JP4193400B2 - Engine with exhaust turbine supercharger - 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine equipped with an exhaust turbine supercharger, which can activate the exhaust gas purifying catalyst at a rapid temperature increase at a cold start.
[0002]
[Prior art]
Global environmental problems and resource-saving problems due to automobile exhaust gases have been highlighted worldwide, and there is an urgent need for further improvements in exhaust gas and fuel consumption for automobile engines such as passenger cars.
[0003]
Various measures for improving exhaust gas and fuel efficiency have been studied and implemented, and one of them is to use an exhaust turbine supercharger to reduce fuel consumption by improving performance, and to improve exhaust gas purification. A catalyst is used.
[0004]
For example, in an engine with an exhaust turbine supercharger, the exhaust gas inlet 4 of the turbine housing 3 of the exhaust turbine supercharger 2 is connected to the exhaust manifold 1 of the engine and flows in, as schematically shown in FIG. The exhaust gas is sent to the turbine impeller 6 via the turbine scroll portion 5 and is driven to rotate, the exhaust gas discharged from the exhaust gas outlet portion 7 is discharged to the exhaust gas flow path 8, and the discharged exhaust gas is discharged into the exhaust gas flow. The exhaust gas purification catalyst 9 provided downstream of the passage 8 is passed through and purified, and then discharged into the atmosphere.
[0005]
Further, in order to control the supercharging pressure supplied to the engine, a bypass passage 10 and a waste gate valve 11 for bypassing the exhaust gas are provided between the exhaust gas inlet portion 4 and the exhaust gas outlet portion 7 so that the supercharging pressure is reduced. When the set value is exceeded, the wastegate valve 11 is opened, and a part of the exhaust gas is sent to the exhaust gas passage 8 by bypassing the turbine impeller 6.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an engine with an exhaust turbine supercharger, the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 1 of the engine is turbine housing even during a cold start (low temperature start) of the engine, as in normal operation. 3 is discharged from the exhaust gas flow path 8 through the turbine scroll part 5, the turbine impeller 6 and the exhaust gas outlet part 7, so that the heat of the exhaust gas is generated in each part of the turbine of the exhaust turbine supercharger. When the exhaust gas purification catalyst 9 is stolen, the temperature drop is large, the activation of the catalyst is delayed, and there is a problem that the exhaust gas cannot be purified until the catalyst is activated.
[0007]
Therefore, in order to accelerate the temperature rise of the exhaust gas purification catalyst 9 at such a cold start, it is conceivable to open the waste gate valve 11 and lead the exhaust gas directly to the exhaust gas flow path 8, but the waste gate valve 11 is provided. Since the bypass flow path 10 is narrow, a sufficient flow rate of the exhaust gas cannot be ensured, and there is much exhaust gas flowing in the turbine housing 3, so that the catalyst cannot be activated in a short time.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and intends to provide an engine with an exhaust turbine supercharger that can be activated by stopping the temperature increase of the exhaust gas purification catalyst at the time of cold start. Is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems of the prior art, an engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1 of the present invention includes an exhaust gas purification catalyst downstream of an exhaust gas passage of the exhaust turbine supercharger, and a bypass. An engine having a wastegate valve in a flow path, provided with a valve that can be opened and closed at a turbine outlet of the exhaust turbine supercharger, closing the valve when the engine is cold started, and opening the wastegate valve. A control device is provided for controlling the exhaust gas purification catalyst to be heated by the exhaust gas from the bypass flow path. The valve and the wastegate valve are each provided with an actuator, and the valve actuator is a negative of an intake manifold of the engine. The valve is closed using pressure, and the waist Actuator Tobarubu is a negative pressure in the intake manifold of the engine Let the negative pressure pipe act on one side of the actuator The wastegate valve Open And the engine The positive pressure supercharged is applied to the other side of the actuator through a positive pressure pipe. The waste gate valve is configured to open.
[0010]
According to the engine with an exhaust turbine supercharger, the exhaust gas purifying catalyst is provided downstream of the exhaust gas passage of the exhaust turbine supercharger, and the waste gate valve is provided in the bypass passage. A valve that can be opened and closed is provided at the turbine outlet of the turbine supercharger, and the valve is closed when the engine is cold started, and the wastegate purification catalyst is heated by the exhaust gas from the bypass passage by opening the waste gate valve. A control device for controlling the valve and the wastegate valve, each of which includes an actuator, and the valve actuator controls the negative pressure of the intake manifold of the engine. Let the negative pressure pipe act on one side of the actuator The wastegate valve Open And the engine The positive pressure supercharged is applied to the other side of the actuator through a positive pressure pipe. The waste gate valve is configured to open. When the engine is cold started, the valve provided at the turbine outlet is closed, and the waste gate valve is opened to direct exhaust gas directly from the bypass flow path to the exhaust gas purification catalyst. The exhaust gas can be purified by heating with a small exhaust gas and activating the catalyst in a short time.
In addition, the negative and positive pressures of the intake manifold can be used to operate the valves and wastegate valves reliably and efficiently. The cold start state, the non-cold start state, and the supercharging pressure exceed the set values. It is possible to switch between the three states in the case of
Furthermore, an engine with an exhaust turbine supercharger according to a second aspect of the present invention has the above-described configuration according to the first aspect. In addition, the engine of the engine is connected to the actuator of the valve and the actuator of the wastegate valve via a negative pressure three-way valve. The suction side of the intake manifold Said Connected by negative pressure piping, the engine through the control valve to the actuator of the wastegate valve The positive pressure side to be supercharged The negative pressure three-way valve is connected by a positive pressure pipe, and the negative pressure three-way valve is in a state where the negative pressure of the intake manifold of the engine acts on the actuator of the valve and the actuator of the waste gate valve and in a state where the negative pressure pipe is opened to the atmosphere And the control valve is capable of adjusting a positive pressure acting on an actuator of the wastegate valve.
Also in the engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 2 of the present invention, the valve provided at the turbine outlet is closed at the cold start of the engine, the wastegate valve is opened, and the exhaust gas purification catalyst is directly supplied from the bypass passage. It is possible to purify the exhaust gas by heating the exhaust gas with a small temperature drop and activating the catalyst in a short time.
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the first or second aspect, the control device may include the actuator of the valve and the wastegate at a cold start of the engine. Negative pressure is applied to each valve actuator. Except during cold start, the negative pressure pipe is opened to the atmosphere. If the supercharging pressure exceeds the set value, the positive pressure of the positive pressure pipe is adjusted. It is characterized by performing control.
Also in the engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 3 of the present invention, the valve provided at the turbine outlet is closed at the cold start of the engine, the wastegate valve is opened, and the exhaust gas purification catalyst is directly supplied from the bypass passage. It is possible to purify the exhaust gas by heating the exhaust gas with a small temperature drop and activating the catalyst in a short time.
[0011]
Further, the claims of the present invention 4 The engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1 to 3 In addition to the configuration described above, the bypass flow path in which the waste gate valve is provided is configured to connect the exhaust gas inlet to the exhaust turbine supercharger and the exhaust gas purification catalyst in the shortest distance. It is.
[0012]
According to this engine with an exhaust turbine supercharger, the bypass flow path provided with the waste gate valve is configured to connect the exhaust gas inlet to the exhaust turbine supercharger and the exhaust gas purification catalyst in the shortest distance. Therefore, the bypass flow path for guiding the exhaust gas to the catalyst is minimized to suppress the temperature drop of the exhaust gas as much as possible, and the catalyst can be activated in a shorter time.
[0013]
Further claims of the invention 5 An engine with an exhaust turbine supercharger as claimed in claim Any one of 1-4 In addition to the configuration described above, the waste gate valve is configured not to interfere with the exhaust gas flowing through the bypass passage at the fully open position at the cold start.
[0014]
According to this engine with an exhaust turbine supercharger, the wastegate valve is configured not to interfere with the exhaust gas flowing through the bypass passage at the fully open position at the time of cold start. By adopting a wastegate valve configuration such as the arrangement of the oscillating shaft and increasing the valve opening, the temperature drop of the exhaust gas is suppressed as much as possible so as not to collide with the exhaust gas. Can be activated.
[0015]
Further, the claims of the present invention 6 The engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1, 5 In addition to the configuration described in any one of the above, the control device is configured to fully open the waste gate valve at a cold start and control to an intermediate opening when adjusting a supercharging pressure.
[0016]
According to this engine with an exhaust turbine supercharger, the control device is configured such that the waste gate valve is fully opened at a cold start and is controlled to an intermediate opening degree at the time of supercharging pressure adjustment. The waste gate valve is fully opened at a cold start. As a result, the temperature drop due to the collision of exhaust gas is suppressed, and the wastegate valve is also used for catalyst activation at cold start by controlling with the control device so that part of the exhaust gas is bypassed when adjusting the original supercharging pressure. ing.
[0017]
Further claims of the invention 7 The engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1, 6 In addition to the configuration described in any one of the above, the valve provided at the turbine outlet is configured by integrally forming the valve body and the stem, and forming the mounting groove portion of the stem in the turbine housing and incorporating the stem into the turbine housing. It is characterized by that.
[0018]
According to the engine with the exhaust turbine supercharger, the valve provided at the turbine outlet is configured by integrally forming the valve body and the stem, and forming the mounting groove portion of the stem in the turbine housing. For example, the valve body and stem of the butterfly valve are integrated and incorporated into the turbine housing using the mounting groove, thereby reducing the number of parts and reducing the size and size.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 relate to an embodiment of an engine with an exhaust turbine supercharger according to the present invention, FIG. 1 (a) is a partially enlarged sectional view of an exhaust system, FIG. 1 (b) is a front view of a valve portion, FIG. 2 is a schematic configuration diagram according to an example of a control system at a cold start.
[0020]
As shown in FIG. 1, the engine 20 with the exhaust turbine supercharger includes an exhaust turbine supercharger 22, and controls the supercharging pressure by the wastegate valve 33 and the control device 50 and purifies the exhaust gas with the exhaust gas. The basic structure to be purified by the catalyst 31 is the same as that of the engine shown in FIG.
[0021]
In this engine 20 with an exhaust turbine supercharger, an exhaust gas inlet portion 24 of a turbine housing 23 of the exhaust turbine supercharger 22 is connected to an exhaust manifold 21 of the engine, and the inflowing exhaust gas is passed through a turbine scroll portion 25. A compressor impeller 28 that is sent to the turbine impeller 26 and rotated and driven coaxially with the turbine shaft 27 is used to supercharge intake air to the engine.
[0022]
The exhaust gas that has driven the turbine impeller 26 is discharged from the exhaust gas outlet 29 of the turbine housing 23 to the exhaust gas passage 30 and passes through the exhaust gas purification catalyst 31 provided downstream of the exhaust gas passage 30. After being purified, it is discharged into the atmosphere.
[0023]
Further, in order to control the supercharging pressure supplied to the engine, a bypass flow that bypasses the exhaust gas between the exhaust gas inlet portion 24 and the exhaust gas outlet portion 29 of the turbine housing 23 and leads directly to the exhaust gas passage 30. A waste gate valve 33 that opens and closes the passage 32 and the bypass passage 32 is provided. When the supercharging pressure exceeds a set value, the waste gate valve 33 is opened and a part of the exhaust gas is exhausted by bypassing the turbine impeller 26. By sending to the gas flow path 30, the output of the turbine is suppressed and the supercharging pressure is set to a set value.
[0024]
In addition to this basic configuration, in the engine 20 with the exhaust turbine supercharger, a valve 34 is provided at the exhaust gas outlet portion 29 of the turbine housing 23 in order to accelerate the activation of the exhaust gas purification catalyst 31 at the cold start. Yes, the exhaust gas outlet 29 can be sealed.
[0025]
The valve 34 is constituted by, for example, a butterfly valve. As shown in FIG. 1B, stems 36 protrude from both ends in the radial direction of a disk-shaped valve body 35 and are integrally provided by welding or the like. It is mounted (so-called fooling) through a mounting groove portion 37 corresponding to the stem 36 formed on the shaft 23 and is rotatably supported. An operation shaft 38 is connected to one stem 36 from the outside and operated. It can be opened and closed by an actuator 40 via a lever 39. The turbine housing 23 in which the valve 34 is provided is formed with a stepped seal surface 41 so that the valve 34 can be sealed, and the stem 36 comes into contact with the seal surface 41 when the valve body 35 is closed. A sealing surface 41 is formed by steps in opposite directions with respect to the center.
[0026]
In addition to the case where the stems 36 are provided at both ends of the valve main body 35, the valve 34 may be provided with a stem only at one end, and a separate part such as welding may be attached, or it may be integrally manufactured by casting or the like. You may make it do.
[0027]
The valve 34 is fully closed by the actuator 40 when the engine is cold-started, and is otherwise fully opened. As the actuator 40, for example, a negative pressure actuator is used, and intake negative at the time of engine start is used. Using the pressure, the valve 34 is opened, and otherwise, the valve 34 is opened to the atmosphere and the valve 34 is closed.
[0028]
Further, in the engine 20 with the exhaust turbine supercharger, the exhaust gas to the turbine housing 23 is stopped by closing the valve 34 at the cold start of the engine, and the waste gate valve 33 of the bypass passage 32 is opened to directly exhaust the exhaust gas. The exhaust gas is sent to the exhaust gas purification catalyst 31 via the exhaust gas flow path 30, and the catalyst is activated in a short time by suppressing the temperature drop of the exhaust gas on the way.
[0029]
For this reason, the operating shaft 43 is connected from the outside to the swing shaft 42 of the swing check valve constituting the waste gate valve 33 and can be opened and closed by the actuator 45 via the operating lever 44. A pressure / positive pressure actuator is used, and the waste gate valve 33 is fully opened using the intake negative pressure at the start of the engine. Otherwise, the waste gate valve 33 is opened at an intermediate opening using the positive pressure during supercharging. Operate to
[0030]
As a control device 50 for controlling the actuator 40 of the valve 34 and the actuator 45 of the wastegate valve 33, an engine control unit (ECU) 51 is used as shown in FIG. The actuators 40 and 45 are connected to the intake manifold (not shown) of the engine via a negative pressure pipe 53 so that negative pressure can be used. The positive pressure side of the actuator 45 is also connected to the positive pressure of the intake manifold of the engine. Are connected by a positive pressure pipe 55 via an electromagnetic control valve (DSV) 54.
[0031]
Therefore, in the engine 20 with the exhaust turbine supercharger, when the engine is cold started, the negative pressure three-way valve 52 is driven by the drive signal from the engine control unit 51 so that the actuators 40 and 45 are connected via the negative pressure pipe 53. The negative pressure generated in the intake manifold acts so that the valve 34 is closed to prevent the exhaust gas from flowing through the turbine housing 23, and the wastegate valve 33 of the bypass passage 32 is opened to directly exhaust the exhaust gas. The exhaust gas is sent to the exhaust gas purification catalyst 31 via the exhaust gas passage 30.
[0032]
As a result, the catalyst can be activated in a short time while suppressing the temperature drop of the exhaust gas on the way, and the exhaust gas can be purified even during a cold start.
[0033]
On the other hand, in order to perform supercharging by the exhaust turbine supercharger 22 except during a cold start, the negative pressure three-way valve 52 is driven by a drive signal from the engine control unit 51 and connected to the respective actuators 40 and 45. The negative pressure pipe 53 is opened to the atmosphere, the valve 34 is fully opened so that the exhaust gas flows through the turbine housing 23, and the wastegate valve 33 of the bypass flow path 32 is fully closed.
[0034]
When the supercharging pressure exceeds the set value, the positive pressure of the intake manifold is applied to the positive pressure pipe 55 connected to the actuator 45, and an electromagnetic control valve (DSV) is driven by a drive signal from the engine control unit 51. 54 is adjusted to adjust the positive pressure, and the wastegate valve 33 is opened to bypass a part of the exhaust gas to the bypass passage 32, thereby suppressing the turbine output and adjusting the supercharging pressure.
[0035]
It is to be noted that the temperature of the exhaust gas purification catalyst has risen and that the catalyst has been activated is detected by a temperature sensor or the like. To do.
[0036]
According to such an engine 20 with an exhaust turbine supercharger, when the engine is cold started, the valve 34 provided at the exhaust gas outlet 29 is closed, and the wastegate valve 33 is opened to exhaust the exhaust gas directly from the bypass passage 32. The exhaust gas can be purified by heating to the gas purifying catalyst 31 and heating the exhaust gas with a small temperature drop in a short time to activate the catalyst.
[0037]
In addition, in the engine 20 with the exhaust turbine supercharger, in order to suppress the temperature drop of the exhaust gas at the cold start, it is preferable that the pipe diameter of the bypass passage 32 is large and the pipe length is short. As a result, the bypass passage 33 is thicker than the conventional passage so as to connect the exhaust gas inlet 24 to the exhaust turbine supercharger 32 and the exhaust gas purification catalyst 31 in the shortest distance. In addition, the piping length is short as an oblique flow path rather than a direction perpendicular to the turbine housing 23, and the exhaust gas flows smoothly. Further, by providing the notch 32a at the outlet portion of the bypass flow path 32, the exhaust gas can flow more smoothly, thereby further suppressing the temperature drop.
[0038]
Further, in the engine 20 with the exhaust turbine supercharger, the flange 24a of the exhaust gas inlet portion 24 of the turbine housing 23 is generated due to the bypass passage 32 being an oblique passage rather than a direction perpendicular to the turbine housing 23. And the flange 21a of the exhaust manifold 21 of the engine is also substantially perpendicular to the bypass flow path 32, so that the exhaust gas inlet 24 and the exhaust gas are The purification catalyst 31 is connected to the shortest flow path.
[0039]
Further, in this engine 20 with the exhaust turbine supercharger, the diameter of the valve port is reduced so that the wastegate valve 33 provided in the bypass passage 32 does not interfere with the exhaust gas flowing at the cold start so as to suppress the temperature drop. The swinging shaft 42 of the swing check valve is arranged on the side that can be parallel to the channel at a small angle when the waste gate valve 33 is fully opened outside the oblique bypass channel 32.
[0040]
That is, in the illustrated example, as shown in FIG. 1 (a), the bypass flow path 32 is inclined from the upper right to the lower left, and the waste gate valve 33 opens and closes the valve ports on the upper and lower straight lines. The swinging shaft 42 is disposed above 32 and is swung about 60 degrees to be fully opened, so that it can be retracted so as not to collide with the exhaust gas parallel to or behind the bypass flow path 32. (Note that the upper, lower, left, and right directions here are irrelevant to the actual direction of the engine and are on the paper, and are determined for the sake of explanation).
[0041]
The full opening angle of the waste gate valve 33 is set to an angle that does not interfere (collision) with the exhaust gas flowing through the bypass flow path 32, and at the cold start, the exhaust gas temperature is reduced by suppressing the exhaust gas from being fully opened. .
[0042]
When adjusting the original supercharging pressure, it is sufficient that a part of the exhaust gas can be bypassed, and problems such as a temperature drop due to interference with the valve do not occur.
[0043]
An exhaust turbine supercharger in which the bypass passage 32 provided with such a waste gate valve 33 is configured with an oblique passage so as to connect the exhaust gas inlet 24 of the turbine housing 23 and the exhaust gas purification catalyst 31 in the shortest distance. According to the engine 20, the exhaust gas at the time of cold start can be guided to the exhaust gas purification catalyst 31 through the short and thick bypass passage 32, and the activation of the catalyst can be activated in a shorter time by suppressing the temperature drop of the exhaust gas as much as possible. Can be planned.
[0044]
Further, the exhaust gate is configured such that the waste gate valve 33 is disposed outside so that the waste gate valve 33 does not interfere with the exhaust gas flowing through the bypass passage 32 in the fully open position at the time of cold start, and the opening degree of the valve is increased. According to the supercharger-equipped engine 20, the wastegate valve 33 and the exhaust gas can be prevented from colliding with each other, the temperature drop of the exhaust gas can be suppressed as much as possible, and the catalyst can be activated in a shorter time. .
[0045]
And, according to the engine 20 with the exhaust turbine supercharger in which the configuration of the bypass flow path 32 and the configuration of the waste gate valve 33 are all combined, the exhaust gas inlet portion 34 of the turbine housing 23 of the exhaust turbine supercharger 22 is used. The temperature drop of the exhaust gas between the gas and the exhaust gas outlet 29 can be suppressed to about 40 ° C., for example, as shown by the solid line in FIG.
[0046]
In the conventional engine, since the exhaust gas passes through the turbine scroll portion of the turbine housing and reaches the exhaust gas outlet, the temperature drop of the exhaust gas is about 175 ° C., for example, as indicated by the broken line in FIG. It can be seen that it takes a long time to activate the catalyst.
[0047]
In the above embodiment, the valve provided at the exhaust gas outlet is configured as a butterfly valve. However, the present invention is not limited thereto, and may be configured as a valve having an oblique sealing surface such as a gate valve or another type of valve. good.
[0048]
In addition, although the actuator for operating the valve and wastegate valve is configured with a diaphragm type that uses negative pressure or positive pressure generated in the intake manifold, it is not limited to this, and pneumatic type or other fluid pressure using compressed air is used. It may be an operation type, or may be a motor type or an electromagnetic type electric type.
[0049]
【The invention's effect】
As described above in detail with reference to the embodiment, according to the engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1 of the present invention, the exhaust gas purification catalyst is disposed downstream of the exhaust gas passage of the exhaust turbine supercharger. An engine having a wastegate valve in a bypass flow path, wherein a valve that can be opened and closed is provided at a turbine outlet of the exhaust turbine supercharger, the valve is closed at a cold start of the engine, and the waist A control device is provided for controlling the exhaust gas purification catalyst to be heated by the exhaust gas from the bypass flow path by opening the gate valve, and the valve and the waste gate valve are each provided with an actuator, and the valve actuator is the engine The negative pressure of the intake manifold Let the negative pressure pipe act on one side of the actuator Open the wastegate valve and the engine The positive pressure supercharged is applied to the other side of the actuator through a positive pressure pipe. Since the wastegate valve is configured to open, the valve provided at the turbine outlet is closed when the engine is cold started, and the wastegate valve is opened to guide exhaust gas directly from the bypass flow path to the exhaust gas purification catalyst. The exhaust gas can be purified by heating the exhaust gas with a small drop and activating the catalyst in a short time.
In addition, the negative and positive pressures of the intake manifold can be used to operate the valves and wastegate valves reliably and efficiently. The cold start state, the non-cold start state, and the supercharging pressure exceed the set values. The three states can be switched.
Further, in the engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 2 or 3 of the present invention, the valve provided at the turbine outlet is closed at the time of cold start of the engine, the wastegate valve is opened, and the exhaust gas is directly discharged from the bypass passage. The exhaust gas can be led to the exhaust gas purification catalyst, and the exhaust gas can be purified by heating the exhaust gas with a small temperature drop to activate the catalyst in a short time.
[0050]
Further, the claims of the present invention 4 According to the described engine with an exhaust turbine supercharger, the bypass flow path provided with the wastegate valve is configured to connect the exhaust gas inlet to the exhaust turbine supercharger and the exhaust gas purification catalyst in the shortest distance. Therefore, the bypass flow path for guiding the exhaust gas to the catalyst can be minimized to suppress the temperature drop of the exhaust gas as much as possible, and the catalyst can be activated in a shorter time.
[0051]
Further claims of the invention 5 According to the described engine with an exhaust turbine supercharger, the wastegate valve is configured not to interfere with the exhaust gas flowing through the bypass passage at the fully open position at the cold start. By adopting a wastegate valve configuration such as the arrangement of the valve swing shaft and increasing the valve opening, the temperature drop of the exhaust gas is suppressed as much as possible without colliding with the exhaust gas. The catalyst can be activated.
[0052]
Further, the claims of the present invention 6 According to the described engine with an exhaust turbine supercharger, the control device is configured such that the waste gate valve is fully opened at a cold start and is controlled to an intermediate opening degree at a boost pressure adjustment. Is fully open to suppress the temperature drop due to the collision of exhaust gas, and the wastegate valve is also used for catalyst activation at cold start by controlling with the control device so that part of the exhaust gas is bypassed when adjusting the original supercharging pressure be able to.
[0053]
Further claims of the invention 7 According to the described engine with an exhaust turbine supercharger, the valve provided at the turbine outlet is configured such that the valve body and the stem are integrally formed, and the mounting groove portion of the stem is formed in the turbine housing and is incorporated in the turbine housing. Therefore, for example, by integrating the valve body and stem of the butterfly valve into the turbine housing using the mounting groove, the number of parts can be reduced and the size and size can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of an engine with an exhaust turbine supercharger according to the present invention, in which (a) is a partially enlarged sectional view of an exhaust system and FIG. 1 (b) is a front view of a valve portion.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram according to an example of a control system at a cold start according to an embodiment of the engine with an exhaust turbine supercharger of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a temperature drop of exhaust gas according to an embodiment of an engine with an exhaust turbine supercharger of the present invention in comparison with a conventional engine.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a conventional exhaust turbine supercharger engine.
[Explanation of symbols]
20 Engine with exhaust turbine supercharger
21 Exhaust manifold
22 Exhaust turbine supercharger
23 Turbine housing
24 Exhaust gas inlet (exhaust gas inlet)
25 Turbine scroll part
26 Turbine impeller
27 Turbine shaft
28 Compressor impeller
29 Exhaust gas outlet (exhaust gas outlet)
30 Exhaust gas flow path
31 Exhaust gas purification catalyst
32 Bypass channel
33 Wastegate valve
34 Valve
35 Valve body
36 stem
37 Groove for mounting
40 Actuator
45 Actuator
50 Control device
51 ECU
52 negative pressure three-way valve
54 Electromagnetic control valve
55 Positive pressure piping

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。An engine having an exhaust gas purifying catalyst downstream of an exhaust gas flow path of an exhaust turbine supercharger and a wastegate valve in a bypass flow path, which can be opened and closed at a turbine outlet of the exhaust turbine supercharger Providing a control device for closing the valve at a cold start of the engine and controlling the exhaust gas purification catalyst to be heated by the exhaust gas from the bypass flow path by opening the waste gate valve;
The valve and the wastegate valve are each provided with an actuator,
The valve actuator is configured to close the valve using the negative pressure of the intake manifold of the engine,
The actuator of the waste gate valve causes the negative pressure of the intake manifold of the engine to act on one side of the actuator through a negative pressure pipe to open the waste gate valve, and positive pressure supplied to the engine is positive. An engine with an exhaust turbine supercharger , wherein the waste gate valve is configured to open on the other side of the actuator by pressure piping . 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。Via the negative pressure three-way valve to the actuator of the wastegate valve and actuator of the valve connecting the suction side of the intake manifold of the engine in the negative pressure pipe,
A positive pressure side that is supercharged and supplied to the engine via a control valve is connected to the actuator of the waste gate valve by the positive pressure pipe,
The negative pressure three-way valve can be switched between a state where the negative pressure of the intake manifold of the engine acts on the actuator of the valve and the actuator of the waste gate valve, and a state where the negative pressure pipe is opened to the atmosphere.
The engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1, wherein the control valve is capable of adjusting a positive pressure acting on an actuator of the waste gate valve. 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。The control device causes negative pressure to act on the actuator of the valve and the actuator of the wastegate valve at a cold start of the engine,
Except during cold start, open the negative pressure pipe to the atmosphere,
The engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1 or 2, wherein when the supercharging pressure exceeds a set value, control is performed to adjust the positive pressure of the positive pressure pipe. 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。4. The bypass flow path in which the waste gate valve is provided is configured to connect the exhaust gas inlet to the exhaust turbine supercharger and the exhaust gas purification catalyst in the shortest distance. An engine with an exhaust turbine supercharger according to claim 1. 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。The engine with an exhaust turbine supercharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the waste gate valve is configured not to interfere with exhaust gas flowing through the bypass passage at a fully open position at a cold start. . 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。  6. The exhaust turbine supercharging according to claim 1, wherein the control device is configured to fully open the waste gate valve at a cold start and control to an intermediate opening when adjusting a supercharging pressure. Engine with a machine. 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。The valve provided at the turbine outlet includes a valve body and a stem which are integrally formed, and a groove for mounting the stem is formed in the turbine housing and is incorporated in the turbine housing. The engine with an exhaust turbine supercharger according to any one of 1 to 6.
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