部位に限らず、図４中にハッチングを付して示された部位であればよい。すなわち、吸気バイパス通路６４の出口の接続位置は、ＥＧＲ通路６２上の他の任意の部位であってもよく、或いは、以下に説明するように排気通路１４であってもよい。

吸気バイパス通路６４の出口の接続位置は、ＥＧＲ通路６２に代え、例えば、ＥＧＲ通路６２との接続部よりも上流側の排気通路１４であってもよい。この構成の場合には、ＡＢＶ４０の開弁に伴ってガス（ＥＧＲガスを含む過給空気）が、ＥＧＲ通路６２との接続部よりも上流側の排気通路１４に吸気バイパス通路６４を介して導入される。このガスは、排気通路１４を流れる排気ガスと混合する。そして、この混合ガスは、ＥＧＲバルブ３６が開いている場合であれば、上記ガスの一部がＥＧＲ通路６２を介してコンプレッサ上流通路１２ａに導入される。このようにしてＥＧＲ通路６２からコンプレッサ上流通路１２ａに導入される混合ガスは、吸気バイパス通路６４からの還流ガスが存在しない場合（通常のＥＧＲガス（ＥＧＲ率１００％のガス）の導入が行われる場合）と比べ、還流ガス中に含まれる新気の存在によって、ＥＧＲ率の低いガスとなる。したがって、ＡＢＶ４０の開弁後にこのような混合ガスがコンプレッサ上流通路１２ａに導入されて新気と混合したとしても、コンプレッサ２０ａに吸入されるガス中のＥＧＲガス濃度が、通常のＥＧＲガスの導入時と比べて高くなることはない。つまり、このような構成が採用されている場合であっても、ＡＢＶ４０の作動（開弁）に伴ってコンプレッサ２０ａの上流に還流するガス中のＥＧＲガスの濃度が高くなるのを防止することができる。

また、吸気バイパス通路６４の出口の接続位置は、ＥＧＲ通路６２に代え、例えば、ＥＧＲ通路６２との接続部よりも下流側の排気通路１４であってもよい。この構成の場合には、ＡＢＶ４０の開弁に伴ってガス（ＥＧＲガスを含む過給空気）が、吸気バイパス通路６４、次いで、ＥＧＲ通路６２との接続部よりも下流側の排気通路１４を通って大気中に放出される。このように、この場合には、吸気バイパス通路６４からのガスがコンプレッサ２０ａの上流に還流すること自体がないため、このガスの存在によってコンプレッサ２０ａに吸入されるガス中のＥＧＲガスの濃度が高くなることはない。つまり、このような構成が採用されている場合であっても、ＡＢＶ４０の作動（開弁）に伴ってコンプレッサ２０ａに吸入されるガス中のＥＧＲガスの濃度が高くなるのを防止することができる。

また、図４に示す内燃機関６０では、下流触媒３０よりも下流側の排気通路１４においてＥＧＲ通路６２が接続されている。このため、上記のように吸気バイパス通路６４の出口を排気通路１４に接続する構成を採用したとしても、吸気バイパス通路６４から排気通路１４に導入されるガス中のＥＧＲガスは、既に下流触媒３０等を通過した後のガスであるため、排気エミッションが悪化することもない。

尚、上述した実施の形態２においては、吸気バイパス通路６４が本発明における「バイパス通路」に、ＡＢＶ４０が本発明における「バイパスバルブ」に、下流触媒３０が本発明における「触媒」に、それぞれ相当している。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、吸入空気を過給するためのコンプレッサとして、排気エネルギを駆動力として利用するターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａを例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明におけるコンプレッサは、ターボ過給機が備えるものに限定されない。すなわち、本発明におけるコンプレッサは、例えば、内燃機関のクランク軸からの動力を利用して駆動されるものであってもよく、或いは、電動モータを利用して駆動されるものであってもよい。

１０、６０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ 吸気通路のコンプレッサ上流通路
１２ｂ 吸気通路のコンプレッサ下流通路
１４ 排気通路
１６ エアクリーナ
１８ エアフローメータ
２０ ターボ過給機
２０ａ ターボ過給機のコンプレッサ
２０ｂ ターボ過給機のタービン
２２ インタークーラー
２４ スロットルバルブ
２６ サージタンク
２８ 上流触媒
３０ 下流触媒
３２、６２ 排気ガス再循環通路（ＥＧＲ通路）
３４ 排気ガス再循環クーラー（ＥＧＲクーラー）
３６ 排気ガス再循環バルブ（ＥＧＲバルブ）
３８、６４ 吸気バイパス通路
４０ 吸気バイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０、７０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６６ 吸気圧力センサ

本発明は、過給機付き内燃機関であって、コンプレッサと、排気ガス再循環通路と、排気ガス再循環バルブと、バイパス通路と、バイパスバルブとを備えている。
コンプレッサは、燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路に配置され、吸入空気を過給するために備えられている。排気ガス再循環通路は、前記燃焼室から排出される排気ガスが流れる排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路であるコンプレッサ上流通路とを接続する。排気ガス再循環バルブは、当該排気ガス再循環通路を開閉するために備えられている。バイパス通路は、前記コンプレッサにより過給されたガスを、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路であるコンプレッサ下流通路の外に逃がすために備えられている。バイパスバルブは、前記コンプレッサにより過給されたガスを前記コンプレッサ下流通路の外に逃がすときに開いて前記バイパス通路を開放させる。本発明におけるバイパス通路は、前記コンプレッサ下流通路と、前記排気ガス再循環通路とを接続するものである。

本発明によれば、過給ガスをコンプレッサ下流通路の外に逃がすためにバイパスバルブが開かれたときに、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路に導入される。その結果、高圧の過給ガスが排気ガス再循環通路に導入される場合には、排気ガス再循環バルブが開いているときであっても、高圧の過給ガスによって排気通路側からの新たな再循環排気ガスの流入が抑制される。このため、バイパスバルブの開弁時にコンプレッサに吸入されるガス中の再循環排気ガス濃度が高くなるのを防止することができる。

Claims (3)

1. 燃焼室に吸入される空気が流れる吸気通路に配置され、吸入空気を過給するためのコンプレッサと、
   前記燃焼室から排出される排気ガスが流れる排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路であるコンプレッサ上流通路とを接続する排気ガス再循環通路と、
   当該排気ガス再循環通路を開閉するための排気ガス再循環バルブと、
   前記コンプレッサにより過給されたガスを、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路であるコンプレッサ下流通路の外に逃がすためのバイパス通路と、
   前記コンプレッサにより過給されたガスを前記コンプレッサ下流通路の外に逃がすときに開いて前記バイパス通路を開放させるバイパスバルブと、
   を備え、
   前記バイパス通路は、前記コンプレッサ下流通路と、前記排気ガス再循環通路もしくは前記排気通路とを接続することを特徴とする過給機付き内燃機関。
2. 前記排気ガス再循環通路との接続部よりも上流側において前記コンプレッサ上流通路に配置され、前記コンプレッサ上流通路を流れる空気の流量を計測するためのエアフローメータを更に備え、
   前記バイパス通路は、前記排気ガス再循環バルブよりも前記コンプレッサ上流通路に近い側において前記排気ガス再循環通路に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関。
3. 前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒を更に備え、
   前記排気ガス再循環通路は、前記触媒よりも下流側において前記排気通路に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付き内燃機関。

Images