(57)【要約】【課題】内燃エンジンにおいて、比較的低温且つクリーンな再循環排気ガスを軽負荷／低速エンジン条件で吸気マニホルド中に供給することができるようにする。【解決手段】内燃エンジン（１０）の吸気マニホルド（１６）は、第１の圧縮機（４４）を作動させて排気ガスによって希釈された新気を圧縮してこれを吸気マニホルド中に吐出し、その間、第２の圧縮機（２４Ｃ）を作動させて非希釈状態の新気を圧縮してこれを、第２の圧縮機から吸気マニホルド中への方向における流れを可能にするが、その逆の方向の流れを可能にしない装置（４０）を通って、吸気マニホルド中に吐出するよう過給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンであって、
前記エンジンを作動させるために燃料の燃焼が内部で生じるエンジンシリンダと、
吸気マニホルドを有し、燃料の前記燃焼を援助するために空気が前記吸気マニホルドを通って前記エンジンシリンダに入る給気系統と、
燃焼より生じた排気ガスを前記エンジンシリンダから運び出す排気系統と、を備え、
前記吸気系統は、前記吸気マニホルドに至る互いに平行な第１及び第２の流路に通じる新気入口を更に有し、
前記第１の流路は、前記排気系統を通って運ばれている排気ガスによって作動されるタービンを備えたターボ過給機の圧縮機と、前記圧縮機によって圧縮された空気を通す熱交換機とを有し、
前記第２の流路は、前記新気入口を弁の第１の入口ポートに連通させる最初の部分を有し、前記弁は、第２の入口ポートと、出口ポートと、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れの相対的比率を選択的に設定して前記出口ポートから出る組み合わせ流の状態にするための機構体とを更に有し、
前記エンジンはさらに、前記排気系統からの排気ガスを前記弁の前記第２の入口ポートまで運ぶＥＧＲ流路を備え、
前記第２の流路は、前記弁の前記出口ポートからの流れを圧縮する容量形ポンプと、熱交換機とを有する最後の部分を有し、前記容量形ポンプからの圧縮流は、前記熱交換機を通って前記吸気マニホルドに至る、
ことを特徴とする内燃エンジン。
【請求項２】
前記吸気マニホルドから前記第１の流路への逆方向流れを阻止する逆方向流れ防止装置を更に有する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項３】
前記逆方向流れ防止装置は、前記吸気マニホルド中への順方向流れを可能にし、前記吸気マニホルドからの逆方向流れを不可能にする逆止弁から成る、
請求項２記載の内燃エンジン。
【請求項４】
前記容量形ポンプは、前記エンジンによって機械的に駆動される、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項５】
前記ＥＧＲ流路は、前記ターボ過給機の前記タービンの下流側に配置された前記排気系統の穿孔箇所を有する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項６】
前記排気系統は、前記タービンの下流側に設けられた少なくとも１つの排気ガス後処理装置を含み、前記排気系統の穿孔箇所は、前記少なくとも１つの排気ガス後処理装置の下流側に配置されている、
請求項５記載の内燃エンジン。
【請求項７】
前記弁は、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れが互いに鋭角をなして接近するようにするＹ形本体を有し、前記弁の前記機構体は、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れを選択的に逸らすことにより、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れの相対的比率を選択的に設定して前記出口ポートから出る前記組み合わせ流の状態にするよう選択的に位置決め可能な羽根を有する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項８】
前記羽根は、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れの方向を表す想像ベクトルを含む平面に垂直な軸線回りに旋回するよう構成されている、
請求項７記載の内燃エンジン。
【請求項９】
前記新気入口に流入する新気を濾過するよう設けられた空気フィルタと、前記第１及び前記第２の流路中に逸れる前に前記空気フィルタから出る空気流量を測定するよう設けられた空気質量流量測定装置とを更に有する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項１０】
前記ＥＧＲ流路は、前記吸気マニホルドに再循環されるべき排気ガスの全量を提供する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項１１】
前記排気マニホルドから出た前記排気ガス全量は、前記ターボ過給機を通って流れる、
請求項１０記載の内燃エンジン。
【請求項１２】
前記排気マニホルドから出た前記排気ガス全量は、前記ターボ過給機を通って流れる、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項１３】
前記ＥＧＲ流路は、前記排気系統と前記弁の前記第２の入口ポートとの間に設けられたＥＧＲクーラを有する、
請求項１記載の内燃エンジン。
【請求項１４】
内燃エンジンの吸気マニホルドを超大気圧まで過給する方法であって、
第１の圧縮機を作動させて排気ガスによって希釈された新気を圧縮してこれを前記吸気マニホルド中に吐出する一方で、第２の圧縮機を作動させて非希釈状態の新気を圧縮してこれを、前記第２の圧縮機から前記吸気マニホルド中への方向における流れを可能にするが、その逆の方向の流れを不可能にする装置を通って、前記吸気マニホルド中に吐出するステップを有する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記第１の圧縮機の作動ステップは、前記第１の圧縮機を前記エンジンのクランクシャフトからのトルクによって機械的に駆動するステップから成る、
請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の圧縮機を前記エンジンのクランクシャフトからのトルクによって機械的に駆動する前記ステップは、容量形スクリューポンプを駆動して排気ガスによって希釈された新気を圧縮してこれを前記吸気マニホルド中に吐出するステップから成る、
請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の圧縮機の作動ステップは、前記エンジンの排気系統を通る排気ガス流によって作動されるタービンによって前記第２の圧縮機を機械的に駆動するステップから成る、
請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記エンジンの排気系統を通る排気ガス流によって作動されるタービンによって前記第２の圧縮機を機械的に駆動する前記ステップは、ウエイストゲート型タービンによって前記第２の圧縮機を駆動するステップから成る、
請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
排気ガスによって希釈された新気をＹ形本体を有する弁を通って前記第１の圧縮機に送り出すステップを更に有し、前記Ｙ形本体により、前記Ｙ形本体の第１の入口ポートに送り出された新気と前記Ｙ形本体の第２の入口ポートに送り出された排気ガスが鋭角をなして互いに接近し、前記Ｙ形本体内に設けられている羽根を選択的に位置決めして前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入した新気及び排気ガスの相対的比率を設定し、それにより前記Ｙ形本体の出口ポートから出る組み合わせ流の状態にするステップを更に有する、
請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
前記Ｙ形本体内の前記羽根を選択的に位置決めする前記ステップは、前記羽根を、前記第１の入口ポート及び前記第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れの方向を表す想像ベクトルを含む平面に垂直な軸線回りに選択的に位置決めするステップから成る、
請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容、即ち本発明は、吸気マニホルド中に超大気圧、即ちブースト圧力を生じさせる過給装置を有し、排気管エミッション制御方式の一コンポーネントとして排気ガス再循環（ＥＧＲ）を利用する自動車推進用の内燃エンジン、例えばディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機付きディーゼルエンジンの一のＥＧＲ方式は、排気マニホルドのところ又はその近くにエンジン排気系統の穿孔箇所を有する高圧ＥＧＲループの利用を含む。ＥＧＲ弁は、エンジン吸気系統中のミキサへの再循環排気ガスの流れを制御し、排気ガスは、このミキサ内においてターボ過給機付き圧縮機によって圧縮された新気と混じり合い、その後混合気は、エンジンシリンダのために働く吸気系統に流入する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
新気中への排気ガスの制御された量を計量することにより、ＥＧＲ弁は、空気を効果的に希釈して燃焼に起因したシリンダ内温度上昇が、このような希釈が行われない状態で生じる上昇から制限されるようにする。その結果、燃焼に起因して生じる排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量も又制限される。
【０００４】
高圧ＥＧＲループのための排気ガスは、それほど冷却が行われない状態でエンジン排気系統から直接調達されるので、このような排気ガスは、極めて高温であり、それにより、ＥＧＲ弁を含む再循環経路は、新気と混ざり合う排気ガスをこれが吸気系統中で新気と同伴する前に適切に冷却することができるほど十分放熱を行わざるを得ない。
【０００５】
適度な冷却を行うために、再循環経路は、典型的には、ＥＧＲクーラとして機能する気−液形熱交換機を有する。必要な冷却の度合い又は量が多ければ多いほど、ＥＧＲクーラの放熱容量がそれだけ一層大きくなり、ＥＧＲ弁がＥＧＲクーラの上流側に位置している場合、ＥＧＲ弁は、排気マニホルドから出る高温排気ガスにさらされる。また、再循環経路中のＥＧＲクーラの使用により、排気ガス中の成分の凝縮の恐れが生じ、それにより、最終的に、ＥＧＲコンポーネントのファウリングが生じる場合がある。
【０００６】
ターボ過給機付きディーゼルエンジンのもう１つのＥＧＲ方式は、ターボ過給機タービンの下流側に位置したエンジン排気系統の穿孔箇所を有する低圧ＥＧＲループの利用を含む。ＥＧＲ弁がこの場合も又、エンジン吸気系統中のミキサへの再循環排気ガスの流れを制御するが、ミキサは、ターボ過給機圧縮機の上流側に位置しており、それにより、圧縮機は、新気の量だけでなく追加のＥＧＲの量を取り扱うのに足るほど大きなサイズのものである必要がある。多量のＥＧＲの場合、これは、潜在的なターボ過給機ミスマッチの問題を生じさせ、ターボ過給機応答に悪影響を及ぼす場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示内容に係る内燃エンジンは、エンジンシリンダを有し、エンジンを作動させるために燃料の燃焼がエンジンシリンダ内で生じ、内燃エンジンは、吸気マニホルドを有する吸気系統を更に有し、燃料の燃焼を援助するために空気が吸気マニホルドを通ってエンジンシリンダに入り、内燃エンジンは、燃焼より生じた排気ガスをエンジンシリンダから運び出す排気系統を更に有する。
【０００８】
吸気系統は、吸気マニホルドに至る互いに平行な第１及び第２の流路に通じる新気入口を更に有する。
【０００９】
第１の流路は、排気系統を通って運ばれている排気ガスによって作動されるタービンを備えたターボ過給機の圧縮機と、圧縮機によって圧縮された空気を通す熱交換機とを有する。
【００１０】
第２の流路は、新気入口を弁の第１の入口ポートに連通させる最初の部分を有し、弁は、第２の入口ポートと、出口ポートと、第１の入口ポート及び第２の入口ポートに流入したそれぞれの流れの相対的比率を選択的に設定して出口ポートから出る組み合わせ流の状態にするための機構体とを更に有する。
【００１１】
ＥＧＲ流路が排気系統からの排気ガスを弁の第２の入口ポートまで運ぶ。第２の流路は、弁の出口ポートからの流れを圧縮する容量形ポンプと、熱交換機とを有する最後の部分を有し、容量形ポンプからの圧縮流は、熱交換機を通って吸気マニホルドに至る。
【００１２】
また、本開示内容に係る内燃エンジンの吸気マニホルドを超大気圧まで過給する方法は、第１の圧縮機を作動させて排気ガスによって希釈された新気を圧縮してこれを吸気マニホルド中に吐出する一方で、第２の圧縮機を作動させて非希釈状態の新気を圧縮してこれを、第２の圧縮機から吸気マニホルド中への方向における流れを可能にするが、その逆の方向の流れを不可能にする装置を通って、吸気マニホルド中に吐出するステップを有する。
【００１３】
上述の発明の概要に伴って、以下の図面を参照して行われる以下の詳細な説明に開示内容の詳細が記載されており、図面は、本開示内容の一部をなしている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示内容に関連したディーゼルエンジン及びコンポーネントを示す略図である。
【図２】図１の一部の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、エンジンシリンダ１２を形成するよう互いに組み立てられた構造コンポーネントを有するエンジン１０を示しており、ピストン、コネクティングロッド及びクランクシャフトを有する機械式機構体を作動させるよう燃料の燃焼がこれらエンジンシリンダ１２内で起こる。燃料の燃焼を援助する新気が吸気系統１４を通ってシリンダ１２に送り込まれ、吸気系統は、シリンダ１２のために働く吸気マニホルド１６を有する。
【００１６】
排気系統１８は排気マニホルド２０を有し、燃焼により生じたシリンダ１２からの排気ガスがこの排気マニホルド２０のところで排気系統に流入し、このような排気系統は、このような排気ガスを排気管２２まで運搬し、排気ガスは、この排気管を通って周囲大気に流れる。排気マニホルド２０から出た排気ガスは、ターボ過給機２４を通り、その後、１つ又は２つ以上の排気ガス後処理装置２６を通過し、次に排気管２２を通って流れる。排気ガス後処理装置の例は、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）及びディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）である。
【００１７】
ターボ過給機２４は、ウエイストゲート型ターボ過給機として示されており、このターボ過給機は、ウエイストゲート２４Ｗによって分路されたタービン２４Ｔを有し、ウエイストゲート２４Ｗは、タービン２４Ｔを通過する排気ガスの量及びタービン２４Ｔをバイパスする排気ガスの量をそれぞれ設定する。タービン２４Ｔを通過する量の排気ガスは、タービン２４Ｔを作動させ、その結果、吸気系統１４内に配置されているターボ過給機圧縮機２４Ｃを作動させ、タービン２４Ｔは、このターボ過給機圧縮機２４Ｃに機械的に結合されている。
【００１８】
吸気系統１４は、互いに平行な第１の流路３０及び第２の流路３２に通じる新気入口２８を有している。流入した空気流は、これらのそれぞれの流路に分かれる前に、空気フィルタ３４を通過し、次いで、枡エアフロー測定装置３６を通過する。
【００１９】
流路３０は、圧縮機２４Ｃ及び過給クーラ（ＣＡＣ）３８を有し、圧縮機によって圧縮された空気は、このＣＡＣ３８を通過する。ＣＡＣ３８は、圧縮空気を冷却するための気−液型又は気−気型であるのが良い熱交換機である。逆止弁４０が吸気マニホルド１６中に順方向に動くＣＡＣ３８からの空気流を可能にするが、吸気マニホルド１６からの逆方向の流れを阻止する。流路３２は、流れを吸気マニホルド１６まで運ぶために弁４２、スーパチャージャ４４及びインタクーラ４６をこの順序に有している。スーパチャージャ４４は、エンジンクランクシャフトのシャフト外端部４８から得られるトルクによって機械的に駆動される容量形回転ポンプ、例えばスクリュー式ポンプから成る。図１は、シャフト外端部４８及びスーパチャージャポンプに設けられたそれぞれのシーブを互いに結合するベルト駆動装置としての機械式駆動装置５０の一例を示している。インタクーラ４６は、スーパチャージャ４４によって圧縮された流れを通過させる熱交換機であり、一例として、気−液型熱交換機として記載されている。
【００２０】
排気ガス再循環流路５２が後処理装置２６の下流側に位置する排気系統１８の穿孔箇所のところに入口５４を有している。ここから、流路５２は、ＥＧＲクーラ５６を通って弁４２に続く。
【００２１】
弁４２は、第１の入口ポート４２Ａ、第２の入口ポート４２Ｂ及び出口ポート４２Ｃを有している。流路３２の最初の部分は、新気を入口ポート４２Ａに導き、スーパチャージャ４４及びインタクーラ４６を有する最後の部分は、出口ポート４２Ｃを吸気マニホルド１６に通じさせている。
【００２２】
弁４２は、入口ポート４２Ａ，４２Ｂからそれぞれ延びる収斂通路６０，６２を備えたＹ形本体５８を有するものとして図２に詳細に示されている。通路６０，６２の収斂部から通路６４が出口ポート４２Ｃまで延びている。
【００２３】
Ｙ形本体５８は、入口ポート４２Ａ及び入口ポート４２Ｂにそれぞれ流入した流れが想像ベクトルＶ１，Ｖ２に沿って鋭角６６をなして互いに接近することができるようにする。弁４２は、出口ポート４２Ｃから出た組み合わせ状態の流れを形成するよう入口ポート４２Ａ及び入口ポート４２Ｂに流入したそれぞれの流れの相対的比率を選択的に設定するために軸線７２回りに所与の角度範囲７０にわたり選択的に位置決め可能な羽根６８の形態をした内部機構体を更に有している。
【００２４】
羽根６８は、ベクトルＶ１，Ｖ２をそれぞれもつ流れをベクトルＶ１，Ｖ２を含む平面に垂直な軸線７２回りの羽根の角度位置に応じて種々の絞り度で導くことにより相対的比率を設定するのに効果的である。軸線７２回りの羽根６８の位置決めは、リンク装置７６を介して羽根６８に作用するアクチュエータ７４によって制御される。角度範囲７０の中間のところで、各接近流れは、羽根６８によって部分的に絞られる。羽根６８がいずれかの方向に旋回すると、羽根は、一方の接近流をますます絞り、他方の流れの絞りを減少させる。
【００２５】
弁は、生じる圧力損失を僅かにする一方で、０％ＥＧＲから１００％ＥＧＲまでの範囲にわたり出口流を調節することができるスイングゲート式制御弁であると考えられる。
【００２６】
開示した構成は、ブースト圧力と排気ガス背圧の関係の向上に起因して燃料経済性を向上させることができ、二段ターボ過給を用いず、しかも、ＥＧＲ制御のための排気マニホルド圧力を制御するために用いられる場合のある流路可変ターボ過給を用いないで関連の仕様を満足させることができる。排気マニホルド２０から出た排気ガス流全体がターボ過給機２４を通って流れるので、ターボ過給機の応答の向上も又可能になる。再循環排気ガスは、比較的クリーン且つ低温である。というのは、このような再循環排気ガスは、タービン及び後処理装置の下流側に出所をもつからである。
【００２７】
エンジン１０が作動し、スーパチャージャ４４は、比較的低温であり且つ比較的クリーンなＥＧＲと新気の制御された組み合わせを、新気をもっぱら過給気クーラ３８中に送り込む従来型ウエイストゲートターボ過給機２４と並行に吸気マニホルド１６中に圧送する。ターボ過給機２４は、大抵のエンジン作動条件において、特に軽負荷及び低速を超えるエンジン作動条件で吸気マニホルド１６内の過給空気の大部分を供給するようなサイズのものである。スーパチャージャ４４は、吸気マニホルド内の給気の大部分及び適当な量の比較的低温且つクリーンな再循環排気ガスを軽負荷／低速エンジン条件で供給することができ、それによりエンジンは、向上した過渡応答を呈することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１０  内燃エンジン
１２  エンジンシリンダ
１４  吸気系統
１６  吸気マニホルド
１８  排気系統
２０  排気マニホルド
２４  ターボ過給機（排気ターボ過給機）
２４Ｃ  圧縮機
２６  後処理装置
３０，３２  流路
４２  弁
４４  スーパチャージャ（機械駆動過給機）
５２  排気ガス再循環流路
５８  Ｙ形本体
６２  通路
６８  羽根
７４  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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