(57)【要約】【課題】炭化水素の排出を低減することができる。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する触媒と、スロットルバルブよりも上流側の吸気通路内に設置されたコンプレッサを備え、電気的に作動する電動過給器と、一端が前記コンプレッサの下流側かつ前記スロットルバルブの上流側で前記吸気通路と接続し、他端が前記内燃機関の下流側かつ前記触媒の上流側で前記排気通路と接続し、排気を前記排気通路から前記吸気通路へ還流可能な排ガス還流路と、前記排ガス還流路を流通する気体の流量を調整する流量調整弁と、前記内燃機関がクランキングを開始してから前記触媒の暖機が完了するまで、前記電動過給器を作動させ、前記流量調整弁を開弁して前記排ガス還流路を介して前記排気通路に空気を導入する制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する触媒と、
スロットルバルブよりも上流側の吸気通路内に設置されたコンプレッサを備え、電気的に作動する電動過給器と、
一端が前記コンプレッサの下流側かつ前記スロットルバルブの上流側で前記吸気通路と接続し、他端が前記内燃機関の下流側かつ前記触媒の上流側で前記排気通路と接続し、排気を前記排気通路から前記吸気通路へ還流可能な排ガス還流路と、
前記排ガス還流路を流通する気体の流量を調整する流量調整弁と、
前記内燃機関がクランキングを開始してから前記触媒の暖機が完了するまで、前記電動過給器を作動させ、前記流量調整弁を開弁して前記排ガス還流路を介して前記排気通路に空気を導入する制御部と、
を備える内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関から排出される炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分を同時にかつ効率的に浄化するために、内燃機関の排気通路には触媒が設けられている。
【０００３】
当該触媒に空気を供給すると、未燃炭化水素の再燃焼を促進できるため、過給器によって圧縮された空気を排気通路内に導入し、触媒に空気を供給する排気浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４２６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関において炭化水素が最も多く排出されるのは、内燃機関の始動〜触媒暖機完了前であり、その要因として、始動時の燃料気化不良によるミスファイア、燃焼を安定させるための噴射燃料の増量、触媒による炭化水素の還元率が低いことが挙げられる。
【０００６】
特許文献１の排気浄化システムは、内燃機関の運転条件が背圧が確保できる運転条件（高負荷運転）にある場合にしか、過給器によって圧縮された空気を排気通路内に導入できない。したがって、炭化水素が最も多く排出されるにも関わらず、背圧が確保できない内燃機関の始動〜触媒暖機完了前において、炭化水素の排出を十分に低減できないおそれがある。
【０００７】
そこで、本明細書開示の内燃機関の排気浄化装置は、炭化水素の排出を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する触媒と、スロットルバルブよりも上流側の吸気通路内に設置されたコンプレッサを備え、電気的に作動する電動過給器と、一端が前記コンプレッサの下流側かつ前記スロットルバルブの上流側で前記吸気通路と接続し、他端が前記内燃機関の下流側かつ前記触媒の上流側で前記排気通路と接続し、排気を前記排気通路から前記吸気通路へ還流可能な排ガス還流路と、前記排ガス還流路を流通する気体の流量を調整する流量調整弁と、前記内燃機関がクランキングを開始してから前記触媒の暖機が完了するまで、前記電動過給器を作動させ、前記流量調整弁を開弁して前記排ガス還流路を介して前記排気通路に空気を導入する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書開示の内燃機関の排気浄化装置は、炭化水素の排出を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、ＥＣＵが実行する二次空気供給制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの構成の別例を示す概略図である。
【図４】図４は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの構成の別例を示す概略図である。
【図５】図５は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムの構成の別例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１２】
まず、図１を参照し、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステムについて説明する。図１は、一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。
【００１３】
図１に示すように、エンジンシステム１００は、内燃機関２０、吸気通路１０、及び排気通路３０を備えている。
【００１４】
内燃機関２０は、シリンダブロック２１に形成された燃焼室２３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室２３内でピストン２４を往復移動させることにより動力を発生する。内燃機関２０は車両用多気筒エンジン（１気筒のみ図示）であり、本実施形態では、気筒＃１〜＃４を備える４気筒エンジンであるものとする。なお、内燃機関２０が備える気筒数は、本実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関２０のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁２５と、排気ポートを開閉する排気弁２６とが気筒ごとに設けられている。各吸気弁２５および各排気弁２６はカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室２３内の混合気に点火するための点火プラグ２７が気筒ごとに取り付けられている。
【００１６】
また、各気筒の吸気ポートには、燃料を吸気ポート内に噴射するインジェクタ２２が設置されている。インジェクタ２２から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁２５の開弁時に燃焼室２３に吸入され、ピストン２４で圧縮され、点火プラグ２７で点火燃焼させられる。
【００１７】
吸気通路１０には、上流側から順に、エアクリーナ１９、インタークーラ１４、電子制御式スロットルバルブ１３、及びサージタンク１８が設けられている。エアクリーナ１９には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５が設置されている。サージタンク１８には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１６が設置されている。各気筒の吸気ポートは吸気マニホールド１７を介してサージタンク１８に接続されている。
【００１８】
また、スロットルバルブ１３より上流側の吸気通路１０中には、電気的に作動する過給器（電動過給器）１２のコンプレッサ１２ａが配設されており、吸気はコンプレッサ１２ａの回転によって圧縮される（過給される）。
【００１９】
排気通路３０には、排気マニホールド３２を介して各気筒の排気ポートが接続されている。また、排気通路３０には、排ガスを浄化するための触媒３１が設けられている。触媒３１の上流側には、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３５が設けられている。
【００２０】
また、排気通路３０には、電動過給器１２のタービン１２ｂが設けられている。内燃機関２０より排出された排ガスによりタービン１２ｂを回転させる場合、電動過給器１２においてエネルギの回生が行われる。
【００２１】
また、エンジンシステム１００は、排ガス（ＥＧＲガス）の一部を吸気通路１０に還流させる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)通路４０を備えている。外部ＥＧＲ通路４０は、排ガス還流路の一例である。外部ＥＧＲ通路４０の一端４０ａは、電動過給器１２のコンプレッサ１２ａよりも下流側かつスロットルバルブ１３よりも上流側において吸気通路１０に接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端４０ｂは、内燃機関２０よりも下流側かつ触媒３１よりも上流側において排気通路３０と接続されている。以下、外部ＥＧＲ通路４０を通って還流する排ガスのことを「外部ＥＧＲガス」と称する。
【００２２】
外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。ＥＧＲ弁４４は、流量調整弁の一例である。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、外部ＥＧＲ通路４０を通る排ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。
【００２３】
エンジンシステム１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び記憶装置等を備える。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。ＥＣＵ５０は、制御部の一例である。
【００２４】
ＥＣＵ５０には、上述の点火プラグ２７、スロットルバルブ１３及びインジェクタ２２等が電気的に接続されている。またＥＣＵ５０には、前述のエアフローメータ１５、吸気圧センサ１６、空燃比センサ３５、内燃機関２０のクランク角を検出するクランク角センサのほか、アクセル開度を検出するアクセル開度センサやその他の各種センサが図示されないＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ２７、スロットルバルブ１３、インジェクタ２２等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。
【００２５】
また、ＥＣＵ５０は、電動過給器１２を作動させて排気通路３０に空気を導入することにより触媒３１に空気を供給する二次空気供給制御を実行する。
【００２６】
図２は、ＥＣＵ５０が実行する二次空気供給制御の一例を示すフローチャートである。図２の処理は、内燃機関２０がクランキングを開始すると開始される。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、電動過給器１２を作動させ、目標過給圧まで吸気圧を昇圧する（ステップＳ１０１）。
【００２８】
続いて、ＥＣＵ５０は、排ガスの空燃比が理論空燃比となるよう、ＥＧＲ弁４４の開度を調整する（ステップＳ１０３）。なお、このとき、ＥＣＵ５０は、例えば、ＥＣＵ５０の燃料噴射量の指令値と、過給圧及びＥＧＲ弁４４の弁開度に対する流量マップから取得される空気流量と、を用いて、排ガスの空燃比を計算する。
【００２９】
ステップＳ１０１およびＳ１０３の処理により、電動過給器１２によって外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に空気（二次空気）が導入され、触媒３１に空気が供給される。これにより、触媒３１において未燃炭化水素の再燃焼を促進できるため、炭化水素の排出を低減することができる。
【００３０】
続いて、ＥＣＵ５０は、触媒３１の暖機を行う触媒暖機制御の実行を要求する触媒暖機制御要求がＯＮであるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。本ステップでは、触媒暖機が完了したか否かを判断している。触媒暖機制御要求がＯＮの場合は、触媒暖機が未だ完了していないということである。
【００３１】
触媒暖機制御要求がＯＮの場合（ステップＳ１０５／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ３５により検出された空燃比が理論空燃比に一致するように各気筒への燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御の実行を要求する空燃比フィードバック制御要求がＯＮであるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。本ステップでは、空燃比フィードバック制御が開始されたか否かを判断している。空燃比フィードバック制御要求がＯＮではない場合（ＯＦＦの場合）は、空燃比フィードバック制御が未だ開始されていないということである。
【００３２】
空燃比フィードバック制御要求がＯＮではない場合（ステップＳ１０７／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０５に戻る。一方、空燃比フィードバック制御要求がＯＮの場合（ステップＳ１０７／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、電動過給器１２による過給を停止し、ＥＧＲ弁４４を閉弁する（ステップＳ１０９）。すなわち、ＥＣＵ５０は、電動過給器１２により外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に二次空気を導入するのを中止する。なお、空燃比フィードバック制御が開始されると、二次空気の導入を中止するのは、空燃比フィードバック制御開始時には、ある程度触媒３１が暖機されていると想定され、通常の触媒３１による排ガス処理を優先させるためである。なお、炭化水素等の再燃焼を優先させる場合には、空燃比フィードバック制御開始が開始されても、触媒暖機が完了するまでは、電動過給器１２による排気通路３０への空気の導入を継続してもよい。
【００３３】
ところで、ＥＣＵ５０は、触媒暖機制御要求がＯＮでない場合（ステップＳ１０５／ＮＯ）、すなわち、触媒暖機が完了し、触媒暖機制御要求がＯＦＦになった場合にも、ＥＣＵ５０は、電動過給器１２による過給を停止し、ＥＧＲ弁４４を閉弁する（ステップＳ１０９）。すなわち、電動過給器１２により外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に二次空気を導入するのを中止する。
【００３４】
ステップＳ１０９の処理後、ＥＣＵ５０は、外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０を流れるＥＧＲガスの一部を吸気通路１０に還流させる制御、いわゆる外部ＥＧＲ制御を行う。
【００３５】
より具体的には、ＥＣＵ５０は、要求された外部ＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ要求マップからＥＧＲ弁４４の開度を決定し、ＥＧＲ弁４４の開度を調整する（ステップＳ１１１）。なお、ＥＣＵ５０は、直接的にエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、ＥＧＲ要求マップからＥＧＲ弁４４の開度を決定してもよい。
【００３６】
続いて、ＥＣＵ５０は、過給が必要か否かを判断する（ステップＳ１１３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、要求トルクを実現するための過給圧を計算し、現在の吸気圧が計算した過給圧未満である場合に、過給が必要であると判断する。
【００３７】
過給が必要な場合（ステップＳ１１３／ＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、要求トルクを達成するように電動過給器１２を作動させる（ステップＳ１１５）。一方、過給が必要ない場合（ステップＳ１１３／ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、排ガスのエネルギによって電動過給器１２を駆動させ、エネルギを回生する（ステップＳ１１７）。
【００３８】
ステップＳ１１５およびＳ１１７の処理後は、ステップＳ１１３に戻る。
【００３９】
以上、詳細に説明したように、エンジンシステム１００は、内燃機関２０の排気通路３０に設けられ、排ガスを浄化する触媒３１と、スロットルバルブ１３よりも上流側の吸気通路１０内に設置されたコンプレッサ１２ａを備え、電気的に作動する電動過給器１２と、一端４０ａがコンプレッサ１２ａの下流側かつスロットルバルブ１３の上流側で吸気通路１０と接続し、他端４０ｂが内燃機関２０の下流側かつ触媒３１の上流側で排気通路３０と接続し、排ガスを排気通路３０から吸気通路１０へ還流可能な外部ＥＧＲ通路４０と、外部ＥＧＲ通路４０を流通する気体の流量を調整するＥＧＲ弁４４と、内燃機関２０がクランキングを開始してから触媒３１の暖機が完了するまで、電動過給器１２を作動させ、ＥＧＲ弁４４を開弁して外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に空気を導入するＥＣＵ５０と、を備えている。これにより、炭化水素が最も多く排出されるにも関わらず、背圧が確保できない内燃機関２０の始動〜触媒３１の暖機完了前において、排気通路３０に空気が導入されるため、触媒３１に空気が供給される。したがって、触媒３１における未燃炭化水素の再燃焼を促進でき、炭化水素の排出を低減することができる。また、現状のエンジンシステムの過給器に電動モータ機構を付帯させた電動過給器と、ＥＧＲガス導入用の外部ＥＧＲ通路とを活用することで、エンジンシステムに大幅な変更を加えずに済む。
【００４０】
なお、上記実施形態において、図３に示すように、電動過給器１２に代えて、電動コンプレッサ８０を設けてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０のクランキング開始から触媒３１の暖機完了又は空燃比フィードバック制御の開始まで、電動コンプレッサ８０を作動させ、ＥＧＲ弁４４を開弁することにより、外部ＥＧＲ通路４０を介して空気を排気通路３０に導入すればよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、排気通路３０への空気の導入通路として外部ＥＧＲ通路４０を用いていたが、図４に示すように、一端６０ａがコンプレッサ１２ａの下流側かつスロットルバルブ１３の上流側で吸気通路１０と接続され、他端６０ｂが内燃機関２０の下流側かつ触媒３１の上流側で排気通路３０と接続された、外部ＥＧＲ通路４０とは別の二次空気通路６０を設けてもよい。この場合、二次空気通路６０には、二次空気通路６０を流通する空気の量を調整する二次空気調量弁６１が設けられる。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０のクランキング開始から触媒３１の暖機完了又は空燃比フィードバック制御の開始まで、電動過給器１２を作動させ、ＥＧＲ弁４４を閉弁し、排ガスの空燃比が理論空燃比となるように二次空気調量弁６１の開度を調整する。これにより、二次空気通路６０を介して排気通路３０に空気を導入できるため、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、上記実施形態では、外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に空気を導入するために電動過給器１２を用いていたが、図５に示すように、外部ＥＧＲ通路４０へ空気を導入するエアポンプ７０を用いてもよい。この場合、一端７１ａがＥＧＲ弁４４と排気通路３０との間に接続され、他端７１ｂがエアポンプ７０に接続された通路７１には、外部ＥＧＲ通路４０に導入する空気の量を調整する逆止弁７２が設けられる。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関２０のクランキング開始から触媒３１の暖機完了又は空燃比フィードバック制御の開始まで、エアポンプ７０を作動させ、ＥＧＲ弁４４を閉弁し、排ガスの空燃比が理論空燃比となるように逆止弁７２の開度を調整する。これにより、外部ＥＧＲ通路４０を介して排気通路３０に空気を導入できるため、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図５の構成においては、電動過給器１２に代えて、内燃機関２０の排ガスのエネルギにより作動する過給器１２Ａを用いてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態において、内燃機関２０が複数の気筒を備える場合には、一部の気筒への燃料噴射を停止し、当該気筒を二次空気の供給通路として用いてもよい。
【００４４】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４５】
１０    吸気通路
１２    電動過給器
１３    スロットルバルブ
１２ａ  コンプレッサ
２０    内燃機関
３０    排気通路
３１    触媒
４０    外部ＥＧＲ通路（排ガス還流路）
４０ａ  外部ＥＧＲ通路の一端
４０ｂ  外部ＥＧＲ通路の他端
４４    ＥＧＲ弁（流量調整弁）
５０    ＥＣＵ（制御部）
１００  エンジンシステム
【図１】
2018091270.tif 000003
【図２】
2018091270.tif 000004
【図３】
2018091270.tif 000005
【図４】
2018091270.tif 000006
【図５】
2018091270.tif 000007