JPH03275924A - ２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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JPH03275924A
JPH03275924A JP2073526A JP7352690A JPH03275924A JP H03275924 A JPH03275924 A JP H03275924A JP 2073526 A JP2073526 A JP 2073526A JP 7352690 A JP7352690 A JP 7352690A JP H03275924 A JPH03275924 A JP H03275924A
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turbocharger
valve
pressure
small
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Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、排気管に排気ガス中の可溶有機成分（ＳＯ
Ｆ）を除去するための酸化触媒装置を配置した２段過給
ディーゼルエンジンに関する。
〔従来技術〕
特開昭５０−１２９８１５号公報は直列２段過給内燃機
関を開示している。大型ターボチャージャと小型ターボ
チャージャとがガスの流れ方向に直列に配置され、小型
ターボチャージャを迂回する排気バイパス通路に排気切
替弁を設け、小型ターボチャージャの作動域では排気切
替弁を閉鎖し、大型ターボチャージャの作動域では排気
切替弁は開放される。２段過給を行うことによりエンジ
ン回転数の小さい領域からエンジン回転数の大きい領域
までの広い範囲に渡って過給効果を得ることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
２段過給方式をディーゼルエンジンで行う場合、低回転
時の排気ガス中の可溶性有機成分（ＳＯＦ：Ｓ。
Ｉｕｂｌｅ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｆｒａｃｔｉｏｎ）の量
が多くなる問題点がある。２段過給ではエンジンの低回
転側では小型ターボチャージャが作動しており、そのた
め排圧が高くなる。ここに排圧が高くなるのは小型のタ
ーボチャージャは容量に対する通過ガス量が大きくなり
、通過抵抗が増すためである。排圧の増大により燃焼効
率が悪化することにより、炭化水素又はオイル等を主体
成分とするＳＯＦの排出量が増大するものである。ディ
ーゼル機関では所謂パティキュレートトラップを排気管
に設けるが、パティキュレートトラップが回収可能なの
はパティキュレートの内の黒煙成分だけであり、ＳＯＦ
は回収できない。ＳＯＦを除去するため排気管中にガソ
リン内燃機関に倣って排気管酸化触媒を設けることがで
きるが、高回転時に大量の排気ガスが触媒装置を通過す
ることになり、耐熱性が不安となり、また排気管の圧力
損失を多くする欠点がある。
この発明は低回転時のＳＯＦを効率的に回収できるとと
もに高回転時の圧力損失を低く抑えることを目的とする
。
〔課題を解決するための手段〕
この発明によれば、大型ターボチャージャと小型ターボ
チャージャとをガスの流れ方向に直列に配置し、小型タ
ーボチャージャを迂回する排気バイパス通路に排気切替
弁を設け、排気切替弁を開閉することにより小型ターボ
チャージャと大型ターボチャージャとで作動域を切り替
えるようにした２段過給ディーゼルエンジンにおいて、
小型ターボチャージャのタービン下流で前記排気バイパ
ス通路との接合部の上流の位置に酸化触媒装置を配置し
たことを特徴とする２段過給ディーゼルエンジンの排気
ガス浄化装置が提供される。
〔作用〕
排気切替弁の閉鎖時には小型ターボチャージャによって
過給が行われ、酸化触媒は排気切替弁の閉鎖時に排圧が
高いことにより発生するＳＯＦ戒分成分化する。
排気切替弁の開放時には小型ターボチャージャは作動し
ないため、酸化触媒に流入する排気ガスは少なくなる。
〔実施例〕
第１図はこの発明の実施例を示しており、１０はディー
ゼル機関の本体であり、吸気管１２と排気管工４とが接
続される。大型ターボチャージ１７と小型ターボチャー
ジャ１８とが直列に配置される。大型ターボチャージャ
１７はコンプレッサ２０と、タービン２２と、回転軸２
４とから構成される。小型ターボチャージャ１８はコン
プレッサ２６と、タービン２８と、回転軸２５とから構
成される。吸気管１２において吸入空気の流れ方向に、
大型ターボチャージャ１７のコンプレッサ２０、小型タ
ーボチャージャ１８のコンプレッサ２６の順で配置され
、その下流にインタクーラ２９が配置され、インタクー
ラ２９の下流にスロットル弁１６が配置される。排気管
において排気ガスの流れ方向に、小型ターボチャージャ
１８のタービン２８、大型ターボチャージャ１７のター
ビン２２の順で配置される。
大型ターボチャージャ１７のタービンを迂回して第１の
排気バイパス通路３０が排気管に接続され、第１の排気
バイパス通路３０に蝶型弁であるウェイストゲート弁３
２が配置される。ウェイストゲート弁３２はダイヤフラ
ムアクチュエータ３４に連結され、そのダイヤフラム３
４ａはバイパス弁３２に連結される。バイパス弁３２は
スプリング３４ｂによって通常は閉鎖するべく付勢され
るが、ダイヤフラム３４ａに加わる負圧によってスプリ
ング３４．ｂに抗してウェイストゲート弁３２の開弁が
行われる。
小型ターボチャージャ１８のタービン２８を迂回して第
２の排気バイパス通路３６が設けられ、この第２のバイ
パス通路３６に蝶型弁としての排気切替弁３８が設けら
れる。排気切替弁３８はそのアクチュエータ４０に連結
され、アクチュエータ４０は２段ダイヤフラム機構とし
て構成される。
このアクチュエータ４０は、後述のように、大型ターボ
チャージャ１７が全過給能力を発揮するまでは排気切替
弁３８を閉鎖し、大型ターボチャージャ１７がその全過
給能力を発揮するに至ると排気切替弁３８を急速に開放
せしめる特性を持っている。排気切替弁４０はダイヤフ
ラム４０ａ、　４０ｂと、スプリング４０ｃ、　４０ｄ
を供え、一方のダイヤフラム４０ａはロッド４０ｅを介
して排気切替弁４０に連結され、もう一つのダイヤフラ
ム４０ｂはロッド４０ｆに連結される。ダイヤフラム４
０ａに過給圧を作用させるか、ダイヤフラム４０ｂに過
給圧を作用させるか、で排気切替弁３８のステップ的な
開放特性が得られる。即ち、ダイヤフラム４０ｂに過給
圧を作用させた場合、スプリング４０ｃの力と、スプリ
ング４０ｄと合力に抗して排気切替弁３８を開弁させる
ため、開弁は緩慢に行われる。ダイヤフラム４０ａに過
給圧が作用した場合はスプリング４０ｃの力のみに抗し
て排気切替弁３８の開弁が行われため、その開弁作動は
迅速となる。
小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ２６を迂回す
る吸気バイパス通路４４が設けられ、この吸気バイパス
通路４４に吸気バイパス弁４６が配置される。切替弁４
６はダイヤフラムアクチュエータ４８に連結され、その
ダイヤフラム４８ａに加わる圧力により吸気バイパス弁
４６の作動が制御される。この吸気バイパス弁４６は大
型ターボチャージャ１７の立ち上がりが完了しない小型
ターボチャージャ１８の作動域では吸気バイパス通路４
４を閉鎖するも、その完了の後は過給圧がダイヤフラム
４８ａに下側から作用し、吸気バイパス弁４６の開弁が
行われる。
この実施例では内燃機関は排気ガス再循環（ＥＧＲ）装
置を供え、このＥＧＲ装置は排気ガス再循環通路（ＥＧ
Ｒ通路）５０と、ＥＧＲ通路５０上の排気ガス再循環制
御弁（ＥＧＲ弁）５２とからなり、ＥＧＲ弁５２はダイ
ヤフラム５２ａを供え、ダイヤフラム５２ａに加わる圧
力に応じてその開弁、閉弁が制御される。
ウェイストゲート弁３４のアクチュエータ３４への圧力
制御のため３方電磁弁（ＶＳＶＩ）　５４が設けられ、
この電磁弁５４はダイヤフラム３４ａに大気圧を導入す
る位置と、小型ターボチャージャ２６の下流で、インタ
クーラ２９の上流の位置５６の過給圧を導入する位置と
で切り替わる。大気圧導入時に、スプリング３４ｂによ
ってウェイストゲート弁３２は閉鎖駆動され、過給圧導
入時にスプリング３４ｂに抗してウェイストゲート弁３
２の開弁が行われる。
３方電磁弁（ＶＳＶ２）　５８は排気切替弁３８のアク
チュエータ４０のダイヤフラム４０ａのへ圧力制御のた
め設けられ、この電磁弁５８はダイヤフラム４０ａに大
気圧を導入する位置と、小型ターボチャージャ２６の出
口６０の過給圧を導入する位置とで切り替わる。また、
ダイヤフラム４０ｂには小型ターボチャージャ出口６０
の圧力が常時導入されている。
吸気バイパス弁４７のアクチュエータ４８への圧力制御
のため二つの３方電磁弁６４．６６が設けられる。３方
電磁弁（ＶＳＶ３）　６４は吸気バイパス弁４６のアク
チュエータアクチュエータ４８のダイヤフラム４８ａの
上側へ圧力制御のため設けられ、この電磁弁６４はダイ
ヤフラム４８ａの上側に大気圧を導入する位置と、小型
ターボチャージャ１８のコンプレッサ出口６０の過給圧
を導入する位置とで切り替わる。また、３方電磁弁（Ｖ
ＳＶ４）　６６は吸気バイパス弁４６のアクチュエータ
アクチュエータ４８のダイヤフラム４８ａの下側への圧
力制御のため設けられ、この電磁弁６６はエンジンによ
り駆動される負圧ポンプ６７からの負圧を導入する位置
と、小型ターボチャージャ２６のコンプレッサ出口６０
の過給圧を導入する位置とで切り替わる。
３方電磁弁（ＶＳＶ５）　７０４；！ＥＧＲ弁５２の作
動制御のため設けられ、この電磁弁７０はダイヤフラム
５２ａに大気圧を導入する位置と、負圧ポンプ６７から
の負圧を導入する位置とで切り替わる。
制御回路７２はこの発明における過給制御のため設けら
れ、各電磁弁５４（ＶＳＶＩ）、　５８（ＶＳＶ２）、
　６４（ＶＳＶ３）、　６６（ＶＳＶ４）、　７０（Ｖ
ＳＶ５）　ノ駆動を行う。そして、制御回路７２にはこ
の発明に従った制御を実行するため各種のセンサに接続
される。まず、大型ターボチャージャ１７のコンプレッ
サ２０の出口圧力Ｐ、を検出するため第１の圧力センサ
７８が設けられ、また小型ターボチャージャ１８のコン
プレッサ２６の出口圧力Ｐ２を検出するため第２の圧力
センサ８０が設けられる。
８４は酸化触媒装置であり、この発明によれば小型ター
ボチャージャ１８のタービン２８とバイパス通路３６と
を結ぶ管路８５に配置される。後述のように酸化触媒装
置はエンジン低回転時の排気ガス中のＳＯＦを燃焼除去
するものであり、排気ガスの流量は少ないので触媒装置
８４は容量としては小型のもので充分である。またこの
実施例によれば大型ターボチャージャのタービン２２の
下流に排気ガス中のパティキエレートを除去するための
トラップ８６が配置される。パティキュレートトラップ
８６は周知のようにセラミック系の多孔体により構成さ
れ、排気ガス中のパティキュレート成分（特に黒鉛成分
）を補集し、補集されたパティキュレート成分を定期的
に焼却除去する手段を備えた通常型のものである。
第２図のフローチャートは制御回路７２の作動を説明し
ている。ステップ１００では小型ターボチャージャ１８
のコンプレッサ出口圧力Ｐ２　＞大型ターボチャージャ
１７のコンプレッサ出口圧力Ｐ１が成立するか否か判別
される。第３図はスロットル弁１６の開度を一定に固定
した場合におけるエンジン回転数ＭＥと過給圧（ターボ
チャージャ出口圧力）との関係を示しており、小型ター
ボチャージャ出口圧力Ｐ２の立ち上がりが大型ターボチ
ャージャ出口圧力Ｐ１の立ち上がりより早くなっでいる
。したがって、エンジンの回転がまだ上がっていない状
態ではＰ２　＞Ｐ＋が成立し、ステップ１０４テ電磁弁
５４（ＶＳＶＩ）がＯＦＦされ、ダイヤフラム３４ａに
大気圧が導入され、スプリング３４ｂによってウェイス
トゲート弁３２は閉鎖される。ステップ１０４で排気切
替弁４０を制御する電磁弁５８（ＶＳＶ２）がＯＦＦさ
れる。そのため、アクチュエータ４０のダイヤフラム４
０ａに大気圧が作用する。
方、ダイヤフラム４０ｂには小型ターボチャージャ１８
のコンプレッサ出口圧力が常に導入されているため、ス
プリング４０ｃ、　４０ｄの合力に応じたスプリング力
に対抗する小型ターボチャージャ１８のコンプレッサ出
口圧力によって排気切替弁３８の作動が制御される。即
ち、スプリング力が過給圧Ｐ２に優勢であるかぎりは、
排気切替弁３８は全閉を維持するが、過給圧Ｐ２が所定
値Ｐ５ｅＴに到達する回転数（第３図のＮＥ、）までは
排気切替弁３８は全開を維持し、Ｐ２＝所定値Ｐ　５１
！Ｔに到達した時点で排気切替弁３８はスプリング４０
ｃ、　４０ｄの合力である閉鎖付勢力に抗して徐々に開
弁を開始することになる。低回転時の吸気バイパス弁４
６の作動についていうと、ステップ１０６で電磁弁６４
（ＶＳＶ３）はＯＮとなりターボチャージャ１８のコン
プレッサ出口圧Ｐ２がダイヤフラム４８ａの上側に作用
するため吸気バイパス弁４６は閉鎖される。また、ステ
ップ１０８テは電磁弁６６（ＶＳＶ４）がＯＦＦされ、
負圧ポンプ６７からの負圧がダイヤフラム４８ａの下側
に作用するため、ダイヤフラム４８ａは下側に引っ張ら
れ、吸気バイパス弁４６の閉鎖力を上げ、その確実な閉
弁を確保している。
加速状態において、エンジンの回転数ＮＥがＮＥ２まで
上昇し、大型ターボチャージャ１７のコンプレッサ出口
圧力Ｐ、の立ち上がりが小型ターボチャージャ１８のコ
ンプレッサ出口圧力Ｐ２に追いつき、Ｐ　２　＝　Ｐ　
Ｉ　となるとステップ１ｏｏよりステップ１１０で進み
電磁弁５４（ＶＳＶＩ）がＯＮされ、ダイヤフラム３４
ａに位ａ５６からの過給圧が導入され、スプリング３４
ｂに抗してウェイストゲート弁３２は開放方向に付勢さ
れる。ステップ１１２で排気切替弁３８の作動用電磁弁
５８　（ＶＳＶ２）がＯＮされる。そのため、ダイヤフ
ラム４０ａに過給圧が作用するため、過給圧に対抗する
排気切替弁３８を閉じる力にスプリング４０ｂは関与し
なくなり、スプリング４０ｃの弱い付勢力のみが閉じる
力に関与する。そのため、アクチュエータ４０は排気切
替弁３８を一気に開弁に至らしめる。ステップ１１４で
は電磁弁６６（ＶＳＶ４）がＯＦＦされるため大気圧が
ダイヤフラム４８ａの上側に作用し、ステップ１１６で
電磁弁６６（ＶＳＶ４）がＯＮされ、過給圧がダイヤフ
ラム４８ｂの下側に作用するため、ダイヤフラム４８ａ
は上方に押圧され、吸気バイパス弁４６は一気に開弁さ
れる。
第４図は等量比φ（空気と燃料の理論混合比（理論空燃
比）を供給された混合気の空燃比で割った値）に対する
排気ガス中のＳＯＦの量及びのＳ、（黒煙濃度）を示す
。等量比φはエンジンの回転数もしくは負荷に対応して
おり、低負荷・低回転側でＳＯＦの量が多いことを示す
。一方、ＳＢは高負荷側で多くなる。第２図に関して説
明したようにエンジンの低負荷・低回転時は排気切替弁
２８は閉鎖し、排気ガスは小型ターボチャージャ２８の
タービン２８を介して酸化触媒装置８４に導入される。
そのため、低回転時１こ多く発生するＳＯＦを触媒装置
８８によって効率的に除去することができる。第４図に
おいてφ。はＳＯＦの量が最小となる等量比の点を示し
、それより小さな等量比ではＳＯＦ量は増大するが、こ
のＳＯＦ増大域は排気切替弁３８の閉鎖域に対応してい
るので、酸化触媒装置８４によりＳＯＦを効率的に除去
することができる。高負荷運転時は排気切替弁３８は開
放されるため、排気ガスは実質的に酸化触媒装置８４を
通過することがない。また、高負荷運転時は黒煙（Ｓ６
）の発生量が増すが、これは大型ターボチャージャ１７
のタービン２２の下流に配置されるパティキュレートト
ラップ８６により効率的に補集・除去することができる
。
実施例ではパティキュレートトラップ８６を併用してい
るが、２段過給方式による過給設定によりパティキュレ
ートトラップ８６は省略することができる。即ち、高負
荷・高回転側の黒煙の濃度の増大は空気過剰率の増大に
より抑制することができるからである。この場合、適当
な空気過剰率が得られるように大型ターボチャージャ２
２による過給圧を設定することで、第４図の破線Ｓ８の
ようにスモーク発生量を抑えることができる。
〔効果〕
小型ターボチャージャのタービンの直下流の位置に酸化
触媒を配置することにより、低回転時に多く発生するＳ
ＯＦを効率的に回収し、かつガス量が大きい排気切替弁
の開放時は触媒装置への排気ガス量が少なくなるので、
通過抵抗が大きくなることが防止される。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の実施例の構成を示す図。 第２図は過給作動を説明するフローチャート。 第３図は２段過給装置による回転数に対する過給圧特性
図。 第４図は等量比に対する可溶有機成分（ＳＯＦ）の量及
び黒煙濃度（Ｓ６）の変化を示す図。 １０・・・エンジン本体、１２・・・吸気管、１４・・
・排気管、１７・−・大型ターボチャージャ、１８・・
・小型ターボチャージャ、 ３０・・・第１排気バイパス通路、 ３２・・・ウェイストゲート弁、 ３６・・−第２排気バイパス通路、 ３８・・・排気切替弁、４４・・・吸気バイパス弁、５
０−ＥＧＲ通路、５４．５８，６４．６６−・・電磁弁
（ＶＳＶ）、７８、８０・・・圧力センサ、８４・・・
酸化触媒装置、８５−・・管路、８６・・・パティキュ
レートトラップ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 大型ターボチャージャと小型ターボチャージャとをガス
    の流れ方向に直列に配置し、小型ターボチャージャを迂
    回する排気バイパス通路に排気切替弁を設け、排気切替
    弁を開閉することにより小型ターボチャージャと大型タ
    ーボチャージャとで作動域を切り替えるようにした２段
    過給ディーゼルエンジンにおいて、小型ターボチャージ
    ャのタービン下流で前記排気バイパス通路との接合部の
    上流の位置に酸化触媒装置を配置したことを特徴とする
    ２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
JP2073526A 1990-03-26 1990-03-26 ２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 Pending JPH03275924A (ja)

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JP2073526A JPH03275924A (ja) 1990-03-26 1990-03-26 ２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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JP2073526A JPH03275924A (ja) 1990-03-26 1990-03-26 ２段過給ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置

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JP (1) JPH03275924A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1640598A1 (de) * 2004-09-22 2006-03-29 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Aufgeladene Brennkraftmaschine und Verfahren zur Verbesserung des Emissionsverhaltens einer aufgeladenen Brennkraftmaschine
JP2009024619A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気制御装置
DE102008017280A1 (de) 2008-04-04 2009-11-19 Man Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft Anordnung und Verfahren zur Beeinflussung des Umsatzverhaltens von Abgaskatalysatoren
WO2012081062A1 (ja) * 2010-12-17 2012-06-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気加熱装置およびその制御方法

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