(57)【要約】【課題】排気流量にかかわらず排気の浄化効率の低下を抑制した内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】開口部３２ｃは、上流（紙面の下方）において過給機のタービンを通過した排気が下流側に流通する流通経路を区画する。タービンを通過した排気には、旋回流ｆｒが付与される。ウェストゲートバルブ（ＷＧＶ３４）は、図の上半分と下半分とを選択的に開弁可能である。下半分が開弁するモードａでは、旋回流ｆｒと同一方向の旋回流が生成され、上半分が開弁するモードｂでは、旋回流ｆｒと逆方向の旋回流が生成される。排気流量が少ない場合にはモードｂを採用し、排気流量が多い場合にはモードａを採用する。【選択図】図３
2016176392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備える内燃機関に適用され、
前記内燃機関の排気通路のうち前記過給機のタービンよりも下流側には触媒が設けられ、
前記排気通路は、前記触媒の上流側から前記触媒に進むにつれて流路断面積が漸増するものであり、
前記排気通路には、ウェストゲートバルブが設けられ、
前記ウェストゲートバルブは、開弁することにより前記タービンを迂回して前記タービンの上流側と前記タービンの下流側とを連通状態とするものであって、前記タービンによって排気に生じた旋回流を増強する側および低減する側のそれぞれに開弁可能なものであり、
前記ウェストゲートバルブを開閉操作する操作処理部を備え、
該操作処理部は、排気流量が少ない場合には前記旋回流を低減する側に前記ウェストゲートバルブを開弁操作し、排気流量が多い場合には前記旋回流を増強する側に前記ウェストゲートバルブを開弁操作する内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェストゲートバルブを備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機を備える内燃機関において、ウェストゲートバルブを備えることが周知である。ウェストゲートバルブは、開弁することによりタービンを迂回してタービンの上流側とタービンの下流側とを連通状態とするものである。
【０００３】
ウェストゲートバルブを備える内燃機関としては、特許文献１に見られるように、ウェストゲートバルブの下流側に捻れ板部材が配置されたものが提案されている。これは、タービンによって排気に生じた旋回流を相殺するためのものである。これは、タービンによって排気に生じた旋回流により、排気通路のうちタービンの下流に設けられた触媒端面にすす詰まりが生じて触媒の排気浄化効率が低下することを抑制することを狙ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２７５５２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通常、排気通路は、触媒の上流側から触媒に向かうにつれて流路断面積が漸増するものとなっている。このため、排気流量が多い場合、流路断面積が大きくなる部分で排気の流れが流路断面積の拡大に追従せず、排気通路内において排気の密度が不均一化しやすくなる。そして、不均一化する場合には、触媒のうち排気の流通方向に直交する断面における排気の到達密度も不均一となり、触媒における排気の一様度が低下する。そしてこの場合、触媒の利用効率が低下することから、触媒の浄化効率が低下する。
【０００６】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気流量にかかわらず排気の浄化効率の低下を抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
内燃機関の制御装置は、過給機を備える内燃機関に適用され、前記内燃機関の排気通路のうち前記過給機のタービンよりも下流側には触媒が設けられ、前記排気通路は、前記触媒の上流側から前記触媒に進むにつれて流路断面積が漸増するものであり、前記排気通路には、ウェストゲートバルブが設けられ、前記ウェストゲートバルブは、開弁することにより前記タービンを迂回して前記タービンの上流側と前記タービンの下流側とを連通状態とするものであって、前記タービンによって排気に生じた旋回流を増強する側および低減する側のそれぞれに開弁可能なものであり、前記ウェストゲートバルブを開閉操作する操作処理部を備え、該操作処理部は、排気流量が少ない場合には前記旋回流を低減する側に前記ウェストゲートバルブを開弁操作し、排気流量が多い場合には前記旋回流を増強する側に前記ウェストゲートバルブを開弁操作する。
【０００８】
上記構成では、排気流量が少ない場合には、旋回流を低減する側にウェストゲートバルブを開弁操作する。このため、触媒の目詰まりを抑制することができることから、触媒の浄化効率が低下することを抑制することができる。
【０００９】
また、排気流量が多い場合には、旋回流を増強する側にウェストゲートバルブを開弁操作する。このため、旋回流が増強されない場合と比較して、排気通路の径方向における拡散力が大きくなることから、排気通路のうち上記流路断面積が漸増する部分を排気が通過する際に、流路断面積の拡大に追従するように排気が流れやすくなる。このため、触媒における排気の一様度が低下することを抑制することができる。したがって、旋回流が増強されない場合と比較して、触媒の利用効率が向上することから、触媒の浄化効率が低下することを抑制することができる。
【００１０】
なお、排気流量が多い場合には、排気の流通エネルギが大きいために、すすが触媒に詰まる事態は生じにくい。
以上より、上記構成では、排気流量にかかわらず排気の浄化効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態にかかる内燃機関の制御装置を備える機関システムの構成図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、ウェストゲートバルブの断面構造を示す断面図。
【図３】図１の３−３断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、圧縮着火式の内燃機関１０には複数の気筒が設けられており、シリンダヘッド１２には各気筒に対応させて燃料噴射弁１４がそれぞれ設けられている。燃料噴射弁１４は、気筒内の燃焼室に燃料（たとえば軽油）を噴射供給する。また、シリンダヘッド１２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポートとが各気筒に対応してそれぞれ設けられている。
【００１３】
吸気ポートにはインテークマニホールド１６が接続されている。インテークマニホールド１６は吸気管１８に接続されている。一方、排気ポートにはエキゾーストマニホールド２０が接続されている。エキゾーストマニホールド２０は排気管２２に接続されている。
【００１４】
吸気管１８および排気管２２の途中には、排気を利用して気筒に導入される吸入空気を過給する過給機３２が設けられている。過給機３２の吸気管側には、吸入空気を過給するコンプレッサ３２ａが設けられており、排気通路側には排気によって回転するタービン３２ｂが設けられている。
【００１５】
過給機３２には、ウェストゲートバルブ（ＷＧＶ３４）が設けられている。ＷＧＶ３４は、開弁することで、タービン３２ｂを迂回してタービン３２ｂの上流側とタービン３２ｂの下流側とを連通状態とする弁体である。
【００１６】
排気管２２の途中にあって、過給機３２のタービン３２ｂよりも下流側には、排気成分を浄化するコンバータ４０が設けられている。コンバータ４０の内部には、排気浄化用の触媒４２が配設されている。詳しくは、コンバータ４０は、同コンバータ４０よりも上流側の排気管２２に接続された流路断面積拡大部４０ａと、流路断面積拡大部４０ａに接続された触媒収容部４０ｂとを備えている。ここで、触媒収容部４０ｂにおける流路断面積（図中、排気の流通方向Ｄｆに直交する断面の面積）は、その上流の排気管２２の断面積よりも大きくなっている。流路断面積拡大部４０ａは、上流側から下流側へと移行するにつれて流路断面積を漸増させることで、排気管２２によって区画される排気通路から触媒収容部４０ｂによって区画される排気通路へと進むにつれて流路断面積を連続的に増加させる部材となっている。そしてこれにより、排気管２２やコンバータ４０によって区画される排気通路は、触媒４２の上流側から触媒４２に進むにつれて排気の流路断面積が漸増する通路となる。
【００１７】
また、排気管２２のうち過給機３２とコンバータ４０との間には、排気通路に燃料を噴射することで排気に燃料を添加する燃料添加弁４４が設けられている。燃料添加弁４４によって排気に添加された燃料によって、触媒４２において微粒子状物質（ＰＭ）等を燃焼させることができる。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、内燃機関１０を制御対象とする制御装置である。ＥＣＵ５０は、各種センサによって検出される物理量に基づき、燃料噴射弁１４やＷＧＶ３４、燃料添加弁４４等の各種アクチュエータを操作する。
【００１９】
図２（ａ）に、本実施形態にかかるＷＧＶ３４の構成を示す。図２（ａ）に示すように、ＷＧＶ３４は、第１部分３４ａと第２部分３４ｂと、第１部分３４ａおよび第２部分３４ｂが相対回転自在に連結された回転軸３４ｃとを備えて構成されている。ここで、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとは、互いに独立に回転軸３４ｃの周りを回転可能な弁体である。これは、回転軸３４ｃの軸方向の端部側において第１部分３４ａと第２部分３４ｂとのそれぞれに連結される各別の棒状部材を備え、それら一対の棒状部材のそれぞれを各別のアクチュエータで変位させることで第１部分３４ａや第２部分３４ｂを回転軸３４ｃの周りに相対的に回転させることで実現される。これにより、第１部分３４ａと第２部分３４ｂとは、互いに独立に開弁可能な弁体となっている。図２（ｂ）に示すモードａは、第１部分３４ａを開弁させ、第２部分３４ｂを閉弁させた制御モードである。また、図２（ｃ）に示すモードｂは、第１部分３４ａを閉弁させ、第２部分３４ｂを開弁させた制御モードである。
【００２０】
図３に、図１の３−３断面を示す。図３に示す開口部３２ｃは、タービン３２ｂの下流に位置してタービン３２ｂを通過した排気を過給機３２よりも下流側における排気管２２に流通させる経路を区画している。図３においては、開口部３２ｃによって区画された空間内に、タービン３２ｂによって生成された排気の旋回流ｆｒを模式的に示している。
【００２１】
図３において、モードａに対応して記載された矢印は、モードａにおいてＷＧＶ３４を通過した排気の旋回流を模式的に示しており、モードｂに対応して記載された矢印は、モードｂにおいてＷＧＶ３４通過した排気の旋回流を模式的に示している。
【００２２】
図３に示すように、モードａにおいては、ＷＧＶ３４を通過した排気は、開口部３２ｃから下流へと流通してきた排気の旋回流と同一方向（図中反時計まわり）に旋回するものとなる。換言すれば、モードａにおいては、ＷＧＶ３４を通過した排気は、タービン３２ｂによって生じた旋回流を増強するものとなる。
【００２３】
一方、モードｂにおいては、ＷＧＶ３４を通過した排気は、開口部３２ｃから下流へと流通してきた排気の旋回流と逆方向（図中時計まわり）に旋回するものとなる。換言すれば、モードｂにおいては、ＷＧＶ３４を通過した排気は、タービン３２ｂによって生じた旋回流を低減するものとなる。
【００２４】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
上記ＥＣＵ５０は、排気流量が所定量以下の場合には、モードｂを採用する。これは、第１に、排気流量が少量であるときに旋回流を有した排気が触媒４２に到達する場合、旋回流によって触媒４２の径方向の流れ成分が大きくなるために、触媒４２に目詰まりが生じやすいことに鑑み、触媒４２の目詰まりを抑制するためのものである。ちなみに、排気流量が多い場合には、排気の流通エネルギが大きいために旋回流があったとしても目詰まりは生じにくい。第２に、触媒４２の入りガス温度の低下を抑制するためのものである。すなわち、排気管２２の内壁面付近における排気の流速が、旋回流がある場合にはない場合と比較して大きくなることから、排気の熱が奪われ、排気の温度が低下しやすい。
【００２５】
こうした点に鑑み、排気流量が少量である場合には、モードｂを採用することで、過給機３２の下流において旋回流は低減される。
これに対し、ＥＣＵ５０は、排気流量が上記所定量よりも大きい規定量以上である場合、モードａを採用する。これは、触媒４２に到達する排気の一様度を向上させるための設定である。すなわち、コンバータ４０の流路断面積拡大部４０ａは、流路断面積が漸増する部分であるため、排気流量が多い場合には、排気の流れが流路断面積の拡大に追従せず、排気通路内において排気の密度が不均一化しやすい。そして、不均一化する場合には、図１に示した排気の流通方向Ｄｆに直交する断面において、触媒４２の中央部分に到達する排気量と比較して周縁部分（触媒収容部４０ｂの内壁側）に到達する排気量が少なくなることで触媒４２における排気の一様度が低下する。触媒４２における排気の一様度が低下すると、触媒４２の利用効率が低下することから、排気の浄化効率が低下する。これに対し、モードａを採用することで、コンバータ４０に流入する排気の旋回流が増強されると、排気に径方向の拡散力が生じるため、触媒４２における排気の一様度が向上する。
【００２６】
ちなみに、排気流量が多い場合には、排気温が高くなる傾向にあることから、排気管２２によって熱が過度に奪われる問題は生じない。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
【００２７】
（１）排気流量が少ない場合にはタービン３２ｂによる旋回流を低減するモードｂを採用し、排気流量が多い場合にはタービン３２ｂによる旋回流を増強するモードａを採用したことで、排気流量にかかわらず排気の浄化効率の低下を抑制することができる。
【００２８】
（２）触媒４２でのＰＭの燃焼制御等のために、過給機３２とコンバータ４０との間に燃料添加弁４４を備えた。この場合、排気流量が少ない場合には、燃料添加弁４４から噴射された燃料のペネトレーションが十分に長く、同燃料をコンバータ４０に良好に到達させることができる。これに対し、排気流量が多い場合には、排気に旋回流がない場合、排気中の燃料が不均一化することから、触媒４２に到達する燃料も触媒４２の部分部分で不均一となる。そしてこれにより、触媒４２の浄化効率が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態では、排気流量が多い場合にはモードａを採用して旋回流を増強したために、燃料添加弁４４から排気に添加された燃料は排気と良好に混ざり合い、ひいては、触媒４２に到達する燃料の一様度を高めることができる。
【００２９】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・タービン３２ｂが設けられた通路とは独立の迂回通路を備える構成とし、ＷＧＶを、迂回通路の流路断面積を調整するバルブとしてもよい。
【００３０】
・ＷＧＶの構造としては、図２に例示したように、回転軸３４ｃを中心に第１部分３４ａと第２部分３４ｂとのそれぞれが独立に相対回転するものに限らない。たとえば、第１部分３４ａが回転軸３４ｃの軸方向の中央を回転中心として図２の紙面に直交する面内を回転し第２部分３４ｂに重なることで第１部分３４ａが開弁し、第２部分３４ｂが回転軸３４ｃの軸方向の中央を回転中心として図２の紙面に直交する面内を回転し第１部分３４ａに重なることで第２部分３４ｂが開弁するものであってもよい。
【００３１】
・燃料添加弁４４としては、排気管２２のうち過給機３２と触媒４２との間に設けられたものに限らず、たとえばエキゾーストマニホールド２０と過給機３２との間に設けられたものであってもよい。この場合、燃料添加弁４４から排気管２２に添加された燃料と排気とは、タービン３２ｂを通過する際にある程度混合される。しかしこの場合であっても、高負荷時に触媒４２に到達する排気中の燃料の一様度をより向上させる上では、図３に示したモードｂにより旋回流を増強しておくことが有効である。
【００３２】
・そのほか、燃料添加弁４４を備えるものに限らず、たとえば、排気行程において燃料噴射弁１４から燃料を噴射することで、触媒４２に未燃燃料を供給するものであってもよい。また、圧縮着火式の内燃機関に限らず、たとえばガソリン等の燃料を含む混合気を点火プラグによる火花放電によって燃焼させる火花点火式の内燃機関であってもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０…内燃機関、１２…シリンダヘッド、１４…燃料噴射弁、１６…インテークマニホールド、１８…吸気管、２０…エキゾーストマニホールド、２２…排気管、３２…過給機、３２ａ…コンプレッサ、３２ｂ…タービン、３２ｃ…開口部、３４…ＷＧＶ、３４ａ…第１部分、３４ｂ…第２部分、３４ｃ…回転軸、４０…コンバータ、４０ａ…流路断面積拡大部、４０ｂ…触媒収容部、４２…触媒、４４…燃料添加弁、５０…ＥＣＵ。
【図１】
2016176392.tif 000003
【図２】
2016176392.tif 000004
【図３】
2016176392.tif 000005