JP5231908B2

JP5231908B2 - ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置

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Publication number: JP5231908B2
Application number: JP2008232534A
Authority: JP
Inventors: 祐介米虫
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP2010065601A

Description

本発明は、排気通路内の排気ガスの一部を吸気通路に還流するディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジンには、ＮＯ_ｘの排出を低減することを目的として、排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させることにより、吸気中のＣＯ_２等の不活性ガス成分を増加させる。これにより、ＥＧＲ装置は、エンジンの燃焼温度を低下させてＮＯ_ｘの排出量を低下させる。ここで、吸気中に占めるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）が所定未満である場合において、排気ガス中におけるＮＯ_ｘと煤（ＳＯＯＴ）の発生量はトレードオフの関係にあり、ＳＯＯＴの発生量は、ＥＧＲ率が高くなるほど増加する。これは、エンジン筒内の酸素濃度が低下し、燃料の過濃領域が増加すると共に燃焼中のＳＯＯＴの酸化反応が緩慢となるためであると考えられる。その一方で、ＥＧＲ率を所定以上まで増加させると（例えば、ＥＧＲ率５０％以上の大量ＥＧＲを行うと）、燃焼温度がＳＯＯＴ生成温度以下の低温燃焼を実現することができ、ＮＯ_ｘとＳＯＯＴの発生を同時に低減させることができる。

ところで、過給機付きのエンジンに用いられるＥＧＲ装置としては、コンプレッサの下流側にＥＧＲガスを還流させる高圧式のＥＧＲ装置が多く採用されている。

しかしながら、高圧式のＥＧＲ装置は、コンプレッサの下流側にＥＧＲガスを還流させる構成であるため、吸気圧よりも排気圧が十分に大きい低負荷時においては大量ＥＧＲを実現可能であるが、過給圧を増加させる中・高負荷時においては大量ＥＧＲを実現することが困難であった。

そこで、近年では、タービンの下流側でディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）を通過後の排気ガスの一部をコンプレッサの上流側にＥＧＲガスとして還流させる低圧式のＥＧＲ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の低圧ＥＧＲ装置は、コンプレッサの上流側にＥＧＲガスを導入するため、過給圧が増加するエンジンの中・高負荷時においても十分なＥＧＲガスを還流させることができる。また、ＤＰＦ通過後のガスはＳＯＯＴが除去され、ＥＧＲガスをクリーンな状態でエンジン内に導入することができるため、エンジンから排出されるＳＯＯＴの低減にも繋がる。
特開２００５−２４０７５８号公報

しかしながら、低圧式のＥＧＲ装置によって大量ＥＧＲを実現可能な負荷領域を拡大することができたとしても、ある一定の負荷以上の領域においては、燃料噴射量を増加させても必要なトルクを発生できないという新たな問題が生じる。これは、大量ＥＧＲによって酸素濃度が低下している状況下で燃料噴射量を増加させると、燃料の拡散が緩慢となり、燃料と空気の混合が不十分となることに起因する。そして、目標トルクを発生させることができない場合、エンジンの運転状態を、大量ＥＧＲによる低温燃焼の状態から、ＥＧＲガスの導入を行わない通常のディーゼル燃焼に移行しなければならなくなる。

従って、低圧式のＥＧＲ装置を採用した場合にも、依然として、大量ＥＧＲによる低温燃焼を適用可能な負荷領域を拡大するには限界があった。なお、吸気通路に還流させるＥＧＲガスの流量を制限することにより（ＥＧＲ率を低下させることにより）、目標トルクを発生可能な領域に拡大することも考えられるが、このような場合、上述のように、ＮＯ_ｘと同時にＳＯＯＴの発生を低減させることが困難となり、良好な排気特性を維持することが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、好適なトルク特性と排気特性とを維持しつつ、大量ＥＧＲによる低温燃焼の適用範囲を拡大することができるディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置は、第１の気筒群或いは第２の気筒群の何れかにそれぞれ分類される複数の気筒と、前記第１の気筒群の前記各気筒に連通する第１の吸気通路部と前記第２の気筒群の前記各気筒に連通する第２の吸気通路部とに下流側が分岐する吸気通路と、前記第１の吸気通路部にコンプレッサが介装される第１の過給機と、前記第２の吸気通路部にコンプレッサが介装される第２の過給機と、ディーゼルパティキュレートフィルタよりも下流側の排気通路と前記第１の過給機のコンプレッサよりも上流側の前記第１の吸気通路部とを連通して前記排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記第１の吸気通路部に還流させる第１のＥＧＲ通路と、前記第１の吸気通路部に対する前記第１のＥＧＲ通路の開度を調整する第１のＥＧＲ制御弁と、第１のＥＧＲクーラと、当該第１のＥＧＲクーラをバイパスする第１のバイパス通路に設けられた第１のヒータと、前記第１のＥＧＲクーラと前記第１のバイパス通路との流量比を可変調整する第１の切換弁とを備え、前記第１のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスを冷却或いは加熱することが可能であり、前記第１のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスの温度調整を行う第１の調温手段と、前記ディーゼルパティキュレートフィルタよりも下流側の前記排気通路と前記第２の過給機のコンプレッサよりも上流側の前記第２の吸気通路部とを連通して前記排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記第２の吸気通路部に還流させる第２のＥＧＲ通路と、前記第２の吸気通路部に対する前記第２のＥＧＲ通路の開度を調整する第２のＥＧＲ制御弁と、第２のＥＧＲクーラと、当該第２のＥＧＲクーラをバイパスする第２のバイパス通路に設けられた第２のヒータと、前記第２のＥＧＲクーラと前記第２のバイパス通路との流量比を可変調整する第２の切換弁とを備え、前記第２のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスを冷却或いは加熱することが可能であり、前記第２のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスの温度調整を行う第２の調温手段と、前記第１のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度と前記第１の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度とに基づいて前記第１のヒータと前記第１の切換弁を制御するとともに、前記第２のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度と前記第２の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度とに基づいて前記第２のヒータと前記第２の切換弁を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮を開始する凝縮温度よりも所定に高い設定温度に基づいて制御を行うものであり、前記第１の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度が前記設定温度よりも高い場合であっても前記第１のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度が前記設定温度以下である場合には前記第１の切換弁の制御を通じて前記第１のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を遮断し、前記第２の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度が前記設定温度よりも高い場合であっても前記第２のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度が前記設定温度以下である場合には前記第２の切換弁の制御を通じて前記第２のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を遮断するものである。

本発明のディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置によれば、好適なトルク特性と排気特性とを維持しつつ、大量ＥＧＲによる低温燃焼の適用範囲を拡大することができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は排気ガス再循環装置を備えたエンジンの概略構成図、図２はエンジンの各燃焼領域を示す図表、図３は排気ガス再循環装置を備えたエンジンの変形例を示す概略構成図である。

図１に示すエンジンは、例えば、自動車等の車両に搭載される過給機付きのディーゼルエンジンであり、本実施形態では、水平対向型４気筒エンジンが示されている。このエンジン１のシリンダブロック２の左右両バンクにはシリンダヘッド３Ｌ，３Ｒがそれぞれ冠設されている。そして、例えば、シリンダブロック２の左バンクにはシリンダヘッド３Ｌとの間に＃１，＃３気筒２ａが形成され、シリンダブロック２の右バンクにはシリンダヘッド３Ｒとの間に＃２，＃４気筒２ａが形成されている。ここで、本実施形態において、これらの気筒２ａは、２つの気筒群（第１，第２の気筒群）に分類されている。具体的には、＃１〜＃４気筒２ａのうち、例えば、エンジン１の左バンクに形成される＃１，＃３気筒２ａが第１の気筒群に分類され、エンジン１の右バンクに形成される＃２，＃４気筒２ａが第２の気筒群に分類されている。

各シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒには、気筒２ａ毎に吸気ポート３ａと排気ポート３ｂとが形成されている。また、各シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒには、各吸、排気ポート３ａ，３ｂを開閉する吸，排気弁を動作させるための動弁機構４０がそれぞれ設けられている。本実施形態において、各動弁機構４０は、可変バルブタイミング機構を備えており、クランク軸に対する吸気カム軸の回転位相（変位角）を連続的に変更することにより、吸気弁の開閉タイミングをバンク毎に変更することが可能となっている。また、各シリンダヘッド３Ｌ，３Ｒには、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ４１が気筒２ａ毎にそれぞれ設けられている。

各吸気ポート３ａは、吸気マニホルド５Ｌ，５Ｒを介して上流側で気筒群毎に集合され、この集合部に形成されたエアチャンバ６Ｌ，６Ｒを介して吸気通路７に個別に接続されている。具体的に説明すると、吸気通路７の下流側は、第１の吸気通路部７Ｌと第２の吸気通路部７Ｒとに分岐されている。そして、第１の吸気通路部７Ｌの下流端がエアチャンバ６Ｌに接続され、第２の吸気通路部７Ｒの下流端がエアチャンバ６Ｒに接続されている。

第１の吸気通路部７Ｌには、第１のインタークーラ１０Ｌが介装され、この第１のインタークーラ１０Ｌの上流側に第１のターボ過給機１１Ｌのコンプレッサ１１Ｌａが介装されている。同様に、第２の吸気通路部７Ｒには、第２のインタークーラ１０Ｒが介装され、この第２のインタークーラ１０Ｒの上流側に第２のターボ過給機１１Ｒのコンプレッサ１１Ｒａが介装されている。

さらに、第１，第２の吸気通路部７Ｌ，７Ｒの分岐部よりも上流側において、吸気通路７には、エアクリーナ１２が介装され、このエアクリーナ１２の上流側に吸気チャンバ１３が連通されている。

一方、各排気ポート３ｂは、排気マニホルド１５を介して下流側で集合され、排気通路１７に接続されている。本実施形態において、排気通路１７の中途は、第１，第２の気筒群に対応して第１の排気通路部１７Ｌと第２の排気通路部１７Ｒとに分岐された後、再度集合されている。そして、第１の排気通路部１７Ｌには第１のターボ過給機１１Ｌのタービン１１Ｌｂが介装され、第２の排気通路部１７Ｒには第２のターボ過給機１１Ｒのタービン１１Ｒｂが介装されている。

さらに、第１，第２の排気通路部１７Ｌ，１７Ｒの集合部よりも下流側において、排気通路１７には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）１８が介装され、このＤＰＦ１８の下流側にマフラ１９が介装されている。ここで、ＤＰＦ１８は、周知のように、排気中のＰＭ（パティキュレートマター：粒子状物質＝主に黒煙（煤：ＳＯＯＴ）、ＳＯＦと称される燃え残った燃料や潤滑油の成分、サルフェートと称される軽油燃料中の硫黄分から生成される成分を含む）を捕集することで、これらの大気中への排出を抑制する。

このようなエンジン１の吸排気系において、吸気通路７と排気通路１７との間には、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）３０が備えられている。本実施形態において、ＥＧＲ装置３０は、排気通路１７内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてコンプレッサ１１Ｌａ，１１Ｒａの上流側に還流させる低圧式のＥＧＲ装置で構成され、このＥＧＲ装置３０は第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒを有する。

第１のＥＧＲ通路３１Ｌの一端側はＤＰＦ１８よりも下流側で排気通路１７に接続され、他端側はコンプレッサ１１Ｌａの上流側で第１の吸気通路部７Ｌに接続されている。これにより、第１のＥＧＲ通路３１Ｌは、排気通路１７と第１の吸気通路部７Ｌとの間を連通し、ＤＰＦ１８で煤等が捕集された後の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１１Ｌａの上流側に還流することが可能となっている。

同様に、第２のＥＧＲ通路３１Ｒの一端側はＤＰＦ１８よりも下流側で排気通路１７に接続され、他端側はコンプレッサ１１Ｌａの上流側で第２の吸気通路部７Ｒに接続されている。これにより、第２のＥＧＲ通路３１Ｒは、排気通路１７と第２の吸気通路部７Ｒとの間を連通し、ＤＰＦ１８で煤等が捕集された後の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１１Ｒａの上流側に還流することが可能となっている。

また、第１のＥＧＲ通路３１Ｌの中途には、第１のＥＧＲ通路３１Ｌを開閉する第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌが介装されている。第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌは、例えば、バタフライ式の弁体（図示せず）を有し、この弁体の開度がエンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ５０で制御されることにより、第１のＥＧＲ通路３１Ｌ内を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。

同様に、第２のＥＧＲ通路３１Ｒの中途には、第２のＥＧＲ通路３１Ｒを開閉する第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒが介装されている。第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒは、例えば、バタフライ式の弁体（図示せず）を有し、この弁体の開度がエンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ５０で制御されることにより、第２のＥＧＲ通路３１Ｒ内を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。

そして、ＥＧＲ装置３０は、気筒群に応じた２系統のＥＧＲ通路（第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒ）を有し、これら第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒのそれぞれに個別に介装されたＥＧＲ制御弁（第１，第２のＥＧＲ制御弁３２Ｌ，３２Ｒ）がエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）５０を通じて開閉制御されることにより、第１，第２の気筒群をそれぞれ異なる燃焼形態で燃焼させることが可能となっている。

また、第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌよりも上流側において、第１のＥＧＲ通路３１Ｌの中途には、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌが介装されている。第１のＥＧＲクーラ３３Ｌは、例えば、水冷式のクーラで構成され、この第１のＥＧＲクーラ３３Ｌにはエンジン１の冷却水が循環される。そして、この冷却水との熱交換により、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌは、第１のＥＧＲ通路３１Ｌの内部を流通するＥＧＲガスを冷却する。

また、第１のＥＧＲ通路３１Ｌの中途には、第１のバイパス通路３４Ｌが介装されている。この第１のバイパス通路３４Ｌは、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌと並列に介装される迂回路であり、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌよりも上流側で第１のＥＧＲ通路３１Ｌから分岐し、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌよりも下流側且つ第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌよりも上流側で第１のＥＧＲ通路３１Ｌに合流する。

また、第１のＥＧＲ通路３１Ｌ上において、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌと第１のバイパス通路３４Ｌとの上流側の分岐部には、第１の切換弁３５Ｌが設けられている。この第１の切換弁３５Ｌは、例えば、三方バルブで構成され、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ側を流通するＥＧＲガスと第１のバイパス通路３４Ｌ側を流通するＥＧＲガスとの流量比を調整する。すなわち、第１の切換弁３５Ｌは、ＥＣＵ５０の制御により、第１のＥＧＲ通路３１Ｌに対する第１のＥＧＲクーラ３３Ｌと第１のバイパス通路３４Ｌとの連通量を切り換えることにより、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌと第１のバイパス通路３４Ｌに対するＥＧＲガスの流量比を、１：０から０：１までの間で可変調整する。

また、第１のバイパス通路３４Ｌには、内部を流通するＥＧＲガスを適宜昇温させるための第１のヒータ３６Ｌが設けられている。この第１のヒータ３６Ｌは、例えば、ＥＣＵ５０によって通電制御される電気抵抗式のヒータで構成され、第１のバイパス通路３４Ｌの外周に周設されている。

本実施形態において、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ、第１のバイパス通路３４Ｌ、第１の切換弁３５Ｌ、及び、第１のヒータ３６Ｌは、第１の調温手段を構成し、これらは、第１の切換弁３５Ｌ及び第１のヒータ３６ＬがＥＣＵ５０を通じて適宜作動制御されることにより、第１のＥＧＲ通路３１Ｌを流通するＥＧＲガスの温度調整を行う。

同様に、第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒよりも上流側において、第２のＥＧＲ通路３１Ｒの中途には、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒが介装されている。第２のＥＧＲクーラ３３Ｒは、例えば、水冷式のクーラで構成され、この第２のＥＧＲクーラ３３Ｒにはエンジン１の冷却水が循環される。そして、この冷却水との熱交換により、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒは、第２のＥＧＲ通路３１Ｒの内部を流通するＥＧＲガスを冷却する。

また、第２のＥＧＲ通路３１Ｒの中途には、第２のバイパス通路３４Ｒが介装されている。この第２のバイパス通路３４Ｒは、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒと並列に介装される迂回路であり、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒよりも上流側で第２のＥＧＲ通路３１Ｒから分岐し、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒよりも下流側且つ第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒよりも上流側で第２のＥＧＲ通路３１Ｒに合流する。

また、第２のＥＧＲ通路３１Ｒ上において、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒと第２のバイパス通路３４Ｒとの上流側の分岐部には、第２の切換弁３５Ｒが設けられている。この第２の切換弁３５Ｒは、例えば、三方バルブで構成され、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ側を流通するＥＧＲガスと第２のバイパス通路３４Ｒ側を流通するＥＧＲガスとの流量比を調整する。すなわち、第２の切換弁３５Ｒは、ＥＣＵ５０の制御により、第２のＥＧＲ通路３１Ｒに対する第２のＥＧＲクーラ３３Ｒと第２のバイパス通路３４Ｒとの連通量を切り換えることにより、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒと第２のバイパス通路３４Ｒに対するＥＧＲガスの流量比を、１：０から０：１までの間で可変調整する。

また、第２のバイパス通路３４Ｒには、内部を流通するＥＧＲガスを適宜昇温させるための第２のヒータ３６Ｒが設けられている。この第２のヒータ３６Ｒは、例えば、ＥＣＵ５０によって通電制御される電気抵抗式のヒータで構成され、第２のバイパス通路３４Ｒの外周に周設されている。

本実施形態において、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ、第２のバイパス通路３４Ｒ、第２の切換弁３５Ｒ、及び、第２のヒータ３６Ｒは、第２の調温手段を構成し、これらは、第２の切換弁３５Ｒ及び第２のヒータ３６ＲがＥＣＵ５０を通じて適宜作動制御されることにより、第２のＥＧＲ通路３１Ｒを流通するＥＧＲガスの温度調整を行う。

ＥＣＵ５０は、第１の気筒群と第２の気筒群の燃焼形態を、大量のＥＧＲガスを還流させることにより低圧燃焼、或いは、ＥＧＲガスを還流させない通常燃焼の何れかに、それぞれ異なるタイミングで選択的に切り換えることが可能となっている。本実施形態において、ＥＣＵ５０は、第１，第２の気筒群の燃焼形態の切換制御を、例えば、エンジン回転数センサ５１やアクセル開度センサ５２等の各種センサ類からの入力信号に基づいて行う。すなわち、ＥＣＵ５０には、例えば、図２に示すように、エンジン回転数と、アクセル開度等から演算される目標トルクと、に基づいて各気筒群の燃焼形態を決定するためのマップが予め実験等に基づいて設定され格納されている。

図２のマップにおいて、低温燃焼領域は、第１の気筒群及び第２の気筒群を共に低温燃焼させた場合にも目標トルクを発生させ得る運転領域に基づいて設定されている。従って、この低温燃焼領域内にエンジン回転数と目標トルクとがあるとき、ＥＣＵ５０は、第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌ及び第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒを共に開制御する。これにより、第１の気筒群及び第２の気筒群にＥＧＲガスが還流され、全気筒２ａで低温燃焼が実現される。

図２のマップにおいて、遷移領域は、第１の気筒群及び第２の気筒群を共に低温燃焼させた場合に、目標トルクに対して出力トルクが不足し始める運転領域に基づいて設定されている。従って、この遷移領域内にエンジン回転数と目標トルクとがあるとき、ＥＣＵ５０は、例えば、第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌを開制御する一方で、第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒを閉制御する。これにより、第１の気筒群では低温燃焼が行われる一方、第２の気筒群では、ＥＧＲガスの還流が遮断されて通常燃焼が行われる。そして、第１の気筒群で低温燃焼が行われるとともに第２の気筒群で通常燃焼が行われることにより、ＮＯ_ｘとＳＯＯＴの発生を共に低減可能な燃焼形態を一部の気筒（＃１，＃３気筒）２ａで維持しつつ、目標トルクに対して不足する出力トルク分が残りの気筒（＃２，＃４気筒）２ａで補われる。

図２のマップにおいて、通常燃焼領域は、第１の気筒群及び第２の気筒群を共に通常燃焼させなければ、目標トルクに達する出力トルクを発生させることが困難な運転領域に基づいて設定されている。従って、この通常燃焼領域にエンジン回転数と目標トルクとがあるとき、ＥＣＵ５０は、第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌ及び第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒを共に閉制御する。これにより、第１の気筒群及び第２の気筒群に対するＥＧＲガスの還流が遮断され、全気筒２ａで通常燃焼が実現される。

なお、ＥＣＵ５０は、判定した燃焼形態に応じて、動弁機構４０やインジェクタ４１を気筒群毎に制御し、これにより、吸気弁の開閉タイミングや燃料噴射タイミング等が最適化される。

ここで、第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒには各ＥＧＲクーラ３３Ｌ，３３Ｒの直上流でのＥＧＲガス温度（以下、クーラ前ガス温度という）ＴｅｆＬ，ＴｅｆＲをそれぞれ検出するための第１，第２の温度センサ３８Ｌ，３８Ｒが設けられている。また、第１，第２の吸気通路部７Ｌ，７Ｒには、第１，第２のコンプレッサ１１Ｌａ，１１Ｒａの直上流での吸気温度（ＥＧＲガスを含む吸気温度：以下、コンプレッサ前ガス温度という）ＴｃｆＬ，ＴｃｆＲをそれぞれ検出するための第１，第２の温度センサ３９Ｌ，３９Ｒが設けられている。

そして、ＥＣＵ５０は、温度センサ３８Ｌ，３９Ｌで検出された各検出温度ＴｅｆＬ，ＴｃｆＬに基づいて切換弁３５Ｌ及びヒータ３６Ｌの制御を行うことで第１のＥＧＲ通路３１Ｌを流通するＥＧＲガスの温度制御を行い、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮水となることを抑制する。

具体的に説明すると、第１のＥＧＲ制御弁３２Ｌが開弁制御されて第１の気筒群にＥＧＲガスが還流されている場合において、ＥＣＵ５０は、基本的には、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＬに基づいて第１の切換弁３５Ｌ及び第１のヒータ３６Ｌを制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、先ず、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＬが設定温度Ｔ２以下である場合には、第１の切換弁３５Ｌの制御を通じて、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ側を流通するＥＧＲガスの流量比を減少させる（第１のバイパス通路３４Ｌ側を流通するＥＧＲガスの流量比を増加させる）。さらに、ＥＣＵ５０は、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ側へのＥＧＲガスの流通が遮断された場合であっても依然としてコンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＬが設定温度Ｔ２以下である場合、第１のヒータ３６Ｌの通電制御を通じて、第１のバイパス通路３４Ｌ内を流通するＥＧＲガスの昇温制御を行う。但し、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ内での凝縮水の発生を防止するため、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＬが設定温度Ｔ２より高い場合であっても、クーラ前ガス温度ＴｅｆＬが設定温度Ｔ２以下である場合、ＥＣＵ５０は、第１のＥＧＲクーラ３３Ｌ側へのＥＧＲガスの流通を遮断する。ここで、設定温度Ｔ２は、例えば、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮を開始する温度（凝縮温度）Ｔ１を基準として設定されるもので、具体的には、凝縮温度Ｔ１（例えば、Ｔ１＝１００℃）よりも所定温度高い温度に設定されている。

同様に、ＥＣＵ５０は、温度センサ３８Ｒ，３９Ｒで検出された各検出温度ＴｅｆＲ，ＴｃｆＲに基づいて切換弁３５Ｒ及びヒータ３６Ｒの制御を行うことで第２のＥＧＲ通路３１Ｒを流通するＥＧＲガスの温度制御を行い、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮水となることを抑制する。

具体的に説明すると、第２のＥＧＲ制御弁３２Ｒが開弁制御されて第２の気筒群にＥＧＲガスが還流されている場合において、ＥＣＵ５０は、基本的には、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＲに基づいて第２の切換弁３５Ｒ及び第２のヒータ３６Ｒを制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、先ず、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＲが設定温度Ｔ２以下である場合には、第２の切換弁３５Ｒの制御を通じて、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ側を流通するＥＧＲガスの流量比を減少させる（第２のバイパス通路３４Ｒ側を流通するＥＧＲガスの流量比を増加させる）。さらに、ＥＣＵ５０は、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ側へのＥＧＲガスの流通が遮断された場合であっても依然としてコンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＲが設定温度Ｔ２以下である場合、第２のヒータ３６Ｒの通電制御を通じて、第２のバイパス通路３４Ｒ内を流通するＥＧＲガスの昇温制御を行う。但し、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ内での凝縮水の発生を防止するため、コンプレッサ前ガス温度ＴｃｆＲが設定温度Ｔ２より高い場合であっても、クーラ前ガス温度ＴｅｆＲが設定温度Ｔ２以下である場合、ＥＣＵ５０は、第２のＥＧＲクーラ３３Ｒ側へのＥＧＲガスの流通を遮断する。

このような実施形態によれば、＃１〜＃４気筒２ａを第１の気筒群と第２の気筒群に分類し、吸気通路７の下流側を第１，第２の吸気通路部７Ｌ，７Ｒに分岐させて第１，第２の気筒群にそれぞれ連通し、第１，第２の吸気通路部７Ｌ，７Ｒに第１，第２のターボ過給機１１Ｌ，１１Ｒのコンプレッサ１１Ｌａ，１１Ｒａを介装すると共に、第１，第２のＥＧＲ制御弁３２Ｌ，３２Ｒをそれぞれ備えた第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒをコンプレッサ１１Ｌａ，１１Ｒａの上流側で第１，第２の吸気通路部７Ｌ，７Ｒにそれぞれ接続することにより、第１，第２の気筒群の燃焼形態をそれぞれ異なるタイミングで、低温燃焼或いは通常燃焼の何れかにそれぞれ切り換えることができる。そして、第１，第２の気筒群を共に低温燃焼させた場合に目標トルクに対して出力トルクが不足し始める運転領域において、例えば、第１の気筒群を低温燃焼させ、第２の気筒群を通常燃焼させることにより、好適なトルク特性と排気特性とを維持しつつ、大量ＥＧＲによる低温燃焼の適用範囲を拡大することができる。

その際、第１，第２のＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒの中途に、第１，第２のＥＧＲクーラ３３Ｌ，３３Ｒ、第１，第２のバイパス通路３４Ｌ，３４Ｒ、第１，第２の切換弁３５Ｌ，３５Ｒ、及び、第１，第２のヒータ３６Ｌ，３６Ｒ等からなる調温手段をそれぞれ設け、各ＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒ内を流通するＥＧＲガスを個別に温度調整可能とすることにより、ＥＧＲガスの温度を気筒群毎に精度よく制御することができる。すなわち、例えば、一方の気筒群に対してのみ低温燃焼を行う場合等においても、当該気筒群に還流させるＥＧＲガスの流量等に適した専用の調温手段により、ＥＧＲガスの温度調整や管理等を容易に実現することができる。また、例えば、一方の気筒群のみを低温燃焼させた後、両気筒群を低温燃焼へと移行した場合等には、各ＥＧＲ通路３１Ｌ，３１Ｒ等をはじめとする各部の温度等が異なる場合があるが、このような場合においても、ＥＧＲガスを気筒群毎に制御することで凝縮水の発生等を的確に抑制することができる。

また、各気筒２ａをバンク毎に第１の気筒群と第２の気筒群とに分類することにより、燃焼形態に応じて変化する動弁機構４０やインジェクタ４１等の制御を簡単な構成で容易に実現することができる。

ここで、上述の実施形態においては、バンク毎に配設した第１，第２の吸気マニホルド５Ｌ，５Ｒにより＃１〜＃４気筒２ａをバンク毎に第１，第２の気筒群に分類した一例について説明したが、例えば、図３に示すように、バンク間に跨る第１，第２の吸気マニホルド５Ａ，５Ｂによって、異バンクの気筒２ａを第１，第２の気筒群に分類することも可能である。このように構成すれば、例えば、第１，第２の気筒群で燃焼形態を異ならせた場合にも、左右バンク間の振動バランスを好適に保つことができる。

なお、上述の実施形態においては、本発明の排気ガス再循環装置を水平対向型のエンジンに適用した一例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、Ｖ型エンジンや直列型の多気筒エンジンにも適用が可能であることは勿論である。

排気ガス再循環装置を備えたエンジンの概略構成図エンジンの各燃焼領域を示す図表排気ガス再循環装置を備えたエンジンの変形例を示す概略構成図

符号の説明

１ … エンジン
２ … シリンダブロック
２ａ … 気筒
３Ｌ … シリンダヘッド
３Ｒ … シリンダヘッド
３ａ … 吸気ポート
３ｂ … 排気ポート
５Ｌ … 第１の吸気マニホルド
５Ｒ … 第２の吸気マニホルド
６Ｌ … 第１のエアチャンバ
６Ｒ … 第２のエアチャンバ
７ … 吸気通路
７Ｌ … 第１の吸気通路部
７Ｒ … 第２の吸気通路部
１０Ｌ … 第１のインタークーラ
１０Ｒ … 第２のインタークーラ
１１Ｌ … 第１のターボ過給機
１１Ｌａ … コンプレッサ
１１Ｌｂ … タービン
１１Ｒ … 第２のターボ過給機
１１Ｒａ … コンプレッサ
１１Ｒｂ … タービン
１２ … エアクリーナ
１３ … 吸気チャンバ
１５ … 排気マニホルド
１７ … 排気通路
１７Ｌ … 第１の排気通路部
１７Ｒ … 第２の排気通路部
１８ … ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）
１９ … マフラ
３０ … 排気ガス再循環装置
３１ … ＥＧＲ通路
３１Ｃ … ＥＧＲ通路部
３１Ｌ … 第１のＥＧＲ通路
３１Ｒ … 第２のＥＧＲ通路
３２Ｌ … 第１のＥＧＲ制御弁
３２Ｒ … 第２のＥＧＲ制御弁
３３Ｌ … 第１のＥＧＲクーラ（第１の調温手段）
３３Ｒ … 第２のＥＧＲクーラ（第２の調温手段）
３４Ｌ … 第１のバイパス通路（第１の調温手段）
３４Ｌ … 第１のバイパス通路（第１の調温手段）
３４Ｒ … 第２のバイパス通路（第２の調温手段）
３５Ｌ … 第１の切換弁（第１の調温手段）
３５Ｒ … 第２の切換弁（第２の調温手段）
３６Ｌ … 第１のヒータ（第１の調温手段）
３６Ｒ … 第２のヒータ（第２の調温手段）
３８Ｌ … 第１の温度センサ
３８Ｒ … 第２の温度センサ
３９Ｌ … 第１の温度センサ
４０ … 動弁機構
４１ … インジェクタ
５０ … エンジン制御ユニット
５１ … エンジン回転数センサ
５２ … アクセル開度センサ
５Ａ … 第１の吸気マニホルド
５Ｂ … 第２の吸気マニホルド

Claims

第１の気筒群或いは第２の気筒群の何れかにそれぞれ分類される複数の気筒と、
前記第１の気筒群の前記各気筒に連通する第１の吸気通路部と前記第２の気筒群の前記各気筒に連通する第２の吸気通路部とに下流側が分岐する吸気通路と、
前記第１の吸気通路部にコンプレッサが介装される第１の過給機と、
前記第２の吸気通路部にコンプレッサが介装される第２の過給機と、
ディーゼルパティキュレートフィルタよりも下流側の排気通路と前記第１の過給機のコンプレッサよりも上流側の前記第１の吸気通路部とを連通して前記排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記第１の吸気通路部に還流させる第１のＥＧＲ通路と、
前記第１の吸気通路部に対する前記第１のＥＧＲ通路の開度を調整する第１のＥＧＲ制御弁と、
第１のＥＧＲクーラと、当該第１のＥＧＲクーラをバイパスする第１のバイパス通路に設けられた第１のヒータと、前記第１のＥＧＲクーラと前記第１のバイパス通路との流量比を可変調整する第１の切換弁とを備え、前記第１のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスを冷却或いは加熱することが可能であり、前記第１のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスの温度調整を行う第１の調温手段と、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタよりも下流側の前記排気通路と前記第２の過給機のコンプレッサよりも上流側の前記第２の吸気通路部とを連通して前記排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記第２の吸気通路部に還流させる第２のＥＧＲ通路と、
前記第２の吸気通路部に対する前記第２のＥＧＲ通路の開度を調整する第２のＥＧＲ制御弁と、
第２のＥＧＲクーラと、当該第２のＥＧＲクーラをバイパスする第２のバイパス通路に設けられた第２のヒータと、前記第２のＥＧＲクーラと前記第２のバイパス通路との流量比を可変調整する第２の切換弁とを備え、前記第２のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスを冷却或いは加熱することが可能であり、前記第２のＥＧＲ通路を流通する前記ＥＧＲガスの温度調整を行う第２の調温手段と、
前記第１のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度と前記第１の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度とに基づいて前記第１のヒータと前記第１の切換弁を制御するとともに、前記第２のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度と前記第２の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度とに基づいて前記第２のヒータと前記第２の切換弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮を開始する凝縮温度よりも所定に高い設定温度に基づいて制御を行うものであり、前記第１の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度が前記設定温度よりも高い場合であっても前記第１のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度が前記設定温度以下である場合には前記第１の切換弁の制御を通じて前記第１のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を遮断し、前記第２の過給機のコンプレッサの直上流での吸気温度が前記設定温度よりも高い場合であっても前記第２のＥＧＲクーラの直上流でのＥＧＲガス温度が前記設定温度以下である場合には前記第２の切換弁の制御を通じて前記第２のＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を遮断することを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置。