JP2016142192A - Intake/exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスの浄化を行う触媒の排気上流側にターボチャージャの排気タービンが配置される内燃機関用吸排気装置に関する。 The present invention relates to an intake / exhaust device for an internal combustion engine in which an exhaust turbine of a turbocharger is disposed on the exhaust upstream side of a catalyst for purifying exhaust gas.
(従来技術)
触媒の排気上流側に排気タービンが配置される内燃機関用吸排気装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
触媒によって排気の浄化を行うには、触媒を活性化温度に昇温させる必要がある。
触媒は、排気ガスの熱により加熱される。このため、内燃機関(以下、エンジン)の冷間始動直後に排気ガスの浄化能力を高めるには、始動直後の排気ガスにより触媒を素早く加熱する必要がある。
しかし、ターボチャージャを搭載する車両では、触媒の排気上流側に存在する排気タービンが大きな熱容量を有するため、触媒を活性化温度に昇温させるのに時間を要してしまう。
(Conventional technology)
There is known an intake / exhaust device for an internal combustion engine in which an exhaust turbine is disposed on the exhaust upstream side of a catalyst (see, for example, Patent Document 1).
In order to purify the exhaust gas with the catalyst, it is necessary to raise the temperature of the catalyst to the activation temperature.
The catalyst is heated by the heat of the exhaust gas. For this reason, in order to increase the exhaust gas purification capacity immediately after the cold start of the internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine), it is necessary to quickly heat the catalyst with the exhaust gas immediately after the start.
However, in a vehicle equipped with a turbocharger, since an exhaust turbine existing upstream of the catalyst has a large heat capacity, it takes time to raise the catalyst to the activation temperature.
その不具合を回避する目的で、特許文献1には、触媒の早期暖機を行う際(冷間始動時等)に、排気タービンへ排気ガスを導く排気通路(排気スクロール)を閉じるとともに、ウエストゲートバルブを開いて、排気ガスをバイパス路(ウエストゲートバルブによって開かれる通路)のみに流す技術が開示されている。
即ち、特許文献1の技術は、排気ガスをバイパス路のみに流すことで、排気ガスの熱が排気タービンに奪われるのを極力防ぎ、温度低下を抑えた高温の排気ガスによって触媒を早期に加熱させるものである。
In order to avoid the problem, Patent Document 1 discloses a waste gate that closes an exhaust passage (exhaust scroll) that guides exhaust gas to an exhaust turbine when the catalyst is warmed up early (such as during cold start). A technique is disclosed in which a valve is opened and exhaust gas is allowed to flow only through a bypass passage (a passage opened by a wastegate valve).
In other words, the technology of Patent Document 1 allows the exhaust gas to flow only through the bypass passage, thereby preventing the heat of the exhaust gas from being taken away by the exhaust turbine as much as possible, and heating the catalyst early with the high-temperature exhaust gas that suppresses the temperature drop. It is something to be made.
(従来技術の問題点1)
特許文献1の技術は、触媒の早期暖機を行う際に、排気通路を閉じて、ウエストゲートバルブを開き、排気ガスをバイパス路のみに流すものであった。
このため、排気ガスの唯一の通り道となるバイパス路が排気ガスのボトルネックとして作用し、排気タービンの上流側の排気圧力が上昇する。すると、エンジンのポンピングロスの増加を招いてしまい、燃費の悪化を招いてしまう。
(Problem 1 of the prior art)
In the technique of Patent Document 1, when the catalyst is warmed up early, the exhaust passage is closed, the wastegate valve is opened, and the exhaust gas is allowed to flow only through the bypass passage.
For this reason, the bypass passage which is the only passage for the exhaust gas acts as a bottleneck of the exhaust gas, and the exhaust pressure on the upstream side of the exhaust turbine rises. Then, the pumping loss of the engine is increased, and the fuel consumption is deteriorated.
(従来技術の問題点2)
特許文献1の技術は、触媒の早期暖機を行う際に排気通路を閉じる手段が、排気スクロールの出口に設けられた可動フラップであった。
このため、可動フラップによって排気通路を全閉にすると、可動フラップの上流側に存在する排気通路内に排気ガスの吹き溜まりができてしまい、排気タービン内において排気ガスの流れに乱れが生じてしまう。その結果、排気ガスから排気タービンへの熱伝達が大きくなる不具合が生じてしまい、排気タービンが排気ガスの熱を大きく奪うことで、触媒の早期暖機が遅れてしまう。
(
In the technique of Patent Document 1, the means for closing the exhaust passage when the catalyst is warmed up early is a movable flap provided at the outlet of the exhaust scroll.
For this reason, when the exhaust passage is fully closed by the movable flap, the exhaust gas is blown up in the exhaust passage existing on the upstream side of the movable flap, and the flow of the exhaust gas is disturbed in the exhaust turbine. As a result, there is a problem that heat transfer from the exhaust gas to the exhaust turbine increases, and the exhaust turbine takes a large amount of heat of the exhaust gas, thereby delaying the early warm-up of the catalyst.
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、触媒の早期暖機を行う際に、(i)ポンピングロスを抑えて燃費向上を図るとともに、(ii)排気ガスの熱が排気タービンに奪われるのを抑えて触媒の早期暖機の短縮を図ることのできる内燃機関用吸排気装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to improve fuel efficiency by suppressing pumping loss and (ii) exhaust gas when warming up the catalyst early. The present invention is to provide an intake / exhaust device for an internal combustion engine that can reduce the warm-up of the catalyst early by suppressing the heat of the exhaust gas from being taken away by the exhaust turbine.
本発明の内燃機関用吸排気装置は、第1排気スクロールが常に開かれる構成であり、触媒の早期暖機を行う際には、流量調整バルブによって第2排気スクロールを閉じるとともに、ウエストゲートバルブによってバイパス路を開くものである。
(i)触媒の早期暖機を行う際は、排気ガスを第1排気スクロールとバイパス路の両方へ流すため、従来技術に比較して排気タービンの上流側の排気圧力を下げることができる。このため、エンジンのポンピングロスを抑えることができ、燃費向上を図ることができる。
The intake / exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention is configured such that the first exhaust scroll is always opened. When the catalyst is warmed up early, the second exhaust scroll is closed by the flow rate adjusting valve and the waste gate valve is used. Open the bypass.
(I) When the catalyst is warmed up early, the exhaust gas flows to both the first exhaust scroll and the bypass passage, so that the exhaust pressure on the upstream side of the exhaust turbine can be reduced as compared with the prior art. For this reason, the pumping loss of the engine can be suppressed, and fuel consumption can be improved.
(ii)また、触媒の早期暖機を行う際は、流量調整バルブを閉じることにより、排気ガスの熱が第2排気スクロールからタービンハウジングに伝わりにくくすることができる。さらに、第1排気スクロールに排気ガスが流れるため、排気タービン内に排気ガスの吹き溜まりが生じる不具合を回避できる。このため、吹き溜まりによる乱れを防ぐことができ、排気ガスの乱れによって排気ガスの熱が排気タービンに奪われるのを防ぐことができる。これにより、高温の排気ガスを触媒に導くことができ、触媒の暖機時間を短縮できる。
このように、本発明を採用することにより、燃費向上を図りつつ、触媒の早期活性を実施できる。
(Ii) Further, when the catalyst is warmed up early, the heat of the exhaust gas can be made difficult to be transmitted from the second exhaust scroll to the turbine housing by closing the flow rate adjusting valve. Furthermore, since the exhaust gas flows through the first exhaust scroll, it is possible to avoid the problem that exhaust gas is trapped in the exhaust turbine. For this reason, it is possible to prevent turbulence due to blowing up and prevent exhaust gas heat from being taken away by the exhaust turbine due to turbulence of the exhaust gas. Thereby, high-temperature exhaust gas can be led to the catalyst, and the warm-up time of the catalyst can be shortened.
Thus, by adopting the present invention, early activation of the catalyst can be carried out while improving fuel efficiency.
以下において発明を実施するための形態を、図面に基づいて詳細に説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for inventing is demonstrated in detail based on drawing.
本発明を適用した内燃機関用吸排気装置の具体例を説明する。なお、以下で開示する実施例は、一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。 A specific example of an intake / exhaust device for an internal combustion engine to which the present invention is applied will be described. In addition, the Example disclosed below discloses an example and it cannot be overemphasized that this invention is not limited to an Example.
[実施例1]
図1〜図4を参照して実施例1を説明する。
車両走行用のエンジン1(燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関:燃料の種類は問わない、またレシプロエンジン、ロータリーエンジン等のエンジン形式を問わない)は、ターボチャージャ2を搭載する。
[Example 1]
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
An engine 1 for driving a vehicle (an internal combustion engine that generates rotational power by burning fuel, regardless of the type of fuel, regardless of the engine type such as a reciprocating engine or a rotary engine) is equipped with a
エンジン1は、吸気をエンジン気筒内へ導く吸気通路3を備えるとともに、気筒内で発生した排気ガスを浄化して大気中に排出する排気通路4を備える。
ターボチャージャ2は、エンジン1から排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジン1に吸い込まれる吸気を加圧する過給器であり、エンジン1の排気ガスによって駆動される排気タービン5と、この排気タービン5により駆動されてエンジン1に吸い込まれる吸気を加圧する吸気コンプレッサ6とを備える。
The engine 1 includes an
The
排気タービン5は、エンジン1から排出された排気ガスによって回転駆動されるタービン羽根車5aと、このタービン羽根車5aを収容する渦巻形状のタービンハウジング5bとを備えて構成される。なお、排気タービン5の詳細は後述する。
The
吸気コンプレッサ6は、タービン羽根車5aの回転力により駆動されて吸気通路3内の吸気を加圧するコンプレッサ羽根車6aと、このコンプレッサ羽根車6aを収容する渦巻形状のコンプレッサハウジングとを備えて構成される。
そして、タービン羽根車5aとコンプレッサ羽根車6aはシャフト7を介して結合されるものであり、このシャフト7はセンターハウジングによって高速回転自在に支持される。
The
The
吸気通路3は、吸気管、インテークマニホールド、吸気ポートの各内部通路によって構成される。
具体的に、吸気通路3には、エンジン1に吸い込まれる吸気中に含まれる塵や埃を除去するエアクリーナ11、ターボチャージャ2の吸気コンプレッサ6、この吸気コンプレッサ6により圧縮されて昇温した吸気を強制冷却するインタークーラ12、エンジン1へ吸引される吸気量の調整を行うスロットルバルブ13、サージタンク等に設置されて過給圧を検出する過給圧センサ14などが設けられている。
The
Specifically, in the
排気通路4は、排気ポート、エキゾーストマニホールド、排気管の各内部通路によって構成される。
具体的に、排気通路4には、ターボチャージャ2の排気タービン5、排気タービン5の排気下流側に配置されて排気ガスの浄化を行う触媒15、排気音を消音させて排気ガスを大気中に排出するマフラー16などが設けられている。
なお、触媒15は周知なものであり、具体的な一例を開示すると、モノリス構造を採用する周知の三元触媒であり、活性化温度に昇温されることで排気ガス中に含まれる有害物質を酸化作用と還元作用により浄化する。
The exhaust passage 4 is constituted by internal passages of an exhaust port, an exhaust manifold, and an exhaust pipe.
Specifically, in the exhaust passage 4, an
The
ターボチャージャ2は、容量可変タイプであり、排気タービン5には、タービン羽根車5aを駆動する排気ガスの流量を調整する流量調整バルブ17と、タービン羽根車5aを迂回する排気ガスの流量を調整するウエストゲートバルブ18とが設けられる。
The
具体的に、タービンハウジング5bの内部にはエンジン1から排出された排気ガスを旋回させてタービン羽根車5aへ吹き付ける独立した第1、第2排気スクロール21、22が設けられている。
Specifically, independent first and second exhaust scrolls 21 and 22 for turning the exhaust gas discharged from the engine 1 and blowing it to the
第1排気スクロール21には、開閉手段が設けられておらず、常に開かれており、排気ガスが常に第1排気スクロール21を通過するように設けられている。
具体的に、第1排気スクロール21の排気上流部は、タービンハウジング5bの排気入口(エキゾーストマニホールドとの接続口)と常に連通しており、排気ガスが常時第1排気スクロール21を通ってタービン羽根車5aへ吹き出される。
The
Specifically, the exhaust upstream portion of the
一方、第2排気スクロール22は、流量調整バルブ17によって開閉可能に設けられている。
具体的に、第2排気スクロール22の排気上流部は、タービンハウジング5bに形成された流路切替孔23を介して第1排気スクロール21の排気ガス上流域に連通するものであり、この流路切替孔23が流量調整バルブ17によって開閉される。
On the other hand, the
Specifically, the exhaust upstream portion of the
この流量調整バルブ17は、流路切替孔23の開閉および開度調整を行なうものであり、流量調整バルブ17の開度調整を行うことにより、第2排気スクロール22に流入する排気ガス量(即ち、第2排気スクロール22からタービン羽根車5aに吹き出される排気ガス量)をコントロールして過給圧を制御する。
The flow
なお、流量調整バルブ17は、図2に示すように、流路切替孔23の下流端を開閉するものであっても良いが、図2とは異なり、流路切替孔23の上流端を開閉するものであることが望ましい。
具体的には、図2とは異なり、第1排気スクロール21と第2排気スクロール22の排気ガスの分流箇所の空間に流量調整バルブ17を配置して、流量調整バルブ17が流路切替孔23を閉じることで、第2排気スクロール22の全範囲内に排気ガスが侵入しない構造(流量調整バルブ17の全閉時に第2排気スクロール22内に排気ガスの吹き溜まりができない構造)であることが望ましいものである。
As shown in FIG. 2, the flow
Specifically, unlike FIG. 2, the flow
一方、タービンハウジング5bには、タービンハウジング5b内へ流入した排気ガスの一部を、タービン羽根車5aを迂回(バイパス)させて排気下流側(触媒15の排気上流側)へ導くバイパス路24が形成されている。
このバイパス路24は、ウエストゲートバルブ18によって開閉される。このウエストゲートバルブ18は、バイパス路24の開度調整を行なうものであり、ウエストゲートバルブ18の開度調整を行うことにより、タービン羽根車5aを迂回する排気ガス量をコントロールして過給圧を制御する。
On the other hand, in the
The
次に、流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18の駆動機構を説明する。
流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18は、ECU30により作動制御される1つのアクチュエータ31によって開閉駆動される。
Next, the drive mechanism of the flow
The flow
アクチュエータ31は、リンク装置32を介して流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18の両方を駆動する。
具体的に、リンク装置32は、アクチュエータ31の出力を変換して流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18を駆動するものであり、流量調整バルブ17の開度変化途中でウエストゲートバルブ18を開弁させる。また、リンク装置32には、流量調整バルブ17を閉弁させつつ、ウエストゲートバルブ18を全開(最大開度)にする早期暖機ポジションθz(符合、図3参照)が設けられている。
The
Specifically, the
アクチュエータ31は、通電制御により回転出力またはストローク出力を発生するものであり、一例として回転出力を発生する電動アクチュエータを採用する。電動アクチュエータの具体例は、通電により回転出力を発生する電動モータ(例えばDCモータ)と、この電動モータの回転出力を減速して出力トルクを増大させる減速装置(例えば歯車減速装置)とを組み合わせたものであり、電動モータに印加される通電量に応じた回転トルクを発生するものである。
The
アクチュエータ31は、出力軸の作動角を初期位置θ0(符合、図3参照)へ戻すリターンスプリングを内蔵するものであっても良いし、内蔵しないものであっても良い。
アクチュエータ31にリターンスプリングを内蔵させなくても、流量調整バルブ17およびウエストゲートバルブ18のそれぞれにリターンスプリングを設けることにより、それぞれのリターンスプリングの復元力がリンク装置32を介してアクチュエータ31に伝達されるため、アクチュエータ31の停止時にアクチュエータ31の作動角を初期位置θ0に戻すことができる。
もちろん、アクチュエータ31に付勢力の小さい補助リターンスプリングを設けて、アクチュエータ31の作動角を初期位置θ0に戻す力を発生させても良い。
The
Even if a return spring is not built in the
Of course, an auxiliary return spring having a small urging force may be provided on the
また、アクチュエータ31は、出力変位を検出するアクチュエータ位置センサ33を備える。
アクチュエータ位置センサ33の具体例は、アクチュエータ31の作動角(出力軸の回転角度)を検出する回転角センサである。なお、回転角センサは、磁気センサ等を用いた非接触型であっても良いし、ポテンショメータなどを用いた接触型であっても良い。そして、アクチュエータ位置センサ33のセンサ出力は、アクチュエータ31を通電制御することによって流量調整バルブ17およびウエストゲートバルブ18の開度制御を行なうECU30に出力される。
The
A specific example of the
リンク装置32による流量調整バルブ17の作動特性の一例を、図3(b)の実線A1に示す。具体的に、リンク装置32は、(i)アクチュエータ31の作動角(具体的には、出力軸の変位角度)が初期位置θ0から第1作動角θ1に向かうに従い流量調整バルブ17の開度を全閉状態から全開方向へ向けて徐々に大きくし、(ii)第1作動角θ1から第2作動角θ2の範囲で流量調整バルブ17の開度を全開状態に保ち、(iii)第2作動角θ2から早期暖機ポジションθz(第2作動角θ2より大きい作動角:例えばアクチュエータ31の最大出力角)に向かうに従い流量調整バルブ17の全開状態から全閉方向へ向けて徐々に小さくするものであり、早期暖機ポジションθzでは流量調整バルブ17が全閉状態に設定される。
An example of the operation characteristic of the flow
アクチュエータ31の作動角に対して上記の如く流量調整バルブ17の開度が変化することにより、流量調整バルブ17を通過する排気ガスの流量(即ち、第2排気スクロール22を通過する排気流量)は、図3(a)の実線A2に示すように、(i)アクチュエータ31の作動角が初期位置θ0から第1作動角θ1に向かうに従い排気流量が0(ゼロ)から徐々に多くなり、(ii)第1作動角θ1から第2作動角θ2の範囲で排気流量が最大に保たれ、(iii)第2作動角θ2から早期暖機ポジションθzに向かうに従い排気流量が最大から徐々に少なくなるものであり、早期暖機ポジションθzでは排気流量が0(ゼロ)になる。
As the opening degree of the flow
リンク装置32によるウエストゲートバルブ18の作動特性の一例を、図3(b)の破線B1に示す。具体的に、リンク装置32は、(i)アクチュエータ31の作動角が初期位置θ0から第1作動角θ1の範囲でウエストゲートバルブ18を全閉状態に設定し、(ii)第1作動角θ1から第2作動角θ2に向かうに従いウエストゲートバルブ18の開度を全閉状態から全開方向へ向けて徐々に大きくし、(iii)第2作動角θ2から早期暖機ポジションθzの範囲でウエストゲートバルブ18の開度を全開状態に保つものであり、早期暖機ポジションθzではウエストゲートバルブ18が全開状態に設定される。
An example of the operation characteristic of the
アクチュエータ31の作動角に対して上記の如くウエストゲートバルブ18の開度が変化することにより、ウエストゲートバルブ18を通過する排気ガスの流量(即ち、バイパス路24を通過する排気流量)は、図3(a)の破線B2に示すように、(i)アクチュエータ31の作動角が初期位置θ0から第1作動角θ1の範囲で排気流量が0(ゼロ)に保たれ、(ii)第1作動角θ1から第2作動角θ2に向かうに従い排気流量が徐々に多くなり、(iii)第2作動角θ2から早期暖機ポジションθzに向かうに従い排気流量が排気流量が徐々に多くなるものであり、早期暖機ポジションθzでは排気流量が最大になる。
As the opening degree of the
このようにリンク装置32を設けることで、アクチュエータ31の作動角を変化させることによってターボチャージャ2による過給圧を任意にコントロールすることができる。具体的には、図3(c)の実線Cに示すように、(i)アクチュエータ31の作動角を初期位置θ0から第2作動角θ2に変化させるに従い過給圧を徐々に低下させることができ、(ii)第2作動角θ2から早期暖機ポジションθzの範囲では過給圧が変化しない過給圧不感帯になる。
By providing the
リンク装置32の具体的な構造は限定するものでななく、例えばカム溝を用いたカムリンク機構、ワイヤに設けた遊び量でウエストゲートバルブ18の開弁開始位置をコントロールするとともにプーリ径で駆動トルクを調整するワイヤ機構、バネ力を用いたロック機構と解除機構を組み合わせてウエストゲートバルブ18の開弁開始位置をコントロールする伝達機構など、種々適用可能なものである。
The specific structure of the
アクチュエータ31とリンク装置32は、排気ガスの熱影響を受け難い吸気コンプレッサ6側に取り付けられており(一例であり、限定しない)、図2に示すように、リンク装置32から流量調整バルブ17へ第1ロッド34を介して出力が伝達されるとともに、リンク装置32からウエストゲートバルブ18へ第2ロッド35を介して出力が伝達されるものである。
The
流量調整バルブ17およびウエストゲートバルブ18の具体的な構造は限定するものではないが、一例として図2に示すように、弁体が回動操作されるヒンジバルブ構造を採用する。
The specific structures of the flow
具体的に、流量調整バルブ17は、流路切替孔23を直接開閉する弁体と、タービンハウジング5bに対して回転自在に支持される回動軸と、この回動軸と弁体を結合する内部アームと、タービンハウジング5bの外部に配置されて回動軸と第1ロッド34の端部を連結する外部アームとを備えるものであり、第1ロッド34のストローク変位により流量調整バルブ17が開閉操作される。
Specifically, the flow
ウエストゲートバルブ18は、上述した流量調整バルブ17と同様の構造を備えるものであり、バイパス路24を直接開閉する弁体と、タービンハウジング5bに対して回転自在に支持される回動軸と、この回動軸と弁体を結合する内部アームと、タービンハウジング5bの外部に配置されて回動軸と第2ロッド35の端部を連結する外部アームとを備えるものであり、第2ロッド35のストローク変位によりウエストゲートバルブ18が開閉操作される。
The
上述したように、この実施例の内燃機関用吸排気装置は、排気ガスの浄化を行う触媒15の排気上流側にターボチャージャ2の排気タービン5を配置する構造を採用する。
また、この実施例の排気タービン5は、上述したように、
・排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車5aと、
・排出された排気ガスを旋回させてタービン羽根車5aへ吹き付ける独立した第1、第2排気スクロール21、22を有するタービンハウジング5bと、
・第2排気スクロール22の開閉を行う流量調整バルブ17と、
・タービン羽根車5aの排気上流側の排気ガスを、タービン羽根車5aを迂回させて、触媒15の排気上流側へ導くバイパス路24の開閉を行うウエストゲートバルブ18と、
を備える。
そして、ターボチャージャ2は、第1排気スクロール21が常に開かれた状態に設けられるものであり、アクチュエータ31がECU30(制御装置に相当する)により通電制御される構成を採用する。
As described above, the intake / exhaust device for an internal combustion engine of this embodiment employs a structure in which the
In addition, as described above, the
A
A
A flow
A
Is provided.
The
ECU30は、アクチュエータ31を通電制御することでターボチャージャ2の過給圧をコントロールする過給圧コントロール手段(制御プログラム)が設けられている。
具体的にECU30は、マイクロコンピュータを搭載するエンジン・コントロール・ユニットであり、過給圧コントロール手段は、エンジン1の運転状態(エンジン1に設けられたエンジン回転数センサ36によって検出されるエンジン回転数や、スロットルバルブ13の開度など)からエンジン1の運転状態に適した目標過給圧を算出する。そして、過給圧センサ14で検出した実過給圧(吸気圧)が目標過給圧に合致するように、アクチュエータ31を圧力フィードバック制御する(一例であり、限定しない)。
The
Specifically, the
一方、ECU30には、冷間始動直後など触媒15の早期暖機が望まれる運転状態の時、即ち、触媒15の実温度または予測温度が活性化温度に達していない時に、上述した過給圧コントロール手段の作動に優先して、触媒15の早期暖機を実施する触媒暖機手段(制御プログラム)が設けられている。
この触媒暖機手段は、触媒15の早期暖機を行う際に、流量調整バルブ17によって第2排気スクロール22を閉じるとともに、ウエストゲートバルブ18によってバイパス路24を開く。具体的には、触媒15の早期暖機を行う際に、流量調整バルブ17を全閉にするとともに、ウエストゲートバルブ18を全開にするように設けられている。
On the other hand, when the
The catalyst warm-up means closes the
このことを具体的に説明する。
上述したように、この実施例のターボチャージャ2は、ECU30により作動制御される1つのアクチュエータ31によって流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18を開閉駆動するものである。
即ち、ECU30は、アクチュエータ31を通電制御することによりリンク装置32を介して流量調整バルブ17およびウエストゲートバルブ18の開閉制御を行うものであり、触媒15の早期暖機を行う際には、流量調整バルブ17によって第2排気スクロール22を閉じるとともに、ウエストゲートバルブ18によってバイパス路24を開くように設けられている。
This will be specifically described.
As described above, the
That is, the
さらに具体的に説明すると、リンク装置32は、上述したように、アクチュエータ31の出力を変換して流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18の両方を駆動するものであり、リンク装置32には、流量調整バルブ17を閉弁させつつ、ウエストゲートバルブ18を全開にする早期暖機ポジションθzが設けられている。
そして、ECU30は、触媒15の早期暖機を行う際に、アクチュエータ31によってリンク装置32を早期暖機ポジションθzに設定し、流量調整バルブ17を閉弁させつつ、ウエストゲートバルブ18を全開にするように設けられている。
More specifically, as described above, the
When the
もちろん、ECU30は、触媒15の早期暖機が完了すると、上述した過給圧コントロール手段によってターボチャージャ2による過給圧コントロールを開始するように設けられている。
Of course, the
触媒15の早期暖機の制御例を図4のフローチャートに基づいて説明する。
ステップS1:この制御ルーチンに侵入すると(スタート)、先ず、触媒15の早期暖機が望まれる運転状態であるか否かの判断を行う。具体的に、ECU30は、冷間始動直後などで、触媒15の実温度または予測温度が活性化温度に達していない時に、触媒15の早期暖機が望まれると判断する。なお、この判断結果がNOの場合(触媒15の早期暖機が望まれていない時)は、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
A control example of the early warm-up of the
Step S1: When this control routine is entered (start), first, it is determined whether or not the operating state is desired for early warm-up of the
ステップS2:上記ステップS1の判断結果がYESの場合は、アクチュエータ31を通電制御してリンク装置32を早期暖機ポジションθzに設定する。これにより、流量調整バルブ17が流路切替孔23を閉じて第2排気スクロール22を全閉に設定するとともに、ウエストゲートバルブ18がバイパス路24を全開にし、排気ガスが第1排気スクロール21とバイパス路24の両方に流れる。
Step S2: If the determination result in Step S1 is YES, the
ステップS3:触媒15の早期暖機が完了したか否かの判断を行う。具体的には、触媒15の実温度または予測温度が活性化温度に達したか否かの判断を行う。このステップS3の判断結果がNOの場合は、触媒15の早期暖機を継続する。また、ステップS3の判断結果がYESの場合は、触媒15の早期暖機を終了して、この制御ルーチンを終了する(エンド)。
即ち、このステップS3の判断結果がYESの場合は、触媒15の早期暖機を終了して、過給圧コントロールを開始する。
Step S3: It is determined whether or not the early warm-up of the
That is, if the determination result in step S3 is YES, the early warm-up of the
(実施例1の効果1)
この実施例1は、触媒15の早期暖機を行う際に、流量調整バルブ17を全閉にしつつ、ウエストゲートバルブ18を全開にして、排気ガスを第1排気スクロール21とバイパス路24の両方へ流す。これにより、触媒15の早期暖機中にバイパス路24がボトルネックとして作用する不具合を回避することができ、排気タービン5の上流側の排気圧力が上昇するのを防ぐことができる。このため、エンジン1のポンピングロスを抑えることができ、車両の燃費向上を図ることができる。
(Effect 1 of Example 1)
In the first embodiment, when the
(実施例1の効果2)
この実施例1は、触媒15の早期暖機を行う際に、流量調整バルブ17を全閉にすることにより、排気ガスの熱が第2排気スクロール22からタービンハウジング5bに伝わるのを防ぐことができる。また、触媒15の早期暖機を行う際は、第1排気スクロール21に排気ガスを流すため、タービンハウジング5b内に排気ガスの吹き溜まりが生じるのを防ぐことができる。その結果、吹き溜まりによって生じる排気ガスの流れの乱れを防ぐことができ、排気ガスの流れの乱れによって排気ガスの熱が排気タービン5に奪われるのを防ぐことができる。
これにより、排気ガスの熱が排気タービン5に奪われるのを極力抑えることが可能になり、高温の排気ガスを触媒15へ導く効果が得られるため、触媒15の暖機時間を短縮できる。
(
In the first embodiment, when the
As a result, it is possible to suppress the exhaust gas heat from being taken away by the
このように、本発明を採用するこの実施例の内燃機関用吸排気装置は、燃費の向上を図りつつ、触媒15の早期活性を実施できる。
In this way, the intake / exhaust device for an internal combustion engine of this embodiment that employs the present invention can implement early activation of the
上記の実施例では、冷間始動直後など触媒15の早期暖機が望まれる際(触媒15の実温度または予測温度が活性化温度に達していない時)に「過給圧コントロール手段」の作動に優先して「触媒暖機手段」を作動させる例を示したが、車両の運転状態がエンジン出力の上昇を優先する場合(アクセル開度の増加など)に、「触媒暖機手段」より「過給圧コントロール手段」を優先するように設けても良い。
In the above embodiment, the “supercharging pressure control means” is activated when early warm-up of the
上記の実施例では、アクチュエータ31の一例として電動モータを駆動源とした電動アクチュエータを用いる例を示したが、ECU30により通電制御可能なアクチュエータ31であれば他の形式(負圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ等)であっても良い。
In the above-described embodiment, an example in which an electric actuator using an electric motor as a drive source is used as an example of the
上記の実施例では、1つのアクチュエータ31によって流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18の両方を開閉駆動する例を示したが、リンク装置32を廃止して、流量調整バルブ17とウエストゲートバルブ18のそれぞに専用アクチュエータを用いても良い。
In the above embodiment, an example in which both the flow
上記の実施例では、触媒15の早期暖機を行う際う際に、ウエストゲートバルブ18を全開にする例を示したが、限定するものではない。具体的に、触媒15の早期暖機を行う際う際は、ウエストゲートバルブ18の開度を全開もしくは全開に近く設定することが好ましいものであり、全開に限定するものではない。より具体的に説明すると、触媒15の早期暖機を行う際う際は、ウエストゲートバルブ18が全開であることが最も好ましく、続いてウエストゲートバルブ18の開度が全開(最大開度)を100%とした場合に90%以上であることが望ましく、80%以上であっても良い。
In the above embodiment, an example in which the
上記の実施例では、圧力フィードバックによりアクチュエータ31を制御する例を示したが、アクチュエータ31の機械的出力値のフィードバックによりアクチュエータ31を制御しても良い。具体的な一例として、目標過給圧からアクチュエータ31の目標作動角を算出し、アクチュエータ位置センサ33によって検出される実作動角が目標作動角に合致するように、ECU30がアクチュエータ31をフィードバック制御しても良い。
In the above embodiment, the example in which the
上記の実施例では、アクチュエータ31をフィードバック制御する例を示したが、アクチュエータ31をフィードフォワード制御(オープン制御)しても良い。具体的な一例として、目標過給圧からアクチュエータ31の目標作動角を算出し、目標作動角に応じた目標通電量を算出し、その目標通電量に応じた電力を電動モータに付与しても良い。
In the above embodiment, the example in which the
2・・・ターボチャージャ 5・・・排気タービン
5a・・タービン羽根車 5b・・タービンハウジング
15・・・触媒
17・・・流量調整バルブ 18・・・ウエストゲートバルブ
21・・・第1排気スクロール 22・・・第2排気スクロール
24・・・バイパス路 30・・・ECU(制御装置)
2 ...
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記排気タービン(5)は、排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車(5a)と、排出された排気ガスを旋回させて前記タービン羽根車(5a)へ吹き付ける独立した第1、第2排気スクロール(21、22)を有するタービンハウジング(5b)と、前記第2排気スクロール(22)の開閉を行う流量調整バルブ(17)と、前記タービン羽根車(5a)の排気上流側の排気ガスを、前記タービン羽根車(5a)を迂回させて、前記触媒(15)の排気上流側へ導くバイパス路(24)の開閉を行うウエストゲートバルブ(18)とを備え、前記第1排気スクロール(21)が常に開かれたものであり、
前記流量調整バルブ(17)および前記ウエストゲートバルブ(18)の開閉制御を行う制御装置(30)は、前記触媒(15)の早期暖機を行う際に、前記流量調整バルブ(17)によって前記第2排気スクロール(22)を閉じるとともに、前記ウエストゲートバルブ(18)によって前記バイパス路(24)を開くことを特徴とする内燃機関用吸排気装置。 In an intake / exhaust device for an internal combustion engine in which an exhaust turbine 5 of a turbocharger (2) is disposed upstream of an exhaust gas of a catalyst (15) for purifying exhaust gas,
The exhaust turbine (5) includes a turbine impeller (5a) that is rotationally driven by exhaust gas, and independent first and second exhaust scrolls that swirl the exhaust gas that is exhausted and spray it onto the turbine impeller (5a). A turbine housing (5b) having (21, 22), a flow rate adjusting valve (17) for opening and closing the second exhaust scroll (22), and exhaust gas on the exhaust upstream side of the turbine impeller (5a), A wastegate valve (18) that opens and closes a bypass passage (24) that bypasses the turbine impeller (5a) and leads to the exhaust upstream side of the catalyst (15), and the first exhaust scroll (21) Is always open,
The control device (30) that performs opening / closing control of the flow rate adjusting valve (17) and the waste gate valve (18) causes the flow rate adjusting valve (17) to perform the warming-up of the catalyst (15). An intake / exhaust device for an internal combustion engine, wherein the second exhaust scroll (22) is closed and the bypass gate (24) is opened by the waste gate valve (18).
前記ターボチャージャ(2)は、前記制御装置(30)により作動制御される1つのアクチュエータ(31)によって前記流量調整バルブ(17)と前記ウエストゲートバルブ(18)を開閉駆動することを特徴とする内燃機関用吸排気装置。 The intake / exhaust device for an internal combustion engine according to claim 1,
The turbocharger (2) is configured to open and close the flow rate adjusting valve (17) and the wastegate valve (18) by one actuator (31) whose operation is controlled by the control device (30). Intake / exhaust device for internal combustion engine.
前記ターボチャージャ(2)は、前記アクチュエータ(31)の出力を変換して前記流量調整バルブ(17)と前記ウエストゲートバルブ(18)の両方を駆動するリンク装置(32)を備え、
このリンク装置(32)には、前記流量調整バルブ(17)を閉弁させつつ、前記ウエストゲートバルブ(18)を全開にする早期暖機ポジション(θz)が設けられることを特徴とする内燃機関用吸排気装置。 The intake / exhaust device for an internal combustion engine according to claim 2,
The turbocharger (2) includes a link device (32) that converts the output of the actuator (31) to drive both the flow rate adjusting valve (17) and the wastegate valve (18).
The link device (32) is provided with an early warm-up position (θz) in which the wastegate valve (18) is fully opened while the flow rate adjusting valve (17) is closed. Intake and exhaust equipment.
前記制御装置(30)は、前記触媒(15)の早期暖機を行う際に、前記流量調整バルブ(17)を全閉にするとともに、前記ウエストゲートバルブ(18)を全開にすることを特徴とする内燃機関用吸排気装置。 The intake / exhaust device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The controller (30) fully closes the flow rate adjustment valve (17) and fully opens the waste gate valve (18) when the catalyst (15) is warmed up early. An intake / exhaust device for an internal combustion engine.
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JP2015019229A JP2016142192A (en) | 2015-02-03 | 2015-02-03 | Intake/exhaust device for internal combustion engine |
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-
2015
- 2015-02-03 JP JP2015019229A patent/JP2016142192A/en active Pending
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CN108087107A (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-29 | 本田技研工业株式会社 | The control device of internal combustion engine |
JP2018084176A (en) * | 2016-11-22 | 2018-05-31 | 本田技研工業株式会社 | Controller of internal combustion engine |
CN108087107B (en) * | 2016-11-22 | 2021-01-26 | 本田技研工业株式会社 | Control device for internal combustion engine |
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