(57)【要約】【課題】可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズルの可動機構部の部分に堆積した粒子状物質を燃焼除去して、可変ノズルの固着を防止できる可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路３の排気マニホールド２から可変ノズル型ターボチャージャー４のタービンハウジング４ｄの入口部４ｄまでの間に、排気ガス中の未燃燃料を燃焼させることができる点火源８を設けて構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の排気マニホールドから可変ノズル型ターボチャージャーのタービンハウジングの入口部までの間に、排気ガス中の未燃燃料を燃焼させることができる点火源を設けたことを特徴とする可変ノズル型ターボタージャーを備えた内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の排気通路の排気マニホールドから可変ノズル型ターボチャージャーのタービンハウジングの入口部までの間に、排気ガス中の未燃燃料を燃焼させることができる点火源を設けた可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関において、排気ガス中の粒子状物質の付着による可変ノズルの固着防止のために、所定の時期において内燃機関の燃料噴射制御により排気ガス中に残留する未燃燃料を増加し、該未燃燃料を前記点火源により燃焼させ、該燃焼により可変ノズルの周囲部分に固着した粒子状物質を燃焼除去することを特徴とする可変ノズルの固着防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等に適用される可変ノズル型ターボエンジンを備えた内燃機関に関し、より詳細には、可変ノズル型ターボエンジンの可変ノズルの固着を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等に使用されている可変ノズル型ターボエンジンでは、従来のターボチャージャーでは固定されていたノズル（ベーン）を可動及び可変として、排気タービンの内部に形成された流路の有効面積を変化できるように構成されており、高負荷・高回転の排気ガス流量が多くなる場合には、有効面積が大きくなるように、また、低負荷・低回転のの排気ガス流量が少なくなる場合には、有効面積が小さくなるように制御して、全運転領域で最適な方向と速度で排気ガスをタービン翼に当てることができる。そのため、従来のターボチャージャーより優れた応答性と高い効率が得られる。
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、パティキュレート・マター（ＰＭ）と呼ばれる炭素を主成分とする粒子状物質が含まれており、この粒子状物質が可変ノズル（ベーン）の可変機構部や可変ノズルと通路壁面との間等に付着して、可変ノズルを固着し、可変ノズルの円滑な動作を阻害したり、動作不可能にしたりする。
【０００４】
この対策の一つとして、可変ノズルのスティック異常の発生を防止するための可変ノズル型ターボチャージャーの内燃機関の制御装置が提案されており、この制御装置では、内燃機関が所定の運転状態にある場合に可変ノズルを開閉する強制開閉手段と、更に、この強制開閉に伴う回転変動を回避するために、空気量及び燃料噴射量を増減させる供給量増減手段を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、他の対策として、可変ノズルベーンの自由端面に、空気を吐出可能な空気吐出孔を設けて、可変ノズルベーンの自由端面と、これに対面する通路壁との隙間にスラッジが付着するのを防止する排気絞り用可変ノズルベーン付きターボチャージャーが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６５８４６号公報　（第２頁、第３頁）
【特許文献２】
特開平１１−３５０９６７号公報　（第３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この強制開閉手段と供給量増減手段を備えた内燃機関においては、可変ノズルの強制開閉のタイミングの把握と、回転変動の回避とのために複雑な制御が必要になる上に、可変ノズルの固着の直接の原因となっている粒子状物質の堆積に対する対策が無いため、十分な効果を奏することができないという問題がある。
【０００８】
また、可変ノズルベーンの自由端面に空気吐出孔を設けた排気絞り用可変ノズルベーン付きターボチャージャーでは、構造が複雑となる上に、可変ノズルベーンの支持部側における粒子状物質の付着及び固着を防止することができないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズルの可動機構部の部分に堆積した粒子状物質を燃焼除去して、可変ノズルの固着を防止できる可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関を提供することにある。
【００１０】
更なる本発明の目的は、上記の可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関において、可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズルに付着した粒子状物質を燃焼除去して、可変ノズルの固着を防止できる可変ノズルの固着防止方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関は、内燃機関の排気通路の排気マニホールドから可変ノズル型ターボチャージャーのタービンハウジングの入口部までの間に、排気ガス中の未燃燃料を燃焼させることができる点火源を設けて構成される。
【００１２】
この熱線等の点火源により、内燃機関の燃料噴射量の増加等で排気ガス中に増加した未燃燃料を燃焼させ、この燃焼により、可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズル（ベーン）の可動機構部の部分に付着した粒子状物質を燃焼除去でき、この可変ノズルの固着を防止できる。
【００１３】
そして、本発明の可変ノズルの固着防止方法は、内燃機関の排気通路の排気マニホールドから可変ノズル型ターボチャージャーのタービンハウジングの入口部までの間に、排気ガス中の未燃燃料を燃焼させることができる点火源を設けた可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関において、排気ガス中の粒子状物質の付着による可変ノズルの固着防止のために、所定の時期において内燃機関の燃料噴射制御により排気ガス中に残留する未燃燃料を増加し、該未燃燃料を前記点火源により燃焼させ、該燃焼により可変ノズルの周囲部分に固着した粒子状物質を燃焼除去するように構成される。
【００１４】
この可変ノズルの固着防止方法では、所定の時期において故意に排気ガス中に未燃燃料が残るように内燃機関を運転し、タービンハウジング内で未燃燃料を燃焼させ、その火炎で可変ノズルの周囲部分、即ち、可変機構部の周囲部分に固着した粒子状物質を燃焼除去することにより、可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズルの固着を防止できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１に示すように、この内燃機関１は、排気マニホールド２に連通する排気通路３に可変ノズル型ターボチャージャー４のタービン４ａを備えて構成される。
【００１７】
そして、このタービン４ａに駆動されるコンプレッサー４ｂは、吸気通路５に設けられ、吸気フィルタ６とエアフローメーター７を経由して入ってくる空気Ａを吸引及び圧縮し、この圧縮した空気をインタークーラー（図示しない）を介して吸気マニホールド（図示しない）に送る。
【００１８】
そして、本発明においては、排気通路３の排気マニホールド２の出口部からタービンハウジング４ｃの入口部４ｄの間に熱線等で形成される点火源８を設けている。
【００１９】
この構成においては、排気ガスＧは排気マニホールド２から排気通路３に入り、点火源８を通過して、タービンハウジング４ｃの入口部４ｄから、図２に示すように、傾きが可変な多数の可変ノズル４ｅを通過して、タービン翼４ｆに衝突してタービン４ａを駆動し、出口部４ｇから排気通路３に排出される。なお、図２のタイプでは、多数の可変ノズル４ｅを設け、これらの傾きを変えることにより、ノズル開口面積を変化させ、ここを通過する排気ガスＧの流速を変化させている。
【００２０】
また、内燃機関１の制御装置において、固着防止機能を作動させる所定の時期のみ、排気中に未燃燃料が含まれるように、燃料過濃状態で内燃機関１を運転すると共に、点火源８を作動する固着防止制御手段を設ける。
【００２１】
この所定の時期は、可変ノズル４ｅの作動がスム−ズに行わなれなくなった時を検出した時や、所定の運転時間を経過した時等であり、更には、内燃機関１の運転状況をエンジン回転数や負荷で把握し、予め実験等で得たエンジン回転数や負荷と粒子状物質の排出量との関係から、可変ノズル４ｅに堆積されている粒子状物質の量を推定し、この推定堆積量が所定の判定値を超えた時とすることもできる。
【００２２】
この固着防止手段の作動は、アクセルオフ時に作動させることが好ましく、このアクセルオフ時に作動すれば、タービン回転数の落ち込みを防止でき、レスポンスアップとなる。
【００２３】
つまり、通常はアクセルオフ時は排気圧が下がるため、タービン回転も降下し、次にアクセルオンした時に再び排気圧の上昇とともにタービン回転数も上昇するが、これには、ターボラグと呼ばれる時間的な遅れが生ずる。しかし、このアクセルオフ時に未燃燃料を燃焼させると、排気圧が下がらないので、タービン回転数も大きく降下しない。そのため、再びアクセルオンした際にはタービン回転の立ち上がりが早くなり、レスポンスアップとなる。
【００２４】
この燃料過濃状態の内燃機関１の運転は、燃料噴射において、後噴射等で燃料を増量して噴射することにより行うことができ、この運転により増加した排気中の未燃燃料を、熱線に通電する等の点火源８の作動により点火し、タービンハウジング４ｃ内で燃焼させて、その火炎で可変ノズル４ｅの可変機構部や通路壁面との隙間等の周囲部分に固着した粒子状物質を燃焼除去する。
【００２５】
従って、タービンハウジング４ｃの入口部４ｄよりも上流側に熱線等で形成された点火源８を設けるという簡易な方法で可変ノズル型ターボチャージャー４の可変ノズル４ｅに堆積した粒子状物質を燃焼除去できる。
【００２６】
そのため、粒子状物質の付着及び固着による可変ノズル４ｅのスムーズな動作の阻害または動作不能を防止し、本来の可変ノズル付きターボチャージャー４の性能を内燃機関１の使用状態や使用年数に係わらず維持し続けることが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明の可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関及び可変ノズルの固着防止方法によれば、所定の時期において内燃機関の燃料噴射量の増加により排気ガス中に未燃燃料が増加した時に、この未燃燃料を熱線等で形成された点火源により燃焼させ、この燃焼により、可変ノズルの可動機構部の部分に付着した粒子状物質を燃焼除去できる。
【００２８】
従って、可変ノズル型ターボチャージャーの可変ノズルの固着を防止でき、可変ノズル型ターボチャージャーの性能を内燃機関の使用状態や使用年数に係わらず維持し続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の可変ノズル型ターボチャージャーを備えた内燃機関の構成を示す図である。
【図２】可変ノズル型ターボチャージャーの構造の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　内燃機関（エンジン）
２　排気マニホールド
３　排気通路
４　可変ノズル型ターボチャージャー
４ａ　タービン
４ｂ　コンプレッサー
４ｃ　タービンハウジング
４ｄ　入口部
４ｅ　可変ノズル
８　点火源（熱線）
【図１】
2004124845.tif 000003
【図２】
2004124845.tif 000004