(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の一部の気筒に第１の排気通路を接続し、前記内燃機関の残部の気筒に第２の排気通路を接続し、これら第１および第２の排気通路を下流端部にて集合させて集合通路を形成し、
前記第１の排気通路にターボチャージャのタービンを配設し、
前記残部の気筒を、燃料噴射を停止することにより、前記一部の気筒とは独立して休止可能とし、
前記第２の排気通路に、燃料供給ノズル、グロープラグおよび酸化触媒を有するバーナー装置を配設した
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記残部の気筒が休止されたときに前記バーナー装置が作動させられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記集合通路に排気浄化触媒が配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に係り、特に、排気浄化触媒の暖機促進のためのバーナー装置を排気通路に有する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において、排気浄化触媒の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気浄化触媒を加熱し、排気浄化触媒の暖機を促進する場合がある。
【０００３】
なお、これに関連する技術として特許文献１に開示されたものがある。これにおいては、多気筒火花点火機関の一部の気筒を過濃混合気で運転し、残部の気筒は燃料供給を停止して空気ブロアとして利用する。一部の気筒で生成された可燃ガスと残部の気筒から供給された空気とを混合して可燃混合気を形成する。この可燃混合気を、スパークプラグ等の点火機構を内設した燃焼器で燃焼させ、下流側の触媒を加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１７０５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記バーナー装置は、排気通路内のガス中に燃料を供給し、ガスと燃料の混合気を適宜な着火手段によって着火し、燃焼させるものである。従って、ガスの酸素濃度が十分に高くないと、着火が良好に行えない傾向にある。
【０００６】
一方、内燃機関にはターボチャージャを備えたものがある。この場合、タービン下流側にバーナー装置を設置することが考えられる。しかし、こうすると、タービンを通過しタービンで加熱されたガスがバーナー装置に供給される。ガスが加熱されると、自ずとその酸素濃度が低下することから、バーナー装置に対しては好適ではない。
【０００７】
そこで本発明の一の目的は、ターボチャージャを備えた場合でもバーナー装置を良好に作動させることができる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の形態によれば、
多気筒内燃機関の一部の気筒に第１の排気通路を接続し、前記内燃機関の残部の気筒に第２の排気通路を接続し、これら第１および第２の排気通路を下流端部にて集合させて集合通路を形成し、
前記第１の排気通路にターボチャージャのタービンを配設し、
前記残部の気筒を、燃料噴射を停止することにより、前記一部の気筒とは独立して休止可能とし、
前記第２の排気通路に、燃料供給ノズル、グロープラグおよび酸化触媒を有するバーナー装置を配設した
ことを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００９】
残部の気筒を休止させると、残部の気筒は、吸入空気をそのまま排出するエアポンプとして機能する。残部の気筒から排出された空気は、タービンを通過することなくバーナー装置に供給される。よって空気のタービンによる加熱、ひいては空気の酸素濃度低下を防止し、バーナー装置を効率よく作動させることができる。
【００１０】
好ましくは、前記残部の気筒が休止されたときに前記バーナー装置が作動させられる。
【００１１】
好ましくは、前記集合通路に排気浄化触媒が配設される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターボチャージャを備えた場合でもバーナー装置を良好に作動させることができる内燃機関を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。
【００１５】
図１に、本発明の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す。１は自動車用の圧縮着火式内燃機関即ちディーゼルエンジンであり、２は吸気ポートに連通されている吸気マニフォルド、４はシリンダとピストンによって画成される燃焼室である。本実施形態では、不図示の燃料タンクから高圧ポンプ５に供給された燃料が、高圧ポンプ５によりコモンレール６に圧送されて高圧状態で蓄圧され、このコモンレール６内の高圧燃料がインジェクタ７から燃焼室４内に直接噴射供給される。なお、ディーゼルエンジンの形態としてはこのようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたものに限らない。
【００１６】
エアクリーナ１０から吸気通路１１内に導入された吸入空気は、エアフローメータ１２、ターボチャージャ８のコンプレッサＣ、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４を順に通過して吸気マニフォルド２に至る。エアフローメータ１２は吸入空気量を検出するためのセンサである。スロットルバルブ１４には電子制御式のものが採用されている。
【００１７】
エンジン１の排気系は次のように構成されている。まず、エンジン１は多気筒エンジン、具体的には直列四気筒エンジンであり、図中左側から順に＃１〜＃４の各気筒の配列されている。そして両端部に位置する＃１と＃４の気筒には第１の排気通路３１が接続され、中間部に位置する＃２と＃３の気筒には第２の排気通路３２が接続されている。
【００１８】
第１の排気通路３１は、上流端部が分岐されて＃１および＃４気筒に個別に接続され、上流端部より下流側が集合されている。そして第１の排気通路３１の集合部３１Ａの途中にターボチャージャ８のタービンＴが配設されている。
【００１９】
第２の排気通路３２も、上流端部が分岐されて＃２および＃３気筒に個別に接続され、上流端部より下流側が集合されている。そして第２の排気通路３２の集合部３２Ａの途中に、後に詳述するバーナー装置４０が配設されている。
【００２０】
第１の排気通路３１の集合部３１Ａの下流端部と、第２の排気通路３２の集合部３２Ａの下流端部とは、合流位置Ｘで集合され、合流位置Ｘの下流側に集合通路３３を形成する。集合通路３３の途中には排気浄化触媒３４が配設されている。
【００２１】
本実施形態における排気浄化触媒３４は、排気中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒である。ＮＯｘ触媒は吸蔵還元式であっても選択還元式であっても構わない。好ましくは複数の排気浄化触媒が設けられ、ＮＯｘ触媒に加え、排気中の未燃成分（特にＨＣ）を酸化して浄化する酸化触媒が設けられる。また排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）が設けられる。ＤＰＦには、貴金属からなる触媒が担持されて捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼するものがあり、このうちの触媒も前記排気浄化触媒に含まれる。なお特に火花点火式内燃機関の場合、排気浄化触媒は三元触媒であってもよい。
【００２２】
バーナー装置４０は、加熱ガスを生成して、その生成された加熱ガスを下流側の排気浄化触媒３４に供給し、排気浄化触媒３４の暖機および活性状態を維持促進するためのものである。バーナー装置４０は、それぞれ上流側から配置された燃料供給ノズル４１、グロープラグ４２および酸化触媒４３を有する。
【００２３】
バーナー装置４０の作動時、燃料供給ノズル４１から排気通路３２内に燃料が噴射供給され、グロープラグ４２が通電される。すると燃料供給ノズル４１から供給された燃料と、排気通路３２内に存在するガスとからなるリッチな混合気が、グロープラグ４２により着火され、或いは少なくとも酸化される。着火或いは酸化された混合気は酸化触媒４３を通過し、ここでさらに燃焼或いは酸化される。
【００２４】
こうして、酸化触媒４３からは高温の加熱ガスが排出されることとなり、この加熱ガスが排気浄化触媒３４に供給されることにより、排気浄化触媒３４の暖機および活性状態を維持促進することが可能となる。特にこのバーナー装置４０は、エンジンの冷間始動直後のコールドエミッションを向上するのに有利である。
【００２５】
ここで、酸化触媒４３は排気通路３２の一部の断面積を占めるように構成されている。従って酸化触媒４３には排気通路３２内の一部のガスしか通過せず、酸化触媒４３の内側におけるガスの流速は外側におけるガスの流速よりも低速である。従って、酸化触媒４３の内側で十分な反応時間を確保でき、加熱ガスの昇温に有利である。酸化触媒４３が十分高温になっている場合には、グロープラグ４２を停止させ、酸化触媒４３内で混合気を直接燃焼させてもよい。一方、エンジンの冷間始動直後等、酸化触媒４３が十分高温になっていない場合には、グロープラグ４２を作動させるのが好ましい。燃料供給ノズル４１から噴射された燃料をグロープラグ４２および酸化触媒４３に効率的に導くため、当該噴射燃料を衝突および反射させる衝突部材を設けてもよい。
【００２６】
エンジン１は、制御手段としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）１００を備える。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、各種センサ類の検出値等に基づいて、所望のエンジン制御が実行されるように、インジェクタ７、高圧ポンプ５、スロットルバルブ１４、燃料供給ノズル４１、グロープラグ４２等を制御する。ＥＣＵ１００には、センサ類として、上述のエアフローメータ１２が接続されている。
【００２７】
またＥＣＵ１００には、クランク角センサ１５、アクセル開度センサ１６、コモンレール圧センサ２５、排気温センサ３５および水温センサ３６が接続されている。クランク角センサ１５はクランク角の回転時にクランクパルス信号をＥＣＵ１００に出力する。ＥＣＵ１００はそのクランクパルス信号に基づきエンジン１のクランク角を検出すると共に、エンジン１の回転速度を算出する。アクセル開度センサ１６は、ユーザによって操作されるアクセルペダルの開度（アクセル開度）に応じた信号をＥＣＵ１００に出力する。コモンレール圧センサ２５は、コモンレール６内の燃料圧力（コモンレール圧）に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００２８】
排気温センサ３５は、排気浄化触媒３４の出口部における排気温に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。水温センサ３６は、エンジンの冷却水温に対応した信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００２９】
特にＥＣＵ１００は、第２の排気通路３２に対応した＃２および＃３気筒を、第１の排気通路３１に対応した＃１および＃４気筒とは独立して休止可能としている。すなわちＥＣＵ１００は、＃２および＃３気筒のインジェクタ７による燃料噴射を停止する一方、＃１および＃４気筒のインジェクタ７による燃料噴射を実行して、＃２および＃３気筒を休止した状態で、＃１および＃４気筒のみによりエンジンを稼働できるようになっている。
【００３０】
本実施形態によれば、＃２および＃３気筒を休止させ、＃１および＃４気筒のみでエンジンを稼働できる。こうすると、＃２および＃３気筒は、吸入空気をそのまま排出するエアポンプとして機能する。すると＃２および＃３気筒から排出された空気がバーナー装置４０に供給され、バーナー装置４０に十分酸素濃度の高いガスが供給される。従ってバーナー装置４０において噴射燃料の着火を良好且つ確実に行え、バーナー装置４０を効率よく作動させることができる。
【００３１】
ここで仮に、バーナー装置４０が第１の排気通路３１におけるタービンＴの下流側に設置されており、且つ＃１および＃４気筒が休止気筒であるとする。この場合、＃１および＃４気筒から排出された空気は、タービンＴを通過する際にタービンＴによって加熱されてしまう。するとその空気の酸素濃度が低下してしまい、本実施形態ほど効率よくバーナー装置４０を作動させることができない。
【００３２】
本実施形態では、休止可能気筒（＃２，＃３気筒）とそうでない気筒（＃１，＃４気筒）とで排気通路を分割し、前者にはバーナー装置４０を、後者にはタービンＴを設けるようにした。よって、休止可能気筒から排出された空気をタービンＴを通過させずにバーナー装置４０に供給することができ、バーナー装置４０の効率を向上することができる。
【００３３】
なお、通常のターボエンジンすなわち、全気筒に共通の排気通路にタービンを設けたエンジンにおいて、タービン下流側にバーナー装置を設けたと仮定する。この場合、空気をバーナー装置に供給しようとすると、全気筒のフューエルカット（燃料噴射停止）時に限定されてしまい、バーナー装置を作動させる際のエンジン運転条件が限定されてしまう可能性がある。本実施形態ではこのようなことがなく、一部気筒のみフューエルカットして残部気筒を稼働できるので、あらゆるエンジン運転条件でバーナー装置を作動させることができるものと考えられる。当然、全気筒のフューエルカット時にもバーナー装置を作動させることができる。
【００３４】
なお、バーナー装置４０からの加熱ガスとタービンＴからの排気ガスとは合流位置Ｘで合流され、混合される。これにより、タービンＴによる受熱で低温になった排気ガスを、加熱ガスとの混合で昇温することができる。かかる混合ガスは、排気浄化触媒３４を加熱してその暖機および活性状態を維持促進する。
【００３５】
バーナー装置４０の作動時にＥＣＵ１００が実行する制御の一例を図２に示す。まずステップＳ１０１で、バーナー装置４０の作動条件が成立したか否かが判断される。例えば、排気温センサ３５により検出された排気温が、排気浄化触媒３４の未活性時の上限温度に対応する所定温度以下であるとき、作動条件成立と判断され、そうでないとき作動条件非成立と判断される。
代替的に、排気浄化触媒３４の活性または未活性を、水温や燃料噴射量で代用して判断してもよい。すなわち、水温センサ３６により検出された水温が所定温度（例えば６０℃）以下であり、且つ、インジェクタ７からの燃料噴射量が所定量（例えば３０ｍ3／ｓｔ）以下であるとき、作動条件成立と判断し、そうでないとき作動条件非成立と判断してもよい。
【００３６】
このように、ここでは冷間始動直後の排気浄化触媒活性化前にバーナー装置４０を作動させる例を示す。しかしながら、バーナー装置４０を作動させるタイミングはこのような例に限られない。
【００３７】
作動条件非成立のときには待機状態となり、他方、作動条件成立のときにはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、＃２および＃３気筒に対する燃料噴射が停止され、これら気筒が休止させられる。
【００３８】
次いで、ステップＳ１０３ではバーナー装置４０が作動させられる。すなわち、燃料供給ノズル４１が通電されて燃料供給ノズル４１から燃料が供給され、同時にグロープラグ４２が通電される。これにより加熱ガスが生成され、排気浄化触媒３４の暖機が促進される。特に、バーナー装置４０には、＃２および＃３気筒からの空気が供給され、バーナー装置４０における着火を確実とすると共に、バーナー装置４０を高効率で作動させることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、内燃機関の用途、形式等は任意であり、圧縮着火式内燃機関に限らず、火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。休止可能気筒の数は任意であり、上記のような２気筒に限らず、１気筒または３気筒以上であってもよい。
【００４０】
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  内燃機関
８  ターボチャージャ
３１  第１の排気通路
３２  第２の排気通路
３３  集合通路
３４  排気浄化触媒
４０  バーナー装置
４１  燃料供給ノズル
４２  グロープラグ
４３  酸化触媒
Ｔ  タービン
【図１】
0005387984.tif 000002
【図２】
0005387984.tif 000003