(57)【要約】【課題】  長いルートの排気ガス再循環システムを備えたターボチャージャー付きディーゼルエンジンを提供する。【解決手段】  排気ガス再循環パイプ18は、ターボスーパーチャージャーアセンブリー9、15のタービン15の下流側でメイン排気パイプ14から分岐して、コンプレッサ9の上流側でメインの吸気パイプ6に合流する。長いルート再循環パイプ18と組み合わせて、短いルートの再循環パイプをさらに設けることができる。当該再循環パイプは、タービン15の上流側でメイン排気パイプ14から分岐して、コンプレッサ9の下流側でメイン吸気パイプ6に合流する。あるいはその代わりに、エンジン内部に排気ガス再循環を直接得るために、エンジンの各シリンダの吸気バルブ及び排気バルブが同時に一時的に開くことを提供するエンジン・バルブのプログラムされた可変動作のシステムを構想することができる。【選択図】図２
2005307963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気パイプ(3，4)及び排気パイプ(12)をそれぞれ制御する少なくとも一つの吸気バルブ(24)及び少なくとも一つの排気バルブ(25)を備えた少なくとも一つのシリンダ(2)と、
シリンダ(2)の吸気パイプ(3，4)に接続されたメインの吸気パイプ(6)の内部にセットされたコンプレッサ(9)と、
シリンダ(2)の排気パイプ(12)に接続されたメインの排気パイプ(14)の内部にセットされた、コンプレッサ(9)を駆動するための制御タービン(15)と、
タービン(15)の下流側でメインの排気パイプ(14)の内部にセットされ、触媒コンバータ手段(17a)及び微粒子フィルタ手段(17b)を備える排気ガス処理デバイス(17)と、
メインの排気パイプ(14)に流れる排気ガスの少なくとも一部をメインの吸気パイプ(6)に戻すための、各排気ガス再循環バルブ(19)によって制御された排気ガス再循環パイプ(18)と、を備え、
前記排気ガス再循環パイプ(18)が、タービン(15)の下流側のポイント(A)で及び排気ガス処理デバイス(17)の下流のポイント(A)で、メインの排気パイプ(14)から分岐しており、コンプレッサ(9)の上流側のポイント(21)でメインの吸気パイプ(6)に合流していることを特徴とするターボチャージャー付きディーゼルエンジン。
【請求項２】
中間冷却器(20)が、排気ガス再循環パイプ(18)にセットされていることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
排気ガス再循環バルブ(21)が、メインの吸気パイプ(6)と排気ガス再循環パイプ(18)との合流点にセットされていることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項４】
スロットルバルブ(22)が、排気ガス再循環パイプ(18)の合流点(21)の上流側で、メインの吸気パイプ(6)の内部にセットされていることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項５】
スロットルバルブ(21)が、排気ガス再循環パイプ(18)の分岐点(A)の下流側で、メインの排気パイプ(14)の内部にセットされていることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項６】
シリンダ(2)の少なくとも吸気バルブ(24)は、エンジン内部に排気ガスの再循環を提供するために吸気バルブ(24)及び排気バルブ(25)が同時に開くことを可能にするために設けられた電子制御可変動作システムによって制御されることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【請求項７】
タービン(15)の上流側でメインの排気パイプ(14)から分岐して、コンプレッサ(9)の下流側でメインの吸気パイプ(6)に合流する排気ガス再循環パイプをさらに備えることを特徴とする、請求項１記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス再循環システムを備えたターボチャージャー付きディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンは、恐らく電気コンプレッサに一体化された、多数のシリンダ及び一つ以上のターボスーパーチャージャーを備えている。自動車に典型的に用いられた前記エンジンにおいて、排気ガス再循環(EGR)のパイプは、タービンの上流側でメインの排気パイプから分岐しているとともに、コンプレッサの下流側でメインの吸気パイプに合流している。前記の既知のシステムは、添付図面の図１に模式的に図示される。図１では、参照符号1は、四つのシリンダ2を備えたディーゼルエンジンブロックを全体として示している。各々は、各吸気バルブ(不図示)よって制御された二つの吸気パイプ3，4を備えている。各々は、メインの吸気パイプ6を通して空気を受け入れる吸込みマニホルド5の部分を形成している。エアフィルタ7と、流量計8と、コンプレッサ9と、冷却機または中間冷却器10と、スロットルバルブ11とは、メインの吸気パイプ6に直列に配置されている。さらに、排気パイプ12は、エンジン1の各シリンダ2に付随している。排気パイプ12は、各排気バルブ(不図示)によって制御されており、メインの排気パイプ14に接続された排気マニホルド13の一部分を形成している。伝動軸16によってコンプレッサ9を駆動するタービン15と、互いに近くにセットされた触媒コンバータ17a及び微粒子用フィルタ17bを備える排気ガス処理用のデバイス17とが、メインの排気パイプ14に直列に配置されている。図１に図示された既知の配置の場合には、排気ガス再循環パイプ18が設けられている。排気ガス再循環パイプ18は、タービン15の上流側で排気パイプ14から分岐しているとともに、コンプレッサ9及び中間冷却器10の下流側でメインの吸気パイプ6に合流している。前記合流点に対応する位置では、再循環パイプ18を通してガス流れを調節するためのバルブ19が設けられている。更に、図示された例において、EGRパイプは中間部を有している。中間部は、互いに並行な二つのパイプ18a，18bに分岐している。パイプ18bは中間冷却器20を横断している。EGRパイプが二つの並行なパイプ18a，18bに分岐しているポイントに、バルブ21が設けられている。バルブ21は、排気ガスの冷却度合いを可変とするために、二つの並行なパイプ18a，18bを通してガス流れを調節する。
【０００３】
上に記載された既知の方法で作られた排気ガス再循環システムは、いくつかの欠点を示す。まず第一に、再循環するために作られる排気ガスは、バルブ、エンジンパイプ、及びEGRシステムの中間冷却器を汚染するという現象を生じさせる。第二に、再循環したガスと取り入れられた空気との間の混合は、必ずしも最適だとは限らない。その結果、エンジンの様々なシリンダで不均一な燃焼が発生する。他の欠点は、再循環する排気ガスがまだ高い温度であるということである。そのことは、エンジンに入るガス/空気の混合物が高温になって、有害な放出物及び微粒子を必然的に作ってしまう。最後に、すべての排気ガス流がそれを通り抜けるとは限らないならば、タービンは最も効率的な方法で利用されない。
【発明の開示】
【０００４】
前述の欠点を克服する目的で、本発明の主題は、以下の全ての特徴と、前述の排気ガス再循環パイプがタービンの下流側で及び排気ガス処理デバイスの下流側でメインの排気パイプから分岐して、コンプレッサの上流側でメインの吸気パイプに合流するという特徴とを示すターボチャージャー付きディーゼルエンジンを提供することである。従って、本発明に係るシステムは「長いルート」タイプのものである。図１の既知のシステムのそれと比較して、再循環ガスは処理デバイス17の下流側からスタートして、比較的長い経路に従う。
【０００５】
本発明は、
吸気パイプ及び排気パイプをそれぞれ制御する少なくとも一つの吸気バルブ及び少なくとも一つの排気バルブを備えた少なくとも一つのシリンダと、
シリンダの吸気パイプに接続された、メインの吸気パイプにセットされたコンプレッサと、
シリンダの前述の排気パイプに接続された、メインの排気パイプにセットされた、コンプレッサを駆動するためのタービンと、
タービンの下流側でメインの排気パイプにセットされ、触媒コンバータ手段及び粒子濾過手段(それらは、両方の機能を実行する単一の要素に一体化されるか、例えばNOxトラップのようなまた他の要素が存在する可能性を除外せずに、二つの異なった要素によって構成される)を備える排気ガスの処理用デバイスと、
メインの排気パイプに流れる排気ガスの少なくとも一部分をメインの吸気パイプに戻すための、各排気ガス再循環バルブによって制御された排気ガス再循環パイプと、
を備えるタイプのターボチャージャー付きディーゼルエンジンに関する。
【０００６】
前述の特徴により、本発明に係るエンジンは一連の長所を与える。まず第一に、再循環したガスが触媒コンバータ及び微粒子フィルタを備える処理デバイスを既に横断した限りでは、再循環したガスは「清浄である」。バルブやエンジンパイプが汚れるという現象が、除去されるか又は大幅に低減される。本発明から導き出されるさらなる長所は、再循環したガスと新鮮な空気との間の優れた混合を保証して、様々なシリンダ間の燃焼を必然的に均一することである。更に、再循環したガスがタービンの下流側で及び排気ガス処理デバイスの下流側で得られるので、それらの温度が比較的低温であり、エンジンに入力される空気と再循環したガスとの混合物が比較的低温であり、微粒子やNOxの放出の削減を可能にする。最後に、本発明の特徴により、タービンは、排気ガスの全ての流れによって横断される。それは、最高効率を備えたコンプレッサの制御を可能にする。
【０００７】
好ましい実施形態では、ガス冷却機が排気ガス再循環パイプにセットされる。更に、再循環パイプを通して大量のガスを通過させるために、排気ガス再循環パイプの圧力ジャンプを増加させるようにスロットル・アクチュエーター(あるいは同等な機能を備えたデバイス)を設けることができる。前記のスロットル・デバイスは、排気ガス再循環パイプと合流するところの上流側でメインの吸気パイプに、または排気ガス再循環パイプが分岐するところの下流側でメインの排気パイプに設けてもよい。
【０００８】
本発明に係るシステムでは、再循環した排気ガス及び取り入れられた空気との混合物は、コンプレッサによって圧縮されるとともに中間冷却器(空気−空気または空気−水の交換器)によって冷却される。それはコンプレッサの下流側で吸気パイプに設けられている。
【０００９】
再循環ガスの流れを調節するためのバルブは、いずれの既知のタイプであってもよく、また、例えば再循環パイプと吸気パイプとが合流したところに設けてもよい。
【００１０】
既に述べたように、本発明に係るシステムのメインの長所は、再循環したガスが「清浄であること」つまり燃えていない炭化水素及び粒子状汚染物質が実質的に存在しないことである。
【００１１】
本発明に係るシステムの起こりうる好ましくないことは、上に規定されたように、エンジンの一時的な体制（regimes）中での制御の起こりうる問題で、システム応答が比較的遅いことであろう。さらに起こりうる好ましくないことは、エンジンへの入力で空気と再循環したガスとの混合物が、常に比較的低温であり、その結果、エンジンのコールド・スタートにおいてCO及びHCの放出が必然的に増加するということである。上記の再循環システムに加えて、本発明の好ましい実施形態において、これらの起こりうる好ましくないことも除去するために、図１に図示されたタイプの再循環パイプを備えた従来の「短いルート」のタイプの排気ガス再循環システムが考えられている。それは、タービンの上流に排気パイプから分岐しており、コンプレッサの下流に吸気パイプに合流している。このように、エンジンは、本発明に係る再循環システムつまり長いルートのタイプのものと、従来の短いルートすなわち「熱いガス」タイプの再循環システムとの両方を同時に利用する。
【００１２】
その代わりに、本発明に係る長いルートの再循環システムと組み合わせた状態で、エンジンは、本出願人の名前で出願されたヨーロッパ特許出願EP 1 273 770 A2の教示にしたがって、「内部」のEGRシステムを備えることができる。このヨーロッパ特許出願では、エンジン・バルブの可変動作用のシステムを備えるエンジンが図示されている。(本発明の構成（framework）において、そのシステムは、吸気バルブだけに対して、あるいは吸気バルブ及び排気バルブの両方に対して適用可能である。)前記の既知のシステム(それは、また本発明に係るエンジンに対して適用可能である)では、エンジン・バルブは、圧力下の流体のチャンバーの挿入によって、エンジン・カム軸の各カムによって制御される。それは、電子制御装置によって制御された電磁バルブによって解放される（discharged）。与圧チャンバーが解放される（discharged）ときに、各バルブは、制御カムが開状態を維持しようとしているときにおいてさえ、その閉状態に素早く戻る。前記配置（arrangement）の利用によって、いずれかの所望の規則（law）に応じて必要に応じてエンジン・バルブの開閉時間を変えることは可能である。特に、上述のヨーロッパ特許出願は、排気ガスの内部再循環を得るためにエンジンの運転サイクルのいくつかの相において吸気バルブ及び排気バルブが同時に開いていることを維持するようにシステムの電子制御手段をプログラムする可能性を構想している。前記の提案によれば、エンジンのシリンダの正常な排気行程（stroke）の間に、排気ガスの一部分は、排気パイプに流れ込む代わりに吸気パイプに戻り、その後の吸入行程で燃焼チャンバーに再導入される。
【００１３】
更に、排気行程において通常シリンダの排気パイプに入る排気ガスの一部分も、吸気バルブ及び排気バルブが同時に開いているために、吸入行程の間に燃焼チャンバーに再び戻る。従って、上に述べられたガスの二つの量は、燃焼チャンバーに戻って、その後のサイクルにおいてさらに燃焼される。
【００１４】
既に示されたように、上記タイプの長いルートのEGRシステムと組み合わせて、ヨーロッパ特許出願EP 1 273 770 A2の主題を形成するタイプの「内部」EGRシステムを構想しているエンジンは、本発明の範囲内に含まれる。このように、長いルートのシステムの全ての長所は、各好ましくないことを除去しながら達成される。
【００１５】
本発明は、単なる非限定的な例として提供される添付図面を参照しながら記載される。
【００１６】
図２では、図１のものと共通している部分は、同じ参照符号で示されている。
【００１７】
図１に図示された従来システムとの主な違いは、本発明の場合には、排気ガス再循環パイプ18が、ガス処理デバイス17の下流側に位置するポイントAからスタートするメインの排気パイプ14から分岐しているとともに、コンプレッサ9の上流側に位置するポイントで吸気パイプ6に合流することである。そこには、パイプ18を通して再循環した排気ガスの流れを制御するためのあらゆる既知のタイプのバルブ21が配置されている。
【００１８】
もちろん、先行技術と適合して、バルブ21のアクチュエーターは、あらかじめプログラムされたロジックに従って、好ましくは電子制御手段で制御される。また、本発明の場合には、好ましくは、排気ガス再循環パイプ18の内部にセットされた中間冷却器20が設けられる。更に、大量の排気ガスを通過させる目的で、好ましくは、対応するアクチュエーター・デバイス23を備えるスロットルバルブ22が設けられる。スロットルバルブ22は再循環パイプ18を通して圧力ジャンプを増加させることができる。前記デバイスは、図２に示したように、再循環したガスの吸気のポイント21の上流側で吸気パイプに適宜取り付けたり、あるいは、再循環されるガスが取り入れられる領域Aの下流側のポイントで排気パイプ14に適宜取り付けたりすることができる。
【００１９】
上記構成により、前の説明で広範囲に図示された長所は達成される。
【００２０】
さらに好ましい実施形態では、本発明に係るデバイスは、図２に図示された再循環パイプ18に加えて（それは長いルートのEGRを備えている）、短いルートの構成（arrangement）に従って、図１に図示されたタイプの再循環パイプ18を備えていてもよい。このように、二つのシステムの長所が組み合わされて、それにより、長いルートのシステムの部分的な欠点を除去する。
【００２１】
変形例では、図２に図示された長いルートのEGRシステムと組み合わせて、エンジンは、本出願人の名前で出願したヨーロッパ特許出願EP 1 273 770 A2の教示にしたがって内部EGRシステムを備えている。この場合、エンジンは前記特許出願で図示されたタイプの手段を備えている。特に、少なくとも吸気バルブ24、あるいはエンジン(図２)の吸気バルブ24及び排気バルブ25の両者は、本出願人の名前で出願したものの中に図示されたタイプの油圧の電子制御システムによってエンジン・カム軸の各カムによって制御される。エンジンのシリンダにおける排気行程の間に、排気ガスの一部が吸気パイプに戻り、その後の吸入行程において、吸気パイプに既に供給された排気ガスの量が、排気ガスのさらなる部分と一緒に燃焼チャンバーに戻るように、エンジンの運転サイクルの所与の相において、吸気バルブ及び排気バルブは、同時に開いていることが維持されるように、プログラミングされる。排気ガスのさらなる一部分が、排気パイプから来る燃焼チャンバーに戻る。燃焼チャンバーは、吸入行程の間、一時的に開いたままである。従って、燃焼チャンバーに戻る排気ガスの前述の二つの総量は、燃焼行程に再びさらされ、エンジンの内部にEGRを提供する。また、本発明に係る長いルートの再循環システムと結合する前記の内部EGRの構成（arrangement）は、その欠点を示すことなく、前記解決策の長所の最大化を可能にする。
【００２２】
もちろん、本発明の原理をそこなうことなく、構成の細部及び実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく単なる実施例として本願に記載されて図示されたものを広く変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】公知技術に係る従来のエンジンを示している。
【図２】本発明に係るエンジンの好ましい実施形態を示している。
【符号の説明】
【００２４】
１  ディーゼルエンジンブロック
２  シリンダ
３，４  吸気パイプ
５  吸い込みマニホルド
６  メインの吸気パイプ
７  エアフィルタ
８  流量計
９  コンプレッサ
１０  中間冷却器
１２  排気パイプ
１３  排気マニホルド
１５  タービン
１６  伝動軸
１７  処理デバイス
１７ａ  触媒コンバータ
１７ｂ  微粒子用フィルタ
１８  排気ガス再循環パイプ
２１  バルブ
２４  吸気バルブ
２５  排気バルブ
【図１】
2005307963.tif 000003
【図２】
2005307963.tif 000004