JP2001115900A - 内燃エンジンにおける排気ガス再循環システム - Google Patents
内燃エンジンにおける排気ガス再循環システムInfo
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- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明はターボチャージャーを備えた内燃エ
ンジンの排気ガス再循環システムに関する。 【解決手段】 内燃エンジンは少なくとも１つの排気マ
ニホールドと少なくとも１つの吸気マニホールドを備え
る。ターボチャージャーはタービン、第１コンプレッ
サ、第２コンプレッサを含む。タービンは排気マニホー
ルドと接続されており、制御自在な可変ノズルを有す
る。第１コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタ
ービンに接続され駆動される。第１コンプレッサは燃焼
用空気を受容する入口と、出口を有する。第２コンプレ
ッサは各排気マニホールドと接続された入口と、出口を
有する。ミキサーは第１コンプレッサの出口と第２コン
プレッサの出口とを、吸気マニホールドに相互接続す
る。コントローラは、タービン可変ノズルに接続され、
第２コンプレッサに関連する動作特性によってタービン
可変ノズルの動作を制御する。
ンジンの排気ガス再循環システムに関する。 【解決手段】 内燃エンジンは少なくとも１つの排気マ
ニホールドと少なくとも１つの吸気マニホールドを備え
る。ターボチャージャーはタービン、第１コンプレッ
サ、第２コンプレッサを含む。タービンは排気マニホー
ルドと接続されており、制御自在な可変ノズルを有す
る。第１コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタ
ービンに接続され駆動される。第１コンプレッサは燃焼
用空気を受容する入口と、出口を有する。第２コンプレ
ッサは各排気マニホールドと接続された入口と、出口を
有する。ミキサーは第１コンプレッサの出口と第２コン
プレッサの出口とを、吸気マニホールドに相互接続す
る。コントローラは、タービン可変ノズルに接続され、
第２コンプレッサに関連する動作特性によってタービン
可変ノズルの動作を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃エンジンにおけ
る排気ガス再循環システム、より具体的には２つのコン
プレッサホイールと、可変吸気ノズルを備えたタービン
を含むターボチャージャーを有する排気ガス再循環シス
テムに関する。
る排気ガス再循環システム、より具体的には２つのコン
プレッサホイールと、可変吸気ノズルを備えたタービン
を含むターボチャージャーを有する排気ガス再循環シス
テムに関する。
【０００２】
【従来の技術】排気ガス再循環システム（ＥＧＲ）は、
内燃エンジンの作動中に発生する有害な汚染ガスや微粒
子の異物を抑制するために用いられる。このようなシス
テムは、乗用車、軽量トラック、その他の一般道用動力
機器などの動力車に用いられる内燃エンジンで、特に有
効であることを示してきた。ＥＧＲシステムは主に、排
気ガスの副産物を内燃エンジンの吸気供給に再循環す
る。エンジンシリンダに再度取り入れられた排気ガス
は、内部の酸素の濃度を下げ、そしてシリンダ内の最大
燃焼温度を低下させ、燃焼過程での化学反応を遅らせ
て、窒素酸化物（ＮｏＸ）の生成を低下させる。さら
に、排気ガスは、エンジンシリンダに再度取り入れられ
る際に燃やされる未燃焼の炭化水素をたいてい含んでお
り、これが、内燃エンジンから有害な汚染物質として排
出される排気ガス副産物の排出をさらに減らすのであ
る。
内燃エンジンの作動中に発生する有害な汚染ガスや微粒
子の異物を抑制するために用いられる。このようなシス
テムは、乗用車、軽量トラック、その他の一般道用動力
機器などの動力車に用いられる内燃エンジンで、特に有
効であることを示してきた。ＥＧＲシステムは主に、排
気ガスの副産物を内燃エンジンの吸気供給に再循環す
る。エンジンシリンダに再度取り入れられた排気ガス
は、内部の酸素の濃度を下げ、そしてシリンダ内の最大
燃焼温度を低下させ、燃焼過程での化学反応を遅らせ
て、窒素酸化物（ＮｏＸ）の生成を低下させる。さら
に、排気ガスは、エンジンシリンダに再度取り入れられ
る際に燃やされる未燃焼の炭化水素をたいてい含んでお
り、これが、内燃エンジンから有害な汚染物質として排
出される排気ガス副産物の排出をさらに減らすのであ
る。
【０００３】ターボチャージャー付きディーゼルエンジ
ンでＥＧＲを利用する場合、再循環される排気ガスは、
好ましくは、ターボチャージャーの排気ガス駆動タービ
ンの上流で取り出される。多くのＥＧＲの利用において
は、排気ガスは排気マニホールドから直接切り換えられ
ている。同様に再循環される排気ガスは、好ましくはコ
ンプレッサと空冷アフタークーラー（ＡＴＡＡＣ）の下
流で、吸気流に再度取りこまれる。排気ガスがコンプレ
ッサとＡＴＡＡＣを通過する場合の信頼性と保全性の問
題から、コンプレッサと空冷アフタークーラー（ＡＴＡ
ＡＣ）の下流で排気ガスを再度取りこむことが好まし
い。この種のＥＧＲシステムの例は、アメリカ特許第
５，８０２，８４６号（ベイリー）に開示されており、
これは本願の譲受人に譲渡されている。
ンでＥＧＲを利用する場合、再循環される排気ガスは、
好ましくは、ターボチャージャーの排気ガス駆動タービ
ンの上流で取り出される。多くのＥＧＲの利用において
は、排気ガスは排気マニホールドから直接切り換えられ
ている。同様に再循環される排気ガスは、好ましくはコ
ンプレッサと空冷アフタークーラー（ＡＴＡＡＣ）の下
流で、吸気流に再度取りこまれる。排気ガスがコンプレ
ッサとＡＴＡＡＣを通過する場合の信頼性と保全性の問
題から、コンプレッサと空冷アフタークーラー（ＡＴＡ
ＡＣ）の下流で排気ガスを再度取りこむことが好まし
い。この種のＥＧＲシステムの例は、アメリカ特許第
５，８０２，８４６号（ベイリー）に開示されており、
これは本願の譲受人に譲渡されている。
【０００４】単独のタービンホイールと２つのコンプレ
ッサホイールを有するターボチャージャーを設けること
も公知である。タービンホイールは各コンプレッサホイ
ールに機械的に連結され回転自在にこれを駆動する。コ
ンプレッサホイールの１つは周囲環境から受容した燃焼
用空気を圧縮するのに用いられ、他方のコンプレッサホ
イールは排気マニホールドから受容した排気ガスを圧縮
するのに用いられる。排気ガスを圧縮することによっ
て、内燃エンジンの吸気マニホールドへ再循環するため
に排気ガスを燃焼用空気と効果的に混合することができ
る。
ッサホイールを有するターボチャージャーを設けること
も公知である。タービンホイールは各コンプレッサホイ
ールに機械的に連結され回転自在にこれを駆動する。コ
ンプレッサホイールの１つは周囲環境から受容した燃焼
用空気を圧縮するのに用いられ、他方のコンプレッサホ
イールは排気マニホールドから受容した排気ガスを圧縮
するのに用いられる。排気ガスを圧縮することによっ
て、内燃エンジンの吸気マニホールドへ再循環するため
に排気ガスを燃焼用空気と効果的に混合することができ
る。
【０００５】ディーゼルエンジンに関連する一定の動作
条件によっては、吸気マニホールドへ搬送される燃焼用
空気内の排気ガスの混合をより濃くまたは薄くすること
が望ましいこともある。燃焼用空気と混合される排気ガ
スの量を制御する公知の技術の１つでは、排気マニホー
ルドと排気ガスを受容するコンプレッサを相互接続す
る、制御自在に作動自在な弁を利用している。排気ガス
の第２コンプレッサへの流れは、燃焼用空気と混ざる排
気ガスの好ましい平均的な流れを作るために、完全に遮
断することができるか、時間を定めて制御することがで
きる。もう１つの公知の技術は、燃焼用空気または排気
ガスのバイパス流体導管をを設けることである。制御自
在に作動自在なバタフライ弁などをバイパス流体導管内
に配置し、そして燃焼用空気と混ざる排気ガスの量を状
況に合わせて制御する。このようなシステムは、ディー
ゼルエンジン内の排気ガスの再循環を制御するのに効果
的であるが、通常は内燃エンジンにセンサ、導管、弁、
及び関連するコントローラで構成される追加の構造を必
要とする。
条件によっては、吸気マニホールドへ搬送される燃焼用
空気内の排気ガスの混合をより濃くまたは薄くすること
が望ましいこともある。燃焼用空気と混合される排気ガ
スの量を制御する公知の技術の１つでは、排気マニホー
ルドと排気ガスを受容するコンプレッサを相互接続す
る、制御自在に作動自在な弁を利用している。排気ガス
の第２コンプレッサへの流れは、燃焼用空気と混ざる排
気ガスの好ましい平均的な流れを作るために、完全に遮
断することができるか、時間を定めて制御することがで
きる。もう１つの公知の技術は、燃焼用空気または排気
ガスのバイパス流体導管をを設けることである。制御自
在に作動自在なバタフライ弁などをバイパス流体導管内
に配置し、そして燃焼用空気と混ざる排気ガスの量を状
況に合わせて制御する。このようなシステムは、ディー
ゼルエンジン内の排気ガスの再循環を制御するのに効果
的であるが、通常は内燃エンジンにセンサ、導管、弁、
及び関連するコントローラで構成される追加の構造を必
要とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記に述べた
問題を１つまたはそれ以上解決するためのものである。
問題を１つまたはそれ以上解決するためのものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの形態によ
れば、内燃エンジンは少なくとも１つの排気マニホール
ドと、少なくとも１つの吸気マニホールドを備えてい
る。ターボチャージャーはタービン、第１コンプレッサ
と第２コンプレッサを含む。タービンは排気マニホール
ドと接続されており、制御自在な可変ノズルを有する。
第１コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービ
ンに接続されて駆動される。第１コンプレッサは燃焼用
空気を受容する入口と、出口を有する。第２コンプレッ
サは各排気マニホールドに接続された入口と、出口を有
する。ミキサーは、第１コンプレッサの出口と第２コン
プレッサの出口と吸気マニホールドを相互接続する。コ
ントローラはタービン可変ノズルに接続され、第２コン
プレッサに関連する動作特性によって、タービン可変ノ
ズルの動作を制御する。
れば、内燃エンジンは少なくとも１つの排気マニホール
ドと、少なくとも１つの吸気マニホールドを備えてい
る。ターボチャージャーはタービン、第１コンプレッサ
と第２コンプレッサを含む。タービンは排気マニホール
ドと接続されており、制御自在な可変ノズルを有する。
第１コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービ
ンに接続されて駆動される。第１コンプレッサは燃焼用
空気を受容する入口と、出口を有する。第２コンプレッ
サは各排気マニホールドに接続された入口と、出口を有
する。ミキサーは、第１コンプレッサの出口と第２コン
プレッサの出口と吸気マニホールドを相互接続する。コ
ントローラはタービン可変ノズルに接続され、第２コン
プレッサに関連する動作特性によって、タービン可変ノ
ズルの動作を制御する。
【０００８】本発明の別の形態によれば、排気マニホー
ルドと吸気マニホールドを含む内燃エンジンにおける排
気ガス再循環システムは、タービン、第１コンプレッ
サ、第２コンプレッサを備えたターボチャージャーを備
える。タービンは排気マニホールドと接続するように構
成されており、制御自在な可変ノズルを有する。第１コ
ンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービンと接
続され駆動される。第１コンプレッサは燃焼用空気を受
容するための入口と、出口を有する。第２コンプレッサ
は各排気マニホールドと接続するように構成された入口
と、出口を有する。ミキサーは第１コンプレッサの出口
と第２コンプレッサの出口に接続されている。コントロ
ーラはタービン可変ノズルに接続され、第２コンプレッ
サに関連する動作特性によってタービン可変ノズルの動
作を制御する。
ルドと吸気マニホールドを含む内燃エンジンにおける排
気ガス再循環システムは、タービン、第１コンプレッ
サ、第２コンプレッサを備えたターボチャージャーを備
える。タービンは排気マニホールドと接続するように構
成されており、制御自在な可変ノズルを有する。第１コ
ンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービンと接
続され駆動される。第１コンプレッサは燃焼用空気を受
容するための入口と、出口を有する。第２コンプレッサ
は各排気マニホールドと接続するように構成された入口
と、出口を有する。ミキサーは第１コンプレッサの出口
と第２コンプレッサの出口に接続されている。コントロ
ーラはタービン可変ノズルに接続され、第２コンプレッ
サに関連する動作特性によってタービン可変ノズルの動
作を制御する。
【０００９】本発明のまた別の形態によれば、内燃エン
ジンにおける排気ガス再循環システムを作動する方法
は、排気マニホールドと吸気マニホールドを設ける段階
と；タービン、第１コンプレッサ、及び第２コンプレッ
サを含み、タービンは排気マニホールドと接続され、制
御自在な可変ノズルを含むように構成されており、第１
コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービンに
接続されタービンにより駆動されており、第１コンプレ
ッサは燃焼用空気を受容するための入口と、出口を有し
ており、第２コンプレッサは排気マニホールドと接続さ
れた入口と、出口を有するように構成されたターボチャ
ージャーを設ける段階と；タービン可変ノズルに接続さ
れたコントローラを設ける段階と；排気マニホールドか
らタービン可変ノズルと第２コンプレッサの入口のそれ
ぞれに排気ガスを流す段階と；第２コンプレッサに関連
する動作特性によって、タービン可変ノズルの動作を制
御する段階を含んでいる。
ジンにおける排気ガス再循環システムを作動する方法
は、排気マニホールドと吸気マニホールドを設ける段階
と；タービン、第１コンプレッサ、及び第２コンプレッ
サを含み、タービンは排気マニホールドと接続され、制
御自在な可変ノズルを含むように構成されており、第１
コンプレッサと第２コンプレッサはそれぞれタービンに
接続されタービンにより駆動されており、第１コンプレ
ッサは燃焼用空気を受容するための入口と、出口を有し
ており、第２コンプレッサは排気マニホールドと接続さ
れた入口と、出口を有するように構成されたターボチャ
ージャーを設ける段階と；タービン可変ノズルに接続さ
れたコントローラを設ける段階と；排気マニホールドか
らタービン可変ノズルと第２コンプレッサの入口のそれ
ぞれに排気ガスを流す段階と；第２コンプレッサに関連
する動作特性によって、タービン可変ノズルの動作を制
御する段階を含んでいる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図面にしたがって説明すれば、本
発明の排気ガス再循環システム１２の実施形態を含む内
燃エンジン１０が示されている。内燃エンジン１０は、
作動中燃焼が発生する複数の燃焼シリンダを有するディ
ーゼルエンジンである。図示された実施形態では、内燃
エンジン１０は６つの燃焼シリンダＣ１−Ｃ６を含んで
いる。各燃焼シリンダＣ１−Ｃ６は、断続線１６で示す
ように、吸気マニホールド１４と連通して吸気マニホー
ルド１４から燃焼用空気を受容する。内燃エンジン１０
は単独の吸気マニホールド１４と共に示されているが、
複数の吸気マニホールドも設けてもよい。各燃焼シリン
ダＣ１−Ｃ６はまた排気マニホールド１８または２０と
連通して、排気ガスを排気マニホールド１８または２０
に供給する。図示された実施形態では、内燃エンジン１
０は２つの排気マニホールド１８と２０を有し、断続線
２２で示すように、燃焼シリンダＣ１−Ｃ３と排気マニ
ホールド１８が結合されており、断続線２４で示すよう
に、燃焼シリンダＣ４−Ｃ６と排気マニホールド２０が
結合されている。しかしながら、内燃エンジン１０に、
異なる数の排気マニホールド、たとえば燃焼シリンダＣ
１−Ｃ６のそれぞれと連通する単独の排気マニホールド
を設けてもよい。
発明の排気ガス再循環システム１２の実施形態を含む内
燃エンジン１０が示されている。内燃エンジン１０は、
作動中燃焼が発生する複数の燃焼シリンダを有するディ
ーゼルエンジンである。図示された実施形態では、内燃
エンジン１０は６つの燃焼シリンダＣ１−Ｃ６を含んで
いる。各燃焼シリンダＣ１−Ｃ６は、断続線１６で示す
ように、吸気マニホールド１４と連通して吸気マニホー
ルド１４から燃焼用空気を受容する。内燃エンジン１０
は単独の吸気マニホールド１４と共に示されているが、
複数の吸気マニホールドも設けてもよい。各燃焼シリン
ダＣ１−Ｃ６はまた排気マニホールド１８または２０と
連通して、排気ガスを排気マニホールド１８または２０
に供給する。図示された実施形態では、内燃エンジン１
０は２つの排気マニホールド１８と２０を有し、断続線
２２で示すように、燃焼シリンダＣ１−Ｃ３と排気マニ
ホールド１８が結合されており、断続線２４で示すよう
に、燃焼シリンダＣ４−Ｃ６と排気マニホールド２０が
結合されている。しかしながら、内燃エンジン１０に、
異なる数の排気マニホールド、たとえば燃焼シリンダＣ
１−Ｃ６のそれぞれと連通する単独の排気マニホールド
を設けてもよい。
【００１１】排気ガス再循環システム１２は通常、ター
ボチャージャー２６、ミキサー２８、コントローラ３０
を含む。ターボチャージャー２６はタービン３２、第１
コンプレッサ３４、第２コンプレッサ３６を有する。タ
ービン３２は排気マニホールド１８と２０からの排気ガ
スを受容し、排気ガスにより回転自在に駆動される。タ
ービン３２は、矢印４０で示すように、第１コンプレッ
サ３４と第２コンプレッサ３６を回転自在に駆動する出
力軸３８を含む。タービン３２は、収縮直径を持つ制御
自在に作動自在な可変吸気ノズル４２を有し、収縮直径
は制御自在に調節されてタービンに可変直径を有する入
口オリフィスを形成することができる。吸気ノズル４２
の直径を変化させることにより、タービン３２を通過す
る流量が制御され、そして出力軸３８の回転出力速度を
制御する。タービン３２を駆動し、出ていく排気ガスは
マフラー４３へ、そして周囲環境へ流れる。
ボチャージャー２６、ミキサー２８、コントローラ３０
を含む。ターボチャージャー２６はタービン３２、第１
コンプレッサ３４、第２コンプレッサ３６を有する。タ
ービン３２は排気マニホールド１８と２０からの排気ガ
スを受容し、排気ガスにより回転自在に駆動される。タ
ービン３２は、矢印４０で示すように、第１コンプレッ
サ３４と第２コンプレッサ３６を回転自在に駆動する出
力軸３８を含む。タービン３２は、収縮直径を持つ制御
自在に作動自在な可変吸気ノズル４２を有し、収縮直径
は制御自在に調節されてタービンに可変直径を有する入
口オリフィスを形成することができる。吸気ノズル４２
の直径を変化させることにより、タービン３２を通過す
る流量が制御され、そして出力軸３８の回転出力速度を
制御する。タービン３２を駆動し、出ていく排気ガスは
マフラー４３へ、そして周囲環境へ流れる。
【００１２】第１コンプレッサ３４は回転自在に出力軸
３８により駆動され、周囲環境からの燃焼用空気を受容
する入口４４を有する。第１コンプレッサ３４は圧縮さ
れた燃焼用空気が通過する出口４６も有する。圧縮され
た燃焼用空気は、空気に対して行われる仕事や、与えら
れるエネルギーのため、だいたい一般的には、第１コン
プレッサ３４によって熱せられる。したがって、出口４
６から流れる圧縮された燃焼用空気は、第１コンプレッ
サ３４の下流に配置された空冷アフタークーラー（ＡＴ
ＡＡＣ）４８を使って冷却される。
３８により駆動され、周囲環境からの燃焼用空気を受容
する入口４４を有する。第１コンプレッサ３４は圧縮さ
れた燃焼用空気が通過する出口４６も有する。圧縮され
た燃焼用空気は、空気に対して行われる仕事や、与えら
れるエネルギーのため、だいたい一般的には、第１コン
プレッサ３４によって熱せられる。したがって、出口４
６から流れる圧縮された燃焼用空気は、第１コンプレッ
サ３４の下流に配置された空冷アフタークーラー（ＡＴ
ＡＡＣ）４８を使って冷却される。
【００１３】第２コンプレッサ３６は、排気マニホール
ド１８と２０のそれぞれから、流体導管５０を介して、
平行に排気ガスを受容する。熱交換器５２は排気マニホ
ールド１８、２０と第２コンプレッサ３６とを相互接続
して、第２コンプレッサ３６の入口５４より前に排気ガ
スを冷却する。第２コンプレッサ３６は、入口５４で受
容した冷却された排気ガスを圧縮し、圧縮された排気ガ
スを出口５６を介して排出する。
ド１８と２０のそれぞれから、流体導管５０を介して、
平行に排気ガスを受容する。熱交換器５２は排気マニホ
ールド１８、２０と第２コンプレッサ３６とを相互接続
して、第２コンプレッサ３６の入口５４より前に排気ガ
スを冷却する。第２コンプレッサ３６は、入口５４で受
容した冷却された排気ガスを圧縮し、圧縮された排気ガ
スを出口５６を介して排出する。
【００１４】ミキサー２８は圧縮され冷却された燃焼用
空気を第１コンプレッサ３４から、圧縮された排気ガス
を第２コンプレッサ３６から受容する。ミキサー２８は
第２コンプレッサ３６からの排気ガスと第１コンプレッ
サ３４からの燃焼用空気を混合するよう構成される。ミ
キサー２８は、たとえば攪拌槽、誘導ベンチュリー、ま
たは単純なＴ連結でもよい。燃焼用空気と排気ガスの混
合体はミキサー２８から、流体導管５８を介して吸気マ
ニホールド１４へ流れる。
空気を第１コンプレッサ３４から、圧縮された排気ガス
を第２コンプレッサ３６から受容する。ミキサー２８は
第２コンプレッサ３６からの排気ガスと第１コンプレッ
サ３４からの燃焼用空気を混合するよう構成される。ミ
キサー２８は、たとえば攪拌槽、誘導ベンチュリー、ま
たは単純なＴ連結でもよい。燃焼用空気と排気ガスの混
合体はミキサー２８から、流体導管５８を介して吸気マ
ニホールド１４へ流れる。
【００１５】コントローラ３０は、線６０を介して可変
吸気ノズル４２に接続され、制御自在に可変吸気ノズル
４２を作動させて、タービン３２を通過する排気ガスの
流量と、そして出力軸３８の回転速度を制御する。より
詳しくは、第２コンプレッサ３６に関連する動作特性に
より、コントローラ３０は可変吸気ノズル４２の動作を
制御する。このために、コントローラ３０はセンサ６２
及び／又はセンサ６４に接続される。センサ６４は、第
２コンプレッサ３６へ流れる排気ガスの流量を検出し、
したがって第２コンプレッサ３６に関連する動作特性に
直接関係する。一方、センサ６２は内燃エンジン１０に
関連する動作特性を検出し、したがって実験的または理
論的判定による第２コンプレッサ３６の動作特性に間接
的に関連する。たとえば、センサ６２はエンジンの負荷
条件、エンジン冷媒温度、燃焼用空気の入口温度、また
はエンジン起動条件を検出することができる。これらの
パラメータはそれぞれ、第２コンプレッサ３６により圧
縮され、排気ガス再循環のためにミキサー２８に供給さ
れる排気ガスの好ましい量に実験的に関連付けられるこ
とができる。その他の内燃エンジン１０に関連する検出
済み動作パラメータも、第２コンプレッサ３６により圧
縮される排気ガスの量に関連付けることができる。第２
コンプレッサ３６の動作特性に応じて可変吸気ノズル４
２の収縮直径を変化させることにより、第２コンプレッ
サ３６の回転速度、したがって第２コンプレッサ３６に
より圧縮される排気ガスの量も制御される。
吸気ノズル４２に接続され、制御自在に可変吸気ノズル
４２を作動させて、タービン３２を通過する排気ガスの
流量と、そして出力軸３８の回転速度を制御する。より
詳しくは、第２コンプレッサ３６に関連する動作特性に
より、コントローラ３０は可変吸気ノズル４２の動作を
制御する。このために、コントローラ３０はセンサ６２
及び／又はセンサ６４に接続される。センサ６４は、第
２コンプレッサ３６へ流れる排気ガスの流量を検出し、
したがって第２コンプレッサ３６に関連する動作特性に
直接関係する。一方、センサ６２は内燃エンジン１０に
関連する動作特性を検出し、したがって実験的または理
論的判定による第２コンプレッサ３６の動作特性に間接
的に関連する。たとえば、センサ６２はエンジンの負荷
条件、エンジン冷媒温度、燃焼用空気の入口温度、また
はエンジン起動条件を検出することができる。これらの
パラメータはそれぞれ、第２コンプレッサ３６により圧
縮され、排気ガス再循環のためにミキサー２８に供給さ
れる排気ガスの好ましい量に実験的に関連付けられるこ
とができる。その他の内燃エンジン１０に関連する検出
済み動作パラメータも、第２コンプレッサ３６により圧
縮される排気ガスの量に関連付けることができる。第２
コンプレッサ３６の動作特性に応じて可変吸気ノズル４
２の収縮直径を変化させることにより、第２コンプレッ
サ３６の回転速度、したがって第２コンプレッサ３６に
より圧縮される排気ガスの量も制御される。
【００１６】コントローラ３０もまた、線６８を介して
制御自在に作動自在な１組の弁６６に電気的に接続され
る。各弁６６は、それぞれ排気マニホールド１８または
２０に結合される。センサ６２及び／又はセンサ６４か
らの出力信号により、弁６６はコントローラ３０により
制御される。ほとんどの動作条件下で、弁６６は開放状
態に維持されており、可変吸気ノズル４２の収縮直径を
制御することにより、第２コンプレッサ３６からの出力
流量が制御されるようになっている。しかし、負荷条件
など、ある動作条件下では、可変吸気ノズル４２が第２
コンプレッサ３６の動作を効果的に制御できないことも
ある。たとえば、ある動作条件下で、排気ガスの再循環
を完全に遮断することが望ましいこともあり、その場合
コントローラ３０は制御自在に弁６６を作動させて、弁
６６を閉じさせ、そして第２コンプレッサ３６からの効
果的な流量ゼロを得るようにする。さらに、あるエンジ
ン動作条件下では、排気ガス再循環を減少させたり、パ
ルスさせることが望ましく、この場合、エンジンの動作
条件によって、コントローラ３０は時間を定めて制御自
在に弁６６を作動させる。特定のエンジンの動作条件に
よっては、その他の弁６６の制御論理も可能である。
制御自在に作動自在な１組の弁６６に電気的に接続され
る。各弁６６は、それぞれ排気マニホールド１８または
２０に結合される。センサ６２及び／又はセンサ６４か
らの出力信号により、弁６６はコントローラ３０により
制御される。ほとんどの動作条件下で、弁６６は開放状
態に維持されており、可変吸気ノズル４２の収縮直径を
制御することにより、第２コンプレッサ３６からの出力
流量が制御されるようになっている。しかし、負荷条件
など、ある動作条件下では、可変吸気ノズル４２が第２
コンプレッサ３６の動作を効果的に制御できないことも
ある。たとえば、ある動作条件下で、排気ガスの再循環
を完全に遮断することが望ましいこともあり、その場合
コントローラ３０は制御自在に弁６６を作動させて、弁
６６を閉じさせ、そして第２コンプレッサ３６からの効
果的な流量ゼロを得るようにする。さらに、あるエンジ
ン動作条件下では、排気ガス再循環を減少させたり、パ
ルスさせることが望ましく、この場合、エンジンの動作
条件によって、コントローラ３０は時間を定めて制御自
在に弁６６を作動させる。特定のエンジンの動作条件に
よっては、その他の弁６６の制御論理も可能である。
【００１７】
【産業上の利用可能性】使用中、燃料と空気の混合体は
燃焼シリンダＣ１−Ｃ６のそれぞれに、時間を定めた公
知の方法で注入される。燃焼シリンダＣ１−Ｃ６からの
排気ガスは各排気マニホールド１８または２０に流れ
る。各排気マニホールド１８、２０からの排気ガスはタ
ーボチャージャー２６のタービン３２に平行に流れる。
可変吸気ノズル４２はコントローラ３０で制御され、タ
ービン３２への流量と、そして出力軸３８の回転速度を
制御する。コントローラ３０はまた、弁６６を制御自在
に作動させて、流体導管５０を介して熱交換器５２と第
２コンプレッサ３６に排気ガスを流す。第２コンプレッ
サ３６は第１コンプレッサ３４と同じ速度で回転する。
しかしながら、第１コンプレッサ３４と第２コンプレッ
サ３６を通過する流量は、入口４４と入口５４のそれぞ
れで受容する流体媒体の密度の関数となる。第１コンプ
レッサ３４は周囲環境から燃焼用空気を受容するので、
内燃エンジン１０の作動中は燃焼用空気の密度はだいた
い一定のままである。一方、入口５４で受容する排気ガ
スの密度は、負荷条件、エンジン起動条件、エンジン温
度などのため、より大きく変化する。したがって、第１
コンプレッサ３４と第２コンプレッサ３６の回転速度は
実質的に同じでも、第２コンプレッサ３６を通過する流
量は第１コンプレッサ３４を通過する流量とは実際は変
化することもある。コントローラ３０はセンサ６２とセ
ンサ６４と結合されており、そこから入力信号を受信す
る。センサ６２及び／又はセンサ６４から受信した入力
信号によって、コントローラ３０は線６０を介して信号
を出力し、可変吸気ノズル４２の収縮直径を制御し、こ
れにより第１コンプレッサ３４と第２コンプレッサ３６
を駆動する出力軸３８の回転速度を制御する。したがっ
て、可変吸気ノズル４２の圧縮を変化させることによっ
て、ミキサー２８に入る燃焼用空気と混合される排気ガ
スの量を変化させることができる。混合された燃焼用空
気と排気ガスの混合体は、その後、流体導管５８を介し
て吸気マニホールド１４に搬送される。再循環される排
気ガスを全く必要としないエンジンの動作条件にある場
合は、コントローラ３０は弁６６を閉じて燃焼用空気だ
けが流体導管５８を通過するようにする。
燃焼シリンダＣ１−Ｃ６のそれぞれに、時間を定めた公
知の方法で注入される。燃焼シリンダＣ１−Ｃ６からの
排気ガスは各排気マニホールド１８または２０に流れ
る。各排気マニホールド１８、２０からの排気ガスはタ
ーボチャージャー２６のタービン３２に平行に流れる。
可変吸気ノズル４２はコントローラ３０で制御され、タ
ービン３２への流量と、そして出力軸３８の回転速度を
制御する。コントローラ３０はまた、弁６６を制御自在
に作動させて、流体導管５０を介して熱交換器５２と第
２コンプレッサ３６に排気ガスを流す。第２コンプレッ
サ３６は第１コンプレッサ３４と同じ速度で回転する。
しかしながら、第１コンプレッサ３４と第２コンプレッ
サ３６を通過する流量は、入口４４と入口５４のそれぞ
れで受容する流体媒体の密度の関数となる。第１コンプ
レッサ３４は周囲環境から燃焼用空気を受容するので、
内燃エンジン１０の作動中は燃焼用空気の密度はだいた
い一定のままである。一方、入口５４で受容する排気ガ
スの密度は、負荷条件、エンジン起動条件、エンジン温
度などのため、より大きく変化する。したがって、第１
コンプレッサ３４と第２コンプレッサ３６の回転速度は
実質的に同じでも、第２コンプレッサ３６を通過する流
量は第１コンプレッサ３４を通過する流量とは実際は変
化することもある。コントローラ３０はセンサ６２とセ
ンサ６４と結合されており、そこから入力信号を受信す
る。センサ６２及び／又はセンサ６４から受信した入力
信号によって、コントローラ３０は線６０を介して信号
を出力し、可変吸気ノズル４２の収縮直径を制御し、こ
れにより第１コンプレッサ３４と第２コンプレッサ３６
を駆動する出力軸３８の回転速度を制御する。したがっ
て、可変吸気ノズル４２の圧縮を変化させることによっ
て、ミキサー２８に入る燃焼用空気と混合される排気ガ
スの量を変化させることができる。混合された燃焼用空
気と排気ガスの混合体は、その後、流体導管５８を介し
て吸気マニホールド１４に搬送される。再循環される排
気ガスを全く必要としないエンジンの動作条件にある場
合は、コントローラ３０は弁６６を閉じて燃焼用空気だ
けが流体導管５８を通過するようにする。
【００１８】本発明は、第２コンプレッサ３６の動作特
性によって、コントローラ３０を介して制御される可変
吸気ノズル４２を有するターボチャージャーを備えた排
気ガス再循環システムを提供するものである。燃焼用空
気と混合される排気ガスの量は、したがって、可変吸気
ノズル４２の収縮直径を制御するのと同じコントローラ
３０を利用して制御することができる。さらに、排気ガ
スの流れは、コントローラ３０に結合され制御される制
御自在な弁６６を利用して、遮断したり追加制御したり
することができる。排気ガスおよび、または燃焼用空気
の補助バイパスや制御システムを利用するよりも、燃焼
用空気と混合される排気ガスの量は、可変吸気ノズル４
２の収縮直径を制御することによって、簡単かつ確実に
制御することができる。本発明のその他の特徴、目的、
効果については図面、明細書、添付の特許請求の範囲か
ら得ることができる。
性によって、コントローラ３０を介して制御される可変
吸気ノズル４２を有するターボチャージャーを備えた排
気ガス再循環システムを提供するものである。燃焼用空
気と混合される排気ガスの量は、したがって、可変吸気
ノズル４２の収縮直径を制御するのと同じコントローラ
３０を利用して制御することができる。さらに、排気ガ
スの流れは、コントローラ３０に結合され制御される制
御自在な弁６６を利用して、遮断したり追加制御したり
することができる。排気ガスおよび、または燃焼用空気
の補助バイパスや制御システムを利用するよりも、燃焼
用空気と混合される排気ガスの量は、可変吸気ノズル４
２の収縮直径を制御することによって、簡単かつ確実に
制御することができる。本発明のその他の特徴、目的、
効果については図面、明細書、添付の特許請求の範囲か
ら得ることができる。
【図１】本発明に関する内燃エンジンにおける排気ガス
再循環システムの実施形態を示す概略図である。
再循環システムの実施形態を示す概略図である。
１０ 内燃エンジン １２ 排気ガス再循環システム １４ 吸気マニホールド １６、２２、２４ 断続線 １８、２０ 排気マニホールド ２６ ターボチャージャー ２８ ミキサー ３０ コントローラ ３２ タービン ３４ 第１コンプレッサ ３６ 第２コンプレッサ ３８ 出力軸 ４２ 可変吸気ノズル ４３ マフラー ４４ ５４入口 ４６ ５６出口 ４８ 空冷アフタークーラー（ＡＴＡＡＣ） ５０ ５８導管 ５２ 熱交換器 ６０、６８ 線 ６２、６４ センサ ６６ 弁 Ｃ１−Ｃ６ 燃焼シリンダ
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ａ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ ３１１Ｂ ３１１ 23/00 Ｊ 23/00 Ｎ Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも１つの排気マニホールドと、 少なくとも１つの吸気マニホールドと、 タービン、第１コンプレッサ、及び第２コンプレッサを
備えており、前記タービンは前記排気マニホールドと接
続され、制御自在な可変ノズルを有しており、前記第１
コンプレッサと前記第２コンプレッサはそれぞれ前記タ
ービンに接続されて駆動されるようになっており、前記
第１コンプレッサは燃焼用空気を受容する入口と、出口
を有しており、前記第２コンプレッサは前記排気マニホ
ールドに接続された入口と、出口を有しているターボチ
ャージャーと、 前記第１コンプレッサの出口と前記第２コンプレッサの
出口とを前記吸気マニホールドと相互接続するミキサー
と、 前記タービンの可変ノズルに接続され、前記第２コンプ
レッサに関連する動作特性によって、前記タービン可変
ノズルの動作を制御するコントローラと、を含む内燃エ
ンジン。 - 【請求項２】 さらに、前記第２コンプレッサに関連す
る動作特性を検出し、動作特性を表す出力信号を発信す
るセンサを含み、前記コントローラが前記センサに接続
され前記センサ出力信号によって前記可変ノズルの動作
を制御する、請求項１に記載の内燃エンジン。 - 【請求項３】 前記センサが、第２コンプレッサを通過
する流量、エンジンの負荷条件、エンジンの冷媒温度、
燃焼用空気入口温度、およびエンジン起動条件のうちの
少なくとも１つを検出する、請求項２に記載の内燃エン
ジン。 - 【請求項４】 前記可変ノズルが可変吸気ノズルからな
る、請求項１に記載の内燃エンジン。 - 【請求項５】 前記排気マニホールドの少なくとも１つ
が２つの排気マニホールドを含む、請求項１に記載の内
燃エンジン。 - 【請求項６】 さらに、少なくとも１つの制御自在な弁
を含み、前記制御自在な弁のそれぞれが、対応する前記
排気マニホールドと前記第２コンプレッサの入口を流体
的に相互接続し、前記コントローラが前記弁のそれぞれ
に接続され前記弁のそれぞれの動作を制御する、請求項
１に記載の内燃エンジン。 - 【請求項７】 さらに、前記第２コンプレッサの入口と
接続された熱交換器を含む、請求項１に記載の内燃エン
ジン。 - 【請求項８】 前記熱交換器が前記制御自在な弁のそれ
ぞれと前記第２コンプレッサの入口を相互接続する、請
求項７に記載の内燃エンジン。 - 【請求項９】 さらに、アフタークーラーが前記第１コ
ンプレッサの出口と前記ミキサーを相互接続する、前記
請求項１に記載の内燃エンジン。 - 【請求項１０】 前記ミキサーが混合槽、誘導ベンチュ
リ、Ｔ連結のうちの１つを含む、前記請求項１に記載の
内燃エンジン。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/405,786 US6351946B1 (en) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | Exhaust gas recirculation system in an internal combustion engine |
| US09/405786 | 1999-09-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001115900A true JP2001115900A (ja) | 2001-04-24 |
Family
ID=23605234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000292504A Pending JP2001115900A (ja) | 1999-09-27 | 2000-09-26 | 内燃エンジンにおける排気ガス再循環システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6351946B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001115900A (ja) |
| DE (1) | DE10046639A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6484500B1 (en) * | 2001-08-27 | 2002-11-26 | Caterpillar, Inc | Two turbocharger engine emission control system |
| US6598396B2 (en) * | 2001-11-16 | 2003-07-29 | Caterpillar Inc | Internal combustion engine EGR system utilizing stationary regenerators in a piston pumped boost cooled arrangement |
| US6640542B2 (en) * | 2001-12-20 | 2003-11-04 | Caterpillar Inc | Bypass venturi assembly with single shaft actuator for an exhaust gas recirculation system |
| US6868840B2 (en) * | 2003-06-05 | 2005-03-22 | Detroit Diesel Corporation | Charged air intake system for an internal combustion engine |
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| WO2006022635A1 (en) * | 2004-07-23 | 2006-03-02 | Honeywell International, Inc. | Use of compressor to turbine bypass for electric boosting system |
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- 1999-09-27 US US09/405,786 patent/US6351946B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 2000-09-20 DE DE10046639A patent/DE10046639A1/de not_active Withdrawn
- 2000-09-26 JP JP2000292504A patent/JP2001115900A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998039563A1 (en) * | 1997-03-03 | 1998-09-11 | Alliedsignal Inc. | Exhaust gas recirculation system employing a turbocharger incorporating an integral pump, a control valve and a mixer |
| JP2002514285A (ja) * | 1997-03-03 | 2002-05-14 | アライドシグナル・インコーポレーテッド | 一体型ポンプ、制御弁、およびミキサを組み込んだターボ過給機を利用する排気ガス再循環システム |
| JP2001073880A (ja) * | 1999-07-21 | 2001-03-21 | Caterpillar Inc | 排気ガス還流システム |
Also Published As
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