特開 2023-155891 内燃エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155891

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】内燃エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/47 20160101AFI20231016BHJP

   F02M 26/06 20160101ALI20231016BHJP

   F02M 26/21 20160101ALI20231016BHJP

   F02M 26/38 20160101ALI20231016BHJP

   F02M 26/51 20160101ALI20231016BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20231016BHJP

   F02B 37/12 20060101ALI20231016BHJP

   F02B 29/04 20060101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

F02M26/47 C

F02M26/06

F02M26/21

F02M26/38

F02M26/51

F02D21/08 L

F02B37/12 303J

F02B29/04 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023047501

(22)【出願日】2023-03-24

(31)【優先権主張番号】22167576

(32)【優先日】2022-04-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】515191442

【氏名又は名称】ヴィンタートゥール ガス アンド ディーゼル リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー タンツァー

【テーマコード（参考）】

3G005

3G062

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G005DA02

3G005DA04

3G005DA09

3G005GB18

3G005HA12

3G062AA01

3G062AA02

3G062AA05

3G062BA06

3G092AA02

3G092AA03

3G092AA17

3G092AB06

3G092AC10

3G092EB01

3G092FA06

3G092HD07Z

(57)【要約】

【課題】再循環排ガスの不均衡を低減又は防止する内燃エンジン及び内燃エンジンを動作させる方法を提供すること。
【解決手段】内燃エンジン１０は、少なくとも２００ｍｍの内径１２を有する少なくとも１つのシリンダ１１を有する。内燃エンジン１０は、シリンダの排気出口１３と空気入口１４との間に少なくとも部分的に並列に流体配置された少なくとも２つのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂを備える排ガス再循環のためのシステム４０を有する。各ＥＧＲ経路は、少なくとも１つのＥＧＲバルブ４２ａ、４２ｂ及び／又は少なくとも１つのＥＧＲブロワ４９、４９ａ、４９ｂを有する。各ＥＧＲ経路は、それぞれの感知経路５１ａ、５１ｂに流体接続され、又は接続可能であり、感知経路は、それぞれのＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす値を提供する少なくとも１つのガス・センサ・デバイス５４を備えた測定経路５３に流体接続され、又は接続可能である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃エンジン（１０）、すなわち大型船舶用エンジン又は固定エンジン、好ましくは２ストローク・エンジン又は２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンであって、
前記内燃エンジン（１０）は、少なくとも２００ｍｍの内径（１２）を有する少なくとも１つのシリンダ（１１）を有し、
前記内燃エンジン（１０）は、前記シリンダ（１０）の排気出口（１３）と空気入口（１４）との間に少なくとも部分的に並列に流体配置された少なくとも２つのＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）を備える排ガス再循環のためのシステム（４０）を有し、
各ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）が、少なくとも１つのＥＧＲバルブ（４２ａ、４２ｂ）及び／又は少なくとも１つのＥＧＲブロワ（４９、４９ａ、４９ｂ）を有し、
各ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）が、それぞれの感知経路（５１ａ、５１ｂ）に流体接続されており、又はそれぞれの感知経路（５１ａ、５１ｂ）に接続可能であり、前記感知経路（５１ａ、５１ｂ）は、それぞれの前記ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）内のＥＧＲガスの量を表わす値を提供する少なくとも１つのガス・センサ・デバイス（５４）を備えた測定経路（５３）に流体接続されている、又は接続可能であることを特徴とする、内燃エンジン（１０）。

【請求項2】

各感知経路（５１ａ、５１ｂ）は、新鮮な空気と排ガスとが混ざり合う混合ゾーン（４６ａ、４６ｂ）の下流でそれぞれの前記ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）から分岐する、請求項１に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項3】

前記内燃エンジン（１０）は第１の制御ユニット（５０）を有し、前記第１の制御ユニット（５０）は、前記少なくとも１つのガス・センサ・デバイス（５４）によって提供される前記値を受信するように構成され、且つ前記ＥＧＲバルブ（４２ａ、４２ｂ）及び／又は前記ＥＧＲブロワ（４９ａ、４９ｂ）を動作させるように構成され、それにより、前記新鮮な空気との混合後に全てのＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）に本質的に同じＥＧＲ濃度を提供する、請求項１又は２に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項4】

前記内燃エンジンはただ１つの測定経路（５３）を有し、全てのＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）が前記測定経路（５３）に接続可能である、請求項１、２又は３に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項5】

各感知経路（５１ａ、５１ｂ）は感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を有し、前記内燃エンジン（１０）は、前記感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を動作させるように構成された第２の制御ユニット（６０）を有し、それにより、前記測定経路（５３）をそれぞれのＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）と連続的に接続する、請求項４に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項6】

前記第２の制御ユニット（６０）は、以下の測定サイクル、すなわち
全ての感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を開いて前記ガス・センサ・デバイス（５４）を加熱するステップと、
第１のＥＧＲ経路（４１ａ）が前記測定経路（５３）と接続されるように１つを除いて全ての感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を閉じ、他の全ての感知バルブ（５２ｂ）が閉じられている間に、前記第１のＥＧＲ経路（４１ａ）内のＥＧＲガスの量を表わす値の決定を可能にし、前記第１の感知バルブ（５１ａ）を閉じる、ステップと、
第２のＥＧＲ経路（４１ｂ）を前記測定経路（５３）と接続するように第２の感知バルブ（５１ｂ）を開き、このとき他の全ての感知バルブ（５２ａ）が閉じられ、前記第２のＥＧＲ経路（４１ｂ）内のＥＧＲガスの量を表わす値の決定を可能にし、前記第２の感知バルブ（５１ｂ）を閉じる、ステップと、
好ましくは、利用可能であれば、更なる感知バルブを連続的に開閉して、更なるＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量に関する値の決定を可能にするステップと
を含む測定サイクルを実行するように構成されている、請求項５に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項7】

前記第２の制御ユニット（６０）は前記測定サイクルを少なくとも２回実行するように構成され、それにより、各ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）のＥＧＲガスの平均量に関する値が決定可能である、請求項６に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項8】

前記内燃エンジンは低圧ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）を有し、前記内燃エンジン（１０）は、少なくとも１つのターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）、好ましくはそれぞれのＥＧＲ経路ごとに少なくとも１つのターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）を有し、前記ターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）は、タービン（３１ａ、３１ｂ）とコンプレッサ（３２ａ、３２ｂ）とを有し、
排ガスが前記ターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）の前記タービン（３１ａ、３１ｂ）を介して案内可能であり、前記排ガスの少なくとも一部が、好ましくは各低圧ＥＧＲ経路（４１ａ、４１ｂ）内で、前記ターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）の前記コンプレッサ（３２ａ、３２ｂ）を通して前記シリンダ（１１）の前記空気入口（１４）に案内可能である、請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項9】

前記内燃エンジンは、前記コンプレッサ（３２ａ、３２ｂ）の下流に入口空気冷却器（３３ａ、３３ｂ）を有し、前記感知経路（５１ａ、５１ｂ）は、前記入口空気冷却器（３３ａ、３３ｂ）の上流又は下流で分岐する、請求項８に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項10】

前記内燃エンジン（１０）は、タービン（３１ａ、３１ｂ）とコンプレッサ（３２ａ、３２ｂ）とを有する少なくとも１つのターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）を有し、
排ガス再循環のための前記システム（４０）が高圧システムであり、排ガスが前記ターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）の前記タービン（３１ａ、３１ｂ）の上流で分岐可能であり、前記排ガスの少なくとも一部が、前記シリンダ（１１）の前記空気入口（１４）へ案内可能であり、且つ前記ターボチャージャ（３０ａ、３０ｂ）の前記コンプレッサ（３２ａ、３２ｂ）の下流で掃気と混合可能である、請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃エンジン（１０）。

【請求項11】

請求項１から１０までのいずれか一項に記載の内燃エンジンを運転する方法であって、
複数の前記ＥＧＲ経路を前記測定経路に連続的に接続するステップと、
それぞれの前記ＥＧＲ経路のＥＧＲガスの量を表わす値を提供するステップと、
複数の前記ＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす前記値が釣り合うように、前記ＥＧＲバルブ及び／又は前記ＥＧＲブロワを動作させるステップと
含む方法。

【請求項12】

全ての感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を開いて前記ガス・センサ・デバイス（５４）を加熱するステップと、
第１の感知バルブ（５２ａ）を除いて全ての感知バルブ（５２ａ、５２ｂ）を閉じるステップであって、それにより、他の全ての感知バルブ（５２ｂ）が閉じられている間に第１のＥＧＲ経路（４１ａ）が前記測定経路（５３）と接続される、ステップと、
前記第１のＥＧＲ経路（４１ａ）内のＥＧＲガスの量を表わす値を提供し、前記第１の感知バルブ（５１ａ）を閉じるステップと、
第２のＥＧＲ経路（４１ｂ）を前記測定経路（５３）と接続するように第２の感知バルブ（５１ｂ）を開き、同時に他の全ての感知バルブ（５２ａ）が閉じられるステップであって、さらに、前記第２のＥＧＲ経路（４１ｂ）内のＥＧＲガスの量を表わす値の決定し、前記第２の感知バルブ（５１ｂ）を閉じる、ステップと、
好ましくは、利用可能であれば、更なる感知バルブを連続的に開閉して、更なるＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量に関する値を決定するステップと
を含む、請求項１１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排ガス再循環のためのシステムを有する内燃エンジン（内燃機関）、及び内燃エンジンを運転するための方法に関する。

【0002】

本発明は、好ましくは、そのシリンダが少なくとも２００ｍｍの内径を有する、大型の海洋エンジン又は船舶エンジン又は固定エンジンのような内燃エンジンに関する。エンジンは、好ましくは、２ストローク・エンジン又は２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンである。エンジンは、ディーゼル・エンジン又はガスエンジン、二重燃料又は多燃料エンジンであり得る。そのようなエンジンでは、自己点火又は強制点火だけでなく、液体燃料や気体燃料の燃焼も可能である。

【背景技術】

【0003】

エンジンは、内部にピストンを有する少なくとも１つのシリンダを有する。ピストンはクランクシャフトに接続される。エンジンの動作中、ピストンは上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間を往復動する。シリンダは、一般に、吸気用の少なくとも１つの通気開口、特にシリンダのライナに配置される空気入口と、排気用の少なくとも１つの通気開口、特にシリンダのカバーに配置される排気出口とを有する。

【0004】

内燃エンジンは、縦方向にフラッシングされる２ストローク・エンジンであり得る。

【0005】

内燃エンジンという用語は、燃料の自己点火を特徴とするディーゼル・モードだけでなく、燃料の積極的な点火を特徴とするオットー・モードでも動作できる、或いは２つの混合で動作できる大型エンジンも指す。更に、内燃エンジンという用語は、特に、燃料の自己点火が別の燃料の積極的な点火に使用されるデュアル燃料エンジン及び大型エンジンを含む。

【0006】

エンジン速度は、低速エンジンの指定を示す８００ＲＰＭ（４ストローク）未満であることが好ましく、２００ＲＰＭ（２ストローク）未満であることが更に好ましい。

【0007】

燃料は、ディーゼル油、又は船舶用ディーゼル油、又は重油、又はエマルジョン、又はスラリー、又はメタノール、又はエタノール、並びに液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などのガスであり得る。

【0008】

要求に応じて追加できる更なる想定し得る燃料は、ＬＢＧ（液化バイオガス）、生物燃料（藻類燃料や海藻油など）、水素、ＣＯ２からの合成燃料（例えばＰｏｗｅｒ－Ｔｏ－Ｇａｓ又はＰｏｗｅｒ－Ｔｏ－Ｌｉｑｕｉｄによって形成される）である。

【0009】

ガス／空気混合物及びメタン・スリップの反応性を低下させるために、排ガス再循環（ＥＧＲ）、特に例えば欧州特許出願公開第３７２２５７２（Ａ１）号に示されるような低圧排ガス再循環（ＥＧＲ）を行なうことが知られている。排ガスの一部はシリンダに再循環され、一方、排ガスの他の部分はファンネルに導かれて環境に放出される。

【0010】

例えば、独国特許第４２２２４１４（Ｃ２）号及び欧州特許出願公開第０８９６１３９（Ａ２）号によれば、酸素センサが少なくとも吸気管に設けられて制御ユニットに接続され、制御ユニットは、酸素センサによって生成された信号から実際の排ガス再循環速度を決定する。それに応じて、排ガス再循環バルブが制御される。

【0011】

米国特許第７７８３４０８（Ｂ２）号は、複数のシリンダを伴うエンジンを開示する。各シリンダには共通のＥＧＲバルブから導入される排ガスが供給される。制御ユニットが、シリンダの排気管に設けられた空燃比センサにより検出されるシリンダ別空燃比に基づいて、シリンダ間の空燃比の不均衡を検出する。シリンダ間の空燃比に不均衡がある場合は、ＥＧＲバルブが閉じられる。個々のシリンダのＥＧＲ率は与えられない。

【0012】

米国特許第６３８２１９８（Ｂ１）号は、幾つかのエンジン・シリンダの組み合わされた排ガス流に応答する単一の酸素センサが使用される内燃エンジン燃料制御を開示する。酸素センサ出力は、エンジン点火事象と同期してサンプリングされ、時間に対する空燃比の不均衡の指標を成す。サンプリングをエンジン点火事象と同期させる必要があるため、エンジン・コントローラにかなりの計算負荷が課される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】欧州特許出願公開第３７２２５７２（Ａ１）号

【特許文献2】独国特許第４２２２４１４（Ｃ２）号

【特許文献3】欧州特許出願公開第０８９６１３９（Ａ２）号

【特許文献4】米国特許第７７８３４０８（Ｂ２）号

【特許文献5】米国特許第６３８２１９８（Ｂ１）号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明の目的は、従来技術の欠点を回避すること、特に、再循環排ガスの不均衡を低減又は防止する内燃エンジン及び内燃エンジンを動作させる方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明によれば、内燃エンジンは、大型エンジン、例えば船舶用エンジン、又は固定エンジンである。内燃エンジンは、好ましくは、２ストローク・エンジン又は２ストローク・クロス・ヘッド・エンジンである。内燃エンジンは、少なくとも２００ｍｍの内径を有する少なくとも１つのシリンダを有する。

【0016】

一般に、シリンダは、少なくとも１つの空気入口と少なくとも１つの排気出口を有する。好ましくは、内燃エンジンは、シリンダ壁の下部に掃気ポートを伴うとともに、シリンダのカバーに排気出口を伴う、縦方向にフラッシングされる往復動ピストン燃焼エンジンである。

【0017】

内燃エンジンは、共通の掃気レシーバから供給されて排ガスを共通の排気マニホールドに送出する複数のシリンダを有することができる。

【0018】

好ましくは、内燃エンジンは、タービン及びコンプレッサを伴う少なくとも１つのターボチャージャを有する。

【0019】

内燃エンジンは、シリンダの排気出口と空気入口との間に少なくとも部分的に並列に流体配置された少なくとも２つのＥＧＲ経路を伴う排ガス再循環のためのシステムを有する。

【0020】

一般的なＥＧＲ管が並列なラインに分割されてもよく、各ラインの排ガスが新鮮な空気と混合される。

【0021】

例えば、新鮮な空気又は新鮮な空気と排ガスとの混合物を掃気レシーバ又はシリンダの空気入口に供給する複数の掃気ラインがあるとき、及び／又は、拡大された掃気レシーバがあるときには、複数のＥＧＲ経路が必要になる場合がある。複数の掃気ライン及び／又は拡大された掃気レシーバは、一般に複数のターボチャージャも有する複数のシリンダを伴う内燃エンジンに必要な場合がある。

【0022】

新鮮な空気と排ガスとの混合物を案内する掃気ラインは、新鮮な空気と排ガスとが混ざり合う混合ゾーンの下流側のＥＧＲ経路の一部として理解されてもよい。

【0023】

各ＥＧＲ経路は、少なくとも１つのＥＧＲバルブ及び／又は少なくとも１つのＥＧＲブロワを有する。好ましくは、各ＥＧＲ経路は、ＥＧＲ冷却器、ＥＧＲデミスタ、ＥＧＲスクラバー、及び／又はＥＧＲエコノマイザも有する。

【0024】

好ましくは、各ＥＧＲ経路は、それぞれの感知経路に流体接続される又はそれぞれの感知経路と接続可能である。

【0025】

或いは、複数のＥＧＲ経路のうちの選択した少なくとも２つのＥＧＲ経路のみが、それぞれの感知経路に流体接続される又はそれぞれの感知経路と接続可能である。

【0026】

流体接続されるとは、一般にＥＧＲガス又はＥＧＲガスと新鮮な空気との混合物である流体がＥＧＲ経路から感知経路に案内され得ることを意味する。流体接続は、例えば、ＥＧＲ経路と感知経路との間の閉じたバルブ又は感知経路内の閉じたバルブによって防止され得る。

【0027】

前記感知経路は、測定経路に流体接続される又は接続可能である。測定経路は、それぞれのＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす値を与える少なくとも１つのガス・センサ・デバイスを有する。

【0028】

感知経路は、それぞれのＥＧＲ経路、例えば、それぞれのＥＧＲ経路の管、又はそれぞれのＥＧＲ経路に配置された入口空気冷却器に接続される感知経路管によって確立されてもよい。

【0029】

測定には少量のガスしか必要としないため、感知経路は、ＥＧＲ経路の管の直径よりも小さい管直径を有してもよく、例えば、感知経路は、８～２５ｍｍの管直径を有してもよく、これに対し、ＥＧＲ経路の管の直径は３６０～８００ｍｍである。

【0030】

感知経路は、ＥＧＲ経路の総質量流量のごく一部しか導かない。

【0031】

感知経路は、ＥＧＲ経路及び／又は測定経路への流体接続を確立するための少なくとも１つの感知バルブを有することができる。

【0032】

ガス・センサ・デバイスは、排ガス再循環が作動している場合、それぞれのＥＧＲ経路における、好ましくは新鮮な空気及び排ガスを含むＥＧＲ経路の部分におけるＥＧＲガスの濃度を表わす値を与えることができる。ＥＧＲガスの濃度を表わす値は、ＥＧＲガスの量を表わす値であると考えられる。

【0033】

ガス・センサ・デバイスは、Ｏ_２センサ、ＮＯ_ｘセンサ及び／又はＣＯ_２センサなど、ＥＧＲ量又はＥＧＲ濃度を表わす種を評価するための少なくとも１つのガス・センサを有することができる。

【0034】

各感知経路は、新鮮な空気と排ガスとが混ざり合う混合ゾーンの下流側でそれぞれのＥＧＲ経路から分岐することができる。低圧ＥＧＲ経路では、以下で更に説明するように、感知経路がターボチャージャのコンプレッサの下流側で分岐することができる。

【0035】

一方では、測定経路がＥＧＲ経路に接続可能であってもよく、他方では、測定経路が、排ガスを案内するための任意の適切な経路に対して、又はファンネルに対して直接に接続されてもよい。好ましくは、排ガスを案内するための適切な経路において、圧力は、感知経路が分岐するＥＧＲ経路の部分におけるよりも低い。

【0036】

内燃エンジンは第１の制御ユニットを有してもよく、第１の制御ユニットは、少なくとも１つのガス・センサ・デバイスによって与えられる値を受けるように構成されるとともに、新鮮な空気と混合した後にＥＧＲバルブ及び／又はＥＧＲブロワを動作させて全てのＥＧＲ経路に本質的に同じＥＧＲ濃度を与えるように構成される。

【0037】

混合ゾーンの下流側のＥＧＲ経路における等しいＥＧＲ濃度は、全ての空気入口における釣り合いの取れたＥＧＲ濃度及び／又は掃気レシーバにおける均一なＥＧＲ濃度をもたらし、したがって、全てのシリンダにおける等しいＥＧＲ濃度ももたらし得る。

【0038】

第１の制御ユニットは、全ての空気入口又は掃気ラインに関してＥＧＲ濃度を釣り合わせる。排ガスが新鮮な空気と混合される混合ゾーンの下流側の異なるＥＧＲ経路におけるＥＧＲ濃度は、互いに及び／又は全てのＥＧＲ経路にわたる平均から±１％を超えて逸脱してはならない。

【0039】

全体のＥＧＲ率は、一般に、第１の制御ユニットの動作によって影響を受けない。

【0040】

しかしながら、第１の制御ユニットは、例えば、好ましくはガス・モード又はディーゼル・モードの閉ループ・コントローラによって決定される、周囲条件、負荷、シリンダ温度及び／又はシリンダ圧力に応じて全体のＥＧＲ率も制御するエンジン制御ユニットの一部であってもよい。

【0041】

好ましくは、第１の制御ユニットは、少なくとも１つのそれぞれのＥＧＲ経路における少なくとも１つの流量調整バルブを動作させる。流量調整バルブの設定は、バタフライバルブの場合、０．５％～１％又は０．４５°～０．９°のステップで変化され得る。１００％の開放が９０°のバルブ設定に対応し得る。

【0042】

一般に、複数のＥＧＲ経路のうちの２つ以上のＥＧＲ経路の流量調整バルブを動作させて、全体のＥＧＲ率を変えることなく濃度を釣り合わせなければならない。

【0043】

各ＥＧＲ経路のセンサによって決定される値が全てのＥＧＲ経路の平均値よりも所定の値又は割合だけ小さい又は大きい場合には、ＥＧＲ経路のＥＧＲバルブを更に開閉することができる。

【0044】

これに加えて又は代えて、センサによって決定された値が全てのＥＧＲ経路の平均値よりも所定の値又は割合だけ小さい又は大きい場合には、ＥＧＲ経路のＥＧＲブロワを加速又は減速することができる。

【0045】

所定の値又は割合は、制御ユニットに格納することができる。所定の値又は割合は、ショップテストに基づいて決定することができる。

【0046】

第１の制御ユニットは、内燃機が安定動作点に到達すると直ぐに、ＥＧＲバルブ及び／又はＥＧＲブロワを動作させてもよい。例えば、負荷、周囲条件、及び／又はシリンダ圧力条件がそれ以上変化せず且つ全体的なＥＧＲ率が選択されたときに、安定動作点に到達する。

【0047】

例えば、負荷が一定で、ガス・モード又はディーゼル・モードにおけるそれぞれの閉ループ・コントローラが背圧バルブ及び流量調整バルブの設定を変更しない場合。設定は測定中一定のままである。このとき、測定中のＥＧＲ率はほぼ一定であると仮定することもできる。

【0048】

測定時間は、好ましくは数分以内である。

【0049】

内燃機が安定動作点に達すると直ぐに、ＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす値の測定値を連続的に又は特定の時間間隔で定期的に、例えば数分ごとに取得することができる。

【0050】

好ましくは、２つ以上のＥＧＲ経路が共通の測定経路に接続可能である。

【0051】

より好ましくは、内燃エンジンは測定経路を１つだけ有し、全てのＥＧＲ経路が前記測定経路に接続可能である。それぞれのＥＧＲ経路から分岐する各感知経路は、測定経路と流体接続され得る又は測定経路に接続可能であり得る。

【0052】

ＥＧＲ経路におけるＥＧＲ量を表わす値は同じガス・センサ・デバイスによって与えられ、それぞれの測定値の差のみが重要であるため、絶対値に対するガス・センサ・システムの較正は必要ない。

【0053】

各感知経路は、それぞれのＥＧＲ経路と測定経路との間の流体接続を確立及び防止するための感知バルブを有することができる。

【0054】

感知バルブは、様々なＥＧＲ経路の相互汚染を防ぐために迅速且つ確実に切り換え可能である。好ましくは、感知バルブとして磁気バルブが使用される。

【0055】

内燃エンジンは、測定経路をそれぞれのＥＧＲ経路に連続的に接続するために感知バルブを動作させるように構成された第２の制御ユニットを有することができる。

【0056】

第２の制御ユニットは、第１の制御ユニットの一部であってもよく、及び／又はエンジン制御ユニットの一部であってもよい。

【0057】

第２の制御ユニットは、測定サイクルを実行するように構成され得る。測定サイクルは、少なくとも以下のステップを有することができる。

【0058】

最初に、ガス・センサ・デバイス、特にガス・センサを加熱するために、全ての感知バルブが開かれる。

【0059】

全ての感知バルブを閉じ、第１の感知バルブを開くことができる。

【0060】

或いは、第１の感知バルブを除く全ての感知バルブを閉じて、第１のＥＧＲ経路を測定経路に接続し、他の全ての感知バルブを閉じてもよい。

【0061】

或いは、第１の感知バルブは、前に全ての感知バルブを開くことなく開かれてもよい。

【0062】

第１の感知バルブが開くことにより、第１のＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす値を決定することができる。

【0063】

好ましくは、第１の感知バルブは、測定経路を第１のＥＧＲ経路の排ガスでフラッシングするための第１の時間間隔にわたって、例えば３０秒間にわたって開いており、また、第１の感知バルブは、直後の第２の時間間隔、例えば６０秒間にわたって開いたままであり、この場合、ガス・センサ・デバイスは、データを収集し、第１のＥＧＲ経路におけるＥＧＲガスの量及び／又はＥＧＲ濃度を表わす値を与える。

【0064】

第２の時間間隔中に、第１のＥＧＲ経路におけるＥＧＲガスの量及び／又はＥＧＲ濃度に関する平均値を決定することができる。その後、第１感知バルブが閉じられる。

【0065】

他の全ての感知バルブが閉じられたままである間に第２のＥＧＲ経路を測定経路と接続するべく、第２の感知バルブは、第１の感知バルブが閉じられた後又は閉じられる前に開かれる。

【0066】

第２の感知バルブは、第１の感知バルブについて説明したように時間間隔にわたって開いていてもよい。第２の時間間隔は、第１の感知バルブが閉じられた後に開始し得る。

【0067】

第２感知バルブが開くことにより、第２のＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量を表わす値を決定することができる。

【0068】

第２のＥＧＲ経路におけるＥＧＲガスの量及び／又はＥＧＲ濃度を表わす値に関する平均値を決定することができる。その後、第２の感知バルブが閉じられる。

【0069】

好ましくは、利用可能な場合及び／又は選択された場合、更なる感知バルブが、第２の感知バルブについて前述したように連続的に開閉される。更なるＥＧＲ経路におけるＥＧＲガスの量を表わす値を決定することができる。

【0070】

ガス・センサが高温に保たれるように、連続して開かれる感知バルブの開放時間の重複があってもよい。

【0071】

最後に、それぞれのＥＧＲ経路ごとに決定された値の全体の平均値が決定され得る。

【0072】

第１の制御ユニットは、ガス・センサ・デバイスによって与えられる値を受けた後、平均値及び全体の平均値を決定するように構成され得る。

【0073】

それぞれのＥＧＲ経路の値が所定の限界値又は所定の限界割合を超えて全体平均値と異なる場合、第１の制御ユニットは、それぞれのＥＧＲ経路のそれぞれのＥＧＲバルブ及び／又はＥＧＲブロワを作動させることができる。

【0074】

第２の制御ユニットは、各ＥＧＲ経路のＥＧＲガスの量を表わす値の平均が２回以上の測定サイクルにわたって決定可能であるように、測定サイクルを少なくとも２回続けて直ちに実行するように構成されてもよい。

【0075】

第２の制御ユニットは、各ＥＧＲ経路のＥＧＲガスの量又はそれぞれの平均値を表わす値が継続的に決定可能であるように、所定の時間間隔の後に連続的に何度も又は定期的に測定サイクルを実行するように構成されてもよい。

【0076】

内燃エンジンは、排ガス再循環のための低圧システムを有することができる。

【0077】

低圧システムを伴う内燃エンジンは、低圧ＥＧＲ経路を有する。内燃エンジンは、タービン及びコンプレッサを伴う少なくとも１つのターボチャージャを有することができる。

【0078】

低圧ＥＧＲシステムでは、排ガスがターボチャージャのタービンを介して案内可能であり、また、排ガスの少なくとも一部は、タービンの下流側で分岐することができるとともに、ターボチャージャのコンプレッサを介してシリンダの空気入口へ案内可能である。

【0079】

内燃エンジンは、それぞれのＥＧＲ経路ごとに少なくとも１つのターボチャージャを有することができる。各低圧ＥＧＲ経路において、排ガスは、それぞれのターボチャージャのそれぞれのコンプレッサを通じて案内可能であり得る。

【0080】

低圧ＥＧＲシステムを伴う内燃エンジンは、コンプレッサの下流側に入口空気冷却器を有することができる。感知経路は、入口空気冷却器の上流側又は下流側で分岐することができる。

【0081】

感知経路が入口空気冷却器の上流側で分岐する場合、暖かいガスがガス・センサ・デバイスに案内される。さもなければ、より冷たいガスがより高い水分含有量を有する可能性があり、結露を防ぐためにガス・センサ・デバイスを温める必要があり得る。

【0082】

或いは、内燃エンジンは、高圧ＥＧＲシステムを有することができる。

【0083】

内燃エンジンは、タービン及びコンプレッサを伴う少なくとも１つのターボチャージャを有することができる。高圧システムである排ガス再循環のためのシステムでは、排ガスがターボチャージャのタービンの上流側で分岐可能であり、排ガスの少なくとも一部がシリンダの空気入口へ案内可能である。再循環された排ガスは、ターボチャージャのコンプレッサの下流側で掃気と混合可能である。

【0084】

内燃エンジンは、２つ以上のターボチャージャを有することができる。上流側の各タービン排ガスは、再循環のために分岐可能である。各コンプレッサの下流側では、排ガスがそれぞれの混合ゾーンで新鮮な空気と混合可能である。

【0085】

本発明によれば、前述の内燃エンジンを起動させる方法が以下のステップを有する。

【0086】

ＥＧＲ経路は、ガス・センサ・デバイスを有する測定経路に連続的に流体接続される。それぞれのＥＧＲ経路ごとに、それぞれのＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を表わす値が、ガス・センサ・デバイスによって与えられる。

【0087】

ＥＧＲバルブ及び／又はＥＧＲブロワは、ＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を表わす値が釣り合わされるように動作される。

【0088】

ＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量、及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を釣り合わせるために、量及び／又は濃度を明示的に決定する必要はない。例えば、測定値を相互に及び／又は全体の平均と比較するだけで十分である。

【0089】

特に、この方法は以下のステップを含む。

【0090】

最初に、ガス・センサ・デバイスを加熱するために、全ての感知バルブを開くことができる。その後、全ての感知バルブを閉じて、第１の感知バルブを開くことができる。

【0091】

或いは、第１の感知バルブを除いて全ての感知バルブが閉じられてもよい。

【0092】

或いは、前に全ての感知バルブを開くことなく、第１の感知バルブが開かれてもよい。

【0093】

したがって、他の全ての感知バルブが閉じられている間、第１のＥＧＲ経路が測定経路に接続される。

【0094】

第１のＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を表わす値が与えられる。第１の感知バルブは、第１の時間間隔及び第２の時間間隔にわたって開いたままであってもよい。好ましくは、第２の時間間隔においてのみ値が与えられ、及び／又は第２の時間間隔にわたる平均値が決定される。

【0095】

第１の感知バルブが閉じられる。他の全ての感知バルブが閉じられている間に第２のＥＧＲ経路を測定経路に接続するべく、第１の感知バルブが閉じられる前又は後に、第２の感知バルブが開かれる。

【0096】

第２のＥＧＲ経路内のＥＧＲガスの量及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を表わす値が与えられる。第２の感知バルブは、第１の時間間隔及び第２の時間間隔にわたって開いたままであってもよく、第２の時間間隔では、第１の感知バルブを含む他の全ての感知バルブが閉じられ、値が与えられ、及び／又は第２の時間間隔にわたる値の平均値が決定される。第１の時間間隔は３０秒、第２の時間間隔は６０秒を要し得る。

【0097】

第２の感知バルブが閉じられる。

【0098】

好ましくは、利用可能な場合及び／又は選択された場合、更なる感知バルブが連続して開閉され、更なるＥＧＲ経路におけるＥＧＲガスの量及び／又はそれぞれの混合ゾーンの下流側の排ガスの濃度を表わす値が与えられる。

【0099】

全てのＥＧＲ経路又は選択されたＥＧＲ経路のみが測定経路に連続的に接続され得る。

【0100】

任意選択的に、測定品質を向上させるために、接続されたそれぞれのＥＧＲ経路ごとに幾つかの測定値が連続して取得され、各ＥＧＲ経路又は選択されたＥＧＲ経路のそれぞれの平均値が決定される。

【0101】

それぞれのＥＧＲ経路と測定経路との間の接続は、少なくとも数秒間にわたって確立されたままであってもよい。この時間にわたってそれぞれの感知経路が開いていてもよい。

【0102】

全体の平均値は、全てのＥＧＲ経路の値から決定され得る。全体の平均値と個々のＥＧＲ経路の値との間の差を決定することができ、また、差が小さくなって全体の平均値から±１％を超えて逸脱しないように、ＥＧＲバルブ及び／又はＥＧＲブロワを動作させることができる。

【0103】

以下、図を用いて、本発明の実施例について更に説明する。同じ参照番号は、機能的に対応する特徴を指す。

【図面の簡単な説明】

【0104】

【図1】内燃エンジンの第１の例の概略図である。

【図2】内燃エンジンの第２の例の概略図である。

【図3】内燃エンジンの第３の例の概略図である。

【図4】内燃エンジンの第４の例の概略図である。

【図5】内燃エンジンの第５の例の概略図である。

【図6】内燃エンジンの第６の例の概略図である。

【図7】内燃エンジンの第７の例の概略図である。

【図8】内燃エンジンの第８の例の概略図である。

【図9】内燃エンジンの第９の例の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0105】

図１は、内燃エンジン１０の第１の例の概略図を示す。内燃エンジン１０は、少なくとも２００ｍｍの内径１２を有するシリンダ１１を有する。

【0106】

内燃エンジン１０は、タービン３１ａ、３１ｂ及びコンプレッサ３２ａ、３２ｂを伴う２つのターボチャージャ３０ａ、３０ｂを有する。

【0107】

内燃エンジン１０は、シリンダ１０の排気出口１３とシリンダ１０の空気入口１４との間に並列に流体配置された２つの低圧ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂを伴う排ガス再循環のためのシステム４０を有する。

【0108】

排ガスは、ターボチャージャ３０ａ、３０ｂのタービン３１ａ、３１ｂを介して案内可能である。各ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂにおいて、再循環された排ガスは、排ガスが新鮮な空気と混合される混合ゾーン４６ａ、４６ｂを形成するターボチャージャ３０ａ、３０ｂのコンプレッサ３２ａ、３２ｂを通じてシリンダ１１の空気入口１４へ案内可能である。

【0109】

各ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂはＥＧＲバルブ４２ａ、４２ｂを有する。全てのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂは共通の遮断バルブ４４を有する。ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂ内の圧力は、ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂとファンネル４７との間に配置された背圧バルブ４３によって調整することができる。

【0110】

ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂのそれぞれは、それぞれの感知経路５１ａ、５１ｂを介して測定経路５３と流体接続可能である。各感知経路５１ａ、５１ｂは、測定経路５３をそれぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂと流体接続するための感知バルブ５２ａ、５２ｂを有する。各感知経路５１ａ、５１ｂは、コンプレッサ３２ａ、３２ｂの下流側にある混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側で、それぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂから分岐する。

【0111】

各感知経路５１ａ、５１ｂは、少なくとも１つのガス・センサ・デバイス５４を伴う測定経路５３に流体的に接続される。ガス・センサ・デバイス５４は、それぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂ内のＥＧＲガスの量及び／又は混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側のそれぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂのＥＧＲ濃度を表わす値を与える。

【0112】

全てのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂは、前記同じ測定経路５３に接続可能である。

【0113】

内燃エンジン１０は、ガス・センサ・デバイス５４によって与えられる値を受けるように構成される第１の制御ユニット５０を有する。第１の制御ユニット５０は、混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側で本質的に同じＥＧＲ濃度を全てのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂに与えるためにＥＧＲバルブ４２ａ、４２ｂを動作させるように構成される。

【0114】

内燃エンジン１０は、測定経路５３をそれぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂに連続的に接続するために感知バルブ５２ａ、５２ｂを操作するように構成された第２の制御ユニット６０を更に有する。

【0115】

第１の制御ユニット５０と第２の制御ユニット６０とが一体型制御ユニットを形成する。

【0116】

測定経路５３は、コンプレッサ３２ｂの上流側で第２のＥＧＲ経路４１ｂに流体接続される。したがって、それぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂに接続されると、ガス・センサ・デバイス５４の上流側の測定経路５３は、コンプレッサ３２ａ、３２ｂの下流側のＥＧＲ経路の圧力レベル、すなわち高い圧力レベルを有し、また、ガス・センサ・デバイス５４の下流側の測定経路５３は、コンプレッサ３２ｂの上流側のＥＧＲ経路の圧力レベル、すなわち、より低い圧力レベルを有する。

【0117】

図２は、第１の例と同様の内燃エンジン１０の第２の例の概略図を示す。ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂは、排気マニホールド１５と掃気レシーバ２５との間に配置される。

【0118】

再循環された排ガスが第１のＥＧＲ経路４１ａと第２のＥＧＲ経路４１ｂとに分配される前に、排ガスがＥＧＲ冷却器４５とＥＧＲデミスタ４８とを通じて案内される。

【0119】

この例において、測定経路は、コンプレッサ３２ａの上流側で第１のＥＧＲ経路４１ａに流体接続される。

【0120】

内燃エンジン１０は、各コンプレッサ３２ａ、３２ｂの下流側に、入口空気冷却器３３ａ、３３ｂを有する。

【0121】

原理的には、感知経路５１ａ、５１ｂは、高温空気がガス・センサ・デバイス５４に案内されるように、入口空気冷却器３３ａ、３３ｂの上流側でそれぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂから分岐することができる。

【0122】

或いは、感知経路５１ａ、５１ｂは、破線で示される入口空気冷却器３３ａ、３３ｂの下流側でそれぞれのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂから分岐することができる（図３～図５も参照）。

【0123】

図３は、第２の例と同様の内燃エンジン１０の第３の例の概略図を示す。

【0124】

図４は、第３の例と同様の内燃エンジンの第４の例の概略図を示す。

【0125】

図１～図３に示されるような背圧バルブ４３の代わりに、ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂ内に十分な圧力を確立するために、排ガスブロワ４９が設けられる。

【0126】

図５は、第４の例と同様の内燃エンジン１０の第５の例の概略図を示す。

【0127】

図４に示される共通のＥＧＲブロワ４０の代わりに、各ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂは、それぞれのＥＧＲブロワ４９ａ、４９ｂを有する。

【0128】

この場合、第１の制御ユニット５０は、ＥＧＲバルブ４２ａ、４２ｂ及び／又はＥＧＲブロワ４９ａ、４９ｂを動作させて、混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側で本質的に同じＥＧＲ濃度を全てのＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂに与えるように構成される。

【0129】

図６は、内燃エンジン１０の第６の例の概略図を示す。

【0130】

内燃エンジン１０は、２つのターボチャージャ３０ａ、３０ｂを有する。排ガス再循環のためのシステム４０は高圧システムであり、排ガスは、ターボチャージャ３０ａ、３０ｂのタービン３１ａ、３１ｂの上流側で分岐可能である。

【0131】

排ガスの一部は、排気経路４１ａ、４１ｂを介して掃気レシーバ２５に案内され、ターボチャージャ３０ａ、３０ｂのコンプレッサ３２ａ、３２ｂの下流側にあるそれぞれの混合ゾーン４６ａ、４６ｂで掃気と混合可能である。

【0132】

混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側では、それぞれの感知経路５１ａ、５１ｂがＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂから分岐する。各感知経路５１ａ、５１ｂは、ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂを測定経路５３に接続するための感知バルブ５２ａ、５２ｂを有する。

【0133】

測定経路５３はファンネル４７に流体接続される。

【0134】

一体化された第１及び第２の制御ユニット５０、６０は、
－ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂを測定経路５３に連続的に接続するために、感知バルブ５２ａ、５２ｂを動作させ、
－混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側のＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂにおけるＥＧＲ濃度を表わすデータを受け、
－ＥＧＲバルブ４２ａ、４２ｂを動作させて、混合ゾーン４６ａ、４６ｂの下流側のＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂ内のＥＧＲ濃度を釣り合わせるとともに、掃気レシーバ２５内に均一なＥＧＲ濃度をもたらす、
ように構成される。

【0135】

第１のタービン３１ａは、廃棄ゲート３４が開いているときにバイパス３５を介して迂回され得る。バイパスの上流側には背圧バルブ４３が配置される。

【0136】

図７は、第６の例と同様の内燃エンジン１０の第７の例の概略図を示す。この例では、バイパス３５は、背圧バルブ４３の上流側で分岐する。

【0137】

図８は、第６の例及び第７の例と同様の内燃エンジン１０の第８の例の概略図を示す。背圧バルブ４３（図６及び図７参照）の代わりに、ＥＧＲブロワ４９が排ガスを第１のＥＧＲ経路４１ａ及び第２のＥＧＲ経路４１ｂに案内する。第１のＥＧＲ経路４１ａ及び第２のＥＧＲ経路４１ｂは、共通のＥＧＲ冷却器４５を有する。

【0138】

図９は、第８の例と同様の内燃エンジン１０の第９の例の概略図を示す。共通のＥＧＲブロワ４９及び共通のＥＧＲ冷却器４５（図８参照）の代わりに、この例では、各ＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂは、それぞれのＥＧＲブロワ４９ａ、４９ｂ及びそれぞれのＥＧＲ冷却器４５ａ、４５ｂを有する。

【0139】

全ての図は、２つのターボチャージャと、２つの並列なＥＧＲ経路４１ａ、４１ｂとを伴う内燃エンジン１０の例を示す。しかしながら、内燃エンジン１０は、並列に配置された更なるターボチャージャ及び／又は並列に配置されたより多くのＥＧＲ経路（図示せず）を有することができる。

【0140】

同様に、内燃エンジン１０は、２つ以上のシリンダを有することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】