JPH06288247A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯが排出される
のを阻止する。 【構成】 吸気通路内に吸気流によって駆動されるター
ビン１１を配置する。タービン１１に仕事負荷を与える
発電機１６を連結し、発電機１６がタービン１１に与え
る仕事負荷をリレー１７およびリレー制御装置１９によ
り制御する。吸気温度が予め定められた設定温度よりも
低いときにはリレー制御装置１９によりリレー１７をオ
フにして発電機１６がタービン１１に与える仕事負荷を
小さくする。タービン１１により駆動されるエアポンプ
２０を具備する。エアポンプ２０を空気供給通路２１を
介してタービン１１上流の吸気ダクト１２に接続すると
共にエアポンプ２０をエアアシスト通路２２を介して吸
気ポート６に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の吸気装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸気通路内に吸気流によって駆動される
タービンを配置すると共にタービンに発電機を連結し、
タービンと発電機との連結を制御する連結制御装置を設
けて吸気温度が予め定められた設定温度よりも低いとき
にはタービンと発電機との連結を遮断するようにした内
燃機関の吸気装置が本出願人によりすでに出願されてい
る（特願平４−２０９３０１号参照）。この内燃機関の
吸気装置では、吸気温度が設定温度よりも高いときには
タービンによって発電機が駆動される。一方、吸気温度
が設定温度よりも低いときには発電機によってタービン
に与えられる仕事負荷がほとんどなくなるためにタービ
ンにおける吸気の膨張仕事がほとんどなくなり、その結
果タービンにおいて吸気温度が低下するのが阻止され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
冷間時におけるようにタービン上流の吸気通路内におけ
る吸気温度が極度に低いときには吸気がタービンにおい
て膨張仕事をしなくても燃焼室内に供給される吸気の温
度が低いために吸気通路内に供給された燃料を良好に微
粒化することができず、また燃焼室内における燃焼温度
が低く、その結果燃焼室内において燃料を良好に燃焼せ
しめることができないために排気通路内に多量の未燃Ｈ
Ｃ、あるいはＣＯなどが排出されるという問題がある。
また、例えば始動時においては排気通路内に排出される
排気ガス温度が低いために触媒において排気通路内に排
出された未燃ＨＣ、あるいはＣＯなどを良好に酸化せし
めることができないという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、吸気通路内に吸気流によって駆動
されるタービンを配置すると共にタービンに仕事負荷を
与える仕事負荷装置を設け、仕事負荷装置がタービンに
与える仕事負荷を制御する仕事負荷制御装置を設けて吸
気温度が予め定められた設定温度よりも低いときには仕
事負荷制御装置により仕事負荷装置がタービンに与える
仕事負荷を小さくするようにした内燃機関の吸気装置に
おいて、タービン上流の吸気通路とタービン下流の吸気
通路または触媒上流の排気通路とを連結する空気通路内
に上記タービンにより駆動されるエアポンプを設けてい
る。

【０００５】また本発明によれば上記問題点を解決する
ために、タービン下流の吸気通路内に燃料噴射弁を配置
し、エアポンプから吐出された空気を空気通路を介して
上記燃料噴射弁から噴射された燃料に衝突させこれら燃
料と空気とを一緒に上記吸気通路内に噴出させるように
している。

【０００６】

【作用】請求項１に記載の発明では、エアポンプから吐
出された空気がタービン下流の吸気通路内に供給される
ために燃焼室内における空気流の乱れが増大され、また
はエアポンプから吐出された空気が触媒上流の排気通路
内に供給されるために触媒における未燃ＨＣなどの酸化
が促進される。また請求項２に記載の発明では、エアポ
ンプから吐出された空気を燃料噴射弁から噴出された燃
料に衝突させるために燃料の微粒化が促進されると共に
この空気によって燃焼室内における空気流の乱れが増大
される。

【０００７】

【実施例】図１を参照すると、１は機関本体、２はピス
トン、３はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気弁、
６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートをそれぞ
れ示す。吸気ポート６は対応する枝管９を介して共通の
サージタンク１０に連結され、サージタンク１０はター
ビン１１を介して吸気ダクト１２に連結される。吸気ダ
クト１２はエアフローメータ１３を介して図示しないエ
アクリーナに連結される。また各枝管９内には燃料噴射
弁１４が配置され、吸気ダクト１２内にはスロットル弁
１５が配置される。

【０００８】タービン１１は吸気流によって駆動され、
その結果吸気から吸気のもつエネルギーを回転仕事とし
て取り出すことができる。図示しない軸受により支持さ
れたタービン１１の回転軸１１ａは仕事負荷装置を構成
する発電機１６の回転軸に連結され、発電機１６はリレ
ー１７を介してバッテリ１８に接続される。リレー１７
は仕事負荷制御装置を構成するリレー制御装置１９によ
りオン、あるいはオフのいずれかの位置に制御される。
リレー１７がオンにされると発電機１６において発電が
行われると共に発電機１６によってタービン１１に仕事
負荷が与えられ、これに対しリレー１７がオフにされる
と発電機１６における発電が停止されると共に発電機１
６がタービン１１に与える仕事負荷はほとんどなくな
る。また図１に示すようにタービン１１の回転軸１１ａ
はエアポンプ２０の駆動軸に連結される。

【０００９】本発明による第１の実施例においてエアポ
ンプ２０の導入側には空気通路を構成する空気供給通路
２１が連結され、空気供給通路２１はスロットル弁１５
上流の吸気ダクト１２内に連通される。一方エアポンプ
２０の吐出側には三方弁２３を介して空気通路を構成す
るエアアシスト通路２２、あるいは空気戻し通路２４の
いずれかが連結される。エアアシスト通路２２は吸気弁
５近傍の吸気ポート６内に連通され、空気戻し通路２４
は空気供給通路２１内に連通される。また、空気供給通
路２１内には吸気ダクト１２からエアポンプ２０に向け
て流通可能な逆止弁２５が配置され、エアアシスト通路
２２内にはエアポンプ２０から吸気ポート６に向けて流
通可能な逆止弁２６が配置される。なお、三方弁２３の
駆動制御は電子制御ユニット３０の出力信号に基づいて
制御される。

【００１０】図１に示されるように電子制御ユニット３
０はディジタルコンピュータからなり、双方向性バス３
１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモ
リ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、Ｃ
ＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５およ
び出力ポート３６を具備する。エアフローメータ１２は
吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧
はＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され
る。スロットル弁１５にはスロットル開度に比例した出
力電圧を発生するスロットルセンサ３８が取付けられ、
このスロットルセンサ３８の出力電圧はＡＤ変換器３９
を介して入力ポート３５に入力される。機関本体１には
吸気温度を代表する機関冷却水温に比例した出力電圧を
発生する水温センサ４０が取付けられ、この水温センサ
４０の出力電圧はＡＤ変換器４１を介して入力ポート３
５に入力される。また、機関回転数を表す出力パルスを
発生する回転数センサ４２が入力ポート３５に接続され
る。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路４３を介
して燃料噴射弁１４、リレー制御装置１９および三方弁
２３にそれぞれ接続される。なお本実施例において機関
本体１に取付けられた水温センサ４０の代わりに、例え
ば吸気ポート６内に吸気温度センサを取付け、この吸気
温度センサにより直接的に吸気温度を検出するようにし
てもよい。

【００１１】ところで、吸気ダクト１２内に吸気が流入
するとこの吸気流によってタービン１１が駆動される。
タービン１１が駆動されるとタービン１１に連結された
発電機１６において発電を行うことにより吸気のもつエ
ネルギーの一部を電気エネルギーとして回収することが
できる。またタービン１１が駆動されるとタービン１１
に連結されたエアポンプ２０が駆動される。このため、
三方弁２３を駆動制御してエアポンプ２０をエアアシス
ト通路２２に連通せしめることによりエアポンプ２０か
ら吐出された空気をエアアシスト通路２２を介して吸気
ポート６内に噴出させることができる。エアアシスト通
路２２を介して吸気ポート６内に空気が噴出されると燃
焼室４内における空気流の乱れが増大するために燃料の
気化が促進されると共に燃焼速度が増大され、その結果
燃焼室４内において燃料を良好に燃焼せしめることがで
きる。したがって排気ポート８内に多量の未燃ＨＣ、あ
るいはＣＯなどが排出されるのが阻止できる。

【００１２】本発明による第１の実施例では、吸気温度
を代表する機関冷却水温が予め定められた設定温度より
も低いときには三方弁２３を駆動制御してエアポンプ２
０をエアアシスト通路２２に連通せしめることによりエ
アポンプ２０から吐出された空気をエアアシスト通路２
２を介して吸気ポート６内に噴出するようにしている。
このため燃焼室４内における燃料の燃焼が悪化しやすい
冷間時にも燃料を良好に燃焼せしめることができ、その
結果排気ポート８内に多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯな
どが排出されるのが阻止される。これに対し、機関冷却
水温が設定温度よりも高いときには三方弁２３を駆動制
御してエアポンプ２０を空気戻し通路２４に連通せしめ
ることによりエアポンプ２０から吐出された空気をエア
ポンプ２０上流の空気供給通路２１内に供給するように
している。このためエアポンプ２０の上流と下流とで圧
力差がほとんどなくなるためにエアポンプ２０がタービ
ン１１に与える仕事負荷がほとんどなくなる。

【００１３】ところで、吸気流によって駆動されるター
ビン１１に仕事負荷を与えると吸気流はタービン１１に
おいて膨張仕事をするためにタービン１１下流における
吸気温度はタービン１１上流における吸気温度に比べて
低くなる。このとき吸気のタービン１１の駆動に伴う温
度低下はタービン１１に与えられた仕事負荷の大きさに
比例する。このためタービン１１に発電機１６とエアポ
ンプ２０とを連結してタービン１１に大きな仕事負荷を
与えた場合タービン１１に、例えば冷間時におけるよう
に比較的低温の吸気が流入するとタービン１１下流にお
ける吸気温度は極度に低くなり、その結果燃焼室４内に
おいて燃料を良好に燃焼せしめるのが困難になる。そこ
で、本発明では吸気温度を代表する機関冷却水温が予め
定められた設定温度よりも低いときにはリレー制御装置
１９を駆動制御してリレー１７をオフにするようにして
いる。リレー１７がオフにされると発電機１６において
発電が停止されるために発電機１６がタービン１１に与
える仕事負荷がなくなり、その結果吸気のタービン１１
の駆動に伴う温度低下を小さくすることができる。した
がって燃焼室４内における燃焼の悪化が阻止され、排気
ポート８内に多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯなどが排出
されるのが阻止される。また、このときタービン１１は
エアポンプ２０のみを駆動するようになるためにエアポ
ンプ２０から吐出される空気量が増大され、その結果エ
アアシスト通路２２から吸気ポート６内に噴出される空
気によって燃料の気化がさらに促進されると共に燃焼室
４内における空気流の乱れがさらに増大される。

【００１４】一方、機関冷却水温が設定温度よりも高い
ときにはリレー制御装置１９によりリレー１７がオンに
される。リレー１７がオンにされると発電機１６におい
て発電が開始されるために吸気のもつエネルギーの一部
を電気エネルギーとして回収することができる。またこ
のとき、上述したようにエアポンプ２０が三方弁２３を
介して空気戻し通路２４に連通されるためにエアポンプ
２０がタービン１１に与える仕事負荷が小さくされ、そ
の結果発電機１６における発電量を増大することができ
る。

【００１５】図２には上記の実施例を実行するためのル
ーチンが示される。このルーチンは一定時間毎の割り込
みによって実行される。図２を参照すると、まず初めに
ステップ５０において水温センサ４０の出力信号に基づ
いて計算された機関冷却水温Ｔが予め定められた設定温
度Ｔ０よりも低いか否かが判別される。Ｔ＜Ｔ０が成立
するときにはステップ５１に進み、リレー制御装置１９
を駆動制御してリレー１７をオフにする。次いでステッ
プ５２に進み、ステップ５２では三方弁２３を駆動制御
してエアポンプ２０をエアアシスト通路２２に連通させ
る。一方、ステップ５０においてＴ≧Ｔ０が成立すると
きにはステップ５３に進んでリレー制御装置１９により
リレー１７をオンにする。次いでステップ５４に進み、
三方弁２３を駆動制御してエアポンプ２０を空気戻し通
路２４に連通させる。

【００１６】次に図３を参照して本発明による第２実施
例を説明する。本実施例において図１と同様の構成要素
については同一の番号で示し、図３では電子制御ユニッ
ト３０が省略されている。

【００１７】本発明による第２実施例ではエアアシスト
通路２２は、図３に示すように燃料噴射弁１４近傍の枝
管９内に接続されている。機関冷却水温Ｔが設定温度Ｔ
０よりも低いときエアポンプ２０から吐出された空気は
エアアシスト通路２２を介して枝管９内に噴出される
が、このとき枝管９内に噴出された空気が燃料噴射弁１
４から噴射された燃料と衝突するようにエアアシスト通
路２２の開口を配置する。エアアシスト通路２２から噴
出された空気を噴射燃料に衝突させるとこの空気と噴射
燃料との衝突作用により噴射燃料の微粒化を促進するこ
とができる。このため燃焼室４内において燃料を良好に
燃焼せしめることができるようになり、その結果排気ポ
ート８内に多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯが排出される
のが阻止できる。その他の吸気装置の作動については第
１実施例と同様であるので説明を省略する。

【００１８】図４には本発明による第３の実施例が示さ
れる。本実施例においても図１と同様の構成要素につい
ては同一の番号で示し、図４でも電子制御ユニット３０
が省略されている。図４を参照すると、６０は排気マニ
ホルド、６１は三元触媒、６２は排気ダクトをそれぞれ
示す。

【００１９】本発明による第３実施例ではエアアシスト
通路２２は、図４に示すように触媒６１上流の排気マニ
ホルド６０内に接続されている。機関冷却水温Ｔが設定
温度Ｔ０よりも低いときエアポンプ２０から吐出された
空気はエアアシスト通路２２を介して排気マニホルド６
０内に供給される。エアアシスト通路２２を介して排気
マニホルド６０内に供給された空気は排気ポート８を介
して排気マニホルド６０内に排出された排気ガスと共に
触媒６１内に流入し、その結果触媒６１における排気ガ
スの酸化作用に必要な酸素量を確保することができる。
このため触媒６１において排気ガスを良好に浄化するこ
とができ、排気ダクト６２内に多量の未燃ＨＣ、あるい
はＣＯが排出されるのが阻止できる。その他の吸気装置
の作動については第１実施例と同様であるので説明を省
略する。

【００２０】これまで述べてきた実施例では、タービン
１１の回転軸１１ａと発電機１６またはエアポンプ２０
の回転軸とは直接的に連結されている。しかしながら、
例えばタービン１１の回転軸１１ａと発電機１６または
エアポンプ２０の回転軸間にクラッチを設けてもよい。
また、これまで述べてきた実施例において三方弁２３は
エアポンプ２０をエアアシスト通路２２に連通する位
置、あるいはエアポンプ２０を空気戻し通路２４に連通
する位置のいずれかに駆動制御される。しかしながら、
例えば機関回転数または機関負荷に応じて三方弁２３を
エアポンプ２０をエアアシスト通路２２に連通する位置
とエアポンプ２０を空気戻し通路２４に連通する位置と
の中間位置に制御してエアポンプ２０からエアアシスト
通路２２内に供給される空気量を制御しつつエアポンプ
２０がタービン１１に与える仕事負荷を制御するように
してもよい。

【００２１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明において、タービ
ン上流の吸気通路がエアポンプを介してタービン下流の
吸気通路に連結される場合にはエアポンプから吐出され
た空気によって噴射燃料の気化が促進されると共に燃焼
室内における空気流の乱れが増大されるために燃焼室内
において燃料を良好に燃焼せしめることができ、その結
果多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯが排出されるのが阻止
できる。タービン上流の吸気通路がエアポンプを介して
触媒上流の排気通路に連結される場合にはエアポンプか
ら吐出された空気によって触媒の酸化作用における酸素
不足が阻止され、その結果触媒において排気ガスの良好
な浄化が確保されるために多量の未燃ＨＣ、あるいはＣ
Ｏが排出されるのが阻止できる。請求項２に記載の発明
では、エアポンプから吐出された空気が噴射燃料に衝突
されるために噴射燃料の微粒化を促進することができ、
その結果燃焼室内において燃料を良好に燃焼せしめるこ
とができ、その結果多量の未燃ＨＣ、あるいはＣＯが排
出されるのが阻止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例を示す内燃機関の全体図である。

【図２】第１実施例を実行するためのフローチャートで
ある。

【図３】第２実施例を示す内燃機関の全体図である。

【図４】第３実施例を示す内燃機関の全体図である。

【符号の説明】

１１…タービン １２…吸気ダクト １６…発電機 １７…リレー １９…リレー制御装置 ２０…エアポンプ ２１…空気供給通路 ２２…エアアシスト通路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気通路内に吸気流によって駆動される
   タービンを配置すると共に該タービンに仕事負荷を与え
   る仕事負荷装置を設け、該仕事負荷装置がタービンに与
   える仕事負荷を制御する仕事負荷制御装置を設けて吸気
   温度が予め定められた設定温度よりも低いときには該仕
   事負荷制御装置により仕事負荷装置がタービンに与える
   仕事負荷を小さくするようにした内燃機関の吸気装置に
   おいて、タービン上流の吸気通路とタービン下流の吸気
   通路または触媒上流の排気通路とを連結する空気通路内
   に上記タービンにより駆動されるエアポンプを設けた内
   燃機関の吸気装置。
2. 【請求項２】 タービン下流の吸気通路内に燃料噴射弁
   を配置し、エアポンプから吐出された空気を空気通路を
   介して上記燃料噴射弁から噴射された燃料に衝突させこ
   れら燃料と空気とを一緒に上記吸気通路内に噴出させる
   ようにした請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。