(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機付き内燃機関において、エンジン給気の給気温度を低温に維持し、給気へＥＧＲガスを混入させても給気温度を空気冷却器出口の温度レベル以下に常時保持可能として、給気の重量流量を増大してエンジン性能を向上するとともに、エンジンの熱負荷を低減する。【解決手段】内燃機関において、給気通路に設けられて排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに駆動されて外部空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、該膨張タービンにて降温せしめられた燃焼用空気によりＥＧＲガスを冷却する手段とを備えたことを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004011562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するようにした内燃機関において、前記排気ターボ過給機に連通される排気通路から抽出された排気再循環（以下ＥＧＲという）ガスを給気通路に還流するＥＧＲガス通路を備えるとともに、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、該空気タービン装置の膨張タービンにて降温せしめられた燃焼用空気により前記ＥＧＲガス通路を経たＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却装置とを備えたことを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲガス通路のＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御弁と該ＥＧＲ制御弁を制御空気によって駆動するＥＧＲ弁アクチュエータとを有するとともに、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を制御空気として前記ＥＧＲ弁アクチュエータに供給する制御空気通路を有してなることを特徴とする請求項１記載の空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項３】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置を有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を黒煙除去用空気として前記黒煙除去装置に供給する黒煙除去装置用空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項４】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス浄化用触媒コンバータを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を触媒活性化用空気として前記触媒コンバータに供給する触媒コンバータ用空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項５】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス浄化用触媒コンバータを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、尿素を供給する尿素供給装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気と前記尿素供給装置からの尿素とを混合して前記触媒コンバータに供給する尿素混合空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項６】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス出口にマフラを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を前記マフラにパージ用空気として供給するパージ空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項７】
可変容量（以下ＶＧという）タービン付き排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を制御空気として前記可変容量タービンのアクチュエータに供給する制御空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項８】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を前記給気通路に供給する補助空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【請求項９】
排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気冷却器に空気と水との混合流体を噴出せしめて該空気冷却器を通流する空気を冷却する冷却ノズルと、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を水と混合させて前記冷却ノズルに供給する空気冷却器用空気通路とを有してなることを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ターボ過給機付き内燃機関であって、該排気ターボ過給機出口の加圧空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されるコンプレッサを有する空気タービン装置を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は排気ターボ過給機に連通される排気通路から抽出された排気ガス（ＥＧＲガス）をエンジンの給気通路に還流するＥＧＲ装置を備えたディーゼル機関の給、排気システムの構成図である。
図において、１０はエンジン（ディーゼル機関）、１２は該エンジン１０の給気マニホールド、１３は排気マニホールドである。１１は排気ターボ過給機で、前記排気マニホールド１３からの排気ガスにより駆動されるタービン１１ａ及び該タービン１１ａに同軸駆動されて空気を加圧するコンプレッサ１１ｂよりなる。
１９は該タービン１１ａから排出された排ガスの消音を行うマフラである。
【０００３】
１７は空気冷却器で、前記排気ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ｂからターボ出口空気管１８を通して導入された空気を所定温度まで冷却する。１６はエンジン１０のクランク軸（図示省略）に連動されて回転して前記空気冷却器１７に冷却空気を供給するファン（吸引ファン）である。６は前記空気冷却器１７の空気出口と前記給気マニホールド１２とを接続する給気管である。
【０００４】
１４は前記排気マニホールド１３を含む排気通路から分岐され前記給気管６に接続されるＥＧＲ管で、該排気マニホールド１３（排気通路）から抽出されたＥＧＲガスを給気管６内に還流するようになっている。１５は該ＥＧＲ管１４の管路に設けられたＥＧＲ制御弁で、前記ＥＧＲ管１４を経て給気管６内に還流するＥＧＲガス流量を制御する。
０１は前記ＥＧＲ管１４のＥＧＲ制御弁１５出口側に設置されたＥＧＲ冷却器である。１９はエンジン１０の冷却水路から分岐され前記ＥＧＲ冷却器０１に接続される冷却水管である。
【０００５】
かかる構成からなるディーゼル機関において、前記排気マニホールド１３（排気通路）から抽出されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４を通ってＥＧＲ冷却器０１に入る。
該ＥＧＲ冷却器０１においては、前記ＥＧＲガスと前記冷却水管１９から導入されるエンジン冷却水とを熱交換することによりＥＧＲガスを冷却する。該ＥＧＲ冷却器０１において降温されたＥＧＲガスは給気管６内に還流されて空気（給気）と混合して前記給気マニホールド１２に送られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＧＲ装置を備えたディーゼル機関においては、ＥＧＲガスの混入による給気管６内の空気の温度上昇を抑制して、給気マニホールド１２を経てエンジン１０に送給される空気（新気）の重量流量の増大を図るため、前記のように、ＥＧＲ管１４にＥＧＲ冷却器０１を設置し、エンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却して給気管６内に供給している。
【０００７】
しかしながら、図４に示されるような従来技術にあっては、８０℃程度と比較的高温のエンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却しているため、ＥＧＲガスを給気管６内を通流する空気冷却器１７出口の空気温度（５０℃程度）つまり給気温度近傍までの冷却は不可能で、該ＥＧＲガスの混入による給気温度の上昇は避けられず、エンジン１０への空気流量（重量流量）が抑制される。
従ってかかる従来技術にあっては、ＥＧＲ装置の設置によるエンジン性能の低下は避けられず、またＥＧＲガスの混入に伴う給気温度の上昇によりエンジンの熱負荷が増大する、
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、排気ターボ過給機付き内燃機関において、エンジン給気の給気温度を低温に維持し、給気へＥＧＲガスを混入させても給気温度を空気冷却器出口の温度レベル以下に常時保持可能として、給気の重量流量を増大してエンジン性能を向上するとともにエンジンの熱負荷を低減することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１の発明として、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するようにした内燃機関において、前記排気ターボ過給機に連通される排気通路から抽出された排気再循環（以下ＥＧＲという）ガスを給気通路に還流するＥＧＲガス通路を備えるとともに、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、該空気タービン装置の膨張タービンにて降温せしめられた燃焼用空気により前記ＥＧＲガス通路を経たＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却装置とを備えたことを特徴とする空気タービン装置を備えた内燃機関を提案する。
【００１０】
請求項１において、好ましくは請求項２記載のように、前記ＥＧＲガス通路のＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ制御弁と該ＥＧＲ制御弁を制御空気によって駆動するＥＧＲ弁アクチュエータとを有するとともに、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を制御空気として前記ＥＧＲ弁アクチュエータに供給する制御空気通路を有する。
【００１１】
かかる発明によれば、排気ターボ過給機で加圧され空気冷却器にて５０℃程度まで冷却された空気（給気）は、空気タービン装置の膨張タービンにおいて断熱膨張仕事をすることにより０℃近傍まで降温する。
該膨張タービン出口の低温空気（給気）は、ＥＧＲ冷却装置においてＥＧＲガス通路を経たＥＧＲガスと混合あるいは伝熱による熱交換を行うことにより該ＥＧＲガスを冷却し、かかる冷却がなされた低温のＥＧＲガスは給気管内において該ＥＧＲガス冷却後の空気と混合する。そして該ＥＧＲガス混合後の空気はエンジンの給気マニホールドに送られる。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、空気タービン装置の膨張タービンにおいて空気（給気）を０℃近傍の低温まで降温し、ＥＧＲ冷却装置においてこの低温空気によりＥＧＲガスを冷却するので、従来技術のようなエンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却する場合に比べ、ＥＧＲガスを低温まで冷却することが可能となり、該ＥＧＲガスの混入による給気温度の上昇を抑制することができ、これに加えて前記膨張タービンでの降温により給気温度の温度レベルが従来技術に比べて大幅に低下しているため、きわめて低温に保持されたＥＧＲガス混入後の空気（給気）をエンジンに供給することが可能となる。
【００１３】
これにより、エンジンに供給される空気（給気）の空気流量（重量流量）が増大し、ＥＧＲ装置の設置によるエンジン性能の低下が回避されるとともに、ＥＧＲガスの混入に伴う給気温度の上昇に伴うエンジンの熱負荷の増大が回避される。
【００１４】
また請求項２のように構成すれば空気タービン装置の膨張タービン膨張仕事で得られた加圧空気をＥＧＲ弁アクチュエータの制御空気として利用でき、空気タービン装置における空気（給気）冷却による膨張仕事を前記ＥＧＲ弁アクチュエータ用制御空気の生成に有効利用することができ、格別なＥＧＲ弁アクチュエータの制御空気生成手段は不要となる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置を有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を黒煙除去用空気として前記黒煙除去装置に供給する黒煙除去装置用空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス浄化用触媒コンバータを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を触媒活性化用空気として前記触媒コンバータをに供給する触媒コンバータ用空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス浄化用触媒コンバータを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、尿素を供給する尿素供給装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気と前記尿素供給装置からの尿素とを混合して前記触媒コンバータに供給する尿素混合空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成されるとともに、排ガス出口にマフラを有する内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を前記マフラにパージ用空気として供給するパージ空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、可変容量（ＶＧ）タービン付き排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を制御空気として前記可変容量タービンのアクチュエータに供給するＶＧ用制御空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００２０】
請求項８記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を前記給気通路に供給する補助空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００２１】
請求項９記載の発明は、排気ターボ過給機で加圧した空気を空気冷却器で冷却し給気通路を通してシリンダに供給するように構成された内燃機関において、前記給気通路に設けられて前記排気ターボ過給機で加圧された燃焼用空気を膨張し降温せしめる膨張タービン及び該膨張タービンに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するコンプレッサを備えた空気タービン装置と、前記空気冷却器に空気と水との混合流体を噴出せしめて該空気冷却器を通流する空気を冷却する冷却ノズルと、前記空気タービン装置のコンプレッサで加圧された空気を水と混合させて前記冷却ノズルに供給する空気冷却器用空気通路とを有してなることを特徴とする。
【００２２】
請求項３のように構成すれば、空気タービン装置の膨張タービン膨張仕事で得られた加圧空気を黒煙除去装置における黒煙除去用空気として利用でき、
また請求項４のように構成すれば前記加圧空気を触媒コンバータの触媒活性化用空気として利用でき、
また請求項５のように構成すれば、前記加圧空気を尿素と混合してＮＯｘ除去触媒コンバータにＮＯｘ還元作用促進用の尿素と混合して該尿素の搬送空気として利用でき、
また請求項６のように構成すれば、前記加圧空気をマフラの清掃パージ用空気として利用することができ、
また請求項７のように構成すれば、前記加圧空気を可変容量タービンのアクチュエータ制御空気として利用でき、
また請求項８のように構成すれば、前記加圧空気を負荷変化時等の過渡期における空気不足の補充用の補助空気として利用でき、
さらに請求項９のように構成すれば、前記加圧空気を冷却ノズルにより水とともにラジエーター等の空気冷却器の冷却面に噴出せしめて空気冷却器における空気冷却作用促進用空気として利用できる。
【００２３】
従って請求項３ないし９記載の発明によれば、空気タービン装置における空気（給気）冷却による膨張仕事を、黒煙除去用空気、触媒活性化用空気、ＮＯｘ還元作用促進用尿素の搬送用空気、マフラの清掃パージ用空気、過給機アクチュエータ制御空気、負荷変化時等の過渡期における補助空気、空気冷却器における空気冷却作用促進用空気の生成に有効利用することができ、格別な黒煙除去用空気、触媒活性化用空気、ＮＯｘ還元作用促進用尿素の搬送用空気、マフラの清掃パージ用空気、アクチュエータ制御空気、過渡期における補助空気、及び空気冷却作用促進用空気の格別な生成手段は不要となり、設置機器の数が低減され装置コストが低減された内燃機関プラントが得られる。さらに、空気（給気）冷却による膨張仕事を圧縮空気溜として貯えることができるので、エンジン停止時にも上記用途に活用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２５】
図１及び図２は本発明の実施例に係る空気タービン装置を備えたディーゼル機関の給、排気システムの構成図で、図１はＥＧＲシステムの第１例、図２は第２例を示す。図３は前記実施例における排ガス浄化システムの第２例を示す部分構成図である。
【００２６】
本発明の実施例を示す図１及び図２において、１０はエンジン（ディーゼル機関）、１２は該エンジン１０の給気マニホールド、１３は排気マニホールドである。１１は排気ターボ過給機で、前記排気マニホールド１３からの排気ガスにより駆動されるタービン１１ａ及び該タービン１１ａに同軸駆動されて空気を加圧するコンプレッサ１１ｂよりなり、ノズル角を可変とした可変ノズル機構を備えた可変容量（ＶＧ）排気ターボ過給機にて構成される。２１は前記可変ノズル機構を空気圧により駆動操作するＶＧタービンアクチュエータである。
【００２７】
１９は前記タービン１１ａから排出された排ガスの消音を行うマフラである。２４は排気管で、該排気管２４には排ガス浄化用の触媒コンバータ２３及び排ガス中の黒煙を除去する黒煙除去装置２２が設置されている。
【００２８】
１７は空気冷却器で、前記排気ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ｂからターボ出口空気管１８を通して導入された空気を所定温度まで冷却する。
該空気冷却器は、この実施例ではラジエーターにて構成されるが、他の形式の熱交換器でもよい。１６はエンジン１０のクランク軸（図示省略）に連動されて回転し前記空気冷却器１７に冷却空気を供給するファン（吸引ファン）である。
１０２は前記空気冷却器１７の前面に設置された冷却ノズルで、該空気冷却器１７の冷却面に向けて後述する圧縮空気溜３からの加圧空気を水とともに噴出せしめる多数の噴出孔１０２ａが該冷却面に対応して分布して穿孔されている。
６は前記空気冷却器１７の空気出口と前記給気マニホールド１２とを接続する給気管である。
【００２９】
１４は前記排気マニホールド１３を含む排気通路から分岐され前記給気管６に接続されるＥＧＲ管で、該排気マニホールド（排気通路）１３から抽出されたＥＧＲガスを給気管６内に還流するようになっている。
１５は該ＥＧＲ管１４の管路に設けられたＥＧＲ制御弁で、該ＥＧＲ制御弁１５は制御空気によって駆動されるＥＧＲ弁アクチュエータ２０によって開度を制御され、前記ＥＧＲ管１４を経て給気管６内に還流するＥＧＲガス流量を制御する。
【００３０】
２は前記空気冷却器１７出口の給気管６に設置された空気タービン装置で、該空気冷却器１７出口の空気を膨張することにより膨張仕事をなして該空気を降温せしめる膨張タービン２ａ及び該膨張タービン２ａに同軸駆動されて外部からの空気を加圧するの膨張タービン２ａは、ノズル角を可変とした可変ノズル機構２ｃを備えた可変容量（ＶＧ）タービンにて構成することもできる。
３は圧縮空気溜で前記コンプレッサ２ｂにより生成された圧縮空気を圧縮空気管４を通して導入し、所定圧力にて収容するものである。
【００３１】
図１において、１は前記給気管６の吸気マニホールド入口近傍に設置されたＥＧＲ冷却器である。該ＥＧＲ冷却器１は前記給気管６を通して導入された膨張タービン２ａ出口の低温空気と前記ＥＧＲ管１４を通して導入されたＥＧＲガスとを熱交換して、該低温空気によりＥＧＲガスを冷却するものである。
５は前記給気管６の該ＥＧＲ冷却器１の直下流部位に設けられたベンチュリ部である。
【００３２】
図１のＥＧＲ冷却器１及びベンチュリ部５に代えて、図２に示されるように、混合器１０１を給気管６に設置し、該混合器１０１に前記ＥＧＲ管１４を接続して、低温空気とＥＧＲガスとを混合して該ＥＧＲガス混入の低温空気を給気マニホールド１２に供給するように構成してもよい。
【００３３】
前記圧縮空気溜３の空気出口は、開閉弁７ｅを備えたＥＧＲ用制御空気管７ａにより前記ＥＧＲ弁アクチュエータ２０に接続され、また開閉弁７ｆを備えたＶＧタービン用制御空気管７ｂにより前記ＶＧタービンアクチュエータ２１に接続され、また開閉弁７ｈを備えた触媒コンバータ用空気管７ｄにより前記触媒コンバータ２３に接続され、また開閉弁７ｇを備えた黒煙除去装置用空気管７ｃにより前記黒煙除去装置２２に接続され、また開閉弁７ｉを備えた補助空気管７ｊにより前記給気マニホールド１２に接続されている。
さらに、前記圧縮空気溜３の空気出口は、空気冷却器用空気管１０３により前記冷却ノズル１０２に接続され、該圧縮空気溜３からの加圧空気に該空気冷却器用空気管１０３の途中で水供給管１０４からの水を混入させて前記冷却ノズル１０２に供給するようになっている。
【００３４】
かかる構成からなるディーゼル機関の給、排気システムにおいて、
排気ターボ過給機１１のコンプレッサ１１ｂで加圧され、ターボ出口排気管１８を経て空気冷却器１７にて５０℃程度まで冷却された空気（給気）は、空気タービン装置２の膨張タービン２ａに導かれ、該膨張タービン２ａにおいて断熱膨張仕事をすることにより０℃近傍まで降温せしめられる。
該膨張タービン２ａから送出された低温空気（給気）は、給気管６を通して前記ＥＧＲ冷却器１に導かれる。
【００３５】
一方、前記排気マニホールド（排気通路）１３から抽出されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４及びＥＧＲ制御弁１５を通ってＥＧＲ冷却器１に入る。
該ＥＧＲ冷却器０１においては、前記ＥＧＲガスと前記膨張タービン２ａから導入される低温の空気（給気）とを熱交換することによりＥＧＲガスを冷却する。この場合、膨張タービン２ａからの空気（給気）は０℃近傍の低温であるので、ＥＧＲガスは十分に低い温度レベルまで冷却される。
【００３６】
該ＥＧＲ冷却器１において降温されたＥＧＲガスは、前記給気管６の該ＥＧＲ冷却器１の直下流部位に設けられたベンチュリ部５に送られ、該ベンチュリ部５にて増速される空気（給気）流によるエジェクタ作用によって給気管６内の空気（給気）流中に吸引されて混入し、前記給気マニホールド１２に送られる。
【００３７】
また、図２に示されるＥＧＲガス冷却システムの第２例では、混合器１０１において膨張タービン２ａからの低温空気（給気）とＥＧＲ管１４からのＥＧＲガスとを混合して該ＥＧＲガス混入の低温空気とし、該低温空気を給気マニホールド１２に供給する。
【００３８】
かかる実施例によれば、空気タービン装置２の膨張タービン２ａにおいて空気（給気）を０℃近傍の低温まで降温し、図１のようなＥＧＲ冷却器１または２のような混合器１０１においてこの低温空気によりＥＧＲガスを冷却するので、従来技術のようなエンジン冷却水によりＥＧＲガスを冷却する場合に比べ、ＥＧＲガスを低温まで冷却することが可能となり、該ＥＧＲガスの混入による給気温度の上昇を抑制することができる。
【００３９】
そして、前記に加えて膨張タービン２ａでの降温により給気温度の温度レベルが０℃程度と、従来技術に比べて大幅に低下しているため、きわめて低温に保持されたＥＧＲガス混入後の空気（給気）をエンジン１０に供給することが可能となる。
これにより、エンジン１０に供給される空気（給気）の空気流量（重量流量）が増大する。
【００４０】
次に、前記空気タービン装置２の膨張タービン２ａに同軸駆動されるコンプレッサ２ｂにおいては、前記膨張タービン２ａの膨張仕事により外部からの空気を加圧し、圧縮空気管４を通して前記圧縮空気溜３に送給する。該圧縮空気溜３においては前記コンプレッサ２ｂにより生成された圧縮空気を所定圧力にて収容する。
【００４１】
前記圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、開閉弁７ｅを備えたＥＧＲ用制御空気管７ａを通してＥＧＲ弁アクチュエータ２０に送給されて該ＥＧＲ弁アクチュエータ２０の制御空気として利用される。
また該圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、開閉弁７ｆを備えたＶＧタービン用制御空気管７ｂを通して前記ＶＧタービンアクチュエータ２１に送給されて該ＶＧタービンアクチュエータ２１の制御空気として利用される。
【００４２】
また該圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、開閉弁７ｈを備えた触媒コンバータ用空気管７ｄを通して前記触媒コンバータ２３に送給されて触媒活性化用空気として利用される。
また該圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、開閉弁７ｇを備えた黒煙除去装置用空気管７ｃを通して前記黒煙除去装置２２に送給され該黒煙除去装置２２の黒煙除去空気として利用される。
【００４３】
また、該圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、補助空気管７ｊを通して
給気マニホールド１２に供給され、負荷変化時等の過渡期における空気不足の補充用の補助空気として利用される。
さらに、圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、空気冷却器用空気管１０３を通り、該空気冷却器用空気管１０３の途中で水供給管１０４からの水を混入させて前記冷却ノズル１０２に供給され、該冷却ノズル１０２の多数の噴出孔１０２ａから前記空気冷却器１７の冷却面に噴出せしめられ、該空気冷却器１７を通る空気を冷却する。これにより、該空気冷却器１７の冷却機能が向上する。
【００４４】
図３に示されている前記実施例における排ガス浄化システムの第２例において、１０５は尿素を供給する尿素供給装置、１０６は混合器で、前記圧縮空気溜３に貯留された低温空気は開閉弁７ｐを備えた空気管７ｎを通って前記混合器１０６に送られ該混合器１０６において前記尿素供給装置１０５から開閉弁１０７を経て供給された尿素と混合され、該低温空気によって搬送された尿素は尿素混合空気通路７ｑを通ってＮＯｘ除去用触媒コンバータ２３に送給され、該触媒コンバータ２３においてＮＯｘ還元作用を促進する。
また、前記圧縮空気溜３内に収容された加圧空気は、開閉弁７ｍを備えたパージ空気通路７ｋを通ってマフラ１９に送られ、該マフラ１９の清掃パージ用空気として利用される。
【００４５】
従ってかかる実施例によれば、空気タービン装置２の膨張タービン２ａの膨張仕事で得られた加圧空気を、ＥＧＲ弁アクチュエータ２０の制御空気、触媒コンバータ２３の触媒活性化用空気、黒煙除去装置２２における黒煙除去用空気、ＶＧタービンアクチュエータ２１の制御空気、負荷変化時等の過渡期等における補充用の補助空気、該空気冷却器１７の冷却作用促進用空気、ＮＯｘ除去用触媒コンバータ２３のＮＯｘ還元作用促進用尿素の搬送用空気、及び該マフラ１９の清掃パージ用空気として夫々利用できる。
従って、空気タービン装置２における空気（給気）冷却による膨張仕事を、前記ＥＧＲ弁アクチュエータ２０用制御空気、触媒コンバータ２３の触媒活性化用空気、黒煙除去装置２２における黒煙除去用空気、ＶＧタービンアクチュエータ２１の制御空気、過渡期等における補充用の補助空気、ＮＯｘ除去用触媒コンバータ２３への尿素搬送用空気、及びマフラ１９の清掃パージ用空気の生成に有効利用することができ、ＥＧＲ弁アクチュエータ用制御空気、触媒活性化用空気、黒煙除去用空気、アクチュエータ制御空気、過渡期等における補助空気、尿素搬送用空気、及びマフラ１９清掃パージ用空気の格別な生成手段は不要となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、空気タービン装置の膨張タービンにおいて空気（給気）を０℃近傍の低温まで降温した低温空気によりＥＧＲガスを冷却するので、ＥＧＲガスを低温まで冷却することが可能となり、該ＥＧＲガスの混入による給気温度の上昇を抑制することができるとともに、加えて、膨張タービンでの降温により給気温度の温度レベルが大幅に低下しているため、きわめて低温に保持されたＥＧＲガス混入後の空気（給気）をエンジンに供給することが可能となる。
これにより、エンジンに供給される空気（給気）の空気流量（重量流量）が増大し、ＥＧＲ装置の設置によるエンジン性能の低下が回避でき、さらにはＥＧＲガスの混入に伴う給気温度の上昇によるエンジンの熱負荷の増大を回避できる。
【００４７】
また請求項３、４、５、６，７、８、９のように構成すれば、空気タービン装置における空気（給気）冷却による膨張仕事を、黒煙除去用空気、触媒活性化用空気、ＮＯｘ還元作用促進用尿素の搬送用空気、マフラの清掃パージ用空気、過給機アクチュエータ制御空気、負荷変化時等の過渡期における補助空気、空気冷却器における空気冷却作用促進用空気の生成に有効利用することができ、黒煙除去用空気、触媒活性化用空気、ＮＯｘ還元作用促進用尿素の搬送用空気、マフラの清掃パージ用空気、アクチュエータ制御空気、過渡期における補助空気、及び空気冷却作用促進用空気の格別な生成手段は不要となり、設置機器の数が低減され装置コストが低減された内燃機関プラントが得られる。さらに、空気（給気）冷却による膨張仕事を圧縮空気溜として貯えることができるので、エンジン停止時にも上記用途に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る空気タービン装置を備えたディーゼル機関の給、排気システムの構成図で、ＥＧＲシステムの第１例を示す。
【図２】本発明の実施例に係るＥＧＲシステムのは第２例を示す。
【図３】前記実施例における排ガス浄化システムの第２例を示す部分構成図である。
【図４】従来技術を示す図１対応図である。
【符号の説明】
１　　ＥＧＲ冷却器
２　　空気タービン装置
２ａ　膨張タービン
２ｂ　コンプレッサ
３　　圧縮空気溜
４　　空気通路
６　　給気管
７ａ　ＥＧＲ用制御空気管
７ｂ　ＶＧタービン用制御空気管
７ｃ　黒煙除去装置用空気管
７ｄ　触媒コンバータ用空気管
７ｊ　補助空気管
７ｑ　尿素混合空気通路
７ｋ　パージ空気通路
１０　エンジン（ディーゼル機関）
１１　排気ターボ過給機
１１ａ　タービン
１１ｂ　コンプレッサ
１２　給気マニホールド
１３　排気マニホールド
１４　ＥＧＲ管
１５　ＥＧＲ制御弁
１６　ファン
１７　空気冷却器
２０　ＥＧＲ弁アクチュエータ
２１　ＶＧタービンアクチュエータ
２２　黒煙除去装置
２３　触媒コンバータ
１０１　　混合器
１０２　冷却ノズル
１０３　空気冷却器用空気管
１０５　尿素供給装置
【図１】
2004011562.tif 000003
【図２】
2004011562.tif 000004
【図３】
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【図４】
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