JPS6011208B2 - 排気タ−ボチャ−ジャ付内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排気ターボチャージャ付内燃機関の排気制御装
置に関する。

コンブレツサと排気タービンからなるターボチャージを
具備した内燃機関は通常排気タービン上流側排気通路と
下流側排気通路とを連結するバイパス通路を具えると共
にこのバイパス通路内に排気ガスバィパス制御用ウエス
トゲートバルブ装置を具えている。

このウエストゲートバルブ装置はコンブレッサの吐出圧
に応動して作動し、コンブレツサ吐出圧が所定圧力以上
になったときにバイパス通路を開口して排気ガスの一部
を排気タービンに送り込むことなく大気に排出し、それ
によって過給圧が所定圧力以上にならないように制御す
る。一方、このウエストゲートバルブ装置はコンブレツ
サ吐出圧が低いときにはバイパス通路を閉鎖するのでこ
のとき排気ガスは排気タービンを介して大気に放出され
る。しかしながら排気タービン後流の排気通路内に排気
ガス浄化用触媒コンパータを具えた内燃機関では機関始
動時にウエストゲートバルブ装置によりバイパス通路が
閉鎖されて全排気ガスが排気タービンに送り込まれると
排気タービンは熱容量が大きなために触媒コンバータに
流入する排気ガスの温度が低下する。その結果、触媒の
温度がすみやかに上昇しないために機関始動後における
浄化効率が低く、斯くして排気ガス中の有害成分が大中
に上昇するという問題がある。本発明は機関腰機運転時
にバイパス通路を介して排気ガスを触媒コンバータに送
り込むことにより触媒コンバータの暖機を促進するよう
にした排気制御装置を提供することにある。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図面を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロッ
ク、３はシリンダブロツクー内で往復勤するピストン、
４はシリンダブロック１上に固続されたシリンダヘツド
、５はピストン３とシリンダヘッド４間に形成された燃
焼室、６は点火栓、７は吸気弁、８は吸気ボート、９は
吸気マニホルド、１川ま排気弁、１１は排気ボート、１
２は排気マニホルド、１３はコンブレツサＣと排気夕−
ビンＴからなる排気ターボチャージヤを夫々示し、吸気
マニホルド９内にはスロットル弁１４と燃料噴射弁１５
とが設けられている。

排気ターボチャージャ１３のコンブレッサＣの吸入空気
吸込管１６は吸入空気量を計量するェアフロメータ１７
並びに吸気ダクト１８を介してェアクリーナ１９に連結
され、コンブレツサＣの圧縮空気吐出管２０は吸気ダク
ト２１を介して吸気マニホルド９に連結される。一方、
排気タービンＴの排気ガス流入管２２は排気マニホルド
１２に連結され、排気タービンＴの排気ガス排出管２３
は触媒コンバータ２４並びに排気管２５を介して大気に
連結される。図面に示されるように排気ターボチャージ
ャ１３は排気ガス流入管２２と排気ガス排出管２３とを
連結するバイパス管２６を具備し、このバイパス管２６
は図面に示されるような曲り管から形成される。

このバイパス管２６の入口閉口２７は排気ガス流入管２
２の内壁面上に形成され、一方出口関口２８は排気ガス
排出管２３の内壁面上に形成される。排気ガス流入管２
２内にはバイパス管２６の入口閉口２７を閉鎖可能なウ
エストゲートバルブ２９が設けられ、このウエストゲー
トバルブ２９は回転軸３０に固定される。回転軸３０１
こはアーム３１が固定され、このアーム３１の先端部に
にウエストゲートバルブ制御用ダイヤフラム装置３２の
ダイヤフラム３３に固定された制御ロッド３４が連結さ
れる。ダイヤフラム装置３２はダイヤフラム３３により
隔成された第１室３５と第２室３６とを有し、この第２
室３６内にダイヤフラム押圧用圧縮ばね３７が挿入され
る。一方、シリンダブロツク２にはバイメタル式切襖制
御弁３８が取付けられ、この切換制御弁３８の感温頭部
３９がウオータジャケット４０内に配置される。

切換制御弁３８のハウジング内部には弁室４１が形成さ
れ、この弁室４１内に弁ボート４２，４３が閉口する。
更に弁室４１内にはこれら弁ボート４２，４３に対面配
置された弁体４４が挿入され、この弁体４４の弁ロッド
４５は圧縮ばね４６のばね力によって感温頭部３９内に
挿入されたバイメタル素子４７に常時当接せしめられる
。弁ボート４２は導管４８を介してスロットル弁１４後
流の吸気マニホルド９内に連結され、この導管４８内に
絞り４９が挿入される。一方、弁ボート４３は導管６０
を介してェアフロメータ１７下流の吸入空気吸込管１６
内に連結され、この導管５０は逆止弁５１を介して弁ボ
ート４２と絞り４９間の導管部分４８ａに連結される。
この逆止弁５１の弁室５２内には弁ボート５３が閉口し
、更に弁室５２内には弁ボート５３に対面配置された弁
体５４と、弁体押圧用圧縮ばね５５が挿入される。また
、切換制御弁３８の弁室４１は導管５６を介してダイヤ
フラム装置３２の第２室３６に連結され、一方第１室３
５は導管５７を介してスロットル弁１４上流の吸気ダク
ト２１内に連結される。機関運転時、ェアクリーナ１９
並びにェアフロメータ１７を介して吸入空気吸込管１６
内に送り込まれた空気はコンブレッサＣにより圧縮され
、次いで昇庄せしめられた吸入空気が吸気ダクト２１を
介して吸気マニホルド９内に送り込まれる。

次いで吸気マニホルド９内に送り込まれた吸入空気に燃
料噴射弁１５から燃料が噴射され、斯くして成された混
合気が燃焼室５内に導入される。一方、燃焼室５内に排
出された排気ガスは排気マニホルド１２を介して排気ガ
ス流入管２２内に送り込まれ、次いで排気タービンＴに
回転力を与えた後排気ガス排出管２３並びに触媒コンバ
ータ２４を介して大気に放出される。今、機関ウオータ
ジャケット４０内の冷却水温が所定温度、例えば６０℃
よりも高いとすると切換制御弁３８のバイメタル素子４
７が図面に示すように湾曲しており、その結果弁体４４
が弁ボート４２を閉鎖すると共に弁ボート４３を閉口す
る。従ってダイヤフラム装置３２の第２室３６は導管５
６、弁室４１、弁ボート４３並びに導管５０を介して吸
入空気吸込管１６に連結され、斯くして第２室３６内は
大気圧となる。このとき、図面に示されるようにスロッ
トル弁１４の開度が小さく、従って低負荷運転が行なわ
れているとするとコンブレツサＣによる昇圧作用がほと
んど行なわれないために吸気ダクト２１内の圧力はほぼ
大気圧となり、斯くしてダイヤフラム装置３２の第２室
３５内もほぼ大気圧となる。一方、スロットル弁１４後
流の吸気マニホルド９内には負圧が発生してこの負圧が
導管４８並びに絞り４９を介して逆止弁５１に作用する
がこのとき弁体５４は弁ボート５３を閉鎖しているので
第２室３６は大気圧に保持される。従ってダイヤフラム
３３が圧縮ばね３７のばね力によって第１室３５側に移
動し、それによってウエストゲートバルブ２９がバイパ
ス管２６の入口開□２７を閉鎖する。斯くしてこのとき
燃焼室５から排気マニホルド１２に排出された排気ガス
の全てが排気タービンＴに送り込まれる。一方、スロッ
トル弁１４が大きく開弁して高負荷運転が行なわれると
ターボチヤージャ１３の回転数が高くなるためにコンブ
レツサＣによって吸入空気は昇圧され、その結果吸気ダ
クト２１並びに吸気マニホルド９内の圧力は正圧となる
。

従ってダイヤフラム装置３２の第１室３５内の圧力は正
圧となる。一方、吸気マニホルド９内の正圧が導管４８
並びに絞り４９を介して導管部分４８ａに作用し、この
導管部分４８ａ内の圧力が大気圧よりもわずかばかり高
くなると弁体５４が弁ボート５３を閉口する。次いで導
管部分４８ａ内の空気が弁室５２内に流入して導管部分
４８ａ内の圧力がわずかばかり低下すると弁体５４が弁
ボート５３を閉鎖する。従って導管５０内の圧力は導管
４８内の正圧の影響を受けることなく大気圧に保持され
、従ってダイヤフラム装置３２の第２室３６内の圧力は
大気圧に保持される。第１室３５内の正圧が圧縮ばね３
７のばね力により設定される所定正圧よりも高くなると
ダイヤフラム３３が圧縮ばね３７に抗して第２室３６側
に移動し、その結果ウエストゲートバルブ２９がバイパ
ス管２６の入口閉口２７を開□するので排気ガスの一部
がバイパス管２６を介して排気ガス排出管２３内に排出
される。その結果、排気ターボチャージャ１３の回転数
が低下して吸気ダクト２１内の正圧が上記の所定正圧よ
りも低くなるとウエストゲートバルブ２９がバイパス管
２６の入口関口２７を閉鎖し、斯くして再び排気ターボ
チャージャ１３の回転数が上昇する。このような動作を
繰返して機関高負荷運転時にには吸気ダクト２１の正圧
が所定週給圧以下に維持されることになる。一方、機関
腰機運転時のようにウオータジャケツト４０内の冷却水
温が６０午○よりも低いときには切換制御弁３８のバイ
メタル素子４７が図面とは反対向きに湾曲し、その結果
弁体４４が圧縮ばね４６のばね力により左方に移動して
弁ボート４２を閉口すると共に弁ボート４３を閉鎖する
。

斯くしてこのときダイヤフラム装置３２の第２室３６は
導管５６、弁室４１、弁ボート４２、絞り４９並びに導
管４８を介して吸気マニホルド９内に連結される。この
とき図面に示すようにスロットル弁１４の関度が小さく
、従って低負荷運転が行なわれているとすると前述した
ように吸気ダクト２１内はほぼ大気圧となっているので
ダイヤフラム装置３２の第１室３５内もほぼ大気圧とな
っている。一方、このとき前述したように吸気マニホル
ド９内には負圧が発生し、この負圧が導管４８並びに絞
り４９を介して導管部分４８ａに作用するが逆止弁５１
の弁室５２は大気圧となっているので弁体５４が弁ボー
ト５３を閉鎖しており、斯くして導管部分４８ａ内に作
用する吸気マニホルド９内の負圧がそのままダイヤフラ
ム装置３２の第２室３６に加わる。斯くしてダイヤフラ
ム３３は圧縮ばね３７に抗して第２室３６側に移動し、
その結果ウエストゲートバルブ２９は破線で示すように
バイパス管２６の入口閉口２７を全開する。斯くしてこ
のとき大量の排気ガスがバイパス管２６を介して排気ガ
ス排出管２３内に排出されることになる。一方、スロッ
トル弁１４が大きく関弁して高負荷運転が行なわれると
前述したように吸気ダクト２１内の圧力は正圧となり、
この正圧が導管５７を介してダイヤフラム装置３２の第
１室３５に加えられる。一方、前述したように吸気マニ
ホルド９内の圧力も圧となり、この正圧が導管４８並び
に絞り４９を介して導管部分４８ａ内に加わるが′前述
したように導管部分４８ａ内の圧力が大気圧よりもわず
かに高くなると弁体５４が弁ボート５３を閉口するため
に導管部分４８ａ内はほぼ大気圧となり、この導管部分
４８ａ内の圧力がダイヤフラム装置３２の第２室３６内
に加わるために第２室３６内の圧力はほぼ大気圧となる
。従ってダイヤフラム３３が圧縮ばね３７に抗して第２
室３６側に移動するためにウエストゲートバルブ２９は
破線で示すように全開し、斯くして大量の排気ガスがバ
イパス管２６を介して排気ガス排出管２３内に排出され
ることになる。このように本発明によれば機関暖機運転
時には低負荷運転であっても高負荷運転であっても多量
の排気ガスが排気タービンＴを経ることなくバイパス管
２６を介して触媒コンバータ２４に送り込まれる。

従って排気ガスが排気タービンＴによって冷却されるこ
とがないので機関始動直後であつても高温の排気ガスが
触媒コンバータ２４内に送り込まれ、それによって触媒
コンバータ２４が急速に暖機せしめられるので暖機運転
時における排気ガス中の有害成分を大中に低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る内燃機関を図解的に示した全体図であ
る。 ５・・・・・・燃焼室、７……吸気弁、９・・・・・・
吸気マニホルド、１０・・…・排気弁、１２…・・・排
気マニホルド、１３……ターボチヤージヤ、１４……ス
ロツトル弁、１５・・・・・・燃料噴射弁、２４・・・
・・・触媒コンバータ、２６……バイパス管、２９…・
・・ウエストゲートバルブ、３３…・・・ダイヤフラム
、３５…・・・第１室、３６・・・・・・第２室、３８
・・・・・・切換制御弁、５１・・…・逆止弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コンプレツサと排気タービンからなるターボチヤー
   ジヤを具備し、該タービン上流側の排気通路からバイパ
   ス通路を分岐して該バイパス通路を該タービンの下流で
   かつ触媒コンバータ上流の排気通路に連結し、該バイパ
   ス通路内にダイヤフラムにより隔成された第１室と第２
   室とを有するダイヤフラム装置によって駆動されるウエ
   ストゲートバルブを設けて第１室内の圧力が第２室の圧
   力に比べて高くなるにつれてバイパス排気ガス量を増大
   せしめるようにした排気制御装置であって、上記コンプ
   レツサ吐出側から機関シリンダに至る吸気通路内にスロ
   ツトル弁を設けると共に該スロツトル弁上流の吸気通路
   内に上記第１室を連結し、機関温度に応動して該スロツ
   トル弁後流の吸気通路或いは大気に選択的に連通可能な
   切換制御弁に上記第２室を連結して機関温度が所定温度
   以上のときに該切換制御弁の切換え作用によって上記第
   ２室を大気に連結すると共に機関温度が該所定温度以下
   のときに上記第２室をスロツトル弁後流の吸気通路内に
   連結し、スロツトル弁後流の吸気通路と上記切換制御弁
   を連結する導管内に絞りを挿入すると共に該絞りと切換
   制御弁間の導管部分を逆止弁を介して大気に連結し、該
   逆止弁が導管部分から大気に向けてのみ流通可能である
   排気ターボチヤージヤ付内燃機関の排気制御装置。