JP2003503626A - 排気ガス再循環を持つ燃焼機関 - Google Patents
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Abstract
Description
ビンにより駆動されたコンプレッサーの助けにより過給が行われる機関、を用い
ることが益々一般的となっている。高出力では、通常の機関よりより大きなチャ
ージが用いられる。ノッキングと過大な燃焼圧を避けるために、チャージ圧は制
限され点火は比較的遅れて実現される。これは燃焼ガスが膨張する機会が小さい
こと、同時に膨張時の温度低下はそれ程大きくないことを意味する。排気ガスの
温度は従って高くなる。問題は新チャージの加熱及びその早期点火の危険を伴う
、シリンダー内の残留ガスの占有率が高いという事実によりさらに悪化させられ
る。出来る限り管理可能な排気ガス温度を得るために、動力取出しが高いところ
では、シリンダー中の冷却媒体として過剰燃料を持つ、機関のためにリッチ混合
を用いることが通例である。
この部分に到達する前に自己点火するという事実と関連する。その結果は非常に
早い燃焼と圧力波、またはノッキングである。シリンダー内の最終温度は初期温
度に依存し、従って初期温度ができる限り低いことが望ましい。しかし、これに
関しての一問題は熱残留ガスからシリンダーを空にすることが困難なことであり
、そこではこれらのガスが初期温度を上げ、それにより圧力増加及び動力取出し
の期待を減少する。
とは既知である。通常の排気集合部と排気ガスタービンとの間で、排気ガスが引
き出され、冷却後機関に再循環される。この解決策の欠点は、再循環ガス成分が
増えると排気集合部内の圧力が増えること、それによりシリンダー内の熱残留ガ
スの割合がまた増えること、従って圧縮前のシリンダー内の温度が希望の範囲に
下げられないことである。
ことである。更なる目的はこれをできるだけ簡単な手段で達成することである。
れた区別される特徴を持つ燃焼機関の構成により達成される。
シリンダーをより効果的に空にすることが達成され、それにより冷却された排気
ガスの大量の再循環が可能となる。圧縮前のシリンダー内の温度は従ってこれま
で可能でなかった水準まで下げられることができる。これは排気ガスが燃焼速度
を下げるという事実と組み合わされて、動力取出しが改善されることができるこ
とを意味する。加えて、従来の場合のように、冷却媒体として使用するために燃
料が過剰に噴出される必要がないという事実のおかげで燃料がより良好に利用さ
れる。
関特性を得るために種々の方法で排気ガス再循環を制御することが可能である。
例えば排気ガス再循環を可能とする制御弁を徐々に開くこと、同時に第二制御弁
が徐々に閉じられることが望ましいかもしれない。例えば種々の負荷で機関がど
のように応答することが必要であるかに依存して他の変更例がまた可能である。
々の負荷形式で異なる方式で開閉するような方法で制御することもまた考えられ
る。
ず、機関への損傷の危険を減らす。
から誘導されることができよう。
であろう。
を概略的表現で示す。この機関のシリンダーのそれぞれは少なくとも二つの排気
弁2と3を持つ。シリンダーの第一排気弁2から排気ガスはシリンダーに共通し
ている第一排気集合部4に導き出され、シリンダーの第二排気弁3から排気ガス
はシリンダーに共通している第二排気集合部5に導き出される。
、タービン7と前記タービンにより駆動されるコンプレッサー8を備えている。
排気ガスタービン7は第一排気集合部4から供給され、排気管9により通常の触
媒体及び一つまたはそれ以上の消音器(図示せず)に連結されている。コンプレ
ッサー8の出口は冷却器11を含む管10により機関の吸気管12に連結されて
おり、そこから機関はシリンダー当たり少なくとも一つの吸気弁13を介して供
給される。機関への空気量はスロットル弁14により調節される。第二排気集合
部5は管15により機関の入口に連結され、管16により排気管9に連結されて
いる。管15内に排気冷却器17があり、この上流に第一制御弁18がある。第
二制御弁19が管16内に配置されている。
行程の開始時に開き、排気弁3は排気行程の終わりに開く。これは排気行程の開
始時に強力な排気ガスパルスがタービン7を駆動するために用いられ、一方排気
ガスパルスの低圧部が排気弁2が第一排気集合部4への連結を閉じたとき第二排
気集合部5を介して導き出されるという効果を持つ。
循環のための装置、を形成し、このEGR装置は従ってターボコンプレッサー6
の上流の機関の排気システムに連結されている。
両方共閉じられている制御弁18と19により全体的に閉じられている。排気弁
3がまだ開いておりかつピストンがその上死点に達する前に吸気弁13が既に開
いている結果として、排気ガスの一部はシリンダー中に残るように強制される。
排気弁はこの段階で既に閉じており、従って第一排気集合部4内の高圧力からも
たらされるポンプ損失は排除される。
ことができる。この負荷範囲内では良好な容積効率及び迅速燃焼を持つことが重
要である。これは制御弁18が閉じられており制御弁19が対照的に開いている
ことにより達成される。第二排気集合部5内の排気ガスは従って今や管16を介
して排気管9に流出することができる。これは吸気圧が大気圧より小さい場合で
排気ガスの少量がシリンダー内に残るときは別として、各シリンダーの排気ガス
が効果的に空になることを可能とする。
排気ガスの比較的大量の追加的寄与で運転される。これは制御弁18が開かれ、
制御弁19が閉じられることにより達成される。シリンダーからタービン7に流
出しなかった熱残留ガスは今や第二排気集合部5に流出することができ、そこか
ら排気冷却器17内で冷却後、機関に戻されることができる。シリンダー内のガ
ス温度は従って圧縮前に下げられることができ、加えて、ゆっくりした燃焼が可
能となる。これは、ノッキングの危険を減らし、機関からのより良好な動力取出
しを可能とする。シリンダーからのガスの最後の残りが機関に戻されることの結
果として、未燃焼HC生成物が大気中に逃げるのを防ぎ、これは環境的観点から
有利である。この機関は今や高負荷下でさえも化学量論的に運転されることがで
き、排出された汚染物の量は通常の三元触媒体の助けにより制御下に保たれるこ
とができる。
Claims (9)
- 【請求項1】 複数のシリンダーを持ちかつ機関を過給するための排気ガス
駆動ターボコンプレッサー(6)を持つ燃焼機関であって、この機関が排気ガス
を機関に再循環するための装置(20)を備えており、かつこの装置がターボコ
ンプレッサー(6)の上流で機関の排気システムに連結されておりかつ再循環排
気ガスのための冷却装置(17)を備えているものにおいて、機関がシリンダー
当たり少なくとも二つの排気弁(2,3)と少なくとも一つの吸気弁(13)を
備えかつ分割された排気ガス流を持つこと、各シリンダーが第一排気弁(2)に
より第一排気集合部(4)に連結され、この第一排気ガス集合部がターボコンプ
レッサー(6)のタービン(7)の入口に連結されていること、各シリンダーが
第二排気弁(3)により第二排気集合部(5)に連結され、この第二排気集合部
がタービン(7)の下流で機関の排気システム(9)に連結されていること、及
び第二排気集合部が排気ガスを機関に再循環するための装置(20)の一部を形
成しかつ冷却装置(17)により機関の吸気口に連結されていることを特徴とす
る燃焼機関。 - 【請求項2】 冷却装置(17)の上流に第二排気集合部(5)から機関へ
の再循環排気ガスの量を調節するための第一制御弁(18)があることを特徴と
する請求項1に記載の燃焼機関。 - 【請求項3】 第一制御弁(18)が高機関負荷では開いているがその他の
場合は閉じているように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の燃焼
機関。 - 【請求項4】 第二制御弁(19)が第二排気集合部(5)と排気ガスター
ビン(7)の下流の排気管(9)との間の連結部(16)に配置されていること
を特徴とする請求項2または3に記載の燃焼機関。 - 【請求項5】 第二制御弁(19)が低及び高機関負荷下では閉じているが
その間では開いているように配置されていることを特徴とする請求項4に記載の
燃焼機関。 - 【請求項6】 第二制御弁(19)が機関の吸気圧がほぼ80−110kP
aであるときにのみ開いているように配置されていることを特徴とする請求項5
に記載の燃焼機関。 - 【請求項7】 排気ガスを機関に再循環するための装置(20)がスロット
ル弁(14)の上流の機関の吸気口に連結されていることを特徴とする請求項1
から6のいずれかに記載の燃焼機関。 - 【請求項8】 排気弁(2,3)が再循環排気ガスの量を調節するための相
互可変弁開閉時期を持つことを特徴とする請求項1に記載の燃焼機関。 - 【請求項9】 排気弁(2,3)の弁開閉時期が機関負荷の関数として可変
であることを特徴とする請求項8に記載の燃焼機関。
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