JP2002535532A - ターボチャージャー及びｅｇｒシステム - Google Patents

ターボチャージャー及びｅｇｒシステム

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JP2002535532A JP2000593851A JP2000593851A JP2002535532A JP 2002535532 A JP2002535532 A JP 2002535532A JP 2000593851 A JP2000593851 A JP 2000593851A JP 2000593851 A JP2000593851 A JP 2000593851A JP 2002535532 A JP2002535532 A JP 2002535532A
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throttle valve
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ターボチャージャー（３６）、絞り弁（３２）、及び排気ガス再循環弁（３４）を含む。再循環弁（３２）はターボチャージャー（３６）のタービン（４６）の上流にあり、タービン（４６）内への排気ガスの流れを制限する。このように制限することにより、絞り弁（３２）に提供される排気ガスの圧力を高める。圧力を高めた排気ガスを、絞り弁の作動と独立して作動できる排気ガス再循環弁（３４）の入口に提供する。絞り弁（３２）は排気ガスが吸気ガスの圧力よりも大きくなるまで変化させることができる。絞り弁（３２）は、排気ガスの一部をＥＧＲ弁（３４）を通してエンジンの吸気マニホールド（２６）内に再循環するのに適した圧力差を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャーを持つエンジン用の排気ガス再循環システムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの吸気ガス内に排気ガスを再循環することは、燃焼プロセス中の
窒素酸化物（ＮＯX ）の発生を減少するための重要な方法であると広く認識され
ている。再循環排気ガスは、燃焼プロセスを部分的に冷却し、燃焼中に発生する
ピーク温度を低下させる。ＮＯX の形成がピーク温度と関連しているため、排気
ガスを再循環することにより、形成されるＮＯX の量を減少する。
【０００３】 排気ガスを吸気マニホールドに再循環するためには、排気ガスの圧力が吸気ガ
スの圧力以上でなければならない。しかしながら、ターボ過給式エンジンでは、
吸気ガスの圧力は、代表的には、排気ガスの圧力よりも高い。これは、ターボチ
ャージャーのコンプレッサーが吸気ガスの圧力を意図的に上昇し、この際、排気
ガスの圧力をほんの僅か上昇するに過ぎないためである。従って、ターボ過給式
エンジンについての排気ガスから吸気ガスまでの圧力差は、多くの場合、排気シ
ステムから吸気システムへの流れを発生する誤った方向である。このことは、入
口システムの圧力が顕著に上昇され且つ燃焼温度が比較的高いピークトルク作動
時に特に言える。
【０００４】 ターボチャージャーを備えたエンジンに再循環排気ガスを提供するため、様々
なシステムが提案されてきた。一つの設計では、バタフライ型弁をタービンの排
気側に配置し、排気システムに背圧を加える。しかしながら、タービンにこのよ
うな背圧が加わると、ターボチャージャーのロータにスラスト荷重が加わり、こ
れによりターボチャージャーのベアリングの摩耗が増大する。更に、圧力が加わ
った排気ガスがターボチャージャーのシール及びベアリングを通って漏れ、戻さ
れた潤滑油とともにエンジンのクランクケースに流入し、エンジンのクランクケ
ース圧力を望ましからぬ程に増大する。
【０００５】 更に別の設計では、背圧及びＥＧＲの組み合わせ弁をタービン入口に設ける。
この弁では、背圧弁の作動はＥＧＲ弁の作動に機械的にロックされている。この
弁には、排気システムの背圧を排気ガスの再循環とは独立して変化させる融通性
がない。このような融通性の欠如は、再循環される排気ガスの量が一つの状態又
は狭幅の状態について最適化されるが、多くの状態については最適でないという
ことを意味する。更に、このような組み合わせ弁は、エンジンの冷間始動中に排
気システムの背圧を許容しないし、高度の再循環排気ガス流も許容しない。この
ような組み合わせ弁は、ディーゼルエンジンから冷間始動中及び暖機中に発生す
る白煙を減少する上で最適とはいえない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
現在のシステムを改善する排気ガス再循環システムが必要とされている。本発
明は、多くの利点を提供する新規であり且つ自明でないＥＧＲシステムを提供す
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴は、排気ガスを発生し且つ吸気ガスを受け入れる内燃エン
ジン用の排気ガス再循環システムである。このシステムは、エンジンへの吸気ガ
スの圧力を上昇するための、タービンを持つターボチャージャーを含む。更に、
排気ガスをエンジンから受け入れるための絞り弁（ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ ｖａ
ｌｖｅ）もまた設けられている。この絞り弁は、排気ガスの圧力を上昇するよう
に調節できる。絞り弁は、タービンと流体連通した出口を有する。エンジンから
排気ガスを受け入れるための入口を持ち、排気ガスをエンジンの吸気ガスに提供
するように設定できる排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁が更に設けられている。絞り
弁は、排気ガス再循環弁の設定とは独立して調節できる。
【０００８】 別の特徴では、本発明は、ターボチャージャー、絞り弁、及び入口通路を含み
、この入口通路は第１の流れ抵抗を有する。絞り弁は、入口通路と近接して配置
されており、絞り弁は、最大流れ抵抗と最小流れ抵抗との間で可変の可変流れ抵
抗を有する。最大流れ抵抗は、第１の流れ抵抗よりも大きい。絞り弁は、第１の
入口、及びタービンと流体連通した第１の出口を有する。排気ガス再循環弁は、
第２の入口及び第２の出口、及び開放位置と閉鎖位置との間で移動自在の弁部材
を有する。第２の入口は、絞り弁の第１の入口と流体連通している。第２の入口
及び第２の出口は、開放位置において流体連通している。第２の出口は、閉鎖位
置において第２の入口から実質的にシールされている。絞り弁は、ＥＧＲ弁の弁
部材の移動とは独立して選択的に変化できる。
【０００９】 本発明の別の特徴では、内燃エンジン、絞り弁、及びターボチャージャーを含
む装置が提供される。内燃エンジンは、吸気ガスを受け入れて排気ガスを発生す
る。絞り弁は、内燃エンジンから排気ガスを受け入れるための入口、第１の出口
、第２の出口、及び第１の位置と第２の位置との間で移動自在の流れ制限装置を
有する。第１の位置は、入口から第１の出口まで、及び入口から第２の出口まで
の流体連通を実質的に制限する。第２の位置は、入口から第１の出口までの流体
連通を実質的に制限する。ターボチャージャーは、前記絞り弁の第１の出口と流
体連通したタービン入口を有する。第２の出口からの排気ガスを吸気ガスと混合
する。
【００１０】 本発明の別の特徴では、内燃エンジン、絞り弁、ターボチャージャー、ＥＧＲ
弁、第１のセンサ、第２のセンサ、及び制御装置を含むシステムが提供される。
エンジンは、排気ガスを発生し吸気ガスを受け入れ、排気ガスは第１の圧力であ
り、吸気ガスは第２の圧力である。エンジンには吸気マニホールドが更に設けら
れている。絞り弁は、エンジンから排気ガスを受け入れ、可変の流れ抵抗を有し
、絞り弁の流れ抵抗を変化させるための作動可能な流れ制限装置を有する。絞り
弁は第１の出口を有する。ターボチャージャーは、第１の入口が絞り弁の第１の
出口と流体連通したタービンを有する。ＥＧＲ弁は、排気ガスを受け入れる第２
の入口及び吸気マニホールドと流体連通した第２の出口を有する。第１のセンサ
は、第１の圧力と対応する第１の信号を提供する。第２のセンサは、第２の圧力
と対応する第２の信号を提供する。制御装置は第１の信号及び第２の信号に応答
し、流れ制限装置を作動して第１の圧力を上昇し、第２の圧力よりも高くする。
【００１１】 本発明の別の特徴では、排気ガスを発生する内燃エンジン用ターボチャージャ
ーが提供される。ターボチャージャーは、タービン、コンプレッサー、絞り弁、
ポペット弁、及び支持ハウジングアッセンブリを含む。タービンは第１の入口を
有し、コンプレッサーは第１の出口を有する。絞り弁は、タービンの第１の入口
に流入する排気ガスを制限する。ポペット弁は第２の入口及び第２の出口を有す
る。第２の入口はタービンの第１の入口と流体連通しており、第２の出口はコン
プレッサーの第１の出口と流体連通している。ポペット弁は、第２の出口が第２
の入口と流体連通した開放位置、及び第２の出口が第１の入口から実質的にシー
ルされた閉鎖位置を有する。支持ハウジングアッセンブリは、タービン、コンプ
レッサー、絞り弁、及びポペット弁を支持する。
【００１２】 本発明は、更に、ターボ過給式エンジンの吸気マニホールドに所定の排気ガス
流を再循環するための方法を提供する。この方法は、内燃エンジン、このエンジ
ンから排気ガスを第１の圧力で受け入れ、エンジンに吸気ガスを第２の圧力で提
供するためのターボチャージャー、絞り弁、及び排気ガス再循環弁を提供する工
程を含む。この方法は、ターボチャージャーに提供された第１の排気圧力を、こ
の第１の排気圧力が第２の吸気圧力よりも大きくなるまで上昇するように絞り弁
を調節する工程を含む。この方法は、排気ガス再循環弁を開放し、排気ガスを吸
気ガスに再循環する工程を含む。本方法は、更に、絞り弁を再調節し所定の排気
ガス流を得る工程を含む。
【００１３】 本発明のこれらの及び他の目的及び利点は、好ましい実施例の説明、添付図面
、及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の原理の理解を促す目的のため、添付図面に示す実施例を参照し
、特定の用語を使用してこれを説明する。それにも拘わらず、本発明の範囲をこ
れによって限定しようとするものではなく、本発明が属する分野の当業者は、例
示の装置の変更及びここに例示した本発明の原理の別の用途を通常に思い付くも
のと考えられるということは理解されよう。
【００１５】 本発明は、内燃エンジンの排気ガスを排気通路から吸気通路まで再循環するた
めのシステムに関する。一実施例では、本発明は、ターボチャージャー、絞り弁
、及び排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁を含む。ＥＧＲ弁を開放して排気ガスを吸気
通路内に再循環できる。絞り弁は、ＥＧＲ弁は、その入口でターボチャージャー
のタービンの上流の排気ガス圧力を上昇するように調節可能である。幾つかのエ
ンジン作動条件では、ＥＧＲ弁は閉鎖したままであり、上昇させた排気ガス圧力
がエンジンに追加の負荷を加える。
【００１６】 従来の方法では、ターボチャージャーは、内燃エンジンから排気ガスを受け入
れ、コンプレッサーの駆動に使用されるタービンで出力を発生する。コンプレッ
サーは、エンジンが受け取る吸気ガスの圧力を上昇する。コンプレッサーの排出
側即ちコンプレッサー出口での吸気ガスの圧力は可変であり、とりわけ、タービ
ンが提供する出力の量と関連している。タービンが送出する出力は、排気ガスの
温度及び圧力並びに他のファクタで決まる。
【００１７】 例えばピークトルクを発生するディーゼルエンジン等の幾つかの作動条件では
、吸気ガスの圧力は排気ガスの圧力よりも高い。この圧力勾配のため、排気ガス
は吸気中に再循環しない。
【００１８】 排気ガスを吸気に再循環するため、本発明はタービンの上流に配置された絞り
弁を提供する。絞り弁は、排気ガスの流れに対する絞り弁の抵抗を高めるように
調節できる移動自在の流れ制限装置を含む。流れ抵抗を高めることによって、絞
り弁に提供される排気ガスの圧力が上昇し、絞り弁からタービンに流れる排気ガ
スの圧力が低下する。タービンに提供された排気ガスの圧力を低下することによ
って、タービンの出力が低下し、吸気ガスの圧力もまた低下する。これはコンプ
レッサーに利用できる出力が低いためである。
【００１９】 本発明の一実施例では、絞り弁はバタフライ型流れ制限装置を含む。別の実施
例では、絞り弁は、半円筒形ポケット内で回転自在の半円筒形流れ制限装置を含
む。本発明の更に別の実施例では、絞り弁は、タービンへの入口流れ面積及び／
又は回転タービンブレードに流れる排気ガスの流入角度を変化させる一つ又はそ
れ以上のタービン用可動入口ベーンを含む。更に別の実施例では、可変ベーンは
、タービンのブレードに提供される空気の流入角度を変化させるといった他の空
力学的効果を生じ、場合によっては、タービンの効率を低下し、流れに対するタ
ービンの抵抗を高める。
【００２０】 本発明では、絞り弁をタービンの上流に配置することにより、タービン及びコ
ンプレッサーロータに作用する圧力差を、絞り弁をタービンの下流に配置した場
合よりも小さくする。絞り弁を下流に配置すると、ターボチャージャーのロータ
に正味の空力学的力の差が作用し、これによりベアリングの寿命に悪影響が及ぼ
される。更に、絞り弁を下流に配置すると、ターボチャージャーのオイル戻し通
路内のガスの圧力が上昇し、かくしてエンジンのクランクケース内の圧力が上昇
する。絞り弁を上流に配置すると、ベアリングの寿命が長くなり、クランクケー
スの内外へのガス漏れ（ｂｌｏｗ−ｂｙ）が減少する。
【００２１】 本発明の幾つかの実施例は、一つ又はそれ以上の排気ガス再循環弁（ＥＧＲ弁
）を更に含む。単弁の実施例及び多弁の実施例の両方のＥＧＲ弁を参照する。Ｅ
ＧＲ弁は、流れ制限装置の上流の圧力を高めた排気ガスと流体連通した入口、及
び吸気ガスが提供される吸気通路と流体連通した出口を有する。ＥＧＲ弁は、開
放位置と閉鎖位置との間で選択的に移動可能な弁部材を含む。閉鎖位置では、吸
気ガス又は排気ガスのいずれも、漏れ以外は弁部材を実質的に通過しない。開放
位置では、ＥＧＲ弁入口からＥＧＲ弁出口までの流体連通が形成される。好まし
くは、ＥＧＲ弁は、設計の簡略化を図るため、所定の流れ面積を持つ位置で全開
する。これは、可動弁部材の行程又はこの弁部材を移動するリンクの行程に機械
的ストップを配置することによって、又は弁の位置を制御装置に電子的にフィー
ドバックし、この制御装置が弁の位置を維持することによって行うことができる
。しかしながら、本発明は、更に、弁部材を全開位置と全閉位置との間の中間位
置に調節できるＥＧＲ弁を考えている。
【００２２】 本発明の一実施例では、排気ガス圧力が吸気ガス圧力よりも大きい場合にＥＧ
Ｒ弁が開放し、排気ガスがエンジンの吸気通路に流入する。本発明の別の実施例
では、ＥＧＲ弁の弁部材は、内燃エンジンのシリンダヘッドの排気ポペット弁と
同様の一つ又はそれ以上のポペット弁を含む。ポペット弁は、弁のステムに沿っ
て直接作動することを含む様々な方法で作動させることができ、弁ステムに作用
するロッカアームによっても作動させることができる。本発明の別の実施例では
、ＥＧＲ弁は排気逃がし弁である。
【００２３】 本発明の更に別の実施例では、絞り弁及びＥＧＲ弁の両方がターボチャージャ
ーの支持ハウジングアッセンブリ内に配置されている。絞り弁はタービン入口通
路と近接して配置されている。一実施例では、バタフライ型絞り弁をタービン入
口通路のフランジに配置する。本発明の別の実施例では、バレル型絞り弁をター
ビン入口通路のフランジの近くに配置する。更に別の実施例では、可変ガイドベ
ーンをタービン入口通路に沿ってタービンのブレードの近くに配置する。
【００２４】 ＥＧＲ弁を含む本発明のこれらの実施例では、ＥＧＲ弁は、好ましくは、支持
ハウジングアッセンブリによって支持される。バタフライ弁又はバレル弁を含む
実施例では、ＥＧＲ弁は、好ましくは、バタフライ弁又はバレル弁と近接して配
置される。可変タービンベーンを含む実施例では、ＥＧＲ弁は、好ましくは、弁
部材の一部がタービン入口通路と流体連通した状態で支持ハウジングアッセンブ
リの一部内に配置されている。
【００２５】 ＥＧＲシステムのパッケージングを更に高めるため、ＥＧＲ弁及び絞り弁は、
好ましくは、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の作動に使用される液圧圧力か
ら利用できる圧力又は何等かの他の液圧流体源等の高圧液圧流体によって作動さ
れる。本発明は、更に、エンジンの潤滑油等の低圧流体を使用するアクチュエー
タ、空気圧源を使用するアクチュエータ、及び電動モータを使用するアクチュエ
ータを考えている。
【００２６】 本発明の幾つかの実施例は、ＥＧＲ弁及び絞り弁と近接した通路の容積が減少
するように、ＥＧＲ弁の部分及び絞り弁の部分が支持ハウジングアッセンブリ内
にパッケージされている。好ましくは、絞り弁及びＥＧＲ弁の全体が支持ハウジ
ングアッセンブリ内にパッケージされている。これらの弁と近接した通路の容積
を減少することによって、ＥＧＲシステムの距離−速度遅れ及び過渡的応答を減
少させることができ、その結果、エンジンの性能が改善する。更に、この好まし
いパッケージングを行うには、ターボチャージャー、ＥＧＲ弁、及び絞り弁のパ
ッケージング容積を相対として小さくする必要があり、その結果、他の構成要素
に利用できるエンジンルームの容積が大きくなる。しかしながら、ＥＧＲ弁及び
絞り弁用の作動手段は、支持ハウジングアッセンブリの高温に適合性でなければ
ならない。
【００２７】 タービンについて可変ベーンを使用する本発明のこれらの実施例では、ベーン
を部分的に閉鎖すると、他の制限装置が発生するのと同じ排気背圧について、タ
ービン／コンプレッサーロータの速度が高くなる。特にアイドリング時のロータ
速度を更に高くすることによって、ターボチャージャー及びエンジンの過渡的応
答が改善される。このように過渡的応答が改善されると、粒状物エミッションが
減少し、米国のＥＰＡ試験及び欧州のユーロエミッション試験を含む、政府が定
めたエミッション計測試験中のエンジンの作動を改善する。
【００２８】 本発明の幾つかの実施例では、排気ガス再循環弁及び絞り弁は、互いに独立し
て作動できる。例えば、ＥＧＲ弁が実質的に閉鎖されたときに絞り弁を実質的に
閉鎖できる。このように両弁を閉鎖すると、ディーゼルエンジンに背圧が加わる
。これは、エンジンの冷間始動中にディーゼルエンジンが出す白煙を減少する上
で有用である。別の例では、絞り弁が実質的に閉鎖されているときにＥＧＲ弁を
開放でき、かくしてＥＧＲ弁の入口に提供される排気ガスの圧力を増大し、これ
によって、再循環排気ガスを吸気ガスに提供する。ＥＧＲシステムのこの作動は
、ピークトルク等のディーゼルエンジンの作動期間中に、再循環排気ガスを提供
できる。別の例では、ＥＧＲ弁を閉鎖状態に保持でき、絞り弁の可動流れ制限装
置を流れ抵抗が最小の位置に維持でき、その結果、吸気ガスに提供される再循環
排気ガスがなく、タービンの作動が流れ制限によって邪魔されることが実質的に
ない。
【００２９】 本発明の一実施例では、絞り弁及びＥＧＲ弁は、デジタル式プロセッサを含む
デジタル式電子制御装置又はアナログ式電子制御装置等の制御装置によって作動
される。一例として、制御装置は、エンジンからの排気圧力が吸気ガスの圧力を
越えるまで、流れ制限装置を位置決めできる。これらの条件でＥＧＲ弁を開放す
ることにより、再循環排気ガスを吸気弁に提供する。本発明の更に別の実施例で
は、吸気ガスの圧力よりも高い排気ガス圧力を提供するため、流れ制限装置を、
機械式制御装置、例えば、ばね及び当業者に周知のダイヤフラム装置を使用する
機械式制御装置等によって配置できる。
【００３０】 図１は、排気ガス再循環システム２２を備えた内燃エンジン２０を概略に示す
。エンジン２０は、出力を発生するための一つ又はそれ以上のシリンダ２３を含
む。各シリンダ２３には、吸気通路２６と流体連通した吸気マニホールド２４に
よって吸気ガスが提供される。燃料及び吸気ガスがシリンダ内で燃焼することに
より排気ガスが発生し、この排気ガスはシリンダ２３の外に排気マニホールド２
８内に圧送される。排気ガスは、マニホールド２８を通って排気導管３０に流入
する。
【００３１】 導管３０内の排気ガスはＥＧＲシステム２２に提供される。ＥＧＲシステム２
２は、好ましくは、絞り弁３２、ＥＧＲ弁３４、及びターボチャージャー３６を
含む。絞り弁３２は、制御装置からの入力に応じて弁の流れ抵抗を変化させるこ
とができる、作動可能な流れ制限装置を含む。可変流れ抵抗が弁３２の流れ抵抗
を増大することにより、導管３０内の排気ガスの圧力を上昇し、ＥＧＲ弁３４に
加えられる排気ガスの圧力を上昇する。絞り弁は、好ましくは、ターボチャージ
ャーのタービンを迂回して排気ガスを送出するための出口を備えていないが、幾
つかの実施例では、排気逃がし装置又は他のバイパス装置等のバイパスを備えて
いる。ＥＧＲ弁３４は、吸気通路２６に提供される再循環排気ガス流を制御装置
からの入力に応じて制御するための手段を提供する。ＥＧＲ弁３４の出口は、好
ましくは、ターボチャージャーのコンプレッサー５２の出口５３及び吸気マニホ
ールド２４の両方と流体連通している。
【００３２】 導管３０内の排気ガスの一部、及び排気ガスの好ましくは約８５％又はそれ以
上が絞り弁３２の入口４０に進入し、この弁を通過し、出口４２に出る。この出
口４２は、排気ガスをターボチャージャー３６のタービン４６に提供するタービ
ン入口通路４４と流体連通している。
【００３３】 タービン４６は、コンプレッサー５２を含むロータシステム５０の部分である
。コンプレッサー５２には、入口５４を通して吸気ガスが提供され、このガスを
圧縮して高圧にし、この高圧ガスをコンプレッサー出口５３を通して吸気通路２
６内に送出する。ロータ５０は、ベアリング５３によって支持ハウジングアッセ
ンブリ５６内に支持されている。ハウジングアッセンブリ５６は、ターボチャー
ジャー３６の様々な静的支持構造を含み、これらの支持構造には、入口フランジ
、出口フランジ、ハウジング、ベアリング支持体、スクロール及びディフューザ
ー等のガス経路構造、コンプレッサーカバー、及びタービンハウジング等の静的
構造が含まれる。ベアリング５３用の潤滑剤が、エンジン２０の潤滑システムに
よって提供される。潤滑剤は、戻し経路５５によってエンジン２０のクランクケ
ースに戻される。戻し経路５５は、ベアリング５３の近くのシール（図示せず）
を通って漏れた排気ガス及び吸気ガスを更に含む。この漏れたガスもまた、経路
５５を通ってエンジン２０のクランクケース内に提供される。
【００３４】 図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃは、絞り弁の一実施例を様々な作動工程で示す。絞り
弁１３２は、半円筒形ポケット１３６内で回転自在のバレル状半円筒形流れ制限
装置１３３を含む。流れ制限装置１３３及び／又は半円筒形ポケット１３６の少
なくとも一部が支持ハウジング５６内に設けられている。装置１３３は、作動リ
ンク２００装置の移動に応じて回転自在であることにより、ポケット１３６内で
移動自在である。リンク装置２００は、制御装置に基づいたアクチュエータ入力
に応じて弁２３２に入力を提供する。
【００３５】 図２Ａに示すように、装置１３３は、入口４０から出口４２までの流体連通及
び入口４０から出口１３８までの流体連通を実質的に制限する。バレル弁１３２
の出口１３８は、好ましくは、ＥＧＲ弁３４の入口６０と流体連通しているが、
例えば、ＥＧＲ冷却器（図示せず）又は出口１３８を吸気通路２６と流体連通状
態に置くことができる何等かの他の装置と流体連通していてもよい。図２Ａに示
す弁１３２の位置は、暖まっていないディーゼルエンジンが発生する白煙を、例
えば排気導管３０を通してエンジン２０に背圧を提供することによって減少する
。好ましくは、装置１３３が入口４０を完全には塞がないため、幾らかの排気が
装置１３３を通過してタービン４６に流入する。
【００３６】 図２Ｂでは、流れ制限装置１３３は、タービン入口通路４４に流れ抵抗がほと
んど又は全く追加されない位置まで作動させてあり、排気ガスは導管３０からほ
ぼ妨げなしに絞り弁１３２を通過してタービン１４６に流入する。流れ制限装置
１３３がこの位置にある場合、通路１３８内への排気ガスの流れは実質的になく
なる。装置１３４がこの位置にある場合、タービン３６は通常の通りに作動でき
、吸気通路２６内に再循環される排気ガスはほとんど又は全くない。
【００３７】 図２Ｃに示すように、制限装置１３３は、リンク装置２００によって、絞り弁
入口４０から第２の弁出口１３８まで流体連通した別の位置まで回転させてある
。装置１３３は、更に、弁１３２の可変流れ抵抗が、タービン入口通路４４の流
れ抵抗よりも大きい最大流れ抵抗にまで変化させてある位置で示してある。この
位置では、流れ制限装置１３３の流れ抵抗はタービン入口通路４２の流れ抵抗よ
りも大きく、その結果、導管３０内の排気ガスの圧力は、図２Ｂに位置決めされ
た装置１３３について得られる圧力よりも高い値まで上昇する。弁入口４０の排
気ガスは、第２の弁出口１３８とも流体連通している。排気ガスは第２の弁出口
１３８を通ってＥＧＲ弁３４に提供されるか又は吸気通路２６に直接提供され、
或いはＥＧＲ冷却器（図示せず）又は再循環排気ガスの流れを調整し又は制御す
るための当業者に周知の別の装置に提供される。絞り弁１３２の流れ制限装置は
、図２Ａ、２Ｂ、及び２Ｃに示す位置の間の位置で調節できる。
【００３８】 図３は、絞り弁の別の実施例である絞り弁２３２を示す。弁２３２は、移動自
在の流れ制限装置２３３を含む。この装置は、バタフライ型弁エレメントである
。制限装置２３３は、タービン入口通路４４内への排気ガスの流れを実質的に制
限することにより導管３０内の排気ガス圧力を上昇する位置で、実線で示してあ
る。制限装置２３３は、更に、流れに対する抵抗が小さいため、導管３０内の排
気ガス圧力が上昇するが実線で示す位置程は上昇しない位置で、破線で示してあ
る。制限装置２３３は、更に、流れに対する抵抗が最小であることにより、弁２
３２に亘る圧力降下があったとしても非常に小さく、排気ガス流をタービン入口
通路４４に入れる位置で、弁２３２内で実質的に整合させることができる。
【００３９】 絞り弁２３２の内壁が画成する流れ断面積は、好ましくは、弁２３２の下流又
は上流の流れ断面積から増大させてある。これは、最小流れ抵抗に整合した場合
の装置２３３の流れ遮断面積を考慮に入れたものである。更に、弁２３２の断面
積を拡げることにより、実線位置で示すように、幾らかの排気ガスを制御装置２
３３の周りに流すことができる。装置２３３の周囲の流れにより、最大流れ抵抗
が必要な場合の弁の作動中にタービン入口通路４４が完全に閉鎖されることがな
い。作動レバー２４１が制限装置２３３に連結されており、作動リンク装置２０
０が取り付けられるレバーアームを提供する。リンク装置２００は、制御装置に
基づくアクチュエータ入力に応じて弁２３２に入力を提供する。
【００４０】 図４は、ＥＧＲ弁及び絞り弁を含む本発明の実施例を示す。絞り弁２３２は、
流れ制限装置２３３が最小流れ抵抗位置に調節された状態で示してある。図４に
示すＥＧＲ弁は弁１３４であり、この弁は、開放位置と閉鎖位置との間で選択的
に移動自在の弁部材１３５を含む。本発明の一実施例では、弁部材１３５は、例
えば内燃エンジンの排気ポペット弁等のポペット弁である。しかしながら、本発
明は、排気ガスの再循環に現在使用されている他の種類の弁の使用も考えており
、ターボチャージャー排気逃がし弁の使用も考えている。好ましくは、ＥＧＲ弁
は、約０．０５０秒又はそれ以下で開放位置から閉鎖位置に移行できなければな
らない。
【００４１】 弁部材１３５は、図４に示すように、ばね１３７によって閉鎖位置に押圧され
ている。リンク２０２を作動することによりロッカアーム２０３を枢動し、部材
１３５を開放位置に移動する。ＥＧＲ弁入口６０が絞り弁入口４０と流体連通し
ている。ＥＧＲ弁１３４が開放したとき、弁入口６０はＥＧＲ弁出口６２と流体
連通する。弁出口６２は、好ましくは、ＥＧＲ冷却器（図示せず）と流体連通し
ており、吸気通路２６とも流体連通している。弁１３４が閉鎖している場合には
、入口６０は出口６２から実質的にシールされている。リンク２０２は、制御装
置に基づくアクチュエータ入力に応じて弁１３４に入力を提供する。
【００４２】 本発明の一実施例では、絞り弁は、ＥＧＲ弁の移動とは独立して選択的に変化
できる。図４に示すように、絞り弁の作動リンク装置２００は、ＥＧＲ弁作動リ
ンク装置２０２とは独立して作動できる。絞り弁２３２は、入口４０及び６０に
提供される排気圧力が上昇するように、弁２３２の最小以上の流れ抵抗を提供す
る位置まで調節できる。弁１３４は、好ましくは、入口６０での排気圧力が吸気
通路２６内の吸気ガス圧力よりも大きい場合に開放される。更に、弁１３４を閉
鎖位置に維持し、追加の負荷がエンジン２０に加わるように弁２３２を実質的制
限位置まで移動する。この追加の負荷は、例えば冷えたディーゼルエンジンにつ
いての暖機時間を短くできる。
【００４３】 図５は、ＥＧＲ弁の弁部材の移動が絞り弁の制限装置の移動に左右される、本
発明の別の実施例を示す。例えば、一実施例では作動リンク装置２００の移動に
より枢動レバーアーム２０４が旋回する。このレバーアーム２０４の移動により
、制限装置２３３が回転する。作動リンク装置２０２’の一端はレバー２０４に
摺動連結されており、制限装置２３３を実質的制限位置まで回転させるとレバー
２０４がリンク装置２０２’を押し、ロッカアーム２０３によって弁部材１３５
を開放位置に設定する。
【００４４】 図１０は、排気逃がし弁をＥＧＲ弁として使用する本発明の別の実施例を示す
。ＥＧＲ弁１４０は、開放位置と閉鎖位置との間で選択的に移動できる弁部材１
４２を含む。部材１４２の開放位置を破線で示す。液圧、空気圧、電気、又は他
の動力源によって作動リンク装置１４４を作動させることにより、部材１４２を
枢動継手を中心として開放位置と閉鎖位置との間で枢動させる。
【００４５】 図６及び図７は、本発明の一実施例によるターボチャージャー３６’を示す。
このターボチャージャー３６’は、タービン入口通路４４、ＥＧＲ出口６２、タ
ービンハウジング２１０、及びコンプレッサーカバー２１２等の静的構造、並び
にターボチャージャーアッセンブリの他の静的支持構造を含む支持ハウジングア
ッセンブリ５６’を有する。ターボチャージャーアッセンブリ３６’は、絞り弁
及びＥＧＲ弁を作動するための一対のアクチュエータを更に含む。絞り弁用のア
クチュエータは、好ましくは、シリンダ２０７内に収容されたピストン（図示せ
ず）への液圧流体の供給を制御する電気ソレノイド２０６を含む。オイルをピス
トンの一方の側部に供給することにより、ピストンがばね負荷されたアクチュエ
ータリンク装置２０５を押し且つ動作させる。ソレノイド２０６は、好ましくは
、電気コネクタ２０６ａが制御装置から受け取ったパルス幅変調された電気信号
に基づいて、シリンダ２０７にオイル圧力を提供する。
【００４６】 ターボチャージャー３６’の絞り弁は、図８に最もよく示す可変ベーンアッセ
ンブリ３３２である。可動制限装置は、タービン４６内への流れ面積を増減する
ように回転自在の可変タービン入口ベーン３３３である。リンク装置２０５の移
動により絞り弁３３２の流れ制限装置３３３を移動する。タービン４６内への流
れ面積を減少し、制限することによって、タービン入口通路の流れ抵抗を増大し
、その結果、排気ガス圧力を上昇し、タービン４６を通る排気ガス流を減少する
。好ましくは、制限装置３３３は、タービン３６のブレード上に流れる排気ガス
の流入角度を変化させる。流入角度を変化させることにより、タービン３６の効
率を変化させることができる。タービン３６の効率を低下させることによって、
排気ガス圧力を上昇する。更に、絞り弁３３２により、制限流作動中にロータ５
０を更に高速回転状態に維持でき、これによりターボチャージャー及びエンジン
の移行応答が改善される。
【００４７】 支持ハウジング５６’は、比較的高圧の排気ガスを吸気通路２６に再循環する
ためのＥＧＲ弁を更に含む。ターボチャージャー３６’は、弁部材１３５を備え
たＥＧＲ弁２３４を含む。弁部材１３５は、ステム１３５ａ、及び戻しばね１３
７によって閉鎖位置に押圧されたヘッド１３５ｂを有する。弁部材１３５は、シ
リンダ２１６内で摺動自在のピストン２１４によって開放位置まで移動できる。
好ましくは、ピストン２１４の一方の側部への液圧流体の流れを制御するために
パルス幅変調信号が電気ソレノイド２０８に提供され、これにより弁部材１３５
を開放位置まで移動する。弁入口６０は、開放時に弁出口６２と流体連通し、再
循環排気ガスを吸気通路２６に提供する。絞り弁３３２は、ＥＧＲ弁２３４の設
定とは独立して調節できる。
【００４８】 本発明の別の実施例は、吸気マニホールド内への排気ガスの流れを制御するた
めのシステムを含む。図９に示すように、制御装置１００は、絞り弁３２用のア
クチュエータ１０２及びＥＧＲ弁３４用のアクチュエータ１０４と電気的に接続
されている。弁３２及び３４は、本明細書中に説明した弁のうちの任意の弁、又
はこれらの弁と等価の弁であるのがよい。好ましくは、制御装置１００は、更に
、回転数（ＲＰＭ）、要求出力、吸気ガス温度、等のエンジン２０の状態に関す
る様々な信号を受け取る。
【００４９】 制御装置１００は、排気ガス圧力と対応する第１の信号を第１のセンサ１０６
から受け取り、吸気ガス圧力と対応する第２の信号を第２のセンサ１０８から受
け取る。制御装置１００は、好ましくは、メモリ及び演算処理ユニットを含むデ
ジタル式電子制御装置である。しかしながら、制御装置１００は、プログラム可
能な論理制御装置であってもよいし、アナログ式電子制御装置であってもよい。
センサ１０６及び１０８は、ガス圧力に応じて電気出力を発生するための当業者
に周知の任意のセンサである。アクチュエータ１０２及び１０４は、好ましくは
、パルス幅変調電気信号を液圧流体の流れに変換する電気−液圧式アクチュエー
タである。しかしながら、アクチュエータ１０２及び１０４は、電気−液圧式ト
ルクモータ、電気−空気圧式アクチュエータ、ステッパモータ等の電動モータ、
又は弁内の可動エレメントの位置を変化させるための当業者に周知の他の装置で
あってもよい。
【００５０】 制御装置１００は、エンジンセンサ１１０によって確認された特定のエンジン
作動条件について、排気ガス圧力信号及び吸気ガス圧力信号に応じて弁３２及び
／又は弁３４を作動する。例えば、冷えたディーゼルエンジンの始動中、制御装
置１００は、タービン４６内への排気ガスの流れを実質的に制限し、エンジン２
０に作用する背圧を増大し、これによって暖機時間を短くするように、弁３２を
閉鎖できる。別の例では、ピークトルクでの作動中、センサ１０６によって検出
された排気ガス圧力がセンサ１０８によって検出された吸気圧力以上になるまで
、弁３２を流れ抵抗増大位置に調節できる。排気ガス圧力が吸気ガス圧力を越え
たとき、制御装置１００がＥＧＲ弁３４を開放し、排気ガスを吸気マニホールド
２４に再循環させる。弁３２を通る排気ガスの流れを更に制限することによって
、再循環排気ガスの量を増大でき、これにより排気ガス圧力を増大し、吸気マニ
ホールド２４に再循環する排気ガスのパーセンテージが増大する。更に、制御装
置は、ＥＧＲ弁の前後に所定の圧力差を維持するするように流れ制限装置を調節
することによって、再循環排気ガスの流れを所定量に維持できる。この所定の圧
力差は、吸気ガスの圧力が変化しても維持できる。
【００５１】 絞り弁３２及び排気ガス再循環弁３４の様々な実施例を説明した。弁の様々な
実施例は、排気ガス再循環システム２２に組み込むことができるということは当
業者には理解されよう。
【００５２】 本発明を添付図面に例示し且つ以上の記載に詳細に説明したが、これは例示で
あって、制限を意図したものではなく、単に好ましい実施例を示し且つ説明した
ものと理解されるべきであり、本発明の精神の範疇の全ての変形及び変更が保護
されることが望まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例による排気ガス再循環システムを持つエンジンの概略図であ
る。
【図２】 Ａ、Ｂ、及びＣは、本発明の一実施例による絞り弁を幾つかの位置で示す概略
図である。
【図３】 本発明の別の実施例による絞り弁の図である。
【図４】 本発明の別の実施例による絞り弁及びＥＧＲ弁の図である。
【図５】 本発明の更に別の実施例による絞り弁及びＥＧＲ弁の図である。
【図６】 本発明の一実施例によるターボチャージャーの斜視図である。
【図７】 図６のターボチャージャーの正面図である。
【図８】 図７のターボチャージャーの図７の８−８線に沿った断面図である。
【図９】 電子式制御装置によって制御される排気ガス再循環システムの一実施例の概略
図である。
【図１０】 本発明の別の実施例によるＥＧＲ弁の断面図である。
【符号の説明】
２０ 内燃エンジン ２２ 排気ガス再循環システム ２３ シリンダ ２４ 吸気マニホールド ２６ 吸気通路 ２８ 排気マニホールド ３０ 排気導管 ３２ 絞り弁 ３４ ＥＧＲ弁 ３６ ターボチャージャー ４４ タービン入口通路 ４６ タービン ５０ ロータシステム ５２ コンプレッサー ５３ ベアリング ５５ 戻し経路 ５６ 支持ハウジングアッセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA15 GA02 GA03 GA04 GA05 GA06 GB24 HA12 JA06 JA12 JA24 JA28 3G062 AA01 AA05 BA04 BA06 GA02 GA14 GA22 3G092 AA02 AA17 AA18 DB03 DC08 DC12 DF02 DF06 DG02 DG03 DG05 DG06 DG08 EA28 EA29 FA15 GA02 HA04Z HA05Z HD07X HD08Z HE01Z HE06Z

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気ガスを発生し且つ吸気ガスを受け入れる内燃エンジン用
    排気ガス再循環システムにおいて、 前記エンジンへの前記吸気ガスの圧力を上昇するための、タービンを持つター
    ボチャージャーと、 前記エンジンから前記排気ガスを受け入れるための絞り弁であって、前記排気
    ガスの前記圧力を上昇するように調節でき、前記絞り弁は前記タービンと流体連
    通した出口を有する絞り弁と、 前記エンジンから排気ガスを受け入れるための入口を持ち、前記排気ガスを前
    記エンジンの前記吸気ガスに提供するように設定できる排気ガス再循環弁とを含
    み、 前記絞り弁は前記排気ガス再循環弁の設定とは独立して調節できる、装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記絞り弁は可動タービン
    入口ベーンを含む、装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、前記絞り弁はバタフライ弁
    を含む、装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、前記絞り弁はバレル弁を含
    む、装置。
  5. 【請求項５】 タービン、及び第１の流れ抵抗を持つ入口通路を持つターボ
    チャージャーと、 前記入口通路と近接して配置されており、前記第１の流れ抵抗よりも大きい最
    大流れ抵抗と最小流れ抵抗との間で選択的に変化させることができる可変流れ抵
    抗を持ち、第１の入口及び第１の出口を備えており、前記第１の出口は前記ター
    ビンと流体連通している、絞り弁、及び 第２の入口及び第２の出口を持ち、開放位置と閉鎖位置との間で選択的に移動
    可能な弁部材を有し、前記第２の入口は前記絞り弁の前記第１の入口と流体連通
    しており、前記第２の入口及び前記第２の出口は、開放位置において流体連通し
    ており、前記第２の出口は閉鎖位置において前記第２の入口から実質的にシール
    されている、排気ガス再循環弁とを含み、 前記絞り弁は、前記排気ガス再循環弁の前記弁部材の移動とは独立して選択的
    に変化できる、装置。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載の装置において、前記絞り弁は可変タービン
    入口ベーンを含む、装置。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載の装置において、前記絞り弁はバタフライ弁
    を含む、装置。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載の装置において、前記絞り弁はバレル弁を含
    む、装置。
  9. 【請求項９】 吸気ガスを受け入れて排気ガスを発生する内燃エンジンと、 前記内燃エンジンから排気ガスを受け入れるための入口、第１の出口、及び第
    ２の出口を持ち且つ前記入口から前記第１の出口まで、及び前記入口から前記第
    ２の出口までの流体連通を実質的に制限する第１の位置と前記入口から前記第１
    の出口への流体連通を実質的に制限する第２の位置との間で移動自在の流れ制限
    装置を持つ絞り弁と、 前記絞り弁の前記第１の出口と流体連通したタービン入口を持つターボチャー
    ジャーとを含み、 前記第２の出口からの排気ガスを吸気ガスと混合する、装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の装置において、前記第２の出口から排気
    ガスを受け入れてこの排気ガスを前記吸気ガスと混合するために提供するための
    排気ガス再循環弁を更に含む、装置。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の装置において、排気ガス再循環弁はポペ
    ット弁を含む、装置。
  12. 【請求項１２】 排気ガスを発生し吸気ガスを受け入れる内燃エンジンであ
    って、前記排気ガスは第１の圧力であり、吸気ガスは第２の圧力であり、前記エ
    ンジンには吸気マニホールドが設けられている、内燃エンジンと、 前記エンジンから排気ガスを受け入れる絞り弁であって、可変の流れ抵抗を持
    ち、前記絞り弁の流れ抵抗を変化させるための作動可能な流れ制限装置を有し、
    第１の出口を有する、絞り弁と、 前記絞り弁の前記第１の出口と流体連通した第１の入口を持つタービンを備え
    たターボチャージャーと、 排気ガスを受け入れる第２の入口及び前記吸気マニホールドと流体連通した第
    ２の出口を持つ排気ガス再循環弁と、 前記第１の圧力と対応する第１の信号を発生するための第１のセンサと、 前記第２の圧力と対応する第２の信号を発生するための第２のセンサと、 前記第１の信号及び前記第２の信号に応答する制御装置であって、前記流れ制
    限装置を作動して前記第１の圧力が第２の圧力以上であるように前記第１の圧力
    を上昇する制御装置とを含むシステム。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のシステムにおいて、前記排気ガス再循
    環弁は、前記第２の入口及び前記第２の出口が流体連通した開放位置と第２の出
    口が前記第２の入口から実質的にシールされた閉鎖位置との間で作動でき、前記
    制御装置は、前記第１の圧力が前記第２の圧力よりも大きい場合に前記排気ガス
    再循環弁を開放する、システム。
  14. 【請求項１４】 請求項１２に記載のシステムにおいて、前記制御装置はデ
    ジタル式プロセッサを含む、システム。
  15. 【請求項１５】 排気ガスを発生する内燃エンジン用のターボチャージャー
    において、 第１の入口を持つタービンと、 第１の出口を持つコンプレッサーと、 前記タービンの前記第１の入口に流入する排気ガスを制限するための絞り弁と
    、 前記タービンの前記第１の入口と流体連通した第２の入口及び前記コンプレッ
    サーの前記第１の出口と流体連通した第２の出口を持ち、前記第２の出口が前記
    第２の入口と流体連通した開放位置及び前記第２の出口が前記第２の入口から実
    質的にシールされた閉鎖位置を持つポペット弁と、 前記タービン、前記コンプレッサー、前記絞り弁、及び前記ポペット弁を支持
    する支持ハウジングアッセンブリとを含む、ターボチャージャー。
  16. 【請求項１６】 ターボ過給式エンジンの吸気マニホールド内に所定の排気
    ガス流を再循環するための方法において、 内燃エンジン、このエンジンから排気ガスを第１の圧力で受け入れ、前記エン
    ジンに吸気ガスを第２の圧力で提供するためのターボチャージャー、絞り弁、及
    び排気ガス再循環弁を提供する工程と、 前記ターボチャージャーに提供された第１の排気圧力を、この第１の排気圧力
    が前記第２の吸気圧力よりも大きくなるまで上昇するように絞り弁を調節する工
    程と、 排気ガス再循環弁を開放し、排気ガスを吸気ガスに再循環する工程と、 絞り弁を再調節し所定の排気ガス流を得る工程とを含む、方法。
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