(57)【要約】      （修正有）【課題】有害物質の放出を最低限に抑えると同時に、排気ガスのエネルギーを最適な方法で使用すること。【解決手段】ターボチャージャ１用の連結装置は、燃焼モータ２の排気ガスパイプとターボチャージャの排気ガス供給通路の間の連結管路を備える。ターボチャージャ１は、排気ガスを触媒１０に供給するための触媒管路に連結される排気ガス用の放出パイプを有する。切換え装置１７は、排気ガスを直接触媒に又は間接的にターボチャージャを介して選択的に供給できるように連結管路に連結されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼モータの排気ガスをターボチャージャに供給する供給通路手段、及び前記ターボチャージャ手段を駆動させた後で前記排気ガスを放出する放出通路手段を含むターボチャージャと、
前記排気ガスを前記供給通路手段に供給するために前記供給通路手段に連結する連結管路手段と、
周囲空気に放出される排気ガスを受けて浄化する触媒手段と、
浄化される前記排気ガスを前記触媒手段に供給する触媒管路手段と、
前記排気ガスを前記触媒手段及び前記ターボチャージャの少なくとも一方に選択的に案内する、前記連結管路手段と前記触媒管路手段の間の切換え手段と、
を備える連結装置。
【請求項２】
前記連結管路手段及び前記触媒管路手段を相互連結する相互連結管路手段であって、前記切換え手段が前記連結管路手段と前記相互連結管路手段の交点にある相互連結管路手段をさらに備える請求項１に記載の連結装置。
【請求項３】
前記切換え手段が弁手段を備える請求項１に記載の連結装置。
【請求項４】
前記弁手段がフラップ弁を備える請求項３に記載の連結装置。
【請求項５】
前記ターボチャージャが可変形状の案内格子を備え、前記切換え手段が前記案内格子を閉じる手段を備える請求項１に記載の連結装置。
【請求項６】
前記切換え手段が全開位置、全閉位置のみを有するタイプのものであり、連絡を完全に自由に前記ターボチャージャ及び前記触媒手段の一方に選択的に設定する請求項１に記載の連結装置。
【請求項７】
前記触媒手段が主触媒及び一連の前置触媒を備える請求項１に記載の連結装置。
【請求項８】
前記一連の前置触媒が、前記主要触媒より、短い時間で温まる小さい質量を有する請求項７に記載の連結装置。
【請求項９】
燃焼モータの排気ガスをターボチャージャに供給する供給通路手段、及び前記ターボチャージャ手段を駆動させた後で前記排気ガスを放出する放出通路手段を含むターボチャージャと、
前記排気ガスを前記供給通路手段に供給するために前記供給通路手段に連結する連結管路手段と、
周囲空気に放出される排気ガスを受けて浄化する触媒手段と、
浄化される前記排気ガスを前記触媒手段に供給する触媒管路手段と、
前記排気ガスを前記触媒手段及び前記ターボチャージャの少なくとも一方に選択的に案内する、前記連結管路手段と前記触媒管路手段の間の切換え手段と、
前記切換え手段を制御する自動制御手段と、
を備える連結装置。
【請求項１０】
前記自動制御手段が少なくとも１つの温度センサを備える請求項９に記載の連結装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの温度センサが前記触媒手段の範囲内に配置される請求項１０に記載の連結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼モータすなわち燃焼発動機の排気ガスをターボチャージャに供給する少なくとも１つの供給通路、及びターボチャージャを駆動した後で排気ガスを放出する少なくとも１つの放出通路を含むターボチャージャを備える連結装置に関する。少なくとも１つの触媒が放出通路と連絡している。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの連結装置は、例えばＣＡ−１，２７０，１２０などいくつかの文書で知られている。こうした装置に使用されるターボチャージャは、米国特許第４，１７９，２４７号、米国特許第４，７８０，０５４号、或いは米国特許第５，１４６，７５２号など様々な書面で知られている。これらの場合はすべて、燃焼機関の排気ガスマニホルドが、一般に螺旋状のターボチャージャの供給通路への入口を形成する供給パイプに直接連結されている。したがって、ターボチャージャは排気ガスを受け取ってあらゆる動作状態でそのエネルギーを使用する。
【０００３】
確かに、一方では燃焼モータにターボチャージャを設けて、その効率を高め、排気ガスのエネルギーの少なくとも一部を使用できるようにすることは有利である。他方、放出に関する今日の厳しい規制は、少なくとも１つの触媒を使用して排気ガスの有害性物質を浄化することを要求している。しかしこうした触媒は、ある高温に達したときにのみ最適な効率を達成する。
【特許文献１】米国特許第４，１７９，２４７号
【特許文献２】米国特許第４，７８０，０５４号
【特許文献３】米国特許第５，１４６，７５２号
【特許文献４】ＣＡ−１，２７０，１２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の目的は、有害物質の放出を最低限に抑えると同時に、排気ガスのエネルギーを最適な方法で使用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、本発明によれば、燃焼モータの放出マニホルドとターボチャージャの排気ガス供給通路の間に配置されている連結管路に連結される切換え装置によって達成される。この切換え装置は、排気ガスを、少なくとも１つの触媒、又はターボチャージャのいずれかに選択的に案内するように構成されている。
【０００６】
このような方法で、ユーザはまず、ターボチャージャ内のその熱容量の一部を放出することなく排気ガスが直接触媒に案内されるように切換え装置を切り換えることができる。
しかし、ユーザが切換え装置を切り替えるように操作する必要なく、自動的に制御が行われるように自動制御を提供することが有利である。
【０００７】
この制御装置は、本発明の範囲内では、ある一定時間の動作の後、すなわち、ある一定時間車で移動した後、触媒からターボチャージャに自動的に切り替えるタイマを有するタイミング制御ユニットすなわち装置でよい。代替方法として、ギアボックスすなわち変速装置（例えば高速に達したとき）、タコメータ、又は例えば油圧を測定するための圧力センサによって切換えを行うことができる。しかし、自動制御ユニットすなわち装置が少なくとも１つの温度センサを備えていると好ましい。この温度センサは、変速装置で油温を測定することができ、しかし触媒の領域内に配置されていることが好ましい。それは温度が最も重要なのがこの部分だからである。このように、最適な触媒動作に関する要件が最適なやり方で満たされる。
【０００８】
当然、切換え装置は、例えば触媒の温度が高くなるにつれてより多くの排気ガスをターボチャージャに案内する「アナログ式」切換えタイプのものでもよい。しかし切換え装置が「デジタル」タイプのもので、全開位置及び全閉位置のみを有しており（中間位置がない）、連絡を完全に自由に前記ターボチャージャ及び前記触媒手段の一方に選択的に設定すると好ましい。
【０００９】
すでに上述したように、触媒がその最適な効率に到達するのは相対的に遅く、すなわち、適切に加熱した後でしか到達しない。そういう訳で、本発明によれば排気ガスが直接そこに導かれる。しかしその一方で、その効果は非常に限られている。本発明によれば、触媒ユニットが主触媒、及び一連の前置触媒（ｐｒｅｐｏｓｅｄ  ｓｅｒｉｅｓ  ｃａｔａｌｙｓｔ）を備えているので、これを未然に防ぐことができる。この一般的な概念は、廃棄ゲートすなわちウエィストゲート（ｗａｓｔｅ  ｇａｔｅ）に適用することもでき、したがって、効果は小さいがそれ自体で発明的であることに注意されたい。一連の前置触媒は、燃焼モータを触媒に連結する管路の中にあるが、燃焼モータのより近くにあるため、加熱するべき熱がほぼ完全に得られる。したがって一連の前置触媒は、後置の主触媒より速くその使用温度に達する。この効果は、一連の前置触媒の質量が主触媒より小さく、主触媒より短時間で加熱した場合により一層高められる。
【００１０】
本発明の詳細は、図面の唯一の図に示すブロック略図の以下の説明からあきらかである。
【発明の実施の形態】
【００１１】
示した図は、例えば米国特許第４，７８０，０５４号で知られているタイプのターボチャージャ１を示している。このターボチャージャの構造の詳細はこの文書で得ることはできるが、このターボチャージャ１の構造の詳細は本発明には重要ではなく、当技術分野で知られているどんなタイプのものでも良い。
【００１２】
ターボチャージャ１は、燃焼モータすなわち発動機２と連絡して、放出パイプ又はマニホルド３を介して放出されるその排気ガスのエネルギーを使用して、空気管路４を介してそれ自体知られているやり方で（例えばキャブレータやインジェクタを介して）モータ２に送出される給気（右の矢印を参照）を圧縮する。排気管から排気ガスを得るために、ターボチャージャ１は、パイプの一部３’を介して放出パイプ３に連結されている供給パイプ５を備え、したがって得られた排気ガスをほぼ螺旋状の供給通路６を通ってタービンロータ７に供給することができる。タービンロータ７の羽根を出た排気ガスは、排気口又は放出パイプ８を通って、触媒１０、次いで排出パイプ１１に通じる放出管路９に流れる。
【００１３】
ターボチャージャ１は、ロータ７に入ることが可能な排気ガスの量を調節するために可変幾何学形状の案内格子（ｇｕｉｄｉｎｇ  ｇｒｉｄ）を備えていることが好ましい。このために、それ自体知られている作動装置１２が設けられており、これによって、調整軸１４の周りで案内羽根を回転させることによってロータ７の周囲に配置されて案内格子を形成している案内羽根１３の位置を調整することができる。このようにして、案内羽根が、ほぼ半径方向位置からほぼ接線位置にロータ７を基準にして回転する。接線位置では、排気ガスがモータ２からまったく又はほとんどこのロータ７に到達することができないように、羽根が実質的にロータを囲み、閉じる。作動装置１２は、それ自体既知のやり方で、米国特許第４，７８０，０５４号に記載されているやり方で形成することができる調整装置１５と協働するが、当技術分野で知られている何らかの構成及び構造を有することができる。
【００１４】
触媒をその最適な使用温度まで迅速に加熱するために、本発明に従って、ターボチャージャ１を迂回し、放出パイプ３と連絡するバイパス管路１６が設けられる。フラップ弁又はバタフライ弁、あるいは他の切換え弁１７は、放出パイプ３をパイプの一部３’及び供給パイプ５に連結する実線で示す位置を想定することができる。したがって、ターボチャージャ１は、この位置で排気ガスを燃焼モータ２から受け取る。しかし、点線で示すフラップ１７の位置では、パイプの一部３’を閉じ、放出パイプ３をバイパス管路１６に連結して、したがって、燃焼モータ２からの排気ガスは、その熱容量をまだ十分に保ちながら触媒１０に案内されるようになる。前の触媒すなわち一連の前置触媒２２（単に点線で示す）が燃焼モータ２を触媒装置１０及び２２と直接相互に連結する管路１６内にある場合に有利である。この一連の前置触媒２２は（有利には）質量が主触媒１０より小さく、その質量が小さいことによってより迅速に温まる。さらにこれは、実質的に著しい損失なくモータ熱を得る場所（すなわち直接連絡する管路１６）に配置される。したがって一連の触媒２２は、開始後の移行期間の間に触媒１０の仕事の少なくとも一部を引き継ぐことができるようになり、非常に速い段階で有害物質の放出を低減する。
【００１５】
一連の触媒２２は、本実施形態では管路１６に組み込まれているものとして示されている。しかし、例えば開始（触媒１０の加熱時）後一定の期間、又は開始直後の第１の期間の間、すなわち一連の触媒２２が迅速にその動作温度になることができるように排気ガス（及び管路）がまだ温まっていないとき、一連の触媒２２を避けて回避し、排気ガスを選択的に直接触媒１０に供給するために、フラップ１７に相当する追加の弁又はフラップを設けることが有利であることがある。次いでこの弁又はフラップを、一連の触媒２２の前、又はその入口にある追加の温度センサ、あるいは（システムの加熱特性、及びしたがってその所要時間がわかっている場合に）タイマによって制御することができる。
【００１６】
一連の触媒２２をより迅速にその動作温度にするためには、主触媒１０より小さいこと、特に際立って小さいことが好ましい。好ましくは、触媒１０の加熱すべき質量の最高で９０％だけ有するべきであるが、さらには最高で７５％、特に約５０％であることが好ましい。一連の触媒２２のさらに小さい構造も考えられるが、浄化効果が低下するためにほとんど意味をなさない。確かに、複数の一連の触媒を管路１６内の主触媒１０より前に、大きいものが主触媒１０の近くに、小さいものがモータ２の近くになるようにサイズをずらして配置することもできる。
【００１７】
フラップ１７を備える上記の構造とは別に、又はそれに加えて、以下のような構造にすることができる。多くの場合ターボチャージャ１が可変幾何学形状の案内格子を備えているので、フラップ１７の代わりに、又はフラップに加えてこの案内格子を使用して放出パイプ３からタービンロータ７への排気ガスの経路を閉じることができる。よりよく理解するために、以下のことを説明する。
【００１８】
案内羽根１３の角位置は、すでに説明したように、一般に、例えば圧縮機圧力など、ライン１８を介して供給される圧力によって付勢される感圧膜（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ）を有する作動装置１２によって制御される。触媒１０が冷たいときに案内羽根１３が閉（接線）位置となるようにするために、主触媒１０の近くに便利に温度センサ１９を設けることが有利である。次いでこの温度センサ１９の出力信号が（マイクロ）プロセッサμに供給される。温度センサ１９の代わりにプロセッサμを例えばタイマに結合して、所定の時間の間に排気ガスが確実に逸れてバイパス管路１６を通るようにすることができる。
【００１９】
プロセッサμの出力は、点線で示すようにフラップ１７に及び／又は最終制御段すなわちステージ２０に結合される。最終制御ステージ２０は、一方では（流体、機械、又は電気）入力信号をライン１８から受け取るが、一方ではライン１８の信号のタイプとは独立して、案内格子及び羽根１３を接線位置、すなわち閉位置に移動させるようにしてプロセッサμによって制御することができる。これは、ライン２１及びプロセッサμからの入力信号がライン１８の信号に優先することを意味する。
【００２０】
装置２０、２１によって閉じることができるフラップ１７及び案内格子の場合のどちらも、変位がどのようにして行われるかという疑問が生じる。特に、触媒１０の温度が上昇するにつれてフラップ（及び／又は案内格子）がパイプの一部３’及びロータ７への経路を徐々に開いていくということが考えられる。しかしこれには、触媒を加熱するためにより長い期間が必要となる。そういう訳で、急に切換えを行い、したがってある意味で「デジタル式」（完全に開く又は完全に閉じる）に行うことが好ましい。例えばフラップは、フラップ（又は弁）を一方の位置又はもう一方の位置に保持する偏向バネ（ｔｉｌｔｉｎｇ  ｓｐｒｉｎｇ）（オメガバネ（ｏｍｅｇａ  ｓｐｒｉｎｇ）など）を備えることができる。最終制御ステージ２０の構造はアナログ式でもよい。
【００２１】
記載した実施形態では、プロセッサμの１つの入力のみがセンサ（１９）に結合されている。しかし、いくつかのセンサ入力を設け、例えばファジー制御又はニューロン（ｎｅｕｒｏｎａｌ）ネットワークなど特に適応できる方法でそれらの信号を組み合わせることが可能である。同様に、管路９又は排気パイプ１１にセンサ１９を配置することが考えられる。
【００２２】
例えば、最終制御ステージ２０は、示した実施形態ではプロセッサμから分離するなど、本発明の範囲内で多数の変更が可能である。これは、最後にではないが、通常管路４からの圧力信号が感圧膜を有する作動装置１２に空気管路すなわちライン１８を介して供給されるという理由のためである。しかし、ライン１８は、電圧信号を制御ステージ２０に供給し、そこから作動装置１２に行く電線路でもよい。この後者の場合、最終制御ステージ２０をプロセッサμと結合することができる。
【００２３】
さらに、触媒１０のより迅速な加熱を引き起こすために、バイパス管路１６にある加熱装置をセンサ１９により制御させることが考えられる。フラップ及び／又は案内格子１３をバイパス管路１６に、又はそれからパイプの一部３’に手動で切り替えるよう車の運転者に知らせるために、センサ１９が信号のみをディスプレイや蛍光表示装置（ｌｕｍｉｎｏｕｓ  ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）など特に可視の表示装置又は視覚化装置に供給する他の変形が可能である。こうした場合、自動制御は提供されない。
【００２４】
他の変更は、排気ガスの一部の特に多い方だけをバイパス管路１６を介して、しかしもう一方の部分をターボチャージャ１を介して燃焼モータ２から導くということにある。この方法では、始動直後でも一定の圧縮を維持することができ、この圧縮の圧力、したがって例えばライン１８に導かれる信号は、閉鎖装置が弁又はフラップ１７及び／又は案内格子１３によって形成されるかどうかに関係なく、それぞれの閉鎖装置が一部分のみ閉じるように制御するためにプロセッサμに供給される。この制御は、上述したように、始動時間（朝、冬など）、圧力、及び温度、また必要であれば選択速度又は選択ギア、及び他の値などを入力値として組み合わせることができるファジー論理制御又はニューロンネットワークでよい。
【００２５】
圧縮機の構造もまた、本発明の範囲内で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の連結装置の一実施例の回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ターボチャージャ                    ２  燃焼モータ
３  放出パイプ（排気管路）              ３’  パイプの一部
４  空気路                              ５  供給パイプ
６  供給通路                            ７  タービンロータ
８  排気口又は放出パイプ                ９  放出管路
１０  触媒                              １１  排出パイプ
１２  作動装置                          １３  案内羽根
１４  調整軸                            １５  調整装置
１６  バイパス管路
１７  フラップ弁又はバタフライ弁、あるいは他の切換え弁
１８、２１  ライン                      １９  温度センサ
２０  最終制御ステージ                  ２２  一連の前置触媒
【図１】
2004162699.tif 000003