JP2001090616A - ターボチャージャー付き内燃機関用の排気ガス再循環システム - Google Patents

ターボチャージャー付き内燃機関用の排気ガス再循環システム

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JP2001090616A JP2000233237A JP2000233237A JP2001090616A JP 2001090616 A JP2001090616 A JP 2001090616A JP 2000233237 A JP2000233237 A JP 2000233237A JP 2000233237 A JP2000233237 A JP 2000233237A JP 2001090616 A JP2001090616 A JP 2001090616A
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エル．マッキンリー トーマス
Philip M Dimpelfeld
エム．ディムペルフィールド フィリップ
John M Mulloy
エム．マロイ ジョン
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 内燃機関用の改良された排気ガス再循環（Ｅ
ＧＲ）システムにおいて、費用がリーズナブル、効果的
なシステムを提供する。 【解決手段】 機関１０の排気ダクト２２内の、ＥＧＲ
システムの下流に配置されたスロットルバルブ５４を含
む。スロットルバルブは、機関の負荷および機関の速度
に応じてコントロールされ、スロットルバルブの上流に
選択的に背圧を与え、ＥＧＲダクト４０を通じてＥＧＲ
の排気の流れを吸気マニホルド１８へ選択的に行かせ
る。ＥＧＲシステムの１つの態様はクーラーを含み、こ
のクーラーは、ＥＧＲの排気の流れの温度を低下させ
て、窒素酸化物の排出のさらなる低減を提供する。ター
ボチャージャー２６の排気タービンは、一定のまたは可
変の吸い込み容量を有するタービンを与える、一定形態
タイプでも可変形態タイプでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】（発明の技術分野）本発明は、概しては、
ターボチャージャー付き内燃機関に関し、特に、ターボ
チャージャー付き内燃機関用の排気ガス再循環システム
に関する。
【０００２】（発明の背景）内燃機関では、窒素酸化物
（ＮＯx）の排出量を減少させるために、排気ガス再循
環（ＥＧＲ）として知られているプロセスが用いられ
る。一般に、ＥＧＲは、排気ガスの一部を吸入空気の流
れの中に送り戻すことを伴う。排気の背圧が吸入空気圧
よりも大きい機関（例えば、最も普通に空気を補給され
るエンジン）では、排気ダクトと吸気ダクトの間に導管
を単に接続することによって、ＥＧＲの流れを実現する
ことができる。排気マニホールドからの流れは、負の圧
力差によって、より低圧の吸気口へと引き込まれる。し
かし、チャージされた吸気口を有するターボチャージャ
ー付き内燃機関では、望ましくない圧力差を克服しなけ
ればならない。
【０００３】とりわけ、ターボチャージャー付きディー
ゼル機関では、再循環された排気ガスの流れは、ターボ
コンプレッサーのコンポーネントおよびインタークーラ
ーのコンポーネントの劣化を防ぐため、これらコンポー
ネントの下流側の吸入空気中に導入するのが典型的であ
る。不都合なことに、該吸入空気は、この位置では加圧
されており、ＥＧＲガスの移送のためには望ましくない
吸気圧対排気圧比を示す。効率的でよくマッチしたター
ボチャージャーを有するディーゼル機関は、ある稼動状
態の間は、環境排出規制に従って窒素酸化物の排出を低
減するような十分な量のＥＧＲの流れを誘導するほど
の、十分な排気と吸気との圧力差を有しない。例えば、
機関（エンジン）が高い負荷のもとで低速で運転してい
る場合、排気温度は十分に熱くなり得るので、吸気マニ
ホールド圧は排気マニホールド圧よりも高くなる。ＥＧ
Ｒシステムを通じて吸気マニホールドと排気マニホール
ドとの間の接続部が開口している場合、排気マニホール
ドから吸気マニホールドへの所望の流れどころか、空気
が、吸気マニホールドから排気マニホールドへと流れ
る。
【０００４】この望ましくない圧力差を克服しようと試
みる種々のＥＧＲシステムが知られており、それらのシ
ステムは、排気マニホールドから吸気マニホールドまで
強制的に流れをＥＧＲダクトに通すように操作可能な補
助ポンプやコンプレッサーによって圧力差を克服しよう
としている。そのようなＥＧＲコンプレッサーは、機械
的に駆動されても、電気的に駆動されても、第２のター
ボコンプレッサーによって排気駆動されてもよい。流れ
を推進させるために、ＥＧＲシステム内に補助コンプレ
ッサーを設けることもまた知られている。しかし、それ
らは、比較的大量のエネルギーを必要とし、それが実質
的には燃料の経済性を犠牲にする傾向がある。これらの
システムはまた、機関の組立ての複雑さとコストを増大
させる。
【０００５】排気マニホールド内の圧力（背圧）を増大
させることによって、排気から吸気へのＥＧＲの流れを
達成しようと試みるシステムもまた知られている。これ
は、機関設計の注意深い選択、例えば適切な圧力差を生
じさせるために特定の一定形態のタービンサイズを有す
るターボチャージャーを選択することなど、によって達
成することができる。特定の機関においてＥＧＲの流れ
を増大させるために、比較的小さなサイズを有する（こ
れに対応して小さな吸込み容量および高い流量制限を有
する）、一定形態のターボチャージャーを選択してもよ
い。高い流量制限は、ＥＧＲの流れを吸気マニホールド
に戻させるのに十分な、増大した背圧をタービンの上流
に与えるだろう。都合の悪いことに、このような背圧を
与えるように選択されたターボチャージャーのタービン
やコンプレッサーは十分にマッチせず、このようなシス
テムは、決して最適でないパフォーマンスとなり、燃料
経済性およびパワーを犠牲にする結果となり、より高い
機関速度（エンジンスピード）では特にそうである。
【０００６】前記段落で論じた比較的小さいサイズのタ
ービンに関連して、排気背圧の超過量をバイパスさせる
ことで比較的高速における機関のパワーを増大させよう
として、ウェイストゲート(wastegate)を設けることが
さらに知られている。ウェイストゲートバイパスは、典
型的には変調（モジュレーティング）バルブを含み、該
バルブは、これを通る排気の流れを、排気パルスと同期
した周波数で変調する。機関の効率およびパワーは全体
として改善されるが、この解決法は、依然として、最適
なパフォーマンスおよび燃料経済性にとって、望ましい
タービンよりもさらに小さいタービンが該機関用に選択
される結果となっている。さらに、ウェイストゲートバ
イパスの変調バルブは、それが稼動する過酷な環境のせ
いで信頼性が問題になることが知られている。特に、ウ
ェイストゲートバイパスの変調バルブは、機関の燃焼室
にごく接近したところで稼動するのが代表的だが、そこ
では、排気温度、ガス圧および機関の振動がより大き
い。これらの要因は、ウェイストゲートバルブに関する
制御を低下させ、その結果、ＥＧＲの流れおよび機関全
体にわたる制御を低下させる。
【０００７】小さな、一定の吸込み容量を有するウェイ
ストゲート付きタービンの問題を克服しようとして、可
動羽根を有する可変形態タービンを設けることが知られ
ており、この可動羽根は、タービンの吸込み容量および
流動抵抗を変えるように調節することができる。しか
し、この解決法は、可変形態タービンがウェイストゲー
ト付きタービンよりも高価である事が通常であるがため
に、コストが限定的でない状況でのみ実行可能である。
さらに、これらのシステムでは、タービンによって与え
られるブーストおよびローター速度が、タービンの吸込
み容量に依存するようになり、そのことが、種々の機関
稼動条件において、望ましい機関パフォーマンスよりも
低くなる結果となる。
【０００８】排出規制がますますより厳しくなりつつあ
ることを考えると、改良されたＥＧＲシステムが必要で
ある。
【０００９】（発明の要旨）本発明の目的は、内燃機関
用の改良された排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを提
供することである。本発明の別の目的は、費用がリーズ
ナブルである、効果的なＥＧＲシステムを提供すること
である。本発明は、１つの態様において、排気タービン
の下流に位置するバルブを利用するＥＧＲシステムを提
供することによって、これらの目的を達成し、かつ先行
技術の欠点を克服する。１つの態様では、該ＥＧＲシス
テムは、稼動条件に応じて機関のパフォーマンスおよび
排出を最適化するように、バルブを制御するための制御
装置を有する。
【００１０】本発明は、概しては、ターボチャージャー
付き内燃機関のためのＥＧＲシステムに関する。該機関
はターボチャージャーを含み、該ターボチャージャー
は、吸気マニホールドに送られた空気を圧縮するための
コンプレッサーと、該コンプレッサーを駆動するため
の、排気ダクト内に配置された排気タービンとを有す
る。当該ＥＧＲシステムは、吸気ダクトと排気ダクトの
間に延びてそれらの間の流体の連絡を可能とするＥＧＲ
ダクトを含んでいる。該ＥＧＲダクトは、概しては、排
気ガスのＥＧＲの流れを排気ダクトから吸気ダクトへと
ガイドして、機関からの窒素酸化物の排出の減少を達成
する。スロットルバルブが、ＥＧＲダクトに開口する吸
入ポートの下流にある、排気ダクト内に配置されてい
る。スロットルバルブは、排気ダクトを通る流れを選択
的に制限するために制御装置によって制御され、それに
よって、スロットルバルブの上流の背圧を変化させて、
ＥＧＲダクトを通るＥＧＲの流れの量を調節する。
【００１１】本発明の１つの態様によれば、ウェイスト
ゲートバルブが、排気タービンと平行にかつスロットル
バルブの上流に配置されて、排気ガスの流れの一部を、
タービンを迂回してバイパスさせる。この態様によれ
ば、排気タービンは、一定の吸込み容量を有する、一定
形態のタイプのものであってもよい。
【００１２】別の態様によれば、排気タービンは可変形
態のタイプである。可変形態タービンは、可変形態の羽
根を含み、この羽根は、タービンの吸込み容量およびタ
ービン効率を制御する。制御装置によって制御されるア
クチュエーターは、可変形態の羽根のポジションを選択
的に調節して、タービンの吸込み容量を制御する。
【００１３】１つの態様では、制御装置は、始動状態の
間、スロットルバルブを少なくとも部分的に閉じること
ができる。これによって、より高い背圧がつくりださ
れ、かつより高いレートでの燃料の燃焼がつくりださ
れ、アイドリング状態に達する結果となる。これによっ
て、機関のコンポーネントへの熱移動のレートがより高
くなる結果となる。このようにして、本発明のＥＧＲシ
ステムは、機関を暖めるのに必要な時間を有利に減少さ
せることができる。
【００１４】１つの態様では、制御装置は、高速稼動の
間、スロットルバルブを少なくとも部分的に閉じること
ができる。これが背圧を高め、シリンダー内に圧縮抵抗
を与える。有利なことには、本発明のＥＧＲシステム
は、圧縮ブレーキングを与えるように制御することがで
きる。
【００１５】従って、本発明の利点は、ターボチャージ
ャー付き内燃機関内におけるＥＧＲの流れを選択的に増
大させるかまたは制御するための、改良された方法を提
供するということである。
【００１６】可変形態タービンを含むターボチャージャ
ー付き内燃機関についての本発明のさらなる利点は、タ
ービンの吸込み容量を、タービンのブーストおよびロー
ターの速度から切り離すことである。
【００１７】ウェイストゲート付きタービンを含むター
ボチャージャー付き内燃機関についての、本発明の別の
利点は、特定の機関状態下において所望のＥＧＲの流れ
を維持しつつ、増大した機関効率およびパワーを与える
ための、増大した吸込み容量を有するタービンの提供で
ある。
【００１８】本発明のさらなる利点は、わずかの部品お
よびリーズナブルなコストを有する、強化されたＥＧＲ
システムを提供することである。
【００１９】本発明のこれらのそして他の特徴と利点
は、本発明の好適な態様の詳細な説明と図面に開示さ
れ、それらより明らかとなる。
【００２０】（好適な態様の詳細な説明）図面を参照す
ると、同じ数字は同じ部分を示しており、図１および２
は、排気ガス再循環をもたらすＥＧＲシステム１２、１
４をそれぞれ備えた内燃機関１０を図式的に示してい
る。これらの態様のそれぞれにおいて示すように、機関
１０は、吸気ダクト１６と排気ダクト２２を含み、吸気
ダクト１６は、吸入空気の流れを機関のシリンダー２０
へと送る吸気マニホールド１８を有し、排気ダクト２２
は、排気ガスの流れをシリンダー２０から運び去り、最
終的に周囲の空気中に排出する排気マニホールド２４を
有する。全体では、ＥＧＲシステム１４は、ＥＧＲの流
れを排気ダクト２２から吸気ダクト１６に送り戻す。
【００２１】図１および２に示すように、機関１０は、
ターボチャージャー２６、２６’をそれぞれ有してお
り、従来の様式で吸入空気を圧縮するためのものであ
る。ターボチャージャー２６、２６’は、排気タービン
２８、２８’をそれぞれ含んでおり、該タービンは、排
気ダクト２２内に配置されており、そこを通る排気の流
れによって駆動される。排気タービン２８、２８’は、
共通シャフト３２や他の接続部を介して、吸気コンプレ
ッサー３０に動力を伝えるように接続されている。吸気
コンプレッサー３０は、吸入空気を圧縮するように吸気
ダクト１６内に配置されている。熱交換器、即ちインタ
ークーラー３４も、圧縮された吸入空気を冷却しかつそ
の密度を増大させるために、吸気コンプレッサー３０の
下流の吸気ダクト１６内に配置してもよい。
【００２２】ＥＧＲの流れを促進するために、ＥＧＲシ
ステム１２、１４は、ＥＧＲダクト４０を含んでおり、
該ＥＧＲダクトは、排気タービン２８、２８’の上流の
排気ダクト２２に接続される吸入ポート４２と、好まし
くは吸気コンプレッサー３０およびインタークーラー３
４の下流の吸気ダクト１６に接続される排出ポート４４
とを有している。排気ガスがＥＧＲダクト４０を通って
流れる際、該ガスは、その温度を約２５０〜３００°Ｆ
まで低下させるようにＥＧＲクーラー４６を通過するの
が好ましく、それによって、ＥＧＲの流れ中の排気ガス
の密度を増大させて窒素酸化物の排出をより効率的に減
少させる。
【００２３】ＥＧＲの流れを許容するかまたは制限する
かを選択的に行なうために、ＥＧＲシステム１２、１４
の態様は、好ましくはＥＧＲクーラー４６の上流にある
ＥＧＲダクト４０内に配置されたＥＧＲバルブ４８を含
む。ＥＧＲバルブ４８は、遮断タイプのバルブ（該バル
ブは、開位置または閉位置に選択的に位置し、ＥＧＲの
流れを選択的に容認もしくは遮断する）であってもよ
い。あるいは、ＥＧＲバルブ４８は、ＥＧＲの流れを選
択的に容認するか制限するように、変調方式の操作が可
能であり得る。ＥＧＲの流れが不必要であったり、ＥＧ
Ｒの流れが機関に対して悪影響を与える可能性があるよ
うな、特定の稼動条件下では、制御装置５０は、ライン
５２を通じて信号を送り、該信号がＥＧＲバルブ４８を
作動させてＥＧＲの流れを制限するかまたは止める。例
えば、ＥＧＲバルブ４８は、高く過渡的なトルク要求状
態の間は、閉じるように作動して、それによって、ＥＧ
Ｒダクト４０を通る流れを遮断してもよい。
【００２４】排気背圧を選択的に制御し、それによって
ＥＧＲの流れを制御するために、ＥＧＲシステム１２、
１４は、図１および２にそれぞれ示すように、スロット
ルバルブ５４を含む。本発明の態様によれば、スロット
ルバルブ５４は、ＥＧＲ吸入ポート４２の下流の排気ダ
クト２２内に位置する。概して言えば、スロットルバル
ブ５４は、排気ダクト２２を通る排気の流れを選択的に
制限するように操作することが可能であり、それによっ
てスロットルバルブ５４の上流の背圧を増大させ、その
結果、ＥＧＲダクト４０をわたる、排気ダクト２２と吸
気ダクト１６との間の圧力差を増大させる。この様に背
圧を制御するスロットルバルブ５４を使用することによ
って、ＥＧＲの流れを制御することができる。
【００２５】好適な態様では、スロットルバルブ５４
は、排気タービン２８、２８’の下流に位置し、そこで
は、バルブ５４は、あまり厳しい機関の振動、ガス圧お
よび熱負荷は受けない。これによって、有利なことに、
スロットルバルブ５４がタービン２８の上流に位置する
態様で必要とされる耐性要件よりも耐性要件が低い、あ
まり高価でないスロットルバルブ５４を使うことができ
る。スロットルバルブ５４を排気タービン２８、２８’
の下流に位置させることはまた、スロットルバルブ５４
の寿命、ひいては機関１０、１２の信頼性も概して増大
させる。しかし、本発明の別の態様では、スロットルバ
ルブ５４は、タービン２８、２８’の上流に位置するこ
とができる。
【００２６】ＥＧＲの流れを増大させるために、制御装
置５０は、ライン５６を通じてスロットルバルブ５４に
信号を送り、スロットルバルブ５４を開く程度を選択的
に制御し、それが、ＥＧＲ吸入ポート４２の下流の排気
ダクト２２内で、流れを選択的に制限する。スロットル
バルブ５４による制限は、スロットルバルブ５４の上流
の排気ダクト２２内の背圧を増大させ、そのことが、Ｅ
ＧＲダクト４０に導入される排気の流れを増大させ、そ
れによって、ＥＧＲの流れを増大させる。より大きなＥ
ＧＲの流れは、窒素酸化物の排出の全体的な減少がより
大きいので、環境によりやさしい機関を達成する。ＥＧ
Ｒの流れを減少させるために、制御装置５０は、ライン
５６を通じてスロットルバルブ５４に別の信号を送り、
それほど制限的ではない制限を与え、それによって、排
気ダクト２２内の背圧およびＥＧＲの流量を減少させ
る。ＥＧＲの流れを減少させることによって、機関のパ
ワー、効率およびパフォーマンスが代表的に改善され
る。
【００２７】１つの態様では、制御装置５０は、スロッ
トルバルブ５４を、開位置、閉位置および両者間での可
変位置におくことができる。該制御装置５０は、１つ以
上の入力ライン５７を通じた制御装置５０への信号によ
って送られた１つ以上の感知されたパラメーター（例え
ば、機関の負荷、機関の速度、ＥＧＲの流量または別の
パラメーター）に応じて、スロットルバルブ５４を選択
的に位置させる。例えば、低速かつ高負荷または部分負
荷のような、より低い速度では、制御装置は、スロット
ルバルブ５４を部分的に閉じ、比較的高い制限を与え
て、ＥＧＲ吸入ポート４２での背圧を増大させ、それに
よってＥＧＲの流れを増大させることができる。例え
ば、より高い機関の速度では、制御装置５０はスロット
ルバルブ５４を開けさせ、それによって、流れの制限の
量を減少させる。制御装置５０は、所望の様式でスロッ
トルバルブ５４を制御するように設計され、その様式
は、例えば、機関１０の特定の構成、所望の窒素酸化物
排出量、機関１０の所望のパフォーマンスおよび出力要
件などに依存してもよい。１つの態様では、スロットル
バルブ５４が変調されて、その位置が、およそ２、３秒
毎での機関速度と負荷との間の変化に対応した比較的低
い周波数で更新されるのが代表的である。
【００２８】ＥＧＲの流れを増大させることに加えて、
スロットルバルブ５４は、最初の機関始動の間、機関１
０のウォームアップ時間を減少させるのに有用である。
例えば、機関の始動の間、スロットルバルブ５４は、制
御装置５０によって完全にまたは実質的に閉じられて、
排気ダクト２２内に上流背圧を与えてもよい。結果とし
て、機関１０は、アイドリング状態を達成するために、
より多くの燃料の燃焼を必要とする。より高い燃料比
は、より高い熱を機関の冷却液に排出し、その結果、機
関１０がより早く暖まる。さらに、ＥＧＲの流れは、通
常、機関が暖まるまでＥＧＲバルブ４８を閉じることに
よって防止されるので、そのことが、非ＥＧＲ／高窒素
酸化物（ＮＯx）排出モードでの時間の消費を低減す
る。このようにＥＧＲの流れの状態をより早く達成する
ことによって、全体の窒素酸化物の排出が有利に低減さ
れる。
【００２９】スロットルバルブ５４は、さらに圧縮ブレ
ーキングのために使用してもよい。この特徴によれば、
スロットルバルブ５４を、機関のシリンダー２０内に高
圧縮を与えるために、制御装置５０によって完全にまた
は実質的に閉じてもよい。これを、機関１０の速度を落
とすための圧縮ブレーキングのために使用してもよい。
【００３０】図１に示すＥＧＲシステム１２では、排気
タービン２８は可変形態タービンである。可変形態ター
ビン２８は可変形態の羽根を含み、該羽根は、タービン
２８の吸込み容量を制御するために、アクチュエーター
６２によって調節することができる。可変形態の羽根
は、また、タービンの効率を制御する。アクチュエータ
ー６２は、ライン５８を通じて制御装置５０によって制
御してもよい。可変形態タービン２８にスロットルバル
ブ５４を組み合わせることによって、吸込み容量（これ
は、可変形態の羽根またはスロットルバルブ５４のいず
れかによって制御することができる）を、タービン２８
のブーストおよびローター速度（これは、可変形態の羽
根のポジションに一部依存する）に関係なく制御するこ
とができる。そのことがより大きな機関のパワーを与え
かつ特定の燃料消費および制御性を改善するということ
が有利な点である。図１のＥＧＲシステム１２では、ス
ロットルバルブ５４は、より高い機関速度において、制
御装置５０によって部分的に閉じられて、背圧を増大さ
せかつ増大したＥＧＲの流れを与えてもよい。
【００３１】図２および３に示す態様では、ＥＧＲシス
テム１４は排気タービン２８’を含み、このタービンは
一定形態タービンであってもよい。該排気ダクト２２
は、ウェイストゲートダクト６６を含んでおり、該ウェ
イストゲートダクトは、タービン２８’と流体平行にな
るよう配置され、タービン２８’の上流の排気ダクト２
２内での過剰の増大圧力をバイパスするためのものであ
る。特に、ウェイストゲートダクト６６は、タービン２
８’の上流に位置する吸入ポートにおいて、排気ダクト
２２と流体が連絡するように接続されている。ウェイス
トゲートダクト６６は、タービン２８’の下流の再入点
において流れを排気ダクトに戻すように接続されてい
る。ウェイストゲートダクト６６が排気ダクト２２に入
る再入点は、図２の態様では、スロットルバルブ５４の
上流に位置している。しかし、図３に示すように、本発
明の別の態様では、ウェイストゲートダクト６６が排気
ダクト２２に入る再入点は、スロットルバルブ５４の下
流に位置させることができる。
【００３２】また、図２および３に示すように、ウェイ
ストゲートバルブ６８は、ウェイストゲートダクト６６
内に位置している。ウェイストゲートバルブ６８は、ウ
ェイストゲートダクト６６を通る流れを制限または変調
して、タービン２８’のローター速度および効率を制御
するように操作可能である。このようにして、機関１２
のパフォーマンスを調整するために、ウェイストゲート
バルブ６８の状態を制御することができる。ウェイスト
ゲートダクト６６およびウェイストゲートバルブ６８
は、タービン２８’の吸込み容量を変化させるのに有効
である。ウェイストゲートバルブ６８は、ライン７０を
通じて制御装置５０によって制御される。
【００３３】一定形態タービン２８’とウェイストゲー
トダクト６６と共にスロットルバルブ５４を含む態様
は、いくつかの利点を提供する。１つの利点は、部分負
荷においてそしてまた低速／高負荷においてスロットル
バルブ５４を選択的に閉じることで選択的な流れの制限
を与え、それにより、ＥＧＲの流量を増加させ、窒素酸
化物排出の所望の低減比率を達成して、厳しい排出規制
をより容易に満たすことである。ＥＧＲの流量を増加さ
せることによって、噴射タイミングが早められ、燃料消
費が改善されるだろう。スロットルバルブ５４を排気ダ
クト２２内に背圧を形成するために使用してもよいの
で、排気タービンの吸込み容量は、ＥＧＲの流れの促進
にとって重要ではなく、従って、所望であればより大き
なタービン６４を選択して、より良くマッチしたターボ
チャージャー２６を提供することができ、それゆえ、特
に高い機関速度においては、より効率的でより良いパフ
ォーマンスを示す機関１２を提供することができる。機
関のパワーを増大させるために、この態様を用いてブー
ストパワーも低下させてもよい。設置毎のスタック（排
出管）の制限の変動、または経時的なスタックの制限の
変化を、能動的に補うために、スロットルバルブ５４を
使用してもよい。また、機関毎の変動、または経時的な
機関の劣化を、能動的に補うために、スロットルバルブ
５４を使用してもよい。
【００３４】ＥＧＲシステム１４では、ウェイストゲー
トバイパス６６は、ウェイストゲートを通した排気の流
れを、図２に示すようなスロットルバルブ５４の上流、
または図３に示すようなスロットルバルブ５４の下流
の、いずれに排出してもよい。スロットルバルブ５４が
排気タービン２８’の上流または下流に位置するかに関
わらず、図示したような排気スタックへの排気の流れの
全てに作用するように、あるいは排気スタックへの排気
の流れの一部に作用するように、スロットルバルブ５４
を配置してもよい。
【００３５】本明細書で引用した全ての参考文献（特
許、特許出願および刊行物を含む）は、引用することに
よってそれらの全体を本明細書に組み込むものである。
本発明を例示の態様に関連して記載したが、種々の変更
および修正は、当業者には明らかである。このような変
更および修正は、本発明の精神および範囲から逸脱する
ことなく行うことができる。従って、添付の請求の範囲
は、このような変更および修正をカバーすることを意図
している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の態様による内燃機関用
の排気ガス再循環システムの模式図である。
【図２】図２は、本発明の第２の態様による内燃機関用
の排気ガス再循環システムの模式図である。
【図３】図３は、本発明の第３の態様による内燃機関用
の排気ガス再循環システムの模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｄ 37/24 37/12 ３０２Ｚ 37/18 Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｃ 37/12 ３０２ Ｅ Ｆ０２Ｄ 9/04 Ｇ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ ３０１Ａ (72)発明者 トーマス エル．マッキンリー アメリカ合衆国、インディアナ州 47202、 コロンバス、パイン リッジ ドライヴ 4668、ピー．オー．ボックス 1292 (72)発明者 フィリップ エム．ディムペルフィールド アメリカ合衆国、インディアナ州 47202、 コロンバス、カーヤ スクエア 660 (72)発明者 ジョン エム．マロイ アメリカ合衆国、インディアナ州 47203、 コロムバス、ウィリアムズバーグ コート 2706

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 吸気ダクトと、排気ダクトと、排気ガス
    再循環システムとを有する内燃機関であって、該排気ガ
    ス再循環システムが、 排気ダクトから吸気ダクトへの排気ガスのＥＧＲの流れ
    をガイドするために、排気ダクトに流体を送るよう接続
    されたＥＧＲダクトと、 ＥＧＲダクト内に位置し、ＥＧＲの流れを吸気ダクトに
    入る前に冷却するためのＥＧＲクーラーと、 前記ＥＧＲダクトの下流の排気ダクト内にある排気ター
    ビンであって、吸気コンプレッサーを駆動する該タービ
    ンと、 前記ＥＧＲダクトの下流の排気ダクト内に配置され、排
    気ダクトを通る流れを選択的に制限するように操作可能
    なスロットルバルブと、 該スロットルバルブを調節するように操作可能な制御装
    置とを有する、該内燃機関。
  2. 【請求項２】 スロットルバルブが、排気タービンの下
    流に位置している、請求項１記載の機関。
  3. 【請求項３】 制御装置が、スロットルバルブを調節
    し、排気ダクト内の背圧を変化させて、ＥＧＲの流量を
    制御するものである、請求項１記載の機関。
  4. 【請求項４】 制御装置が、機関の速度の関数としてス
    ロットルバルブを変調するものである、請求項３記載の
    機関。
  5. 【請求項５】 制御装置が、機関の始動操作の間は、ス
    ロットルバルブを実質的に閉じるものである、請求項３
    記載の機関。
  6. 【請求項６】 さらに、 排気ダクトと連絡しているウェイストゲートダクトであ
    って、排気タービンの上流の該排気ダクトからのウェイ
    ストゲートの流れをバイパスして、タービンの下流の該
    排気ダクトに再び入れる該ウェイストゲートダクトと、 該ウェイストゲートバイパスダクト内に位置し、前記ウ
    ェイストゲートの流れを選択的に制限するためのウェイ
    ストゲートバルブとを有する、請求項１記載の機関。
  7. 【請求項７】 タービンが一定形態の羽根を有するタイ
    プのものである、請求項６記載の機関。
  8. 【請求項８】 タービンが、可変形態の羽根と、該可変
    形態の羽根のポジションを選択的に調節するためのアク
    チュエーターとを含み、該アクチュエーターが制御装置
    によって制御されるものである、請求項１記載の機関。
  9. 【請求項９】 制御装置が、圧縮ブレーキングを与える
    ために、スロットルバルブを実質的に閉じさせて排気ダ
    クト内に背圧を生じさせるように操作できるものであ
    る、請求項１記載の機関。
  10. 【請求項１０】 ＥＧＲダクト内に位置し、ＥＧＲの流
    れを変化させるように調節可能なＥＧＲバルブをさらに
    有する、請求項１記載の機関。
  11. 【請求項１１】 ＥＧＲダクトの上流に位置する吸気ダ
    クト内に位置するインタークーラーをさらに有する、請
    求項１記載の機関。
  12. 【請求項１２】 内燃機関のための排気ガス再循環シス
    テムであって、該内燃機関は、吸気ダクトと、排気ダク
    トと、該排気ダクト内に位置するタービンを持つターボ
    チャージャーとを有し、該ターボチャージャーは吸気ダ
    クト内の空気をチャージするために該吸気ダクト内に位
    置するコンプレッサーを駆動するものであって、当該排
    気ガス再循環システムが、 排気ダクトから吸気ダクトに向かう排気ガスのＥＧＲの
    流れをガイドするために、タービンの上流の排気ダクト
    に流体を送るよう接続されたＥＧＲダクトと、 ＥＧＲの流れを吸気ダクトに入る前に冷却するために、
    ＥＧＲダクト内に位置するＥＧＲクーラーと、 前記ＥＧＲダクトの下流の排気ダクト内に配置され、該
    排気ダクトを通る流れを選択的に制限するように操作可
    能なスロットルバルブと、 該排気ダクト内の背圧を制御するために、スロットルバ
    ルブを調節するよう操作可能な制御装置とを有する、該
    排気ガス再循環システム。
  13. 【請求項１３】 スロットルバルブが、排気タービンの
    下流に位置している、請求項１２記載の排気ガス再循環
    システム。
  14. 【請求項１４】 制御装置が、ＥＧＲの流量を制御する
    ために、スロットルバルブを調節して排気ダクト内の背
    圧を増大させるものである、請求項１２記載の排気ガス
    再循環システム。
  15. 【請求項１５】 制御装置が、１以上の機関稼動パラメ
    ーターの関数に従って、スロットルバルブを変調するも
    のである、請求項１４記載の排気ガス再循環システム。
  16. 【請求項１６】 機関稼動パラメーターのうちの１つが
    機関の速度である、請求項１５の排気ガス再循環システ
    ム。
  17. 【請求項１７】 機関稼動パラメーターのうちの１つが
    機関の負荷である、請求項１５の排気ガス再循環システ
    ム。
  18. 【請求項１８】 制御装置が、機関の始動操作の間は、
    スロットルバルブを実質的に閉じるように操作可能であ
    る、請求項１４記載の排気ガス再循環システム。
  19. 【請求項１９】 さらに、 排気ダクトと連絡しているウェイストゲートダクトであ
    って、排気タービンの上流の該排気ダクトからのウェイ
    ストゲートの流れをバイパスして、タービンの下流の該
    排気ダクトに再び入る該ウェイストゲートダクトと、 該ウェイストゲートバイパスダクト内に位置し、前記ウ
    ェイストゲートの流れを選択的に制限するためのウェイ
    ストゲートバルブとを有する、請求項１２記載の排気ガ
    ス再循環システム。
  20. 【請求項２０】 タービンが一定形態タービンである、
    請求項１９記載の排気ガス再循環システム。
  21. 【請求項２１】 制御装置が、ウェイストゲートバルブ
    を調節するように操作可能である、請求項１９記載の排
    気ガス再循環システム。
  22. 【請求項２２】 タービンが、可変形態の羽根と、該可
    変形態の羽根のポジションを選択的に調節するためのア
    クチュエーターとを含み、該アクチュエーターが制御装
    置によって制御されるものである、請求項１２記載の排
    気ガス再循環システム。
  23. 【請求項２３】 制御装置が、圧縮ブレーキングを与え
    るために、スロットルバルブを実質的に閉じさせて排気
    ダクト内に背圧を生じさせるよう操作できるものであ
    る、請求項１２記載の排気ガス再循環システム。
  24. 【請求項２４】 ＥＧＲダクト内に位置し、ＥＧＲの流
    れを変化させるように調節可能なＥＧＲバルブをさらに
    有する、請求項１記載の排気ガス再循環システム。
  25. 【請求項２５】 内燃機関を稼動させるための方法であ
    って、該内燃機関は、吸気ダクトと排気ダクトとターボ
    チャージャーとを有し、該ターボチャージャーは排気ダ
    クト内に位置するタービンを有し、該タービンは吸入空
    気をチャージするために吸気ダクト内に配置されたコン
    プレッサーを駆動するものであり、かつ該内燃機関は、
    排気ダクトから吸気ダクトへＥＧＲの流れをガイドする
    ように接続されたＥＧＲダクトを有し、該ＥＧＲダクト
    は、タービンの上流の排気ダクトと連絡するように接続
    されており、当該方法が、 排気ダクト内の背圧を調節するために、排気ダクトを通
    る流れをＥＧＲダクトの下流の位置で制限する工程と、 ＥＧＲの流れが吸気ダクトに入る前に該流れを冷却する
    工程とを有するものである、該内燃機関を稼動させるた
    めの方法。
  26. 【請求項２６】 上記の冷却する工程が、ＥＧＲダクト
    内に位置するＥＧＲ熱交換器を設けることを含む、請求
    項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 上記の制限する工程が、上記ＥＧＲダ
    クトの下流の排気ダクト内にスロットルバルブを設ける
    ことを含む、請求項２５記載の方法。
  28. 【請求項２８】 上記の制限する工程が、１つ以上の機
    関稼動パラメーターに応じてスロットルバルブを制御す
    ることを含む、請求項２７記載の方法。
  29. 【請求項２９】 上記の制御が、ＥＧＲの流れを制御す
    るために上記スロットルバルブを調節することを含む、
    請求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 上記の制御が、機関が始動した後の一
    定期間、機関のウォーミングアップを助けるために上記
    スロットルバルブを実質的に閉じることを含む、請求項
    ２８記載の方法。
  31. 【請求項３１】 上記の制御することが、機関の圧縮ブ
    レーキングをきかせるために、上記排気ダクト内の背圧
    を増大させるよう上記スロットルバルブを調節すること
    を含む、請求項２８記載の方法。
JP2000233237A 1999-08-20 2000-08-01 ターボチャージャー付き内燃機関用の排気ガス再循環システム Pending JP2001090616A (ja)

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