(57)【要約】    エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関（１）特にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための方法において、(i) 排ガス（ＡＧ）の圧力値を決定するための内燃機関（１）の運転パラメータを算出し、(ii) このようにして決定された排ガス（ＡＧ）の圧力値を用いて、ガス供給装置（１０）の供給セクション（２７）内で負圧を生ぜしめるために、制御された圧縮空気（ＤＬ）を調整して供給し、(iii) このようにして生ぜしめられた供給セクション（２７）内の負圧によって、内燃機関（１）の排ガス（ＡＧ）の部分量を、ガス供給装置（１０）の前記供給セクション（２７）内に吸込み、(iv) このようにして前記供給セクション（２７）内に吸い込まれた、排ガス（ＡＧ）の部分量を、前記ガス供給装置（１０）に接続されたインテークパイプ（３）を介して内燃機関（１）に再循環させる、方法段階を有している。
2010540820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関（１）殊にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための方法において、
(i) 排ガス（ＡＧ）の圧力値を決定するための内燃機関（１）の運転パラメータを算出し、
(ii) このようにして決定された排ガス（ＡＧ）の圧力値を用いて、ガス供給装置（１０）の供給セクション（２７）内で負圧を生ぜしめるために、圧縮空気（ＤＬ）を調整して供給し、
(iii) このようにして生ぜしめられた供給セクション（２７）内の負圧によって、内燃機関（１）の排ガス（ＡＧ）の部分量を、ガス供給装置（１０）の前記供給セクション（２７）内に吸込み、
(iv) このようにして前記供給セクション（２７）内に吸い込まれた、排ガス（ＡＧ）の部分量を、前記ガス供給装置（１０）に接続されたインテークパイプ（３）を介して内燃機関（１）に再循環させる、
方法段階を有していることを特徴とする、内燃機関の排ガス再循環を改善するための方法。
【請求項２】
排ガス（ＡＧ）の測定された圧力値が予め定められた基準値を下回った時に、弁（３０）をスイッチオンすることによって、圧縮空気（ＤＬ）を調整して供給する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記弁（３０）がスイッチオンされ、それによって負圧が生ぜしめられた後で、再循環弁（３７）をスイッチオンすることによって、排ガス（ＡＧ）の部分量の吸込みを行う、請求項２記載の方法。
【請求項４】
圧縮空気（ＤＬ）を、ベンチュリ装置（３８）及び／又はインジェクタポンプを通ってガイドし、該圧縮空気（ＤＬ）に、排ガス（ＡＧ）の吸い込まれた部分量を導入する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
排ガス（ＡＧ）の吸い込まれた部分量を、調節装置（２０）によって、インテークパイプ（３）に向けてガイドする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
供給された圧縮空気（ＤＬ）を、音速で供給する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関（１）殊にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための装置において、
内燃機関（１）のインテークパイプ（３）及びエクゾーストパイプ（４）に接続された排ガス再循環装置（３４）と、
前記排ガス再循環装置（３４）内に配置された、排ガス再循環のスイッチオンを制御するための再循環弁（３７）と、
前記インテークパイプ（３）と前記エクゾーストターボチャージャ（９）の圧縮機（１２）との間に配置され、かつ圧縮空気管路（１１）に接続されたガス供給装置（１０）と、を有しており、
前記ガス供給装置（１０）がさらに、排ガス再循環装置（３４）のための接続部を備えた吸込み通路（３３）を有していて、該吸込み通路（３３）が、圧縮空気管路（１１）の供給セクション（２７）内に開口している、
ことを特徴とする、内燃機関（１）の排ガス再循環を改善するための装置。
【請求項８】
前記供給セクション（２７）がベンチュリ装置（３８）を有している、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記供給セクション（２７）がインジェクタポンプ装置を有していて、該インジェクタポンプ装置のインジェクタが圧縮空気を圧縮空気流入部（１９）へガイドする、請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記ガス供給装置（１０）が調節エレメント（２０）と共に、前記インテークパイプ（３）への排ガスの再循環装置を構成している、請求項７から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記ガス供給装置（１０）が、流れ方向で調節エレメント（２０）の前後に、ガス供給装置（１０）内の流れパラメータを測定するための測定装置（２４，２５）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記ガス供給装置（１０）が、圧縮空気（ＤＬ）の吹込を制御するための、フレッシュエア供給装置である、請求項７から１１までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための方法及び装置に関する。
【０００２】
排ガス再循環は、内燃機関の有害物質排出例えば窒素酸化物ＮＯｘ等を減少させるために行われる。この場合、内燃機関の排ガスの部分量は、その吸込みシステムに再循環され、例えば排ガス再循環弁が開放制御及び閉鎖制御されるようになっている。内燃機関例えばディーゼルエンジンは、しばしばエクゾーストターボチャージャを備えている。
【０００３】
しかしながら排ガス再循環においては、非定常運転範囲において、排ガス再循環を介して得られた部分量を内燃機関のインテークパイプ若しくはエクゾーストパイプに供給するために、排ガス圧力が十分でない状態が発生する。このような運転状態においては、排ガス内のＮＯｘ含有量が高すぎることになる。
【０００４】
このような内燃機関、例えばエクゾーストターボチャージャを有する、ディーゼルエンジンは加速時に、「ターボラグ；Turboloch」と称呼される運転状態を有する。この場合、内燃機関はガス供給時に、所定の時間的な遅延後に回転数を高めるように作用する。この時間的な遅延の間、エクゾーストターボチャージャを駆動するための排ガスエネルギーは存在せず、十分な排ガス圧力も存在せず、ひいては圧縮されたフレッシュガスも提供されない。このような「ターボラグ」を調整するために、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６００８７８３号明細書及びドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６７８５号明細書に記載された解決策が提案されている。この場合、内燃機関のフレッシュガス需要が高くなった時に、その要求を満たすために、制御された圧縮空気が例えば圧縮空気タンクから内燃機関のインテークパイプに導入される。これは、ターボチャージャの圧縮機とインテークマニホールドとの間のインテークパイプ内に配置され、かつ圧縮空気接続部と制御式のフラップとを有する構成部材によって行われる。圧縮空気を供給する際に、制御可式のフラップは閉鎖され、それによって圧縮空気はエクゾーストターボチャージャの圧縮機内ではなく、インテークパイプ内に流入するようになっている。
【０００５】
そこで本発明の課題は、排ガス再循環を改善するための方法及び装置を改良して、上記のような欠点を完全に若しくは十分に取り除くと共に、その他の利点が得られるようにすることである。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴部に記載した方法及び、請求項６の特徴部に記載した装置によって解決される。
【０００７】
本発明の基本的な思想は、圧縮空気を内燃機関のインテークパイプ内に吹き込む際に発生する負圧を、再循環された排ガスを吸い込むために利用する、という点にある。
【０００８】
これによって、内燃機関の非定常運転範囲内において発生する、高い窒素酸化物含有量を有する排ガスを伴う状態は取り除かれるか若しくは著しく減少される。
【０００９】
エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための、本発明による方法によれば、排ガスの圧力値を決定するための内燃機関の運転パラメータを算出する方法段階と、このようにして決定された排ガスの圧力値を用いて、ガス供給装置の供給セクション内で負圧を生ぜしめるために、制御された圧縮空気を調整して供給する方法段階と、このようにして生ぜしめられた供給セクション内の負圧によって、内燃機関の排ガスの部分量を、ガス供給装置の前記供給セクション内に吸込む方法段階と、このようにして前記供給セクション内に吸い込まれた、排ガスの部分量を、前記ガス供給装置に接続されたインテークパイプを介して内燃機関に再循環させる方法段階とを、有している。
【００１０】
高い圧力を有する圧縮空気は、制御式の弁例えば電磁弁又は空気圧弁を介して吹き込まれる。この場合、弁の出口の直後の短い領域内に、空気の非常に高い流過速度、有利には音速が発生する。次いでこの領域内に、内燃機関のインテークパイプ内の圧力よりも著しく低い圧力が発生する。
【００１１】
変化実施例によれば、有利には、前記弁の出口の直後の短い領域が、ベンチュリ装置として構成され、それによって特に強い負圧が発生するようになっている。この負圧範囲内で、再循環された排ガスの部分量は負圧によって吸い込まれる。選択的な実施例によれば、インジェクタポンプ装置を使用してもよい。
【００１２】
特に排ガス圧力が低い内燃機関の運転状態において、再循環された排ガスを吸い込むことによって圧縮空気の吹き込みが行われる。直接的又は間接的に測定された排ガスの圧力値が、予め定められた基準値を下回った時に、圧縮空気弁がスイッチオンされ、それによって負圧が形成され、排ガス再循環装置内の再循環弁が開放されて、再循環しようとする排ガスの部分量が吸い込まれるようになっている。
【００１３】
再循環しようとする、吸い込まれた排ガスは、圧縮空気と共に内燃機関のインテークパイプ内に負込まれる。圧縮空気及び吸い込まれた排ガスがインテークパイプ内に導入されるようにするために、流れをインテークパイプに向けて変向させる調節部材が設けられる。
【００１４】
エクゾーストターボチャージャを有する内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガス再循環を改善するための本発明の装置によれば、内燃機関のインテークパイプ及びエクゾーストパイプに接続された排ガス再循環装置と、前記排ガス再循環装置内に配置された、排ガス再循環のスイッチオンを制御するための再循環弁と、前記インテークパイプと前記エクゾーストターボチャージャの圧縮機との間に配置され、かつ圧縮空気管路に接続されたガス供給装置と、を有しており、前記ガス供給装置がさらに、排ガス再循環装置のための接続部を備えた吸込み通路を有していて、該吸込み通路が、圧縮空気管路の供給セクション内に開口している。
【００１５】
有利な実施態様によれば、ガス供給装置が、流れ方向で調節エレメントの前後に、ガス供給装置内の流れパラメータを測定するための測定装置を有している。これによって、簡単な形式で、例えばインテークパイプ内の実際の吸込み圧に関する測定値を得ることができ、この場合、測定装置は例えば圧力センサである。吸込み圧及びその他の測定値、例えば内燃機関の回転数等のエンジン制御の測定値から、排ガス圧力を推測することができる。
【００１６】
本発明の別の実施態様によれば、前記ガス供給装置が、圧縮空気の吹込を制御するための、フレッシュエア供給装置である。この場合、いわゆる「ターボラグ」に関連した圧縮空気吹き込みの利点の組合せを得ることができ、しかも、改善された排ガス再循環を得ることができる。
【００１７】
本発明を以下に、図面に示した実施例について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エクゾーストターボチャージャ、排ガス再循環装置及び排ガス再循環を改善するための本発明による装置を備えた内燃機関の概略図である。
【図２】本発明による装置のガス供給装置の第１実施例の概略的な断面図である。
【図３】本発明による装置のガス供給装置の第２実施例の、図２の符号Ｘで示した部分の拡大断面図である。
【００１９】
図面中、同じ構成エレメント若しくは同じ機能を有する機能ユニットは、同じ符号で示されている。
【００２０】
図１は、エクゾーストターボチャージャ９、排ガス再循環装置３４、及び排ガス再循環を改善するための本発明による装置を備えた内燃機関の概略図である。内燃機関１は、この実施例では、６つのシリンダ２と、１つのインテークパイプ３と、１つのエクゾーストパイプ４とを有するディーゼルエンジンである。インテークパイプ３は、ガス供給装置１０を介してエクゾーストターボチャージャ９の圧縮機１２に接続されており、該圧縮機１２は、エアフィルタ７を介してフレッシュガスＦＧのためのエア吸入口５に接続されている。エクゾーストターボチャージャ９の圧縮機１２は排ガスタービン１３に接続されていて、該排ガスタービン１３は、エクゾーストパイプ４内で、内燃機関１の排ガスＡＧのための排ガス出口６の前に配置されていて、排ガスＡＧによって駆動される。
【００２１】
さらに、エクゾーストパイプ４は、排ガス再循環装置３４及びガス供給装置１０介してインテークパイプ３に接続されており、前記ガス供給装置１０については以下に詳しく説明されている。排ガス再循環装置３４は、第１供給セクション３５と第２の供給セクション３６とに分割されている。これらの供給セクション３５，３６間に再循環弁３７が配置されていて、該再循環弁３７は、例えば電磁弁又は空圧弁であってよい。
【００２２】
ガス供給装置１０はさらに、圧縮空気ＤＬを供給するための圧縮空気管路１１に接続されている。圧縮空気ＤＬは、例えば圧縮空気タンク内に貯められており、かつ／または圧縮空気装置（図示せず）によって生ぜしめられる。圧縮空気装置は、例えば産業車両に設けられている圧縮空気発生装置又は付加的な装置であってよい。
【００２３】
エンジン制御装置８は、シリンダ２の噴射装置に接続されている。このために、制御管路１４だけが概略的に示されている。別の接続部１５が、ガス供給装置１０の制御ユニット１６に接続されている。エンジン制御装置８は、内燃機関を公知の形式で制御するようになっており、ここでは詳しく説明されていない。エンジン制御装置８には、接続部１５を介して、ガス供給装置１０のさらに別の測定データが供給されるようになっており、それについて以下に説明する。
【００２４】
この実施例では、ガス供給装置１０は例えば、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６００８７８３号明細書及びドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６００８７８５号明細書に所属の圧縮空気発生器に関連して記載されているフレッシュガス管路セクションである。従ってここでは詳しい説明は省かれている。
【００２５】
ガス供給装置１０は、図２に示した第１実施例の縦断面図に、所属の機能ユニットと共に概略的に示されている。
【００２６】
ガス供給装置１０は、管状体より成っており、該管状体は、その右側が、フレッシュガス流入１７のための流入セクション２８を介して、エクゾーストターボチャージャ９の圧縮機１２（図１参照）に接続されている。流れ方向（図２で右から左）で、フラップとして構成された調節エレメント２０が回転軸２１を中心にして旋回可能に配置されている。調節エレメント２０は、調節ユニット２２及びポジションセンサ２３に接続されている。この調節エレメント２０によって、ガス供給装置１０の管状体の貫流横断面及びひいてはフレッシュガス流入が可変に構成されている。
【００２７】
ガス供給装置１０の左側の領域に、流出セクション２９が配置されており、該流出セクション２９は、流出流１８のためにインテークパイプ３に接続されている（図１参照）。流出セクション２９の例えば下側に、供給セクション２７を備えた接続セクション３２が配置されており、この場合、供給セクション２７は通路状に構成されていて、一端部が流出セクション２９に連通している。供給セクション２７の他端部は弁３０に接続されており、この弁３０は、電磁弁として構成されていて、その接続側が、圧縮空気管路１１の圧縮空気流入部１９として構成されている。弁３０の出口の上側で、接続セクション３２が吸込み通路３３に接続されており、該接続通路３３は、排ガス再循環装置３４の第１の供給セクション３５に連通している。この第１の供給セクション３５に、再循環弁３７と第２の供給セクション３６とが接続されており、該第２の供給セクション３６はエクゾーストパイプ４に接続されている（図１参照）。これは矢印で示されている。再循環弁３７は、この実施例では同様に電磁弁である。
【００２８】
ガス供給装置１０はさらに、流入セクション２８内において流れ方向で調節エレメント２０の前に、かつ流出セクション２９内において調節エレメント２０の後ろにそれぞれ１つの測定チャンネル２６を有している。各測定チャンネル２６には測定装置２４，２５が接続されており、この測定装置２４，２５は図示の実施例ではそれぞれ１つの圧力センサである。
【００２９】
ガス供給装置１０の制御ユニット１６は、調節ユニット２２、制御エレメント２０のポジションセンサ２３、測定装置２４，２５及び弁３０，３７に接続されている。さらに、制御ユニット１６は、エンジン制御装置８に接続されていて、その他の構成エレメント、例えばエクゾーストパイプ及び／又はエクゾーストターボチャージャの圧力センサ、温度センサその他のための接続部３１を有している。
【００３０】
この装置の機能について以下に説明する。
【００３１】
内燃機関１の所定の運転条件に基づいて排ガス圧力が低下すると、これが、内燃機関１のセンサ、例えば回転数、圧力、温度のためのセンサによって確認される。この測定値は、エンジン制御装置８、及び（車両にバスシステムが存在する場合には）バスに提供され、例えば接続部１５を介してエンジン制御装置８及び／又は接続部３１を介して、制御ユニット１６によって呼び出すことができる。この値から、制御ユニット１６が、確定された閾値と比較して、排ガス圧力が前記閾値を越えたことを算出し、それによって排ガス再循環がもはや不可能であることを確認する。ついで、弁３０が制御ユニットによって開制御され、流入する圧縮空気ＤＬが非常に高い圧力下にあり、その高い流れ速度（有利には音速である）によって、供給セクション２７内の弁３０の出口において高い負圧を発生させる。次いで、制御ユニット１６の別の信号によって制御されて、再循環弁３７が開放し、排ガスの部分量が、排ガス再循環装置３４によって供給セクション２７内に吸い込まれ、流入する圧縮空気によって連行される。それと同時に、制御ユニット１６は、流入セクション２８への横断面を閉鎖若しくは縮小させる信号を制御エレメント２０に発信し、それによって、圧縮空気の流れが再循環された排ガスと共にインテークパイプ３内への流出流１８として、内燃機関１内へガイドされる。運転条件が変えられると、弁３０及び３７は再び閉鎖され、制御エレメント２０が調節されて流入セクション２９に通じる横断面を増大させるようになっている。
【００３２】
それによって、低い排ガス圧力においても排ガス再循環が維持され、その結果、内燃機関１の非定常運転範囲においても排ガスＡＧ内の窒素酸化物含有量が少なく維持される。
【００３３】
供給セクション２７内の負圧を高めるために、供給セクション２７の幾何学形状は、再循環された排ガスのために特に良好な負圧及び吸込み条件が得られるように設計されている。このために、図２には、本発明による装置の第２実施例による、図２の符号Ｘで示された領域の断面図が示されている。この場合、供給セクション２７はベンチュリ装置３８として構成されている。弁３０が開放されて圧縮空気が流入すると、流過速度が高くなり、ひいては高められた負圧が発生する領域内に、吸込み通路３３が配置されており、該吸込み装置３３に、排ガス再循環装置３４の第１の供給セクション３５が接続されているので、負圧によって、より多くの排ガスが低い排ガス圧力においてエクゾーストパイプ４（図１）に戻し案内され、それによって排ガスＡＧの窒素酸化物含有量がさらに減少される。
【００３４】
本発明は、図示の実施例のみに限定されるものではない。本発明は、添付の請求項の枠内で変更することができる。
【００３５】
従って例えば、供給セクション２７の幾何学的な構成において、ベンチュリ装置とは異なる装置を有していてもよい。例えば、インジェクタポンプ装置（ウォータージェットポンプとして構成された）を使用してもよい。この場合、圧縮空気流入部１９への圧縮空気の流れはインジェクタによってガイドされる。この場合、インジェクタは、接続セクション３２の下端部から供給セクション内に突入する。この構成は図示されていないが、容易に想定可能である。
【００３６】
流れに関連して好都合な、その他のすべての管路、開口部及び接続部の構成によって、特に高い圧力若しくは高い負圧の領域内において低い流過抵抗が得られる。
【００３７】
この弁は、空圧式又は電子空圧式に操作可能であってもよい。
【００３８】
ガス供給装置１０は、ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６００８７８３号明細書及びドイツ連邦共和国特許公開第１０２００６００８７８５号明細書に記載された圧縮空気装置であってよく、またこの圧縮空気装置に連結されていてよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  内燃機関、  ２  シリンダ、  ３  インテークパイプ、  ４  エクゾーストパイプ、  ５  エア吸入口、  ６  排ガス出口、  ７  エアフィルタ、  ８  エンジン制御装置、  ９  エクゾーストターボチャージャ、  １０  ガス供給装置、  １１  圧縮空気管路、  １２  圧縮機、  １３  排ガスタービン、  １４  制御管路、  １５  接続部、  １６  制御ユニット、  １７  フレッシュガス流入、  １８  流出流、  １９  圧縮空気流入部、  ２０  調節エレメント、  ２１  回転軸、  ２２  調節ユニット、  ２３  ポジションセンサ、  ２４  第１の測定装置、  ２５  第２の測定装置、  ２６  測定チャンネル、  ２７  供給セクション、  ２８  流入セクション、  ２９  流出セクション、  ３０  弁、  ３１  接続部、  ３２  接続セクション、  ３３  吸込み通路、  ３４  排ガス再循環装置、  ３５  第１の供給セクション、  ３６  第２の供給セクション、  ３７  再循環弁、  ３８  ベンチュリ装置、  ＡＧ  排ガス、  ＤＬ  圧縮空気、  ＦＬ、ＦＧ  フレッシュガス
【図１】
2010540820.tif 000003
【図２】
2010540820.tif 000004
【図３】
2010540820.tif 000005
【国際調査報告】
2010540820.tif 000006
2010540820.tif 000007
2010540820.tif 000008
2010540820.tif 000009
2010540820.tif 000010
2010540820.tif 000011