JP2010190113A - Supercharging system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、その排気浄化触媒の上流にタービンが設けられるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムに関する。 The present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine that includes a turbocharger that is applied to an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst is provided in an exhaust passage and in which a turbine is provided upstream of the exhaust gas purification catalyst.
排気通路に排気浄化触媒が設けられ、その排気浄化触媒の上流にターボ過給機のタービンが設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関において、排気浄化触媒を暖機する場合にはタービンに設けられたウェイストゲートバルブを開けてタービンロータを迂回した排気を排気浄化触媒に導き、これにより排気浄化触媒の暖機を促進するものが知られている(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が存在する。
There is known an internal combustion engine in which an exhaust purification catalyst is provided in an exhaust passage and a turbocharger turbine is provided upstream of the exhaust purification catalyst. In such an internal combustion engine, when warming up the exhaust purification catalyst, the waste gate valve provided in the turbine is opened to guide the exhaust that bypasses the turbine rotor to the exhaust purification catalyst, thereby warming up the exhaust purification catalyst. What promotes is known (see Patent Document 1). In addition, there is
周知のようにタービンにてタービンロータを回転駆動した後の排気の温度と、タービンロータを回転駆動する前の排気の温度とは大きな差がある。特許文献1の内燃機関では、タービンロータを回転駆動する前の排気、及び回転駆動した後の排気の両方を排気浄化触媒に流入させているが、一般にタービンと排気浄化触媒との間の距離が車両への搭載上長く取れないため、これらの排気が十分に混合されないまま排気浄化触媒に流入するおそれがある。この場合、排気に温度分布が生じるので、この排気が流入する排気浄化触媒にも温度分布が生じ、排気浄化触媒の劣化が進行するおそれがある。 As is well known, there is a large difference between the temperature of the exhaust after the turbine rotor is rotationally driven by the turbine and the temperature of the exhaust before the turbine rotor is rotationally driven. In the internal combustion engine of Patent Document 1, both the exhaust gas before rotating the turbine rotor and the exhaust gas after being driven to rotate are caused to flow into the exhaust gas purification catalyst. Generally, the distance between the turbine and the exhaust gas purification catalyst is small. Since it cannot be taken for a long time when mounted on a vehicle, these exhaust gases may flow into the exhaust purification catalyst without being sufficiently mixed. In this case, since temperature distribution occurs in the exhaust, temperature distribution also occurs in the exhaust purification catalyst into which the exhaust flows, and there is a possibility that deterioration of the exhaust purification catalyst proceeds.
そこで、本発明は、タービンロータを回転駆動した低温の排気とタービンロータをバイパスさせた高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することが可能な内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a supercharging system for an internal combustion engine that can quickly mix a low-temperature exhaust that rotationally drives a turbine rotor and a high-temperature exhaust that bypasses the turbine rotor before reaching the exhaust purification catalyst. The purpose is to provide.
本発明の内燃機関の過給システムは、排気通路に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用され、前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流側の区間にタービンが配置されるとともに、前記タービンからはタービンロータを回転駆動した排気が所定方向に旋回しつつ排出されるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、前記タービンには、前記タービンロータを回転駆動した排気が導かれる排気出口部と、前記タービンに流入した排気を前記タービンロータが収容されたロータ収容部を迂回して前記排気出口部の径方向外側に設けられた高温排気出口部に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部を開閉するバイパス弁と、が設けられ、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記バイパス通路から排気が前記所定方向とは反対の逆方向に旋回しつつ排出されるように設けられている(請求項1)。 The internal combustion engine supercharging system of the present invention is applied to an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst is provided in an exhaust passage, and a turbine is disposed in a section upstream of the exhaust gas purification catalyst in the exhaust passage. In a supercharging system for an internal combustion engine having a turbocharger that exhausts exhaust gas that rotates the turbine rotor from a turbine while rotating in a predetermined direction, the exhaust gas that rotates the turbine rotor is guided to the turbine. An exhaust outlet portion to be discharged, a bypass passage that guides the exhaust gas flowing into the turbine to a high-temperature exhaust outlet portion that bypasses the rotor housing portion in which the turbine rotor is housed and is provided radially outside the exhaust outlet portion, A bypass valve that opens and closes an end of the bypass passage on the high-temperature exhaust outlet side, and an end of the bypass passage on the high-temperature exhaust outlet side is Exhausted from bypass passage wherein the predetermined direction is provided so as to be discharged while turning in the opposite reverse direction (claim 1).
本発明の過給システムによれば、排気出口部から排出される排気、すなわちタービンロータを回転駆動した低温の排気(以下、低温の排気と称することがある。)は、所定方向に旋回しつつタービンから排出される。一方、バイパス通路を通過した排気、すなわちタービンロータをバイパスした高温の排気(以下、高温の排気と称することがある。)は、低温の排気の旋回方向とは反対の逆方向に旋回しつつタービンから排出される。このように低温の排気と高温の排気とを互いに反対方向に旋回させることにより、合流したときに発生する排気の衝突による乱れを大きくすることができる。そのため、これらの排気が合流したときにこれらの排気を速やかに混合させることができる。従って、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することができる。また、これにより排気浄化触媒に各所の温度が均一化された排気を流入させることができるので、排気浄化触媒の劣化を抑制することができる。 According to the supercharging system of the present invention, the exhaust discharged from the exhaust outlet, that is, the low-temperature exhaust that rotationally drives the turbine rotor (hereinafter sometimes referred to as low-temperature exhaust) is turning in a predetermined direction. Discharged from the turbine. On the other hand, the exhaust gas that has passed through the bypass passage, that is, high-temperature exhaust gas that bypasses the turbine rotor (hereinafter sometimes referred to as high-temperature exhaust gas) is swirling in a direction opposite to the swirling direction of the low-temperature exhaust gas. Discharged from. By rotating the low temperature exhaust gas and the high temperature exhaust gas in opposite directions in this way, it is possible to increase the turbulence caused by the collision of the exhaust gas that occurs when the exhaust gas merges. Therefore, when these exhaust gas merges, these exhaust gases can be quickly mixed. Therefore, the low temperature exhaust gas and the high temperature exhaust gas can be quickly mixed before reaching the exhaust purification catalyst. In addition, since exhaust gas having a uniform temperature at various locations can be caused to flow into the exhaust purification catalyst, deterioration of the exhaust purification catalyst can be suppressed.
本発明の内燃機関の過給システムの一形態において、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記タービンロータの回転軸線と直交する面に対して傾いて設けられていてもよい(請求項2)。このようにバイパス通路の高温排気出口側の端部を設けることにより、容易に高温の排気を旋回させることができる。 In one form of the supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, an end of the bypass passage on the high temperature exhaust outlet side may be provided inclined with respect to a plane orthogonal to the rotation axis of the turbine rotor. (Claim 2). By providing the end of the bypass passage on the high temperature exhaust outlet side in this way, the high temperature exhaust can be easily swirled.
本発明の内燃機関の過給システムの一形態において、前記排気出口部の外周には、全周に亘って前記高温排気出口部と前記排気出口部とを区分する隔壁が設けられていてもよい(請求項3)。このように隔壁で区分することにより、ロータ収容部から排出された低温の排気とバイパス通路の高温排気出口側の端部から排出された高温の排気とが排出された直後に互いに干渉し合うことを防止できる。そのため、低温の排気と高温の排気とでそれぞれ強い旋回流を形成することができる。これによりこれらの排気が合流して衝突したときの乱れをより大きくすることができる。従って、隔壁の下流側端部を通過して合流したときに低温の排気及び高温の排気を速やかに混合させることができる。 In one form of the supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, a partition wall that separates the high temperature exhaust outlet portion and the exhaust outlet portion may be provided on an outer periphery of the exhaust outlet portion over the entire circumference. (Claim 3). By partitioning in this way, the low-temperature exhaust discharged from the rotor housing portion and the high-temperature exhaust discharged from the end portion of the bypass passage on the high-temperature exhaust outlet side interfere with each other immediately after being discharged. Can be prevented. Therefore, strong swirl flows can be formed by the low temperature exhaust and the high temperature exhaust, respectively. Thereby, the disturbance when these exhausts merge and collide can be further increased. Accordingly, the low temperature exhaust gas and the high temperature exhaust gas can be quickly mixed when passing through the downstream end of the partition wall and joining.
以上に説明したように、本発明の内燃機関の過給システムによれば、タービンロータを回転駆動した低温の排気とタービンロータをバイパスした高温の排気とを互いに逆向きの方向に旋回させることができる。そのため、これらの排気を合流させたときにこれらを速やかに混合させることができる。従って、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒に到達するまでに速やかに混合することができる。 As described above, according to the supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the low-temperature exhaust that rotationally drives the turbine rotor and the high-temperature exhaust that bypasses the turbine rotor can be turned in directions opposite to each other. it can. Therefore, when these exhaust gases are merged, they can be quickly mixed. Therefore, the low temperature exhaust gas and the high temperature exhaust gas can be quickly mixed before reaching the exhaust purification catalyst.
図1は、本発明の一形態に係る過給システムが組み込まれた内燃機関の要部を示している。この内燃機関1は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、排気通路2を備えている。排気通路2には、ターボ過給機10のタービン11と、排気を浄化するための排気浄化触媒3とが設けられている。タービン11は、排気浄化触媒3よりも排気流れの上流側に配置されている。ターボ過給機10は、内燃機関1の吸気通路に設けられるコンプレッサ12と、タービン11のタービンロータ13とコンプレッサ12のコンプレッサロータ14とをこれらが一体回転するように連結するロータ軸15と、ロータ軸15を回転自在に支持するセンターハウジング16とを備えている。なお、これらの部分は周知のターボ過給機と同じでよいため、詳細な説明は省略する。
FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine in which a supercharging system according to an embodiment of the present invention is incorporated. The internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle as a driving power source and includes an
タービン11には、タービンロータ13が収容されたロータ収容部17と、ロータ収容部17と接続された排気出口部18と、タービン11に流入した排気をロータ収容部17を迂回して下流に導くバイパス通路としてのウェイストゲートポート19と、ウェイストゲートポート19が接続された高温排気出口部としてのウェイストゲート通路20とが設けられている。排気出口部18には、ロータ収容部17から排出された排気、すなわちタービンロータ11を回転駆動した低温の排気が導かれる。この際、低温の排気はタービンロータ11の回転方向と同じ方向に旋回しつつ排気出口部18に導かれる。図2は、図1のII−II線におけるタービンを排気流れの下流側、すなわち図1の右側から見た図を示している。この図に示したようにウェイストゲートポート19のウェイストゲート通路20側の端部19aは、排気出口部18の径方向外側に設けられている。また、ウェイストゲート通路20は、排気出口部18の外周に全周に亘って設けられている。ウェイストゲートポート19のウェイストゲート通路20側の端部には、この端部を開閉するバイパス弁としてのウェイストゲートバルブ21が設けられている。図3は、図2のIII−III線におけるタービン11の断面を示している。この図に示したようにウェイストゲートポート19のウェイストゲート通路20側の端部19aは、タービンロータ11の回転軸線Axと直交する面に対して傾くように設けられている。この端部19aはウェイストゲートポート19から排出された排気がタービンロータ11の回転方向とは反対の逆方向に旋回する方向に傾いている。また、排気出口部18の外周には、全周に亘って隔壁22が設けられている。この隔壁22は、排気出口部18とウェイストゲート通路20とを区分する。
In the
このタービン11では、ウェイストゲートバルブ21が開いた場合、ロータ収容部17から排出された低温の排気と、ウェイストゲートポート19にてロータ収容部17を迂回した高温の排気とがタービン11から排出される。この際、ロータ収容部17から排出された低温の排気は、図1及び図2に矢印F1で示したようにタービンロータ11の回転方向と同じ方向に旋回しつつ排気出口部18から排気通路2に排出される。一方、ロータ収容部17を迂回した高温の排気は、図1及び図2に矢印F2で示したようにタービンロータ11の回転方向、すなわち低温の排気の旋回方向とは反対の逆方向に旋回しつつウェイストゲート通路20から排気通路2に排出される。このように低温の排気と高温の排気とを互いに逆方向に旋回させることにより、これらの排気が合流したときに発生する排気の衝突による乱れを大きくすることができる。そのため、これらの排気を速やかに混合することができる。
In this
このように本形態の過給システムによれば、ロータ収容部17を通過した低温の排気とロータ収容部17を迂回した高温の排気とを互いに逆方向に旋回させることができるので、これらの排気が隔壁22の下流側端部を通過して合流したときにこれらの排気を速やかに混合させることができる。そのため、これら低温の排気と高温の排気とを排気浄化触媒3に到達するまでに速やかに混合することができる。これにより排気浄化触媒3に各所の温度が均一化された排気を流入させることができるので、排気浄化触媒3の劣化を抑制することができる。
As described above, according to the supercharging system of the present embodiment, the low-temperature exhaust gas that has passed through the
また、本形態の過給システムでは、排気出口部18の外周に全周に亘って排気出口部18とウェイストゲート通路20とを区分する隔壁22を設けたので、ウェイストゲートポート19のウェイストゲート通路20側の端部19aから出た直後の高温の排気とロータ収容部17を通過した低温の排気とが合流することを防止できる。そのため、高温の排気にて強い旋回流を形成することができる。また、同様に低温の排気によっても強い旋回流を形成することができる。そして、このように各排気によって形成される旋回流をそれぞれ強めることにより、これらの排気が合流したときに発生する排気の衝突による乱れをさらに大きくすることができる。そのため、さらに速やかにこれら低温の排気と高温の排気とを混合することができる。
Further, in the supercharging system of the present embodiment, since the
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、排気出口部とウェイストゲート通路とを区分する隔壁は無くてもよい。また、ウェイストゲートバルブは、排気浄化触媒を暖機するときに開弁されるように制御されてもよい。 The present invention is not limited to the above-described form and can be implemented in various forms. For example, there may be no partition wall that separates the exhaust outlet and the waste gate passage. The waste gate valve may be controlled to be opened when the exhaust purification catalyst is warmed up.
1 内燃機関
2 排気通路
3 排気浄化触媒
10 ターボ過給機
11 タービン
13 タービンロータ
17 ロータ収容部
18 排気出口部
19 ウェイストゲートポート(バイパス通路)
19a ウェイストゲートポートのウェイストゲート通路側の端部
20 ウェイストゲート通路(高温排気出口部)
21 ウェイストゲートバルブ(バイパス弁)
22 隔壁
Ax 回転軸線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
19a End of waste gate port on waste
21 Wastegate valve (bypass valve)
22 Bulkhead Ax Rotation axis
Claims (3)
前記排気通路の前記排気浄化触媒よりも上流側の区間にタービンが配置されるとともに、前記タービンからはタービンロータを回転駆動した排気が所定方向に旋回しつつ排出されるターボ過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、
前記タービンには、前記タービンロータを回転駆動した排気が導かれる排気出口部と、前記タービンに流入した排気を前記タービンロータが収容されたロータ収容部を迂回して前記排気出口部の径方向外側に設けられた高温排気出口部に導くバイパス通路と、前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部を開閉するバイパス弁と、が設けられ、
前記バイパス通路の前記高温排気出口部側の端部は、前記バイパス通路から排気が前記所定方向とは反対の逆方向に旋回しつつ排出されるように設けられている内燃機関の過給システム。 Applied to an internal combustion engine provided with an exhaust purification catalyst in the exhaust passage;
A turbine is disposed in a section upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage, and a turbocharger is provided that exhausts exhausted by rotating the turbine rotor while rotating in a predetermined direction from the turbine. In the supercharging system of an internal combustion engine,
The turbine is provided with an exhaust outlet portion through which exhaust gas that rotationally drives the turbine rotor is guided, and the exhaust gas flowing into the turbine bypasses the rotor housing portion in which the turbine rotor is housed and is radially outside the exhaust outlet portion. A bypass passage leading to a high temperature exhaust outlet portion provided in the bypass passage, and a bypass valve that opens and closes an end portion of the bypass passage on the high temperature exhaust outlet portion side,
The supercharging system for an internal combustion engine, wherein an end of the bypass passage on the high-temperature exhaust outlet side is provided such that exhaust gas is exhausted from the bypass passage while turning in a direction opposite to the predetermined direction.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015124658A (en) * | 2013-12-26 | 2015-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | Control device for internal combustion engine |
JP2016173041A (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-29 | マツダ株式会社 | Exhaust device for engine |
JP2017141704A (en) * | 2016-02-09 | 2017-08-17 | 三菱重工業株式会社 | Turbocharger |
DE102016115141A1 (en) * | 2016-08-16 | 2018-02-22 | Ihi Charging Systems International Gmbh | Exhaust guide section for a turbine and method for controlling a turbine |
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