JPS601228Y2 - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、排気タービン式の過給機ヲ備えた内燃機関、
特に過給機のタービンより下流の排気通路に主触媒装置
を介設した過給機付内燃機関に関する。[Detailed description of the invention] This invention is an internal combustion engine equipped with an exhaust turbine type supercharger,
In particular, the present invention relates to a supercharged internal combustion engine in which a main catalyst device is interposed in an exhaust passage downstream of a turbine of a supercharger.

従来より、内燃機関に加圧した空気または混合気を供給
する過給機を備えて、充填効率を向上させ、内燃機関の
出力の向上を図るようにすることは良く知られている。BACKGROUND ART It has been well known to provide an internal combustion engine with a supercharger that supplies pressurized air or air-fuel mixture to improve charging efficiency and improve the output of the internal combustion engine.

（例えは実開昭５〇二１３５８１４号公報参照）そして
上記過給機々して１．排気ガスにより駆動されるタービ
ンおよび１．該ター（ンに連結されたコンプレッサを用
いて内燃機関に供給される空気ま、たは混合気を加圧す
る方式の排気タービン式の過給機も良く知られている。(For example, see Japanese Utility Model Application Publication No. 502135814.) And the above superchargers are 1. a turbine driven by exhaust gas; and 1. Exhaust turbine type superchargers are also well known, in which air or air-fuel mixture supplied to an internal combustion engine is pressurized using a compressor connected to the engine.

しかしな力、メら、この種の排気タービイ式ρ過給機を
備えた内燃機関においては、・タービンの熱容量力伏き
い故に排気ガスがターＶンを通過スる際に排気ガスの熱
が奪われ、タービン通過後の排気ガス温度が低下する。However, in an internal combustion engine equipped with this type of exhaust turbine type ρ supercharger, the heat capacity of the turbine is low, so when the exhaust gas passes through the turbine, the heat of the exhaust gas is The temperature of the exhaust gas after passing through the turbine decreases.

しかし、この排気ガス温度の低下は、タービンより下流
の排気通路に介設して排気ガスの浄化を図るようにした
触媒装置の排気ガス浄化性能を低下させるものであり、
とりわけ内燃機関の温度が低い冷間時、特に機関の始動
直後においては触媒装置自体の温度も低いので触媒装置
の排気ガス浄化が十分達成されず、大気中に有害成分を
排出するという不具合があった。However, this decrease in exhaust gas temperature reduces the exhaust gas purification performance of the catalyst device that is installed in the exhaust passage downstream of the turbine to purify the exhaust gas.
Especially when the temperature of the internal combustion engine is low, especially immediately after starting the engine, the temperature of the catalytic device itself is also low, so the catalytic device does not purify the exhaust gas sufficiently, causing the problem of emitting harmful components into the atmosphere. Ta.

本考案はかかる点に鑑みてなされたもので、排気タービ
ン式の過給機を備えて出力の向上を図る一方、該過給機
の？−ビンより下流の排気通路に主触媒装置を介設して
排気ガス浄化を図るようにした過給機付内燃機関におい
て、この主触媒装置上流の排気通路において機関の冷間
時排気ガスを過給機のタービンより迂回させるバイパス
通路を設けるとともに、該バイパス通路に主触媒装置よ
り小容量、または１．活性下限温度の低いプリ触媒装置
を介設することにより、機関の冷間時には排気ガスを熱
容量の大きいタービンを通過させないで、バイパス通路
に流下させてタービンによる熱の吸収を防ぐとともに、
バイパス通路に介設したプリ触媒装置により接触反応燃
焼せしめて排気ガスを高温とし、もって機関の冷間時に
おいても主触媒装置の排気ガス浄化性能を維持できるよ
うにするものである。The present invention was made in view of this point, and while aiming to improve the output by providing an exhaust turbine type supercharger, the present invention has been developed to improve the output of the supercharger. - In a supercharged internal combustion engine in which a main catalytic device is installed in the exhaust passage downstream of the engine to purify exhaust gas, the engine's cold exhaust gas is purified in the exhaust passage upstream of the main catalytic device. A bypass passage is provided to detour from the feeder turbine, and the bypass passage has a capacity smaller than that of the main catalyst device, or 1. By installing a pre-catalyst device with a low minimum activation temperature, when the engine is cold, the exhaust gas does not pass through the turbine, which has a large heat capacity, but instead flows into the bypass passage, preventing the turbine from absorbing heat.
The pre-catalyst device installed in the bypass passage causes catalytic combustion to raise the exhaust gas to a high temperature, thereby making it possible to maintain the exhaust gas purification performance of the main catalyst device even when the engine is cold.

以下、本考案を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図示の１は内燃機関本体、２は吸気通路３に介設された
コンプレッサ２ａと排気通路４に介設されたタービン２
ｂとからなる排気タービン式の過給機で、コンプレッサ
２ａとタービン２ｂとは軸２ｃで連結されて一体となっ
て回転するものである。In the figure, 1 is an internal combustion engine main body, 2 is a compressor 2a installed in an intake passage 3, and a turbine 2 is installed in an exhaust passage 4.
The compressor 2a and the turbine 2b are connected by a shaft 2c and rotate as a unit.

５は過給機２のタービン２ｂよりも下流の排気通路１に
介設された主触媒装置であって、該主触媒装置５の下流
は大気に開放されている。Reference numeral 5 denotes a main catalyst device installed in the exhaust passage 1 downstream of the turbine 2b of the supercharger 2, and the downstream side of the main catalyst device 5 is open to the atmosphere.

６は過給機２のコンプレッサ２ａよりも下流の吸気通路
３を形成する吸気マニホールド、７は吸気マニホールド
６内に設けられた絞弁である。6 is an intake manifold forming an intake passage 3 downstream of the compressor 2a of the supercharger 2, and 7 is a throttle valve provided in the intake manifold 6.

８は上記主触媒装置５上流の排気通路４において過給機
２のタービン２ｂを迂回するバイパス通路であって、該
バイパス通路８には、主触媒装置５より小容量、または
、活性下限温度の低いプリ触媒装置９が介設されている
。Reference numeral 8 denotes a bypass passage that bypasses the turbine 2b of the supercharger 2 in the exhaust passage 4 upstream of the main catalytic device 5, and the bypass passage 8 has a smaller capacity than the main catalytic device 5, or a gas with a lower activation temperature. A low precatalyst device 9 is provided.

上記バイパス通路８が排気通路４より分岐する分岐部１
０に、ウェストゲート１１に連動して動く制御弁１２が
設けられている。Branch portion 1 where the bypass passage 8 branches from the exhaust passage 4
0 is provided with a control valve 12 that moves in conjunction with the wastegate 11.

該制御弁１２は、上記分岐部１０よりも上流の排気通路
４に対してバイパス通路８と過給機２のタニビン２ｂに
通ずる排気通路４とを選択的に切換え４も：１のである
と同時に、切換え状態を部分的に行い内燃機関本体１か
ら排出される排気ガスの一部をバイ１パス通路８に流し
残りをタービン２ｂに通ずル琲気通路４に流すよう番１
史する機能をも持っている。The control valve 12 selectively switches between the bypass passage 8 and the exhaust passage 4 leading to the exhaust passage 4 of the supercharger 2 with respect to the exhaust passage 4 upstream of the branch portion 10. , the switching state is partially performed so that a part of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine main body 1 is passed through the bypass passage 8, and the rest is passed through the turbine 2b and flows into the bypass passage 4.
It also has the function of history.

・そして上記ウェストゲート１１は、従来より過給・桟
２に備えられているもので、過剰な過給を防止して過給
量を制御すするものである。- The waste gate 11 is conventionally provided on the supercharging crosspiece 2, and is used to prevent excessive supercharging and control the amount of supercharging.

すなわち１．該ウェストゲート１１の一室１１ａには、
コンプレッサ２ａにより加圧きれた絞弁７よりも上流の
吸気マニホールド６内の圧力（過給圧）を通路１３を介
して作用させる一方、他室１１ｂに１（マ１天気開放口
１４を介して大気圧を作用させて、過給機、１２のコン
プレッサ２＾によって加圧される絞弁７：・″よりも上
流の吸気マニホールド６内の過給圧か所：定値より高く
なると、：１該ウエストゲートＩＦに口１ツド１５およ
びリン１６を介して連結された制御弁１２を作動せしめ
て、排気ガスの一部をター１ビン２ｂを迂回する六イパ
ス通路に流すよう：に：な：１され、よってタービン２
ｂに入る排気ガスめ量を制御して、該タービシ２ｂによ
って駆動されるコンプレッサ２ａの回転を制御し、もっ
て過給量′：を制御するものである。That is, 1. In one room 11a of the waste gate 11,
The pressure (supercharging pressure) in the intake manifold 6 upstream of the throttle valve 7, which has been pressurized by the compressor 2a, is applied through the passage 13, while the other chamber 11b is When the supercharging pressure in the intake manifold 6 upstream of the throttle valve 7:. A control valve 12 connected to the waste gate IF via a port 15 and a link 16 is operated to cause a part of the exhaust gas to flow into a six-pass passage that bypasses the turbine 2b. Therefore, turbine 2
By controlling the amount of exhaust gas entering b, the rotation of the compressor 2a driven by the turbine 2b is controlled, thereby controlling the supercharging amount':.

・：□本考案ではさらに、該ウェストゲート１１の他室
１１ｂには、絞弁７よりも下流の吸気マニホールド６の
吸気負圧を作用させる負圧通路１７が、上記大気圧を導
く大気開放口１４に並設されるように連結され、この並
設部には三方電磁弁１８が介設されている。・:□ In the present invention, the other chamber 11b of the wastegate 11 is further provided with a negative pressure passage 17 that acts on the negative intake pressure of the intake manifold 6 downstream of the throttle valve 7, and an atmosphere opening port that introduces the atmospheric pressure. 14, and a three-way solenoid valve 18 is interposed in this juxtaposed portion.

該三方電磁弁１８は、内燃機関本体１を冷却する冷却水
の水温を検知して水温が所定温度以下のとき（すなわち
機関の冷間時）に閉じる水温スイッチ１９の開閉によっ
て作動し、水温スイッチ１９の閉作動時（機関の冷間時
）には負圧通路１７を開くと同時に大気開放口１４を閉
じる一方、水温スイッチ１９の開作動時には大気開放口
１４を開くと同時に負圧通路１７を閉じるように、すな
わちウェストゲート１１の他室１１ｂに対して大気開放
口１４と負圧通路１７とを選択的に切換えるように構成
されている。The three-way solenoid valve 18 is activated by opening and closing a water temperature switch 19 that detects the temperature of the cooling water that cools the internal combustion engine body 1 and closes when the water temperature is below a predetermined temperature (that is, when the engine is cold). When the water temperature switch 19 is closed (when the engine is cold), the negative pressure passage 17 is opened and the atmosphere release port 14 is closed. When the water temperature switch 19 is opened, the atmosphere release port 14 is opened and the negative pressure passage 17 is simultaneously closed. It is configured to close, that is, to selectively switch between the atmosphere opening port 14 and the negative pressure passage 17 with respect to the other chamber 11b of the wastegate 11.

なお、２０はウェストゲート１１の一室１１ａに設けた
ベローズで、２１は他室１１ｂに縮装さ耗たスプリング
である。Note that 20 is a bellows provided in one chamber 11a of the waste gate 11, and 21 is a worn spring that is compressed in the other chamber 11b.

次に、上記実施列の作動について説明すれば、運転始動
時等、冷却水の水温が所定値より低い機関の冷間時には
、水温スイッチ１９が閉じるため、三方電磁弁１虐に電
流が流れ七励磁し、大気開放口１４が閉ざきれるととも
に負圧通路１７が開かれるので、つ某ストゲート１１の
他室１１ｂには絞弁７下流の吸気マニホールド６の吸気
負圧が作用することになる。Next, to explain the operation of the above-mentioned series, when the engine is cold, such as when starting operation, when the temperature of the cooling water is lower than a predetermined value, the water temperature switch 19 closes, so that a current flows through the three-way solenoid valve 1 and 7. The magnet is energized, and the atmosphere opening port 14 is completely closed, and the negative pressure passage 17 is opened, so that the intake negative pressure of the intake manifold 6 downstream of the throttle valve 7 acts on the other chamber 11b of the certain stop gate 11.

一方一室１１ａには絞弁７上流の大気圧が作用する。On the other hand, atmospheric pressure upstream of the throttle valve 7 acts on one chamber 11a.

それにより、ウェストゲート１１に連結された制御弁１
２はＪ図示のようにタービン２ｂに通しる排気通路を閉
じ、内燃機関本体１からめ排気ガスは全てパイパ□ス通
路８に流下する。Thereby, the control valve 1 connected to the wastegate 11
2 closes the exhaust passage leading to the turbine 2b as shown in the figure J, and all exhaust gases from the internal combustion engine main body 1 flow down to the pipe passage 8.

そしてバイパス通路８に介設されたプリ触媒装置９の活
性化により排気ガスは接触反応燃焼されて高温に維持さ
れるめで、主触媒装置５内での排気ガス浄化を効果的に
遠戚することができる。By activating the pre-catalyst device 9 disposed in the bypass passage 8, the exhaust gas is catalytically burned and maintained at a high temperature, thereby effectively purifying the exhaust gas in the main catalyst device 5. I can do it.

なお、プリ触媒装置９はペレット触媒よりモノリス触媒
の方が通しｔいる。It should be noted that the pre-catalyst device 9 uses a monolith catalyst more easily than a pellet catalyst.

： □その後、機関の暖機が進み、□冷却水の水塩が
所定値以上になると、水温スイッチ１９が開き三方電磁
弁１８は消磁され、三方型・磁弁１８は内蔵されたスプ
リング（図示せず）の力により押し戻されて負圧通路１
７を閉じ名と同時に大気開放口１４を開放して、ウェス
トゲ−山１の他室１１ｂに大気開放口１４を介して大気
圧が作用すると、その後は、ウェストゲート本来の機能
が遠戚される。: □Then, as the engine warms up, □When the salt content of the cooling water reaches a predetermined value or more, the water temperature switch 19 opens and the three-way solenoid valve 18 is demagnetized, and the three-way magnetic valve 18 is activated by the built-in spring (Fig. ) is pushed back by the force (not shown) and the negative pressure passage 1
7 is closed and the atmosphere release port 14 is opened at the same time, and atmospheric pressure acts on the other chamber 11b of the wastegate 1 through the atmosphere release port 14. After that, the original function of the wastegate is disabled. .

すなわち、ウェストゲート１１の一室１１ａに、コンプ
レッサ２ａにより加圧された過給圧が作用し、この過給
圧と他室１１ｂに縮装されたスプリング２１のはね力と
が釣り合う位置にウェストゲート１１が作動制御され、
それに伴って該ウェストゲート１１に連結した制御弁１
２が作動する。That is, the supercharging pressure increased by the compressor 2a acts on one chamber 11a of the waste gate 11, and the waste gate 11 is located at a position where this supercharging pressure and the spring force of the spring 21 compressed in the other chamber 11b are balanced. The gate 11 is operated and controlled,
Accordingly, the control valve 1 connected to the waste gate 11
2 is activated.

つまり過給圧がそれ程高くない運転状態時にはスプリン
グ２１のばね力が一室１１ａに導き入れられる過給圧に
まさって、ウェストゲート１１に連結されたロッド１５
を押し、リンク１６を介して制御弁１２はバイパス通路
８を完全にふさぐ状態にあるが、過剰の過給が行われ過
給圧が上昇してくると、それに伴ってウェストゲート１
１内の一室１１ａ内の圧力（過給圧）が他室１１ｂ内の
スプリング２１を押し戻し、制御弁１２はバイパス通路
８を若干開き排気ガスの一部がバイパス通路８を流下す
ることにより、タービン２ｂを通過する排気ガスの量が
少なくなる。In other words, in an operating state where the supercharging pressure is not so high, the spring force of the spring 21 exceeds the supercharging pressure introduced into the chamber 11a, causing the rod 15 connected to the waste gate 11 to
is pressed, and the control valve 12 completely blocks the bypass passage 8 via the link 16, but when excessive supercharging occurs and the supercharging pressure increases, the waste gate 1
The pressure (supercharging pressure) in one chamber 11a in 1 pushes back the spring 21 in the other chamber 11b, and the control valve 12 slightly opens the bypass passage 8 so that a part of the exhaust gas flows down the bypass passage 8. The amount of exhaust gas passing through the turbine 2b is reduced.

その結果タービン２ｂの回転数は低くなり、コンプレッ
サ２ａの過給性能が低下腰もって常に一定の過給を行な
うことができる。As a result, the rotational speed of the turbine 2b becomes low, and the supercharging performance of the compressor 2a decreases, but constant supercharging can always be performed.

なお、以上の実施例では従来から知られている過給量を
制御するウェストゲートを利用した場合について述べた
が、このウェストゲートを利用せずに、すなわち該ウェ
ストゲート用のバイパス通路とは別個に、タービン２ｂ
を迂回するバイパス通路を設け、該バイパス通路にプリ
触媒装置を介設するようにしてもよいのは勿論であるが
、上記の如くウェストゲートを利用する方が、該ウェス
トゲートの装置に簡易な手段を施すことによって本考案
の主旨である冷間時の主触媒装置の排気がス浄化性能を
向上させ得るので、従来から備えられている装置を用い
ることができる点で極めて大きな利点を有するものであ
る。In addition, in the above embodiment, a case was described in which a conventionally known wastegate for controlling the amount of supercharging was used, but the case was described in which the wastegate was not used, that is, it was installed separately from the bypass passage for the wastegate. , turbine 2b
Of course, it is possible to provide a bypass passage that detours around the waste gate and to interpose a pre-catalyst device in the bypass passage, but it is better to use a waste gate as described above because it is easier to use the waste gate device. By applying this method, the purification performance of the main catalyst device during cold conditions, which is the gist of the present invention, can be improved, so it has an extremely large advantage in that conventionally equipped devices can be used. It is.

また、上記実施例においては三方電磁弁１８を作動させ
るために水温スイッチ１９を用いたが、水温を検知する
ものに限らず、機関のチョーク信号、触媒温度、排気温
度等を検知して三方電磁弁１８を制御するものであって
もよい。Further, in the above embodiment, the water temperature switch 19 is used to operate the three-way solenoid valve 18, but the water temperature switch 19 is not limited to detecting the water temperature. It may also be for controlling the valve 18.

以上のように、本考案によれば、主触媒装置を備えた排
気タービン式の過給機付内燃機関において、上記主触媒
装置上流の排気通路において機関の冷間時タービンを迂
回するバイパス通路を形成するとともに、該バイパス通
路にプリ触媒装置を介設したので、機関の冷間時、排気
ガスが過給機のタービンの中を流れないようにして排気
ガスの熱がタービンにより奪われることによる排気ガス
温度の低下を防止することができるとともに、バイパス
する排気ガスをプリ触媒装置により接触反応燃焼させて
排気ガス温度を上昇させることができるので、主触媒装
置内に流入する排気ガスの温度を高く維持することがで
き、よって機関の冷間時であっても良好な排気ガス浄化
性能を保持することができるものである。As described above, according to the present invention, in an exhaust turbine type supercharged internal combustion engine equipped with a main catalyst device, a bypass passage that bypasses the engine cold turbine is provided in the exhaust passage upstream of the main catalyst device. At the same time, a pre-catalyst device is installed in the bypass passage, so when the engine is cold, the exhaust gas does not flow through the turbocharger turbine, and the heat of the exhaust gas is taken away by the turbine. It is possible to prevent the exhaust gas temperature from decreasing, and also to increase the exhaust gas temperature by catalytically combusting the bypassing exhaust gas in the pre-catalyst device, thereby reducing the temperature of the exhaust gas flowing into the main catalyst device. Therefore, good exhaust gas purification performance can be maintained even when the engine is cold.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は本考案の一実施例を示す全体概略構成図である。 １・・・・・・内燃機関本体 ２・・・・・・過給機、
２ａ・・・・・・コンプレッサ、２ｂ・・・・・・ター
ビン、４・・・・・・排気通路、５・・・・・・主触媒
装置 ８・・・・・・バイパス通路、９・・・・・・プ
リ触媒装置、１１・・・・・・ウェストゲート、１２・
・・・・・制御弁、１８・・・・・・三方電磁弁 １９
・・・・・・水温スイッチ。The drawing is an overall schematic diagram showing an embodiment of the present invention. 1...Internal combustion engine body 2...Supercharger,
2a...Compressor, 2b...Turbine, 4...Exhaust passage, 5...Main catalyst device 8...Bypass passage, 9. ...Pre-catalyst device, 11...Wastegate, 12.
... Control valve, 18 ... Three-way solenoid valve 19
...Water temperature switch.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 排気タービン式の過給機を備え、かｐ該過給機のタービ
ンより下流の排気通路に主触媒装置を介設した過給機付
内燃機関において、１起主触媒装置上流の排気通路にお
いて機関の冷間時υＬ気ガスを上記過給機のタービンよ
り迂回さｙ４バイパス通路を設けるとともに、該バイパ
ス通路に主触媒装置より小容量、または、活性下限温度
の低いプリ触媒装置を介設したことを特徴とする過給機
付内燃機関。In an internal combustion engine with a supercharger, which is equipped with an exhaust turbine type supercharger, and in which a main catalyst device is interposed in the exhaust passage downstream of the turbine of the supercharger, the engine A bypass passage is provided to bypass the cold time υL air gas from the turbine of the supercharger, and a pre-catalyst device having a smaller capacity than the main catalyst device or a lower activation limit temperature is interposed in the bypass passage. An internal combustion engine with a supercharger.