(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化システムにおいて、過給圧を要求圧で一定に保ちつつ過給機により圧縮された空気を二次空気として排気浄化手段に供給することができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路１３に設けられた排気浄化手段１４と、内燃機関１の吸気通路９に設けられた過給機１５と、過給機１５よりも下流で且つ内燃機関１よりも上流の吸気通路９と内燃機関１よりも下流で且つ排気浄化手段１４よりも上流の排気通路１３とを連通する連通管２５と、連通管２５を流通する気体の流量を調整する流量調整弁２６と、を備え、吸気の圧力が要求される圧力よりも高くなる場合に、流量調整弁２６を開弁して排気浄化手段１４の上流へ空気を導入する。【選択図】図１
2005042604.tif 000002
【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中の有害成分を浄化する排気浄化手段と、
内燃機関の吸気通路に設けられ吸気の圧力を上昇させる過給機と、
前記過給機よりも下流で且つ前記内燃機関よりも上流の吸気通路と前記内燃機関よりも下流で且つ前記排気浄化手段よりも上流の排気通路とを連通する連通管と、
前記連通管を流通する気体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
過給機により上昇された吸気の圧力が、要求される圧力よりも高くなる場合に、前記流量調整弁を開弁して、前記排気浄化手段よりも上流の排気通路へ空気を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記過給機は、吸気の圧力を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャであり、
過給機により上昇された吸気の圧力が、要求される圧力よりも低い場合であって、前記排気浄化手段よりも上流の排気通路へ空気を供給する場合には、前記ノズルベーンを閉じ側へ制御して、吸気の圧力を要求される圧力まで上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記排気浄化手段は排気中に含まれる粒子状物質を一時捕獲可能なパティキュレートフィルタからなり、前記パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質を酸化除去するときに、前記流量調整弁を開弁して排気通路へ空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気中へ二次空気を供給する内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パティキュレートフィルタに空気を供給すると、該パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質の酸化を促進させることができる。また、パティキュレートフィルタや排気浄化触媒に空気を供給すると、該パティキュレートフィルタ等の温度を低下させることができ、過熱を抑制することができる。
【０００３】
例えば、オイルポンプから吐出するオイルをターボ回転軸の油圧タービンに噴射してターボ過給機の補助駆動を行いつつ該過給機から吐出される過給気の一部を触媒に供給し触媒の過熱を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、低回転域、高回転域用の２つの過給機を有し、二次空気が必要なときには高回転域用の作動開始点をより高回転域にシフトすることで二次空気の不足を抑制する技術（例えば、特許文献２参照。）、加圧ポンプを所定過給圧以上で且つ減速時に作動させつつ、該加圧ポンプにより過給された空気を加圧し触媒上流に二次空気を導入する技術（例えば、特許文献３参照。）、過給機下流から触媒上流に還元剤及び二次空気を導入し還元剤の霧化を促進すると共に、二次空気不要時には過給された空気をタンクに貯留する技術（例えば、特許文献４参照。）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１８９７２０号公報
【特許文献２】
特開平６−２２１１７２号公報
【特許文献３】
特開平７−１８９７１６号公報
【特許文献４】
特開平８−２０００４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように過給機を利用してフィルタや排気浄化手段に空気を供給する場合、過給圧を要求圧で一定に保つために別途装置を備える必要があるため、コスト高となり、また装置を設置するためのスペースが必要となっていた。過給機からの空気を排気系に導入するとしても過給圧が低下してしまい、内燃機関の出力が低下することもあった。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、過給圧を要求圧で一定に保ちつつ過給機により圧縮された空気を二次空気として排気浄化手段に供給することができる技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化手段と、
内燃機関の吸気通路に設けられ吸気の圧力を上昇させる過給機と、
前記過給機よりも下流で且つ前記内燃機関よりも上流の吸気通路と前記内燃機関よりも下流で且つ前記排気浄化手段よりも上流の排気通路とを連通する連通管と、
前記連通管を流通する気体の流量を調整する流量調整弁と、
を備え、
過給機により上昇された吸気の圧力が、要求される圧力よりも高くなる場合に、前記流量調整弁を開弁して、前記排気浄化手段よりも上流の排気通路へ空気を供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、吸気の圧力、即ち過給圧が、要求される圧力以上となる場合に限り流量調整弁を開弁することにより、過給圧を要求圧で一定としつつ、このときに流出する空気を二次空気として排気浄化手段へ供給することにある。
【０００９】
ここで、内燃機関の過給圧には要求される圧力（要求圧）があり、この要求圧となるように過給圧が制御されている。そして、この過給圧の制御は、過給圧が要求圧よりも高くなる場合に、吸気通路内の空気を排出して該吸気通路内の圧力を低下させることにより可能となる。これにより、過給圧を要求圧で一定に保つことが可能となる。また、このときに排出される空気を排気浄化手段より上流の排気通路へ供給することにより、該排気浄化手段に空気を供給することが可能となる。換言すると、過給圧を要求圧で一定に保つために必要な空気を吸気通路に残しつつ、余剰な空気を排気通路に導入することが可能となる。このようにして排気通路に供給された空気は、二次空気として排気浄化手段に供給される。
【００１０】
本発明においては、前記過給機は、吸気の圧力を所望の圧力とすべくタービンホイールに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの開閉により可変とする可変容量型ターボチャージャであり、
過給機により上昇された吸気の圧力が、要求される圧力よりも低い場合であって、前記排気浄化手段よりも上流の排気通路へ空気を供給する場合には、前記ノズルベーンを閉じ側へ制御して、吸気の圧力を要求される圧力まで上昇させることができる。
【００１１】
過給圧が要求圧よりも低い場合に、流量調整弁を開弁して排気通路へ空気を導入してしまうと、過給圧が更に低くなり内燃機関の出力が低下してしまう。そこで、このような場合には、ノズルベーンを閉じ側へ、即ち、過給圧を上昇させる側へ制御することにより、過給圧を要求される圧力まで上昇させることが可能となる。そして、余剰となる空気を排気通路へ供給することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、前記排気浄化手段は排気中に含まれる粒子状物質を一時捕獲可能なパティキュレートフィルタからなり、前記パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質を酸化除去するときに、前記流量調整弁を開弁して排気通路へ空気を供給することができる。
【００１３】
連通管を介して排気通路へ供給された空気は酸素を多く含むため、パティキュレートフィルタに導入されると該酸素により該パティキュレートフィルタに捕獲された粒子状物質の酸化を促進させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムを車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００１７】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００１８】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。この燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００１９】
また、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室へと通じている。
【００２０】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００２１】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。
【００２２】
また、吸気枝管８には、該吸気枝管８内の圧力に応じた信号を出力し、該吸気枝管８内の圧力を測定可能とする圧力センサ２２が備えられている。該圧力センサ２２により過給圧が測定される。
【００２３】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２４】
一方、エンジン１には、排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００２５】
前記排気枝管１２は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１３と接続されている。
【００２６】
前記排気管１３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１４が設けられている。フィルタ１４は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕獲するとともに、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを貯蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは貯蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。
【００２７】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１２へ排出され、フィルタ１４へ流入する。フィルタ１４では、排気中のＰＭが捕獲されると共にＮＯｘが貯蔵され、排気が浄化される。
【００２８】
コンプレッサハウジング１５ａよりも下流で且つ吸気絞り弁１０よりも上流の吸気管９と、タービンハウジング１５ｂよりも下流で且つフィルタ１４よりも上流の排気管１３と、はターボチャージャ１５で圧縮され吸気管９内を流通する空気（以下、過給気とする。）の一部を排気管１３へ導入する連通管２５により連通されている。この連通管２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記連通管２５内を流通する過給気の流量を変更する流量調整弁２６が設けられている。この流量調整弁２６は、全開若しくは全閉の何れか一方の状態に限り選択可能なものであり、全開若しくは全閉とする時間を調整することにより、連通管２５内を流通する過給気の流量を調整することができる。尚、この流量調整弁２６は、弁を任意の開度で維持可能なものであっても良い。
【００２９】
このように構成された二次空気導入機構では、流量調整弁２６が開弁されると、連通管２５により吸気系と排気系が連通される。このときに、排気系よりも吸気系の圧力が高い場合には、吸気管９内を流通する空気の一部が前記連通管２５へ流入し、排気管１３へ導入される。排気管１３へ導入された空気は、排気管１３の上流から流れてきた排気と混ざり合いつつフィルタ１４へ流入する。
【００３０】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２７が併設されている。このＥＣＵ２７は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００３１】
ＥＣＵ２７には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力し、エンジン回転数を測定可能とするクランクポジションセンサ２３、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、エンジン負荷を測定可能とするアクセル開度センサ２４の出力信号が入力されるようになっている。
【００３２】
一方、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１１、流量調整弁２６等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２７は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００３３】
ところで、フィルタ１４に捕獲されたＰＭが該フィルタ１４に堆積するとフィルタの目詰まりを発生させることがある。この目詰まりが発生すると、フィルタ１４上流の排気の圧力が上昇しエンジン１の出力低下やフィルタ１４の毀損を誘発させる虞がある。このようなときには、フィルタ１４上に堆積したＰＭを酸化せしめることにより該ＰＭを除去することができる。このようにフィルタに堆積したＰＭを除去することをフィルタの再生という。
【００３４】
このフィルタの再生は、フィルタ１４を高温状態とし、且つ、酸素過剰の雰囲気とすることにより可能となる。ここで、ＰＭの酸化を促進するためにフィルタ１４の上流から二次空気を供給する技術が知られている。
【００３５】
一方、フィルタ１４の温度が過剰に高くなると該フィルタ１４の毀損やフィルタ１４に担持されたＮＯｘ触媒の熱劣化を誘発させる。ここで、フィルタ１４の温度が過剰に高くなる場合には、フィルタ１４に二次空気を流通させることにより、該フィルタ１４の温度を低下させることができる。
【００３６】
ところで、排気通路へ二次空気を供給するために、従来では空気を圧送するためのポンプを別途必要としていた。そのため、コスト高となり、また、ポンプの搭載スペースを確保することが困難な場合もある。また、過給機により圧力が高められた空気を吸気通路から排気通路へ導入させることも考えられるが、過給圧が低下してしまい、エンジンの出力が低下することも考えられる。
【００３７】
その点、本実施の形態では、要求された出力を発生させるために必要となる過給圧や吸入空気量を確保しつつ、ターボチャージャ１５により圧縮され且つ余剰となった空気をフィルタ１４上流の排気管１３へ供給する。即ち、過給圧を低下させない範囲内で二次空気を供給し、エンジン１の出力低下を抑制しつつフィルタ１４の再生や温度調整を行うことができる。
【００３８】
例えば、過給圧を圧力センサ２２により測定し、該測定値が要求圧以上となった場合に、流量調整弁２６を開弁させる。
【００３９】
次に、本実施の形態による二次空気供給制御のフローについて説明する。
【００４０】
ここで、図２は、本実施の形態による二次空気供給制御のフローを示したフローチャート図である。
【００４１】
ステップＳ１０１では、フィルタ１４が二次空気を必要としているか否か判定する。
【００４２】
例えば、フィルタ１４の再生が必要なほどＰＭが堆積しているか否かにより判定する。フィルタ１４に堆積しているＰＭの量は、例えば、フィルタ１４前後の差圧を検出する差圧センサを排気管１３に取り付けて、該差圧センサの検出値に応じたＰＭ量を予め実験等により求めておくことにより求めることができる。また、エンジン１の運転状態（排気温度、燃料噴射量、エンジン回転数）に応じたＰＭ捕獲量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＰＭ捕獲量を積算してＰＭの堆積量とすることもできる。更に、車両走行距離若しくは走行時間に応じてＰＭの堆積量を推定しても良い。そして、ＰＭの堆積量が予め定めておいた許容量に達した場合に、二次空気を必要としていると判定する。
【００４３】
また、フィルタ１４の温度を低下させる必要があるか否かにより判定しても良い。フィルタ１４の温度は、該フィルタ１４下流に温度センサを取り付けて測定しても良い。また、エンジン１の運転状態（燃料噴射量、エンジン回転数）の履歴から推定しても良い。そして、フィルタ１４の温度が予め定めておいた許容温度に達した場合に、二次空気を必要としていると判定する。
【００４４】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４５】
ステップＳ１０２では、過給圧を上昇させるための処理を行う。
【００４６】
ここで、過給圧が要求圧に達していれば余剰となる空気を排気管１３へ供給することができるが、要求圧に達していない場合には、過給圧が減少してしまうため、排気管１３へ空気を供給することができなくなる。
【００４７】
そこで、過給圧が要求圧に達していない場合には、過給圧が速やかに上昇するように、例えばエンジンに吸入される空気量を増加させたり、排気の温度を上昇させたりする。
【００４８】
空気量を増加させる方法として、例えばオートマチックトランスミッションを有する内燃機関の場合には低速ギアにシフトさせたり、ＥＧＲ弁を閉じ側に制御すると共に吸気絞り弁を開き側に制御したりしても良い。このようにして空気量が上昇すると、それに伴い排気の量が増加し、タービンホイールの回転数が上昇する。これにより、過給圧を速やかに上昇させることができる。
【００４９】
また、排気の温度を上昇させる方法として、エンジン１で燃料噴射弁３からの主噴射の後の膨張行程中若しくは排気行程中に、再度燃料を噴射させる副噴射を例示することができる。このようにエンジン１の気筒２内へエンジン出力のための燃料が主噴射された後に再度燃料を噴射させるのは、主噴射を増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変動が発生し運転状態が悪化する虞があるためである。
【００５０】
さらに、気筒２内への燃料噴射時期を遅延させることにより排気の温度を上昇させることもできる。燃料噴射時期を通常よりも遅延させると、通常の時期に噴射された燃料よりもピストンの運動に消費されるエネルギ量が少なくなる。これにより、排気の温度を上昇させることができる。このようにして、排気の温度が上昇すると、排気の体積が膨張し、それに伴い排気の量が増加しタービンホイールの回転数が上昇する。これにより、過給圧を上昇させることができる。
【００５１】
このように、エンジン回転数を上昇させ、若しくは、排気の温度を上昇させて、ターボチャージャ１５からの空気の吐出量を増加させ、以て過給圧を上昇させることができる。これにより、フィルタ１４に二次空気を供給可能なエンジン１の運転領域を広げることが可能となる。
【００５２】
また、一般的なターボチャージャ１５では、要求圧に達すると、タービンハウジング１５ｂ入口に流入する排気を、該タービンハウジング１５ｂ出口に迂回させて過給圧が過剰に上昇しないようにしている。本実施の形態では、このような迂回を行わないようにして、その代わりに、過給気を排気管１３に導入し、過給圧が過剰に上昇しないようにしても良い。
【００５３】
ステップＳ１０３では、過給圧が要求圧以上となったか否か判定する。過給圧は圧力センサ２２により測定する。要求圧は、エンジン１の運転状態（回転数や負荷）と要求圧との関係を予め実験等により求めマップ化したものから得ることができる。
【００５４】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【００５５】
ステップＳ１０４では、二次空気をフィルタ１４に導入し、ＰＭの酸化促進や温度低下を図る。
【００５６】
つまり、流量調整弁２６を開弁して、過給気を排気管１３に導入する。ここで、圧力センサ２２により得られる過給圧が要求圧となるように、流量調整弁２６の開閉をフィードバック制御する。即ち、過給圧が要求圧力よりも高い場合には全開とし、一方、低い場合には全閉とする。また、流量調整弁２６が、任意の開度に維持可能な弁である場合には、要求圧となるように弁開度をフィードバック制御しても良い。
【００５７】
このときに、フィルタ１４の温度により供給する空気量を調整しても良い。即ち、フィルタ１４の温度を上昇させたい場合には、二次空気の供給量が少なくなるように流量調整弁２６の開弁時間を短くし、一方、フィルタ１４の温度を低下させたい場合には、流量調整弁２６の開弁時間を長くしても良い。
【００５８】
尚、エンジン負荷が高くなると排気の圧力が高くなり、排気管１３への空気の導入量が減少する。従って、このような運転状態の場合には、二次空気の導入を行わないようにしても良い。また、アイドル状態やアイドル状態に近い低負荷運転領域の場合には、過給圧を上昇させることが困難であるため、二次空気の導入を行わないようにしても良い。その他にも、過給圧を上昇させることが困難な運転状態の場合には、二次空気の導入を行わないようにしても良い。また、排気の圧力を測定し、吸気の圧力が排気の圧力よりも高い場合に限り流量調整弁２６を開弁するようにしても良い。
【００５９】
本実施の形態では、排気浄化手段としてＮＯｘ触媒を担持したフィルタを例に挙げて説明したが、これに代えて、単なるＮＯｘ触媒や酸化触媒、三元触媒であっても温度調整を行うことができる。また、ＮＯｘ触媒を担持していない単なるフィルタであってもＰＭの酸化を促進させることができる。
【００６０】
また、本実施の形態では、ＰＭの酸化促進及びフィルタの温度調整に適用した例について説明したが、これに代えて、フィルタや触媒の周囲雰囲気の空燃比を調整するときにも適用することができる。例えば、フィルタや触媒の周囲雰囲気の空燃比をセンサにより測定し、この値が目標となる空燃比よりも低い場合には、流量調整弁２６を開弁して空燃比を高める。このようにして、排気の空燃比の制御を行うことができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、吸気の圧力を要求圧に維持することができるのでエンジン出力の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ１４に二次空気を供給することができるので、フィルタ１４に堆積したＰＭの酸化促進やフィルタ１４の温度制御を行うことができる。また、フィルタ１４へ空気を送るポンプを別途備える必要もない。
【００６２】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。即ち、本実施の形態では、過給機に可変容量型ターボチャージャを採用する。
【００６３】
尚、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６４】
図３は、可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。図３（Ａ）はノズルベーン５１が開いている場合を示し、図３（Ｂ）はノズルベーン５１が閉じている場合を示している。
【００６５】
可変容量型ターボチャージャ１５は、図に示すように、タービンハウジング１５ｂ内のタービンホイール５０の周囲に複数のノズルベーン５１を備えて構成されている。このノズルベーン５１は、アクチュエータ５２により開閉される。
【００６６】
このノズルベーン５１を閉じ側へ回動させると、隣接するノズルベーン５１間の間隙が狭くなり、ノズルベーン５１間の流路が閉じられることになる。
【００６７】
一方、ノズルベーン５１を開き側へ回動すると、隣接するノズルベーン５１間の間隙が広くなり、ノズルベーン５１間の流路が開かれることになる。
【００６８】
このように構成された可変容量型ターボチャージャ１５では、アクチュエータ５２によってノズルベーン５１の回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン５１間の流路の向き、及びノズルベーン５１間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン５１の回動方向と回動量とを制御することにより、タービンホイール５０に吹き付けられる排気の方向と流速が調節されることになる。
【００６９】
例えば、エンジン１からの排気の量が少ない場合は、ノズルベーン５１を閉じるべくアクチュエータ５２を動作させることにより、タービンホイール５０に吹き付けられる排気の流速が高まり、少ない排気の量でもタービンホイール５０の回転速度及び回転力を高めることが可能となる。
【００７０】
一方、エンジン１からの排気の量が十分に多い場合は、ノズルベーン５１を開くべくアクチュエータ５２を動作させることにより、タービンホイール５０に吹き付けられる排気の流速の過剰な上昇が制御され、タービンホイール５０の回転速度及び回転力の過剰な上昇を抑制することが可能となる。
【００７１】
このような可変容量型ターボチャージャ１５を備えた内燃機関の排気浄化システムでは、フィルタ１４に二次空気を供給する必要がある場合で、且つ、過給圧が要求圧よりも低い場合には、ノズルベーン５１を閉じ側へ制御する。これにより、タービンホイール５０に吹き付けられる排気の流速が高まり、少ない排気の量でもタービンホイール５０の回転速度及び回転力を高めることが可能となる。これにより、過給圧を要求圧まで上昇させることができる。
【００７２】
ここで、図４は、本実施の形態による、二次空気供給要求、ノズルベーン開度、吸気枝管内圧力、流量調整弁開弁信号、吸入空気量、二次空気供給量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【００７３】
「二次空気供給要求」は、ＰＭの酸化促進やフィルタ１４の温度調整のために二次空気の供給が必要なときにＯＮとされ、それ以外のときにＯＦＦとされる。
【００７４】
「吸気枝管内圧力」は、圧力センサ２２による出力信号である。ここで、一点鎖線は、流量調整弁を閉弁状態のまま維持した場合を示している。
【００７５】
「流量調整弁開弁信号」は、流量調整弁２６を開閉させるための信号を示し、ＯＮのときに流量調整弁２６が開弁され、ＯＦＦのときに閉弁されている。
【００７６】
「吸入空気量」は、気筒２内に吸入される空気量を示している。
【００７７】
「二次空気供給量」は、連通管２５を通過して排気管１３に供給される二次空気の量を示している。
【００７８】
ここで、ＰＭの酸化促進やフィルタ１４の温度調整が必要となったときに二次空気供給要求がＯＮとされる。そして、過給圧、即ち吸気枝管内圧力が低下しないようにノズルベーン５１が開き側へ制御される。同時に、流量調整弁開弁信号がＯＮとＯＦＦとを繰り返し、吸気枝管内圧力（過給圧）を要求圧で一定に維持する。ここで、流量調整弁開弁信号は、過給圧が要求圧よりも高いときにＯＮとされ、低いときにＯＦＦとされる。これにより、過給圧や吸入空気量が一定に維持され、更に、二次空気供給量を増加させることができる。尚、これらの制御は、第１の実施の形態での図２中ステップＳ１０２に代わるものである。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、吸気の圧力を要求圧に維持することができるのでエンジン出力の低下を抑制することができ、且つ、フィルタ１４に二次空気を供給することができるので、フィルタ１４に堆積したＰＭの酸化促進やフィルタ１４の温度制御を行うことができる。また、フィルタ１４へ空気を送るポンプを別途備える必要もない。更に、可変容量型ターボチャージャ１５を備えることにより、容易に過給圧を上昇させることができ、従って、容易にフィルタ１４へ二次空気を供給することができる。また、二次空気を供給可能なエンジン１の運転領域を広げることができる。
【００８０】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。即ち、本実施の形態では、過給機に機械駆動式のスーパーチャージャ（以下、単にスーパーチャージャとする。）を採用する。
【００８１】
尚、適用対象となるエンジン１やその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８２】
図５は、本実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００８３】
本実施の形態では、吸気管９の途中にスーパーチャージャ３０が備えられている。このスーパーチャージャ３０は、クランクシャフトの回転トルクを駆動源として作動する過給機であり、該スーパーチャージャ３０の入力軸に取り付けられたプーリ３０ａがエンジン１のクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００８４】
このように構成された吸気系では、クランクシャフトからスーパーチャージャ３０の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力の空気が吸気管９へ吐出される。前記スーパーチャージャ３０から吐出された空気により、吸気管９及び吸気枝管８内の圧力は上昇する。
【００８５】
ここで、一般的なスーパーチャージャでは、ベルト７によりクランクシャフトと連結されているため、エンジン１の回転数とスーパーチャージャの回転数との比（以下、単に回転比とする。）は常に等しい。即ち、エンジンの回転数に応じてスーパーチャージャの回転数が定まる。そのため、過給圧が低くなってもスーパーチャージャの回転数だけを上昇させることはできない。
【００８６】
そこで、本実施の形態では、吸気枝管８内の過給圧を要求圧で一定に維持しつつ排気管１３内に過給気を供給できるように前記回転比を設定しておく。即ち、排気管１３内に空気を供給しても、過給圧が要求圧を維持できるように、スーパーチャージャ３０の回転数が予め高くなるように設定しておく。例えば、プーリ３０ａの直径を小さくすることにより可能となる。これにより、過給圧の上昇が速やかに行われると共に、余剰な過給気を二次空気として排気管１３へ供給することができる。また、前記回転比を変更可能とする例えば電磁クラッチ等をプーリ３０ａとスーパーチャージャ３０本体との間に備えていても良い。このようにすると、フィルタ１４に二次空気を供給する必要のあるときに限りスーパーチャージャ３０からの空気の吐出量を増加させることができる。
【００８７】
また、スーパーチャージャ３０の入力軸にギア等を備え、前記回転比を変更可能とし、二次空気を供給するときに該スーパーチャージャ３０の回転数を上昇させても良い。
【００８８】
このように、電磁クラッチやギア等を備え、過給圧を変更可能なスーパーチャージャ３０では、要求される過給圧よりも高い圧力を実現するように、過給圧を設定しても良い。
【００８９】
このようにして、エンジンが必要とする過給圧を維持しつつ、余剰の過給気を排気管１３に供給することが可能となる。
【００９０】
尚、これらの制御は、第１の実施の形態での図２中ステップＳ１０２に代わるものである。
【００９１】
＜その他の実施の形態＞
第１から第３の実施の形態では、吸気管９内の余剰な空気をフィルタ１４に供給してＰＭの酸化促進やフィルタ１４の温度調整に用いていた。
【００９２】
その点、本実施の形態では、過給機からの空気を燃料とともに噴射する。この燃料は、燃料噴射弁３から噴射される燃料でも良く、また、ＮＯｘ触媒に貯蔵されたＮＯｘの還元等のために排気系へ噴射される燃料であっても良い。
【００９３】
ここで、燃料噴射弁であって、燃料と加圧された空気とを混合させながら噴射させるものが知られている。このように、燃料と空気とを混合させて噴射させることにより、燃料の霧化を促進させることができる。そして、従来では、このときに噴射する空気を加圧するためのポンプが備えられていた。しかし、ポンプを備えることによりコスト高となり、また、ポンプの搭載スペースを確保する必要もあった。
【００９４】
その点、吸気管９内の余剰の空気を用いれば、過給圧を要求圧で一定に維持しつつ、余剰の空気を燃料と共に噴射させることができ、ポンプを別途備える必要がない。
【００９５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、要求される過給圧を維持しつつ、圧力の高い空気を排気浄化手段より上流の排気通路に供給することができる。これにより、排気浄化手段に捕獲された粒子状物質の酸化を促進させることができる。また、排気浄化手段の温度を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】本願発明の実施の形態による二次空気供給制御のフローを示したフローチャート図である。
【図３】可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。図３（Ａ）はノズルベーンが開いている場合を示し、図３（Ｂ）はノズルベーンが閉じている場合を示している。
【図４】第２の実施の形態による、二次空気供給要求、ノズルベーン開度、吸気枝管内圧力、流量調整弁開弁信号、吸入空気量、二次空気供給量の時間推移を示したタイムチャート図である。
【図５】第３の実施の形態に係るエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１          エンジン
１ａ      クランクプーリ
１ｂ      排気ポート
２          気筒
３          燃料噴射弁
４          コモンレール
５          燃料供給管
６          燃料ポンプ
６ａ      ポンププーリ
７          ベルト
８          吸気枝管
９          吸気管
１０      吸気絞り弁
１１      吸気絞り用アクチュエータ
１２      排気枝管
１３      排気管
１４      パティキュレートフィルタ
１５      ターボチャージャ
１５ａ  コンプレッサハウジング
１５ｂ  タービンハウジング
２２      圧力センサ
２３      クランクポジションセンサ
２４      アクセル開度センサ
２５      連通管
２６      流量調整弁
２７      ＥＣＵ
３０      スーパーチャージャ
３０ａ  プーリ
５０      タービンホイール
５１      ノズルベーン
５２      アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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