(57)【要約】  本発明は、過給気燃焼機関１の排気再循環装置に関する。装置は、燃焼機関１から出る排気を導くための排気ライン３と、大気圧よりも高圧で燃焼機関１に空気を導くための入口ライン６と、排気ライン３への接続部と入口ライン６への接続部を有する帰還ライン７とを含み、帰還ライン７を経て、排気ライン３から入口ライン６に排気を再循環させることができる。装置は、周囲空気によって冷却される給気冷却器１２を含む。給気冷却器１２は、入口ライン６への帰還ライン７の接続部から下流側で入口ライン６に配設され、排気が帰還ライン７を経て戻されたとき、排気と空気の混合物が燃焼機関１に導かれる前に、給気冷却器１２が排気と空気の混合物を冷却する。
2007530867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給気燃焼機関（１）の排気再循環装置であって、
前記燃焼機関（１）から出る排気を導く目的の排気ライン（３）と、
大気圧よりも高い圧力で前記燃焼機関（１）に空気を導くための入口ライン（６）と、
前記排気ライン（３）から前記入口ライン（６）に、前記帰還ライン（７）を経て排気を再循環させることができるように、前記排気ライン（３）に対する接続部、および、前記入口ライン（６）に対する接続部を含む帰還ライン（７）とを含む排気再循環装置において、
周囲温度に事実上対応する温度である第１の媒体によって冷却される第１の冷却器（１２）を含み、
前記第１の冷却器（１２）が、前記入口ライン（６）に対する前記帰還ライン（７）の接続部から下流側で、前記入口ライン（６）に配設され、排気が前記帰還ライン（７）を経て戻されたとき、排気と空気の混合物が前記燃焼機関（１）に導かれる前に、前記第１の冷却器（１２）が前記排気と空気の混合物を冷却することを特徴とする排気再循環装置。
【請求項２】
前記第１の媒体が周囲空気であることを特徴とする請求項１に記載された排気再循環装置。
【請求項３】
前記帰還ライン（７）中の前記排気を冷却するようになされた第２の冷却器（１０）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された排気再循環装置。
【請求項４】
前記第２の冷却器（１０）が液体媒体によって冷却されることを特徴とする請求項３に記載された排気再循環装置。
【請求項５】
前記液体媒体が、前記燃焼機関（１）を冷却するようになされた冷却系に含まれていることを特徴とする請求項４に記載された排気再循環装置。
【請求項６】
前記第１の冷却器（１２）が、前記冷却系の冷却剤を冷却するための冷却器（１４）に接近して配置されていることを特徴とする請求項５に記載された排気再循環装置。
【請求項７】
前記帰還ライン（７）に配設されたＥＧＲバルブ（８）を含むことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲバルブ（８）を制御するようになされた制御ユニット（９）を含むことを特徴とする請求項７に記載された排気再循環装置。
【請求項９】
前記帰還ライン（７）に導かれない、前記排気ライン（３）中の排気によって駆動されるタービン（４）と、
前記入口ライン（６）中の空気を圧縮するように前記タービン（４）によって駆動される圧縮機（５）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【請求項１０】
前記燃焼機関（１）が、ディーゼル機関またはオットー機関であることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に記載された過給気燃焼機関における排気再循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ（排気再循環）として知られる技術は、燃焼機関における燃焼プロセスから出る排気の一部を、帰還ラインを通じて燃焼機関に空気を供給するための入口ラインに戻して導く既知の方法である。このように、空気と排気の混合物は、燃焼が行われるエンジンのシリンダに入口ラインを通じて供給される。空気に対する排気の添加は、燃焼温度の低下を引き起こし、とりわけ排気中窒素酸化物ＮＯｘの低減化された含有量に帰する。この技術は、オットー機関とディーゼル機関の両者に適用される。
【０００３】
過給気燃焼機関に供給可能な空気の量は、空気の圧力に依存するが、同様に空気の温度にも依存する。したがって、燃焼機関に最大可能量の空気を供給することは、圧縮空気が燃焼機関に導かれる前に、給気冷却器内の圧縮空気を冷却することを伴う。圧縮空気は、給気冷却器を通って流れる周囲空気によって、給気冷却器で冷却される。斯様に、圧縮空気は、周囲温度よりも僅かに数度高い温度まで冷却可能である。ＥＧＲ技術を使用する場合、帰還排気も冷却の必要がある。これは、いわゆるＥＧＲ冷却器によって達成される。ＥＧＲ冷却器は、冷却系内で循環する冷却剤によってＥＧＲ冷却器内で排気が冷却されるように、燃焼機関の冷却系に通常接続される。このように、ＥＧＲ冷却器は、排気が、冷却系内の冷却剤温度よりも低温度に冷却され得ない限界を受ける。したがって、冷却された排気は、燃焼機関に対する入口ラインに投入されるとき、通常、冷却された圧縮空気よりも高温度である。したがって、燃焼機関に導かれる排気と空気の混合物は、排気の再循環を受けない過給気燃焼機関に導かれる圧縮空気よりも高い温度である。したがって、ＥＧＲを装備する過給気燃焼機関の性能は、ＥＧＲを装備しない過給気燃焼機関の性能よりも若干劣る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、排気の再循環が、排気再循環を行なわない場合の対応燃焼機関の性能と比べて劣る燃焼機関性能に帰着することのないような、過給気燃焼機関における排気再循環を行なう装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴部分で規定される、導入部で述べた種類の装置によって達成される。斯様に、排気は、周囲の温度に事実上対応する温度である冷却媒体によって共に冷却器内で冷却される前に、圧縮空気と混合される。これは、燃焼機関に導かれる排気と圧縮空気の混合物が、ＥＧＲを備えない燃焼機関に供給される圧縮空気の温度に対応する温度にされることを意味する。したがって、本発明による構成を有する燃焼機関の性能は、ＥＧＲを備えない燃焼機関の性能に対応することができる。
【０００６】
本発明の好適形態によれば、前記第１の冷却媒体は、周囲空気である。周囲空気は、常に利用可能な媒体であり、それを第１の冷却器を通して流すために専用の機器を必要としない。冷却媒体として周囲空気を使用することで、周囲空気の温度に近い水準まで排気を冷却することを可能にする。したがって、圧縮空気を冷却するための従来の給気冷却器内と同じ冷却媒体が、第１の冷却器で使用される。これは、従来の給気冷却器内の圧縮空気と同じ水準まで排気の冷却が可能であることを意味する。本装置は、燃焼機関を動力とする車両で有利に使用される。結果は、車両の作動中、第１の冷却器を通る周囲空気の自然流となる。第１の冷却器を通る空気流を保証するために、冷却ファンを組み込んでもよい。
【０００７】
本発明の好適形態によれば、本発明装置は、帰還ライン内の排気を冷却するように構成された第２の冷却器を含む。空気等の気体冷却媒体は、通常、冷却器内での徐熱に関してとりわけ有効というわけではない。空気によって冷却される冷却器よりも実質的に有効な冷却器が存在する。したがって、高温の排気が、第１の冷却器によって冷却される前に、第１段階として高温の排気を冷却するための斯かる有効な第２の冷却器を使用することは有利である。第２の冷却器は、好適には液体媒体によって冷却される。通常、液体媒体は、気体媒体よりもかなり有効に冷却を行うことができる。したがって、空冷式冷却器と同一の冷却能力を有する液体冷却式冷却器は、かなり小さく作成できる。そのような液体冷却式の第２の冷却器を、帰還ラインに組み込むと、排気の温度は、第１段階として有効に低下可能である。したがって、第１の冷却器の冷却性能はかなり低くてよく、第１の冷却器は、かなり小さく作ることができる。液体媒体は、同様に燃焼機関を冷却するようになされた冷却系内で循環するようにすることができる。そのような場合、車両冷却系内の既存の冷却剤は、第１段階として排気を冷却するために使用される。冷却剤の温度は、周囲空気の温度よりも高いが、結果は、冷却剤の温度と排気の温度との間の比較的大きな相違になる。斯様に、第２の冷却器内の冷却剤は、排気の有効な冷却を行うことができる。
【０００８】
本発明の別の好適形態によれば、第１の冷却器は、冷却系の冷却剤を冷却するための冷却器に接近して置かれる。第１の冷却器は、周囲空気の貫通流を受けるように既に設計されている車両領域に置かれる。この場合、冷却ファンを設けて、冷却系の冷却剤、および、第１の冷却器における排気と圧縮空気との混合物の両者を有効に冷却する性能を大きくすることもできる。
【０００９】
本発明の別の好適形態によれば、排気再循環装置が、帰還ラインに配設されるＥＧＲバルブを含む。帰還ラインにおける斯かるＥＧＲバルブによって、排気流を必要に応じて遮断可能である。ある程度まで、帰還ラインを経て戻される排気の量を制御するために、ＥＧＲバルブの使用が可能である。通常、制御ユニットが、ＥＧＲバルブを制御するようになされている。制御ユニットは、燃焼機関の現在の作動状態に関する情報に基づいてＥＧＲバルブを制御する。制御ユニットは、適切なソフトウエアを付与されたコンピュータ・ユニットであってよい。
【００１０】
本発明の別の好適形態によれば、排気再循環装置は、帰還ラインに導かれない排気ライン中の排気によって駆動されるタービンと、入口ライン中の空気を圧縮するように前記タービンによって駆動される圧縮機とを含む。このように、大気圧よりも高い排気が、入口ライン中の空気を圧縮するために使用される。燃焼機関は、ディーゼル機関またはオットー機関であってよい。過給気オットー機関の場合には、再循環する排気に空気を添加することは比較的容易である。事実上あらゆる作動状態における排気が、入口ライン中の圧縮空気よりも高圧だからである。過給気ディーゼル機関の場合には、或る作動状態において、排気圧力が圧縮空気の圧力よりも低い。したがって、そのような作動状態において、特別な補助手段なしに、入口ライン中の空気に、直接、排気を混合することは不可能である。そのような補助手段は、いわゆるベンチュリーであり、ベンチュリーは、帰還ラインに対する入口ラインの接続部に近い入口ラインに配置できる。斯かるベンチュリーによって、入口ライン中の空気の静圧が、帰還ラインに対する接続部で局所的に低くなされる。
【００１１】
以下、添付図面を見ながら本発明の好適実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、過給気燃焼機関における排気再循装置を模式的に示す。この場合の燃焼機関はディーゼル機関１である。斯様な再循環は、通常、ＥＧＲ（排気再循環）と呼ばれる。燃焼機関のシリンダに導かれる圧縮空気に対する排気の添加は、燃焼温度を低下させ、したがって、燃焼プロセスの間に形成される窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量も低下させる。ディーゼル機関１は、例えば重い車両に動力を供給することを目的とすることができる。ディーゼル機関１のシリンダからの排気は、排気マニホールド２を経て排気ライン３に導かれる。大気圧よりも高い排気ライン３内の排気が、タービン４に導かれる。斯様に、タービン４に駆動動力が提供され、これは、接続部を介して圧縮機５に伝達される。圧縮機５は、入口ライン６に導かれる空気を圧縮する。
【００１３】
帰還ライン７は、排気ライン３から来る排気の一部を再循環供給するためのものである。帰還ライン７は、ＥＧＲバルブ８の形態のバルブを含み、ＥＧＲバルブ８によって、帰還ライン７中の排気流を、必要に応じて遮断できる。ＥＧＲバルブ８は、帰還ライン７を経て入口ライン６に導かれる排気の量を制御するために使用可能である。制御ユニット９が、ＥＧＲバルブ８を制御するようになされている。制御ユニット９は、ディーゼル機関の現在の作動状態に関する情報に基づいて、ＥＧＲバルブ８を制御する。また、帰還ライン７は、排気が入口ライン６中の圧縮空気と混合される前に、再循環排気を冷却するためにＥＧＲ冷却器１０を含む。ディーゼル機関１に供給される空気と排気の量は、空気と排気の圧力、および空気と排気の温度に依存する。したがって、再循環排気の有効な冷却を行うことが重要である。ＥＧＲ冷却器１０を通って循環する排気は、ディーゼル機関１の冷却をも企図する既存の車両冷却系の冷却剤によって冷却される。過給気ディーゼル機関１の場合には、排気の圧力は、多くの場合、入口ライン中の圧縮空気の圧力よりも低い。そのような作動状態で、補助手段なしに、ディーゼル機関１から戻される排気を入口ライン６中の圧縮空気と直接混合することはできない。このために、例えばベンチュリー１１を使用できる。これに代わって、燃焼機関が過給気オットー機関である場合、排気を入口ライン６に直接導くことができる。オットー機関の排気は、事実上あらゆる作動状態で、入口ライン６中の圧縮空気よりも高圧だからである。
【００１４】
入口ライン６に給気冷却器１２が配設される。給気冷却器１２は周囲空気によって冷却される。入口ライン６中で混合される圧縮空気と排気は、冷却のために、給気冷却器１２を通して共に導かれる。図２は、給気冷却器１２を上から見た模式図である。この場合、給気冷却器１２は、車両冷却系の冷却剤を冷却するための従来の冷却器１４に接近して置かれる。給気冷却器１２と冷却器１４は、互いに或る距離を置いて事実上平行に配置される。給気冷却器１２内の排気と圧縮空気、および冷却器１４の冷却剤は、この場合に、冷却器１４を通って流れる前に、先ず給気冷却器１２を通って流れる周囲空気によって冷却される。排気と圧縮空気の混合物が、給気冷却器１２で冷却されると、それは、マニホールド１３を経てディーゼル機関１の各シリンダに導かれる。
【００１５】
ディーゼル機関１の作動中、排気がタービン４を駆動する。このようにして、タービン４は、圧縮機５を駆動する駆動動力を与えられる。圧縮機５は、入口ライン６に導かれる空気を圧縮する。ディーゼル機関１の大部分の作動状態で、排気ライン３中の排気の一部が帰還ライン７に導かれるように、制御ユニット９がＥＧＲバルブ８を開放状態にする。この状態で、排気は、温度約６００℃〜７００℃である。帰還ライン７中の排気が、ＥＧＲ冷却器１０に到達するとき、それらは、第１段階の冷却を受ける。この段階で、排気は、冷却系の冷却剤によって冷却される。このように、排気が有効に冷却され、排気がＥＧＲ冷却器１０を離れるときに、それらは、かなり低下した温度である。しかしながら、ＥＧＲ冷却器１０は、排気が、冷却系内の冷却剤温度よりも低温度に冷却され得ない限界を受ける。冷却系の冷却剤の温度は変動するが、正常動作において、通常８０℃〜１００℃の範囲である。
【００１６】
過給気ディーゼル機関１では、或る作動状態で、排気の圧力が入口ライン６における圧縮空気の圧力よりも低い。局所的に帰還ライン７に接近する入口ライン６中の空気の静圧を低くするためにベンチュリー１１を使用して、排気を入口ライン６に導いて、入口ライン６内の圧縮空気と混合することができる。排気と圧縮空気の混合物は、その後、給気冷却器１２を通って共に導かれる。排気と圧縮空気の混合物は、給気冷却器１２を通って流れる周囲空気によって給気冷却器１２で共に冷却される。給気冷却器１２のサイズは、排気と圧縮空気の混合物が周囲温度を僅かに超えるようにするとよい。給気冷却器１２の後で、混合物が、ディーゼル機関１の各シリンダに導かれる。従来のＥＧＲ技術とは対照的に、この場合、排気が第２の冷却段階も受ける。このように、排気は、給気冷却器１２内で冷却媒体として周囲空気によって圧縮空気と共に冷却される前に、圧縮空気と混合される。したがって、ディーゼル機関１に導かれる排気と圧縮空気の混合物は、ＥＧＲを有しない対応するディーゼル機関に供給される圧縮空気の温度に対応する温度にすることができる。このように、再循環排気の冷却を行うディーゼル機関の性能を、ＥＧＲを装備しない燃焼機関の性能に事実上匹敵させることができる。
【００１７】
本発明は、図示例に限定されず、特許請求の範囲で定義した範囲内で自由に変形可能である。したがって、可能性として、冷却のない入口ライン内に直接導かれる排気を再循環すること、および、給気冷却器内で行う圧縮空気と共に排気の全体を冷却することを排除しない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】過給気ディーゼル機関における排気再循環装置の実施例を示す図。
【図２】本発明による給気冷却器の位置を模式的に示す図。
【図１】
2007530867.tif 000003
【図２】
2007530867.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月27日(2006.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給気燃焼機関（１）の排気再循環装置であって、
前記燃焼機関（１）から出る排気を導く目的の排気ライン（３）と、
大気圧よりも高い圧力で前記燃焼機関（１）に空気を導くための入口ライン（６）と、
前記排気ライン（３）から前記入口ライン（６）に、前記帰還ライン（７）を経て排気を再循環させることができるように、前記排気ライン（３）に対する接続部、および、前記入口ライン（６）に対する接続部を含む帰還ライン（７）と、
液体媒体によって、前記帰還ライン（７）中の排気を冷却するようになされた第２の冷却器（１０）とを含む排気再循環装置において、
周囲空気によって冷却される第１の冷却器（１２）を含み、
排気が前記帰還ライン（７）を経て戻されたとき、排気と空気の混合物が前記燃焼機関（１）に導かれる前に前記排気と空気の混合物を冷却するように、前記第１の冷却器（１２）が、前記入口ライン（６）に対する前記帰還ライン（７）の接続部から下流側で、前記入口ライン（６）に配設されていることを特徴とする排気再循環装置。
【請求項２】
前記液体媒体が、前記燃焼機関（１）を冷却するようになされた冷却系に含まれていることを特徴とする請求項１に記載された排気再循環装置。
【請求項３】
前記第１の冷却器（１２）が、前記冷却系の冷却剤を冷却するための冷却器（１４）に接近して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された排気再循環装置。
【請求項４】
前記帰還ライン（７）に配設されたＥＧＲバルブ（８）を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲバルブ（８）を制御するようになされた制御ユニット（９）を含むことを特徴とする請求項４に記載された排気再循環装置。
【請求項６】
前記帰還ライン（７）に導かれない、前記排気ライン（３）中の排気によって駆動されるタービン（４）と、
前記入口ライン（６）中の空気を圧縮するように前記タービン（４）によって駆動される圧縮機（５）とを含むことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【請求項７】
前記燃焼機関（１）が、ディーゼル機関またはオットー機関であることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された排気再循環装置。
【国際調査報告】
2007530867.tif 000005
2007530867.tif 000006
2007530867.tif 000007