JP2004092429A - Engine with turbocharger - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の排気バルブを有し、これら排気バルブを独立して作動と非作動が可能な気筒を複数備えたターボ過給機付エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、複数の排気バルブを有し、これら排気バルブを独立して作動と非作動が可能な気筒を複数備えたエンジンが実用化されている。
【0003】
例えば、特開平7−91237号公報では、第1及び第2排気ポートとこれらを個別に開閉する第1及び第2排気弁とを各気筒毎に備え、各気筒の第1排気ポートに第1排気マニホルドの分岐管を、第2排気ポートに第2排気マニホルドの分岐管をそれぞれ接続し、両排気マニホルドの各集合管を共通の排気管に接続し、第1排気マニホルドの集合管には低温時HCを吸着する吸着トラッパを、また排気管には触媒コンバータを介装したエンジンの排気浄化装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような先行技術のエンジンにターボ過給機を設ける場合、タービン上流に触媒を設けると触媒部の排気抵抗によりタービン効率が低下すると共に、エンジン背圧の上昇を招き出力低下の原因となる。
【0005】
従って、上述のようなエンジンにターボ過給機を設ける場合には、ターボ過給機による効率の良いエンジン出力性能の向上と排気ガス浄化性能の向上を両立させるため、ターボ過給機のタービンを最適な位置に配設し、また、ターボ過給機の出力特性や触媒の特性を緻密に考慮してエンジンの運転状態に応じた適切な可変動弁機構の制御が必要となる。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ターボ過給機のタービンを最適な位置に配設し、また、エンジン運転状態に応じて可変動弁機構を適切に制御して、ターボ過給機による効率の良いエンジン出力性能の向上と排気ガス浄化性能の向上を両立させることが可能なターボ過給機付エンジンを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、少なくとも作動と非作動を制御自在な第1の排気バルブと、該第1の排気バルブとは独立に作動と非作動を制御自在な第2の排気バルブを有し、上記第1の排気バルブに連通する第1の排気ポートと上記第2の排気バルブに連通する第2の排気ポートとを独立して形成した気筒を複数備えたターボ過給機付エンジンにおいて、ターボ過給機のタービン入口側と接続して上記各第1の排気ポートからの排気を集合し導出する第1の排気通路と、該第1の排気通路の中途部に接続して上記各第2の排気ポートからの排気を集合し導出する第2の排気通路とを有し、上記第2の排気通路の中途に第1の触媒を介装し、上記ターボ過給機のタービンの下流に第2の触媒を設けたことを特徴としている。
【0008】
また、請求項2記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、少なくとも作動と非作動を制御自在な第1の排気バルブと、該第1の排気バルブとは独立に作動と非作動を制御自在な第2の排気バルブを有し、上記第1の排気バルブに連通する第1の排気ポートと上記第2の排気バルブに連通する第2の排気ポートとを独立して形成した気筒を複数備える一方、ターボ過給機のタービンを少なくとも第1の排気通路部と該第1の排気通路部より断面の小さい第2の排気通路部に区画形成したターボ過給機付エンジンにおいて、上記タービンの第1の排気通路部の入口側と接続して上記各第1の排気ポートからの排気を集合し導出する第1の排気通路と、上記タービンの第2の排気通路部の入口側と接続して上記各第2の排気ポートからの排気を集合し導出する第2の排気通路とを有し、上記第2の排気通路の中途に第1の触媒を介装し、上記ターボ過給機のタービンの下流に第2の触媒を設けたことを特徴としている。
【0009】
更に、請求項3記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1又は請求項2記載のターボ過給機付エンジンにおいて、エンジン冷態時は、上記各第1の排気バルブは閉塞し非作動とすると共に、上記各第2の排気バルブを作動させることを特徴としている。
【0010】
また、請求項4記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、エンジン冷態時で、エンジン運転が予め設定しておいた高回転、高負荷運転状態となった場合には、上記各第1の排気バルブと上記各第2の排気バルブを作動させることを特徴としている。
【0011】
更に、請求項5記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項4の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、エンジン暖気後は、上記各第1の排気バルブを作動させると共に、上記各第2の排気バルブを閉塞し非作動とすることを特徴としている。
【0012】
また、請求項6記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項5の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、エンジン暖気後で、エンジン運転が予め設定しておいた高回転、高負荷運転状態となった場合には、上記各第1の排気バルブと上記各第2の排気バルブを作動させることを特徴としている。
【0013】
更に、請求項7記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項6の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、エンジン暖気後で、エンジン運転が予め設定しておいた低回転、低負荷運転状態となった場合には、上記各第1の排気バルブと上記各第2の排気バルブを作動させることを特徴としている。
【0014】
また、請求項8記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項7の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記各気筒の各第1の排気ポート同士は、合流した後に上記第1の排気通路と接続することを特徴としている。
【0015】
更に、請求項9記載の本発明によるターボ過給機付エンジンは、請求項1乃至請求項8の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、上記各気筒の各第2の排気ポート同士は、合流した後に上記第2の排気通路と接続することを特徴としている。
【0016】
すなわち、請求項1記載のターボ過給機付エンジンは、各気筒の第1の排気バルブからの排気は、第1の排気ポート及び第1の排気通路を介してターボ過給機のタービンに到達する。そして、タービンを経て第2の触媒を通過して排出される。一方、各気筒の第2の排気バルブからの排気は、第2の排気ポート及び第2の排気通路、第1の触媒を介して第1の排気通路の中途部へと導かれ、この第1の排気通路を介してターボ過給機のタービンに到達する。そして、タービンを経て第2の触媒を通過して排出される。こうして、タービン上流に介装される触媒は、第1の触媒のみに構成され、タービン効率の低下とエンジン背圧の上昇が最小限となるように構成されている。
【0017】
また、請求項2記載のターボ過給機付エンジンは、各気筒の第1の排気バルブからの排気は、第1の排気ポート及び第1の排気通路を介してターボ過給機のタービンの第1の排気通路部に到達する。そして、この第1の排気通路部を経て第2の触媒を通過して排出される。一方、各気筒の第2の排気バルブからの排気は、第2の排気ポート及び第2の排気通路、第1の触媒を介してターボ過給機のタービンの、第1の排気通路部より断面の小さい第2の排気通路部に到達する。そして、この第2の排気通路部を経て第2の触媒を通過して排出される。こうして、ターボ過給機のタービンを少なくとも第1の排気通路部と該第1の排気通路部より断面の小さい第2の排気通路部に区画形成したターボ過給機付エンジンにおいても、タービン上流に介装される触媒は、第1の触媒のみに構成され、タービン効率の低下とエンジン背圧の上昇が最小限となるように構成されている。
【0018】
このように構成する請求項1又は請求項2記載のターボ過給機付エンジンでは、請求項3記載のように、エンジン冷態時は、各第1の排気バルブは閉塞し非作動とすると共に、各第2の排気バルブを作動させるようにして、第1の触媒を早期活性化させ、排気ガスの浄化を効率良く行えるようにする。
【0019】
また、請求項4記載のように、エンジン冷態時で、エンジン運転が予め設定しておいた高回転、高負荷運転状態となった場合には、各第1の排気バルブと各第2の排気バルブを作動させるようにすれば、高回転、高負荷運転状態での第1の触媒の保護が有効に行える。
【0020】
更に、請求項5記載のように、エンジン暖気後は、各第1の排気バルブを作動させると共に、各第2の排気バルブを閉塞し非作動とすることで、排気ガスは第1の触媒をバイパスしタービンに供給され、タービン効率が向上すると共に、エンジン背圧が低減され高出力を発生する。また、排気ブローダウン圧を有効に利用することが可能となり、低回転より良好な過給特性が得られ走行性を向上することができる。
【0021】
また、請求項6記載のように、エンジン暖気後で、エンジン運転が予め設定しておいた高回転、高負荷運転状態となった場合には、各第1の排気バルブと各第2の排気バルブを作動させるようにすれば、エンジンの排気効率を向上して最大出力を向上することができ、また、高回転、高負荷運転状態での第1の触媒の保護が有効に行え、第1の触媒の熱劣化等による排気ガス清浄能力低下も防止することが可能となる。
【0022】
更に、請求項7記載のように、エンジン暖気後で、エンジン運転が予め設定しておいた低回転、低負荷運転状態となった場合には、各第1の排気バルブと各第2の排気バルブを作動させるようにすれば、エンジンの排気効率を向上し燃費性能を向上することが可能となると共に、第1の触媒、及び、第2の触媒の効果により排気ガス浄化性能も向上することができる。
【0023】
この請求項1乃至請求項7の何れか一つに記載のターボ過給機付エンジンでは、請求項8記載のように、各気筒の各第1の排気ポート同士を合流した後に第1の排気通路と接続する、或いは、請求項9記載のように、各気筒の各第2の排気ポート同士を合流した後に第2の排気通路と接続するように構成すれば、排気通路容積が縮小し、排気温度を上昇させることができるので、第1の触媒の早期活性化を図ることができる。
【0024】
【実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
図1乃至図6は本発明の実施の第1形態を示し、図1はターボ過給機付エンジンの全体構成説明図、図2は各シリンダヘッドの各排気ポートに接続する排気通路の説明図、図3は電子制御系の回路構成図、図4は排気バルブ作動制御のフローチャート、図5はエンジン冷態時における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図、図6はエンジン暖気後における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図である。
【0025】
先ず、本発明が適用されるターボ過給機付エンジンの全体構成について、図1に従い説明する。同図において符号1はターボ過給機付エンジン(以下「エンジン」と略記する)であり、本形態においては水平対向式4気筒ガソリンエンジンを示す。エンジン1のシリンダブロック2の2気筒づつ備えた左右の両バンクには、シリンダヘッド3がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド3に各気筒と連通する吸気ポート4と排気ポート5とが形成されている。
【0026】
ここで、左バンク、或いは、右バンクの各気筒は、それぞれ一対の吸気バルブ6と一対の排気バルブ7とを有しており、一対の吸気バルブ6には、それぞれの吸気ポート4が連通されている。
【0027】
吸気ポート4には吸気マニホルド8が連通され、この吸気マニホルド8の上流側集合部に、エアーチャンバ9を介してスロットルボディ10が連通されている。このスロットルボディ10の上流側には、吸気管11を介してエアクリーナ12が取付けられ、このエアクリーナ12がエアインテークチャンバ13に連通されている。
【0028】
また、スロットルボディ10には、スロットル弁14が設けられ、このスロットルボディ10の直上流の吸気管11にインタークーラ15が介装され、更に、吸気管11のエアクリーナ12の下流側にレゾネータチャンバ16が介装されている。
【0029】
レゾネータチャンバ16と吸気マニホルド8とは、スロットル弁14の上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路17によって連通されており、このバイパス通路17に、アイドル空気量を調整するアイドルスピードコントロールバルブ(アイドル回転数制御弁;ISC弁)18が介装されている。そして、ISC弁18の直下流側に、吸気圧が負圧のとき開弁し、ターボ過給機19により過給されて吸気圧が正圧になったとき閉弁するチェックバルブ20が介装されている。
【0030】
また、図2(a)に示すように、それぞれのバンクで外側の排気バルブ(第1の排気バルブ)7aには排気ポート5の第1の排気ポート5aが連通され、それぞれのバンクで隣接する排気バルブ(第2の排気バルブ)7bには排気ポート5の第2の排気ポート5bが連通されている。
【0031】
更に、第1の排気バルブ7aと第2の排気バルブ7bには、それぞれ独立に、後述する電子制御装置(ECU)60により、動弁機構のロッカアームを作動させるカムを油圧により選択する等の公知の選択機構で、作動と、閉塞したまま非作動とすることが選択自在な弁動作選択機構部21が設けられている。
【0032】
排気ポート5の第1の排気ポート5aには、入口側が2股に分岐された第1の排気通路22が連通され、また、排気ポート5の第2の排気ポート5bには、同じく入口側が2股に分岐された第2の排気通路23が連通されている。そして、この第2の排気通路23には第1の触媒24が介装されており、下流側端部は、第1の排気通路22の中途部に合流接続されている。
【0033】
こうして、第2の排気通路23が接続された第1の排気通路22は、ターボ過給機19のタービン25の入口に連通され、タービン25の出口には、主触媒(第2の触媒)26が介装されてマフラ27に連通された排気管28が接続されている。
【0034】
また、ターボ過給機19は、そのコンプレッサ29が吸気管11のレゾネータチャンバ16の下流側に介装されている。こうして、ターボ過給機19では、タービン25に導入する排気エネルギによりコンプレッサ29が回転駆動され、空気を吸入、加圧して過給する。
【0035】
ターボ過給機19のタービンハウジングの入口には、ウエストゲート弁30が介装され、このウエストゲート弁30にウエストゲート弁作動用アクチュエータ31が連設されている。このウエストゲート弁作動用アクチュエータ31は、ダイヤフラムにより2室に仕切られ、一方がウエストゲート弁制御デューティソレノイド弁32に連通する圧力室を形成し、他方がウエストゲート弁30を閉方向に付勢するスプリングを収納したスプリング室を形成している。
【0036】
また、ウエストゲート弁制御デューティソレノイド弁32は、ウエストゲート弁作動用アクチュータ31の圧力室に連通するポートと、ターボ過給機19のコンプレッサ下流に連通するポートと、レゾネータチャンバ16に連通するポートとを有する電磁三方弁であり、ECU60から出力される制御信号のデューティ比に応じてレゾネータチャンバ16に連通するポートの弁開度が調節され、レゾネータチャンバ16側の圧力とコンプレッサ下流側の圧力とが調圧されてウエストゲート弁作動用アクチュエータ31の圧力室に制御圧が供給され、ウエストゲート弁30の開度が調節されて過給圧が制御される。
【0037】
一方、吸気マニホルド8の各気筒の各吸気ポート4の直上流側にはインジェクタ33が臨まされ、図示しない燃料タンク内の燃料が図示しない燃料ポンプによって圧送され、同じく図示しないプレッシャレギュレータによってインジェクタ33への燃料圧力が所定の圧力に調圧される。
【0038】
更に、シリンダヘッド3の各気筒毎に、その先端を燃焼室に露呈する点火プラグ34が取付けられ、この点火プラグ34に、各気筒毎に配設された点火コイル35を介してイグナイタ36が接続されている。
【0039】
尚、上述の説明では、排気ポート5の第1の排気ポート5a、第2の排気ポート5bは、それぞれ入口が分岐した第1の排気通路22、第2の排気通路23と連結する例で説明しているが、例えば図2(b)に示すように、隣接する第2の排気ポート5b同士を予めシリンダヘッド3内で合流して形成し、この合流したポートに第2の排気通路23を接続するようにしても良い。また、3次元的な空間内で可能で有れば、第1の排気ポート5a同士を予めシリンダヘッド3内で合流して形成し、この合流したポートに第1の排気通路22を接続するようにしても良い。このように配管を構成することで、排気通路容積が縮小し、排気温度を上昇させることができるので、特に第1の排気ポート5a同士を予めシリンダヘッド3内で合流して形成した場合においては、第1の触媒24の早期活性化を図ることができる。
【0040】
次に、各種センサについて説明する。絶対圧センサ38が吸気管圧力/大気圧切換ソレノイド弁39によりスロットル弁14下流の吸気管圧力(吸気マニホルド8内の吸気圧)と大気圧とを選択して検出するよう設けられている。また、シリンダブロック2にノックセンサ40が取付けられると共に、左右両バンクを連通する冷却水通路41に冷却水温センサ42が臨まされている。更に、スロットル弁14にスロットル開度センサ43が連設され、エアクリーナ12の直下流に吸入空気量センサ44が配設されている。
【0041】
また、エンジン1のクランクシャフト45にクランクロータ46が軸着され、このクランクロータ46の外周に電磁ピックアップ等からなるクランク角センサ47が対設されている。さらに、動弁機構におけるカムシャフト48に連設するカムロータ49に、電磁ピックアップ等からなる気筒判別センサ50が対設されている。
【0042】
クランク角センサ47、気筒判別センサ50は、それぞれクランクロータ46、カムロータ49に所定間隔毎に形成された突起をエンジン運転に伴い検出し、クランクパルス、気筒判別パルスを出力する。そして、ECU60において、クランクパルスの間隔時間(突起の検出間隔)からエンジン回転数を算出すると共に、点火時期及び燃料噴射時期等を演算し、さらに、クランクパルス及び気筒判別パルスの入力パターンから気筒判別を行う。
【0043】
次に、図3に基づき電子制御系の構成について説明する。ECU60は、CPU61、ROM62、RAM63、バックアップRAM64、カウンタ・タイマ群65、及びI/0インターフェイス66をバスラインを介して接続したマイクロコンピュータを中心として構成され、各部に所定の安定化電源を供給する定電圧回路67、駆動回路68、A/D変換器69等の周辺回路を備えている。
【0044】
尚、カウンタ・タイマ群65は、フリーランカウンタ、気筒判別センサ信号(気筒判別パルス)の入力計数用カウンタ等の各種カウンタ、燃料噴射用タイマ、点火用タイマ、定期割込みを発生させるための定期割込み用タイマ、及びシステム異常監視用のウオッチドッグタイマ等の各種タイマを便宜上総称するものであり、その他、各種のソフトウエアカウンタ・タイマを含む。
【0045】
定電圧回路67は、2回路のリレー接点を有する電源リレー70の第1のリレー接点を介してバッテリ71に接続され、電源リレー70は、そのリレーコイルの一端が接地され、リレーコイルの他端が駆動回路68に接続されている。尚、電源リレー70の第2のリレー接点には、バッテリ71から各アクチュエータに電源を供給するための電源線が接続されている。バッテリ71には、イグニッションスイッチ72の一端が接続され、このイグニッションスイッチ72の他端がI/Oインターフェイス66の入力ポートに接続されている。
【0046】
更に、定電圧回路67は、直接、バッテリ71に接続され、バッテリ71に接続されるイグニッションスイッチ72のONがI/Oインターフェイス66の入力ポートで検出されて電源リレー70の接点が閉となると、ECU60内の各部へ電源を供給する一方、イグニッションスイッチ72のON,OFFに拘らず、常時、バックアップRAM64にバックアップ用の電源を供給する。
【0047】
また、I/Oインターフェイス66の入力ポートには、ノックセンサ40、クランク角センサ47、気筒判別センサ50、車速センサ51が接続されている。更に、I/Oインターフェイス66の入力ポートには、A/D変換器69を介して吸入空気量センサ44、スロットル開度センサ43、冷却水温センサ42、絶対圧センサ38が接続されると共に、バッテリ電圧VBが入力されてモニタされる。
【0048】
一方、I/Oインターフェイス66の出力ポートには、ISC弁18、インジェクタ33、弁動作選択機構部21、ウエストゲート弁制御デューティソレノイド弁32、吸気管圧力/大気圧切換ソレノイド弁39、及び、電源リレー70のリレーコイルが駆動回路68を介して接続されると共に、イグナイタ36が接続されている。
【0049】
そして、イグニッションスイッチ72がONされると、電源リレー70がONし、定電圧回路67を介して各部に定電圧が供給され、ECU60が各種制御を実行する。すなわち、ECU60においてCPU61が、ROM62に格納されている制御プログラムに基づき、I/Oインターフェイス66を介して各種センサからの検出信号を入力処理し、RAM63及びバックアップRAM64に記憶されている各種データ、ROM62に格納されている固定データに基づき、各種制御量を演算する。
【0050】
そして、ECU60は、エンジン冷態時とエンジン暖気後における予め設定しておいたマップに基づき、それぞれ第1の排気バルブ7aと第2の排気バルブ7bの作動と非作動を、後述の図4のフローチャートに示す排気バルブ作動制御プログラムに従って選択し、駆動回路68を介して、弁動作選択機構部21に信号出力する。
【0051】
また、ECU60は、駆動回路68を介して、ウエストゲート弁制御デューティソレノイド弁32に制御信号を出力し、過給圧制御を行う。更に、ECU60は、演算した燃料噴射量を定める駆動パルス幅信号を所定のタイミングで該当気筒のインジェクタ33に出力して燃料噴射制御を行い、また、所定のタイミングでイグナイタ36に点火信号を出力して点火時期制御を実行し、ISC弁18に制御信号を出力してアイドル回転数制御等を実行する。
【0052】
以下、ECU60で実行される、排気バルブ作動制御について図4のフローチャートで説明する。
まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で必要なパラメータを読み込み、S102に進み、エンジン1が冷態状態か否か判定する。そして、この判定の結果、エンジン1が冷態状態の場合はS103に進み、予めメモリしておいたエンジン冷態時における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図(図5)を参照して、エンジン1の運転状態が領域Aか否か判定する。
【0053】
S103の判定の結果、領域Aの場合は、S104に進み、各第1の排気バルブ5aを閉塞し非作動とすると共に、各第2の排気バルブ5bを作動させ、プログラムを抜ける。すなわち、このようにエンジン1の排気を全て、各第2の排気バルブ5bから排出させ、第2の排気通路23を通過させることにより、第1の触媒24を早期活性化させ、排気ガスの浄化を効率良く行えるようにする。
【0054】
また、S103の判定の結果、領域Aではない場合、すなわち、高負荷、高回転の領域Bの場合は、S105へと進み、各第1の排気バルブ5aと、各第2の排気バルブ5bを共に作動させ、プログラムを抜ける。このように、領域Bを設定することで、エンジン冷態時であっても高負荷、高回転時の第1の触媒24の保護が有効に行えるようになっている。
【0055】
一方、S102の判定で、エンジン冷態時ではないと判定した場合はS106に進み、予めメモリしておいたエンジン暖気後における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図(図6)を参照して、エンジン1の運転状態が領域L(低負荷、低回転領域)か否か判定する。
【0056】
そして、このS106の判定の結果、領域Lの場合は、S105へと進み、各第1の排気バルブ5aと、各第2の排気バルブ5bを共に作動させ、プログラムを抜ける。このように、低負荷、低回転時において、各第1の排気バルブ5aと、各第2の排気バルブ5bを共に作動させることにより、エンジン1の排気効率を向上し燃費性能を向上することが可能となると共に、第1の触媒24、及び、第2の触媒26の効果により排気ガス浄化性能も向上することができる。
【0057】
また、S106の判定の結果、領域Lではない場合は、S107に進み、領域Mか否か判定する。この結果、領域Mの場合は、S108へと進み、各第1の排気バルブ5aを作動させると共に、各第2の排気バルブ5bを閉塞し非作動として、プログラムを抜ける。すなわち、領域Mの場合では、各第1の排気バルブ5aを作動させると共に、各第2の排気バルブ5bを閉塞し非作動とすることで、排気ガスは第1の触媒24をバイパスしタービン25に供給され、タービン効率が向上すると共に、エンジン背圧が低減され高出力を発生する。また、排気ブローダウン圧を有効に利用することが可能となり、低回転より良好な過給特性が得られ走行性を向上することができるようになっている。
【0058】
一方、S107の判定の結果、領域Mではない場合、すなわち、高負荷、高回転の領域Nの場合は、S105へと進み、各第1の排気バルブ5aと、各第2の排気バルブ5bを共に作動させ、プログラムを抜ける。このように、高回転、高負荷運転状態となった領域Nの場合には、各第1の排気バルブ5aと各第2の排気バルブ5bを作動させるようにすることで、エンジン1の排気効率を向上して最大出力を向上することができ、また、高回転、高負荷運転状態での第1の触媒24の保護が有効に行え、第1の触媒24の熱劣化等による排気ガス清浄能力低下も防止することが可能となる。
【0059】
次に、図7は本発明の実施の第2形態による、ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図である。尚、本実施の第2形態は、ターボ過給機のタービンが、第1の排気通路部と、この第1の排気通路部より断面の小さい第2の排気通路部に区画形成された構造であることが前記第1形態と異なり、他の構成、作用は前記第1形態と同様であるので、同じ符号を記し説明は省略する。
【0060】
すなわち、図7に示すように、本実施の第2形態によるターボ過給機80のタービン81のタービンスクロール部は、第1の排気通路部82と、この第1の排気通路部82より断面の小さい第2の排気通路部83の2つの排気通路部に区画して形成されている。
【0061】
また、タービン81の第1の排気通路部82には、各第1の排気ポート5aに連通される第1の排気通路22が連通され、第2の排気通路部83には、各第2の排気ポート5bに連通される第2の排気通路23が連通されている。
【0062】
そして、第1の排気バルブ7aと第2の排気バルブ7bは、前記第1形態と同様に、エンジン冷態時とエンジン暖気後における特性のマップに従って、作動と閉塞して非作動とが選択され制御される。
【0063】
このように、第1の排気通路部82と、この第1の排気通路部82より断面の小さい第2の排気通路部83で区画形成されたタービン81に、それぞれ第1の排気通路22、第2の排気通路23を接続して構成することにより、前記第1形態で説明した効果に加え、エンジン1からの排気が第2の排気通路23を介して排出される際には、タービン81に絞られた高圧の排気が供給されるため、過給効果を良好にすることができる。また、タービン81の第1の排気通路部82は十分な断面を確保して、第1の排気通路22を介し排気を排出する際には、低回転より良好な過給特性が得られ、走行性を向上することができる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ターボ過給機のタービンを最適な位置に配設し、また、エンジン運転状態に応じて可変動弁機構を適切に制御して、ターボ過給機による効率の良いエンジン出力性能の向上と排気ガス浄化性能の向上を両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による、ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図
【図2】同上、各シリンダヘッドの各排気ポートに接続する排気通路の説明図
【図3】同上、電子制御系の回路構成図
【図4】同上、排気バルブ作動制御のフローチャート
【図5】同上、エンジン冷態時における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図
【図6】同上、エンジン暖気後における排気バルブの作動と非作動を設定する領域特性図
【図7】本発明の実施の第2形態による、ターボ過給機付エンジンの全体構成説明図
【符号の説明】
1 ターボ過給機付エンジン
3 シリンダヘッド
5 排気ポート
5a 第1の排気ポート
5b 第2の排気ポート
7 排気バルブ
7a 第1の排気バルブ
7b 第2の排気バルブ
19 ターボ過給機
21 弁動作選択機構部
22 第1の排気通路
23 第2の排気通路
24 第1の触媒
25 タービン
26 主触媒(第2の触媒)
60 ECU[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine with a turbocharger having a plurality of exhaust valves and a plurality of cylinders capable of operating and deactivating these exhaust valves independently.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an engine having a plurality of exhaust valves and a plurality of cylinders capable of independently operating and deactivating these exhaust valves has been put into practical use.
[0003]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-91237, first and second exhaust ports and first and second exhaust valves for individually opening and closing the first and second exhaust ports are provided for each cylinder, and the first exhaust port of each cylinder is provided with a first exhaust port. The branch pipe of the exhaust manifold is connected to the second exhaust port, the branch pipe of the second exhaust manifold is connected, the respective exhaust manifolds are connected to a common exhaust pipe, and the lower exhaust pipe is connected to the first exhaust manifold. There is disclosed an exhaust gas purifying apparatus for an engine in which an adsorption trapper for adsorbing HC at the time and a catalytic converter are interposed in an exhaust pipe.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the case where a turbocharger is provided in the above-described prior art engine, if a catalyst is provided upstream of the turbine, turbine efficiency is reduced due to exhaust resistance of the catalyst portion, and engine back pressure is increased, which causes a reduction in output. .
[0005]
Therefore, when a turbocharger is provided in the above-described engine, the turbocharger turbine is installed in order to achieve both efficient engine output performance improvement and exhaust gas purification performance improvement by the turbocharger. It is necessary to control the variable valve mechanism appropriately in accordance with the operating state of the engine by arranging it at an optimum position and taking into account the output characteristics of the turbocharger and the characteristics of the catalyst precisely.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a turbocharger by arranging a turbine of a turbocharger at an optimum position and appropriately controlling a variable valve mechanism according to an engine operating state. It is an object of the present invention to provide an engine with a turbocharger, which can achieve both efficient improvement in engine output performance and improvement in exhaust gas purification performance.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an engine with a turbocharger according to the present invention according to claim 1 has a first exhaust valve capable of controlling at least operation and non-operation, and operates independently of the first exhaust valve. A second exhaust valve having a controllable non-operation; a first exhaust port communicating with the first exhaust valve and a second exhaust port communicating with the second exhaust valve are formed independently; A first exhaust passage connected to the turbine inlet side of the turbocharger to collect and lead the exhaust from each of the first exhaust ports; A second exhaust passage connected to a middle portion of the first exhaust passage and collecting and discharging exhaust gas from each of the second exhaust ports. A first catalyst is provided in the middle of the second exhaust passage. A second catalyst downstream of the turbine of the turbocharger It is characterized by providing.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an engine with a turbocharger according to the present invention, wherein a first exhaust valve capable of controlling at least operation and non-operation, and operation and non-operation controlled independently of the first exhaust valve. A plurality of cylinders each having a freely movable second exhaust valve and having independently formed a first exhaust port communicating with the first exhaust valve and a second exhaust port communicating with the second exhaust valve. On the other hand, in an engine with a turbocharger in which a turbine of a turbocharger is divided into at least a first exhaust passage portion and a second exhaust passage portion having a smaller cross section than the first exhaust passage portion, A first exhaust passage connected to an inlet side of the first exhaust passage portion to collect and extract exhaust gas from each of the first exhaust ports, and connected to an inlet side of a second exhaust passage portion of the turbine; Exhaust from each of the second exhaust ports A second exhaust passage for collecting and leading out, a first catalyst interposed in the middle of the second exhaust passage, and a second catalyst provided downstream of a turbine of the turbocharger. It is characterized by.
[0009]
Further, the engine with a turbocharger according to the present invention according to
[0010]
The engine with a turbocharger according to the present invention described in
[0011]
Further, according to a fifth aspect of the present invention, in the engine with a turbocharger according to any one of the first to fourth aspects, after the engine is warmed, each of the first and second turbochargers is replaced with the first one. And the second exhaust valve is closed and deactivated.
[0012]
The engine with a turbocharger according to the present invention according to
[0013]
Further, the engine with a turbocharger according to the present invention according to claim 7 is the engine with a turbocharger according to any one of claims 1 to 6, wherein the engine operation is previously performed after the engine is warmed up. When the set low-speed, low-load operation state is established, the first exhaust valve and the second exhaust valve are operated.
[0014]
The engine with a turbocharger according to the present invention described in
[0015]
Further, according to a ninth aspect of the present invention, in the engine with a turbocharger according to any one of the first to eighth aspects, each second exhaust gas of each of the cylinders is provided. The ports are connected to the second exhaust passage after being merged.
[0016]
That is, in the engine with the turbocharger according to the first aspect, exhaust from the first exhaust valve of each cylinder reaches the turbine of the turbocharger via the first exhaust port and the first exhaust passage. I do. Then, the gas is discharged through the second catalyst through the turbine. On the other hand, the exhaust gas from the second exhaust valve of each cylinder is guided to the middle of the first exhaust passage via the second exhaust port, the second exhaust passage, and the first catalyst. And reaches the turbine of the turbocharger through the exhaust passage of the turbocharger. Then, the gas is discharged through the second catalyst through the turbine. In this way, the catalyst interposed upstream of the turbine is constituted only by the first catalyst, and is configured so that a decrease in turbine efficiency and an increase in engine back pressure are minimized.
[0017]
Also, in the engine with a turbocharger according to the second aspect, the exhaust gas from the first exhaust valve of each cylinder is supplied to the turbocharger turbine through the first exhaust port and the first exhaust passage. No. 1 exhaust passage. Then, the gas is discharged through the second catalyst through the first exhaust passage. On the other hand, the exhaust from the second exhaust valve of each cylinder is cross-sectioned from the first exhaust passage of the turbocharger turbine via the second exhaust port, the second exhaust passage, and the first catalyst. To the second exhaust passage portion having a smaller value. Then, the fuel is discharged through the second catalyst through the second exhaust passage. In this way, even in the turbocharged engine in which the turbine of the turbocharger is divided into at least the first exhaust passage portion and the second exhaust passage portion having a smaller cross section than the first exhaust passage portion, the turbine is provided upstream of the turbine. The interposed catalyst is constituted only by the first catalyst, and is constituted so that a decrease in turbine efficiency and an increase in engine back pressure are minimized.
[0018]
In the engine with a turbocharger according to
[0019]
Further, when the engine operation is in a preset high-speed, high-load operation state when the engine is cold, each first exhaust valve and each second exhaust valve are connected. By operating the exhaust valve, protection of the first catalyst in a high-speed, high-load operation state can be effectively performed.
[0020]
Further, as described in
[0021]
Further, when the engine operation is set to a preset high-speed, high-load operation state after the engine is warmed up, each first exhaust valve and each second exhaust valve are provided. By operating the valve, the exhaust efficiency of the engine can be improved and the maximum output can be improved. In addition, the protection of the first catalyst in a high-speed, high-load operation state can be effectively performed. It is also possible to prevent a decrease in exhaust gas cleaning performance due to thermal deterioration of the catalyst.
[0022]
Further, when the engine operation is brought into a preset low-speed, low-load operation state after the engine is warmed up, each first exhaust valve and each second exhaust valve are set. By operating the valve, it is possible to improve the exhaust efficiency of the engine and improve the fuel efficiency, and also to improve the exhaust gas purification performance by the effects of the first catalyst and the second catalyst. Can be.
[0023]
In the engine with a turbocharger according to any one of claims 1 to 7, as described in
[0024]
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 1 to 6 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an explanatory diagram of the overall configuration of a turbocharged engine, and FIG. 2 is an explanatory diagram of an exhaust passage connected to each exhaust port of each cylinder head. , FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an electronic control system, FIG. 4 is a flowchart of exhaust valve operation control, FIG. 5 is a region characteristic diagram for setting operation and non-operation of an exhaust valve when the engine is cold, and FIG. FIG. 6 is a region characteristic diagram for setting the operation and non-operation of the exhaust valve in FIG.
[0025]
First, the overall configuration of a turbocharged engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a turbocharged engine (hereinafter abbreviated as "engine"), and in this embodiment, a horizontally opposed four-cylinder gasoline engine.
[0026]
Here, each cylinder of the left bank or the right bank has a pair of
[0027]
An
[0028]
A throttle valve 14 is provided on the
[0029]
The
[0030]
Further, as shown in FIG. 2A, the
[0031]
Further, the
[0032]
The
[0033]
Thus, the
[0034]
In the
[0035]
A
[0036]
The wastegate valve control
[0037]
On the other hand, an
[0038]
Further, an
[0039]
In the above description, an example is described in which the
[0040]
Next, various sensors will be described. An
[0041]
Further, a
[0042]
The
[0043]
Next, the configuration of the electronic control system will be described with reference to FIG. The
[0044]
The counter /
[0045]
The
[0046]
Further, the
[0047]
The
[0048]
On the other hand, the output ports of the I /
[0049]
When the
[0050]
Then, the
[0051]
Further, the
[0052]
Hereinafter, the exhaust valve operation control executed by the
First, in step (hereinafter abbreviated as "S") 101, necessary parameters are read, and the routine proceeds to S102, where it is determined whether or not the engine 1 is in a cold state. If the result of this determination is that the engine 1 is in a cold state, the flow proceeds to S103, and refers to a region characteristic diagram (FIG. 5) for setting the operation and non-operation of the exhaust valve when the engine is in a cold state, which is stored in advance. Then, it is determined whether or not the operation state of the engine 1 is in the region A.
[0053]
If the result of determination in S103 is area A, the process proceeds to S104, in which each
[0054]
Also, as a result of the determination in S103, if it is not the area A, that is, if it is the area B of high load and high rotation, the process proceeds to S105, and the
[0055]
On the other hand, when it is determined in S102 that the engine is not in the cold state, the process proceeds to S106, and a region characteristic diagram (FIG. 6) for setting the operation and non-operation of the exhaust valve after the engine is warmed up in advance is stored. With reference to, it is determined whether or not the operating state of the engine 1 is in the region L (low load, low rotation region).
[0056]
If the result of determination in S106 is that the area is L, the process proceeds to S105, in which each
[0057]
If the result of determination in S106 is not area L, the process proceeds to S107, and it is determined whether or not area M. As a result, in the case of the region M, the process proceeds to S108, in which each of the
[0058]
On the other hand, if the result of determination in S107 is that the area is not the area M, that is, if the area is a high-load, high-speed area N, the process proceeds to S105, in which the
[0059]
Next, FIG. 7 is an explanatory diagram of the overall configuration of an engine with a turbocharger according to a second embodiment of the present invention. Note that the second embodiment has a structure in which the turbine of the turbocharger is divided into a first exhaust passage portion and a second exhaust passage portion having a smaller cross section than the first exhaust passage portion. Since there is a difference from the first embodiment, other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and therefore, the same reference numerals are given and the description is omitted.
[0060]
That is, as shown in FIG. 7, the turbine scroll portion of the turbine 81 of the
[0061]
The first exhaust passage 82 of the turbine 81 communicates with the
[0062]
The
[0063]
As described above, the first exhaust passage portion 82 and the turbine 81 partitioned by the second exhaust passage portion 83 having a smaller cross section than the first exhaust passage portion 82 respectively form the
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the turbine of the turbocharger is disposed at an optimum position, and the variable valve mechanism is appropriately controlled according to the operating state of the engine. It is possible to achieve both efficient improvement in engine output performance and improvement in exhaust gas purification performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of an overall configuration of a turbocharged engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view of an exhaust passage connected to each exhaust port of each cylinder head.
FIG. 3 is a circuit diagram of an electronic control system according to the first embodiment;
FIG. 4 is a flowchart of exhaust valve operation control according to the first embodiment;
FIG. 5 is a region characteristic diagram for setting operation and non-operation of an exhaust valve when the engine is cold;
FIG. 6 is a region characteristic diagram for setting operation and non-operation of an exhaust valve after the engine is warmed up;
FIG. 7 is an explanatory view of the overall configuration of a turbocharged engine according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Engine with turbocharger
3 Cylinder head
5 Exhaust port
5a First exhaust port
5b Second exhaust port
7 Exhaust valve
7a First exhaust valve
7b Second exhaust valve
19 Turbocharger
21 Valve operation selection mechanism
22 First exhaust passage
23 Second exhaust passage
24 First catalyst
25 Turbine
26 Main catalyst (second catalyst)
60 ECU
Claims (9)
ターボ過給機のタービン入口側と接続して上記各第1の排気ポートからの排気を集合し導出する第1の排気通路と、該第1の排気通路の中途部に接続して上記各第2の排気ポートからの排気を集合し導出する第2の排気通路とを有し、
上記第2の排気通路の中途に第1の触媒を介装し、上記ターボ過給機のタービンの下流に第2の触媒を設けたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。At least a first exhaust valve whose operation and non-operation can be controlled freely, and a second exhaust valve whose operation and non-operation can be controlled independently of the first exhaust valve are provided. An engine with a turbocharger comprising a plurality of cylinders each having a first exhaust port communicating therewith and a second exhaust port communicating with the second exhaust valve formed independently.
A first exhaust passage connected to the turbine inlet side of the turbocharger to collect and extract exhaust from each of the first exhaust ports; and a first exhaust passage connected to an intermediate portion of the first exhaust passage and A second exhaust passage for collecting and leading exhaust from the second exhaust port,
An engine with a turbocharger, wherein a first catalyst is interposed in the middle of the second exhaust passage, and a second catalyst is provided downstream of a turbine of the turbocharger.
上記タービンの第1の排気通路部の入口側と接続して上記各第1の排気ポートからの排気を集合し導出する第1の排気通路と、上記タービンの第2の排気通路部の入口側と接続して上記各第2の排気ポートからの排気を集合し導出する第2の排気通路とを有し、
上記第2の排気通路の中途に第1の触媒を介装し、上記ターボ過給機のタービンの下流に第2の触媒を設けたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。At least a first exhaust valve whose operation and non-operation can be controlled freely, and a second exhaust valve whose operation and non-operation can be controlled independently of the first exhaust valve are provided. A plurality of cylinders each independently having a first exhaust port communicating therewith and a second exhaust port communicating with the second exhaust valve are provided, and the turbine of the turbocharger is provided with at least a first exhaust passage portion. An engine with a turbocharger defined in a second exhaust passage section having a smaller cross section than the first exhaust passage section,
A first exhaust passage connected to an inlet side of a first exhaust passage portion of the turbine to collect and extract exhaust gas from each of the first exhaust ports; and an inlet side of a second exhaust passage portion of the turbine. And a second exhaust passage for connecting and exhausting the exhaust from each of the second exhaust ports.
An engine with a turbocharger, wherein a first catalyst is interposed in the middle of the second exhaust passage, and a second catalyst is provided downstream of a turbine of the turbocharger.
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