内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法
【課題】ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と新気を混合した混合ガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に混合ガスを蓄ガス供給通路経由でシリンダ内に一時的に供給する内燃機関において、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となる不具合が発生したとしても、混合ガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法を提供する。
【解決手段】蓄ガス供給通路と吸気系通路とを流路切替装置を介して接続すると共に、この流路切替装置をＥＧＲ通路と吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、流路切換装置を吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路側と吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成する。
【解決手段】蓄ガス供給通路と吸気系通路とを流路切替装置を介して接続すると共に、この流路切替装置をＥＧＲ通路と吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、流路切換装置を吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路側と吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄ガス容器に蓄圧された混合ガスを、内燃機関の過渡期にシリンダ内に供給してＥＧＲ率を高めることができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図６に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給器１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図７に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給器１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。
【０００３】
これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００４】
つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００５】
しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。
【０００６】
従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図８に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には燃料の投入量が煤が増加しない領域内に抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図９及び図１０に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。
【０００７】
一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。
【０００８】
この対策として、近年では、図１１に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、この蓄ガス供給システムにおいても、次のような問題がある。つまり、ＥＧＲを行う場合にＥＧＲ弁２１が開くと、吸気圧が排気マニホールド１１ｂの内圧より大きいために、吸気通路１２内の加圧された混合ガスＣの一部は排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。そのため、この蓄ガス供給システムでは混合ガスＣの供給時にＥＧＲ弁２１を完全に閉じる制御を盛り込んでいるが、ＥＧＲ弁２１は弁座の汚損やカーボン粒子等の異物の噛み込みにより完全に閉状態とならない場合がある。この不具合に遭遇すると、吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気通路１３経由で排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。
【００１１】
この吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまうと、エンジンのシリンダ内への吸気量が減少して、過給が十分に行われず、ＮＯｘは低減できるがスモークリミットがかかって加速のパワーを十分に引き出すことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−２１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気を混合した混合ガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に混合ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となるようなシール不良等の不具合がＥＧＲ弁に発生したとしても、蓄ガス容器から供給される混合ガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気が混合した混合ガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された混合ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器と吸気系通路を接続する蓄ガス供給通路を備えた内燃機関において、流路切替装置を介して前記吸気系通路と前記蓄ガス供給通路とを接続すると共に、前記流路切替装置を前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、前記流路切換装置を前記吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、前記蓄ガス供給通路側と前記吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。なお、この吸気系通路には、吸気通路だけではなく、吸気マニホールドも含むものとする。
【００１５】
この構成によれば、内燃機関の過渡運転で、ＥＧＲ弁の下流でＥＧＲ通路が吸気系通路に合流するＥＧＲ合流部よりも下流側に、吸気系通路と蓄ガス供給通路とが合流する流路切替装置を配置したので、ＥＧＲ弁にシール不良等の不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスがＥＧＲ通路を経由して排気系通路に漏れることを流路切替装置により防止できる。従って、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となる不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスを排気系通路に抜けることなく効率良くシリンダ内に供給することができる。
【００１６】
上記の内燃機関において、前記流路切替装置を三方切替弁で構成するか、あるいは、前記流路切替装置を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成することにより、比較的容易に、流路切替装置を構成することができる。
【００１７】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関のＥＧＲ方法は、内燃機関の排気系通路の排気ガスの一部を空気と混合した混合ガスを圧縮して貯蓄すると共に、ＥＧＲでは、内燃機関の過渡運転でないときには、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を経由してシリンダ内に再循環し、内燃機関の過渡運転であるときには、前記混合ガスを一時的に吸気系通路に供給する内燃機関のＥＧＲ方法において、内燃機関の過渡運転であるときには、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスと、前記吸気系通路からの新気とを流路切換装置で遮断して、前記混合ガスのみを、前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給することを特徴とする方法である。
【００１８】
この方法によれば、内燃機関の過渡運転時に、ＥＧＲ弁の下流でＥＧＲ通路が吸気系通路に合流するＥＧＲ合流部よりも下流側に、ＥＧＲガスと新気を流路切換装置で遮断して、蓄ガス容器から供給される混合ガスのみを供給するので、ＥＧＲ弁にシール不良等の不具合が発生しても、流路切換装置により混合ガスがＥＧＲ通路を経由して排気系通路に漏れることを防止できる。従って、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となる不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスを排気系通路に抜けることなく効率良くシリンダ内に供給することができる。
【００１９】
上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、三方切替弁で構成した前記流路切替装置で行うか、あるいは、ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成した前記流路切替装置で行う方法を採用すると、比較的容易に流路切替装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、急加速等の過渡運転時においてターボラグに起因するＥＧＲ不足を解消し、過渡運転時のＮＯｘ排出を低減することができると共に加速性能の向上とＰＭの低減を図ることができ、更に、ＥＧＲ弁に異物噛み込み等の不具合が生じてＥＧＲ弁が全閉しなくなった場合でも、蓄ガス容器から供給される混合ガスが排気系通路に抜けることを防止でき、この混合ガスの排気系通路側への抜けに起因する加速性能の低下を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図３】蓄ガス用の容積型コンプレッサの駆動を説明するための図である。
【図４】三方切替弁で構成された流路切換装置の構造を吸気ラインが連通された状態で示す図である。
【図５】三方切替弁で構成された流路切換装置の構造を蓄ガス供給ラインが連通された状態で示す図である。
【図６】従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図７】従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図８】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図９】全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。
【図１０】過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。
【図１１】先行技術の内燃機関の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１１と吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３を有して構成される。この吸気マニホールド１１ａと吸気通路１２とで吸気系通路を形成し、排気マニホールド１１ｂと排気通路１３とで排気系通路を形成する。
【００２４】
吸気通路１２には、ターボ式過給器１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、排気通路１３には、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒等で形成されるＮＯｘ浄化触媒１６が設けられている。
【００２５】
また、タービン１４ｂの上流側の排気通路１３からＥＧＲ通路１７が分岐され、コンプレッサ１４ａの上流側の吸気通路１２にＥＧＲ合流部１８で合流している。このＥＧＲ通路１７には上流側から、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１９とＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ弁２１が設けられている。
【００２６】
更に、ＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２が設けられている。この排気ガス導入通路２２にはＥＧＲクーラ２３と三方弁２４が設けられ、この排気ガス導入通路２２は機械式の容積型過給機（往復動式が望ましい）等で形成されるガス圧縮装置２５に接続されている。このガス圧縮装置２５は、圧縮ガス供給通路２６により圧力容器等で形成される蓄ガス容器２７に接続されている。また、この蓄ガス容器２７は蓄ガス供給通路２８により吸気通路１２と接続されている。この排気ガス導入通路２２と圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８で混合ガス系通路を形成する。
【００２７】
図３に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、混合ガス系通路２２、２６、２８からの混合ガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。なお、蓄ガス供給通路２８には、調圧弁２９が配置され、流路切換装置３０に供給される混合ガスＣの圧力を調整する。このとき、三方弁２４で、排気ガスＧの一部Ｇｐの量と空気Ａａの量を調整して、蓄ガス容器２７で貯蔵される混合ガスＣにおける酸素濃度を略一定に保つことが好ましく、これにより、ＥＧＲを行うときの制御を単純化することができる。
【００２８】
そして、上記の機器類の制御を行うために、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジン１の運転の全般を制御する制御装置４０を設け、この制御装置４０で蓄ガス容器２７内の圧力やエンジン回転速度やアクセル開度等を検出して、その結果に基づいて電磁クラッチ３４や三方弁２４を制御して、蓄ガス容器２７内の混合ガスＣの量（圧力）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。
【００２９】
なお、図１に示すように、この蓄ガス容器２７の内部の最大圧を調整する調整弁２７ａを、蓄ガス容器２７に設けて、ガス圧縮装置２５を駆動している時には、常に仕事が発生するように調整弁２７ａを調整する。なお、図１及び図２では、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７に設けているが、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７とガス圧縮装置２５の間の排気ガス導入通路２２を設けてもよい。
【００３０】
つまり、エンジン１は、排気ガスＧの一部Ｇｅをシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路１７と、エンジン１の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａが混合した混合ガスＣを圧縮するガス圧縮装置２５と、このガス圧縮装置２５で圧縮された混合ガスＣを貯蓄する蓄ガス容器２７と、この蓄ガス容器２７と吸気通路１２を接続する蓄ガス供給通路２８を備えて構成される。
【００３１】
そして、吸気通路１２と蓄ガス供給通路２８は流路切替装置３０を介して接続される。この流路切替装置３０をＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に配置する。また、流路切換装置３０は吸気通路１２の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路２８側と吸気通路１２の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。
【００３２】
この流路切換装置３０は、図４及び図５に示すような三方切替弁３０で構成することができる。また、図示しないが、吸気系通路１２に設けた吸気弁と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁で構成することもできる。つまり、三方切替弁３０を用いずに、吸気通路１２を吸気弁（吸気スロットル）等で閉塞する方式の場合には、吸気弁(図示しない）の上流にＥＧＲ合流部１８を設けて、ＥＧＲガスＧｅをＥＧＲ弁２１と吸気弁(図示しない）とで２段構えで遮断する。
【００３３】
図４及び図５に示す三方切替弁３０では、駆動用低圧空気Ａｐを入れてピストン背面空気Ａｅを抜くことで、駆動用高速シリンダ３０ａのロッド３０ｂを移動させることにより、シャッター部３０ｃを移動させて、図４に示すように、蓄ガス供給通路２８側を閉じて、吸気通路１２の上流側１２ａと下流側１２ｂを連通させ、また、図５に示すように、吸気通路１２の上流側１２ａ側を閉じて、蓄ガス供給通路２８と吸気通路１２の下流側１２ｂを連通させる。
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施の形態のエンジン（内燃機関）１Ａについて説明する。図２に示すように、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ＥＧＲ通路１７がＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐し、このＥＧＲ通路１７から排気ガス導入通路２２が分岐している点が、ＥＧＲ通路１７がターボ式過給器１４のタービン１４ｂの上流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２がＮＯｘ浄化触媒１５の下流側の排気通路１３から分岐している第１の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。
【００３５】
つまり、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂを通過する前の排気ガスＧの一部となっているのに対して、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂを通過した後の排気ガスＧの一部となっている。言い換えれば、第１の実施の形態のエンジン１では、高圧ＥＧＲ方式が採用されており、第２の実施の形態のエンジン１Ａでは低圧ＥＧＲ方式が採用されている。
【００３６】
次に、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ方法について説明する。この内燃機関のＥＧＲ方法は、上記の構成の内燃機関１、１Ａ等で実施できる方法である。この内燃機関のＥＧＲ方法は、エンジン（内燃機関）１、１Ａの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを圧縮して貯蓄する。
【００３７】
それと共に、ＥＧＲでは、エンジン１、１Ａの過渡運転でないときには、エンジン１、１Ａの排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に再循環し、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、混合ガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。
【００３８】
更に、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、ＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅと、吸気通路１２からの新気Ａとを流路切換装置３０で遮断して、混合ガスＣのみを、ＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給する。
【００３９】
また、この内燃機関のＥＧＲ方法において、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及び混合ガスＣの供給を、図４と図５で示すような三方切替弁で構成した流路切替装置３０で行うか、あるいは、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及び混合ガスＣの供給を、吸気通路（吸気系通路）１２に設けた吸気弁（図示しない）と、蓄ガス供給通路２７に設けた開閉弁（図示しない）で構成した流路切替装置３０で行う。
【００４０】
これらの制御においては制御装置４０で、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）、エンジン燃料量（燃料噴射量）Ｑ、蓄ガス容器２７の内部の圧力等の検出値等に基づいて、調圧弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替装置３０を制御する。
【００４１】
上記の内燃機関１、１Ａ、及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、急加速等の過渡運転時においてターボラグに起因するＥＧＲ不足を解消し、過渡運転時のＮＯｘ排出を低減することができると共に加速性能の向上とＰＭの低減を図ることができ、更に、ＥＧＲ弁２１に異物噛み込み等の不具合が生じてＥＧＲ弁２１が全閉しなくなった場合でも、蓄ガス容器２７から供給される混合ガスＣが排気系通路１１ｂ、１３に抜けることを防止でき、この混合ガスＣの排気系通路１１ｂ、１３側への抜けに起因する加速性能の低下を確実に回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法は、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となるようなシール不良等の不具合が発生したとしても、蓄ガス容器から供給される混合ガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができるので、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と新気を混合した混合ガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に混合ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド（吸気系通路）
１１ｂ 排気マニホールド（排気系通路）
１２ 吸気通路（吸気系通路）
１３ 排気通路（排気系通路）
１４ ターボ式過給器
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
１５、１９ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置
１６ ＮＯｘ浄化触媒
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲ合流部
２０、２３ ＥＧＲクーラ
２１ ＥＧＲ弁
２２ 排気ガス導入通路
２４ 三方弁
２５ ガス圧縮装置
２６ 圧縮ガス供給通路
２７ 蓄ガス容器
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 三方切替弁（流路切替装置）
３１ 車両の車軸
３４ 電磁クラッチ
３５ 吸気弁（吸気スロットル）
４０ 制御装置
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ｃ 混合ガス
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄ガス容器に蓄圧された混合ガスを、内燃機関の過渡期にシリンダ内に供給してＥＧＲ率を高めることができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図６に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給器１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図７に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給器１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。
【０００３】
これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００４】
つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００５】
しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。
【０００６】
従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図８に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には燃料の投入量が煤が増加しない領域内に抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図９及び図１０に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。
【０００７】
一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。
【０００８】
この対策として、近年では、図１１に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、この蓄ガス供給システムにおいても、次のような問題がある。つまり、ＥＧＲを行う場合にＥＧＲ弁２１が開くと、吸気圧が排気マニホールド１１ｂの内圧より大きいために、吸気通路１２内の加圧された混合ガスＣの一部は排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。そのため、この蓄ガス供給システムでは混合ガスＣの供給時にＥＧＲ弁２１を完全に閉じる制御を盛り込んでいるが、ＥＧＲ弁２１は弁座の汚損やカーボン粒子等の異物の噛み込みにより完全に閉状態とならない場合がある。この不具合に遭遇すると、吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気通路１３経由で排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。
【００１１】
この吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまうと、エンジンのシリンダ内への吸気量が減少して、過給が十分に行われず、ＮＯｘは低減できるがスモークリミットがかかって加速のパワーを十分に引き出すことができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−２１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気を混合した混合ガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に混合ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となるようなシール不良等の不具合がＥＧＲ弁に発生したとしても、蓄ガス容器から供給される混合ガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気が混合した混合ガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された混合ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器と吸気系通路を接続する蓄ガス供給通路を備えた内燃機関において、流路切替装置を介して前記吸気系通路と前記蓄ガス供給通路とを接続すると共に、前記流路切替装置を前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、前記流路切換装置を前記吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、前記蓄ガス供給通路側と前記吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。なお、この吸気系通路には、吸気通路だけではなく、吸気マニホールドも含むものとする。
【００１５】
この構成によれば、内燃機関の過渡運転で、ＥＧＲ弁の下流でＥＧＲ通路が吸気系通路に合流するＥＧＲ合流部よりも下流側に、吸気系通路と蓄ガス供給通路とが合流する流路切替装置を配置したので、ＥＧＲ弁にシール不良等の不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスがＥＧＲ通路を経由して排気系通路に漏れることを流路切替装置により防止できる。従って、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となる不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスを排気系通路に抜けることなく効率良くシリンダ内に供給することができる。
【００１６】
上記の内燃機関において、前記流路切替装置を三方切替弁で構成するか、あるいは、前記流路切替装置を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成することにより、比較的容易に、流路切替装置を構成することができる。
【００１７】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関のＥＧＲ方法は、内燃機関の排気系通路の排気ガスの一部を空気と混合した混合ガスを圧縮して貯蓄すると共に、ＥＧＲでは、内燃機関の過渡運転でないときには、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を経由してシリンダ内に再循環し、内燃機関の過渡運転であるときには、前記混合ガスを一時的に吸気系通路に供給する内燃機関のＥＧＲ方法において、内燃機関の過渡運転であるときには、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスと、前記吸気系通路からの新気とを流路切換装置で遮断して、前記混合ガスのみを、前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給することを特徴とする方法である。
【００１８】
この方法によれば、内燃機関の過渡運転時に、ＥＧＲ弁の下流でＥＧＲ通路が吸気系通路に合流するＥＧＲ合流部よりも下流側に、ＥＧＲガスと新気を流路切換装置で遮断して、蓄ガス容器から供給される混合ガスのみを供給するので、ＥＧＲ弁にシール不良等の不具合が発生しても、流路切換装置により混合ガスがＥＧＲ通路を経由して排気系通路に漏れることを防止できる。従って、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となる不具合が発生しても、蓄ガス容器から供給される混合ガスを排気系通路に抜けることなく効率良くシリンダ内に供給することができる。
【００１９】
上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、三方切替弁で構成した前記流路切替装置で行うか、あるいは、ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成した前記流路切替装置で行う方法を採用すると、比較的容易に流路切替装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、急加速等の過渡運転時においてターボラグに起因するＥＧＲ不足を解消し、過渡運転時のＮＯｘ排出を低減することができると共に加速性能の向上とＰＭの低減を図ることができ、更に、ＥＧＲ弁に異物噛み込み等の不具合が生じてＥＧＲ弁が全閉しなくなった場合でも、蓄ガス容器から供給される混合ガスが排気系通路に抜けることを防止でき、この混合ガスの排気系通路側への抜けに起因する加速性能の低下を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図３】蓄ガス用の容積型コンプレッサの駆動を説明するための図である。
【図４】三方切替弁で構成された流路切換装置の構造を吸気ラインが連通された状態で示す図である。
【図５】三方切替弁で構成された流路切換装置の構造を蓄ガス供給ラインが連通された状態で示す図である。
【図６】従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図７】従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図８】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図９】全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。
【図１０】過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。
【図１１】先行技術の内燃機関の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１１と吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３を有して構成される。この吸気マニホールド１１ａと吸気通路１２とで吸気系通路を形成し、排気マニホールド１１ｂと排気通路１３とで排気系通路を形成する。
【００２４】
吸気通路１２には、ターボ式過給器１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、排気通路１３には、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒等で形成されるＮＯｘ浄化触媒１６が設けられている。
【００２５】
また、タービン１４ｂの上流側の排気通路１３からＥＧＲ通路１７が分岐され、コンプレッサ１４ａの上流側の吸気通路１２にＥＧＲ合流部１８で合流している。このＥＧＲ通路１７には上流側から、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１９とＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ弁２１が設けられている。
【００２６】
更に、ＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２が設けられている。この排気ガス導入通路２２にはＥＧＲクーラ２３と三方弁２４が設けられ、この排気ガス導入通路２２は機械式の容積型過給機（往復動式が望ましい）等で形成されるガス圧縮装置２５に接続されている。このガス圧縮装置２５は、圧縮ガス供給通路２６により圧力容器等で形成される蓄ガス容器２７に接続されている。また、この蓄ガス容器２７は蓄ガス供給通路２８により吸気通路１２と接続されている。この排気ガス導入通路２２と圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８で混合ガス系通路を形成する。
【００２７】
図３に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、混合ガス系通路２２、２６、２８からの混合ガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。なお、蓄ガス供給通路２８には、調圧弁２９が配置され、流路切換装置３０に供給される混合ガスＣの圧力を調整する。このとき、三方弁２４で、排気ガスＧの一部Ｇｐの量と空気Ａａの量を調整して、蓄ガス容器２７で貯蔵される混合ガスＣにおける酸素濃度を略一定に保つことが好ましく、これにより、ＥＧＲを行うときの制御を単純化することができる。
【００２８】
そして、上記の機器類の制御を行うために、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジン１の運転の全般を制御する制御装置４０を設け、この制御装置４０で蓄ガス容器２７内の圧力やエンジン回転速度やアクセル開度等を検出して、その結果に基づいて電磁クラッチ３４や三方弁２４を制御して、蓄ガス容器２７内の混合ガスＣの量（圧力）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。
【００２９】
なお、図１に示すように、この蓄ガス容器２７の内部の最大圧を調整する調整弁２７ａを、蓄ガス容器２７に設けて、ガス圧縮装置２５を駆動している時には、常に仕事が発生するように調整弁２７ａを調整する。なお、図１及び図２では、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７に設けているが、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７とガス圧縮装置２５の間の排気ガス導入通路２２を設けてもよい。
【００３０】
つまり、エンジン１は、排気ガスＧの一部Ｇｅをシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路１７と、エンジン１の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａが混合した混合ガスＣを圧縮するガス圧縮装置２５と、このガス圧縮装置２５で圧縮された混合ガスＣを貯蓄する蓄ガス容器２７と、この蓄ガス容器２７と吸気通路１２を接続する蓄ガス供給通路２８を備えて構成される。
【００３１】
そして、吸気通路１２と蓄ガス供給通路２８は流路切替装置３０を介して接続される。この流路切替装置３０をＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に配置する。また、流路切換装置３０は吸気通路１２の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路２８側と吸気通路１２の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。
【００３２】
この流路切換装置３０は、図４及び図５に示すような三方切替弁３０で構成することができる。また、図示しないが、吸気系通路１２に設けた吸気弁と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁で構成することもできる。つまり、三方切替弁３０を用いずに、吸気通路１２を吸気弁（吸気スロットル）等で閉塞する方式の場合には、吸気弁(図示しない）の上流にＥＧＲ合流部１８を設けて、ＥＧＲガスＧｅをＥＧＲ弁２１と吸気弁(図示しない）とで２段構えで遮断する。
【００３３】
図４及び図５に示す三方切替弁３０では、駆動用低圧空気Ａｐを入れてピストン背面空気Ａｅを抜くことで、駆動用高速シリンダ３０ａのロッド３０ｂを移動させることにより、シャッター部３０ｃを移動させて、図４に示すように、蓄ガス供給通路２８側を閉じて、吸気通路１２の上流側１２ａと下流側１２ｂを連通させ、また、図５に示すように、吸気通路１２の上流側１２ａ側を閉じて、蓄ガス供給通路２８と吸気通路１２の下流側１２ｂを連通させる。
【００３４】
次に、本発明に係る第２の実施の形態のエンジン（内燃機関）１Ａについて説明する。図２に示すように、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ＥＧＲ通路１７がＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐し、このＥＧＲ通路１７から排気ガス導入通路２２が分岐している点が、ＥＧＲ通路１７がターボ式過給器１４のタービン１４ｂの上流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２がＮＯｘ浄化触媒１５の下流側の排気通路１３から分岐している第１の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。
【００３５】
つまり、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂを通過する前の排気ガスＧの一部となっているのに対して、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ターボ式過給器１４のタービン１４ｂを通過した後の排気ガスＧの一部となっている。言い換えれば、第１の実施の形態のエンジン１では、高圧ＥＧＲ方式が採用されており、第２の実施の形態のエンジン１Ａでは低圧ＥＧＲ方式が採用されている。
【００３６】
次に、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ方法について説明する。この内燃機関のＥＧＲ方法は、上記の構成の内燃機関１、１Ａ等で実施できる方法である。この内燃機関のＥＧＲ方法は、エンジン（内燃機関）１、１Ａの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを圧縮して貯蓄する。
【００３７】
それと共に、ＥＧＲでは、エンジン１、１Ａの過渡運転でないときには、エンジン１、１Ａの排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に再循環し、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、混合ガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。
【００３８】
更に、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、ＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅと、吸気通路１２からの新気Ａとを流路切換装置３０で遮断して、混合ガスＣのみを、ＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給する。
【００３９】
また、この内燃機関のＥＧＲ方法において、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及び混合ガスＣの供給を、図４と図５で示すような三方切替弁で構成した流路切替装置３０で行うか、あるいは、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及び混合ガスＣの供給を、吸気通路（吸気系通路）１２に設けた吸気弁（図示しない）と、蓄ガス供給通路２７に設けた開閉弁（図示しない）で構成した流路切替装置３０で行う。
【００４０】
これらの制御においては制御装置４０で、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）、エンジン燃料量（燃料噴射量）Ｑ、蓄ガス容器２７の内部の圧力等の検出値等に基づいて、調圧弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替装置３０を制御する。
【００４１】
上記の内燃機関１、１Ａ、及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、急加速等の過渡運転時においてターボラグに起因するＥＧＲ不足を解消し、過渡運転時のＮＯｘ排出を低減することができると共に加速性能の向上とＰＭの低減を図ることができ、更に、ＥＧＲ弁２１に異物噛み込み等の不具合が生じてＥＧＲ弁２１が全閉しなくなった場合でも、蓄ガス容器２７から供給される混合ガスＣが排気系通路１１ｂ、１３に抜けることを防止でき、この混合ガスＣの排気系通路１１ｂ、１３側への抜けに起因する加速性能の低下を確実に回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法は、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となるようなシール不良等の不具合が発生したとしても、蓄ガス容器から供給される混合ガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができるので、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と新気を混合した混合ガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に混合ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１Ａ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド（吸気系通路）
１１ｂ 排気マニホールド（排気系通路）
１２ 吸気通路（吸気系通路）
１３ 排気通路（排気系通路）
１４ ターボ式過給器
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
１５、１９ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置
１６ ＮＯｘ浄化触媒
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲ合流部
２０、２３ ＥＧＲクーラ
２１ ＥＧＲ弁
２２ 排気ガス導入通路
２４ 三方弁
２５ ガス圧縮装置
２６ 圧縮ガス供給通路
２７ 蓄ガス容器
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 三方切替弁（流路切替装置）
３１ 車両の車軸
３４ 電磁クラッチ
３５ 吸気弁（吸気スロットル）
４０ 制御装置
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ｃ 混合ガス
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気が混合した混合ガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された混合ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器と吸気系通路を接続する蓄ガス供給通路を備えた内燃機関において、
流路切替装置を介して前記吸気系通路と前記蓄ガス供給通路とを接続すると共に、
前記流路切替装置を前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、
前記流路切換装置を前記吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、前記蓄ガス供給通路側と前記吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記流路切替装置を三方切替弁で構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記流路切替装置を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の排気系通路の排気ガスの一部を空気と混合した混合ガスを圧縮して貯蓄すると共に、ＥＧＲでは、内燃機関の過渡運転でないときには、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を経由してシリンダ内に再循環し、内燃機関の過渡運転であるときには、前記混合ガスを一時的に吸気系通路に供給する内燃機関のＥＧＲ方法において、
内燃機関の過渡運転であるときには、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスと、前記吸気系通路からの新気とを流路切換装置で遮断して、前記混合ガスのみを、前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項５】
ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、三方切替弁で構成した前記流路切替装置で行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項６】
ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成した前記流路切替装置で行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気が混合した混合ガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された混合ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器と吸気系通路を接続する蓄ガス供給通路を備えた内燃機関において、
流路切替装置を介して前記吸気系通路と前記蓄ガス供給通路とを接続すると共に、
前記流路切替装置を前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に配置し、
前記流路切換装置を前記吸気系通路の下流側の通路側を開放したまま、前記蓄ガス供給通路側と前記吸気系通路の上流側の通路側とを切り替えるように構成したことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記流路切替装置を三方切替弁で構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記流路切替装置を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の排気系通路の排気ガスの一部を空気と混合した混合ガスを圧縮して貯蓄すると共に、ＥＧＲでは、内燃機関の過渡運転でないときには、内燃機関の排気ガスの一部をＥＧＲ通路を経由してシリンダ内に再循環し、内燃機関の過渡運転であるときには、前記混合ガスを一時的に吸気系通路に供給する内燃機関のＥＧＲ方法において、
内燃機関の過渡運転であるときには、前記ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスと、前記吸気系通路からの新気とを流路切換装置で遮断して、前記混合ガスのみを、前記ＥＧＲ通路と前記吸気系通路との合流部であるＥＧＲ合流部よりも下流側に供給することを特徴とする内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項５】
ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、三方切替弁で構成した前記流路切替装置で行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項６】
ＥＧＲガスと新気との遮断、及び混合ガスの供給を、前記吸気系通路に設けた吸気弁と、前記蓄ガス供給通路に設けた開閉弁で構成した前記流路切替装置で行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２５２８２（Ｐ２０１２−２２５２８２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４６６３（Ｐ２０１１−９４６６３）
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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