(57)【要約】【課題】  排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関、及びその内燃機関を作動させる方法を提供する。【解決手段】  排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関であって、その内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配が異なり、内燃機関の一部の数のシリンダーは、再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、再循環された排気を殆ど又は全く受けない内燃機関が提供される。この内燃機関は、好ましくは、トラックに用いられるディーゼルエンジンとして実施される。【選択図】      図１
2005240807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関であって、該内燃機関は、複数のシリンダーを有し、該内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、前記排ガスターボチャージャの圧縮機は、前記内燃機関の吸込口に割り当てられ、前記排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、前記内燃機関の排出口に割り当てられ、前記圧縮機は、給気ラインを介して、前記吸込口に接続され、前記排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、前記排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、前記内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する前記吸気口の前記排ガス吸込ラインから前記給気ラインに通じている内燃機関において、
前記内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配は異なり、前記内燃機関の一部の数のシリンダーは、前記再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記再循環された排ガスの全て又は殆どを受け、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列エンジンの形態に設計され、前記排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数の前記シリンダーは、前記内燃機関の前記シリンダーの全数の少なくとも半分であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列エンジンの形態に設計され、前記排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数の前記シリンダーは、前記内燃機関の前記シリンダーの全数の少なくとも半分であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項８】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項１５】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項１６】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１７】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１８】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１９】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項２０】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関。
【請求項２１】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関。
【請求項２２】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関。
【請求項２３】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関。
【請求項２４】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関。
【請求項２５】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置を介して再循環された排気の７０％から１００％を受けることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項２６】
排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関を作動させる方法であって、該内燃機関は、複数のシリンダーを有し、該内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、前記排ガスターボチャージャの圧縮機は、前記内燃機関の吸込口に割り当てられ、前記排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、前記内燃機関の排出口に割り当てられ、前記圧縮機は、給気ラインを介して、前記吸込口に接続され、前記排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、前記排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、前記内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する前記吸気口の前記排ガス吸込ラインから前記給気ラインに通じている方法において、前記方法は、
前記内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配を異なるように制御し、前記内燃機関の一部の数のシリンダーは、前記再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする方法。
【請求項２７】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記再循環された排ガスの全て又は殆どを受け、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置を介して再循環された排気の７０％から１００％を受けることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列エンジンの形態に設計され、前記排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数の前記シリンダーは、前記内燃機関の前記シリンダーの全数の少なくとも半分であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記制御時期は、最大で５°のクランク角まで遅れることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関に関する。本発明の好ましい実施形態は、排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関であって、内燃機関は、複数のシリンダーを有し、内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、排ガスターボチャージャの圧縮機は、内燃機関の吸込口に割り当てられ、排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、内燃機関の排出口に割り当てられ、圧縮機は、給気ラインを介して、吸込口に接続され、排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する吸気口の排ガス吸込ラインから給気ラインに通じている内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気の性能を改良するために、排ガス再循環装置が装備された過給内燃機関、特に、過給ディーゼルエンジンが知られている。排ガス再循環装置による排ガスの再循環によって、特にＮＯｘ排出物が低減される。このような内燃機関は、その内燃機関の吸込口に割り当てられた圧縮機と、その内燃機関の排出口に割り当てられた排ガスタービンとを有する排ガスターボチャージャを有している。排ガスタービンと排出口は、少なくとも１つの排ガス吸込ラインによって接続され、排ガス再循環装置の排ガス再循環ラインは、この排ガス吸込ラインから分岐している。排ガス再循環ラインは、圧縮機を吸込口に接続する給気ライン内に開口している。排ガス再循環弁が、排ガス再循環ラインに設けられ、排ガス再循環は、この弁を介して、制御可能である。
【０００３】
特許文献１は、２つの個別の吸気口（この文献では、スクロール通路と称される）と排ガス吸込ライン（この文献では、排ガスラインと称される）を有する排ガスタービンが各吸気口に設けられる内燃機関を記載している。排ガス吸込ラインは、内燃機関の吸気口を内燃機関の排出口に接続している。各排ガス吸込ラインは、互いに独立して、内燃機関の一部の数のシリンダーに接続されている。吸気口は、異なる流れ断面を有している。排ガス再循環ラインは、より小さい流れ断面を有する吸気口に対して設けられた排ガス吸込ラインから分岐している。吸気口及び／又は排ガス吸込ラインの流れ断面は、有利には、負のパージ勾配が生じるような小さい値に選択され、それによって、排気の少なくとも一部が排ガス再循環ラインを介して給気ライン内に流れる。再循環された排気は、シリンダー間で均一に分配される。
【０００４】
負のパージ勾配によって、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーのパージが低下し、及び／又はそれらのシリンダーの内部排ガス再循環が増加する。
【０００５】
内燃機関のシリンダーの全てに対して再循環された排ガスを均一に分配させた場合、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーからの排気は、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーからの排気よりも、より低いＮＯｘ濃度及びより高いＣＯ濃度を含むことが見出されている。より高いＣＯ濃度は、低いλ値を示す指標であり、この低いλ値の指標は、ディーゼルエンジンにおけるカーボンブラック及び／又は微粒子物質の排出物の増加と関連している。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，１７９，８９２号明細書（対応特許：独国特許発明第２８  ５５  ６８７  Ｃ２号明細書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、前述の型式の内燃機関であって、この内燃機関の排出物をそのシリンダーの全てにわたって均一に分配させる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関であって、内燃機関は、複数のシリンダーを有し、内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、排ガスターボチャージャの圧縮機は、内燃機関の吸込口に割り当てられ、排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、内燃機関の排出口に割り当てられ、圧縮機は、給気ラインを介して、吸込口に接続され、排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する吸気口の排ガス吸込ラインから給気ラインに通じている内燃機関において、内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配は異なり、内燃機関の一部の数のシリンダーは、再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする内燃機関を提供することによって、達成される。
【０００９】
本発明の内燃機関の好ましい実施形態は、この内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配を異ならせ、内燃機関の一部の数のシリンダーは、再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、再循環された排気を殆ど又は全く受けないことによって、特徴付けられる。内燃機関は、非対称排ガスタービンを有する排ガスターボチャージャを有している。非対称排ガスタービンは、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有している。１つの流れ断面は、小さい断面を有する吸気口に接続される一部の数のシリンダーに負のパージ勾配が生じるように、小さい値に選択される。従って、これらのシリンダーからの排気は、排ガス再循環装置によって再循環され得る。負のパージ勾配によって、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーのパージは、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダー内よりも、より多くの排気が排ガス再循環装置に給ガスするシリンダー内に残留し、及び／又はより多くの排気がそれらのシリンダーに逆流するように、改変される（内部排ガス再循環）。燃焼に必要な給気と、内部排ガス循環から及び排ガス再循環装置を介して再循環された排気との比率を、内燃機関のシリンダーの間で均一にするために、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーは、排ガス再循環装置を介して再循環された排気の最大量を受ける。従って、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーは、排ガス再循環装置を介して再循環された排気の最小量を受けるか、又はその排ガスを全く受けない。これによって、ＮＯｘ排出物を必要なレベルに保ち、同時に、ＣＯ排出物を低下させることができる。これは、煤排出物及び／又は微粒子排出物の低減に反映される。
【００１０】
前述の内燃機関の好ましい実施形態に対する有利な改修及び改良は、本明細書内及び特許請求の範囲内に記載されている。
【００１１】
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーは、再循環された排気の最大量又は全てを受け、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーは、再循環された排気の最小量を受けるか、又はその排気を全く受けない。この分配の好都合な実施形態において、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーは、排ガス再循環装置を介して再循環された排気の７０％を受ける。従って、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーは、３０％を受ける。
【００１２】
本発明のいくつかの他の好ましい実施形態において、内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列構造の形態に設計され、排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数のシリンダーは、内燃機関のシリンダーの少なくとも半数である。排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーにおける負のパージ勾配によって、効率は低下する。何故なら、シリンダーのパージが低下するからである。効率の損失は、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーの給気サイクルを最適化することによって、補償することができる。内燃機関の全体の効率への悪影響をなくすために、排ガス再循環装置に給ガスする一部の数のシリンダーは、多くても内燃機関のシリンダーの半数に制限される。
【００１３】
本発明のいくつかの他の好ましい実施形態において、スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、排ガス再循環ラインに設けられる。排ガス再循環弁は、内燃機関の制御ユニットの信号ラインによって制御可能である。従って、排ガス再循環は、排ガス再循環装置によって制御可能であり、内燃機関のエンジン特性マップに適するようにさせることができる。
【００１４】
本発明のいくつかの他の好ましい実施形態において、内燃機関の個々のシリンダーの吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーは、排ガス再循環装置に給ガスしないシリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップを全く有しない。内燃機関内の吸気弁及び排気弁の弁制御時期は、通常、弁オーバラップを有している。すなわち、排気弁が閉じる前に、吸気弁が開く。この弁オーバラップによって、特に負のパージ勾配があるとき、内部排ガス再循環が生じる。吸気弁が開くことによって、シリンダー空間内の圧力は、排ガス圧力未満に降下し、排ガスが、シリンダー空間内に残留するか、又は排気弁からそのシリンダー空間に逆流する。内部排ガス再循環の程度は、弁オーバラップ時期の設計によって影響され、弁オーバラップ時期を有利な態様で短くすることによって、減少させることができる。
【００１５】
本発明のいくつかの他の好ましい実施形態において、排ガス再循環装置に給ガスするシリンダーの吸気弁の弁制御時期は、遅れる。弁制御時期は、有利には、均一な弁リフト線図において５°のクランク角だけ遅れる。
【００１６】
他の特徴及び特徴の組合せは、以下の詳細の説明と図面から得られる。本発明の具体的な例示的実施形態を、図面において簡単な形態で示し、以下の詳細な説明において、さらに詳しく述べる。
【００１７】
本発明の他の目的、利点、及び新規の特徴は、本発明の以下の詳細な説明を添付の図面と関連させて検討することによって、明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の内燃機関１の第１実施形態を示している。内燃機関１は、好ましくは、直列構造のディーゼルエンジンとして設計され、排ガスターボチャージャ２と排ガス再循環装置３とを有している。排ガスターボチャージャ２は、圧縮機４と非対称排ガスタービン５とを有している。圧縮機４と排ガスタービン５は、シャフト６によって、回転可能に互いに接続されている。圧縮機４は、内燃機関１の吸込口７に割り当てられ、非対称排ガスタービン５は、内燃機関１の排出口８に割り当てられている。
【００１９】
圧縮機４は、吸気ライン９を介して、吸込口７に接続されている。給気冷却器１０が、吸気ライン９に設けられている。吸込口７は、給気分配管１１を有し、この給気分配管から少なくとも１つの給気通路１２、１３、１４、１５、１６、１７が、内燃機関１のシリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３に通じている。内燃機関１のシリンダーは、各々、少なくとも１つの吸気弁（図示せず）と排気弁（図示せず)を有している。給気ライン９は、給気分配管１１内に開口している。
【００２０】
非対称排ガスタービン５は、２つの吸気口２４、２５を有し、これらの吸気口は、仕切り２６によって互いに分離され、異なる流れ断面を有している。各流入通路２４、２５は、内燃機関１の排出口８の個別の排ガス吸込ライン２７、２８に接続されている。排ガス吸込ライン２７、２８が、流入通路２４、２５の流れ断面に従って、異なる断面を有し得ることも考えられる。各排ガス吸込ライン２７、２８は、内燃機関１の一部の数のシリンダーに割り当てられる。例示的実施形態において、排ガス吸込ライン２７は、シリンダー１８、１９、２０に割り当てられ、排ガス吸込ライン２８は、シリンダー２１、２２、２３に割り当てられる。排ガス吸込ライン２７、２８に対するシリンダーの異なる割り当ても考えられる。さらに、内燃機関１は、異なる数のシリンダー、及び異なる設計を有していてもよい。
【００２１】
排ガス再循環装置３の排ガス再循環ライン２９が、排ガス吸込ライン２７から分岐している。排ガス再循環ライン２９は、給気ライン９の給気分配管１１への入口の直前で、給気ライン９内に開口している。排ガス再循環ライン２９に加えて、排ガス再循環装置３は、排ガス再循環冷却器３０と排ガス再循環弁３１とを備えている。排ガス再循環弁３１は、スロットル弁として設計され、電気式又は空気圧式作動要素（図示せず）によって操作可能である。作動要素は、信号ライン３２を介して、内燃機関１の制御装置３３によって始動され得る。従って、排ガス再循環を、排ガス再循環装置３によって制御することができ、内燃機関１のエンジン特性マップに適するようにすることができる。排ガス再循環弁３１は、好ましくは、排ガス再循環ライン２９の給気ライン９への開口の近くに設けられる。排ガス再循環弁３１を排ガス再循環ライン２９の排ガス吸込ライン２７への入口の近く又は排ガス吸込ライン２７に直接取り付けることも考えられる。
【００２２】
圧縮機４は、非対称ガスタービン５によって駆動される。圧縮機４は、燃焼に必要とされる給気を供給する。圧縮機４は、燃焼に必要とされる空気を、大気から吸気ライン３４を介して引込む。圧縮された給気は、給気ライン９と給気冷却器１０とを介して、吸込口７の給気分配管１１内に流れ、給気通路１２、１３、１４、１５、１６、１７を通って、内燃機関１のシリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３に進む。シリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３の排ガスは、排出口８の排ガス吸込ライン２７、２８内に流れ、さらに排ガスタービン５の吸気口２４、２５内に流れる。排ガスは、排ガスタービン５を駆動し、図１において矢印で示される排ガスシステム３５を通して、大気内に流れる。
【００２３】
吸気口２４、２５の異なる流れ断面によって、排ガス吸込ライン２７、２８内の排ガスの圧力は異なる。吸気口２４、２５間の仕切り２６は、吸気口２４、２５間の圧力が平衡になるのを妨げる。吸気口２４のより小さい流れ断面によって、シリンダー１８、１９、２０に負のパージ勾配が生じる。この負のパージ勾配によって、排ガスの圧力は、給気圧よりも高く、その結果、排ガス再循環装置３の排ガス再循環弁３１が開いたときに、排ガスの少なくとも一部が、排ガス再循環ライン２９を介して給気ライン９内に流れる。再循環された排気は、排ガス再循環冷却器３０内で冷却され、特にＮＯｘ排出物を低減させるように働く。吸気口２５のより大きい流れ断面によって、シリンダー２１、２２、２３に正のパージ勾配が生じ、その結果、可能な限り高い効率が得られる。
【００２４】
負のパージ勾配によって、排ガス再循環ラインに給ガスするシリンダー１８、１９、２０のパージは、排ガス再循環装置３に給ガスしないシリンダー２１、２２、２３内におけるよりも、排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー１８、１９、２０内において、多くの排気が残留し、及び／又は多くのガスが排出口８を通って逆流する（内部排ガス再循環）ように、変更される。
【００２５】
シリンダー２１、２２、２３において、給気及び巻き込まれた再循環排気が、給気分配管１１に入るときに、給気通路１５、１６、１７内に流れるように、給気ライン９は、給気分配管１１の中心に開口せず、むしろ偏って開口している。従って、排ガス再循環装置３に給ガスしないシリンダー２１、２２、２３は、排ガス再循環装置３によって再循環された排ガスをより多く及び／又はその排ガスの全てを受ける。その結果、内燃機関１のシリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３内の燃焼に必要される給気に対する内部排ガス再循環及び排ガス再循環装置３によって再循環された排ガスの比率を制御することができる。これによって、内燃機関１のシリンダーの全体にわたる排出物の均一な分配が有利に得られる。
【００２６】
本発明の内燃機関１の他の考えられる設計として、シリンダー１８、１９、２０とシリンダー２１、２２、２３が、各々、個別の給気分配管１１を有し、排ガス再循環ライン２９が、排ガス再循環装置３に給ガスしないシリンダー２１、２２、２３に割り当てられた給気分配管１１内のみに開口するような設計が挙げられる。
【００２７】
本発明による内燃機関１の他の考えられる設計として、排ガス再循環装置３によって再循環された排ガスを給気通路１５、１６、１７に直接送給する設計が挙げられる。
【００２８】
排ガス再循環弁３１が切換スロットル弁として設計される本発明による内燃機関１の実施形態も考えられる。これによって、例えば、給気が、排ガス再循環装置３に給ガスしないシリンダー２１、２２、２３内に流れるときにのみ、再循環された排ガスを給気に添加させることができる。
【００２９】
図２は、本発明の内燃機関１の弁制御時期の略図を示している。この略図は、内燃機関のシリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３の全ての排気弁の弁リフト線図Ａ、シリンダー２１、２２、２３の吸気弁の弁リフト線図Ｂ、及びシリンダー１８、１９、２０の弁リフト線図Ｃを示している。これらの弁リフト線図Ａ、Ｂ、Ｃでは、クランク角の度を単位とするクランク角の関数として、弁リフトがｍｍ単位でプロットされている。
【００３０】
加えて、又は、図１に示される本発明の内燃機関１の限定的な手段として、排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー１８、１９、２０の弁制御時期を、排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー１８、１９、２０の吸気弁及び排気弁が、排ガス再循環装置３に給ガスしないシリンダー２１、２２、２３と比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか又は弁オーバラップ時期を全く有しないように、本発明による態様によって、変化させる。略図に示されるように、排気弁の全ての弁制御時期は、常に不変であるが、排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー1８、１９、２０の吸気弁の弁制御時期は、５°のクランク角だけ遅れる。排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー１８、１９、２０の場合、その内部排ガス循環が、負のパージ勾配であっても、著しく低減されるという利点が得られる。
【００３１】
従って、排ガス再循環装置３に給ガスするシリンダー１８、１９、２０における過度に大きい内部排ガス再循環を弱めることができ、排出物を内燃機関のシリンダーの全てにわたって均一に分配させることができる。これと対照的に、図１による内燃機関１の場合において排ガス再循環装置３を通して再循環された排ガスは、内燃機関のシリンダーの全てにわたって排出物を均一に分配させるために、内燃機関１の個々のシリンダー１８、１９、２０、２１、２２、２３間で異なって分割される。
【００３２】
上記の開示は、あくまでも本発明を例示するために記載されたものであり、本発明を制限することを意図していない。本発明の精神及び本質を含む開示された実施形態に対する変形形態が、当業者によって想定され得るが、本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価物内のすべてのものを包含すると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】単一の例示的実施形態による本発明の内燃機関の概略図。
【図２】本発明の内燃機関の弁制御時期の略図。
【符号の説明】
【００３４】
１  内燃機関
２  排ガスターボチャージャ
３  排ガス再循環装置
４  圧縮機
５  非対称排ガスタービン、排ガスタービン
６  シャフト
７  吸込口
８  排出口
９  給気ライン
１０  給気冷却器
１１  給気分配管
１２、１３、１４、１５、１６、１７  給気通路
１８、１９、２０、２１、２２、２３  シリンダー
２４、２５  吸気口、流入通路
２６  仕切り
２７、２８  排ガス吸込ライン
２９  排ガス再循環ライン
３０  排ガス再循環冷却器
３１  排ガス再循環弁
３２  信号ライン
３３  制御装置
３４  吸気ライン
３５  排ガスシステム
【図１】
2005240807.tif 000003
【図２】
2005240807.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月25日(2005.4.25)
【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】
排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関であって、該内燃機関は、複数のシリンダーを有し、該内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、前記排ガスターボチャージャの圧縮機は、前記内燃機関の吸込口に割り当てられ、前記排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、前記内燃機関の排出口に割り当てられ、前記圧縮機は、給気ラインを介して、前記吸込口に接続され、前記排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、前記排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、前記内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する前記吸気口の前記排ガス吸込ラインから前記給気ラインに通じている内燃機関において、
前記内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配は異なり、前記内燃機関の一部の数のシリンダーは、前記再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記再循環された排ガスの全て又は殆どを受け、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列エンジンの形態に設計され、前記排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数の前記シリンダーは、前記内燃機関の前記シリンダーの全数の少なくとも半分であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記各吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置を介して再循環された排気の７０％から１００％を受けることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項８】
排ガスターボチャージャと排ガス再循環装置とを有する内燃機関を作動させる方法であって、該内燃機関は、複数のシリンダーを有し、該内燃機関の各シリンダーは、少なくとも１つの吸気弁と少なくとも１つの排気弁とを有し、前記排ガスターボチャージャの圧縮機は、前記内燃機関の吸込口に割り当てられ、前記排ガスターボチャージャの非対称排ガスタービンは、前記内燃機関の排出口に割り当てられ、前記圧縮機は、給気ラインを介して、前記吸込口に接続され、前記排ガスタービンは、仕切りによって分離された、異なる流れ断面を有する２つの吸気口を有し、各吸気口は、それ自身の排ガス吸込ラインを通って、前記排出口に接続され、各排ガス吸込ラインは、前記内燃機関の一部の数のシリンダーに割り当てられ、排ガス再循環ラインが、より小さい流れ断面を有する前記吸気口の前記排ガス吸込ラインから前記給気ラインに通じている方法において、前記方法は、
前記内燃機関の個々のシリンダーの間で再循環された排気の分配を異なるように制御し、前記内燃機関の一部の数のシリンダーは、前記再循環された排気の全て又は殆どを受け、残りのシリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする方法。
【請求項９】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記再循環された排ガスの全て又は殆どを受け、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記再循環された排気を殆ど又は全く受けないことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置を介して再循環された排気の７０％から１００％を受けることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記内燃機関は、４つ又は６つのシリンダーを有する直列エンジンの形態に設計され、前記排ガス再循環装置に給ガスしない一部の数の前記シリンダーは、前記内燃機関の前記シリンダーの全数の少なくとも半分であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
スロットル弁の形態にある排ガス再循環弁が、前記排ガス再循環ラインに設けられることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記内燃機関の前記個々のシリンダーの前記吸気弁及び／又は排気弁の弁制御時期は異なり、前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーは、前記排ガス再循環装置に給ガスしない前記シリンダーと比較して、より短い弁オーバラップ時期を有するか、又は弁オーバラップ時期を全く有しないことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記排ガス再循環装置に給ガスする前記シリンダーの前記吸気弁の弁制御時期は、遅れることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記制御時期は、最大で５°のクランク角まで遅れることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【外国語明細書】
2005240807000001.pdf
2005240807000002.pdf
2005240807000003.pdf
2005240807000004.pdf