(57)【要約】【課題】高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得るターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法及び装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャ１１のタービン１４を迂回するバイパス流路２０に、過給圧に応じて開閉動作し且つディーゼルエンジン１の高速回転域において開くウエストゲートバルブ２１を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路に、過給圧或いは背圧に応じて開閉動作するウエストゲートバルブを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、
ディーゼルエンジンの高速回転域においてウエストゲートバルブを開くことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法。
【請求項２】
ターボチャージャのタービンハウジング内部に、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧或いは背圧に応じて可変とすべく開閉動作する可変ベーンを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、
ディーゼルエンジンの高速回転域において可変ベーンを開くことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法。
【請求項３】
ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路に、過給圧或いは背圧に応じて開閉動作し且つディーゼルエンジンの高速回転域において開くウエストゲートバルブを設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
ターボチャージャのタービンハウジング内部に、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧或いは背圧に応じて可変とすべく開閉動作し且つディーゼルエンジンの高速回転域において前記排気ガスの流速を低下させるよう開く可変ベーンを設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ターボチャージャ付きディーゼルエンジンは、過給圧が高まれば高まるほどパワーを出せるが、それにつれてエンジンやターボチャージャへの負担も高まるため、ある一定以上の過給圧が掛からないようにする必要がある。
【０００３】
このため、従来のターボチャージャ付きディーゼルエンジンにおいては、ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路を形成すると共に、該バイパス流路に、過給圧或いは背圧に応じて開閉動作するウエストゲートバルブを設け、過給圧が設定値を越えた際にウエストゲートバルブを開いて排気ガスの一部を分流させることにより、タービンに対する排気ガスの流入量を調節し、ターボチャージャ自体の回転数を制御し、安定した過給圧を得ると共に、エンジンやターボチャージャ自体を損傷から保護することが行われている。
【０００４】
又、従来のターボチャージャ付きディーゼルエンジンにおいては、ターボチャージャのタービンハウジング内部に、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧或いは背圧に応じて可変とすべく開閉動作する可変ベーンを設け、過給圧が設定値を越えた際に可変ベーンを開き、タービン内へ導入される排気ガスの流速を低下させてコンプレッサの駆動力を低下させることにより、前述と同様、ターボチャージャ自体の回転数を制御し、安定した過給圧を得ると共に、エンジンやターボチャージャ自体を損傷から保護することも行われている。
【０００５】
尚、前述の如きターボチャージャ付きディーゼルエンジンの一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開平８−２７０４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のウエストゲートバルブを備えたターボチャージャ付きディーゼルエンジンにおいては、高速回転域であっても、燃料噴射量の少ない低負荷運転の場合、過給圧が低いことから、ウエストゲートバルブは開かずに閉じているのが一般的であり、このため、高速回転域において排気圧力が上昇し、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が増加するという欠点を有していた。
【０００７】
又、可変ベーンを備えたターボチャージャ付きディーゼルエンジンにおいては、高速回転域であっても、燃料噴射量の少ない低負荷運転の場合、可変ベーンは開かずにある程度絞り込まれてタービン内へ導入される排気ガスの流速が保持されているのが一般的であり、このため、前記ウエストゲートバルブを備えたターボチャージャ付きディーゼルエンジンと同様、高速回転域において排気圧力が上昇し、排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）が増加するという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得るターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路に、過給圧或いは背圧に応じて開閉動作するウエストゲートバルブを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、
ディーゼルエンジンの高速回転域においてウエストゲートバルブを開くことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法にかかるものである。
【００１０】
該ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法の場合、過給圧が設定値を越えた際には、ウエストゲートバルブが開かれ、排気ガスがターボチャージャのタービンを迂回するようにバイパス流路から逃がされる一方、ディーゼルエンジンの高速回転域においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、前記ウエストゲートバルブが開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００１１】
又、本発明は、ターボチャージャのタービンハウジング内部に、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧或いは背圧に応じて可変とすべく開閉動作する可変ベーンを設けてなるターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、
ディーゼルエンジンの高速回転域において可変ベーンを開くことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法にかかるものである。
【００１２】
該ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法の場合、過給圧が設定値を越えた際には、可変ベーンが開かれ、タービン内へ導入される排気ガスの流速が低く抑えられ、コンプレッサの駆動力が低下して、過給圧が設定値以下に抑えられる一方、ディーゼルエンジンの高速回転域においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、前記可変ベーンが開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００１３】
一方、本発明は、ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路に、過給圧或いは背圧に応じて開閉動作し且つディーゼルエンジンの高速回転域において開くウエストゲートバルブを設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置にかかるものである。
【００１４】
該ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置の場合、過給圧が設定値を越えた際には、ウエストゲートバルブが開かれ、排気ガスがターボチャージャのタービンを迂回するようにバイパス流路から逃がされる一方、ディーゼルエンジンの高速回転域においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、前記ウエストゲートバルブが開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００１５】
又、本発明は、ターボチャージャのタービンハウジング内部に、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧或いは背圧に応じて可変とすべく開閉動作し且つディーゼルエンジンの高速回転域において前記排気ガスの流速を低下させるよう開く可変ベーンを設けたことを特徴とするターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置にかかるものである。
【００１６】
該ターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化装置の場合、過給圧が設定値を越えた際には、可変ベーンが開かれ、タービン内へ導入される排気ガスの流速が低く抑えられ、コンプレッサの駆動力が低下して、過給圧が設定値以下に抑えられる一方、ディーゼルエンジンの高速回転域においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、前記可変ベーンが開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法及び装置によれば、高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、１はディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジン１のシリンダ、３はシリンダ２内に摺動自在に嵌挿されたピストン、４はピストン３が嵌挿されるシリンダ２の上部に設けられたシリンダヘッド、５はシリンダヘッド４に組み込まれて燃料をシリンダ２内に噴射する燃料噴射弁、６はシリンダヘッド４に形成された吸気ポート、７は吸気ポート６を開閉する吸気バルブ、８はシリンダヘッド４に形成された排気ポート、９は排気ポート８を開閉する排気バルブであり、前記吸気ポート６に接続される吸気管１０途中にターボチャージャ１１のコンプレッサ１２を配設すると共に、前記排気ポート８に接続される排気管１３途中にターボチャージャ１１のタービン１４を配設してある。
【００２０】
前記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１５内にコンプレッサインペラ１６を配設して構成される一方、前記ターボチャージャ１１のタービン１４は、タービンハウジング１７内にタービンロータ１８を配設して構成され、前記コンプレッサインペラ１６とタービンロータ１８は、回転自在に配設される共通の軸１９で連結されており、前記タービン１４を迂回するよう設けられたバイパス流路２０には、過給圧に応じて開閉動作するウエストゲートバルブ２１が設けられている。
【００２１】
本図示例の場合、前記ウエストゲートバルブ２１は、吸気管１０から分岐させた過給圧導入管２２が接続され且つ過給圧が設定値を越えた際に作動するダイヤフラム式のアクチュエータ２３と、該アクチュエータ２３の作動によりバイパス流路２０を開閉可能なバルブ本体２４とを備えているが、前記アクチュエータ２３に、圧縮空気が充填されたエアタンク２５を、途中に制御バルブ２６が設けられた圧力供給管２７を介して接続し、ディーゼルエンジン１の回転数２８ａを検出する回転検出器２８を設け、該回転検出器２８で検出されたディーゼルエンジン１の回転数２８ａに基づき制御器２９から前記制御バルブ２６へ制御信号２９ａを出力するようにし、これにより、ディーゼルエンジン１の高速回転域（例えば、１８００［ｒｐｍ］以上）において、制御バルブ２６を開き、エアタンク２５内の圧縮空気をアクチュエータ２３へ供給し、前記ウエストゲートバルブ２１を開くようにしてある。
【００２２】
尚、従来の場合、図２（ｂ）に示す如く、ウエストゲートバルブ２１は、過給圧が高い場合にのみ開くようになっているが、本発明の図示例の場合には、図２（ａ）に示す如く、ウエストゲートバルブ２１は、過給圧がたとえ低くてもディーゼルエンジン１の回転数２８ａが高い場合には開くようになっている。
【００２３】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２４】
ディーゼルエンジン１から排気管１３に排出される排気ガスによりターボチャージャ１１のタービン１４におけるタービンロータ１８が回転駆動され、その回転トルクが軸１９を介してコンプレッサ１２のコンプレッサインペラ１６に伝達され、該コンプレッサインペラ１６の回転により吸気管１０の空気が過給され、吸気ポート６を経てシリンダ２内へ供給される。
【００２５】
ここで、過給圧が設定値を越えた際には、ウエストゲートバルブ２１のアクチュエータ２３の作動によりバルブ本体２４が開かれ、排気ガスがターボチャージャ１１のタービン１４を迂回するようにバイパス流路２０から逃がされる。
【００２６】
一方、ディーゼルエンジン１の回転数２８ａは、回転検出器２８で検出されており、該回転検出器２８で検出されたディーゼルエンジン１の回転数２８ａに基づき制御器２９から制御バルブ２６へ制御信号２９ａが出力され、これにより、ディーゼルエンジン１の高速回転域（例えば、１８００［ｒｐｍ］以上）においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、制御バルブ２６が開かれ、エアタンク２５内の圧縮空気がアクチュエータ２３へ供給され、前記ウエストゲートバルブ２１が開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００２７】
因みに、図３に示す如く、ディーゼルエンジン１の高速回転域において、ウエストゲートバルブ２１の開度を小さくしておくと、排ガス中に含まれるパティキュレートの量が多くなるのに対し、前述の如く、ウエストゲートバルブ２１を開いてその開度を大きくすると、排ガス中に含まれるパティキュレートの量が少なくなることが確認された。
【００２８】
こうして、高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得る。
【００２９】
因みに、図１に示す例においては、過給圧に応じて開閉動作するウエストゲートバルブ２１を用いているが、該ウエストゲートバルブ２１の作動には、排気管１３内の圧力（背圧）を利用する場合もある。
【００３０】
図４及び図５は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図４及び図５に示す如く、ターボチャージャ１１のタービンハウジング１７内部に、タービン１４内へ導入される排気ガスの流速を過給圧に応じて可変とすべく開閉動作し且つディーゼルエンジン１の高速回転域において前記排気ガスの流速を低下させるよう開く可変ベーン３０を設けた点にある。
【００３１】
本図示例の場合、前記可変ベーン３０は、図４に示す如く、負圧で作動するダイヤフラム式のアクチュエータ３１にて開閉動作するよう構成してあり、該アクチュエータ３１にバキュームポンプ３２を、途中に負圧調節バルブ３３が設けられたバキューム管３４を介して接続し、又、過給圧３５ａを検出する圧力検出器３５を設け、該圧力検出器３５で検出された過給圧３５ａと回転検出器２８で検出されたディーゼルエンジン１の回転数２８ａとに基づき制御器２９から負圧調節バルブ３３へ制御信号２９ａを出力するようにし、これにより、過給圧３５ａが設定値を越えた際、並びにディーゼルエンジン１の高速回転域（例えば、１８００［ｒｐｍ］以上）において、負圧調節バルブ３３を開き、バキュームポンプ３２による負圧にてアクチュエータ３１を作動させ、前記可変ベーン３０を開くようにしてある。
【００３２】
尚、前記可変ベーン３０は、図５に示す如く、タービンロータ１８の外周に沿って複数配設され、該各可変ベーン３０は、リンク３６を介して駆動リング３７に連結され、該駆動リング３７には、前記アクチュエータ３１の作動軸３１ａが連結されており、駆動リング３７が図５中、反時計回りに回動すると、可変ベーン３０が開く方向へ回動一方、駆動リング３７が図５中、時計回りに回動すると、可変ベーン３０が閉じる方向へ回動するよう構成してある。
【００３３】
図４及び図５に示す例においても、ディーゼルエンジン１から排気管１３に排出される排気ガスによりターボチャージャ１１のタービン１４におけるタービンロータ１８が回転駆動され、その回転トルクが軸１９を介してコンプレッサ１２のコンプレッサインペラ１６に伝達され、該コンプレッサインペラ１６の回転により吸気管１０の空気が過給され、吸気ポート６を経てシリンダ２内へ供給される。
【００３４】
ここで、圧力検出器３５で検出された過給圧３５ａが設定値を越えた際には、該圧力検出器３５で検出された過給圧３５ａに基づき制御器２９から負圧調節バルブ３３へ制御信号２９ａが出力され、負圧調節バルブ３３が開かれ、バキュームポンプ３２による負圧にてアクチュエータ３１が作動し、前記可変ベーン３０が開かれ、タービン１４内へ導入される排気ガスの流速が低く抑えられ、コンプレッサ１２の駆動力が低下して、過給圧が設定値以下に抑えられる。
【００３５】
一方、ディーゼルエンジン１の回転数２８ａは、回転検出器２８で検出されており、該回転検出器２８で検出されたディーゼルエンジン１の回転数２８ａに基づき制御器２９から制御バルブ２６へ制御信号２９ａが出力され、これにより、ディーゼルエンジン１の高速回転域（例えば、１８００［ｒｐｍ］以上）においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、負圧調節バルブ３３が開かれ、バキュームポンプ３２による負圧にてアクチュエータ３１が作動し、前記可変ベーン３０が開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００３６】
尚、一般的なエンジンのメカニカルガバナのように、ディーゼルエンジン１の回転数２８ａに応じて遠心力により開くフライウェイト機構を用い、該フライウェイト機構の作動によりディーゼルエンジン１の高速回転域において機械的に前記可変ベーン３０を開くようにしても良いことは言うまでもない。
【００３７】
こうして、図４及び図５に示す例においても、図１に示す例と同様に、高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得る。
【００３８】
因みに、図４に示す例においては、タービン内へ導入される排気ガスの流速を過給圧に応じて可変とすべく開閉動作する可変ベーン３０を用いているが、該可変ベーン３０の作動には、排気管１３内の圧力（背圧）を利用する場合もある。
【００３９】
図６は本発明を実施する形態の更に他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図６に示す如く、ディーゼルエンジン１の回転数に応じて遠心力により開くフライウェイト機構３８を用い、該フライウェイト機構３８の作動によりディーゼルエンジン１の高速回転域において機械的に前記ウエストゲートバルブ２１のバルブ本体２４を開くようにした点にある。
【００４０】
図６に示す例の場合も、ディーゼルエンジン１から排気管１３に排出される排気ガスによりターボチャージャ１１のタービン１４におけるタービンロータ１８が回転駆動され、その回転トルクが軸１９を介してコンプレッサ１２のコンプレッサインペラ１６に伝達され、該コンプレッサインペラ１６の回転により吸気管１０の空気が過給され、吸気ポート６を経てシリンダ２内へ供給され、過給圧が設定値を越えた際には、ウエストゲートバルブ２１のバルブ本体２４が図示していない機構の作動により開かれ、排気ガスがターボチャージャ１１のタービン１４を迂回するようにバイパス流路２０から逃がされる一方、ディーゼルエンジン１の高速回転域においては、燃料噴射量の少ない低負荷運転時のように過給圧が低い場合であっても、フライウェイト機構３８の作動により機械的に前記ウエストゲートバルブ２１が開くため、高速回転域において排気圧力が上昇せず、排気ガス中に含まれるパティキュレートが増加しなくなる。
【００４１】
こうして、図６に示す例においては、高価となる電子制御を利用することなく機械制御のみで、高速回転域における排気圧力の上昇を抑えることができ、排気ガス中に含まれるパティキュレートを低減し得、コストを低く抑える効果も期待できる。
【００４２】
尚、本発明のターボチャージャ付きディーゼルエンジンの排気浄化方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概要構成図である。
【図２】（ａ）は本発明を実施する形態の一例におけるウエストゲートバルブが開かれる領域を示す図、（ｂ）は従来におけるウエストゲートバルブが開かれる領域を示す図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例におけるウエストゲートバルブ開度を変化させた場合に、排ガス中に含まれるパティキュレートの量を測定して比較した結果を示すプロット図である。
【図４】本発明を実施する形態の他の例を示す概要構成図である。
【図５】本発明を実施する形態の他の例における可変ベーンを示す平面図である。
【図６】本発明を実施する形態の更に他の例を示す概要構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    ディーゼルエンジン
１１    ターボチャージャ
１２    コンプレッサ
１３    排気管
１４    タービン
１５    コンプレッサハウジング
１６    コンプレッサインペラ
１７    タービンハウジング
１８    タービンロータ
１９    軸
２０    バイパス流路
２１    ウエストゲートバルブ
２２    過給圧導入管
２３    アクチュエータ
２４    バルブ本体
２５    エアタンク
２６    制御バルブ
２７    圧力供給管
２８    回転検出器
２８ａ  回転数
２９    制御器
２９ａ  制御信号
３０    可変ベーン
３１    アクチュエータ
３１ａ  作動軸
３２    バキュームポンプ
３３    負圧調節バルブ
３４    バキューム管
３５    圧力検出器
３５ａ  過給圧
３６    リンク
３７    駆動リング
３８    フライウェイト機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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