JP4193400B2 - 排気タービン過給機付きエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は排気タービン過給機付きエンジンに関し、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒の温度上昇を早めて活性化できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスによる地球環境問題や省資源の問題などが世界的にクローズアップされており、乗用車用などの自動車用エンジンでは、いっそうの排気ガスおよび燃費の改善が急務となっている。
【０００３】
このような排気ガスおよび燃費の改善策は、種々検討・具体化されているが、その一つとして性能向上による低燃費化のため排気タービン過給機を用いるとともに、排気ガス浄化のため三元触媒を用いることが行われている。
【０００４】
例えば、排気タービン過給機付きエンジンでは、図４に概略構成を示すように、エンジンの排気マニホールド１に排気タービン過給機２のタービンハウンジング３の排気ガス入口部４が連結され、流入する排気ガスをタービンスクロール部５を介してタービンインペラ６に送って回転駆動し、排気ガス出口部７から排出される排気ガスを排気ガス流路８に排出し、排出された排気ガスを排気ガス流路８の下流に設けた排気ガス浄化触媒９を通過させて浄化した後大気中に排出するようになっている。
【０００５】
また、エンジンに供給される過給圧を制御するため排気ガス入口部４と排気ガス出口部７との間に排気ガスをバイパスさせるバイパス流路１０とウエストゲートバルブ１１を設け、過給圧が設定値を越えると、ウエストゲートバルブ１１を開き、排気ガスの一部をタービンインペラ６をバイパスさせて排気ガス流路８に送るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような排気タービン過給機付きのエンジンでは、エンジンのコールドスタート時（低温始動時）であっても通常運転時と同様に、エンジンの排気マニホールド１から排出される排気ガスがタービンハウジング３の排気ガス入口部４からタービンスクロール部５、タービンインペラ６および排気ガス出口部７を通って排気ガス流路８から排出されことから、排気タービン過給機のタービン各部に排気ガスの熱が奪われ、排気ガス浄化触媒９に至ると温度降下が大きく、触媒の活性化が遅れ、触媒が活性化されるまでの間の排気ガスの浄化が出来ないという問題がある。
【０００７】
そこで、このようなコールドスタート時の排気ガス浄化触媒９の温度上昇を早めるためウエストゲートバルブ１１を開いて排気ガスを直接排気ガス流路８に導くことも考えられるが、ウエストゲートバルブ１１が設けられるバイパス流路１０が細いため排気ガスの流量を十分確保することができず、タービンハウジング３内を流れる排気ガスも多く、短時間に触媒を活性化することができない。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒の温度上昇をはやめて活性化することができる排気タービン過給機付きエンジンを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の排気タービン過給機付きエンジンは、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を利用して当該バルブを閉じる構成とし、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータは、前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としたことを特徴とするものである。
【００１０】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としており、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化できるようにしている。
また、吸気マニホールドの負圧・正圧を利用して、バルブとウエストゲートバルブを確実かつ効率的に操作でき、コールドスタート時の状態、コールドスタート時以外の状態、過給圧が設定値を超えた場合の状態の３つの状態を切り替えることができるようになる。
さらに、この発明の請求項２記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１記載の構成に加え、前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに負圧三方弁を介して前記エンジンの吸気マニホールドの負圧側を前記負圧配管で接続し、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに制御弁を介して前記エンジンに過給供給される正圧側を前記正圧配管で接続し、前記負圧三方弁は、前記バルブのアクチュエータおよび前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに前記エンジンの吸気マニホールドの負圧が作用する状態と、前記負圧配管を大気に開放する状態とに切り替え可能であり、前記制御弁は、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに作用する正圧を調整可能であることを特徴とするものである。
この発明の請求項２記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
また、この発明の請求項３記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１または２記載の構成に加え、前記制御装置は、前記エンジンのコールドスタート時に、前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータにそれぞれ負圧が作用するようにし、コールドスタート時以外は、前記負圧配管を大気に開放し、過給圧が設定値を超えた場合は、前記正圧配管の正圧を調節する制御を行うことを特徴とするものである。
この発明の請求項３記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
【００１１】
また、この発明の請求項４記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成しており、排気ガスを触媒に導くバイパス流路を最短にして排気ガスの温度降下を極力抑え、一層短時間に触媒の活性化ができるようにしている。
【００１３】
さらに、この発明の請求項５記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としており、例えば揺動して開閉するスイング式バルブの揺動軸の配置やバルブの開度を大きくするなどのウエストゲートバルブの構成とすることで、排気ガスと衝突しないようにして排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化ができるようにしている。
【００１５】
また、この発明の請求項６記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としたことを特徴とするものである。
【００１６】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としており、コールドスタート時にウエストゲートバルブを全開として排気ガスの衝突による温度降下を抑え、本来の過給圧調整時には排気ガスの一部をバイパスさせるように制御装置で制御してウエストゲートバルブをコールドスタート時の触媒活性化に兼用するようにしている。
【００１７】
さらに、この発明の請求項７記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜６のいずれかに記載の構成に加え、前記タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成するようにしており、例えばバタフライバルブのバルブ本体とステムを一体とし、装着用溝部を利用してタービンハウジングに組み込むことで、部品点数の削減と小形コンパクト化を図るようにしている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかり、図１（ａ）は排気系の部分拡大断面図、図１（ｂ）はバルブ部分の正面図、図２はコールドスタート時の制御系の一例にかかる概略構成図である。
【００２０】
この排気タービン過給機付きエンジン２０は、図１に示すように、排気タービン過給機２２を備え、過給圧をウエストゲートバルブ３３と制御装置５０で制御すること及び排気ガスを排気ガス浄化触媒３１で浄化する基本構成は既に説明した図４のエンジンと同一である。
【００２１】
この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンの排気マニホールド２１に排気タービン過給機２２のタービンハウンジング２３の排気ガス入口部２４が連結され、流入する排気ガスをタービンスクロール部２５を介してタービンインペラ２６に送って回転駆動し、タービン軸２７と同軸に取り付けたコンプレッサインペラ２８によってエンジンへの吸気を過給するようになっている。
【００２２】
そして、タービンインペラ２６を駆動した排気ガスは、タービンハウンジング２３の排気ガス出口部２９から排気ガス流路３０に排出され、この排気ガス流路３０の下流に設けた排気ガス浄化触媒３１を通過させて浄化した後大気中に排出するようになっている。
【００２３】
また、エンジンに供給される過給圧を制御するためタービンハウンジング２３の排気ガス入口部２４と排気ガス出口部２９との間に排気ガスをバイパスさせて直接排気ガス流路３０に導くバイパス流路３２と、このバイパス流路３２を開閉するウエストゲートバルブ３３を設け、過給圧が設定値を越えると、ウエストゲートバルブ３３を開き、排気ガスの一部をタービンインペラ２６をバイパスさせて排気ガス流路３０に送ることでタービンの出力を抑えて過給圧を設定値にするようにしている。
【００２４】
このような基本構成に加え、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒３１の活性化を早めるため、タービンハウジング２３の排気ガス出口部２９にバルブ３４が設けてあり、排気ガス出口部２９を密閉できるようにしてある。
【００２５】
このバルブ３４は、例えばバタフライ弁で構成され、図１（ｂ）に示すように、円板状のバルブ本体３５の半径方向両端部にステム３６が突き出して溶接などで一体に設けられ、タービンハウジング２３に形成したステム３６に対応する装着用溝部３７を介して装着（いわゆる、だまし込み）されて回動可能に支持されており、一方のステム３６に外部から操作軸３８が連結されて操作レバー３９を介してアクチュエータ４０で開閉できるようになっている。このバルブ３４が設けられるタービンハウジング２３には、バルブ３４により密閉状態とできるように段差状のシール面４１が形成してあり、バルブ本体３５が閉じられたときにシール面４１と接するようステム３６を中心に逆方向の段差でシール面４１が構成してある。
【００２６】
なお、このバルブ３４は、バルブ本体３５の両端部にステム３６を設ける場合のほか一端部にのみステムを設けるようにしても良く、溶接などので別体ものを取付けるほか、鋳造などで一体に製作するようにしても良い。
【００２７】
このバルブ３４は、エンジンのコールドスタート時にアクチュエータア４０で全閉状態とされ、これ以外は全開状態となるようにしてあり、アクチュエータ４０として、例えば負圧式アクチュエータが用いられ、エンジンスタート時の吸気負圧を利用してバルブ３４を開き、それ以外は大気に開放してバルブ３４を閉じるように動作させる。
【００２８】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンのコールドスタート時にタービンハウジング２３への排気ガスをバルブ３４を閉じることで止め、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を開いて直接排気ガスを排気ガス流路３０を介して排気ガス浄化触媒３１に送り、途中での排気ガスの温度降下を抑えて触媒の活性化を短時間で行うようにする。
【００２９】
このためウエストゲートバルブ３３を構成するスイング逆止め弁の揺動軸４２に外部から操作軸４３が連結されて操作レバー４４を介してアクチュエータ４５で開閉できるようになっており、アクチュエータ４５として例えば負圧・正圧式アクチュエータが用いられ、エンジンスタート時の吸気負圧を利用してウエストゲートバルブ３３を全開状態とし、それ以外は過給時の正圧を利用してウエストゲートバルブ３３を中間開度とするように動作させる。
【００３０】
このようなバルブ３４のアクチュエータ４０およびウエストゲートバルブ３３のアクチュエータ４５を制御するための制御装置５０として、図２に示すように、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５１を利用し、負圧三方弁５２を介してそれぞれのアクチュエータ４０，４５とエンジンの吸気マニホールド（図示せず）とが負圧を利用できるように負圧配管５３で接続してあり、アクチュエータ４５の正圧側もエンジンの吸気マニホールドの正圧を利用できるように電磁制御弁（ＤＳＶ）５４を介して正圧配管５５で接続してある。
【００３１】
したがって、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンのコールドスタート時に、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で負圧三方弁５２を駆動してそれぞれのアクチュエータ４０，４５が負圧配管５３を介して吸気マニホールドに発生する負圧が作用するようにし、バルブ３４を閉じて排気ガスがタービンハウジング２３内を流れないようにするとともに、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を開いて直接排気ガスを排気ガス流路３０を介して排気ガス浄化触媒３１に送るようにする。
【００３２】
これにより、途中の排気ガスの温度降下を抑えて触媒の活性化を短時間で行うことができ、コールドスタート時にも排気ガスを浄化することができる。
【００３３】
一方、コールドスタート時以外には、排気タービン過給機２２による過給を行うため、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で負圧三方弁５２を駆動してそれぞれのアクチュエータ４０，４５に接続される負圧配管５３を大気に開放し、バルブ３４を全開として排気ガスがタービンハウジング２３内を流れるようにするとともに、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を全閉としておく。
【００３４】
そして、過給圧が設定値を越えた場合には、アクチュエータ４５に接続された正圧配管５５に吸気マニホールドの正圧を作用させ、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で電磁制御弁（ＤＳＶ）５４を制御して正圧を調整し、ウエストゲートバルブ３３を開いて排気ガスの一部をバイパス流路３２にバイパスさせることでタービン出力を抑え、過給圧を調整するようにする。
【００３５】
なお、排気ガス浄化触媒の温度が上昇し、触媒が活性化されたことを温度センサ等で検出し、検出後は負圧三方弁５３を切り替えて排気タービン過給機２２を通常の運転状態にする。
【００３６】
このような排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、エンジンのコールドスタート時に排気ガス出口部２９に設けたバルブ３４を閉じ、ウエストゲートバルブ３３を開いてバイパス流路３２から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒３１に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで短時間に加熱して触媒の活性化を行って排気ガスを浄化することができる。
【００３７】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、コールドスタート時の排気ガスの温度の降下を抑えるためには、バイパス流路３２の配管径が大きく、配管長が短い方が良いことが熱解析結果から得られたことから、このバイパス流路３３を、排気タービン過給機３２への排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短で結ぶようにこれまでの流路に比べて太くするとともに、タービンハウジング２３に対して直角方向でなく斜めの流路として配管長が短く、しかも排気ガスがスムーズに流れるようにしてある。そして、バイパス流路３２の出口部分にも切欠部３２ａを設けることで排気ガスを一層スムーズに流すようにし、これによってさらに温度降下を抑えるようにしている。
【００３８】
さらに、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、バイパス流路３２をタービンハウジング２３に対して直角方向でなく斜めの流路としたことにともない、タービンハウジング２３の排気ガス入口部２４のフランジ２４ａを斜めにし、バイパス流路３２に対してほぼ直角となるようにしてあり、エンジンの排気マニホールド２１のフランジ２１ａもバイパス流路３２に対してほぼ直角とすることで排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短の流路で結ぶようにしている。
【００３９】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、バイパス流路３２に設けるウエストゲートバルブ３３をコールドスタート時に流れる排気ガスと干渉しないようにして温度降下を抑えるようにするため、バルブポートの径を大きくするとともに、スイング逆止め弁の揺動軸４２を斜めのバイパス流路３２の外側でウエストゲートバルブ３３を全開にしたときに小さな角度で流路と平行にできる側に配置してある。
【００４０】
すなわち、図示例では、図１（ａ）に示すように、右上から左下に傾いた斜めのバイパス流路３２とし、ウエストゲートバルブ３３で上下の直線上のバルブポートを開閉することからバイパス流路３２の上方に揺動軸４２を配置し、約６０度程度揺動させて全開とすることで、バイパス流路３２と平行ないしそれより後方の排気ガスと衝突しないように退避させることができるようにしている（なお、ここでの上下、左右は実際のエンジンに対する方向とは無関係であり、紙面上でのもので、説明の都合上定めたものである。）。
【００４１】
そして、このウエストゲートバルブ３３の全開角度をバイパス流路３２を流れる排気ガスと干渉（衝突）しない角度としてあり、コールドスタート時には、全開とすることで、排気ガスの温度降下を抑えるようにしている。
【００４２】
なお、本来の過給圧を調整する場合には、排気ガスの一部をバイパスできれば良く、バルブとの干渉による温度降下などの問題は生じない。
【００４３】
このようなウエストゲートバルブ３３が設けられるバイパス流路３２を、タービンハウジング２３の排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短で結ぶように斜めの流路で構成した排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、コールドスタート時の排気ガスを短く太いバイパス流路３２で排気ガス浄化触媒３１に導くことができ、排気ガスの温度降下を極力抑えて一層短時間に触媒の活性化を図ることができる。
【００４４】
また、ウエストゲートバルブ３３を、コールドスタート時の全開位置でパイパス流路３２を流れる排気ガスと干渉しないように揺動軸４２を外側に配置し、バルブの開度を大きくする構成とした排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、ウエストゲートバルブ３３と排気ガスとが衝突しないようにでき、排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化を図ることができる。
【００４５】
そして、このようなバイパス流路３２の構成とウエストゲートバルブ３３の構成を全て組み合わせた排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、排気タービン過給機２２のタービンハウジング２３の排気ガス入口部３４と排気ガス出口部２９との間の排気ガスの温度降下を、例えば図３中に実線で示すように、約４０℃程度に抑えることができる。
【００４６】
なお、従来のエンジンでは、排気ガスがタービンハウジングのタービンスクロール部を通って排気ガス出口部に至ることから、排気ガスの温度降下が、例えば図３中に破線で示すように、約１７５℃程度と非常に大きく、触媒の活性化に時間を要することが分かる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、排気ガス出口に設けるバルブをバタフライ弁で構成したが、これに限らずゲート弁など斜めのシール面を備えた弁や他の形式の弁で構成するようにしても良い。
【００４８】
また、バルブやウエストゲートバルブの操作用のアクチュエータを吸気マニホールドに生じる負圧や正圧を利用するダイヤフラム式のもので構成したが、これにかぎらず、圧縮空気を用いる空圧式や他の流体圧作動式としたり、モータ式や電磁式の電動式としても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としたので、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
また、吸気マニホールドの負圧・正圧を利用して、バルブとウエストゲートバルブを確実かつ効率的に操作でき、コールドスタート時の状態、コールドスタート時以外の状態、過給圧が設定値を超えた場合の状態の３つの状態を切り替えることができる。
さらに、この発明の請求項２または３記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
【００５０】
また、この発明の請求項４記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成したので、排気ガスを触媒に導くバイパス流路を最短にして排気ガスの温度降下を極力抑え、一層短時間に触媒の活性化ができる。
【００５１】
さらに、この発明の請求項５記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としたので、例えば揺動して開閉するスイング式バルブの揺動軸の配置やバルブの開度を大きくするなどのウエストゲートバルブの構成とすることで、排気ガスと衝突しないようにして排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化ができる。
【００５２】
また、この発明の請求項６記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としたので、コールドスタート時にウエストゲートバルブを全開として排気ガスの衝突による温度降下を抑え、本来の過給圧調整時には排気ガスの一部をバイパスさせるように制御装置で制御してウエストゲートバルブをコールドスタート時の触媒活性化に兼用することができる。
【００５３】
さらに、この発明の請求項７記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成するようにしたので、例えばバタフライバルブのバルブ本体とステムを一体とし、装着用溝部を利用してタービンハウジングに組み込むことで、部品点数の削減と小形コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかり、（ａ）は排気系の部分拡大断面図図１（ｂ）はバルブ部分の正面図である。
【図２】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかるコールドスタート時の制御系の一例にかかる概略構成図である。
【図３】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかる排気ガスの温度降下を従来エンジンと比較して示す説明図である。
【図４】従来の排気タービン過給機エンジンの概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 排気タービン過給機付きエンジン
２１ 排気マニホールド
２２ 排気タービン過給機
２３ タービンハウジング
２４ 排気ガス入口部（排気ガス入口）
２５ タービンスクロール部
２６ タービンインペラ
２７ タービン軸
２８ コンプレッサインペラ
２９ 排気ガス出口部（排気ガス出口）
３０ 排気ガス流路
３１ 排気ガス浄化触媒
３２ バイパス流路
３３ ウエストゲートバルブ
３４ バルブ
３５ バルブ本体
３６ ステム
３７ 装着用溝部
４０ アクチュエータ
４５ アクチュエータ
５０ 制御装置
５１ ＥＣＵ
５２ 負圧三方弁
５４ 電磁制御弁
５５ 正圧配管
【発明の属する技術分野】
この発明は排気タービン過給機付きエンジンに関し、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒の温度上昇を早めて活性化できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスによる地球環境問題や省資源の問題などが世界的にクローズアップされており、乗用車用などの自動車用エンジンでは、いっそうの排気ガスおよび燃費の改善が急務となっている。
【０００３】
このような排気ガスおよび燃費の改善策は、種々検討・具体化されているが、その一つとして性能向上による低燃費化のため排気タービン過給機を用いるとともに、排気ガス浄化のため三元触媒を用いることが行われている。
【０００４】
例えば、排気タービン過給機付きエンジンでは、図４に概略構成を示すように、エンジンの排気マニホールド１に排気タービン過給機２のタービンハウンジング３の排気ガス入口部４が連結され、流入する排気ガスをタービンスクロール部５を介してタービンインペラ６に送って回転駆動し、排気ガス出口部７から排出される排気ガスを排気ガス流路８に排出し、排出された排気ガスを排気ガス流路８の下流に設けた排気ガス浄化触媒９を通過させて浄化した後大気中に排出するようになっている。
【０００５】
また、エンジンに供給される過給圧を制御するため排気ガス入口部４と排気ガス出口部７との間に排気ガスをバイパスさせるバイパス流路１０とウエストゲートバルブ１１を設け、過給圧が設定値を越えると、ウエストゲートバルブ１１を開き、排気ガスの一部をタービンインペラ６をバイパスさせて排気ガス流路８に送るようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような排気タービン過給機付きのエンジンでは、エンジンのコールドスタート時（低温始動時）であっても通常運転時と同様に、エンジンの排気マニホールド１から排出される排気ガスがタービンハウジング３の排気ガス入口部４からタービンスクロール部５、タービンインペラ６および排気ガス出口部７を通って排気ガス流路８から排出されことから、排気タービン過給機のタービン各部に排気ガスの熱が奪われ、排気ガス浄化触媒９に至ると温度降下が大きく、触媒の活性化が遅れ、触媒が活性化されるまでの間の排気ガスの浄化が出来ないという問題がある。
【０００７】
そこで、このようなコールドスタート時の排気ガス浄化触媒９の温度上昇を早めるためウエストゲートバルブ１１を開いて排気ガスを直接排気ガス流路８に導くことも考えられるが、ウエストゲートバルブ１１が設けられるバイパス流路１０が細いため排気ガスの流量を十分確保することができず、タービンハウジング３内を流れる排気ガスも多く、短時間に触媒を活性化することができない。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒の温度上昇をはやめて活性化することができる排気タービン過給機付きエンジンを提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の排気タービン過給機付きエンジンは、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を利用して当該バルブを閉じる構成とし、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータは、前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としたことを特徴とするものである。
【００１０】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としており、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化できるようにしている。
また、吸気マニホールドの負圧・正圧を利用して、バルブとウエストゲートバルブを確実かつ効率的に操作でき、コールドスタート時の状態、コールドスタート時以外の状態、過給圧が設定値を超えた場合の状態の３つの状態を切り替えることができるようになる。
さらに、この発明の請求項２記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１記載の構成に加え、前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに負圧三方弁を介して前記エンジンの吸気マニホールドの負圧側を前記負圧配管で接続し、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに制御弁を介して前記エンジンに過給供給される正圧側を前記正圧配管で接続し、前記負圧三方弁は、前記バルブのアクチュエータおよび前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに前記エンジンの吸気マニホールドの負圧が作用する状態と、前記負圧配管を大気に開放する状態とに切り替え可能であり、前記制御弁は、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに作用する正圧を調整可能であることを特徴とするものである。
この発明の請求項２記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
また、この発明の請求項３記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１または２記載の構成に加え、前記制御装置は、前記エンジンのコールドスタート時に、前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータにそれぞれ負圧が作用するようにし、コールドスタート時以外は、前記負圧配管を大気に開放し、過給圧が設定値を超えた場合は、前記正圧配管の正圧を調節する制御を行うことを特徴とするものである。
この発明の請求項３記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
【００１１】
また、この発明の請求項４記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成しており、排気ガスを触媒に導くバイパス流路を最短にして排気ガスの温度降下を極力抑え、一層短時間に触媒の活性化ができるようにしている。
【００１３】
さらに、この発明の請求項５記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としたことを特徴とするものである。
【００１４】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としており、例えば揺動して開閉するスイング式バルブの揺動軸の配置やバルブの開度を大きくするなどのウエストゲートバルブの構成とすることで、排気ガスと衝突しないようにして排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化ができるようにしている。
【００１５】
また、この発明の請求項６記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としたことを特徴とするものである。
【００１６】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としており、コールドスタート時にウエストゲートバルブを全開として排気ガスの衝突による温度降下を抑え、本来の過給圧調整時には排気ガスの一部をバイパスさせるように制御装置で制御してウエストゲートバルブをコールドスタート時の触媒活性化に兼用するようにしている。
【００１７】
さらに、この発明の請求項７記載の排気タービン過給機付きエンジンは、請求項１〜６のいずれかに記載の構成に加え、前記タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
この排気タービン過給機付きエンジンによれば、タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成するようにしており、例えばバタフライバルブのバルブ本体とステムを一体とし、装着用溝部を利用してタービンハウジングに組み込むことで、部品点数の削減と小形コンパクト化を図るようにしている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかり、図１（ａ）は排気系の部分拡大断面図、図１（ｂ）はバルブ部分の正面図、図２はコールドスタート時の制御系の一例にかかる概略構成図である。
【００２０】
この排気タービン過給機付きエンジン２０は、図１に示すように、排気タービン過給機２２を備え、過給圧をウエストゲートバルブ３３と制御装置５０で制御すること及び排気ガスを排気ガス浄化触媒３１で浄化する基本構成は既に説明した図４のエンジンと同一である。
【００２１】
この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンの排気マニホールド２１に排気タービン過給機２２のタービンハウンジング２３の排気ガス入口部２４が連結され、流入する排気ガスをタービンスクロール部２５を介してタービンインペラ２６に送って回転駆動し、タービン軸２７と同軸に取り付けたコンプレッサインペラ２８によってエンジンへの吸気を過給するようになっている。
【００２２】
そして、タービンインペラ２６を駆動した排気ガスは、タービンハウンジング２３の排気ガス出口部２９から排気ガス流路３０に排出され、この排気ガス流路３０の下流に設けた排気ガス浄化触媒３１を通過させて浄化した後大気中に排出するようになっている。
【００２３】
また、エンジンに供給される過給圧を制御するためタービンハウンジング２３の排気ガス入口部２４と排気ガス出口部２９との間に排気ガスをバイパスさせて直接排気ガス流路３０に導くバイパス流路３２と、このバイパス流路３２を開閉するウエストゲートバルブ３３を設け、過給圧が設定値を越えると、ウエストゲートバルブ３３を開き、排気ガスの一部をタービンインペラ２６をバイパスさせて排気ガス流路３０に送ることでタービンの出力を抑えて過給圧を設定値にするようにしている。
【００２４】
このような基本構成に加え、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、コールドスタート時の排気ガス浄化触媒３１の活性化を早めるため、タービンハウジング２３の排気ガス出口部２９にバルブ３４が設けてあり、排気ガス出口部２９を密閉できるようにしてある。
【００２５】
このバルブ３４は、例えばバタフライ弁で構成され、図１（ｂ）に示すように、円板状のバルブ本体３５の半径方向両端部にステム３６が突き出して溶接などで一体に設けられ、タービンハウジング２３に形成したステム３６に対応する装着用溝部３７を介して装着（いわゆる、だまし込み）されて回動可能に支持されており、一方のステム３６に外部から操作軸３８が連結されて操作レバー３９を介してアクチュエータ４０で開閉できるようになっている。このバルブ３４が設けられるタービンハウジング２３には、バルブ３４により密閉状態とできるように段差状のシール面４１が形成してあり、バルブ本体３５が閉じられたときにシール面４１と接するようステム３６を中心に逆方向の段差でシール面４１が構成してある。
【００２６】
なお、このバルブ３４は、バルブ本体３５の両端部にステム３６を設ける場合のほか一端部にのみステムを設けるようにしても良く、溶接などので別体ものを取付けるほか、鋳造などで一体に製作するようにしても良い。
【００２７】
このバルブ３４は、エンジンのコールドスタート時にアクチュエータア４０で全閉状態とされ、これ以外は全開状態となるようにしてあり、アクチュエータ４０として、例えば負圧式アクチュエータが用いられ、エンジンスタート時の吸気負圧を利用してバルブ３４を開き、それ以外は大気に開放してバルブ３４を閉じるように動作させる。
【００２８】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンのコールドスタート時にタービンハウジング２３への排気ガスをバルブ３４を閉じることで止め、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を開いて直接排気ガスを排気ガス流路３０を介して排気ガス浄化触媒３１に送り、途中での排気ガスの温度降下を抑えて触媒の活性化を短時間で行うようにする。
【００２９】
このためウエストゲートバルブ３３を構成するスイング逆止め弁の揺動軸４２に外部から操作軸４３が連結されて操作レバー４４を介してアクチュエータ４５で開閉できるようになっており、アクチュエータ４５として例えば負圧・正圧式アクチュエータが用いられ、エンジンスタート時の吸気負圧を利用してウエストゲートバルブ３３を全開状態とし、それ以外は過給時の正圧を利用してウエストゲートバルブ３３を中間開度とするように動作させる。
【００３０】
このようなバルブ３４のアクチュエータ４０およびウエストゲートバルブ３３のアクチュエータ４５を制御するための制御装置５０として、図２に示すように、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５１を利用し、負圧三方弁５２を介してそれぞれのアクチュエータ４０，４５とエンジンの吸気マニホールド（図示せず）とが負圧を利用できるように負圧配管５３で接続してあり、アクチュエータ４５の正圧側もエンジンの吸気マニホールドの正圧を利用できるように電磁制御弁（ＤＳＶ）５４を介して正圧配管５５で接続してある。
【００３１】
したがって、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、エンジンのコールドスタート時に、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で負圧三方弁５２を駆動してそれぞれのアクチュエータ４０，４５が負圧配管５３を介して吸気マニホールドに発生する負圧が作用するようにし、バルブ３４を閉じて排気ガスがタービンハウジング２３内を流れないようにするとともに、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を開いて直接排気ガスを排気ガス流路３０を介して排気ガス浄化触媒３１に送るようにする。
【００３２】
これにより、途中の排気ガスの温度降下を抑えて触媒の活性化を短時間で行うことができ、コールドスタート時にも排気ガスを浄化することができる。
【００３３】
一方、コールドスタート時以外には、排気タービン過給機２２による過給を行うため、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で負圧三方弁５２を駆動してそれぞれのアクチュエータ４０，４５に接続される負圧配管５３を大気に開放し、バルブ３４を全開として排気ガスがタービンハウジング２３内を流れるようにするとともに、バイパス流路３２のウエストゲートバルブ３３を全閉としておく。
【００３４】
そして、過給圧が設定値を越えた場合には、アクチュエータ４５に接続された正圧配管５５に吸気マニホールドの正圧を作用させ、エンジンコントロールユニット５１からの駆動信号で電磁制御弁（ＤＳＶ）５４を制御して正圧を調整し、ウエストゲートバルブ３３を開いて排気ガスの一部をバイパス流路３２にバイパスさせることでタービン出力を抑え、過給圧を調整するようにする。
【００３５】
なお、排気ガス浄化触媒の温度が上昇し、触媒が活性化されたことを温度センサ等で検出し、検出後は負圧三方弁５３を切り替えて排気タービン過給機２２を通常の運転状態にする。
【００３６】
このような排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、エンジンのコールドスタート時に排気ガス出口部２９に設けたバルブ３４を閉じ、ウエストゲートバルブ３３を開いてバイパス流路３２から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒３１に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで短時間に加熱して触媒の活性化を行って排気ガスを浄化することができる。
【００３７】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、コールドスタート時の排気ガスの温度の降下を抑えるためには、バイパス流路３２の配管径が大きく、配管長が短い方が良いことが熱解析結果から得られたことから、このバイパス流路３３を、排気タービン過給機３２への排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短で結ぶようにこれまでの流路に比べて太くするとともに、タービンハウジング２３に対して直角方向でなく斜めの流路として配管長が短く、しかも排気ガスがスムーズに流れるようにしてある。そして、バイパス流路３２の出口部分にも切欠部３２ａを設けることで排気ガスを一層スムーズに流すようにし、これによってさらに温度降下を抑えるようにしている。
【００３８】
さらに、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、バイパス流路３２をタービンハウジング２３に対して直角方向でなく斜めの流路としたことにともない、タービンハウジング２３の排気ガス入口部２４のフランジ２４ａを斜めにし、バイパス流路３２に対してほぼ直角となるようにしてあり、エンジンの排気マニホールド２１のフランジ２１ａもバイパス流路３２に対してほぼ直角とすることで排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短の流路で結ぶようにしている。
【００３９】
また、この排気タービン過給機付きエンジン２０では、バイパス流路３２に設けるウエストゲートバルブ３３をコールドスタート時に流れる排気ガスと干渉しないようにして温度降下を抑えるようにするため、バルブポートの径を大きくするとともに、スイング逆止め弁の揺動軸４２を斜めのバイパス流路３２の外側でウエストゲートバルブ３３を全開にしたときに小さな角度で流路と平行にできる側に配置してある。
【００４０】
すなわち、図示例では、図１（ａ）に示すように、右上から左下に傾いた斜めのバイパス流路３２とし、ウエストゲートバルブ３３で上下の直線上のバルブポートを開閉することからバイパス流路３２の上方に揺動軸４２を配置し、約６０度程度揺動させて全開とすることで、バイパス流路３２と平行ないしそれより後方の排気ガスと衝突しないように退避させることができるようにしている（なお、ここでの上下、左右は実際のエンジンに対する方向とは無関係であり、紙面上でのもので、説明の都合上定めたものである。）。
【００４１】
そして、このウエストゲートバルブ３３の全開角度をバイパス流路３２を流れる排気ガスと干渉（衝突）しない角度としてあり、コールドスタート時には、全開とすることで、排気ガスの温度降下を抑えるようにしている。
【００４２】
なお、本来の過給圧を調整する場合には、排気ガスの一部をバイパスできれば良く、バルブとの干渉による温度降下などの問題は生じない。
【００４３】
このようなウエストゲートバルブ３３が設けられるバイパス流路３２を、タービンハウジング２３の排気ガス入口部２４と排気ガス浄化触媒３１とを最短で結ぶように斜めの流路で構成した排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、コールドスタート時の排気ガスを短く太いバイパス流路３２で排気ガス浄化触媒３１に導くことができ、排気ガスの温度降下を極力抑えて一層短時間に触媒の活性化を図ることができる。
【００４４】
また、ウエストゲートバルブ３３を、コールドスタート時の全開位置でパイパス流路３２を流れる排気ガスと干渉しないように揺動軸４２を外側に配置し、バルブの開度を大きくする構成とした排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、ウエストゲートバルブ３３と排気ガスとが衝突しないようにでき、排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化を図ることができる。
【００４５】
そして、このようなバイパス流路３２の構成とウエストゲートバルブ３３の構成を全て組み合わせた排気タービン過給機付きエンジン２０によれば、排気タービン過給機２２のタービンハウジング２３の排気ガス入口部３４と排気ガス出口部２９との間の排気ガスの温度降下を、例えば図３中に実線で示すように、約４０℃程度に抑えることができる。
【００４６】
なお、従来のエンジンでは、排気ガスがタービンハウジングのタービンスクロール部を通って排気ガス出口部に至ることから、排気ガスの温度降下が、例えば図３中に破線で示すように、約１７５℃程度と非常に大きく、触媒の活性化に時間を要することが分かる。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、排気ガス出口に設けるバルブをバタフライ弁で構成したが、これに限らずゲート弁など斜めのシール面を備えた弁や他の形式の弁で構成するようにしても良い。
【００４８】
また、バルブやウエストゲートバルブの操作用のアクチュエータを吸気マニホールドに生じる負圧や正圧を利用するダイヤフラム式のもので構成したが、これにかぎらず、圧縮空気を用いる空圧式や他の流体圧作動式としたり、モータ式や電磁式の電動式としても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としたので、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
また、吸気マニホールドの負圧・正圧を利用して、バルブとウエストゲートバルブを確実かつ効率的に操作でき、コールドスタート時の状態、コールドスタート時以外の状態、過給圧が設定値を超えた場合の状態の３つの状態を切り替えることができる。
さらに、この発明の請求項２または３記載の排気タービン過給機付きエンジンによっても、エンジンのコールドスタート時にタービン出口に設けたバルブを閉じ、ウエストゲートバルブを開いてバイパス流路から直接排気ガスを排気ガス浄化触媒に導くことができ、温度降下の小さい排気ガスで加熱して触媒の活性化を短時間に行って排気ガスを浄化することができる。
【００５０】
また、この発明の請求項４記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成したので、排気ガスを触媒に導くバイパス流路を最短にして排気ガスの温度降下を極力抑え、一層短時間に触媒の活性化ができる。
【００５１】
さらに、この発明の請求項５記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としたので、例えば揺動して開閉するスイング式バルブの揺動軸の配置やバルブの開度を大きくするなどのウエストゲートバルブの構成とすることで、排気ガスと衝突しないようにして排気ガスの温度降下を極力抑え、これによっても一層短時間に触媒の活性化ができる。
【００５２】
また、この発明の請求項６記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としたので、コールドスタート時にウエストゲートバルブを全開として排気ガスの衝突による温度降下を抑え、本来の過給圧調整時には排気ガスの一部をバイパスさせるように制御装置で制御してウエストゲートバルブをコールドスタート時の触媒活性化に兼用することができる。
【００５３】
さらに、この発明の請求項７記載の排気タービン過給機付きエンジンによれば、タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成するようにしたので、例えばバタフライバルブのバルブ本体とステムを一体とし、装着用溝部を利用してタービンハウジングに組み込むことで、部品点数の削減と小形コンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかり、（ａ）は排気系の部分拡大断面図図１（ｂ）はバルブ部分の正面図である。
【図２】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかるコールドスタート時の制御系の一例にかかる概略構成図である。
【図３】この発明の排気タービン過給機付きエンジンの一実施の形態にかかる排気ガスの温度降下を従来エンジンと比較して示す説明図である。
【図４】従来の排気タービン過給機エンジンの概略構成図である。
【符号の説明】
２０ 排気タービン過給機付きエンジン
２１ 排気マニホールド
２２ 排気タービン過給機
２３ タービンハウジング
２４ 排気ガス入口部（排気ガス入口）
２５ タービンスクロール部
２６ タービンインペラ
２７ タービン軸
２８ コンプレッサインペラ
２９ 排気ガス出口部（排気ガス出口）
３０ 排気ガス流路
３１ 排気ガス浄化触媒
３２ バイパス流路
３３ ウエストゲートバルブ
３４ バルブ
３５ バルブ本体
３６ ステム
３７ 装着用溝部
４０ アクチュエータ
４５ アクチュエータ
５０ 制御装置
５１ ＥＣＵ
５２ 負圧三方弁
５４ 電磁制御弁
５５ 正圧配管
Claims (7)
- 排気タービン過給機の排気ガス流路の下流に排気ガス浄化触媒を備えるとともに、バイパス流路にウエストゲートバルブを備えたエンジンであって、前記排気タービン過給機のタービン出口に開閉可能なバルブを設け、前記エンジンのコールドスタート時に前記バルブを閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブを開いて前記バイパス流路からの排気ガスで前記排気ガス浄化触媒を加熱するよう制御する制御装置を設け、
前記バルブおよび前記ウエストゲートバルブにそれぞれアクチュエータを備え、
前記バルブのアクチュエータは前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を利用して当該バルブを閉じる構成とし、
前記ウエストゲートバルブのアクチュエータは、前記エンジンの吸気マニホールドの負圧を負圧配管で前記アクチュエータの一方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開き、かつ前記エンジンに過給供給される正圧を正圧配管で前記アクチュエータの他方側に作用させて当該ウエストゲートバルブを開く構成としたことを特徴とする排気タービン過給機付きエンジン。 - 前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに負圧三方弁を介して前記エンジンの吸気マニホールドの負圧側を前記負圧配管で接続し、
前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに制御弁を介して前記エンジンに過給供給される正圧側を前記正圧配管で接続し、
前記負圧三方弁は、前記バルブのアクチュエータおよび前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに前記エンジンの吸気マニホールドの負圧が作用する状態と、前記負圧配管を大気に開放する状態とに切り替え可能であり、
前記制御弁は、前記ウエストゲートバルブのアクチュエータに作用する正圧を調整可能であることを特徴とする請求項１記載の排気タービン過給機付きエンジン。 - 前記制御装置は、前記エンジンのコールドスタート時に、前記バルブのアクチュエータと前記ウエストゲートバルブのアクチュエータにそれぞれ負圧が作用するようにし、
コールドスタート時以外は、前記負圧配管を大気に開放し、
過給圧が設定値を超えた場合は、前記正圧配管の正圧を調節する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の排気タービン過給機付きエンジン。 - 前記ウエストゲートバルブが設けられるバイパス流路を、前記排気タービン過給機への排気ガス入口と前記排気ガス浄化触媒とを最短で結ぶように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気タービン過給機付きエンジン。
- 前記ウエストゲートバルブを、コールドスタート時の全開位置で前記パイパス流路を流れる排気ガスと干渉しない構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排気タービン過給機付きエンジン。
- 前記制御装置を、コールドスタート時に前記ウエストゲートバルブを全開とし、過給圧力調整時に中間開度に制御する構成としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気タービン過給機付きエンジン。
- 前記タービン出口に設ける前記バルブを、バルブ本体とステムとを一体に構成するとともに、当該ステムの装着用溝部をタービンハウジングに形成してタービンハウジングに組み込んで構成したことを特徴とする請求項求項１〜６のいずれかに記載の排気タービン過給機付きエンジン。
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