(57)【要約】  圧縮機出口下流に接続された第一の端部及び圧縮機入口上流に接続された第二の端部を有する空気再循環配管を含む圧縮機の能動的なサージ制御システム。ガス再循環配管は、圧縮空気を圧縮機出口から圧縮機入口に再循環する。また、このシステムは、外気及び再循環空気の双方を受け入れるために配置される混合器を含む。空気の混合は、圧縮機への導入前に空気を均質化する。圧縮機への導入前に再循環空気を冷却する空気冷却器が含まれてもよい。再循環空気の冷却及び混合は、サージの発生率を低下させることによって圧縮機の作動範囲を拡大する。中間冷却器やフィルタ等の各種の既存の部材は、再循環空気の冷却又は混合の追加的効率に役立ち得る。
2007528956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関に圧縮空気を供給し燃焼機関による動力出力を高めるシステムであって、該システムは、圧縮機と、再循環配管と、空気冷却器とを含み、
前記圧縮機は、空気入口と圧縮空気出口を画定するハウジング内に配置された回転式圧縮装置を有し、空気入口は吸入空気を回転式圧縮装置に供給するように構成され、回転式圧縮装置は吸入空気を圧縮するように構成され、圧縮空気出口は圧縮空気を燃焼機関の吸入口に供給するためにハウジングから流出させるように構成され、
前記再循環配管は、圧縮空気出口から排出される圧縮空気の一部を圧縮機の空気入口へ再循環するように構成され、
前記空気冷却器は、再循環配管に流体接続され、圧縮機の空気入口上流の再循環空気を冷却するように作動可能であり、再循環配管から冷却された空気は圧縮機の空気入口上流の吸入空気と合流され、冷却された再循環空気が圧縮機のサージの発生を減少させることを特徴とするシステム。
【請求項２】
エンジンの吸入口及び前記圧縮空気出口に接続する圧縮機の吐出配管を更に含み、前記再循環配管の第一の端部が該圧縮機の吐出配管に接続され、前記空気冷却器は、再循環配管の第一の端部と圧縮機の吐出配管との接続部の上流の圧縮機の吐出配管に流体接続される請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記再循環配管に配設されると共に、再循環配管を通る流量を制御操作することが可能な再循環弁を更に含む請求項２記載のシステム。
【請求項４】
圧縮機の前記ハウジング入口に接続された圧縮機の吸入配管を更に含み、前記再循環配管の第二の端部が該圧縮機の吸入配管に接続される請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記再循環配管及び前記圧縮機の吸入配管に接続されると共に、再循環配管からの冷却された再循環空気を圧縮機の吸入配管からの吸入空気と混合することが可能な混合装置を更に含む請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記混合装置が空気清浄器である請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記混合装置の上流の圧縮機の吸入配管に接続された空気清浄器を更に含む請求項５記載のシステム。
【請求項８】
エンジンの吸入口及び前記圧縮機出口に接続する圧縮機の吐出配管を更に含み、前記再循環配管の第一の端部が該圧縮機の吐出配管に接続され、再循環配管の第二の端部が圧縮機の空気入口に流体接続されると共に、前記空気冷却器が再循環配管の第一と第二の端部の間に配置される請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記再循環配管に接続されると共に、再循環配管の第一と第二の端部の間に配設される再循環弁を更に含み、該再循環弁は再循環配管を通る流量を制御操作することが可能である請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
圧縮機の前記ハウジング入口に接続された圧縮機の吸入配管を更に含み、前記再循環配管の第二の端部が該圧縮機の吸入配管に接続される請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記再循環配管及び前記圧縮機の吸入配管に接続されると共に、再循環配管からの冷却された再循環空気を圧縮機の吸入配管からの吸入空気と混合することが可能な混合装置を更に含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記再循環配管の第二の端部と前記圧縮機の吸入配管との接続部下流の該圧縮機の吸入配管に接続された混合装置を更に含む請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
前記混合装置が空気清浄器である請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記空気冷却器が空気清浄器である請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
圧縮機の前記ハウジング入口に接続された圧縮機の吸入配管を更に含み、前記再循環配管が該圧縮機の吸入配管に接続される請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記空気清浄器が再循環配管と圧縮機の吸入配管との接続部下流の該圧縮機の吸入配管に接続され、更に空気清浄器が再循環空気と吸入空気を混合するように構成される請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
エンジンの吸入口及び前記圧縮機出口に接続する圧縮機の吐出配管を更に含み、前記再循環配管が該圧縮機の吐出配管に接続される請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記再循環配管と前記圧縮機の吐出配管との接続部下流の該圧縮機の吐出配管に流体接続された第二の空気冷却器を更に含む請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記再循環配管に配設されると共に、再循環配管を通る流量を制御操作することが可能な再循環弁を更に含む請求項１８記載のシステム。
【請求項２０】
前記空気冷却器がチップ・タービンファンである請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記再循環配管に配設されると共に、再循環配管を通る流量を制御操作することが可能な再循環弁を更に含む請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
圧縮機の前記ハウジング入口に接続された圧縮機の吸入配管を更に含み、前記再循環配管が該圧縮機の吸入配管に接続される請求項２１記載のシステム。
【請求項２３】
前記再循環配管と前記圧縮機の吸入配管との接続部下流の該圧縮機の吸入配管に接続された混合装置を更に含む請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
エンジンの吸入口及び前記圧縮機出口に接続する圧縮機の吐出配管を更に含み、前記再循環配管の第一の端部が該圧縮機の吐出配管に接続され、前記再循環配管の第二の端部が圧縮機の空気入口に流体接続されると共に、前記空気冷却器が再循環配管の第一と第二の端部の間に配置される請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記再循環配管の第二の端部と前記圧縮機の吐出配管との接続部下流の該圧縮機の吐出配管に接続された排ガス再循環配管を更に含む請求項２４記載のシステム。
【請求項２６】
前記排ガス再循環配管に接続された排ガス冷却器を更に含む請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記再循環配管の第二の端部と前記圧縮機の吐出配管との接続部の下流、及び前記排ガス再循環配管と前記圧縮機の吐出配管との接続部の上流の該圧縮機の吐出配管に接続された第二の空気冷却器を更に含む請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
燃焼機関に圧縮空気を供給して燃焼機関による動力出力を促進するシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口を有すると共に、該入口が外気取入口に流体接続され、該出口がエンジンの吸気口に流体接続された圧縮機と、
圧縮機出口に流体接続された第一の端部及び圧縮機入口に流体接続された第二の端部を有する再循環配管と、
再循環配管に流体接続されると共に、圧縮機入口の上流の再循環空気を冷却することができる空気冷却器と、
空気冷却器と圧縮機入口の間の再循環配管に流体接続された空気混合装置とを含み、該空気混合装置は、冷却空気と圧縮機のハウジング入口の上流の外気との混合を可能にして、圧縮機のサージの発生を減少させる
燃焼機関への圧縮空気の供給システム。
【請求項２９】
燃焼機関に圧縮空気を供給して燃焼機関による動力出力を促進するシステムであって、該システムは、
少なくとも１つの入口と少なくとも１つの出口を有すると共に、該入口が外気取入口に流体接続され、該出口がエンジンの吸気口に流体接続された圧縮機と、
圧縮機出口と圧縮機入口の間に流体接続を設けた再循環配管手段と、
圧縮機入口の上流の再循環空気を冷却して、圧縮機のサージの発生を減少させる空気冷却手段と
を含む燃焼機関への圧縮空気の供給システム。
【請求項３０】
冷却空気と前記圧縮機入口の上流の外気とを混合する空気混合手段を更に含む請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
圧縮機のサージを能動的に制御する方法であって、該サージ制御方法は、
圧縮機入口に空気を供給し、
圧縮機内の空気を圧縮し、
圧縮空気を主空気流と再循環される空気流とに分割し、
再循環空気を冷却し、そして
冷却された再循環空気を送気して圧縮機入口に戻す
ことを含む。
【請求項３２】
圧縮機に流入する流れの状態が次の混合を行わない場合より均一になるように、前記冷却された再循環空気を前記圧縮機入口に供給される空気と混合することを更に含む請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
弁を用いて、再循環される前記圧縮空気の流量を制御することを更に含む請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記圧縮機が圧縮空気の主気流をエンジンに供給し、前記制御工程は、エンジンがその回転速度の閾値以上で作動している時には、前記弁を開弁して圧縮空気を再循環させ、さもなければ、弁を閉弁した状態で再循環を防止することを含む請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記弁の開口量（ＲＶＯ）が、エンジンの回転速度及び出口空気圧の関数である請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記弁の開口量（ＲＶＯ）が下記の式で定義される請求項３５記載の方法：
ＲＶＯ ＝ Ａ／Ｎｅ ＋ Ｂ／Ｐ２Ｃ
ここで、Ａ及びＢは所定の定数であり、Ｎｅはエンジンの回転速度であり、Ｐ２Ｃは出口空気の圧力である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関の動力出力を高める圧縮機システムの使用（例えば、ターボチャージャー）に関する。詳細には、かかる圧縮機の作動を容易にするために再循環される圧縮機の吐出空気の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン・ターボチャージャーは、特に高いエンジンの回転速度で、エンジン動力に有利なブースト（boost:昇圧）を提供する。ターボチャージャーは、エンジンからの排ガスを使用して圧縮機を駆動するタービンを駆動し、順次エンジンの取入空気の圧力を高める。圧縮されたエンジン取入空気は、エンジン動力の向上をもたらす。幾つかのターボチャージャー・エンジン系において、エンジンからの排ガスの一部は、エンジンの吸入口に再循環されて排出物（emission）を制御する。その他の系においては、圧縮機の駆動が電気的に補助されることがあり、あるいは、性能を更に向上させるために、タービンが可変の三次元形状ノズルを含むことがある。
【０００３】
ある状況において、ターボチャージャーは、一般に“サージ（serge;周期変動）”と称される状態に置かれることがある。一般的に、サージは圧縮機が低流量、高圧力比の状態に追いやられる時に発生し、著しい流れの分離がブレードに生じるような高い入射角で、圧縮機のブレードが動作せざるを得ないという結果となる。サージは、ターボチャージャーの圧縮機内で激しい空気力学的波動をもたらし、エンジン又はその吸入配管系に損傷さえ引き起こすことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一例として、サージは、低いエンジンの回転速度で圧縮機の排ガス再循環流量が比較的大きい時に発生することがある。この時点で新鮮な空気用の残りのエンジンシリンダ容量は小さくなる。エンジントルク及び負荷性能を維持すべく、エンジン内への新鮮な空気の同じ質量の流速を保持するために、過給圧力（boosting pressure）を高める必要がある（これによって、空気密度を高くする）。その結果、空気流量が比較的低い状態のままで、圧縮機は比較的高い負荷及び圧力比で作動させなければならない。
【０００５】
別の例として、サージは、比較的高い特定の動力出力（例えば、７０〜８０kW／ｌ）がエンジンに要求され、電気的に補助された圧縮機の性能を向上させる時に発生することがある。更に別の例では、サージは、可変タービンのノズル羽根の電気的な性能アップ及び／又は前記羽根の使用により、迅速な圧縮機の応答が求められる時に発生することがある。別の例では、絞り弁の閉弁によるエンジンの突然の減速がサージに繋がることがある。
【０００６】
従って、ターボチャージャーにおけるサージの発生を減少させることが有利であろう。かかる発生を減少させることは、ターボチャージャーがエンジン動力を向上できる条件の拡大された範囲を可能にするであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、本発明の全ての実施例ではないが、幾つかの実施例を示す添付の図面を参照して、以下に本発明をより一層十分に説明する。実際、本発明は、多くの異なった形態で具体化されることが可能であり、本明細書に示された実施例に限定して解釈されるべきではなく、むしろ、その開示が適用可能な法的要件を満足させるために、これらの実施例は提供される。以下の実施例において、同様の要素には同じ番号を付す。
【発明の実施の態様】
【０００８】
以上の通り、一般的な用語で本発明が説明されたが、次に必ずしも縮尺比に従って描かれていない添付の図面が参照される。本発明の一実施例の圧縮機の能動的なサージ制御システム１０は、図１に示されるように、圧縮機１１、圧縮機の吸入配管１２、圧縮機の吐出配管１３、吸入配管と吐出配管を接続する再循環配管１８、空気冷却器５０、及び空気混合器２０を含む。一般に、圧縮機１１は、エンジンによる動力出力を高めるために、配管１３を介して圧縮空気を燃焼機関１４に供給する。排ガス配管１５は、エンジン１４から圧縮機１１を駆動するタービン１６に排気を案内する。排ガス再循環配管１７は、エンジン排出物を制御するため、エンジン１４の吸入口へ排ガスを再循環するのに選択的に用いられる。
【０００９】
圧縮機の吸入管又は配管１２は、例えば自動車のボンネット下方の吸入口（intake scoop：図示せず）に接続されることによって、外気源に接続される。本明細書で用いられる用語“周囲の（ambient）”は、空気の一般的な供給に基づいて、そして、必ずしも周囲の環境の温度、圧力又は清浄度で空気を供給するものではなく、幅広く空気と定義する。次に、一般に、外気は、燃焼に利用可能なあらゆる空気（又はその他のガス）であるが、圧縮機１１から排出される空気より低い圧力にある。
【００１０】
本明細書で用いられる用語“配管（line）”は、パイプ、チューブ、ホース又はその他のあらゆる導管、ある地点から他の地点に空気又は他の流体を案内する装置又は方法を包含することができる。更に、用語“配管”は、単数形で用いられることがあるが、ある地点から他の地点に流体（例えば空気）を案内するのに有効な複数の配管、チューブ、導管、これらの部分又は組合せの使用を示すことがある。例えば、本発明では、圧縮及び燃焼に必要とされる外気量に依存して複数の吸入ホースを使用できるので、単一の圧縮機の吸入配管１２に限定される必要はない。また、本明細書で用いられる“配管”は、パイプ又はホースが直接ある地点から他の地点に移動することを必ずしも示すものではないが、他の装置、分岐部又は捩れと曲げを与える配管途中の障害物を包含してもよい。
【００１１】
図１に図示された実施例におけるエア・フィルタ（図示せず）の下流にある吸入配管１２は、下流端部で再循環混合器２０に接続される。図示のように、混合器２０は、パイプ内に収容された円筒状のフィルタ又はバッフル２５を含む１本のパイプ２６を包含する。パイプ２６の開口部と同軸に延びる中心開口部が、円筒状のバッフル（baffle;そらせ板）によって画定される。混合器パイプの上流端部は吸入配管１２の下流端部に嵌入され、一方、混合器パイプの反対側の下流端部は吸入ダクト２３に嵌入される。吸入ダクトは、圧縮機１１の囲い板又はハウジング２４の一部をなし、直径が混合器パイプ２６と同一とすることができる。
【００１２】
再循環配管１８の第二の端部２８が取り付けられる開口部が、混合器パイプ２６の側壁内に画定される。再循環配管との接続部は混合器２０への再循環空気の流入を可能にするので、以下により詳細に説明するように、吸入配管１２から供給される主要な外気と再循環空気を混合することができる。混合器２０の円筒状のバッフル又はフィルタの利点は、その中心開口部が外気の方向に向けられるので、外気が最少の流動抵抗で再循環空気流と混合することである。
【００１３】
パイプ２６及び円筒状のフィルタ２５を有するものとして混合器２０が図１に示されているが、他の混合装置も採用できる。例えば、濾過しないが、空気流を方向転換して乱流及び混合を引き起こすバッフルを使用することができる。また、市販の紙又は油含浸発泡フィルタ等の慣用で既存のエア・フィルタを使用することもできる。このような場合、フィルタと再循環配管１８の第二の端部２８を取り付けるために用いられる付属品とに、更なる開口部を形成してもよい。（後記のような）別の代替手段では、吸入配管１２及び再循環配管１８からの流れは、両配管間の直接接続によって混合器２０の上流で合流される。
【００１４】
図１に示された実施例を再度参照すると、圧縮機１１は、タービン１６により駆動される回転可能な軸３１に取り付けられた複数の圧縮機羽根３０を有する回転駆動される圧縮機である。渦形室２４は、圧縮機から排出される加圧空気を受け入れる圧縮機を囲繞する。吐出又は出口ダクト３２は、渦形室２４から吐出配管１３の上流端部に接続される。
【００１５】
上述の通り、圧縮機１１はタービン１６によって駆動される。タービン１６は、エンジン１４から配管１５及び入口３５を経由して渦形室に排ガスを受け入れる入口渦形室３３を含む。タービンは軸３１に取り付けられたタービン羽根３４を含む。タービン・ハウジングは、排ガスがタービンを通過した後に排出されるタービン出口３６を画定する。タービン出口３６は、動力ないしは発電装置の下流の排気系（図示せず）に取り付けられる。
【００１６】
図示の実施例における圧縮機は、エンジンの排ガスで動力が供給されるタービン（例えば、ターボチャージャー）によって駆動されるものとして示されているが、圧縮機１１に動力を供給するために他の代替の駆動部材を使用することができる。例えば、エンジンの駆動軸（例えば、過給器）により圧縮機を機械的に駆動することができ、あるいは、電気モータによって圧縮機を駆動することができる。別の例として、電気による駆動（電気的に支援される）又はエンジンの駆動軸等の別の駆動によって、図示の実施例のタービンの駆動を支援することができる。
【００１７】
システム１０の取入空気の圧縮部に戻ると、圧縮機出口ダクト３２は、空気冷却器１９に延びる吐出配管１３に接続される。図示の空気冷却器１９は、比較的熱い圧縮空気が圧縮機１１から流れる典型的には複数のチューブを収容する中間冷却器である。一般に、外気（又は水）が、チューブ及びこれに取り付けられるフィンの間を横断して通過する。その際、熱いチューブ及びフィンから冷たい外気に熱が移動する。空気冷却器１９は、吐出配管１３に取り付けられる上流側の入口開口部３７と、吐出配管１３の下流部分（エンジンの吸入配管と称することもある）に取り付けられる下流側の出口開口部３８とを含む。図示の中間冷却器に代えて、他の型式の空気冷却器又は熱交換器も使用できることに留意すべきである。
【００１８】
吐出配管１３は、再循環配管１８の第一の端部２７との接続部と、逆止弁３９と、排ガス再循環配管１７との接続部とを含む。逆止弁３９は、再循環排ガス及びエンジンの取入空気の逆流を防止する一方弁である。排ガス再循環配管１７は、排ガス配管１５に接続される第一の端部４０と、吐出配管１３の下流部分に接続される第二の端部４１とを含む。排ガス再循環系は、自身の冷却器４２及び制御弁４３を含む。排ガス再循環弁４３は、再循環排ガスの流量を制御し、排ガス冷却器４２の上流又は下流のいずれに配設されてもよい。排ガス再循環弁４３の操作は、より詳細に以下に説明するように、エンジン制御ユニット２１によって制御される。
【００１９】
上述のように、圧縮空気再循環配管１８は、空気冷却器１９の上流の吐出配管１３に接続された第一の端部２７を有する。圧縮空気再循環配管１８の反対側の第二の端部２８は、同様に前記のように、混合器２０に接続される。再循環弁２２は、圧縮空気再循環配管１８内の流量を制御する配管の端部２７，２８間に配設される。再循環弁は、点線で示されるように、エンジン制御ユニット２１と通信可能に接続され、同ユニット２１によって制御される。一実施例の再循環弁２２は空気圧式アクチュエータによってオープンループ制御され、別の実施例では、弁２２は回転式電気アクチュエータによって閉ループ制御される。また、再循環配管１８内には、再循環空気を冷却する専用の空気冷却器５０がある。
【００２０】
弁２２，４３との接続の他に、エンジン制御ユニットは、エンジンの回転速度センサ４４、圧縮機入口の圧力センサ４５、及び圧縮機出口の圧力センサ４６にも接続される。オープンループ制御に関して、再循環弁２２の開弁は、センサ４４で測定されるエンジンの回転速度及びセンサ４６で測定される給気圧力に相関する操作である。閉ループ制御に関して、弁(２２)の開弁は、サージを感知できるセンサ４５で測定されるエンジンの回転速度及び圧縮機入口圧力に相関する操作である。別の代替手段として、排ガスの再循環率（取入量の絞り）、又は（エンジン入口の圧力センサ４６で測定される）エンジン入口と（タービン入口の圧力センサ４７で測定される）タービン入口とのガス圧の差に応答して、再循環弁２２を制御してもよい。
【００２１】
また、排ガス再循環弁４３の開弁と可変タービンのノズルの制御とで圧縮空気再循環弁２２の開弁の制御を調整して、空気の流速及び排ガスの再循環率を最適化してもよい。例えば、可変タービンのノズルがエンジンの制動中に突然閉成した時、過剰のタービン動力を吸収するために圧縮空気再循環弁２２を用いることができる。
【００２２】
本発明の別の実施例における圧縮空気再循環弁２２のオープンループ制御は、図２のフローチャートにより説明される。排ガス再循環（ＥＧＲ）弁４３の開口度及び可変タービンのノズルの開口度を含む入力データは、ステップ１００で収集される。圧縮ガス再循環弁の開口度は、ステップ１０１で零に設定される。次にステップ１０２において、エンジンの回転速度センサ４４で測定されるエンジンの回転速度（Ｎｅ）は、所定のＮｅ閾値（Ｎｅ(設定値)）と比較される。Ｎｅが閾値Ｎｅ(設定値)未満であると、その時ステップ１０３で再循環弁２２が開弁する。開口量は下記の式によって定義される。
ＲＶＯ ＝ Ａ／Ｎｅ ＋ Ｂ／Ｐ２Ｃ
ここで、ＲＶＯは圧縮空気再循環弁の開口量であり、Ａは所定の定数であり、Ｂは所定の定数であり、Ｎｅはエンジンの回転速度であり、Ｐ２Ｃはセンサ４６で測定される出口圧力である。Ｎｅが測定されてステップ１０２における閾値Ｎｅ(設定値)より大きいと、サブルーチンが終了して、再循環弁２２は閉弁されたままである。
【００２３】
本発明の別の実施例における圧縮空気再循環弁２２の閉ループ制御は、図３のフローチャートにより説明される。最初の４つのステップ１００，１０１，１０２及び１０３は、オープンループ制御に関する上述と同じである。しかし、圧縮空気再循環弁２２の開弁後に、センサ４５で測定される圧縮機入口圧力ＰＩＣがステップ１０４で閾値圧力ＰＩＣ(設定値)と比較される。閾値より大きいと、論理はステップ１０３に戻る。閾値未満であると（より激しいサージ状態にある）、論理はステップ１０５に進み、図４に示されるように、センサ４６で測定されるエンジンの入口圧力（ＰＩＥ）とセンサ４７で測定されるタービンの入口圧力（ＰＩＴ）との差を測定して、排ガスの再循環率（ＥＧＲ）に関するデータが収集される。
【００２４】
ステップ１０６において、ＥＧＲが排ガス再循環閾値ＥＧＲ(設定値)と比較される。ＥＧＲがＥＧＲ(設定値)より大きいと、その時サブルーチンは終了する。ＥＧＲがＥＧＲ(設定値)未満であると、その時論理はステップ１０７に進み、排ガス再循環弁４３が開弁するか、あるいはこれに代わって、可変タービンのノズルが閉成し、圧縮空気再循環弁２２が開弁する。ＥＧＲは、ステップ１０８において再びＥＧＲ(設定値)と比較され、ＥＧＲ(設定値)より未だに小さいと、論理はステップ１０７に戻る。排ガス再循環弁４３が更に開口するか、あるいは圧縮空気再循環弁２２が更に開口する。ＥＧＲがＥＧＲ(設定値)より大きいと、その時サブルーチンは終了する。
【００２５】
あるＥＧＲ率の測定は“質量比”又は“モル比”に基づく。質量比は、エンジンシリンダ内の全質量流量に対するＥＧＲの質量流量である。一般に、望ましいＥＧＲ率は、エンジンの中速又は高速回転での全負荷で約１０〜１５％である。欧州及び北米商用車の全負荷及びエンジンの低速回転では、ＥＧＲ率は０に落される。より高い排出要求が求められる車輌では、ＥＧＲ率は、エンジンの低速回転での全負荷で好ましくは約２０％に高められ、エンジンの中速又は高速回転での全負荷で３０％以上に高められるであろう。典型的には、新鮮な空気の高い質量流量を維持するために、より高い圧力比が必要であり、圧縮機はより容易にサージ状態に陥る。
【００２６】
所定のエンジン状態（回転速度及び負荷）でのＥＧＲ(設定値)に関して、ＥＧＲ(設定値)は、シリンダ内のＮＯｘ削減率に関する目安となる率である。ＥＧＲ率が目安となる値より低いと、エンジンの排気マニホールドでのＮＯｘ含量は、高すぎるであろうし、たとえ脱ＮＯｘ触媒を用いても排出物の目標値を突破することができない。
【００２７】
本発明の圧縮機の能動的なサージ制御システムにおける他の実施例が、図５〜図１０に概略的に示される。図５に示される一実施例では、空気清浄器４９が吸入配管１２中の混合器２０の上流に配置され、専用の空気冷却器５０が圧縮空気再循環配管１８中に配置される。再循環配管１８の第一の端部２７と吐出配管１３との接続部が中間冷却器１９の上流にある。
【００２８】
図６に示される別の実施例では、空気混合器２０は、独立した混合器に必要なものを省略した空気清浄器でもある。再循環配管１８の第一の端部２７と吐出配管１３との接続部は、中間冷却器１９の下流にあり、空気の再循環前に中間冷却器により圧縮機の排出空気を冷却することもできる。図７に示される更に別の実施例では、混合器２０は、吸入配管１２と再循環配管１８の第二の端部２８との接続部の下流にある空気清浄器である。図８に示される実施例では、混合器２０は、空気清浄器であって、空気冷却器としての役割も果たし、再循環配管１８と吐出配管１３との接続部を冷却器１９の上流に位置させる。
【００２９】
図９に示されるなお別の実施例では、冷却器５０は、圧縮空気再循環配管１８中にあり、チップ・タービンファン（tip turbine fan）である。チップ・タービンファンは、空気清浄器型の混合器２０によって、より容易に冷却されることが可能な圧縮空気の幾らかの熱エネルギーを吸収する。排ガス再循環冷却器４２の使用以外には、図９の実施例と同様の別の実施例が図１０に示されている。この実施例では、排ガス冷却器４２は、中間冷却器の冷却効率が十分でない場合、中間冷却器１９を補助することができる。
【００３０】
本発明によるサージの制御には多くの利点がある。例えば、図１１は、本発明のサージ制御システム１０を用いた時の圧縮機の作業領域の展開図を示す。圧縮空気の再循環が行われない作業範囲は、実線２００で明示される。実線２０２は、排ガスの再循環が行われない圧縮機の操作線を明示する。破線２０３は、操作線が排ガスの再循環によりいかにシフトされるかを表す。低い空気流量の状態における操作線は、図解のサージ領域内にあることが理解され得る。点線２０１は、本発明にかかる圧縮空気の再循環により操作範囲がいかに拡大されるかを示し、その結果は、排ガスの再循環を用いた場合でも、操作線２０３が図解の非サージ領域内にあることを示す。圧縮機系の操作範囲の拡大は、実質的に均一な流れ状態が圧縮機入口側に存在するように、再循環空気の冷却及び／又は取入空気との再循環空気の混合を通じて増大される。適切な混合が行われない場合、不均一な流れ状態は圧縮機の効率を損なう傾向にあると考えられる。
【００３１】
本明細書に示された本発明の多くの変形例及びその他の実施例は、以上の説明及びこれに関連する図面に示された教示の利益を享受することが、前述した発明の当業者に想起されるであろう。従って、本発明は開示された特定の実施例に限定されるものではないことが、また、変形例及びその他の実施例は添付の特許請求の範囲に包含されるよう意図されることが、理解されるべきである。特定の用語が本明細書に用いられているが、これらの用語は、包括的かつ解説的な意味でのみ用いられ、限定のために用いられていない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図２】本発明のサージ制御システムの別の実施例のオープンループ制御論理の概略図である。
【図３】本発明のサージ制御システムの更に別の実施例の閉ループ制御論理の概略図である。
【図４】図３に図解された閉ループ制御の継続部分の概略図である。
【図５】吸入配管と再循環配管との接続部上流の空気清浄器を含む本発明の別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図６】混合器としての役割を果たす空気清浄器を含む本発明の更に別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図７】混合器及び専用のガス再循環冷却器としての空気清浄器を含む本発明のなお別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図８】混合器としての役割も及び冷却器としての役割も果たす空気清浄器を含む本発明の別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図９】チップ・タービンファン冷却器を含む本発明の別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図１０】排ガス再循環配管冷却器の使用を含む本発明の更に別の実施例のサージ制御システムの概略図である。
【図１１】本発明のサージ制御システムによる圧縮空気の再循環に由来する改良された圧縮機の作動範囲のグラフ図である。
【図１】
2007528956.tif 000003
【図２】
2007528956.tif 000004
【図３】
2007528956.tif 000005
【図４】
2007528956.tif 000006
【図５】
2007528956.tif 000007
【図６】
2007528956.tif 000008
【図７】
2007528956.tif 000009
【図８】
2007528956.tif 000010
【図９】
2007528956.tif 000011
【図１０】
2007528956.tif 000012
【図１１】
2007528956.tif 000013
【国際調査報告】
2007528956.tif 000014
2007528956.tif 000015
2007528956.tif 000016