JPS58101221A - タ−ボチヤ−ジヤ付エンジン - 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】 この発明は、ター−チャージャ付エンジンの改良に関す
る。

外部に捨て去る排気のエネルギーを給気ブロアの駆動力
として回収することによシ過給を行なうターがチャージ
ャは、その作動にあたってエンジンの駆動力を損わない
ため、エンジン効率向上のための効果的な手段として有
望視されている。

このようなターがチャージャを備えたエンジンは、従来
第１図に示したようにシステム化されている（例えば、
日照自動車■発行、昭和５１年版「Ｌ２０型ＥＧＩ仕様
ターがチャージャ付エンジン整備要領書」ン。

これを説明すると、図で１がエンジン本体、２が吸気マ
ニホールド、３が排気マニホールド、４．５が上記吸、
排気マニホールド２．３に接続する吸気通路及び排気通
路で、これら吸、排気通路４．５の途中にターがチャー
ジャ６が介設される。

ターがチャージャ６は、排気通路５の途中に位置して排
気圧力で回転する排気タービン７と、回転軸８を介して
排気タービン７と直結した給気プロア９とを備え、排気
タービン７の回転力で給気ブロア９を駆動することＫよ
シ、エアクリーナｌＯからの吸気を加圧してエンジン本
体１に過給するようＶ（なっている◎ このような過給作用は、排気エネルギーの大きい高負荷
時はど顕著になるのであるが、自動車用のターがチャー
ジャ６としては、その排気タービン７　ｆ）　Ａ／Ｒ（
ノズル面積／タービン半径〕をいくぶん小さく設定する
などして、使用頻度の高いエンジン低速回転域でも有効
に過給作用が得られるようにマツチングされる関係上、
高負荷である程度エンジン回転が上昇すると過給圧が高
マシすぎる傾向を生じる。

これに対処するために、排気タービン７を迂回して排気
パイ／臂ス通路１１が形成されており、圧力信号通路１
２を介して吸気通路４内の過給圧に応動する排気／量イ
ノ豐ス弁装置１３によって、過給圧が所定値を超えると
上記パイノ４ス通路１１が開かれ排気の一部を迂回させ
るようになっている。

−刀、排気タービン７及び排気パイ・七ス弁装撃１３を
通過して圧力低下した排気がスは、排気通路５の後方に
介装した三元触媒１４によってその有害物質が浄化され
た後、図示しないマフうを介して消音され、外部へと排
出される。

上記三元触媒１４は、ＨＣ，ＣＯとＮＯｘ　の三成分を
同時に不活性ガス（Ｃ鴨ｓ　Ｈ，０＊　Ｎ、など）Ｋ転
換する性能を有すると共に、この三成分同時除去に紘エ
ンジンが理論空燃比で運転される必要があることは良く
知られている。

そのため、排気マニホールド３には酸素センサ１５が設
けられて、排気中の酸素濃度（空燃比に応じて変化する
ンを検出し、この検出信号を制御回路１６に入力してい
る。

一方、制御回路１６は、基本的には、点火コイル１７で
発生した高電圧を各気筒＋１〜４Ｐ４に設けた点火栓１
８に分配供給するディストリ上エータ１９０リラクタ等
から入力するニンジン回転数信号と、吸気通路４に介装
したエアフローメータ２０から入力する吸入空気量信号
とに応じた燃料噴射パルスを発生させ、これで吸気マニ
ホールド２の各ブランチ部に設けた燃料噴射弁２１を駆
動し、エンジンが吸入する空気量に見合った燃料を供給
するようになっているが、上記酸素センナ１５からの信
号が入力されると上述した燃料噴射−臂ルス巾を補正し
、結果的に空気と燃料との混合比を理論空燃比になるよ
うにフィードバック制御する。

尚、上記燃料噴射弁２１への燃料は、燃料タンク２２か
ら燃料４ンｆ２３によって圧送され、その時の燃料圧力
はグレツシャレギエレータ２４によって所定圧に制御さ
れる。

このようｋして、可及的にエンジン低速回転域から充分
な過給効果を得る一方で、三元触媒１４で効率良（ＨＣ
，ＣＱ＝及びＮＯｘ　等の有害物質を他の無害物質に転
化させて排気の浄化を行なっている。

ところが、このような従来のターがチャージャ付エンジ
ンにあっては、上述した三元触媒１４がター？チャージ
ャ６の下流に位置して排気通路５瞥 の後方に設けられてｈたため、エンジンの低負荷時など
排気熱量の少ないとき社三元触媒１４に至る間での放熱
が大きく触媒の活性温度を確保゛し難いヒとから、当該
運転時には点火時期を遅めたシまた線アイドル回転数を
高めたシして、燃費を犠特にして触媒性能を保持しなけ
ればならないという不都合があった。

また、上述したようにターがチャーツヤ６の構造上、過
給時に高出力（及び高ドルクンが得られるように排気タ
ービン７のん１を大きく設定すると、必然的にエンシン
の低速高負荷域にはタービン効率が低下して過給効果が
十分得られないことから、そのマツチングが非常に困難
であるという問題点もあった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、触媒コンバー−をターゲチャージャ上流の排
気通路に介装すると共に、エンジンの運転状態を検出す
る手段を設け、かつこの検出手段からの信号に応動じて
、すくなくとも低速高負荷域に上記触媒コンバータ上流
の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置を設
け、当該運転時には触媒コンバータの発熱反応によジタ
ー−チャージャ入口の排気温度を高めるととＫよシ、上
記問題点を解決することを目的とする。

以下、この発明の実施例を図面の簡単な説明する 第２図に示すように　排気ガスの浄化手段としての三元
触媒１４が排気マニホールド３の集合部に設けられ、タ
ーがチャージャ６の上流に位置される。

そして、この三元触媒１４の上流に位置した排気マニホ
ールド３に第１図に示した酸素センサ１５が設けられる
と共に、後述する二次空気導入装置の二次空気供給管２
６の一端が排気逆止弁２７を介して接続する二次空気導
入口２５が開口される。

上記二次空気供給管２６の他端は、その途中に二方向切
換弁２８を介してエンジンに連動して駆動されるエアポ
ング２９に接続される。

三方向切換弁２８は、三元触媒１４の下流に位置した排
気マニホールド３に設けられた排気温度センサ３０の検
出信号を入力するモジュレータ３；１からの出力信号に
よシ切換制御され、上記センサ３０によシ三元勢媒１４
下流の排気温度が所定値以下の時は二次空気導入口２５
がエアポンｆ２９の吐出側に連通し、所定値以上の時は
同じく導入口２５がエアポング２９の吸込側に連通する
ように二次空気供給管２６を切換える。尚、図中３２は
エア４ング２９の吸込側通路に設けられたエアクリーナ
で、３３が上記吸込側通路に接続される戻シ通路である
。

その他の構成は＃Ｉ１図と同様なので、第１図と同一部
材には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

次に作用を説明する。

ターがチャージャ６は、エンジンで燃焼し膨張した排気
の持つエネルギーで排気タービン７を回転し、これに直
結した給気ツロア９を駆動することによって、エンジン
内へ加圧給気することは第１図で説明したとおシである
。

ところで、この際エンジンの加圧吸気量が一定でも、排
気温度を高めることＫよシ排気ガスの体積が増し、排気
タービン７を回転させるエネルギが大きくなって過給効
率が高められる。

また、エンジンの高負荷時においては、一般に出力混合
気（空燃比でｌＯ〜１３程度ンがエンジンに供給される
ため、その排気中には未燃ＨＣ及びＣＯが多数存在する
。

従って、この実施例のように上記未燃ＨＣ及びＣＯを三
元触媒１４を用いて外部から導入した二次空気で積極的
に酸化反応を起こし、この発熱反応によシタ、−がチャ
ージャ６上流の排気温度を上昇させてやれば、特に排気
タービン７の入口の排気流速が低下する低速高負荷時の
過給効率を高めることができる。

更に詳しく説明すると、低速高負荷時には、エア７０−
メータ２０からの吸気量信号及び図示しない絞弁開度ス
イッチの負荷信号等によシ、制御回路１６を介して、空
燃比が出力混合気に設定されるように、燃料噴射弁２１
から燃料がエンジンへ供給される。

一方、当該運転時を排気温度センサ３０の検出信号によ
シ検出したモジュレータ３１は、三方向切換弁２８を作
動させて二次空気導入口２５がエアポンｆ２９の吐出側
に連通ずるように二次空気供給管２６を切換える。

これにより、エアポング２９で圧送された外気が三元触
媒１４上流の排気マニホールド３に二次空気として供給
され、これによって上記三元触媒１４においては、上述
のようにエンジンから排出された未燃ＨＣ，ＣＯが二次
空気中の０１ｖｃよって積極的に酸化される。

この結果、上記酸化発熱反応によって、ター−チャージ
ャ６上流の排気温度は上昇（三元触媒１４下流でおよそ
−ＣＯ貴度１−白たシ１００℃上昇することが実験によ
ル確認されている。ンし、上述したように排気エネルギ
が大きくなって過給効率が高められるのである 第３図り八〇）Ｋこの実施例と従来例の軸トルク及び排
気温度特性の比較を示しである。図中実線が従来例の各
々の特性曲線で、点線がこの実施例の特性曲線である。

一方、上述した運転状態からエンジン回転数の上昇と共
に排気温度が上昇し、過給効率が充分高くなり九場合（
つまシ、三元触媒１４出口の排気温度が所定値を越えた
場合）ｋは、モジュレータ３１は今度は、二次空気導入
口２５がエアｌフグ２９の吸込側に連通するように、三
方向切換弁２８を介して、二次９気供給管２６を切換え
るので、二次空気の供給は停止される。

このようにして、排気中のＣＯ績度及び供給ｑ濃度（二
次空気量ンを制御することによって、従来例において排
気温度が低かった低速回転域での排気温度を上昇させて
過給効率を高められるので、前述したように排気タービ
ン７のＡ／ＲＩｔ−比較的大きく設定して高速屋のトル
ク特性を有するターがチャージャ６にあっても、低速回
転域で十分な過給効果が得られる。

勿論、三元触媒１４がタープチャージャ６の上流に位置
した排気！二ホールド３．の集合部に設けられるので、
排気ガスの触媒での活性温度そのものも十分であシ、従
って従来例のように低速回転域で点火時期を遅らせたシ
、アイドル回転数を高めたシする必要がなく、燃費の向
上がはかれる次に第４図線この発明の他の実施例を示す
ものである。

これは、二次空気を導入する部位を、三元触媒１４出口
の排気温度によって、３１２図における三元触媒１４上
流の排気ｑ＝ホールＰ３と三元触媒１４下流でターがチ
ャージャ６上流の排気通路５との間で切換えるようＫＬ
Ｉ例である。

そのために、第２図に訃ける二次空気供給管２６のエア
／ｙｆ２９の吸込側通路に接続する戻シ通路３３の先端
がター−チャージャ６上流の排気通路５（もしくは排気
マニホールド３）Ｋｉｉ続されるＯ これｋよれば、三元触媒１４出口の排気温度が所定値以
下の時は、三元触媒１４上流に二次９気を供給して１８
２図と同様の作用効果が得られる一方、排気温度が所定
値以上の時は、ターがチャージャ６上流に二次空気を供
給し、排気圧力を加えて排気タービン７を回転させるこ
とができ、従ってエア／　ｙ　１２９の駆動力として消
費されるニンジン出力を上述のように過給効率を高める
ことによって回収できるという利点がある。

以上説明し九ようにこの発明によれば、触媒コンバータ
をタープチャージャ上流の排、９１通路に介装すると共
に、エンジンの運転状態を検出する手段を設け、かつこ
の検出手段からの信号に応動して、すくなくとも、低速
高負荷域に上記触媒コンバータ上流の排気通路に二次空
気を供給する二次空気供給装置を設け、上記運転時には
触媒コンバータの発熱反応によ〕ターボチャージャ入口
の排気温度を高めるようにしたので、触媒コンバータの
活性温度を十分維持できる一刀で、排気タービンのＡ／
Ｒの設定に大きく左右されることなく低速高負荷時の過
給効率を高めることができるといり効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の概略構成図、第２図はこの発明の実施
例の概略構成図、第３図囚、（ｌは軸トルク及び排気温
度の各々の比較特性図、第４図はこの発明の他の実施例
の概略構成図である。 １’−・エンジン本体、４・・・吸気通路、５・・・排
気通路、７−・・排気タービン、９・・・給気プロア、
６・−タープチャージャ、１４−・三元触媒、３０・・
・排気温度センサ、３１−・・モジュレータ、２６−・
・二次空気供給管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジン排気圧力で駆動される排気タービンによシ回転
   される給気ブロアで吸気を過給するターがチャージャを
   備えると共に、排気通路に排気ガスを浄化する触媒コン
   バータを備えたターがチャージャ付エンジンにおいて、
   上記触媒コンバータをターがチャージャ上流の排気通路
   に介装すると共に、エンジンの運転状態を検出する手段
   を設け、かつこの検出手段からの信号に応じて、すくな
   くとも低速高負荷域に上記触媒コンバータ上流の排気通
   路に二次空気を供給する二次空気供給装置を設けたこと
   を特徴とするターがチャージャ付エンジン。