(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ポートからターボチャージャのタービンを経由し更に主触媒を経て外気へ開放される主排気通路を備えたターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置において、
前記主排気通路に対して設けられ前記タービンの上流側に分岐点を有し、下流側に合流点を有する迂回排気通路と、
該迂回排気通路中に配置されたプリ触媒と、
前記主排気通路の前記分岐点の下流側でかつ前記タービンの上流側に配置された開度調整可能な第１のバルブにより構成された第１の開閉手段と、
前記迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合流点の上流側に配置された開度調整可能な第２のバルブによって構成された第２の開閉手段と、
前記第１、第２のバルブの開度及び開閉タイミングを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、エンジンスタート後、エンジンの水温が第１の設定温度に達していない場合に前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、前記エンジンの水温が前記第１の設定温度以下の温度に設定した第２の設定温度以上である場合に、前記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に前記第２のバルブの閉動作を開始し、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作を終了するように制御することを特徴とするターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記制御部は、エンジンスタート後のエンジンの水温が第１の設定温度に達していない場合に、前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、所定時間経過後、前記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に、前記第２のバルブの閉動作を開始して、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作が終了するように制御することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第２開閉手段の配置は、前記迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合流点の上流側ではなく、前記迂回排気通路の前記プリ触媒の上流側でかつ前記分岐点の下流側にて行われたことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置、特に主排気通路に対しターボチャージャを迂回するように迂回排気通路の設けられた排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるエンジンの排気ガス浄化装置には、一般に、エンジンから排出される排気ガスを浄化するための触媒が装着されている。触媒としては、白金、ロジウム、パラジウムの３種の触媒物質を使用した三元触媒がよく用いられる。構造としては、これら３種の触媒物質を直径２〜４mmのアルミナに付着させたペレット型や、格子状に形成したアルミナに付着させたモノリス型があり、いずれの型もこれら触媒に排気ガスを通過させることで、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ濃度を低減させている。
【０００３】
このような触媒は、触媒物質の性質上、所定の温度に達して、はじめて所期の機能を発揮する。このため、冷始動時、すなわちエンジンが冷えた状態での始動時には、機能が低下していて、排気ガスを十分に浄化することができないおそれがある。
【０００４】
そこで、触媒の昇温を早めるべく主触媒の外に、主触媒の上流側にプリ触媒を設ける技術が、例えば、特開平５−３２１６４３号公報に開示されている。
【０００５】
ここに開示された技術は、エンジンの排気系におけるターボチャージャのタービンの配置された主排気通路に、そのタービンを迂回するように迂回排気通路を設けている。すなわち、タービンの上流側と下流側とにそれぞれ分岐点と合流点とを有する迂回排気通路を設け、この迂回排気通路にプリ触媒を設けている。
【０００６】
そして、主排気通路側に設けた第１のバルブと、迂回排気通路側に設けた第２のバルブとを適宜に開閉させることにより、排気ガスの流れを調整している。例えば、エンジンの始動時には、ターボ側である主排気通路のバルブを閉鎖して、プリ触媒側である迂回排気通路のバルブを開放してプリ触媒の昇温を早め、また、合流点の下流側に配置された主触媒が昇温して十分に活性化された場合ときには、ターボ側のバルブを開放して、プリ触媒側のバルブを閉鎖する。こうすることで、触媒機能とターボ機能（過給機能及び過給応答性）とを両立させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、ターボチャージャの不作動状態から作動状態への切換えが行われる際、すなわちタービンが停止している状態の時に急激に排気ガスの供給がなされるとドライバビリティの悪化や、ターボチャージャ本体への悪影響が及ぶおそれがある。
【０００８】
また、主排気通路側のバルブが、ターボチャージャの下流側でかつ合流点の上流側に配置されているために、このバルブを閉鎖し、プリ触媒側のバルブを開放してプリ触媒の昇温を促進する際に、排気ガスの一部がターボチャージャに供給されてしまい、ターボチャージャによって熱が奪われるため、その分、プリ触媒の昇温が遅れてしまうことになる。
【０００９】
更に、プリ触媒の設けられた迂回排気通路の開閉バルブは、プリ触媒の上流側に配置されており、そのバルブによる排気ガスからの熱吸収があること、またバルブを設置するスペースの分はエンジン本体からプリ触媒が遠くなるという事情があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてされたものであり、その目的は、ターボチャージャの機能を十分に確保し、かつプリ触媒の昇温を早めるようにしたターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、
主排気通路に対して、ターボチャージャのタービンの上流側に分岐点を有し、下流側に合流点を有する迂回排気通路が設けられ、この迂回排気通路中にはプリ触媒が配置されている。
そして、前記主排気通路の前記分岐点の下流側でかつ前記タービンの上流側には、開度調整可能な第１のバルブにより構成された第１の開閉手段が、前記迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合流点の上流側には、開度調整可能な第２のバルブによって構成された第２の開閉手段が配置され、更に、前記第１、第２のバルブの開度及び開閉タイミングを制御する制御部を備えている。そして、前記制御部は、エンジンスタート後、エンジンの水温が第１の設定温度に達していない場合に前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、前記エンジンの水温が前記第１の設定温度以下の温度に設定した第２の設定温度以上である場合に、前記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に前記第２のバルブの閉動作を開始し、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作を終了するように制御することを特徴とする。
【００１２】
これにより、プリ触媒は、その上流側にバルブのない状態で設置され、また、第１の開閉手段によりターボチャージャの上流側で主排気通路が遮蔽されるので、他の部材で熱吸収されていない排気ガスを受けることとなる。これにより、より高温の排気ガスにより昇温され、迅速な活性化が図られる。
【００１３】
また、例えば、第１の開閉手段を閉状態とし、第２の開閉手段を開状態とすると、エンジン本体からの排気ガスは、タービン側には供給されずに、プリ触媒側にのみ供給される。したがって、プリ触媒の昇温が早められる。逆に、第１の開閉手段を開状態とし、第２の開閉手段を閉状態とすると、エンジン本体からの排気ガスは、プリ触媒側には供給されずに、タービン側にのみ供給される。したがって、ターボチャージャの過給圧や過給応答性が良好になる。
【００１５】
また、制御部が第１、第２のバルブの開度及び開閉タイミングをそれぞれ個別に独立して設定することができるので、バルブの単なるオン／オフ制御とは異なり、開度やタイミングを好適に設定することが可能となる。例えば、一方のバルブを徐々に開いていきながら、これと並行して、他方のバルブを徐々に閉鎖していく等の制御を行うことができ、また、ターボチャージャの予回転を適宜に行うことも可能である。したがって、急激なターボチャージャの作動による悪影響を回避することができる。
【００１６】
請求項３に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、
制御部が、エンジンスタート後、エンジンの水温が第１の設定温度に達していない場合に前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、前記エンジンの水温が前記第１の設定温度以下の温度に設定した第２の設定温度以上である場合に、前記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に前記第２のバルブの閉動作を開始し、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作を終了するように制御する。
【００１７】
更に、請求項１の発明によれば、エンジンの水温に応じて、バルブの開閉を円滑に行うことができる。すなわち、第１のバルブと第２のバルブの開閉切換えが同時に行われるのではなく所定時間を掛けて行われ、双方が共に開状態（全閉状態ではない）にある時間帯が作られている。したがって、停止しているターボチャージャのタービンに急激に大量の排気ガスが供給されることを防止することができる。なお、本発明において、エンジンの水温を検知対象としているのは、比較的容易に検知可能であり、この温度によって、主触媒が昇温しているか否かを推測することができるからである。
【００１８】
請求項２に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、
前記制御部が、エンジンスタート後のエンジンの水温が第１の設定温度に達していない場合に、前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、所定時間経過後、前記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に、前記第２のバルブの閉動作を開始して、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作が終了するように制御する。
【００１９】
本発明は、初期状態にある第１、第２のバルブの開閉動作を、エンジン水温ではなく時間的条件に基づいて動作させるようにしている。この時間的条件の設定は、通常のエンジン運転状況からして、主触媒の昇温が行われるであろう時間をもって行われる。これにより、バルブ開閉制御の容易化が図られる。
【００２０】
請求項３ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記第２開閉手段の配置が、前記迂回排気通路の前記プリ触媒の上流側でかつ前記分岐点の下流側にて行われている。このように、第２開閉手段の設置位置がプリ触媒の上流側であっても上記請求項１又は２のバルブ制御を行うことで、同様のターボチャージャのタービンへの急激な排気ガス供給を回避することができ、エンジン運転への悪影響を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の説明図である。
【００２２】
図示したターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置（以下単に「排気ガス浄化装置」という）は、エンジン本体１０の２つのシリンダグループの各排気ポートからそれぞれ伸長する排気管９を有している。そして、この排気管９からターボチャージャ１４のタービン１４ａを経由する主排気通路１２及び途中にプリ触媒１６の設けられた迂回排気通路１５が伸長している。すなわち、迂回排気通路１５は、分岐点Ｐ１から合流点Ｐ２までの間に連通結合されている。
【００２３】
主排気通路１２を開閉する第１のバルブ（第１の開閉手段）１３は、主排気通路１２のタービン１４ａの上流に設置され、一方、迂回排気通路１５を開閉する第２のバルブ（第２の開閉手段）１７は、迂回排気通路１５中のプリ触媒１６の下流側に設けられている。また、排気系の上記合流点Ｐ２の下流側には主触媒２６が設置されている。
【００２４】
ここで第１のバルブ１３及び第２のバルブ１７は、それぞれその開度及び開閉タイミングが制御可能なバルブであり、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２７によって制御される。
【００２５】
また、上記プリ触媒１６としては、一般に、３種の触媒物質、すなわち、白金、ロジウム、パラジウムを使用した三元触媒が使用される。主触媒２６は、その基本的な構成は、プリ触媒１６とほぼ同様であり、プリ触媒１６よりも大きいものが使用されている。これらの触媒の機能を十分に発揮させるには、プリ触媒１６を所定の温度に昇温させる必要がある。
【００２６】
なお、エンジン本体１０には、吸気側にインテークマニホールド２１が接続されており、更にこのインテークマニホールド２１の上流にはインタークーラ２３が設置され、更に上流には、吸気通路２２が接続されている。この吸気通路２２中の更に上流には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４ｂが設置されている。
【００２７】
上記構成によれば、プリ触媒１６は、その上流側にバルブのない状態でよりエンジンに近い位置に設置可能であり、また、第１の開閉手段によりターボチャージャ１４の上流側で主排気通路１２を閉状態とすることができる。したがって、プリ触媒１６には、他の部材で熱吸収されていない高温の排気ガスが供給される。これにより、プリ触媒の排気ガスによる迅速な活性化が図られる。
【００２８】
次に、上述の構成の排気ガス浄化装置の動作を図２のフローチャート及び図３のバルブ動作グラフに基づいて説明する。なお、以下の説明において、図１中の「第１のバルブ１３」を「バルブＶ１」と、また、「第２のバルブ１７」を「バルブＶ２」として説明する。
【００２９】
まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という）１０１にて、イグニッション（ＩＧ）をＯＮして、エンジンをスタートする。次に、Ｓ１０２にて、エンジンの水温ＴｗがＴ１（例えば、５０℃）以上か否かが判断され以上の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１０３にてバルブＶ１を開状態とし、バルブＶ２を閉状態とする。この状態は、比較的、水温が高い状態、すなわち、走行終了後、まだあまり時間が経過していない状態であり、主触媒２６の温度も適度に高く、活性化されている状態である。
【００３０】
したがって、迂回排気通路１５を用いてプリ触媒１６を特に昇温させる必要はなく、エンジン本体１１からの排気ガスは、すべて主排気通路１２のターボチャージャ１４側に供給して、ターボチャージャ１４の機能（過給機能及び過給応答性）を優先させている。
【００３１】
これに対し、Ｓ１０２にて水温ＴｗがＴ１に満たないと判断された場合（ＮＯの場合）は、Ｓ１０４にて、バルブＶ１を閉状態とし、またバルブＶ２を開状態として、ＥＣＵ２７によるバルブ制御動作の初期状態とする。そして、Ｓ１０５にてイグニッションＯＮの後、時間ｔ１（例えば、１２０秒）を超えたか否かを判断し超えたとき（ＹＥＳ）に、バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御を開始する。
【００３２】
Ｓ１０６では、図３に示したような動作でバルブ開閉制御を行う。なお、図３の横軸は、イグニッションＯＮを０秒とし、これを基準とした経過時間ｔを示し、また、縦軸はバルブＶ１、Ｖ２の開度を示す。図上、縦軸の「開」の表示は、バルブ全開、「閉」の表示は全閉の状態を示している。
【００３３】
イグニッションＯＮ後、時間ｔ１までは、Ｓ１０４で示したように、バルブＶ１を閉状態とし、バルブＶ２を開状態としたままにしておく。そして、基準時間ｔ１の経過でバルブＶ１の開動作を開始する。そして、徐々に開度を大きくしていく。一方、バルブＶ２は、ｔ２経過までは全開状態を維持し、ｔ２から閉動作を開始し、徐々に開度を小さくしていく。そして、バルブＶ１の開動作をｔ３で終了させる。この時点では、バルブＶ２はまだ完全には閉じられておらず、その後、ｔ４で閉動作を終了させる。図３に示す制御が終了した後は、Ｓ１０７のイグニッションＯＦＦまで、Ｓ１０３と同様、バルブＶ１の開状態、バルブＶ２の閉状態が続けられる。
【００３４】
上述のように、バルブＶ１、Ｖ２を単にＯＮ／ＯＦＦ（全開・全閉切換え）制御するのではなくその開度をデューティ制御し、しかも、バルブＶ２の閉動作開始（ｔ２）及び閉動作終了（ｔ４）のそれぞれのタイミングを、バルブ１の開動作開始（ｔ１）及び開動作終了（ｔ３）のそれぞれのタイミング以降に遅らせることにより、ターボチャージャ１４に対する排気ガスの急激な供給が回避される。これにより、バルブ切換え時のドライバビリティが向上する。なお、ここで、それぞれのタイミング以降とは、同時の場合も含まれる。すなわち、バルブＶ２の閉動作開始（ｔ２）及び閉動作終了（ｔ４）をバルブ１の開動作開始（ｔ１）及び開動作終了（ｔ３）にそれぞれに合わせてほぼ同時とすることでも初期の作用を奏する。
【００３５】
上記のような制御によれば、図３からも理解されるように、タービン１４ａにつながる主排気通路１２を開放するバルブＶ１の開動作が始まるのは、迂回排気通路１５のバルブＶ２か全開状態にあるときであることから、タービン１４ａには急激に排気ガスが供給されることがない。ｔ１からｔ４までの時間は、双方のバルブが多少なりとも開いている状態が作られる。
【００３６】
また、上述の排気ガス浄化装置１０によると、バルブＶ１、Ｖ２の開閉を制御することで、排気ガスの供給先を、ターボチャージャ１４とプリ触媒１６とに切り換えることができ、必要に応じて、ターボチャージャ１４の機能を優先させるか、プリ触媒１６の機能を優先させるかを選択することができ、かつその割合も調整することが可能である。
【００３７】
図４に、バルブＶ１、バルブＶ２の他の制御例を示す。図４のＳ２０１からＳ２０７の動作において、図２の動作と異なるのは、Ｓ１０５に代えてＳ２０５を行っていることである。すなわち、図２では、時間ｔ１経過後に、バルブＶ１、バルブＶ２のデューティ制御を開始しているが、図４の動作では、エンジンの水温がＴ２（例えば、３０℃）以上になったときにデューティ制御を開始するようにしている。すなわち、Ｔ１の温度以下の基準温度を定め、そのＴ２に達した場合には、徐々に上記Ｓ１０６と同様のＳ２０６の動作を行うようにしたものである。この動作によっても上述の実施の形態と同様の作用を得ることができる。なお、温度Ｔ１とＴ２の関係は、Ｔ１≧Ｔ２であり、同温度も含まれる。
【００３８】
また、上述の実施の形態においては、迂回排気通路１５中に配置された第２のバルブ１７（Ｖ２）は、プリ触媒１６の下流側で、かつ合流点Ｐ２の上流側に配置されているが、これに代えて、分岐点Ｐ１の下流側で、かつプリ触媒１６の上流側に配置するようにしてもよい。この場合においても、上記実施の形態によるバルブ開閉動作により同様の作用、効果を奏することができる。
【００３９】
なお、本発明は、上記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、各バルブの開閉速度は、バルブＶ１の開動作開始時及び終了時にバルブＶ２も開いているような制御を行うことができれば種々のものを設定することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置によれば、迂回排気通路のプリ触媒の早期活性化並びにターボチャージャの良好な過給機能及び過給応答性の確保を両立させることができ、ターボチャージャ付きエンジンにおけるプリ触媒の活用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態におけるバルブの開閉制御を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態における時間とバルブ開度との関係を示すバルブ動作説明図である。
【図４】実施の形態における別のバルブ開閉制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  エンジン本体
１２  主排気通路
１３、Ｖ１  第１のバルブ
１４  ターボチャージャ
１４ａ  タービン
１４ｂ  コンプレッサ
１５  迂回排気通路
Ｐ１  分岐点
Ｐ２  合流点
１６  プリ触媒
１７、Ｖ２  第２のバルブ
２６  主触媒
２７  ＥＣＵ
【図１】
0004012291.tif 000002
【図２】
0004012291.tif 000003
【図３】
0004012291.tif 000004
【図４】
0004012291.tif 000005