(57)【要約】【課題】低負荷運転時、エンジンの稼動に適する吸気量を保ちながら、過給機による排気ガスの温度低下を抑制できるエンジンを提供する。【解決手段】エンジン１００は、エンジン本体１０と、ＥＣＵ９０と、を備える。エンジン本体１０は、燃料を燃焼する燃焼室３で発生した排気ガスを浄化して排出する。エンジン本体１０は、ＤＰＦ６０と、過給機２２と、排気ガスバイパス通路４３と、ウェストゲートバルブ２６と、を備える。ＤＰＦ６０は、排気ガスを浄化する。過給機は、排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮して吸入する。排気ガスバイパス通路４３は、過給機２２のタービン２３をバイパスして排気ガスをＤＰＦ６０側へ供給する。ウェストゲートバルブ２６は、排気ガスバイパス通路４３を開閉する。ＥＣＵ９０は、空燃比又は空気過剰率に基づいてウェストゲートバルブ２６の開閉を制御することにより、ＤＰＦ６０へ流入する排気ガスの温度を調整する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼する燃焼室を有し、当該燃焼室で発生した排気ガスを浄化して排出するエンジン本体と、
前記エンジン本体を制御する制御部と、
を備えるエンジンにおいて、
前記エンジン本体は、
前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、
前記排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮して吸入する過給機と、
前記過給機のタービンをバイパスして前記排気ガスを前記排気ガス浄化装置側へ供給する排気ガスバイパス通路と、
前記排気ガスバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブと、
を備え、
前記制御部は、空燃比又は空気過剰率に基づいて前記ウェストゲートバルブの開閉を制御することにより、前記排気ガス浄化装置へ流入する前記排気ガスの温度を調整することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記制御部は、低負荷運転時に、前記燃焼室から排出された前記排気ガスの温度、及び前記排気ガス浄化装置の入口の排気ガスの温度のうち、少なくとも１つに基づいて前記ウェストゲートバルブの開閉を制御することを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンであって、
前記ウェストゲートバルブは電動式アクチュエータにより駆動されることを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス浄化装置を備える過給機付きエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路に過給機を設けることにより、排気ガスのエネルギーを利用して空気を吸入するエンジンが知られている。特許文献１は、この種のターボ過給機付エンジンの排気装置を開示する。
【０００３】
特許文献１のターボ過給機付エンジンの排気装置は、排気通路の主触媒より上流側においてターボ過給機（過給機）のタービンをバイパスするバイパス通路に補助触媒を設けるとともに、タービン側の排気通路及びバイパス通路のそれぞれに設けた開閉バルブを制御するＥＣＵにより、主触媒が触媒活性化温度に達するまではバイパス通路を開通させ、触媒活性化温度に達したときにはタービン側の排気通路を開通させる構成となっている。
【０００４】
特許文献１は、この構成により、冷機時に補助触媒を速やかに温度上昇させて排気浄化機能を良好に発揮させるようにしつつ、ターボ過給機による過給機能及び過給応答性を十分に確保できるとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２１６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記で説明したように、特許文献１の構成においては、単に主触媒温度（ＤＰＦ入口の排気ガス温度）が触媒活性温度に達しているか否かに基づいて、バイパス通路の開閉を制御している。しかし、過給機を通過する排気ガスが減少すると、過給機のタービンの回転速度が低下し、過給機によって圧縮して吸入する空気量が減少する。空気の吸入量が所定量より少なくなると、燃料の燃焼に十分な酸素を提供することができず、エンジンの性能が悪化する原因となってしまう。
【０００７】
また、特許文献１の構成では、ウェストゲートバルブを設けた通路とは別途に過給機のタービンをバイパスするバイパス通路を設けることによって、排気ガスが補助触媒を通ることで、排気浄化機能を向上させている。しかし、別途にバイパス通路と開閉弁と補助触媒とを設ける必要があったため、構成が複雑であり、コストが増加する原因となっていた。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、低負荷運転時において、エンジンの稼動に適する吸気量を保ちながら、過給機による排気ガスの温度低下を抑制できるエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、以下の構成のエンジンが提供される。即ち、このエンジンは、エンジン本体と、制御部と、を備える。前記エンジン本体は、燃料を燃焼する燃焼室を有し、当該燃焼室で発生した排気ガスを浄化して排出する。前記制御部は、前記エンジン本体を制御する。前記エンジン本体は、排気ガス浄化装置と、過給機と、排気ガスバイパス通路と、ウェストゲートバルブと、を備える。前記排気ガス浄化装置は、前記排気ガスを浄化する。前記過給機は、前記排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮して吸入する。前記排気ガスバイパス通路は、前記過給機のタービンをバイパスして前記排気ガスを前記排気ガス浄化装置側へ供給する。前記ウェストゲートバルブは、前記排気ガスバイパス通路を開閉する。前記制御部は、空燃比又は空気過剰率に基づいて前記ウェストゲートバルブの開閉を制御することにより、前記排気ガス浄化装置へ流入する前記排気ガスの温度を調整する。
【００１１】
これにより、排気ガスの温度が低いとき、エンジン本体の稼動に適した空燃比又は空気過剰率を保ちながら、ウェストゲートバルブを開放させることによって過給機による排気ガスの温度低下を抑制することができる。これにより、排気ガス浄化装置へ流入する排気ガスの温度を高くすることができる。
【００１２】
前記のエンジンにおいては、前記制御部は、低負荷運転時に、前記燃焼室から排出された前記排気ガスの温度、及び前記排気ガス浄化装置の入口の排気ガスの温度のうち、少なくとも１つに基づいて前記ウェストゲートバルブの開閉を制御することが好ましい。
【００１３】
これにより、ウェストゲートバルブを開くタイミングを一層正確に制御することができるとともに、ウェストゲートバルブの無駄な開弁動作を防止することができる。
【００１４】
前記のエンジンにおいては、前記ウェストゲートバルブは電動式アクチュエータにより駆動されることが好ましい。
【００１５】
これにより、ウェストゲートバルブの開閉制御の自由度が高くなるので、ウェストゲートバルブを任意のタイミングで適切に開閉させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略平面図。
【図２】エンジンの吸気、排気及び燃料供給の流れを模式的に示す説明図。
【図３】ＤＰＦの構成を概略的に示す断面図。
【図４】ＤＰＦの再生不可領域を説明するトルク線図。
【図５】自然吸気（ＮＡ）エンジンにおける回転数及び負荷率と、ＤＰＦ入口の排気ガス温度と、の関係を示すグラフ。
【図６】過給機付きエンジンにおける回転数及び負荷率と、ＤＰＦ入口の排気ガス温度と、の関係を示すグラフ。
【図７】（ａ）負荷率が１／４程度のときのエンジンにおけるＤＰＦ入口排気ガス温度と吸入空気の流量との関係を示す図。（ｂ）負荷率が１／４程度のときのエンジンにおける吸入空気の流量と空気過剰率との関係を示す図。
【図８】低負荷運転時に、ウェストゲートバルブの開閉に関してＥＣＵが行う制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。初めに、図１及び図２を参照して、エンジン１００の概要について説明する。図１は本発明の一実施形態に係るエンジン１００の概略平面図である。図２はエンジン１００の吸気、排気及び燃料供給の流れを模式的に示す説明図である。
【００１８】
本実施形態のエンジン１００は、ディーゼルエンジンであり、例えば作業機及び船舶等に搭載して用いられる。このエンジン１００は、エンジン本体１０と、制御部であるＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９０と、を備えている。
【００１９】
エンジン本体１０は、外部から空気を吸入する吸気部２と、燃焼室３を有する図略のシリンダと、燃料の燃焼によって燃焼室３内に発生する排気ガスを外部に排出する排気部４と、を主要な構成として備えている。
【００２０】
吸気部２は、吸気の通路である吸気管２１を備える。また、吸気部２は、吸気管２１において吸気が流れる方向の上流側から順に配置された、過給機２２と、吸気弁２７と、吸気マニホールド２８と、を備える。
【００２１】
吸気管２１は、吸気の通路であって、過給機２２と、吸気弁２７と、吸気マニホールド２８と、を接続するように構成されている。吸気管２１の内部には、外部から吸入された空気を流すことができる。
【００２２】
過給機２２は、図２に示すように、タービン２３と、シャフト２４と、コンプレッサ２５と、を備えている。シャフト２４の一端はタービン２３と接続され、他端はコンプレッサ２５と接続されている。タービン２３は、排気ガスを利用して回転するように構成されている。シャフト２４を介してタービン２３と連結されているコンプレッサ２５は、タービン２３の回転に伴って回転する。コンプレッサ２５の回転により、図略のエアクリーナにより浄化された空気を圧縮して強制的に吸入することができる。
【００２３】
吸気弁２７は、ＥＣＵ９０からの制御指令に従って、その開度を調節することにより、吸気通路の断面積を変化させる。これにより、吸気弁２７を介して、吸気マニホールド２８へ供給する空気量を調整することができる。
【００２４】
吸気マニホールド２８は、吸気管２１から供給された空気をエンジン本体１０のシリンダ数に応じて分配し、それぞれのシリンダの燃焼室３へ供給することができるように構成されている。
【００２５】
なお、過給機２２のコンプレッサ２５の下流側に、過給機２２によって吸入された圧縮空気を冷却水又は流動空気（即ち、風）と熱交換させることで冷却させる図略のインタークーラを設置しても良い。
【００２６】
一般に、排気ガスが過給機を通過するとき、そのエネルギーがタービン２３の回転に用いられることで、その温度が低下する。ところで、本実施形態のエンジン本体１０は、図２に示すように、過給機２２のタービン２３をバイパスする排気ガスバイパス通路４３と、排気ガスバイパス通路４３に設けられたウェストゲートバルブ２６と、電動式アクチュエータ２９と、を更に備えている。
【００２７】
排気ガスバイパス通路４３は、排気ガスが流れる方向において、その一端が、タービン２３より上流側の排気管４１に接続され、他端が、タービン２３より下流側の排気管４１に接続されるように設けられている。
【００２８】
ウェストゲートバルブ２６は、排気ガスバイパス通路４３に設けられ、電動式アクチュエータ２９が動作することにより開閉することができる。ウェストゲートバルブ２６を開くことで、排気ガスを、過給機２２のタービン２３をバイパスしてタービン２３の下流側に直接流すことができる。
【００２９】
電動式アクチュエータ２９は、ＥＣＵ９０の制御指令に応じてウェストゲートバルブ２６を動作させるように構成されている。
【００３０】
本実施形態において、ウェストゲートバルブ２６は、全開／全閉の２段階で動作するのではなく、その開度が任意に調整可能に構成されている。電動式アクチュエータ２９は、ＥＣＵ９０からの制御指令に従ってウェストゲートバルブ２６の開度を調節することで、排気ガスバイパス通路４３の断面積を変化させることができる。これにより、過給機２２のタービン２３をバイパスする排気ガスの量をキメ細かく調整することができる。
【００３１】
続いて、本実施形態のエンジン１００において燃料の供給及び噴射を行う構成について簡単に説明する。図２に示すように、エンジン１００は、燃料を貯留するための燃料タンク８１と、燃料フィルタ８２と、燃料ポンプ８３と、コモンレール８４と、インジェクタ８５と、を備えている。
【００３２】
燃料ポンプ８３によって吸い込まれた燃料は、燃料フィルタ８２を通過し、これにより、燃料に混入しているゴミ及び汚れが取り除かれる。その後、燃料はコモンレール８４へ供給される。コモンレール８４は、高圧で燃料を蓄え、複数のインジェクタ８５に分配して供給する。
【００３３】
インジェクタ８５は、燃焼室３に燃料を噴射するための燃料噴射バルブ（インジェクタ電磁弁）を備える。燃料噴射バルブがＥＣＵ９０の指示に応じたタイミングで開閉することにより、インジェクタ８５は燃焼室３に燃料を噴射する。
【００３４】
燃焼室３で燃料が燃焼することによって発生した排気ガスは、排気部４を介して、燃焼室３からエンジン本体１０の外へ排出される。
【００３５】
排気部４は、排気ガスの通路である排気管４１を備える。また、排気部４は、排気管４１において排気ガスが流れる方向における上流側から順に配置された、排気マニホールド４２と、排気ガス浄化装置であるＤＰＦ６０と、を備えている。
【００３６】
また、エンジン本体１０はＥＧＲ装置５０を備えており、排気ガスの一部を、図２に示すように、当該ＥＧＲ装置５０を介して吸気側へ還流させることができる。ＥＧＲ装置５０には、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２と、が設けられている。ＥＧＲクーラ５１は、吸気へ還流させる排気ガスを冷却する。ＥＧＲバルブ５２は、排気ガスの還流量を調整できるように構成されている。このように構成された冷却機能付きのＥＧＲ装置５０により、例えば、エンジン１００の高負荷運転時における最高燃焼温度を下げることができるので、ＮＯｘ（窒素酸化物）の生成量を低減することができる。
【００３７】
排気管４１は、排気ガスの通路であって、排気マニホールド４２と、ＤＰＦ６０と、を接続するように構成されている。排気管４１の内部に、燃焼室３から排出された排気ガスを流すことができる。
【００３８】
排気マニホールド４２は、各燃焼室３で発生した排気ガスをまとめて、当該排気ガスを過給機２２のタービン２３に供給するように排気管４１へ導く。
【００３９】
なお、過給機２２のタービン２３とＤＰＦ６０の間に、排気ガスの排出量を調整できる排気弁（図略）を設けても良い。
【００４０】
ＤＰＦ６０は、図１又は図２に示すように、排気管４１の出口に設けられている。ＤＰＦ６０は、細長く形成されたケーシングを備える。また、ＤＰＦ６０は、酸化触媒６１と、スートフィルタ６２と、を備えている。酸化触媒６１及びスートフィルタ６２は、ケーシングの内部に配置されている。また、スートフィルタ６２は、ケーシングの内部で排気ガスが流れる方向において、酸化触媒６１の下流側に配置される。排気管４１からＤＰＦ６０に導入された排気ガスは、スートフィルタ６２により浄化された後、エンジン１００の外へ排出される。
【００４１】
酸化触媒６１は、白金等で構成されており、排気ガスに含まれる一酸化炭素、一酸化窒素などの酸化を促進することができる。また、インジェクタ８５が後述のポスト噴射を行った場合に、酸化触媒６１は、排気ガスとともに流れてきた未燃燃料を酸化することで排気ガス温度を上昇させることができる。
【００４２】
スートフィルタ６２は、図３に示すように、濾過性を有する隔壁で区画された複数のセル６３を有するウォールフロー型のハニカムスートフィルタから構成されている。当該スートフィルタ６２は、排気ガス内の煤等からなる粒子状物質（ＰＭ）を捕集することで排気ガスを濾過するとともに、その内部で、ＰＭの酸化反応が行われる。
【００４３】
具体的には、スートフィルタ６２は図３に示すように、多数の細長いセル６３を並べて配置した構成となっている。それぞれのセル６３は、その長手方向がＤＰＦ６０のケーシングの長手方向に沿うように配置されている。また、相互に隣り合うセル６３のうち一方においては、排気ガスの入口側の長手方向端部が閉鎖され、他方においては、排気ガスの出口側の長手方向端部が閉鎖されている。この構成で、隣り合うセル６３の間を排気ガスが通過するときに、ＰＭがセル６３（排気ガスの出口側が閉鎖されたセル６３）の内壁により捕集され、当該セル６３の内部に堆積される。
【００４４】
スートフィルタ６２におけるＰＭの堆積量は、エンジン本体１０が稼動するのに伴って徐々に増大し、これにより排気ガスの通過抵抗が増加する。スートフィルタ６２に大量のＰＭが堆積すると、スートフィルタ６２が詰まって排気ガスが円滑に排出されなくなり、エンジンの停止等を招いてしまう。従って、適切なタイミングで当該ＰＭを酸化させてスートフィルタ６２から除去する必要がある。
【００４５】
次に、本実施形態のエンジン１００におけるスートフィルタ６２に堆積されたＰＭを酸化することによって除去して、スートフィルタ６２を再生する処理（ＤＰＦ再生）について簡単に説明する。
【００４６】
ＤＰＦ再生の際に、図３に示すように、酸化触媒６１の促進作用により、排気ガスに含まれるＮＯ（一酸化窒素）がＮＯ2（二酸化窒素）に酸化される。当該ＮＯ2は、スートフィルタ６２において、ＰＭの酸化のためにＯ（酸素原子）を提供する。なお、上述の化学反応は、排気ガス温度がＴ℃〜５００℃であるときに発生する（ただし、Ｔ℃は２５０℃±２０℃の範囲内の温度である）。排気ガス温度が５００℃以上になると、酸化触媒６１では図３に示すような酸化反応が発生せず、Ｏ2（酸素）がＰＭの燃焼のために直接提供される。
【００４７】
即ち、上記に説明したように、ＤＰＦの再生には、排気ガス温度が少なくともＴ℃以上になる必要がある。排気ガス温度がＴ℃より低い場合、酸化触媒６１の活性温度に到達していないため、ＤＰＦ再生が実質的に行われず、ＰＭのスートフィルタ６２への蓄積が更に進行してしまう。
【００４８】
図２に示すＥＣＵ９０は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵと、記憶部としてのＲＯＭ及びＲＡＭなどから構成され、エンジン本体１０又はその近傍に配置される。本実施形態において、ＥＣＵ９０は、図１に示すように、エンジン本体１０に配置されている。
【００４９】
ＥＣＵ９０は、様々なセンサから出力される検出結果に基づいて、エンジン本体１０の回転数、吸気流量（吸入空気量）、空気過剰率又は空燃比、排気流量、及び排気温度等を得ることができる。そして、ＥＣＵ９０は、様々なセンサから取得したエンジン本体１０の状態に関する前記情報に基づいて、エンジン本体１０を制御することができる。
【００５０】
なお、空気過剰率とは、実際に供給された空気の量と、噴射された燃料を燃焼するために理論上必要な最少の空気量と、の比率を意味する。また、空燃比とは、空気と燃料の比率を意味する。ＥＣＵ９０がエンジン１００の空気過剰率又は空燃比を取得する方法としては、例えば、ＥＣＵ９０が、燃料噴射量、吸入空気量に基づいて計算すること等を挙げることができる。
【００５１】
エンジン本体１０の状態に関する情報を取得するためのセンサとしては、例えば、吸気圧力センサ７２、吸気温度センサ７３、排気圧力センサ７４、排気温度センサ７５、差圧センサ７６、酸化触媒温度センサ７７、及びスートフィルタ温度センサ７８を挙げることができる。以下、それぞれのセンサについて説明する。
【００５２】
吸気圧力センサ７２は、吸気マニホールド２８内の気体（ＥＧＲ混合気）の圧力を検出する。吸気温度センサ７３は、吸気マニホールド２８内の気体の温度を検出する。
【００５３】
排気圧力センサ７４は、排気マニホールド４２内の気体（排気）の圧力を検出する。排気温度センサ７５は、排気マニホールド４２内の気体の温度を検出する。
【００５４】
差圧センサ７６は、ＤＰＦ６０において、スートフィルタ６２の上流側（酸化触媒６１の下流側）と、スートフィルタ６２の下流側と、の圧力差を検出する。
【００５５】
酸化触媒温度センサ７７は、ＤＰＦ６０の入口近傍（酸化触媒６１の上流側）の温度を検出する。即ち、当該酸化触媒温度センサ７７を用いて、ＤＰＦ６０の入口の排気ガスの温度を検出することができる。
【００５６】
スートフィルタ温度センサ７８は、酸化触媒６１とスートフィルタ６２との間（スートフィルタ６２の上流側）の温度を検出する。
【００５７】
次に、トルク線図におけるエンジンの再生不可領域について説明する。
【００５８】
図４は、エンジンの出力特性を示すトルク線図を、エンジン回転数を横軸にとり、負荷を縦軸にとって示したものである。当該トルク線図において、最大負荷トルク線と横軸及び縦軸で囲まれた領域を、所定の排気ガス温度における回転速度とトルクとの関係を表した曲線（図４の二点鎖線）で区切るようにして、３つの領域（連続再生領域、強制再生領域、及び再生不可領域）を考えることができる。
【００５９】
エンジンの稼動状態が図４の連続再生領域にある場合、エンジンの出力によって、排気ガスが、ＰＭを酸化除去することが可能な十分高い温度になっている。従って、エンジンを通常どおり運転するだけで、スートフィルタ６２の再生を実現できる。
【００６０】
エンジンの稼動状態が図４の強制再生領域にある場合、エンジンを通常どおり運転したときの排気ガスの温度が、上記の連続再生領域の場合に比べて相対的に低い。従って、スートフィルタ６２に堆積したＰＭの堆積量に応じて、スートフィルタ６２を再生するために、吸気弁２７の開度を調整したり、インジェクタ８５の噴射タイミングを調整したりしてＤＰＦ再生を強制的に行う必要がある（強制再生）。
【００６１】
エンジンの稼動状態が図４の再生不可領域にある場合、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度が酸化触媒６１の活性温度（上記のＴ℃）より低くなる。従って、上記の強制再生を行ったとしても、スートフィルタ６２を再生させることができない。
【００６２】
続いて、自然吸気エンジン及び過給機付きエンジンのＤＰＦ入口の排気ガス温度と回転数及び負荷率との関係について、図５及び図６を比較して説明する。図５は、自然吸気（ＮＡ）エンジンにおける回転数及び負荷率と、ＤＰＦ入口の排気ガス温度と、の関係を示すグラフである。図６は、過給機付きエンジンにおける回転数及び負荷率と、ＤＰＦ入口の排気ガス温度と、の関係を示すグラフである。なお、図５及び図６において、ＤＰＦ入口の排気ガス温度がＴ℃未満になる再生不可領域が、ハッチングでそれぞれ示されている。
【００６３】
図５及び図６に示すように、ＮＡエンジン、過給機付きエンジンの何れも、その負荷又は回転数の増加に伴って、ＤＰＦ入口の排気ガス温度が高くなる傾向を示す。しかし、過給機付きエンジンにおいては、排気ガスが過給機を通過するとき、その熱エネルギーの一部がタービン２３の回転のために消費される。この結果、図５及び図６に示すように、過給機付エンジンはＮＡエンジンと比べて、負荷及び回転数が同一の場合、ＤＰＦ入口の排気ガス温度が（５０℃〜１００℃程度）低くなる。このため、過給機付きエンジンにおいてはＮＡエンジンと比較して再生不可領域が広範囲にわたっており、ＤＰＦ６０の再生の観点で不利になっている。
【００６４】
この点、本実施形態のエンジン１００は、排気ガスバイパス通路４３及びウェストゲートバルブ２６を備えている。そして、エンジン１００は、排気マニホールド４２から排出された排気ガスの一部を、必要に応じて、過給機２２のタービン２３をバイパスしてＤＰＦ６０へ直接流すように構成されている。これにより、過給機による排気ガスの温度低下を抑制できるので、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度を上昇させ、図６に示す再生不可領域を狭めることができる。
【００６５】
次に、本実施形態のエンジン１００についてウェストゲートバルブ２６を常に全閉にして低負荷運転を行った場合における、吸入空気量とＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度と空気過剰率との関係について、図７を参照して説明する。図７は、負荷率が１／４程度のとき、エンジン１００における吸入空気量とＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度と空気過剰率との関係を示すグラフである。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度は、エンジン１００の吸入空気量の増加に伴って低くなる傾向を示す。その理由は、上記で説明したように、排気ガスのエネルギーが、コンプレッサ２５（タービン２３）を回転させて吸気を圧縮するために消費されるためである。
【００６７】
そして、負荷が一定である場合（即ち、燃料噴射量が一定である場合）、図７（ｂ）に示すように、エンジン１００の吸入空気量の増加に伴って、空気過剰率も増加する傾向を示す。
【００６８】
本実施形態のエンジン１００においては、図７（ａ）に示すように、吸入空気量が例えば１５０Ｌ／ｍｉｎである場合、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度はＴ℃以上になる。そして、吸入空気量が１５０Ｌ／ｍｉｎである場合、空気余剰率が２．２以上であることが図７（ｂ）のグラフから分かる。なお、一般的に、空気過剰率が１．５程度あれば、燃料の燃焼に十分な酸素を提供することができる。従って、負荷率が１／４程度の低負荷運転であれば、吸入空気量を削減する余裕があることになる。
【００６９】
そこで、本実施形態では、ウェストゲートバルブ２６を開くことで、過給機２２のタービン２３を通過する排気ガスの量を低減し、その分の排気ガスを、過給機２２のタービン２３をバイパスしてＤＰＦ６０に直接流している。これにより、吸気不足による性能悪化を招くことなく、ＤＰＦ６０の入口における排気ガスの温度を適切に上昇させることができる。
【００７０】
なお、上記で説明したように、過給機２２のタービン２３を通過する排気ガスの量が減少すると、過給機２２により吸入される空気の量も低減する。吸入空気量が大幅に減少すると、燃料の燃焼のために十分な酸素を提供できなくなり、エンジンの性能悪化を引き起こす可能性がある。
【００７１】
この点に関し、本実施形態のエンジン１００においては、ＥＣＵ９０が、空気過剰率に基づいてウェストゲートバルブ２６の開閉を制御している。従って、燃料の燃焼に悪い影響を及ぼさずに、排気マニホールド４２から排出された排気ガスの一部をバイパスさせることができる。この結果、エンジン本体１０全体の稼動を好適に行うことができる。
【００７２】
続いて、本実施形態のＥＣＵ９０におけるウェストゲートバルブ２６の開閉に関する制御について図８を参照して説明する。なお、図８のフローチャートに示す処理は一例であり、一部の処理の順序を変更又は削除したり、２つの処理を同時に行ったり、他の処理を追加したりしても良い。
【００７３】
図８のフローチャートは、エンジン１００が低負荷運転状態になっていることが検出されると開始される。図８に示すフローチャートがスタートすると、ＥＣＵ９０は先ず、排気マニホールド４２内の排気ガスの温度を排気温度センサ７５から取得する（ステップＳ１０１）。そして、ＥＣＵ９０は、当該排気ガスの温度が、２５０℃±２０℃の範囲で設定される閾値温度Ｔ℃以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。当該排気ガスの温度が閾値温度Ｔ℃より低い場合、ステップＳ１０１に戻る。
【００７４】
ステップＳ１０２の判断で、排気マニホールド４２内の排気ガスの温度が閾値温度Ｔ℃以上であった場合、ＥＣＵ９０は、酸化触媒温度センサ７７からＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度を取得する（ステップＳ１０３）。そして、ＥＣＵ９０は、酸化触媒温度センサ７７から取得したＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度が閾値温度Ｔ℃より低いか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度が閾値温度Ｔ℃以上である場合、ステップＳ１０１に戻る。
【００７５】
ステップＳ１０４の判断で、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度が閾値温度Ｔ℃より低い場合、ＥＣＵ９０は、エンジン本体１０の現在の燃料噴射量及び吸入空気量に基づいて、空気過剰率を計算により求める（ステップＳ１０５）。そして、ＥＣＵ９０は、算出した当該空気過剰率が１．５以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。空気過剰率が１．５より小さい場合、ステップＳ１０１に戻る。空気過剰率が１．５以上である場合、ＥＣＵ９０は、電動式アクチュエータ２９に制御指令を出すことによりウェストゲートバルブ２６を開く（ステップＳ１０７）。その後、ステップＳ１０１に戻る。
【００７６】
このように、ＥＣＵ９０は、空気過剰率を用いてウェストゲートバルブ２６の開閉を制御することで、低負荷運転時に、エンジン本体１０の稼動に適した空気過剰率（即ち、エンジン本体１０の稼動に適した空気吸入量）を保ちながら、排気ガスバイパス通路４３を開放させることができる。これにより、本実施形態のエンジン１００においては、エンジン本体１０の稼動を悪化させずに、排気マニホールド４２から排出された排気ガスの一部をＤＰＦ６０へ直接供給することで、過給機２２による排気ガスの温度低下を抑制でき、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度を上昇させることができる。
【００７７】
そして、本実施形態においては、ＥＣＵ９０は、排気マニホールド４２内の排気ガスの温度が閾値温度Ｔ℃以上であるか否かを判定し、閾値温度Ｔ℃以上である場合にのみウェストゲートバルブ２６を開くように制御している。また、ＥＣＵ９０は、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度が閾値温度Ｔ℃以上であるか否かを判定し、閾値温度Ｔ℃より低い場合にのみウェストゲートバルブ２６を開くように制御している。これにより、ウェストゲートバルブ２６の無駄な開弁動作を防止することができる。
【００７８】
ところで、従来は、ウェストゲートバルブ２６を開閉するための構成として、機械式アクチュエータが多く用いられてきた。典型的な構成において、機械式アクチュエータはダイアフラムを備えており、過給機２２内の過給圧が所定値に到達すると、自動的にウェストゲートバルブ２６を開くように動作する。この構成では、過給機２２の過給圧が高い場合（例えば、エンジン１００の高負荷運転時）でなければ、機械式アクチュエータが動作しない。従って、ＤＰＦ再生処理が問題となる低負荷運転時は、過給圧が低いために機械式アクチュエータを動作させることが難しく、ウェストゲートバルブ２６を適切に開閉することができない。
【００７９】
この点、本実施形態のエンジン１００においては、ウェストゲートバルブ２６を開閉するために電動式アクチュエータ２９が用いられている。これにより、ウェストゲートバルブ２６の開閉制御の自由度が向上する。具体的には、エンジン１００の低負荷運転時においても、ウェストゲートバルブ２６を所望のタイミングで開閉することができる。
【００８０】
以上に説明したように、本実施形態のエンジン１００は、エンジン本体１０と、ＥＣＵ９０と、を備える。エンジン本体１０は、燃料を燃焼する燃焼室３を有し、当該燃焼室３で発生した排気ガスを浄化して排出する。ＥＣＵ９０は、エンジン本体１０を制御する。エンジン本体１０は、ＤＰＦ６０と、過給機２２と、排気ガスバイパス通路４３と、ウェストゲートバルブ２６と、を備える。ＤＰＦ６０は、排気ガスを浄化する。過給機２２は、排気ガスのエネルギーを利用して空気を圧縮して吸入する。排気ガスバイパス通路４３は、過給機２２のタービン２３をバイパスして排気ガスをＤＰＦ６０側へ供給する。ウェストゲートバルブ２６は、排気ガスバイパス通路４３を開閉する。ＥＣＵ９０は、空燃比又は空気過剰率に基づいてウェストゲートバルブ２６の開閉を制御することにより、ＤＰＦ６０へ流入する排気ガスの温度を調整する。
【００８１】
これにより、排気ガスの温度が低いとき、エンジン本体１０の稼動に適した空燃比又は空気過剰率を保ちながら、ウェストゲートバルブ２６を開放させることによって、過給機２２による排気ガスの温度低下を抑制することができる。これにより、ＤＰＦ６０へ流入する排気ガスの温度を高くすることができる。
【００８２】
また、本実施形態のエンジン１００においては、ＥＣＵ９０は、低負荷運転時に、燃焼室３から排出された排気ガスの温度、及びＤＰＦ６０の入口の排気ガスの温度のうち、少なくとも１つに基づいてウェストゲートバルブ２６の開閉を制御する。
【００８３】
これにより、ウェストゲートバルブ２６を開くタイミングを一層正確に制御することができるとともに、ウェストゲートバルブ２６の無駄な開弁動作を防止することができる。
【００８４】
また、本実施形態のエンジン１００においては、ウェストゲートバルブ２６は電動式アクチュエータ２９により駆動される。
【００８５】
これにより、ウェストゲートバルブ２６の開閉制御の自由度が高くなるので、ウェストゲートバルブ２６を任意のタイミングで適切に開閉させることができる。
【００８６】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８７】
図８のフローでは、空気過剰率を用いてウェストゲートバルブ２６を開閉制御する構成となっているが、これに代えて、空燃比を用いてウェストゲートバルブ２６を開閉制御するように変更することもできる。
【００８８】
ウェストゲートバルブ２６は、上記のように外付け型とすることに代えて、過給機内に設けられる内蔵型のウェストゲートバルブを用いても良い。
【００８９】
ウェストゲートバルブ２６の開度を、制御マップに基づいて制御しても良い。即ち、ＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度及び空気過剰率（又は空燃比）に基づくウェストゲートバルブ２６の開度マップを予めＥＣＵ９０に記憶させた上で、エンジン１００の運転時に、ＥＣＵ９０が、取得されたＤＰＦ６０の入口の排気ガス温度、算出された空気過剰率（又は空燃比）及び記憶されたウェストゲートバルブ２６の開度マップに基づいて、ウェストゲートバルブ２６の開度を制御するように構成しても良い。
【符号の説明】
【００９０】
３  燃焼室
１０  エンジン本体
２２  過給機
２３  タービン
２６  ウェストゲートバルブ
２９  電動式アクチュエータ
４３  排気ガスバイパス通路
６０  ＤＰＦ（排気ガス浄化装置）
９０  ＥＣＵ（制御部）
【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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