(57)【要約】      （修正有）【課題】排気ターボ過給機が付帯した内燃機関において、始動直後から排気浄化装置に高い浄化性能を発揮させる。【解決手段】排気通路４における排気タービン５２の下流側に配置される第一の排気浄化用触媒４１１と、排気通路４におけるタービン５２の上流側に配置される第二の排気浄化用触媒４１２とを具備する排気浄化装置４１を構成した。第二の排気浄化用触媒４１２は、内燃機関の始動直後から高温の排気に曝されて速やかに昇温し、所望の排気浄化性能を発揮する。また、第二の排気浄化用触媒４１２は、第一の排気浄化用触媒４１１に比して流路抵抗の小さいものとし、排気タービン５２の出力低下を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機が付帯した内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置であって、
排気通路における排気ターボ過給機のタービンの下流側に配置される第一の排気浄化用触媒と、
排気通路におけるタービンの上流側に配置され、前記第一の排気浄化用触媒と比較して排気が通過する際の流路抵抗が小さい第二の排気浄化用触媒と
を具備する排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒から排出される排気に含まれる有害物質を浄化するための浄化装置として、三元触媒が周知である。三元触媒は、白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担体に担持させ、その担体にコーティングを施したものである。排気が三元触媒を通過するとき、排気に含まれる炭化水素及び一酸化炭素が酸化反応するとともに、排気に含まれる窒素酸化物が還元反応して、無害な水、二酸化炭素及び窒素へと変化する。
【０００３】
排気ターボ過給機が付帯した内燃機関においては、吸気圧縮用のコンプレッサを回転駆動する排気タービンが排気通路上に配設される。そして、このタービンの下流側に、排気を浄化するための触媒が接続されることが通例である（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００４】
三元触媒による排気浄化能率を高く保つためには、触媒の温度をある程度以上高めておく必要がある。内燃機関の冷間始動時には、触媒も冷えており、触媒を早期に暖機することが求められる。
【０００５】
しかしながら、排気の持つエネルギが排気タービンによって消費され、触媒に流入する排気の温度が低下してしまうことから、触媒を速やかに昇温させることができず、機関の始動後暫くの間は排気浄化能率が低いままとなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−００７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関において、始動直後から排気浄化装置に高い浄化性能を発揮させるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化装置であって、排気通路における排気ターボ過給機のタービンの下流側に配置される第一の排気浄化用触媒と、排気通路におけるタービンの上流側に配置され、前記第一の排気浄化用触媒と比較して排気が通過する際の流路抵抗が小さい第二の排気浄化用触媒とを具備する排気浄化装置を構成した。
【０００９】
第二の排気浄化用触媒は、内燃機関の始動直後から高温の排気に曝されて速やかに昇温する。この第二の排気浄化用触媒の存在により、内燃機関の始動直後から排気浄化能率が確保される。また、第二の排気浄化用触媒は流路抵抗の小さいものとして、排気タービンの出力低下を抑制している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関において、始動直後から排気浄化装置に高い浄化性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関及び排気浄化装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンである。図示例の内燃機関は、筒内直接噴射式のもので、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１０と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを備える。
【００１３】
気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１１を取り付けてある。点火プラグ１１は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１４】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００１５】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させることで発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気浄化装置４１及び過給機５の駆動タービン５２を配置している。排気浄化装置４１に関しては、後述する。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００１６】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１７】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。
【００１８】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１９】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角及びエンジン回転数を検出するクランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（または、過給圧）を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｆ、排気通路４における排気浄化装置の上流側を流れる排気の空燃比を検出するための空燃比センサ４５から出力されるフロントセンサ信号ｇ、排気浄化装置の下流側を流れる排気の空燃比を検出するための空燃比センサ４６から出力されるリアセンサ信号ｈ等が入力される。空燃比センサ４５、４６は、排気に接触して反応することにより、当該排気の空燃比または酸素濃度に応じた出力信号を出力するものである。上流側空燃比センサ４５、下流側空燃比センサ４６はそれぞれ、排気の空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ2センサであってもよく、排気の空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。
【００２０】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｍ、インジェクタ１０に対して燃料噴射信号ｎ、スタータモータに対してこれを駆動制御する制御信号ｏ等を出力する。スタータモータは、車載バッテリから電力の供給を受けて回転する。
【００２１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、吸気圧及びエンジン回転数を知得するとともに、気筒１に充填される吸気量を推算し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）及びＥＧＲバルブ２２の開度といった各種運転パラメータを決定する。特に、ＥＣＵ０は、フロントセンサ信号ｇ、リアセンサ信号ｈの両方を参照する二重のフィードバックループを構築し、高精度な空燃比のフィードバック制御を行う。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２２】
本実施形態の排気浄化装置４１は、排気通路４における排気タービン５２の下流側に配置される第一の排気浄化用触媒４１１と、排気通路４における排気タービン５２の上流側に配置される第二の排気浄化用触媒４１２とを具備する。
【００２３】
第一の排気浄化用触媒４１１、第二の排気浄化用触媒４１２はともに三元触媒であり、排気中の有害物質に酸化反応または還元反応を引き起こさせる貴金属類を担体に担持させているものである。触媒４１１、４１２の容量、即ち担体内の排気が流通する流路の総容積、または担体内の排気が接触する面の総面積は、第一の排気浄化用触媒４１１と第二の排気浄化用触媒４１２との比で、５：５ないし７：３とする。換言すれば、第二の排気浄化用触媒４１２の容量は、第一の排気浄化用触媒４１１の容量に等しいか、それよりも小さくする。
【００２４】
タービン５２よりも上流に設置する都合上、できる限りタービン５２及びコンプレッサ５１の回転駆動の妨げとならないよう、第二の排気浄化用触媒４１２内の流路抵抗を、第一の排気浄化用触媒４１１内の流路抵抗よりも小さくする。そのために、第二の排気浄化用触媒４１２の担体のハニカム構造を断面視したときに現れる格子目（セル）を、１インチあたり４００ないし６００個形成し、かつ格子目と格子目とを隔てている（ハニカム構造を構築する）壁の厚みを４ミル（１ミル＝１／１０００インチ）程度に設定する。この第二の排気浄化用触媒４１２の担体の格子目の大きさは、第一の排気浄化用触媒の担体の格子目よりも大きい。そして、第二の排気浄化用触媒４１２の担体の総流路断面積もまた、第一の排気浄化用触媒４１１の担体の総流路断面積よりも大きい。
【００２５】
触媒４１１、４１２の担体の素材は任意であるが、例えば、第一の排気浄化用触媒４１１の担体はセラミックス製とし、第二の排気浄化用触媒４１２の担体はメタル製とする。メタル製の担体は、格子目と格子目とを隔てる壁の厚みをセラミックス製の担体よりも薄くすることができ、第二の排気浄化用触媒４１２を流れる排気に対する流路抵抗を低減させるために有利である。
【００２６】
加えて、本実施形態では、第二の排気浄化用触媒４１２と排気タービン５２とを接続する排気通路４８の流路断面積（または、管径）を、第二の排気浄化用触媒４１２の上流側における排気通路４７の流路断面積よりも小さく絞っている。これにより、タービン５２に流入する排気の流速（または、排気圧）を高め、タービン５２及びコンプレッサ５１の仕事を補うことができる。また、タービン５２そのものも従来より小径化、即ち容量を小さくしている。
【００２７】
本実施形態では、排気ターボ過給機５が付帯した内燃機関の排気通路４に設けられる排気浄化装置であって、排気通路４における排気ターボ過給機５のタービン５２の下流側に配置される第一の排気浄化用触媒４１１と、排気通路４におけるタービン５２の上流側に配置され、前記第一の排気浄化用触媒４１１と比較して排気が通過する際の流路抵抗が小さい第二の排気浄化用触媒４１２とを具備する排気浄化装置４１を構成した。
【００２８】
本実施形態によれば、第二の排気浄化用触媒４１２が内燃機関の始動直後から高温の排気に曝されて速やかに昇温するため、始動直後、特に冷間始動時における排気浄化性能が担保され、エミッションの悪化を有効に回避することができる。また、第二の排気浄化用触媒４１２を流路抵抗の小さいものとしており、排気タービン５２の出力の低下も抑制される。
【００２９】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の排気浄化用の触媒装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３１】
４…排気通路
４１…排気浄化装置
４１１…第一の排気浄化用触媒
４１２…第二の排気浄化用触媒
５…排気ターボ過給機
５２…排気タービン
【図１】
2013155699.tif 000003