JP2010059846A - 内燃機関の過給システム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧空気源の状態にかかわらずバイパス弁の開度を変化させることができる内燃機関の過給システムを提供する。
【解決手段】過給システムが適用された内燃機関１は、内燃機関１の吸気圧及び油圧がそれぞれ供給され、吸気圧及び油圧の大きさに応じてウエストゲートバルブ２０の開度を変化させることができるアクチュエータ２２と、アクチュエータ２２に供給される油圧を変化させることができるバルブ４４、４６と、ウエストゲートバルブ２０の開度が変化するようにバルブ４４、４６の動作を制御するＥＣＵ４７と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機のタービンの上流と下流とを接続するバイパス通路を備えた内燃機関の過給システムに関する。

ウエストゲートバルブの開度を、吸気側過給圧及びオイルポンプの吐出圧に応じて調整するアクチュエータを備えたウエストゲートバルブの作動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

実開平１−６９１３５号公報 実開平３−５９４２８号公報 特開２００８−１２１５１０号公報

特許文献１の装置では、吸気側過給圧によってウエストゲートバルブの開度を調整することにより過給機による必要以上の加圧を抑制することができる。しかし、吸気側過給圧を利用した正圧タイプのアクチュエータでは高圧空気源がない状態においてウエストゲートバルブを開くことができない。また、特許文献１の装置では、オイルポンプ吐出圧によってもウエストゲートバルブの開度が調整されるが、オイルポンプ吐出圧は、吸気側過給圧により開かれたウエストゲートバルブの開度を内燃機関の回転数に応じて調整するために使用されるにすぎない。

そこで、本発明は、高圧空気源の状態にかかわらずバイパス弁の開度を変化させることができる内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の過給システムは、内燃機関の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、前記排気通路において前記タービンの上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路を全開する位置から全閉する位置までの間で動作可能なバイパス弁と、を備えた内燃機関の過給システムにおいて、前記内燃機関の吸気圧及び油圧がそれぞれ供給され、前記吸気圧及び前記油圧の大きさに応じて前記バイパス弁の開度を変化させることができるアクチュエータと、前記アクチュエータに供給される前記油圧を変化させることができる油圧操作手段と、前記バイパス弁の開度が変化するように前記油圧操作手段の動作を制御する制御手段と、を備えている（請求項１）。

この過給システムによれば、油圧によってアクチュエータがバイパス弁の開度を変化させるように制御手段によって油圧操作手段の動作が制御される。このため、高圧空気源の状態にかかわらず油圧によってバイパス弁の開度を変化させることができる。

本発明の過給システムの一態様において、前記排気通路において前記タービンの下流に接続された前記バイパス通路の接続口の更に下流には、触媒が設けられ、前記制御手段は、前記排気通路の下流に設けられた前記触媒が活性化する所定温度以下の場合に、前記バイパス弁の開度が開き側に変化するように前記油圧操作手段の動作を制御してもよい（請求項２）。この場合、排気通路に設けられた触媒が活性化する所定温度以下の場合に制御手段によってバイパス通路が開放されるように油圧操作手段の動作が制御される。パイパス通路が開放されるとバイパス通路によって排気がタービンを迂回して触媒に導かれる。このため、内燃機関の始動時等、触媒の温度が低く活性化していない場合に、タービンを迂回した排気によって触媒が早期に暖機されるので、触媒が早期に活性化し、排気エミッションを低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、油圧によってアクチュエータがバイパス弁の開度を変化させるように制御手段によって油圧操作手段の動作が制御される。このため、高圧空気源の状態にかかわらずバイパス弁の開度を変化させることができる。

図１は、本発明の一形態に係る過給システムが適用された内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関１は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、４つの気筒２が一列に並べられた直列４気筒型の内燃機関として構成される。各気筒２には吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。吸気通路３は、各気筒２に吸気を分配する吸気マニホールド５を有している。また、吸気通路３には、その上流から下流に向かって、過給機６のコンプレッサ７と、吸気を冷却するインタークーラ８と、吸気量を調整可能なスロットル１０と、が設けられている。

排気通路４は、各気筒２から排出された排気を集合させる排気マニホールド１５を有しており、その排気マニホールド１５の下流には、過給機６のタービン１６と、排気浄化触媒１７と、が設けられている。排気浄化触媒１７は三元触媒として構成される。また、排気通路４には、タービン１６の上流と下流とを接続するバイパス通路１８が設けられている。バイパス通路１８の出口側は排気浄化触媒１７の上流に接続されている。過給機６のタービン１６は排気によって駆動され、これによりタービン１６と同軸に接続されたコンプレッサ７が駆動する。

バイパス通路１８の上流側接続口にはバイパス弁としてのウエストゲートバルブ２０が設けられている。ウエストゲートバルブ２０は、バイパス通路１８を全開する位置から全閉する位置までの間で動作することができる。ウエストゲートバルブ２０によってバイパス通路１８が開放されると排気の一部はバイパス通路１８を通りタービン１６を迂回して排気浄化触媒１７の上流まで導かれる。ウエスゲートバルブ２０の開閉動作はアクチュエータ２２によって行われる。

アクチュエータ２２は、ケーシング２４内にダイヤフラム２５と、スプール２６とを有している。ダイヤフラム２５及びスプール２６は、ケーシング２４内を移動可能である。図２は、アクチュエータ２２の拡大図である。アクチュエータ２２には、ケーシング２４内にスプール２６によって区分された油圧室２８と、スプール２６とダイヤフラム２５とによって区分された吸気圧室２９とが形成されている。吸気圧室２９にはケーシング２４の上下から突出したストッパ３０が設けられている。このストッパ３０によりスプール２６の移動が制限される。

ダイヤフラム２５の吸気圧室２９側の側面には、凸部３２が設けられ、他方の側面には連結ロッド３３の一端が接続されている。連結ロッド３３の他端は、所定のリンク機構を介してウエストゲートバルブ２０に接続されている。このため、アクチュエータ２２は、ダイヤフラム２５がケーシング２４内を移動することにより連結ロッド３３を介してウエストゲートバルブ２０をバイパス通路１８が全開される位置から全閉される位置までの間で変化させることができる。

連結ロッド３３は、ウエストゲートバルブ２０がバイパス通路１８を閉じる方向、つまり、ダイヤフラム２５がスプール２６に接近する方向にバネ３５によって付勢されている。このため、ウエストゲートバルブ２０はバネ３５の弾性力により通常はバイパス通路１８を閉じる位置にあり、ダイヤフラム２５の移動によりバネ３５が圧縮されることによってバイパス通路１８を開放する位置に変化する。凸部３２は、スプール２６がダイヤフラム２５側に移動することによりスプール２６に突き当たる。スプール２６は凸部３２を介してダイヤフラム２５を押して移動させることができる。凸部３２は、スプール２６がストッパ３０の位置まで移動した状態において、ウエストゲートバルブ２０がバイパス通路１８を全開する位置に変化するまでダイヤフラム２５を移動させることができる程度にスプール２６側に突出している。

吸気圧室２９には、吸気圧管４０の一端が接続されている。吸気圧管４０の他端は吸気通路５に接続されており、その接続位置はコンプレッサ７が設けられている位置よりも下流側に設定されている。このため、吸気圧室２９には、吸気圧管４０を通してコンプレッサ７により加圧された吸気が導入される。吸気圧室２９内の吸気が一定の圧力以上になると吸気圧によってダイヤフラム２５が押され、ダイヤフラム２５がバネ３５を圧縮する方向に移動する。ダイヤフラム２５は、バネ３５の圧縮とともに連結ロッド３３を移動させてウエストゲートバルブ２０をバイパス通路１８が開放される位置に変化させる。バイパス通路１８の開放にともない排気の一部がタービン１６を迂回するので、タービン１６の駆動が低下し、コンプレッサ７による吸気の加圧が弱まる。このため、吸気圧室２９内の圧力も減少し、バネ３５の付勢によってダイヤフラム２５は押し戻され、ウエストゲートバルブ２０は再びバイパス通路１８を閉じる位置に変化する。排気によるタービン１６の駆動に応じた吸気圧によってアクチュエータ２２は動作を制御される。

内燃機関本体には不図示のオイルポンプによって潤滑油が供給されている。このオイルポンプは内燃機関１にて駆動される周知の機械式ポンプとして構成されている。油圧室２８には、内燃機関本体の潤滑油を導入するための油圧サプライ管４１と、油圧室２８の潤滑油を内燃機関本体に戻すための油圧リターン管４２とが接続されている。油圧サプライ管４１には、バルブ４４が設けられ、バルブ４４の開閉により油圧室２８への潤滑油の導入と停止とを切り替えることができる。また、油圧リターン管４２にもバルブ４６が設けられ、バルブ４６の開閉により油圧室２８から内燃機関本体への潤滑油の戻しと、その停止とを切り替えることができる。バルブ４４、４６は本発明に係る油圧操作手段として機能する。バルブ４４、４６は、ともにエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４７により開閉動作が制御されている。

油圧サプライ管４１が開かれると不図示のオイルポンプからの供給圧によって内燃機関本体の潤滑油が油圧室２８に導入される。そのため、油圧リターン管４２を閉じた状態で油圧サプライ管４１を開くことによって、油圧サプライ管４１から導入された潤滑油が油圧室２８に留まるので、油圧室２８の油圧が上昇する。油圧室２８内の圧力が上昇すると油圧によってスプール２６が押され、スプール２６がダイヤフラム２５方向に移動する。スプール２６の移動により、スプール２６はダイヤフラム２５の凸部３２に突き当たり、凸部３２を介してダイヤフラム２５をバネ３５が圧縮される方向に移動させる。スプール２６は、ダイヤフラム２５とともにバネ３５を圧縮し、連結ロッド３３を移動させてウエストゲートバルブ２０をバイパス通路１８が開かれる位置に変化させる。スプール２６がストッパ３０の位置まで移動するとバイパス通路１８は全開となる。一方、油圧サプライ管４１を閉じた状態で油圧リターン管４２を開くと圧力差によって油圧室２８の潤滑油が内燃機関本体に戻されるので、油圧室２８の圧力が下がる。このため、ダイヤフラム２５の凸部３２を介してバネ３５の付勢によってスプール２６が押し戻される。バネ３５により連結ロッド３３も付勢されるため、ウエストゲートバルブ２０がパイパス通路８を閉じる位置に変化する。

ＥＣＵ４７は、不図示の各種センサから出力された信号を参照しつつ所定のプログラムに従ってバルブ４４、４６の動作の制御を実行する。図３は、ＥＣＵ４７が実行するバルブ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図３の制御ルーチンでは、ステップＳ１において、ＥＣＵ４７は、不図示のセンサにより排気通路４に設けられた排気浄化触媒１７の温度情報を取得する。取得した温度情報に基づき排気浄化触媒１７の温度が活性化するために必要な所定値以下か否かを判定する。肯定的判定の場合は、ステップＳ２に進み内燃機関２が暖機アイドリング状態よりも回転数の高いファーストアイドリング状態に維持されるようにスロットル１０の動作を制御する。続くステップＳ３では、油圧リターン管４２が閉じられる位置にバルブ４６を動作させる。続くステップＳ４では、油圧サプライ管４１が開かれる位置にバルブ４４を動作させて、今回のルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１において、否定的判定の場合は、ステップＳ５に進み油圧サプライ管４１が閉じられる位置にバルブ４４を動作させる。続くステップＳ６では、油圧リターン管４２が開かれる位置にバルブ４６を動作させる。続くステップＳ７では、吸気圧によってアクチュエータ２２の動作が制御されるようにして今回のルーチンを終了する。

排気浄化触媒１７の温度が所定値を超えた後は、上述のように吸気圧によってアクチュエータ２２の動作が制御され、これによりウエストゲートバルブ２０がバイパス通路１８を全開する位置から全閉する位置までの間で変化する。

図３の制御ルーチンを実行することにより、排気通路４に設けられた排気浄化触媒１７の温度が所定値以下の場合、ＥＣＵ４７によってバイパス通路１８が開放されるようにバルブ４４、４６の動作が制御される。このため、油圧によってアクチュエータ２２が動作するので、高圧空気源の状態にかかわらずウエストゲートバルブ２０の開度を変化させることができる。従って、例えば、内燃機関始動時に回転数が低く、吸気側過給圧によってウエストゲートバルブ２０の開度を変化させられるほど十分に高圧空気源がない状態であってもバイパス通路１８を開放することができる。バイパス通路１８の開放により、タービン１６を迂回した排気が排気浄化触媒１７に導かれる。このため、内燃機関始動時等、排気浄化触媒１７の温度が低い場合においてタービン１６を迂回した排気によって排気浄化触媒１７が早期に暖機されるので、排気浄化触媒１７が早期に活性化し、排気エミッションを低減することができる。また、負圧アクチュエータを利用しないことから、アクチュエータ外径が大きくなることもなく車両搭載上の不利もない。そして、負圧ポンプ、負圧タンク等も不要なため、これらによって付加コストが発生することもない。一方、排気浄化触媒１７が活性化した後には、吸気圧によってアクチュエータ２２を動作させ、ウエストゲートバルブ２０の開度を変化させることができる。このため、過給機６による必要以上の加圧を抑制することもできる。

但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。図３の制御ルーチンでは、排気浄化触媒１７の温度が所定値以下の場合に油圧によってアクチュエータ２２を動作させて、ウエストゲートバルブ２０の開度を変化させているが、これに限定されるものではない。例えば、高圧空気圧源が確保できる回転数よりも低い回転数の場合にアクチュエータ２２を動作させる構成でもよい。

また、内燃機関の構成は直列型４気筒に限定されるものではない。また、排気浄化触媒も三元触媒に限定されるものではなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、ＳＣＲ（選択還元触媒）など排気を浄化できるものであればよい。また、バイパス弁はバイパス通路１８の上流側接続口に設けられたウエストゲートバルブ２０に限定されるものではなく、バイパス弁としてバイパス通路の何処に設けられていてもよい。また、油圧操作手段も油圧サプライ管及び油圧リターン管に設けられたバルブに限定されるものではなく、例えば、ポンプであってもよい。また、アクチュエータ２２も上述のダイヤフラム式の構成に限定されるものではなく、吸気圧及び油圧によってバイパス弁を動作させることができる限りにおいて種々の構成を採用することができる。

本発明の一形態に係る過給システムが適用された内燃機関の要部を示す模式図。 図１におけるアクチュエータの拡大図。 本発明に係るＥＣＵが実行するバルブ制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
３ 吸気通路
４ 排気通路
６ 過給機
７ コンプレッサ
１６ タービン
１８ バイパス通路
２０ ウエストゲートバルブ（バイパス弁）
２２ アクチュエータ
４４ バルブ（油圧操作手段）
４６ バルブ（油圧操作手段）
４７ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有する過給機と、前記排気通路において前記タービンの上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ前記バイパス通路を全開する位置から全閉する位置までの間で動作可能なバイパス弁と、を備えた内燃機関の過給システムにおいて、
   前記内燃機関の吸気圧及び油圧がそれぞれ供給され、前記吸気圧及び前記油圧の大きさに応じて前記バイパス弁の開度を変化させることができるアクチュエータと、
   前記アクチュエータに供給される前記油圧を変化させることができる油圧操作手段と、
   前記バイパス弁の開度が変化するように前記油圧操作手段の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の過給システム。
2. 前記排気通路において前記タービンの下流に接続された前記バイパス通路の接続口の更に下流には、触媒が設けられ、
   前記制御手段は、前記排気通路の下流に設けられた前記触媒が活性化する所定温度以下の場合に、前記バイパス弁の開度が開き側に変化するように前記油圧操作手段の動作を制御する請求項１に記載の過給システム。

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