(57)【要約】【課題】ターボ過給システムにおいて、排気絞りのために専用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、ＥＧＲ機能を発揮させること。【解決手段】単一のアクチュエータ４２を作動させることによって、通常運転域においては排気通路１６と排気出口通路３０とを連通する一方でウェイストゲート通路２６と排気出口通路３０の連通を遮断する第１の状態（図２（Ａ）参照）と、排気絞り域においては排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０との連通を遮断する第２の状態（図２（Ｂ）参照）と、排気バイパス域においては排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０とを連通する第３の状態（図２（Ｃ）参照）とのいずれか１つの状態に選択的に切り替える。【選択図】図２
2010281302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ、および内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、タービンよりも上流側の排気通路からタービンを迂回するウェイストゲート通路と、排気通路およびウェイストゲート通路が共に接続される排気出口通路とを備えているターボ過給システムであって、
単一のアクチュエータを有し、このアクチュエータを作動させることによって、通常運転域においては前記排気通路と前記排気出口通路とを連通する一方で前記ウェイストゲート通路と前記排気出口通路の連通を遮断する第１の状態と、排気絞り域においては前記排気通路および前記ウェイストゲート通路の両者と前記排気出口通路との連通を遮断する第２の状態と、排気バイパス域においては前記排気通路および前記ウェイストゲート通路の両者と前記排気出口通路とを連通する第３の状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えるための手段を含むことを特徴とするターボ過給システム。
【請求項２】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ、内燃機関の排気通路に設けられたタービン、およびタービンの排気入口部に配設された可変ノズルを有するターボ過給機と、タービンの下流側において排気通路に設けられた排気絞り弁とを備えているターボ過給システムであって、
単一のアクチュエータを有し、このアクチュエータを作動させることによって、通常運転域においては前記排気絞り弁を全開状態とする一方で前記可変ノズルの開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第１の状態と、排気絞り域においては前記可変ノズルを全閉状態とする一方で前記排気絞り弁の開度を全開状態から全閉状態へと移行させる第２の状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えるための手段を含むことを特徴とするターボ過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気絞り機能を備えたターボ過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ターボ過給ディーゼルエンジンでは、排気ガス中のＮОX値のために、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムが使用されている。
【０００３】
現在のＥＧＲシステムでは、ターボ過給機の排気側のタービンより上流側の高圧部から排気ガスを取り出してターボ過給機の吸気側のコンプレッサより下流側に導入する、高圧ＥＧＲシステムが主である。
【０００４】
この高圧ＥＧＲシステムでは、大流量のＥＧＲガスが必要な場合には、流量をコントロールするＥＧＲ弁を全開とすると共に、可変容量型ターボ過給機の可変ノズルを全閉とすることによって、高い排気ガス圧力を得ている。
【０００５】
今後の排気ガス規制強化（たとえば、欧州ＥＵＲＯ６）に対応するため、大流量の排気ガスをより低圧で再循環させることが可能な低圧ＥＧＲが検討されている。
【０００６】
この低圧ＥＧＲシステムは、ターボ過給機の排気側のタービンより下流側の低圧部から排気ガスを取り出してターボ過給機の吸気側のコンプレッサより上流側に導入するものである（たとえば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３３７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記低圧ＥＧＲシステムには、以下の問題点が指摘されている。
【０００９】
低圧ＥＧＲシステムでは、排気ガスの取り出し部がターボ過給機のタービンよりも下流側であるため、可変容量型ターボ過給機の可変ノズルを閉じても、取り出し部の排気ガス圧力を高めることができず、別途、取り出し部より下流側に排気絞り弁を設置する必要が生じる。そのため、上記の排気絞り弁を駆動させるために専用のアクチュエータおよび制御装置が別途必要となっているのが実情である。
【００１０】
本発明は、上記のような技術背景に鑑みてなされたもので、排気絞りのために専用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、ＥＧＲ機能を発揮しうる、ターボ過給システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明を第１の局面から観たターボ過給システムは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ、および内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、タービンよりも上流側の排気通路からタービンを迂回するウェイストゲート通路と、排気通路およびウェイストゲート通路が共に接続される排気出口通路とを備えているターボ過給システムであって、単一のアクチュエータを有し、このアクチュエータを作動させることによって、通常運転域においては前記排気通路と前記排気出口通路とを連通する一方で前記ウェイストゲート通路と前記排気出口通路の連通を遮断する第１の状態と、排気絞り域においては前記排気通路および前記ウェイストゲート通路の両者と前記排気出口通路との連通を遮断する第２の状態と、排気バイパス域においては前記排気通路および前記ウェイストゲート通路の両者と前記排気出口通路とを連通する第３の状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えるための手段を含む。
【００１２】
また、本発明を第２の局面から観たターボ過給システムは、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ、内燃機関の排気通路に設けられたタービン、およびタービンの排気入口部に配設された可変ノズルを有するターボ過給機と、タービンの下流側において排気通路に設けられた排気絞り弁とを備えているターボ過給システムであって、単一のアクチュエータを有し、このアクチュエータを作動させることによって、通常運転域においては前記排気絞り弁を全開状態とする一方で前記可変ノズルの開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第１の状態と、排気絞り域においては前記可変ノズルを全閉状態とする一方で前記排気絞り弁の開度を全開状態から全閉状態へと移行させる第２の状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えるための手段を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気絞り弁用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、ＥＧＲ機能を発揮できる、ターボ過給システムの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるターボ過給システムの全体構成を示す図である。
【図２】排気ガス流路切替機構の構成を簡略化して示す図であって、（Ａ）は通常運転域における状態を示し、（Ｂ）は排気絞り域における状態を示し、（Ｃ）は排気バイパス域における状態を示している。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかるターボ過給システムに適用される排気ガス流路切替機構の構成を示す図である。
【図４】排気ガス流路切替マップの構成を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかるターボ過給システムの構成を示す図である。
【図６】排気ガス流路切替マップの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
[第１の実施の形態]
＜全体構成＞
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるターボ過給システムの全体構成を示す図である。
【００１７】
図１において、参照符号１０は内燃機関であって、この内燃機関１０は、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒１２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１０には、吸気通路１４および排気通路１６が接続されている。
【００１８】
内燃機関１０に接続された吸気通路１４の途中には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボ過給機１８のコンプレッサ２０が配置されている。このコンプレッサ２０よりも下流の吸気通路１４には、吸気と外気とで熱交換を行なうインタークーラ２２が配置されている。
【００１９】
一方、内燃機関１０に接続された排気通路１６の途中には、ターボ過給機１８のタービン２４が配置されている。タービン２４よりも下流の排気通路１６は、タービン２４よりも上流側の排気通路１６からタービン２４を迂回するウェイストゲート通路２６と共に排気ガス流路切替機構２８を介して排気出口通路３０に接続されている。
【００２０】
本ターボ過給システムには、排気通路１６内を流通する排気ガスの一部を低圧で吸気通路１４へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３２が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３２は、低圧ＥＧＲ通路３４および低圧ＥＧＲクーラ３６を備えて構成されている。
【００２１】
低圧ＥＧＲ通路３４は、タービン２４よりも下流側で、かつ排気ガス流路切替機構２８よりも上流側の排気通路１６と、コンプレッサ２０よりも上流側の吸気通路１４とを接続している。この低圧ＥＧＲ通路３４を通って、排気が低圧で内燃機関１０へ送り込まれる。本実施の形態では、低圧ＥＧＲ通路３４を流通して還流される排気を「低圧ＥＧＲガス」と称す。
【００２２】
低圧ＥＧＲクーラ３６は、低圧ＥＧＲ通路３４の途中部に備えられており、当該低圧ＥＧＲクーラ３６を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１０の機関冷却水とで熱交換をして低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００２３】
＜排気ガス流路切替機構＞
図２は排気ガス流路切替機構の構成を簡略化して示す図であって、同図（Ａ）は通常運転域における状態を示し、同図（Ｂ）は排気絞り域における状態を示し、同図（Ｃ）は排気バイパス域における状態を示している。
【００２４】
図２を参照して、排気ガス流路切替機構２８は、排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０との接続部に配置されたスライド式の弁体４０と、この弁体４０に接続された単一のアクチュエータ４２とを含む。このアクチュエータ４２の作動は、通常運転域、排気絞り域および排気バイパス域に応じてＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４４により制御される。
【００２５】
具体的には、通常運転域においては、ＥＣＵ４４は、図２（Ａ）に示すように、単一のアクチュエータ４２のストロークを調整して弁体４０の先端部を排気通路１６とウェイストゲート通路２６との境界に位置させることによって、排気通路１６と排気出口通路３０とを連通する一方でウェイストゲート通路２６と排気出口通路３０の連通を遮断する第１の状態とする。
【００２６】
排気絞り域においては、ＥＣＵ４４は、図２（Ｂ）に示すように、単一のアクチュエータ４２のストロークを伸長して弁体４０を排気通路１６側に向かって移動させることによって、排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０との連通を遮断する第２の状態とする。
【００２７】
排気バイパス域においては、ＥＣＵ４４は、図２（Ｃ）に示すように、単一のアクチュエータ４２のストロークを短縮して弁体４０をウケイストゲート通路２６側に向かって移動させることによって、排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０とを連通する第３の状態とする。
【００２８】
＜作用・効果＞
本ターボ過給システムによると、単一のアクチュエータ４２を作動させることによって、通常運転域においては排気通路１６と排気出口通路３０とを連通する一方でウェイストゲート通路２６と排気出口通路３０の連通を遮断する第１の状態（図２（Ａ）参照）と、排気絞り域においては排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０との連通を遮断する第２の状態（図２（Ｂ）参照）と、排気バイパス域においては排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０とを連通する第３の状態（図２（Ｃ）参照）とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えることができるので、排気絞りおよびウェイストゲートのために専用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、所期のＥＧＲ機能を発揮させることが可能となる。
【００２９】
なお、弁体４０としては、スライド式のものに限らず、２段ポペット弁やロータリ弁が利用可能である。
【００３０】
[第２の実施の形態]
図３は本発明の第２の実施の形態にかかるターボ過給システムに適用される排気ガス流路切替機構の構成を示す図である。
【００３１】
図３を参照して、本実施の形態の特徴は、排気ガス流路切替機構２８が、低圧ＥＧＲ通路３４よりも下流側の排気通路１６に配置された排気絞り弁５０、およびウェイストゲート通路２６に配置されたウェイストゲート弁５２の両者の弁開度を、通常運転域、排気絞り域および排気バイパス域に応じて単一のアクチュエータ４２で調整して排気ガスの流路を切り替えるように構成されている点にあり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
＜動作＞
図４は排気ガス流路切替マップの構成を示す図である。このマップは、ＥＣＵ４４内部のＲＯＭに記憶されている。
【００３３】
通常運転域においては、ＥＣＵ４４は、単一のアクチュエータ４２のストロークを調整することによって、図４において点線で示すように、排気絞り弁５０を全開状態とする一方で、図４において実線で示すように、ウェイストゲート弁５２を全閉状態とする第１の状態とする。その結果、排気通路１６と排気出口通路３０とが連通される一方でウェイストゲート通路２６と排気出口通路３０との連通が遮断されることになる。
【００３４】
排気絞り域においては、ＥＣＵ４４は、単一のアクチュエータ４２のストロークを短縮することによって、図４において実線で示すように、ウェイストゲート弁５２を全閉状態とする一方で、図４において点線で示すように、排気絞り弁５０の開度を全開状態から全閉状態へと移行させる第２の状態とする。その結果、排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０との連通が遮断されることになる。
【００３５】
排気バイパス域においては、ＥＣＵ４４は、単一のアクチュエータ４２のストロークを伸長することによって、図４において点線で示すように、排気絞り弁５０を全開状態とする一方で、図４において実線で示すように、排気絞り弁５０の開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第３の状態とする。その結果、排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０とが連通されることになる。
【００３６】
＜作用・効果＞
本ターボ過給システムによると、単一のアクチュエータ４２を作動させることによって、通常運転域においては排気絞り弁５０を全開状態とする一方でウェイストゲート弁５２を全閉状態とする第１の状態として排気通路１６と排気出口通路３０とが連通する一方でウェイストゲート通路２６と排気出口通路３０との連通が遮断される状態と、排気絞り域においてはウェイストゲート弁５２を全閉状態とする一方で排気絞り弁５０の開度を全開状態から全閉状態に移行させる第２の状態として排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路との連通が遮断される状態と、排気バイパス域においては排気絞り弁５０を全開状態とする一方でウェイストゲート弁５２の開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第３の状態として排気通路１６およびウェイストゲート通路２６の両者と排気出口通路３０とが連通する状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えることができるので、排気絞り弁５０およびウェイストゲート弁５２専用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、所期のＥＧＲ機能を発揮させることが可能となる。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、排気絞り弁５０およびウェイストゲート弁５２は、タービンハウジングと別体であってもよく、一体であってもよい。
【００３８】
[第３の実施の形態]
図５は本発明の第３の実施の形態にかかるターボ過給システムの構成を示す図である。
【００３９】
図５を参照して、本実施の形態は、本発明をタービン２４の排気入口部に可変ノズル６０を有する可変容量型ターボ過給機６２を備えたターボ過給システムに適用したものであって、その特徴は、通常運転域および排気絞り域に応じて、単一のアクチュエータを作動させることによって排気絞り弁５０および可変ノズル６０の両者の開度を調整して排気ガスの流路を切り替える点にあり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
＜動作＞
図６は排気ガス流路切替マップの構成を示す図である。このマップは、ＥＣＵ４４内部のＲＯＭに記憶されている。
【００４１】
通常運転域においては、ＥＣＵ４４は、単一のアクチュエータ４２のストロークを伸長することによって、図６において点線で示すように、排気絞り弁５０を全開状態とする一方で、図６において実線で示すように、可変ノズル６０の開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第１の状態とする。
【００４２】
排気絞り域においては、ＥＣＵ４４は、単一のアクチュエータ４２のストロークを短縮することによって、図６において実線で示すように、可変ノズル６０を全閉状態とする一方で、図６において点線で示すように、排気絞り弁５０の開度を全開状態から全閉状態へと移行させる第２の状態とする。
【００４３】
＜作用・効果＞
本ターボ過給システムによると、単一のアクチュエータ４２を作動させることによって、通常運転域においては排気絞り弁５０を全開状態とする一方で可変ノズルの開度を全閉状態から全開状態へと移行させる第１の状態と、排気絞り域においては可変ノズル６０を全閉状態とする一方で排気絞り弁５０の開度を全開状態から全閉状態へと移行させる第２の状態とのいずれか１つの状態に選択的に切り替えることができるので、排気絞り弁５０専用のアクチュエータおよび制御装置を別途設けることなく、所期のＥＧＲ機能を発揮させることが可能となる。
【００４４】
なお、排気絞り弁５０は、タービンハウジングと別体であってもよく、一体であってもよい。
【００４５】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００４６】
上記実施の形態においては、本発明を低圧ＥＧＲ装置を備えたターボ過給システムに適用した例について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。高圧ＥＧＲ装置を備えたターボ過給システムに本発明を適用しても同様の作用・効果を奏する。
【００４７】
また、上記実施の形態では、本発明をシングルターボのエンジンシステムに適用した例について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。ツインターボや２ステージターボのエンジンシステムに適用してもかまわない。
【００４８】
その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加えうることは勿論である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  内燃機関
１４  吸気通路
１６  排気通路
１８  ターボ過給機
２０  コンプレッサ
２４  タービン
２６  ウェイストゲート通路
２８  排気ガス流路切替機構
３０  排気出口通路
４０  弁体
４２  アクチュエータ
４４  ＥＣＵ
５０  排気絞り弁
５２  ウェイストゲート通路
６０  可変ノズル
６２  可変容量型ターボ過給機
【図１】
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【図２】
2010281302.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010281302.tif 000006
【図５】
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【図６】
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