ＥＧＲ装置
【課題】 簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、内燃機関１の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室５に還流させるＥＧＲ装置１００であって、ＥＧＲガスが導かれ吸気通路２に接続される複数のＥＧＲ通路１０２、１０３と、各ＥＧＲ通路１０２、１０３に介装される少なくとも一つの開閉バルブ１２０、１３０、１４０と、が備えられ、内燃機関１の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路１０２、１０３を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路２或いはＥＧＲ通路１０２、１０３の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、内燃機関１の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室５に還流させるＥＧＲ装置１００であって、ＥＧＲガスが導かれ吸気通路２に接続される複数のＥＧＲ通路１０２、１０３と、各ＥＧＲ通路１０２、１０３に介装される少なくとも一つの開閉バルブ１２０、１３０、１４０と、が備えられ、内燃機関１の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路１０２、１０３を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路２或いはＥＧＲ通路１０２、１０３の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の燃焼装置からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させるＥＧＲ（排気再循環）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、このためのシステム（装置）の一つとして、内燃機関からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させることで燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の濃度（排出量）を低減するための所謂ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムが知られている。
【０００３】
かかるＥＧＲシステムにおいては、燃焼室内に還流させるＥＧＲガスを冷却することにより、燃焼温度を低下させることができ、これにより一層効果的にＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０００４】
このようなことから、例えば、特許文献１に記載されるＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを冷却するための熱交換器であるＥＧＲクーラを、ＥＧＲガスを排気通路から内燃機関の吸気通路へ導くＥＧＲ通路に介装することが行われている。
【０００５】
なお、ＥＧＲクーラを備えてＥＧＲガス温度を下げることによって、ＥＧＲガスの膨張も抑制されるため、吸気中に混合されるＥＧＲガス量（排気還流量）を増加させたい、すなわちＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（新気量＋ＥＧＲガス量）×１００（％））を一層稼ぎたいといった要求がある場合などにおいても有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＮＯｘ排出量を一層低減するために高いＥＧＲ率で内燃機関を運転すると、高ＥＧＲ率化に伴い新気の空気量（新気量）が少なくなるため、排気の黒煙濃度が増加するおそれがある。
【０００８】
黒煙濃度の増加を抑制するためには、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図る必要があるため、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げると共に排気側のエキマニ圧力を上げる必要があり、この結果、内燃機関のポンピングロスが大きくなるため、燃費が悪化してしまうといった実情がある。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明に係るＥＧＲ装置は、
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスが導かれ吸気通路に接続される複数のＥＧＲ通路と、
各ＥＧＲ通路に介装される少なくとも一つの開閉バルブと、
が備えられ、
内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路或いはＥＧＲ通路の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記少なくとも一つの開閉バルブは、当該開閉バルブが介装されるＥＧＲ通路のＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブであることを特徴とすることができる。
【００１２】
本発明において、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブを閉じたときに、吸気通路或いは他のＥＧＲ通路に接続されるレゾネータとして機能することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図２】同上実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（中速若しくは高速域での運転時）である。
【図３】同上実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図４】本発明の実施の形態（実施例２）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図５】同上実施の形態（実施例２）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図６】本発明の実施の形態（実施例３）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図７】同上実施の形態（実施例３）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図８】本発明の実施の形態（実施例４）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図９】同上実施の形態（実施例４）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図１０】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置においてＥＧＲ管長を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置においてＥＧＲ通路に接続されるレゾネータ長さ（容積）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置において吸気管長（インタークーラー出口から吸気マニホールド入口までの長さ）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態の実施例１に係る内燃機関１においては、図示しないエアクリーナ等を介して外気（新気）が吸入されるが、該新気は吸気通路２を介して過給機３のコンプレッサ（インペラ）３Ａに導かれて所定に圧縮された後、吸気通路２に介装されるインタークーラ４を介して所定に冷却されて、燃焼室（シリンダ）５内に導かれる。
【００１７】
燃焼室５から排出される燃焼後のガスは、燃焼室５に臨んで開口される排気ポート（図示せず）を介して排気通路（排気マニホールド部分）６に導かれ、その後、過給機３の排気タービン３Ｂに回転エネルギを供給した後、排気通路７の下流に配設されている図示しない排気処理装置（酸化触媒、ＮＯｘ低減触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタなど）において所定の処理を受けて浄化され、大気中に排出される。
【００１８】
ここで、本実施例では、燃焼後のガス（すなわち、排気）の一部を吸気（新気）と共に燃焼室５に再び導くことで、燃焼温度を低下させてＮＯｘの低減を図るためのＥＧＲ装置１００が設けられている。
【００１９】
本実施例に係るＥＧＲ装置（システム）１００（ＨＰＬ−ＥＧＲ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）は、排気タービン３Ｂの上流側において排気通路（排気マニホールド部分）６に連通されるＥＧＲ通路（排気還流通路）１０１を含んで構成され、該ＥＧＲ通路１０１には当該ＥＧＲ通路１０１を流れる排気（ＥＧＲガス：還流排気）を所定に冷却するためのＥＧＲクーラ１１０が介装されている。
【００２０】
ＥＧＲクーラ１１０のＥＧＲガス流れ下流側において、ＥＧＲ通路１０１は二股に分岐され、一方の比較的短い管長の高速用ＥＧＲ通路１０２は、高速用ＥＧＲバルブ１２０が介装されると共に吸気通路２に接続されている。
【００２１】
また、二股に分岐された他方の比較的長い管長の低速用ＥＧＲ通路１０３は、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０（ＥＧＲクーラ１１０側）、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０（吸気通路２側）が介装されると共に吸気通路２に接続されている。
【００２２】
更に、低速用ＥＧＲ通路１０３には、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０（第１ＥＧＲ通路１０２との分岐部付近）、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０（吸気通路２との接続部付近）が介装されている。
【００２３】
このような構成を備えた本実施例に係るＥＧＲ装置１００は、吸気通路とＥＧＲ通路において共鳴効果を利用して、（排気）煙（濃度）を悪化させることなく高ＥＧＲ率を実現してＮＯｘ排出量を低減する。
【００２４】
なお、共鳴効果とは、管内（吸気通路内やＥＧＲ通路内）の脈動と、管（吸気通路やＥＧＲ通路）の持つ固有振動数と、を同調させることによって得られる過給効果の意である（共鳴過給）。
【００２５】
管（吸気通路やＥＧＲ通路）の固有振動数は、管長に応じて変化する。管長の長い管の固有振動数は低く（小さく）、管長の短い管の固有振動数は高く（大きく）なる。
【００２６】
また、管の固有振動数は、レゾネータ（共鳴容器）を接続することによって変化させることが可能である。接続されるレゾネータの容積（長さ）に比例して、管の固有振動数を低下させることができる。
【００２７】
ここで、内燃機関１の回転速度が低い場合には、吸気通路を流れる新気及びＥＧＲガスの脈動、及びＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの脈動の周期が長いため、共鳴効果を得るためには、管（吸気通路及びＥＧＲ通路）の固有振動数を低く（小さく）設定する必要がある。
【００２８】
この一方、内燃機関１の回転速度が高い場合には、吸気通路を流れる新気及びＥＧＲガスの脈動、及びＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの脈動の周期が短いため、共鳴効果を得るためには、管（吸気通路及びＥＧＲ通路）の固有振動数を高く（大きく）設定する必要がある。
【００２９】
このため、本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共にレゾネータ容積を変化させることができる構成として、吸気通路及びＥＧＲ通路の固有振動数を変化させ、内燃機関１の広い回転速度域に亘って共鳴効果を有効に利用することができるようにすることで、共鳴による過給効果によって空気（新気）とＥＧＲガスが燃焼室５へ入り易くなるため、ポンピングロスを増加させずに、空気量（新気）を稼ぎながら、より多くのＥＧＲガスを燃焼室５内に導くことができ、以って黒煙排出濃度の悪化を抑制しながら効果的にＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００３０】
以下、本実施例に係るＥＧＲ装置１００におけるＥＧＲ通路切り換え制御について説明する。
本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、高速用ＥＧＲ通路１０２と、低速用ＥＧＲ通路１０３と、を切り換えると共に、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０の開閉を切り換えることで、内燃機関１の広い回転領域に亘って、黒煙排出量を抑制しながら高いＥＧＲ率を達成できるように構成されている。
【００３１】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
高速域の場合には、図１に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０を閉じる。
また、低速用ＥＧＲ通路１０３が吸気通路２に接続されるレゾネータとして機能しないように、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を閉じる。
【００３２】
なお、かかる高速回転域において、良好な共鳴効果が得られるように、あらかじめ吸気通路２の寸法（径や長さなど）は、高速域にて固有振動数と、管内脈動と、が同調するように設定される。
【００３３】
また、ＥＧＲガスについては、管長の短い高速用ＥＧＲ通路１０２を流れることから管路の固有振動数は増加されている一方で、高速域でのＥＧＲガスの周期が短い管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができる。
【００３４】
なお、かかる高速域でのＥＧＲ率の制御は、高速用ＥＧＲバルブ１２０によって制御される。
【００３５】
＜内燃機関１の回転速度が中速域である場合＞
中速域の場合には、図２に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する。
【００３６】
また、低速用ＥＧＲ通路１０３のＥＧＲガス入口側の第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０を開くと共に、低速用ＥＧＲ通路１０３が吸気通路２に接続される側の第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開く。
【００３７】
なお、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１低速用ＥＧＲバルブ１３０と第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は閉弁されている。
【００３８】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積を、吸気通路２のレゾネータとして機能させるようになっている。
【００３９】
このように、レゾネータとして機能させることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、中速域において管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００４０】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図３に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０及び第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開くと共に、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００４１】
これにより、吸気通路２には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００４２】
このように、吸気通路２に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２の固有振動数を比較的大きく低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
また、ＥＧＲガスについては、管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を流れることから、管路の固有振動数が低下すると共に、低速域での周期の長いＥＧＲガスの管内脈動と同調させることにより、共鳴効果を得ることができる。
【００４３】
ＥＧＲ率については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。但し、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０に限らず、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０の少なくとも一つの開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することもできる。
【００４４】
なお、車両への搭載性などを優先して、吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２が高速域での同調に適した管長より短く設定された場合、共鳴点は高速域よりも更に高速側となるため、図１に示したバルブの切り換え状態では、高速域において良好な共鳴効果を得ることができなくなることが想定される。
【００４５】
このような場合には、例えば、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び／或いは第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を高速域での同調位置に設置することで（すなわち、レゾネータの容積の高速域にマッチした設定を行うことによって）、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０及び／或いは第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開弁した状態として高速域において共鳴効果を得ることができる。
【００４６】
以上で説明したように、本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共にレゾネータ容積を変化させることができる構成として、吸気通路及びＥＧＲ通路の固有振動数を変化させ、内燃機関１の広い回転速度域にて共鳴効果を有効に利用することができるようにしたので、共鳴による過給効果によって空気（新気）とＥＧＲガスを燃焼室５へ送り込み易くできるため、ポンピングロスを増加させずに、空気量（新気）を稼ぎながら、より多くのＥＧＲガスを燃焼室５内に導くことができ、以って黒煙排出濃度の悪化を抑制しつつ効果的にＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４７】
すなわち、実施例１によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４８】
実施例２に係るＥＧＲ装置２００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の構成例である。
実施例２に係るＥＧＲ装置２００は、図４、図５に示すように、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００４９】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例２において、高速域の場合には、図４に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００５０】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積を、吸気通路２のレゾネータとして機能させる。
【００５１】
なお、実施例２では、これらレゾネータの接続を考慮して、吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長は、目標の高速域での共鳴点より短い管長に設定されている。
【００５２】
すなわち、レゾネータを接続することで、吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。つまり、図４に示すような状態としてレゾネータを接続したときに、高速域にて丁度良い共鳴効果が得られるように吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長や第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の位置は設定されている。
【００５３】
なお、ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００５４】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図５に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００５５】
これにより、吸気通路２には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００５６】
このように、吸気通路２に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２の固有振動数を比較的大きく低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
また、ＥＧＲガスについては、管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を流れることから、管路の固有振動数が低下すると共に、低速域での周期の長いＥＧＲガスの管内脈動と同調させることにより、共鳴効果を得ることができる。
【００５７】
ＥＧＲ率については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００５８】
なお、実施例１や実施例２において、ＥＧＲ通路、ＥＧＲバルブ、通路切換バルブを増設して、ＥＧＲ通路やレゾネータ容積の切り換えの組み合わせを増やすことで、同調回転速度を細分化することができ、以ってよりきめ細かなＥＧＲ制御が可能となる。
【００５９】
すなわち、実施例２によっても、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００６０】
また、実施例１や実施例２では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設け、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることができる。
【００６１】
実施例１や実施例２に係るＥＧＲ装置によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、排出黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００６２】
すなわち、実施例１や実施例２に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【実施例３】
【００６３】
実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の他の構成例である。
【００６４】
実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、図６、図７に示すように、実施例２と同様、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００６５】
但し、実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、実施例２に係るＥＧＲ装置２００に対して、高速用ＥＧＲバルブ１２０、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の配設位置が異なっている。
【００６６】
すなわち、図６、図７に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０は高速用ＥＧＲ通路１０２の入口部付近に配設され、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０は低速用ＥＧＲ通路１０３の入口側に配設され、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は低速用ＥＧＲ通路１０３の出口部（吸気通路２との接続部）付近に配設されている。
【００６７】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例３において、高速域の場合には、図７に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００６８】
これにより、ＥＧＲガスは高速用ＥＧＲ通路１０２を通過するため、管長は短くなるため固有振動数が上昇する。また、低速用ＥＧＲ通路１０３は第１低速用ＥＧＲバルブ１３０の位置によって比較的短いレゾネータとして機能し、接続される高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させる。
【００６９】
すなわち、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させる。なお、実施例３では、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積は少なく、吸気通路２に接続されるレゾネータとして機能しないようになっている。
【００７０】
これにより、実施例３では、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させることで高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。つまり、図７に示すような状態としたときに、高速域にて丁度良い共鳴効果が得られるように、吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長や第１低速用ＥＧＲバルブ１３０の位置は設定されている。
【００７１】
ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００７２】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図６に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００７３】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００７４】
ＥＧＲガスは管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を通過するので管の固有振動数は低下する。また、高速用ＥＧＲ通路１０２は、その管長をあらかじめＥＧＲ通路の固有振動数を低下させることが可能なレゾネータ長さ（容積）に設定されている。
【００７５】
これにより、図６に示したように、低速用ＥＧＲ通路１０３に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、低速用ＥＧＲ通路１０３の固有振動数を、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００７６】
低速域でのＥＧＲ率制御については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。例えば、２つの第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を同時に作動させて制御する場合や、どちらか一方を全開とし他方の開度を制御するような場合などが考えられるが、ＥＧＲ率制御と、内燃機関１の回転速度に応じたＥＧＲ通路の切り換えが可能であれば、どちらの方式を採用しても良いものである。
【００７７】
なお、ＥＧＲ通路の固有振動数は、ＥＧＲ通路の管長と、接続されるレゾネータの容積（長さ）と、を切り換えることによって、管内脈動と同調させる方法について示したが、低速域と高速域に、それぞれ、ＥＧＲ通路の固有振動数と、ＥＧＲガスの管内脈動と、が同調する構造であれば、どちらか一方の回転速度域のみレゾネータを接続するといった方法とすることもできる。
【００７８】
その場合には、あらかじめ一方のＥＧＲ通路の長さを考慮し、管の固有振動数を高速域或いは低速域の管内脈動と同調させるようにする。そして、管内脈動と同調しない方のＥＧＲ通路については、ＥＧＲ通路を使う回転速度域においてレゾネータを接続するようにして、管の固有振動数を変化させて管内脈動と同調させるようにすることができる。
【００７９】
すなわち、実施例３によっても、内燃機関１の回転速度域に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えると共に、ＥＧＲ通路に配設されるバルブの開閉を制御することにより、広い回転速度域に亘って共鳴効果を利用して、高いＥＧＲ率を達成することができる。
【００８０】
そして、実施例３に係るＥＧＲ装置３００によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、排出黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００８１】
すなわち、実施例３に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００８２】
また、実施例３では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設けることで、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることもできる。
【実施例４】
【００８３】
実施例４に係るＥＧＲ装置４００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の他の構成例である。
【００８４】
実施例４に係るＥＧＲ装置４００は、図８、図９に示すように、実施例２などと同様、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００８５】
すなわち、図８、図９に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０は高速用ＥＧＲ通路１０２の入口部付近に配設され、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０は低速用ＥＧＲ通路１０３の入口側に配設され、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は低速用ＥＧＲ通路１０３の出口側に配設されている。
【００８６】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例４において、高速域の場合には、図９に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００８７】
これにより、ＥＧＲガスは高速用ＥＧＲ通路１０２を通過するため、管長は短くなるため固有振動数が上昇する。また、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は閉じているため、高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数に影響しないが、吸気通路２側の第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の位置によって、低速域に接続されるレゾネータよりも短いレゾネータとして吸気通路２に接続され、高速域では吸気通路２の固有振動数を上昇させる。
【００８８】
すなわち、実施例４では、吸気通路２及びＥＧＲ通路の固有振動数を上昇させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００８９】
ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００９０】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図８に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００９１】
ＥＧＲガスは管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を通過するので管の固有振動数は低下する。また、高速用ＥＧＲ通路１０２は、高速用ＥＧＲバルブ１２０が閉弁されているため、低速用ＥＧＲ通路１０３のレゾネータとして機能することはないが、吸気通路２のレゾネータとして機能するため、その管長をあらかじめ吸気通路２の固有振動数を所定に低下させることが可能なレゾネータ長さに設定し、接続される吸気通路２の固有振動数を低下させるようになっている。
【００９２】
低速域では、吸気通路２及びＥＧＲ通路の固有振動数を低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００９３】
なお、低速域でのＥＧＲ率制御については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。例えば、２つの第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を同時に作動させて制御する場合や、どちらか一方を全開とし他方の開度を制御するような場合などが考えられるが、ＥＧＲ率制御と、内燃機関１の回転速度に応じたＥＧＲ通路の切り換えが可能であれば、どちらの方式を採用しても良いものである。
【００９４】
なお、吸気通路２の固有振動数は、接続されるレゾネータの容積（長さ）を切り換えることによって、管内脈動と同調させる方法について示したが、低速域と高速域に、それぞれ、吸気通路２の固有振動数と管内脈動とが同調する構造であれば、どちらか一方の回転速度域のみレゾネータを接続するといった方法とすることもできる。
【００９５】
その場合には、あらかじめ吸気通路２の長さを考慮し、管の固有振動数を高速域或いは低速域の管内脈動と同調させるようにする。そして、管内脈動と同調しない回転速度域においてレゾネータを接続するようにして、管の固有振動数を変化させて管内脈動と同調させるようにすることができる。
【００９６】
すなわち、実施例４によっても、内燃機関１の回転速度域に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えると共に、吸気通路２に接続されるレゾネータ容積（長さ）を切り換えるように、ＥＧＲ通路に配設されるバルブの開閉を制御することにより、広い回転速度域に亘って共鳴効果を利用して、排出黒煙濃度を抑制しつつ高いＥＧＲ率を達成することができる。
【００９７】
そして、実施例４に係るＥＧＲ装置３００によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００９８】
すなわち、実施例４に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００９９】
また、実施例４では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設けることで、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることもできる。
【０１００】
ここで、図１０に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ通路長（管長）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。ＥＧＲ管長としては、ベース長と、ベース長に対して１２０％に延長したものと、ベース長に対して８０％に短縮したものと、を比較して示している。
【０１０１】
図１０から、管長が短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、管長を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０２】
また、図１１に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ通路（１０２或いは１０３）に接続されるレゾネータ長さ（容積）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。レゾネータ長さとしては、ベース長と、ベース長に対して１５０％に延長したものと、ベース長に対して７５％に短縮したものと、を比較して例示している。
【０１０３】
図１１から、レゾネータ長さが短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、レゾネータ長さ（容積）を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０４】
また、図１２に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、吸気管長（インタークーラー出口から吸気マニホールド入口までの長さ）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。吸気管長さとしては、ベース長と、ベース長に対して１２７％に延長したものと、ベース長に対して６０％に短縮したものと、を比較して例示している。
【０１０５】
図１２から、吸気管長が短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、レゾネータ長さ（容積）を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０６】
ところで、上記各実施例では、ＥＧＲ装置（システム）１００〜４００（ＨＰＬ−ＥＧＲ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）を備えて構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲ装置（システム）として低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ−ＥＧＲ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）を備えた場合にも適用できるものである。
【０１０７】
上記各実施例では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えたり、ＥＧＲバルブの開閉状態を切り換えることとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、内燃機関１の負荷や温度（水温など）など内燃機関１の運転状態に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えたり、ＥＧＲバルブの開閉状態を切り換える構成とすることもできる。
【０１０８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
５ 燃焼室
１００ ＥＧＲ装置（実施例１）
１０１ ＥＧＲ通路
１０２ 高速用ＥＧＲ通路
１０３ 低速用ＥＧＲ通路
１１０ ＥＧＲクーラ
１２０ 高速用ＥＧＲバルブ
１３０ 第１低速用ＥＧＲバルブ
１４０ 第２低速用ＥＧＲバルブ
１５０ 第１ＥＧＲ通路開閉バルブ
１６０ 第２ＥＧＲ通路開閉バルブ
２００ ＥＧＲ装置（実施例２）
３００ ＥＧＲ装置（実施例３）
４００ ＥＧＲ装置（実施例４）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の燃焼装置からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させるＥＧＲ（排気再循環）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、このためのシステム（装置）の一つとして、内燃機関からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させることで燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の濃度（排出量）を低減するための所謂ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムが知られている。
【０００３】
かかるＥＧＲシステムにおいては、燃焼室内に還流させるＥＧＲガスを冷却することにより、燃焼温度を低下させることができ、これにより一層効果的にＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０００４】
このようなことから、例えば、特許文献１に記載されるＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを冷却するための熱交換器であるＥＧＲクーラを、ＥＧＲガスを排気通路から内燃機関の吸気通路へ導くＥＧＲ通路に介装することが行われている。
【０００５】
なお、ＥＧＲクーラを備えてＥＧＲガス温度を下げることによって、ＥＧＲガスの膨張も抑制されるため、吸気中に混合されるＥＧＲガス量（排気還流量）を増加させたい、すなわちＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（新気量＋ＥＧＲガス量）×１００（％））を一層稼ぎたいといった要求がある場合などにおいても有利となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２５３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＮＯｘ排出量を一層低減するために高いＥＧＲ率で内燃機関を運転すると、高ＥＧＲ率化に伴い新気の空気量（新気量）が少なくなるため、排気の黒煙濃度が増加するおそれがある。
【０００８】
黒煙濃度の増加を抑制するためには、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図る必要があるため、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げると共に排気側のエキマニ圧力を上げる必要があり、この結果、内燃機関のポンピングロスが大きくなるため、燃費が悪化してしまうといった実情がある。
【０００９】
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このため、本発明に係るＥＧＲ装置は、
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスが導かれ吸気通路に接続される複数のＥＧＲ通路と、
各ＥＧＲ通路に介装される少なくとも一つの開閉バルブと、
が備えられ、
内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路或いはＥＧＲ通路の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、前記少なくとも一つの開閉バルブは、当該開閉バルブが介装されるＥＧＲ通路のＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブであることを特徴とすることができる。
【００１２】
本発明において、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブを閉じたときに、吸気通路或いは他のＥＧＲ通路に接続されるレゾネータとして機能することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図２】同上実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（中速若しくは高速域での運転時）である。
【図３】同上実施の形態（実施例１）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図４】本発明の実施の形態（実施例２）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図５】同上実施の形態（実施例２）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図６】本発明の実施の形態（実施例３）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図７】同上実施の形態（実施例３）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図８】本発明の実施の形態（実施例４）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（低速域での運転時）である。
【図９】同上実施の形態（実施例４）に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図（高速域での運転時）である。
【図１０】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置においてＥＧＲ管長を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置においてＥＧＲ通路に接続されるレゾネータ長さ（容積）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態で例示した構成のＥＧＲ装置において吸気管長（インタークーラー出口から吸気マニホールド入口までの長さ）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態の実施例１に係る内燃機関１においては、図示しないエアクリーナ等を介して外気（新気）が吸入されるが、該新気は吸気通路２を介して過給機３のコンプレッサ（インペラ）３Ａに導かれて所定に圧縮された後、吸気通路２に介装されるインタークーラ４を介して所定に冷却されて、燃焼室（シリンダ）５内に導かれる。
【００１７】
燃焼室５から排出される燃焼後のガスは、燃焼室５に臨んで開口される排気ポート（図示せず）を介して排気通路（排気マニホールド部分）６に導かれ、その後、過給機３の排気タービン３Ｂに回転エネルギを供給した後、排気通路７の下流に配設されている図示しない排気処理装置（酸化触媒、ＮＯｘ低減触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタなど）において所定の処理を受けて浄化され、大気中に排出される。
【００１８】
ここで、本実施例では、燃焼後のガス（すなわち、排気）の一部を吸気（新気）と共に燃焼室５に再び導くことで、燃焼温度を低下させてＮＯｘの低減を図るためのＥＧＲ装置１００が設けられている。
【００１９】
本実施例に係るＥＧＲ装置（システム）１００（ＨＰＬ−ＥＧＲ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）は、排気タービン３Ｂの上流側において排気通路（排気マニホールド部分）６に連通されるＥＧＲ通路（排気還流通路）１０１を含んで構成され、該ＥＧＲ通路１０１には当該ＥＧＲ通路１０１を流れる排気（ＥＧＲガス：還流排気）を所定に冷却するためのＥＧＲクーラ１１０が介装されている。
【００２０】
ＥＧＲクーラ１１０のＥＧＲガス流れ下流側において、ＥＧＲ通路１０１は二股に分岐され、一方の比較的短い管長の高速用ＥＧＲ通路１０２は、高速用ＥＧＲバルブ１２０が介装されると共に吸気通路２に接続されている。
【００２１】
また、二股に分岐された他方の比較的長い管長の低速用ＥＧＲ通路１０３は、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０（ＥＧＲクーラ１１０側）、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０（吸気通路２側）が介装されると共に吸気通路２に接続されている。
【００２２】
更に、低速用ＥＧＲ通路１０３には、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０（第１ＥＧＲ通路１０２との分岐部付近）、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０（吸気通路２との接続部付近）が介装されている。
【００２３】
このような構成を備えた本実施例に係るＥＧＲ装置１００は、吸気通路とＥＧＲ通路において共鳴効果を利用して、（排気）煙（濃度）を悪化させることなく高ＥＧＲ率を実現してＮＯｘ排出量を低減する。
【００２４】
なお、共鳴効果とは、管内（吸気通路内やＥＧＲ通路内）の脈動と、管（吸気通路やＥＧＲ通路）の持つ固有振動数と、を同調させることによって得られる過給効果の意である（共鳴過給）。
【００２５】
管（吸気通路やＥＧＲ通路）の固有振動数は、管長に応じて変化する。管長の長い管の固有振動数は低く（小さく）、管長の短い管の固有振動数は高く（大きく）なる。
【００２６】
また、管の固有振動数は、レゾネータ（共鳴容器）を接続することによって変化させることが可能である。接続されるレゾネータの容積（長さ）に比例して、管の固有振動数を低下させることができる。
【００２７】
ここで、内燃機関１の回転速度が低い場合には、吸気通路を流れる新気及びＥＧＲガスの脈動、及びＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの脈動の周期が長いため、共鳴効果を得るためには、管（吸気通路及びＥＧＲ通路）の固有振動数を低く（小さく）設定する必要がある。
【００２８】
この一方、内燃機関１の回転速度が高い場合には、吸気通路を流れる新気及びＥＧＲガスの脈動、及びＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの脈動の周期が短いため、共鳴効果を得るためには、管（吸気通路及びＥＧＲ通路）の固有振動数を高く（大きく）設定する必要がある。
【００２９】
このため、本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共にレゾネータ容積を変化させることができる構成として、吸気通路及びＥＧＲ通路の固有振動数を変化させ、内燃機関１の広い回転速度域に亘って共鳴効果を有効に利用することができるようにすることで、共鳴による過給効果によって空気（新気）とＥＧＲガスが燃焼室５へ入り易くなるため、ポンピングロスを増加させずに、空気量（新気）を稼ぎながら、より多くのＥＧＲガスを燃焼室５内に導くことができ、以って黒煙排出濃度の悪化を抑制しながら効果的にＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００３０】
以下、本実施例に係るＥＧＲ装置１００におけるＥＧＲ通路切り換え制御について説明する。
本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、高速用ＥＧＲ通路１０２と、低速用ＥＧＲ通路１０３と、を切り換えると共に、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０の開閉を切り換えることで、内燃機関１の広い回転領域に亘って、黒煙排出量を抑制しながら高いＥＧＲ率を達成できるように構成されている。
【００３１】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
高速域の場合には、図１に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０を閉じる。
また、低速用ＥＧＲ通路１０３が吸気通路２に接続されるレゾネータとして機能しないように、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を閉じる。
【００３２】
なお、かかる高速回転域において、良好な共鳴効果が得られるように、あらかじめ吸気通路２の寸法（径や長さなど）は、高速域にて固有振動数と、管内脈動と、が同調するように設定される。
【００３３】
また、ＥＧＲガスについては、管長の短い高速用ＥＧＲ通路１０２を流れることから管路の固有振動数は増加されている一方で、高速域でのＥＧＲガスの周期が短い管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができる。
【００３４】
なお、かかる高速域でのＥＧＲ率の制御は、高速用ＥＧＲバルブ１２０によって制御される。
【００３５】
＜内燃機関１の回転速度が中速域である場合＞
中速域の場合には、図２に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する。
【００３６】
また、低速用ＥＧＲ通路１０３のＥＧＲガス入口側の第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０を開くと共に、低速用ＥＧＲ通路１０３が吸気通路２に接続される側の第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開く。
【００３７】
なお、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１低速用ＥＧＲバルブ１３０と第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は閉弁されている。
【００３８】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積を、吸気通路２のレゾネータとして機能させるようになっている。
【００３９】
このように、レゾネータとして機能させることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、中速域において管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００４０】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図３に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０及び第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開くと共に、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００４１】
これにより、吸気通路２には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００４２】
このように、吸気通路２に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２の固有振動数を比較的大きく低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
また、ＥＧＲガスについては、管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を流れることから、管路の固有振動数が低下すると共に、低速域での周期の長いＥＧＲガスの管内脈動と同調させることにより、共鳴効果を得ることができる。
【００４３】
ＥＧＲ率については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。但し、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０に限らず、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０の少なくとも一つの開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することもできる。
【００４４】
なお、車両への搭載性などを優先して、吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２が高速域での同調に適した管長より短く設定された場合、共鳴点は高速域よりも更に高速側となるため、図１に示したバルブの切り換え状態では、高速域において良好な共鳴効果を得ることができなくなることが想定される。
【００４５】
このような場合には、例えば、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び／或いは第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を高速域での同調位置に設置することで（すなわち、レゾネータの容積の高速域にマッチした設定を行うことによって）、第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０及び／或いは第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０を開弁した状態として高速域において共鳴効果を得ることができる。
【００４６】
以上で説明したように、本実施例に係るＥＧＲ装置１００では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共にレゾネータ容積を変化させることができる構成として、吸気通路及びＥＧＲ通路の固有振動数を変化させ、内燃機関１の広い回転速度域にて共鳴効果を有効に利用することができるようにしたので、共鳴による過給効果によって空気（新気）とＥＧＲガスを燃焼室５へ送り込み易くできるため、ポンピングロスを増加させずに、空気量（新気）を稼ぎながら、より多くのＥＧＲガスを燃焼室５内に導くことができ、以って黒煙排出濃度の悪化を抑制しつつ効果的にＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４７】
すなわち、実施例１によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４８】
実施例２に係るＥＧＲ装置２００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の構成例である。
実施例２に係るＥＧＲ装置２００は、図４、図５に示すように、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００４９】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例２において、高速域の場合には、図４に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００５０】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積を、吸気通路２のレゾネータとして機能させる。
【００５１】
なお、実施例２では、これらレゾネータの接続を考慮して、吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長は、目標の高速域での共鳴点より短い管長に設定されている。
【００５２】
すなわち、レゾネータを接続することで、吸気通路２及び高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。つまり、図４に示すような状態としてレゾネータを接続したときに、高速域にて丁度良い共鳴効果が得られるように吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長や第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の位置は設定されている。
【００５３】
なお、ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００５４】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図５に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００５５】
これにより、吸気通路２には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００５６】
このように、吸気通路２に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、高速域において同調するよう設定されている吸気通路２の固有振動数を比較的大きく低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
また、ＥＧＲガスについては、管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を流れることから、管路の固有振動数が低下すると共に、低速域での周期の長いＥＧＲガスの管内脈動と同調させることにより、共鳴効果を得ることができる。
【００５７】
ＥＧＲ率については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００５８】
なお、実施例１や実施例２において、ＥＧＲ通路、ＥＧＲバルブ、通路切換バルブを増設して、ＥＧＲ通路やレゾネータ容積の切り換えの組み合わせを増やすことで、同調回転速度を細分化することができ、以ってよりきめ細かなＥＧＲ制御が可能となる。
【００５９】
すなわち、実施例２によっても、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００６０】
また、実施例１や実施例２では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設け、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることができる。
【００６１】
実施例１や実施例２に係るＥＧＲ装置によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、排出黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００６２】
すなわち、実施例１や実施例２に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【実施例３】
【００６３】
実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の他の構成例である。
【００６４】
実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、図６、図７に示すように、実施例２と同様、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００６５】
但し、実施例３に係るＥＧＲ装置３００は、実施例２に係るＥＧＲ装置２００に対して、高速用ＥＧＲバルブ１２０、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の配設位置が異なっている。
【００６６】
すなわち、図６、図７に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０は高速用ＥＧＲ通路１０２の入口部付近に配設され、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０は低速用ＥＧＲ通路１０３の入口側に配設され、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は低速用ＥＧＲ通路１０３の出口部（吸気通路２との接続部）付近に配設されている。
【００６７】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例３において、高速域の場合には、図７に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００６８】
これにより、ＥＧＲガスは高速用ＥＧＲ通路１０２を通過するため、管長は短くなるため固有振動数が上昇する。また、低速用ＥＧＲ通路１０３は第１低速用ＥＧＲバルブ１３０の位置によって比較的短いレゾネータとして機能し、接続される高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させる。
【００６９】
すなわち、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を、高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させる。なお、実施例３では、低速用ＥＧＲ通路１０３の出口から第２低速用ＥＧＲバルブ１４０までの容積は少なく、吸気通路２に接続されるレゾネータとして機能しないようになっている。
【００７０】
これにより、実施例３では、低速用ＥＧＲ通路１０３の入口から第１低速用ＥＧＲバルブ１３０までの容積を高速用ＥＧＲ通路１０２のレゾネータとして機能させることで高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数を低下させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。つまり、図７に示すような状態としたときに、高速域にて丁度良い共鳴効果が得られるように、吸気通路２及び各ＥＧＲ通路の管長や第１低速用ＥＧＲバルブ１３０の位置は設定されている。
【００７１】
ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００７２】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図６に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００７３】
これにより、低速用ＥＧＲ通路１０３には、高速用ＥＧＲ通路１０２の接続部から高速用ＥＧＲバルブ１２０までの比較的大きな容積（レゾネータ）が接続された状態となる。
【００７４】
ＥＧＲガスは管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を通過するので管の固有振動数は低下する。また、高速用ＥＧＲ通路１０２は、その管長をあらかじめＥＧＲ通路の固有振動数を低下させることが可能なレゾネータ長さ（容積）に設定されている。
【００７５】
これにより、図６に示したように、低速用ＥＧＲ通路１０３に比較的大きなレゾネータを接続した状態とすることで、低速用ＥＧＲ通路１０３の固有振動数を、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００７６】
低速域でのＥＧＲ率制御については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。例えば、２つの第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を同時に作動させて制御する場合や、どちらか一方を全開とし他方の開度を制御するような場合などが考えられるが、ＥＧＲ率制御と、内燃機関１の回転速度に応じたＥＧＲ通路の切り換えが可能であれば、どちらの方式を採用しても良いものである。
【００７７】
なお、ＥＧＲ通路の固有振動数は、ＥＧＲ通路の管長と、接続されるレゾネータの容積（長さ）と、を切り換えることによって、管内脈動と同調させる方法について示したが、低速域と高速域に、それぞれ、ＥＧＲ通路の固有振動数と、ＥＧＲガスの管内脈動と、が同調する構造であれば、どちらか一方の回転速度域のみレゾネータを接続するといった方法とすることもできる。
【００７８】
その場合には、あらかじめ一方のＥＧＲ通路の長さを考慮し、管の固有振動数を高速域或いは低速域の管内脈動と同調させるようにする。そして、管内脈動と同調しない方のＥＧＲ通路については、ＥＧＲ通路を使う回転速度域においてレゾネータを接続するようにして、管の固有振動数を変化させて管内脈動と同調させるようにすることができる。
【００７９】
すなわち、実施例３によっても、内燃機関１の回転速度域に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えると共に、ＥＧＲ通路に配設されるバルブの開閉を制御することにより、広い回転速度域に亘って共鳴効果を利用して、高いＥＧＲ率を達成することができる。
【００８０】
そして、実施例３に係るＥＧＲ装置３００によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、排出黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００８１】
すなわち、実施例３に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００８２】
また、実施例３では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設けることで、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることもできる。
【実施例４】
【００８３】
実施例４に係るＥＧＲ装置４００は、実施例１に係るＥＧＲ装置１００に対して、構成の簡略化を図り低コスト化を促進した場合の他の構成例である。
【００８４】
実施例４に係るＥＧＲ装置４００は、図８、図９に示すように、実施例２などと同様、実施例１のＥＧＲ装置１００に対してバルブの数を低減して簡略化している。具体的には、実施例１のＥＧＲ装置１００に対して、低速用ＥＧＲ通路１０３に介装される第１ＥＧＲ通路開閉バルブ１５０、第２ＥＧＲ通路開閉バルブ１６０が省略されて構成されている。
【００８５】
すなわち、図８、図９に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０は高速用ＥＧＲ通路１０２の入口部付近に配設され、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０は低速用ＥＧＲ通路１０３の入口側に配設され、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は低速用ＥＧＲ通路１０３の出口側に配設されている。
【００８６】
＜内燃機関１の回転速度が高速域である場合＞
実施例４において、高速域の場合には、図９に示すように、高速用ＥＧＲ通路１０２へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を目標ＥＧＲ率に応じた開度に制御する一方で、低速用ＥＧＲ通路１０３へのＥＧＲガスの流れ込みを規制するために、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を閉じる。
【００８７】
これにより、ＥＧＲガスは高速用ＥＧＲ通路１０２を通過するため、管長は短くなるため固有振動数が上昇する。また、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０は閉じているため、高速用ＥＧＲ通路１０２の固有振動数に影響しないが、吸気通路２側の第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の位置によって、低速域に接続されるレゾネータよりも短いレゾネータとして吸気通路２に接続され、高速域では吸気通路２の固有振動数を上昇させる。
【００８８】
すなわち、実施例４では、吸気通路２及びＥＧＲ通路の固有振動数を上昇させ、高速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００８９】
ＥＧＲ率については、高速用ＥＧＲバルブ１２０の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。
【００９０】
＜内燃機関１の回転速度が低速域である場合＞
低速域の場合には、図８に示すように、高速用ＥＧＲバルブ１２０を閉弁すると共に、低速用ＥＧＲ通路１０３へＥＧＲクーラ１１０を通過したＥＧＲガスが流れ込むように、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を開く。
【００９１】
ＥＧＲガスは管長の長い低速用ＥＧＲ通路１０３を通過するので管の固有振動数は低下する。また、高速用ＥＧＲ通路１０２は、高速用ＥＧＲバルブ１２０が閉弁されているため、低速用ＥＧＲ通路１０３のレゾネータとして機能することはないが、吸気通路２のレゾネータとして機能するため、その管長をあらかじめ吸気通路２の固有振動数を所定に低下させることが可能なレゾネータ長さに設定し、接続される吸気通路２の固有振動数を低下させるようになっている。
【００９２】
低速域では、吸気通路２及びＥＧＲ通路の固有振動数を低下させ、低速域における管内脈動と同調させて共鳴効果を得ることができるようになっている。
【００９３】
なお、低速域でのＥＧＲ率制御については、第１低速用ＥＧＲバルブ１３０、第２低速用ＥＧＲバルブ１４０の少なくとも一方の開度を制御することで目標ＥＧＲ率に制御することができる。例えば、２つの第１低速用ＥＧＲバルブ１３０及び第２低速用ＥＧＲバルブ１４０を同時に作動させて制御する場合や、どちらか一方を全開とし他方の開度を制御するような場合などが考えられるが、ＥＧＲ率制御と、内燃機関１の回転速度に応じたＥＧＲ通路の切り換えが可能であれば、どちらの方式を採用しても良いものである。
【００９４】
なお、吸気通路２の固有振動数は、接続されるレゾネータの容積（長さ）を切り換えることによって、管内脈動と同調させる方法について示したが、低速域と高速域に、それぞれ、吸気通路２の固有振動数と管内脈動とが同調する構造であれば、どちらか一方の回転速度域のみレゾネータを接続するといった方法とすることもできる。
【００９５】
その場合には、あらかじめ吸気通路２の長さを考慮し、管の固有振動数を高速域或いは低速域の管内脈動と同調させるようにする。そして、管内脈動と同調しない回転速度域においてレゾネータを接続するようにして、管の固有振動数を変化させて管内脈動と同調させるようにすることができる。
【００９６】
すなわち、実施例４によっても、内燃機関１の回転速度域に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えると共に、吸気通路２に接続されるレゾネータ容積（長さ）を切り換えるように、ＥＧＲ通路に配設されるバルブの開閉を制御することにより、広い回転速度域に亘って共鳴効果を利用して、排出黒煙濃度を抑制しつつ高いＥＧＲ率を達成することができる。
【００９７】
そして、実施例４に係るＥＧＲ装置３００によれば、新気の空気量を維持しながら高ＥＧＲ率化を図ることができるため、黒煙濃度の増加を抑制することができると共に、吸気側の過給圧（ブースト圧）を上げる必要や排気側のエキマニ圧力を上げる必要がないため、内燃機関のポンピングロスを小さく維持することでき、以って燃費も所定に維持することができる。
【００９８】
すなわち、実施例４に係るＥＧＲ装置によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ポンピングロス等を増大させずに、高いＥＧＲ率での運転を実現することができ、以って排出黒煙濃度（パティキュレート）の増加を抑制しながらＮＯｘ排出量を効果的に低減することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００９９】
また、実施例４では、ＥＧＲ通路は、低速用ＥＧＲ通路１０３、高速用ＥＧＲ通路１０２の二股に分岐させたが、これに限定されるものではなく、低速用ＥＧＲ通路、中速用ＥＧＲ通路、高速用ＥＧＲ通路などの複数の通路を設けることで、同調回転速度を細分化し、よりきめ細かなＥＧＲ制御を行わせることもできる。
【０１００】
ここで、図１０に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ通路長（管長）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。ＥＧＲ管長としては、ベース長と、ベース長に対して１２０％に延長したものと、ベース長に対して８０％に短縮したものと、を比較して示している。
【０１０１】
図１０から、管長が短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、管長を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０２】
また、図１１に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ通路（１０２或いは１０３）に接続されるレゾネータ長さ（容積）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。レゾネータ長さとしては、ベース長と、ベース長に対して１５０％に延長したものと、ベース長に対して７５％に短縮したものと、を比較して例示している。
【０１０３】
図１１から、レゾネータ長さが短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、レゾネータ長さ（容積）を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０４】
また、図１２に、本発明の実施例１において例示したような構成のＥＧＲ装置において、吸気管長（インタークーラー出口から吸気マニホールド入口までの長さ）を変更した場合おけるエンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）等の変化の様子を示す実験データの一例を示す。吸気管長さとしては、ベース長と、ベース長に対して１２７％に延長したものと、ベース長に対して６０％に短縮したものと、を比較して例示している。
【０１０５】
図１２から、吸気管長が短くなるに従って、エンジン回転速度に対する容積効率（ηｖ）のピーク（同調点）が高速側に移動していることがわかる。従って、運転状態に応じて、レゾネータ長さ（容積）を切り換えることで、容積効率（ηｖ）延いては掃気効率を最適化することができることがわかる。
【０１０６】
ところで、上記各実施例では、ＥＧＲ装置（システム）１００〜４００（ＨＰＬ−ＥＧＲ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）を備えて構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲ装置（システム）として低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ−ＥＧＲ：Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ−ＥＧＲ）を備えた場合にも適用できるものである。
【０１０７】
上記各実施例では、内燃機関１の回転速度に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えたり、ＥＧＲバルブの開閉状態を切り換えることとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、内燃機関１の負荷や温度（水温など）など内燃機関１の運転状態に応じて、ＥＧＲ通路を切り換えたり、ＥＧＲバルブの開閉状態を切り換える構成とすることもできる。
【０１０８】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
５ 燃焼室
１００ ＥＧＲ装置（実施例１）
１０１ ＥＧＲ通路
１０２ 高速用ＥＧＲ通路
１０３ 低速用ＥＧＲ通路
１１０ ＥＧＲクーラ
１２０ 高速用ＥＧＲバルブ
１３０ 第１低速用ＥＧＲバルブ
１４０ 第２低速用ＥＧＲバルブ
１５０ 第１ＥＧＲ通路開閉バルブ
１６０ 第２ＥＧＲ通路開閉バルブ
２００ ＥＧＲ装置（実施例２）
３００ ＥＧＲ装置（実施例３）
４００ ＥＧＲ装置（実施例４）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスが導かれ吸気通路に接続される複数のＥＧＲ通路と、
各ＥＧＲ通路に介装される少なくとも一つの開閉バルブと、
が備えられ、
内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路或いはＥＧＲ通路の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記開閉バルブは、当該開閉バルブが介装されるＥＧＲ通路のＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブであることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブを閉じたときに、吸気通路或いは他のＥＧＲ通路に接続されるレゾネータとして機能することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲ装置。
【請求項１】
内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスが導かれ吸気通路に接続される複数のＥＧＲ通路と、
各ＥＧＲ通路に介装される少なくとも一つの開閉バルブと、
が備えられ、
内燃機関の運転状態に応じて、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路を切り換えると共に、利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブの開閉状態を切り換えることにより、吸気通路或いはＥＧＲ通路の少なくとも一方の共鳴効果に変化を生じさせるようにしたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記開閉バルブは、当該開閉バルブが介装されるＥＧＲ通路のＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブであることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
利用しないＥＧＲ通路の開閉バルブを閉じたときに、吸気通路或いは他のＥＧＲ通路に接続されるレゾネータとして機能することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８７７５２（Ｐ２０１３−８７７５２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１８９８（Ｐ２０１１−２３１８９８）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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