JPS5898628A - 排気過給機付内燃機関 - Google Patents

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】 本発明は排気過給機付内燃機関の低回転高負萄運転領域
に於いて、排気過給機の仕事量を増加させることにより
過給圧力を上昇せしめ機関出力の向上を図るものに関す
る。

従来、主に出力向上を目的とした過給機付内燃機関は、
機関から排出される排気ガスエネルギー（ガス流量、ガ
ス温度、ガス圧力）により排気タービンを駆動させ、同
軸に結合されたコンプレッサにより機関に吸入される空
気を圧縮過給するものである。

機関の低速出力向上を図るためＫは、低回転域から排気
タービンの仕事量を増加させ、過給圧力を上昇させなけ
ればならず、排気過ｉ＆機を構成している排気タービン
の小ノズル化が必要となる。

この場合、ｆｓ関の高負荷中、高速回転域で機関排圧が
大きく１昇し、充填効率を低下させ、出力の低ドを招く
とと本に、燃料がガソリンの場合、ノッキング限界が早
まり、更に出力の低下を助長し、期待する出力向上が得
られないのみならず、燃量消費の増大を招くという現象
が生じる。

一方、高速出力向上を目的とした場合、前述した＃気タ
ーヒンの大ノズル化が必要となり高速出力は得られるも
のの、低、中回転域で排気タービンの仕事量が減少し、
期待する出力が得られない現象か生じ相反する特性を有
する。

このため、機関全回転域で期待する出力向上を図るため
には過給機の特に排気タービンの可変容態化が必要とな
りこの手法として可変ノズルタービン等が提案されてい
るが、構造的、更には技術的に非常に困鑵であり来月化
には至っていない。

そこで本発明は、過給機、特に排気タービンの谷瀘を変
更せずに機関中、高速域で期待する出力特性が得られる
ように過給機の排気タービン容認を決定し、更に低速域
に於ても過給機の仕事量を増加せしめ、出力向上を図る
装置を提供することにある。

詳しくは、機関排気ポート部と排気タービンとの間に補
助空気導入ポートを設け、そのポート部と排気脈動を利
用し、補助空気を供給するり一ド弁もしくはエアポンプ
の吐出口とを接続し、更には補助空気量の制御として機
関回転数と＊＊および排気タービン入口排気ガス温度を
信号源とした可変流量制御弁を装着することにより１機
関低速高負荷運転時、補助空気導入ポート部より補助空
気を導入させ、排気タービンのエネルギー源である排気
ガス流量を増加させることを第１Ｃ）目的とする。

更に通常機関高負荷運転時、機関に供給される混合気は
一般に理論空燃比よりも濃い伏級で供給されているため
未燃焼成分が多量に排出される。

この未燃焼排ガスは、補助空気導入−により排気ボート
部ト排気タービンとの間で再燃焼が起こシ、排気タービ
ンのエネルギー源である排ガス温も上昇させ、ｍ関排出
ガスの実質エネルギー以上に見かけの工早ルギーを増加
させることを第２の目的とする。これにより、排気ター
ビンの仕事量か増加し、ｌ１４軸のコンプレッサによる
仕事量も増加し、過給圧力の一ト昇とともに機関出力の
向上を因ることができる。

また、排気タービン入口温度を補助空気町変流緻制御弁
の作動信号源として、補助空気量を制御することＫより
未燃焼排ガスの再燃焼による極度の一度上昇を防止する
ことかでき、排気系部品の熱ｔｉｌｊｌｌｌＩを確実に
保障するとともに、機関回転数および４０ットＡ／弁開
度を信号源とすることにより必要運転領域のみ補助空気
を導入することができる硬直を提供することを目的とす
る。

以Ｆ図面により本発明について説明する。本発明の第１
％施例を第１図に示す。機関６の吸入空気はエアフロー
メータＩを介し、コンプレッサへウジングｊ！０１．コ
ンブレッサインベヲーｇｏｓ。

該コンブレツサインベフーと同軸に取り付けられ九ター
ビンインベフ−ｇＱ４およびタービンノ１ウジング８０
３とで構成され九過給＠’１ｉｏｏを経て吸気管８を通
り機関６へ圧縮過給される。吸気管３の一部にはコンプ
レッサ出口圧力を取り出す圧力取り出し口３＆か設けら
れている。

吸気管３の下流にはスロットル弁４が設けられ、吸気マ
ニホルド５は過給空気を機関６に送る。排気ポート７か
ら排出された排気ガスは排気マニホルド８を介し、過給
＠ＳＯＯのタービンハウジング２０８Ｋｍ入しタービン
インペラー８０４を駆動し、排気ガス排出管９から大気
に放出される。

また排気マニホルド８からは過給機ＷＯＯをバイパスし
て排気ガス排出管路９と合流する排気バイパス管１０が
分岐している。該排気バイパス管ｌＯには管路開口面積
を可変にする排気バイパス弁１１がアクチュエータ１８
にりンク１８で連結されている。

一方、Ｓ関６の排気ポート部７には補助空気４人口１４
が開口してお夛該導入口には補助空気導入パイプ１６が
接続され、他端はり一ド弁１６の吐出口１６＆ＶＣ連結
されている。該リード弁１６の吸入口１６ｂの上ｔＩＬ
Ｉｌｌｌにはバイブ１７を介し流墓制−弁１８が装着さ
れており、大気との導通状態を可愛にする。またスロッ
トル弁４にはその開度を検出するスロットμ開度検出器
１９更にはタービンハウジング２０３に流入する排気ガ
ス温を検出する排気温度センサ２０、またエンジン回転
数を検出する回転数センサ２１が設けられており、それ
ぞれの検出信号は光量制御コンピュータ２８に入力され
ている。該流量制御コンピュータｓ２により運転状態と
排気温に応じた２次空気流量制−升Ｗ度を決定し流量制
御弁１８に信号が送られる構成となっている。

上記構成に於ける作動を説明する。機関６の始動后、運
転状ＯをｇｌＩ４する手段としてスロットｙ弁鳴の開度
をスロット〃開度検出器１９により検出するとともに、
機関６の回転数検出器２１により検出、更には過給＠２
００のタービンハウジング２０３Ｋｔｉｔ人する排気ガ
ス温度を排気温検出器２０により検出しそれぞれの信号
を流量制御コンピュータ３３に入力させる。今、機関６
の運転状態が、スロットｙ弁慟の開度が設定値以下の場
合、流量制御コンピュータｔｔＳにより無条件ＫｔｌＬ
量制御弁１８に全閉指令を出し排気ポート７部に設けた
補助空気導入口１４からは空気は供給されない状態とす
る。すなわち、エアフローメータｌで計測された空気と
、その信号により、図示していないＥＦＩコンピュータ
で決定された燃料が機関６に供給され機関６で燃焼した
排気ガスは全量もしくは一部過給機ＢＯＯのタービンハ
ウジングｇ０３へ導入される。この排気ガスのエネルギ
ーによりタービンインペラ−２０４が駆動され、同軸の
コンプレッサインペラー’ＡＯＢにより吸気を圧縮−１
−ｔ−るが、スロットル弁令の開度が設定値以下の場合
、吸気マニホ〜ドロの圧力は吸気管８の圧力よりも低い
ためコンプレッサインペラーの仕事量は多く要求されな
い運転領域となる。

−４、スロツ）Ａ／升４の開度が設定値以上となり、機
関６の回転数が設定値以下で、！＃気温が設定値以下の
場合、流量制御コンピュータｇｇにより厖緻制＃升１８
に全開信号を送り、リード弁１６の吸入口１６６は大気
と導通状態となる。この結果、排気ボート７内に発生す
る排気脈動の負圧部でリード弁１６から空気が吸引され
、排気ポート７に設けられた補助空気吸入口１４から空
気が導入される。このため、エアフローメータｌで計測
され、通過した空気と、図示していないＥＦＩコンピュ
ータにより決定された燃料とが機関６で燃焼し、排出さ
れた排気ガス量に、排気ボート部から供給された補助空
気が加算され、排気マニホルド８からタービンハウジン
グ２０８に導入される。

排気タービンの仕事量は（１）式できまり、（（ｊｇ纂
ガス直量、に；ガス比熱比、ｆＬ；ガス定数、　Ｉｌｌ
　、ターヒン入ロ温度、ηｔ＝タービン効率。

πｔ；タービン圧力比） 全ガス＠Ｕｇは増加し、当然仕事量も増加する。

この結果、同軸のコンプレッサインペラ−８０ｓの仕４
！皺も増加することから、過給圧は上昇し、出力は向上
する。また、スロットｙ升壱の開演が設定値以上の場合
一般にエアフローメータ１の出口と、開示していないＥ
ＦＩコンピュータで決定される混合気濃度は理論空燃比
よりも濃い領域で使用される。すなわち、機関６から排
出される排出ガス中には未燃焼成分が多量に含まれた状
態にあり、排気ポート７部の温度は比較的高温となって
いる。このことから、補助空気導入口１４から空気が供
給されると、未燃焼成分により再燃焼が誘起されタービ
ンハウジング！１０３０入口温度は上昇する特性を示す
。すなわち、（１）式中のＴが大きくなりタービンイン
ペラー８０４の仕事量を増加させる結果となる。

一方、補助空気導入により前述した再燃焼が活発化し、
タービンハウジングｚＯ３の温度が、上限設定値を超え
た場合、排気温検出器２０によりその温度を検出し、流
量制御コンピュータｇ２に入力し、流量制御弁１８に閉
弁信号を送り、補助空気量を減少させ、排気温の過度の
上昇を防止する。更に、機関６０回転数が、中、高速域
に到達すると、要求出力を保持するために吸気管３に設
けられた圧力取り出し口Ｂ＆からコンプレッサ出口圧力
を取り出し、アクチュエータ１２の８ｂ部に導入させ、
吸気管８の圧力が、要求値以上になるとリンク１８を介
し排気バイパス弁１１が開口し、機関６から排出された
排気ガスは一部バイパス管ｌＯを通りタービンハウジン
グ２０８に流入する排気ガス蓋を減じる構成となってい
る。この回転数ｍ域で補助空気を導入しても無意味であ
るため、機関６０回転数を回転数検出８！１２１で検出
し、ｒｔ域制御コンピュータ２２に入力し、機関６の回
転数が設定回転数以上になった場合、流量制御弁１Ｂに
閉弁信号を送り補助空気通路を透析する。

次に第２図にエアポンプを装着した場合の第２央Ａ例を
示す。２８は排気ボート部７からの排気ガスの逆流を防
止する逆止弁で導管ｇａａの圧力が４肯２３ｂの圧力よ
りも低い時のみ導通するようｔこなっている。２４は三
方式ｔＩｔｍ制御弁でエアポンプ２５から圧送された空
気を流量制御コンピュータ８ｇの信号により大気伺と逆
止弁８８偶に切換可能な構造となっている。またエアポ
ンプ２６は、電磁クラッチ機構を有し光量制御コンピュ
ータｇｇの信号により駆動、停止が可能である。

上記構成に於ける作動を説明する。

機関６の始動后、スロットル弁開度検出器１９゜機関回
転数検出器２１．排気温検出器２０の信号が流量制御コ
ンピュータｚ８に入力される。今、スロットル開度が設
定値以上１機関回転数および排気温が設定値以下の場合
、流量制御コンピュータ８Ｂによりエアポンプ２５に駆
動信号を送ると同時に、三方流量制御弁ｇ３の導管１４
１と導管ｇｓｂを連通させる。外部からエアポンプ２５
に吸入された空気は圧送され、導管１８ｍの圧力よりも
導管１１８ｂの圧力が高い場合、補助空気導入ボー）１
４より排気ポート７に空気が導入される。

機関６から排出される排ガス中の未燃焼成分の再燃焼が
、補助空気により活発化し、排気温か設定値以上になっ
た場合、流量制御コンピュータｇ２により三方流量制御
弁ＳＳに信号を送り、導管ｇｓｂと２４ｍの通路面積を
減少させ、導管ｇ４ｂと２４１とを開口させる。結果、
エアポンプ２５から圧送された空気は一部大気に放出さ
れ、補助空気敏が減少する。このため未燃焼成分の再燃
焼が弱められ、排１ｍの極度の上昇を防止できる。

一方、機関６の運転状部が、スロットル開度が設定鎗以
下となった場合もしくは機関回転数が設定鎗以上となっ
た場合、流量制御コンピュータ２２１こよりエアポンプ
２５と三方流量制御弁ｇ４に信号を送り、エアポンプ８
６の駆動を停止するとともに三方流量制御弁２４の導管
２４ａとｓ４ｂとを導通させた状縣にする。機関６が高
速高負荷運転の際排気ポート７の圧力は増大するが、導
管２３＆の圧力はｚｓｂの圧力よりも高くなり逆止弁２
３により排気ガスの逆ｔｌｔを防止するとともに、三方
流量制御弁２４の導管ｇｓｂは瀘断されているため二電
の排気ガス逆流防止効果がある。

以上述べたように機関排気ポート部と排気タービンとの
闇に補助空気導入ボートを設けそのボート部と排気脈動
を利用し、補助空気を供給するり一ド弁もしくはエアポ
ンプとを接続し、更には可変流量制御装置を設け、機関
回転数、運転負荷、タービン入口排気ガス温度を信号と
して、補助空気導入量を制御する構成にすることにより
、機関低速高負荷運転時、補助空気導入ボート部より補
助空気を導入させ、排気タービンに流入する排気ガス量
を増加させると同時Ｋ、排気ボート部と排飽タービンと
の間で排気ガスの未燃焼成分の再燃焼を誘起しタービン
入口温度を上昇させ、排気タービンエネルギーを増加さ
せることができる。その結果排気タービンの仕事量の増
加にともない、同軸のコンプレッサの仕事量も増加し、
過給圧力の上昇をもたらし、機関低速出力の向上が得ら
れるという優れた効果がある。

また補助空気導入により再燃焼が活発化し、タービン入
口温度が設定値以上になった場合、流量制御弁の弁開度
を小さくし、補助中９ＩＣ′１ｋを減少させることによ
り再燃焼が抑制され、排気系部品の熱破壌を確実に防止
することができるという効果もある。

史に、機関回転数とスロットル開度信号により、中高速
回転域および低回転軽負荷域の補助空気を必要としない
領域は流量制御弁を閉弁させることにより排気ガス浄化
性能に悪影響を及ぼすことを防止するとともに、排気ガ
スの大気への逆流を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１５Ｉｊ！施例の構成図、第２図は第８実施
例の構成図、２００・・・排気過給機、６・・・内燃機
関、７・・・排気ポート、１４・・・補助空気導入口。 １６・・・リード弁、１８・・・流量制御弁、１９・・
・スロットル開度検出器、２０・・・排気温検出器、２
１・・・−関Ｌｌｌ！１転数検出器、８２・・・流量制
御コンピュータ。 ２８・・・逆止弁、２４・・・三方式流量制御弁、２６
・・・エアボンデ　をそれぞれ示す。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）コンプレッサと排気タービンとからなる排気式過
   給機を具備し、砿関排覧ポート部と該排気タービンとの
   間に補助空気導入口を設け、機関運転状類に応じ、補助
   空気量を制御することを特徴とする排気過給機付内燃機
   関。 （２）補助空電供給装置として排気脈動を利用したリー
   ド升により構成した特許請求の範囲第１項記載の排気過
   給機付内燃機関。 （８）補助空気供給装置として、排気脈動を利用するり
   一ド升方式とし、該リード升上流側に流量制御弁を装置
   したことを特徴とする特Ｗ！ｆＩＩ求の範囲第１項記載
   の排気過給機付内燃機関。 （４）　Ｍ助空気供給装置として、機関動力もしくは電
   動機で駆動するエアボンデとし、該エアボンデの作動を
   ８１ＩＩＩＱ運転状態により制御するとともにエアポン
   プ下流側に逆止弁を設は該逆止弁とエアポンプとの聞に
   三方式流量制御弁を装着したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の排気過給機付内燃機関。 （５）流量制御弁を機関回転数９機関負荷、タービ記載
   の排気過給機付内燃機関。