(57)【要約】【課題】触媒の劣化を抑制でき、かつコストの低減に有利な過給機付内燃機関を提供する。【解決手段】排気通路４のタービン５ｂにて排気エネルギを回収して吸気通路３のコンプレッサ５ａを駆動するターボチャージャ５と、排気通路４のタービン５ｂよりも下流側の区間に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒６とを備えた内燃機関１において、タービン５ｂ及び排気浄化触媒６を迂回して、排気通路４のタービン５ｂよりも上流側の区間と排気浄化触媒６よりも下流側の区間とを接続するバイパス通路８と、バイパス通路８に設けられて排気を浄化するバイパス排気浄化触媒９とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路のタービンにて排気エネルギを回収して吸気通路のコンプレッサを駆動するターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンよりも下流側の区間に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、を備えた内燃機関において、
前記タービン及び前記排気浄化触媒を迂回して、前記排気通路の前記タービンよりも上流側の区間と前記排気浄化触媒よりも下流側の区間とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて排気を浄化するバイパス排気浄化触媒と、を備えている過給機付内燃機関。
【請求項２】
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記排気通路の前記タービンと前記排気浄化触媒との間の区間に設けられて前記排気通路を開閉する排気制御弁と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記バイパス弁及び前記排気制御弁をそれぞれ制御する制御手段と、をさらに備えている請求項１に記載の過給機付内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関が冷間始動後の暖機運転中の場合には前記排気制御弁を閉じ、かつ前記バイパス弁を開ける請求項２に記載の過給機付内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の判定値以下の場合には前記排気制御弁を開け、かつ前記バイパス弁を閉じ、前記内燃機関の回転数が前記所定の判定値より高い場合には前記排気制御弁及び前記バイパス弁の両方を開ける請求項２又は３に記載の過給機付内燃機関。
【請求項５】
前記排気浄化触媒及び前記バイパス排気浄化触媒には、それぞれ貴金属が担持されており、
前記排気浄化触媒に担持されている貴金属の量は、前記バイパス排気浄化触媒に担持されている貴金属の量よりも少ない請求項１〜４のいずれか一項に記載の過給機付内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャのタービン及び排気浄化触媒が排気通路に設けられている内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路にターボチャージャのタービンが設けられるとともにそのタービンの下流に排気浄化用の触媒が設けられた内燃機関が知られている。このような内燃機関において、タービンを迂回するバイパス通路と、そのバイパス通路に配置されて排気通路に設けられた排気浄化用の第１の触媒より熱容量が小さい第２の触媒とを備え、内燃機関の運転状態に応じて第１の触媒の先をバイパス通路又はタービンのいずれか一方に選択的に切り替えるものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−５００３８号公報
【特許文献２】特開平５−３２１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように触媒を通過した排気は触媒での反応熱により温度が高くなる。一方、タービンを通過した排気は、タービンにて冷却されるので温度が低くなる。そのため、特許文献１の内燃機関では、排気通路に設けられている触媒の接続先を切り替えた際に触媒に流入する排気の温度が急に変化するおそれがある。この場合、触媒が急に加熱されたり冷却されたりするので、触媒が劣化し易くなる。また、特許文献１の内燃機関では、排気通路の触媒にバイパス通路の触媒にて加熱された排気を導入するので、排気通路には高温の排気に耐えることが可能な触媒を設ける必要がある。一般に触媒は、担持されている貴金属の量が多いほど耐熱性が向上する。そのため、特許文献１の内燃機関では、担持されている貴金属の量が多い触媒を排気通路に配置する必要があり、コストが高くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、触媒の劣化を抑制でき、かつコストの低減に有利な過給機付内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の過給機付内燃機関は、排気通路のタービンにて排気エネルギを回収して吸気通路のコンプレッサを駆動するターボチャージャと、前記排気通路の前記タービンよりも下流側の区間に設けられて排気を浄化する排気浄化触媒と、を備えた内燃機関において、前記タービン及び前記排気浄化触媒を迂回して、前記排気通路の前記タービンよりも上流側の区間と前記排気浄化触媒よりも下流側の区間とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられて排気を浄化するバイパス排気浄化触媒と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の過給機付内燃機関によれば、バイパス通路が排気通路の排気浄化触媒よりも下流側の区間に接続されているので、バイパス排気浄化触媒を通過した排気を排気浄化触媒の下流に導くことができる。そのため、排気浄化触媒にはタービンを通過した排気のみが導かれ、バイパス排気浄化触媒にはタービンを通過する前の排気のみが導かれる。これにより、各排気浄化触媒に流入する排気の温度が急に変化することを抑制できるので、各排気浄化触媒の劣化を抑制できる。また、このように排気浄化触媒には、タービンを通過した排気のみが流入するので、排気浄化触媒に高温の排気が流入することを抑制できる。そのため、排気浄化触媒の耐熱温度を低下させることができる。従って、コストを低減することができる。一方、バイパス排気浄化触媒にはタービンに流入する前の排気が導かれるので、この排気でバイパス排気浄化触媒を速やかに昇温できる。そのため、バイパス排気浄化触媒による排気の浄化を速やかに開始することができる。
【０００８】
本発明の過給機付内燃機関の一形態においては、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記排気通路の前記タービンと前記排気浄化触媒との間の区間に設けられて前記排気通路を開閉する排気制御弁と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記バイパス弁及び前記排気制御弁をそれぞれ制御する制御手段と、をさらに備えていてもよい（請求項２）。この場合、バイパス弁及び排気制御弁をそれぞれ適宜に開閉することにより、排気の全量をタービン又はバイパス通路のいずれか一方に選択的に導くことができる。
【０００９】
この形態において、前記制御手段は、前記内燃機関が冷間始動後の暖機運転中の場合には前記排気制御弁を閉じ、かつ前記バイパス弁を開けてもよい（請求項３）。このように排気制御弁を閉じるとともにバイパス弁を開けることにより、排気の全量をバイパス通路に導くことができるので、この排気にてバイパス排気浄化触媒を速やかに昇温できる。そのため、バイパス排気浄化触媒を速やかに排気の浄化に適した温度域まで昇温し、その昇温後のバイパス排気浄化触媒によって排気を浄化することができる。従って、内燃機関が暖機運転されているときの排気エミッションを改善することができる。
【００１０】
また、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の判定値以下の場合には前記排気制御弁を開け、かつ前記バイパス弁を閉じ、前記内燃機関の回転数が前記所定の判定値より高い場合には前記排気制御弁及び前記バイパス弁の両方を開けてもよい（請求項４）。このように内燃機関の回転数に応じて排気制御弁及びバイパス弁をそれぞれ制御することにより、内燃機関の運転状態に応じて内燃機関の過給を適切に行うことができる。また、内燃機関の回転数が判定値よりも高い場合はバイパス弁を開けて排気浄化触媒に導かれる排気の流量を低減するので、排気によって排気浄化触媒が過度に加熱されることを防止できる。
【００１１】
本発明の過給機付内燃機関の一形態においては、前記排気浄化触媒及び前記バイパス排気浄化触媒には、それぞれ貴金属が担持されており、前記排気浄化触媒に担持されている貴金属の量は、前記バイパス排気浄化触媒に担持されている貴金属の量よりも少なくてもよい（請求項５）。上述したように排気浄化触媒には、タービンを通過した排気のみが導かれる。そのため、このように担持されている貴金属の量をバイパス排気浄化触媒よりも少なくすることができる。また、このように貴金属の量を少なくすることにより、排気浄化触媒のコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の過給機付内燃機関によれば、バイパス通路が排気通路の排気浄化触媒よりも下流側の区間に接続されているので、排気浄化触媒にはタービンを通過した排気のみが導かれ、バイパス排気浄化触媒にはタービンを通過する前の排気のみが導かれる。これにより、各排気浄化触媒に流入する排気の温度が急に変化することを抑制できるので、各排気浄化触媒の劣化を抑制できる。また、排気浄化触媒の耐熱温度を低下させることができるので、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関を概略的に示す図。
【図２】ＥＣＵが実行する排気制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】エンジンの運転状態とウェイストゲートバルブ及び排気制御弁の状態との関係を示す図。
【図４】触媒の耐熱温度とその触媒に担持されるべき貴金属量との関係の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係る内燃機関を概略的に示している。この内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数の気筒（不図示）が設けられた機関本体２と、各気筒にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。吸気通路３には、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが設けられている。排気通路４には、ターボチャージャ５のタービン５ｂと、排気浄化触媒６とが設けられている。排気通路４のタービン５ｂと排気浄化触媒６との間の区間には、排気通路４を開閉する排気制御弁７が設けられている。排気浄化触媒６は、タービン５ｂとの間の距離が短くなるようにタービン５ｂに近付けて配置されている。
【００１５】
また、排気通路４には、排気通路４のタービン５ｂより上流側の区間と排気浄化触媒６より下流側の区間とを接続するバイパス通路８が設けられている。このようにバイパス通路８を設けることにより、気筒から排出された排気をタービン５ｂ及び排気浄化触媒６を迂回して排気浄化触媒６の下流の排気通路４に導くことができる。バイパス通路８には、排気を浄化するためのバイパス排気浄化触媒９が設けられている。排気浄化触媒６及びバイパス排気浄化触媒９には、それぞれ貴金属が担持されている。この貴金属としては、例えば白金、パラジウム、ロジウム等が担持されている。排気浄化触媒６の容量は、バイパス排気浄化触媒９の容量よりも大きい。一方、排気浄化触媒６に担持されている貴金属の量は、バイパス排気浄化触媒９に担持されている貴金属の量よりも少ない。バイパス通路８と排気通路４のタービン５ｂより上流側の区間との接続位置には、バイパス通路８を開閉するバイパス弁としてのウェイストゲートバルブ１０が設けられている。
【００１６】
排気制御弁７及びウェイストゲートバルブ１０の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にてそれぞれ制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだ周知のコンピュータユニットとして構成され、エンジン１に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ２０には、エンジン１の運転状態を検出するためのセンサとしてエンジン１の機関回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ２１、及びエンジン１の冷却水の温度に対応する信号を出力する水温センサ２２等が接続されている。この他にもＥＣＵ２０に各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１７】
図２は、ＥＣＵ２０が排気制御弁７及びウェイストゲートバルブ１０の動作を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する排気制御ルーチンを示している。この制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、及びエンジン１の冷却水の温度等が取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ２０は、エンジン１が機関温度が低い状態での始動である冷間始動後の暖機運転中、すなわちファーストアイドル中か否か判断する。この判断は、例えばエンジン１の冷却水の温度及びエンジン１の回転数に基づいて行えばよい。例えば、エンジン１の冷却水の温度が予め設定した判定温度以下であり、かつエンジン１の回転数が所定のアイドリング回転数域内の場合にエンジン１がファーストアイドル中と判断する。エンジン１がファーストアイドル中であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０はウェイストゲートバルブ１０を開け、排気制御弁７を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００１８】
一方、ファーストアイドル中ではないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０はエンジン１が低速運転中か否か判断する。この判断は、エンジン１の回転数に基づいて行えばよい。例えば、エンジン１の回転数が予め設定した所定の判定値以下の場合にエンジン１が低速運転中と判断する。なお、この判定値には、エンジン１が低速運転中か否かの判断基準となる回転数が設定され、エンジン１のアイドリング回転数域の上限値よりも高い値が設定される。エンジン１が低速運転中と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２０はウェイストゲートバルブ１０を閉じ、排気制御弁７を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００１９】
一方、エンジン１が中・高速運転中であると判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ２０はウェイストゲートバルブ１０及び排気制御弁７の両方を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２０】
図３は、エンジン１の運転状態とウェイストゲートバルブ１０及び排気制御弁７の状態との関係を示している。また、図３には各運転状態において排気が導かれる排気浄化触媒についても示した。この図に示したようにエンジン１ではファーストアイドル中はバイパス排気浄化触媒９のみに排気が導かれ、低速運転中は排気浄化触媒６のみに排気が導かれる。そして、エンジン１が中・高速運転中は、排気浄化触媒６及びバイパス排気浄化触媒９の両方に排気が導かれる。
【００２１】
この形態のエンジン１によれば、バイパス通路８が排気通路４の排気浄化触媒６より下流側の区間に接続されているので、バイパス排気浄化触媒９を通過した排気は排気浄化触媒６の下流に導かれる。そのため、排気浄化触媒６にはタービン５ｂを通過した排気のみを導くことができ、またバイパス排気浄化触媒９にはタービン５ｂを通過する前の排気のみを導くことができる。これにより、各排気浄化触媒６、９に流入する排気の温度が急に変化することを抑制できるので、各排気浄化触媒６、９の劣化を抑制できる。
【００２２】
また、この形態のエンジン１では、排気浄化触媒６にはタービン５ｂを通過した排気のみが導かれる。そのため、排気浄化触媒６の耐熱温度をバイパス排気浄化触媒９の耐熱温度より低くすることができる。図４は、触媒の耐熱温度とその触媒に担持されるべき貴金属の量との関係の一例を示している。なお、図４の温度Ｔ１は排気浄化触媒６の耐熱温度を示し、温度Ｔ２はバイパス排気浄化触媒９の耐熱温度を示している。この図に示したように触媒の耐熱温度を高くするためには、より多くの貴金属を担持させる必要がある。そのため、耐熱温度が高い触媒ほどコストが高くなる。上述したように排気浄化触媒６の耐熱温度は、バイパス排気浄化触媒９の耐熱温度より低くできる。そのため、排気浄化触媒６に担持すべき貴金属の量をバイパス排気浄化触媒９と比較して少なくすることができる。従ってコストを低減することができる。
【００２３】
さらに、この形態のエンジン１によれば、ファーストアイドル中は排気制御弁７が閉じられてウェイストゲートバルブ１０が開けられるので、気筒から排出された排気のほぼ全量がバイパス排気浄化触媒９に導かれる。そのため、高温の排気にてバイパス排気浄化触媒９を速やかに昇温して活性化させることができる。そして、これによりファーストアイドル中の排気エミッションを改善することができる。一方、低速運転中は排気制御弁７が開けられてウェイストゲートバルブ１０が閉じられるので、気筒から排出された排気のほぼ全量をタービン５ｂに導入できる。そのため、排気エネルギを十分に回収し、この排気エネルギにてエンジン１を適切に過給することができる。さらに中・高速運転中は、排気制御弁７及びウェイストゲートバルブ１０の両方が開けられるので、排気浄化触媒６及びバイパス排気浄化触媒９の両方を使用して排気を浄化することができる。
【００２４】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関であってもよい。内燃機関がファーストアイドル中か否かは、冷却水の温度の代わりにオイルの温度を参照して判断してもよい。
【００２５】
排気制御弁及びウェイストゲートバルブには、開度を調整可能なバルブが設けられてもよい。この場合、エンジンの運転状態に応じてこれら排気制御弁及びウェイストゲートバルブの開度を適宜に調整してもよい。例えば、ファーストアイドル運転の終了後には、排気制御弁が徐々に開けられるとともにウェイストゲートバルブを徐々に閉じられるようにこれらのバルブの開度を調整する。このように開度を調整することにより例えばタービンの回転数を徐々に上昇させることができるので、内燃機関の回転数変動などを抑制することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  内燃機関
３  吸気通路
４  排気通路
５  ターボチャージャ
５ａ  コンプレッサ
５ｂ  タービン
６  排気浄化触媒
７  排気制御弁
８  バイパス通路
９  バイパス排気浄化触媒
１０  ウェイストゲートバルブ（バイパス弁）
２０  エンジンコントロールユニット（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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