JP2012052429A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ターボ過給機による過過給を防止するにあたり、タービンを迂回する排気ガスを効果的に冷却し、触媒を適切に保護できるようにする。
【解決手段】排気通路４におけるタービン５２の上流側から枝分かれしてタービン５２の下流側に合流する排気バイパス通路８を、その中途でシリンダヘッド７内部を通過させることとし、なおかつ、その排気バイパス通路８におけるシリンダヘッド７内部を通過した後の領域８１に、排気バイパス通路８を開閉するバルブ８２を設けた。タービン５２を迂回する排気ガスは、シリンダヘッド７内部を流通するエンジン冷却水によって冷やされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関に関する。

排気を利用してタービンを回転させコンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機が付帯した内燃機関にあっては、過過給を防止するべく、排気ガスの一部をタービンに流入させずに迂回させるウェイストゲートバルブを設けることが通例となっている（例えば、下記特許文献を参照）。このウェイストゲートバルブの開閉を通じて、過給圧を、エンジン回転数に応じた所要の目標過給圧に制御することが可能である。

タービンを迂回する排気ガスは、排気通路におけるタービンの下流側に導かれ、タービンを通過した排気ガスと混交した上で排気浄化用の触媒へと流れ込む。このとき、タービンを迂回した排気ガスは、タービンにおける温度降下を経ていないために高温のままである。従って、触媒に流れ込む排気の温度が上昇して触媒が過熱され、その劣化を招く恐れがある。

そこで、ウェイストゲートバルブが開放された暁には、燃料供給量を増量して燃焼温度を抑制し、以て触媒の保護を図るようにしている。しかしながら、このような処置は、燃費の点から見て不利であることは否めない。

また、ウェイストゲートバルブは高温の排気ガスに曝されることから、過給圧の制御性能を犠牲にしてでも高い耐熱性を有する態様のバルブ（バタフライバルブ等）を採用せざるを得なかった。

特開２００９−１８０１１２号公報

本発明は、排気ターボ過給機による過過給を防止するにあたり、タービンを迂回する排気ガスを効果的に冷却し、触媒を適切に保護できるようにすることを所期の目的としている。

本発明に係る排気ターボ過給機付きの内燃機関は、排気通路におけるタービンの上流側から枝分かれしシリンダヘッド内部を経由してタービンの下流側に合流する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路におけるシリンダヘッド内部を通過した後の領域に設けられた、当該排気バイパス通路を開閉するバルブとを備える。

排気バイパス通路は、シリンダヘッド内部のエンジン冷却水の流路の近傍を通過する。当該バイパス通路を流通してタービンを迂回する排気ガスは、エンジン冷却水によって冷却される。これにより、触媒の過熱を阻止することができる。

本発明によれば、タービンを迂回する排気ガスを効果的に冷却して触媒を適切に保護することが可能である。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、複数の気筒１と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ２と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路６とを備えている。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。換言すれば、第一気筒１のピストンと第二気筒１のピストンとは同時に上昇し、また同時に下降する。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて、シリンダヘッド７に形成された吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を、シリンダヘッド７に形成された排気ポートを介して外部へと導く。排気通路４上には、排気マニホルド４１、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４２を配置している。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

しかして、本実施形態では、排気ターボ過給機５による過過給を防止するべく、排気通路４におけるタービン５２の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路８を配設している。排気バイパス通路８は、排気マニホルド４１から枝分かれし、途中でシリンダヘッド７内部を通過した上で、排気通路４におけるタービン５２の下流かつ触媒４２の上流の所定箇所に合流している。

さらに、その排気バイパス通路８における、シリンダヘッド７内部を通過した後の領域８１に、当該排気バイパス通路８を開閉するバルブ８２を設けている。本実施形態において、バルブ８２は、弁体が排気バイパス通路８の延伸方向に沿って進退動作（弁座に対して接近／離間）する形式の、いわゆるポペットバルブである。このポペットバルブ８２は、例えばモータ一体型のもので、電子制御装置（ＥＣＵ。図示せず）から制御信号の入力を受けることでその開度を拡縮させることが可能である。ポペットバルブ８２は、排気バイパス通路８がシリンダヘッド７内部から外部へと突出する箇所に配置しており、ちょうどシリンダヘッド７の側面に外側から組み付けられる様相を呈している。

排気バイパス通路８は、シリンダヘッド７内部において、シリンダヘッド７に形成されているエンジン冷却水の流路（ウォータージャケット）の近傍を通っている。

本実施形態によれば、排気通路４におけるタービン５２の上流側から枝分かれしシリンダヘッド７内部を経由してタービン５２の下流側に合流する排気バイパス通路８と、前記排気バイパス通路８におけるシリンダヘッド７内部を通過した後の領域８１に設けられた、当該排気バイパス通路８を開閉するバルブ８２とを備える内燃機関０を構成したため、当該バイパス通路８を流通してタービン５２を迂回する排気ガスがエンジン冷却水によって好適に冷却され、触媒４２の過熱を阻止して触媒４２を適切に保護することができる。

気筒１での燃焼温度を低下させる目的で徒に燃料供給量を増量せずに済むことから、燃料消費を節約でき、燃費の向上にもつながる。

その上、排気バイパス通路８を開閉するためのバルブ８２を、（既に排気ガスが冷却水により冷却されている）比較的温度の低い箇所に設置するようにしているので、このバルブ８２には高い耐熱性が要求されず、熱に強くないポペットバルブ等を採用することが許容される。ポペットバルブは、バタフライバルブ形式のウェイストゲートバルブと比べて制御性が良く、排気バイパス通路８を開放するべき場合において過給圧の制御性能が高く、排気バイパス通路８を完全に閉鎖するべき場合においてもシール性が高い。また、低速トルクの向上が期待できる。

しかも、本実施形態のような二気筒エンジンは、三気筒以上の多気筒エンジンよりも排気脈動が大きくなる傾向にあるが、排気ガスの一部を排気バイパス通路８内で冷却、圧縮することで、排気脈動を抑制することにもつながる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
４…排気通路
５…過給機
５２…タービン
７…シリンダヘッド
８…排気バイパス通路

Claims (1)

1. 排気ターボ過給機が付帯した内燃機関であって、
   排気通路におけるタービンの上流側から枝分かれしシリンダヘッド内部を経由してタービンの下流側に合流する排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路におけるシリンダヘッド内部を通過した後の領域に設けられた、当該排気バイパス通路を開閉するバルブと
   を備えることを特徴とする内燃機関。

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