JP2005528554A - 排気の熱制御装置を含む内燃エンジンの排気ライン - Google Patents

Abstract

【課題】 窒素酸化物の排出量のレベルを低減させる。
【解決手段】 排気ラインは、排気パイプ（９）と、排気触媒コンバータ（１３）と、前記排気パイプ（９）に取り付けられ、窒素酸化物をトラップするようになっている触媒装置（１５）とを備えている。排気の一部をリサイクルするように、前記排気パイプ（９）に、リサイクルパイプ（２３）が直接または間接的に接続されており、排気を冷却するための熱交換器（１７）により、排気のリサイクルされた部分とリサイクルされていない部分とを、同時に冷却することが可能となっている。この排気ラインは、自動車に利用できる。

Description

本発明は、内燃エンジン、特に自動車用の内燃エンジンに関する。

また本発明は、内燃エンジンからのガスを排出し、再循環するためのラインに関し、より詳細には、排気パイプと、排気触媒コンバータと、前記排気パイプに直列に取り付けられ、窒素酸化物をトラップするようになっている触媒装置とを備えた、自動車の内燃エンジンからのガスを排出するためのラインに関する。

環境規格は、自動車の内燃エンジンからの排出量のレベルを大幅に低減することを要求している。窒素酸化物の発生量を少なくするために、エンジンの吸気マニホールドは、リサイクルチューブまたはパイプにより、自動車のエンジンの低負荷および部分負荷で、排気の一部を再循環させることが知られている。燃焼温度はこのように低下されるので、窒素酸化物の発生量は少なくなる。

窒素酸化物の排出量のレベルを更に低減させるために、約１００℃で吸気することにより、循環される排気の温度を下げることができるようにする熱交換器も知られている。この熱交換器は、液体−ガスタイプのものであり、エンジンの冷却回路に接続されている。

更に、低濃度混合気（新しい空気とリサイクルされたガスとの混合物）で作動するときに、多量の窒素酸化物を発生する、ガソリン直噴エンジンでは、これら窒素酸化物をトラップするようになっている窒素酸化物還元触媒を使用することも知られている。このような触媒は、最初に酸化媒体（低濃度混合気）に窒素酸化物を蓄積し、第２に、これら窒素酸化物を還元媒体（高濃度混合気）内で還元する。

しかし、かかる触媒装置は、限られた温度範囲にわたってしか作動しないという欠点を有する。このような制限があるため、燃費を少なくすることにより、エンジンの可能性を最大限利用でき、かつそのようにすることが好ましいが、このようになるとすぐに、還元触媒が使用できなくなる。更に、この触媒装置の性能を劣化させない許容可能な最高温度は、従来の三元触媒の温度（９００℃以上）よりも低くなっている（８００〜８５０℃）。

排気を熱制御するための装置は、知られていない。

窒素酸化物をトラップするようになっている還元触媒の前の排気パイプの長さを調節することによって、排気の温度を適度にするための装置は知られている（エバーシュプレッヒャープレスの発表）。

本発明は、排気の熱制御装置を設けることにより、これらの欠点を緩和した、内燃エンジンのための排気ラインに関する。

本発明によれば、排気の一部をリサイクルするように、前記排気パイプに直接または間接的に接続されたリサイクルパイプと、前記排気のリサイクルされた部分を冷却するための熱交換器とを備え、この熱交換器が、前記排気触媒コンバータと前記触媒装置との間に挿入されていることによって、上記目的が達成される。

このような特徴により、リサイクルされた排気を、熱交換器によって冷却できるようになる。これによって、燃焼ガスの温度は従来どおり低下し、従って、これら排気内の窒素酸化物の排出量のレベルも低下する。しかし、更に熱交換器が設けられているために、窒素酸化物をトラップするようになっている触媒装置を通過するリサイクルされない排気も冷却できる。

従って、より広い範囲の排気温度内で、この触媒装置を使用することができ、更にどんな排気温度でも使用できる。従って、低濃度混合気でエンジンをより頻繁に作動させることができ、またそのつど、燃費を下げることが好ましい。

第１実施例では、前記熱交換器は、排気パイプ（９）に直列に取り付けられている。

本発明に別の実施例によれば、排気の一部またはすべてを、冷却熱交換器に導く、排気のためのバイパスパイプと、排気のリサイクルされた部分を排気パイプに導く、排気をリターンさせるためのパイプとを備えるバイパスを含んでいる。

本発明の別の特徴によれば、前記バイパスパイプの開始接続部と、排気をリターンさせるための前記パイプが到達する接続部との間に挿入された制御バルブを含んでいる。

添付図面を参照して、例として示した次の実施例の説明を読めば、本発明の上記以外の特徴および利点がより明らかとなると思う。

図１において、内燃エンジン１は、パイプ５を通して新しい空気が供給される入口マニホールド３と、排気を大気に排出するマフラー（図示せず）として知られる外側排出ポットまで、排気を導くことができるようにする排気パイプ９に接続された排気マニホールド７とを備えている。

ターボコンプレッサ１１によって、エンジンへ吸入された空気を圧縮し、エンジンの比動力出力を増加することが可能となっている。このターボコンプレッサ１１は、排気のエネルギーによって作動され、このために、排気パイプ９に取り付けられた駆動タービンを備えている。

排気パイプ９には、酸化触媒コンバータ１３が直列に取り付けられている。更に触媒コンバータ１３のガスの排気方向の下流側に見て、排気パイプ９に窒素酸化物をトラップするようになっている触媒装置１５も取り付けられている。

本発明によれば、触媒コンバータ１３と触媒装置１５との間には、熱交換器１７が挿入されている。

この目的のために、パイプ１９は、矢印２０で略示するように、熱交換器１７へ冷却回路の水を導くようになっている。排気との熱交換を行った後に、水は、矢印２２によって略示するように、パイプ１を通って、熱交換器から離間する。熱交換器１７に接続されているリサイクルパイプ２７によって、熱交換器１７で冷却された排気の一部を引出し、ガスを、排気マニホールド３に再導入し、パイプ５からの新しいガスと、これら冷却された空気とを混合することができる。

このように低濃度混合気が得られ、これによって、前に説明したようにエンジンの燃焼温度を下げ、よって、窒素酸化物の排出量のレベルを下げることができる。リサイクルパイプに取り付けられたバルブ２５により、エンジンへリサイクルされる排気の比率を制御することができる。

触媒コンバータ１３と触媒要素１５との間に熱交換器１７が設けられていることにより、すべての排気を冷却できる。排気のリサイクルされた部分は冷却され、これによって、再循環効率を高めることができる。更に排気のうちのリサイクルされない部分も冷却され、これによって、触媒装置１５の劣化が防止され、排出されるガスが、触媒装置の効率を最適にするための温度範囲の外側にある高温となっているときに、エンジン負荷が高くても、触媒装置が機能できる。

図２は、本発明の排気ラインの別の実施例を示す。この第２実施例では、排気パイプ９には、排気１７のための冷却用熱交換器が直列に取り付けられていないが、このパイプに対してオフセットされているという点で、図１に示された第１実施例と異なっている。特に図示された例では、この熱交換器１７は、エンジンの中間点近くに位置しており、これによって、リサイクルパイプ２３の長さをかなりの程度短くすることができる。

この実施例においても、矢印２０によって略示してあるように、パイプ９を通って進入するエンジンの冷却回路からの水によって熱交換器１７が冷却され、この水は、矢印２２によって略示されるように、パイプ２１を通って離間する。熱交換器１７は、バイパスパイプ２７により排気パイプ１９に接続されており、このバイパスパイプにより、排気のリサイクルされた部分を熱交換器の入口まで導くことが可能となっている。冷却されたガスは、リターンパイプ２９により、排気パイプ９へ戻ることができる。

バイパスパイプ２７の開始接続部と、パイプ２９が到達する接続部との間には、制御バルブ３１が挿入されている。この制御バルブ３１により、排気のリサイクルされた部分を制御することが可能となっている。このバルブが閉じられていると、すべてのガスは、バイパスパイプおよびリターンパイプを通って循環する。バルブが完全開位置にあるときは、すべての排気は、エンジンを再循環することなく、直接外側へ導かれる。この制御バルブ３１によって、排気に対するカウンタ圧力を発生することも可能となっている。このカウンタ圧力により、排気温度が高まるので、より多くの熱を回収することが可能となる。

図１および図２を参照して説明したこれまでの実施例は、エンジンに吸引される空気量を増加するターボコンプレッサ１１を備えているが、本発明は、かかるターボコンプレッサを備えていない自動車用排気ラインにも適用できる。

排気用冷却熱交換器が、排気パイプに直接取り付けられている、本発明の第１実施例を示す。 排気を冷却するための熱交換器が、排気パイプに対してオフセットされている、本発明の第２実施例を示す。

符号の説明

１ エンジン
３ 入口マニホールド
５ パイプ
７ 排気マニホールド
９ 排気パイプ
１１ ターボコンプレッサ
１３ 触媒コンバータ
１５ 触媒装置
１７ 熱交換器
１９ パイプ
２１ パイプ
２７ バイパスパイプ
２９ リターンパイプ
３１ 制御バルブ

Claims (4)

1. 排気パイプ（９）と、排気触媒コンバータ（１３）と、前記排気パイプ（９）に直列に取り付けられ、窒素酸化物をトラップするようになっている触媒装置（１５）とを備える、自動車の内燃エンジンからのガスを排出するためのラインであって、
   排気の一部をリサイクルするように、前記排気パイプ（９）に直接または間接的に接続されたリサイクルパイプ（２３）と、前記排気のリサイクルされた部分を冷却するための熱交換器（１７）とを備え、この熱交換器（１７）は、前記排気触媒コンバータ（１３）と前記触媒装置（１５）との間に挿入されていることを特徴とする、内燃エンジンからのガスを排出するためのライン。
2. 前記熱交換器（１９）は、前記排気パイプ（９）に直列に取り付けられていることを特徴とする、請求項１記載の排気ライン。
3. 前記排気の一部またはすべてを前記冷却熱交換器（２１）に導く、排気のためのバイパスパイプ（２７）と、前記排気のリサイクルされた部分を前記排気パイプ（９）に導く、排気をリターンさせるためのパイプ（１９）とを備えたバイパスを含むことを特徴とする、請求項１記載の排気ライン。
4. 前記バイパスパイプ（２７）の開始接続部と、前記排気をリターンさせるための前記パイプ（２９）が到達する接続部との間に挿入された制御バルブ（３１）を含むことを特徴とする、請求項３記載の排気ライン。

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