JP2011501031A - 内燃機関の排ガスを循環させるための装置および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 排ガスの高い循環率を簡単に可能にする、排ガスを循環させるための装置および方法を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排ガスを循環させるための装置であって、排ガス流が高圧側で流入し、低圧側で流出する排ガス駆動式圧縮機（２）と、前記圧縮機（２）に対して高圧側の循環排ガス用の分岐点（５ａ）と、前記分岐排ガス流（５ａ）から冷媒に熱を輸送するための少なくとも１つの排ガス冷却器（１０、１２）と、を有し、前記高圧側で分岐された排ガス流（５ａ）と、前記圧縮機に対して低圧側の排ガス流（８）との間で熱を伝達することができる伝熱体（７）が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排ガスを循環させるための装置であって、排ガス流が高圧側で（圧縮機に）流入し、低圧側で（圧縮機から）流出する排ガス駆動式圧縮機と、前記圧縮機に対して高圧側の循環排ガス用の分岐点と、前記分岐排ガス流から冷媒に熱を輸送するための少なくとも１つの排ガス冷却器とを有する装置、および内燃機関の排ガスを循環させるための方法に関する。
内燃機関の排ガスを分岐することと、混合冷却後に再び案内することが知られている。これにより、特に窒素酸化物等の有害物質の低減が実現される。この場合、可能な効果の１つは、特にディーゼルエンジンの燃焼ピーク温度が低下することである。現在、全負荷において３０％の循環率が実際に実現される。循環率のさらなる向上は、特に、１つまたは複数の排ガス冷却器への高すぎる熱入力が生じることによって実際には制限されている。
本発明の課題は、排ガスの高い循環率を簡単に可能にする、排ガスを循環させるための装置および方法を提供することである。
本発明の課題は、請求項１の際立った特徴を有する冒頭に述べた装置によって解決される。通常、圧縮機の低圧側の排ガス温度は高圧側の温度よりも低いので、本発明によれば、伝熱体によって、高圧側で分岐された循環させるべき排ガス流の熱の一部を低圧側の排ガス流に伝達することができる。これによって、排ガス冷却器の必要な冷却力を小さくするか、または所定の排ガス冷却器の循環率を向上させることができる。特に、既存の排ガス冷却器を大きく変更することなく、３０％よりも高い循環率、特に有利には３５％よりも高い循環率、特に有利には４０％以上の循環率を実際に実現することができる。
本発明の特に好ましい実施形態では、低圧側において伝熱体の下流側には、特に貯蔵触媒、還元触媒または微粒子フィルタ群からなる少なくとも１つの排ガス後処理手段が設けられている。従来の排ガス循環も圧縮機によって排ガス温度が低下するので、状況に応じた循環率のさらなる向上において、排ガス後処理手段の機能の信頼性が課題となり得る。ＮＯｘ貯蔵触媒は少なくとも１００℃を必要とし、酸化触媒は少なくとも１５０℃を必要とし、選択的触媒還元のＮＯｘ触媒は少なくとも２００℃を必要とし、そしてＮＯｘ貯蔵触媒または排ガス微粒子フィルタを再生するために、２５０℃よりも高い温度が必要となる。本発明による装置は、循環率が高い場合でも、循環されない排ガスの上記温度をなお実現することができる簡単な方法を提供する。
好ましい発展形態では、伝熱体の低圧側の排ガス流は、圧縮機の低圧側の排ガス流の部分流である。この場合、特に好ましくは、アクチュエータを介して部分流を調整することができる。これによって、伝熱体の出力制御を簡単に行うことができる。さらに、これにより、例えば、後接続された排ガス浄化部で特定の工程に影響を与えるために、部分流を特に高い温度に加熱できることを実現することができる。
簡単かつ効果的な実施形態では、伝熱体は、一体に形成された熱交換器であり、この熱交換器には、高圧側の排ガス流と低圧側の排ガス流とが貫流することができるかまたは貫流しているかまたは貫流する。これにより、排ガス流の直接的な熱伝達が、簡単な装置で実現される。
その代わりに、伝熱体は、流体を介して熱的に結合されている低圧側の熱交換器および高圧側の熱交換器を含んでもよい。これによって、排ガス流の熱伝達を空間的に分離して構成する方法と、伝達力を制御する簡単な方法と、熱伝達の緩衝または均一化とが得られる。さらに、流体、例えば液体冷却剤は、必要に応じて、自動車の別の構成要素を貫流することができる。
別の有利な実施形態は、伝熱体が加熱管を含むことを意図する。加熱管は、特に比較的小さな温度差において、特に効果的な熱伝達を可能にし、さらには、低圧側の排ガス流に伝達された熱出力の均一化に寄与することができる。
好ましくは一般に、排ガス冷却器は、内燃機関の冷却剤回路、特に主冷却回路に熱を伝達するための間接排ガス冷却器である。その代わりにまたはそれに加えて、排ガス冷却器は、周囲空気に熱を伝達するための直接排ガス冷却器であってもよい。この場合、特に好ましい詳細な実施形態では、第１の間接排ガス冷却器および第２の直接排ガス冷却器が設けられており、これによって、高い循環率を可能にする特に優れた冷却力が実現される。
この場合、一実施形態では、第１の間接排ガス冷却器および第２の間接排ガス冷却器が設けられており、これによって、高い循環率を可能にする特に優れた冷却力が実現される。
本発明の課題は、請求項１１の特徴を有する、内燃機関の排ガスを循環させるための冒頭に述べた方法によっても解決される。この場合、本発明による装置が使用されることが好ましい。高圧側の排ガス流から低圧側の排ガス流に熱を伝達することにより、循環排ガスの冷却を改善することと、後続の排ガス浄化部に対して、十分に高い温度を供給することが可能になる。このため、低圧側の排ガス流は、有利には、特に貯蔵触媒、還元触媒または微粒子フィルタ群からなる排ガス後処理手段に供給される。
本発明のさらなる利点および特徴は、以下に説明する実施例からおよび従属請求項から明らかとなる。
本発明の複数の実施例を以下に記載し、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の第１の実施例の概略図である。 本発明の第２の実施例の概略図である。 本発明の第３の実施例の概略図である。 本発明の第４の実施例の概略図である。
図１による本発明の実施例は、本発明において商用車の過給ディーゼルエンジンである内燃機関１を含む。エンジン１の排ガスは、ライン５において高圧および高温下で、排気タービン過給機として形成された、給気を圧縮するための圧縮機２に流れ、前記給気により、車両の正面において、エンジン冷却剤冷却器３の前方に直接配置された、すなわち空気が還流する給気冷却器４が冷却される。
高圧側のライン５は、内燃機関１に循環させるための排ガス流５ａが分岐される分岐点を有する。分岐された排ガスの量は、分岐ラインに配置された弁６を介して制御することができる。
循環のために分岐された排ガス流は、本発明によれば、最初に、第１の実施例で１つの熱交換器として形成されている伝熱体７を貫流する。伝熱体７において、熱は、循環排ガス流から、圧縮機に対して出口側の排ガス流８に伝達される。圧縮機２の出口側において、排ガスは、通常または少なくとも一般に低温であり、入口側よりも低い圧力を有する。
伝熱体７の下流側において、低圧側の排ガスは、本発明で貯蔵触媒、還元触媒または微粒子フィルタであり得る排ガス浄化手段９を貫流する。
循環排ガス流５ａは、伝熱体７から流出した後に、弁６と第１の間接排ガス冷却器１０とを貫流する。バイパス回路における熱排出のために、排ガス冷却器１０には、冷媒としてのエンジン１の冷却剤が貫流し、その結果、排ガスの熱の一部は、循環ポンプ１３によって動作されている冷却剤回路に流入され、最終的には、冷却剤冷却器を介して間接的に排出される。この場合、冷媒は、液体状および／またはガス状および／または固体状および／またはプラズマ状で存在することができる。
第１の排ガス冷却器１０の後に、排ガスは３方向弁１１に流れ、調整に応じて、前記排ガスは、前記３方向弁から内燃機関１の入口側の新気または冷却給気に直接供給されることができるか、または間もなく、第２の直接または間接排ガス冷却器１２も貫流する。第２の排ガス冷却器１２は給気冷却器４と並んで冷却剤冷却器３の正面に配置されているので、前記第２の排ガス冷却器は、排ガスの熱を、冷媒としての周囲空気または走行風に直接排出する。
伝熱体７の本発明による構成と、冷却回路の以下の排ガス冷却器１０、１２またはそれらの一体部の他の各々の公知の適切な構成とを組み合わせることができることが理解される。この場合、一実施形態では、排ガス冷却器１２は直接排ガス冷却器である。他の実施形態では、排ガス冷却器１２は間接排ガス冷却器である。この場合、常に、循環排ガスの熱の一部を、圧縮機に対して出口側の排ガスの部分に伝達することができる。
図２による第２の実施例は、圧縮機２に対して出口側の排ガス流８が２つの部分流８ａ、８ｂに分岐されているという点で、第１の実施例の装置とは異なる。この場合、一方の部分流８ｂのみが伝熱体７を貫流し、ここで、本発明において分岐点８ｂで絞り弁として形成されているアクチュエータ１４を介して、部分流８ａ、８ｂの量の分配を調整することができる。さらに、アクチュエータ８の他の構成を使用することもできるか、または要件に応じて、アクチュエータ８を省略することもできる。
図３による第３の実施例は、伝熱体７が、１つの熱交換器として構成されているのではなく、循環排ガス５ａが貫流する第１の熱交換器７ａと、低圧側の排ガス８が貫流する第２の熱交換器７ｂとを有する熱交換器回路として構成されているという点で、第１の実施例とは異なる。熱交換器７ａ、７ｂは、熱交換のために、適切な冷却剤の流体回路７ｃを介して接続されており、したがって、特に、互いに空間的に分離して配置することができる。
図４による第４の実施例は、伝熱体７が、簡単な熱交換器として構成されているのではなく、排ガス流５ａ、８の間に加熱管（ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）７ｄを有する伝熱体として構成されているという点で、第１の実施例とは異なる。加熱管７ｄは、排ガス流５ａ、８の通常の温度に相応に適合された動作手段を有するので、特に効果的な熱伝達が保証されている。
要件に応じて、記載した実施例の特定の個別の特徴を互いに有効に組み合わせることができることが理解される。
１ 内燃機関
２ 圧縮機
３ エンジン冷却剤冷却器
４ 給気冷却器
５ 高圧側のライン
５ａ 内燃機関１に循環させるための排ガス流
６ 弁
７ 伝熱体
７ａ 第１の熱交換器
７ｂ 第２の熱交換器
７ｃ 冷却剤の流体回路
７ｄ 加熱管（ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）
８ 圧縮機に対して出口側の排ガス流
８ 低圧側の排ガス
８ アクチュエータ
８ａ 部分流
８ｂ 部分流
９ 排ガス浄化手段
１０ 第１の間接排ガス冷却器
１１ ３方向弁
１２ 第２の直接または間接排ガス冷却器
１３ 循環ポンプ
１４ アクチュエータ

Claims (13)

  1. 内燃機関の排ガスを循環させるための装置であって、
    排ガス流が高圧側で流入し、低圧側で流出する排ガス駆動式圧縮機（２）と、
    前記圧縮機（２）に対して高圧側の循環排ガス用の分岐点（５ａ）と、
    前記分岐排ガス流（５ａ）から冷媒に熱を輸送するための少なくとも１つの排ガス冷却器（１０、１２）とを有し、
    前記高圧側で分岐された排ガス流（５ａ）と、前記圧縮機に対して低圧側の排ガス流（８）との間で熱を伝達することができる伝熱体（７）が設けられていることを特徴とする装置。
  2. 低圧側において前記伝熱体（７）の下流側には、特に貯蔵触媒、還元触媒または微粒子フィルタ群からなる少なくとも１つの排ガス後処理手段（９）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 前記伝熱体（７）の前記低圧側の排ガス流（８）が、前記圧縮機（２）の前記低圧側の排ガス流（８）の部分流（８ｂ）であることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
  4. アクチュエータ（１４）を介して、前記部分流（８ｂ）を調整することができることを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 前記伝熱体（７）が、高圧側の排ガス流（５ａ）と低圧側の排ガス流（８）とを貫流させることができる一体に形成された熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記伝熱体（７）が、流体（７ｃ）を介して熱的に結合されている低圧側の熱交換器（７ｂ）および高圧側の熱交換器（７ａ）を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記伝熱体（７）が加熱管（７ｄ）を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 前記排ガス冷却器（１０）が、前記内燃機関（１）の冷却剤回路、特に主冷却回路に熱を伝達するための間接排ガス冷却器であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 前記排ガス冷却器（１２）が、周囲空気に熱を伝達するための直接排ガス冷却器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 第１の間接排ガス冷却器（１０）と第２の直接排ガス冷却器（１２）とが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 第１の間接排ガス冷却器（１０）と第２の間接排ガス冷却器（１２）とが設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
  12. 特に、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置により、内燃機関の排ガスを循環させるための方法であって、
    ａ．排ガス駆動式圧縮機（２）の高圧側の循環させるべき排ガス流（５ａ）を分岐するステップと、
    ｂ．前記循環させるべき排ガス流（５ａ）から前記圧縮機（２）の低圧側の排ガス流（８）に熱を伝達するステップと、
    ｃ．排ガス冷却器（１０、１２）によって、前記循環させるべき排ガス流（５ａ）を冷却するステップと、
    を含む方法。
  13. 前記低圧側の排ガス流（８）が、特に貯蔵触媒、還元触媒または微粒子フィルタ群からなる排ガス後処理手段（９）に供給されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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