(57)【要約】【課題】内燃機関において、排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、排気浄化触媒の早期昇温を図る一方、排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合には、排気浄化触媒の過昇温を回避する技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路３に設けられる過給機２のタービン４と、タービン４よりも下流の排気通路３に設けられる排気浄化触媒７と、タービン４よりも上流の排気通路３の排気にタービン４をバイパスさせてタービン４よりも下流の排気通路３へ流すバイパス通路８と、バイパス通路８から排出される排気の流量を調節するバイパス弁１０であって、排気浄化触媒７が過昇温するおそれがある場合には、バイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度に制御されるバイパス弁１０と、を備えた。【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る過給機のタービンと、
前記タービンよりも下流の前記排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記タービンよりも上流の前記排気通路の排気に前記タービンをバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路から排出される排気の流量を調節するバイパス弁であって、前記排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合には、前記バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度に制御されるバイパス弁と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記バイパス弁は、前記排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、前記バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させない開度に制御さ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】
前記バイパス弁は、前記タービンから排出される排気の流量を調節できる開度に制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記バイパス弁は、前記排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、前記タービンから排気を排出させない開度に制御されることを特徴とする請求項３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、タービンをバイパスするバイパス通路から排出される排気の流量を調節するバイパス弁を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機のタービンを備えた内燃機関において、内燃機関の排気通路の排気にタービンをバイパスさせるバイパス通路を備える技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の技術では、タービンよりも下流の排気通路に設けられた排気浄化触媒が早期暖機の必要な温度領域にあるときは、バイパス通路へ排気を流すことにより、排気の熱がタービンで奪われることなく排気が排気浄化触媒に流入し、排気浄化触媒の早期昇温を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−０４４４４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２５４０５１号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５０４６号公報
【特許文献４】特開２００６−０２２７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１では、バイパス通路から高温の排気を供給して排気浄化触媒の暖機を図ることができる。しかし、排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合、例えば、過給状態で且つスロットル全開の高負荷領域で長時間走行した場合には、バイパス通路を閉じてタービンに排気を通過させても、タービンが高温になっておりタービンが排気の熱を奪えないので排気が冷却されないため、排気浄化触媒に冷却した排気を供給することはできない。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関において、排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、排気浄化触媒の早期昇温を図る一方、排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合には、排気浄化触媒の過昇温を回避する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられる過給機のタービンと、
前記タービンよりも下流の前記排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記タービンよりも上流の前記排気通路の排気に前記タービンをバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路から排出される排気の流量を調節するバイパス弁であって、前記排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合には、前記バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度に制御されるバイパス弁と、
を備えたことを特徴とする内燃機関である。
【０００７】
本発明では、排気浄化触媒が過昇温するそれがある場合には、バイパス弁を、バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度に制御する。ここで、通路壁面は熱容量が大きく放熱し易い。これによると、バイパス通路から排出される排気は、バイパス
弁によって通路壁面に衝突し、排気の熱が熱容量の大きい通路壁面に伝わり放熱され、排気が冷却される。よって、排気浄化触媒には冷却された排気が流入するので、排気浄化触媒の過昇温を回避することができる。
【０００８】
前記バイパス弁は、前記排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、前記バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させない開度に制御されるとよい。ここでは、排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、バイパス弁を、バイパス通路から排出される排気を通路壁面へ衝突させない開度に制御する。これによると、バイパス通路から排出される排気は通路壁面に衝突せず、排気の熱が熱容量の大きい通路壁面に伝わらないので、排気が高温に維持される。よって、排気浄化触媒には高温の排気が流入するので、排気浄化触媒の早期昇温を図ることができる。
【０００９】
前記バイパス弁は、前記タービンから排出される排気の流量を調節できる開度に制御されるとよい。これによると、バイパス弁一つで、バイパス通路及びタービンから排出される排気の流量を調節できるので、弁を複数設ける必要が無く、低コスト化を図ることができる。
【００１０】
前記バイパス弁は、前記排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、前記タービンから排気を排出させない開度に制御されるとよい。これによると、排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、タービンから排気を排出させず、バイパス通路から排気の全量を排出させることにより、排気の温度低下を最小限にすることができる。よって、排気浄化触媒には最小限の温度低下しかしていない排気が流入するので、排気浄化触媒の早期昇温を行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、内燃機関において、排気浄化触媒の暖機が必要な場合には、排気浄化触媒の早期昇温を図ることができ、排気浄化触媒が過昇温するおそれがある場合には、排気浄化触媒の過昇温を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【図３】実施例１に係るバイパス弁の開度に対する背圧を示す図である。
【図４】実施例１に係る機関負荷及び機関回転速度に応じたバイパス弁の開度制御を示す図である。
【図５】実施例１に係るバイパス弁の開度と排気流量との関係を示す図である。
【図６】実施例２に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【図７】実施例３に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【図８】実施例４に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【図９】実施例５に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【図１０】実施例６に係るバイパス弁の開度を制御した様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１４】
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、気筒を４つ備える４ストロークサイクルのディーゼルエンジンである。内燃機関１には、ターボチャージャ等の過給機２が搭載される。過給機２は、内燃機関１の排気通路３を流通する排気のエネルギを用いてタービン４を回転させ、タービン４の回転力を
コンプレッサ５に伝達し、内燃機関１の吸気通路６を流通する吸気をコンプレッサ５で過給する。
【００１５】
タービン４よりも下流の排気通路３には、排気浄化触媒７が配置される。排気浄化触媒７としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒等があり、所定温度領域でその機能を発揮する。このため、冷間時等の排気浄化触媒７が所定温度領域よりも低温の場合には、機能を発揮させるために暖機が必要となる。一方、過昇温時といった排気浄化触媒７が所定温度領域よりも高温の場合には、熱劣化を引き起こすので、過昇温を回避する必要がある。
【００１６】
タービン４は、タービンハウジング内に備えられる。タービンハウジングも排気通路３の一部である。このタービンハウジングには、タービン４よりも上流の排気通路３の排気にタービン４をバイパスさせてタービン４よりも下流の排気通路３へ流すバイパス通路８が設けられている。バイパス通路８及びタービン４よりも下流の排気通路３の排気流通方向は、バイパス通路８から排出された排気がそのまま下流の排気浄化触媒７へ向かう方向に設定されている。タービンハウジングには、バイパス通路８に並列してタービン４から排出される排気を流通させるタービン出口通路９が設けられる。
【００１７】
バイパス通路８の下流端開口には、バイパス通路８から排出される排気の流量を調節可能なバイパス弁１０が設けられる。なお、バイパス弁１０とは、一般的なウェイストゲートバルブを示す。バイパス弁１０は、板状であり、バイパス通路８の下流端開口とタービン出口通路９の下流端開口との間に軸支されて回動可能となっている。このため、バイパス弁１０は、ＥＣＵ１１からの指令によって、バイパス通路８の下流端開口を塞ぐ状態（閉弁状態：開度０°）から、タービン出口通路９の下流端開口を塞ぐ状態（開度略１８０°）まで開度を制御可能である。バイパス弁１０は、バイパス通路８の下流端開口を塞ぐ面を表面とすると、タービン出口通路９の下流端開口を塞ぐ面が表面の真裏の裏面となる。
【００１８】
このように本実施例のバイパス弁１０は、バイパス通路８及びタービン出口通路９のどちらかから排出される排気の流量を調節できる開度に制御される。これによると、バイパス弁一つで、バイパス通路８及びタービン４から排出される排気の流量を調節できるので、弁を複数設ける必要が無く、低コスト化を図ることができる。
【００１９】
図２は、本実施例に係るバイパス弁１０の開度を制御した様子を示す図である。図２（ａ）は、バイパス弁１０がバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度０°の閉弁状態を示す図である。図２（ａ）に示す閉弁状態にバイパス弁１０の開度を制御すると、排気はバイパス通路８を流通できないので、排気の全量でタービン４を駆動することになる。タービン４を駆動した排気は、タービン出口通路９から下流の排気通路３へ排出される。
【００２０】
図２（ｂ）は、バイパス弁１０がバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度の状態を示す図である。図２（ｂ）に示す状態にバイパス弁１０の開度を制御すると、バイパス弁１０からの排気が通路壁面へ向い、排気浄化触媒７が過昇温するおそれがある場合に、バイパス通路８から排出される排気をタービンハウジング等の排気通路３の通路壁面へ衝突させることができる。ここで、通路壁面は熱容量が大きく放熱し易い。これによると、バイパス通路８から排出される排気は、バイパス弁１０によって通路壁面に衝突し、排気の熱が熱容量の大きい通路壁面に伝わり放熱され、排気が冷却される。よって、排気浄化触媒７には、冷却された排気が流入するので、排気浄化触媒７の過昇温を回避することができる。
【００２１】
図２（ｃ）は、バイパス弁１０がバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞が
ない開度の状態を示す図である。図２（ｃ）に示す状態にバイパス弁１０の開度を制御すると、排気はバイパス通路８及びタービン４の両方に流れ、タービン４を予回転させ加速に備えつつ、排気がバイパス通路８を流れることからタービン４での背圧を下げて内燃機関１のポンプ損失を減らして燃費を向上することができる。図３は、バイパス弁１０の開度に対する背圧を示す図である。図３に示すように、図２（ｃ）に示す状態であると、後述する図２（ｄ）に示す状態よりも背圧が低く背圧が最も低下する。
【００２２】
図２（ｄ）は、バイパス弁１０がタービン出口通路９を塞いだ開度の状態を示す図である。この状態は、バイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させない開度の状態である。図２（ｄ）に示す状態にバイパス弁１０の開度を制御すると、排気をタービン４から排出できなくなるので、排気の全量がバイパス通路８を流通することになる。これによると、排気浄化触媒７の暖機が必要な場合には、タービン４から排気を排出させず、バイパス通路８から排気の全量を排出させることにより、排気の温度低下を最小限にすることができる。またこのとき、バイパス通路８から排出される排気は、その排気流通方向がそのまま下流の排気浄化触媒７へ向かう方向であるので、通路壁面に衝突せず、排気の熱が通路壁面に奪われ難い。よって、排気浄化触媒７には、最小限の温度低下しかしていない排気、すなわち高温の排気が流入するので、排気浄化触媒７の早期昇温を行うことができる。
【００２３】
図４は、機関負荷及び機関回転速度に応じたバイパス弁１０の開度制御を示す図である。図１に示すアクセルポジションセンサ１２及びクランクポジションセンサ１３の検出値をＥＣＵ１１に取り込み、ＥＣＵ１１は機関負荷及び機関回転速度に応じて図４に示す領域Ａ〜Ｅでバイパス弁１０の開度を切り替えて制御する。図４に示す触媒昇温域である領域Ａ及び機関冷却水が低温の領域Ｂでは、排気浄化触媒７の暖機が必要であるので、バイパス弁１０を図２（ｄ）に示す状態に制御する。非過給域である領域Ｃでは、バイパス弁１０を図２（ｃ）に示す状態に制御する。これにより、領域Ｃでは燃費も向上する。過給域である領域Ｄでは、バイパス弁１０を図２（ａ）に示す状態に制御する。ウェイストゲート域（過給圧調整域）である領域Ｅでは、排気浄化触媒７が過昇温するおそれがあるので、バイパス弁１０を図２（ｂ）に示す状態に制御する。これにより、排気浄化触媒７に流入させる排気を冷却する。
【００２４】
なお、バイパス弁１０は必ずしも図２に示す４つの開度の状態だけに制御されるものではない。図５は、バイパス弁１０の開度と排気流量との関係を示す図である。図５に示すように、機関負荷が高負荷の時は、タービン４を流通する排気流量を、バイパス通路８を流通する排気流量よりも多くする領域Ｘのように、バイパス弁１０の開度を制御してもよい。一方、冷間時等の機関負荷が低負荷の時は、バイパス通路８を流通する排気流量を、タービン４を流通する排気流量よりも多くする領域Ｙのように、バイパス弁１０の開度を制御してもよい。
【００２５】
＜実施例２＞
図６は、実施例２に係るバイパス弁１０ａの開度を制御した様子を示す図である。本実施例のバイパス弁１０ａは、実施例１と同じ作用を奏するが、構成が異なる。バイパス弁１０ａは、中間に屈曲部１０ａ１を有し、先端部１０ａ２が根元部１０ａ３からバイパス通路８側に屈曲している。バイパス弁１０ａは、バイパス通路８の下流端開口を塞ぐ面を先端部１０ａ２の表面とすると、タービン出口通路９の下流端開口を塞ぐ面が根元部１０ａ３の裏面となる。このため、バイパス弁１０ａの回動角が小さくて済む。
【００２６】
図６（ａ）は、図２（ａ）に対応し、バイパス弁１０ａが先端部１０ａ２の表面でバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度０°の閉弁状態を示す図である。図６（ｂ）は、図２（ｂ）に対応し、バイパス弁１０ａがバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ
衝突させる開度の状態を示す図である。図６（ｃ）は、図２（ｃ）に対応し、バイパス弁１０ａがバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞がない開度の状態を示す図である。図６（ｄ）は、図２（ｄ）に対応し、バイパス弁１０ａが根元部１０ａ３の裏面でタービン出口通路９を塞いだ開度の状態を示す図である。この状態は、バイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させない開度の状態である。
【００２７】
＜実施例３＞
図７は、実施例３に係るバイパス弁１０ｂの開度を制御した様子を示す図である。本実施例のバイパス弁１０ｂは、実施例１，２と異なりタービン出口通路９を塞ぐことができない。バイパス弁１０ｂは、バイパス通路８を塞ぐ部位（弁部１０ｂ１）が断面半円形状をしており、少なくとも１つのリンク機構１０ｂ２を有しており、上下に移動可能である。
【００２８】
図７（ａ）は、図２（ａ）に対応し、バイパス弁１０ｂがバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度の閉弁状態を示す図である。図７（ｂ）は、図２（ｂ）に対応し、バイパス弁１０ｂが下方へ回動してバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度の状態を示す図である。図７（ｃ）は、図２（ｃ）に対応し、バイパス弁１０ｂが上方へ回動してバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞がない開度の状態を示す図である。
【００２９】
＜実施例４＞
図８は、実施例４に係るバイパス弁１０ｃの開度を制御した様子を示す図である。本実施例のバイパス弁１０ｃは、実施例１，２と異なりタービン出口通路９を塞ぐことができない。バイパス弁１０ｃは、バイパス通路８を塞ぐ部位（弁部１０ｃ１）が断面半円形状をしており、水平に動くことができるリンク機構１０ｃ２及び弁部１０ｃ１を上下に動かせるリンク機構１０ｃ３を有しており、開弁時は閉弁時よりもバイパス通路８の下流端開口から離れることができる。
【００３０】
図８（ａ）は、図２（ａ）に対応し、バイパス弁１０ｃがバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度の閉弁状態を示す図である。図８（ｂ）は、図２（ｂ）に対応し、バイパス弁１０ｃが下方へ回動してバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度の状態を示す図である。図８（ｃ）は、図２（ｃ）に対応し、バイパス弁１０ｃが上方へ回動してバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞がない開度の状態を示す図である。
【００３１】
＜実施例５＞
図９は、実施例５に係るバイパス弁１０ｄの開度を制御した様子を示す図である。本実施例のバイパス弁１０ｄは、実施例１，２と異なりタービン出口通路９を塞ぐことができない。バイパス通路８は上下に２分割され、バイパス弁１０ｄも上下に弁部１０ｄ１，１０ｄ２を２つ有し、２つの弁部１０ｄ１，１０ｄ２がＵ字型の部材１０ｄ３に取り付けられ、水平に動くことができるリンク機構１０ｄ４及び２つの弁部１０ｄ１，１０ｄ２を傾かせるように動かせるリンク機構１０ｄ５を有しており、開弁時は上下方向のどちらかに排気流れを向かわせるようにバイパス弁１０ｄを傾けることができる。
【００３２】
図９（ａ）は、図２（ａ）に対応し、バイパス弁１０ｄがバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度の閉弁状態を示す図である。図９（ｂ）は、図２（ｂ）に対応し、バイパス弁１０ｄが上方側を広く空けるように傾いてバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度の状態を示す図である。図８（ｃ）は、図２（ｃ）に対応し、バイパス弁１０ｄが下方側を広く空けるように傾いてバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞がない開度の状態を示す図である。
【００３３】
＜実施例６＞
図１０は、実施例６に係るバイパス弁１０ｅの開度を制御した様子を示す図である。本実施例のバイパス弁１０ｅは、実施例１，２と異なりタービン出口通路９を塞ぐことができない。バイパス通路８は上下に２分割され、バイパス弁１０ｅも上下に２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２を有し、２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２が夫々独立して動くことができる。２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２の両方とも、バイパス通路８を２分割する中間の仕切部に軸支されている。
【００３４】
図１０（ａ）は、図２（ａ）に対応し、バイパス弁１０ｅがバイパス通路８の下流端開口を塞いだ開度の閉弁状態を示す図である。この状態では、２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２が閉弁している。図１０（ｂ）は、図２（ｂ）に対応し、上側の弁部１０ｅ１が幾分開度を少なめに開いてバイパス通路８から排出される排気を通路壁面へ衝突させる開度の状態を示す図である。この状態では、下側の弁部１０ｅ２は閉じたままである。図１０（ｃ）は、図２（ｃ）に対応し、２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２の両方が広く開いてバイパス通路８及びタービン出口通路９の両方を塞がない開度の状態を示す図である。上記のような状態に制御できるように、弁部１０ｅ１だけが中間開度に制御でき、弁部１０ｅ２は開閉だけの２開度のみに制御されるものでもよい。または、２つの弁部１０ｅ１，１０ｅ２の両方とも、細かく中間開度にまで制御できるものでもよい。
【００３５】
＜その他＞
本発明に係る内燃機関は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。上記実施例では、各センサで機関負荷及び機関回転速度といった内燃機関１の運転状態を検知して排気浄化触媒７の、過昇温のおそれや暖機が必要な場合を推定していたがこれに限られない。例えば、排気浄化触媒７の床温を温度センサで直接検知してもよいし、排気温度等から推定してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１：内燃機関、２：過給機、３：排気通路、４：タービン、５：コンプレッサ、６：吸気通路、７：排気浄化触媒、８：バイパス通路、９：タービン出口通路、１０，１０ａ〜１０ｅ：バイパス弁、１０ａ１：屈曲部、１０ａ２：先端部、１０ａ３：根元部、１０ｂ１：弁部、１０ｂ２：リンク機構、１０ｃ１：弁部、１０ｃ２：リンク機構、１０ｃ３：リンク機構、１０ｄ１，１０ｄ２：弁部、１０ｄ３：Ｕ字型の部材、１０ｄ４：リンク機構、１０ｄ５：リンク機構、１０ｅ１，１０ｅ２：弁部、１２：アクセルポジションセンサ、１３：クランクポジションセンサ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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