(57)【要約】  第１の過給機(３６)およびこれよりも排気通路(２７)の上流側に配されて内燃機関の低回転領域にて用いられる第２の過給機(３７)が直列に組み込まれ、第１の過給機の排気タービン(３６ｂ)を迂回する第１のバイパス通路(２９)と、第２の過給機の排気タービン(３７ｂ)を迂回する第２のバイパス通路(３２)と、これら第１および第２のバイパス通路をそれぞれ開閉するための２つの開閉弁(３１，３４)とを有する内燃機関から排気浄化装置(３８)に導かれる排気を加熱するための本発明による排気加熱装置(４４)は、排気通路と第２のバイパス通路との合流部(３３ｃ)よりも上流かつ第２の過給機の排気タービンよりも下流に位置する排気通路(２７ｓ)に配され、排気通路と第２のバイパス通路との分岐部(３３ｄ)よりも下流かつ第２の過給機の排気タービンよりも上流の排気通路にここを流れる排気の流量を調整し得る弁(４１)を配した。
2012081062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の排気タービン式過給機およびこれよりも排気通路の上流側に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２の排気タービン式過給機が前記排気通路中に直列に組み込まれ、前記第１の排気タービン式過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路と、前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路と、これら第１および第２のバイパス通路をそれぞれ独立に開閉するための２つの開閉弁とを有する内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、この排気加熱装置は、
前記排気通路と前記第２のバイパス通路との合流部よりも上流かつ前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンよりも下流に位置する前記排気通路に配され、
前記排気通路と前記第２のバイパス通路との分岐部よりも下流かつ前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンよりも上流の前記排気通路には、この排気通路を流れる排気の流量を調整し得る弁が配されていることを特徴とする内燃機関の排気加熱装置。
【請求項２】
排気加熱装置は、前記排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、この燃料供給弁から前記排気通路に供給された燃料を着火させて燃焼させるための着火手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気加熱装置。
【請求項３】
前記着火手段と前記排気浄化装置との間の前記排気通路の途中に酸化触媒を配したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気加熱装置。
【請求項４】
前記着火手段を用いて燃料を着火させる場合、前記弁は、前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンを通過する排気の流量が前記第２のバイパス通路を流れる排気の流量よりも少なくなるように、その開度が調整されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気加熱装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の排気加熱装置の制御方法であって、
排気浄化装置の活性化の有無を判定するステップと、
内燃機関の回転速度を検出するステップと、
検出された前記内燃機関の回転速度に基づいて前記弁の開度を設定するステップと、
前記排気浄化装置が活性化していないと判断した場合、設定された開度となるように前記弁を駆動して前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンに所定流量の排気を導くと共に排気加熱装置を作動させるステップと
を具えたことを特徴とする排気加熱装置の制御方法。
【請求項６】
前記排気浄化装置が活性化していないと判断した場合、設定された開度となるように前記弁を駆動して前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンに所定流量の排気を導くと共に排気加熱装置を作動させるステップは、前記第２のバイパス通路が全開状態となるように、前記第２の開閉弁を駆動するステップを含むことを特徴とする請求項５に記載の排気加熱装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置が設けられた内燃機関において、排気浄化装置を活性化および活性状態の維持のために排気の温度を高める排気加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力の向上を比較的容易に実現し得る過給器は、同時に燃費の低下をもたらすという傾向がある。近年、このような過給機が組み込まれた内燃機関の燃費向上に対する強い要求に対処するため、特性の異なる２台の過給機を組み込んだ内燃機関が特許文献１や特許文献２にて提案されている。何れも、主として内燃機関の低回転領域において機能する第１の過給機と、それ以外の回転領域にて主として機能する第２の過給機とを具え、吸排気通路に対してこれらを直列または並列に配置している。【０００３】
一方、内燃機関の厳しい排気規制に対処するため、内燃機関の始動時に排気浄化装置の活性化を促進させたり、内燃機関の運転中にその活性状態を維持したりすることが必要となっている。このため、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に排気加熱装置を組み込んだ内燃機関が特許文献３などで提案されている。この排気加熱装置は、排気中に加熱ガスを生成し、この生成された加熱ガスを下流側の排気浄化装置に供給することにより、排気浄化装置の活性化を促進させたり、活性状態を維持するものである。このため、排気加熱装置は、燃料を排気通路中に供給する燃料供給弁と、この燃料を加熱して着火させることにより、加熱ガスを生成させるグロープラグなどの着火装置とを一般的に有する。さらに、この加熱ガスの昇温を図るために小型の酸化触媒を着火装置よりも下流側の排気通路に配したものも知られている。この酸化触媒は、それ自体の発熱機能と低炭素成分への燃料の改質機能とを有するものであるが、排気浄化装置の一部として用いられる酸化触媒とは構成が相違する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５５９０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０４７０号公報
【特許文献３】特開２００６−１１２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
出力特性および燃費とクリーンな排気とを両立させた内燃機関は、今後、重要な技術となることは明らかであり、このような観点から、上述した２段式の排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関に対し、排気加熱装置をさらに組み込むことが考えられている。【０００６】
特許文献３に開示された排気加熱装置において、内燃機関に関する吸気流量が大きくなる運転状態の場合、排気通路を流れる排気の流速も相対的に上昇する。このため、排気加熱装置の燃料供給弁から排気通路に供給された燃料が着火装置の周囲に留まることができず、着火したとしても排気の流れによって火炎が吹き消されてしまい、未燃の燃料が排気浄化装置側へ流入してしまう可能性がある。【０００７】
一方、２段式の排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関においては、基本的に排気流量が多くなる傾向がある。しかも、排気が２台の過給機の排気タービンをそれぞれ通過するため、外部への放熱や排気タービン自体の熱容量のために排気温が大幅に低下してしまう。この結果、上述した不具合がさらに顕著に現れることとなり、車両の減速時など、排気流量が少ない時にしか、排気加熱装置を作動させることができない。【０００８】
本発明の目的は、２段式の排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関において、燃料の着火を安定して継続させることができる排気加熱装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の形態は、第１の排気タービン式過給機およびこれよりも排気通路の上流側に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２の排気タービン式過給機が前記排気通路中に直列に組み込まれ、前記第１の排気タービン式過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路と、前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路と、これら第１および第２のバイパス通路をそれぞれ独立に開閉するための２つの開閉弁とを有する内燃機関から排気浄化装置に導かれる排気を加熱するための排気加熱装置であって、この排気加熱装置は、前記排気通路と前記第２のバイパス通路との合流部よりも上流かつ前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンよりも下流に位置する前記排気通路に配され、前記排気通路と前記第２のバイパス通路との分岐部よりも下流かつ前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンよりも上流の前記排気通路には、この排気通路を流れる排気の流量を調整し得る弁が配されていることを特徴とするものである。【００１０】
本発明において排気加熱装置を作動させる必要がある場合、排気の大部分を第２のバイパス通路に導き、弁の開度を調整して排気の一部が第２の排気タービン式過給機の排気タービンを通って排気加熱装置へと導かれるようにする。この排気加熱装置の作動によって生ずる加熱ガスは、排気通路と第２のバイパス通路との合流部にて第２のバイパス通路を流れる排気と合流し、排気浄化装置へと流入する。【００１１】
本発明による内燃機関の排気加熱装置において、排気加熱装置は、排気通路に燃料を供給するための燃料供給弁と、この燃料供給弁から排気通路に供給された燃料を着火させて燃焼させるための着火手段とを有するものであってよい。この場合、着火手段と排気浄化装置との間の排気通路の途中に酸化触媒を配することができる。また、着火手段を用いて燃料を着火させる場合、弁は、第２の排気タービン式過給機の排気タービンを通過する排気の流量が第２のバイパス通路を流れる排気の流量よりも少なくなるように、その開度を調整することが好ましい。【００１２】
本発明の第２の形態は、上述した本発明の第１の形態による排気加熱装置の制御方法であって、排気浄化装置の活性化の有無を判定するステップと、内燃機関の回転速度を検出するステップと、検出された内燃機関の回転速度に基づいて前記弁の開度を設定するステップと、前記排気浄化装置が活性化していないと判断した場合、設定された開度となるように前記弁を駆動して前記第２の排気タービン式過給機の排気タービンに所定流量の排気を導くと共に排気加熱装置を作動させるステップとを具えたことを特徴とするものである。【００１３】
本発明においては、第２の排気タービン式過給機に排気を導く必要がない運転状態の場合、例えば内燃機関が低回転以外の領域にある場合、閉弁状態にある弁の開度を調整して第２の排気タービン式過給機の排気タービンにも所定流量の排気が導かれるようにしつつ排気加熱装置を稼働させる。これによる加熱ガスは、排気通路と第２のバイパス通路との合流部にて第２のバイパス通路を流れる排気と合流し、排気浄化装置へと流入する。【００１４】
本発明の第２の形態による排気加熱装置の制御方法において、排気浄化装置が活性化していないと判断した場合、設定された開度となるように弁を駆動して第２の排気タービン式過給機の排気タービンに所定流量の排気を導くと共に排気加熱装置を作動させるステップは、第２のバイパス通路が全開状態となるように、第２の開閉弁を駆動するステップを含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、２段式の排気タービン式過給機が組み込まれた内燃機関であっても、弁の開度を調整することにより排気加熱装置を安定して作動させることができる。しかも、加熱ガスを排気通路との合流部にて第２のバイパス通路を流れる排気と効率よく混合させることができる。【００１６】
着火手段と排気浄化装置との間の排気通路の途中に酸化触媒を配した場合、さらに效率よく加熱ガスを高温化させることができる。【００１７】
第１の排気通路を流れる排気の流量が第２の排気通路を流れる排気の流量よりも少なくなるように弁の開度を調整した場合、安定した加熱ガスをより確実に発生させることができる。【００１８】
第２の排気タービン式過給機の排気タービンを通過する排気の流量が第２のバイパス通路を流れる排気の流量よりも少なくなるように弁の開度を調整し、着火手段を用いて燃料を着火させた場合、安定した加熱ガスをより確実に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による内燃機関の排気加熱装置の一実施形態の概念図である。
【図２】図２は、図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。
【図３】図３は、エンジン回転数とタービン回転数との関係を表すグラフである。
【図４】図４は、図１に示した実施形態における排気加熱装置の制御手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明をシリーズタイプの２段式排気タービン式過給機が組み込まれた圧縮点火方式の内燃機関に応用した実施形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００２１】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その制御ブロックを図２に示すが、吸排気のための動弁機構やＥＧＲ装置などは便宜的に省略している。本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒（図示例では４気筒）内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。この燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料の量および噴射タイミングは、運転者によるアクセルペダル１３の踏み込み量と、車両の運転状態とに基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１４により制御される。アクセルペダル１３の踏み込み量はアクセル開度センサー１５により検出され、その検出情報がＥＣＵ１４に出力され、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量などを設定するために用いられる。
【００２２】
吸気マニホールド１６を介してエンジン１０に接続する吸気管１７は吸気マニホールド１６と共に吸気通路１８を画成し、その上流側および下流側に吸気バイパス通路１９を画成する吸気バイパス管２０との分岐部２０ｄおよび合流部２０ｃを有する。つまり、吸気バイパス管２０の両端は、吸気通路１８の上流側の分岐部２０ｄと下流側の合流部２０ｃとで吸気管１７に接続している。換言すると、分岐部２０ｄと合流部２０ｃとの間に位置する吸気管１７の部分と、吸気バイパス管２０とが並列に配された状態となっている。以下、分岐部２０ｄよりも上流側の吸気通路１８を便宜的に第１の吸気通路１８ｆと呼称する。また、分岐部２０ｄと合流部２０ｃとの間の吸気管１７によって画成される部分を便宜的に第２の吸気通路１８ｓと呼称する。
【００２３】
分岐部２０ｄよりもさらに上流側の吸気管１７には、エアーフローメーター２１と吸気温センサー２２とが取り付けられ、これらによって検出された吸気流量および吸気温に関する情報がＥＣＵ１４に出力される。ＥＣＵ１４は、これらエアーフローメーター２１および吸気温センサー２２からの検出情報などに基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量の補正を行う。
【００２４】
合流部２０ｃよりもさらに下流側の吸気管１７には、吸気通路１８を流れる吸気の充填密度を高めるために吸気を冷却するインタークーラー２３と、吸気通路１８の開度を調整するためのスロットル弁２４とが設けられている。本実施形態におけるスロットル弁２４は、運転者により踏み込み量が調整されるアクセルペダル１３の開度に対し、車両の運転状態に応じて吸気通路１８の開度がＥＣＵ１４によって補正されるように、アクセルペダル１３に対して電気的に接続されている。しかしながら、このアクセルペダル１３の開度に対して吸気通路１８の開度が正確に対応するように、アクセルペダル１３に対して機械的に接続されるスロットル弁２４を採用することも当然可能である。
【００２５】
吸気バイパス管２０の途中には、吸気バイパス通路１９を開閉するための吸気バイパス弁２５が設けられている。この吸気バイパス弁２５には、バイパス弁駆動モーター２６が連結され、車両の運転状態に応じてＥＣＵ１４がバイパス弁駆動モーター２６の作動を制御し、吸気バイパス弁２５の開閉動作を切り替える。
【００２６】
排気通路２７を画成する排気管２８は、その上流側および下流側に第１排気バイパス通路２９を画成する第１排気バイパス管３０との分岐部３０ｄおよび合流部３０ｃを有する。つまり、第１排気バイパス管３０の両端は、排気通路２７の上流側の分岐部３０ｄと下流側の合流部３０ｃとで排気管２８に接続している。換言すると、排気通路２７の上流側の分岐部３０ｄと下流側の合流部３０ｃとの間に位置する排気通路２７の部分（以下、この部分を便宜的に第１排気通路２７ｆと記述する）と、第１排気バイパス通路２９とが並列に配された状態となっている。この第１排気バイパス管３０には、第１排気バイパス通路２９を開閉するための第１排気バイパス弁３１が設けられ、その開閉動作が車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１４により制御されるようになっている。本実施形態における第１排気バイパス弁３１には、先のバイパス弁駆動モーター２６が吸気バイパス弁２５と共に連結され、この吸気バイパス弁２５の開閉動作にほぼ逆に連動して第１の排気バイパス通路２９を開閉するようになっている。しかしながら、この第１排気バイパス弁３１に対して個別のアクチュエーターを連結し、吸気バイパス弁２５に対して独立に第１の排気バイパス通路２９の開閉操作を行うようにすることも可能である。
【００２７】
第１排気バイパス管３０との分岐部３０ｄよりもさらに上流側に位置する排気管２８には、その上流側および下流側に第２排気バイパス通路３２を画成する第２排気バイパス管３３との分岐部３３ｄおよび合流部３３ｃをさらに有する。つまり、第２排気バイパス管３３の両端は、排気通路２７の上流側の分岐部３３ｄと下流側の合流部３３ｃとで排気管２８に接続している。換言すると、排気通路２７の上流側の分岐部３３ｄと下流側の合流部３３ｃとの間に位置する排気通路２７の部分（以下、これを便宜的に第２排気通路２７ｓと記述する）と、第２排気バイパス通路３２とが並列に配された状態となっている。この第２排気バイパス管３３には、第２排気バイパス通路３２を開閉するための第２排気バイパス弁３４が設けられ、その開閉動作が車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１４により制御される。本実施形態では、第２バイパス弁駆動モーター３５がこの第２排気バイパス弁３４に連結され、この第２バイパス弁駆動モーター３５を介して第２排気バイパス弁３４の開閉動作が制御される。
【００２８】
第１の過給機３６は、第１の吸気通路１８ｆと第１の排気通路２６ｆとに跨がって配され、そのコンプレッサー３６ａが第１の吸気通路１８ｆに位置すると共に排気タービン３６ｂが第１の排気通路２７ｆに位置する。従って、分岐部３０ｄにて第１排気通路２７ｆから分岐する第１排気バイパス通路２９は、第１の過給機３６の排気タービン３６ｂを迂回した状態でその下流側の合流部３０ｃにて第１排気通路２７ｆと共に排気通路２７に合流する。また、第１の過給機３６よりもエンジン１０の低回転領域にて主として用いられる第２の過給機３７は、第２の吸気通路１８ｓと第２の排気通路２６ｓとに跨がって配されている。この第２の過給機３７のコンプレッサー３７ａは、第２の吸気通路１８ｓに位置し、その排気タービン３７ｂは第２排気バイパス管３３によって画成される第２の排気通路２７ｓに位置する。従って、分岐部３３ｄにて第２排気通路２７ｓから分岐する第２排気バイパス通路３２は、第２の過給機３７の排気タービン３７ｂを迂回した状態でその下流側の合流部３３ｃにて第２排気通路２７ｓと共に分岐部３０ｄよりも上流側の排気通路２７に合流する。
【００２９】
前記第１排気バイパス管３０との合流部３０ｃよりも下流側に位置する排気管２８には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置３８が連結されている。本実施形態における排気浄化装置３８は、排気通路２７の上流側から順に酸化触媒３９と三元触媒とＮＯＸ触媒とを具えているが、便宜的に最上流端側に配された酸化触媒３９のみ図示している。この酸化触媒３９にはその温度（以下、これを触媒温度と記述する）Ｔｎを検出してこれをＥＣＵ１４に出力する触媒温度センサー４０が組み込まれている。
【００３０】
第２の過給機３７の排気タービン３７ｂよりも上流かつ第２排気バイパス管３３との分岐部３３ｄよりも下流側の第２の排気通路２７ｓの途中には、この第２の排気通路２７ｓを流れる排気の流量を調整し得る流量調整弁４１が設けられている。また、この流量調整弁４１には、その開度を検出するための弁開度センサー４２が連結され、その検出情報がＥＣＵ１４に出力されるようになっている。流量調整弁４１には、ＥＣＵ１４により作動が制御される調整弁駆動モーター４３も連結され、車両の運転状態および弁開度センサー４２からの検出情報に基づいてその開度が調整される。
【００３１】
なお、第２バイパス弁駆動モーター３５による先の第２排気バイパス弁３４の開閉動作は、流量調整弁４１の開閉動作に対して基本的に逆に駆動されるようになっている。より具体的には、流量調整弁４１が全開状態の場合にのみ第２排気バイパス弁３４が全閉状態に保持される。これに対し、第２排気バイパス通路２７ｓに排気が導かれる場合には、必要とされる過給圧が達成されるように、第２排気バイパス弁３４および流量調整弁４１の開度が制御される。
【００３２】
第２の過給機３７の排気タービン３７ｂよりも下流かつ第２排気バイパス管３３との合流部３３ｃよりも上流側の第２の排気通路２７ｓの途中には、排気加熱装置４４が組み込まれている。この排気加熱装置４４は、加熱ガスを生成してこれを下流側に配された排気浄化装置３８に供給し、その活性化および活性状態を維持するためのものである。本実施形態における排気加熱装置４４は、燃料供給弁４５と、本発明における着火手段としてのグロープラグ４６と、補助酸化触媒４７とを上流側から順に具えている。
【００３３】
燃料供給弁４５は、第２の排気通路２７ｓ内に燃料を供給するためのものであり、排気浄化装置３８の活性状態の有無と車両の運転状態とに基づいてＥＣＵ１４によりその供給タイミングや供給量が制御されるようになっている。この燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓ内への燃料の供給動作は、排気浄化装置３８が不活性状態の場合に行われる。従って、第２の排気通路２７ｓに排気を導く必要のない運転状態、つまり第２の過給機３７を機能させる必要のない運転状態であっても、必要に応じて排気加熱装置４４を作動させる。また、第２の排気通路２７ｓに排気を導いて第２の過給機３７を機能させている運転状態であっても、必要に応じて排気加熱装置４４を作動させるようにしている。
【００３４】
グロープラグ４６は、燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓ内に供給された燃料が自然着火しないような場合にこれを着火させるためのものである。このグロープラグ４６には、これに給電するための図示しない直流電源と昇圧回路とが接続し、その表面温度がＥＣＵ１４により制御される。なお、本発明の着火手段として、グロープラグ４６に代えてセラミックヒーターなどを用いることも可能である。
【００３５】
補助酸化触媒４７は、グロープラグ４６と排気浄化装置３８との間の排気通路２７の途中に配されている。本実施形態では、この補助酸化触媒４７を合流部３３ｃよりも上流側の第２の排気通路２７ｓに配しているが、合流部３３ｃよりも下流側の排気通路２７に配することも可能である。補助酸化触媒４７は、第２の排気通路２７ｓの断面積よりも小さな断面積を有し、従って排気の一部がこの補助酸化触媒４７を通らずに通過することを可能にする。つまり、補助酸化触媒４７を通る排気の流速は、ここを通らない排気の流速よりも低速となり、補助酸化触媒４７を通る排気をさらに昇温させることが可能となる。補助酸化触媒４７が充分に高温、つまり活性化した状態では、グロープラグ４６に対する通電を切り、補助酸化触媒４７内で混合気を直接燃焼させることも可能である。しかしながら、エンジン１０の冷態始動時など、補助酸化触媒４７が活性化していない場合には、グロープラグ４６に対して通電を行うことが必要である。なお、補助酸化触媒４７が高温になると、未燃混合気中の炭素数の多い炭化水素が分解し、炭素数の少ない反応性の高い炭化水素に改質される。換言すれば、この補助酸化触媒４７は、一方ではそれ自体が急速に発熱する急速発熱体として機能し、他方では改質された燃料を生成させる燃料改質触媒としても機能する。本実施形態では、補助酸化触媒４７の温度（以下、これを補助触媒温度と記述する）ＴＳｎを検出してこれをＥＣＵ１４に出力する補助温度センサー４８が設けられている。そして、この補助温度センサー４８からの検出情報に基づいてグロープラグ４６に対する通電の有無がＥＣＵ１４にて決定される。
【００３６】
このように、第２の排気通路２７ｓにて加熱ガスが生成され、高温となった排気が補助酸化触媒４７を通ってさらに昇温し、未燃ガスも補助酸化触媒４７によって燃焼するか、あるいは活性の高い炭化水素に改質される。そして、これらが合流部３３ｃにて第２の排気バイパス通路３２を流れる排気と混合された状態となって排気浄化装置３８側へと供給される。この結果、車両が走行中であっても排気浄化装置３８の活性化および活性状態の維持を迅速に行うことができる。
【００３７】
なお、燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓ内に噴射された燃料の着火性を高めるため、板状をなす気化促進部材を燃料供給弁４５およびグロープラグ４６と対向して設けることも有効である。この気化促進部材は、燃料供給弁４５から噴射される燃料が衝突することにより、これを飛散させて燃料の霧化、すなわち気化を促進させる機能を持つ。
【００３８】
本実施形態における第１および第２の過給機３６，３７の特性を図３に示す。相対的に慣性質量の大きな第１の過給機３６は、エンジン回転速度、つまり単位時間当たりのエンジン回転数Ｎｎが所定回転数ＮＲ（以下、これを過給状態判定回転数と記述する）未満の領域での過給能力をほとんど有していない。つまり、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ以上の領域は、第１の過給機３６が過給能力を発揮する領域である。これに対し、相対的に慣性質量が小さい第２の過給機３７は、第１の過給機３６が機能しない低エンジン回転数の領域から過給能力を発揮するようになっている。従って、ＥＣＵ１４は、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ未満の場合、第１の過給機３６を作動させずに第２の過給機３７を作動させる。具体的には、第１排気バイパス弁３１および流量調整弁４１を基本的にほぼ全開状態に保持し、吸気バイパス弁２５および第２排気バイパス弁３４を全閉状態に保持する。また、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ以上の場合には、第２の過給機３７を作動させずに第１の過給機３６を作動させる。具体的には、第１排気バイパス弁３１および流量調整弁４１を全閉状態に保持し、吸気バイパス弁２５および第２排気バイパス弁３４を基本的にほぼ全開状態に保持する。このため、エンジン１０のクランク角位相がクランク角センサー４９によって検出され、その検出情報がＥＣＵ１４に出力されるようになっており、ＥＣＵ１４はこのクランク角センサー４９からの情報に基づいてエンジン回転数Ｎｎを算出する。
【００３９】
排気浄化装置３８の活性化を図るため、燃料供給弁４５から燃料を第２の排気通路２７ｓに供給する必要がある場合、排気の一部のみが第２の排気通路２７ｓへと流れるようにする。具体的には、流量調整弁４１を全開状態から少し絞るか、あるいは全閉状態から僅かに開けると共に第２の排気通路２７ｓに供給すべき量の排気が導かれるように、第２排気バイパス弁３４の開度を制御する。これにより、燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓに噴射される燃料は、グロープラグ４６によって点火され、失火することなく加熱ガスとなって第２排気バイパス管３３との合流部３３ｃにて第２の排気バイパス通路３２から流れ込む排気と混合される。そして、排気浄化装置３８の活性化が促進される。
【００４０】
ＥＣＵ１４は、吸気バイパス弁２５および第１，第２排気バイパス弁３１，３４ならびに流量調整弁４１や排気加熱装置４４、つまり燃料供給弁４５およびグロープラグ４６の作動を制御する。これらに対する制御は、車両の運転状態と補助温度センサー４８および触媒温度センサー４０からの検出信号に基づき、予め設定されたプログラムに従って次のように行われる。すなわち、触媒温度センサー４０からの検出信号に基づき、酸化触媒３９の温度Ｔｎがその活性化の指標となる温度（以下、これを活性化指標温度と記述する）ＴＲ未満の場合、排気浄化装置３８が活性化していないと判断し、排気加熱装置４４を作動させる。逆に、触媒温度Ｔｎがその活性化指標温度ＴＲ以上の場合、排気浄化装置３８が活性化していると判断して排気加熱装置４４の作動を停止する。また、補助酸化触媒４７の温度ＴＳｎがその活性化の指標となる温度（以下、これを活性化指標温度と記述する）ＴＳＲ未満の場合、補助酸化触媒４７が活性化していないと判断してグロープラグ４６に対する通電を行う。逆に、補助触媒温度ＴＳｎが活性化指標温度ＴＳＲ以上の場合、補助酸化触媒４７が活性化していると判断してグロープラグ４６に対する通電を停止する。一方、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ以上の状態にて排気加熱装置４４を作動させる場合、全閉状態にある流量調整弁４１を僅かに開いた状態に保持するだけでよい。つまり、吸気バイパス弁２５，第２排気バイパス弁３４を全開状態および第１排気バイパス弁３１を全閉状態に保持したままにすることができる。このようにして、排気の一部を第２の排気通路２７ｓに導き、燃料の着火を可能にすると共にその失火を防止する（一例として、図３の矢視Ａのような特性になる）。逆に、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ未満の場合、吸気バイパス弁２５，第２排気バイパス弁３４を全閉状態および第１排気バイパス弁３１，流量調整弁４１を全開状態に保持したままでは、燃料が着火しなかったり、失火してしまう可能性がある。従って、この場合には第２の排気通路２７ｓに供給すべき量の排気か導かれるように、流量調整弁４１を全開状態から僅かに開いた状態に保持すると共に全閉状態にある第２排気バイパス弁３４の開度を制御する。これにより、排気の大部分を第２排気バイパス通路３２に導き、第２の排気通路２７ｓに供給される燃料の失火が起こらないようにする（一例として、図３の矢視Ｂのような特性になる）。
【００４１】
このように、上述した排気加熱装置４４の燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓに供給される燃料が失火しないように、先の流量調整弁４１の開度が調整される。つまり、第２の排気通路２７ｓに導かれる排気の流量を第２排気バイパス通路３２を流れる排気の流量よりも少なくする。より具体的には、第２の排気通路２７ｓ内での燃料の着火により生ずる火炎が失火しない程度の流速の排気が第２の排気通路２７ｓを流れるように、流量調整弁４１の開度が調整弁駆動モーター４３を介してＥＣＵ１４により設定される。これにより、失火が起こらないような所定流量の排気を第２の排気通路２７ｓに流すことができ、排気加熱装置４４によって得られる加熱ガスを排気浄化装置３８へと導くことができる。
【００４２】
このような排気加熱装置４４の制御手順を図４のフローチャートに示す。すなわち、Ｓ１１のステップにて触媒温度センサー４０によって検出される酸化触媒３９の温度Ｔｎがその活性化指標温度ＴＲ未満であるか否かを判定する。ここで、触媒温度Ｔｎが活性化指標温度ＴＲ以上である、すなわち酸化触媒３９が活性状態にあるので排気加熱装置４４を作動させる必要がないと判断した場合、何もせずにこのＳ１１のステップでの判定処理を反復する。また、Ｓ１１のステップにて触媒温度Ｔｎが活性化指標温度ＴＲ未満である、すなわち酸化触媒３９が不活性状態にあるので排気加熱装置４４を作動させる必要があると判断した場合、Ｓ１２のステップに移行する。このＳ１２のステップでは、補助温度センサー４８によって検出される補助酸化触媒４７の温度ＴＳｎがその活性化指標温度ＴＳＲ未満であるか否かを判定する。ここで、補助触媒温度ＴＳｎが活性化指標温度ＴＳＲ未満である、すなわち補助酸化触媒４７が不活性状態にあるので、グロープラグ４６に対する通電を行う必要があると判断した場合、Ｓ１３のステップに移行する。このＳ１３のステップでは、グロープラグ４６への通電のためのフラグがセットされているか否かを判定する。最初はこのフラグがセットされていないので、Ｓ１４のステップに移行してフラグをセットすると共にＳ１５のステップにてグロープラグ４６に対する通電を行う。そして、Ｓ１５のステップにて吸気バイパス弁２５や第１，第２排気バイパス弁３１，３４および流量調整弁４１の開閉状態をエンジン回転数Ｎｎに基づいて設定する。
【００４３】
例えば、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ未満の場合、吸気バイパス弁２５，第２排気バイパス弁３４が全閉状態となっているのに対し、第１排気バイパス弁３１，流量調整弁４１が全開状態に保持されている。従って、第２の排気通路２７ｓに供給された燃料をグロープラグ４６によって着火させた場合にこれが失火しない程度の流速となるように、流量調整弁４１および第２排気バイパス弁３４の開度が制御される。より具体的には、流量調整弁４１を全開状態から絞ると共に第２排気バイパス弁３４の開度を制御し、必要な量の排気が第２の排気通路２７ｓに導かれるようにする。これにより、第２の排気通路２７ｓを流れる排気の流量が絞られ、残りの排気を第１排気バイパス通路３２へと導く。また、エンジン回転数Ｎｎが過給状態判定回転数ＮＲ以上の場合、吸気バイパス弁２５，第２排気バイパス弁３４が全開状態となっているのに対し、第１排気バイパス弁３１および流量調整弁４１が全閉状態に保持されている。従って、第２の排気通路２７ｓに供給された燃料が着火するように、流量調整弁４１を全閉状態から少し開き、排気の一部を第２の排気通路２７ｓにも導かれるようにする。
【００４４】
次に、Ｓ１７のステップにて燃料供給弁４５から燃料を第２の排気通路２７ｓに噴射する。これにより、排気が僅かに流れる第２の排気通路２７ｓにて燃料の着火がなされ、得られる加熱ガスが補助酸化触媒４７によってさらに昇温することとなる。そして、第１排気バイパス通路３２との合流部３３ｃにてここから流れてくる排気と混ざり合って排気浄化装置３８へと導かれ、排気浄化装置３８の昇温が図られる。次いで、Ｓ１８のステップにて触媒温度センサー４０によって検出される触媒温度Ｔｎがその活性化指標温度ＴＲ以上であるか否かを判定する。ここで、触媒温度Ｔｎが活性化指標温度ＴＲ未満である、すなわち酸化触媒３９が不活性状態にあるので排気加熱装置４４の作動を継続させる必要があると判断した場合、Ｓ１２のステップに戻って先の処理を繰り返す。また、触媒温度Ｔｎが活性化指標温度ＴＲ以上である、すなわち酸化触媒３９が活性状態になったので排気加熱装置４４の作動を停止させる必要があると判断した場合、Ｓ１９のステップに移行する。このＳ１９のステップでは、フラグのセットがなされているか否かを判定し、フラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ２０のステップにてグロープラグ４６に対する通電を止め、次いでＳ２１のステップにてフラグをリセットする。しかる後、Ｓ２２のステップにて燃料供給弁４５からの燃料の供給を停止すると共にＳ１６のステップでの弁開度制御を終了し、再びＳ１１の判定ステップに戻る。これにより、第１および第２の過給機３６，３７がエンジン回転数Ｎｎに応じて最も効率よく作動するように、吸気バイパス弁２５や第１，第２排気バイパス弁３１，３４および流量調整弁４１の開閉状態が制御されることとなる。
【００４５】
一方、先のＳ１３のステップにてフラグがセットされている、つまりグロープラグ４６が通電状態であると判断した場合には、そのままＳ１６のステップに移行して排気加熱装置４４の作動を継続する。
【００４６】
また、先のＳ１２のステップにて補助触媒温度ＴＳｎが活性化指標温度ＴＳＲ以上である、すなわち補助酸化触媒４７が活性状態にあるので、グロープラグ４６に対する通電を行う必要がないと判断した場合、Ｓ２３のステップに移行する。このＳ２３のステップでは、フラグがセットされているか否かが判定される。ここでフラグがセットされている、つまりグロープラグ４６に対する通電が行われていると判断した場合、Ｓ２４に移行してグロープラグ４６に対する通電を止め、次いでＳ２１のステップにてフラグをリセットする。しかる後、先のＳ１６のステップに移行して排気加熱装置４４の作動を継続する。これに対し、Ｓ２３のステップにてフラグがセットされていない、つまりグロープラグ４６が非通電状態であると判断した場合には、そのままＳ１６のステップに移行して排気加熱装置４４の作動を継続する。
【００４７】
なお、燃料供給弁４５から第２の排気通路２７ｓに噴射される燃料が失火しても問題がない場合には、任意の運転状態で排気加熱装置４４を作動させることができることに注意されたい。
【００４８】
本発明は、その特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  エンジン
１１  燃料噴射弁
１２  燃焼室
１３  アクセルペダル
１４  ＥＣＵ
１５  アクセル開度センサー
１６  吸気マニホールド
１７  吸気管
１８  吸気通路
１８ｆ  第１の吸気通路
１８ｓ  第２の吸気通路
１９  吸気バイパス通路
２０  吸気バイパス管
２０ｄ  分岐部
２０ｃ  合流部
２１  エアーフローメーター
２２  吸気温センサー
２３  インタークーラー
２４  スロットル弁
２５  吸気バイパス弁
２６  バイパス弁駆動モーター
２７  排気通路
２７ｆ  第１排気通路
２７ｓ  第２排気通路
２８  排気管
２９  第１排気バイパス通路
３０  第１排気バイパス管
３０ｄ  分岐部
３０ｃ  合流部
３１  第１排気バイパス弁
３２  第２排気バイパス通路
３３  第２排気バイパス管
３３ｄ  分岐部
３３ｃ  合流部
３４  第２排気バイパス弁
３５  第２バイパス弁駆動モーター
３６  第１の過給機
３６ａ  コンプレッサー
３６ｂ  排気タービン
３７  第２の過給機
３７ａ  コンプレッサー
３７ｂ  排気タービン
３８  排気浄化装置
３９  酸化触媒
４０  触媒温度センサー
４１  流量調整弁
４２  弁開度センサー
４３  調整弁駆動モーター
４４  排気加熱装置
４５  燃料供給弁
４６  グロープラグ
４７  補助酸化触媒
４８  補助温度センサー
４９  クランク角センサー
Ｎｎ  エンジン回転数
ＮＲ  過給状態判定回転数
Ｔｎ  触媒温度
ＴＲ  活性化指標温度
ＴＳｎ  補助触媒温度
ＴＳＲ  活性化指標温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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