(57)【要約】  背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させ得る過給機付き内燃機関の排気浄化装置を提供する。  内燃機関１０の排気エネルギにより作動するタービン１６ａを排気通路１４に備えるターボ過給機１６を備える。排気通路１４に、上流側から順に、第１前段触媒１８および第２前段触媒２０を備える。タービン１６ａをバイパスする第１排気バイパス通路２４と、タービン１６ａと第１前段触媒１８とをバイパスする第２排気バイパス通路２６とを備える。第１排気バイパス通路２４および第２排気バイパス通路２６の開閉をそれぞれ担う第１ウェイストゲートバルブ２８および第２ウェイストゲートバルブ３０を備える。
2010073354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第２ウェイストゲートバルブは、前記第１ウェイストゲートバルブと比較して、前記内燃機関の過給圧もしくは前記排気通路の圧力がより低い状況下で開くように、設定されておりもしくは制御されることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気通路は、前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第１排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第２排気通路とを含み、
前記第１排気バイパス通路は、前記第１排気通路から分岐した通路であって、
前記第２排気バイパス通路は、前記第２排気通路から分岐した通路であって、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも前記第２ウェイストゲートバルブは、前記下流側触媒の温度を高める要求がある場合に開くように、制御されもしくは設定されており、
前記排気浄化装置は、前記下流側触媒の温度を高める前記要求がある場合に、前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比と、前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比とを異ならせる空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機付き内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、いわゆるツインエントリ型ターボ過給機を備える内燃機関の排気系が開示されている。このツインエントリ型ターボ過給機を備える内燃機関では、一方の気筒から排出される排気ガスと他方の気筒から排出される排気ガスとが分離された状態でそれぞれのスクロール通路を経てタービンに導入されるようになっている。また、この従来の内燃機関では、２つの上記スクロール通路のそれぞれから分岐し、タービンをバイパスした後に触媒に導入されるように構成された２つの排気バイパス通路を互いに独立した通路として備えている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。【０００３】
【特許文献１】日本実開昭６３−２０２７２９号公報
【特許文献２】日本特開平９−１２５９４１号公報
【特許文献３】日本特開平１１−１７３１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の背圧が高くなり過ぎると、次のような問題が生じ得る。すなわち、内燃機関の背圧が高くなると、筒内の残留ガス割合が増加する。それに伴い、圧縮端温度が高くなることで、ノックが発生し易くなる。また、背圧が高くなると、排気温度が高くなる。その結果、排気系部品の温度上昇を抑制するために燃料噴射が増量されると、燃費の悪化や最大出力の低下を招いてしまう。また、排気通路には、筒内から排出される排気ガスを浄化するために触媒が配置される。しかしながら、そのような触媒の存在は、背圧上昇の要因となり得るものである。【０００５】
従って、過給機付き内燃機関において、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開放することで過給圧を調整する際には、触媒による排気ガスのエミッション性能を阻害することなく、効果的に背圧増加を抑制できるようになっていることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１に記載の技術は、排気バイパス通路を利用する際の背圧低減についての考慮が十分にされておらず、未だ改良の余地を残すものであった。【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させ得る過給機付き内燃機関の排気浄化装置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】
【０００７】
第１の発明は、過給機付き内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備えることを特徴とする。【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第２ウェイストゲートバルブは、前記第１ウェイストゲートバルブと比較して、前記内燃機関の過給圧もしくは前記排気通路の圧力がより低い状況下で開くように、設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記排気通路は、前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第１排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第２排気通路とを含み、
前記第１排気バイパス通路は、前記第１排気通路から分岐した通路であって、
前記第２排気バイパス通路は、前記第２排気通路から分岐した通路であって、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも前記第２ウェイストゲートバルブは、前記下流側触媒の温度を高める要求がある場合に開くように、制御されもしくは設定されており、
前記排気浄化装置は、前記下流側触媒の温度を高める前記要求がある場合に、前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比と、前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比とを異ならせる空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開放することで過給圧や排気圧力を調整する際に、排気ガスの一部をタービンだけでなく上流側触媒をもバイパスさせることができるようになり、これにより、排気バイパス通路の利用時に、内燃機関の背圧を効果的に低減させることが可能となる。また、本発明によれば、上流触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒の上流に導かれるようになる。このため、内燃機関の背圧増加を抑制しつつ、上流側触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒によって浄化されるようにすることが可能となる。つまり、本発明によれば、排気バイパス通路の利用時に、背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させることができる。【００１１】
第２の発明によれば、第１ウェイストゲートバルブおよび第２ウェイストゲートバルブの何れか一方のみが開かれる状況下において、第１ウェイストゲートバルブのみが開かれる場合と比べ、背圧増加の抑制効果をより有効に引き出せるようになる。【００１２】
第３の発明によれば、下流側触媒の温度を高める要求があると認められる場合に、下流側触媒の上流において、空燃比の異なる排気ガスが合流したうえで、両者が下流側触媒に流入するようになる。その結果、よりリッチな排気ガスに含まれる未燃成分とよりリーンな排気ガスに含まれる酸素とが、合流後に下流側触媒の上流もしくはその内部において反応することによって、下流側触媒の床温が上昇するようになる。つまり、本発明によれば、筒内から排出されるリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとの反応を、下流側触媒において有効利用して、下流側触媒を昇温させられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシステムの動作を、第１ＷＧＶのみが備えられたシステム（本実施形態のシステムとの対比のために参照するシステム）の動作と比較して説明した図である。
【図３】本発明の実施の形態２における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００１４】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４、４０  排気通路
１４ａ  排気マニホールド
１６  ターボ過給機
１６ａ、４２ａ  タービン
１６ｂ、４２ｂ  コンプレッサ
１８  第１前段触媒（Ｓ／Ｃ１）
２０  第２前段触媒（Ｓ／Ｃ２）
２２  床下触媒（Ｕ／Ｆ）
２４、４６  第１排気バイパス通路
２６、４８  第２排気バイパス通路
２８、５０  第１ウェイストゲートバルブ
３０、５２  第２ウェイストゲートバルブ
４０ａ  第１排気通路
４０ｂ  第２排気通路
４２  ツインエントリ型ターボ過給機
４４  開閉弁
５４  過給圧センサ
５６  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５８  燃料噴射弁
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、筒内から排出される排気ガスが流れる排気通路１４とを備えている。また、内燃機関１０は、ターボ過給機１６を備えている。【００１６】
ターボ過給機１６は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１６ａと、タービン１６ａと一体的に連結され、タービン１６ａに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１６ｂとを有している。タービン１６ａは、上記排気通路１４の途中に配置されており、コンプレッサ１６ｂは、上記吸気通路１２の途中に配置されている。【００１７】
タービン１６ａよりも下流側の排気通路１４には、上流側から順に、排気ガスを浄化するための第１前段触媒（Ｓ／Ｃ１）１８、第２前段触媒（Ｓ／Ｃ２）２０、および床下触媒（Ｕ／Ｆ）２２が直列に配置されている。前段触媒１８、２０は、内燃機関１０の始動直後の冷間時において、筒内から排出された排気ガスをいち早く浄化できるようにするために、排気マニホールド１４ａの直下に配置される触媒（いわゆる、スタートキャタリスト）である。また、床下触媒２２は、車両の床下に配置される触媒である。【００１８】
本実施形態のシステムは、第１排気バイパス通路２４と第２排気バイパス通路２６とを備えている。第１排気バイパス通路２４は、タービン１６ａよりも上流側の部位において排気通路１４から分岐し、タービン１６ａと第１前段触媒１８との間の部位において再び排気通路１４に合流するように構成されている。つまり、第１排気バイパス通路２４は、タービン１６ａをバイパスする通路として構成されている。【００１９】
また、第２排気バイパス通路２６は、タービン１６ａよりも上流側の部位において排気通路１４から分岐し、第１前段触媒１８と第２前段触媒２０との間の部位において再び排気通路１４に合流するように構成されている。つまり、第２排気バイパス通路２６は、タービン１６ａに加え第１前段触媒１８をもバイパスする通路として構成されている。【００２０】
更に、第１排気バイパス通路２４の途中、より具体的には、第１排気バイパス通路２４における排気ガスの上流側の端部には、第１排気バイパス通路２４の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブ（以下、「第１ＷＧＶ（Waste Gate Valve）」と略する）２８が設置されている。また、第２排気バイパス通路２６の途中、より具体的には、第２排気バイパス通路２６における排気ガスの上流側の端部には、第２排気バイパス通路２６の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブ（以下、「第２ＷＧＶ」と略する）３０が設置されている。これらのＷＧＶ２８、３０は、ここでは、過給圧もしくは排気圧力が所定の設定圧に達した際に開くように構成された調圧式のバルブであるものとする。このように構成されたＷＧＶ２８、３０によれば、過給圧もしくは排気圧力が上記設定圧よりも高くなると、筒内から排出された排気ガスの一部が排気バイパス通路２４、２６を通ることでタービン１６ａを迂回するようになる。これにより、過給圧が高くなり過ぎないように制御することができる。【００２１】
更に、本実施形態では、第２ＷＧＶ３０が開く際の設定圧が、第１ＷＧＶ２８が開く際の設定圧よりも低く設定されている。すなわち、言い換えれば、本実施形態では、タービン１６ａの上流側の排気圧力が高くなっていく状況下において、第１ＷＧＶ２８よりも先に第２ＷＧＶ３０が開くように設定されている。【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１のシステムの動作を、第１ＷＧＶのみが備えられたシステム（本実施形態のシステムとの対比のために参照するシステム）の動作と比較して説明した図である。より具体的には、図２（Ａ）、（Ｄ）、および（Ｅ）中に細線で表した波形は、第１ＷＧＶのみが備えられたシステム（より具体的には、本実施形態のシステムに対して、第２排気バイパス通路および第２ＷＧＶが取り除かれたシステム）の動作を示している。一方、図２（Ｂ）〜（Ｆ）中に太線で表した波形は、本実施形態のシステムの動作を示している。尚、図２において、「Ｗ／Ｇ１開度」および「Ｗ／Ｇ２開度」は、第１ＷＧＶ２８および第２ＷＧＶ３０の開度をそれぞれ示している。また、「Ｔ／Ｃ前圧」、「Ｓ／Ｃ１前圧」、および「Ｓ／Ｃ２前圧」は、タービン１６ａよりも上流側の排気圧力、タービン１６ａと第１前段触媒１８との間の部位における排気圧力、および、第１前段触媒１８と第２前段触媒２０との間の部位における排気圧力のそれぞれの波形を示している。また、図２の横軸は、内燃機関１０の最大出力（吸入空気量）である。【００２３】
先ず、比較対象である第１ＷＧＶのみが備えられたシステムの動作について説明する。このシステムの場合には、図２（Ａ）に示すように、内燃機関１０の最大出力の増加に伴って過給圧が第１ＷＧＶの設定圧に達した際に、第１ＷＧＶが開くようになる。その結果、排気ガスの一部がタービンをバイパスするようになるので、図２（Ｄ）に示すように、Ｔ／Ｃ前圧の上昇が第１ＷＧＶの開弁前と比べて緩やかとなる。内燃機関１０の最大出力の増加に伴ってタービンに流入するガス量が増えていくので、第１ＷＧＶ開弁後のＴ／Ｃ前圧は、最大出力の増加に伴って徐々に増えていく。尚、このシステムの場合には、タービンをバイパスした後のガスは、第１前段触媒の上流においてタービンを通過したガスと合流するようになっているので、Ｓ／Ｃ１前圧およびＳ／Ｃ２前圧は、図２（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、第１ＷＧＶの開閉に関わらず、最大出力の増加に伴って増加していく。【００２４】
一方、本実施形態のシステムの場合には、内燃機関１０の最大出力が増加していくに従って、図２（Ｂ）に示すように、第１ＷＧＶ２８が先ず開かれたうえで、図２（Ｃ）に示すように、後から第２ＷＧＶ３０が開かれることになる。本実施形態のシステムの場合には、排気バイパス通路２４、２６を通過したガスは、第１前段触媒１８と第２前段触媒２０との間の部位を通過する段階では、排気通路１４を流れるガスと必ず合流するようになる。このため、図２（Ｆ）に示すように、Ｓ／Ｃ２前圧に関しては、第１ＷＧＶのみが備えられたシステムの場合と同様となる。【００２５】
これに対し、Ｓ／Ｃ１前圧については、本実施形態のシステムと第１ＷＧＶのみが備えられたシステムとの間で差異が生ずる。すなわち、本実施形態のシステムの構成において第２ＷＧＶ３０のみが開かれた状態では、筒内から排出された排気ガスの一部が、タービン１６ａだけでなく、第１前段触媒１８をもバイパスするようになる。その結果、タービンのみをバイパスする第１ＷＧＶのみが備えられたシステムと比べ、図２（Ｅ）に示すように、Ｓ／Ｃ１前圧を下げることができるようになる。そして、Ｓ／Ｃ１前圧（つまり、タービン１６ａの出口圧力）を下げることができることで、図２（Ｄ）に示すように、第１ＷＧＶのみが備えられたシステムと比べ、ＷＧＶを開く制御を行った際のＴ／Ｃ前圧（つまり、内燃機関１０の背圧）を低減させることが可能となる。これにより、ノック発生を抑制することができるとともに、排気温度の低減により燃費と最大出力を向上させることができる。【００２６】
また、本実施形態のシステムでは、いわゆるスタートキャタリストとして機能する触媒を、２つの前段触媒１８、２０とに分けて、直列に配置した状態で排気通路１４に備えるようにしている。そのうえで、第１前段触媒１８をバイパスした排気ガスを、第２前段触媒２０の上流に導くようにしている。このため、本実施形態のシステムによれば、Ｓ／Ｃ１前圧を下げることで内燃機関１０の背圧増加を抑制しつつ、第１前段触媒１８をバイパスした排気ガスがスタートキャタリストである第２前段触媒２０によって浄化されるようにすることが可能となる。つまり、排気バイパス通路２４、２６の利用時に、背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させることができる。【００２７】
また、既述したように、本実施形態では、第１ＷＧＶ２８よりも先に第２ＷＧＶ３０が開くように設定されている。このような設定と異なり、第２ＷＧＶ３０よりも先に第１ＷＧＶ２８が開くように設定されていると、第１ＷＧＶ２８のみが開かれた状態では、第１ＷＧＶのみが備えられたシステムとの間で、Ｓ／Ｃ１前圧に関する差異が認められなくなる。そして、その後、第２ＷＧＶ３０が開かれることによって、第１ＷＧＶのみが備えられたシステムに対するＳ／Ｃ１前圧の低減効果が認められるようになる。つまり、第２ＷＧＶ３０よりも先に第１ＷＧＶ２８が開くという設定では、第１ＷＧＶ２８よりも先に第２ＷＧＶ３０が開くという設定と比べ、図２（Ｅ）中にハッチングを付して示す領域（Ｓ／Ｃ１前圧の低減効果を示す領域）が小さくなる。以上説明したように、本実施形態では、第１ＷＧＶ２８よりも先に第２ＷＧＶ３０が開くように設定していることで、ＷＧＶ２８、３０によって過給圧の調整が行われる際の背圧増加の抑制効果をより有効に引き出せるようになる。【００２８】
ところで、上述した実施の形態１においては、ＷＧＶ２８、３０は、過給圧もしくは排気圧力が所定の設定圧に達した際に開くように構成された調圧式のバルブである例を説明した。しかしながら、本発明における第１ウェイストゲートバルブおよび第２ウェイストゲートバルブは、これに限定されるものではなく、例えば、過給圧センサ（図示省略）により検出される吸入空気の過給圧等に基づいて開閉が制御される電動式のバルブ等であってもよい。【００２９】
また、上述した実施の形態１においては、２つの前段触媒１８、２０が排気通路１４に直列に配置され、かつ、第１前段触媒１８をバイパスした排気ガスが第２前段触媒２０の上流に戻されるように構成された例について説明を行った。しかしながら、このような構成に代え、例えば、単一の前段触媒を備えるとともに当該前段触媒の下流に床下触媒を備える構成である場合には、前段触媒をバイパスした排気ガスが床下触媒の上流に戻されるように構成されていてもよい。【００３０】
尚、上述した実施の形態１においては、第１前段触媒１８が前記第１の発明における「上流側触媒」に、第２前段触媒２０が前記第１の発明における「下流側触媒」に、それぞれ相当している。【００３１】
実施の形態２．
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図３は、本発明の実施の形態２における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。ここでは、内燃機関１０の爆発順序は、＃１→＃３→＃４→＃２であるものとする。尚、図２において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。【００３２】
本実施形態の排気通路４０は、内燃機関１０の一方の気筒（＃１と＃４）から排出される排気ガスをタービン４２ａに導く第１排気通路４０ａと、内燃機関１０の他方の気筒（＃２と＃３）から排出される排気ガスをタービン４２ａに導く第２排気通路４０ｂとを備えている。本実施形態のターボ過給機４２は、上記のように構成された第１排気通路４０ａと第２排気通路４０ｂを介して、上記一方の気筒（＃１と＃４）と上記他方の気筒（＃２と＃３）から独立して排気ガスの供給を受けるターボ過給機、すなわち、いわゆるツインエントリ型ターボ過給機である。【００３３】
また、図３に示すように、第１排気通路４０ａと第２排気通路４０ｂとは、互いに近接した部位を有している。そして、当該部位には、第１排気通路４０ａと第２排気通路４０ｂとが連通した状態と、第１排気通路４０ａと第２排気通路４０ｂとが遮断された状態とを切り換えるための開閉弁４４が配置されている。このような構成によれば、必要に応じて開閉弁４４の開閉を制御することで、排気系容積を調整することができ、背圧を調整することができる。【００３４】
本実施形態においても、タービン４２ａをバイパスする第１排気バイパス通路４６と、タービン４２ａに加え第１前段触媒２０をもバイパスする第２排気バイパス通路４８とが備えられている。これらの排気バイパス通路４６、４８は、タービン４２ａの上流側においてそれぞれ別の排気通路４０ａ、４０ｂに接続されている。尚、ここでは、第１排気バイパス通路４６が第２排気通路４０ａに接続され、第２排気バイパス通路４８が第１排気通路４０ｂに接続された構成を例示している。【００３５】
更に、本実施形態においても、第１排気バイパス通路４６の途中、より具体的には、第１排気バイパス通路４６における排気ガスの上流側の端部には、第１排気バイパス通路４６の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブ（第１ＷＧＶ）５０が設置されている。また、第２排気バイパス通路４８の途中、より具体的には、第２排気バイパス通路４８における排気ガスの上流側の端部には、第２排気バイパス通路４８の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブ（第２ＷＧＶ）５２が設置されている。これらのＷＧＶ５０、５２は、ここでは、吸気通路１２に配置された過給圧センサ５４により検出される過給圧に基づいて開閉される電動式のバルブであるものとする。【００３６】
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５６を備えている。ＥＣＵ５６には、上述したセンサに加え、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されているとともに、上述したＷＧＶ５０、５２に加え、内燃機関１０に燃料を供給するための燃料噴射弁５８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５６は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。【００３７】
ところで、内燃機関の燃費向上が進むと、内燃機関に投入された燃料量が効率良く出力に変換されるようになる。これにより、排気損失が低減され、排気温度が低くなり易くなる。その結果、もともと排気温度が低い低出力領域において、触媒が高い浄化率を示す領域に触媒の温度を保てなくなることが懸念される。また、このような傾向は、より下流側の排気通路に配置される触媒の方が顕著となる。【００３８】
そこで、本実施形態では、ツインエントリ型ターボ過給機４２のための２つの排気通路４０ａ、４０ｂ、および、２つの排気バイパス通路４６、４８を備えた構成を利用して、第２前段触媒２０の温度を高める要求がある場合に、第２前段触媒２０を昇温させる制御を行うようにした。具体的には、当該要求がある場合に、ＷＧＶ５０、５２がともに開かれるように制御するとともに、第１排気通路４０ａを流れる排気ガスの空燃比と、第２排気通路４０ｂを流れる排気ガスの空燃比とを異ならせるようにした。【００３９】
図４は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ５６が実行するルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、第２前段触媒（Ｓ／Ｃ２）２０の温度を高める要求があるか否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、本ステップ１００の処理は、運転状態を検出するために内燃機関１０が備える各種センサを利用して行うことができる。すなわち、各種センサを用いて、例えば、現在の運転領域が排気温度の低い低出力領域であるか否かを判断したり、第２前段触媒２０の温度の推定値または検出値が所定値よりも低いか否かを判断したりすることで、上記要求があるかどうかを判断することができる。【００４０】
上記ステップ１００において、第２前段触媒２０の温度を高める要求があると判定された場合には、第１ＷＧＶ５０および第２ＷＧＶ５２がともに開かれる（ステップ１０２）。次いで、＃１および＃４気筒に対する燃料噴射量が所定値だけ増量される（ステップ１０４）とともに、＃２および＃３気筒に対する燃料噴射量が所定量だけ減量される（ステップ１０６）。【００４１】
以上説明した図４に示すルーチンの処理によれば、第２前段触媒２０の温度を高める要求があると認められる場合に、＃１および＃４気筒に対する燃料噴射量が所定値だけ増量されることで、これらの気筒から第１排気通路４０ａに排出される排気ガスの空燃比がよりリッチ側の値に変更されるようになる。また、この場合には、＃２および＃３気筒に対する燃料噴射量が所定値だけ減量されることで、これらの気筒から第２排気通路４０ｂに排出される排気ガスの空燃比がよりリーン側の値に変更されるようになる。【００４２】
そして、上記ルーチンの処理によれば、上記要求が認められる場合には、第１ＷＧＶ５０が開かれる。これにより、第１排気通路４０ａを流れるリッチな排気ガスの一部がタービン４２ａを通過した後に第１前段触媒１８の下流に排出されるようになり、また、当該リッチな排気ガスの残りの部分が第１排気バイパス通路４６を通過することでタービン４２ａを迂回した後に、第１前段触媒１８の下流に排出されるようになる。更に、上記ルーチンの処理によれば、上記要求が認められる場合には、第２ＷＧＶ５２が開かれる。これにより、第２排気通路４０ｂを流れるリーンな排気ガスの一部が第２排気バイパス通路４８を通過することでタービン４２ａおよび第１前段触媒１８を迂回した後に、第２前段触媒２０の上流に導入されるようになる。【００４３】
以上の制御により、第２前段触媒２０の上流においてリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとが合流したうえで、両者が第２前段触媒２０に流入するようになる。その結果、リッチな排気ガスに含まれる未燃成分とリーンな排気ガスに含まれる酸素とが、合流後に第２前段触媒２０の上流もしくはその内部において反応することによって、第２前段触媒２０の床温が上昇するようになる。つまり、上記ルーチンの処理によれば、筒内から排出されるリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとの反応を、下流側の第２前段触媒２０において有効利用して、第２前段触媒２０を昇温させられるようになる。【００４４】
既述したように、第１前段触媒１８よりも下流側に配置された第２前段触媒２０は、第１前段触媒１８よりも低温になり易い。以上説明した本実施形態の処理によれば、そのように温度的に不利な環境に配置された第２前段触媒２０の温度を良好に高く保つことができるようになる。これにより、第２前段触媒２０の温度低下に伴う排気ガスのエミッション性能の悪化を防止することができるようになる。【００４５】
ところで、上述した実施の形態２においては、第２前段触媒２０の温度を高める要求があると認められる場合に、第１ＷＧＶ５０および第２ＷＧＶ５２の双方を開くように制御している。これにより、ツインエントリ型ターボ過給機４２のために第１排気通路４０ａと第２排気通路４０ｂとが独立して備えられたシステムにおいて、上記一方の気筒（＃１と＃４）と上記他方の気筒（＃２と＃３）との間で背圧に差を生じさせることなく、第２前段触媒２０の上流においてリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとを合流させることが可能となる。しかしながら、第２前段触媒２０の上流においてリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとを合流させるためには、第２ＷＧＶ５２が開くように制御されていれば、第１ＷＧＶ５０は必ずしも開くように制御されていなくてもよい。【００４６】
また、上述した実施の形態２においては、電動式のＷＧＶ５０、５２を備えるようにしておき、第２前段触媒２０の温度を高める要求があると認められる場合に、第１ＷＧＶ５０および第２ＷＧＶ５２の双方を開くように制御している。しかしながら、本発明におけるウェイストゲートバルブは、このような電動式等のＷＧＶに限られず、例えば、上記要求があると認められる運転領域下において開くように設定された調圧式のバルブであってもよい。【００４７】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５６が上記ステップ１００、１０４、および１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。
【図１】
2010073354.tif 000003
【図２】
2010073354.tif 000004
【図３】
2010073354.tif 000005
【図４】
2010073354.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月17日(2010.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（削除）
【請求項２】
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備え、
前記第２ウェイストゲートバルブは、前記第１ウェイストゲートバルブと比較して、前記内燃機関の過給圧もしくは前記排気通路の圧力がより低い状況下で開くように、設定されておりもしくは制御されることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備える過給機付き内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路は、前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第１排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第２排気通路とを含み、
前記第１排気バイパス通路は、前記第１排気通路から分岐した通路であって、
前記第２排気バイパス通路は、前記第２排気通路から分岐した通路であって、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも前記第２ウェイストゲートバルブは、前記下流側触媒の温度を高める要求がある場合に開くように、制御されもしくは設定されており、
前記排気浄化装置は、前記下流側触媒の温度を高める前記要求がある場合に、前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比と、前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比とを異ならせる空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
ムの動作を示している。尚、図２において、「Ｗ／Ｇ１開度」および「Ｗ／Ｇ２開度」は、第１ＷＧＶ２８および第２ＷＧＶ３０の開度をそれぞれ示している。また、「Ｔ／Ｃ前圧」、「Ｓ／Ｃ１前圧」、および「Ｓ／Ｃ２前圧」は、タービン１６ａよりも上流側の排気圧力、タービン１６ａと第１前段触媒１８との間の部位における排気圧力、および、第１前段触媒１８と第２前段触媒２０との間の部位における排気圧力のそれぞれの波形を示している。また、図２の横軸は、内燃機関１０の最大出力（吸入空気量）である。
［００２３］
先ず、比較対象である第１ＷＧＶのみが備えられたシステムの動作について説明する。このシステムの場合には、図２（Ａ）に示すように、内燃機関１０の最大出力の増加に伴って過給圧が第１ＷＧＶの設定圧に達した際に、第１ＷＧＶが開くようになる。その結果、排気ガスの一部がタービンをバイパスするようになるので、図２（Ｄ）に示すように、Ｔ／Ｃ前圧の上昇が第１ＷＧＶの開弁前と比べて緩やかとなる。内燃機関１０の最大出力の増加に伴ってタービンに流入するガス量が増えていくので、第１ＷＧＶ開弁後のＴ／Ｃ前圧は、最大出力の増加に伴って徐々に増えていく。尚、このシステムの場合には、タービンをバイパスした後のガスは、第１前段触媒の上流においてタービンを通過したガスと合流するようになっているので、Ｓ／Ｃ１前圧およびＳ／Ｃ２前圧は、図２（Ｅ）および（Ｆ）に示すように、第１ＷＧＶの開閉に関わらず、最大出力の増加に伴って増加していく。
［００２４］
一方、本実施形態のシステムの場合には、内燃機関１０の最大出力が増加していくに従って、図２（Ｂ）に示すように、第２ＷＧＶ３０が先ず開かれたうえで、図２（Ｃ）に示すように、後から第１ＷＧＶ２８が開かれることになる。本実施形態のシステムの場合には、排気バイパス通路２４、２６を通過したガスは、第１前段触媒１８と第２前段触媒２０との間の部位を通過する段階では、排気通路１４を流れるガスと必ず合流するようになる。このため、図２（Ｆ）に示すように、Ｓ／Ｃ２前圧に関しては、第１ＷＧＶのみが備えられたシステムの場合と同様となる。
［００２５］
これに対し、Ｓ／Ｃ１前圧については、本実施形態のシステムと第１ＷＧＶのみが備えられたシステムとの間で差異が生ずる。すなわち、本実施形態のシステムの構成において第２ＷＧＶ３０のみが開かれた状態では、筒内から排出された排気ガスの一部が、タービン１６ａだけでなく、第１前段触媒１８をもバイパスするようになる。その結果、
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月28日(2012.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備え、
前記第２ウェイストゲートバルブは、前記第１ウェイストゲートバルブと比較して、前記内燃機関の過給圧もしくは前記排気通路の圧力がより低い状況下で開くように、設定されておりもしくは制御されることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備える過給機付き内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路は、前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第１排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第２排気通路とを含み、
前記第１排気バイパス通路は、前記第１排気通路から分岐した通路であって、
前記第２排気バイパス通路は、前記第２排気通路から分岐した通路であって、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも前記第２ウェイストゲートバルブは、前記下流側触媒の温度を高める要求がある場合に開くように、制御されもしくは設定されており、
前記排気浄化装置は、前記下流側触媒の温度を高める前記要求がある場合に、前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比と、前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比とを異ならせる空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
第１の発明は、過給機付き内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備え、
前記第２ウェイストゲートバルブは、前記第１ウェイストゲートバルブと比較して、前記内燃機関の過給圧もしくは前記排気通路の圧力がより低い状況下で開くように、設定されておりもしくは制御されることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第２の発明は、内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備えるターボ過給機と、
前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための下流側触媒と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記タービンと前記上流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第１排気バイパス通路と、
前記タービンよりも上流側の部位において前記排気通路から分岐し、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間の部位において再び前記排気通路に合流する第２排気バイパス通路と、
前記第１排気バイパス通路の開閉を担う第１ウェイストゲートバルブと、
前記第２排気バイパス通路の開閉を担う第２ウェイストゲートバルブと、
を備える過給機付き内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路は、前記内燃機関の一方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第１排気通路と、前記内燃機関の他方の気筒から排出される排気ガスを前記タービンに導く第２排気通路とを含み、
前記第１排気バイパス通路は、前記第１排気通路から分岐した通路であって、
前記第２排気バイパス通路は、前記第２排気通路から分岐した通路であって、
前記第１ウェイストゲートバルブおよび前記第２ウェイストゲートバルブのうちの少なくとも前記第２ウェイストゲートバルブは、前記下流側触媒の温度を高める要求がある場合に開くように、制御されもしくは設定されており、
前記排気浄化装置は、前記下流側触媒の温度を高める前記要求がある場合に、前記第１排気通路を流れる排気ガスの空燃比と、前記第２排気通路を流れる排気ガスの空燃比とを異ならせる空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
第１の発明によれば、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開放することで過給圧や排気圧力を調整する際に、排気ガスの一部をタービンだけでなく上流側触媒をもバイパスさせることができるようになり、これにより、排気バイパス通路の利用時に、内燃機関の背圧を効果的に低減させることが可能となる。また、本発明によれば、上流触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒の上流に導かれるようになる。このため、内燃機関の背圧増加を抑制しつつ、上流側触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒によって浄化されるようにすることが可能となる。つまり、本発明によれば、排気バイパス通路の利用時に、背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させることができる。また、本発明によれば、第１ウェイストゲートバルブおよび第２ウェイストゲートバルブの何れか一方のみが開かれる状況下において、第１ウェイストゲートバルブのみが開かれる場合と比べ、背圧増加の抑制効果をより有効に引き出せるようになる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第２の発明によれば、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開放することで過給圧や排気圧力を調整する際に、排気ガスの一部をタービンだけでなく上流側触媒をもバイパスさせることができるようになり、これにより、排気バイパス通路の利用時に、内燃機関の背圧を効果的に低減させることが可能となる。また、本発明によれば、上流触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒の上流に導かれるようになる。このため、内燃機関の背圧増加を抑制しつつ、上流側触媒をバイパスした排気ガスが下流側触媒によって浄化されるようにすることが可能となる。つまり、本発明によれば、排気バイパス通路の利用時に、背圧の過上昇の防止と排気ガスのエミッション性能の確保とを好適に両立させることができる。また、本発明によれば、下流側触媒の温度を高める要求があると認められる場合に、下流側触媒の上流において、空燃比の異なる排気ガスが合流したうえで、両者が下流側触媒に流入するようになる。その結果、よりリッチな排気ガスに含まれる未燃成分とよりリーンな排気ガスに含まれる酸素とが、合流後に下流側触媒の上流もしくはその内部において反応することによって、下流側触媒の床温が上昇するようになる。つまり、本発明によれば、筒内から排出されるリッチな排気ガスとリーンな排気ガスとの反応を、下流側触媒において有効利用して、下流側触媒を昇温させられるようになる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
尚、上述した実施の形態１においては、第１前段触媒１８が前記第１および第２の発明における「上流側触媒」に、第２前段触媒２０が前記第１および第２の発明における「下流側触媒」に、それぞれ相当している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５６が上記ステップ１００、１０４、および１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。
【国際調査報告】
2010073354.tif 000007
2010073354.tif 000008
2010073354.tif 000009
2010073354.tif 000010