JPH07189720A

JPH07189720A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JPH07189720A
Application number: JP5330313A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Nakane; 久典中根; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JP3247225B2

Abstract

(57)【要約】【目的】リーン状態で排気ガス中のＮＯｘを浄化する
触媒の性能を良好な維持しながら、エンジン出力の向上
を図る。【構成】オイルポンプから吐出するオイルをターボ回
転軸の油圧タービンに噴射する等して、ターボ過給機２
４の補助駆動を行う過給装置。排気通路２０の途中にリ
ーン状態でＮＯｘ浄化可能な触媒２２を設ける。ターボ
過給機２４下流側の吸気通路１４とターボ過給機２４上
流側の排気通路２０とを分配通路１７を介して接続し、
その途中に通路開閉弁５０を設ける。上記補助駆動時、
ターボ過給気２４から吐出される過給気の一部を上記分
配通路１７及び通路開閉弁５０を介して触媒２２に直接
分配し、これにより触媒２２の過度の昇温によるＮＯｘ
浄化性能の低下を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボ過給機を備えた
エンジンの過給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ターボ過給機を備えたエンジンの
過給装置として、例えば特公昭５９−５１６４９号公報
に示されるものが知られている。この装置では、吸気側
に設けられるコンプレッサと排気側に設けられるタービ
ンとがターボ回転軸で連結され、このターボ回転軸が滑
り軸受で回転可能に支持されるとともに、このターボ回
転軸の途中に流体タービンが設けられ、この流体タービ
ンにオイルが一定流量で噴射されることにより、ターボ
回転軸の駆動が補助されるようになっている。より具体
的には、制御弁の作動により補助駆動状態と補助駆動停
止状態とに切換可能とし、上記コンプレッサから出力さ
れる圧縮空気の圧力が所定値以下となった時点で上記補
助駆動停止状態から補助駆動状態に切換え、上記ターボ
回転軸をさらに加速する制御が行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、燃費改善を目的
として、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態で燃
焼を行う運転領域を拡大することが図られている。ここ
で、上記公報の装置は、リーン燃焼により下がりがちな
出力を上記ターボ過給機の補助駆動で補うことができる
ため、リーン燃焼運転領域の拡大には非常に有効とな
る。

【０００４】一方、エンジンの排気通路には排気ガス浄
化用の触媒が設けられる。ここで、従来から広く知られ
ているＮＯｘ（窒素酸化物）除去用の触媒は、リーン状
態になると浄化性能が著しく低下する欠点があったが、
最近は、上記触媒として、リーン状態でも高いＮＯｘ浄
化性能が得られる触媒が開発されるに至っている。従っ
て、この触媒を利用することにより、上記リーン燃焼運
転領域拡大をより一歩進めることが可能になる。

【０００５】ところが、この触媒は、リーン状態でＮＯ
ｘ浄化可能であるといえども、このリーン状態では満足
なＮＯｘ浄化率が得られる温度範囲が著しく制限され、
具体的には、ＮＯｘ浄化率が最高となる排気温度をＴｃ
とすると、例えば図７に示されるように（Ｔｃ−ΔＴ
ｃ）〜（Ｔｃ＋ΔＴｃ）という非常に狭い温度域に許容
範囲が限られるといった特性をもつ。換言すれば、この
触媒を用いても、排気温度が過度に上昇すると十分なＮ
Ｏｘ浄化性能は得られなくなる。

【０００６】従って、この触媒を過給機付エンジンに設
けた場合、特に上記公報のように補助駆動手段を備えた
過給機を備えたエンジンに設けた場合には、この補助駆
動手段による過給機の補助駆動で出力アップを図ると、
これに伴う排気温度の上昇でＮＯｘ浄化性能が低下して
しまうため、エンジン出力向上と、良好なＮＯｘ浄化性
能の維持とを両立させることが非常に困難になる。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、触媒の
もつＮＯｘ浄化性能を十分維持しながらエンジンの出力
向上を図ることができるエンジンの過給装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、空気過剰率が１よりも大きい
排気ガス中の窒素酸化物を浄化可能な触媒が排気通路の
途中に設けられたエンジンの過給装置であって、ターボ
過給機と、このターボ過給機を排気エネルギ以外のエネ
ルギにより補助駆動する補助駆動手段と、上記ターボ過
給機よりも下流側の吸気通路と上記触媒よりも上流側の
排気通路とを連通する分配通路とを備え、上記補助駆動
による過給圧上昇時にターボ過給機から吐出される過給
気の一部が上記分配通路を通じて触媒の上流側に直接分
配されるように構成したものである（請求項１）。

【０００９】この装置では、エンジン状態に応じて上記
補助駆動手段による補助駆動及び過給気の分配を制御す
る分配制御手段を備えることがより好ましい（請求項
２）。

【００１０】上記分配制御手段としては、混合気の空気
過剰率が１よりも大きい場合に上記ターボ過給機の補助
駆動及び上記過給気の分配を行わせるものや（請求項
３）、上記エンジンの加速操作時に上記ターボ過給機の
補助駆動及び上記過給気の分配を行わせるものが好適で
ある（請求項４）。この請求項４記載の装置では、上記
エンジンの加速時における混合気の目標空燃比を１６よ
りも大きな空燃比に設定するのが、より好ましい（請求
項５）。

【００１１】また、排気側温度を検出する温度検出手段
を備え、この検出された排気側温度が一定以上の場合に
のみ上記過給気の分配を行わせるように上記分配制御手
段を構成すれば、より好ましいものとなる（請求項
６）。この場合、上記排気側温度が高いほど上記触媒上
流側への過給気分配流量を多くするように上記分配制御
手段を構成するのが、より好ましく（請求項７）、より
具体的には、上記排気側温度に基づいて上記触媒上流側
への過給気分配流量をフィードバック制御するように上
記分配制御手段を構成することが、さらに好ましい（請
求項８）。

【００１２】上記分配制御手段としては、上記分配通路
を開閉する開閉手段と、エンジン状態に基づいて上記補
助駆動手段による補助駆動力を変化させる補助駆動制御
手段とを備えたものが好適である（請求項９）。

【００１３】ここで、上記開閉手段としては、上記分配
通路の途中に設けられ上記ターボ過給機下流側の過給圧
が排気側圧力よりも一定以上高い場合にのみこの分配通
路を開通する通路開閉弁が好適である（請求項１０）。

【００１４】また、上記ターボ過給機内に圧油を噴射す
る噴射手段と、この噴射手段から噴射された圧油のエネ
ルギを上記ターボ過給機の回転軸の回転エネルギに変換
する油圧タービンと、上記噴射手段に圧油を供給する可
変容量型オイルポンプと、エンジン状態に基づいて上記
可変容量型オイルポンプの容量を制御する容量制御手段
とを備えることにより、補助駆動力の制御が可能である
（請求項１１）。

【００１５】

【作用】請求項１記載の装置によれば、ターボ過給機の
補助駆動で出力が高められるとともに、この補助駆動の
際、ターボ過給機から吐出された低温の過給気を分配通
路を通じて適宜触媒の上流側に直接分配することによ
り、この触媒の過度の温度上昇を阻止し、十分なＮＯｘ
浄化性能を維持することが可能である。

【００１６】ここで、請求項２記載の装置では、エンジ
ン状態に応じて上記補助駆動手段による補助駆動及び過
給気の分配が自動的に制御されることになる。

【００１７】より具体的に、請求項３記載の装置では、
混合気の空気過剰率が１よりも大きい運転状態、すなわ
ちエンジン出力アップが必要でしかも触媒を有効に働か
せるための許容温度領域が狭い状態で、上記過給気の分
配が行われる。この分配による触媒温度上昇の抑制と、
リーン燃焼とにより、ＮＯｘ浄化性能が大幅に向上され
る。

【００１８】また、請求項３記載の装置では、エンジン
の加速操作時に上記ターボ過給機の補助駆動が行われる
ことにより、要求加速度に見合うエンジン出力が確保さ
れる一方、過給気の分配によって、上記出力アップに伴
う触媒温度の上昇が抑制され、良好なＮＯｘ浄化性能が
維持される。

【００１９】ここで、過給機の空燃比Ａ／Ｆと実際の排
気ガス中におけるＮＯｘ濃度とは図６に示されるような
関係にあり、空燃比が１６の時にＮＯｘ濃度がピークと
なるが、請求項５記載の装置では、上記加速時における
混合気の目標空燃比が１６よりも大きな空燃比に設定さ
れることにより、ＮＯｘ濃度の上昇が防がれる。しか
も、このようなリーン燃焼を行っても、ターボ過給機の
補助駆動によって十分な出力が確保可能である。

【００２０】また、請求項６記載の装置では、検出排気
側温度が一定以上の場合、すなわち真に過給気分配によ
る触媒の冷却が必要な場合にのみ、この過給気の分配が
実行される。

【００２１】さらに、請求項７記載の装置では、排気側
温度が高いほど、すなわち触媒の冷却必要度合いが高い
ほど、上記触媒上流側への過給気分配流量が増やされ
る。より具体的に、請求項８記載の装置では、上記排気
側温度に基づいて上記触媒上流側への過給気分配流量が
フィードバック制御されることにより、触媒温度がより
正確に適正な範囲内に保たれる。

【００２２】請求項９記載の装置では、上記補助駆動手
段による補助駆動力の変化と、開閉手段による上記分配
通路の開閉とによって、上記分配の制御が実行される。

【００２３】ここで、請求項１０記載の装置では、上記
補助駆動力が高められて過給圧と排気側圧力との圧力差
が一定以上になると、自動的に通路開閉弁が開いて過給
気の分配が開始される。

【００２４】また、請求項１１記載の装置では、可変容
量型オイルポンプから吐出される圧油が油圧タービンに
噴射されることによってターボ過給機が補助駆動される
とともに、上記可変容量型オイルポンプの容量変化によ
って補助駆動力が制御される。

【００２５】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００２６】図２に示すエンジン１０の各気筒には、吸
気マニホールド１２を介して共通吸気管１４が接続され
ている。この共通吸気管１４の途中には、上流側から順
にエアクリーナー１８、ターボ過給機２４のコンプレッ
サ（詳細後述）、インタクーラー１６、スロットル弁１
５等が設けられている。上記各気筒には排気マニホール
ド１９を介して共通排気管２０が接続されており、その
途中に、上記ターボ過給機２４のタービン（詳細後
述）、ＮＯｘ浄化用触媒２２等が設けられている。

【００２７】この触媒２２には、空気過剰率λが１より
も大きい（すなわち空燃比が理論空燃比を上回る）リー
ン状態で排気ガス中のＮＯｘに浄化反応を行わせること
が可能な触媒が用いられており、そのリーン状態での特
性は図７に示されるようになっている。すなわち、この
触媒２２のＮＯｘ浄化率は、排気ガス温度Ｔex が所定
温度Ｔｃである時にピークを迎え、この温度（以下、浄
化率最大温度と称する。）Ｔｃを所定の温度幅ΔＴｃで
挾んだ温度範囲内で十分なＮＯｘ浄化率を確保できるよ
うになっている。

【００２８】上記ターボ過給機２４の内部構造を図３に
示す。このターボ過給機２４は、通常のターボ過給機と
同様、コンプレッサ２６及びタービン２８を備え、両者
がターボ回転軸３５によって連結されている。コンプレ
ッサ２６はコンプレッサハウジング３０に収容され、タ
ービン２８はタービンハウジング３２に収容されてい
る。コンプレッサハウジング３０は上記共通吸気管１４
の途中に組み込まれ、タービンハウジング３２は上記共
通排気管２０の途中に組み込まれている。両ハウジング
３０，３２は略円筒状の本体ハウジング３４を介して連
結され、この本体ハウジング３４により上記ターボ回転
軸３５が回転可能に支えられている。

【００２９】このターボ回転軸３５の略中央部には、油
圧タービン３８が設けられている。この油圧タービン３
８には、周方向成分をもつ作動油流がコンプレッサ側
（図１では右側）から吹き付けられた時にそのエネルギ
をターボ回転軸３５の回転エネルギに変換する形状の羽
根が形成されている。これに対し、上記本体ハウジング
３４には、その側壁を径方向に貫くオイル供給ノズル
（噴射手段）６２が固定され、このオイル供給ノズル６
２の噴射口４０が本体ハウジング３４内で上記油圧ター
ビン３８に向けられている。

【００３０】なお、図３において４２は、ターボ過給機
２４内のオイルを適宜機外へ導くためのオイル排出パイ
プである。

【００３１】前記図２に示すように、上記エンジン１０
のクランク軸１０２には、駆動伝達機構１０４を介して
オイルポンプ１０８が連結されている。このオイルポン
プ１０８は、上記クランク軸１０２の駆動力を受けて作
動し、エンジン１０内の潤滑油を作動油として上記オイ
ル供給ノズル６２に圧送するように構成されている。

【００３２】このオイルポンプ１０８の構造を図４に示
す。このオイルポンプ１０８は、可変容量型のものであ
り、外側ハウジング４４と、この外側ハウジング４４内
をスライドするロータハウジング４６とを備えている。
上記外側ハウジング４４の側壁には、オイル吸入口４４
ａ及びオイル吐出口４４ｂが形成され、オイル吸入口４
４ａが上記エンジン本体１０に接続される一方、オイル
吐出口４４ｂが上記ターボ過給機２４のオイル供給ノズ
ル６２に接続されている。ロータハウジング４６には、
オイル吸入溝４６ａ及びオイル吐出溝４６ｂが形成され
ており、このロータハウジング４６のスライド範囲内
で、上記オイル吸入溝４６ａを介して上記オイル吸入口
４４ａとロータハウジング４６内とが連通され、上記オ
イル吐出溝４６ｂを介して上記オイル吐出口４４ｂとロ
ータハウジング４６内とが連通されるようになってい
る。

【００３３】上記外側ハウジング４４側にはロータ回転
軸４８を中心として回転可能にロータ５０が支持され、
このロータ５０の外周部にその径方向に移動可能に複数
枚のベーン５２が装着されており、これらロータ５０及
びベーン５２がロータハウジング４６内に収納されてい
る。そして、上記軸４８が上記駆動伝達機構１０４に連
結されており、この軸４８及びロータ５０が回転駆動さ
れた状態で、上記ロータハウジング４６が外側ハウジン
グ４４に対してスライドすることにより、オイル吐出容
量が変化するようになっている。具体的には、上記ロー
タハウジング４６と軸４８との偏心量が増す（すなわち
ロータハウジング４６が図４の位置から左方向にスライ
ドする）につれてポンプ容量も増えるようになってい
る。

【００３４】上記ロータハウジング４６からはそのスラ
イド方向にロッド４４ｃが延設されており、このロッド
４４ｃがスライド駆動装置（容量制御手段を構成）８０
に連結されている。このスライド駆動装置８０は、ステ
ッピングモータ及びボールねじ機構を備え、上記ステッ
ピングモータの作動で上記ロータハウジング４６をスラ
イド駆動するように構成されている。

【００３５】また、このエンジンには、スロットル開度
θを検出するスロットルセンサ１１６、エンジン回転数
Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ１１７、吸気圧 B
oostを検出する負圧センサ１１８、上記触媒２２が設け
られた排気通路２０内の温度を検出する排気温度センサ
（温度検出手段）１１９等の各種センサ、及びマイクロ
コンピュータ等からなるＥＣＵ（エンジンコントロール
ユニット；容量制御手段を構成）１２０を備え、このＥ
ＣＵ１２０の出力する制御信号により上記スライド駆動
装置８０の作動が制御されるようになっている。

【００３６】なお、このＥＣＵ１２０による制御動作の
具体的な内容は後に詳述する。

【００３７】このエンジンの特徴として、図１に示すよ
うに、上記ターボ過給機２４におけるコンプレッサハウ
ジング３０下流側の吸気通路１４と、タービンハウジン
グ２４上流側の排気通路２０との間に分配通路１７が設
けられ、この分配通路１７を介して両通路１４，２０が
連通可能とされており、この分配通路１７の途中に通路
開閉弁５０が設けられている。この通路開閉弁５０は、
弁体であるボール５２と、スプリング５４とを内蔵して
おり、このスプリング５４の弾発力で上記ボール５２が
テーパー状の弁座５６に押付けられることにより閉弁す
る一方、ターボ過給機２４による過給で上記吸気通路内
の圧力（過給圧）が排気通路２０内の圧力よりも一定差
圧以上上回ると、その圧力差により上記弾発力に抗して
ボール５２が上記弁座５６から離れ、これにより開弁す
るようになっている。

【００３８】このようなエンジンにおいて、上記エンジ
ン本体１０が始動すると、そのクランク軸１０２に連結
されているオイルポンプ１０８が作動し、エンジン１０
内のオイルをオイル供給ノズル６２に供給する。このオ
イルは、ノズル噴射口４０から油圧タービン３８に向か
って噴射され、これにより上記油圧タービン３８と一体
にターボ回転軸３５が補助回転駆動される。

【００３９】ここで、ＥＣＵ１２０は、スライド駆動装
置８０に適宜制御信号を出力することにより、ロータハ
ウジング４６のスライド駆動を制御し、これによりオイ
ルポンプ１０８の容量制御を実行する。例えば、図４に
示されるようにロータ回転軸４８とロータハウジング４
６との偏心量が最小となる位置にロータハウジング４６
をスライドさせることにより、オイルポンプ４４の容量
を最小の微小量に抑え、補助駆動がほとんど行われない
状態にする。これに対し、図示の位置からロータハウジ
ング４６を同図左方向にスライド駆動してロータ回転軸
４８とロータハウジング４６との偏心量を増やすことに
より、オイルポンプ４４の容量を増やして、補助駆動力
を増強する。

【００４０】このＥＣＵ１２０による制御の具体的な内
容は図５のフローチャートに示す通りである。同図にお
いて、まず、混合気の空気過剰率が１以下であり（ステ
ップＳ１でＮＯ）、もしくは、排気温度センサ１１９で
検出される排気温度Ｔex が図７に示すような許容温度
上限値すなわち十分のＮＯｘ浄化率を得るための最高温
度（Ｔｃ＋ΔＴｃ）未満である場合には（ステップＳ２
でＮＯ）、１サイクル当たりの目標オイルポンプ吐出量
（以下、目標サイクル吐出量と称する。）ｑを基本吐出
量ｑo に設定する（ステップＳ３）。この基本吐出量ｑ
o は、エンジン回転数及びエンジン負荷と基本吐出量ｑ
o との関係について予め記憶したマップに基づいて決定
する。このマップでは、エンジンの運転状態にかかわら
ず、オイルポンプ１０８の補助駆動により過給圧が上昇
してもこの過給圧の上昇によって通路開閉弁５０から開
かない程度に基本吐出量ｑo が低く設定されている。

【００４１】このような基本吐出量ｑo を目標サイクル
吐出量として制御信号を演算し、出力することにより
（ステップＳ４）、エンジンの運転状態に応じてオイル
ポンプ１０８の容量を制御し、ひいてはターボ過給機２
４の補助駆動力を制御する。この補助駆動力は、上述の
ように通路開閉弁５０がスプリング５４の弾発力に抗し
て開くほどには過給圧が高まらないような低い範囲に収
められるので、通常の過給装置と同様、過給気は１００
％各気筒内に供給される。

【００４２】ところが、空気過剰率λが１よりも大きい
リーン状態にある場合、すなわち、エンジン出力が下が
りがちでターボ過給機２４の補助駆動を要し、しかも触
媒２２のＮＯｘ浄化機能が有効に発揮される温度域が狭
くなる場合であって（ステップＳ１でＹＥＳ）、さら
に、検出排気側温度Ｔex が上記温度域の上限値（Ｔｃ
＋ΔＴｃ）以上まで高まっている場合には（ステップＳ
２でＹＥＳ）、この検出排気側温度Ｔexと浄化率最高温
度Ｔｃとの差ΔＴexを求め、この温度差ΔＴexに応じた
補正吐出量ｑ(ΔＴex）を設定する（ステップＳ５）。
この補正吐出量ｑ(ΔＴex）には、上記温度差ΔＴexが
大きいほど高い値を設定し、この補正吐出量ｑ(ΔＴe
x）を上記基本吐出量ｑo に上乗せした吐出量を目標サ
イクル吐出量ｑとして設定する（ステップＳ６）。この
ように増大補正した目標サイクル吐出量ｑに基づいて制
御信号を出力することにより（ステップＳ４）、オイル
ポンプ１０８の容量増加ひいては補助駆動力の増強を行
い、過給圧を高める。

【００４３】この過給圧の上昇により、エンジン出力が
高く保持される一方、図１に示す通路開閉弁５０のボー
ル５２がスプリング５４の弾発力に抗して移動すること
により、分配通路１７が開通される。この分配通路１７
を通じ、低温の過給気の一部がエンジン本体１０をバイ
パスして直接タービンハウジング２４さらには触媒２２
に分配され、これにより触媒２２の温度が下げられる。
このようにして触媒２２の温度が図７に示すような許容
範囲（Ｔex−ΔＴｃ）〜（Ｔex＋ΔＴｃ）内に収めら
れ、良好なＮＯｘ浄化性能が維持される。

【００４４】以上のように、この装置では、ターボ過給
機２４の補助駆動力を高める際、コンプレッサハウジン
グ３０から吐出される比較的低温の過給気の一部を分配
通路１７を通じて直接触媒２２へ分配するものであるの
で、上記補助駆動による過給圧の上昇でエンジン出力を
高めながら、特別な冷却手段を用いることなく触媒２２
を適正な温度に保って良好なＮＯｘ浄化性能を確保する
ことができる。従って、図６に示すように排気ガス中の
ＮＯｘ濃度が空燃比Ａ／Ｆ＝１６でピークを迎える特性
があっても、実際の運転時における空燃比を従来よりも
１６に近付けながらＮＯｘ発生量を十分低く抑えること
が可能になり、運転領域の幅を広げることができる。

【００４５】さらに、この実施例では、触媒２２の冷却
を特に要する場合、すなわち空気過剰率が１よりも大き
くて排気温度が一定以上の場合にのみ、上記補助駆動力
アップ及び過給気の分配を行っているので、これによ
り、補助駆動力を節減することができる。

【００４６】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れるものではなく、例として次のような態様を採ること
も可能である。

【００４７】(1) 本発明において、補助駆動力アップや
触媒への過給気分配を実行する条件は適宜設定すればよ
く、例えば、高いエンジン出力を要しかつ排気温度の上
がりやすい加速時に上記補助駆動力アップ及び過給気分
配を行うようにＥＣＵ１２０を構成してもよい。この場
合も、ＮＯｘ濃度を下げるには空燃比Ａ／Ｆを１６より
も大きく設定することが望ましいが、このようにリーン
側に空燃比を設定しても、補助駆動力のアップにより加
速に十分なエンジン出力を確保でき、しかも、その過給
気の一部を触媒２２に分配することによって良好なＮＯ
ｘ浄化性能が得られる触媒温度をより確実に維持するこ
とができる。

【００４８】(2) 本発明では、上記触媒２２への過給気
の分配流量は適宜設定すればよく、例えば常時一定量の
分配を行うようにしてもよいが、上記実施例のように排
気温度Ｔex が高いほど分配流量を上げるようにすれ
ば、より実際の運転状態に即した過給制御を行うことが
できる。さらに、検出排気側温度に基づいて上記分配流
量をフィードバック制御することにより、良好なＮＯｘ
浄化性能をより確実に維持することが可能になる。

【００４９】(3) 本発明において、上記過給気の総流量
に対する分配流量の比、すなわち過給分配率は、エンジ
ンの構造に応じて適宜設定すればよく、一般には４０％
以下に設定するのが、より好ましい。

【００５０】その理由を説明する。いま、エンジン本体
１０から排出された直後の排気ガス温度及び空燃比をそ
れぞれＴex，ｘとし、分配される過給気の温度をＴｄと
し、分配過給気導入後の排気ガス温度及び空燃比をそれ
ぞれＴex′，ｘ′とすると、理論的に次式が成立する。

【００５１】

【数１】Ｔex′＝（Ｔex−Ｔｄ)・(ｘ／ｘ′）＋Ｔｄこの式において、分配過給気導入前排気ガス温度Ｔexを
400℃、分配過給気導入後排気ガス温度Ｔex′を300℃、
過給気温度Ｔｄを25℃、分配過給気導入前空燃比ｘを22
とすると、分配過給気導入後空燃比ｘ′は30となり、分
配率（100−ｘ／ｘ′）＝27％が得られる。ここで、分
配過給気導入前排気ガス温度Ｔexが400℃を超えること
はほとんどないので、他の条件の変化を考慮しても上記
分配率は40％以下に設定することが、望ましい。なお、
この分配率の調節は、分配通路１７の流路面積の調節や
通路開閉弁５０の開度調節により可能である。

【００５２】(4) 上記実施例では、オイルポンプ１０８
の容量を変化させることにより分配流量を制御している
が、上記通路開閉弁５０に代えて流量制御弁を同じ位置
に設け、この流量制御弁の開度によって分配流量を制御
するようにしてもよいし、エンジン本体１０とオイルポ
ンプ１０８との間にクラッチを設け、このクラッチのオ
ンオフによりオイルポンプ１０８を駆動状態と非駆動状
態に切換える切換制御のみを行うようにしてもよい。た
だし、上記のように可変容量型オイルポンプ１０８の容
量変化で吐出量を調節し、過給圧の上昇で通路開閉弁５
０が自動的に開弁するような構成にすれば、オイルポン
プ１０８の容量制御だけで補助駆動力の制御と分配制御
の双方を同時に行うことができる利点がある。

【００５３】また、可変容量型オイルポンプを用いる場
合、その具体的な構造は問わず、エンジンの運転中に容
量が調節可能な種々のポンプを用いることができる。

【００５４】(5) 本発明において、排気側温度を検出す
る場合、その具体的な検出個所は適当に設定すればよ
く、触媒２２の直上流側でもよいし、タービンハウジン
グ３２より上流側であってもよい。また、分配過給気の
導入個所も適宜設定すればよく、前記図１に示すように
タービンハウジング３２の上流側に導入するのでなく、
タービンハウジング３２と触媒２２との間の位置に導入
するようにしてもよい。

【００５５】(6) 図３では、ターボ回転軸３５がコンプ
レッサ２６からタービン２８まで一体のものを示した
が、このターボ回転軸３５をコンプレッサ側とタービン
側とに分割し、両分割軸をクラッチで連結／切離しでき
るようにしたものにおいても、上記と同様に本発明を適
用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明は、空気過剰率が
１よりも大きい排気ガス中の窒素酸化物を浄化可能な触
媒が排気通路の途中に設けられたエンジンにおいて、タ
ーボ過給機の補助駆動手段と、補助駆動されるターボ過
給機から吐出される過給気の一部を上記触媒の上流側に
直接分配する分配通路とを備えたものであるので、上記
補助駆動によって過給圧を高めることにより高出力を維
持する一方、この補助駆動の際にターボ過給機から吐出
された低温の過給気を上記分配通路を通じて適宜触媒の
上流側に直接分配することにより、この触媒の過度の温
度上昇を阻止し、十分なＮＯｘ浄化性能を維持すること
ができる効果がある。

【００５７】ここで、請求項２記載の装置では、エンジ
ン状態に応じて上記補助駆動手段による補助駆動及び過
給気の分配を自動的に制御することができる効果があ
る。

【００５８】より具体的に、請求項３記載の装置では、
エンジン出力アップが必要でかつ触媒を有効に働かせる
ための許容温度領域が狭い状態、すなわち混合気の空気
過剰率が１よりも大きい運転状態で、上記補助駆動及び
過給気の分配を行うことにより、高出力を確保しなが
ら、触媒温度上昇の抑制及びリーン燃焼の実行によって
ＮＯｘ浄化性能を大幅に向上させることができ、これに
より、良好なＮＯｘ浄化性能を維持できる空燃比の範囲
を拡大することができる効果がある。

【００５９】また、請求項４記載の装置では、エンジン
の加速時に上記ターボ過給機を補助駆動することによ
り、要求加速度に見合うエンジン出力を確保する一方、
過給気の分配によって、上記出力アップに伴う触媒温度
の上昇を抑制し、良好なＮＯｘ浄化性能を維持すること
ができる効果がある。

【００６０】ここで、請求項５記載の装置では、上記加
速時における混合気の目標空燃比を１６よりも大きな空
燃比に設定することにより、ＮＯｘ濃度の上昇をさらに
抑制でき、しかも、このようなリーン燃焼を行いながら
ターボ過給機の補助駆動によって十分な出力を確保する
ことができる効果がある。

【００６１】また、請求項６記載の装置では、検出排気
側温度が一定以上の場合、すなわち真に過給気分配によ
る触媒の冷却が必要な場合にのみ、この過給気の分配を
実行することにより、不必要な過給気分配を防ぎ、補助
駆動力の節減を図ることができる効果がある。

【００６２】さらに、請求項７記載の装置では、排気側
温度が高いほど、すなわち触媒の冷却必要度合いが高い
ほど、上記触媒上流側への過給気分配流量を増やすこと
により、実際のエンジン状態により即した分配制御を行
うことができる。より具体的に、請求項８記載の装置で
は、上記排気側温度に基づいて上記触媒上流側への過給
気分配流量をフィードバック制御することにより、触媒
温度をより的確に制御することができる効果がある。

【００６３】請求項９記載の装置では、上記補助駆動力
の制御と、開閉手段による上記分配通路の開閉の制御と
で、上記分配の実行の有無及び分配流量の制御を行うこ
とができる。特に、請求項１０記載の装置では、上記開
閉手段として、上記ターボ過給機下流側の過給圧が排気
側圧力よりも一定以上高い場合にのみこの分配通路を開
通する通路開閉弁を用いているので、上記補助駆動力を
上げて過給圧を高めることにより、自動的に通路開閉弁
を開かせて過給気の分配を行わせることができ、補助駆
動力の制御だけで過給圧制御と分配制御の双方を同時に
行うことができる効果がある。

【００６４】また、請求項１１記載の装置では、可変容
量型オイルポンプの容量を調節するだけの簡単な構成で
上記補助駆動力を制御することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるエンジンの過給装置
の要部を示す断面図である。

【図２】上記実施例におけるエンジンの全体構成図であ
る。

【図３】上記エンジンに設けられるターボ過給機の断面
図である。

【図４】上記実施例における可変容量型オイルポンプ及
びそのスライド駆動装置の断面図である。

【図５】上記実施例において行われる制御動作を示すフ
ローチャートである。

【図６】上記エンジンにおける空燃比と排気ガス中ＮＯ
ｘ濃度との関係を示すグラフである。

【図７】上記エンジンにおける排気ガス温度と触媒での
ＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０エンジン本体１４吸気通路１７分配通路２０排気通路２４ターボ過給機３８油圧タービン５０通路開閉弁６２オイル供給ノズル（噴射手段）８０スライド駆動装置（容量制御手段を構成）１０８オイルポンプ（可変容量型オイルポンプ）１２０ＥＣＵ（容量制御手段を構成）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 3/32 ＺＡＢ３０１ＤＦ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気過剰率が１よりも大きい排気ガス中
の窒素酸化物を浄化可能な触媒が排気通路の途中に設け
られたエンジンの過給装置であって、ターボ過給機と、
このターボ過給機を排気エネルギ以外のエネルギにより
補助駆動する補助駆動手段と、上記ターボ過給機よりも
下流側の吸気通路と上記触媒よりも上流側の排気通路と
を連通する分配通路とを備え、上記補助駆動による過給
圧上昇時にターボ過給機から吐出される過給気の一部が
上記分配通路を通じて触媒の上流側に直接分配されるよ
うに構成したことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの過給装置にお
いて、エンジン状態に応じて上記補助駆動手段による補
助駆動及び過給気の分配を制御する分配制御手段を備え
たことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項３】請求項２記載のエンジンの過給装置にお
いて、混合気の空気過剰率が１よりも大きい場合に上記
ターボ過給機の補助駆動及び上記過給気の分配を行わせ
るように上記分配制御手段を構成したことを特徴とする
エンジンの過給装置。
【請求項４】請求項２または３記載のエンジンの過給
装置において、上記エンジンの加速操作時に上記ターボ
過給機の補助駆動及び上記過給気の分配を行わせるよう
に上記分配制御手段を構成したことを特徴とするエンジ
ンの過給装置。
【請求項５】請求項４記載のエンジンの過給装置にお
いて、上記エンジンの加速時における混合気の目標空燃
比を１６よりも大きな空燃比に設定したことを特徴とす
るエンジンの過給装置。
【請求項６】請求項２〜５のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、排気側温度を検出する温度検出
手段を備え、この検出された排気側温度が一定以上の場
合にのみ上記過給気の分配を行わせるように上記分配制
御手段を構成したことを特徴とするエンジンの過給装
置。
【請求項７】請求項６記載のエンジンの過給装置にお
いて、上記排気側温度が高いほど上記触媒上流側への過
給気分配流量を多くするように上記分配制御手段を構成
したことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項８】請求項７記載のエンジンの過給装置にお
いて、上記排気側温度に基づいて上記触媒上流側への過
給気分配流量をフィードバック制御するように上記分配
制御手段を構成したことを特徴とするエンジンの過給装
置。
【請求項９】請求項２〜８のいずれかに記載のエンジ
ンの過給装置において、上記分配制御手段として、上記
分配通路を開閉する開閉手段と、エンジン状態に基づい
て上記補助駆動手段による補助駆動力を変化させる補助
駆動制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの過
給装置。
【請求項１０】請求項９記載のエンジンの過給装置に
おいて、上記開閉手段として、上記分配通路の途中に、
上記ターボ過給機下流側の過給圧が排気側圧力よりも一
定以上高い場合にのみこの分配通路を開通する通路開閉
弁を設けたことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項１１】請求項９または１０記載のエンジンの
過給装置において、上記補助駆動手段として、上記ター
ボ過給機内に圧油を噴射する噴射手段と、この噴射手段
から噴射された圧油のエネルギを上記ターボ過給機の回
転軸の回転エネルギに変換する油圧タービンと、上記噴
射手段に圧油を供給する可変容量型オイルポンプとを備
えるとともに、上記補助駆動制御手段として、エンジン
状態に基づいて上記可変容量型オイルポンプの容量を制
御する容量制御手段を備えたことを特徴とするエンジン
の過給装置。