WO2011030739A1 - 過給機付き内燃機関 - Google Patents

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WO2011030739A1
WO2011030739A1 PCT/JP2010/065272 JP2010065272W WO2011030739A1 WO 2011030739 A1 WO2011030739 A1 WO 2011030739A1 JP 2010065272 W JP2010065272 W JP 2010065272W WO 2011030739 A1 WO2011030739 A1 WO 2011030739A1
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WO
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passage
opening
internal combustion
combustion engine
closing
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PCT/JP2010/065272
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English (en)
French (fr)
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隆宏 諸井
秋本　健太
石川　学
久雄 小林
内田　博
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株式会社 豊田自動織機
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention has a turbocharger type supercharger having a turbine section having a plurality of exhaust gas introduction passages, a plurality of connection passages for connecting a plurality of cylinders and a plurality of exhaust gas introduction passages, and exhausts from an internal combustion engine
  • the present invention relates to a supercharger-equipped internal combustion engine including a turbocharger-type supercharger including an exhaust passage through which exhaust gas to be discharged flows.
  • Patent Document 1 discloses an exhaust device in which two or more collecting pipes that integrate a plurality of exhaust passages are connected by a bridge passage that is a communication pipe. The communication pipe is opened and closed by a valve. Patent Document 1 describes that the communication pipe contributes to the improvement of thermal efficiency in the internal combustion engine. In addition, it is described that the inner diameter of the communication pipe should be set to 20 to 100% of the inner diameter of the collecting pipe in order to ensure the contribution of improving the thermal efficiency.
  • the exhaust gas pressure that is, the exhaust pressure
  • the exhaust pressure is not limited to exhaust system parts, for example, exhaust system seals. It must be lower than the exhaust pressure resistance in the structure. If the exhaust pressure is made lower than the exhaust pressure resistance of the exhaust system parts, the inner diameter of the communication pipe cannot be made much smaller than the inner diameter of the collecting pipe, but if the inner diameter of the communication pipe is increased, the communication pipe is opened and closed. The valve must be enlarged. Therefore, in order to reduce the size of the valve for opening and closing the communication pipe, it is necessary to reduce the inner diameter of the communication pipe.
  • the exhaust system disclosed in Patent Document 1 cannot achieve both the exhaust pressure lower than the exhaust pressure resistance and the inner diameter (passage cross-sectional area) of the communication pipe (bridge passage).
  • the present invention aims to achieve an exhaust pressure smaller than the exhaust pressure resistance and a small passage cross-sectional area of the bridge passage.
  • an internal combustion engine having a plurality of cylinders, an intake passage for supplying gas to the internal combustion engine, a turbocharger supercharger including a turbine portion having a plurality of exhaust gas introduction passages, and a plurality of cylinders
  • a supercharged internal combustion engine that includes a plurality of connection passages that connect the exhaust gas introduction passages to each other and an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows.
  • the internal combustion engine includes a bridge passage that connects two or more of the plurality of connecting passages to each other, a branch passage that is connected to the bridge passage, and a first opening / closing device that is provided in the bridge passage and opens and closes the bridge passage.
  • the connecting passage has a joining passage that joins a plurality of connecting passages connected to each cylinder.
  • the branch passage is an EGR passage having one end connected to the bridge passage and the other end connected to the intake passage, and the internal combustion engine cools the exhaust gas that is provided in the EGR passage and flows through the EGR passage.
  • a second opening / closing device that is provided downstream of the heat exchanger in the EGR passage and opens and closes the EGR passage.
  • the internal combustion engine further includes a third opening / closing device that opens and closes the EGR passage upstream of the heat exchanger.
  • the first opening / closing device and the third opening / closing device constitute a single switching valve for switching communication and blocking between the EGR passage upstream of the heat exchanger and the bridge passage, and opening / closing of the bridge passage.
  • the EGR passage upstream of the heat exchanger and the bridge passage are connected via a switching valve.
  • the internal combustion engine controls the rotational speed detection device that detects the rotational speed of the internal combustion engine, the load detection device that detects the load of the internal combustion engine, and the opening and closing of the second switching device and the first switching device.
  • a control device, and the control device controls opening and closing of the first opening and closing device and the second opening and closing device according to the number of rotations detected by the number of rotation detection device and the load detected by the load detection device.
  • a rotational speed detection device that detects the rotational speed of the internal combustion engine
  • a load detection device that detects a load of the internal combustion engine
  • the opening and closing of the second switching device, the first switching device, and the third switching device are controlled.
  • a control device, the control device of the first switchgear, the second switchgear and the third switchgear according to the rotational speed detected by the rotational speed detector and the load detected by the load detector Controls opening and closing.
  • the control device opens all of the first switchgear, the second switchgear, and the third switchgear in the low load region, has a higher load than the low load region, and has a low rotation speed.
  • the low rotation high load region all of the first switchgear, the second switchgear, and the third switchgear are closed, the load is higher than the low load region, and the rotation speed is higher than the low rotation high load region.
  • the first switchgear is opened, the second switchgear and the third switchgear are closed, the load is higher than that in the low load region, and the rotation speed is higher than that in the medium rotation high load region.
  • the first opening / closing device and the third opening / closing device are opened, and the second opening / closing device is closed.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine showing a first embodiment.
  • FIG. 2B is a sectional view taken along line 2B-2B in FIG. 2A.
  • the flowchart showing an opening / closing control program.
  • the graph which shows the relationship between a passage diameter and output torque.
  • the graph which shows the relationship between a passage diameter and the maximum value of an exhaust pulse.
  • path The graph which shows the change of the fluid flow rate in an EGR channel
  • the whole internal combustion engine block diagram which shows 2nd Embodiment.
  • the whole internal combustion engine lineblock diagram showing a 3rd embodiment. Sectional drawing which shows the internal structure of the three-way valve V4. Sectional drawing which shows the internal structure of the three-way valve V4. Sectional drawing which shows the internal structure of the three-way valve V4.
  • a diesel engine 10 that is an internal combustion engine includes a plurality of cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D that accommodate pistons (not shown).
  • a cylinder head 12 is connected to cylinder blocks (not shown) forming the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D, and a fuel injection nozzle 13 is attached to the cylinder head 12 for each of the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D.
  • Light oil as fuel is supplied to the fuel injection nozzle 13 via the fuel pump 14 and the common rail 15, and the fuel injection nozzle 13 injects fuel into the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D.
  • the intake manifold 16 is connected to the cylinder head 12.
  • An intake passage 17 is connected to the intake manifold 16, and a compressor unit 20 of a turbocharger type supercharger 19 is provided in the intake passage 17.
  • the turbocharger type supercharger 19 is a variable nozzle type supercharger that is operated by an exhaust gas flow, and the gas in the intake passage 17 upstream from the compressor unit 20 of the turbocharger type supercharger 19 is supplied to the compressor unit 20. Inhaled and sent out.
  • the exhaust passages 22A, 22B, 22C and 22D are connected to the cylinder head 12.
  • the exhaust passages 22A and 22D are joined and connected to the joining passage 23AD
  • the exhaust passages 22B and 22C are joined and connected to the joining passage 23BC.
  • the merge passage 23AD and the merge passage 23BC are connected to the turbine section 21 of the turbocharger supercharger 19.
  • the exhaust passages 22 ⁇ / b> A and 22 ⁇ / b> D and the merging passage 23 ⁇ / b> AD constitute a first connection passage that communicates with the turbine portion 21, and the exhaust passages 22 ⁇ / b> B and 22 ⁇ / b> C and the merging passage 23 ⁇ / b> BC constitute a second connection passage that continues to the turbine portion 21.
  • the first connection passage and the second connection passage constitute an exhaust passage that guides exhaust gas discharged from the diesel engine 10 to the turbine unit 21.
  • the exhaust gas discharged from the cylinders 11A and 11D is sent to the merge passage 23AD via the exhaust passages 22A and 22D, and the exhaust gas discharged from the cylinders 11B and 11C is merged via the exhaust passages 22B and 22C. It is sent to the passage 23BC. Exhaust gas sent from the merging passages 23AD, 23BC to the turbine section 21 is released to the atmosphere via the exhaust passage 24.
  • FIG. 2A shows the internal structure of the turbocharger type supercharger 19.
  • the compressor unit 20 includes a compressor housing 25 and a compressor wheel 27 fixed to the rotor shaft 26, and the turbine unit 21 includes a turbine housing 28 and a turbine wheel 29 fixed to the rotor shaft 26.
  • the compressor housing 25 and the turbine housing 28 are connected via a center housing 30.
  • the turbine housing 28 is provided with a pair of scroll passages 31AD and 31BC as exhaust gas introduction passages.
  • the exhaust gas sent from the cylinders 11A and 11D to the turbine section 21 via the merge passage 23AD is sent to the scroll passage 31AD and the turning passage 32 and blown to the blades 291 of the turbine wheel 29.
  • the exhaust gas sent from the cylinders 11B and 11C to the turbine section 21 via the merge passage 23BC is sent to the scroll passage 31BC and the turning passage 32 and blown to the blades 291 of the turbine wheel 29.
  • the turbine wheel 29, the rotor shaft 26, and the compressor wheel 27 rotate integrally.
  • the compressor wheel 27 introduces air in the intake passage 17 upstream from the compressor unit 20 into the compressor passage 251 in the compressor housing 25 and sends it out to the intake passage 17 downstream from the compressor unit 20.
  • a plurality of nozzle vanes 33 are arranged in the middle of the turning passage 32. As shown in FIG. 2B, the nozzle vane 33 is rotatably supported by the nozzle ring 34. The nozzle vane 33 can change the flow path cross-sectional area between the adjacent nozzle vanes 33.
  • an arm 36 is fixed to a support shaft 35 that is rotatable with respect to the nozzle ring 34, and a unison ring 37 is engaged with the arm 36 so as not to be detached.
  • a support shaft 38 is rotatably supported on the center housing 30, and a drive arm 39 is fixed to one end of the support shaft 38.
  • the drive arm 39 is engaged with the unison ring 37, and when the drive arm 39 rotates about the support shaft 38, the unison ring 37 rotates.
  • the drive lever 40 fixed to the other end of the support shaft 38 is rotated around the support shaft 38 by the operation of an actuator (not shown).
  • an actuator not shown
  • the drive lever 40 When the drive lever 40 is rotated, the drive arm 39 and the unison ring 37 are rotated, and the arm 36 and the nozzle vane 33 are rotated. That is, the vane opening degree is changed.
  • the increase in the vane opening causes a decrease in the turbine rotation speed, and the air flow rate in the intake passage 17 on the downstream side of the compressor unit 20 decreases.
  • the reduction in the vane opening degree increases the turbine rotation speed, and the air flow rate in the intake passage 17 on the downstream side of the compressor unit 20 increases.
  • a bridge passage 41 is connected in the middle of the junction passage 23AD and in the middle of the junction passage 23BC, and an electric first on-off valve V1 is provided in the middle of the bridge passage 41.
  • One end of an EGR passage 42 as a branch passage is connected to the bridge passage 41.
  • the other end of the EGR passage 42 is connected to the intake passage 17.
  • the first opening / closing valve V ⁇ b> 1 is a first opening / closing device that is provided in the bridge passage 41 and opens and closes the bridge passage 41.
  • an intercooler 46 and a throttle valve 47 are provided in the middle of the intake passage 17, an intercooler 46 and a throttle valve 47 are provided.
  • the intercooler 46 cools the air flowing through the intake passage 17, and the throttle valve 47 is for adjusting the flow rate of air sent to the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D.
  • the opening degree of the throttle valve 47 is controlled according to depression of an accelerator pedal (not shown).
  • the opening of the throttle valve 47 is detected by a throttle opening detector 45.
  • a rotation angle (crank angle) of a crankshaft (not shown) is detected by a crank angle detector 48.
  • the throttle opening detection information detected by the throttle opening detector 45 and the crank angle detection information detected by the crank angle detector 48 are sent to the control computer C.
  • the control computer C calculates and controls the fuel injection period (injection start timing and injection end timing) in the fuel injection nozzle 13 based on the throttle opening detection information and the crank angle detection information. Further, the control computer C calculates the engine speed N based on the crank angle detection information obtained by the crank angle detector 48. Further, the control computer C obtains the engine load from, for example, the fuel injection period (or fuel injection amount) described above.
  • the control computer C and the crank angle detector 48 constitute a rotation speed detection device that detects the rotation speed of the internal combustion engine.
  • the control computer C, the throttle opening detector 45, and the crank angle detector 48 constitute a load detection device that detects the load of the internal combustion engine.
  • the intake manifold 16 is provided with a pressure detector 44.
  • the pressure detector 44 detects the pressure in the intake manifold 16, that is, the supercharging pressure. Information on the supercharging pressure detected by the pressure detector 44 is sent to the control computer C.
  • Control computer C determines the target boost pressure from a preset map based on the engine speed, engine load, and the like. And the control computer C controls the vane opening degree in the turbine part 21 of the turbocharger type supercharger 19 so that the supercharging pressure detected by the pressure detector 44 becomes the target supercharging pressure.
  • a heat exchanger 43 is provided in the middle of the EGR passage 42.
  • An electric second opening / closing valve V2 is provided in the middle of the EGR passage 42 downstream from the heat exchanger 43, and an electric third opening / closing valve V3 in the middle of the EGR passage 42 upstream from the heat exchanger 43. Is provided.
  • the second on-off valve V2 When the second on-off valve V2 is closed, the communication between the heat exchanger 43 and the intake passage 17 is blocked, and when the second on-off valve V2 is in the open state, the heat exchanger 43 and the intake passage 17 are connected to the EGR passage 42. It is communicated via.
  • the second on-off valve V2 is a second opening / closing device that is provided downstream of the heat exchanger 43 in the EGR passage 42 and opens and closes the EGR passage 42.
  • the third opening / closing valve V3 is a third opening / closing device that is provided upstream of the heat exchanger 43 and opens / closes the EGR passage 42.
  • FIG. 3 is a region graph represented by the engine speed N and the engine load F.
  • the region G1 is a region where it is desirable to increase the turbine driving force in the turbocharger supercharger 19 when the engine speed N is low.
  • the region G2 is a region where it is desirable to increase the turbine driving force in the turbocharger supercharger 19 so that the pressure in the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D does not exceed the allowable maximum pressure.
  • the region G3 is a region where it is desirable to increase the turbine driving force in the turbocharger supercharger 19 so that the peak value of the exhaust pulsation pulse does not exceed the allowable maximum value.
  • the region G4 is a region where it is desirable to perform exhaust gas purification by sending exhaust gas to the EGR passage 42.
  • the region G4 is a low-load region
  • the region G1 is a low-rotation and high-load region that has a higher load than the low-load region G4 and a low rotation.
  • the region G2 is a medium rotation high load region that has a higher load than the low load region G4 and has a higher rotation speed than the low rotation high load region.
  • the region G3 is a high rotation high load region that has a higher load than the low load region G4 and a higher rotation speed than the medium rotation high load region G2.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an opening / closing control program for controlling the opening / closing of the first opening / closing valve V1, the second opening / closing valve V2, and the third opening / closing valve V3.
  • on-off control of the first on-off valve V1, the second on-off valve V2, and the third on-off valve V3 will be described based on this flowchart.
  • the control computer C determines whether or not the set (N, F) of the calculated engine speed N and the calculated engine load F is within the low rotation / high load region G1 (step S1).
  • the control computer C closes all of the first on-off valve V1, the second on-off valve V2, and the third on-off valve V3.
  • Control to set the state is performed (step S2).
  • the exhaust gas in the merge passages 23AD and 23BC is not sent to the intake passage 17 via the bridge passage 41, the EGR passage 42 and the heat exchanger 43, and even when the engine speed N is low. A large turbine driving force can be obtained.
  • step S1 the control computer C determines whether the set (N, F) is in the medium rotation high load region G2 (step S1). S3).
  • the control computer C opens the first on-off valve V1, and at the same time opens the second on-off valve V2 and the third on-off valve.
  • step S4 the merging passage 23AD and the merging passage 23BC communicate with each other via the bridge passage 41, but the exhaust gas in the bridge passage 41 is sent to the intake passage 17 via the EGR passage 42 and the heat exchanger 43. There is no. In such a state, the pressure in the cylinders 11A, 11B, 11C, and 11D does not exceed the allowable maximum pressure, and a large turbine driving force can be obtained.
  • step S3 determines whether the set (N, F) is in the high rotation high load region G3 (step S3). S5).
  • the control computer C opens the first on-off valve V1 and the third on-off valve V3, and the second on-off Control to close the valve V2 is performed (step S6).
  • the merging passage 23AD and the merging passage 23BC communicate with each other via the bridge passage 41, and the heat exchanger 43 communicates with the bridge passage 41 via the EGR passage 42.
  • the exhaust gas in the bridge passage 41 is The air is not sent to the intake passage 17 via the EGR passage 42. In such a state, the peak value of the exhaust pulsation does not exceed the allowable maximum value, and a large turbine driving force can be obtained.
  • step S5 When the set (N, F) is not in the high rotation high load region G3 in step S5, that is, when the set (N, F) is in the low load region G4, the control computer C uses the first on-off valve V1, the first Control is performed to open all of the second on-off valve V2 and the third on-off valve V3 (step S7).
  • the merging passage 23AD and the merging passage 23BC communicate with each other via the bridge passage 41
  • the intake passage 17 communicates with the bridge passage 41 via the EGR passage 42. Therefore, the exhaust gas in the bridge passage 41 is sent to the intake passage 17 via the EGR passage 42, and exhaust gas purification using exhaust gas recirculation is performed.
  • the control computer C controls the first on-off valve V1, the second on-off valve V2, and the third on-off valve according to the rotational speed N detected by the rotational speed detection device and the load F detected by the load detection device. It is a control device that controls opening and closing of the valve V3.
  • a curve P1 in the graph of FIG. 7 shows a pressure fluctuation in the passage of the merging passage 23AD when the engine speed N is high (for example, 3600 rpm) and the first on-off valve V1 is open.
  • the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the pressure.
  • a curve P2 indicates a pressure variation in the passage of the merging passage 23AD when the engine speed N is high as described above and when the first on-off valve V1 is closed.
  • the maximum value of the exhaust pulse becomes excessive.
  • the maximum value of the exhaust pulse is set to the exhaust part (for example, an exhaust system seal structure). ) Can be lowered below the pressure strength.
  • Step S4 in the flowchart is a control step in which only the first on-off valve V1 is opened to reduce the maximum value of the exhaust pulse to less than the pressure resistance.
  • step S2 in the flowchart is a control step for that purpose.
  • Curves T1, T2, T3, and T4 in the graph of FIG. 5A are such that the merging passage 23AD and the merging passage 23BC communicate with each other via the bridge passage 41, and the heat exchanger 43 passes through the EGR passage 42.
  • This represents the change in output torque when communicating with.
  • the horizontal axis represents the passage diameter of the bridge passage 41, and the vertical axis represents the output torque.
  • a curve T1 represents a change in output torque when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 50%
  • a curve T2 is when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 60%. Represents the change in output torque.
  • a curve T3 represents a change in output torque when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 70%
  • a curve T4 represents when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 80%. Represents the change in output torque.
  • Curves E 1, E 2, E 3, E 4 in the graph of FIG. 5B are such that the joining passage 23 AD and the joining passage 23 BC communicate with each other via the bridge passage 41, and the heat exchanger 43 passes through the EGR passage 42.
  • This represents the change in the maximum value of the exhaust pulse when communicating with.
  • the horizontal axis represents the passage diameter of the bridge passage 41, and the vertical axis represents the maximum value of the exhaust pulse.
  • a curve E1 represents a change in the maximum value of the exhaust pulse when the vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 is 50%
  • a curve E2 represents a vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 of 60. It represents the change in the maximum value of the exhaust pulse when%.
  • a curve E3 represents a change in the maximum value of the exhaust pulse when the vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 is 70%
  • a curve E4 represents a vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 of 80%. It represents the change in the maximum value of the exhaust pulse when%.
  • the engine speed is a high speed (for example, 3600 rpm).
  • the passage diameter So represents the passage diameter of the bridge passage 41.
  • the minimum value of the output torque required when the vane opening ratio is 60% is 300 Nm and the allowable value of the maximum value of the exhaust pulse is 450 kPa, If the path diameter So is set to a required value, the minimum value of the output torque described above can be obtained, and the maximum value of the exhaust pulse can be made to be less than the allowable value.
  • a curve t3 represents a change in output torque when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 70%
  • a curve t4 is when the vane opening ratio in the turbocharger-type supercharger 19 is 80%. Represents the change in output torque.
  • Curves e1, e2, e3, and e4 in the graph of FIG. 6B show that the merging passage 23AD and the merging passage 23BC communicate with each other via the bridge passage 41, but the heat exchanger 43 passes through the EGR passage 42 and the bridge passage 41.
  • the horizontal axis represents the passage diameter of the bridge passage 41, and the vertical axis represents the maximum value of the exhaust pulse.
  • a curve e1 represents a change in the maximum value of the exhaust pulse when the vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 is 50%
  • a curve e2 represents a vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 of 60. It represents the change in the maximum value of the exhaust pulse when%.
  • a curve e3 represents a change in the maximum value of the exhaust pulse when the vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 is 70%
  • a curve e4 represents a vane opening ratio in the turbocharger supercharger 19 of 80%. It represents the change in the maximum value of the exhaust pulse when%.
  • the engine speed is a high speed (for example, 3600 rpm).
  • the passage diameter So represents the passage diameter of the bridge passage 41.
  • the minimum value of the output torque described above. Cannot be obtained, and the maximum value of the exhaust pulse cannot be reduced below the allowable value.
  • Step S6 of the flowchart is a control step in which not only the first on-off valve V1 but also the third on-off valve V3 is opened to lower the maximum value of the exhaust pulse to less than the pressure resistance.
  • the heat exchanger 43 communicates with the bridge passage 41 via the EGR passage 42, and the passage volume in the heat exchanger 43 is used to reduce the maximum value of the exhaust pulse.
  • the passage diameter of the bridge passage 41 is small, the maximum value of the exhaust pulse can be reduced and a large turbine driving force can be obtained in the high rotation high load region G3.
  • the low load region G4 in which exhaust gas recirculation is performed is a region in which exhaust gas is desirably recirculated to purify exhaust gas, but there is a possibility that air in the intake passage 17 may flow backward to the EGR passage 42.
  • a curve Q in the graph of FIG. 8A shows a change in pressure in the intake passage 17 downstream from the intercooler 46 when exhaust gas is sent from only the merging passage 23AD to the EGR passage 42 and the intake passage 17.
  • the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the pressure.
  • a curve V shows a change in the pressure in the EGR passage 42 downstream from the heat exchanger 43 when it is sent from only the merge passage 23AD to the EGR passage 42 and the intake passage 17.
  • the pressure in the intake passage 17 may exceed the pressure in the EGR passage 42 downstream from the heat exchanger 43. In such a case, the air in the intake passage 17 flows to the EGR passage 42. Backflow.
  • a curve U in the graph of FIG. 8B shows a change in fluid flow rate (unit kg / s) in the EGR passage 42 downstream from the heat exchanger 43.
  • the horizontal axis represents the crank angle, and the vertical axis represents the fluid flow rate.
  • a curve U indicates a change in the fluid flow rate when corresponding to the curve Q in FIG. 8A (that is, when exhaust gas is sent from only the merging passage 23AD to the EGR passage 42 and the intake passage 17), and is below the horizontal axis.
  • a curve U indicates that the air in the intake passage 17 flows backward to the EGR passage 42.
  • Step S7 in the flowchart is a control in which all of the first on-off valve V1, the second on-off valve V2, and the third on-off valve V3 are opened, and exhaust gas is sent from both the junction passages 23AD and 23BC to the EGR passage 42 and the intake passage 17. It is.
  • Such control prevents a back flow from the intake passage 17 to the EGR passage 42 as indicated by a curve W in the graph of FIG. 8C. That is, step S7 is a control step for preventing the backflow from the intake passage 17 to the EGR passage 42.
  • the following effects can be obtained. (1) By closing the second on-off valve V2 and opening the first on-off valve V1 and the third on-off valve V3, the passage volume in the heat exchanger 43 can be used to reduce the maximum value of the exhaust pulse. Thereby, even when the passage diameter of the bridge passage 41 is small, the maximum value of the exhaust pulse can be lowered and a large turbine driving force can be obtained. Therefore, the first on-off valve V1 can be downsized.
  • FIGS. 9 and 10 a second embodiment of FIGS. 9 and 10 will be described.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the opening / closing control of the first opening / closing valve V1 and the second opening / closing valve V2 is performed as in steps S8, S9, S10, S11, S12 in the flowchart of FIG.
  • the control computer C controls the opening / closing of the first on-off valve V1 and the second on-off valve V2 according to the rotational speed N detected by the rotational speed detection device and the load F detected by the load detection device. It is a control device.
  • FIGS. 11A, 11B, 11C, 11D a third embodiment of FIGS. 11A, 11B, 11C, 11D will be described.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the bridge passage 41 is provided with an electric three-way valve V4.
  • the three-way valve V4 receives the rotational position control of the control computer C.
  • the three-way valve V4 includes a rotary valve body 50 in a valve housing 49, and the rotary valve body 50 is provided with three ports 501, 502, and 503 communicating with each other.
  • the valve housing 49 is provided with three valve holes 491, 492, and 493.
  • the valve hole 491 communicates with the merging passage 23AD via the bridge passage 41, and the valve hole 492 communicates with the merging passage 23BC via the bridge passage 41.
  • the valve hole 493 communicates with the EGR passage 42.
  • the three-way valve V4 is controlled to the state shown in FIG. 11D, and the second on-off valve V2 is closed. Controlled. In this state, similarly to step S2 in the flowchart of FIG. 4, the communication between the joining passage 23AD and the joining passage 23BC via the bridge passage 41 is blocked.
  • the three-way valve V4 is controlled to the state shown in FIG. 11C, and the second on-off valve V2 is closed. Controlled. In this state, as in step S4 in the flowchart of FIG. 4, the joining passage 23AD and the joining passage 23BC are communicated via the bridge passage 41, but the communication between the EGR passage 42 and the bridge passage 41 is blocked.
  • the three-way valve V4 is controlled to the state shown in FIG. 11B, and the second on-off valve V2 is closed. Controlled. In this state, the merge passage 23AD and the merge passage 23BC are communicated via the bridge passage 41, and the heat exchanger 43 is communicated to the bridge passage 41 via the EGR passage 42, as in step S6 in the flowchart of FIG.
  • the three-way valve V4 is controlled to the state shown in FIG. 11B, and the second on-off valve V2 is controlled to the open state. Is done. In this state, the merge passage 23AD and the merge passage 23BC are communicated via the bridge passage 41, and the bridge passage 41 and the intake passage 17 are communicated via the EGR passage 42, as in step S7 in the flowchart of FIG.
  • the merge passage 23AD and the merge passage 23BC are communicated via the bridge passage 41
  • the bridge passage 41 and the intake passage 17 are communicated via the EGR passage 42, as in step S7 in the flowchart of FIG.
  • the three-way valve V ⁇ b> 4 is a single switching valve that switches the communication between the EGR passage 42 upstream of the heat exchanger 43 and the bridge passage 41, and the opening and closing of the bridge passage 41, and the EGR passage upstream of the heat exchanger 43. 42 and the bridge passage 41 are connected via a three-way valve V4. That is, the three-way valve V4, which is a switching valve, serves as both the first opening / closing device and the third opening / closing device.
  • the adoption of the three-way valve V4 having such a shared configuration contributes to simplification of the piping configuration of the exhaust gas passage.
  • either one of the exhaust passages 22A and 22D constituting the first connection passage and one of the exhaust passages 22B and 22C constituting the second connection passage may be connected by a bridge passage.
  • the present invention can be applied to a 6-cylinder engine disclosed in Patent Document 1 or a V-type 8-cylinder engine.
  • the cylinders in a 6-cylinder engine may be divided into three groups, and the connecting passages may be led from each group to the turbocharger supercharger.
  • path is connected by the bridge channel
  • the exhaust passage 24 downstream from the turbine section 21 and the bridge passage 41 may be connected by a branch passage, and a third opening / closing device may be provided on the branch passage.
  • the present invention may be applied to a gasoline engine.

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Abstract

　気筒（１１Ａ，１１Ｄ）に通じる合流通路（２３ＡＤ）の途中と、気筒（１１Ｂ，１１Ｃ）に通じる合流通路（２３ＢＣ）の途中とにはブリッジ通路（４１）が接続されており、ブリッジ通路（４１）の途中には第１開閉弁（Ｖ１）が設けられている。ブリッジ通路（４１）と吸気通路（１７）とを繋ぐＥＧＲ通路（４２）には熱交換器（４３）が設けられている。熱交換器（４３）より下流のＥＧＲ通路（４２）には第２開閉弁（Ｖ２）が設けられており、熱交換器（４３）より上流のＥＧＲ通路（４２）には第３開閉弁（Ｖ３）が設けられている。制御コンピュータ（Ｃ）は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、第１開閉弁（Ｖ１）、第２開閉弁（Ｖ２）及び第３開閉弁（Ｖ３）を開閉制御する。これにより、耐排気圧強度より小さい排気圧と、ブリッジ通路の小さい通路径とが達成される。

Description

過給機付き内燃機関
　本発明は、複数の排気ガス導入通路を有するタービン部を備えるターボチャージャ式過給機と、複数の気筒と複数の排気ガス導入通路とを連結する複数の連結通路を有し、内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路とを備えるターボチャージャ式過給機を備えた過給機付き内燃機関に関する。
　内燃機関の吸気効率を高める過給機として、排気流の流勢を利用して過給を行なう排気駆動式のターボチャージャ式過給機が多用されている。例えば、特許文献１参照。特許文献１では、複数の排気通路を統合した２以上の集合管を連通管であるブリッジ通路で連結した排気装置が開示されている。連通管は、バルブによって開閉されるようになっている。特許文献１は、連通管が内燃機関における熱効率の向上に寄与することが記載されている。又、熱効率の向上の寄与を確実にするには、連通管の内径を集合管の内径の２０～１００％に設定すればよいとの旨の記載がなされている。
特開２００１－１６４９３４号公報
　しかし、排気ガスの流勢の利用によってターボチャージャ式過給機を駆動してエンジン出力を向上させようとする場合にも、排気ガスの圧力すなわち排気圧は、排気系パーツ、例えば排気系のシール構造等における耐排気圧強度よりも下げなければならない。排気系パーツにおける耐排気圧強度よりも排気圧を小さくしようとすると、連通管の内径を集合管の内径よりもあまり小さくすることができないが、連通管の内径を大きくすると、連通管を開閉するバルブを大型化しなければならない。そのため、連通管を開閉するバルブの小型化を図るには連通管の内径を小さくする必要がある。しかし、特許文献１に開示の排気装置では、耐排気圧強度よりも排気圧を小さくし、且つ連通管（ブリッジ通路）の内径（通路断面積）を小さくするという両立は、達成できない。
　本発明は、耐排気圧強度よりも小さい排気圧と、ブリッジ通路の小さい通路断面積との達成を目的とする。
　本発明の一態様では、複数の気筒を有する内燃機関と、内燃機関に気体を供給する吸気通路と、複数の排気ガス導入通路を有するタービン部を備えるターボチャージャ式過給機と、複数の気筒と複数の排気ガス導入通路とを連結する複数の連結通路を有し、内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路とを備える過給機付き内燃機関が提供される。内燃機関は、複数の連結通路のうち２つ以上を相互に接続するブリッジ通路と、ブリッジ通路に接続される分岐通路と、ブリッジ通路に設けられてブリッジ通路を開閉する第１開閉装置とを備える。
　１実施形態では、連結通路は、各気筒に連結する複数の連結通路を合流させる合流通路を有している。
　別の実施形態では、分岐通路は、一端がブリッジ通路に接続され、他端が吸気通路に接続されるＥＧＲ通路であり、内燃機関は、ＥＧＲ通路に設けられてＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却する熱交換器と、ＥＧＲ通路において熱交換器の下流に設けられてＥＧＲ通路を開閉する第２開閉装置とをさらに備える。
　別の実施形態では、内燃機関は、熱交換器の上流のＥＧＲ通路を開閉する第３開閉装置をさらに備える。
　別の実施形態では、第１開閉装置と第３開閉装置とは、熱交換器の上流のＥＧＲ通路とブリッジ通路との連通及び遮断、並びにブリッジ通路の開閉を切り換える単一の切り換え弁を構成しており、熱交換器の上流のＥＧＲ通路とブリッジ通路とは、切り換え弁を介して接続されている。
　別の実施形態では、内燃機関は、内燃機関の回転数を検出する回転数検出装置と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出装置と、第２開閉装置及び第１開閉装置の開閉を制御する制御装置とを備え、制御装置は、回転数検出装置により検出された回転数と、負荷検出装置によって検出された負荷とに応じて、第１開閉装置及び第２開閉装置の開閉を制御する。
　さらなる実施形態では、内燃機関の回転数を検出する回転数検出装置と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出装置と、第２開閉装置、第１開閉装置及び第３開閉装置の開閉を制御する制御装置とを備え、制御装置は、回転数検出装置により検出された回転数と、負荷検出装置によって検出された負荷とに応じて、第１開閉装置、第２開閉装置及び第３開閉装置の開閉を制御する。
　別の実施形態では、制御装置は、低負荷領域においては、第１開閉装置、第２開閉装置及び第３開閉装置の全てを開き、低負荷領域よりも高負荷であり、且つ低回転である低回転高負荷領域においては、第１開閉装置、第２開閉装置及び第３開閉装置の全てを閉じ、低負荷領域よりも高負荷であり、且つ低回転高負荷領域よりも回転数の高い中回転高負荷領域においては、第１開閉装置を開くと共に、第２開閉装置及び第３開閉装置を閉じ、低負荷領域よりも高負荷であり、且つ中回転高負荷領域よりも回転数の高い高回転高負荷領域においては、第１開閉装置及び第３開閉装置を開くと共に、第２開閉装置を閉じる。
第１の実施形態を示す内燃機関の全体構成図。 ターボチャージャ式過給機の側断面図。 図２Ａの２Ｂ－２Ｂ線断面図。 エンジン回転数とエンジン負荷とによって表される領域グラフ。 開閉制御プログラムを表すフローチャート。 通路径と出力トルクとの関係を示すグラフ。 通路径と排気パルスの最大値との関係を示すグラフ。 通路径と出力トルクとの関係を示すグラフ。 通路径と排気パルスの最大値との関係を示すグラフ。 連結通路内の圧力変動を示すグラフ。 吸気通路内及びＥＧＲ通路内の圧力変化を示すグラフ。 ＥＧＲ通路内の流体流量の変化を示すグラフ。 ＥＧＲ通路内の流体流量の変化を示すグラフ。 第２の実施形態を示す内燃機関の全体構成図。 開閉制御プログラムを表すフローチャート。 第３の実施形態を示す内燃機関の全体構成図。 三方弁Ｖ４の内部構造を示す断面図。 三方弁Ｖ４の内部構造を示す断面図。 三方弁Ｖ４の内部構造を示す断面図。
　以下、４気筒のディーゼルエンジンに本発明を具体化した第１の実施形態を図１～図８に基づいて説明する。
　図１に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン１０は、図示しないピストンを収容する複数の気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを備えている。気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄを形成するシリンダブロック（図示略）にはシリンダヘッド１２が連結され、シリンダヘッド１２には気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ毎に燃料噴射ノズル１３が取り付けられている。燃料である軽油は、燃料ポンプ１４及びコモンレール１５を経由して燃料噴射ノズル１３へ供給され、燃料噴射ノズル１３は、各気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ内に燃料を噴射する。
　シリンダヘッド１２にはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６には吸気通路１７が接続されており、吸気通路１７の途中にはターボチャージャ式過給機１９のコンプレッサ部２０が設けられている。ターボチャージャ式過給機１９は、排気ガス流によって作動される可変ノズル型過給機であり、ターボチャージャ式過給機１９のコンプレッサ部２０より上流の吸気通路１７内の気体がコンプレッサ部２０へ吸入されて送り出される。
　シリンダヘッド１２には排気通路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが接続されている。排気通路２２Ａ，２２Ｄは、合流して、合流通路２３ＡＤに接続されており、排気通路２２Ｂ，２２Ｃは、合流して、合流通路２３ＢＣに接続されている。合流通路２３ＡＤ及び合流通路２３ＢＣは、ターボチャージャ式過給機１９のタービン部２１に接続されている。排気通路２２Ａ，２２Ｄ及び合流通路２３ＡＤは、タービン部２１に連なる第１連結通路を構成し、排気通路２２Ｂ，２２Ｃ及び合流通路２３ＢＣは、タービン部２１に連なる第２連結通路を構成する。第１連結通路及び第２連結通路は、ディーゼルエンジン１０から排出される排気ガスをタービン部２１に導く排気通路を構成する。
　気筒１１Ａ，１１Ｄから排出された排気ガスは、排気通路２２Ａ，２２Ｄを経由して合流通路２３ＡＤへ送られ、気筒１１Ｂ，１１Ｃから排出された排気ガスは、排気通路２２Ｂ，２２Ｃを経由して合流通路２３ＢＣへ送られる。合流通路２３ＡＤ，２３ＢＣからタービン部２１へ送られた排気ガスは、排気通路２４を経由して大気に放出される。
　図２Ａは、ターボチャージャ式過給機１９の内部構造を示す。コンプレッサ部２０は、コンプレッサハウジング２５と、ロータシャフト２６に止着されたコンプレッサホイール２７とを備え、タービン部２１は、タービンハウジング２８と、ロータシャフト２６に止着されたタービンホイール２９とを備える。コンプレッサハウジング２５とタービンハウジング２８とは、センターハウジング３０を介して連結されている。
　図２Ｂに示すように、タービンハウジング２８内には排気ガス導入通路としての一対のスクロール通路３１ＡＤ，３１ＢＣが設けられている。気筒１１Ａ，１１Ｄから合流通路２３ＡＤを経由してタービン部２１へ送られた排気ガスは、スクロール通路３１ＡＤ及び旋回通路３２に送り込まれてタービンホイール２９の羽根２９１に吹き付けられる。又、気筒１１Ｂ，１１Ｃから合流通路２３ＢＣを経由してタービン部２１へ送られた排気ガスは、スクロール通路３１ＢＣ及び旋回通路３２に送り込まれてタービンホイール２９の羽根２９１に吹き付けられる。これにより、タービンホイール２９、ロータシャフト２６及びコンプレッサホイール２７が一体的に回転する。
　コンプレッサホイール２７は、コンプレッサ部２０より上流の吸気通路１７内の空気をコンプレッサハウジング２５内のコンプレッサ通路２５１へ導入してコンプレッサ部２０より下流の吸気通路１７へ送り出す。
　旋回通路３２の途中には複数のノズルベーン３３が配設されている。図２Ｂに示すように、ノズルベーン３３は、ノズルリング３４に回動可能に支持されている。ノズルベーン３３は、隣り合うノズルベーン３３間の流路断面積を変更可能である。
　図２Ａに示すように、ノズルリング３４に対して回動可能な支軸３５にはアーム３６が止着されており、アーム３６にはユニゾンリング３７が離脱不能に係合されている。センターハウジング３０には支軸３８が回動可能に支持されており、支軸３８の一端には駆動アーム３９が止着されている。駆動アーム３９は、ユニゾンリング３７に係合されており、駆動アーム３９が支軸３８を中心にして回動すると、ユニゾンリング３７が回動する。
　支軸３８の他端に止着された駆動レバー４０は、図示しないアクチュエータの作動によって支軸３８を中心にして回動される。駆動レバー４０が回動されると、駆動アーム３９及びユニゾンリング３７が回動し、アーム３６及びノズルベーン３３が回動される。つまり、ベーン開度が変更される。ベーン開度の増大は、タービン回転速度の低下をもたらし、コンプレッサ部２０より下流側の吸気通路１７における空気流量が減少する。ベーン開度の低減は、タービン回転速度の増大をもたらし、コンプレッサ部２０より下流側の吸気通路１７における空気流量が増大する。
　図１に示すように、合流通路２３ＡＤの途中と合流通路２３ＢＣの途中とにはブリッジ通路４１が接続されており、ブリッジ通路４１の途中には電動式の第１開閉弁Ｖ１が設けられている。ブリッジ通路４１には分岐通路としてのＥＧＲ通路４２の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４２の他端は、吸気通路１７に接続されている。第１開閉弁Ｖ１が閉状態のときには、ブリッジ通路４１を介した合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとの連通が遮断され、第１開閉弁Ｖ１が開状態のときには、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通される。第１開閉弁Ｖ１は、ブリッジ通路４１に設けられてブリッジ通路４１を開閉する第１開閉装置である。
　吸気通路１７の途中にはインタークーラ４６及びスロットル弁４７が設けられている。インタークーラ４６は、吸気通路１７内を流れる空気を冷却し、スロットル弁４７は、気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄへ送られる空気流量を調整するためのものである。スロットル弁４７の開度は、図示しないアクセルペダルの踏み込みに応じて制御される。
　スロットル弁４７の開度は、スロットル開度検出器４５によって検出される。図示しないクランクシャフトの回転角度（クランク角度）は、クランク角度検出器４８によって検出される。スロットル開度検出器４５によって検出されたスロットル開度検出情報、及びクランク角度検出器４８によって検出されたクランク角度検出情報は、制御コンピュータＣに送られる。制御コンピュータＣは、スロットル開度検出情報及びクランク角度検出情報に基づいて、燃料噴射ノズル１３における燃料噴射期間（噴射開始時期及び噴射終了時期）を算出して制御する。又、制御コンピュータＣは、クランク角度検出器４８によって得られるクランク角度検出情報に基づいてエンジン回転数Ｎを算出する。又、制御コンピュータＣは、例えば前記した燃料噴射期間（または燃料噴射量）からエンジン負荷を求める。
　制御コンピュータＣ及びクランク角度検出器４８は、内燃機関の回転数を検出する回転数検出装置を構成する。制御コンピュータＣ、スロットル開度検出器４５及びクランク角度検出器４８は、内燃機関の負荷を検出する負荷検出装置を構成する。
　インテークマニホールド１６には圧力検出器４４が設けられている。圧力検出器４４は、インテークマニホールド１６内の圧力、すなわち過給圧を検出する。圧力検出器４４によって検出された過給圧の情報は、制御コンピュータＣへ送られる。
　制御コンピュータＣは、エンジン回転数やエンジン負荷等に基づいて、予め設定されたマップから目標過給圧を決定する。そして、制御コンピュータＣは、圧力検出器４４によって検出される過給圧が目標過給圧になるように、ターボチャージャ式過給機１９のタービン部２１におけるベーン開度を制御する。
　ＥＧＲ通路４２の途中には熱交換器４３が設けられている。熱交換器４３より下流のＥＧＲ通路４２の途中には電動式の第２開閉弁Ｖ２が設けられており、熱交換器４３より上流のＥＧＲ通路４２の途中には電動式の第３開閉弁Ｖ３が設けられている。第２開閉弁Ｖ２が閉状態のときには、熱交換器４３と吸気通路１７との連通が遮断され、第２開閉弁Ｖ２が開状態のときには、熱交換器４３と吸気通路１７とがＥＧＲ通路４２を介して連通される。第３開閉弁Ｖ３が閉状態のときには、熱交換器４３とブリッジ通路４１との連通が遮断され、第３開閉弁Ｖ３が開状態のときには、熱交換器４３と合流通路２３ＡＤとがＥＧＲ通路４２及びブリッジ通路４１を介して連通される。
　第２開閉弁Ｖ２は、ＥＧＲ通路４２において熱交換器４３の下流に設けられてＥＧＲ通路４２を開閉する第２開閉装置である。第３開閉弁Ｖ３は、熱交換器４３の上流に設けられてＥＧＲ通路４２を開閉する第３開閉装置である。
　第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３は、制御コンピュータＣによって開閉制御される。
　図３は、エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｆとによって表される領域グラフである。領域Ｇ１は、エンジン回転数Ｎが低速のときにターボチャージャ式過給機１９におけるタービン駆動力を大きくすることが望ましい領域である。領域Ｇ２は、気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ内の圧力が許容最大圧力を超えないようにしてターボチャージャ式過給機１９におけるタービン駆動力を大きくすることが望ましい領域である。領域Ｇ３は、排気脈動のパルスのピーク値が許容最大値を超えないようにしてターボチャージャ式過給機１９におけるタービン駆動力を大きくすることが望ましい領域である。領域Ｇ４は、ＥＧＲ通路４２へ排気ガスを送って排気ガス浄化を行なうことが望ましい領域である。
　領域Ｇ４は、低負荷領域であり、領域Ｇ１は、低負荷領域Ｇ４よりも高負荷であり、且つ低回転である低回転高負荷領域である。領域Ｇ２は、低負荷領域Ｇ４よりも高負荷であり、且つ低回転高負荷領域よりも回転数の高い中回転高負荷領域である。領域Ｇ３は、低負荷領域Ｇ４よりも高負荷であり、且つ中回転高負荷領域Ｇ２よりも回転数の高い高回転高負荷領域である。
　図４は、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３を開閉制御する開閉制御プログラムを表すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３の開閉制御を説明する。
　制御コンピュータＣは、算出されたエンジン回転数Ｎと、算出されたエンジン負荷Ｆとの組（Ｎ，Ｆ）が低回転高負荷領域Ｇ１内にあるか否かを判断する（ステップＳ１）。組（Ｎ，Ｆ）が低回転高負荷領域Ｇ１内にある場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３の全てを閉状態にする制御を行なう（ステップＳ２）。この制御により、合流通路２３ＡＤ，２３ＢＣ内の排気ガスがブリッジ通路４１、ＥＧＲ通路４２及び熱交換器４３を経由して吸気通路１７へ送られることはなく、エンジン回転数Ｎが低速のときにも大きなタービン駆動力が得られる。
　ステップＳ１において組（Ｎ，Ｆ）が低回転高負荷領域Ｇ１内にない場合、制御コンピュータＣは、組（Ｎ，Ｆ）が中回転高負荷領域Ｇ２内にあるか否かを判断する（ステップＳ３）。組（Ｎ，Ｆ）が中回転高負荷領域Ｇ２内にある場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、第１開閉弁Ｖ１を開状態とすると共に、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３を閉状態とする制御を行なう（ステップＳ４）。この制御により、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通するが、ブリッジ通路４１内の排気ガスがＥＧＲ通路４２及び熱交換器４３を経由して吸気通路１７へ送られることはない。このような状態では、気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ内の圧力が許容最大圧力を超えず、且つ大きなタービン駆動力が得られる。
　ステップＳ３において組（Ｎ，Ｆ）が中回転高負荷領域Ｇ２内にない場合、制御コンピュータＣは、組（Ｎ，Ｆ）が高回転高負荷領域Ｇ３内にあるか否かを判断する（ステップＳ５）。組（Ｎ，Ｆ）が高回転高負荷領域Ｇ３内にある場合（ステップＳ５においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開状態とすると共に、第２開閉弁Ｖ２を閉状態とする制御を行なう（ステップＳ６）。この制御により、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通し、且つ熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通するが、ブリッジ通路４１内の排気ガスがＥＧＲ通路４２を介して吸気通路１７へ送られることはない。このような状態では、排気脈動のピーク値が許容最大値を超えず、且つ大きなタービン駆動力が得られる。
　ステップＳ５において組（Ｎ，Ｆ）が高回転高負荷領域Ｇ３内にない場合、つまり組（Ｎ，Ｆ）が低負荷領域Ｇ４内にある場合、制御コンピュータＣは、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３の全てを開状態にする制御を行なう（ステップＳ７）。この制御により、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通し、且つ吸気通路１７がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通する。従って、ブリッジ通路４１内の排気ガスがＥＧＲ通路４２を介して吸気通路１７へ送られ、排気ガス再循環を利用した排気ガス浄化が行われる。
　制御コンピュータＣは、前記回転数検出装置により検出された回転数Ｎと、前記負荷検出装置によって検出された負荷Ｆとに応じて、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び記第３開閉弁Ｖ３の開閉を制御する制御装置である。
　図７のグラフにおける曲線Ｐ１は、エンジン回転数Ｎが高回転（例えば３６００ｒｐｍ）のとき、且つ第１開閉弁Ｖ１が開状態のときにおける合流通路２３ＡＤの通路内の圧力変動を示す。横軸は、クランク角度を表し、縦軸は、圧力を表す。曲線Ｐ２は、エンジン回転数Ｎが前記した高回転のとき、且つ第１開閉弁Ｖ１が閉状態のときにおける合流通路２３ＡＤの通路内の圧力変動を示す。第１開閉弁Ｖ１が閉状態のときには、排気パルスの最大値が過大になるが、第１開閉弁Ｖ１を開状態にすれば、排気パルスの最大値を排気パーツ（例えば排気系のシール構造等）の耐圧強度未満に下げることができる。
　フローチャートのステップＳ４は、第１開閉弁Ｖ１のみを開いて排気パルスの最大値を耐圧強度未満に下げる制御ステップである。これにより、エンジン回転数Ｎが中回転である中回転高負荷領域Ｇ２においては、気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ内の圧力が許容最大圧力を超えないで大きなタービン駆動力を得ることができる。
　逆に、エンジン回転数Ｎが低回転である低回転高負荷領域Ｇ１は、排気パーツ（例えば排気系のシール構造等）の耐圧強度に排気パルスの最大値を近づけてタービン駆動力を上げることが望ましい領域であり、フローチャートにおけるステップＳ２は、そのための制御ステップである。これにより、エンジン回転数Ｎが低回転である低回転高負荷領域Ｇ１においても大きなタービン駆動力を得ることができる。
　エンジン回転数Ｎが高回転である高回転高負荷領域Ｇ３では、ブリッジ通路４１の通路断面積が小さい場合には、第１開閉弁Ｖ１のみを開いて排気パルスの最大値を耐圧強度未満にできないおそれがある。
　図５Ａのグラフにおける曲線Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通しており、且つ熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通しているときの、出力トルクの変化を表す。横軸は、ブリッジ通路４１の通路径を表し、縦軸は、出力トルクを表す。曲線Ｔ１は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が５０％のときの出力トルクの変化を表し、曲線Ｔ２は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が６０％のときの出力トルクの変化を表す。曲線Ｔ３は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が７０％のときの出力トルクの変化を表し、曲線Ｔ４は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が８０％のときの出力トルクの変化を表す。
　図５Ｂのグラフにおける曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４は、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通しており、且つ熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通しているときの、排気パルスの最大値の変化を表す。横軸は、ブリッジ通路４１の通路径を表し、縦軸は、排気パルスの最大値を表す。曲線Ｅ１は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が５０％のときの排気パルスの最大値の変化を表し、曲線Ｅ２は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が６０％のときの排気パルスの最大値の変化を表す。曲線Ｅ３は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が７０％のときの排気パルスの最大値の変化を表し、曲線Ｅ４は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が８０％のときの排気パルスの最大値の変化を表す。
　図５Ａ，Ｂのいずれにおいても、エンジン回転数は、高回転数（例えば３６００ｒｐｍ）の場合である。通路径Ｓｏは、ブリッジ通路４１の通路径を表す。
　本実施形態では、ベーン開度割合が６０％のときに要求される出力トルクの最低値が３００Ｎｍであり、且つ排気パルスの最大値の許容値が４５０ｋＰａであるとした場合、ブリッジ通路４１における通路径Ｓｏを必要な値に設定すれば、前記した出力トルクの最低値を得ることができ、しかも排気パルスの最大値を許容値以下にすることができる。
　一方、図６Ａのグラフにおける曲線ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４は、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通しているが、熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通していないときの、出力トルクの変化を表す。横軸は、ブリッジ通路４１の通路径を表し、縦軸は、出力トルクを表す。曲線ｔ１は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が５０％のときの出力トルクの変化を表し、曲線ｔ２は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が６０％のときの出力トルクの変化を表す。曲線ｔ３は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が７０％のときの出力トルクの変化を表し、曲線ｔ４は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が８０％のときの出力トルクの変化を表す。
　図６Ｂのグラフにおける曲線ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４は、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通しているが、熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通していないときの、排気パルスの最大値の変化を表す。横軸は、ブリッジ通路４１の通路径を表し、縦軸は、排気パルスの最大値を表す。曲線ｅ１は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が５０％のときの排気パルスの最大値の変化を表し、曲線ｅ２は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が６０％のときの排気パルスの最大値の変化を表す。曲線ｅ３は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が７０％のときの排気パルスの最大値の変化を表し、曲線ｅ４は、ターボチャージャ式過給機１９におけるベーン開度割合が８０％のときの排気パルスの最大値の変化を表す。
　図６Ａ，Ｂのいずれにおいても、エンジン回転数は、高回転数（例えば３６００ｒｐｍ）である。通路径Ｓｏは、ブリッジ通路４１の通路径を表す。
　図６Ａ，Ｂの場合には、ブリッジ通路４１における通路径Ｓｏを熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通していないときに比べ大きくしないと、前記した出力トルクの最低値を得ることができず、しかも排気パルスの最大値を許容値以下にすることもできない。
　図５Ａ，Ｂの場合と図６Ａ，Ｂの場合とのこのような違いは、熱交換器４３の通路容積を利用するか否かによる。
　フローチャートのステップＳ６は、第１開閉弁Ｖ１のみならず第３開閉弁Ｖ３も開いて排気パルスの最大値を耐圧強度未満に下げる制御ステップである。第３開閉弁Ｖ３を開状態にすると、熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通し、熱交換器４３内の通路容積が排気パルスの最大値の低減に利用される。これにより、ブリッジ通路４１の通路径が小さい場合にも、高回転高負荷領域Ｇ３においては、排気パルスの最大値を下げ、且つ大きなタービン駆動力を得ることができる。
　排気ガス再循環を行なう低負荷領域Ｇ４は、排気ガスを再循環させて排気ガス浄化を行なうことが望ましい領域であるが、吸気通路１７内の空気がＥＧＲ通路４２へ逆流するおそれがある。
　図８Ａのグラフにおける曲線Ｑは、合流通路２３ＡＤのみからＥＧＲ通路４２及び吸気通路１７へ排気ガスを送ったときのインタークーラ４６より下流の吸気通路１７内における圧力の変化を示す。横軸は、クランク角度を表し、縦軸は、圧力を表す。曲線Ｖは、合流通路２３ＡＤのみからＥＧＲ通路４２及び吸気通路１７へ送ったときの熱交換器４３より下流のＥＧＲ通路４２内の圧力の変化を示す。曲線Ｑで示すように、吸気通路１７内における圧力が熱交換器４３より下流のＥＧＲ通路４２内の圧力よりも上回ることがあり、このようなときには、吸気通路１７内の空気がＥＧＲ通路４２へ逆流する。
　図８Ｂのグラフにおける曲線Ｕは、熱交換器４３より下流のＥＧＲ通路４２における流体流量（単位ｋｇ／ｓ）の変化を示す。横軸は、クランク角度を表し、縦軸は、流体流量を表す。曲線Ｕは、図８Ａの曲線Ｑに対応した場合（つまり、合流通路２３ＡＤのみからＥＧＲ通路４２及び吸気通路１７へ排気ガスを送った場合）の流体流量の変化を示し、横軸より下側の曲線Ｕは、吸気通路１７内の空気がＥＧＲ通路４２へ逆流していることを示している。
　フローチャートにおけるステップＳ７は、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２及び第３開閉弁Ｖ３の全てを開いて、合流通路２３ＡＤ，２３ＢＣの両方からＥＧＲ通路４２及び吸気通路１７へ排気ガスを送る制御である。このような制御は、図８Ｃのグラフにおける曲線Ｗのように、吸気通路１７からＥＧＲ通路４２への逆流を防止する。つまり、ステップＳ７は、吸気通路１７からＥＧＲ通路４２への逆流を防止する制御ステップである。
　第１の実施形態では以下の効果が得られる。
　（１）第２開閉弁Ｖ２を閉じて第１開閉弁Ｖ１及び第３開閉弁Ｖ３を開けば、熱交換器４３内の通路容積を排気パルスの最大値の低減に利用することができる。これにより、ブリッジ通路４１の通路径が小さい場合にも、排気パルスの最大値を下げ、且つ大きなタービン駆動力を得ることができる。従って、第１開閉弁Ｖ１の小型化が可能である。
　（２）第３開閉弁Ｖ３がない場合には、第２開閉弁Ｖ２を閉じ、且つ第１開閉弁Ｖ１を開いた状態では、熱交換器４３内の通路容積を排気パルスの最大値の低減に常に利用することになる。このような制御も可能であるが、第３開閉弁Ｖ３の存在は、例えば内燃機関が中回転高負荷領域Ｇ２にあるときのように、内燃機関の回転数Ｎと負荷Ｆとに応じたきめ細かなタービン駆動力制御を可能にする。
　次に、図９及び図１０の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を付し、その詳細説明は省略する。
　第２の実施形態では、第１の実施形態における第３開閉弁Ｖ３がない。この場合には、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２の開閉制御は、図１０のフローチャートにおけるステップＳ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２のように行われる。制御コンピュータＣは、前記回転数検出装置により検出された回転数Ｎと、前記負荷検出装置によって検出された負荷Ｆとに応じて、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２の開閉を制御する制御装置である。
　第３開閉弁Ｖ３がない場合にも、第１の実施形態における（１）項と同様の効果が得られる。
　次に、図１１Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を付し、その詳細説明は省略する。
　図１１Ａに示すように、ブリッジ通路４１には電動式の三方弁Ｖ４が設けられている。三方弁Ｖ４は、制御コンピュータＣの回転位置制御を受ける。図１１Ｂに示すように、三方弁Ｖ４は、バルブハウジング４９内に回転弁体５０を備えており、回転弁体５０には３つのポート５０１，５０２，５０３が互いに連通するように設けられている。バルブハウジング４９には３つの弁孔４９１，４９２，４９３が設けられている。弁孔４９１は、ブリッジ通路４１を介して合流通路２３ＡＤに連通しており、弁孔４９２は、ブリッジ通路４１を介して合流通路２３ＢＣに連通している。弁孔４９３は、ＥＧＲ通路４２に連通している。
　エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｆとの組が低回転高負荷領域Ｇ１（図３参照）にあるときには、三方弁Ｖ４は、図１１Ｄに示す状態に制御され、第２開閉弁Ｖ２は、閉状態に制御される。この状態では、図４のフローチャートにおけるステップＳ２と同様に、ブリッジ通路４１を介した合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとの連通が遮断される。
　エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｆとの組が中回転高負荷領域Ｇ２（図３参照）にあるときには、三方弁Ｖ４は、図１１Ｃに示す状態に制御され、第２開閉弁Ｖ２は、閉状態に制御される。この状態では、図４のフローチャートにおけるステップＳ４と同様に、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通されるが、ＥＧＲ通路４２とブリッジ通路４１との連通が遮断される。
　エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｆとの組が高回転高負荷領域Ｇ３（図３参照）にあるときには、三方弁Ｖ４は、図１１Ｂに示す状態に制御され、第２開閉弁Ｖ２は、閉状態に制御される。この状態では、図４のフローチャートにおけるステップＳ６と同様に、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通され、熱交換器４３がＥＧＲ通路４２を介してブリッジ通路４１に連通される。
　エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｆとの組が低負荷領域Ｇ４（図３参照）にあるときには、三方弁Ｖ４は、図１１Ｂに示す状態に制御され、第２開閉弁Ｖ２は、開状態に制御される。この状態では、図４のフローチャートにおけるステップＳ７と同様に、合流通路２３ＡＤと合流通路２３ＢＣとがブリッジ通路４１を介して連通され、ブリッジ通路４１と吸気通路１７とがＥＧＲ通路４２を介して連通される。
　三方弁Ｖ４は、熱交換器４３の上流のＥＧＲ通路４２とブリッジ通路４１との連通及び遮断、並びにブリッジ通路４１の開閉を切り換える単一の切り換え弁であり、熱交換器４３の上流のＥＧＲ通路４２とブリッジ通路４１とは、三方弁Ｖ４を介して接続されている。つまり、切り換え弁である三方弁Ｖ４は、第１開閉装置と第３開閉装置とを兼ねる。このような兼用構成の三方弁Ｖ４の採用は、排気ガス通路の配管構成の簡素化に寄与する。
　本発明では以下のような実施形態も可能である。
　○第１の実施形態において、第１連結通路を構成する排気通路２２Ａ，２２Ｄのいずれか一方と、第２連結通路を構成する排気通路２２Ｂ，２２Ｃのいずれか一方とをブリッジ通路で繋いでもよい。
　○特許文献１に開示の６気筒エンジン、あるいはＶ形８気筒エンジンに本発明を適用することができる。
　○例えば、６気筒エンジンにおける気筒を３群に分け、各群からそれぞれ連結通路をターボチャージャ式過給機に導くようにしてもよい。この場合、各連結通路は、それらの途中でブリッジ通路によって接続され、各ブリッジ通路には第１開閉装置が設けられる。
　○ターボチャージャ式過給機１９における複数の排気ガス導入通路と複数の気筒とを１対１に連結する複数の連結通路のうち、２つ以上をブリッジ通路によって相互に接続するようにしてもよい。
　○ＥＧＲ通路がない内燃機関において、タービン部２１より下流の排気通路２４とブリッジ通路４１とを分岐通路で繋ぎ、分岐通路上に第３開閉装置を設けるようにしてもよい。
　○ガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

Claims (9)

  1. 　複数の気筒を有する内燃機関と、
    　前記内燃機関に気体を供給する吸気通路と、
    　複数の排気ガス導入通路を有するタービン部を備えるターボチャージャ式過給機と、
    　前記複数の気筒と前記複数の排気ガス導入通路とを連結する複数の連結通路を有し、前記内燃機関から排出される排気ガスが流れる排気通路とを備える過給機付き内燃機関において、
    　前記複数の連結通路のうち２つ以上を相互に接続するブリッジ通路と、
    　前記ブリッジ通路に接続される分岐通路と、
    　前記ブリッジ通路に設けられて前記ブリッジ通路を開閉する第１開閉装置とを備える過給機付き内燃機関。
  2. 　前記連結通路は、各気筒に連結する複数の連結通路を合流させる合流通路を有している請求項１に記載の過給機付き内燃機関。
  3. 　前記分岐通路は、一端が前記ブリッジ通路に接続され、他端が前記吸気通路に接続されるＥＧＲ通路であり、前記内燃機関は、
    　前記ＥＧＲ通路に設けられて前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却する熱交換器と、
    　前記ＥＧＲ通路において前記熱交換器の下流に設けられて前記ＥＧＲ通路を開閉する第２開閉装置と
    をさらに備える請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の過給機付き内燃機関。
  4. 　前記熱交換器の上流の前記ＥＧＲ通路を開閉する第３開閉装置をさらに備える請求項３に記載の過給機付き内燃機関。
  5. 　前記第３開閉装置は、前記熱交換器の上流の前記ＥＧＲ通路に設けられている請求項４に記載の過給機付き内燃機関。
  6. 　前記第１開閉装置と前記第３開閉装置とは、前記熱交換器の上流の前記ＥＧＲ通路と前記ブリッジ通路との連通及び遮断、並びに前記ブリッジ通路の開閉を切り換える単一の切り換え弁を構成しており、前記熱交換器の上流の前記ＥＧＲ通路と前記ブリッジ通路とは、前記切り換え弁を介して接続されている請求項４に記載の過給機付き内燃機関。
  7. 　前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出装置と、
    　前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出装置と、
    　前記第２開閉装置及び前記第１開閉装置の開閉を制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記回転数検出装置により検出された回転数と、前記負荷検出装置によって検出された負荷とに応じて、前記第１開閉装置及び前記第２開閉装置の開閉を制御する請求項３に記載の過給機付き内燃機関。
  8. 　前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出装置と、
    　前記内燃機関の負荷を検出する負荷検出装置と、
    　前記第２開閉装置、前記第１開閉装置及び前記第３開閉装置の開閉を制御する制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、前記回転数検出装置により検出された回転数と、前記負荷検出装置によって検出された負荷とに応じて、前記第１開閉装置、前記第２開閉装置及び前記第３開閉装置の開閉を制御する請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の過給機付き内燃機関。
  9. 　前記制御装置は、
    　低負荷領域においては、前記第１開閉装置、前記第２開閉装置及び前記第３開閉装置の全てを開き、
    　前記低負荷領域よりも高負荷であり、且つ低回転である低回転高負荷領域においては、前記第１開閉装置、前記第２開閉装置及び前記第３開閉装置の全てを閉じ、
    　前記低負荷領域よりも高負荷であり、且つ前記低回転高負荷領域よりも回転数の高い中回転高負荷領域においては、前記第１開閉装置を開くと共に、前記第２開閉装置及び前記第３開閉装置を閉じ、
    　前記低負荷領域よりも高負荷であり、且つ前記中回転高負荷領域よりも回転数の高い高回転高負荷領域においては、前記第１開閉装置及び前記第３開閉装置を開くと共に、前記第２開閉装置を閉じる請求項８に記載の過給機付き内燃機関。
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