JPS6325318A

JPS6325318A - 圧力波過給機及びラムダ・ゾンデを備えた内燃機関

Info

Publication number: JPS6325318A
Application number: JP62168938A
Authority: JP
Inventors: アンドレアス・マイヤー
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1986-07-08
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1988-02-02
Also published as: DE3767056D1; EP0252316A1; ATE59432T1; US4798049A; EP0252316B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は・、圧力波過給機によって過給される内燃機関
であって、主に、機関と圧力波過給機ト排気ガス粒子フ
ィルターとスロットルバルブと始動弁とを備えている形
式のものに関する。

従来の技術内燃機関の排気ガス特性を改良するためには、もっばら
排気ガス粒子フィルターが設けられている。このような
排気ガス粒子フィルターの主な課題は、環境を汚染する
すす粒子を掴まえることである。また、このような排気
ガス粒子フィルターに関する最も新しい提案によれば、
排気ガス粒子フィルターのフィルター通路を触媒方式に
よって被覆し、これによって、燃焼によって生じる別の
有害物質を中和しようとしている。このようなフィルタ
ーによれば、掴まえたすす粒子が時間が経過するに従っ
てフィルターを詰まらせることは明らかである。これに
よって排気ガス流の流れ抵抗は著しく上昇し、ひいては
、内燃機関の効率を低下させる原因となる。

これに対する対抗措置としては、フィルター温度を長時
間又は短時間上昇させることによって、フィルターに付
着したすすを燃焼させて取り除こうとするものがある。

しかしながらこのようにすすを燃焼させるためには、フ
ィルターに付着したすすが燃焼する間、排気ガスが確実
に、十分な酸素を含んでいるようにしなければならない
。

基本的に、このためには常に、一方では排気ガス粒子フ
ィルターを再生させる目的で排気ガス温度及びひいては
フィルター温度を高めるために、排気ガスを機関の燃焼
空気内に再循環させ、他方では、最小限必要な、若しく
は最適な所望の酸素濃度が得られるように保証する必要
がある。

排気ガス粒子フィルターを再生させる際に酸素濃度を調
節するために、及び、そのためにスロットルバルブを制
御するために、機関と排気ガス粒子フィルターとの間に
、酸素上ンサとして「ラムダ・ゾンデ」が組み込まれる
。このラムダ・ゾンデの測定信号は内燃機関の調整シス
テムに送られ、この調整システムが、適当な形式で新気
供給及び／又は燃料量に影響を及ぼすようになっている
。

空気の酸素濃度に対する、内燃機関の排気ガス内の酸素
濃度を測定するための、ＺｎＯ２・セラミックを有する
「ラムダ・ゾンデ」は、例えハ、ハンスーマルチン　ヴ
イーデンマンその他（Ｈａｎｓ　−Ｍａｒｔｉｎ　　Ｗ
ｉｅｄｅｎｍａｎｎ　ｅｔ　ａｌ、　）による、「正規
組成及び希薄空燃比のだめの加熱されたジルコニア酸素
センサ」、ＳＡＥ論文８４０１４１、ＳＡＥ会議、デト
ロイト、２月〜６月１９８４年、により公知である。

原則的には、排気ガス内の酸素・部分圧は排気ガスの圧
力によって変化する。内燃機関の排気がスンステム内の
排気ガスの圧力は、一定ではなく、排気ガス粒子フィル
ターの目詰まりの程度及び機関回転数に応じて変化する
。過給式の内燃機関においては、排気ガスシステム内の
圧力変化はさらに大きい。何故ならば、前記の影響、つ
まり、排気ガス粒子フィルターの目詰まり、機関回転数
の影響に、さらに、そのつどの過給程度が加えられるか
らである。

このことは、過給式内燃機関の回路系に関連して、ラム
ダ・ゾンデが、高圧・排気ガス流内に組み込まれている
場合に、この高圧・排気ガス流内で形成される圧力が許
容できない程度の大きさの妨害圧力になることを意味す
る。何故ならば、ラムダ・ゾンデのアウトレット信号は
圧力に基づいており、排気ガスシステム内の排気ガスの
圧力は全体で空気圧の数倍程度変動するからである。こ
のような条件のもとでは、排気ガスシステムの壁部に直
接ねじ込まれた公知のラムダ・ゾンデによる、排気ガス
内の酸素濃度％の測定は、必要な所望の結果をもたらさ
ないことは明らかである。これに対する手段を講じよう
とすれば、圧力修正装置が必要であるか、又は、ラムダ
・ゾンデを排気ガスシステムのバイパス部分流路内に組
み込む必要がある。

このような手段は、有利には排気ガス粒子フィルターの
手前に設けられる。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、ラムダ・ゾンデの測定信号に作用する排
気ガス圧力の影響を取シ除くことのできる圧力修正は、
圧力センサ及び電子計算器を用いることを前提としてい
る。排気ガスシステム内に設けられる圧力センサは、高
い耐腐食性を有していなければならないので、このよう
な解決策は費用が高価である。

別の手段、つまり、ラムダ・ゾンデを排気ガスシステム
のバイパス部分流路内に組み込むことも、この手段を回
路系に正しく組み込むことに関して及びこのために必要
な各部材に関して、費用の高価な解決策である。

問題点を解決するだめの手段前記問題点を解決した本発明によれば、ラムダ・ゾンデ
が、低圧排気ガス導管内に組み込まれており、このラム
ダ・ゾンデの測定信号が、コンピュータユニットを介し
てスロットルバルブ及び／又は始動弁に影響を与えるよ
うになっている。

効果ラムダ・ゾンデを本発明のように低圧排気ガス導管内に
配置したことによる利点は、低圧排気ガスの全体流内で
ラムダ・ゾンデの、より迅速な応答時間が得られるとい
う点にある。何故ならば、この低圧排気ガスの全体流内
には、バイパス部分流におけるよりも多量の低圧排気ガ
スが流れるからである。また、低圧排気ガスの全体流内
では圧力の変動がないので、低圧排気ガスの全体流内に
圧力修正装置を設ける必要はない。

実施列次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１図に示した回路系は、機関１と圧力波過給機２と排
気ガス粒子フィルター３とを有している。圧力波過給機
２へ通じる吸気導管１１１内には、調整モータ５によっ
て調整されるスロットルバルブ４が配置されている。機
関１へ通じる新気供給路２２２内には、自動過給空気弁
若しくは始動弁６が配置されている。排気ガス粒子フィ
ルター３は、高圧排気ガス導管３３３、つ−１り、機関
１と圧力波過給機２との間に組み込まれている。低圧排
気ガス導管４４４内ではラムダ・ゾンデ７が作用する。

このラムダ・ゾンデ７は、可能な掃気流から離れて、有
利には、低圧ガス・流出通路２６（第２図参照）の開放
範囲に設けられている。ラムダ・ゾンデ７は、圧力波過
給機２内で過給作業が行なわれた後の排気ガスの酸素濃
度を検出する。従って、酸素濃度の測定は一定の圧力比
のもとで行なわれる。

圧力波過給機２によって過給される内燃機関においては
、技術者は酸素濃度を低圧排気ガス導管４４４内では測
定しない。何故ならば、低圧排気ガスは掃気と混合され
ており、従って、測定きれたλは、高圧排気ガス導管３
３３の実際の空気余剰量とは一致しないからである。従
って、ラムダ・ゾンデ７は、圧力波過給機２の掃気率が
２ηｓｐ≦０であるか、若しくは排気ガス再循環がＲＺ
　＞　０である時のみ、低圧排気ガス導管４４４の全体
流内で働く。こうして、圧力波過給機２の通常運転範囲
で、低圧ゾーン内の掃気作用にもかかわらず、低圧排気
ガス導管４４４の全体流内にラムダ・ゾンデ７を組み込
むことが可能である。何故ならば、スロットルバルブ４
の制御範囲内で、ηＳＰは常に零より小であるか、若し
くは再循環が常に零より犬だからである。圧力波過給機
で過給される内燃機関の回路内で、ラムダ・ゾンデ７を
低圧排気ガス導管４４４の全体流内に配置できる可能性
は、排気ガスが付加的な掃気と混合されないこと、つま
シ、機関排気ガスの酸素濃度が変化しないことを前提と
している。これはまた前述のように、スロットルバルブ
４の制＃範囲内で常に行なわれる。低圧排気ガス導管４
４４の全体流内でラムダ・ゾンデ７によって測定された
、例えば、固体電解による酸素の分散を利用して得られ
る酸素濃度は、コンピュータユニット８のだめの測定信
号９を生せしめる。すると、相応の調整情報がスロット
ルバルブ４及び／又は始動弁６に作用する。回路系に排
気ガスのろ過装置が配置されていなければ、ラムダ・ゾ
ンデ７はＮＯｘ−値を減少させるために利用される。排
気ガスシステムを有するラムダ・ゾンデ７の接続部に熱
伝導性の悪い材料を使用することによって、排気ガス温
度の変化がラムダ・ゾンデ７の測定信号９に及ぼす影響
を少なくすることができるという付加的な利点が得られ
る。

このことは、例よりも、排気ガス内の酸素濃度の高い内
燃機関、特にディーゼル機関において大きな意味がある
。

第２図では、ガスダイナミック式の圧力波装置内部の有
利な１実施例が示されている。

このような形式の圧力波装置の基本的構造、及び、その
正確な構造は、同一出願人によるスイス国Ｔ　（ＣＨ−
Ｔ　）　１２３１４３号明細書又はスイス国特許第３７
８５９５号明細書に開示されている。第２図によれば、
この圧力波装置は、セルの半分の高さにおける、ロータ
の円筒形区分、及び、ロータに隣接する、ケーシングの
側壁部分の展開図として示されている。説明を簡単にす
るために、この圧力波装置はワンサイクル装置として示
されており、これは、ガスケーシング２２及び空気ケー
シング２３が、ロータ２１に向けられた側で、各１つの
高圧開口及び低圧開口を備えていることによって示され
ている。システム全体の作用を一目で説明するために、
作業媒体の流れ方向及び圧力波装置の回転方向は矢印で
示されている。

図示されていない内燃機関の熱い排気ガスは、高圧ガス
・流入通路２４を通って、軸方向に真すぐに延びる、両
側の開放したセル２５を備えたロータ２１内に侵入し、
このロータ２１内で膨張し、次いで低圧ガス・流出通路
２６を通つて排気口（図示せず）から排出される。空気
側からは吸込まれた雰囲気圧にある新気は、低圧空気・
侵入通路２７を介して軸方向でロータ２１内に侵入し、
このロータ２１内で圧縮され、過給空気として、高圧空
気・排出通路２９を通ってさらに過給空気冷却装置を通
って機関に供給される。

本発明の対象とはなっていない、非常に複雑なガスダイ
ナミック式の本来の圧力波発生プロセスは、前記スイス
国Ｔ　（ＣＨ−Ｔ　）　１２３１４３号明細書に記載さ
れている。以下に、本発明を理解するために必要なプロ
セスを簡単に説明する。複数のセル２５より成るセルの
帯は、ロータ２１の円筒形区分を展開したものである。

このセルの帯は、ロータ２１が矢印方向に回転すると、
右方向に移動する。圧力波はロータ２１内を走り、主に
、ガスの満たされた室と空気の満たされた室とを形成す
るように作用する。

ガスの満たされた室内では、排気ガスは圧力が低下され
て低圧ガス・流出通路２６内に侵入し、空気の鷹たされ
た室内では、吸込まれた新気の一部が圧縮されて、高圧
・空気排出通路２８内に送られる。残りの新気はロータ
によって低圧ガス・流出通路２６内に掃気され、これに
よって排気ガスは完全に排出される。この掃気は圧力波
プロセスのために重要であって、どんなことがあっても
一定に維持されなければならない。

いずれにしても、ロータ２１内に排気ガスが残って次の
サイクルで過給空気と一緒に機関に供給されないように
しなければならない。

それぞれの機械構造及び運転条件に応じて、所定量の排
気ガスの再循環が行なわれる。これ　ｌは、環境保護の
ために望まれている。これは、ガスの所定の一部が空気
側に侵入して、閉鎖縁２９の範囲で高圧・排出通路２８
内に掃気されることによって行なわれる。この関係は、
空気とガスとの間の境界３０を表わした原理図で示され
ている。この境界３０は、厳密に規定されているもので
はなく、比較的幅の広い混合ゾーンである。このような
形式で排気ガスによって負荷された過給空気は排気ガス
温度を所望に高めるように作用する。

第１図に詳細が述べられているように、ラムダ・ゾンデ
の位置に応じて掃気の一部が変化すると、混合は、実際
のλよりも大きい値として測定される。これは例えば、
ラムダ・ゾンデが、低圧・ガス流出通路２６の閉鎖縁３
１の範囲にある時である。従って、ラムダ・ゾンデγは
、低圧ガス・流出通路２６の開放縁３２の範囲、つまシ
、すべての条件において純粋な排気ガス流が支配する箇
所に配置されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧力波過給機によって過給される内燃機関の
、ラムダ・ゾンデの組み込まれた回路系の概略図、第２
図は、圧力波過給機のロータの概略的な展開図である。１・・・機関、２・・・圧力波過給機、３・・・排気ガ
ス粒子フィルター、４・・・スロットルバルブ、５・・
・調整モータ、６・・・始動弁、７・・・ラムダ・ゾン
デ、８・・・コンピュータユニット、９・・・測定信号
、２１・・・ロータ、２２・・・ガスケーシング、２３
・・・空気ケーシング、２４・・・高圧ガス・流入通路
、２５・・・セル、２６・・・低圧ガス・流出通路、２
７・・・低圧空気・侵入通路、２８・・・高圧空気・排
出通路、２９・・・閉鎖縁、３０・・・境界、３１・・
・閉鎖縁、３２・・・開放縁、１１１・・・吸気導管、
２２２・・・新気供給路、３３３・・・高圧排気ガス導
管、４４４・・・低圧排気ガス導管１・・・機関１１２２・・・圧力波過給機３・・・排気ガス粒子フィルター４・・・スロットルパルプ６・・・始動弁 γ・・・ラムダ・ゾンデ４４４・・・低圧排気ガス導管　　　８・・・コンビエ
ータユニット９・・・−１定宿号Ｆｉｇ、１

Claims

【特許請求の範囲】１、圧力波過給機によつて過給される内燃機関であつて
、主に、機関（１）と圧力波過給機（２）と排気ガス粒
子フィルター（３）とスロットルバルブ（４）と始動弁
（６）とを備えている形式のものにおいて、低圧排気ガ
ス導管（４４４）内にラムダ・ゾンデ（７）が組み込ま
れており、このラムダ・ゾンデ（７）の測定信号（９）
が、コンピュータユニット（８）を介してスロットルバ
ルブ（４）及び／又は始動弁（６）に影響を与えること
を特徴とする、圧力波過給機及びラムダ・ゾンデを備え
た内燃機関。２、前記ラムダ・ゾンデ（７）が、低圧排気ガス導管（
４４４）内を流れる排気ガスの全体流を測定する、特許
請求の範囲第１項記載の内燃機関。３、ラムダ・ゾンデ（７）が、低圧ガス・流出通路（２
６）の開放範囲に配置されている、特許請求の範囲第２
項記載の内燃機関。