JP2003535264A - 過給ジーゼル機関のための低圧排気ガス再循環システム - Google Patents

過給ジーゼル機関のための低圧排気ガス再循環システム

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Abstract

(57)【要約】 ジーゼル機関を備えた移動している乗り物のための、受動的改良的システムとしての使用に適した低圧ＥＧＲシステムが開示される。ＥＧＲループ入口（５１）はループ中のＥＧＲ流を確保するために排気粒子状物質フィルターにより形成された背圧を使用するために、排気粒子状物質フィルター（３４）の上流そしてタービン（２９）の下流に配置される。ＥＧＲピックアップ（５１）と連絡した触媒化すすフィルターは空気フィルター（２７）の下流そしてコンプレサー（２８）の上流のＥＧＲリターンにおいて浄化ＥＧＲガスを確保する。波形のＥＧＲライン（５０）がＥＧＲガスの冷却をもたらす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［発明の分野］ 本発明は概括的にジーゼル機関の排気ガスの再循環（ＥＧＲ）システム、そし
てより具体的にはジーゼル機関の低圧ＥＧＲシステムに関する。
【０００２】 本発明はＥＧＲシステムをもたないジーゼル機関を備えた乗り物への改良的適
用に特に適した、受動的、低圧ＥＧＲシステムに特に適用可能であり、それに関
して説明されるであろう。しかし、当業者は、本発明がより広範な適用を有し、
ＯＥＭのジーゼル機関動力の乗り物に対する現代の提唱排気物基準に合格するた
めの乗り物のＥＣＵ（ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ，機関制御ユニ
ット）と統合することができるかもしくは、動力発生機に使用されるような定置
ジーゼル機関の用途に適用することができることを認めるであろう。
【０００３】 ［引用による取り込み］ 以下の米国特許を本明細書中に引用により取り込み、その一部にするので、機
関の操作、ＥＧＲシステムおよびシステムの構成部品に関する詳細を本明細書で
詳細に説明する必要はない。 ａ）”Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｘｈａｕｓｔ
Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ａｕｇｍｅｎｔａｉｏｎ ｉｎ ａｎ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏ
ｎ Ｅｎｇｉｎｅ”，と題する１９９９年７月２７日公布のＫｈａｉｒに対する
米国特許第５，９２７，０７５号明細書、 ｂ）”Ｅｘｈａｕｓｔ−Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ｆｏｒ ａ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｄ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉ
ｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ”と題する１９９９年１２月２１日公布のＢａｅｒｔ等に対
する米国特許第６，００３，３１６号明細書、 ｃ）”Ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｅｘｈａｕｓｔ，
ａｎｄ Ｎａｔｕｒａｌ−ｇａｓ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ”と題
する１９９９年９月７日公布のＳｍｉｔｈ等に対する米国特許第５，９４７，０
６３号明細書、 ｄ）”Ａｉｒ−Ｃｏｏｌｅｄ Ｔｙｐｅ Ｉｎｔｅｒｃｏｏｌｅｒ ｆｏｒ ａ
Ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎ
ｇｉｎｅ”と題する１９８７年１０月２７日に公布のＳａｉｔｏ等に対する米国
特許第４，７０２，０７９号明細書および ｅ）”Ｃａｔａｌｙｚｅｄ Ｄｉｅｓｅｌ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｐａｒｔｉｃｕｌ
ａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ”と題する１９９２年３月３１日公布のＤｅｔｔｌｉｎｇ
等に対する米国特許第５，１００，６３２号明細書。
【０００４】 本明細書中に引用により取り込まれた特許はどれも本発明のどんな部分をも形
成していない。
【０００５】 ［発明の背景］ ジーゼル機関を動力とする大型乗り物の現在の米国の排気基準は４．０ｇ／ｂ
ｈｐ−時間（１時間当たりブレーキ馬力当たりグラム数）を超えるＮＯｘ（窒素
酸化物）を排気しないすべての新規な機関を必要とする。機関製造業者は機関の
設計に対する様々な改良物、燃料注入装置に対する進歩、複雑な機関制御、等に
よりこの基準を満たすことができた。米国環境保護局（ＥＰＡ）による排気規制
の厳格化はまもなく、２００２年までに２．５ｇ／ｂｈｐ−時間以下のＮＯｘお
よび０．１０ｇ／ｂｈｐ−時間以下の粒子状物質排出物を生成する大型乗り物用
ジーゼルを要求するであろう。この新規な基準を満たすことはＥＧＲシステムの
使用を恐らく必要とするであろう。
【０００６】 ほとんど２０年間前から、ＥＧＲシステムはＮＯｘ排気を減少させることが知
られてき、今日開発されたように、過去および現在の排出物規制を満たすために
現代のガソリン機関に有効に適用されてきた。ジーゼル機関に対するＮＯｘ基準
の厳格化のために、ＥＧＲシステムがＮＯｘの減少のためにジーゼル機関排気シ
ステムに対する適用につき研究されてき、現在も研究されている。しかし、ジー
ゼル機関に対するＥＧＲシステムの適用は以下、すなわち Ａ）ＥＧＲライン上の不十分な差圧がＥＧＲライン中の排気ガスの実質的な流量
を許さない。ガソリン機関はＥＧＲループ中の排気ガスのスリップ流を駆動する
のに十分な真空を生成する空気の入口にスロットルを有する。ジーゼル機関、特
に大型ジーゼル機関はそのようなスロットルをもたない。 Ｂ）ジーゼル機関はＥＧＲガス中に存在する粒子状物質、主としてすすで汚染さ
れることができる。ジーゼル排気はガソリン機関の排気ガス中には概括的には存
在しない大量のすすを含有する。 Ｃ）機関入口中への排気ガスの再循環が燃焼過程の劣化により、未燃焼燃料成分
および粒子状物質の排出を増加させる、 を含む、ジーゼル機関に特有の幾つかの著明なチャレンジもしくは問題点を提供
する。
【０００７】 （Ａ）項に挙げた不十分な差圧問題を克服するために、いわゆる高圧ＥＧＲ（
「短路」としても知られる）システムが開発された。このシステムは先行技術の
図１および１Ａにスキームにより描かれている。図１はターボ過給機２を備えた
機関１を示す。外気が空気フィルター３をとおって機関中に吸引され、そこでタ
ーボ過給機２のコンプレッサーもしくはチャージャー４をとおって圧縮され、次
に中間冷却器５をとおって冷却され、次に機関１中に侵入する。機関１からの排
気ガスはタービン６（コンプレッサー４を駆動するターボ過給機２の）を通過し
、次に排気システムをとおって大気中に通過する。タッシュ線７として示した高
圧ＥＧＲループはタービン６の上流にあるＥＧＲループ７の入口末端７ｉと、ブ
ースト空気中間冷却器５の下流にあるＥＧＲループ７の出口末端７iiとの間の排
気ガスのスリップ流を再循環させる。ＥＧＲループの入口および出口末端７ｉ、
７ii間には僅かな差圧が自然に存在する。ＥＧＲループ７中の差圧はターボ過給
機２をディレート（ｄｅ−ｒａｔｅ）することにより作為的に高められる。通常
のターボ過給機においては、これは排気および／もしくは空気流条件に影響する
適当な内部の幾何学的構造により達成される。現代の変動可能な幾何学的構造の
ターボ過給機（ＶＧＴ）においては、これは機関制御ユニット（ＥＣＵ）により
制御される調節装置により達成される。ＥＧＲ弁１０はＥＧＲ流を制御し、具体
的には真空もしくは圧力により操作されるがまた、機関のＥＣＵによっても制御
することができる。ターボ過給機のディレートはその効率を減少させるが、図１
の高圧ＥＧＲシステムは前記のように、排気ガス流に対してＥＧＲライン７をと
おる十分な差圧を提供するであろう。更に、機関の汚染は内部の構成部品のみに
限定される。すなわち、ＥＧＲ出口７iiは中間冷却器５の下流にあるので、ＥＧ
Ｒループ７中の排気ガスから生成される汚染はコンプレッサー４および中間冷却
器５中には存在しない。
【０００８】 しかし、高圧ＥＧＲシステムは前記の項ＢおよびＣの汚染問題は排除しない。
実際、高圧ＥＧＲシステムを備えた機関は機関中に再循環されるＥＧＲライン７
中の汚れた排気により惹起される耐久性の問題を被る。更に、機関の燃焼室およ
び作為的にディレートしたターボ過給機内の排気の存在は機関の燃焼効率を低下
させる。
【０００９】 更に、機関に重要な影響を有する、高圧ＥＧＲシステムにより惹起される、よ
り複雑な問題が存在する。タービン６の上流にループ入口（ピックアップ）７ｉ
を配置することにより、ＥＧＲガスの温度はそうでない場合に予想されるより高
く、中間冷却器および機関燃焼室への短い移動距離のために、ループ出口（リタ
ーン）７iiに通常、ベンチュリーの形態のミキサーを必要とする。高いＥＧＲ温
度のために、ＥＧＲライン７に追加の冷却器８が必要とされる。このようなＥＧ
Ｒ冷却器は具体的には機関冷却システムからの冷却液を使用し、システムに追加
の負荷を課す。あるいはまた、ＥＧＲ冷却器が単に適用されない場合は、機関中
への流入ガス温度が上昇して、追加の燃料消費を引き起こす。重要なことには、
ＥＧＲ冷却器８は高価で非耐久性の構成装置であることが判明した。粒子状物質
による汚染のために早急に詰まらせるものは具体的には、ガス対水の熱交換機で
ある。ＥＧＲ冷却器８の汚染はＥＧＲライン７中に触媒もしくはすすフィルター
９を挿入することにより実験している他の研究者により取り組まれていると考え
られる。その考えは、触媒／すすフィルターがＥＧＲガスを浄化して、ＥＧＲ冷
却器８の栓塞もしくは汚染を回避するであろうというものである。しかし、この
ようなシステムの成功した実施は未だ示されていない。高圧ＥＧＲループ中への
触媒／すすフィルターの付加はＥＧＲガス流に追加の制約を付加し、追加の関連
燃料の消費を惹起するターボ過給機の更なるディレートを必要とするかも知れな
い。最大のＮＯｘ除去を達成するためにはＥＧＲガスの有効な冷却が必要である
ことを認めることができる。しかし、ＥＧＲガスが最大のＮＯｘ除去を達成する
ためにその露点より下に冷却されると、水分がＥＧＲループ中で凝縮するであろ
う。この水分が窒素酸化物および硫酸塩と反応して硝酸および硫酸を形成し、そ
れらが（これらもまた機関および燃焼過程に有害効果を有するあらゆる凝縮水と
ともに）機関の燃焼室に再循環される時に機関の金属部品に有害作用を有する。
この問題は、最近のＥＧＲシステムにおいては、ＥＧＲガス温度をその露点より
上に維持することにより処理される。しかし、この修正的もしくは回避的実行は
ＥＧＲシステムのＮＯｘ除去能の使用低下をもたらす。
【００１０】 最後に、図１は示された高圧ＥＧＲシステムの実質的欠点が比較的複雑な制御
システムの存在であることを示す。示された高圧ＥＧＲループの基礎的制御装置
は真空もしくは加圧操作ＥＧＲ流弁１０を含み、より複雑なシステムはまた、機
関のＥＣＵをとおるターボ過給機２を制御するであろう。ＥＧＲループ出口７ii
において適当な空気／ガス混合を確保するために、ベンチュリーもしくは他の混
合装置を必要とする。高圧ＥＧＲシステムの全体的複雑性がそれを実際に改良的
適用に非実際的なものにさせる。大部分の現代の大型ジーゼル動力の乗り物はＥ
ＧＲシステムを備えておらず、それらのＥＣＵはＥＧＲシステムを備えた機関を
制御するようにコードされていない。ターボ過給機の再構築もしくは置き換え、
ＥＣＵの再コード化もしくは置き換え、等のような機関への実質的な修飾なしに
、排気規制を満たすであろうような受動的排気制御システムをこれらの乗り物に
備える必要が存在する。
【００１１】 高圧システムに対する代替物は低圧ＥＧＲ（「長路」としても知られている）
であり、本発明はこのようなシステムに関する。低圧ＥＧＲシステムは機関の２
カ所の低圧地点間に排気ガスを再循環させる。具体的には、ＥＧＲラインの入口
（ピックアップ）がタービンの下流にあり、ＥＧＲラインの出口（リターン）が
コンプレッサーの上流そして図１Ａの点−ダッシュ線７Ａにより示した空気フィ
ルターの下流にある。本発明が開示されるまで、このようなシステムは以下の問
題のために、ジーゼル機関に実際的であるとは考えられなかった、すなわち ｉ）ＥＧＲライン中に排気ガス流を駆動させるには不十分な差圧が存在する、そ
して ii）ＥＧＲガスは低圧ＥＧＲループ中のコンプレッサーおよび空気の中間冷却器
中を移動するために、高圧ループのものより著しい機関の汚染が存在する。
【００１２】 具体的には、低圧ＥＧＲループの排気および取り込み部分間の差圧は機関の低
いおよび機関の中程度の負荷においてはごく僅かである。排気ガスの再循環は高
い機関負荷においてのみ起こる。尾管を絞って排気中に追加の背圧を形成するか
もしくは取り込み空気流を絞って取り込み物中に真空を生成することがＥＧＲ流
量を人工的に増加することができることは知られている。しかし、このような修
正は、高負荷の機関運転中に必要なＥＧＲ流量を許さない機関の出力、燃料効率
、耐久性および安全性の考慮物に悪い影響を与える制約をもたらす。概括的に、
本発明が開示されるまで、低圧ＥＧＲシステムが産業により受け容れられない主
要な理由は ａ）低圧システム中のすすによる僅かな汚染ですら重大な機関の故障を引き起こ
し、認容することができない、そして ｂ）コンプレッサーの入口の高温が許容できない、 ことである。
【００１３】 しかし、高圧ＥＧＲシステムに比較すると、自然に、より低いＥＧＲ温度のよ
うな低圧ＥＧＲシステムの幾つかの魅力的な特徴が存在する。
【００１４】 ハイブリッドＥＧＲ、高圧および低圧ＥＧＲシステムの組み合わせ物も存在す
ることも言及しなければならない。このようなシステムはターボの上流のＥＧＲ
入口とコンプレッサーの上流そして図１Ａの点−点−ダッシュ線７Ｂにより示し
た取り込み空気フィルターの下流のＥＧＲ出口の間に排気を再循環するであろう
。このようなハイブリッドシステムの魅力はＥＧＲループ中の不十分な差圧の問
題、すなわち問題Ａ項に対処するその能力に存在する。すなわち、高圧／低圧の
ハイブリッドＥＧＲシステムはターボ過給機のディレートのような、ＥＧＲライ
ンに差圧を誘導するための効果を作為的に生成することなしに、比較的大きなＥ
ＧＲ流量を許すであろう。しかし、汚染の問題ＢおよびＣはこのようなシステム
に対する機関の性能および耐久性、設計および１種以上の制御装置の複雑性と同
様に解決しなければならない。産業に受け入れられるためには、これらのシステ
ムは非常に有効なＥＧＲ冷却器とともに、粒子状物質を含まないＥＧＲ流を要求
する。
【００１５】 ［発明の要約］ 従って、最少の燃料消費および馬力の減少をもたらしながら、粒子状物質を増
加させず、粒子状物質および腐食性酸性凝縮水で機関を汚染させない、ＮＯｘを
有効に減少させることができる、様々なジーゼル機関に対する改良的適用に適し
たＥＧＲシステムを提供することが本発明の主目的である。
【００１６】 本目的は本発明の他の特徴物とともに、ジーゼル機関を備えた乗り物のための
ＥＧＲシステムにおいて達成される。本システムは取り込みマニホールドに燃焼
用空気を供給するためのコンプレッサーを有するターボ過給機および、コンプレ
ッサーを操作するために排気マニホールドから排気ガスを受けるための、コンプ
レッサーに操作可能に連結されたタービンを含む。尾管の粒子状物質の排気を制
御する排気粒子状物質フィルターが、排気ガスから粒子状物質を除去するために
、タービンの出口の下流に、それと流体連絡して提供され、取り込み空気フィル
ターがコンプレッサーに濾過された燃焼用空気を供給するためにコンプレッサー
の上流に提供される。低圧ＥＧＲラインはタービンの下流そして主排気粒子状物
質フィルターの上流の入り口から、コンプレッサーの上流そして空気フィルター
の下流の出口に延伸する。ＥＧＲピックアップユニットはＥＧＲ流から粒子状物
質を除去するための小型の触媒もしくは粒子状物質フィルターを含む。主要すす
フィルターの上流にＥＧＲピックアップユニットを配置することは、主要粒子状
物質フィルターにより形成された高圧排気環境中にＥＧＲ入り口を配置させる。
更に、空気フィルターにより機関の空気取り込み体中に真空を形成させる。排気
の高い背圧および空気取り込み体中の真空が実質的なＥＧＲ流量を許すのに十分
なＥＧＲライン上の差圧を形成する。重大なことには、前記のようにＥＧＲライ
ンを配置することによりもたらされる差圧は、それに対して排出物規制を満たす
ためにＮＯｘが必要な機関運転速度および負荷において十分量の再循環排気ガス
を与え、それにより背景の項の問題Ａを解決し、燃料消費、機関出力の漏洩、等
を不可避的にもたらす高い差圧を作為的に形成する必要を伴なわずに解決する。
【００１７】 本発明の特に重要なアスペクトに従うと、ＥＧＲ粒子状物質フィルターは、そ
の上をＥＧＲラインに侵入する排気ガスが通過し、それによりＥＧＲライン中を
移動する排気ガスが触媒化表面により浄化される触媒化表面を有する。好ましく
は、ＥＧＲ粒子状物質フィルターは、ＥＧＲライン中に吸引された粒子状物質の
可溶性有機画分および不溶性画分が排気ガスから有効に除去されて、背景の項の
問題ＢおよびＣを解決する触媒でそれらの壁を被覆されたガス透過性壁流フィル
ターである。ＥＧＲ粒子状物質フィルターはＥＧＲ流に最低の制約を与えるサイ
ズをもつ。重要なことには、ＥＧＲ粒子状物質フィルターはそのサイズのおかげ
で、異常に高いＥＧＲ流量を妨げ、機関の燃焼室内に導入される過剰な排気ガス
に起因する故障から機関を防護する。例えば、主要排気粒子状物質フィルターが
詰まり、背圧を増加する場合、より小さいＥＧＲ粒子状物質フィルターは過剰に
高い流量を処理することができず、同様に、ＥＧＲ流量が危険レベルに達するか
なり前に詰まるであろう。
【００１８】 本発明の更にもう１つの重要な特徴物に従うと、乗り物がＥＧＲライン内の排
気ガスの温度を正常範囲に低下させるために移動している時にＥＧＲラインの少
なくとも１部との外気熱移動接触のために、ＥＧＲラインは乗り物内に波形にさ
れ、寸法決定されそして配置される。全負荷運転における機関試験により確立さ
れた正常な復帰点温度範囲は約２００〜２５０℃であるので、ＥＧＲライン内の
排気ガスの外部冷却は回避される。取り込み空気と混合する時に、正常範囲の復
帰点温度におけるＥＧＲガスは、非常に安全なコンプレッサー運転温度範囲を表
わす、約４８〜５５℃のコンプレッサー入り口温度をもたらす。重要なことには
、ＥＧＲの復帰温度を低下させることにより、高いコンプレッサー入り口温度（
背景の項に説明されたように、これまで低圧ＥＧＲシステムが使用されなかった
理由の１つ）が回避され、そして重要なことには、これまでに定義されたシステ
ムがＥＧＲシステムを備えていない既存のジーゼル動力の乗り物に対する改良的
適用に容易に適合される受動的ＥＧＲシステムとして役立つことができる。この
ような「自動冷却」の特徴が通常のＥＧＲ冷却器と組み合わせることができ、組
み合わせなければならないことを認識することは重要である。このような組み合
わせ物がより良好な性能およびより広範な適用範囲をもたらすであろう。
【００１９】 また更なるシステムは、高圧ＥＧＲシステムにより使用されたベンチュリーの
ようなあらゆる特別のＥＧＲガス−空気混合装置の不在を特徴とする。燃焼用空
気およびＥＧＲガスの完全な混合が起こるように機関燃焼室内に導入する前に、
コンプレッサーおよび空気の中間冷却器内を通過する長い移動を提供するために
、ＥＧＲ出口が機関の空気導入路内に配置されるために、混合装置を必要としな
い。
【００２０】 本発明のもう１つの重要な特徴物に従うと、本発明のＥＧＲシステムは更に、
より良い機関性能のために、空気−ＥＧＲ混合物をその露点より下に冷却するた
めにコンプレッサーの下流に中間冷却器を使用する。従って、本発明は、中間冷
却器に、凝縮した酸性の水（冷却された空気−ＥＧＲ混合物から生成される）を
回収するための溜めおよび、凝縮した酸性の水が機関内に侵入して、金属の表面
の腐食、潤滑油の希釈および中間冷却器中の空気流に更なる制約を引き起こすこ
とを防止するために、溜め中に回収された水量を計量するための水レベルセンサ
ーを備えることを提供する。凝縮物はまた、それを除去されないと冬季に氷の形
成をもたらし、中間冷却器を詰まらせる可能性がある。従って、凝縮水の酸の除
去を確保するための本発明の特別の特徴は、液体レベルセンサーおよび溜めを伴
なう電気作動ソレノイド排水弁の提供である。排水弁は溜めが正圧下にある時に
、機関運転条件が真空が中間冷却器上にかけられるようなものである場合は、機
関中への凝縮水の偶発的吸引を回避するように設定された液体センサーの値に対
応して溜めを排水するように作動する。
【００２１】 本発明のまたもう１つの特徴物に従うと、本発明のシステムは現代の電気制御
機関に対するあらゆる高圧ＥＧＲと全く同様に、能動的制御モードで作動するこ
とができる。この場合には、ＥＧＲ流の弁および取り込み／排気スロットルが必
要である。ＥＧＲ冷却器はまた、「必要に応じて」使用することができる。
【００２２】 従って、ジーゼル機関、好ましくは大型のジーゼル機関により動力を与えられ
る乗り物のための低圧ＥＧＲシステムを提供することが本発明の全般的目的であ
る。
【００２３】 ジーゼル機関を備えた乗り物のための受動的、低圧ＥＧＲシステムを提供する
ことが本発明のもう１つの目的である。
【００２４】 本発明の更にもう１つの目的はジーゼル機関、好ましくは、強力な機関の適用
により動力を与えられる乗り物への改良的適用のための受動的ＥＧＲシステムを
提供することである。
【００２５】 本発明の更にもう１つの目的は標準の強力ＦＴＰ試験サイクル期間中に２．５
ｇ／ｂｈｐ−時間以下にＮＯｘ排出を制限する近未来のＥＰＡ規制に合格するジ
ーゼル機関を備えた大型の乗り物のための受動的ＥＧＲシステムを提供すること
である。
【００２６】 本発明の更にもう１つの目的は酸性の凝縮水が機関の燃焼室内に侵入すること
を防止する、走行乗り物上のジーゼル機関のためのＥＧＲシステムを提供するこ
とである。
【００２７】 本発明の重要な目的は、再循環された排気ガスが清浄で、可溶性および不溶性
粒子状物質画分を含まないジーゼル機関により動力を与えられる乗り物に低圧Ｅ
ＧＲシステムを提供することである。
【００２８】 本発明のまたもう１つの目的は、以下の運転の特徴、 ａ）ＥＧＲラインに差圧を誘導するために機関運転を作為的に変更もしくは修正
する必要を伴なわず、ＥＧＲループを運転するのに十分な差圧、 ｂ）特別な冷却器を追加する必要を伴なわず、ＥＧＲラインの壁をとおる自然の
熱移動を使用するＥＧＲガス冷却、 ｃ）機関の汚染を防止し、機関が未燃焼燃料成分および粒子状物質の排出を増加
することを防止する清浄なＥＧＲガス、 ｄ）最少のＮＯｘ形成を伴なう、機関性能を改善するための低いＥＧＲおよび燃
焼用空気／ＥＧＲ混合物の温度、 ｅ）過剰濃度のＥＧＲガスが機関に侵入することを防止する故障防止ＥＧＲピッ
クアップ配列、 ｆ）混合装置の必要を伴なわずに、燃焼用空気のＥＧＲガスとの優れた混合、 ｇ）受動的ＥＧＲの適用、 の１項もしくはそれ以上もしくはそれらのあらゆる組み合わせを有するジーゼル
機関を備えた乗り物のための低圧ＥＧＲシステムを提供することである。
【００２９】 本発明の更にもう１つの目的は、ジーゼル動力の乗り物のための能動的な低圧
ＥＧＲシステムを提供することである。
【００３０】 本発明の更にもう１つの目的は、ジーゼル機関に容易に適合できる安価なＥＧ
Ｒシステムを提供することである。
【００３１】 本発明の様々な目的、特徴物および利点は図面と関連して採られ、以下に説明
される「発明の詳細な説明」の項を読み、理解する際に、当業者に明白になるで
あろう。
【００３２】 本発明は本発明の一部を形成する図面と一緒にそしてそれらと関連して採用さ
れたある部品およびある部品の配列の形態を採ることができる。
【００３３】 ［発明の詳細な説明］ 今度は、表示が本発明の好ましい態様および代替的態様を表わすためのみのも
のであり、それらを制約するためのものではない図面に関して、図２には、複数
の燃焼室２１を有するジーゼル機関２０が示され、そこで各室は取り込みマニホ
ールド２３と時刻を決めて作動する流体連絡を確立している取り込み弁２２およ
び、排気マニホールド２５と時刻を決めて作動する流体連絡を確立している排気
弁２４を有する。
【００３４】 燃焼用空気は空気フィルター２７をとおして吸引された外気により取り込みマ
ニホールド２３に供給される。用語の一貫性のために、一旦外気が濾過されて、
空気フィルター２７をとおってシステム中に吸引されると、それは燃焼用空気と
呼ばれるであろう。燃焼用空気はターボ過給機３０のチャージャー、過給機もし
くはコンプレッサー２８（以下ではコンプレッサーと呼ぶ）を通過し、そこでそ
れは圧縮され、圧縮の過程で加熱される。従って、圧縮され、加熱された燃焼用
空気はアフタークーラーもしくは中間冷却器３１（以下中間冷却器と呼ぶ）中で
冷却され、次に取り込みマニホールド２３に通過する。
【００３５】 以後「排気ガス」と呼ばれる、燃焼室２１内で生成された燃焼生成物は排気マ
ニホールド２５に排気され、既知の方法でコンプレッサー２８を操作可能に駆動
するターボ過給機３０中のタービン２９を通過させる。タービン２９から排気ガ
スは以後「排気粒子状物質フィルター」と呼ばれる排気のすすもしくは粒子状物
質フィルター３４を通過し、次に大気中に排気される。排気粒子状物質フィルタ
ー３４はすすおよび他の固体粒子状物質を排気ガスから除去し、場合によっては
、炭化水素（ＨＣ）およびＣＯのような非燃焼燃料成分を酸化するために酸化触
媒でコートすることができる。排気粒子状物質フィルターの１例は、すべて本明
細書に引用により取り込まれ、その一部とされた１９９６年９月２日公布のＣｈ
ａｄｄｅｒｔｏｎ等に対する指定者の米国特許第５，５５１，９７１号明細書お
よびその中に引用された特許、並びに１９９２年３月３１日公布のＤｅｔｔｌｉ
ｎｇ等に対する米国特許第５，１００，６３２号明細書およびその中に引用され
た特許中に示されている。排気粒子状物質フィルター３４の更に詳細な説明につ
いては米国特許第５，５５１，９７１号および５，１００，６３２号およびその
中に引用された特許明細書を参照しなければならない。以上に説明したように、
本システムは極めて在来型である。
【００３６】 燃焼用空気および排気ガスの流れおよびそれらの温度は機関２０の速度および
負荷の関数であることを認めることができる。本発明の低圧ＥＧＲシステムはこ
の環境で機能しなければならないので、一般的な意味で全負荷運転期間中に測定
した「低」、「中程度」および「高」機関速度に対して述べられたシステム中の
燃焼用空気および排気ガスの温度および圧力をリストにすることは本発明の理解
に有益であろう。具体的には、空気フィルター２７とコンプレッサー２８間の空
気流入ダクト４０、コンプレッサー２８と中間冷却器３１間のコンプレッサーダ
クト４１、中間冷却器３１と取り込みマニホールド２３間の中間冷却器ダクト４
２、排気マニホールド２５とタービン２９間の機関排気ダクト４４、タービン２
９と粒子状物質フィルター３４間のタービン排気ダクト４５、および尾管４６が
、考えられるＥＧＲループを配置することができるシステムの位置を概括的に規
定する。概括的に、様々な機関運転条件に対する特定のダクトにおける燃焼用空
気もしくは排気ガスの温度および圧力が全トルク条件下で、２５〜３５℃の外気
温度で試験されたＭ−１１Ｃｕｍｍｉｎｓトラックの機関に対して表形態で以下
に示したように記録された。
【００３７】
【表１】
【００３８】 本発明のシステムはタービン２９の下流そして排気粒子状物質フィルター３４
の上流の排気ダクト４５中に配置された入口（ピックアップ）５１および、空気
フィルター２７の下流そしてコンプレッサー２８の上流の空気流入ダクト４０中
の出口（リターン）５２をもつ低圧ＥＧＲライン５０を取り入れている。場合に
よっては、ＥＧＲライン５０に、ＥＧＲ流量制御弁５４およびＥＧＲ冷却器５５
を含む。表中のデータから、入口５１と５２間のＥＧＲライン５０上で、低い機
関速度において約１．９”Ｈｇ、中程度の機関速度において２．９”Ｈｇ、そし
て高速の機関速度において５．２”Ｈｇの差圧が存在することが認められる。前
記の位置における差圧は全負荷下で１０００〜１８００ｒｐｍの機関速度範囲で
全排気質量流量の約１２．２〜１３．８％のＥＧＲ流量を生成するのに十分であ
る。特に本発明のシステムが以下に更に説明されるようにＥＧＲガスを浄化して
温度を低下する時には１個以上の燃焼室２１に配達されるＥＧＲガスの量は標準
ＦＴＰ試験サイクル上で機関２０からのＮＯｘ排気の３５％の減少を示すのに十
分である。
【００３９】 今度は図３において、ＥＧＲ入口５１においてピックアップ管５８と流体連絡
している出口をもつＥＧＲ粒子状物質フィルター５７を収納するための排気粒子
状物質フィルター３４のハウジングに対する修飾体が示される。ＥＧＲ粒子状物
質フィルター５７の入口５９が排気粒子状物質フィルター３４の入口に面して、
排気粒子状物質フィルター３４により生成された背圧のために、図３に示したよ
うに排気ガスを逆流させる(loop back)ことに注目されたい。この配向はＥＧＲ
フィルター入口５９中への排気ガスの静かな流動を与える傾向があるので、好ま
しい。しかし、フィルター入口５９が開放して侵入してくる排気ガスを受け入れ
る場合は、ＥＧＲ粒子状物質フィルター５７が機能するであろう。ＥＧＲ入口５
１が排気ガス粒子状物質フィルター３４の上流にあるために、排気ガスは燃焼室
２１を排出する時にそれらが有するものと本質的に同様な組成をもつことを認識
することができる。
【００４０】 周知のように、ジーゼル機関からの排気ガスは乾燥した、固体の炭素含有(car
bonaceous)画分および可溶性有機画分（”ＳＯＦ”）の双方を含んで成る粒子状
物質のみならず、炭化水素（ＨＣ）、酸化窒素（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）
のような気体状汚染物を含む。ＳＯＦは不燃のおよび部分的に燃焼したジーゼル
燃料からもたらさせる、具体的にはＣ9を越え、通常Ｃ12〜Ｃ50の範囲の高分子
量ＨＣおよび潤滑油を含んで成る。ＳＯＦは排気の温度に応じて蒸気相もしくは
液相のいずれかまたは双方としてジーゼル排気中に存在し、更に固体炭素含有画
分上に吸着されることができる。更に、排気は亜鉛およびリン酸塩（潤滑油から
もたらされる）、カルシウム、マグネシウムおよびケイ酸塩（機関の冷却材から
もたらされる）および鉄（機関摩耗物からもたらされる）のような他の粒子を含
有する。それらを併せて排出灰を形成する。本明細書で使用される「粒子状物質
」はその排出ガス中に機関から放出されるすべての固体粒子およびＳＯＦを含む
完全な粒子状物質を意味する。ＥＧＲ低圧ライン５０はコンプレッサー２８の上
流にＥＧＲガスを導入するので、コンプレッサー２８の運転に悪い影響を与える
かもしくはその寿命を短縮することができるあらゆる粒子状物質をＥＧＲガスか
ら除去することが絶対に必要である。
【００４１】 従って、本発明の好ましい態様において、図４および５にスキームで示した壁
流フィルターがＥＧＲ粒子状物質フィルター５７として使用される。壁流フィル
ターはフィルターの入り口５９から出口末端６２に縦に延伸している多数のチャ
ンネル６１からできたハネカム構造物を区画する多数の交錯した薄い多孔質内壁
により相互に連絡された外壁もしくはケーシング６０を含む。隣接チャンネルの
交互の末端は参考数字６３により示すように栓塞されて、フィルターの入り口（
図４に示す）および出口末端でチェッカーボード模様をもたらす。フィルターの
上流もしくは入り口末端で開放されているチャンネルはフィルターの下流もしく
は出口末端で栓塞され、他方フィルター入り口末端で栓塞されているチャンネル
はフィルター出口末端で開放されている。この構造が排気ガスに開放流入チャン
ネルに侵入して、開放出口末端をもつ隣接チャンネル、すなわち排出チャンネル
中に多孔質壁を強制的に通過させ、それをとおしてガスがピックアップ管５８中
にフィルターを排出する。
【００４２】 具体的には、ＥＧＲ粒子状物質のフィルター５７の多孔質壁はセラミックスか
ら加工されるが、概括的に結晶、ガラスセラミックス、ガラス、金属、セメント
、樹脂もしくは有機ポリマー、紙、織物の生地（フィルターとともにもしくはそ
れを伴なわずに）およびそれらの組み合わせを含むことができる。様々なフィル
ターの詳細な説明はその明細が本明細書に引用により取り込まれている、米国特
許第４，３２９，１６２号明細書中に認めることができる。
【００４３】 ＥＧＲ粒子状物質フィルター５７の多孔性およびサイズはＥＧＲライン５０に
作為的に誘導された圧力増加を追加する必要なしに、ＥＧＲガスを再循環させる
ための本発明の低圧ＥＧＲシステムの能力にとって重要である。具体的には、排
気システム中の清浄な排気粒子状物質フィルター３４は３．０”Ｈｇまでの背圧
を生成するであろう（これは排気背圧に対する機関製造業者の規格に応じて僅か
に異なるかもしれない）。ＥＧＲ粒子状物質フィルター５７はＥＧＲライン５０
中の差圧に悪い影響を与えない、約０．１-０．３”ＨｇのＥＧＲ流に最少の制
約を与えるようになっている。好ましい態様においては、ＥＧＲフィルター５７
の基材（フィルター媒質）は本質的に排気粒子状物質フィルター３４と同一であ
る。概括的に言えば、同一もしくは同様な壁流構成幾何学を使用する排気および
ＥＧＲフィルター３４、５７に対して、ＥＧＲフィルター５７はＥＧＲ排気質量
流量と大体同様で、好ましくは、僅かにそれより過剰な排気フィルター５７の百
分率のサイズである。表にしたデータから、ＥＧＲライン５０の差圧（異なる機
関速度において１．９”、２．９”および５．２”Ｈｇ）はＥＧＲライン５０中
の総排気質量流量の１２〜１３％のＥＧＲガス質量流量をもたらした。従って、
ＥＧＲフィルター５７は排気粒子状物質フィルター３４のサイズの約１０〜１５
％の間のいずれか、すなわち＋／−２％のサイズである。好ましくは、ＥＧＲフ
ィルター５７は、ＥＧＲフィルターが全排気ガスの背圧を実質的に増加せずにＥ
ＧＲライン５０中のＥＧＲ排気ガスの流れを制約するようには働かないように、
ＥＧＲ排気流量百分率を僅かに超える総排気質量流量である、排気粒子状物質フ
ィルター５７のサイズの約１５％のサイズにすることができるであろう。本明細
書に記された試験データをそれから引用した態様においては、排気粒子状物質フ
ィルター３４（１４”の長さを伴なう１１．２５”直径）は１３９２ｉｎ3のフ
ィルター容量（チャンネル６１の総容量）を有した。ＥＧＲ粒子状物質フィルタ
ー５７は１５１ｉｎ3のフィルター容量をもち、それは排気粒子状物質フィルタ
ー５７の容量の約１１％である。排気粒子状物質フィルター５７が３”Ｈｇの背
圧を生成することができる全負荷および速度下では、ＥＧＲフィルター５７は排
気ガス背圧に約０．３”Ｈｇを付加していることに注意されたい。当業者は以上
の考察が同様に構成された排気フィルターおよびＥＧＲフィルター３４、５７に
適用され、ＥＧＲフィルターのフィルター幾何学構造もしくは壁流チャンネルの
透過性を変更して、それにもかかわらずＥＧＲフィルター５７が機関２０を排出
する排気ガス上にかかる背圧を有意に増加せずに所望の容量のＥＧＲ排気ガスを
処理することができるようなＥＧＲフィルター５７のサイズをもたらす、全く異
なるサイズ比率に達することができることを容易に認識するであろう。これらす
べての既知のサイズ決定法を本発明に使用することができる。
【００４４】 明らかに、ＥＧＲフィルター５７は比較的低いＥＧＲ流量に対してサイズ決定
されているので、排気粒子状物質フィルター３４よりずっと小さいサイズである
。従って、排気粒子状物質フィルター３４が再生（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）
のロックもしくは機関の機能不全により役目が停止する場合に、全排気流が、こ
のような大きな流量を処理することができないＥＧＲフィルター５７の方向に自
然に偏向されるであろう。従って、ＥＧＲフィルター５７は非常に急速に塞栓し
て、過剰に高いＥＧＲ流量を抑制するであろう。これが本発明の低圧ＥＧＲシス
テムの重要な著明な特徴である。
【００４５】 更に、ＥＧＲ粒子状物質フィルター５７の第１の目的は排気ガスから粒子状物
質を濾過することであるが、ＥＧＲフィルター５７はまた壁上に堆積した粒子の
酸化を促進し、ＨＣ、ＣＯおよびＳＯＦのような未燃焼燃料成分を酸化してそれ
により、未燃焼汚染物の機関への再循環を防止するための触媒壁を有することに
注意しなければならない。触媒物質は本発明の主題ではないが、それは排気粒子
状物質フィルター３４に対するものと本質的に同一である。例えば、好ましい態
様においては、フィルター容量の約５グラム／立法フィート（ｇ／ｆｔ3）の被
覆重量もしくは濃度で存在するＰｔ触媒が使用された。それはまた、ある温度に
おいてフィルターを再生する必要度のような特別な考慮物に応じて異なることが
できるであろう。ＥＧＲ粒子状物質フィルター５７および排気粒子状物質フィル
ター３４のための触媒は双方とも具体的な機関排気組成、燃料の品質、イオウ含
量、使用率等に応じて変動することができる。一般的に、あらゆる粒子状物質の
フィルターはそれがＥＧＲループから排気粒子状物質を除去する限り、低圧ＥＧ
Ｒ中に使用することができる。ＥＧＲフィルターの化学組成はＮＯｘ減少の効率
に影響を与えず、ＥＧＲシステムを備えた機関の耐久性および寿命を著しく改善
すると考えられる。
【００４６】 好ましい態様において、ＥＧＲライン５０は波形であるかもしくは図６に示す
ようにその長さの少なくとも一部は波形である。ＥＧＲライン５０は、乗り物が
移動している時に少なくともその波形部分が周囲の大気流に曝露されるように配
管されている。図６に示すように、波形は著明で、ＥＧＲライン５０の内径とＥ
ＧＲライン５０の外径の間に延伸する。その結果、ＥＧＲガスがフィン内、すな
わち波形内を実際に移動することを除いて、その波形は機関の冷却材を担持する
管の間に延伸するラジエーター中のフィンのようなフィンとして働く。ＥＧＲラ
イン５０は上記の表中に示したコンプレッサー入り口の所望の空気／ガス混合物
温度の関数としてサイズを決められる。この温度は波形のＥＧＲラインをとおっ
てＥＧＲガスから外気中への熱移動過程により制御される。熱移動等式に関与す
る因子はＥＧＲライン５０内のＥＧＲガスの流量、ラインのＩＤおよびＯＤ、ラ
インの太さ、ＥＧＲラインの線１フィート当たりの波形数およびラインの長さを
含む。参考数字６５により表わした、菱形を通過する折れ線により示したＥＧＲ
ライン入り口５１におけるＥＧＲガス温度のプロットおよび、様々な機関速度も
しくは負荷に対する参考数字６６により表わした、正方形を通過する折れ線とし
て示したＥＧＲライン出口５２におけるＥＧＲガス温度のプロットである図７を
参照することができる。図７は機関の速度を増加しても、ＥＧＲガスの出口温度
は２００℃の近位にかなり一定に維持されたことを示す。図７に示したデータに
使用したＥＧＲライン５０は１．５５”のＩＤ、２．０９”のＯＤ、０．１５”
のゲージ太さ、１２フィートの全長および直線の１フィート当たり４１個の波形
を有した。波形の存在が比較的容易な改良的適用のためのＥＧＲライン５０の湾
曲を可能にすることに注目しなければならない。あるいはまた、ＥＧＲライン５
０は所望の冷却をもたらすために管中に挿入された、管を超えて半径方向に延伸
し、相互から縦に空間を開けた薄い、輪状のフィンを有する部分をもつ通常の円
筒形の管であることができる。
【００４７】 図７に表わしたグラフは図８に表わしたグラフに参照しなければならない。図
２に関して注目されたように、ＥＧＲライン出口５２（ＥＧＲリターン５２とし
ても知られ、以下そのように呼ぶ）は空気流入ダクト４０で濾過された燃焼用空
気と浄化ＥＧＲガスを混合し、燃焼用空気を含む浄化ＥＧＲガスはコンプレッサ
ー２８の入り口に導入される。
【００４８】 本発明のＥＧＲシステムが受動的ＥＧＲシステムとして使用される時は、ＥＧ
Ｒリターン５２は、機関取り込みシステムへの漏洩のない耐久性機械的結合を単
に確保するユニットとして設計される。それは単一の部品、溶接管もしくは集成
ユニットとして製造することができるであろうが、このユニットは前記の高圧Ｅ
ＧＲシステムに使用されたベンチュリーのような空気／ＥＧＲ混合を促進するた
めのどんな特徴物をも必要としない。本発明の低圧ＥＧＲシステムが能動的シス
テムとして使用される時は、ＥＧＲリターン５２はＥＧＲガス流量を制御するた
めの取り込み空気スロットルを追加的に取り容れることができるであろう。スロ
ットル自体は空気／ＥＧＲ混合を促進するためには使用されないであろう。
【００４９】 図８は参考数字６８により示した、菱形を通過する折れ線として、様々な機関
の速度に対して、どんなＥＧＲガスもコンプレッサー２８の入り口に侵入しない
、燃焼用空気温度をプロットしている。図８はまた、参考数字６９により示した
、正方形を通過する折れ線として、様々な機関の速度に対して、コンプレッサー
２８の入り口に侵入しているＥＧＲ浄化ガスと混合された燃焼用空気をプロット
している。折れ線６９は、コンプレッサー２８の入り口のガスの温度は、図６お
よび７に関して説明されたように冷却されたＥＧＲガスが燃焼用空気中に導入さ
れる時に有意に上昇しない、ことを示す。これは、ＥＧＲガスが２００℃の温度
にかなり恒常的に冷却されることを示す図７の研究から期待されなければならな
いものと一致している。ＥＧＲガス温度はかなり一定であり、外気の燃焼用空気
温度はかなり一定であるので、折れ線６９は形成されるであろうと期待されるで
あろう。外気温度における燃焼用空気を伴なう約２００℃のＥＧＲの浄化ガスの
導入が５０〜５５℃のガス混合物温度をもたらすことは驚くべきではない。これ
は示された条件下の空気流がＥＧＲ流より約８〜９倍高い事実による。機関が全
負荷下にない場合は空気流はＥＧＲ流より有意に９倍高い。コンプレッサー入り
口のこれらの温度はコンプレッサー２８の十分に安全運転範囲内にあり、ＥＧＲ
ガスはＥＧＲ粒子状物質フィルター５７をとおして浄化されるので、ＥＧＲガス
に起因されるコンプレッサー２８に対する有害な影響はない。図７および８にプ
ロットされたグラフは定常状態のプロットである。ＦＴＰサイクルにおいては、
機関は一過性の状態をもたらす様々な負荷および速度にさらされる。大型の機関
のＦＴＰ試験サイクル期間中のＥＧＲ入り口（ＥＧＲピックアップ）５１におけ
る排気ガスの温度変化を示すプロットである図１１を参照することができる。図
１１はそのサイクル中に起こる排気ガスの一過性温度変化がコンプレッサー２８
の運転に悪い影響を与える高温「スパイク」をもたらすような数字ではないこと
を示す。
【００５０】 以上説明されたように、本発明のシステムはジーゼル機関により動力を与えら
れる乗り物、特に大型のおよび中型の乗り物に受動的ＥＧＲシステムとしての改
良的適用のために理想的に適する。（本明細書および請求項に使用される「乗り
物」はバス、トラック、乗用車、移動性および固定動力発生機、海洋乗り物、船
舶、小型船舶、飛行船、気球等を含む）。小型配達トラック、乗用車、等のよう
な様々な軽乗用車にも同様に完全に適用できる。大部分の小型の機関は比較的低
い排気温度範囲で運転されるので、提唱された低圧ＥＧＲシステムは米国特許第
５，１００，６３２号明細書に記載のような、粒子状物質フィルターの再生を確
保するための特別の特徴物、すなわち、焼き去り（ｂｕｒｎ−ｏｆｆ）もしくは
特別に調製された触媒のための外部からの熱、を必要とするかも知れない。しか
し、ＮＯｘ除去の効率はすべての前記の適用に対して概括的に同一であることが
期待される。
【００５１】 ジーゼル機関がアイドルもしくは低速度運転して、非常に僅かに負荷をかける
時には、ＥＧＲライン５０中に自然の差圧が生じる。機関速度が増加するに従っ
て、ＥＧＲラインの差圧は増加し、ＥＧＲライン５０中のＥＧＲガス流が増加す
る。しかし、ジーゼル機関はアイドルおよび低速度、特に低負荷時にはほとんど
窒素酸化物を生成しなことは周知である。窒素酸化物の生成は速度および／もし
くは負荷の増加に伴なって増加する。従って、本発明は受動的システムとして使
用され、ＥＧＲガスが必要な時に、窒素酸化物の生成を最大に制限するようにＥ
ＧＲガス流を増加する。大型の乗り物のＦＴＰ（連邦試験法）試験期間に記録さ
れた総排気質量流量の百分率として表わされた測定ＥＧＲ質量流量のプロットで
ある図１０を参照することができる。図１０は負荷／速度変化期間に起こる高い
流量の一過性現象を伴なうサイクルの低負荷および速度部分に起こる僅かなＥＧ
Ｒ流を示す。図１０にプロットされた一過性ＥＧＲ流は全トルク条件下で採取さ
れたデータを表にした定常状態に比較するべきである。ＥＧＲシステムをもたな
いＣｕｍｍｉｎｓ Ｍ−１１トラックの機関上で実施された大型のＦＴＰ試験は
３．５７ｇ／ｂｈｐ−時間のＮＯｘ排気を示した。機関に受動的ＥＧＲシステム
として本発明のシステムを備えると、ＮＯｘ排気は同一のＦＴＰ試験において２
．３ｇ／ｂｈｐ−時間に減少した。
【００５２】 ＮＯｘの減少における更なる改善は中間冷却器３１が図９に示すように修飾さ
れると、可能である。発明の背景の項で考察したように、ＮＯｘ減少のためのＥ
ＧＲシステムの完全な利点はＥＧＲガスが、燃焼室内に導入された時に冷たい場
合に認識され、燃焼用空気が冷却した状態で導入される時に機関効率が改善され
る（すなわち中間冷却器３１に対する理由）。ジーゼル機関により生成された排
気ガスが水蒸気を含有する、すなわち水蒸気は例えば、ジーゼル機関の排気ガス
の０．５〜４容量％を含んで成ることができることは周知である。ＥＧＲガスが
冷却されると、水蒸気が水として凝縮もしくは沈殿するであろう。同様に、燃焼
用空気がその露点より下に冷却されると、湿気は凝縮するであろう。燃焼室内へ
の水の注入は望ましくない。より重要なことには、凝縮水は恐らく以下の等式に
従って、ＥＧＲガス中のあらゆるイオウ酸化物および窒素酸化物と反応して硫酸
および硝酸を生成する。
【００５３】 Ｈ2Ｏ＋ＳＯ3→Ｈ2ＳＯ4 Ｈ2Ｏ＋ＮＯ2→Ｈ2ＮＯ3 本発明に従うと、中間冷却器３１は凝縮体が形成されるが酸性の凝縮水の存在
に起因されるどんな悪影響をも受けない温度に浄化ＥＧＲガスおよび燃焼用空気
を冷却するように設計され、操作されることができる。
【００５４】 図９において、具体的には空気対空気の熱交換機である通常の中間冷却器３１
は入口７１および出口７２を備えた参照番号７０により示される本質的に密閉し
た直方体の箱である。入口７１には、コンプレッサー２８からもたらされた熱い
燃焼用空気および浄化ＥＧＲガスが導入され、冷却された燃焼用空気および浄化
ＥＧＲガスが出口７２から排出する。直方体の箱７０内には、外部の空気がそれ
を通過する密閉管７４が存在し、燃焼用空気および浄化ＥＧＲガスは管７４中を
流動して、それと熱移動接触をして、出口７２に到達する。あるいはまた、管７
４はその中を循環する液体冷却剤を含むことができるであろう。本発明は直方体
の箱７０の底壁７６を開放して、酸性凝縮水を回収するために直方体の箱７０の
底部に溜め７７を付ける。従って、凝縮水が形成されると、それは溜め７７に流
動し、出口７２には到達しない。溜めの排水口７８には、水センサー７９が存在
して、排水口を開放もしくは閉鎖するようにソレノイド−作動排水弁８０に信号
を送る。しかし、正圧が溜め７７中に感知されない限り、排水弁８０の起動を防
止する水センサー信号が連動装置８２に付いている。機関は恐らく、排水弁８０
の開放が恐らく凝縮水を出口７２から吸引させることができるように、溜め７７
中に真空を誘起することができる条件下で一時的に運転することができる。例え
ば、ターボ過給機ラグを伴なう機関の強力な加速は溜め７７に真空を生成するこ
とができる。真空を誘起する機関条件はすでに機関上にあるセンサーにより感知
されて、連動装置８２に、すなわち乗り物のＥＣＵをとおして信号を提供するす
ることができる。あるいはまた、溜め７７には連動信号を提供するための圧力セ
ンサー（図示されない）を付けることができる。
【００５５】 本発明はこれまで、ＥＧＲループ内にどんな差圧をも作為的に形成する必要な
く機能する、受動的システムとして説明されてきた。定義の目的のための、ＥＧ
Ｒシステムに関して使用される時の「受動的システム」はどんな外部制御をも伴
なわないＥＧＲシステム機能を意味する。それに対し、「能動的システム」は、
外部制御によるＥＧＲシステム機能を意味する。本発明のシステムが能動的シス
テムとして使用される時は、ＥＧＲライン５０をとおるＥＧＲガス流を制御する
ためにＥＧＲ流量の弁５４がＥＧＲライン５０中に挿入される。ＥＧＲ流量の弁
５４は機関のＥＣＵ（図示されない）の制御下の圧力もしくは真空もしくはソレ
ノイド作動弁であることができる。ＥＧＲ流量の弁５４は具体的には、弁が「オ
ン」である時にはシステムが前記の受動的システムとして機能するようなオン−
オフ弁である。ＥＧＲ流量が前記の受動的適用に設定された値を超えて実質的に
増加した場合には、冷却を確保するために、図２に示すような空気対空気もしく
は空気対液体タイプの任意のＥＧＲ冷却器５５をもまた含むことができる。更に
本発明の能動的システムの適用において、すべての運転機関条件においてＥＧＲ
の設定流量を確保する作為的に形成された差圧法を使用することができる。これ
はＥＧＲライン５０上の吸引ファンの形態並びに尾管４６中のそらせ板もしくは
空気取り込みライン４０もしくは前記のＥＧＲリターン５２中のスロットルのよ
うな差圧を高めるための他の手段の形態を採ることができる。
【００５６】 本発明は好ましい態様および代替的態様に関して説明されてきた。「本発明の
詳細な説明」を読み、理解すると、当業者に修飾物および変更物が明らかに思い
つかれるであろう。それらが本発明の範囲内に入る限りにおいて、すべてのそれ
らの修飾物および変更物が含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１および図１Ａ】 既知のＥＧＲシステムの先行技術のスキーム図である。
【図２】 本発明の低圧ＥＧＲシステムのスキーム図である。
【図３】 本発明のＥＧＲシステムに使用されたＥＧＲピックアップ管、ＥＧＲ粒子状物
質および排気粒子状物質フィルターのスキーム図である。
【図４】 図３にスキームで表わしたフィルター中に使用された壁流ＥＧＲ触媒のスキー
ムによる末端図である。
【図５】 概括的にその線５−５に沿って採った図４に示した壁流ＥＧＲフィルターの縦
断スキーム図である。
【図６】 ＥＧＲ波形ラインの一部の縦断面図である。
【図７】 様々な機関の負荷に対するＥＧＲ入り口（ピックアップ）および出口（リター
ン）ガス温度のグラフである。
【図８】 本発明のＥＧＲシステムを伴なう、および伴なわないガス温度を示す、様々な
機関負荷に対するコンプレッサーの入り口におけるガス温度のグラフである。
【図９】 本発明に使用した修飾中間冷却器のスキーム図である。
【図１０】 ＦＴＰ試験サイクル期間中に記録した本発明の低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲガ
ス流量のグラフである。
【図１１】 ＦＴＰ試験サイクル期間中に記録したＥＧＲピックアップのガス温度の変化の
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｅ Ｆ０２Ｂ 29/04 Ｆ０２Ｂ 29/04 Ｐ 37/00 ３０２ 37/00 ３０２Ｄ ３０２Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA16 FA35 GB15 GB26 GD13 HA12 HA13 HA18 JA16 JA39 3G062 AA01 AA05 CA08 EA10 EC15 ED01 ED03 ED08 ED09 ED15 FA18 GA00 GA23

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 取り込みマニホールドに燃焼用空気を供給するためのコンプ
    レッサーおよび、コンプレッサーを運転するために排気マニホールドからの排気
    ガスを受けるために、コンプレッサーに操作可能に連結されたタービンを有する
    ターボ過給機、 排気ガスから粒子状物質を除去するための、タービンの下流でその出口と流体
    連絡している排気粒子状物質フィルター、 濾過した燃焼用空気をコンプレッサーに供給するための、コンプレッサーの上
    流の取り込み空気のフィルター、 タービンの下流の入口からコンプレッサーの上流、そして空気フィルターの下
    流の出口に延伸している低圧ＥＧＲライン、 それにより空気フィルターからの濾過された燃焼用空気流によりＥＧＲライン
    の出口に発生された真空と組み合わせて、排気粒子状物質フィルターにより排気
    ガス上に発生された背圧が、その入口からその出口にＥＧＲラインをとおって移
    動するための排気ガスのスリップ流を誘発する、排気粒子状物質フィルターの上
    流に配置されたＥＧＲ粒子状物質フィルターと流体連絡しているピックアップ管
    として形成されたＥＧＲラインの入口 を含んで成る取り込みマニホールドおよび排気マニホールドを有する、ジーゼル
    機関を備えた乗り物のためのＥＧＲシステム。
  2. 【請求項２】 ＥＧＲ粒子状物質フィルターが、ＥＧＲラインに侵入する排
    気ガスがその上を通過し、それによりＥＧＲライン中を移動する排気ガスが触媒
    化表面により浄化される触媒化表面を有する、請求項１のＥＧＲシステム。
  3. 【請求項３】 ＥＧＲ粒子状物質フィルターが、それによりＥＧＲライン中
    に吸引された粒子状物質の可溶性有機画分および不溶性画分が排気ガスから有効
    に除去される、触媒で被覆されたそれらの壁をもつガス透過性壁流のフィルター
    である、請求項２のＥＧＲシステム。
  4. 【請求項４】 それによりＥＧＲライン内の排気ガスの外部冷却が回避され
    る、ＥＧＲライン内の排気ガスの温度を約２５０℃を越えない正常レベルに低下
    させるために乗り物が移動している時に、少なくともＥＧＲラインの一部との外
    気熱移動的接触のためにＥＧＲラインが乗り物中に波形にされ、寸法決定され、
    そして配置される、請求項１のＥＧＲシステム。
  5. 【請求項５】 圧縮燃焼用空気および再循環排気ガスを燃焼用空気および再
    循環排気ガスのうちの少なくとも１種の露点以下の温度に冷却するためにコンプ
    レッサーの下流に中間冷却器を更に含み、当該中間冷却器が凝縮物を回収するた
    めの溜めおよび、溜めから回収凝縮物を除去するための弁を有し、それにより廃
    棄ガスとの凝縮水の反応により形成された水、硝酸および硫酸の形態の液体の、
    機関の燃焼室内への注入を回避する、請求項１のＥＧＲシステム。
  6. 【請求項６】 溜め中の液体センサーおよび、溜めが正圧下にある時に、溜
    めを排水するように設定された液体センサー値に反応して操作可能な電気作動弁
    を更に含む、請求項５のＥＧＲシステム。
  7. 【請求項７】 ＥＧＲラインの出口で濾過された燃焼用空気への導入の前に
    再循環排気ガスを冷却するために、ＥＧＲライン内を移動する排気ガスと流体連
    絡しているＥＧＲ冷却器を更に含む、請求項１のＥＧＲシステム。
  8. 【請求項８】 ＥＧＲライン内の排気ガスの流れを制御し、機関制御ユニッ
    トにより制御される弁を更に含む、請求項１のＥＧＲシステム。
  9. 【請求項９】 圧縮燃焼用空気および再循環排気ガスを燃焼用空気および再
    循環排気ガスのうちの少なくとも１種の露点以下の温度に冷却するために、コン
    プレッサーの下流に中間冷却器を更に含み、当該中間冷却器が凝縮物を回収する
    ための溜めおよび、それにより排気ガスとの凝縮水の反応により形成される水、
    硝酸および硫酸の形態の液体の、機関の燃焼室内への注入が回避される、溜めか
    ら回収した凝縮物を除去するための弁をもつ、請求項３のＥＧＲシステム。
  10. 【請求項１０】 溜め中の液体センサーおよび、溜めが正圧下にある時に、
    溜めを排出するように設定した液体センサー値に反応して操作可能な電気作動弁
    を更に含む、請求項９のＥＧＲシステム。
  11. 【請求項１１】 それによりＥＧＲライン内の排気ガスの外部冷却が回避さ
    れる、乗り物がＥＧＲライン内の排気ガスの温度を約２５０℃を越えない正常レ
    ベルに低下させるために移動している時に、少なくともＥＧＲラインの一部との
    外気熱移動的接触のためにＥＧＲラインが乗り物中に波形にされ、寸法決定され
    、そして配置される、請求項３のＥＧＲシステム。
  12. 【請求項１２】 ＥＧＲライン内の排気ガスの流れを制御し、機関の制御ユ
    ニットにより制御される弁を更に含む、請求項７のＥＧＲシステム。
  13. 【請求項１３】 取り込みマニホールドに燃焼用空気を供給するためのコン
    プレッサーおよび、コンプレッサーを操作するために排気マニホールドからの排
    気ガスを受けるための、コンプレッサーに操作可能に連結されたタービンを有す
    るターボ過給機、 排気ガスから粒子状物質を除去するための、タービンの下流にその出口と流体
    連絡している排気粒子状物質フィルター、 濾過した燃焼用空気をコンプレッサーに供給するための、コンプレッサーの上
    流の取り込み空気のフィルター、 タービンの下流の入口からコンプレッサーの上流、そして空気フィルターの下
    流の出口に延伸している低圧ＥＧＲライン、および 圧縮燃焼用空気および再循環排気ガスを燃焼用空気および再循環排気ガスのう
    ちの少なくとも１種の露点以下の温度に冷却するための、コンプレッサーの下流
    の中間冷却器であって、当該中間冷却器が凝縮物を回収するための溜めおよび、
    溜めから回収した凝縮水を除去するための弁をもち、それにより排気ガスとの凝
    縮水の反応により形成される水、硝酸および硫酸の形態の液体の、機関の燃焼室
    内への注入が回避される、 を含んで成る、取り込みマニホールドおよび排気マニホールドを有する、ジーゼ
    ル機関を備えた乗り物のためのＥＧＲシステム。
  14. 【請求項１４】 溜め中の液体センサーおよび、溜めが正圧下にある時に、
    溜めを排出するように設定された液体センサー値に反応して操作可能な電気作動
    弁を更に含む請求項１３のＥＧＲシステム。
  15. 【請求項１５】 ＥＧＲラインの入口が、排気粒子状物質フィルターの上流
    に配置されたＥＧＲ粒子状物質フィルターと流体連絡しているピックアップ管と
    して形成され、それにより空気フィルターからの濾過された燃焼用空気流により
    ＥＧＲラインの出口に発生された真空と組み合わせて廃棄粒子状物質フィルター
    により排気ガス上に発生された背圧がその入口からその出口にＥＧＲライン中を
    移動する排気ガスのスリップ流を誘発する、請求項１３のＥＧＲシステム。
  16. 【請求項１６】 ＥＧＲ粒子状物質フィルターがＥＧＲラインに侵入する排
    気ガスがそのうえを通過する触媒化表面を有し、それによりＥＧＲライン中を移
    動する排気ガスが触媒化表面により浄化される、請求項１５のＥＧＲシステム。
  17. 【請求項１７】 それによりＥＧＲライン内の排気ガスの外部冷却が回避さ
    れる、乗り物がＥＧＲライン内の排気ガスの温度を約２５０℃を越えない正常レ
    ベルに低下させるために移動している時に、ＥＧＲラインが少なくともＥＧＲラ
    インの一部との外気熱との移動的接触のために乗り物中に波形にされ、寸法決定
    され、そして配置されている、請求項１３のＥＧＲシステム。
  18. 【請求項１８】 取り込みマニホールドに燃焼用空気を供給するためのコン
    プレッサーおよび、コンプレッサーを操作するために排気マニホールドからの排
    気ガスを受けるための、コンプレッサーに操作可能に連結されたタービンを有す
    るターボ過給機、 排気ガスから粒子状物質を除去するための、タービンの下流にその出口と流体
    連絡している排気粒子状物質フィルター、 濾過した燃焼用空気をコンプレッサーに供給するための、コンプレッサーの上
    流の取り込み空気のフィルター、 タービンの下流の入口からコンプレッサーの上流、そしてコンプレッサーの下
    流の出口に延伸している低圧ＥＧＲライン、および それによりＥＧＲライン内の排気ガスの外部冷却を回避し、そのために受動的
    改良ＥＧＲシステムをもたらす、乗り物がＥＧＲライン内の排気ガスの温度を約
    ２５０℃を越えない正常値に低下させるために移動している時に、少なくともＥ
    ＧＲラインの一部との外気熱移動的接触のために乗り物中に波形にされ、寸法決
    定され、そして配置されているＥＧＲライン、 を含んで成る取り込みマニホールドおよび排気マニホールドを有する、ジーゼル
    機関を備えた乗り物のためのＥＧＲシステム。
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