JP2001295701A - ターボチャージャー付きの内燃機関 - Google Patents
ターボチャージャー付きの内燃機関Info
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- exhaust
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- F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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- F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 排ガス再循環装置を有するターボチャージャ
付のディーゼルエンジンにおいて、排気圧力をインテー
クマニホールド圧よりも高くし、燃料消費量を最小化し
つつ、排ガス内の窒素配化物を減少する。 【解決手段】 EGRマニホルド44とセカンダリエキ
ゾーストバルブ20とを付加することによって、セカン
ダリエキゾーストバルブ20は、膨張行程中に及び時々
は燃焼チャンバ14内の圧力が依然としてインテークマ
ニホルド36内の圧力よりも大きい間で燃焼行程が完了
した後に開かれる。EGRマニホルドからインテークマ
ニホルドへの高圧排気ガスを受け入れるために、一以上
のEGRバルブ50、52を開くことができる。EGR
マニホルドとエキゾーストマニホルドとの間の付加的な
バルブ58は、EGRマニホルドからエキゾーストマニ
ホルドへのガスを減衰させて、ピストンに対する作業が
完了する前にシリンダ内の圧縮された空気を逃がす。
付のディーゼルエンジンにおいて、排気圧力をインテー
クマニホールド圧よりも高くし、燃料消費量を最小化し
つつ、排ガス内の窒素配化物を減少する。 【解決手段】 EGRマニホルド44とセカンダリエキ
ゾーストバルブ20とを付加することによって、セカン
ダリエキゾーストバルブ20は、膨張行程中に及び時々
は燃焼チャンバ14内の圧力が依然としてインテークマ
ニホルド36内の圧力よりも大きい間で燃焼行程が完了
した後に開かれる。EGRマニホルドからインテークマ
ニホルドへの高圧排気ガスを受け入れるために、一以上
のEGRバルブ50、52を開くことができる。EGR
マニホルドとエキゾーストマニホルドとの間の付加的な
バルブ58は、EGRマニホルドからエキゾーストマニ
ホルドへのガスを減衰させて、ピストンに対する作業が
完了する前にシリンダ内の圧縮された空気を逃がす。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボチャージャ
ー付きの内燃機関のための排気ガス再循環(EGR)装
置に関する。
ー付きの内燃機関のための排気ガス再循環(EGR)装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関から排出された排気ガスの一部
が吸入経路へと再循環され且つ空気及び燃料に沿って燃
料チャンバ内へと戻されて噴射され燃焼温度を下げ、そ
れによって排ガス内の窒素酸化物の量を減らすようにな
された、内燃機関のための排ガス再循環はよく知られて
いる。
が吸入経路へと再循環され且つ空気及び燃料に沿って燃
料チャンバ内へと戻されて噴射され燃焼温度を下げ、そ
れによって排ガス内の窒素酸化物の量を減らすようにな
された、内燃機関のための排ガス再循環はよく知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】排ガス再循環の実行の
2つの基本的な手段が、ターボチャージャー付きのディ
ーゼルエンジンへの適用のために示唆されている。“低
圧(low−pressure)”ループとして知られ
ている第1の方法においては、排ガスは、タービン出口
からコンプレッサ入口へと循環される。この方法は、排
気堆積物によるコンプレッサホイール及びハウジングの
悪臭、コンプレッサホイールの起こり得るオーバーヒー
ト及び空気対空気(air−to−air)排気空気の
冷却器の激しい悪臭の可能性という欠点を有する。“高
圧(high−pressure)”ループとして知ら
れている第2の方法においては、排ガスは、ターボチャ
ージ付きエンジンの前のエキゾーストマニホルドからエ
ンジンのインテークマニホルド内へと直接循環され、そ
れによって、低圧ループの悪臭の可能性を排除してい
る。この方法は、エキゾーストマニホルド内の圧力がイ
ンテークマニホルド内の圧力よりも高いという欠点を有
する。最も広く開発された頑丈なターボチャージ付きの
ディーゼルエンジンは、エキゾーストマニホルド圧力よ
りも高いインテークマニホルド圧力によって作動する。
これは、ディーゼルエンジンの優れた燃費特性を部分的
に担う。エンジンの排気圧力を吸入圧力よりも高くする
ためには、比較的効率の悪いターボチャージャー構造が
エンジンに適合されるか又はターボチャージャータービ
ンステージに続いて背圧装置が適合されて、排気圧力が
インテークマニホルド圧力よりも高くなるようにする必
要がある。これらのタイプの高圧ループ構造のいずれに
おいても燃費の悪さが予期されるであろう。
2つの基本的な手段が、ターボチャージャー付きのディ
ーゼルエンジンへの適用のために示唆されている。“低
圧(low−pressure)”ループとして知られ
ている第1の方法においては、排ガスは、タービン出口
からコンプレッサ入口へと循環される。この方法は、排
気堆積物によるコンプレッサホイール及びハウジングの
悪臭、コンプレッサホイールの起こり得るオーバーヒー
ト及び空気対空気(air−to−air)排気空気の
冷却器の激しい悪臭の可能性という欠点を有する。“高
圧(high−pressure)”ループとして知ら
れている第2の方法においては、排ガスは、ターボチャ
ージ付きエンジンの前のエキゾーストマニホルドからエ
ンジンのインテークマニホルド内へと直接循環され、そ
れによって、低圧ループの悪臭の可能性を排除してい
る。この方法は、エキゾーストマニホルド内の圧力がイ
ンテークマニホルド内の圧力よりも高いという欠点を有
する。最も広く開発された頑丈なターボチャージ付きの
ディーゼルエンジンは、エキゾーストマニホルド圧力よ
りも高いインテークマニホルド圧力によって作動する。
これは、ディーゼルエンジンの優れた燃費特性を部分的
に担う。エンジンの排気圧力を吸入圧力よりも高くする
ためには、比較的効率の悪いターボチャージャー構造が
エンジンに適合されるか又はターボチャージャータービ
ンステージに続いて背圧装置が適合されて、排気圧力が
インテークマニホルド圧力よりも高くなるようにする必
要がある。これらのタイプの高圧ループ構造のいずれに
おいても燃費の悪さが予期されるであろう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のEGR装置は、
インテークマニホルド圧力をエキゾーストマニホルド圧
力よりも高いまま維持することができる方法で高圧ルー
プを使用している。このことは、別個のEGRマニホル
ド及び以下において“セカンダリエキゾーストバルブ”
と称する燃焼チャンバからEGRマニホルドへの排ガス
の流通を可能にする各燃焼チャンバのための付加的なエ
キゾーストバルブを追加することによって達成される。
このセカンダリエキゾーストバルブは、同バルブがエン
ジンのクランクシャフトの回転位置の関数として開き或
いは閉じることができるような方法で機械的、流体力学
的又は電気−流体力学的なアクチュエータによって作動
させることができる。セカンダリエキゾーストバルブの
開放は、燃焼プロセスが完了した後のエンジンサイクル
の膨張行程中に起こる。このバルブは、プライマリエキ
ゾーストバルブの開放に近い時点で閉じる。
インテークマニホルド圧力をエキゾーストマニホルド圧
力よりも高いまま維持することができる方法で高圧ルー
プを使用している。このことは、別個のEGRマニホル
ド及び以下において“セカンダリエキゾーストバルブ”
と称する燃焼チャンバからEGRマニホルドへの排ガス
の流通を可能にする各燃焼チャンバのための付加的なエ
キゾーストバルブを追加することによって達成される。
このセカンダリエキゾーストバルブは、同バルブがエン
ジンのクランクシャフトの回転位置の関数として開き或
いは閉じることができるような方法で機械的、流体力学
的又は電気−流体力学的なアクチュエータによって作動
させることができる。セカンダリエキゾーストバルブの
開放は、燃焼プロセスが完了した後のエンジンサイクル
の膨張行程中に起こる。このバルブは、プライマリエキ
ゾーストバルブの開放に近い時点で閉じる。
【0005】排ガスは、EGRマニホルドからインテー
クマニホルド又はターボチャージャーコンプレッサの下
流の加圧空気のための他のコンジットへと出ていく。排
ガス出口は、EGRバルブによって提供され、このEG
Rバルブは、圧力がEGRマニホルド内に形成され且つ
インテークマニホルド内のどの瞬間における出口よりも
高いレベルに制御されるようにコントロールされてい
る。EGRバルブは、インテークマニホルド内へ給送さ
れつつある排ガスの量が、排ガス減少及び最少燃料消費
量条件の理想的なレベルのために望ましい広い範囲の流
速に亘って制御され得る。EGR値は、エンジンのEC
U(エンジン制御ユニット)によって制御される。
クマニホルド又はターボチャージャーコンプレッサの下
流の加圧空気のための他のコンジットへと出ていく。排
ガス出口は、EGRバルブによって提供され、このEG
Rバルブは、圧力がEGRマニホルド内に形成され且つ
インテークマニホルド内のどの瞬間における出口よりも
高いレベルに制御されるようにコントロールされてい
る。EGRバルブは、インテークマニホルド内へ給送さ
れつつある排ガスの量が、排ガス減少及び最少燃料消費
量条件の理想的なレベルのために望ましい広い範囲の流
速に亘って制御され得る。EGR値は、エンジンのEC
U(エンジン制御ユニット)によって制御される。
【0006】減圧ブレーキバルブは、EGRマニホルド
とエンジンのエキゾーストマニホルドとを結合している
EGR装置によって提供され得る。減圧ブレーキバルブ
が開放状態に保持され、EGRバルブが閉じられている
ときに、各燃焼チャンバ内のセカンダリエキゾーストバ
ルブは、膨張行程の初期に開くことができ且つ膨張行程
の終わりに閉じてエンジンの減圧制御が達成される。
とエンジンのエキゾーストマニホルドとを結合している
EGR装置によって提供され得る。減圧ブレーキバルブ
が開放状態に保持され、EGRバルブが閉じられている
ときに、各燃焼チャンバ内のセカンダリエキゾーストバ
ルブは、膨張行程の初期に開くことができ且つ膨張行程
の終わりに閉じてエンジンの減圧制御が達成される。
【0007】本発明のEGR装置においては、エンジン
のエキゾーストマニホルド及びターボチャージャーは、
EGR装置を備えていない現在のターボチャージャー付
きのエンジンの特徴と同じタイプの効率的な方法で機能
することができる。このような装置においては、エンジ
ンは、この時点で当技術において知られているEGR装
置のいずれに備えられているエンジンと比較しても、よ
り良い燃費で作動するであろうと考えられる。
のエキゾーストマニホルド及びターボチャージャーは、
EGR装置を備えていない現在のターボチャージャー付
きのエンジンの特徴と同じタイプの効率的な方法で機能
することができる。このような装置においては、エンジ
ンは、この時点で当技術において知られているEGR装
置のいずれに備えられているエンジンと比較しても、よ
り良い燃費で作動するであろうと考えられる。
【0008】本発明の更に別の特徴は、EGRマニホル
ドの出口に2つのEGRバルブを設けている。一方のバ
ルブは、排ガスが冷却器を通ることなくインテークマニ
ホルド内へと導かれるのを可能にする。これによって、
ディーゼルエンジンが、より低い雰囲気温度で始動し且
つこのような制御可能なガス再循環装置を備えていない
エンジンよりもより迅速に暖機することを可能にするで
あろう。
ドの出口に2つのEGRバルブを設けている。一方のバ
ルブは、排ガスが冷却器を通ることなくインテークマニ
ホルド内へと導かれるのを可能にする。これによって、
ディーゼルエンジンが、より低い雰囲気温度で始動し且
つこのような制御可能なガス再循環装置を備えていない
エンジンよりもより迅速に暖機することを可能にするで
あろう。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明による排ガス再循環装置を
有する多シリンダのターボチャージャー付きのディーゼ
ルエンジン全体が図1に図示され且つ符号10によって
示されている。エンジン10は、シリンダ又は燃焼チャ
ンバ14の各々に対して、少なくとも一つのプライマリ
エキゾーストバルブ16と、2つのインテークバルブ1
8と、セカンダリエキゾーストバルブ20と、を含んで
いるシリンダヘッド12を含んでいる。図示したエンジ
ン10は、2つのインテークバルブ18と一つのプライ
マリエキゾーストバルブ16とを有しているけれども、
本発明のEGR装置は、如何なる数のインテーク及びプ
ライマリエキゾーストバルブを有するエンジンと共に使
用することもできる。
有する多シリンダのターボチャージャー付きのディーゼ
ルエンジン全体が図1に図示され且つ符号10によって
示されている。エンジン10は、シリンダ又は燃焼チャ
ンバ14の各々に対して、少なくとも一つのプライマリ
エキゾーストバルブ16と、2つのインテークバルブ1
8と、セカンダリエキゾーストバルブ20と、を含んで
いるシリンダヘッド12を含んでいる。図示したエンジ
ン10は、2つのインテークバルブ18と一つのプライ
マリエキゾーストバルブ16とを有しているけれども、
本発明のEGR装置は、如何なる数のインテーク及びプ
ライマリエキゾーストバルブを有するエンジンと共に使
用することもできる。
【0010】排ガスは、各燃焼チャンバからシリンダヘ
ッド内のプライマリエキゾーストポート22を通ってエ
キゾーストマニホルド24へと流れる。排ガスは、そこ
からエキゾースト入口26を通ってターボチャージャー
30のタービン28へと流れる。ターボチャージャー3
0は、冷却器34を介して圧力の下に新鮮な空気を接続
パイプ38を介してインテークマニホルド36へ給送す
るエアーコンプレッサ32を含んでいる。空気は、イン
テークマニホルド36から、シリンダヘッド内のインテ
ークポート40を通って燃焼チャンバ14内へと通過す
る。
ッド内のプライマリエキゾーストポート22を通ってエ
キゾーストマニホルド24へと流れる。排ガスは、そこ
からエキゾースト入口26を通ってターボチャージャー
30のタービン28へと流れる。ターボチャージャー3
0は、冷却器34を介して圧力の下に新鮮な空気を接続
パイプ38を介してインテークマニホルド36へ給送す
るエアーコンプレッサ32を含んでいる。空気は、イン
テークマニホルド36から、シリンダヘッド内のインテ
ークポート40を通って燃焼チャンバ14内へと通過す
る。
【0011】各燃焼チャンバからの排ガスの第2の流れ
が、セカンダリエキゾーストバルブ20及びそれに関係
するシリンダヘッド12内のエキゾーストポート42に
よって形成される。セカンダリエキゾーストバルブ20
を介する排ガスの流れは、以下においてEGRマニホル
ド44と称するセカンダリエキゾーストマニホルド内に
溜められる。図2には、セカンダリエキゾーストバルブ
20が、シリンダヘッド12、シリンダブロック46及
びピストン48と共に、シリンダ又は燃焼チャンバ14
内での相互関係で示されている。
が、セカンダリエキゾーストバルブ20及びそれに関係
するシリンダヘッド12内のエキゾーストポート42に
よって形成される。セカンダリエキゾーストバルブ20
を介する排ガスの流れは、以下においてEGRマニホル
ド44と称するセカンダリエキゾーストマニホルド内に
溜められる。図2には、セカンダリエキゾーストバルブ
20が、シリンダヘッド12、シリンダブロック46及
びピストン48と共に、シリンダ又は燃焼チャンバ14
内での相互関係で示されている。
【0012】もう一度図1を参照すると、EGRマニホ
ルド44内に溜められた排ガスは、EGRバルブ50及
び52の片方又は両方の作動によって、接続パイプ38
又はインテークマニホルド36内の吸入空気流内に導入
することができる。EGRバルブ50、52は、EGR
バルブの種々の公知のタイプのうちの一つとすることが
できる。これらは、利用されるEGR流れ制御計画に依
存してガスの流速を可変にすることができるオン/オフ
バルブ又は線形バルブであってもよい。EGRバルブ5
0内を流れる排ガスもまた、空気かエンジン冷却剤かの
どちらかによって冷却される排ガス冷却器54内を通過
する。これは、排ガスが吸入空気と混合される前に排ガ
スの温度を下げる。
ルド44内に溜められた排ガスは、EGRバルブ50及
び52の片方又は両方の作動によって、接続パイプ38
又はインテークマニホルド36内の吸入空気流内に導入
することができる。EGRバルブ50、52は、EGR
バルブの種々の公知のタイプのうちの一つとすることが
できる。これらは、利用されるEGR流れ制御計画に依
存してガスの流速を可変にすることができるオン/オフ
バルブ又は線形バルブであってもよい。EGRバルブ5
0内を流れる排ガスもまた、空気かエンジン冷却剤かの
どちらかによって冷却される排ガス冷却器54内を通過
する。これは、排ガスが吸入空気と混合される前に排ガ
スの温度を下げる。
【0013】EGR装置にはまた、付加的なEGRバイ
パス又はブレーキバルブ58を設けることができる。バ
イパスバルブ58は、バタフライ弁のような流れ制御弁
である。バイパスバルブ58は、開いたときに、排ガス
をEGRマニホルド44から直接エキゾーストマニホル
ド24へと流れさせる。ブレーキバルブ58は、以下に
記載するように“減圧ブレーキング”として知られてい
るエンジン作動モード中に、セカンダリエキゾーストバ
ルブ20及びEGRバルブ50及び52の閉成と組み合
わせて使用される。
パス又はブレーキバルブ58を設けることができる。バ
イパスバルブ58は、バタフライ弁のような流れ制御弁
である。バイパスバルブ58は、開いたときに、排ガス
をEGRマニホルド44から直接エキゾーストマニホル
ド24へと流れさせる。ブレーキバルブ58は、以下に
記載するように“減圧ブレーキング”として知られてい
るエンジン作動モード中に、セカンダリエキゾーストバ
ルブ20及びEGRバルブ50及び52の閉成と組み合
わせて使用される。
【0014】セカンダリエキゾーストバルブ20は、エ
ンジンのクランクシャフトの回転位置の関数としてバル
ブを開放させ或いは閉止させるアクチュエータ56によ
って作動せしめられる。更に、エンジンの電子制御ユニ
ット(ECU)60がアクチュエータ56を電子的に制
御する。バルブアクチュエータ56は、セカンダリエキ
ゾーストバルブの開放及び閉止を、以下に記載するよう
に可変に制御するのを可能にする種々の機械的、流体力
学的又は電気−流体力学的アクチュエータのいずれであ
ってもよい。例えば、アクチュエータ56は、米国特許
第5,515,818号に示され且つ記載されているタ
イプの電気機械的な可変バルブアクチュエータか又は米
国特許第5,058,614号に示され且つ記載されて
いるタイプの油圧によって作動するバルブアクチュエー
タであってもよい。EGRバルブ50及び52並びにE
GRバイパスバルブ58もまた、ECU60によって電
子的に制御される。これらのバルブ50、52、58の
各々はECUによって別個に調整される。
ンジンのクランクシャフトの回転位置の関数としてバル
ブを開放させ或いは閉止させるアクチュエータ56によ
って作動せしめられる。更に、エンジンの電子制御ユニ
ット(ECU)60がアクチュエータ56を電子的に制
御する。バルブアクチュエータ56は、セカンダリエキ
ゾーストバルブの開放及び閉止を、以下に記載するよう
に可変に制御するのを可能にする種々の機械的、流体力
学的又は電気−流体力学的アクチュエータのいずれであ
ってもよい。例えば、アクチュエータ56は、米国特許
第5,515,818号に示され且つ記載されているタ
イプの電気機械的な可変バルブアクチュエータか又は米
国特許第5,058,614号に示され且つ記載されて
いるタイプの油圧によって作動するバルブアクチュエー
タであってもよい。EGRバルブ50及び52並びにE
GRバイパスバルブ58もまた、ECU60によって電
子的に制御される。これらのバルブ50、52、58の
各々はECUによって別個に調整される。
【0015】第1のエンジン作動モードにおいては、バ
ルブは、排ガスの再循環を達成するように制御される。
これは、吸引空気と混合し且つエンジンの燃焼チャンバ
14へ給送するために、排気装置からエンジンのインテ
ークマニホルドまでの排ガスの給送をもたらす。セカン
ダリエキゾーストバルブ20の開放及び閉止は、図3に
示されたクランクシャフト位置の関数である。セカンダ
リエキゾーストバルブ20の開放は、エンジンサイクル
の膨張行程中、すなわち、下死点として当技術において
記載される場所に向かって下方へ移動されつつある間に
起こる。このことは、セカンダリエキゾーストバルブの
開放のための“SEVO”とセカンダリエキゾーストバ
ルブの閉止のための“SEVC”と称される2つの垂直
線によって図3に示されている。セカンダリエキゾース
トバルブは、Aで表示されたクランク角度範囲中に開放
する。セカンダリエキゾーストバルブは、プライマリエ
キゾーストバルブ16の開放前に開放される。セカンダ
リエキゾーストバルブは、シリンダ内の排ガスの圧力が
図3において水平線Pintによって示されたインテーク
マニホルド内の圧力よりも大きいときに開放する。プラ
イマリエキゾーストバルブの開放及び閉止は、線“PE
VO”及び“PEVC”によって示されており、一方、
インテークバルブの開放及び閉止は、“IVO”及び
“IVC”によって示されている。3つの弁全ての弁の
揚程(持ち上げ)が図4に示されている。
ルブは、排ガスの再循環を達成するように制御される。
これは、吸引空気と混合し且つエンジンの燃焼チャンバ
14へ給送するために、排気装置からエンジンのインテ
ークマニホルドまでの排ガスの給送をもたらす。セカン
ダリエキゾーストバルブ20の開放及び閉止は、図3に
示されたクランクシャフト位置の関数である。セカンダ
リエキゾーストバルブ20の開放は、エンジンサイクル
の膨張行程中、すなわち、下死点として当技術において
記載される場所に向かって下方へ移動されつつある間に
起こる。このことは、セカンダリエキゾーストバルブの
開放のための“SEVO”とセカンダリエキゾーストバ
ルブの閉止のための“SEVC”と称される2つの垂直
線によって図3に示されている。セカンダリエキゾース
トバルブは、Aで表示されたクランク角度範囲中に開放
する。セカンダリエキゾーストバルブは、プライマリエ
キゾーストバルブ16の開放前に開放される。セカンダ
リエキゾーストバルブは、シリンダ内の排ガスの圧力が
図3において水平線Pintによって示されたインテーク
マニホルド内の圧力よりも大きいときに開放する。プラ
イマリエキゾーストバルブの開放及び閉止は、線“PE
VO”及び“PEVC”によって示されており、一方、
インテークバルブの開放及び閉止は、“IVO”及び
“IVC”によって示されている。3つの弁全ての弁の
揚程(持ち上げ)が図4に示されている。
【0016】セカンダリエキゾーストバルブ20は、特
定の時間に亘って開放状態に維持され、次いで、ECU
によって閉じられるであろう。プライマリエキゾースト
バルブの開放に関係して、セカンダリエキゾーストバル
ブの閉止は図3に示されているようにすることができ、
図3においては、プライマリエキゾーストバルブの開放
の後にセカンダリエキゾーストバルブが閉じられるか、
又はセカンダリエキゾーストバルブをプライマリエキゾ
ーストバルブの開放と同時に又は開放に先立って閉じる
ことができる。燃焼チャンバからのEGRマニホルド4
4への排ガスの流れは、セカンダリエキゾーストバルブ
が開放されている期間中続いてもよく、又は、マニホル
ド44内の瞬間的な圧力が燃焼チャンバ内の瞬間的な圧
力に等しい場合に、排ガスが流れるのを中止するかもし
れない。
定の時間に亘って開放状態に維持され、次いで、ECU
によって閉じられるであろう。プライマリエキゾースト
バルブの開放に関係して、セカンダリエキゾーストバル
ブの閉止は図3に示されているようにすることができ、
図3においては、プライマリエキゾーストバルブの開放
の後にセカンダリエキゾーストバルブが閉じられるか、
又はセカンダリエキゾーストバルブをプライマリエキゾ
ーストバルブの開放と同時に又は開放に先立って閉じる
ことができる。燃焼チャンバからのEGRマニホルド4
4への排ガスの流れは、セカンダリエキゾーストバルブ
が開放されている期間中続いてもよく、又は、マニホル
ド44内の瞬間的な圧力が燃焼チャンバ内の瞬間的な圧
力に等しい場合に、排ガスが流れるのを中止するかもし
れない。
【0017】ECUはまた、EGRバイパス又はブレー
キングバルブ58ばかりでなく、EGRバルブ50及び
52の開放及び閉成をも制御する。バルブ50,52,
58の位置は、EGRマニホルド44内に圧力が形成さ
れ、維持され及び制御されるようにプログラムすること
ができる。マニホルド44内に形成される圧力は、マニ
ホルドに入るガスの流速対ガスがバルブ50、52,5
8の瞬間的な位置に基づいてマニホルドを出て行かされ
る速度に依存するであろう。インテークマニホルド圧力
よりも大きいEGRマニホルド内の圧力を維持すること
によって、排ガスは、EGRバルブの一方又は両方が開
放されるときにインテークマニホルド内へと流れ込むで
あろう。
キングバルブ58ばかりでなく、EGRバルブ50及び
52の開放及び閉成をも制御する。バルブ50,52,
58の位置は、EGRマニホルド44内に圧力が形成さ
れ、維持され及び制御されるようにプログラムすること
ができる。マニホルド44内に形成される圧力は、マニ
ホルドに入るガスの流速対ガスがバルブ50、52,5
8の瞬間的な位置に基づいてマニホルドを出て行かされ
る速度に依存するであろう。インテークマニホルド圧力
よりも大きいEGRマニホルド内の圧力を維持すること
によって、排ガスは、EGRバルブの一方又は両方が開
放されるときにインテークマニホルド内へと流れ込むで
あろう。
【0018】排ガス再循環作動モード中に、EGRバイ
パスバルブ58は、閉止された位置に維持されて、EG
Rマニホルド44からエキゾーストマニホルド24への
排ガスの流れが阻止される。EGR冷却器54を使用し
ない排ガスの再循環の実行の第1の場合には、EGRバ
ルブ50は閉成位置に保持される。EGRマニホルド4
4内の圧力は、EGRバルブ52の位置の制御によっ
て、ECUによって制御される。EGRバルブ52は、
低温で始動できるように及びより速い暖機ができるよう
に、排ガスが冷却器54をバイパスするようにできる。
このように、EGRバルブ52は、低温での始動のため
のEGRバルブとしても知られている。排ガス冷却器5
4の使用を含む排ガスの再循環の実行の第2の場合に、
EGRバルブ52は閉成位置に保持される。EGRマニ
ホルド44内の圧力は、EGRバルブ50の位置の制御
によってECUによって制御される。
パスバルブ58は、閉止された位置に維持されて、EG
Rマニホルド44からエキゾーストマニホルド24への
排ガスの流れが阻止される。EGR冷却器54を使用し
ない排ガスの再循環の実行の第1の場合には、EGRバ
ルブ50は閉成位置に保持される。EGRマニホルド4
4内の圧力は、EGRバルブ52の位置の制御によっ
て、ECUによって制御される。EGRバルブ52は、
低温で始動できるように及びより速い暖機ができるよう
に、排ガスが冷却器54をバイパスするようにできる。
このように、EGRバルブ52は、低温での始動のため
のEGRバルブとしても知られている。排ガス冷却器5
4の使用を含む排ガスの再循環の実行の第2の場合に、
EGRバルブ52は閉成位置に保持される。EGRマニ
ホルド44内の圧力は、EGRバルブ50の位置の制御
によってECUによって制御される。
【0019】第2のエンジン作動モードにおいては、バ
ルブは、減圧ブレーキングを達成するように制御されて
いる。減圧ブレーキングの実行は、EGRバイパスバル
ブ又はブレーキバルブ58が開放位置に保持されている
間に、EGRバルブ50,52の両方を閉止された位置
に保持することによって達成される。次いで、各シリン
ダのためのセカンダリエキゾーストバルブ20は、範囲
Bにおいて、図5に示されたクランクシャフトの回転位
置の関数として開放され或いは閉止される。セカンダリ
エキゾーストバルブの開放は、圧縮行程の終わりにおい
てピストンの行程の“上死点”位置の近くに対応するク
ランクシャフトの回転位置において起こる。
ルブは、減圧ブレーキングを達成するように制御されて
いる。減圧ブレーキングの実行は、EGRバイパスバル
ブ又はブレーキバルブ58が開放位置に保持されている
間に、EGRバルブ50,52の両方を閉止された位置
に保持することによって達成される。次いで、各シリン
ダのためのセカンダリエキゾーストバルブ20は、範囲
Bにおいて、図5に示されたクランクシャフトの回転位
置の関数として開放され或いは閉止される。セカンダリ
エキゾーストバルブの開放は、圧縮行程の終わりにおい
てピストンの行程の“上死点”位置の近くに対応するク
ランクシャフトの回転位置において起こる。
【0020】セカンダリエキゾーストバルブ20の閉止
は、ピストンの行程の上死点近くにおいて起こるように
ECUによって制御される。セカンダリエキゾーストバ
ルブ20の開放及び閉止動作によって、エンジンの圧縮
行程中にシリンダ内に達成される圧力は、ガスが燃焼チ
ャンバ内で膨張され得る前にEGRマニホルド44内を
通ってエキゾーストマニホルド24へと進入せしめられ
るであろう。このようにして、エンジンの圧縮行程中に
ガスを圧縮するためにピストンによってなされる仕事量
は、エンジンの膨張行程中にガスによってピストンに対
してなされる仕事量を大きく超過し、それによって、大
きな値の運動エネルギを吸収するエンジンの能力を生じ
る。
は、ピストンの行程の上死点近くにおいて起こるように
ECUによって制御される。セカンダリエキゾーストバ
ルブ20の開放及び閉止動作によって、エンジンの圧縮
行程中にシリンダ内に達成される圧力は、ガスが燃焼チ
ャンバ内で膨張され得る前にEGRマニホルド44内を
通ってエキゾーストマニホルド24へと進入せしめられ
るであろう。このようにして、エンジンの圧縮行程中に
ガスを圧縮するためにピストンによってなされる仕事量
は、エンジンの膨張行程中にガスによってピストンに対
してなされる仕事量を大きく超過し、それによって、大
きな値の運動エネルギを吸収するエンジンの能力を生じ
る。
【0021】図5において、点線62は、エンジンの通
常の監視動作中の典型的な燃焼チャンバ圧力を示してい
る。実線64は、減圧ブレーキング作動モード中の燃焼
チャンバ圧力を示している。セカンダリエキゾーストバ
ルブ20の閉止は、燃焼チャンバ圧力がインテークマニ
ホルド圧力又はそれ以下の圧力に低下した後の膨張行程
中のいつでも起こり得る。これは、ピストンの下死点位
置よりも前に起こってもよい。
常の監視動作中の典型的な燃焼チャンバ圧力を示してい
る。実線64は、減圧ブレーキング作動モード中の燃焼
チャンバ圧力を示している。セカンダリエキゾーストバ
ルブ20の閉止は、燃焼チャンバ圧力がインテークマニ
ホルド圧力又はそれ以下の圧力に低下した後の膨張行程
中のいつでも起こり得る。これは、ピストンの下死点位
置よりも前に起こってもよい。
【0022】セカンダリエキゾーストバルブ20の電子
制御によって、セカンダリエキゾーストバルブの開放及
び閉止が可能になって、エンジン作動モードに基づいた
エンジンサイクルにおける異なる時点で起こることがで
きる。更に、EGR動作中におけるセカンダリエキゾー
ストバルブ20の開放及び閉止のタイミングは、燃料消
費量条件を最少化しつつ排ガスの減少を理想化するよう
に変化させることができる。
制御によって、セカンダリエキゾーストバルブの開放及
び閉止が可能になって、エンジン作動モードに基づいた
エンジンサイクルにおける異なる時点で起こることがで
きる。更に、EGR動作中におけるセカンダリエキゾー
ストバルブ20の開放及び閉止のタイミングは、燃料消
費量条件を最少化しつつ排ガスの減少を理想化するよう
に変化させることができる。
【0023】
【発明の効果】本発明のEGR装置は、エンジンが、燃
料消費量条件を最少化しつつ排ガスの減少を理想化する
ように制御されるのを可能にする。これによって、ター
ボチャージャー付きのディーゼルエンジンのための従来
のEGR装置の欠点は避けられる。本発明のEGRはま
た、ターボチャージャー付きのスパーク−点火エンジン
にも同様に適用することができる。
料消費量条件を最少化しつつ排ガスの減少を理想化する
ように制御されるのを可能にする。これによって、ター
ボチャージャー付きのディーゼルエンジンのための従来
のEGR装置の欠点は避けられる。本発明のEGRはま
た、ターボチャージャー付きのスパーク−点火エンジン
にも同様に適用することができる。
【0024】本発明は、上記した実施形態に限定される
べきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される
べきである。
べきではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される
べきである。
【図1】本発明の排ガス再循環装置を有するエンジンの
構成図である。
構成図である。
【図2】図1に示されたエンジンのシリンダヘッド及び
一つの燃焼チャンバの断面図である。
一つの燃焼チャンバの断面図である。
【図3】排ガス再循環中のバルブの開放及び閉止を図示
している燃焼チャンバ圧力対クランク角度のグラフであ
る。
している燃焼チャンバ圧力対クランク角度のグラフであ
る。
【図4】エンジンの3つの異なったバルブのための弁の
揚程対クラッチ角度のグラフである。
揚程対クラッチ角度のグラフである。
【図5】減圧ブレーキング中のバルブの開放及び閉止を
図示している燃焼チャンバ圧力対クランク角度のグラフ
である。
図示している燃焼チャンバ圧力対クランク角度のグラフ
である。
10 エンジン、 12 シリンダヘッド、 14
燃焼チャンバ、16 プライマリエキゾーストバル
ブ、 18 インテークバルブ、20 セカンダリエ
キゾーストバルブ、22 プライマリエキゾーストポー
ト、24 エキゾーストマニホルド、 26 エキゾ
ースト入口、28 タービン、 30 ターボチャー
ジャー、32 エアーコンプレッサ、 34 冷却
器、36 インテークマニホルド、 38 接続パイ
プ、40 インテークポート、 42 エキゾースト
ポート、44 EGRマニホルド、 46 シリンダ
ブロック、48 ピストン、 50,52 EGRバ
ルブ、54 排気ガス冷却器、 58 バイパスバル
ブ、60 電子制御ユニット
燃焼チャンバ、16 プライマリエキゾーストバル
ブ、 18 インテークバルブ、20 セカンダリエ
キゾーストバルブ、22 プライマリエキゾーストポー
ト、24 エキゾーストマニホルド、 26 エキゾ
ースト入口、28 タービン、 30 ターボチャー
ジャー、32 エアーコンプレッサ、 34 冷却
器、36 インテークマニホルド、 38 接続パイ
プ、40 インテークポート、 42 エキゾースト
ポート、44 EGRマニホルド、 46 シリンダ
ブロック、48 ピストン、 50,52 EGRバ
ルブ、54 排気ガス冷却器、 58 バイパスバル
ブ、60 電子制御ユニット
───────────────────────────────────────────────────── 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 302F
Claims (22)
- 【請求項1】 多シリンダを有する内燃機関であって、 インテークポート及びエキゾーストポートを有するシリ
ンダヘッドと、 各シリンダのための少なくとも一つのインテークバルブ
及び各シリンダのための少なくとも一つのプライマリエ
キゾーストバルブと、 前記エキゾーストポートから排ガスを受け取るために同
エキゾーストポートと流体連通しているエキゾーストマ
ニホルドと、 同エキゾーストマニホルドから排ガスを受け取るために
同エキゾーストマニホルドに結合されたエキゾースト入
口と、排ガスによって動力を付与されるタービンと、を
有するターボチャージャーであって、更に、空気入口、
前記タービンによって駆動されるエアーコンプレッサ及
び圧縮された空気出口を有するターボチャージャーと、 前記圧縮空気を受け入れ且つ前記シリンダヘッドへと導
くために、前記ターボチャージャーの圧縮空気出口及び
前記シリンダヘッド内のインテークポートと流体連通し
ているインテークマニホルドと、 排ガス再循環(EGR)装置と、を含み、 同排ガス再循環(EGR)装置は、 各シリンダのためのシリンダヘッド内に設けられたセカ
ンダリエキゾーストポートと、 開放したときに前記セカンダリエキゾーストポート内に
排ガスを受け入れるための、各シリンダのためのセカン
ダリエキゾーストバルブと、 排ガスを前記インテークマニホルドへと再循環するため
に、EGRバルブを介して前記セカンダリエキゾースト
ポート及び前記インテークマニホルドと流体連通してい
るEGRマニホルドと、 シリンダ内の圧力が前記インテークマニホルド内の圧力
よりも大きいエンジンの膨張行程中に前記セカンダリエ
キゾーストバルブを開放させ且つ膨張行程におけるその
後に同セカンダリエキゾーストバルブを閉じさせるバル
ブアクチュエータと、を含む、内燃機関。 - 【請求項2】 請求項1に記載の内燃機関であって、 前記バルブアクチュエータが、前記プライマリエキゾー
ストバルブが開いた後に前記セカンダリエキゾーストバ
ルブを閉じる、内燃機関。 - 【請求項3】 請求項1に記載の内燃機関であって、 電子制御ユニット(ECU)を更に含み、前記バルブア
クチュエータが同ECUによって電子的に制御される、
内燃機関。 - 【請求項4】 請求項3に記載の内燃機関であって、 前記セカンダリエキゾーストバルブを開かせ或いは閉じ
させる前記バルブアクチュエータの作動のタイミング
が、前記ECUによって変化させることができる、内燃
機関。 - 【請求項5】 請求項1に記載の内燃機関であって、 開いたときに前記EGRマニホルドから前記エキゾース
トマニホルドへの排気ガスの流れを許容するように作動
可能なEGRバイパスバルブを更に含んでいる、内燃機
関。 - 【請求項6】 請求項1に記載の内燃機関であって、 再循環された排気ガスを冷却するために前記EGRバル
ブの上流に冷却器を更に含んでいる、内燃機関。 - 【請求項7】 請求項6に記載の内燃機関であって、 開いたときに前記冷却器を迂回するために、前記EGR
マニホルドと前記インテークマニホルドとの間に低温始
動EGRバルブを更に含んでいる、内燃機関。 - 【請求項8】 請求項1に記載の内燃機関であって、 開いたときに前記EGRマニホルドから前記エキゾース
トマニホルドへの排気ガスの流れを許容するためのEG
Rバイパスバルブと、 再循環された排気ガスを冷却するために前記EGRバル
ブの上流に設けられた冷却器と、 開いたときに前記冷却器をバイパスするように作動可能
な、前記EGRマニホルドと前記インテークマニホルド
との間に設けられた低温始動EGRバルブと、 前記バルブアクチュエータによって、前記セカンダリエ
キゾーストバルブの開放及び閉止を制御するように作動
可能であり且つ前記EGRバルブ、低温始動EGRバル
ブ及びEGRバイパスバルブの開放及び閉止を制御する
ように作動可能な電子制御ユニット(ECU)と、 を更に含んでいる内燃機関。 - 【請求項9】 請求項8に記載の内燃機関であって、 前記セカンダリエキゾーストバルブを開放させ或いは閉
じさせる前記バルブアクチュエータの作動タイミング
が、ECUによって変化させることができる、内燃機
関。 - 【請求項10】 請求項9に記載の内燃機関であって、 前記ECUが、関係するピストンの膨張行程の間に、前
記EGRバイパスバルブを開放させ且つ前記セカンダリ
エキゾーストバルブを開放させつつ、前記EGRバルブ
及び前記低温始動EGRバルブを閉じることによって、
エンジン減圧ブレーキング作動モードを実行するように
作動可能である、内燃機関。 - 【請求項11】 請求項1に記載の内燃機関であって、
同内燃機関がディーゼルエンジンである、内燃機関。 - 【請求項12】 多シリンダと、シリンダヘッドと、各
シリンダのための少なくとも一つのインテークバルブ及
び少なくとも一つのエキゾーストバルブと、ターボチャ
ージャーと前記シリンダヘッドとの間に設けられたイン
テークマニホルドと、を有するターボチャージャー付き
の内燃機関内で排気ガスを再循環させる方法であって、 前記シリンダ内の圧力が前記インテークマニホルド内の
圧力よりも大きい間に、各シリンダ内の膨張行程中に、
各シリンダ内のセカンダリエキゾーストバルブを開くこ
とによって、前記シリンダからの排気ガスの流れを排気
ガス再循環(EGR)マニホルドへと迂回させるステッ
プと、 前記EGRマニホルドからの迂回せしめられた排気ガス
の流れをEGRバルブを介して前記インテークマニホル
ドへと導くステップと、を含む方法。 - 【請求項13】 請求項12に記載の方法であって、 前記迂回せしめられた排気ガスの流れを前記インテーク
マニホルドへと導く前に、同迂回せしめられた排ガスの
流れを冷却するステップを更に含む、方法。 - 【請求項14】 請求項12に記載の方法であって、 前記セカンダリエキゾーストバルブの開放及び閉止を、
エンジン電子制御ユニット(ECU)によって制御する
ステップを更に含む、方法。 - 【請求項15】 請求項14に記載の方法であって、 前記セカンダリエキゾーストバルブの開放及び閉止のタ
イミングが前記ECUによって変更可能である、方法。 - 【請求項16】 請求項14に記載の方法であって、 前記EGRバルブの開放及び閉止を前記ECUによって
制御するステップを更に含む、方法。 - 【請求項17】 インテークポート及びエキゾーストポ
ートを有するシリンダヘッドと、各シリンダのための少
なくとも一つのインテークバルブ及び各シリンダのため
の少なくとも一つのプライマリエキゾーストバルブと、
エキゾーストマニホルドと、インテークマニホルドと、
各シリンダのための前記シリンダヘッド内のセカンダリ
エキゾーストポートと、開いたときに排気ガスを前記セ
カンダリエキゾーストポート内に受け入れるための各シ
リンダのためのセカンダリエキゾーストバルブと、排気
ガスを前記インテークマニホルドへと再循環させるため
にEGRバルブを介して前記セカンダリエキゾーストポ
ート及び前記インテークマニホルドと流体連通している
EGRマニホルドと、を有するターボチャージャー付き
の多シリンダ内燃機関の減圧ブレーキングを行う方法で
あって、 前記EGRマニホルドからの排気ガスを前記エキゾース
トマニホルドへと迂回させるステップと、 前記シリンダが膨張行程を開始したときに各シリンダの
前記セカンダリエキゾーストバルブを開くステップと、 各シリンダ内の圧力が前記インテークマニホルドの圧力
近くまで低下するまで、各セカンダリエキゾーストバル
ブを開放状態に保持するステップと、 を含む方法。 - 【請求項18】 請求項17に記載の方法であって、 前記セカンダリエキゾーストバルブの開放及び閉止をエ
ンジン電子制御ユニットによって制御するステップを含
む、方法。 - 【請求項19】 多シリンダを有するターボチャージャ
ー付きの内燃機関であって、シリンダヘッドと、各シリ
ンダのための少なくとも一つのインテークバルブ及び少
なくとも一つのプライマリエキゾーストバルブと、ター
ボチャージャーと前記シリンダヘッドとの間に設けられ
たインテークマニホルドと、前記シリンダヘッドと前記
ターボチャージャーとの間に設けられたエキゾーストマ
ニホルドと、を有するターボチャージャー付きの内燃機
関を、排気ガス再循環(EGR)モードか又はエンジン
減圧ブレーキングモードで作動させる方法であって、 前記シリンダ内の圧力が前記インテークマニホルド内の
圧力よりも大きい間に各シリンダ内の膨張行程中に各シ
リンダ内のセカンダリエキゾーストバルブを開くことに
よって、前記シリンダからの排気ガスの流れをEGRマ
ニホルドへと迂回させることによって、当該内燃機関を
前記EGRモードで作動させるステップと、 前記EGRマニホルドからの前記迂回せしめられた排気
ガスの流れを、EGRバルブによって前記インテークマ
ニホルドへと導くステップと、 前記EGRマニホルドからの排気ガスを前記エキゾース
トマニホルドへと迂回させることによって、当該内燃機
関を前記減圧ブレーキングモードで作動させるステップ
と、 前記シリンダのためのピストンが膨張行程を開始したと
きに、各シリンダの前記セカンダリエキゾーストバルブ
を開かせるステップと、 各シリンダ内の圧力が前記インテークマニホルド圧力の
近くまで低下するまで、各セカンダリエキゾーストバル
ブを開放状態に保持するステップと、 を含む方法。 - 【請求項20】 請求項19に記載の方法であって、 前記EGRマニホルドを前記EGRバルブを閉じる前記
エキゾーストマニホルドに接続するEGRバイパスバル
ブの開放によって、排気ガスが、前記EGRマニホルド
から前記エキゾーストマニホルドへと迂回せしめられ
る、方法。 - 【請求項21】 請求項20に記載の方法であって、 エンジン電子制御ユニットによって、前記セカンダリエ
キゾーストバルブ、前記EGRバルブ及び前記EGRバ
イパスバルブの開放及び閉止を制御するステップを含
む、方法。 - 【請求項22】 多シリンダを有する内燃機関であっ
て、 インテークポート及びエキゾーストポートを有するシリ
ンダヘッドと、 前記エキゾーストポートから排気ガスを受け取るため
に、同エキゾーストポートと流体連通しているインテー
クマニホルドと、 空気を前記シリンダヘッドに導くために、前記シリンダ
ヘッド内の前記インテークポートと流体連通しているイ
ンテークマニホルドと、 排気ガス再循環(EGR)装置と、を含み、 同排気ガス再循環装置は、 前記エキゾーストマニホルドを前記インテークマニホル
ドに接続する排気ガスコンジットと、 排気ガスを前記インテークマニホルドへと給送する前に
排気ガスを冷却するために前記排気ガスコンジット内に
設けられた冷却器と、 前記冷却器を通る前記エキゾーストマニホルドから前記
インテークマニホルドへと流れる排気ガスの流れを調整
するために、前記排気ガスコンジット内に設けられた第
1のEGRバルブと、 排気ガスを、前記冷却器を通過させることなく前記イン
テークマニホルドへと給送するように作動可能な、前記
エキゾーストマニホルドと前記インテークマニホルドと
の間に設けられたバイパスEGRバルブを含むバイパス
コンジットと、 を含んでいる、内燃機関。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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