(57)【要約】【課題】本発明は、単一の機関内においてブースト回路とＥＧＲ回路を使用するのを可能とする一方、２つの回路間に衝突が生じるリスクを防止し、それぞれの配管及び制御装置が過度に複雑になることを防止する。【解決手段】本発明の装置は、過給内燃機関の吸気口に送られる空気の量を調節する装置であって、前記過給内燃機関は、圧縮される流体のための吸気口を有し、圧縮機を含み供給配管に連結された圧縮部と、排ガスの入口及び膨張した排ガスの出口を有するタービンを含み、膨張した排ガスの配管に連結された膨張部と、を有するターボチャージャーと、圧縮された流体を前記圧縮機の出口から前記タービンの入口へ移送し、圧縮された流体の前記タービンへの移送を制御するための絞り手段を含む移送配管と、備え、前記タービンの前記排ガス出口と、前記圧縮機の前記吸気口との間に排気再循環配管を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給内燃機関の吸気口に送られる空気の量を調節する装置であって、
前記過給内燃機関は、
圧縮される流体のための吸気口（３８）を有し、少なくとも１つの圧縮機（２６）を含み、供給配管（４０）に連結された圧縮部（２４）と、少なくとも１つの排ガスの入口（３２）及び膨張した排ガスの出口（３４）を有する、少なくとも１つのタービン（２２）を含み、膨張した排ガスの配管（３６）に連結された膨張部（２０）と、を有する少なくとも１つのターボチャージャー（１８）と、
圧縮された前記流体を前記圧縮機の出口から前記少なくとも１つのタービンの入口へ移送する移送配管（４６）であって、圧縮された前記流体の前記タービンへの移送を制御するための絞り手段（５２）を含む移送配管（４６）と、
を備え、
前記タービン（２２）の前記排ガスの出口（３４）と、前記圧縮機（２６）の前記吸気口（３８）との間に排気再循環配管（５６）を備えている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記排気再循環配管（５６）は、膨張した前記排ガスの配管（３６）との交点（５８）から始まり、前記供給配管（４０）との交点（６０）で終わることを特徴とする、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記排気再循環配管（５６）は、この配管内の前記排ガスの再循環を制御する絞り手段（６２）を有することを特徴とする、
請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記膨張した排ガスの配管（３６）との前記交点（５８）よりも下流側に配置され、前記排気再循環配管（５６）に前記排ガスを強制的に流し込む、追加の絞り手段（６１）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜３の何れか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記供給配管（４０）との前記交点（６０）よりも上流側に配置され、前記排気再循環配管（５６）に前記排ガスを強制的に流し込む、追加の絞り手段（６３）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜４の何れか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記絞り手段は、比例弁（６２）を有することを特徴とする、
請求項２〜５の何れか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記タービン（２２）から流れて来る前記排ガスを冷却する熱交換機（６６）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜６の何れか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記タービンから出る前記排ガスのための後処理手段（６４）を備えていることを特徴とする、
請求項１〜７の何れか１項に記載の装置。
【請求項９】
過給内燃機関の吸気口に送られる空気の量を調節する方法であって、
前記過給内燃機関は、
圧縮される流体のための吸気口（３８）を有し、少なくとも１つの圧縮機（２６）を含む圧縮部（２４）と、少なくとも１つの排ガスの入口（３２）及び膨張した排ガスの出口（３４）を有する、少なくとも１つのタービン（２２）を含む膨張部（２０）と、を有する少なくとも１つのターボチャージャー（１８）と、
圧縮された前記流体を前記圧縮機の出口から前記少なくとも１つのタービンの入口へ移送する移送配管（４６）であって、圧縮された前記流体の前記タービンへの移送を制御するための絞り手段（５２）を含む移送配管（４６）と、
を備え、
前記タービン（２２）から出る前記排ガスの一部が進路を変えられ、前記圧縮機（２６）の前記吸気口に送られることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記タービン（２２）と前記圧縮機（２６）との間の前記排ガスの再循環は、絞り手段（６２、６１、６３）によって制御されることを特徴とする、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか１項に記載された前記装置及び前記方法における、ディーゼル機関への応用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気再循環回路を備える過給内燃機関の吸気口に送られる流体の量を調節する装置及びそれを使用する方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は、内燃機関、特に、自動車若しくは工業用車両又は据置き型機器に使用されるような、ディーゼル機関に適する。
【背景技術】
【０００３】
広く知られているように、内燃機関によって供給される動力は、燃焼室に送られる空気の量に依存する。空気の量自体は、この空気の密度に比例する。
【０００４】
したがって、通常、この燃焼室に外気を流入させる前に外気を圧縮することによってこの空気量を増やしている。この工程は、過給と呼ばれ、ターボチャージャー又は遠心圧縮機若しくは容積式圧縮機でもよい被駆動圧縮機のような、任意の手段を使用して実行することができる。
【０００５】
ターボチャージャーを使用しての過給の場合、後者は回転圧縮機にシャフトによって連結された回転単流タービン又は回転複流タービンを有する。機関からの排ガスは、タービンを通って流れ、次いでタービンが回転させられる。その後、この回転は、圧縮機に伝達され、圧縮機が回転することによって、外気が燃焼室に送られる前に外気が圧縮される。
【０００６】
フランス特許出願第２４７８７３６号においてより詳細に記載されているように、機関の圧縮室内におけるこの圧縮空気量を著しく増やすことができるように圧縮機による外気の圧縮をさらに向上させることが企図されている。
【０００７】
これは、特にタービンの回転速度、したがって圧縮機の回転速度を高めることによって実現される。
【０００８】
したがって、圧縮機から出る圧縮空気の一部は、排ガスと混合されつつ直接タービン入口に導入されるようにブースト回路として知られている流体増圧回路を使用して進路を変えられる。次いで、このタービンを大量の流体（圧縮空気と排ガスの混合気体）が横切り、それによって、タービンの回転速度、したがって圧縮機の回転速度を増大させることが可能になる。したがって、このように圧縮機速度が増大すると、この圧縮機内で圧縮される外気が機関の燃焼室に送られる前に外気の圧力を上昇させることが可能になる。
【０００９】
したがって、圧縮空気はより高密度を有し、それによって、燃焼室内に含まれる空気の量を増やすことが可能になる。
【００１０】
この種の過給機関は、据置き型であるが、些細とは言えないいくつかの欠点を有する。
【００１１】
したがって、流体増圧回路（ブースト回路）に関する主要な問題の１つは、機関吸気口への排気再循環（ＥＧＲ）との適合性にある。
【００１２】
実際には、大部分のディーゼル機関は、排ガス源でのＮＯｘ排出量を制限するＥＧＲ回路と呼ばれる排気再循環回路を備えている。
【００１３】
一般に、排気再循環は、機関出口で排ガスを収集して吸気圧縮機から下流側に送るＥＧＲ回路によって実現される。
【００１４】
再循環される排ガスの循環は、流体増圧回路から進路を変えられる空気の循環とはまったく逆であるので、２つの回路間に衝突が生じて効果が打ち消されるリスクがある。したがって、ブースト回路とＥＧＲ回路とを適合させる特定のエアループ構造を定義する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、単一の機関内においてブースト回路とＥＧＲ回路を使用するのを可能とする一方、２つの回路間に衝突が生じるリスクを防止し、それぞれの配管及び制御装置が過度に複雑になることを防止する、最適化されたエアループ及び排気再循環構造に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
したがって、本発明は、過給内燃機関の吸気口に送られる空気の量を調節する装置であって、前記過給内燃機関は、圧縮される前記流体のための吸気口を有し、少なくとも１つの圧縮機を含み、供給配管に連結された圧縮部と、少なくとも１つの排ガスの入口及び膨張した排ガスの出口を有する、少なくとも１つのタービンを含み、膨張した排ガスの配管に連結された膨張部と、を有する少なくとも１つのターボチャージャーと、圧縮された前記流体を前記圧縮機の出口から前記少なくとも１つのタービンの入口へ移送する移送配管であって、圧縮された前記流体の前記タービンへの移送を制御するための絞り手段を含む移送配管と、を備え、前記タービンの前記排ガスの出口と、前記圧縮機の前記吸気口との間に排気再循環配管を備えていることを特徴とする装置に関する。
【００１７】
排気再循環配管は、膨張した排ガスの配管との交点から始まり、供給配管との交点で終わるようにすることができる。
【００１８】
排気再循環配管は、この配管内の排ガスの再循環を制御する絞り手段を有することができる。
【００１９】
この装置は、膨張した排ガスの配管との交点よりも下流側に配置され、排気再循環配管に排ガスを強制的に流し込む、追加の絞り手段を備えることができる。
【００２０】
この装置は、供給配管との交点よりも上流側に配置され、排気再循環配管に排ガスを強制的に流し込む、追加の絞り手段を備えることができる。
【００２１】
この絞り手段は、比例弁を有することができる。
【００２２】
この装置は、タービンから流れて来る排ガスを冷却する熱交換機を備えるができる。
【００２３】
この装置は、タービンから出る排ガスのための後処理手段を備えることができる。
【００２４】
また、本発明は、過給内燃機関の吸気口に送られる空気の量を調節する方法であって、前記過給内燃機関は、圧縮される前記流体のための吸気口を有し、少なくとも１つの圧縮機を含む圧縮部と、少なくとも１つの排ガスの入口及び膨張した排ガスの出口を有する、少なくとも１つのタービンを含む膨張部と、を有する少なくとも１つのターボチャージャーと、圧縮された前記流体を前記圧縮機の出口から前記少なくとも１つのタービンの入口へ移送する移送配管であって、圧縮された前記流体の前記タービンへの移送を制御するための絞り手段を含む移送配管と、を備え、前記タービンから出る前記排ガスの一部が進路を変えられ、前記圧縮機の前記吸気口に送られることを特徴とする方法に関する。
【００２５】
タービンと圧縮機との間の排気再循環は、絞り手段によって制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】直噴式内燃機関、特にディーゼル型の直噴式内燃機関の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の他の特徴及び利点は、ブースト回路とＥＧＲ回路とを有する内燃機関を示す添付の単一の図を参照しながら非制限的な例を介して与えられる以下の説明を読むことによって明らかになろう。
図１において、内燃機関１０は、直噴式内燃機関、特にディーゼル型の直噴式内燃機関であるが、これによって他の種類の内燃機関が排除されることはない。
【００２８】
この機関は、吸気管を制御し吸気マニホールド１４まで延びる少なくとも１つの吸気弁を含む吸気手段（不図示）と、それぞれが排気管を制御し排気マニホールド１６まで延びる少なくとも１つの排気弁を含む排ガス用の排気手段（不図示）とを気筒ごとに含む少なくとも２つの気筒１２、ここでは４つの気筒、を備えている。
【００２９】
吸気マニホールド１４及び排気マニホールド１６は、吸気マニホールド１４に送られる空気を圧縮するのに使用されるターボチャージャー１８に連結されている。
【００３０】
図１に示されているように、ターボチャージャーは、シングルスクロールターボチャージャーであるが、本発明はそのようなターボチャージャーに限定されず、ツインスクロールターボチャージャー、または場合によっては、ｎ個のスクロールを有するターボチャージャーにも適用可能である。この場合、ｎは２以上である。
【００３１】
この種のシングルスクロールターボチャージャーは、少なくとも１つの膨張タービン２２を含む膨張部２０と、シャフト２８によってタービンに回転可能に連結された少なくとも１つの圧縮機２６を含む圧縮部２４とを備えている。
【００３２】
タービンは、排気マニホールドをタービン入口３２に連結する排ガス配管３０を通して排気マニホールドから流れて来る排ガスによって掃気される。
【００３３】
タービンの排ガスの出口３４は、膨張した排ガスの配管３６を通して機関排気管に従来のように連結されている。
【００３４】
ターボチャージャーの圧縮機２６は、後述のように、外気又は空気及び排ガスの混合気体を送る供給配管４０によって供給される流体吸気口３８を有している。この圧縮機における圧縮された流体の出口４２は、圧縮された流体の配管４４によって吸気マニホールド１４に連結されている。
【００３５】
有利なことに、圧縮機２６と吸気マニホールド１４との間の配管４４上に冷却用交換機（不図示）を設けることができる。
【００３６】
図をよく見るとわかるように、移送配管４６は、圧縮機２６から出てタービン入口３２の方へ向かう圧縮空気（または空気及び排ガスの混合気体）の一部を循環させる。
【００３７】
より正確に言えば、この部分的な移送配管は、配管４４の交点４８から始まり、別の交点５０から排ガス配管３０に連結されており、排ガス配管３０はタービン入口まで延びている。
【００３８】
この移送配管４６は、当業者に公知とされる任意の手段により制御される比例弁のような絞り手段５２を保持している。したがって、この弁は、点４８と点５０との間のこの配管内の圧縮空気の循環を制御するのを可能にする。
【００３９】
この配管は、また、排ガス配管３０から圧縮された流体の配管４４への排気循環を防止する逆止め弁５４を有している。
【００４０】
したがって、ブースト回路と呼ばれるこの流体増圧回路は、配管４４の一部（圧縮機出口４２と配管４４上の交点４８との間）、弁５２及び逆止め弁５４を有する移送配管４６、並びに、交点５０とタービン入口３２との間の配管３０の部分を有している。
【００４１】
有利なことに、排気側の高温に対する逆止め弁５４の耐性に応じて逆止め弁５４よりも上流側又は下流側に、弁５２が配置されてもよい。
【００４２】
この機関は、また、タービン２２からの膨張した排ガスを送る配管３６の点５８から始まりかつ圧縮機２６の供給配管４０との交点６０まで延びる再循環排気配管５６を有している。この配管は、配管内の排気循環を制御するのを可能にする比例弁のような絞り手段６２を保持している。
【００４３】
これらの絞り手段は、排ガスを配管５６に強制的に送り込むのを可能にする、点５８から下流側に配置された比例弁（弁６１）及び／又は点６０から上流側に配置された比例弁（弁６３）のような、絞り手段６１、６３によって補助することができる。
【００４４】
したがって、追加の弁６１に関して、この弁の開閉度によって、交点５８の後のガスの流れ、したがって、配管５６の方へ進路を変えられるガスの流れを制御することが可能になる。
【００４５】
弁６３の開閉度によって、圧縮機吸気口と点６０との間の配管４０内の圧力低下を変化させることが可能になり、それによって、排ガスの流れが点６０から制御される。
【００４６】
タービン２２の排ガス出口３４と配管５６との交点５８との間の排ガス配管３６上に排ガス後処理手段６４が設けられることが好ましい。
【００４７】
（場合によっては粒子フィルタと組み合わされる）排ガス浄化触媒のような、この後処理手段は、出口において汚染物質の大部分を除去し、圧縮機を詰まらせる可能性のある汚染物質を事実上含まない排ガスを得るのを可能にする。
【００４８】
有利なことに、配管５６は、再循環された排ガスが点６０において空気と混合される前にこの排ガスを冷却する熱交換機６６を保持することができる。
【００４９】
したがって、これによって、タービン出口３４と交点５８との間の配管３の部分と、弁６２（及び場合によっては熱交換機）を有する配管５６と、交点６０と圧縮機２６の吸気口３０との間の配管４０の部分とを有する、低圧ＥＧＲ回路と呼ばれる排気再循環回路が形成される。
【００５０】
動作時に各気筒において大量の空気が必要とされる場合、ブースト回路の弁５２の開きは移送配管４６を通してタービン２２内に圧縮機２６から圧縮空気を送り込むように制御され、ＥＧＲ回路の弁６２が閉じは付随して制御される。
【００５１】
圧縮機２６から出る圧縮空気は、タービン２２の入口３２に到達する前に配管４６次いで配管３６内を循環し、したがって、このタービンに対して余剰な流体供給を行う。
【００５２】
したがって、タービンには、排気マニホールド１６からの排ガスだけでなく、このガスとともに流れる圧縮空気も横切る。したがって、タービンの回転数が増し、それによって、圧縮機の回転数が増し、その結果としてこの圧縮機から出る圧縮空気の圧力が上昇する。
【００５３】
この構成では、機関は、弁６２が閉じてからＥＧＲなしで動作する。
【００５４】
燃焼温度、したがってＮＯｘ排出量を制限するために排気再循環を利用する場合、ブースト回路の弁５２が閉じられ、ＥＧＲ回路の弁６２が開かれる。
【００５５】
機関吸気口における再循環される排ガスの所望の割合に従って、点６０から上流側及び／又は点６０から上流側に配置された追加の絞り手段は、排ガスを強制的に配管５６に送り込むように制御することができる。
【００５６】
したがって、タービン２２から出る排ガスの一部は、配管５６に送り込まれ、圧縮機２６の吸気口３８に導入される前に配管４０の空気と混合される。
【００５７】
したがって、圧縮空気と排ガスの混合気体は、吸気マニホールド１４に送られ、気筒１２に供給される。
【００５８】
ＥＧＲ回路及びブースト回路の最適化された同時動作のために、弁５２及び６２は開かれている。
【００５９】
前述のように、追加の絞り手段は、再循環される排ガスの所望の割合に応じて制御することができる。
【００６０】
したがって、圧縮機２６から出る圧縮ガス（空気＋排ガス）は、移送配管４６内を循環してタービン２２の入口３２に達し、そこでこのタービンに対して余剰な流体供給が行われる。同時に、タービン２２からの膨張した排ガスは、圧縮機に送られる前に供給配管４０内を流れる空気と混合されるように配管５６に送られる。
【００６１】
したがって、外気流と排ガス流が同時に増すことに伴って混合気体の量が増すことなしに機関の各気筒に送られる排ガスの量を著しく増やすことが可能となる。
【００６２】
さらに、ブースト回路とＥＧＲ回路を協働させることによって、排ガス源における機関排出量の削減についての性能を向上させることができる。
【００６３】
さらに、ブースト回路によって変わる排ガス流の進路を制御することは、また、ＥＧＲ率の調節の自由度も増すことに留意されたい。
【００６４】
したがって、ブースト調整とＥＧＲ調整とを組み合わせることによって、気筒数に関連するＥＧＲガス量を調整することが可能になる。
【図１】
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