JP5823842B2 - ターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャ付多気筒内燃機関において、排気を吸気側に還流させる排気還流装置に関する。

従来、エンジン排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置として、ターボチャージャのタービン及び排気浄化装置（ＤＰＦや酸化触媒など）よりも下流側の排気管と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する排気還流管を設け、当該排気還流管に設けた調整弁によって、還流させる排気の量を調整する装置があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−０６９３０５号公報

ところで、ターボチャージャ付内燃機関において、コンプレッサよりも下流側の吸気管に排気を還流させる場合には、過給圧が高くなる高負荷域や、過給圧及び背圧が共に低くなる低負荷域では、排気側と吸気側との差圧が小さくなり、排気を大量に還流させることが困難となる。
ここで、前記差圧を大きくするために、吸気側及び／又は排気側の管路を絞ると、ポンピングロスが増大して、エンジンの燃費性能が悪化する。

一方、特許文献１のように、排気還流管が、タービン及び排気浄化装置よりも下流側の排気管と、コンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する場合、高負荷時でも排気を還流させることが可能であるものの、排気還流管の配管が長くかつ取り回しが複雑になって、排気還流量制御の応答性が悪化する。

更に、排気還流管が、タービンよりも下流側で排気浄化装置よりも上流側の排気管と、コンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する場合、排気還流管は比較的短くなる。しかしながら、係る排気還流管を用いる場合は、還流排気中に、煤（黒煙）の他、燃料や潤滑油が未燃のまま排出されたものなどが含まれることになる。このため、これらの排気成分によって、コンプレッサが汚損したり、コンプレッサの腐食が進行したりする。

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ターボチャージャ付多気筒内燃機関において、燃費性能の低下やコンプレッサの汚損，腐食を抑制しつつ、高い応答性で大量の排気還流を行える、排気還流装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置は、多気筒のうちの一部の排気還流専用気筒の排気を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気とは分離独立させ、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させる排気還流管と、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気が流入する前記ターボチャージャのタービンの下流側の排気管と前記排気還流管とを接続し、前記排気還流専用気筒の排気を前記ターボチャージャのタービンをバイパスさせて排出させる連通管と、前記排気還流管に設けた第１バルブと、前記連通管に設けた第２バルブと、前記排気還流管を介して前記吸気管に還流される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気よりも低減させる排気成分低減手段と、を備えるようにした。

本発明によれば、排気還流専用気筒の排気をコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させるから、絞りを設けなくとも運転領域（過給圧）に影響されることなく大量の排気還流が可能で、また、還流排気中の所定成分を低減させるから、還流排気に含まれる所定成分によってコンプレッサが汚損，腐食することを抑制でき、更に、タービン下流やタービンの下流に配置される排気浄化装置の下流側から排気を取り出す場合に比べて、排気還流管路の全長を短くでき、かつ、配管の取り回しが単純になり、排気還流量を十分な応答性で制御できる。
また、タービンの下流側は上流側に比べて圧力が低く、連通管はタービンの下流側に接続されるから、第２バルブを開いたときに、排気管側から第１バルブ側に向けて排気が逆流することを抑制できる。

本発明の実施形態において２連のコンプレッサを備えるディーゼルエンジンを示す概略図 本発明の実施形態において単独のコンプレッサを備えるディーゼルエンジンを示す概略図

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明に係る排気還流装置を適用する、車両用のディーゼルエンジン（ターボチャージャ付多気筒内燃機関）を示すものである。
排気還流（Exhaust Gas Recirculation）装置は、排気の一部を新気に混入させることで燃焼温度を下げ、これによって、エンジンからのＮＯｘ排出量を低減する装置である。

多気筒（一例として４気筒）であるディーゼルエンジン１０において、排気マニホールド１１は、第１気筒＃１の排気を導くサブ排気マニホールド１１Ａと、第１気筒＃１以外の気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）の排気をまとめるメイン排気マニホールド１１Ｂと、に分割されている。
尚、サブ排気マニホールド１１Ａとメイン排気マニホールド１１Ｂとは、別部品で構成することができる他、一体的に形成される部品とすることができる。

また、ディーゼルエンジン１０が例えば６気筒である場合に、サブ排気マニホールド１１Ａが２気筒の排気をまとめ、メイン排気マニホールド１１Ｂが他の４気筒の排気をまとめるように構成できる。
即ち、ディーゼルエンジン１０の気筒数、各排気マニホールド１１Ａ，１１Ｂが排気をまとめる気筒の数を、図１に示した設定に限定するものではない。

メイン排気マニホールド１１Ｂのコレクタには、排気を大気中に放出するための排気管１２が接続される。
排気管１２には、上流側から順に、ターボチャージャ１３のタービン１３Ａ、排気浄化装置１４を設けてあり、第１気筒＃１以外の気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）の排気は、排気タービン１３Ａ及び排気浄化装置１４を通過した後、大気中に放出される。

排気浄化装置１４は、例えば、排気中に含まれる煤などの粒子状物質（固体成分、液体成分）やＮＯｘなどのガス成分を浄化する装置であり、フィルタや各種の触媒装置などで構成される。
一例として、排気浄化装置１４は、連続再生式ＤＰＦ装置、還元剤噴射装置、ＮＯｘ還元触媒、酸化触媒などで構成される。

連続再生式ＤＰＦ装置は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter）を捕捉して除去する装置であり、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）の前に酸化触媒を配置することで、ＤＰＦの連続再生温度を下げるようにしてある。
還元剤噴射装置は、還元剤（例えばアンモニア）又はその前駆体（例えば尿素水溶液）を排気中に噴射する装置であり、ＮＯｘ還元触媒は、還元剤を用いて排気中のＮＯｘを還元し、酸化触媒は、ＮＯｘ還元触媒を通過した還元剤を酸化させる。

尚、排気浄化フィルタとして、ＤＰＦの代わりに、フィルタ表面に触媒（活性成分及び添加成分）を担持させたＣＳＦ（Catalyzed Soot Filter）を使用できる。
一方、サブ排気マニホールド１１Ａのコレクタには、ＥＧＲ管（排気還流管）１５の一端が接続され、第１気筒＃１の排気が、ＥＧＲ管１５を介して吸気側に還流される。
即ち、第１気筒＃１の以外の気筒の排気は吸気側に還流されずに、第１気筒＃１の排気が他気筒の排気と分離独立してＥＧＲ管１５を介して吸気側に還流されるようになっており、第１気筒＃１は、排気還流専用気筒である。

換言すれば、全気筒の排気の一部として、第１気筒＃１の排気を、吸気側に還流させるように構成されている。
尚、サブ排気マニホールド１１Ａとメイン排気マニホールド１１Ｂとを一体的に形成する場合には、コレクタ部を、第１気筒＃１の排気が導入されるサブコレクタと、他の気筒の排気が導入されるメインコレクタとに仕切り、サブコレクタにＥＧＲ管１５を接続し、メインコレクタに排気管１２を接続する。

また、ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１６は、排気還流専用気筒である第１気筒＃１に空気を導くサブ吸気マニホールド１６Ａと、第１気筒＃１以外の気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）に空気を分配するメイン吸気マニホールド１６Ｂとに分割されている。
尚、サブ吸気マニホールド１６Ａとメイン吸気マニホールド１６Ｂとは、別部品で構成することができる他、一体的に形成される部品とすることができる。

サブ吸気マニホールド１６Ａのコレクタには、サブ吸気管１７Ａが接続され、メイン吸気マニホールド１６Ｂのコレクタには、メイン吸気管１７Ｂが接続される。
サブ吸気管１７Ａには、タービン１３Ａの回転軸１３Ｃに支持され、タービン１３Ａによって回転駆動されるサブコンプレッサ１３Ｂ１を設け、メイン吸気管１７Ｂには、タービン１３Ａの回転軸１３Ｃに支持され、タービン１３Ａによって回転駆動されるメインコンプレッサ１３Ｂ２を設けてある。
即ち、メインコンプレッサ１３Ｂ２とサブコンプレッサ１３Ｂ１とは、同軸に支持される２連のコンプレッサである。

これにより、第１気筒＃１に対しては、サブコンプレッサ１３Ｂ１によって圧縮された空気が送り込まれ、他の気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）に対しては、メインコンプレッサ１３Ｂ２によって圧縮された空気が送り込まれる。
メインコンプレッサ１３Ｂ２よりも下流側のメイン吸気管１７Ｂには、メインコンプレッサ１３Ｂ２で圧縮された吸気を冷却するためのインタクーラ１８を設けてある。

サブ吸気管１７Ａ及びメイン吸気管１７Ｂは、コンプレッサ１３Ｂ１，１３Ｂ２の上流側で、吸気管１９に接続され、吸気管１９によって外部から導入された空気が、サブ吸気管１７Ａ及びメイン吸気管１７Ｂに分岐して流れ、更に、吸気マニホールド１６Ａ，１６Ｂを介して各気筒に分配される。
サブ排気マニホールド１１Ａに一端が接続されるＥＧＲ管１５の他端は、メイン吸気管１７Ｂのメインコンプレッサ１３Ｂ２よりも上流側に接続される。

即ち、排気還流専用気筒である第１気筒＃１の排気を、他気筒の排気とは分離独立させて、ターボチャージャ１３のメインコンプレッサ１３Ｂ２よりも上流側のメイン吸気管１７Ｂに還流させる。
これにより、第１気筒＃１の排気が、第１気筒＃１以外の第２気筒＃２〜第４気筒＃４の吸気側に還流され、第２気筒＃２〜第４気筒＃４は、還流排気と空気との混合ガスを吸引するが、第１気筒＃１の吸気側には排気が還流されず、第１気筒＃１は、排気が混入しない空気を吸引する。

ＥＧＲ管１５には、上流側から順に、酸化触媒であるＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）２０、ＥＧＲクーラ２１、ＥＧＲ弁（第１バルブ）２２を設けてある。
ＤＯＣ２０は、第１気筒＃１から未燃のまま排出される燃料など成分を酸化して浄化する触媒装置であり、還流排気中の未燃成分を後処理で低減させる排気浄化装置（排気成分低減手段）である。

上記のＤＯＣ２０を設けてあることで、吸気側に還流される排気中に含まれる未燃成分は、第１気筒＃１及び他気筒から排出される未燃成分よりも低減される。
ＥＧＲクーラ２１は、吸気側に還流される排気を冷却することで、還流排気の密度を高めて大量の排気還流を行えるようし、また、還流排気が合流した後の空気の温度を低下させて、より大きなＮＯｘ低減率が得られるようにする。

ＥＧＲ弁２２は、ＥＧＲ管１５の開口面積を可変とするバルブであり、このＥＧＲ弁２２の開度を調整することで、排気還流量が調整される。ＥＧＲ弁２２として、例えば、電磁弁を用いる。
また、ＥＧＲクーラ２１とＥＧＲ弁２２との間のＥＧＲ管１５と、タービン１３Ａと排気浄化装置１４との間の排気管１２とを接続する連通管２３を設けてあり、この連通管２３には、逃がし弁（第２バルブ）２４を設けてある。

逃がし弁２４は、ＥＧＲ弁２２の開度を絞ったときの余分な排気、即ち、第１気筒＃１の排気のうちで吸気側に還流されない排気を排気管１２に逃がして外部に排出させるためのバルブである。逃がし弁２４として、例えば、電磁弁を用いる。
また、各気筒の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ２５を設けてある。

インジェクタ２５は、一例として、図示を省略したサプライポンプや蓄圧室などと共に燃料噴射装置を構成し、サプライポンプで生成された高圧燃料を蓄える蓄圧室（コモンレール）から供給される高圧燃料を噴射する。
インジェクタ２５は、例えば、ソレノイドコイル、ニードルバルブなどで構成され、外部からの電気信号によってソレノイドコイルのオン／オフを制御することで、噴射時期、燃料噴射量が制御される。但し、燃料噴射装置を、所謂コモンレール式に限定するものではない。

上記のように、ディーゼルエンジン１０における排気還流装置（ＥＧＲ装置）３０は、サブ排気マニホールド１１Ａ、ＥＧＲ管（排気還流管）１５、ＤＯＣ（酸化触媒）２０、ＥＧＲクーラ２１、ＥＧＲ弁２２、連通管２３、逃がし弁２４などで構成される。
コンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２６は、ディーゼルエンジン１０の回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ２７、ディーゼルエンジン１０の負荷Ｑを検出する負荷センサ２８などの各種センサの出力信号を入力する。

ここで、負荷センサ２８は、ディーゼルエンジン１０の負荷Ｑを示す状態量として、吸気流量、吸気圧力、過給圧力、アクセル開度など、ディーゼルエンジン１０のトルクと密接に関連する状態量を検出する。
そして、エンジンコントロールユニット２５は、内蔵するＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに記憶した制御プログラムを実行することで、ディーゼルエンジン１０の運転を制御する。

具体的には、エンジンコントロールユニット２５は、各種センサからの信号に基づき、燃焼室内への燃料噴射（噴射時期、噴射量）、排気中への還元剤の噴射、排気還流量（排気還流率）、ターボチャージャ１３における可変ノズルの開度などの操作信号を演算して出力する。
ここで、エンジンコントロールユニット２６は、排気還流量の制御において、エンジン運転条件（例えば、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷Ｑなど）から排気還流量（還流率）の目標を設定し、係る目標値に基づいて、ＥＧＲ弁２２、逃がし弁２４の開度を制御する。

例えば、排気還流を停止させる場合には、ＥＧＲ弁２２を閉じる一方で、逃がし弁２４を開けば、第１気筒＃１の排気は、メイン吸気管１７Ｂに還流されることなく、連通管２３を介して排気管１２に流れ、他の気筒の排気と共に排気浄化装置（排気後処理装置）１４で浄化されて大気中に放出される。
ここで、タービン１３Ａの下流側は上流側に比べて圧力が低く、連通管２３は、タービン１３Ａの下流側に接続されるから、逃がし弁２４を開いたときに、排気管１２側からＥＧＲ弁２２側に向けて排気が逆流することはない。

一方、ＥＧＲ弁２２を開くと、メインコンプレッサ１３Ｂ２上流側のメイン吸気管１７Ｂ内の圧力が大気圧若しくは負圧であるのに対し、サブ排気マニホールド１１Ａ内が正圧であるから、第１気筒＃１の排気は、ＥＧＲ弁２２を通過して、メイン吸気管１７Ｂ内に流入し、排気が混入した新気が第２気筒＃２〜第４気筒＃４に分配される。
ここで、エンジンコントロールユニット２６は、ＥＧＲ弁２２の開度が小さくなるに応じて、逃がし弁２４の開度を大きくすることで、排気還流量（排気還流率）を調整しつつ、メイン吸気管１７Ｂ内に還流されない排気を、連通管２３を介して排気管１２に逃がし、排気還流量を絞る場合に第１気筒＃１の背圧が過剰に高くなることを抑制する。

上記のように、メインコンプレッサ１３Ｂ２よりも上流側のメイン吸気管１７Ｂ内に排気を還流させるようにすれば、メインコンプレッサ１３Ｂ２による過給圧変化に影響されることなく（換言すれば、エンジン運転条件に大きく影響されることなく）、大量の排気還流を行える。
即ち、メインコンプレッサ１３Ｂ２よりも下流側に排気を還流させる場合には、過給によって吸気圧が高まることで排気側と吸気側との差圧が小さくなり、特に高過給が行われる場合には、吸気側の圧力が排気側よりも高くなる場合があり、高負荷域では排気還流が行えない。

これに対し、メインコンプレッサ１３Ｂ２よりも上流側に排気を還流させる場合には、たとえ高過給が行われるとしても、排気側の圧力が吸気側よりも高い状態に維持でき、吸気系や排気系に絞りを設けることなく、即ち、絞りによってポンピングロスを増大させることなく、高負荷域での排気還流が可能である。
更に、第１気筒＃１を排気還流専用気筒とし、第１気筒＃１の排気を他気筒の排気から分離独立させ、第１気筒＃１の排気の全量をＥＧＲ管１５に導入させるから、排気側と吸気側との差圧が小さくなる低負荷時に、第１気筒＃１の排気を強制的にＥＧＲ弁２２に導いて、大量の排気還流を行える。

また、上記の排気還流装置３０のＥＧＲ管１５には、ＤＯＣ（酸化触媒）２０を設けてあるため、第１気筒＃１から未燃のまま排出される燃料などの未燃成分はＤＯＣ２０で酸化され、メイン吸気管１７Ｂに還流される排気中に含まれる未燃成分が、第１気筒＃１からの排出量に比べて低減される。
従って、メインコンプレッサ１３Ｂ２が、還流排気に含まれる未燃成分で汚損，腐食することを抑制できる。

但し、第１気筒＃１の排気に含まれる煤（soot）は、ＤＯＣ（酸化触媒）２０を通過し、メインコンプレッサ１３Ｂ２よりも上流側のメイン吸気管１７Ｂに還流されるから、この煤でメインコンプレッサ１３Ｂ２が汚損することになってしまう。
そこで、第１気筒＃１から排出される煤（粒子状成分）の濃度を、他気筒から排出される煤の濃度よりも低下させ、還流される排気中に含まれる煤（粒子状成分）を低減させる燃焼制御を実施して、還流排気に含まれる煤でメインコンプレッサ１３Ｂ２が汚損することを抑制するようにしてある。

即ち、ＤＯＣ２０による後処理と、燃焼制御とにより、第２気筒＃２〜第４気筒＃４の排気をそのまま還流させる場合よりも、メイン吸気管１７Ｂに還流される排気に含まれる未燃成分及び煤成分を低減させ、メインコンプレッサ１３Ｂ２の汚損、腐食を抑制する。
前記燃焼制御として、第１気筒＃１の空燃比を、他気筒の空燃比よりもリーンにすることで、第１気筒＃１から排出される煤（粒子状成分）の濃度を、他気筒から排出される煤の濃度よりも低下させる。

一般に、煤は、高当量比でかつ特定の温度域で生成されることが知られているから、空燃比をリーン化する（低当量比）とすることで、煤の発生を抑制することができる。
上記のディーゼルエンジン１０では、第１気筒＃１の吸気に対しては、排気が還流されないのに対し、他の気筒の吸気に対して排気が還流されるから、各気筒が吸引するガス量（新気と還流排気との総量）が同じでも、第１気筒＃１が吸入する新気の量が他気筒に比べて多くなる。

このため、各気筒に同じ量の燃料を噴射させても、第１気筒＃１の空燃比が他気筒に比べてリーン（低当量比）になり、これによって、第１気筒＃１が排出する煤の量を他気筒に比べて減らすことができる。
即ち、上記のディーゼルエンジン１０では、排気還流の有無によって、第１気筒＃１の空燃比と他気筒の空燃比とが異なるようにし、排気還専用気筒である第１気筒＃１に対して排気を還流させないことで、第１気筒＃１の空燃比を他気筒に比べてリーンとし、第１気筒＃１から排出される煤を他気筒に比べて減らすことで、還流排気中に含まれる煤を低減させている。

従って、吸気マニホールド１６を、サブ吸気マニホールド１６Ａとメイン吸気マニホールド１６Ｂとに分割し、メイン吸気マニホールド１６Ｂに接続させたメイン吸気管１７Ｂに対して排気を還流させるようにした、吸気構造及び排気還流構造が、第１気筒＃１が排出する煤の量を他気筒に比べて減らす、換言すれば、吸気側に還流される排気成分である煤を減らす手段（排気成分低減手段、燃焼制御手段）として機能することになる。
換言すれば、排気をコンプレッサの上流側に還流させつつ、第１気筒＃１には還流排気が混入した新気を吸引させないことで、還流排気が混入した新気を吸引させる他気筒に比べて第１気筒＃１の空燃比をリーン化させるために、コンプレッサ、吸気管、吸気マニホールドからなる吸気系を、第１気筒＃１用と第２気筒＃２〜第４気筒＃４用との２系統備え、第２気筒＃２〜第４気筒＃４用の吸気系を構成するメインコンプレッサ１３Ｂ２の上流側に排気を還流させるようにしてある。

尚、前述のように、排気還流の有無によって第１気筒＃１の空燃比を他気筒に比べてリーンに設定しつつ、更に、第１気筒＃１の燃料噴射量を他気筒の燃料噴射量に対して独立に補正することで、第１気筒＃１における空燃比（リーン化レベル）を制御することができる。
また、図１に示した排気還流装置３０では、吸気側に還流させる排気の取り出しを、排気浄化装置１４下流側の排気管１２から行う場合に比べて、ＥＧＲ管１５の管路長を短くかつ配管の取り回しを単純にできる。

このため、ＥＧＲ弁２２の開度変化に対して排気還流量を応答よく変化させることができ、エンジン運転条件の変化に伴う目標ＥＧＲ率の変化に対して実際のＥＧＲ率を応答よく追従させて、排気還流量に過渡的に過不足が生じることを抑制できる。
尚、ＥＧＲ管１５に排気浄化装置としてのＤＰＦを設け、第１気筒＃１の排気中に含まれる煤をＤＰＦで捕集させることで、吸気側に還流する排気に含まれる成分である煤を低減することができる。

しかし、ＤＰＦに煤が徐々に堆積することで、再生処理が必要となり、再生処理に伴って高温の排気が吸気側に還流されることになり、また、ＥＧＲ管１５のＤＰＦを設けることで、ＥＧＲ管１５が長くなったり、ＥＧＲ管１５の取り回しが複雑になったりする。
従って、還流排気に含まれる煤（粒子状成分）を低減する手段（排気成分低減手段）としては、ＤＰＦなどの後処理手段ではなく、排気還流専用気筒である第１気筒＃１から排出される煤を低減させる手段（燃焼制御手段）を用いることが好ましい。

図２は、第１気筒＃１の排気を、第１気筒＃１〜第４気筒＃４の全気筒に還流させるようにした例を示す。尚、図２において、図１と同一の要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
図２に示したディーゼルエンジン３１では、図１に示したディーゼルエンジン１０と同様に、排気マニホールド１１が、第１気筒＃１の排気を導くサブ排気マニホールド１１Ａと、第１気筒＃１以外の気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）の排気をまとめるメイン排気マニホールド１１Ｂと、に分割される。

そして、メイン排気マニホールド１１Ｂのコレクタには排気管１２が接続され、サブ排気マニホールド１１ＡのコレクタにはＥＧＲ管（排気還流管）１５の一端が接続される。
一方、図２に示したディーゼルエンジン３１では、吸気マニホールド３２は全気筒に空気をそれぞれ分配するよう形成され、吸気マニホールド３２のコレクタには、インタクーラ１８及びコンプレッサ１３Ｂが設けられる吸気管３３が接続される。

吸気管３３のコンプレッサ１３Ｂよりも上流側には、ＥＧＲ管（排気還流管）１５が
接続される。そして、還流排気が混入した空気がコンプレッサ１３Ｂで圧縮され、その後インタクーラ１８で冷却され、全気筒に分配される。
係るディーゼルエンジン３１では、全気筒に還流排気が混入した空気が吸引され、各気筒が吸引する新気量は略同等であり、各気筒に略同量の燃料を噴射すると、各気筒の空燃比は略同等になり、第１気筒＃１以外の気筒の排気に含まれる煤よりも第１気筒＃１の排気に含まれる煤が低減されることはない。

そこで、エンジンコントロールユニット２５は、インジェクタ２５による燃料噴射量の制御において、排気還流専用気筒である第１気筒＃１に対する燃料噴射量を、他気筒（第２気筒＃２〜第４気筒＃４）に対する燃料噴射量に比して減らすことで、第１気筒＃１の空燃比を他気筒に比べてリーンとし、これによって、第１気筒＃１が排出する煤の量を他気筒に比べて減らすことができる。

また、煤の排出は、ある空燃比で最大値を示し、煤の排出が最大となる空燃比よりもリッチ側及びリーン側の双方で煤の排出が低下する場合があり、この場合、第１気筒＃１に対する燃料噴射量を他気筒よりも多くし、第１気筒＃１の空燃比を他気筒よりもリッチにすることで、第１気筒＃１から排出される煤を他気筒に比べて低減させることができる場合がある。
尚、第１気筒＃１への燃料噴射量を多気筒に比べてリーン又はリッチに設定することで、第１気筒＃１の発生トルクと他気筒の発生トルクとの差が生じることになってしまうので、気筒間における発生トルクの差異による運転安定性の低下を抑制しつつ、煤によるコンプレッサ１３Ｂの汚損を抑制できるように、第１気筒＃１の空燃比を制御する。

第１気筒＃１が排出する煤の量を他気筒に比べて減らす手段としては、この他、例えば、排気還流専用気筒である第１気筒＃１において、主噴射終了直後に少量の燃料を噴射（アフタ噴射）、燃焼させることで、シリンダ内を攪乱し、第１気筒＃１からの煤の排出量を低下させるなど、煤を低減できる公知の燃焼制御を適宜採用でき、更に、種々の燃焼制御を複数組み合わせて実施することができる。
上記のような燃料噴射制御によって、第１気筒＃１から排出される煤が他気筒から排出される煤よりも減って、コンプレッサ１３Ｂの上流側に還流される排気に含まれる煤の量が減り、コンプレッサ１３Ｂが煤で汚損されることを抑制できる。

従って、この場合、エンジンコントロールユニット２５による第１気筒＃１に対する燃料噴射の制御機能が、吸気側に還流される排気成分である煤を減らす手段（排気成分低減手段、燃焼制御手段）に相当することになる。
また、第１気筒＃１から排出される未燃の燃料などは、図１に示したディーゼルエンジン１０と同様に、ＥＧＲ管１５に設けられる排気浄化装置としてのＤＯＣ（酸化触媒）２０で酸化されるから、コンプレッサ１３Ｂの上流側に還流される排気に含まれる未燃燃料の量を減らし、コンプレッサ１３Ｂが未燃の燃料や潤滑油などで腐食することを抑制する。

尚、ディーゼルエンジン３１が、例えば予混合圧縮着火などによって煤の排出量が十分に少ない燃焼が行われるエンジンであれば、第１気筒＃１からの煤の排出を他気筒に比べて低下させるための燃焼制御（燃料噴射制御）を行わず、第１気筒＃１から排出される未燃成分をＥＧＲ管１５のＤＯＣ（酸化触媒）２０で後処理することで、コンプレッサ１３Ｂの汚損、腐食を十分に抑制できる。
また、ディーゼルエンジン３１では、コンプレッサ１３Ｂよりも上流側の吸気管３３内に、排気還流専用気筒である第１気筒＃１の排気を還流させるから、コンプレッサ１３Ｂによる過給圧変化に影響されることなく（換言すれば、エンジン運転条件に大きく影響されることなく）、大量の排気還流を行える。

また、図２に示すディーゼルエンジン３１では、１つのコンプレッサ１３Ｂと当該コンプレッサ１３Ｂで圧縮された空気を各気筒に導く１つの吸気管３３とを備えるから、図１に示したディーゼルエンジン１０に比べて吸気系の構造が簡略化され、エンジンの小型化、低コスト化を図ることができる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、排気還流専用気筒から排出される煤の量を減らす手段（排気成分低減手段、燃焼制御手段）として、空燃比制御に代えて又は空燃比制御と共に、排気還流専用気筒に対して専用の燃料を供給したり、排気還流専用気筒の燃焼室内に煤を低減する装置を備えたりすることができる。

具体的には、他気筒に対して軽油を供給する一方で、排気還流専用気筒に対しては、軽油と水とを混合したエマルジョン燃料、バイオディーゼル燃料１００％、バイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料などを供給することで、第１気筒＃１から排出される煤を、他気筒から排出される煤よりも低減することができる。

また、例えば、特開２０１１−１９６３３１号公報に開示されるように、排気還流専用気筒の燃焼室内に振動を発生させる超音波発生装置を設け、超音波による振動を煤に付与することで煤を微粒化し、排気還流専用気筒からの煤の排出量を、超音波発生装置を備えない他気筒に比べて低減することができる。

また、図１又は図２に示したディーゼルエンジン１０，３１において、ＥＧＲ管１５を、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの上流側に接続する状態と、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に接続する状態とに切り替えることができるようにする。
そして、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に排気を還流させることが可能な条件であるか否かを、エンジン運転条件（エンジン負荷、エンジン回転速度、過給圧など）に基づいて判断し、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に十分な量の排気を還流させることが可能な条件であれば、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に排気を還流させるように排気還流の経路を切り替える。

ここで、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に排気を還流させる場合には、排気還流気筒から排出される煤を低減させるための噴射制御などを停止させることができる。
一方、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの下流側に十分な量の排気を還流させることができない条件であれば、コンプレッサ１３Ｂ２，１３Ｂの上流側に排気を還流させるように排気還流の経路を切り替え、かつ、排気還流気筒から排出される煤を低減させるための噴射制御など再開させる。

また、サブ排気マニホールド１１Ａのコレクタ部と、メイン排気マニホールド１１Ｂのコレクタ部とを連通させる連通路を設け、この連通路に設けたバルブを、排気圧（背圧）が低くなる低負荷時に開くことで、全気筒の排気圧をＥＧＲ管１５に作用させて、排気還流量の増大を図ることができる。

１０ ディーゼルエンジン
１１ 排気マニホールド
１１Ａ サブ排気マニホールド
１１Ｂ メイン排気マニホールド
１２ 排気管
１３ ターボチャージャ
１３Ａ タービン
１３Ｂ１ サブコンプレッサ
１３Ｂ２ メインコンプレッサ
１４ 排気浄化装置
１５ ＥＧＲ管（排気還流管）
１６ 吸気マニホールド
１６Ａ サブ吸気マニホールド
１６Ｂ メイン吸気マニホールド
１７Ａ サブ吸気管
１７Ｂ メイン吸気管
１８ インタクーラ
１９ 吸気管
２０ ＤＯＣ（酸化触媒）
２１ ＥＧＲクーラ
２２ ＥＧＲ弁（第１バルブ）
２３ 連通管
２４ 逃がし弁（第２バルブ）
２５ インジェクタ
２６ エンジンコントロールユニット
３０ 排気還流装置（ＥＧＲ装置）
３１ ディーゼルエンジン
３２ 吸気マニホールド
３３ 吸気管

Claims (6)

1. ターボチャージャを備えた多気筒内燃機関において、
   多気筒のうちの一部の排気還流専用気筒の排気を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気とは分離独立させ、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させる排気還流管と、
   前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気が流入する前記ターボチャージャのタービンの下流側の排気管と前記排気還流管とを接続し、前記排気還流専用気筒の排気を前記ターボチャージャのタービンをバイパスさせて排出させる連通管と、
   前記排気還流管に設けた第１バルブと、
   前記連通管に設けた第２バルブと、
   前記排気還流管を介して前記吸気管に還流される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気よりも低減させる排気成分低減手段と、
   を備えた、ターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
2. 前記排気成分低減手段として、前記排気還流管に排気浄化装置を設けた、請求項１記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
3. 前記排気浄化装置が酸化触媒である、請求項２記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
4. 前記排気成分低減手段として、前記排気還流専用気筒から排出される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気に比べて低減させる燃焼制御手段を設けた、請求項１〜３のいずれか１つに記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
5. 前記燃焼制御手段が、前記排気還流専用気筒の空燃比を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の空燃比に比べてリーンに設定する、請求項４記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
6. 前記排気還流専用気筒に空気を導くサブ吸気管と、前記排気還流用気筒以外の気筒に空気を導くメイン吸気管とを独立して備える一方、
   前記ターボチャージャが、同軸に支持されるサブコンプレッサ及びメインコンプレッサを備え、前記サブコンプレッサを前記サブ吸気管に介装し、前記メインコンプレッサを前記メイン吸気管に介装し、
   前記メイン吸気管の前記メインコンプレッサよりも上流側に前記排気還流管を接続した、請求項１〜５のいずれか１つに記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。

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