(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、
前記過給機を迂回して排気を流すバイパス排気通路を備え、
前記低温燃焼を実施するときには、排気のすべてが前記過給機を迂回して前記バイパス排気通路を流れ、前記低温燃焼を実施しないときには、排気のすべてが前記過給機に送り込まれるように切り替える
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】
排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、
前記過給機を迂回して排気の一部を流すバイパス排気通路を備え、
前記低温燃焼を実施するときには、排気の一部が前記過給機を迂回して前記バイパス排気通路を流れ、前記低温燃焼を実施しないときには、排気のすべてが前記過給機に送り込まれるように切り替える
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項３】
排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、
前記内燃機関に設けられた複数の気筒のうちの一部の気筒からそれぞれ排出された排気を合流させて前記過給機の排気上流側に送る第１の集合通路と、
その第１の集合通路に接続されない残りの気筒からそれぞれ排出された排気を合流させて前記過給機の排気上流側に送る第２の集合通路と、
前記第２の集合通路より、前記過給機を迂回してその排気下流側に排気を送るバイパス排気通路と、
前記低温燃焼を実施するときには、前記第２の集合通路を通過する排気を前記バイパス排気通路に送り、前記前記低温燃焼を実施しないときには、前記第２の集合通路を通過する排気が前記過給機に送り込まれるように排気の流れ方向を切り替える排気切替弁とを備える
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項４】
低温燃焼を実施するときに排気中に燃料を添加する燃料添加装置を、前記バイパス排気通路上に設けたことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記過給機は、排気タービンへの排気吹付口に設けられたノズルベーンを駆動して該排気吹付口の通路面積を可変とする可変ノズルベーン式の排気タービン駆動式過給機である
請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、過給機付き内燃機関、及びその排気構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開２００１−１５２８３２号公報にみられるように、ディーゼル機関等の内燃機関において、低温燃焼を実施することで排気中に含まれる煤の量を低減させる技術が知られている。煤は、燃料中の炭化水素（ＨＣ）が様々な化学反応を経て生成されるが、燃焼温度がある温度（煤生成温度）よりも低温であれば、そうした化学反応が進行しにくく、煤の生成が抑制されることが知られている。そこで、内燃機関の排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置（ＥＧＲ装置）により、多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入して燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施することにより、煤の生成を効果的に抑制することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、低温燃焼の実施は排気中に含まれる煤の量を低減させるのに効果的であるが、排気の流勢を利用して過給を行うターボチャージャ（排気タービン駆動式過給機）等の排気駆動式の過給機を備える内燃機関では、こうした低温燃焼の実施により、次のような不具合が生じるおそれがある。
【０００４】
低温燃焼の実施によって煤の生成を抑制すれば、煤の前駆物質であるＨＣの排出量が増大し、多くのＨＣが過給機の内部に付着するようになる。付着したＨＣは、排気温度が十分に高ければ排気熱で焼失されてしまうものの、低温燃焼中のような排気温度が比較的低い状況では、ＨＣは焼失されずに粘性物質（デポジット）に変質してしまう。こうして生成されたデポジットが過給機の摺動部に付着すると、摺動抵抗が増大して摺動部材の動作不良の原因になる。
【０００５】
特に、可変ノズルベーン式のターボチャージャでは、そうしたデポジットの付着による不具合がより深刻なものとなる。可変ノズルベーン式のターボチャージャでは、排気側タービンの排気吹付口に設けられたノズルベーンを駆動してその排気吹付口の通路面積を可変とすることで、同タービンに吹き付けられる排気の流速を調整するようにしている。このノズルベーンは排気に直接曝されるため、その摺動部にＨＣが付着し易く、デポジットの付着によるノズルベーンの動作不良が生じやすくなる。
【０００６】
この発明は、こうした事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気駆動式の過給機を備える内燃機関において、低温燃焼に伴うＨＣ排出量の増大に起因して発生する過給機の動作不良を好適に抑制することのできる過給機付き内燃機関、及びその排気構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、前記過給機を迂回して排気を流すバイパス排気通路を備え、前記低温燃焼を実施するときには、排気のすべてが前記過給機を迂回して前記バイパス排気通路を流れ、前記低温燃焼を実施しないときには、排気のすべてが前記過給機に送り込まれるように切り替えることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成では、多量のＨＣが排出される低温燃焼が実施されると、バイパス排気通路を通じて、排気が過給機を迂回して流されるようになる。そのため、低温燃焼に伴い多量に排出されるＨＣが過給機に送られることが回避され、過給機へのＨＣの付着が低減されるようになる。そして、ひいては過給機の摺動部に付着するデポジットの量も低減されるようになる。従って、低温燃焼に伴うＨＣ排出量の増大に起因する過給機の動作不良を抑制することができるようになる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、前記過給機を迂回して排気の一部を流すバイパス排気通路を備え、前記低温燃焼を実施するときには、排気の一部が前記過給機を迂回して前記バイパス排気通路を流れ、前記低温燃焼を実施しないときには、排気のすべてが前記過給機に送り込まれるように切り替えることをその要旨とする。
【００１０】
上記構成では、多量のＨＣが排出される低温燃焼が実施されると、バイパス排気通路を通じて、排気の一部が過給機を迂回して流されるようになる。そのため、低温燃焼時に過給機を通過するＨＣの量が低減され、ひいては過給機の摺動部に付着するデポジットの量も低減されるようになる。従って、低温燃焼に伴うＨＣ排出量の増大に起因する過給機の動作不良を抑制することができるようになる。
【００１１】
なお、低温燃焼を行うべく、多量のＥＧＲガスを再循環させるとその分、燃焼室内に導入される新気の量が減少して完全燃焼させられる燃料の量が制限されてしまう。従って、低温燃焼を実施できる運転領域も、燃料噴射量の少ない運転領域に制限されてしまう。ここで、低温燃焼中に過給を行えば、燃焼室内に導入されるガスの総量が増大されるため、多量のＥＧＲガスを導入しても十分な新気を確保することができ、低温燃焼の実施可能な運転領域を拡大することができる。その点、上記構成では、低温燃焼の実施中にも、バイパス排気通路に送られた一部の排気を除いた残りの排気によって過給機が駆動される。このため、過給機を通過するＨＣの量を低減しながらも、内燃機関への過給を継続できるようになる。このように、低温燃焼中も過給を継続することで低温燃焼の実施可能な運転領域の拡大を図りながらも、過給機へのデポジットの付着を低減して同過給機における動作不良を抑制することができるようになる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、前記排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する過給機付き内燃機関において、前記内燃機関に設けられた複数の気筒のうちの一部の気筒からそれぞれ排出された排気を合流させて前記過給機の排気上流側に送る第１の集合通路と、その第１の集合通路に接続されない残りの気筒からそれぞれ排出された排気を合流させて前記過給機の排気上流側に送る第２の集合通路と、前記第２の集合通路より、前記過給機を迂回してその排気下流側に排気を送るバイパス排気通路と、前記低温燃焼を実施するときには、前記第２の集合通路を通過する排気を前記バイパス排気通路に送り、前記前記低温燃焼を実施しないときには、前記第２の集合通路を通過する排気が前記過給機に送り込まれるように排気の流れ方向を切り替える排気切替弁とを備えることをその要旨とする。
【００１３】
上記構成では、第１の集合通路を流れる排気は、低温燃焼時にも、過給機に送られるようになる。一方、第２の集合通路を流れる排気は、排気切替弁によりバイパス排気通路に送られるようになり、過給機を迂回して流れるようになる。そのため、低温燃焼時に過給機を通過するＨＣの量が低減され、ひいては過給機の摺動部に付着するデポジットの量も低減されるようになる。また、上記構成では、低温燃焼の実施中にも、第１の排気通路を流れる排気は過給機に送られており、過給機の駆動状態が保持される。従って、低温燃焼中も過給を継続することで低温燃焼の実施可能な運転領域の拡大を図りながらも、過給機へのデポジットの付着を低減して同過給機における動作不良を抑制することができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関において、低温燃焼を実施するときに排気中に燃料を添加する燃料添加装置を、前記バイパス排気通路上に設けたことをその要旨とする。
【００１５】
低温燃焼の実施中は、排気温度が低いため、排気通路の途中に設けられた排気浄化触媒を十分に高い温度に保持することができなくなり、その排気浄化能力が低下してしまうことがある。そこで、この触媒の排気上流側の排気中に燃料を添加して同触媒上で燃焼させることにより、触媒を昇温させることがある。こうした触媒上での燃料の燃焼を好適に行うには、ある程度よりも高温の排気中に燃料を添加する必要がある。ここで、過給機を通過した排気は、過給機を駆動させることで熱エネルギーが消費され、また過給機の構成部材に熱量を奪われて、その温度が低下する。そのため、内燃機関から排出される排気の温度がそもそも低い低温燃焼時において、触媒上で燃料を燃焼させるには、過給機を通過して温度が低下する前の、過給機の排気上流側の排気中に燃料を添加することが望ましい。しかしながら、そうした場合には、添加した燃料中に含まれるＨＣが過給機内に付着してしまうため、上記のような動作不良を招くおそれがある。
【００１６】
その点、上記構成では、低温燃焼を実施するときに排気中に燃料を添加する燃料添加装置が、過給機を迂回して排気を流すバイパス排気通路上に設けられている。そのため、過給機を迂回するバイパス排気通路を流れる排気中に燃料が添加されるようになる。このため、過給機を通過しない比較的高温の排気中に燃料を添加することができ、その上、添加した燃料中のＨＣが過給機に付着することも防止できる。従って、燃料添加による触媒の昇温を好適に行いながらも、ＨＣの付着による過給機の動作不良も好適に抑制することができるようになる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の過給機付き内燃機関において、前記過給機は、排気タービンへの排気吹付口に設けられたノズルベーンを駆動して該排気吹付口の通路面積を可変とする可変ノズルベーン式の排気タービン駆動式過給機であることをその要旨とする。
【００１８】
上述したように、可変ノズルベーン式の排気タービン駆動式過給機では、ＨＣの付着によるノズルベーン摺動部の動作不良が生じやすい。しかしながら、上記構成によれば、このような可変ノズルベーン式の排気タービン駆動式過給機を備える内燃機関において低温燃焼が実施されても、ＨＣの付着によるノズルベーン摺動部の動作不良が抑制される。すなわち、上記請求項１〜４のいずれかに記載の発明の効果をより顕著に奏することができるようになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる過給機付き内燃機関及び排気管構造を自動車に搭載されるコモンレール式の直列４気筒ディーゼル機関に具体化した一実施形態について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本実施形態にかかる過給機付き内燃機関、これに適用される排気管、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図である。
内燃機関１には複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。また、この内燃機関１のシリンダヘッド２には各気筒毎に燃料噴射弁４ａ〜４ｄが取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の気筒内に燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には、外気を気筒内に導入するための吸気ポート（図示略）と燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。
【００２７】
燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク（図示略）内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。なお、本実施の形態では、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁順序は、４ａ→４ｃ→４ｄ→４ｂとなっている。従って、気筒の燃焼順序は、＃１→＃３→＃４→＃２となっている。
【００２８】
上記吸気ポート（図示略）にはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するためのスロットル弁１６が設けられている。
【００２９】
排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。このエキゾーストマニホールド８は後述するターボチャージャ１１を介して排気通路２６に接続されている。排気通路２６の途中には排気中の有害成分を酸化還元して浄化するための触媒１２が設置されている。
【００３０】
この他、内燃機関１にはＥＧＲ装置２８が備えられている。このＥＧＲ装置２８は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘや煤の発生量を低減させる装置である。この装置２８はインテークマニホールド７とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、ＥＧＲクーラ１４により構成されている。ＥＧＲ弁１５はその開度を調整することによりエキゾーストマニホールド８からインテークマニホールド７に導入される排気の量（ＥＧＲ量）を調整する。ＥＧＲクーラ１４はＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度を低下させる。
【００３１】
内燃機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸気通路３内を流れる空気の流量、すなわち吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ２０はスロットル弁１６の開度を検出する。排気温度センサ２９は触媒１２下流側の排気温度を検出する。気筒判別センサ２２は特定気筒の圧縮上死点を検出する。クランク角センサ２３はクランクシャフト（図示略）の回転角度を検出する。また、これら気筒判別センサ２２とクランク角センサ２３との出力値から、各気筒についての上死点基準の位相（ＢＴＤＣ、ＡＴＤＣ）が検出される。アクセル開度センサ２４はアクセルペダル（図示略）の開度を検出する。
【００３２】
これら各種センサの出力は制御装置（以下、ＥＣＵと記載する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心として構成されている。そして、このＥＣＵ２５により、例えば、燃料噴射弁４ａ〜４ｄの燃料噴射量や燃料噴射時期、サプライポンプ１０の吐出圧力、スロットル弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量、ＥＧＲ弁１５の開度等、内燃機関１の各種制御が行われる。
【００３３】
また、内燃機関１は排気圧を利用して気筒に導入される吸入空気を過給する、可変ノズルベーン式のターボチャージャ１１を備えている。このターボチャージャ１１は大きくは、以下のように構成されている。
【００３４】
図２はターボチャージャ１１について、そのロータシャフト４３の軸方向における断面を示している。このターボチャージャ１１は、センタハウジング４０、タービンハウジング４２、コンプレッサハウジング４１を備えている。タービンハウジング４２の外周部に設けられる開口部には、エキゾーストマニホールド８（図１参照）が接続され、同タービンハウジング４２の中心部に設けられる開口部には、排気通路２６（同じく図１参照）が接続される。また、コンプレッサハウジング４１の中心部に設けられる開口部は、吸気通路３のエアクリーナ（図示略）側が接続され、同コンプレッサハウジング４１の外周部に設けられる開口部は、吸気通路３の燃焼室側に接続される。
【００３５】
タービンハウジング４２内には、エキゾーストマニホールド８から送り込まれる排気によって回転するタービンホイール４５が備えられている。また、コンプレッサハウジング４１内には、吸気通路３内の空気を強制的に燃焼室へ送り込むコンプレッサホイール４４が備えられている。これらタービンホイール４５とコンプレッサホイール４４とは、ロータシャフト４３を介して一体回転可能に連結されている。そして、タービンホイール４５に排気が吹き付けられて同ホイール４５が回転すると、その回転はロータシャフト４３を介してコンプレッサホイール４４に伝達される。こうしてコンプレッサホイール４４が回転することにより、吸気通路３内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれるようになる。
【００３６】
更に、上記ターボチャージャ１１には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気が通過する排気流路４９が設けられており、同流路４９はタービンホイール４５の外周を囲うように同ホイール４５の回転方向に沿って形成される。従って、排気流路４９を通過した排気は、タービンホイール４５の外周から回転中心側に向かって吹き付けられることになる。このような排気流路４９には、タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速を調整するための複数のノズルベーン５３が設けられている。これらノズルベーン５３は、タービンホイール４５の軸線を中心として等角度毎に位置し、前記排気流路４９の壁面とともにノズル部５４を形成している。そして、前記複数のノズルベーン５３は互いに同期した状態でアクチュエータ３０により開閉される。
【００３７】
タービンホイール４５に吹き付けられる排気の流速は、上記ノズルベーン５３を開閉して前記ノズル部５４の通路断面積を変化させることによって調整される。こうしてノズルベーン５３を駆動させて上記排気の流速調整を行うことにより、タービンホイール４５の回転速度が調整され、ひいては燃焼室に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。こうした燃焼室への吸入空気量の調整を行うことにより内燃機関の出力向上等が図られ、好適に内燃機関を運転することができるようになる。
【００３８】
また、図１に示すように、コンプレッサハウジング４１とスロットル弁１６との間の吸気通路３には、このターボチャージャ１１内で圧縮されて温度が上昇した吸入空気を冷却させるためのインタークーラ１８が備えられている。
【００３９】
次に、この内燃機関１の排気構造を説明する。
図１に示すように、各気筒＃１〜＃４の排気ポート６ａ〜６ｄは、それぞれのポートに連通する排気通路８ａ〜８ｄに接続されている。このうち、第２気筒＃２及び第３気筒＃３に接続された排気通路８ｂ、８ｃは、第１の集合通路８ｅに合流されるようになっている。また、第１気筒＃１及び第４気筒＃４に接続された排気通路８ａ、８ｄは、第２の集合通路８ｆに合流されるようになっている。そしてこれら第１及び第２の集合通路８ｅ、８ｆは更に合流されて、タービンハウジング４２の外周部に設けられた開口部に接続されている。
【００４０】
更に、第２の集合通路８ｆは、その途中においてバイパス排気通路８ｇが分岐されている。バイパス排気通路８ｇの排気下流側は、排気通路８のターボチャージャ１１の排気下流側に接続されている。よって、このバイパス排気通路８ｇにより、第１及び第４気筒＃１、＃４から排出された排気を、ターボチャージャ１１を迂回してその排気側に送ることができるようになっている。
【００４１】
また、第２の集合通路８ｆにおいて、上記バイパス排気通路８ｇの分岐部には、排気切替弁３１が設けられている。この排気切替弁３１は、第１及び第４気筒＃１、＃４から排出された排気を、ターボチャージャ１１の排気上流側に送るか、バイパス排気通路８ｇを通じて同ターボチャージャ１１を迂回してその排気下流側に送るかを切り替えるための弁である。この排気切替弁３１は、ＥＣＵ２５により駆動制御されたアクチュエータ３２により駆動されて、上記のような排気流路の切り替えを行っている。
【００４２】
具体的には、図１に実線で示される状態では、第２の集合通路８ｆは、バイパス排気通路８ｇに連通される。以下、この状態での排気切替弁３１の弁位置を「バイパス位置」という。このときには、第１及び第４気筒＃１、＃４から排出された排気はすべて、バイパス排気通路８ｇを通じて、ターボチャージャ１１を迂回してその排気下流側に送られる。また、このときのターボチャージャ１１には、第２及び第３気筒＃２、＃３から排出された排気のみが送られる。
【００４３】
一方、同図１に二点鎖線で示される状態では、第２の集合通路８ｆは、ターボチャージャ１１の排気上流側に連通される。以下、この状態での排気切替弁３１の弁位置を「通常位置」という。このときには、第１及び第４気筒＃１、＃４から排出された排気も、ターボチャージャ１１の排気上流側に送られる。よって、このときのターボチャージャ１１には、各気筒＃１〜＃４から排出された排気のすべてが送られるようになる。
【００４４】
更に本実施の形態では、バイパス排気通路８ｇの途中に燃料を噴射して、排気中に燃料を添加する燃料添加装置である噴射ノズル５が取り付けられている。この、噴射ノズル５は燃料供給管２７によってサプライポンプ１０に接続されており、軽油が供給されるようになっている。この噴射ノズル５はＥＣＵ２５によってその噴射量及び噴射時期等が制御される。
【００４５】
本実施の形態における内燃機関１では、先述した低温燃焼が行われるようになっている。この低温燃焼は、ＥＧＲ弁１５の開度を大きくして多量のＥＧＲガスを燃焼室に導入して、同燃焼室内の燃焼温度を低下させることで行われ、これにより煤の前駆物質であるＨＣを煤まで成長させないようにしている。
【００４６】
続いて、本実施の形態での上記低温燃焼にかかる制御の詳細を、図３〜図５を併せ参照して説明する。
図３は、上記低温燃焼を実施させるか否かを判定するためのＥＣＵ２５の処理手順を示すフローチャートである。同フローチャートに示される一連の処理は、ＥＣＵ２５によって、所定時間毎の割り込みで実行される。
【００４７】
この判定に際しては、まず、アクセル開度センサ２３により検出されるアクセル開度ＡＣＣＰとクランク角センサにより検出される機関回転速度ＮＥとがＥＣＵ２５に読み込まれる（ステップＳ１１０）。
【００４８】
次に、図４に例示するマップを参照し、読み込まれたアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転速度ＮＥとに基づいて、現在の機関運転状態が低温燃焼を実施する運転状態であるか否かが判定される（ステップＳ１２０）。このマップはＥＣＵ２５のＲＯＭ内に記憶されており、アクセル開度や機関回転速度が大きい運転状態では通常燃焼を行い、アクセル開度や機関回転速度が小さい運転状態では低温燃焼を行うように設定されている。
【００４９】
このステップＳ１２０において、現在の運転状態が低温燃焼実行領域の運転状態であると判定されると（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「１」に設定した後（ステップＳ１３０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「１」に設定されているときには、ＥＣＵ２５は、多量のＥＧＲガスが燃焼室内に導入されるようにＥＧＲ弁１５の開度を制御して、低温燃焼を実施させる。
【００５０】
一方、ステップＳ１２０において、現在の運転状態が通常燃焼実行領域の運転状態であると判定される、すなわち低温燃焼実行領域の運転状態ではないと判定されると（ステップＳ１２０でＮＯ）、ＥＣＵ２５は低温燃焼フラグＦＬを「０」に設定した後（ステップＳ１４０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ここで、低温燃焼フラグＦＬが「０」に設定されているときには、低温燃焼を実施せず、通常燃焼を行うように、ＥＧＲ弁１５の開度制御が行われる。
【００５１】
更に、本実施形態では、こうして決定された内燃機関１の燃料状態に応じて、上記第２の集合通路８ｆに設けられた排気切替弁３１の切替制御が行われる。図５は、そうした排気切替弁３１の排気流路の切替制御にかかる処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理についても、ＥＣＵ２５によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００５２】
この切り替えに際しては、まず、先の図３に示した一連の処理によって設定される低温燃焼フラグＦＬの値がＥＣＵ２５に読み込まれ、この低温燃焼フラグＦＬの値が「１」であるか否かが判定される（ステップＳ２１０）。
【００５３】
そして、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合には（ステップＳ２１０でＮＯ）、すなわち通常燃焼が実施されているときには、ＥＣＵ２５により制御されるアクチュエータ３２によって、排気切替弁３１の弁位置が通常位置（図１に二点鎖線で示す弁位置）に位置される（ステップＳ２４０）。このときには、第１気筒＃１の排気ポート６ａから排出される排気、及び第４気筒＃４の排気ポート６ｄから排出される排気は全てターボチャージャ１１の排気上流側に導入される。従って、低温燃焼フラグＦＬが「１」ではない場合、すなわち、通常燃焼が行われている場合には、内燃機関１の排気が全てターボチャージャ１１に送り込まれるようになる。
【００５４】
一方、読み込まれた低温燃焼フラグＦＬが「１」である場合には（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、ＥＣＵ２５により制御されるアクチュエータ３２によって、排気切替弁３１の位置がバイパス位置（図１に実線で示す弁位置）に位置される（ステップＳ２２０）。このときには、第１気筒＃１の排気ポート６ａから排出される排気、及び第４気筒＃４の排気ポート６ｄから排出される排気は全てバイパス排気通路８ｇを介してターボチャージャ１１を迂回して、その排気下流側に導入される。従って、低温燃焼フラグＦＬが「１」の場合、すなわち、低温燃焼が行われる場合には、第２気筒＃２及び第３気筒＃３の排気のみがターボチャージャ１１に送られるようになる。
【００５５】
更に、排気切替弁３１の弁位置がバイパス位置に位置されると（ステップＳ２２０）、バイパス排気通路８ｇに設けられる噴射ノズル５による軽油添加が所定時間実行される（ステップＳ２３０）。ここで、排気に添加された軽油は触媒１２上で燃焼し、同触媒１２が昇温されるようになる。また、ターボチャージャ１１を通過していない、比較的温度の高い排気中に軽油が添加されることで軽油も高温になり、触媒１２での燃焼も好適に行われるようになる。
【００５６】
以後、図３及び図５に示す処理手順が繰り返し実行される。
以上説明したように、本実施の形態における過給機付き内燃機関及び排気管構造によれば、次のような効果が得られるようになる。
【００５７】
（１）内燃機関１が低温燃焼を実行するときには、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の排気がターボチャージャ１１を通過しないようにしている。このため、多量のＨＣが排気に含まれる低温燃焼時であっても、第１気筒＃１及び第４気筒＃４の排気に含まれるＨＣはターボチャージャ１１のノズル部５４に付着しなくなる。従って、同ノズル部５４で生成されるデポジットの量を減少させることができ、もってデポジットの付着に起因するノズルベーンの動作不良を抑制することができるようになる。
【００５８】
更に、本実施の形態では、内燃機関１の燃焼状態にかかわらず、排気の一部（第２気筒＃２及び第３気筒＃３より排出された排気）については、常にターボチャージャ１１に送られており、低温燃焼の実施中にもターボチャージャ１１による過給が維持されるようになる。そのため、低温燃焼中も過給を継続することで低温燃焼を実施可能な運転領域の拡大を図りながらも、ターボチャージャ１１へのデポジット付着を低減してその動作不良の発生を抑制することができるようになる。
【００５９】
（２）低温燃焼時には、内燃機関１より排出される排気の温度がそもそも低く、その上、ターボチャージャ１１を通過させられれば、排気の温度が更に低下してしまい、触媒１２の温度を十分な高温に維持し、その浄化性能を十分に発揮させることが困難となる。その点、本実施の形態によれば、内燃機関１が低温燃焼を実施するときには、排気の一部（第１気筒＃１及び第４気筒＃４より排出された排気）については、ターボチャージャ１１を通過することなく、触媒１２に直接送られる。そのため、低温燃焼中に触媒１２を通過する排気の温度の低下が抑制され、触媒温度の確保が容易となる。その結果、低温燃焼時における触媒１２の浄化性能の低下を抑制できる。また、機関始動後に低温燃焼が実施される場合にも、比較的早期に触媒１２を昇温できるようになる。
【００６０】
（３）内燃機関１が通常燃焼を実行するときには、同機関１から排出される全ての排気がターボチャージャ１１を通過するようにしている。このため、通常燃焼時では、内燃機関１から排出される全ての排気がタービンホイール４５を回転させるようになり、ターボチャージャ１１の効率を向上させることができるようになる。
【００６１】
（４）バイパス排気通路８ｇに噴射ノズル５を設け、低温燃焼時には、この噴射ノズル５から軽油を添加するようにしている。このように、排気中に軽油が添加されると、同軽油は触媒１２で燃焼し同触媒１２を昇温させることができるようになる。従って、排気温度が低く触媒１２の活性が低下しやすい低温燃焼時であっても、好適に触媒１２の排気浄化作用を向上させることができるようになる。
【００６２】
また、バイパス排気通路８ｇに噴射ノズル５を設けているため、ターボチャージャ１１を通過しない排気中に燃料添加をすることができる。そのため、噴射ノズル５から噴射される軽油がターボチャージャ１１のノズル部５４に付着しにくくなる。従って、同ノズル部５４において、軽油に含まれるＨＣから生成されるデポジットの量を減少させることができ、ひいてはデポジットの付着に起因するノズルベーンの動作不良を抑制することができるようになる。
【００６３】
さらに、ターボチャージャ１１を通過しない排気は、タービンホイール４５を回転させるためにエネルギーを消費したり、ターボチャージャ１１の構成部材に熱量を奪われることがない。すなわち、その温度はターボチャージャ１１を通過する排気と比較して高くなっている。このような温度の高い排気中に軽油が添加されるため、軽油も高温になり、触媒１２での燃焼も好適に行われるようになる。
【００６４】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよく、その場合でもそれら実施形態に準じた作用及び効果を得ることができる。
【００６５】
・上記実施形態と同様、あるいはそれに準じた排気構造、及び排気流路切替制御を、直列４気筒以外の気筒配列の内燃機関に対して適用し、同様の作用効果を得ることもできる。
【００６６】
例えば図６は、Ｖ型６気筒の気筒配列のディーゼル機関への適用例を示している。同図に例示するディーゼル機関３４では、各気筒＃１〜＃６にそれぞれ接続される６つの排気通路３５ａ〜３５ｆのうち、一方のバンクに形成された３つの気筒＃１、＃３、＃５に接続された３つの排気通路３５ｄ〜３５ｆを上記第１の集合通路３５ｇに接続するようにしている。また、もう一方のバンクに形成された３つの気筒＃２、＃４、＃６に接続された３つの排気通路３５ａ〜３５ｃを上記第２の集合通路３５ｈに接続するようにしている。そして、上記実施形態と同様に、第２の集合通路３５ｈの途中にバイパス排気通路３５ｋを接続し、その接続部には、第２の集合通路３５ｈを流れる排気をターボチャージャ１１に送るか、バイパス排気通路３５ｋを通じてターボチャージャ１１を迂回させるか、を切り替える排気切替弁３１を設けている。こうした構成によっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができるようになる。
【００６７】
なお、第１の集合通路８ｅ、３５ｇ及び第２の集合通路８ｆ、３５ｈに振り分ける気筒の組み合わせは、上記実施形態や上記適用例に例示した組み合わせに限らず、任意に設定してもよい。また、各集合通路に振り分ける気筒の数も、任意に設定してよい。要は、排気干渉や過給機の効率、各集合通路を流れる排気の量等を考慮して適宜な組み合わせとすればよい。もちろん、ここで例示した直列４気筒、及びＶ型６気筒以外の気筒配列の内燃機関についても、上記実施の形態及び上記適用例と同様、あるいはそれに準じた態様で本発明を適用してもよい。
【００６８】
・上記実施の形態では、可変ノズルベーン式のターボチャージャ１１を備える内燃機関及びその排気構造について、本発明を適用した場合を説明したが、可変ノズルベーン式以外の形式のターボチャージャを備える内燃機関やその排気構造についても本発明を適用してもよい。そうしたノズルベーンを備えていないターボチャージャにおいても、その内部にデポジットが大量に付着すれば、タービンホイール等の動作不良を招くおそれがあるため、本発明の適用により、そうした動作不良を好適に抑制できるようになる。
【００６９】
・上記実施の形態では、低温燃焼時にも排気の一部についてはターボチャージャを通過させ、過給を継続するようにしていたが、低温燃焼時には内燃機関より排出された排気をすべてターボチャージャを迂回させるようにしてもよい。この場合には、低温燃焼中の過給を行うことはできなくなってしまうが、多量のＨＣが含まれた低温燃焼中の排気がターボチャージャを通過することを確実に回避でき、ターボチャージャの動作不良をより確実に抑制することができるようになる。
【００７０】
・前記実施形態では、噴射ノズル５から軽油を噴射して排気中に同軽油を添加するようにしていた。しかしながら、この添加される液状物質は、触媒１２の温度を昇温させることができるものであればどのようなものでもよい。この場合にも前記実施形態に準じた効果が得られる。
【００７１】
・また、ディーゼル機関以外の内燃機関に対しても、本発明を適用することができる。要は、排気の一部を吸気中に再循環させる排気再循環装置と、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機とを備え、排気再循環装置による排気の再循環量を増大させて燃焼室内の燃焼温度を低下させる低温燃焼を実施する内燃機関であれば、本発明を適用することができる。そしてこの場合にも、低温燃焼に伴うＨＣ排出量の増大に起因する過給機の動作不良を好適に抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる過給機付き内燃機関、これに適用される排気構造、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【図２】本実施の形態におけるターボチャージャの断面図。
【図３】低温燃焼を実施するか否かを判定するための処理手順を示すフローチャート。
【図４】低温燃焼フラグを設定するためのマップ
【図５】排気切替弁の切替制御にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図６】その他の実施形態にかかる過給機付き内燃機関、これに適用される排気構造、並びにそれらの周辺構成を示す概略構成図。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…噴射ノズル、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホールド、８ａ〜８ｄ…排気通路、８ｅ…第１の集合通路、８ｆ…第２の集合通路、８ｇ…バイパス排気通路、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１２…触媒、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…スロットル弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…スロットル開度センサ、２２…気筒判別センサ、２３…クランク角センサ、２４…アクセル開度センサ、２５…制御装置（ＥＣＵ）、２６…排気通路、２７…燃料供給管、２８…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２９…排気温度センサ、３０…アクチュエータ、３１…排気切替弁、３２…アクチュエータ、３４…内燃機関、３５ａ〜３５ｆ…排気通路、３５ｇ…第１の集合通路、３５ｈ…第２の集合通路、３５ｋ…バイパス排気通路、４０…センタハウジング、４１…コンプレッサハウジング、４２…タービンハウジング、４３…ロータシャフト、４４…コンプレッサホイール、４５…タービンホイール、４９…排気流路、５３…ノズルベーン、５４…ノズル部、＃１…第１気筒、＃２…第２気筒、＃３…第３気筒、＃４…第４気筒、＃５…第５気筒、＃６…第６気筒。
【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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