JP5120343B2 - 内燃機関の吸気通路構造 - Google Patents

Description

本発明は、吸気路の吸気を昇圧する排気過給機と排気ガス還流装置（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：以下、ＥＧＲと称する）とを備えた内燃機関に設けられ、ＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）を介して吸気通路に還流される排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の戻り量の異常時のコンプレッサの破損を防止することができる内燃機関の吸気通路構造に関するものである。

内燃機関（以下、エンジンという）は吸気の昇圧を図るためコンプレッサを用いる。このコンプレッサを有する、例えば、排気過給機は燃焼室より排出される高温高圧の排気ガスの流動エネルギーを受けてコンプレッサを回転駆動し、吸気路の吸気を昇圧し、これによりエンジンの燃焼室の充填効率を高め、出力アップを図るのに寄与できる。

更に、エンジンの燃焼室に排気路からのＥＧＲガスを適量燃焼室に環流させ、これにより燃費向上、排気ガス改善を図れるＥＧＲガス環流装置が知られている。
このＥＧＲガス環流装置には、排気過給機のタービン上流の排気路から高温高圧排気ガスを分岐し、そのＥＧＲガスを排気過給機のコンプレッサ下流の吸気路に導入し、ＥＧＲガスを燃焼室に還流させている、高圧ループＥＧＲガス還流装置がある。これに対し、コンプレッサ入口近傍の吸気路の負圧化を利用し、そのコンプレッサ入口上流にＥＧＲガス還流路の導入口を設けておき、ＥＧＲガス還流路を介してタービン下流から分岐したＥＧＲガスを導入口より吸気路に引き込むように還流させている、低圧ループＥＧＲガス還流装置がある。

この低圧ループＥＧＲガス環流装置を利用し、エンジンの運転時に低ＮＯｘ、低スモークを達成するため、大量ＥＧＲガスの導入を行う場合には、低圧ループＥＧＲガス還流路のＥＧＲ弁を開放すると共に、吸気路のスロットル弁を絞り、高回転するコンプレッサの入口圧を負圧化し、コンプレッサの入口近傍の導入口にＥＧＲガスを比較的大量に引き込み還流している。

ところで、高回転するコンプレッサの流入口側への流入量が過度に低下する事態が発生した場合、たとえば、スロットル弁が閉弁状態でロックしたり、あるいは、ＥＧＲガス還流路の流路抵抗が経時的に増加し、ＥＧＲガスの導入口からの導入量が低減したような場合、コンプレッサ流入口の負圧化が過度に進み、コンプレッサの出入口間の圧力比が過度に上昇する。このような事態に陥ると、コンプレッサのサージングが発生し、この状態が過度に進むと、コンプレッサが破損する場合がある。

このような事態に陥ることを未然に防ぐ技術として、例えば、特許文献１（特許第３７９１３１８号公報）には、図１１に示すように、スロットル弁に誤動作が生じて全閉動作しても、コンプレッサ上流側が過度な負圧とならないフェールセーフ手段を設けている。即ち、スロットル弁ａの限界開度が過度に閉鎖作動しないようにねじストッパーｂを設けたものが提案されている。

更に、特許文献２（特開２００８−１３３７８７号公報）に開示の内燃機関の排気還流装置では、スロットルバルブとコンプレッサ間の吸気通路に排気通路の排気をＥＧＲ通路を介して還流する内燃機関において、スロットルバルブの絞り作動時にコンプレッサ上流の圧力が所定圧力以上に維持されるようにスロットルバルブの開度及びＥＧＲバルブの開度をそれぞれ制御し、これにより、スロットルバルブとコンプレッサとの間の吸気通路に導かれるガス量が過度に減少することを抑制できるようにしている。

特許第３７９１３１８号公報 特開２００８−１３３７８７号公報

ところで、特許文献１のようにストッパーｂでスロットル弁ａの限界開度を設定するという手法を採るとする。この場合、コンプレッサ入口圧がＥＧＲ全閉時で限界負圧を下回らないようにスロットル弁ａの限界開度βを設定する必要がある。しかし、このスロットル開度βは、全閉状態から少し開いた状態となるため、スロットル絞り操作による大量ＥＧＲ供給制御時において、絞り量不足となり、所望のＥＧＲガス還流量を得られない恐れがある。
これでは、ＥＧＲガスを吸気路に導入する力が弱い運転域にある場合でも、コンプレッサ入口近傍の吸気路の負圧化を利用し、ＥＧＲガスを吸気路に引き込むという機能を十分に発揮できなくなる。

更に、特許文献２のように、スロットルバルブの開度及びＥＧＲバルブの開度をそれぞれ制御し、吸気通路に導かれるＥＧＲガスを確保するとしても、ＥＧＲバルブを含むＥＧＲガス環流装置側が作動不良や、ＥＧＲ通路が経時的に流動抵抗を増加させた状態に陥ると、十分に応答性よくＥＧＲガスの還流量を確保できなくなる。しかも、ＥＧＲガスの環流量が十分確保されないままで、コンプレッサが高回転域に達すると、コンプレッサの前後の圧力比が上昇し、サージングが発生してしまい、この状態が過度に進むと、コンプレッサが破損するという問題が生じる。また、固着等によりスロットルバルブが作動不良に陥った場合も同様の問題が生じる虞がある。

本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、過給機を備えたエンジンがＥＧＲガス還流装置を装備する場合、定常運転時において還流ＥＧＲガスのコンプレッサ入口への流入を保持しつつ、スロットル絞り操作による大量ＥＧＲ供給制御時において、コンプレッサ入口圧の過度の負圧化を防止することができるようにした内燃機関の吸気通路構造を提供することにある。

ここでの本願請求項１の発明は、内燃機関の燃焼室に吸気を供給するための吸気路と、
前記吸気路に配設され前記吸気の流量を調整するスロットル弁と、前記燃焼室から排気ガ
スを排出するための排気路と、前記排気路に配設されたタービン及び前記スロットル弁下流の前記吸気路に配置されたコンプレッサにより吸気を加圧する過給機と、前記タービンより下流の排気路より排気ガスの一部を前記スロットル弁下流かつ前記コンプレッサ上流の前記吸気路に設けた導入口に還流させる排気ガス還流通路と、前記スロットル弁の上流で分岐し前記導入口下流かつ前記コンプレッサ上流の前記吸気路に連結する迂回路を備えた、ことを特徴とする。

ここでの本願請求項２の発明は、請求項１記載の内燃機関の吸気通路構造において、前記迂回路に配設され該迂回路を流れる吸気量を規制する流量規制部を更に備え、前記迂回路の流量規制部は電磁式流路開閉弁であり、前記制御手段は前記コンプレッサの運転域が所定の定常運転域を離脱すると前記電磁式流路開閉弁を増量切換えする、ことを特徴とする。

ここでの本願請求項３の発明は、請求項２記載の内燃機関の吸気通路構造において、前記制御手段は前記コンプレッサの前後圧力比とコンプレッサの吸気の流入流量とに応じたコンプレッサの定常運転域を設定するマップを備え、現在のコンプレッサ運転域が前記定常運転域を離脱すると前記電磁式流路開閉弁を増量切換えする、ことを特徴とする。

ここでの本願請求項４の発明は、請求項２又は３記載の内燃機関の吸気通路構造において、前記コンプレッサはコンプレッサ過給率を増減調整可能な可変翼切換え手段を備え、前記制御手段は前記コンプレッサの運転域が定常運転域を離脱する場合に、前記可変翼切換え手段のコンプレッサ過給率を低減切換えする、ことを特徴とする。

請求項１の発明は、還流排気ガスの導入口より吸気路に戻る量が異常低下しコンプレッサの入口圧が過度に低下すると、迂回路を吸気が通過し、コンプレッサの入口圧の過度の低下を抑制でき、即ち、コンプレッサ入口圧が限界負圧を下回ることを防止でき、コンプレッサのサージングや破損を防止できる。また、迂回路の合流口を還流排気ガスの導入口より吸気流れの下流側に配置しているので、迂回路からの吸気流量に係わらず還流排気ガス導入口の周囲の負圧が下がることがなく、例え、排気路の排圧が低く、還流排気ガスを導入する力の弱い場合であっても、還流排気ガスが還流排気ガス導入口から戻る量を確保することができる。

請求項２の発明は、定常時には、迂回路の吸気は流量規制部材に流量規制されているので、スロットル弁を絞ると、コンプレッサの入口圧が低下し、この状態で排ガス還流通路を経由して還流排気ガスを導入口より吸気路内に比較的多量に還流させることができる。
また、迂回路の流量規制部材は電磁式流路開閉弁で構成されているので、コンプレッサの運転域が定常運転域を離脱すると判断すると、電磁式流路開閉弁が増量切換えし、コンプレッサの入口圧の過度の低下を防止し、コンプレッサのサージングや破損を確実に防止することができる。

請求項３の発明は、マップによりコンプレッサの運転域が定常運転域を離脱しているか否かを判断するので、比較的容易にコンプレッサの入口圧の過度の低下を防止し、コンプレッサのサージングや破損を防止することができる。

請求項４の発明は、コンプレッサの運転域が定常運転域を離脱した場合にコンプレッサ過給率を低減切換えできるので、応答性よくコンプレッサの入口圧の過度の低下を防止し、コンプレッサのサージングや破損を防止することができる。

本発明の一実施形態としての内燃機関の吸気通路構造の全体構成図である。 図１の内燃機関の吸気通路構造で用いる流路開閉バルブの拡大断面図で、（ａ）は側面を、（ｂ）は正面を示す。 図２の流路開閉バルブの変形例で、（ａ）はピストン式弁体を用いる場合の拡大断面図、（ｂ）はダイヤフラムとシャッターを用いる場合の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）のシャッター弁が閉鎖状態での斜視図、（ｄ）は同シャッター弁が開状態での斜視図をそれぞれ示す拡大断面図である。 図２の流量規制部（流路開閉バルブ）の変形例としての絞りの即断面図である。 図１の内燃機関の吸気通路構造を使用するエンジンの大量ＥＧＲ供給運転時の排気ガス特性線図である。 図１の内燃機関の吸気通路構造で行うＥＧＲガス供給制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の他の実施形態としての内燃機関の吸気通路構造の全体構成図である。 図７の内燃機関の吸気通路構造が用いるコントローラの制御機能を示すブロック図である。 図７の内燃機関の吸気通路構造が用いるコントローラが用いる運転域判定マップの特性線図である。 図７の内燃機関の吸気通路構造で行うＥＧＲガス供給制御ルーチンのフローチャートである。 従来の内燃機関の吸気通路構造の概略図である。

図１には本発明の一実施形態としての内燃機関の吸気通路構造Ａ１を装着するコモンレールディーゼルエンジン（以後、単にエンジン１と記す）を示した。
エンジン１は多気筒直噴式（図１では４気筒のうち１気筒のみ示している）であり、各気筒の燃料噴射弁２を装備するシリンダヘッド３とシリンダブロック４とピストン５のキャビティ６とにより燃焼室７を形成している。エンジン１には各気筒に連通する吸気通路８及び排気通路９がそれぞれ設けられている。吸気通路８には過給機１１のコンプレッサ１２（図１で紙面裏側）が設けられ、その回転軸は排気通路９に介装される過給機１１のタービン１３に連結されている。なお、本実施形態の過給機１１は可変容量式ターボ（ＶＧＴ）チャージャーであり、ここで可変容量式ターボチャージャー（以後単に過給機と記す）１１は過給機下流の過給圧を調整する過給圧調整部１１１を有する。過給圧調整部１１１はタービン１３の外周部に複数配備される整流片（図示せず）の傾きを切換えてタービン１３に流入する排気の流速を可変することでタービン１３の過給仕事を可変させる整流片アクチュエータである。この過給圧調整部１１１は不図示の駆動回路を介してコントローラ１８に接続されている。

吸気通路８のコンプレッサ１２の上流にはエアクリーナ１４が配備され、エアクリーナ１４の出口近傍には吸入空気量検出手段であるエアーフローセンサ１５と、吸気温センサ１６が配備されている。
更に、吸気通路８のコンプレッサ１２の上流側には低圧ＥＧＲガス還流装置１４０の導入口１４１ｂ、第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａが順次配備される。
ここで、低圧ＥＧＲガス還流装置１４０は、排気ガスの一部をＥＧＲ通路１４１を介して再度吸気通路８に戻し、不活性ガスの導入により燃焼室内ガスの熱容量を増大させ、最高燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を低減するものである。

低圧ＥＧＲガス還流装置１４０は排気通路９の排気の一部を吸気通路８に還流させるためのＥＧＲ通路１４１を備える。ＥＧＲ通路１４１の一端１４１ａはタービン１３よりも下流の排気通路９に接続され、他端である導入口１４１ｂは第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａとコンプレッサ１２との間の吸気通路８に接続されている。ＥＧＲ通路１４１には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１４２、及び吸気通路８に導かれるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ１４３が設けられている。
ＥＧＲバルブ１４３は導入口１４１ｂを吸気路８に対して開閉操作する弁体１４３１と同弁体を開閉駆動する電磁アクチュエータ１４３２とで形成される。このＥＧＲバルブ１４３の定常の開度制御及び大量ＥＧＲガス導入制御はコントローラ１８のＥＧＲガス制御部１８１により行われる。

ＥＧＲガス制御部１８１は定常の開度制御において、エンジン１の運転状態、例えば吸入空気量Ｑａ、水温ｗｔなどが取得される。これらの入力情報に応じてあらかじめ設定されているＥＧＲ運転域に入るか否か判断し、条件が成立している場合には同ＥＧＲ運転域に応じあらかじめ設定されているＥＧＲバルブ１４３の開度を目標値として取得し、同開度相当の駆動信号を電磁アクチュエータ１４３２に出力し、目標値にＥＧＲバルブ１４３を切り換え、制御域が変わると更に切り換えが行われる。特に、ＥＧＲガス制御部１８１は大量ＥＧＲガス導入指令を受けると同信号の入力中は、ＥＧＲバルブ１４３を全開相当の駆動信号を電磁アクチュエータ１４３２に出力し、ＥＧＲバルブ１４３を全開に切り換え保持する。

更に、第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａの上流側の分岐口１１３より、導入口１４１ｂとコンプレッサ１２との間の合流口１１４までの間が迂回路１１５により連結される。
図１、２に示すように、迂回路１１５は吸気通路８の吸気の一部を分岐口１１３で分岐して、第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａ及び導入口１４１ｂの下流側の合流口１１４より吸気路８に戻すもので、途中に流量規制部を成す流路開閉弁１２０が設けられている。
流路開閉弁１２０はコンプレッサの入口圧Ｐｉｎが所定のコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１を下回るのに応じて圧力式切換え機構１１７がスライダー１１６を駆動して迂回吸気量を増量切り換えする機能を備えている。

ここで、スライダー１１６は迂回路１１５と上側より対向する上室１１８１と連通室１１８２とその下方の下室１１８３からなる矩形筒状の枠体１１８内に上下摺動可能に嵌着される。スライダー１１６自体は遮断壁１１６１とその下の通気室１１６２を備える。
圧力式切換え機構１１７はスライダー１１６を下方に弾性的に押圧するばね１１９と、上室１１８１内にコンプレッサ入口圧Ｐｉｎを導くパイプ１２１とを備える。スライダー１１６はばね１１９に押圧されることで下室１１８３に降下して閉鎖位置ｐ１に達し、遮断壁１１６１が迂回路１１５を閉じ（図２（ａ）参照）、分岐吸気流を遮断し、ばね１１９の弾性力に抗して上方の開放位置ｐ２に達すると、通気室１１６２が迂回路１１５を開放し（図２（ｂ）参照）、分岐吸気流の流動を許容する。

流路開閉弁１２０はコンプレッサ入口圧Ｐｉｎが定常の変動範囲であると、ばね１１の弾性力で分岐吸気流を遮断状態に保持する。この遮断状態では第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａが吸気通路９の吸気量を増減調整でき、エンジンの吸気量調整を行える。
ところで、コントローラ１８が大量ＥＧＲガス導入運転域と判断すると、その指令を受けてＥＧＲガス制御部１８１が大量ＥＧＲガス導入を可能とするようＥＧＲバルブ１４３を全開に切り換え保持し、これに続いて、第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａが閉鎖位置に切り換え保持される状態に達する。これにより、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎが負圧化し、ＥＧＲガス通路１４１を通過して大量ＥＧＲガスが導入口１４１ｂより吸気通路９に導入される。

このコンプレッサ入口圧Ｐｉｎは上室１１８１内にパイプ１２１を通して伝わり、上室１１８１は大量ＥＧＲガス導入圧Ｐｉｎ１を受けて低圧化し、スライダー１１６を上方に引き上げるが押圧ばね１１９に阻止される。
この際、大量ＥＧＲガスの導入を許容できるように、この大量ＥＧＲガス導入圧Ｐｉｎ１では押圧ばね１１９の弾性力がスライダー１１６の上方移動を阻止できるようにスライダー１１６及びばね１１９の弾性力が設定される。

ここでコンプレッサ入口圧Ｐｉｎが低圧化し、大量ＥＧＲガス導入圧Ｐｉｎ１に所定量Ｐα（圧力の振れを考慮して適宜設定）が加えられたコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１（＝Ｐｉｎ１＋Ｐα）を更に下回ると、押圧ばね１１９の弾性力がスライダー１１６の上方移動を阻止できない状態に達する。この際、スライダー１１６がばね１１９の弾性力に抗して閉鎖位置ｐ１より上方移動して開放位置ｐ２に達し、そこで迂回気流（分岐吸気流）の流動を許容する。これにより、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎがコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１より更に低圧化することを阻止でき、即ち、コンプレッサの入口圧の圧力低下を利用して、そのコンプレッサの入口圧の過度の低下を回避でき、コンプレッサ１２のサージングや破損を防止できる。

次に、吸気通路８のコンプレッサ１２の下流にはインタクーラ１６、第２吸気絞り弁（スロットル弁）２０ｂ、高圧ＥＧＲガス還流装置１５０の導入口１５１ｂ、が順次配備される。ＥＧＲ通路１５１の一端１５１ａは過給機１１のタービン１３よりも上流の排気通路９に接続され、他端である導入口１５１ｂは第２吸気絞り弁（スロットル弁）２０ｂよりも下流の吸気通路８に接続されている。そのため、図１のエンジン１では、高圧排気の一部がＥＧＲガスとして第２吸気絞り弁（スロットル弁）２０ｂと吸気マニホールド１０２との間の吸気通路８に還流される。ＥＧＲ通路１５１には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１５２、及び吸気通路８に導かれるＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ１５３が設けられている。

ＥＧＲバルブ１５３は上述の低圧用のＥＧＲバルブ１４３とほぼ同様に形成され、導入口１５１ｂを開閉する弁体１５３１と電磁アクチュエータ１５３２とを備え、高負荷運転域でのＥＧＲガス供給制御がコントローラ１８の高圧ＥＧＲガス制御部１８２により行われる。
高圧ＥＧＲガス制御部１８２は、エンジン１の吸入空気量Ｑａ、水温ｗｔなどの入力情報に応じてあらかじめ設定されている運転域に入るか否か判断し、入る場合にはあらかじめ設定されているＥＧＲバルブ１５３の開度を目標値として取得し、同開度相当の駆動信号を電磁アクチュエータ１５３２に出力し、目標値にＥＧＲバルブ１５３を切り換え、制御域が変わるまで保持する。
次に、排気通路９上であって、ＥＧＲ通路１５１の一端１５１ａの位置より下流側に、過給機１１のタービン１３が配備され、その下流に排ガス浄化装置１７が配備される。

排ガス浄化装置１７は、排気通路に酸化触媒（ＤＯＣ）１７１とディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１７２とを排気上流側からこの順に介装して、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、パティキュレート（排気微粒子：ＰＭ）を除去する。ここで、ＤＰＦ１７２の上流側にＤＯＣ１７１を配し、このＤＯＣによってエンジン１の排気中に比較的多量に含まれるＮＯ（一酸化窒素）を酸化することで酸化剤としての機能の高いＮＯ２（二酸化窒素）に転換し、このＮＯ２により、ＤＰＦ１７２に捕集されたＰＭを燃焼させることで、排気温度が比較的低い場合であっても、ＤＰＦ１７２を連続的に再生（いわゆる、連続再生）や、ポスト噴射などにより、ＤＯＣ１７１へ燃料の未燃成分を供給することで、排気ガス温度を上昇させ、ＤＰＦ１７２に捕集されたＰＭを燃焼除去（いわゆる、強制再生）できるようになっている。

なお、ＤＰＦ１７２の前後には前後差圧δｐｆを検出する差圧センサ１６１が配備され、その検出信号はコントローラ１８に出力されている。更に、排気通路９の排ガス浄化装置１７の上流側には排ガス中の空燃比Ａ／Ｆ情報を出力するリニア空燃比センサ３４が配備されている。
次に、エンジン１に装着された燃料噴射装置５０は燃料供給装置１９と、燃焼室７に燃料噴射を行う燃料噴射弁２と、これらの噴射制御部１８３を備える。
シリンダヘッド３に取り付けられた燃料噴射弁２は、その本体内に不図示の励磁コイルを備え、その励磁コイルの励磁時に開弁作動する不図示の針弁と、同針弁により開閉されてコモンレール２３から送り込まれている高圧燃料を燃焼室７に噴射可能なノズル２４とを備える。

なお、シリンダヘッド３には燃料噴射弁２の近傍にグロープラグ３０（図１参照）が取り付けられる。これはコントローラ１８に接続され、エンジンの冷態運転時の燃焼改善を図るように駆動制御される。
燃料供給装置１９は、コモンレール２３と同コモンレール２３に接続される燃料噴射ポンプ２５と、燃料タンク２６と、コモンレール圧Ｐｃｍを出力する燃圧センサ２７とを備える。
コモンレール２３に蓄えられる燃料は、エンジン１の回転力を受けて駆動する燃料噴射ポンプ２５から高圧管２９を経由して供給される。コモンレール２３に蓄えられる燃料の圧力（コモンレール圧Ｐｃｍ）信号はコントローラ１８に入力されている。
なお、図１中で符号３１は燃料戻り管を示し、燃料噴射弁２からの低圧油を燃料タンク２６に戻す。

次に、コントローラ１８は各センサよりの検出信号を採り込み、制御手段として機能する。即ち、コントローラ１８は周知のエンジン制御部として燃圧制御部１８３や、噴射制御部１８４としての機能に加え、ＥＧＲガス制御部１８１や、エンジンの大量ＥＧＲ供給運転制御部１８２としての機能を備える。
コントローラ１８の制御機能の一つである燃圧制御部１８３は、燃料噴射ポンプ２５、即ち、エンジン１の運転条件に応じて、設定レール圧Ｐｃｍが設定される。その上で、設定レール圧Ｐｃｍとなるように、制御信号をコントローラ１８から直接燃圧調整器２５１に伝達する。これにより、コモンレール２３内が所定レール圧力Ｐｃｍとなるよう燃圧調整可能である。

ここでコントローラ１８の制御機能の一つである噴射制御部１８４はエンジン回転数Ｎｅとアクセルペダル踏込量θａに応じた燃料噴射量Ｕｆを求める。更に噴射時期は、周知の基本進角値に運転条件に応じた補正を加えて導出される。その上で、演算された噴射時期及び燃料噴射量Ｕｆ相当の出力信号（噴射信号）をインジェクタドライバ１０にセットし、インジェクタ２を所定噴射パターンで噴射制御する。
次に、本装置のコントローラ１８が行うＥＧＲガス供給制御処理を図６に示す制御処理ルーチンに沿って説明する。

コントローラ１８はエンジン駆動制御等を含む不図示のメインルーチンの途中で、大量ＥＧＲガス導入処理を含むＥＧＲガス供給制御処理に進む。
ここでステップａ１に達すると、各センサの検出信号を読み取り、所定記憶エリアにストアする。ステップａ２では、入口圧センサ１９１よりコンプレッサ入口圧Ｐｉｎを求め、コンプレッサ下流の排気ガス圧センサ１９２より排気ガス圧Ｐｂを求め、ＥＧＲバルブ１４３の開度θｅｇｒを開度センサ１４３３より読み取り、これらに応じたＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを演算する。

次いでステップａ３ではＥＧＲ流量Ｑｅｇｒ相当の開度にＥＧＲバルブ１４３を切り換え、大量ＥＧＲガス導入処理が成され、この状態が所定の経過時間実行され、その後終了される。
このステップａ３でのＥＧＲバルブ１４３の切り換え処理により、大量ＥＧＲガス導入処理が成されるが、この際、還流排気ガスの導入口１４１ｂより吸気路８に戻る量が異常低下し、コンプレッサ１２の入口圧が所定のコンプレッサ限界負圧を下回ると同低下した入口圧を受けた流路開閉弁１２０（流路規制部材）が迂回路１１５を開放するように作動する。

これによりコンプレッサ１２への流入吸気量を増量するので、過度の負圧を回避可能となり、過度負圧発生時に確実にコンプレッサの破損を防止できる。
上述のところにおいて、本発明の内燃機関の吸気通路構造Ａ１では、エンジンが通常燃焼領域にあるとすると、高圧ＥＧＲガス還流装置１５０のＥＧＲバルブ１５３と第２吸気絞り弁（スロットル弁）２０ｂが操作されることで、高圧ＥＧＲガスが導入口１５１ｂより吸気路８に導入される。この場合、図５に示すように、ＥＧＲガス量が比較的多い場合は、ＮＯｘ発生量は少なく、スモーク（Ｓｍｏｋｅ）発生量は増加する傾向にあり，ＥＧＲガス量が比較的少ない場合は、スモーク発生量は少なく、ＮＯｘ量が増加する傾向にある。

一方、エンジン１が低温燃焼域にあるとすると、大量ＥＧＲガス導入制御を行うことで、図５に示すように、スモーク（Ｓｍｏｋｅ）発生量とＮＯｘ排出量がともに低下した運転状態が可能となる。
このような運転域において、ＥＧＲバルブ１４３を含むＥＧＲガス環流装置１４０側が作動不良や、経時的なＥＧＲ通路の流動抵抗増に陥ると、十分なＥＧＲガスの戻し量を応答性よく確保できない。この場合、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎが過度に低圧化し、コンプレッサ限界負圧Ｐｒ１（＝Ｐｉｎ１＋Ｐα）を更に、下回ると、押圧ばね１１９（図２（ｂ）参照）の弾性力がスライダー１１６の上方移動を許容して変形する。このように、圧力式切換え機構１１７がスライダー１１６を駆動して、スライダー１１６を閉鎖位置ｐ１より開放位置ｐ２に切り換え、これにより、迂回路１１５での迂回気流（分岐吸気流）の流動を許容し、これにより、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎがコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１より更に過度に低圧化することを抑制でき、コンプレッサ１２のサージングや破損を防止できる。

上述のところにおいて、迂回路１１５の吸気は流量規制部材である流路開閉弁１２０により流動規制されていたが、これに代えて、迂回路１１５の流量規制部材を単に図４に示すように、絞り１６０として形成してもよい。この場合、流量規制部材である絞り１６０による流動規制の程度は、通常運転状態で第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａが吸気路８の絞り操作を行える程度に形成される。この場合も、ＥＧＲバルブを含むＥＧＲガス環流装置側が作動不良や、経時的なＥＧＲ通路の流動抵抗増に陥り、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎが過度に低下し、コンプレッサ限界負圧Ｐｒ１（＝Ｐｉｎ１＋Ｐα）を下回る運転域に向かうと、迂回路１１５の絞り１６０を通過する迂回路１１５の吸気量が増量するので、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎの圧力低下を防止して、コンプレッサのサージングや破損を防止することができ、特に、装置の簡素化を図れる。

更に、迂回路１１５の流量規制部材を図３（ａ）に示すように、ピストン式の弁体１６５と、同弁体１６５が接離する迂回路１１５の弁座１６６とで形成してもよい。ここで流量規制部材に付設された圧力式切換え機構１１７はコンプレッサ入口圧Ｐｉｎを受ける負圧室１６７と、弁体１６６を閉弁付勢するばね１６８とで構成される。この場合も、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎが過度に低下し、コンプレッサ限界負圧Ｐｒ１（＝Ｐｉｎ１＋Ｐα）を下回る運転域に向かうと、負圧室１６７の負圧を受けたピストン式の弁体１６５がばね１６８の弾性力に抗して弁座１６６から離れる。これによって、弁体１６５が迂回路１１５を開放するので、迂回路１１５の吸気量が増量し、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎの圧力低下を防止でき、コンプレッサのサージングや破損を防止することができる。

更に、迂回路１１５の流量規制部材を図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ダイヤフラム式の開閉弁に形成してもよい。
この場合、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、迂回路１１５の流量規制部材であるバルブプレート１６９はバルブシャフト１７０を介し迂回路１１５の内壁に枢支され、迂回路１１５を開閉操作できる。このバルブシャフト１７０の一端にはリンク機構１７１を介して上下動するロッド１７２が連結片１７３を介してピン結合される。ロッド１７２の上端は迂回路１１５の外壁に支持された枠体内のダイヤフラム１７４に連結されている。ダイヤフラム１７４にはパイプ１７５を介してコンプレッサ入口圧Ｐｉｎが供給される。この場合も、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎが過度に低下し、コンプレッサ限界負圧Ｐｒ１（＝Ｐｉｎ１＋Ｐα）を下回る運転域に向かうと、ダイヤフラムが閉鎖位置ｐ１から開放位置ｐ２に切り換わる。これによって、バルブプレート１６９が迂回路１１５を開放するので、迂回路１１５の吸気量が増量し、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎの圧力低下を防止でき、コンプレッサのサージングや破損を防止することができる。

次に、図７には本発明の他の実施形態としての内燃機関の吸気通路構造Ａ２を示した。
ここでの内燃機関の吸気通路構造Ａ２は図１のコンプレッサ保護装置Ａ１と比較して、迂回路１１５の流量規制部材が電磁式の流路開閉弁１２０ａが採用された点と、コントローラ１８ａの制御構成のみが相違し、即ち、大量ＥＧＲガス導入運転域に達した際に、流路開閉弁１２０ａに加え、第１吸気絞り弁（スロットル弁）２０ａと可変容量式の過給機１１の過給圧調整部１１１と、を切り換え制御する点でのみ相違し、その他の構成は同一であり、重複説明を略す。

ここで、流量規制部を成す流路開閉弁１２０ａは電磁式であり、図１、２に示す流路開閉弁１２０と比較して、スライダー１１６を駆動する圧力式切換え機構１１７に代えて、電磁ソレノイドを備えた切換え機構１１７ａを用いる点でのみ相違する。
ここで、切換え機構１１７ａが非励磁にあると、スライダー１１６が閉鎖位置ｐ１（図２（ａ）参照）に保持され、励磁されると開放位置ｐ２（図２（ｂ）参照）に切り換えられ、流路開閉弁１２０が設けられている。

以下に、本装置のコントローラ１８ａが行う制御処理を図１０のＥＧＲガス供給制御ルーチンや図８のコントローラの制御ブロック図に沿って説明する。
コントローラ１８ａはエンジン駆動制御等を含む不図示のメインルーチンの途中で、大量ＥＧＲガス導入処理を含むＥＧＲガス供給制御処理に進む。
ここでステップｓ１に達すると、各センサの検出信号を読み取り、所定記憶エリアにストアする。ステップｓ２では、入口圧センサ１９１よりコンプレッサ入口圧Ｐｉｎを求め、コンプレッサ下流の排気ガス圧センサ１９２より排気ガス圧Ｐｂを求め、ＥＧＲバルブ１４３の開度θｅｇｒを開度センサ１４３３より読み取り、これらに応じたＥＧＲ流量Ｑｅｇｒを演算する（図８参照）。

次いでステップｓ３ではＥＧＲ流量Ｑｅｇｒ相当の開度にＥＧＲバルブ１４３を切り換え制御する。
次いで、ステップｓ４では空燃比センサ５からの吸入空気量Ｑａを新吸流量として求める（図８参照）。ステップｓ５ではＥＧＲ流量Ｑｅｇｒと新吸流量Ｑａとからコンプレッサ流入量Ｑｃｉｎを演算する。ステップｓ６ではコンプレッサ入口圧Ｐｉｎと排気ガス圧センサ１９１からの排気ガス圧（出口圧）Ｐｂとより圧力比（Ｐｉｎ／Ｐｂ）を求める。
次いでステップｓ７で現在の作動点（運転域）が定常運転域内Ｅか否か判断し、正常域Ｅにあると、ステップｓ８に進み、正常域Ｅに無いとステップｓ１０に進む。

ステップｓ８では正常域Ｅにあるとして、正常なＥＧＲ運転域にあるかを、圧力比（Ｐｉｎ／Ｐｂ）と、コンプレッサ流入量Ｑｃｉｎにより定義される作動点が，コントローラ１８の記憶エリアに格納された、コンプレッサマップの正常域Ｅ内にあるか否かの判断を行い、正常域Ｅに作動点がある場合、正常なＥＧＲ運転域としてステップｓ９に進み、そうで無いとこの回の制御を終了する。
ステップｓ９に達すると、ここではＥＧＲ運転域に応じあらかじめ設定されているＥＧＲバルブ１４３の開度を目標値として取得し、同開度相当の駆動信号を電磁アクチュエータ１４３２に出力し、目標値にＥＧＲバルブ１４３を切り換え、この回の制御を終了させる。

一方、正常域Ｅに無く、コンプレッサのサージングや破損を招く虞があるとしてステップｓ１０に進むと、ここでは可変容量式の過給機１１の過給圧調整部１１１を開放位置に切り換え、過給効率を低下させ、ステップｓ１１に進む。ステップｓ１１では、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎがコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１より更に低圧化しているか否か判断する。低圧化していないと今回の制御を終了させ、低圧化していると、ステップｓ１２に進み、ここで、電磁式の流路開閉弁１２０ａを励磁してスライダー１１６を開放位置ｐ２に切り換える。これにより迂回吸気量を増量切り換えし、コンプレッサの入口圧Ｐｉｎが所定のコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１を下回るのを防止でき、コンプレッサ１２のサージングや破損を防止できる。

ステップｓ１３に達すると、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎがコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１より更に低圧化しているか否か判断し、低圧化していないと今回の制御を終了させ、低圧化していると、ステップｓ１４に進み、ここでＥＧＲバルブ１４３を全開に切り換えを行い、大量ＥＧＲガス導入によりコンプレッサ入口圧Ｐｉｎが所定のコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１を下回ることを阻止できる。
ステップｓ１５に達すると、コンプレッサ入口圧Ｐｉｎがコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１より更に低圧化しているか否か判断し、低圧化していないと今回の制御を終了させ、低圧化していると、ステップｓ１６に進み、ここでスロットル弁２０ａを全開に切り換えを行い、新気吸入量を増加させることによりコンプレッサ入口圧Ｐｉｎが所定のコンプレッサ限界負圧Ｐｒ１を下回ること阻止し、今回の制御を終了させる。

上述のように、本発明の内燃機関の吸気通路構造Ａ２では、エンジン１が通常燃焼域にあるとすると、高圧ＥＧＲガス還流装置１５０のＥＧＲバルブ１５３と第２吸気絞り弁（スロットル弁）２０ｂが操作されることで、高圧ＥＧＲガスが導入口１５１ｂより吸気路８に導入される。この場合、図５に示すように、ＥＧＲガス量が比較的多い場合は、ＮＯｘ発生量は少なく、スモーク（Ｓｍｏｋｅ）発生量は増加する傾向にあり，ＥＧＲガス量が比較的少ない場合は、スモーク発生量は少なく、ＮＯｘ量が増加する傾向にある。

一方、エンジンが低温燃焼域にあろうとするとき、ステップｓ７、ｓ８で現在の運転域が定常運転域内Ｅにあると、ステップｓ９に進み、ＥＧＲガス導入制御を行い、図５に示すように、スモーク（Ｓｍｏｋｅ）発生量とＮＯｘ排出量がともに低下し、排気ガス処理を優先した運転が可能となる。
他方、ステップｓ７で現在の運転域が定常運転域内Ｅになく、即ち、コンプレッサの入口圧が所定のコンプレッサ限界負圧を下回ると判断すると、ステップｓ１０以下に進み、その際、電磁式流路開閉弁１２０ａが増量切換えし、コンプレッサ１２の入口圧の過度の低下を防止し、コンプレッサのサージングや破損を的確に防止することができる。

１ 内燃機関
１１５ 迂回路
１４１ ＥＧＲ通路
１４３ ＥＧＲ弁
７ 燃焼室
８ 吸気通路
９ 排気路
１２ コンプレッサ
１２０ 流路開閉弁（流量規制部）
１４０ 低圧ＥＧＲガス還流装置
１４１ ＥＧＲ通路
１４１ｂ 導入口
１８、１８ａ コントローラ（制御手段）
２０ａ 第１吸気絞り弁（スロットル弁）
Ａ１、Ａ２ 内燃機関の吸気通路構造
Ｅ 正常域

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室に吸気を供給するための吸気路と、
   前記吸気路に配設され前記吸気の流量を調整するスロットル弁と、
   前記燃焼室から排気ガスを排出するための排気路と、
   前記排気路に配設されたタービン及び前記スロットル弁下流の前記吸気路に配置されたコンプレッサにより吸気を加圧する過給機と、
   前記タービンより下流の排気路より排気ガスの一部を前記スロットル弁下流かつ前記コンプレッサ上流の前記吸気路に設けた導入口に還流させる排気ガス還流通路と、
   前記スロットル弁の上流で分岐し前記導入口下流かつ前記コンプレッサ上流の前記吸気路に連結する迂回路を備えた、
   ことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。
2. 請求項１記載の内燃機関の吸気通路構造において、
   前記迂回路に配設され該迂回路を流れる吸気量を規制する流量規制部を更に備え、
   前記迂回路の流量規制部は電磁式流路開閉弁であり、
   前記制御手段は前記コンプレッサの運転域が所定の定常運転域を離脱すると前記電磁式流路開閉弁を増量切換えする、
   ことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。
3. 請求項２記載の内燃機関の吸気通路構造において、
   前記制御手段は前記コンプレッサの前後圧力比とコンプレッサの吸気の流入流量とに応じたコンプレッサの定常運転域を設定するマップを備え、現在のコンプレッサ運転域が前記定常運転域を離脱すると前記電磁式流路開閉弁を増量切換えする、
   ことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。
4. 請求項２又は３記載の内燃機関の吸気通路構造において、
   前記コンプレッサはコンプレッサ過給率を増減調整可能な可変翼切換え手段を備え、
   前記制御手段は前記コンプレッサの運転域が定常運転域を離脱する場合に、前記可変翼切換え手段のコンプレッサ過給率を低減切換えする、ことを特徴とする内燃機関の吸気通路構造。

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