JP2007162577A - ターボチャージャ付内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数バンクを有すると共にターボチャージャを備える多気筒内燃機関において、内燃機関の横向き配置と、ターボチャージャの車両前方位置への配置を容易に実現可能とするターボチャージャ付内燃機関を提供する。
【解決手段】複数バンクを有すると共にターボチャージャ１１を備える多気筒内燃機関はエンジンルーム内に横向きに配置され、各バンクの排気マニホルド２ａ，２ｂにはバンク毎の排気通路３ａ，３ｂが接続され、最も車両前側に位置するバンク１ａの排気通路３ａにターボチャージャのタービン１１ａを設置して、ターボチャージャをエンジンルーム内の車両前方位置に配置させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャ付内燃機関に関する。
ターボチャージャ付の直列多気筒内燃機関を、排気マニホルド側が車両前側となるようにエンジンルーム内に横向きに配置して、ターボチャージャのタービン及びコンプレッサがエンジンルーム内の車両前方位置に配置されるようにすることが提案されており（例えば、特許文献１参照）、それにより、エンジンルームの長さを比較的短くすることができると共に、走行風によりターボチャージャを冷却することができる。
特開昭６３−０９３６２３ 特開平２−０４９９２５ 特開２００１−２１４７５０
ところで、二つのバンクを有するＶ型多気筒内燃機関では、一般的に、二つのバンクの排気通路の合流部の下流側にターボチャージャのタービンが設置されるために、内燃機関を横向きに配置して、さらに、ターボチャージャをエンジンルーム内の車両前方位置に配置させることは、車両後側のバンクから合流部までの排気通路が異常に長くなるために、実現が難しい。
従って、本発明の目的は、複数バンクを有すると共にターボチャージャを備える多気筒内燃機関において、内燃機関の横向き配置と、ターボチャージャの車両前方位置への配置を容易に実現可能とするターボチャージャ付内燃機関を提供することである。
本発明による請求項１に記載のターボチャージャ付内燃機関は、複数のバンクを有すると共にターボチャージャを備える多気筒内燃機関であって、前記多気筒内燃機関はエンジンルーム内に横向きに配置され、各バンクの排気マニホルドにはバンク毎の排気通路が接続され、最も車両前側に位置するバンクの前記排気通路に前記ターボチャージャのタービンを設置して、前記ターボチャージャを前記エンジンルーム内の車両前方位置に配置させることを特徴とする。
本発明による請求項２に記載のターボチャージャ付内燃機関は、請求項１に記載のターボチャージャ付内燃機関において、最も車両後側に位置するバンクの前記排気通路には、機関本体近くにおいて触媒装置が配置され、機関始動時には、前記最も車両後側に位置するバンクのみを運転することを特徴とする。
本発明による請求項１に記載のターボチャージャ付内燃機関によれば、複数のバンクを有すると共にターボチャージャを備える多気筒内燃機関であって、多気筒内燃機関はエンジンルーム内に横向きに配置されるために、エンジンルームの長さを比較的短くすることができる。また、各バンクの排気マニホルドにはバンク毎の排気通路が接続され、最も車両前側に位置するバンクの排気通路にターボチャージャのタービンを設置しているために、ターボチャージャをエンジンルーム内の車両前方位置に配置するのに、他のバンクの排気通路を車両前方位置へ引き回す必要はなく、内燃機関の横向き配置と、走行風によるターボチャージャの冷却とを容易に実現することができる。
本発明による請求項２に記載のターボチャージャ付内燃機関によれば、請求項１に記載のターボチャージャ付内燃機関において、最も車両後側に位置するバンクの排気通路には、機関本体近くにおいて触媒装置が配置され、この触媒装置は走行風により冷却され難く、機関始動時に容易に触媒活性化温度へ昇温されるために、機関始動時に運転される最も車両後側に位置するバンクからの排気ガスを良好に浄化することができる。機関始動時には他のバンクは運転休止されているために、他のバンクの排気通路には、機関本体近くに触媒装置を配置しなくても良い。
図１は本発明によるターボチャージャ付内燃機関の実施形態を示す概略図である。同図において、１ａはＶ型内燃機関の第一バンクであり、１ｂは第二バンクである。２ａは第一バンク１ａの第一排気マニホルドであり、２ｂは第二バンク１ｂの第二排気マニホルドである。第一排気マニホルド２ａには第一排気通路３ａが接続され、第二排気マニホルド２ｂには第二排気通路３ｂが接続される。第一排気通路３ａ及び第二排気通路３ｂは排気合流部４において合流し、排気合流部４の下流側には主触媒装置５が配置されている。
６ａは第一バンク１ａの第一吸気マニホルドであり、６ｂは第二バンク１ｂの第二吸気マニホルドである。第一吸気マニホルド６ａには第一吸気通路７ａが接続され、第二吸気マニホルド６ｂには第二吸気通路７ｂが接続される。第一吸気通路７ａ及び第二吸気通路７ｂは吸気分岐部８において分岐し、吸気分岐部８の上流側はエアクリーナ９に接続される。また、吸気分岐部８とエアクリーナ９との間には、吸気量を検出するためのエアフローメータ１０が配置されている。
本Ｖ型内燃機関は、第一バンク１ａを車両前側にし、第二バンク１ｂを車両後側にして、車両のエンジンルーム内に横向き（クランク軸の延在方向が車両前後方向に直交するような配置）に配置されている。このような横向き配置により、エンジンルームの長さを比較的短くすることができる。
また、本Ｖ型内燃機関は、過給を実現するためにターボチャージャ１１を備えており、ターボチャージャ１１のタービン１１ａは、車両前側の第一バンク１ａに接続された第一排気通路３ａに配置されている。それにより、ターボチャージャ１１を、第二バンク１ｂの排気通路３ｂを引き回すことなく、エンジンルーム内の車両前方位置に容易に位置することができる。こうして、ターボチャージャ１１を走行風により良好に冷却することができ、機関高負荷時等において、タービン１１ａの溶損を防止するために、排気ガス温度を低下させるだけの目的で燃焼空燃比をリッチする等の無駄な燃料消費を抑制することができる。１２はタービン１１ａをバイパスするウェイストゲート通路に配置されたウェイストゲートバルブであり、タービン１１ａを通過する排気ガス量を調節して過給圧を制御するためのものである。
ターボチャージャ１１のコンプレッサ１１ｂは、第一吸気通路７ａに配置されており、第一吸気通路７ａのコンプレッサ１１ｂの下流側には、コンプレッサ１１ｂにより過給された吸気を冷却するためのインタークーラ１３が配置されている。第一吸気通路７ａには、インタークーラ１３の下流側に第一スロットル弁１４ａが配置され、第二吸気通路７ｂには、第二スロットル弁１４ｂが配置されている。第一吸気通路７ａ及び第二吸気通路７ｂは、第一スロットル弁１４ａ及び第二スロットル弁１４ｂの下流側において連通路１５により互いに連通され、第一吸気通路７ａのコンプレッサ１１ｂにより過給された吸気は、第二吸気マニホルド６ｂを介して第二バンク１ｂへも供給可能となっている。
本Ｖ型内燃機関は、主に理論空燃比での運転を実施するものであり、主触媒装置５としては三元触媒装置が選択される。主触媒装置５は、比較的大型化されるが、車両床下に配置されるために車両搭載性の問題はない。主触媒装置５に担持された触媒が活性化温度に維持されていれば、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂから排出される排気ガスは主触媒装置５によって良好に浄化される。
しかしながら、機関始動直後において、主触媒装置５は、直ぐには触媒活性化温度へ昇温されず、触媒活性化温度へ昇温されるまでの間の排気ガスを浄化することができない。しかしながら、この間の排気ガスをそのまま大気中へ放出することはできず、一般的に、機関本体近くに熱容量の小さな（小型の）副触媒装置が配置され、機関始動時には、この副触媒装置を早期に触媒活性化温度へ昇温させて排気ガスの浄化を担当させる。
本実施形態において、このような副触媒装置１６は、車両後側の第二バンク１ｂに接続された第二排気通路３ｂの機関本体近くに配置されている。それにより、副触媒装置１６は、走行風が機関本体により遮られて当たらない位置に容易に配置することができ、機関始動時において容易に昇温させることができる。また、副触媒装置１６へ流入する排気ガスは、副触媒装置１６を第一排気通路３ａに配置する場合のようにタービン１１ａにより温度低下することはなく、第二排気通路３ｂに配置された副触媒装置１６は、昇温にとって有利である。
本実施形態は、このように副触媒装置１６を第二排気通路３ｂにだけ配置し、機関始動時には第二バンク１ｂだけを運転するようにしている。それにより、機関始動時の第二バンク１ｂからの排気ガスは、第二排気通路３ｂに配置されて早期に触媒活性化温度へ昇温する副触媒装置１６により良好に浄化される。副触媒装置１６を通過する排気ガスにより主触媒装置５が触媒活性化温度へ昇温すれば、第一バンク１ｂの運転を開始しても、第一バンク１ｂの排気ガスは主触媒装置５により浄化することができる。
本実施形態において、排気合流部４までの長さは、車両前側の第一バンク１ａの第一排気通路３ａより車両後側の第二バンク１ｂの第二排気通路３ｂの方が短くなるために、機関始動時に、片バンク運転を実施する時には、本実施形態のように、第二バンク１ｂを運転させる方が、排気ガスがそれほど冷却せずに主触媒装置５へ流入するために、主触媒装置５の昇温に有利である。機関始動時には、始動時制御として、点火時期遅角や、吸気及び燃料の増量によるアイドル回転数の増加等により排気ガス温度を高めるようにしても良い。
機関始動時の第二バンク１ｂだけの運転に際して、第一バンク１ｂにおいては燃料噴射及び点火を中止すれば良いが、第一バンク１ｂの各気筒の吸気弁及び排気弁を開閉させると、ターボチャージャ１１のタービン１１ａは排気抵抗となり、コンプレッサ１１ｂは吸気抵抗となるために、機関始動性を悪化させる。それにより、例えば、カム動作が吸気弁及び排気弁へ伝達されないようにしたり、又は、カムとカムシャフトとの連結を開放したりする等して、第一バンク１ａにおいては、吸気弁及び排気弁を閉弁させたままとすることが好ましい。それにより、第一バンク１ａにおいてポンピング損失は発生しない。
本実施形態において、第一バンク１ａの第一吸気通路７ａと第二バンク１ｂの第二吸気通路７ｂとは独立しているために、機関始動時の第二バンク１ｂだけの運転時には、第一吸気通路７ａの第一スロットル弁１４ａを全閉（開度ゼロ）し、第二吸気通路７ｂの第二スロットル弁１４ｂを開度制御して、第二バンク１ｂへ供給される吸気量を制御する。
一方、主触媒装置５が触媒活性化温度へ昇温されて、過給が実施される運転状態となれば、第二吸気通路７ｂの第二スロットル弁１４ｂを全閉（開度ゼロ）し、ターボチャージャ１１のコンプレッサ１１ｂが配置された第一吸気通路７ａを通過する過給された吸気は、第一スロットル弁１４ａの開度制御により、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂへ供給されるようにする。
前述した実施形態において、主触媒装置５は三元触媒装置としたが、内燃機関がリーンバーン運転を実施するものである場合には、ＮＯX触媒装置としても良い。この場合において、例えば、極高負荷時等に理論空燃比又はリッチ空燃比での運転が実施される場合には、主触媒装置５としては、直列に配置された三元触媒装置及びＮＯX触媒装置とすることが好ましい。
内燃機関は二つのバンクを有するＶ型としたが、これは本発明を限定するものではなく、複数のバンクを有する内燃機関、例えば、三つのバンクを有するＷ型内燃機関でも良く、これらの場合においては、横向き配置された内燃機関において、最も車両前側に位置するバンクの排気通路にターボチャージャのタービンを配置すると共に、最も車両後側に位置するバンクの排気通路に副触媒装置を配置し、最も車両後側に位置するバンクだけを機関始動時に運転するようにすれば、前述同様な効果を得ることができる。
本発明によるターボチャージャ付内燃機関の実施形態を示す概略図である。
符号の説明
１ａ 第一バンク
１ｂ 第二バンク
２ａ 第一排気マニホルド
２ｂ 第二排気マニホルド
３ａ 第一排気通路
３ｂ 第二排気通路
４ 排気合流部
５ 主触媒装置
１１ ターボチャージャ
１１ａ コンプレッサ
１１ｂ タービン
１６ 副触媒装置

Claims (2)

  1. 複数のバンクを有すると共にターボチャージャを備える多気筒内燃機関であって、前記多気筒内燃機関はエンジンルーム内に横向きに配置され、各バンクの排気マニホルドにはバンク毎の排気通路が接続され、最も車両前側に位置するバンクの前記排気通路に前記ターボチャージャのタービンを設置して、前記ターボチャージャを前記エンジンルーム内の車両前方位置に配置させることを特徴とするターボチャージャ付内燃機関。
  2. 最も車両後側に位置するバンクの前記排気通路には、機関本体近くにおいて触媒装置が配置され、機関始動時には、前記最も車両後側に位置するバンクのみを運転することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ付内燃機関。
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