JPS6135703Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、排気ガスタービンによつて駆動され
る過給機すなわち排気ターボ過給機を備えたガソ
リンエンジンに関するものである。

〔従来の技術とその問題点〕

排気ターボ過給機は、エンジンからの排気ガス
が持つエネルギをエンジンの出力向上に利用でき
る特徴を有することは周知の通りである。しかし
この種の排気ターボ過給機を、ガソリンエンジン
に適用した場合には、当該ガソリンエンジンの減
速に際してその吸入空気調節用のスロツトル弁を
急閉したときにおいて以下に述べるような不具合
が発生する。

すなわち、減速に際してスロツトル弁を急閉す
ると、排気ガス量は急速に減少するにも拘らず、
排気ターボ過給機はその慣性で暫くの間高回転を
維続し、閉塞状態の吸気係への空気の圧縮を続け
て過給圧が異常に高くなり、この過給圧の異常高
圧によつてスロツトル弁より下流側に漏れる空気
量が増大するから、エンジンブレーキの利きが低
下することに加えて、前記過給圧の異常な高圧に
よつて排気ターボ過給機におけるブロワー圧縮機
の負荷が急上昇して、排気ターボ過給機の回転が
急速にドロツプするから、次にエンジンを加速す
るとき排気ターボ過給機が所用回転数に上昇する
までに時間的な遅れを生じ、この排気ターボ過給
機の回転上昇の遅れによつてエンジンの加速性が
低下するのであり、しかも、エンジンの減速時に
おいて過給圧が前記のように異常に高くなること
により、排気ターボ過給機におけるブロワー圧縮
機に急激な過負荷による衝撃が作用することにな
るから、該ブロワー圧縮機におけるブレードを損
傷し易いのである。その上、ガソリンエンジンに
おいてそのスロツトル弁を急閉して減速するとき
には、スロツトル弁以降の吸気負圧が真空側に大
きくなつて、吸気混合気の燃焼が著しく不安定に
なつて、排気ガス中における未燃焼成分が多くな
り、この未燃焼成分が排気係において燃焼する所
謂アフターバーンが多発することになるから、排
気ターボ過給機における排気ターピンを損傷し易
いと共に、触媒式排気浄化装置における触媒の早
期劣化を招来することになる。

そこで、先行技術としての実公昭51−7368号公
報は、排気ターボ過給式のガソリンエンジンにお
いて、そのスロツトル弁を急閉した時に、過給空
気の一部を大気中に放出することを、また、特開
昭52−59211号公報は、スロツトル弁の急閉時に
過給空気の一部をブロワー圧縮機の吸い込み側に
リサイクルすることを各々提案している。

しかし、前者のものは、減速時における過給空
気の大気中への放出には、一定の限界値が存在す
る一方、スロツトル弁の上流側には、排気ターボ
過給機の慣性回転により絶えず過給空気が供給さ
れることにより、スロツトル弁より上流側の過給
圧は、減速の初期においてスロツトル弁を急閉す
る前の状態よりも一旦高くなつたのち下降するよ
うな経過を呈し、過給圧が減速前の状態よりも一
旦高くなるとき、スロツトル弁の箇所からその下
流側に漏れる空気量が多くなると共に、排気ター
ボ過給機に大きな衝撃を与えることになるから、
前記エンジンブレーキの利き低下及び加速性の低
下を防止すること、並びにブロワー圧縮機に対す
る衝撃を低減することの効果が低いのであり、し
かも、過給空気の大気中への放出には、大きな騒
音が発生する点に問題がある上に、前記減速時に
おけるアフターバーンの防止には何等寄与しない
のである。

また、後者のものは、前者のような騒音が発生
することはない反面、ブロワー圧縮機で圧縮され
た過給空気がリサイクルによつて再びブロワー圧
縮機で圧縮されることにより、その温度が高くな
るので、次の加速時において吸入空気の充填効率
が低下してエンジンの出力ダウンを招くばかり
か、減速の初期における過給圧の急上昇を下げる
ことができないから、前記エンジンブレーキの利
き及び加速性の低下を防止すること、並びにブロ
ワー圧縮機に対する急激な過負荷による衝撃を低
減することの効果を殆んど期待することができな
い点に問題がある上に、アフターバーンの防止に
は何等寄与しないのである。

更にまた、先行技術としての英国特許第
1464787号明細書には、エンジンから排気ターボ
過給機における排気タービンに至る排気通路に、
前記排気タービンに対する排気迂回通路を接続
し、この排気迂回通路に設けた排気調整弁を、排
気タービンとスロツトル弁との間における過給圧
が、或る設定圧つまりエンジンに対する最高過給
圧以上に高くなると開いてエンジンからの排気ガ
スの一部を前記排気迂回通路に流し、排気タービ
ンに流れる排気ガスの量を少なくすることによつ
て、過給圧のそれ以上の上昇を防止することが記
載されている。

しかし、このように排気ガスを排気タービンに
対して迂回させる手段は、スロツトル弁の上流側
の過給圧が、或る設定圧つまりエンジンに対する
最高過給圧を越えないように制御することのみを
目的するものであつて、スロツトル弁を急閉して
の減速の初期において排気ターボ過給機が慣性回
転している一方、過給空気の放出はないために、
スロツトル弁より上流側における過給圧が前記設
定値を越えて急上昇するから、スロツトル弁の箇
所からその下流側に漏れる空気量が多くなると共
に、排気ターボ過給機におけるブロワー圧縮機に
過負荷による大きな衝撃を与えることになる。し
かも、排気ガスは排気タービンを迂回していて、
排気ターボ過給機に対する排気ガスによる回転駆
動力が低下している一方で、前記ブロワー圧縮機
に対して減速の初期において前記のような大きな
過負荷が作用するために、排気ターボ過給機の回
転速度は、急激にダウンすることになる。

すなわち、この排気ガスの迂回による手段は、
エンジンブレーキの利き及び加速性の低下を防止
すること、並びにブロワー圧縮機に対する急激な
過負荷による衝撃を低滅することの効果が未だ十
分でないと共に、減速時におけるアフターバーン
の防止には何等寄与しないのである。

本考案は、このようにガソリンエンジンに対し
て排気ターボ過給機を適用した場合において、当
該エンジンの減速時において発生する各種問題、
つまり「エンジンブレーキの利き低下」、「排気タ
ーボ過給機のブロワー圧縮機に対する過負荷によ
る耐久性の低下」及び「排気係におけるアフター
バーンによる排気タービンの損傷及び触媒式排気
浄化装置における触媒の早期劣化」並びに「排気
ターボ過給機からの騒音発生の問題」を一挙に解
消し、合せて「減速後における加速の向上」を図
ると共に、これに加て前記触媒式排気浄化装置に
おける触媒による排気ガスの浄化率を、エンジン
の減速以外の運転域においても向上し、更に、当
該触媒の耐久性をより向上することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

このため本考案は、吸気係に、排気ターボ過給
機におけるブロワー圧縮機と吸入空気調節用のス
ロツトル弁とを、当該スロツトル弁を前記ブロワ
ー圧縮機より下流側に位置して設ける一方、排気
係に排気ターボ過給機における排気タービンに次
いで触媒式排気浄化装置を設けて成る排気ターボ
過給式のガソリンエンジンにおいて、該エンジン
における排気係には、前記排気タービンの上流側
と下流側とを当該排気タービンを迂回するように
接続した排気調整弁付き排気迂回通路を設け、更
に前記エンジンにおける吸気係には、前記ブロワ
ー圧縮機とスロツトル弁との間における吸気通路
と、前記排気迂回通路における排気調整弁の下流
側又は前記触媒式排気浄化装置への排気通路とを
接続する制御弁付きブロー通路を設け、前記排気
迂回通路における排気調整弁を、前記スロツトル
弁より上流側で且つブロワー圧縮機より下流側に
おける吸気通路に、当該吸気通路の圧力が大きい
とき排気調整弁が開くように関連する一方、前記
ブロー通路における制御弁を、前記スロツトル弁
より下流側における吸気通路に、当該吸気通路の
圧力が真空側に大きくなると開くように関連した
構成にしたものである。

〔実施例〕

以下本考案の実施例を図面について説明する
に、図において符号１は、一側面に吸気マニホー
ルド２を、他側面に排気マニホールド３を有する
ガソリンエンジン、符号４は、排気タービン５と
ブロワー圧縮機６とを直結した排気ターボ過給
機、符号７は、排気ガスを浄化して大気に放出す
るための触媒コンバータ等の触媒式排気浄化装置
を各々示し、前記吸気マニホールド２には、以下
に述べるエアフローメータ１３にて計測した吸入
空気量に見合う量の燃料を各気筒ごとに噴射供給
するようにした燃料噴射ノズル８を備えると共
に、エンジン１への空気量を調節するスロツトル
弁９を備えた吸気通路１０を介して前記ブロワー
圧縮機６の吐出側に接続され、また、ブロワー圧
縮機６の吸入側は吸入通路１１を介してエアクリ
ーナ１２に接続され、この吸入通路１１には吸入
空気量を計測するためのエアフローメータ１３が
設けられている。

また、前記排気ターボ過給機４における排気タ
ービン５の排出側を排気管１４を介して前記触媒
式排気浄化装置７に、排気タービン５の入口側は
排気通路１５を介して前記排気マニホールド３に
各々接続され、前記排気通路１５の途中から分岐
した排気迂回通路１６を、排気タービン５を迂回
して触媒式排気浄化装置７又は排気管１４に接続
し、この排気迂回路１６中には、前記ブロワー圧
縮機６とスロツトル弁９との間における吸気通路
１０内の圧力に関連し、当該吸気通路１０内の圧
力が、大気圧以上の或る設定圧つまりエンジン１
に対する最高過給圧を越えたときにおいて開くよ
うにした排気調整弁１７が設けられている。

そして、前記排気ターボ過給機４におけるブロ
ワー圧縮機６とスロツトル弁９との間における吸
気通路１０の途中から分岐したブロー通路１８
を、前記排気迂回通路１６に対してこれに設けら
れる排気調整弁１７よりも下流側の部位に接続
し、該ブロー通路１８中には、ダイヤフラム等の
圧力式弁作動機構１９におけるばね２０で常閉に
保持される制御弁２１を設け、該制御弁２１を、
その圧力式弁作動機構１９における圧力室２２に
前記吸気マニホールド２つまりスロツトル弁９よ
り下流側の吸気圧を導管２３を介して導入するこ
とにより、スロツトル弁９を急閉したとき、換言
すればエンジンへの吸入空気量の激滅で吸気圧が
負圧側に急上昇したとき開くように構成して成る
ものである。

この構成において、エンジンの運転中にエンジ
ンから排出された排気ガスは、排気通路１５から
排気タービン５に入り、排気タービン５を回転し
てこれに直結したブロワー圧縮機６を回転駆動す
ることにより、エアクリーナ１２からの吸入空気
はブロワー圧縮機６で圧縮され、吸気通路１０を
経て吸気マニホールド２に至り、ここで燃料噴射
ノズル８によつて燃料が供給されたのちエンジン
に過給される。

この場合、エンジン１に対する過給圧が、大気
圧以上の或る設定圧を越えて高くなると、排気タ
ービン５に対する排気迂回通路１６中の排気調整
弁１７が開き、エンジン１からの排気ガスの一部
が排気迂回通路１６に流れて、排気タービン５に
流れる排気ガスの量が少なくなることにより、過
給圧のそれ以上の上昇を防止する作用を行つて、
エンジンに対する過給圧を、前記設定置を越える
ことがないように制御する。

そして、ターボ過給による運転状態からスロツ
トル弁９を急閉しての減速時には、スロツトル弁
９の急閉にてエンジン１への流れが急激に阻止さ
れることにより、スロツトル弁９より上流側にお
ける吸気通路１０内の過給圧は、前記設定圧を越
えるように上昇する傾向を呈する一方、スロツト
ル弁９より下流側における吸気マニホールド２の
吸気圧が真空側に高くなる。

すると、前記排気迂回通路１６内の排気調整弁
１７が、前記吸気通路１０内の過給圧の上昇によ
つて大きく開き、排気迂回通路１６を排気タービ
ン５を迂回して流れる排気ガスの量が増大し、逆
に排気タービン５に流れる排気ガスの量がより少
なくなつて、排気ターボ過給機４の回転駆動力を
低減できる一方、これと略同時に、前記ブロー通
路１８中の制御弁２１が、スロツトル弁９より下
流側における真空側に高い吸気負圧によつて開く
ことにより、前記吸気通路１０内における余剰の
過給空気が、ブロー通路１６より吸気通路１０外
にブローされる。

この場合、排気迂回通路１６中の排気調整弁１
７の全開は、スロツトル弁９の急閉から過給圧が
設定圧以下に下がるまでの間の一時期である一
方、ブロー通路１８中における制御弁２１の開
は、エンジン１の減速が終わるまでの間中持続さ
れることになる。

つまり、エンジン１の減速に際して、排気迂回
通路１６における排気調整弁１７は減速の初期に
おける一時期に大きく開き、ブロー通路１８にお
ける制御弁２１は減速の間中にわたつて開くもの
であるから、減速の初期におけるスロツトル弁９
上流側の過給圧の上昇を、前記各先行技術の場合
よりも低い値に押さえることができる、その結
果、減速の初期において閉状態のスロツトル弁９
からエンジン１側に漏れる空気量を低減できると
共に、排気ターボ過給機４におけるブロワー圧縮
機６に対する負荷による衝撃を低減できるのであ
る。

そして、前記排気調整弁１７は、減速の初期に
おいて過給圧が急激に上昇するときの一時的にお
いて大きく開き、過給圧の上昇率が低下する減速
の後半においては閉方向に作動し、排気タービン
５に流れる排気ガスを増大して、排気ターボ過給
機４に対して付与する回転駆動力を減速の初期よ
りも増加することができるから、減速の初期にお
いて前記のようにブロワー圧縮機６に対する負荷
を軽減できること及び、過給空気を減速の間ブロ
ー通路１８よりブローできることの三者が相俟つ
て、減速時において排気ターボ過給機４の回転数
が急激にダウンすることを防止できるのである。

また、前記排気調整弁１７は、減速の初期にお
ける燃焼が不安定な時期において大きく開き、減
速の初期から暫くして燃焼状態が安定化したとき
に閉方向に作動するもので、減速の初期において
燃焼がきわめて不安定な状態になる時期において
は、排気タービン５に流れる排気ガスの量は少な
いから、減速初期の燃焼がきわめて不安定なる時
期において排気タービン５内で発生するアフター
バーンを低減できる。

一方、前記ブロー通路１８からブローされる余
剰の過給空気は、前記排気迂回通路１６に対して
その排気調整弁１７より下流側にブローされる
が、排気迂回通路１６の末端が接続される箇所は
排気タービン５の下流側で、その圧力は排気ター
ビン５の上流側よりも低くなつていて、前記ブロ
ー通路１８からの余剰の過給空気の排気係へのブ
ローを確実にできると共に、十分な量をブローす
ることができるから、前気排気タービン５より下
流側における排気ガスの温度は可成り下がつて、
排気タービン５より下流側でのアフターバーンの
発生を確実に防止できるのである。

更に、吸気通路１０における余剰過給空気の排
気係へのブローは、前記のように減速の間中にわ
たつてのみ行なわれ、減速以外の運転域において
は、排気系への空気のブローは行なわれないか
ら、減速以外の運転域において排気系に空気をブ
ローすることによつて、触媒式排気浄化装置７に
おける触媒の劣化を早めたり、排気ガスの浄化率
を低下したりすることを確実に回避できるのであ
る。

なお、前記ブロー通路１８は図示のように排気
迂回通路１６に接続することに代えて、排気ター
ビン５より下流側の排気通路すなわち排気管１４
又は触媒式排気浄化装置７に接続しても良い。す
なわち、これら排気管１４及び触媒式排気浄化装
置７は、いずれも排気タービン５より下流側に位
置し、その内部の排気ガスの圧力は、排気タービ
ン５の駆動前よりも可成り低下しているから、前
記ブロー通路１８からの余剰過給空気のブローを
確実にできると共に、十分な量をブローすること
ができるのである。

以上の通り本考案は、実用新案登録請求の範囲
に記載した構成にしたことにより、以下のような
作用・効果を奏する。

エンジンの減速に際して、その初期において
ブロー通路中の制御弁が開くと共に、排気迂回
通路中の排気調整弁が開くことにより、減速の
初期において燃焼がきわめて不安定になる時期
において排気タービンに流れる排気ガスの量を
少なくできる一方、排気タービンの下流側に十
分な量の余剰過給空気を排気系にブローするこ
とができるから、排気タービン及び排気浄化装
置でのアフターバーンの発生を未然に防止で
き、アフターバーンによる排気タービンの損
傷、及び排気浄化装置における触媒の損傷・劣
化を確実に低減できる。

エンジンの減速に際して、排気迂回通路中の
排気調整弁が減速の初期において大きく開くと
共に、ブロー通路中の制御弁が減速の終わりの
時期まで開くことにより、減速の初期における
過給圧の上昇を、前記各先行技術のいずれ場合
よりも低くすることができるから、閉状態のス
ロツトル弁からエンジン１側に漏れる空気量を
十分に低減できて、エンジンブレーキの利き低
下を防止できると共に、減速の初期において排
気ターボ過給機のブロワー圧縮機に対する負荷
による衝撃を十分に軽減できて、その耐久性を
向上できる。

排気迂回通路中の排気調整弁は、通常の運転
域ではスロツトル弁より上流側の圧力によつて
開度が調整され、スロツトル弁より上流側の過
給圧が設定置を越えないように制御している
が、減速の初期においては全開となり、その後
において前記過給圧が設定置以下になると閉じ
て、排気ターボ過給機に対する回転駆動力を増
大できることができるから、スロツトル弁より
上流側における過給空気が減速の全般にわたつ
てブロー通路中の制御弁よりブローされて、ブ
ロワー圧縮機に対する負荷を減速中において低
減することができることと、前記減速の初期に
おける過給圧の上昇を低くできることとの三者
が相俟つて、排気ターボ過給機の回転速度を高
い値に保持でき、その結果、次の加速時におけ
る排気ターボ過給機の追従性、ひいてはエンジ
ンの加速性を向上できる。

エンジンの減速時における余剰過給空気のブ
ローを、大気中ではなく、排気系に対して行う
ので、余剰過給空気のブローに伴う騒音に増大
を防止できる。

排気系への多量の余剰過給空気のブローは、
エンジンの減速時においてのみ行うもので、エ
ンジンの低及び高負荷域においても、触媒式排
気浄化装置の上流側に空気をブローすることに
よつて、触媒式排気浄化装置における触媒の劣
化を増大したり、触媒による浄化率を低下した
りすることを招来することがなく、排気ガス
を、長い期間にわたつて高い浄化率のもとで浄
化できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示す図である。 １……エンジン、４……排気ターボ過給機、５
……排気タービン、６……ブロワー圧縮機、７…
…触媒式排気浄化装置、９……スロツトル弁、１
０……吸気通路、１５……排気通路、１７……排
気調整弁、１６……排気迂回通路、１８……ブロ
ー通路、２１……制御弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気係に、排気ターボ過給機におけるブロワー
   圧縮機と吸入空気調節用のスロツトル弁とを、当
   該スロツトル弁を前記ブロワー圧縮機より下流側
   に位置して設ける一方、排気係に排気ターボ過給
   機における排気タービンに次いで触媒式排気浄化
   装置を設けて成る排気ターボ過給式のガソリンエ
   ンジンにおいて、該エンジンにおける排気係に
   は、前記排気タービンの上流側と下流側とを当該
   排気タービンを迂回するように接続した排気調整
   弁付き排気迂回通路を設け、更に前記エンジンに
   おける吸気係には、前記ブロワー圧縮機とスロツ
   トル弁との間における吸気通路と、前記排気迂回
   通路における排気調整弁の下流側又は前記触媒式
   排気浄化装置への排気通路とを接続する制御弁付
   きブロー通路を設け、前記排気迂回通路における
   排気調整弁を、前記スロツトル弁より上流側で且
   つブロワー圧縮機より下流側における吸気通路
   に、当該吸気通路の圧力が大きいとき排気調整弁
   が開くように関連する一方、前記ブロー通路にお
   ける制御弁を、前記スロツトル弁より下流側にお
   ける吸気通路に、当該吸気通路の圧力が真空側に
   大きくなると開くように関連したことを特徴とす
   る排気ターボ過給式ガソリンエンジン。