JPS61201828A - 内燃機関のタ−ボ過給装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関のターボ過給装置に関する。

（従来の技術） 近年、機関の比出力向上や燃管改善を目的としてターボ
過給機を装備した内燃機関が増えつつある。このターボ
過給機は、周知のように機関排気が保有する熱力学的エ
ネルギを半径流型のタービンを介して回転力に変換し、
この排気タービンに直結したコンプレッサにより機関に
供給する吸気を加圧する！ｉＩｔ戊となっている。従っ
て排気タービンに流入する排気の温度が上昇するほど効
率が向上し、言い替えれば排気温度が不足すると充分な
性能を発揮できない。

このような観点から、例えば実開昭５７−１’　２９０
９９号に開示されているように、排気タービン−の上流
側に酸化触媒を介装して排気中の未燃成分を酸化ｍ焼さ
せることによりタービン入口温度を可及的に高める等の
技法が試みられている。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、車両用機関のように使用回転域の広い内燃機
関にターボ過給機を適用したときには、排気流量及び温
度が比較的低い低速または低負荷運転状態からの加速が
行なわれることになるため、加速時にはターボ過給機の
回転速度が充分に上昇するまでにやや時間的遅れ（ター
ボラグ）が生じて、アクセル応答性が悪化するという問
題が起こりやすい。

これに対して、上記従来例のように酸化触媒を介して排
気温度を高温に保つようにすると幾らか応答性を改善す
ることが可能であるが、一般に加速時には燃料供給量が
増量補正されるため排気中の酸素濃度が低下する傾向が
あり、従って触媒の活性を充分に高めることができない
のでターボラグを減少する効果としては未だ不充分であ
る。

この発明は、こうした問題点に着目してなされたもので
、ターボ過給装置の加速応答性を可及的に向上すること
を目的としている。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明では、排気タービン
の上流側に位置して排気通路の途中に酸化触媒を介装す
るとともに、この酸化触媒に空気を供給する給気手段と
、排気タービンの流量特性を可変設定する容量可変手段
と、機関運転状態に応じて前記給気手段並びに容量可変
手段を制御する制御手段とを設け、さらに前記制御手段
は、所定の加速時に酸化触媒に給気するように給気手段
を制御するとともに、過給圧の上昇に伴い排気タービン
の容量が増加するように容量可変手段を制御する構成と
した。

（作用） 上記構成において、加速時には給気手段を介して酸化触
媒に空気が供給されることから、仮に排気酸素濃度が極
めて薄い状態であっても触媒の活性化が促進され、従っ
て排気中の未燃燃料や一酸化炭素等が確実に燃焼される
。このため、排気はその温度がさらに上昇するとともに
膨張して流速を増しながら排気タービンに流入しようと
する。

一方、このときに容量可変手段は排気タービンの実質容
量を減少させでいるので、排気タービンは上記高流量か
つ高温の排気流に即応して速やかにその回転速度を上昇
させる。従って、機関出力も速やかに上昇し、優れた加
速性を示す。

なお、言うまでらないが、ターボ過給機の回転速度があ
る程度上昇して所定の最大過給圧に達したときは、排気
タービンの容量が増加するように制御し、あるいは必要
に応じて排気バイパスを行うことによりタービンの過回
転を抑えるようにする。

次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（実施例） 第１図において、１は内燃機関、２はその吸気通路、３
は排気通路である。４はターボ過給機で、排気通路３の
途中に介装される排気タービン５と吸気通路２の途中に
介装されるコンプレッサ６、及びこれらを直結する回転
軸７からなっている。

８は上記排気タービン５の上流側に位置するように排気
通路３に介装した酸化触媒、９は前記触媒８の下流側で
排気通路３から分岐して排気タービン５を迂回するよう
に形成した排気バイパス通路、１０はこの排気バイパス
通路９を開閉する排気バイパス弁である。排気バイパス
弁１０は従来周知のものと同様の構成及び作用であり、
即ち過給圧が所定値に達するとこれに応動するダイアプ
ラム装置等（図示せず）により駆動されて排気バイパス
通路９を開き、これにより排気タービン５に流入する排
気流量を減じて過給圧の過上昇を抑える。

１１は酸化触媒８の上流側にて排気通路３に接続した空
気導入通路、１２は前記空気導入通路１１の途中に介装
したエアポンプ、１３は同じく前記エフポンプ１２の下
流側に位置するように介装した制御弁である。前記エア
ポンプ１２並びに制御弁１３は各々この実施例において
給気手段を構成するもので、エアポンプ１２は常時また
は加速時のみ機関出力に基づいて駆動し、加速と同時に
制御弁１３を開弁することにより空気導入通路１１を介
して所定量の加圧空気が排気通路３に流入するようにし
である。なお、このような制御は、例えば制御弁１３を
電磁弁で構成する一方、アクセル開度や機関回転速度の
微分値から加速度を検出す乞等の周知の加速検出方式に
基づいて前記電磁弁を駆動する制御回路（図示せず）を
形成することにより行う。また、制御弁１３を設ける代
わりにエアポンプ１２の回転数制御により空気導入量を
制御することも可能である。

１５は容量可変手段にあたる可変ノズル、１６は可変ノ
ズル１５の駆動手段と制御手段とを兼ねたダイアプラム
装置である。可変ノズル１５は、第２図に例示したよう
に排気タービンスクロール１７の入口喉部１８の近傍に
、翼断面形状の可動片１９を紬２０を介して揺動自由に
支持しでなり、可動片１９の揺動位置に応じて喉部１８
の開口面積を増減することにより排気タービン５の実質
容量を変化させるものである。タービン容量は前記喉部
開口面積をＡ、そのタービン回伝中心からの鉗離をＲと
するときにＡ／Ｒで表され、この比率が小さくなるほど
小容量になる。即ち、可動片１９を介してＡを増減する
ことによりタービン径が一定であっても容量を増減でト
、具体的にはＡを減じるほどサーノ限界は低下するもの
のタービン口伝の上昇は速くなる。一方、ダイアプラム
装置１６は、常態ではスプリング２０の張力に基づいて
前記開口面積へが縮小する方向に可動片１９を付勢して
最小流量開度に保持しており、その圧力室２１に圧力通
路２２を介して導入されるコンプレッサ６出口圧（過給
圧）が増加するとスプリング２０に抗して面積Ａが増加
する方向に可動片１９を駆動する。

上記構成に基づき、加速時にエアポンプ１２及び制御弁
１３を介して触媒８に空気が供給されると、既に説明し
たように供給空気中の酸素と排気中の未燃成分とが反応
して排気温度が上昇し、その比容積ないし圧力を増大さ
せながら排気タービン５に流入する。このとき、低回転
または低負荷からの加速では当初コンプレッサ６の吐出
圧が低いためダイアプラム装置１６が可変ノズル１５を
介して排気タービン５の容量を絞っており、従って前記
高温高圧化した排気の流入に伴って速やかに排気タービ
ン５の回転及び過給圧が上昇する。

また、このようにして過給圧が上昇すると、その過程で
ダイアプラム装置１６が可変ノズル１５を変位させてタ
ービン容量を増大させるため、排気流量の著増にかかわ
らず効率のよい過給状態が継続し、さらに過給圧が上昇
して所定値に達すると排気バイパス弁１０が開弁じて最
大過給圧に規制されることになる。

この間の様子を表したのが第３図並びに第４図である。

図中■は排気通路に触媒を持たないターボ過給機関、■
は容量可変手段を備えない触媒燃焼方式のターボ過給機
関、■は本発明にかかる装置である。また、第４図でＰ
ｌ、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれのインターセプトポイントを
表している。図示したように本発明によると従来のもの
に比べて過給圧または機関出力の上昇速度が着しく改善
され、あるいは低速回転域での出力が大幅に向上する。

第５図、第６図はそれぞれ２個のターボ過給機４Ａ、４
Ｂを設けた機関にこの発明を適用した実施例である。５
Ａと６Ａは各々第１ターボ過給磯４Ａの排気タービンと
コンプレッサ、また５Ｂと６Ｂは各々第２ターボ過給８
！４Ｂの排気タービンとコンプレッサである。

第１ターボ過給１ｆｉ４Ａは加速性を重視して比較的小
容量であるのに対して、第２ターボ過給ｆｉ４Ｂは高速
高負荷運転域での過給圧を確保するために比較的大容量
に設定されおり、第２の排気タービン５Ｂは第１の排気
タービン５Ａを迂回した排気バイパス通路９の途中に介
装されている。

このターボ過給系では、加速時にまず第１ターボ過給ｆ
ｉ４Ａが作動して速やかに過給が開始され、その過給圧
が所定値に達すると排気バイパス弁１０が開いて第２タ
ーボ過給ｆｉ４Ｂが作動し始める。

！ｌＲ５図の装置では第２の排気タービン５Ｂについて
も排気バイパス通路９並びに排気バイパス弁１０が設け
られており、第２のコンプレッサ６Ｂの過給圧が所定４
ｆｆに達すると前記排気バイパス通路９が開かれて最大
過給圧に規制されることになる。

１５図は、こうした複数のターボ過給ｆｉ４　Ａ。

４Ｂを備えた機関において、第１の排気タービン５Ａに
対して第１図と同様に可変ノズル１５、酸化触媒８、空
気導入通路１１、エフポンプ１２、制御弁１３を設けて
第１ターボ過給３１４Ａの加速性をさらに高めたもので
ある。

他方、第６図は第２ターボ過給８！１４Ｂに対して上記
と同様の容量可変手段ないし給気手段を設けたもので、
これは加速性を可及的に改善するために第１ターボ過給
機４Ａの固定容量をさらに小さくした場合にその流量範
囲が減少（サージ限界が低下）することから、これを第
２ターボ過給ｌｆ！４Ｂへの容量可変手段等の適用によ
り補うようにしたものである。なお、この実施例は第２
ターボ過給Ｗｉ４Ｂについては排気バイパス通路９並び
に排気バイパス弁１０を設けず、その代わりにコンプレ
ッサ６Ｂの出口側に給気制御弁２３を介装して第２過給
９４Ｂによる過給圧を制御するようにしである。

なお、上記第２、第３の実施例については２個のターボ
過給１１１４Ａ、４Ｂの双方に容量可変手段、給気手段
及び酸化触媒を設けるようにしてもよいことは言うまで
もない。

（発明の効果） 以上説明した通り、この発明によれば加速時に酸化触媒
に空気を供給してその活性化を促すことによりターボ過
給機の排気タービンに流入する機関排気の温度及び圧力
を高め、さらに容量可変手段を介して前記高温高圧の排
気流を効率良く排気タービンに導入するようにしたので
、加速時のタービン回転の上昇速度が向上して優れた加
速応答性が得られ、あるいは低速出力が向上するという
効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

１ＪＳ１図は、この発明の第１実施例の概略構成図、第
２図はその排気タービンのタービンスクロールの断面図
である。第３図と第４図は、それぞれ前記実施例による
効果を従来例との比較において表した出力性能曲線図と
過給圧特性線図である。第５図はこの発明の第２実施例
の概略構成図、第６図は同じく第３実施例の概略構成図
である。希希１・・・内燃機関、２・・・吸気通路、３
・・・排気通路、４タ一ボ過給機、　　　５・・・排気
タービン、６・・・コンプレフサ、　　８・・・酸化触
媒、９・・・排気バイパス通路、１０・・・排気バイパ
ス弁、１１・・・空気導入通路、１２・・・エアポンプ
、１３・・・制御弁、　　　　１５・・・容量可変手段
、１６・・・グイア７ラム装置・ １７・・・排気タービンスクロール、１９・・・可動片
、２２・・・圧力通路。 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関排気通路の途中に介装される排気タービンと、機関
   吸気通路の途中に在って前記排気タービンの回転力に基
   づいて機関吸気を加圧する吸気コンプレッサとを有する
   ターボ過給装置において、前記排気タービンの上流側に
   位置して排気通路の途中に酸化触媒を介装するとともに
   、この酸化触媒に空気を供給する給気手段と、排気ター
   ビンの流量特性を可変設定する容量可変手段と、機関運
   転状態に応じて前記給気手段並びに容量可変手段を制御
   する制御手段とを設け、かつ前記制御手段は、所定の加
   速時に酸化触媒に給気するように給気手段を制御すると
   ともに、過給圧の上昇に伴い排気タービンの容量が増加
   するように容量可変手段を制御する構成としたことを特
   徴とする内燃機関のターボ過給装置。