집진 필터의 재생방법 및 시스템

집진 필터의 재생방법 및 시스템{Method and system for regenerating dust collecting filter}

본 발명은 배기가스 중에 포함되는 미립자물질을 제거하는 집진 필터(Particulate Filter)의 재생방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히, 집진 필터를 연소하여 집진 필터를 재생하는 집진 필터의 재생방법 및 시스템에 관한 것이다.

디젤엔진 등의 내연기관을 사용한 자동차에는, 배기가스 중의 미립자상 물질인 PM(Particulate Matter)을 포집하여 배기가스를 정화하는 집진 필터(Particulate Filter)가 배치되어 있는 경우가 많다. 특히, 디젤엔진 자동차에 사용되는 것을 DPF(Disel Particulate Filter)라 칭한다. 이러한 DPF에 PM이 일정량 축적되면 눈막힘을 발생시키기 때문에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 PM을 연소시킴으로써, DPF를 재생하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

전술한 바와 같이, DPF와 같은 집진 필터(Particulate Filter)를 재생하는 경우, 배기가스의 온도를 상승시켜야만 한다. 배기가스의 온도를 상승시키기 위해서는, 엔진으로 연료를 공급하여 열량을 증대시킬 필요가 있다. 그러나, 엔진으로의 연료 공급량은, 엔진의 효율적인 운용상, 소정의 공연비를 만족하도록 제어되고 있다. 따라서, 임의의 타이밍으로 배기가스의 열량을 증대시키는 것은 곤란하여, 일반적으로는 자동차의 고부하 운전중에 DPF의 재생을 행하고 있다.

특허문헌 1에 기재된 집진 필터의 재생방법은, 목표 배기온도를 토대로 연료 분사량을 결정하고, 팽창비 가변수단에 의해 실팽창비를 조정함으로써, 배기가스의 온도를 상승시키고 있다. 이러한 조작에 의해, 자동차의 고부하 운전시에 한정되지 않고, 광범위의 운전조건에서 집진 필터를 재생할 수 있도록 하고 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개 제2008-106687호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 집진 필터의 재생방법의 경우는, 엔진의 실팽창비를 조정하는 팽창비 가변수단이 필요하여, 장치가 복잡화되는 동시에, 제어가 곤란하다고 하는 문제가 있다. 또한, 집진 필터의 상류측에 과급기가 배치되어 있는 경우에는, 배기가스가 과급기에서 작업을 행함으로써 열량이 빼앗겨 버려 효율이 나쁘다고 하는 문제가 있다. 또한, DPF의 연소에는 산소가 필요한 바, 엔진에 공급하는 흡기량을 증가시키지 않고 연료 공급량을 증가한 경우에는, 흡기 중의 산소는 연료의 연소에 사용되어 버려, DPF의 연소에 필요한 산소량이 부족하다는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 집진 필터에 산소를 효율적으로 공급할 수 있어, 간편한 구조로 효율적으로 배기가스의 온도를 상승시킬 수 있는 집진 필터의 재생방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 과급기를 구비한 내연기관의 배기 유로에 배치된 집진 필터의 재생시기에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 상기 집진 필터의 포집물을 연소시키는 집진 필터의 재생방법으로서, 상기 과급기의 터빈을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대시키는 제1 스텝과, 상기 압축공기의 일부를 상기 내연기관의 상류측의 흡기 유로로부터 상기 집진 필터의 상류측의 상기 배기 유로로 바이패스시키는 제2 스텝을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터빈을 흐르는 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 조정하는 제3 스텝을 추가해도 된다. 상기 제3 스텝은, 예를 들면, 가변 용량식 과급기의 가변 노즐을 열림상태로 하는 스텝 또는 웨이스트게이트 밸브를 열림상태로 하는 스텝이다.

또한, 본 발명은 과급기를 구비한 내연기관의 배기 유로에 배치된 집진 필터의 재생시기에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 상기 집진 필터의 포집물을 연소시키는 집진 필터의 재생 시스템으로서, 상기 과급기의 터빈을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대 가능한 흡기량 조정수단과, 상기 내연기관의 상류측의 흡기 유로와 상기 집진 필터의 상류측의 상기 배기 유로를 접속하는 바이패스 유로와, 그 바이패스 유로의 유량을 조정하는 유량 조정밸브와, 상기 흡기량 조정수단 및 상기 유량 조정밸브를 제어하는 제어수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 흡기량 조정수단은, 예를 들면, 상기 과급기에 접속된 전동 모터 또는 상기 과급기의 상류측에 배치된 전동 부스터이다. 또한, 상기 바이패스 유로는, 상기 내연기관의 바로 뒤 또는 상기 집진 필터의 바로 앞의 배기 유로에 접속되어 있는 것이 바람직하다.

상기 과급기는, 상기 터빈에 유입되는 배기가스의 유량을 조정하는 터빈류 조정수단을 갖고, 상기 제어수단은, 상기 터빈을 흐르는 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 상기 터빈류 조정수단을 조정하도록 해도 된다. 상기 터빈류 조정수단은, 예를 들면, 가변 노즐 또는 웨이스트게이트 밸브이고, 상기 제어수단은 가변 노즐 또는 웨이스트게이트 밸브를 열림상태로 한다.

본 발명의 집진 필터의 재생방법 및 시스템에 의하면, 과급기의 터빈을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대시키는 동시에, 압축공기의 일부를 내연기관을 바이패스시켜서 집진 필터에 공급함으로써, 집진 필터로의 산소 공급량을 증대시킬 수 있어, 효과적으로 집진 필터의 포집물을 연소시킬 수 있다. 특히, 바이패스시킨 압축공기를 내연기관 바로 뒤의 배기 유로에 공급함으로써, 미연소분의 연료를 연소시킬 수 있어, 열량의 증대를 도모하는 것도 가능하다.

또한, 터빈을 흐르는 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 조정함으로써, 배기가스가 터빈에서 행하는 작업량을 저감하여, 열량의 손실을 저감할 수 있어, 효율적으로 배기가스의 온도를 상승시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제1 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제2 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제3 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 4는 제3 실시형태에 있어서의 터빈류 조정수단의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제4 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 제4 실시형태에 있어서의 터빈류 조정수단의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제5 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제6 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도 1~도 8을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제1 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1에 나타낸 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템은, 과급기(1)를 구비한 엔진(내연기관)(2)의 배기 유로(3)에 배치된 집진 필터(Particulate Filter)(4)의 재생시기에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 집진 필터(4)의 포집물을 연소시키는 집진 필터(4)의 재생 시스템으로, 과급기(1)의 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대 가능한 흡기량 조정수단인 전동 모터(5)와, 엔진(2)의 상류측의 흡기 유로(엔진 흡기 유로(6e))와 집진 필터(4)의 상류측의 배기 유로(3)를 접속하는 바이패스 유로(7)와, 바이패스 유로(7)의 유량을 조정하는 유량 조정밸브(8)와, 전동 모터(5) 및 유량 조정밸브(8)를 제어하는 제어수단(9)을 갖는다.

과급기(1)는 배기가스의 에너지를 터빈(1t)으로 회수하여 컴프레서(1c)를 작동시키고, 압축공기를 엔진(2)에 공급하여 출력 증대를 도모하는 장치이다. 컴프레서(1c)는, 입구측이 외부의 공기를 흡기하는 흡기 유로(6)에 접속되고, 출구측이 압축공기를 엔진(2)에 공급하는 엔진 흡기 유로(6e)에 접속되어 있다. 엔진 흡기 유로(6e)에는, 압축공기를 냉각하는 인터쿨러가 배치되어 있어도 된다. 또한, 터빈(1t)은 입구측이 엔진(2)의 배기가스를 송기하는 엔진 배기 유로(3e)에 접속되고, 출구측이 배기가스를 외부로 배출하는 배기 유로(3)에 접속되어 있다. 또한, 엔진 흡기 유로(6e)는 흡기 유로(6)의 일부이고, 엔진 배기 유로(3e)는 배기 유로(3)의 일부이다.

또한, 도 1에 나타낸 과급기(1)는, 터빈(1t) 및 컴프레서(1c)를 강제적으로 회전시키는 전동 모터(5)를 가져, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 과급기(1)를 작동할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 전동 모터(5)에 의해 강제적으로 과급기(1)를 구동시키면, 컴프레서(1c)의 작용에 의해 압축공기의 유량을 증대시킬 수 있다. 또한, 터빈(1t)은 전기 모터(5)에 의해 강제적으로 회전되고 있기 때문에, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스는 작업을 하지 않기 때문에, 열량(배기가스 에너지)의 손실을 최소한으로 억제할 수 있다.

엔진(2)은, 예를 들면, 자동차 등에 탑재된 디젤엔진이나 가솔린엔진이다. 엔진(2)은 운전상황에 따라 압축공기나 연료의 공급량이 제어된다. 이러한 제어는, 차재(車載)된 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 행해진다. 엔진(2)의 제어는, 공연비(공기질량/연료질량)에 의해 제어된다. 예를 들면, 통상 운전시에는, 배기가스에 의해 터빈(1t)을 구동시켜서 컴프레서(1c)를 구동하고, 압축공기를 엔진(2)에 공급하여, 엔진(2)의 출력 요구값을 만족하도록 엔진(2)에 연료를 공급한다. 공연비는 배기가스 정화 촉매를 효과적으로 작용시키기 위해 이론 공연비(공기 중의 산소와 연료가 과부족 없이 반응하는 상태)에 가까운 공연비가 되도록 제어되거나, 연비의 향상과 배기가스 중의 유해물질의 저감을 도모하기 위해, 이론 공연비보다도 낮은 공연비(경제 공연비)가 되도록 제어된다. 또한, 이 전자 제어 유닛(ECU)은, 본 발명의 재생 시스템에 있어서의 제어수단(9)으로서의 역할도 담당하고 있다.

집진 필터(4)는, 예를 들면, 디젠엔진 자동차에 사용되는 DPF이다. 집진 필터(4)는, 세라믹 등에 의해 구성되는 필터로, 배기가스 중의 미립자상 물질(PM)을 포집한다. 이러한 집진 필터(4)에 PM이 일정량 축적되면 눈막힘을 발생시키기 때문에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 PM을 연소시킴으로써, 집진 필터(4)를 재생할 필요가 있다. 배기가스의 온도를 적극적으로 상승시키기 위해서는, 엔진(2)으로의 연료 공급량을 증가시키면 된다. 한편, PM의 연소에는 산소가 필요한 바, 엔진(2)의 연소에 의해 공기 중의 산소가 소비되기 때문에, 배기가스 중의 산소농도는 공기의 산소농도보다도 낮아져 있어, PM의 연소효율이 나쁘다. 이에, 본 발명에서는, 바이패스 유로(7)를 접속하여, 신선한 공기를 집진 필터(4)에 공급할 수 있도록 하고 있다. 또한, 집진 필터(4)에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(4s)가 배치되어 있어, 집진 필터(4)의 하류의 압력(배압)을 검출하여 재생시기를 판단하고 있다.

바이패스 유로(7)는, 엔진 흡기 유로(6e)와 배기 유로(3)를 접속하고, 컴프레서(1c)에 의해 흡기한 압축공기를 엔진(2)의 바로 앞쪽에서 추기(抽氣)하여 집진 필터(4)의 바로 앞쪽으로 바이패스시킨다. 따라서, 엔진(2)에서 연소되지 않는 신선한 공기를 집진 필터(4)에 공급할 수 있다. 바이패스하는 공기량은 유량 조정밸브(8)에 의해 제어된다. 유량 조정밸브(8)는, 도시한 바와 같이, 바이패스 유로(7)의 중간에 배치해도 되고, 엔진 흡기 유로(6e)와의 분기점 또는 배기 유로(3)와의 합류점에 배치해도 된다. 또한, 배기 유로(3)에는, 배기가스 중에 포함되는 유해물질(주로 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물)을 제거하는 배기가스 정화촉매가 배치되는 경우가 있다. 이러한 배기가스 정화촉매는, 집진 필터(4)의 상류측에 배치되는 경우가 많고, 바이패스 유로(7)와 배기 유로(3)의 합류점은, 배기가스 정화촉매의 상류측이어도 되고, 하류측이어도 된다.

제어수단(9)은, 구체적으로는, 전술한 전자 제어 유닛(ECU)이다. 제어수단(9)은, 엔진(2)의 연료 공급수단과 전기적으로 접속되어 있어, 엔진(2)이 목적하는 공연비가 되도록 엔진(2)에 연료를 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제어수단(9)은, 전동 모터(5)와 전기적으로 접속되어 있어, 전동 모터(5)의 구동·정지·회전수 제어를 행할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제어수단(9)은, 유량 조정밸브(8)와 전기적으로 접속되어 있어, 유량 조정밸브(8)의 개폐 및 개도(開度)를 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 제어수단(9)은, 집진 필터(4)의 압력 센서(4s)와 전기적으로 접속되어 있어, 집진 필터(4)의 배압을 감시함으로써 집진 필터(4)의 재생시기와 재생시간을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

다음으로, 전술한 집진 필터의 재생 시스템의 작용, 즉, 본 발명의 집진 필터의 재생방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 집진 필터(4)의 재생방법은, 과급기(1)를 구비한 엔진(2)의 배기 유로(3)에 배치된 집진 필터(4)의 재생시기에, 배기가스의 온도를 상승시켜서 집진 필터(4)의 포집물을 연소시키는 집진 필터(4)의 재생방법으로, 과급기(1)의 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대시키는 제1 스텝과, 압축공기의 일부를 엔진(2)의 상류측의 흡기 유로(엔진 흡기 유로(6e))로부터 집진 필터(4)의 상류측의 배기 유로(3)로 바이패스시키는 제2 스텝을 갖는다.

집진 필터(4)의 재생시기는, 집진 필터(4)에 배치된 압력 센서(4s)의 출력을 토대로 제어수단(9)이 판단한다. 구체적으로는, 제어수단(9)은, 집진 필터(4)의 하류측의 압력(배압)과 소정의 역치를 비교하여 집진 필터(4)의 재생시기를 판단한다. 또한, 압력 센서(4s)를 집진 필터(4)의 하류측의 배기 유로(3)에 배치하고 집진 필터(4)의 하류측의 압력을 토대로 집진 필터(4)의 재생시기를 판단해도 되고, 압력 센서(4s)가 배치되어 있지 않은 경우에는 집진 필터(4)의 사용시간을 토대로 집진 필터(4)의 재생시기를 판단해도 된다.

제1 스텝은, 제어수단(9)으로부터의 지령을 토대로 전동 모터(5)를 작동시키는 스텝이다. 이러한 처리에 의해, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대시킬 수 있다. 전동 모터(5)는, 엔진(2)의 연소에 필요한 압축공기와 집진 필터(4)에 포집된 PM의 연소에 필요한 산소를 확보할 수 있는 분량의 압축공기를 흡기할 수 있도록 제어된다. 또한, 배기가스의 온도가 집진 필터(4)의 재생에 충분한 온도에 도달하지 않은 경우에는, 배기가스의 열량을 증대시키기 위해, 공연비의 제어를 경제 공연비로부터 이론 공연비나 연료 리치 공연비로 전환하거나, 엔진(2)의 흡기량을 증대시켜서 공급할 수 있는 연료의 상한을 끌어올리면 된다.

제2 스텝은, 제어수단(9)으로부터의 지령을 토대로 유량 조정밸브(8)를 열림상태로 하는 스텝이다. 이러한 처리에 의해, 압축공기의 일부를 엔진 흡기 유로(6e)로부터 집진 필터(4)의 상류측의 배기 유로(3)로 바이패스시킬 수 있다. 유량 조정밸브(8)의 개도는, 집진 필터(4)에 포집된 PM의 연소에 필요한 산소를 확보할 수 있는 분량의 압축공기를 추기할 수 있도록 제어된다. 또한, 엔진 흡기 유로(6e)의 압력은, 일반적으로 배기 유로(3)의 압력보다도 높아지기 때문에, 펌프 등의 흡기장치를 배치할 필요는 없으나, 필요한 경우에는 바이패스 유로(7)에 펌프 등의 흡기장치를 배치하여 적극적으로 압축공기를 바이패스시키도록 해도 된다.

그리고, 집진 필터(4)의 하류측의 압력(배압)이 소정의 기준값 보다도 저하된 경우에 집진 필터(4)의 재생 종료로 판단한다. 재생 종료의 타이밍은, 압력 센서(4s)의 출력을 토대로 제어수단(9)이 판단한다. 또한, 집진 필터(4)의 재생을 일정시간 경과한 후, 재생 종료로 판단해도 된다. 재생 종료 시간은, 경험적 또는 통계적으로 설정되고, 제어수단(9)이 재생시간을 카운트한다.

계속해서, 본 발명의 집진 필터(4)의 재생 시스템에 있어서의 다른 실시형태에 대해서 설명한다. 여기서, 도 2는 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제2 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다. 도 3은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제3 실시형태를 나타내는 개략 구성도이고, 도 4는 제3 실시형태에 있어서의 터빈류 조정수단의 확대도이다. 도 5는 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제4 실시형태를 나타내는 개략 구성도이고, 도 6은 제4 실시형태에 있어서의 터빈류 조정수단의 확대도이다. 또한, 도 7은 본 발명의 집진 필터의 재생 시스템의 제5 실시형태를 나타내는 개략 구성도이고, 도 8은 제6 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 각 도면에 있어서, 제1 실시형태와 동일한 구성부품에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 중복된 설명을 생략한다.

도 2에 나타낸 본 발명의 제2 실시형태는, 바이패스 유로(7)의 출구부를 엔진 배기 유로(3e)에 접속한 것이다. 바이패스 유로(7)의 출구부는, 바람직하게는, 엔진(2) 바로 뒤의 엔진 배기 유로(3e)에 접속한다. 이 위치에 바이패스 유로(7)를 접속함으로써, 엔진 배기 유로(3e) 내의 미연소분의 연료를 연소시킬 수 있어, 배기가스의 열량(배기가스 에너지)을 증대시킬 수 있다. 이 경우, 바이패스된 압축공기의 일부가 미연소분 연료의 연소에 소비되어 버리기 때문에, 그 소비분을 고려하여 유량 조정밸브(8)의 개도가 제어된다.

도 3에 나타낸 본 발명의 제3 실시형태는, 과급기(1)가 터빈(1t)에 유입되는 배기가스의 유량을 조정하는 터빈류 조정수단을 갖고, 제어수단(9)이 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 터빈류 조정수단을 조정하도록 구성한 것이다. 여기에서는, 터빈류 조정수단으로서 가변 노즐(1n)이 배치된 경우를 도시하고 있다. 즉, 과급기(1)는 소위 가변 용량식 과급기를 구성하고 있다. 가변 용량식 과급기의 경우는, 터빈(1t)에 공급되는 배기가스의 유속 또는 유량을 가변 노즐(1n)의 개도에 의해 제어할 수 있고, 그것에 의해 엔진(2)에 공급되는 압축공기의 유량을 제어할 수 있어, 하나의 과급기(1)로 엔진(2)의 넓은 운전범위를 커버하여 높은 과급효율을 확보할 수 있다. 가변 노즐(1n)은, 과급기(1)를 가변 용량식으로 할 수 있는 기구의 전부를 포함하는 의미로, 예를 들면, 플랩식이나 베인식의 것이 존재하고 있다. 또한, 도 1에서는, 가변 노즐(1n)의 열림상태를 도시하고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 가변 노즐(1n)은, 터빈(1t)과 엔진 배기 유로(3e) 사이에 배치되어 있어, 터빈(1t)의 입구측 바로 앞에 배치되어 있다. 가변 노즐(1n)은, 터빈 하우징에 회전 가능하게 설치된 베인(31)을 가지고 있다. 그리고, 터빈(1t)에 공급되는 배기가스의 유량을 줄여 유속을 빠르게 하고자 하는 경우에는, 도 4에 있어서 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 베인(31)을 닫힘상태로 한다. 반대로, 터빈(1t)에 공급되는 배기가스의 유량을 많게 하여 유속을 느리게 하고자 하는 경우에는, 도 4에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 베인(31)을 열림상태로 한다. 베인(31)을 열림상태로 한 경우에는, 가변 노즐(1n)에 있어서의 배기가스의 저항이 적어지기 때문에, 터빈(1t)에 있어서의 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 할 수 있다. 또한, 터빈(1t)의 유량이 증가하기 때문에, 그것에 걸맞는 회전수 이상까지 터빈(1t)을 전동 모터(5)로 구동시킬 수 있어, 컴프레서(1c)의 흡기 유량을 증가시킬 수 있으며, 바이패스되는 압축공기량을 확보할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서, 가변 노즐(1n)의 베인(31)은, 실제로는 베인(31)의 배측 또는 복측이 보이는 상태이나, 여기에서는 설명의 형편상, 날개형인 것을 알 수 있도록 방향을 바꿔 기재하고 있다.

도 5에 나타낸 본 발명의 제4 실시형태는, 과급기(1)가 터빈(1t)에 유입되는 배기가스의 유량을 조정하는 터빈류 조정수단을 가져, 제어수단(9)이 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 터빈류 조정수단을 조정하도록 구성한 것이다. 여기에서는, 터빈류 조정수단으로서 웨이스트게이트 밸브(1w)가 배치된 경우를 도시하고 있다. 웨이스트게이트 밸브(1w)는, 엔진 흡기 유로(6e)에 접속된 분기 유로(41)와, 터빈(1t)의 하류측의 배기 유로(3)에 접속된 바이패스 유로(42)를 갖는다. 웨이스트게이트 밸브(1w)는, 일반적으로, 엔진 흡기 유로(6e)를 흐르는 압축공기의 압력이 지나치게 높아진 경우에, 웨이스트게이트 밸브(1w)를 열림상태로 하여, 배기가스가 터빈(1t)을 바이패스하도록 송기함으로써, 컴프레서(1c)의 흡기 유량을 감소시켜서 압축공기의 압력을 저하시키는 장치이다. 바꿔 말하면, 웨이스트게이트 밸브(1w)를 열림상태로 하여, 배기가스가 터빈(1t)을 바이패스하도록 송기한 경우에는, 터빈(1t)의 작업량이 감소하는 것을 의미한다. 즉, 이 상태에서 터빈(1t)을 전동 모터(5)로 강제적으로 임의의 회전수로 구동시켰다고 하더라도, 터빈(1t)의 구동이 배기가스의 에너지를 조금도 손실시키는 경우는 없다. 또한, 웨이스트게이트 밸브(1w)는, 제어수단(9)인 전자 제어 유닛(ECU)과 전기적으로 접속되어 있어, 웨이스트게이트 밸브(1w)의 개폐를 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 웨이스트게이트 밸브(1w)는, 분기 유로(41)에 접속된 액튜에이터(43)와, 액튜에이터(43)에 의해 개폐되는 밸브체(44)를 가지고 있다. 분기 유로(41)가 접속된 엔진 흡기 유로(6e)를 흐르는 압축공기의 압력이 낮은 경우에는, 도 6에 있어서 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 액튜에이터(43)는, 밸브체(44)가 엔진 배기 유로(3e)에 밀어붙어져 바이패스 유로(42)를 닫는 상태가 되어 있다. 그리고, 엔진 흡기 유로(6e)를 흐르는 압축공기의 압력이 소정 압력보다도 높아진 경우에는, 도 6에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이, 액튜에이터(43)는 밸브체(44)가 엔진 배기 유로(3e)로부터 이간되어 바이패스 유로(42)를 여는 상태로 전환한다. 이러한 동작에 의해, 엔진 배기 유로(3e)를 흐르는 배기가스를, 터빈(1t)을 바이패스시켜서 하류의 배기 유로(3)에 흘릴 수 있고, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량을 감소시킬 수 있어, 터빈(1t)에 있어서의 배기가스의 에너지 손실이 적어지도록 할 수 있다. 따라서, 웨이스트게이트 밸브(1w)를 열림상태로 한 경우에는, 전동 모터(5)에 의해 터빈(1t)을 임의의 회전수로 구동시켜도 배기가스의 에너지 손실로의 영향이 적다.

도 7에 나타낸 본 발명의 제5 실시형태는, 흡기량 조정수단으로서, 과급기(1)의 상류측에 배치된 전동 부스터(51)를 배치한 것이다. 이러한 제5 실시형태에서는, 도 1에 나타낸 전동 모터(5)는 불필요하여, 도 7에 나타낸 바와 같이 전동 모터(5)를 갖지 않는 통상의 과급기(1)를 사용하고 있다. 물론, 과급기(1)로서, 용장적으로 전동 모터(5)를 갖는 전동 모터 부착 과급기를 사용해도 된다. 전동 부스터(51)는, 흡기 유로(6)에 배치된 컴프레서(51c)와, 컴프레서(51c)에 접속된 전동 모터(51m)로 구성된다. 또한, 전동 모터(51m)는, 제어수단(9)과 전기적으로 접속되어 있어, 전동 모터(51m)의 구동·정지·회전수 제어를 행할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 전동 부스터(51)를 배치함으로써, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 압축공기의 유량을 증대시킬 수 있다. 또한, 전동 부스터(51)를 구동시키면 흡기되는 압축공기에 의해, 과급기(1)의 컴프레서(1c)를 강제적으로 구동시킬 수 있어, 연동하여 터빈(1t)도 강제적으로 구동시킬 수 있다. 따라서, 배기가스가 터빈(1t)에서 행하는 작업량을 저감시킬 수 있어, 열량의 손실을 억제할 수 있다.

도 8에 나타낸 본 발명의 제6 실시형태는, 과급기(1)의 터빈(1t)과 컴프레서(1c)를 분리하고, 터빈(1t)에 발전기(1g)를 접속하여, 컴프레서(1c)에 전동 모터(1m)를 접속한 것이다. 발전기(1g) 및 전동 모터(1m)는, 축전지(61)에 접속되어 있어, 발전기(1g)에서 발생한 전기를 축전지(61)에서 저축하고, 축전지(61)의 전기를 전동 모터(1m)에 공급할 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 터빈(1t)을 흐르는 배기가스의 유량에 관계 없이 전동 모터(1m)에 의해 컴프레서(1c)를 구동시켜서 압축공기의 유량을 증대시킬 수 있다. 또한, 배기가스의 온도를 상승시키고자 하는 경우에는, 발전기(1g)를 무하중으로 하여 배기가스가 터빈(1t)에서 행하는 작업량을 최소한으로 억제하도록 하면 된다. 또한, 이러한 제6 실시형태는, 터빈(1t)과 컴프레서(1c)를 분리함으로써, 기기 레이아웃 상의 제약이 적어, 범용성이 우수한 등의 효과도 나타낸다.

본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 예를 들면, 제4 실시형태 및 제5 실시형태에 있어서 제2 실시형태와 같이 바이패스 유로(7)의 출구측의 접속위치를 변경해도 되며, 제6 실시형태에 있어서 제1 실시형태와 같이 바이패스 유로(7)의 출구측의 접속위치를 변경해도 되고, 각 실시형태를 적절히 조합해도 되는 등, 본 발명의 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능한 것은 물론이다.

1 과급기
1t 터빈
1c 컴프레서
1m 전동 모터
1n 가변 노즐
1w 웨이스트게이트 밸브
1g 발전기
2 엔진
3 배기 유로
3e 엔진 배기 유로
4 집진 필터
4s 압력 센서
5 전동 모터
6 흡기 유로
6e 엔진 흡기 유로
7 바이패스 유로
8 유량 조정밸브
9 제어수단
31 베인
41 분기 유로
42 바이패스 유로
43 액튜에이터
44 밸브체
51 전동 부스터
51c 컴프레서
51m 전동 모터
61 축전지