(57)【要約】  能動ＤＰＦ再生プロセスでは、ＤＰＦを十分な時間にわたって５５０℃〜６００℃を超える再生温度にして、ＤＰＦ内ですすの燃焼を完了させることが必要である。同様に、低温始動時に、触媒を可能な限り素早く着火温度にすることが望ましい。１つまたは複数のターボチャージャの大きな熱慣性により、ＤＰＦにおいて遅延が生じて、排気ガスは不可欠な温度に素早く達することができない。低熱慣性の断熱されたターボチャージャバイパスダクトを組み込むことにより、排気ガスからタービンハウジングへの熱エネルギの浪費が回避され、ＤＰＦが能動ＤＰＦ再生のために不可欠な温度に達する時間を短縮するか、または触媒コンバータの場合に、触媒が着火温度に達する時間を短縮する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気マニホルド（２２）および排気マニホルド（７）を有する内燃機関（１００）と、
タービンハウジングを含む少なくとも１つのターボチャージャであって、前記タービンハウジングは導入口および排出口を有し、前記導入口は、前記排気マニホルド（７）の排気ガス流の下流側と連通し、下流側に配置される、少なくとも１つのターボチャージャと、
前記ターボチャージャの下流側の前記排気ガス流に配置され、導入口および排出口を有する少なくとも１つの後処理装置（１２、１３）と、
前記ターボチャージャの上流側の排気ガス流を、前記ターボチャージャの下流側かつ前記後処理装置の上流側の排気ガス流と接続するバイパスパイプ（１８）と、
前記タービンハウジングのまわりの排気ガスの少なくとも一部の流れを選択的に制御するバイパス弁（９、１９）と、
を含む車両用エンジンシステムであって、
前記バイパスパイプの内面の面積が、前記タービンハウジングの内面の面積の１％〜２５％であり、
前記バイパスパイプの長さが２００ｃｍ以下であり、
前記バイパスパイプの金属重量が、前記タービンハウジングの重量の０．１％〜３％である、車両用エンジンシステム。
【請求項２】
前記後処理装置は、導入口および排出口を有するハウジングを含み、前記バイパスパイプ（１９）は、排気ガス流を前記後処理装置のハウジング導入口から５ｃｍ以内で排気ガス流に導入する、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項３】
前記後処理装置は、導入口および排出口を有するハウジングを含み、前記バイパスパイプ（１９）は、排気ガス流を前記後処理装置のハウジング導入口の下流側で前記後処理装置に導入する、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項４】
前記バイパスパイプの内面の面積は、前記タービンハウジングの内面の面積の５％〜５０％であり、前記バイパスパイプの長さは１００ｃｍ以下であり、前記バイパスパイプの金属重量は、前記タービンハウジングの重量の０．１％〜１．５％である、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項５】
前記バイパスパイプの内面の面積は、前記タービンハウジングの内面の面積の５％〜２５％であり、前記バイパスパイプの長さは５０ｃｍ以下であり、前記バイパスパイプの金属重量は、前記タービンハウジングの重量の０．１％〜０．５％である、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項６】
前記バイパスパイプは断熱される、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項７】
前記後処理装置は、ディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）（１２）、ディーゼル酸化触媒、微粒子フィルタ再生装置（これはＤＰＦとは別個であるか？）、フロントガラスデフロスタのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項８】
前記バイパスパイプ（１８）は、排気ガスを前記ＤＰＦ（１２）および触媒コンバータ（５３）の一方または両方に送るように構成される、請求項７に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項９】
前記バイパスパイプは、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｈｆ、およびＺｒの１つまたは複数を含む鉄系の超合金材料、またはステンレス鋼である、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項１０】
前記バイパスパイプは、ＳＵＨ６６０、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１３Ｃ、およびＩｎｃｏｌｏｙ８００Ｈから選択された超合金材料からなる可撓性波形ダクトである、請求項９に記載の車両。
【請求項１１】
前記後処理装置は、ディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）（１２）であり、前記システムは排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムをさらに含み、前記バイパス弁（１０）は、再生期間中に前記バイパスダクト（１９）を通って前記ＤＰＦ（１２）に至る排気ガス流を制御するだけでなく、ＥＧＲ用の排気ガス流れも制御するように構成される、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【請求項１２】
直列に配置された第１および第２のターボチャージャを含み、前記バイパスパイプは前記ターボチャージャの両方を迂回する、請求項１に記載の車両用エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後処理装置を含む車両用エンジンシステムに関し、特に、例えば、後処理装置の早期の触媒着火および再生に寄与するための、大きな熱慣性を有する部品に対するバイパスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、一種の強制誘導システムである。ターボチャージャは、圧縮空気をエンジン吸気口に供給して、より多くの燃料が燃焼するのを可能にし、それにより、エンジン重量を大幅に増やすことなく、エンジンの馬力を上げる。これは、より大きい物理容量の無過給機関に代わる、より小形のターボ過給エンジンの使用を可能にし、ひいては、車両の質量および空気力学的前面面積を低減する。ターボチャージャは、エンジンからの排気流を使用してタービンを駆動し、次に、タービンがエアコンプレッサを駆動する。単純なシステムの能力を超えて空気を供給するために、ターボチャージャシステムは、さまざまな構成を取ることができる。
【０００３】
ターボチャージャは、５つの主要部品グループで構成される。典型的なターボチャージャの断面が図１に示されている。このターボチャージャは、ベアリングハウジング（５）に連結されたタービンハウジング（１）を含む。ベアリングハウジングの反対側の端部に面してコンプレッサカバー（２）がある。ベアリングハウジングは、タービンホイール（３）およびコンプレッサホイール（４）を含むロータアセンブリを支持している。タービンハウジングは通常、ダクタイル鋳鉄群からの材料で鋳造され、ベアリングハウジングは通常、ねずみ鋳鉄で鋳造され、コンプレッサカバーは通常、アルミニウム合金で鋳造される。一般的な大きさの商用車ディーゼルのタービンハウジングの質量は約１７ｋｇである。これらのタービンハウジングは、一般的な肉厚が５ｍｍ〜６ｍｍである。これは、ターボチャージャの全質量の約６５％にあたる。ベアリングハウジングは、それとは別に４ｋｇあり、タービンハウジングとベアリングハウジングとを合わせた質量は、全質量の８５％になる。
【０００４】
さらに増強するために、第１段（低圧）コンプレッサが、下流側にある次の（高圧）コンプレッサの吸気口に送気し、次いで、下流側のコンプレッサがすでに圧縮された空気をさらに高いレベルに上げる一連の、すなわち多段のターボチャージャが使用される。一連のターボチャージャは、複数の段を有することができるが、分かりやすくするために、この考察では、乗用車および商用車用ディーゼルエンジンにおいて、通常の生産で使用される最大数である２段構成についてのみ論じる。多段ターボチャージャの「タービンハウジングとベアリングハウジングとを合わせた質量」対「ターボチャージャの総重量」の比率は、単一のターボチャージャの同比率と同じであり、したがって、例えば、２つのターボチャージャのタービンハウジングとベアリングハウジングとを合わせた質量は約３４ｋｇであり、これは、やはりターボチャージャの全質量の８５％である。
【０００５】
物体の熱慣性とは、材料の熱伝導性、密度、および体積熱容量に関連するバルク材料特性である。熱慣性は、その熱環境が変化を受けたときに、熱平衡に達する形状体の能力を評するのに使用される。エンジンシステムに関して言えば、その結果は、幾何学的に定義された物体が温度変化に要した時間である。質量が等しい場合、高い熱慣性を有する材料は、低い熱慣性の材料よりも温度が変わるのにより多くの時間がかかる。同じ材料であるが質量が異なる２つの物体の場合、（１立方メートルの鋳鉄の方が、１立方ミリメートルの鋳鉄よりも温度平衡に達するのに時間がかかるのと同様に）質量が大きい方の物体が、質量が小さい方の物体よりも大きな熱慣性を有する。本発明に関して言えば、用語「熱慣性」は、固有の動的温度拡散、すなわち、排気ガスと、エンジンおよび排気システム内の材料との間に存在する初期温度差から平衡状態への比較的遅い移行を評するのに使用される。言い換えると、この熱慣性は、ガスと壁材料との間の熱伝達、材料の熱伝導性に関係する材料の体積熱容量、材料の比熱および密度、ならびに周囲媒体（例えば、空気、水、および材料）の熱的影響によって決まる。
【０００６】
物体の熱慣性は、公式によって計算される。
熱慣性＝κ。ρ。Ｃ
上式で、κ＝材料のバルク熱伝導率（Ｗｍ−１。Ｋ−１）
および、ρ＝材料の密度（ｋｇ  ｍ−３）
および、Ｃ＝比熱容量（Ｊ。ｋｇ−１。Ｋ−１）
単位はｔｉｕである。
【０００７】
所与の材料、例えば、鋳鉄に対する熱慣性の計算において、比熱および密度は一定である。したがって、熱慣性は、材料のバルク熱伝導率に比例する。
【０００８】
熱伝導率は、熱エネルギ変化ΔＱとともに、厚さＹ、面積Ａの材料中を両端間の温度変化ΔＴで時間Δｔにわたって伝導される熱量の大きさであるので、熱伝導率κは次の式によって計算できる。
【数１】
2012524868.tif 000003
【０００９】
この考察において、供給されるエネルギ量および温度変化ΔＴが一定であると考えられる場合、変数は、排気ガスが「湿らす」材料の面積と、材料の面積「Ａ」の面に対して垂直な方向の厚さ「Ｙ」と、物体が熱平衡に達する時間「ｔ」とである。タービンハウジングおよび他の同様の鋳造品では、実際上の最も薄い部分の厚さは、鋳造作業によって決まることが多い。タービンハウジングでは、材料厚さに対する技術的要件は、６ｍｍ〜８ｍｍの範囲である鋳造技術上の最小値よりも小さい。これは、タービンハウジングの多くの部分にわたって、表面積「Ａ」が、熱慣性の変化を決める主変数であることを意味する。
【００１０】
厚さを１０ｍｍの一定の平均厚さであるとみなした場合、表面積は材料の体積に正比例するようになる。所与の材料の密度がその材料に対して一定である場合、（質量＝体積×密度、であるので）表面積は質量に正比例する。
【００１１】
典型的なターボチャージャの重量は２ｋｇ〜３５ｋｇの範囲にあるので、鋳造品の材料の体積により、エンジンの状態が過渡期にあるときにシステムが温度を変化させる時間に遅れが生じる。ターボチャージャアセンブリの材料の体積は、排気ガスから熱エネルギを取り込み、その結果、ターボチャージャアセンブリの下流側の排気ガスの温度が低くなる。
【００１２】
各種ターボチャージャ材料の特性は下記の表の通りである。
【００１３】
【表１】
2012524868.tif 000004
【００１４】
米国特許出願公開第２００５／００１９１５８号明細書（Ｃｌａｕｓ）は、車両の観点から、重量を節減するが、より重要なこととして、ターボチャージャがピークを過ぎたサイクルで動作する場合に、エンジンの排気ガスの過剰な冷却を防止することでシステムの熱慣性を小さくする２重壁構造の板金タービンハウジングの利点を教示している。これらの板金タービンハウジングは、通常、ディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）の再生を助けるのではなく、触媒が作用温度に素早く達するのを可能にするために使用される。板金タービンハウジングは、質量、ひいては熱慣性を小さくするが、工具類は、独立した型押し工具、または成形工具として非常に高価であり、タービンハウジングの各要素ごとに製作されなければはならない。タービンハウジングを完成させるための個々の要素の組立および溶接も労働集約的であり、コストがかかる。
【００１５】
欧州特許第１，５４１，８２６Ｂ１号明細書（Ｂｊｏｒｎｓｓｏｎ）は、軽量であり、溶接され、被覆された排気マニホルドの製造を教示している。さらに、加熱される質量が小さくなるほど、より素早い触媒着火が可能になるので、「有効な質量」、すなわち、触媒着火の前に加熱されなければならない質量を大幅に低減することが有益であると教示している。この特許は、ウェイストゲートのオプションを含むが、ウェイストゲート開口部へのパイプが、溶接され、被覆されたマニホルドの一部として、被覆され、組み立てられるという意味に限られる。この特許は、いつでもよいが、好ましくはすべての溶接が行われた後、ウェイストゲート弁をウェイストゲートに取り付けることができるとしている。この構造の低熱慣性という特徴は、触媒着火期間を短縮する点で好ましいが、それでもなお、触媒着火期間を短縮するのに寄与するこの特徴により、ＤＰＦ再生のプロセスの間、適度に高いレベルの熱慣性がシステムにもたらされる。
【００１６】
インベストメント鋳造プロセスを使用する薄壁タービンハウジング鋳造品が使用されており、この鋳造品は、質量、ひいては熱慣性を大幅に低減するが、工具類および部品のコストが大幅に上がる。対比してみると、溶接した板金タービンハウジングのコストは、鋳造用ダクタイル鉄製ハウジングのコストの約１７０％であり、重量の節減は約２０％であり、したがって、熱慣性は、鋳造用ダクタイル鉄製タービンハウジングの約８０％であるが、コストは７０％割り増しになる。
【００１７】
過去２０年にわたって、ディーゼルエンジンメーカは、ＮＯｘを８５％、粒子状物質（ＰＭ）を９５％削減してきた。２０１０年における排出物については、排出物をさらに８３％削減しなければならないと規定により義務づけられた。ＥＰＡ（環境保護局）は、２００７年以降、大型車の排出物に対して「後処理を強制」する方針とした。小型車の場合、ｔｉｅｒ  ２  ｂｉｎ  ５による排気規制は、現在、後処理を強制している。これにより、これらの目標のすべてを満たすための、何らかの新規の手法が必要とされる。
【００１８】
現代のガソリンエンジンの典型的な排気ガス組成物には、
−  未燃焼炭化水素−ＨＣと、
−  二酸化炭素および一酸化炭素−ＣＯ２およびＣＯと、
−  Ｎ２およびＮＯｘという項目のもとに分類される窒素および窒素酸化物と、
−  未反応酸素−Ｏ２と、が含まれる。
【００１９】
現代のディーゼルエンジンは、空気／燃料比（Ａ／Ｆ）＞２２といった非常に希薄な正規組成の領域で動作するので、二酸化炭素（ＣＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯｘの項目のもとに分類されるガス状窒素酸化物、および炭化水素（ＨＣ）を生成する。
【００２０】
排出物のＮＯｘ部分は、２つの方法の一方、すなわち、排気ガス再循環（ＥＧＲ）または選択的接触還元（ＳＣＲ）によって大部分が捕捉される。いずれの場合も、ＨＣ成分は、ディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）で処理される。
【００２１】
ディーゼル内のＴＨＣ、ＣＯ、ＴＰＭの低減には、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）が一般的に使用される。ＤＯＣは、効率的に作用するために、特有の昇温状態でなければならない。触媒は、２５％を超える効率で機能するのに、２１０℃にならなくてはならず、２２０℃において効率９０％で機能する。１７５℃程度の低温で着火を実証する、触媒着火のための試験サイクルがあった。触媒温度を作用領域まで上げるシステムを有して、そのシステムは、低温始動後、最初の６０秒〜１２０秒で１７５℃〜２１０℃を達成することができなければならないとされている。
【００２２】
触媒が作用温度にある場合、触媒は、排気ガスが排気管から大気中に出る前に、未燃焼燃料または燃焼による副生成物などの、排気ガス中の不純物のいくつかを転化させる。エンジンが作動してからの最初の数分間のまだ周囲温度の間、ガソリンエンジンでは触媒の有効性はほとんどない。ガス状排出物の６０％〜８０％は、触媒が約３００℃のその作用温度に達する前に、これらの数分（２０秒程度のものもある）で生成される。ガソリンエンジンの触媒は、最終的に約６００℃で作用する。次いで、それらの触媒は、３０分以内に３００℃まで冷却される。ディーゼルの触媒は、より低い温度用（２００℃〜３００℃）に開発されている。ＨＣの生成のほとんどは、エンジン始動後の約２０秒で始まり、始動後１２０秒まで高い生成速度で続く。
【００２３】
触媒によるＣＯの転化は温度感受性である。図１５は、典型的なＣＯ触媒の転化効率を示している。Ｘ軸（１４３）は、触媒での触媒温度をセ氏温度で示している。Ｙ軸（１４４）は転化効率を示している。転化効率（１４１）は、温度２２０℃で（１４２）を過ぎるまで実際に始まらないことがグラフから分かる。
【００２４】
この「触媒着火までの時間」問題に対するいくつかの既存の解決策があり、その中の１つは、触媒体に相変化材料を使用して、触媒基材温度を触媒が作用するのに必要な温度近くに保持する。別の１つは、熱慣性を最小化するように触媒をエンジンと近接して連結することである。別の発展型は、タービンハウジングの前に前触媒を置くことである。この始動時の熱的に活性化しない触媒問題に対処する多くの方法がある。それらの方法はすべて複雑であり、空間侵略的であり、高価である。
【００２５】
米国特許第６，３８９，８０６号明細書（Ｇｌｕｇｌａ）は、作用温度に達する時間を短縮するために、エンジンが可変排気量型となっており、触媒着火に必要な時間をさらに短縮するために、始動中、および始動直後にスパークタイミングを遅らせ、作動されたシリンダバンクに対して空気／燃料比を希薄側に偏らせることを教示している。
【００２６】
米国特許第７，１１７，６６８号明細書（Ｎａｓｈｂｕｒｎ）は、排気ガスコンバータが熱的に機能しない間、確実にすべての燃料が燃焼するようにするために、燃料希薄な改質油燃料混合物をエンジンに供給する炭化水素改質装置の使用を教示している。
【００２７】
米国特許第５，８７８，５６７号明細書（Ａｄａｍｃｚｙｋ）は、エンジン排気マニホルドに近接して連結された第１の高担持量パラジウム、または比較的大きな粒径のパラジウムを含む３金属触媒要素を有し、その後ろに、熱せられたエンジン排出物の通過を防止する、高酸素吸蔵能力を有する１つまたは複数の第２の触媒要素を有する触媒コンバータが、早期の触媒着火を通じて低温始動時の排出物を低減する際に有効であることを教示している。
【００２８】
米国特許第５，４１０，８７２号明細書（Ａｄａｍｃｚｙｋ）は、触媒に流入した排気ガスに含まれる酸素量を測定する排気ガス酸素センサを使用し、空気源および酸素センサと接続されたエンジン制御コンピュータが、排気ガスに含まれる酸素量を観測し、利用可能な酸素が化学量論的所要量を若干超えるように、排気ガス流に供給される空気量を空気源によって制御する。このようにして、触媒の着火時間が最小化される。
【００２９】
後処理装置をＰＭ再生する、または後処理装置を清浄するために、後処理装置に熱を供給する装置がある。これらの装置は、より迅速な触媒着火に寄与することを意図されず、ＰＭ再生のために車両コストに費用が上乗せされる。これらの装置は、７００℃〜８００℃の範囲の温度に対応する。
【００３０】
米国特許第３，９０８，３７１号明細書（Ｔａｄａｓｈｉ）は、排気ガスを清浄する方法およびシステムを教示している。エンジンは、エンジンから出た排気ガス内に一酸化炭素および水素が実質的に存在しないように、相応した排気ガスを供給して、約１．０〜１．１５の過剰な空気比をもたらす。余分な酸素を除去し、排気ガス内の窒素酸化物を還元するために、炭化水素などの還元剤が、還元触媒に流入する排気ガスに混ぜられ、一方、二次空気は、一酸化炭素、および酸化触媒に通される排気ガス内に残存する炭化水素の酸化の助けとするために、酸化触媒に流入する排気ガスに供給される。この場合に、この方法は、高温で触媒を清浄する。
【００３１】
ディーゼル燃焼はまた、固体および液体を生成する。これらの固体および液体は通常分類され、粒子状物質（ＰＭ）と呼ばれる。ディーゼル排出物のＰＭ成分には以下のものがある。
１．潤滑剤からの可溶性有機成分（ＳＯＦ）
２．（すすとして公知の）ドライカーボン
３．燃料からのＳＯＦ
４．ＳＯ３およびＨ２Ｏ
【００３２】
Ｕ．Ｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｃｙによる４０  ＣＦＲ  Ｐａｒｔｓ９および８６「Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｈｅａｖｙ−Ｄｕｔｙ  Ｅｎｇｉｎｅｓ，  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ−Ｄｕｔｙ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｔｒｕｃｋｓ  ａｎｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｆｕｅｌｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｓ」によれば、ＰＭは、連邦取引手順（ＦＴＰ）の一部として測定され、ＦＴＰでは、エンジンは、様々な駆動サイクルに相当する所定のサイクル範囲にわたって動作し、全サイクルにわたってＰＭを収集し、こうして、エンジンが過渡状態にある間に生成されたＰＭを捕捉する。これらの排出物のＰＭ部分は、多くの場合、ディーゼル微粒子トラップ（ＤＰＦ）を使用して処理される。
【００３３】
２００７年以降の米国のヘビーデューティディーゼルエンジンのほとんどは、ディーゼル排気微粒子フィルタ（ＤＰＦ）を装備するようになっている。触媒系のＤＰＦは、超低硫黄燃料と併用した場合に、ＰＭを約９０％低減できる。
【００３４】
ＤＰＦは、排気ガス流中に配置した金属ハウジングに収容された多孔質セラミック材料である。市販の多くのＤＰＦのフィルタ媒体は、菫青石かまたは炭化ケイ素材料のいずれかである。通常、母材は数百のチャネルを有し、隣接するチャネルの反対側にある２つの端部は閉塞されているので、排気ガス流は管の側壁を通過させられ、この側壁がＰＭを捕集する。ＰＭ内の固体ファクション（ｓｏｌｉｄ  ｆａｃｔｉｏｎ）はチャネルの壁に蓄積し、フィルタの目詰まりを引き起こす。ＤＰＦ内での固体ファクションの蓄積は、しばしば「ローディング」と呼ばれる。この固体ファクションを燃焼させてＤＰＦをその正常に機能するモードに戻さなければならず、固体ファクションを燃焼させるプロセスは再生として公知である。燃焼したすすは、ＣＯ２およびＣＯに転化され、次いで、フィルタを通過する。
【００３５】
ディーゼル燃焼で発生するすすは、ＤＰＦ内に灰として堆積する非燃焼性要素も含む。ＤＰＦで発生するこれらの灰の清浄は、「清浄」と呼ばれ、車両から外して行わなければならない。清浄の頻度は、２００，０００〜４００，０００マイルごとである。
【００３６】
エンジン排気ガス温度およびデューティサイクルにより、ＤＰＦの働きが受動的かまたは能動的かが決まる。受動再生では、連続する排気ガス温度が３２５℃〜４２０℃の範囲にあることが必要であり、この温度は、すすが集積したときに、すすを自然に燃焼させるのに十分である。ＤＰＦが受動モードで機能している場合、チャネル壁に捕捉されたＰＭと酸化剤（Ｏ２およびＮＯ２）との間の反応から生じた発熱反応により、ＤＰＦ内に適切な圧力差が維持される。この場合に、ＤＰＦの内部温度は通常７００℃未満である。
【００３７】
能動再生では、再生を開始および完了するのに人またはシステムの入力が必要である。能動再生は、定常状態の排気ガス温度が十分な温度に達しない場合、すなわち、そのエンジンデューティサイクルでは、すすを燃焼させるのに十分な温度になることができないか、または再生期間が２０分〜３０分の範囲にあるために、再生のための時間が短すぎる場合に必要とされる。この場合に、ＰＭがチャネル壁に蓄積し、または担持され、ＤＰＦの両端間の圧力差が大きくなって、通常は、次いで、能動再生モードになるよう車両排気システムに向けたコマンドを誘発する。
【００３８】
一般的なオンハイウェイ長距離運搬トラックでは、エンジンデューティサイクルは、ＰＭのすす成分を連続的に燃焼させるのに必要なだけの排気ガス温度を生じさせるのに十分であるので、ＤＰＦ再生は主に受動的である。
【００３９】
都市でディーゼル車を使用する場合、エンジンデューティサイクルは頻度の高い始動および停止によって決まることが多く、そのため、能動再生のための温度および時間の必要条件がともに満たされない。通常の能動再生システムでは、排気システムは、回生期間の間ＤＰＦ内の温度を上げるために、所定の期間にわたって燃料が「投入」される。この再生期間は問題をはらんでいる。例えば、車両速度が設定速度未満、例えば、２０ｍｐｈに落ちた場合、再生は中止しなければならない。再生中に圧縮ブレーキが作動した場合、それ以上の燃料投入は中止しなければならないので、再生期間が中断される。再生プロセスは、母材内に８００℃を超える温度を生じさせ、約１ガロンの燃料を消費するので、プロセスは安全な態様で実行されなければならない。これらの高温は、基材にとって有害な場合もあり、基材が歪み、損傷され、または極端な場合に溶解することさえあり得る。よくあることであるが、基材がコーティングされている場合、これらの極端な温度は、触媒か、または触媒を基材に貼り付けているものを損傷することがある。再生温度がすすの燃焼に対応するほど十分に高くない場合、再生期間は、２０分〜３０分の範囲の持続時間まで延長される。
【００４０】
現代のディーゼルエンジンの排気システムは通常、システム内にいくつかの後処理装置を有する。ＤＰＦに加えて、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ＳＣＲシステム用のアンモニア発生器、ＳＣＲ触媒、およびアンモニア生成システム内のさらなる触媒があり得るが、それらのすべてはシステムに熱慣性を付加する。
【００４１】
図２は、典型的な単一段ターボチャージャ装置のレイアウトを示しており、この装置では、新鮮な空気が、空気清浄器（２５）から吸入され、次いで吸気ダクト（２４）を通り、吸気ダクト（２４）は、空気清浄器（２５）をターボチャージャのコンプレッサ段（２）の吸気口に流体的に接続している。コンプレッサ段（２）は、タービン段（１）によって駆動される。エンジン（１００）からの排気ガスは、エンジンの燃焼室から排気マニホルド（７）、タービン段（１）に進み、次いで、排気管（１１）を通って後処理装置に進む。後処理装置は、ＤＰＦ（１２）および触媒（１３）で構成されているが、ＳＣＲシステム用の、または他の後処理装置用のアンモニアを生成するのに必要な装置を含むこともできる。ＥＧＲシステムの場合、排気マニホルド内の排気ガスはＥＧＲ冷却器（１５）に送られ、そこから吸気マニホルド（２２）に送られ、この排気ガスは、圧縮空気が中間冷却器（２０）内で冷却された後、ターボチャージャのコンプレッサ段からの圧縮空気と混ざる。中間冷却器（２０）からの冷却された圧縮空気とＥＧＲ冷却器（１５）からの冷却されたＥＧＲガスとは、導入口弁（２１）によって制御される。
【００４２】
ＤＰＦ再生の場合、燃焼室に過剰な燃料を投入して、より高温の排気ガス流を生成するか、または、場合によっては、インジェクタをＤＰＦのすぐ上流側に増設して、ＤＰＦを再生するための流入排ガス流を「投入」する。燃焼温度を上げる場合、燃料の「投入」により、排気マニホルド内の、エンジンから生じた通常の温度が６００℃を超えるまで上がって、ＤＰＦのすぐ上流側の排気ガス温度が、再生期間中に少なくとも１０分間５５０℃を超える。排気システムのすべての要素、ターボチャージャ、立下り管、および排気管の熱慣性が、この高い温度をＤＰＦに効率的にかつ素早く送り届けるのにすべて不利に作用し、その結果、再生期間がより長くなる。
【００４３】
図６は、排気ガス流が、タービン段のいずれか一方または両方、あるいは両方の組み合わせを通って流れるように調整できる調整型２段（Ｒ２Ｓ）ターボチャージャシステムを装備したエンジンを示している。ＥＧＲシステムに求められる（コンプレッサ段内の）高圧力比をもたらすのによく使用されるこのレイアウトの結果として、この場合に２つのタービン段と、その構成を容易にするダクトとがあるために、熱慣性が２倍を超えて増加する。これは、ＤＰＦ再生に必要な排気ガス流から熱エネルギを取り込むヒートシンクがはるかに大きくなり、再生期間がより長くなって、この再生プロセス用の燃料をより多く必要とすることを意味する。
【００４４】
ＰＭ再生のために、後処理装置に熱を供給する装置がある。これらの装置は、７００℃〜８００℃の範囲の温度に対応する。米国特許第３，９０８，３７１号明細書（Ｔａｄａｓｈｉ）は、排気ガスを清浄する方法およびシステムを教示している。エンジンは、エンジンから出た排気ガス内に一酸化炭素および水素が実質上存在しないように、相応した排気ガスを供給して、約１．０〜１．１５の過剰な空気比をもたらす。余分な酸素を除去し、排気ガス内の窒素酸化物を還元するために、炭化水素などの還元剤が、還元触媒に流入する排気ガスに混ぜられ、一方、二次空気は、一酸化炭素、および酸化触媒に通される排気ガス内に残存する炭化水素の酸化の助けとするために、酸化触媒に流入する排気ガスに供給される。この場合に、この方法は、高温で触媒を清浄する。
【００４５】
ＤＰＦの状態に基づいて要求された場合に再生を行って、車両が引き続いて排出規制を満たすようにするのは必須である。ほとんどの場合、これらの状態では、可能な限り短い時間に、車両およびＤＰＦ環境に安全な温度でプロセスを行うことが必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４６】
したがって、ＤＰＦ再生期間およびエンジン始動時のいずれか、好ましくは両方で、排気システムの熱慣性を小さくする、単純で低コストの問題解決策が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
能動ＤＰＦ再生プロセスでは、ＤＰＦを十分な時間にわたって５５０℃〜６００℃を超える再生温度にして、ＤＰＦ内ですすの燃焼を完了させることが必要である。特にエンジンの始動時に限定されるものではないが、単一ターボチャージャの熱慣性、およびより重要なものとして、多段ターボチャージャの熱慣性により、遅延が生じて、ＤＰＦへの排気ガスは、不可欠とされる温度に素早く達することができない。本発明によれば、低熱慣性の断熱されたターボチャージャバイパスダクトを組み込むことで、ＤＰＦが能動ＤＰＦ再生に不可欠な温度に達する時間が短縮される。
【００４８】
本発明が例として図示されるが、添付の図面に限定されるものではなく、添付の図面において、同じ参照番号は同様の部品を示す。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】典型的なターボチャージャの断面図を示している。
【図２】後処理装置を備えた典型的な単一ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図３】長くて低熱慣性のバイパスを使用する、後処理装置を備えた典型的な単一ターボチャージャエンジンの概略図であり、後処理装置は典型的な車両設置位置にある。
【図４】近接して連結された位置にある後処理装置を備えた典型的な単一ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図５】近接して連結された位置にある後処理装置と二重目的のＥＧＲ／ＤＰＦ流れ弁とを備えた典型的な単一ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図６】典型的な車両設置位置にある後処理装置を備えた典型的な調整型２段ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図７】長くて低熱慣性のバイパスを使用し、典型的な車両位置にある後処理装置を備えた典型的な調整型２段ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図８】近接して連結された低熱慣性のバイパスを使用し、近接して連結された位置にある後処理装置を備えた典型的な調整型２段ターボチャージャエンジンの概略図である。
【図９】角度をなしてＤＰＦに入る低熱慣性のバイパス管を備えた典型的なＤＰＦの概略図である。
【図１０】バイパスガスをＤＰＦ母材に直接放射する低熱慣性のバイパス管を備えた典型的なＤＰＦの概略図である。
【図１１】バイパスガスをＤＰＦ母材から離れる方向で上流側に直接放射する低熱慣性のバイパス管を備えた典型的なＤＰＦの概略図である。
【図１２】バイパスガスを拡散ノズルに送る低熱慣性のバイパス管を備えた典型的なＤＰＦの概略図である。
【図１３】バイパスガスをＤＰＦに接線方向に送る低熱慣性のバイパス管を備えた典型的なＤＰＦの概略図である。
【図１４】低熱慣性のバイパスの利点を示すグラフである。
【図１５】触媒の有効性とガス温度との間の関係を示すグラフである。
【図１６】ターボチャージャシステム内の構成要素の関連する質量を示すグラフである。
【図１７】ＤＰＦにオプションの弁がある排気システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
熱力学的には、タービンハウジングは、大きなヒートシンクと同様な機能を果たす。鋳鉄製タービンハウジングは、排気ガス温度より冷たい場合に、熱エネルギを排気ガスから奪い取る。１つのターボチャージャの熱慣性は大きいので、多段ターボチャージャの熱慣性が比例的に大幅に増大することを受け容れなければならない。同様に、ＶＴＧターボチャージャは多くの部品を含み、より大きい質量を有するので、熱慣性特性が比例的に大幅に増大する。多段ターボチャージャの場合、ターボチャージャの台数倍分に多段ターボチャージャを連結する材料の体積および特性をプラスした分まで熱慣性が増大する。
【００５１】
ＤＰＦの再生に必要な時間を最小限にするために、排気ガス流に含まれる、エンジンからの熱エネルギを最大限に使用することが不可欠である。最大限の熱エネルギが、再生に望ましい時間でＤＰＦに到達するという要求を手助けするために、（バイパスから外気への輻射を最小限にするように）十分に断熱された、低熱慣性のバイパスが設けられる。
【００５２】
熱慣性は、当該材料の表面積、厚さ、密度、比熱、および熱伝導性で決まるので、本発明の構成要素の関連する質量の表が、ある程度の比較を可能にするように下記に示されている。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
タービンハウジングは、内面の面積が約０．１５ｍ２である。内径２５ｍｍ、長さ４５７ｍｍの鋳鉄製バイパスパイプは、内面の面積が０．０３６ｍ２であり、この面積は、タービンハウジングの表面積の、０．０３６／０．１５＝２４％である。
【００５５】
鋳鉄の熱伝導率「□」は３３．５Ｗ／ｍ−°Ｋである。ステンレス鋼３０９の「□」は１５．７であり、したがって、薄肉ＳＳ（ステンレス鋼）３０９製バイパスパイプ（例えば、０．６ｍｍ〜０．２５ｍｍ）の熱伝導性を、同じ寸法（内径２５ｍｍ、長さ４５７ｍｍ）の鋳鉄パイプの熱伝導性と比較した比率は、１５．７／３３．５＝．４６８倍である。したがって、薄肉ステンレス鋼バイパスパイプは、このバイパスパイプが迂回するタービンハウジングの熱慣性の、０．０９４×０．２４×０．４６８＝０．０１０６、すなわち１％の熱慣性を有することがわかる。
【００５６】
図１６は、「Ｘ」軸で示したタービンホイールの大きさ（ｍｍ）と、「Ｙ」軸の質量（ｋｇ）とで評価した、様々なタービンハウジングの質量比（または同じ材料での一定の平均肉厚に対する表面積比）を示している。傾向線（１６０）は、発明人が記したタービンハウジングの質量の分布範囲（１６０）をならしたものである。その上の線（１６２）は、生産中の様々なＶＴＧの質量を表し、その上の線（１６３）は、生産中のいくつかのＲ２Ｓターボチャージャシステムの質量を表している。グラフの下端には、ターボチャージャバイパスの質量を表す２つの線がある。大きい方の点線は、鋳鉄製バイパスパイプの質量を表している。ターボチャージャが大きくなるとともに、バイバスの直径が変わる。その下の細い方の点線（１６６）は、低熱慣性のステンレス鋼製バイバス管の質量を表している。これらの管の内径もターボチャージャが大きくなるとともに変わる。
【００５７】
小型のターボチャージャの場合、鋳鉄製バイパスの質量の、最大タービンハウジング構成の質量に対する比率は、６％〜３０％の範囲にあると図１６のグラフから分かる。大型の方のターボチャージャ（約９１ｍｍ）の場合、その比率は２．５％〜１５％の範囲にわたっている。すべてのターボチャージャの場合、ＳＳ製薄肉バイパスの質量の、タービンハウジングの質量に対する比率は、０．１１％〜０．４５％の範囲にわたっている。ＳＳ製バイパスの質量の、鋳鉄製バイパスの質量に対する比率は、１．５７％〜２．５３％の範囲にわたっている。したがって、断熱した薄肉バイパスの熱慣性は、タービンハウジングの熱慣性と比較すると大幅に小さいことが分かる。
【００５８】
９１ｍｍタービンホイール用の典型的なタービンハウジングは、質量が２５ｋｇであり、７０ｍｍタービンホイール用のタービンハウジングは、質量が１５ｋｇである。同様の大きさのＶＴＧタービンハウジングは、質量が２６ｋｇである。７０ｍｍホイールを有する上記のターボチャージャのエンジンと同じエンジン用の２段式のものは、質量が３０ｋｇである。同じターボチャージャ例の場合、鋳鉄製バイパスは質量が０．２７ｋｇ〜２．１７ｋｇであり、ステンレス鋼製薄肉バイパスパイプの質量は、．００７ｋｇ〜．０３４ｋｇの範囲をとる。
【００５９】
バイパスパイプの肉厚「Ｙ」が、鋳鉄の厚さ６．４ｍｍからステンレス鋼の厚さ０．６ｍｍに低減された場合、熱伝導路は、もとの、０．６／６．４＝０．０９４倍に短縮され、ひいては、この変化により、熱慣性が同じ倍率で変化する。
【００６０】
図３では、排気マニホルド（７）からの排気ガスは、制御弁（１９）を通ってダクトに通され、低熱慣性の十分に断熱されたバイパスダクト（１８）を通って、ＤＰＦ（１２）のすぐ上流側の送達点に達する。次いで、加熱された排気ガスは、図９〜１３にさらに詳細に示すセラミックＤＰＦ母材（１２１）に送られる。この新規のシステムを使用すると、加熱された排気ガスの温度は、高熱慣性で大質量のターボチャージャおよび排気システムと接触して冷却された大量の排気ガス流によってほんのわずかだけ希釈される。
【００６１】
この構成の実施形態のさらに極端な実施形態が、図４に示されている。ＤＰＦおよび場合によっては他の後処理装置（１つまたは複数）の位置が、ＤＰＦを排気マニホルドに近接させるように変更されている。この変更は紙上では容易に見えるが、実際には、ＤＰＦが８００℃を超える温度で作用するので、車両でのそのようなレイアウトの実装は非常に困難である。
【００６２】
この構成の別の実施形態が図５に示されており、図５では、ＥＧＲ弁およびＤＰＦ再生弁は、統合した弁（９）として構成されており、統合した（ＥＧＲおよび低熱慣性バイパスダクト用の）弁（９）は、再生期間中に、低熱慣性の断熱されたバイパスダクト（１９）を通ってＤＰＦ（１２）に至るガス流をともに制御し、ひいては独自のＤＰＦ再生流れ弁のコストを節約する。
【００６３】
図７では、調整型２段ターボチャージャシステムが使用されている。典型的には、商用車ディーゼル用途であるこのターボチャージャシステムは、鋳鉄の質量が約３４ｋｇである。乗用車用途の場合、鋳鉄の質量は小さくなるが、それでもシステムに対する質量の割合で言えばほぼ同じであり、したがって、システム全体の熱慣性に対して大きな割合をなす。本発明によれば、排気マニホルド（７）からの排気ガスは、制御弁（１９）を通ってダクトに通され、低熱慣性の十分に断熱されたバイパスダクト（１８）を通って、ＤＰＦ（１２）のすぐ上流側の送達点に達する。
【００６４】
調整型２段設計の別の実施形態が図８に示されている。上記のように、ＤＰＦ（１２）は、バイパスの熱慣性を最小化するために、排気マニホルド（７）に可能な限り近接した位置に配置されている。この実施形態は、独立したＥＧＲ弁と独立したＤＰＦ再生弁との代わりに、二重目的のＥＧＲ／ＤＰＦ再生弁（９）を有してよいし、または有さなくてもよい。
【００６５】
低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用する場合、最大の恩恵は、熱希釈されていない排気ガスをＤＰＦセラミック母材に直接送ることによって得ることができる。図９は、低熱慣性の十分に断熱されたダクト（１８）を流れる「高温の」排気ガス（４０）が、位置（１２２）でダクト（１８）から、セラミック母材の中心に衝突するような方向（４２）に噴出する方法を示している。このようにして、標準の排気管を下ってきた「冷たい方の」排気ガス（４１）による希釈が制限される。
【００６６】
熱慣性を最小化する別の実施形態では、最大限の熱エネルギが後処理装置に送達されるように、超合金またはステンレス鋼で製造できる薄い可撓性ダクトを使用して、迂回されるガスを搬送する。超合金、好ましくは鉄系の超合金は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂ、Ｈｆ、およびＺｒのうちの１つまたは複数を含み、適切な例として、ＳＵＨ６６０、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１３Ｃ、およびＩｎｃｏｌｏｙ８００Ｈがある。そのようなパイプの典型的なステンレス鋼はＳＳ３０９である。低熱慣性ダクトを用いて、排気マニホルドを車両立下り管に接続することで、ダクトが厚肉の鋳造品の場合よりも少ない排気熱がダクトによって吸収され、ひいては、より多くの排気エネルギが、触媒またはＤＰＦを加熱するのに利用できる。
【００６７】
好ましい実施形態では、低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用して、熱希釈されていない排気ガスをＤＰＦセラミック母材に直接送る。図１０は、低熱慣性の十分に断熱されたダクト（１８）を流れる「高温の」排気ガス（４０）が、位置（１２３）でダクト（１８）からセラミックＤＰＦ母材の面の中心に、図９の実施形態で可能であるよりも直接的に衝突するような方向（４２）”に噴出する方法を示している。この実施形態は、さらに高いレベルの加熱を達成するために、セラミック母材に対するいくつかの形状変更を必要とすることがある。
【００６８】
この構造の別の実施形態では、低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用して、熱希釈されていない排気ガスをＤＰＦセラミック母材から離れた上流側に直接送る。図１１は、低熱慣性の十分に断熱されたダクト（１８）を流れる「高温の」排気ガス（４０）が、位置（１２４）でダクト（１８）から、流入してくる「冷たい方の」排気ガス流（４１）の通常の流れとは反対の方向（４３）に噴出するので、この構造により、排気ガス温度がうまく局所混合されて、「部分的に加熱された」ガス流れが、セラミックＤＰＦ母材の面全体にわたって、図９または図１０の実施形態で可能であるよりも均一に搬送される方法を示している。この実施形態は、最適な混合を行うために、バイパスダクト（１８）からの流入流れ（４０）をある程度増速させることを必要とする場合がある。
【００６９】
さらに別の実施形態では、低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用して、熱希釈されていない排気ガスをＤＰＦセラミック母材の上流側のノズルに送る。図１２は、低熱慣性の十分に断熱されたダクト（１８）を流れる「高温の」排気ガス（４０）が、位置（１２５）でダクト（１８）から方向（４４）に噴出する方法を示している。ノズル内にある、様々な長さとすることができる複数の管は、流入流れ（４１）の方向に傾斜した、流入流れ（４１）に対して垂直ではない角度をなすこともできる。この実施形態では、混合作用は、インジェクタ管を出た後の渦の離脱によって生じる。
【００７０】
この構造のさらに別の実施形態では、低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用して、熱希釈されていない排気ガスをＤＰＦセラミック母材の上流側のノズルに送る。図１３は、低熱慣性の十分に断熱されたダクト（１８）を流れる「高温の」排気ガス（４０）が、位置（１２６）でダクト（１８）からＤＰＦハウジングの中心線に対して接線方向（４５）に噴出する方法を示している。この実施形態では、混合作用は、ＤＰＦセラミック母材の上流側の、ダクト内の接線方向旋回流（４５）によって生じる。
【００７１】
図１４のグラフは、試験再生の期間有用性を示している。Ｘ軸は、利用可能な持続時間（秒）であり、Ｙ軸は、ＤＰＦ母材の前部の一箇所での温度（℃）である。５５０℃〜６００℃は、検討対象のＤＰＦの再生に不可欠な温度である。
●軌跡「Ｍ」は、タービンホイールの上流側の排気ガス温度である。
●軌跡「Ｓ」は、通常の構成におけるＤＰＦのすぐ前の温度である。
●軌跡「Ｉ」は、低熱慣性バイパスダクト使用したＤＰＦのすぐ前の排気ガス温度である。
●線「Ｒ」は、すすが燃焼するためのしきい値温度である。
●「Ｄ」で示す持続時間は、設定再生サイクル全体の持続時間（１００％）である。
●「Ｂ」で示す持続時間は、ＤＰＦの前の温度が、すすが燃焼するためのしきい値温度である６００℃を超える典型的な（および試験の）標準ＤＰＦ構成の持続時間である。
●「Ｎ」で示す持続時間は、図３の本発明の単純な事例を実施した場合に、ＤＰＦ母材の前の温度が６００℃を超える持続時間である。（後処理構成は標準車両構成とされ、低熱慣性の断熱されたバイパスパイプは、排気マニホルドからＤＰＦ母材の前のＤＰＦ拡散コーンまで再生用排気ガスを送る）。
●期間「Ｉ」は、再生に利用できる時間の改善分である。「Ｉ」は、標準構成「Ｂ」と新たな構成「Ｎ」との間の差である。期間「Ｉ」は、本発明による非常に有効な時間改善分である。
【００７２】
標準構成に対する使用可能な再生期間「Ｂ」は、５５５秒、すなわち、利用可能な期間の６２．５％であり、一方、低熱慣性の断熱されたバイパスを使用する構成に対する使用可能な再生期間は６７５秒、すなわち、利用可能な期間の７６．７％であり、２１．６％増加している。これは、ターボチャージャの熱慣性の２１．６％の低減とほぼ等価であり、大きな低減である。
【００７３】
上記のＤＰＦ再生に使用した論理と同じ論理を用いると、素早いＤＰＦ再生に使用されるのと同じ低熱慣性バイパスシステムを使用して、低温始動時の触媒着火の問題を解決できると発明人は気付いた。図１７に示すように、低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）を使用して、熱希釈されていない（熱を維持した）排気ガスをＤＰＦ（１２）か、または触媒（１３）のいずれかに、あるいはその両方に送る。加熱された希釈されていないガスの流れは、高温の排気ガスの流れを低熱慣性の十分に断熱されたターボチャージャバイパスダクト（１８）に流入させる制御弁（１９）の両方によって制御される。ＤＰＦへの入口にある制御弁（５１）は、再生用に流れをＤＰＦに流入させるか、または早期の着火用に流れを触媒に流入させるように構成することができる。低温始動状態は、ＤＰＦ再生サイクルと相反する可能性はないので、低熱慣性の十分に断熱されたダクトが高温排気ガスをＤＰＦおよび触媒の両方に供給するための要件は何らない。車両ビジネスでは、同じエンジンが多くの異なる車両によく使用される。ダンプカーで使用される同じ基本エンジンが、クルージング用ヨットまたは掘削装置で使用されることがある。自動車ビジネスでは、４シート車で使用される同じエンジンが、バンまたはＳＵＶで使用されることがある。この広範な使用法のために、すべての車両用に、エンジン排気管の（この場合はターボチャージャからＤＰＦまでの）長さ、または本発明の場合、低熱慣性の断熱されたターボチャージャバイパスダクトの長さを規定することは不可能である。
【００７４】
本発明の基本的な考え方は、ターボチャージャを通る第１の流路と、可能な限り熱慣性が低くなるように特別に設計された導管を通る第２の「バイパス」流路とを排気システムに設けることである。大まかに言うと、「低熱慣性のバイパスパイプ」は、特定の長さのバイパスの重量の、タービンハウジングの重量に対する比率によって定義することができ、特定の長さは、タービンホイールの直径に比例する。
【００７５】
あるいは、低熱慣性バイパスパイプは、分岐箇所から合流箇所までの、第２の分岐部の重量に対する第１の分岐部の重量によって定義することができる。第１の分岐部は、分岐点からタービンハウジングまでの排気管を含み、タービンハウジングの重量と、立下り管および合流箇所までの排気管の重量とを含む。この測定方法によると、バイパスパイプの重量はターボチャージャ分岐部の重量の１％〜１０％である。
【００７６】
より科学的な測定形態として、バイパスパイプは、図３に示すようなマニホルド（弁の重量を含むか？）からか、またはバイパスダクトの終端が、下流側のタービンハウジング（１）に向かう排気管（１８）の接続部とタービンホイールのノーズから同じ距離にある、図５に示すようなターボチャージャのすぐ上流側からかのいずれかである、ターボチャージャの上流側の排気ガス源から始まる低熱慣性の（なぜ断熱材の重量を含むか？）ターボチャージャバイパスダクトの長さによって定義することができる。
【００７７】
この定義を使用して、固定ターボチャージャから調整型２段ターボチャージャまで、すべてのターボチャージャを扱うことができ、
上記に定義した長さの鋳鉄製低熱慣性断熱ターボチャージャバイパスダクトの重量の、タービンホイールの直径に対する比率は（．００５〜０．０２０）（より正確には０．００６〜０．０１７）であり、
薄肉ＳＳ製低熱慣性断熱ターボチャージャバイパスダクトの、タービンホイールの直径に対する比率は、０．０００１〜０．０００２５（より正確には０．０００１〜０．０００２１）である。
【００７８】
本明細書において、自動車エンジンシステムが、自動車またはトラック産業に適した実施形態に関連してきわめて詳細に説明されたが、低熱慣性の断熱されたタービンバイパスパイプを含むターボチャージャシステムは、多数の他の用途での使用に適していると容易に分かるであろう。本発明が、ディーゼル排気微粒子フィルタおよび触媒コンバータに関連して、ある特定のその好ましい形態で説明されたが、当然のことながら、この好ましい形態は単なる例として開示されたのであって、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、構造の細部および組み合わせの構成における多数の変更を行うことができる。
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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