JP2014234808A - 過給機付内燃機関の排気還流装置および排気還流方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動過給機２停止時の吸気バイパス用のバイパス弁１７を、排気還流量確保のための吸気絞り弁の機能を兼ねたものとし、構成の簡素化を図る。
【解決手段】内燃機関１の排気通路６にターボ過給機３の排気タービン４が位置し、吸気通路１１にコンプレッサ５が位置する。吸気通路１１のコンプレッサ５上流側に、電動過給機２が設けられており、非作動時に通気抵抗とならないように、バイパス通路１６およびバイパス弁１７が付設されている。排気還流制御弁２２を備えた排気還流通路２１の先端２１ａは、バイパス通路１６のバイパス弁１７下流側に接続されている。電動過給機２が停止している状態で、排気還流時にバイパス弁１７の開度を制限することで、排気還流量が増大する。
【選択図】図１

Description

この発明は、過給機を備えた内燃機関において、排気系から吸気系へ排気の一部を還流する排気還流装置および排気還流方法の改良に関する。

内燃機関の排気系から吸気系へ排気の一部を還流する排気還流装置において、排気還流量の増大を図るために、排気還流用の吸気絞り弁を吸気通路に設けることが知られている。特許文献１は、電動過給機とターボ過給機とを併用した過給ディーゼル機関に関するもので、排気還流量を確保するための吸気絞り弁を吸気通路に設け、その下流側に、排気通路の排気タービン下流側から分岐した排気還流通路の先端を接続した構成が開示されている。このものでは、吸気絞り弁の開度を縮小して吸気通路内の圧力を低下させることで、排気通路との圧力差が増大し、より多くの排気還流量を確保することができる。

また、特許文献１には、電動過給機の非作動時に該電動過給機が通気抵抗とならないようにするために、電動過給機と並列にバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通路にバイパス弁を設けることが開示されている。このバイパス通路に設けたバイパス弁は、例えばソレノイドによって駆動され、電動過給機の非作動時にはバイパス通路を開き、電動過給機の作動時にはバイパス通路を閉じる構成となっている。このバイパス弁は、上記吸気絞り弁の下流側に位置しており、上記排気還流通路の先端は、このバイパス弁と吸気絞り弁との間に接続されている。

特開２００５−２２６５０５号公報

上記のように、従来の構成では、排気還流量の確保のための吸気絞り弁と過給機バイパス用のバイパス弁とを個別に備えており、従って、構成が複雑化するとともに、部品点数が多い、という問題がある。

この発明に係る過給機付内燃機関の排気還流装置は、過給機を吸気通路に備えるとともに、この過給機をバイパスするバイパス通路を備え、かつこのバイパス通路に、上記過給機による過給を行わないときに該バイパス通路を開路するバイパス弁を備えてなる過給機付内燃機関において、
排気通路から分岐しかつ排気還流制御弁を備えてなる排気還流通路の先端が、上記吸気通路の上記バイパス弁より下流側に接続されている、ことを特徴としている。

このような構成では、排気還流時にバイパス弁の開度を縮小することで、排気還流通路の先端に作用する吸気通路側の圧力を低下させることができる。つまり、一つの弁が、過給機バイパス用のバイパス弁の機能と排気還流量確保のための吸気絞り弁の機能とを兼ね備えたものとなる。

この発明によれば、バイパス通路に設けたバイパス弁が、過給機による過給を行わないときのバイパス用の機能を奏すると同時に、排気還流量確保のための吸気通路側の圧力調整機能を奏することができ、バイパス弁と吸気絞り弁とを個別に備える従来の構成に比較して、構成の簡素化ならびに部品点数の削減が図れる。

この発明に係る排気還流装置の一実施例を示す構成説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施例として、電動過給機２とターボ過給機３とを併用してなる内燃機関１の排気還流装置を示している。この内燃機関１は、例えば４ストロークサイクルの火花点火式ガソリン機関であって、その排気通路６には、ターボ過給機３の排気タービン４が配置され、該排気タービン４の下流側に、例えば三元触媒を用いた上流側触媒コンバータ７および下流側触媒コンバータ８が配置されている。排気通路２のさらに下流側には、排気消音器９が設けられており、該排気消音器９を介して排気通路６は外部へ開放されている。上記排気タービン４は、過給圧制御のための公知のウェストゲートバルブ１０を備えている。内燃機関１は、例えば筒内直噴型の構成であり、シリンダ内に燃料を噴射する図示せぬ燃料噴射弁が各気筒毎に設けられているとともに、図示せぬ点火プラグをそれぞれ備えている。

内燃機関１の吸気通路１１には、上記ターボ過給機３のコンプレッサ５が配置されており、このコンプレッサ５よりも下流側に、吸入空気量を制御する電子制御型のスロットル弁１２が配置されている。上記スロットル弁１２は、コレクタ部１１ａの入口部に位置し、このコレクタ部１１ａよりも下流側では、吸気通路１１は、吸気マニホルドとして各気筒毎に分岐している。上記吸気通路１１の上記コンプレッサ５と上記スロットル弁１２との間には、過給吸気を冷却するインタークーラ１３が設けられている。

一方、上記吸気通路１１の最上流部には、エアクリーナ１４が配置されており、このエアクリーナ１４の下流側に、吸入空気量の検出を行うエアフロメータ１５が配置されている。そして、上記エアフロメータ１５と上記コンプレッサ５との間に、上記電動過給機２が配置されている。つまり、ターボ過給機３のコンプレッサ５と電動過給機２とは、吸気通路１１において、電動過給機２が相対的に上流側となるように互いに直列に配置されている。

また、上記電動過給機２の入口側と出口側とを電動過給機２を経由せずに接続するように、バイパス通路１６が設けられている。つまり、エアフロメータ１５とコンプレッサ５との間において、吸気通路１１の一部が、互いに並列となる主吸気通路１１ｂとバイパス通路１６とに分岐しており、一方の主吸気通路１１ｂに電動過給機２が配置されている。そして、他方のバイパス通路１６には、該バイパス通路１６を開閉するバイパス弁１７が設けられている。このバイパス弁１７は、バイパス通路１６の通路断面積を連続的に可変制御可能な構成となっている。

上記電動過給機２は、主吸気通路１１ｂに介在するコンプレッサ部２ａと、このコンプレッサ部２ａを駆動する電動モータ２ｂと、を有している。なお、図１には、コンプレッサ部２ａがターボ過給機３のコンプレッサ５と同様に遠心形コンプレッサとして図示されているが、本発明においては、ルーツブロアやスクリュー形コンプレッサなど任意の形式のコンプレッサを利用することが可能である。同様に、上記バイパス弁１７は、図１では、ソレノイドもしくは電動モータによって開閉されるバタフライ形バルブが例示されているが、本発明においては、バタフライ形バルブに限らず、他の形式の弁であってもよい。

上記電動過給機２は、図示せぬエンジンコントローラによって、オン・オフ的にあるいは回転速度を含めて駆動制御されるものであり、基本的には、ターボ過給機３の過給の応答遅れ（いわゆるターボラグ）を補うように、機関加速時に一時的に駆動される。バイパス弁１７は、同じく図示せぬエンジンコントローラによって、その開度が制御されるものであり、基本的には、電動過給機２が作動しているとき（電動過給機２による過給時）にはバイパス通路１６を閉路し、電動過給機２の非作動時にはバイパス通路１６を開路して、電動過給機２が通気抵抗とならないようにしている。

上記排気通路６と上記吸気通路１１との間には、排気の一部を吸気系へ還流するための排気還流通路２１が設けられている。この排気還流通路２１は、基端２１ａが、排気通路６の排気タービン４下流側詳しくは上流側触媒コンバータ７と下流側触媒コンバータ８との間から分岐している。そして、先端２１ｂが、バイパス弁１７下流側の位置において吸気通路１１に接続されている。詳しくは、バイパス通路１６内、つまり互いに並列なバイパス通路１６と主吸気通路１１ｂとの下流側合流点よりも上流側の位置に接続されている。

上記排気還流通路２１の途中には、図示せぬエンジンコントローラによって開度が可変制御される排気還流制御弁２２が介装されており、さらに、この排気還流制御弁２２よりも排気通路６側となる位置に、還流排気の冷却を行うＥＧＲガスクーラ２３が設けられている。

上記実施例においては、排気還流通路２１および排気還流制御弁２２は、排気タービン４を通過した比較的低圧の排気をターボ過給機３のコンプレッサ５上流側に還流する、いわゆる低圧排気還流装置を構成しており、従って、ターボ過給機３により過給圧（コレクタ部１１ａ内の圧力）が正圧となる過給域においても、排気還流が可能である。上記排気還流制御弁２２は、内燃機関１の負荷（例えば、吸入空気量、アクセルペダル開度など）と回転速度とをパラメータとして予め設定された目標排気還流率に沿って、その開度が制御される。

ここで、上記排気還流制御弁２２を通して排気還流が行われるとき、特に目標排気還流率が比較的大きくて排気還流量を十分に確保する必要があるときには、電動過給機２を停止した状態において、バイパス弁１７の開度を適宜に縮小することで、該バイパス弁１７下流側ひいては排気還流通路２１の先端２１ｂ付近に負圧を生じさせ、排気還流量の増大を図ることができる。具体的には、非過給域において排気還流を行う場合には、電動過給機２がそもそも停止しているので、排気還流の要求に応じてバイパス弁１７の開度を制限することで、排気還流の増大が可能である。過給域において排気還流を行う場合には、例えば加速初期の電動過給機２の作動を禁止してバイパス弁１７の開度制限を伴う排気還流を優先的に行うようにしてもよく、あるいは、加速初期の電動過給機２の作動終了を待って排気還流を開始するようにしてもよい。

上記実施例では、特に、排気還流通路２１の先端２１ｂがバイパス通路１６内（つまりバイパス通路１６と主吸気通路１１ｂとの下流側合流点よりも上流側の位置）に接続されているので、主吸気通路１１ｂとの下流側合流点よりも下流側に接続する場合に比較して、バイパス弁１７の開度縮小時に排気還流通路２１に作用する負圧が大きくなり、排気還流制御弁２２による排気還流率の調整が容易となる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、電動過給機２とターボ過給機３とを組み合わせ、上流側の電動過給機２にバイパス通路１６およびバイパス弁１７を付設した構成となっているが、２つの電動過給機ないし機械式過給機を直列に配置した構成、さらには２つのターボ過給機を直列に配置した構成など、においても、本発明は同様に適用が可能である。なお、ターボ過給機にバイパス通路およびバイパス弁を付設して排気還流通路を接続した構成の場合には、排気還流時にウエストゲートバルブを開放して過給を停止することで、吸気通路への排気の導入が可能である。

また、排気タービン上流側などからスロットル弁下流側へ排気を還流するいわゆる高圧排気還流装置と組み合わせて本発明を適用することも可能である。

１…内燃機関
２…電動過給機
３…ターボ過給機
４…排気タービン
５…コンプレッサ
１６…バイパス通路
１７…バイパス弁
２１…排気還流通路
２２…排気還流制御弁

Claims (6)

1. 過給機を吸気通路に備えるとともに、この過給機をバイパスするバイパス通路を備え、かつこのバイパス通路に、上記過給機による過給を行わないときに該バイパス通路を開路するバイパス弁を備えてなる過給機付内燃機関において、
   排気通路から分岐しかつ排気還流制御弁を備えてなる排気還流通路の先端が、上記吸気通路の上記バイパス弁より下流側に接続されている、ことを特徴とする過給機付内燃機関の排気還流装置。
2. 上記吸気通路の上記過給機よりも下流側に第２の過給機を備え、上記排気還流通路の先端は、上記第２の過給機よりも上流側に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の排気還流装置。
3. 上記過給機による過給が停止している状態で、上記バイパス弁を全開よりも小さい開度に制御しつつ排気還流を行う、ことを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付内燃機関の排気還流装置。
4. 上記吸気通路の一部が、上記過給機を備えた主吸気通路と上記バイパス通路とに分岐しており、上記排気還流通路の先端は、上記バイパス通路側に接続されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の過給機付内燃機関の排気還流装置。
5. 上記過給機は電動過給機であり、上記第２の過給機はターボ過給機である、ことを特徴とする請求項２に記載の過給機付内燃機関の排気還流装置。
6. 過給機を吸気通路に備えるとともに、この過給機をバイパスするバイパス通路を備え、かつこのバイパス通路に、上記過給機による過給を行わないときに該バイパス通路を開路するバイパス弁を備えてなる過給機付内燃機関において、
   上記過給機による過給が停止している状態で、上記バイパス弁を全開よりも小さい開度に制御しつつ、上記バイパス弁よりも下流側の位置において排気系から排気還流を行う、ことを特徴とする過給機付内燃機関の排気還流方法。

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