(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気フィルタで清浄化された空気が吸気通路を通して内燃機関に導かれるように構成された吸気通路と、圧縮空気供給源と、排気通路に設けられたディゼルパティキュレートフィルタとを備えたディーゼル内燃機関の運転方法において、前記ディーゼル内燃機関は前記吸気通路あるいは周囲外気から二次空気を取り入れる導管をさらに備え、前記二次空気は二次空気圧縮機を介して前記内燃機関の排気通路に導かれ、前記圧縮空気供給源の正圧が二次空気供給装置の二次空気タービンの駆動に用いられ、該二次空気タービンは前記二次空気圧縮機を駆動するとともに、
前記二次空気供給装置は第１及び第2の二次空気供給装置が設けられ、前記圧縮空気の1部が第1の二次空気供給装置の二次空気タービンに導入され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導出管路が前記内燃機関の排気通路に連結され、前記第2の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導入管路が周囲外気に連通され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路が前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導入管路に連結され、その後空気は前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路および二次空気圧縮機の空気出口管路に導かれることを特徴とするディーゼル内燃機関の運転方法。
【請求項２】
前記圧縮空気供給源は圧縮空気タンクであり、該タンクに貯蔵された圧縮空気の1部が前記二次空気タービンに導入されることを特徴とする請求項１記載のディーゼル内燃機関の運転方法。
【請求項３】
前記圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気の1部が二次空気供給装置を介することなく直接に前記ディーゼル内燃機関の排気通路に導かれることを特徴とする請求項２記載のディーゼル内燃機関の運転方法。
【請求項４】
前記二次空気タービンの空気導出管路も前記ディーゼル内燃機関の排気通路に連結され、二次空気供給が制御装置により、前記二次空気圧縮機空気導出管路を介して、あるいは前記二次空気タービン空気導出管路を介して、あるいは両導出管路を介して制御されることを特徴とする請求項１記載のディーゼル内燃機関の運転方法。
【請求項５】
吸入空気フィルタで清浄化された空気が吸気通路を通して内燃機関に導かれるように構成された吸気通路と、圧縮空気供給源と、排気通路に設けられたディゼルパティキュレートフィルタとを備えたディーゼル内燃機関において、前記ディーゼル内燃機関は前記吸気通路あるいは周囲外気から二次空気を取り入れる導管をさらに備え、前記二次空気は二次空気圧縮機を介して前記内燃機関の排気通路に導かれ、前記圧縮空気供給源の正圧が二次空気供給装置の二次空気タービンの駆動に用いられ、該二次空気タービンは前記二次空気圧縮機を駆動可能に構成するとともに、
前記二次空気供給装置は第１及び第2の二次空気供給装置が設けられ、前記圧縮空気の1部が第1の二次空気供給装置の二次空気タービンに導入可能に構成され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導出管路が前記内燃機関の排気通路に連結され、前記第2の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導入管路が周囲外気に連通され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路が前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導入管路に連結され、その後空気は前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路および二次空気圧縮機の空気出口管路に導かれるように構成することを特徴とするディーゼル内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の排気通路に二次空気を導く管路システムを備えた内燃機関の運転方法に関する。そのほか、本発明は請求項１０に記載の排気通路に二次空気を導く管路システムを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次空気吹込み装置は内燃機関の低温始動時のＨＣおよびＣＯを低減するのに使用される。この装置により新鮮空気が排気側に吹き込まれて排気中のＨＣおよびＣＯが酸化される。同時に排気ガスの温度が高くなり、触媒が有効作用温度に早く達する。
【０００３】
このような二次空気吹込み装置は、例えばＷＯ９７／３８２１２（特許文献１）に開示されている。その基本的構成は該開示の図２から知ることができる。二次空気は内燃機関の吸気通路の絞り弁３３の上流側から導管１３を介して取り出され、圧縮機２６により導管１４を介して排気側３１に圧送される。該装置の制御にはいろいろな弁を用いることができる。前記圧縮機の駆動は、図３では前記吸気通路の絞り弁で調整される負圧を利用するタービン３５により行われる。該タービンの駆動に必要な前記吸気通路の絞り弁前後の圧力差は、しかしながら絞り弁が閉じられた、あるいは略閉じられた運転状態においてのみ得られる。この現状技術はガソリン機関に適用される。
【０００４】
ディーゼル機関の煤を含む粒子状排出物(パティキュレート)は最近ではディゼルパティキュレートフィルタで清浄化される。煤はパティキュレートフィルタの背圧が最大許容圧になるまで該フィルタに或る時間担持させた後に回収しなければならない。この回収は通常蓄積された煤を燃焼させることにより行われる。煤粒子を焼却するのに必要な温度にするために追加の補助手段が好んで設けられる。そのシステムは、通常連続（パッシブ）システムおよび非連続（アクチブ）システム、ならびに両方式の組合わせシステムに分けられる。焼却回収あるいは熱電回収方式のディゼルパティキュレートフィルタはアクチブシステムに属する。燃料燃焼器を備えた回収システムでは燃料供給の他に十分な燃焼空気の供給が必要である。熱電回収方式のシステムの場合も煤粒子を完全に焼却するために同様に燃焼空気の供給が必要である。
【特許文献１】ＷＯ９７／３８２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、したがってディーゼル機関の場合においても二次空気吹込み装置の駆動が確実に行われる内燃機関および該内燃機関の運転方法を提供することである。さらに他の課題は、これによりディゼルパティキュレートフィルタで煤を回収するのに利用される新鮮空気流を生じさせることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の方法を実施するのに不可欠のディーゼル内燃機関は、吸入空気フィルタを備えた吸気通路を有し、該吸入空気フィルタで清浄化された空気は前記吸気通路を通って内燃機関に導入される。さらに、該ディーゼル内燃機関は圧縮空気供給源、排気ガス通路に設けられるディゼルパティキュレートフィルタ、および二次空気を導く管路システムを有する。この管路システムは二次空気を前記吸気通路あるいは周囲外気から取り入れる取入れ管路を含み、取り入れられた二次空気は二次空気圧縮機を介して内燃機関の排気通路に導かれる。二次空気を周囲外気から取り入れる場合は、汚れた空気が二次空気システムに吸入されないように、好ましくはフィルタエレメントが空気取入れ通路に直列に配置される。本発明では、前記圧縮空気供給源からの圧縮空気が二次空気タービンの駆動に利用され、該二次空気タービンが二次空気圧縮機を駆動する。このようにして、ディーゼル内燃機関の吸気通路に二次空気タービンを駆動するのに必要な圧力差が生じない場合でも、二次空気システムが排気後処理システムにおける新鮮空気富裕化に有利に利用される。最近のディーゼル内燃機関では常に圧縮空気供給源が何らかの形で装着されているので、圧縮空気供給源に利用されるべく蓄えられた圧縮空気の1部を二次空気タービンの駆動に利用することができる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態では、吸気圧縮機が排気ガスにより駆動される。これは多くの内燃機関に装着されている古典的な排気ターボ過給機の場合である。内燃機関の一定の運転範囲で生じている正圧の給気の1部が、分岐管路により取り出されて二次空気タービンの駆動に利用される。
【０００８】
これとは別の実施形態では、前記給気圧縮機が内燃機関に機械的に連結されて駆動される。これは古典的な圧縮機の場合であり、同様に多くの内燃機関において標準的なものである。この場合も、吸気圧縮機には分岐管路が設けられて内燃機関の一定の運転範囲で正圧の給気の1部が取り出されて二次空気タービンに導入される。
【０００９】
吸気圧縮機を駆動するさらに別の可能性として電気エネルギ、つまり電動モータで駆動する方法がある。この場合は、吸気圧縮機は内燃機関の回転数に無関係に駆動することができ、内燃機関の出力トルクを非常に広範囲の回転数に亘って増大することができる。この場合にも吸気圧縮機には正圧の給気の1部を取り出す分岐管路が設けられて、該取り出された空気により二次空気タービンが駆動される。
【００１０】
本発明の有利な実施形態では、前記圧縮空気供給源は圧縮空気タンクに形成され、該タンクに貯蔵された圧縮空気の1部が二次空気タービンに導入される。ある種の自動車、特に商用車では圧縮空気タンクの装備は普通のことである。というのは、これらの自動車に必要なブレーキエネルギーは空気ブレーキ装置で供給され、そのために圧縮機と少なくとも１つの圧縮空気タンクが装備されているからである。該圧縮機が圧縮空気タンク内の空気圧を常に規定の最低圧力と最高圧力の間に維持するので、配管を設けて該圧縮空気タンクに貯蔵されている圧縮空気の1部を二次空気タービンの駆動に利用することができる。この場合、二次空気供給装置のタービンは開放されたエネルギーを使用する絞りとして作用し、圧縮空気の静圧エネルギが動圧エネルギに変換されて二次空気圧縮機を駆動する。
【００１１】
前記圧縮空気タンクに貯蔵された圧縮空気を、二次空気タービンを通さないで直接に排気通路に導くことも可能である。これは、二次空気システムの利用がスペースの関係から複雑化する場合やシステムアップする場合などの限られた場合に必要となる。
【００１２】
二次空気タービンからの空気導出管路をディーゼル内燃機関の排気通路に連結し、その際さらに二次空気の供給を、二次空気圧縮機空気導出管路を介して、あるいは二次空気タービン空気導出管路を介して、あるいは両空気導出管路を同時に介して、制御する制御装置を設けるのが有利である。これにより、一方では両空気導出管路の1つから空気流を取り出す場合の空気量の不足を避けることができ、他方排気ガス後処理装置における新鮮空気富裕化に用いられる最大限の空気を供給することができる。
【００１３】
効率向上のために第2の二次空気供給装置を設け、第1の二次空気タービンの空気導出管路を第2の二次空気タービンの空気導入管路に連結し、第1の二次空気圧縮機の空気導出管路を排気後処理装置に連結するのが有利である。第2の二次空気圧縮機および第2の二次空気タービンから出る新鮮空気は最後にそれぞれディーゼル内燃機関の排気後処理装置に導入される。
即ち本発明は、前記ディーゼル内燃機関は前記吸気通路あるいは周囲外気から二次空気を取り入れる導管をさらに備え、前記二次空気は二次空気圧縮機を介して前記内燃機関の排気通路に導かれ、前記圧縮空気供給源の正圧が二次空気供給装置の二次空気タービンの駆動に用いられ、該二次空気タービンは前記二次空気圧縮機を駆動するとともに、
前記二次空気供給装置は第１及び第2の二次空気供給装置が設けられ、前記圧縮空気の1部が第1の二次空気供給装置の二次空気タービンに導入され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導出管路が前記内燃機関の排気通路に連結され、前記第2の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導入管路が周囲外気に連通され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路が前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導入管路に連結され、その後空気は前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路および二次空気圧縮機の空気出口管路に導かれることを特徴とするディーゼル内燃機関の運転方法にある。
この場合、第2の二次空気供給装置の二次空気圧縮機はフィルタを介して周囲外気から空気を取り入れるようにするのが好ましい。さらに、2段のタービン側における大幅な温度降下は、特に再循環排気ガスの導管がプラスチック材の場合に再循環排気ガスの冷却に利用される、あるいは他の装置の冷却に利用される。このようにして、エネルギが最適に変換され、システム全体の効率が最大化される。
【００１４】
本発明の運転方法が適用されるディーゼル内燃機関は、前記ディーゼル内燃機関は前記吸気通路あるいは周囲外気から二次空気を取り入れる導管をさらに備え、前記二次空気は二次空気圧縮機を介して前記内燃機関の排気通路に導かれ、前記圧縮空気供給源の正圧が二次空気供給装置の二次空気タービンの駆動に用いられ、該二次空気タービンは前記二次空気圧縮機を駆動可能に構成するとともに、
前記二次空気供給装置は第１及び第2の二次空気供給装置が設けられ、前記圧縮空気の1部が第1の二次空気供給装置の二次空気タービンに導入可能に構成され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導出管路が前記内燃機関の排気通路に連結され、前記第2の二次空気供給装置の二次空気圧縮機の空気導入管路が周囲外気に連通され、前記第1の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路が前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導入管路に連結され、その後空気は前記第2の二次空気供給装置の二次空気タービンの空気導出管路および二次空気圧縮機の空気出口管路に導かれるように構成することを特徴とする。
【００１５】
上記およびその他の本発明の好ましい実施例の特徴が、請求項のほか、明細書及び図面から読み取れ、それらの特徴が個々にあるいは幾つかが組み合わされて本発明の実施形態に実施され、および他の分野で適用されて有利かつそれ自身保護され得る実施形態を具現することができ、それらに対して茲に保護を要請する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図1は本発明の新鮮空気吹込み装置を備えたディーゼル内燃機関１０の概略構成を示し、機関本体１１は4個のシリンダ１２a〜１２dを有する４気筒の機関である。吸気マニホールド１３がこれらのシリンダに通じ、一方排気は排気マニホールド１４を介して排出される。新鮮空気は空気フィルタ１５で濾過され、容積流量測定のために空気流量計１６を通って排気ターボ過給機１７の吸気圧縮機１８に導入される。該吸気圧縮機１８は排気ガスタービン１９と機械的に連結されていて、排気マニホールド１４からの燃焼ガスにより駆動される排気ガスタービン１９により吸気圧縮機１８が駆動されて吸気を圧縮する。圧縮された吸気は給気冷却器２０を通り、給気導管２１を介して前記吸気マニホールド１４に導かれる。前記給気導管２１から分岐して二次空気供給装置２２が設けられている。該二次空気供給装置２２は前記給気導管２１の弁２３が設けられた制御部から分岐する。該制御弁２３は二次空気タービン２６に空気を導く二次空気タービン空気導入管路２４に連結される。前記二次空気タービン２６を駆動して該タービンを出た分岐空気は二次空気タービン空気導出管路２５を介して前記給気導管路２１に導入される。前記二次空気タービンもまた二次空気圧縮機２７に機械的に連結されており、該二次空気圧縮機２７は二次空気圧縮機空気導入管路２９を介して空気フィルタ２８から空気を吸入する。この場合、空気フィルタ２８は吸気フィルタ１５とは別に設けられているが、二次空気圧縮機２７には吸気フィルタ１５を通った空気を導入してもよい。前記二次空気圧縮機空気導入管路２９を介して二次空気圧縮機２７に導入された空気は該二次空気圧縮機２７で圧縮され、二次空気圧縮機空気導出管路３０を介して排気ガス後処理装置３１に導かれる。該排気ガス後処理装置３１が、例えばディゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）であってよい。
【００１７】
図２は、空気供給装置２２を二次空気タービン駆動用空気をも排気ガス後処理装置３１に導く可能性を示す別の実施例を示す。図1の実施例と同じ構成には同じ符号が付してある。この実施例の場合は、二次空気供給装置２２を駆動する空気は圧縮空気タンク３２から取り出される。このような圧縮空気タンクは、空気ブレーキ装置を装備した商用車（トラック、バス等）ではブレーキ装置を駆動するための圧縮空気を蓄圧するためのタンクとして設けられている。この圧縮空気は、ここには図示しない例えば制御装置により基準値にしたがって予め規定された量だけ取り出されて二次空気タービン空気導入管路２４を介して二次空気タービン２６に供給される。この場合、さらに二次空気タービン空気導出管路２５と二次空気圧縮機空気導出管路３０が排気ガス後処理装置３１に連結されている。ここには図示しない制御装置、例えば弁３３により、それぞれの導出管路２５、３０は排気ガス後処理装置３１が必要とする新鮮空気量に応じて個々に開かれ、あるいは閉じられる。
【００１８】
図３は図２の装置をさらに改変した実施例を示す。図1、２の実施例と同じ構成には同じ符号が付してある。本実施例では、図2の実施例を多段式にして効率の改善を図ったものである。第1の二次空気供給装置２２に続いて第2の二次空気供給装置２aが連結されている。第1の二次空気タービン空気導出管路２５は第2の二次空気供給装置２２aの二次空気タービン空気導入管路２４aに、二次空気圧縮機空気導出管路３０は排気ガス後処理装置３１に連結されている。第2の二次空気供給装置２２aの両導出管路、すなわち二次空気供給装置２２aの二次空気タービン空気導出管路２５aと二次空気圧縮機空気導出管路３０aはともに排気ガス後処理装置３１に連結されている。そして第2の二次空気供給装置２２aの二次空気圧縮機２７aは空気フィルタ２７aを介して外気に連通している。この場合も勿論制御装置３３を図2の場合と同様に設けることができる。圧縮空気タンク３２から導出された圧縮空気の第2の二次空気供給装置２２、２２aのタービン側における膨張による温度低下は、ここには詳しくは図示しない利用手段３４を介して、例えば再循環排気の冷却あるいは給気冷却に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の新鮮空気吹込み装置を備えたディゼル内燃機関の排気後処理システムの1実施例の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の新鮮空気吹込み装置を備えたディゼル内燃機関の排気後処理システムの他の実施例の要部の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の新鮮空気吹込み装置を備えたディゼル内燃機関の排気後処理システムのさらに他の実施例の要部の概略構成を示す図である。
【図１】
0004588047.tif 000002
【図２】
0004588047.tif 000003
【図３】
0004588047.tif 000004