JP3137802B2

JP3137802B2 - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JP3137802B2
Application number: JP05109298A
Authority: JP
Inventors: 久典中根; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 2001-02-26
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JPH06323152A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャーを
備えたエンジンの過給装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ターボチャージャーが装備され
たエンジンは、ターボチャージャーを有しないエンジン
よりも発進加速性が劣る傾向がある。これは、発進時の
エンジン回転数が不足しているため、ターボチャージャ
ーのコンプレッサ及びタービンを所望の加速性が得られ
るトルクで駆動するだけの排気ガス量が得られず、ター
ボチャージャーによる過給の分だけエンジンの圧縮比が
低く設定されているために却って出力トルクが低下する
ことに起因する。

【０００３】そこで従来は、例えば特開平３−２４９３
２９号公報に示されるように、コンプレッサホイールと
タービンホイールとをつなぐシャフトに油圧タービンを
装着し、発進加速時等の所定の条件下で上記油圧ポンプ
から吐出した作動油を油圧タービンに向けてノズルを通
じ噴射することにより、上記油圧タービンと一体に上記
シャフトを補助的に駆動し、これによってターボチャー
ジャーの出力を高めるようにした過給装置が提案される
に至っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記エンジンでは、タ
ーボチャージャーの熱容量が比較的大きいため、その
分、エンジンの冷間始動時における排気ガス浄化用触媒
の昇温が遅れる。従って、ターボチャージャーをもたな
い他の通常のエンジンに比べ、冷間始動時におけるエミ
ッションの低下が顕著であり、その改善が大きな課題と
なっている。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、ターボ
チャージャー付きエンジンにおいて、このターボチャー
ジャーを利用することにより、特にエンジン冷間始動時
のエミッションを効果的に改善することができるエンジ
ンの過給装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ターボチャー
ジャーにおいて吸気通路内に設けられるコンプレッサと
排気通路内に設けられるタービンとを相互連結する連結
軸を補助駆動する補助駆動手段を備えたエンジンの過給
装置において、上記吸気通路においてコンプレッサより
も下流側の部分を上記排気通路において排気ガス浄化用
触媒よりも上流側の部分に連通する二次空気供給通路
と、この二次空気供給通路を開通する状態と遮蔽する状
態とに切換えられる開閉手段と、エンジンの温度状態を
検出する温度状態検出手段と、この温度状態検出手段で
検出された温度状態が予め設定された低温域にありかつ
エンジン回転数が少なくとも予め設定された低速域にあ
る場合に上記補助駆動手段を作動させるとともに上記開
閉手段を開通状態に切換える過給制御手段とを備えたも
のである（請求項１）。

【０００７】上記二次空気供給通路は、上記排気通路に
おいて上記タービンよりも上流側の部分に接続すること
が、より好ましい（請求項２）。

【０００８】また、上記連結軸を互いに同軸状態で並ぶ
コンプレッサ側軸とタービン側軸とに分割し、これらコ
ンプレッサ側軸とタービン側軸とを互いに連動回転する
ように連結する連結状態と互いに相対回転するように切
り離す切離し状態とに切換えられるクラッチ手段を備
え、コンプレッサ側軸を補助駆動するように上記補助駆
動手段を構成するとともに、上記開閉手段を開通状態に
切換える運転領域で上記クラッチ手段を切離し状態に切
換えるように上記過給制御手段を構成したり（請求項
３）、上記補助駆動手段を、この補助駆動手段がエンジ
ンの動力を駆動源として作動するように構成するととも
に、上記吸気通路におけるコンプレッサを迂回してその
上流側通路と下流側通路とを連通する状態と遮蔽する状
態とに切換えられる吸気バイパス手段を備え、上記開閉
手段を開通状態に切換える運転領域で上記吸気バイパス
手段を連通状態に切換えるように上記過給制御手段を構
成したりする（請求項４）ことにより、後述のようなよ
り優れた効果が得られる。

【０００９】

【作用】請求項１記載の装置では、エンジン冷間時の少
なくとも低速域において、ターボチャージャーが補助駆
動されることにより、コンプレッサ及びタービンの回転
数が上昇する。そして、上記コンプレッサの回転数上昇
で過給圧が高められ、このコンプレッサから吐出される
高圧空気が二次空気として二次空気供給通路を通じて排
気通路における排気浄化用触媒の上流側に供給されると
ともに、上記タービンの回転数上昇による排気脈動の促
進により上記二次空気と排気ガスとの混合が促される。
これによって、排気浄化用触媒における排気浄化反応が
促進され、その分エミッションが向上する。

【００１０】特に、請求項２記載の装置では、コンプレ
ッサで加圧された二次空気がタービンの上流側に供給さ
れるため、この二次空気は、上記タービンの回転によっ
て排気ガスとより効果的に撹拌される。

【００１１】また、請求項３記載の装置では、上記二次
空気供給領域において、ターボチャージャーにおけるコ
ンプレッサ側軸を慣性モーメントの大きなタービン及び
タービン側軸から切離し、コンプレッサ及びコンプレッ
サ側軸のみ補助回転駆動するので、コンプレッサ及びタ
ービンを一体に補助回転駆動する場合に比べてコンプレ
ッサ回転数及び過給圧がさらに上昇し、その分二次空気
の供給量が増大する。また、過給圧の上昇によって排気
ガスエネルギも上昇し、補助駆動を行わない場合に比べ
てタービン回転数も上昇するため、このタービン回転に
起因する排気脈動による上記二次空気と排気ガスとの混
合効果も促進される。

【００１２】請求項４記載の装置では、上記二次空気供
給領域で、上記吸気通路におけるコンプレッサを迂回し
てその上流側通路と下流側通路とを開通しているので、
この開通による吸気還流でコンプレッサの仕事量が増え
ることにより、このコンプレッサを駆動する補助駆動手
段の負荷ひいてはエンジンの負荷が高まる。その分、エ
ンジンの暖機が促進され、排気ガス浄化用触媒における
排気ガス浄化反応がより促進される。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図５に基づいて説
明する。

【００１４】図１に示すエンジン１０の各気筒には、吸
気マニホールド１２を介して共通吸気管１４が接続され
ている。この共通吸気管１４の途中には、スロットル弁
１５、インタクーラー１６、ターボチャージャー（実際
には後述のように補助駆動を受けるスーパーチャージャ
ーとしての機能も兼ね備えたターボチャージャー）２
４、エアクリーナー１８等が設けられている。

【００１５】この共通吸気管１４において、上記ターボ
チャージャー２４の上流側部分と下流側部分とは、同タ
ーボチャージャー２４を迂回するバイパス通路１７で接
続されており、このバイパス通路１７の途中に吸気バイ
パス弁２１が設けられている。この吸気バイパス弁２１
は、電磁切換弁等で構成され、外部からの信号を受けて
上記バイパス通路１７を開通する状態と遮断する状態と
に切換えられるように構成されている。

【００１６】また、上記各気筒には、排気マニホールド
１９を介して共通排気管２０が接続され、この共通排気
管２０の途中に、上記ターボチャージャー２４、排気ガ
ス浄化用触媒（この実施例では三元触媒）２２等が設け
られている。

【００１７】上記ターボチャージャー２４の内部構造を
図２，３に示す。このターボチャージャー２４は、通常
のターボチャージャーと同様、コンプレッサ２６及びタ
ービン２８を備えている。コンプレッサ２６はコンプレ
ッサハウジング３０に収容され、タービン２８はタービ
ンハウジング３２に収容されている。コンプレッサハウ
ジング３０は上記共通吸気管１４の途中に組み込まれ、
タービンハウジング３２は上記共通排気管２０の途中に
組み込まれており、両ハウジング３０，３２は略円筒状
の本体ハウジング３４を介して連結されている。

【００１８】なお、上記コンプレッサ２６はアルミニウ
ム等の比較的軽量な材料で比較的薄肉に形成されている
のに対し、タービン２８は、排気ガスの高熱に耐えるべ
く鉄系材料等の比較的重い材料で厚肉に形成されてい
る。従って、タービン２８の慣性モーメントは上記コン
プレッサ２６の慣性モーメントよりも大幅に大きくなっ
ている。

【００１９】この本体ハウジング３４内の中央には、こ
れと同軸状態でコンプレッサ側軸３６及びタービン側軸
３８が収容されている。そして、コンプレッサ側軸３６
の外側端部（図２では右側端部）が上記コンプレッサ２
６の中心部に固定され、タービン側軸３８の外側端部
（図２では左側端部）がタービン２８の中心部に固定さ
れている。

【００２０】上記コンプレッサ側軸３６の内側端部（図
２では左側端部）は、先端に向かって開口する筒部３７
とされ、タービン側軸３８の内側端部（図２では右側端
部）は、上記筒部３７内に相対回転可能に嵌入される小
径の嵌入部３９とされている。

【００２１】上記コンプレッサ側軸３６の径方向外側に
は、これと一体に回転する状態で外筒４１が外嵌され、
この外筒４１において上記タービン側よりの部分（図２
では左側よりの部分；本体ハウジング３４内において左
右方向略中央の部分）に、油圧タービン（補助駆動用タ
ービン）４３が一体形成されている。この油圧タービン
４３は、この実施例ではペルトンホイール状に形成さ
れ、その外周部に所定方向から作動油が吹き付けられる
ことにより、上記外筒４１及びコンプレッサ側軸３６と
一体に回転駆動されるように構成されている。

【００２２】本体ハウジング３４の内側には、その軸方
向略全域にわたって延びる筒状の軸受ハウジング４０が
嵌挿されている。そして、この軸受ハウジング４０に、
上記コンプレッサ側軸３６外側の外筒４１と、タービン
側軸３８の双方が、軸受４２を介して回転可能に支持さ
れている。また、各軸受４２の傍らには油路形成リング
４５が配設されている。

【００２３】上記コンプレッサ側軸３６とタービン側軸
３８との間には、図３に示すような油圧クラッチ（クラ
ッチ手段）４４が設けられている。この油圧クラッチ４
４は、油路形成ブロック４６、スリーブ４８、外側クラ
ッチ部材５０、内側クラッチ部５２、スプリング５８等
で構成されている。

【００２４】上記油路形成ブロック４６は、後述の油圧
クラッチ作動油用油路が形成されたものであり、全体が
筒状をなしている。この油路形成ブロック４６のタービ
ンよりの部分は上記軸受ハウジング４０内周面にほぼ摺
接する大径部４６ａとされ、コンプレッサよりの部分は
上記大径部４６ａよりも小径の小径部４６ｂとされてお
り、油路形成ブロック４６全体がタービン側軸３８に外
嵌、固定されている。また、この油路形成ブロック４６
の大径部４６ａと小径部４６ｂとの境界部分にはリング
５５が固定されている。

【００２５】外側クラッチ部材５０は、タービン側軸３
８の外径よりも大きな内径をもつ筒状部を有し、ナット
５１と上記油路形成ブロック４６との間に挾まれた状態
でタービン側軸３８の途中部分に固定されている。上記
筒状部は、コンプレッサ側軸３６に向かって開口してお
り、この開口端の周縁内周面は、筒状部の奥（図３では
左側）に向かうに従って縮径するテーパー状内周面５３
とされている。

【００２６】これに対し、内側クラッチ部５２はコンプ
レッサ側軸３６の筒部３７の端部に一体形成されたもの
であり、筒状をなしている。そして、この内側クラッチ
部５２の外周面は、上記外側クラッチ部材５０のテーパ
ー状内周面５３に内側から圧接可能なテーパー状外周面
５４とされている。

【００２７】スリーブ４８は、上記外側クラッチ部材５
０の外周面に外側から摺接しており、そのコンプレッサ
側端部（図３右側端部）には、上記内側クラッチ部５２
をコンプレッサ側から抱きかかえるリング５６が固定さ
れている。また、このスリーブ４８の適所からは内方の
油路形成ブロック４６に向かって突出するつば部４９が
形成されており、このつば部４９と上記リング５５との
間に油圧室５９が形成されている。

【００２８】上記つば部４９と上記外側クラッチ部材５
０との間には、スプリング（圧接手段）５８が圧入され
ている。このスプリング５８は、その弾発力でスリーブ
４８及び上記リング５６をタービン側に付勢している。
この弾発力により、上記リング５６にコンプレッサ側か
ら抱きかかえられるようにしてコンプレッサ側軸３６が
タービン側に押圧され、この押圧により、通常は上記内
側クラッチ部５２の外側テーパー面５４が外側クラッチ
部材５０の内側テーパー面５３に内側から圧接し、これ
らテーパー面５３，５４の圧接による摩擦力で、コンプ
レッサ側軸３６とタービン側軸３８とが同軸状態で相対
回転不能に連結されるようになっている。

【００２９】次に、このターボチャージャー２４に形成
されている作動油の油路を説明する。なお、この実施例
では上記作動油として軸受４２の潤滑油が共用されてい
る。

【００３０】本体ハウジング３４の側壁適所には、作動
油供給ポート６２が形成され、この作動油供給ポート６
２は作動油供給路６４を介して軸受ハウジング４０に連
通されている。軸受ハウジング４０の側壁には、上記作
動油供給路６４と通ずる溝６５が全周にわたって形成さ
れるとともに、この溝６５と軸受ハウジング４０内とを
連通する複数の作動油噴射口６３が穿設されている。各
作動油噴射口６３の位置は、該噴射口６３から噴射され
た作動油が上記油圧タービン４３の外周部に吹き付けら
れ、これによって油圧タービン４３が回転駆動される位
置に形成されている。

【００３１】本体ハウジング３４側壁において、上記作
動油供給ポート６２と異なる位置には作動油供給ポート
６６が設けられ、この作動油供給ポート６６は、軸受ハ
ウジング４０において上記溝６５と異なる位置に開口し
ている。軸受ハウジング４０において上記開口に臨む部
分には、溝６９が全周にわたって形成されるとともに、
この溝６９と軸受ハウジング４０内における上記油路形
成ブロック４６の大径部４６ａ外周面とを連通する複数
の作動油供給口６７が形成されている。

【００３２】タービン側軸３８の中央には、その中心軸
に沿って作動油路７０が形成されている。このタービン
側軸３８及び油路形成ブロック４６の大径部４６ａに
は、上記作動油供給口６７と作動油路７０とを径方向に
連通する作動油路７１，６８が形成されている。さら
に、上記タービン軸３８において上記作動油路７１より
もコンプレッサ側の部分及び油路形成ブロック４６の小
径部４６ｂには、上記作動油路７０と前記油圧室５９と
を径方向に連通する作動油路７３，７２が形成されてい
る。

【００３３】そして、これらの作動油路７３，７２から
上記油圧室５９内に作動油が供給されることにより、そ
の油圧でスリーブ４８及びリング５６がスプリング５８
の弾発力に抗してコンプレッサ側に押され（図３二点鎖
線参照）、これにより両テーパー面５３，５４の圧接が
解除されてコンプレッサ側軸３６とタービン側軸３８と
が相対回転可能に切り離されるようになっている。

【００３４】本体ハウジング３４には、上記軸受ハウジ
ング４０内に通ずる作動油回収路８１，８２が形成され
ており、これらは作動油排出ポート８４に合流してい
る。

【００３５】本体ハウジング３４において、上記作動油
供給ポート６２と異なる位置には、潤滑油供給ポート８
６が形成されている。この潤滑油供給ポート８６は、本
体ハウジング３４内に形成された潤滑油供給路８８，９
４を通じて軸受ハウジング４０の外周面に連通されてい
る。

【００３６】軸受ハウジング４０の外周面において、上
記潤滑油供給路８８，９４につながる位置には、全周に
わたって溝８９，９６が形成されており、さらに、この
軸受ハウジング４０及び油路形成リング４５には、上記
溝８９，９６に通ずる潤滑油路９０，９８が形成されて
いる。各油路形成リング４５には、各潤滑油路９０，９
８と通ずるオイルジェット９２，９９が形成されてお
り、各オイルジェット９２，９９の向きは、これらオイ
ルジェット９２，９９から噴射された潤滑油が各軸受４
２の滑動部分に供給されるように設定されている。

【００３７】また、本体ハウジング３４には、上記軸受
ハウジング４０の両端開口と通ずる潤滑油回収路８０，
８３が形成されており、これらは上記作動油排出ポート
８４に合流している。

【００３８】なお、図３において７８は通路確保用の栓
であり、１００は本体ハウジング３４に形成されたウォ
ータジャケットである。

【００３９】図１に示すように、エンジン１０のクラン
ク軸１０２には、駆動伝達機構１０４、及びポンプクラ
ッチ１０６を介して油圧ポンプ１０８が連結されてい
る。油圧ポンプ１０８は調圧弁１１０を介して上記作動
油供給ポート６２，６６の双方に接続されている。

【００４０】上記ポンプクラッチ１０６は、上記駆動伝
達機構１０４と油圧ポンプ１０８とをつなぐオン状態
と、両者を切り離すオフ状態とに切換えられ、オン状態
で上記クランク軸１０２の駆動力を駆動伝達機構１０４
を介して油圧ポンプ１０８に伝達することにより、この
油圧ポンプ１０８を作動させるように構成されている。
油圧ポンプ１０８は、その作動により、上記エンジン１
０内の潤滑油を作動油として上記調圧弁１１０を介し作
動油供給ポート６２，６６に圧送するように構成されて
いる。

【００４１】さらに、上記共通吸気管１４において上記
コンプレッサ２６とエアクリーナー１８との間の部分
と、共通排気管２０において上記タービン２８よりも上
流側の部分とは、図１に示すような二次空気供給通路１
１３を介して連通されている。この二次空気供給通路１
１３の途中には、通路開閉用の供給切換弁１１１と、逆
流防止用のリード弁１１２とが設けられている。上記供
給切換弁１１１は、電磁弁からなり、外部からの信号の
入力により、二次空気供給通路１１３を開通する状態と
遮蔽する状態とに切換えられるようになっている。

【００４２】図１に示すように、このエンジンには、上
記タービン２８の単位時間当りの回転数Ｎｔを検出する
タービン回転数センサ１１４、エンジン水温等の検出に
よりエンジンの温度状態を検出するエンジン温度センサ
１１５、スロットル弁１５のスロットル開度θを検出す
るスロットルセンサ１１６、エンジン回転数Ｎｅを検出
するエンジン回転数センサ１１７、吸気管内圧力を検出
するエンジン吸気管ブーストセンサ１１８等が設けら
れ、これらのセンサ類がＥＣＵ（コントロールユニッ
ト；駆動制御手段）１２０に接続されている。ＥＣＵ１
２０は、各センサの検出信号に基づき、上記ポンプクラ
ッチ１０６のオンオフ制御、吸気バイパス弁２１及び供
給切換弁１１１の開閉制御等を行うように構成されてい
る。

【００４３】次に、このＥＣＵ１２０の行う制御動作並
びに装置全体の作用を図４のフローチャートを参照しな
がら説明する。

【００４４】まず、ＥＣＵ１２０は、エンジン温度セン
サ１１５の検出信号を受け、その検出温度Ｔｗと予め設
定された設定温度Ｔｏとを比較する（ステップＳ１）。

【００４５】ここで、上記検出温度Ｔｗが上記設定温度
Ｔｏよりも低い場合（エンジン冷間時である場合；ステ
ップＳ１でＹＥＳ）には、ポンプクラッチ１０６をオン
に切換えるとともに、供給切換弁１１１を開く（ステッ
プＳ２）。

【００４６】ポンプクラッチ１０６のオンにより、油圧
ポンプ１０８が作動し、エンジン１０内の潤滑油が調圧
弁１１０で一定圧力に調圧された後にターボチャージャ
ー２４の作動油供給ポート６２に供給される。この作動
油は、溝６５を通じて作動油噴射口６３から外筒４１の
油圧タービン４３に噴射され、これにより上記外筒４１
と一体にコンプレッサ軸３６さらにはコンプレッサ２６
が補助回転駆動され、加速される。同時に、上記作動油
は、作動油供給ポート６６から溝６９、作動油供給口６
７、作動油路６８，７１，７０，７３，７２を順に通っ
て油圧室５９内に導入され、スプリング５８の弾発力に
抗してスリーブ４８をコンプレッサ側（図３右側）に押
し返す。これにより、それまでスプリング５８がその弾
発力でリング５６を介し内側クラッチ部５２を外側クラ
ッチ部材５０の内側に押し込んでいた力が解除され、こ
れに伴い、上記内側クラッチ部５２の外側テーパー面５
３と外側クラッチ部材５０の内側テーパー面５４との圧
接も解除される。従って、この圧接力に起因する摩擦力
でそれまで連結されていたコンプレッサ側軸３６とター
ビン側軸３８とが、互いに相対回転可能な状態に切り離
される。

【００４７】すなわち、上記作動油の供給により、油圧
タービン４３の回転駆動とほぼ同時にコンプレッサ側軸
３６とタービン側軸３８との切離しが行われる。これに
より、慣性モーメントの小さいコンプレッサ２６及びコ
ンプレッサ側軸３６のみが補助回転駆動されるため、こ
のコンプレッサ２６が慣性モーメントの大きなタービン
２８及びタービン側軸３８と連結されている場合に比
べ、コンプレッサ２６の回転数がより高められ、過給圧
も迅速に上昇する。また、この過給圧の増大に伴い、排
気ガスエネルギが増大するため、補助駆動がない場合に
比べてタービン２８の回転数も上昇することになる。

【００４８】一方、上記供給切換弁１１１が開くことに
より、コンプレッサ２６から吐出された高圧空気が、エ
ンジン１０を迂回して直接共通排気管１９（より具体的
にはタービン２８の上流側）に二次空気として供給され
る。そして、この二次空気がタービン２８の回転によっ
て排気ガスと混合され、その後に排気ガス浄化用触媒２
２に送られることにより、この排気ガス浄化用触媒２２
での排気ガス浄化反応（例えばＨＣやＣＯの酸化反応）
が促進される。

【００４９】このような二次空気供給が開始されてから
の時間ｔ_EMが予め設定された時間ｔｏに達するまでは
（ステップＳ３でＮＯ）、ＥＣＵ１２０は、エンジン吸
気圧、スロットル開度θ、及びエンジン回転数Ｎｅと、
予め記憶したマップとに基づいて、コンプレッサ回転数
の予測値Ｎｃを演算する（ステップＳ４）。そして、こ
の予測値Ｎｃにタービン回転数Ｎｔが到達した場合（ス
テップＳ５でＹＥＳ）、もしくは上記時間ｔ_EMが上記設
定時間ｔｏに達した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）に
は、ポンプクラッチ１０６をオフに切換えるとともに、
供給切換弁１１１を閉じる（ステップＳ６）。

【００５０】このポンプクラッチ１０６のオフにより、
油圧ポンプ１０８による油圧室５９内への作動油の供給
が止められるため、スプリング５８の弾発力で内側クラ
ッチ部５２のテーパー状外周面５４が外側クラッチ部材
５０のテーパー状内周面５３に再び圧接し、この圧接に
よる摩擦力で、コンプレッサ側軸３６とタービン側軸３
８とが同軸の状態で相対回転不能に相互連結される。従
って、コンプレッサ２６はタービン２８と一体に回転
し、通常のターボチャージャー２４と同様、タービン２
８が回収する排気ガスエネルギによってコンプレッサ２
６が回転駆動されることとなる。

【００５１】これに対し、上記検出温度Ｔｗが設定温度
Ｔｏ以上である場合には（ステップＳ１でＮＯ）、その
時点でポンプクラッチ１０６のオンオフ状態を確認する
（ステップＳ７）。ポンプクラッチ１０６がオフの場合
（ステップＳ７でＮＯ）にはこれを維持し、ポンプクラ
ッチ１０６がオンの場合には（ステップＳ７でＹＥ
Ｓ）、エンジン回転数Ｎｅが一定値Ｎｏ未満でかつエン
ジン負荷Ｐｅが一定値Ｐｏを上回る場合（すなわち高負
荷低回転状態）にのみ（ステップＳ８でＹＥＳ）クラッ
チオンの状態を維持し、それ以外の場合（ステップＳ８
でＮＯ）は上記ステップＳ４，Ｓ５を実行する。

【００５２】このような装置によれば、次の効果を得る
ことができる。

【００５３】(a) エンジン冷間時、供給切換弁１１１を
開いてコンプレッサ２６から吐出された二次空気を排気
側に供給するようにしているので、この二次空気と排気
ガスとの混合により、排気ガス浄化用触媒２２における
排気ガス浄化反応を促進することができる。しかも、こ
の二次空気供給領域において、ターボチャージャー２４
を補助駆動してコンプレッサ２６及びタービン２８の回
転数を上げているので、上記コンプレッサ２６の回転数
上昇に伴う過給圧の上昇によって排気側への二次空気供
給量を増やすとともに、上記タービン２８の回転に起因
する排気脈動を高めることで上記二次空気と排気ガスと
の混合をより促進することができ、その分、上記排気ガ
ス浄化反応をより促進し、エミッションを向上させるこ
とができる。

【００５４】(b) 上記二次空気をタービン２８の上流側
に供給しているので、このタービン２８の回転によって
上記二次空気と排気ガスとの撹拌をより促進することが
できる。

【００５５】(c) 二次空気供給領域では、コンプレッサ
側軸３６とタービン側軸３８とを相対回転可能に切り離
し、コンプレッサ２６のみを単独で駆動しているので、
両軸３６，３８を連結してコンプレッサ２６と慣性モー
メントの大きいタービン２８とを一体的に補助駆動する
場合に比べ、同じ駆動負荷でコンプレッサ回転数をより
高めることができる。従って、その分過給圧もより高め
ることができ、より多くの二次空気を排気側に供給して
排気ガス浄化をさらに促進することができる。

【００５６】これらの効果に加え、さらに、上記二次空
気供給領域で吸気バイパス弁２１を開く（すなわちコン
プレッサ２６から吐出された空気をコンプレッサ上流側
に還流させる）ようにすれば、この吸気還流によってコ
ンプレッサ２６の仕事量を増やし、このコンプレッサ２
６を駆動する油圧ポンプ１０８の負荷すなわちエンジン
の負荷を高めることができる。従って、この負荷増大の
分、冷間始動時におけるエンジン１０の暖機ひいては排
気ガス浄化用触媒２２の温度上昇を早めることができ、
この冷間始動時での排気ガス浄化をさらに促進する効果
が得られる。

【００５７】図５は、上記実施例装置及び従来装置にお
ける各緒言の時間変化を示したものであり、同図におけ
る実線２００は車速を示し、同図実線２０１，２０２，
２０３はそれぞれ従来装置における排気ガス温度、排気
ガス浄化用触媒通過前の排気ガス中のＨＣ濃度、排気ガ
ス浄化用触媒通過後の排気ガス中のＨＣ濃度を示し、同
図二点鎖線２１１，２１２，２１３はそれぞれ上記実施
例装置における排気ガス温度、排気ガス浄化用触媒通過
前の排気ガス中のＨＣ濃度、排気ガス浄化用触媒通過後
の排気ガス中のＨＣ濃度を示している。この図から明ら
かなように、上記実施例装置によれば、車速、排気ガス
温度、浄化前の排気ガス中ＨＣ濃度がそれぞれ従来とほ
ぼ等しい条件で、浄化後の排気ガス中ＨＣ濃度、特にエ
ンジン冷間始動時の濃度を従来装置に比べて大幅に軽減
することができる。

【００５８】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れるものではなく、例として次のような態様を採ること
も可能である。

【００５９】(1) 上記実施例では、エンジン冷間時に無
条件でターボチャージャー２４の補助駆動及び二次空気
供給を行うものを示したが、本発明ではエンジン冷間時
における少なくとも低回転領域で上記補助駆動及び二次
空気供給を行えば、エンジンの冷間始動時におけるエミ
ッションの向上という効果を得ることが可能である。

【００６０】(2) 本発明では、排気側への二次空気供給
通路１１３の接続個所（すなわち二次空気供給個所）を
特に問わない。ただし、タービン２８の回転を二次空気
と排気ガスとの混合により有効に用いるには、上記接続
個所をタービン２８の上流側に設定することが重要であ
る。

【００６１】(3) 上記実施例では、コンプレッサ側軸３
６とタービン側軸３８とが分割されるターボチャージャ
ー２４を示したが、両軸が常に一体に回転する通常のタ
ーボチャージャーを備えた装置においても、二次空気供
給領域において上記軸を補助駆動することにより、エミ
ッションの向上を図ることが可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の効果
を得ることができる。

【００６３】請求項１記載の装置では、エンジン冷間時
の少なくとも低回転領域において、コンプレッサから吐
出されたされた二次空気を排気側に供給するとともに、
この二次空気供給領域においてターボチャージャーを補
助駆動し、コンプレッサ及びタービンの回転数を高める
ようにしているので、これらの回転数上昇に伴う過給圧
の上昇及び排気脈動の促進によって上記二次空気供給量
の増大及び上記二次空気と排気ガスとの混合促進を実現
し、その分、上記排気ガス浄化反応をより促進すること
ができる。従って、上記ターボチャージャーを有効利用
してエミッションを大幅に向上させることができる効果
がある。

【００６４】特に、請求項２記載の装置では、上記二次
空気をタービンの上流側に供給しているので、このター
ビンの回転によって上記二次空気と排気ガスとの撹拌効
果をより高め、排気ガス浄化反応をさらに促進すること
ができる効果がある。

【００６５】さらに、請求項３記載の装置では、上記所
定減速時にコンプレッサをタービンから切り離してコン
プレッサのみを補助駆動しているので、所定減速時にコ
ンプレッサとタービンとを連結して双方を補助駆動する
場合に比べ、この所定減速時でのコンプレッサ回転数を
より高い回転数に維持することができる。従って、この
コンプレッサ回転による二次空気供給量をさらに増や
し、エミッションをより向上させることができる効果が
ある。

【００６６】また、請求項４記載の装置では、上記二次
空気供給領域で吸気バイパス手段を開通状態に切換え、
コンプレッサ下流側の空気をコンプレッサ上流側に還流
させるようにしているので、この吸気還流によってコン
プレッサの補助駆動手段の負荷ひいてはエンジン負荷を
高めることができる。従って、この負荷増大の分、冷間
始動時におけるエンジンの暖機ひいては排気ガス浄化用
触媒の温度上昇を早め、この冷間始動時での排気ガス浄
化性能をさらに高めることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるエンジンの全体構
成図である。

【図２】上記エンジンに設けられたターボチャージャー
の断面正面図である。

【図３】図２の一部拡大図である。

【図４】上記エンジンに設けられたＥＣＵの制御動作を
示すフローチャートである。

【図５】上記エンジンと従来のエンジンとの特性の差異
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０エンジン１４共通吸気管１７バイパス通路（吸気バイパス手段を構成）２０共通排気管２１吸気バイパス弁（吸気バイパス手段を構成）２４ターボチャージャー２６コンプレッサ２８タービン３６コンプレッサ側軸３８タービン側軸４３油圧タービン（補助駆動手段）４４油圧クラッチ（クラッチ手段）６２，６６作動油供給ポート１０２クランク軸（エンジン出力軸）１０８油圧ポンプ（補助駆動手段）１１１供給切換弁（開閉手段）１１３二次空気供給通路１１５エンジン温度センサ（温度状態検出手段）１２０ＥＣＵ（過給制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｂ 37/16 Ｆ０２Ｂ 39/12 39/12 37/00 ３０３Ｈ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02B 37/10 F01N 3/22 311 F01N 3/24 F02B 37/00 302 F02B 37/14 F02B 37/16 F02B 39/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ターボチャージャーにおいて吸気通路内
に設けられるコンプレッサと排気通路内に設けられるタ
ービンとを相互連結する連結軸を補助駆動する補助駆動
手段を備えたエンジンの過給装置において、上記吸気通
路においてコンプレッサよりも下流側の部分を上記排気
通路において排気ガス浄化用触媒よりも上流側の部分に
連通する二次空気供給通路と、この二次空気供給通路を
開通する状態と遮蔽する状態とに切換えられる開閉手段
と、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段
と、この温度状態検出手段で検出された温度状態が予め
設定された低温域にありかつエンジン回転数が少なくと
も予め設定された低速域にある場合に上記補助駆動手段
を作動させるとともに上記開閉手段を開通状態に切換え
る過給制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの
過給装置。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの過給装置にお
いて、上記二次空気供給通路を上記排気通路において上
記タービンよりも上流側の部分に接続したことを特徴と
するエンジンの過給装置。
【請求項３】請求項１または２記載のエンジンの過給
装置において、上記連結軸を互いに同軸状態で並ぶコン
プレッサ側軸とタービン側軸とに分割し、これらコンプ
レッサ側軸とタービン側軸とを互いに連動回転するよう
に連結する連結状態と互いに相対回転するように切り離
す切離し状態とに切換えられるクラッチ手段を備え、コ
ンプレッサ側軸を補助駆動するように上記補助駆動手段
を構成するとともに、上記開閉手段を開通状態に切換え
る運転領域で上記クラッチ手段を切離し状態に切換える
ように上記過給制御手段を構成したことを特徴とするエ
ンジンの過給装置。
【請求項４】請求項１または２記載のエンジンの過給
装置において、上記補助駆動手段を、この補助駆動手段
がエンジンの動力を駆動源として作動するように構成す
るとともに、上記吸気通路におけるコンプレッサを迂回
してその上流側通路と下流側通路とを連通する状態と遮
蔽する状態とに切換えられる吸気バイパス手段を備え、
上記開閉手段を開通状態に切換える運転領域で上記吸気
バイパス手段を連通状態に切換えるように上記過給制御
手段を構成したことを特徴とするエンジンの過給装置。