(57)【要約】【課題】排気ガス浄化触媒の暖機エネルギーを増加させて暖機時間を短縮し、排気ガス浄化触媒を早期活性化することができる排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステムを提供する。【解決手段】本発明の排気ガス浄化触媒の暖機システムは、過給機１を備えたエンジン２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大可能な吸気量調整手段である電動モータ１ｍと、タービン１ｔに流入する排気ガスの流量を調整する可変ノズル１ｎと、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを強制的に回転させ、可変ノズル１ｎを開状態にし、エンジン２に所定の燃料を供給する制御手段５と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えた内燃機関の排気流路に配置された排気ガス浄化触媒を暖機する排気ガス浄化触媒の暖機方法であって、
前記過給機のタービンに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大させる第一ステップと、
前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整する第二ステップと、
前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる第三ステップと、
を有することを特徴とする排気ガス浄化触媒の暖機方法。
【請求項２】
前記第二ステップは、可変容量式過給機の可変ノズルを開状態にするステップ又はウエストゲート弁を開状態にするステップである、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の暖機方法。
【請求項３】
前記第三ステップは、前記内燃機関に燃料を供給して前記内燃機関により生ずる熱量を増大させるステップである、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の暖機方法。
【請求項４】
前記第三ステップは、前記内燃機関の吸気流路から圧縮空気の一部をバイパスさせて前記内燃機関の排気流路に送気して前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させるステップである、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の暖機方法。
【請求項５】
前記排気ガス浄化触媒が活性化した後、前記過給機及び前記内燃機関を通常運転に復帰させる第四ステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化触媒の暖機方法。
【請求項６】
過給機を備えた内燃機関の排気流路に配置された排気ガス浄化触媒を暖機する排気ガス浄化触媒の暖機システムであって、
前記過給機のタービンに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大可能な吸気量調整手段と、
前記タービンに流入する排気ガスの流量を調整するタービン流量調整手段と、
前記吸気量調整手段により前記タービンを強制的に回転させ、前記タービン流量調整手段により前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整し、前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる制御手段と、
を有することを特徴とする排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【請求項７】
前記タービン流量調整手段は可変ノズル又はウエストゲート弁であり、前記制御手段は可変ノズル又はウエストゲート弁を開状態にして前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整する、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記内燃機関に燃料を供給することにより、前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【請求項９】
前記内燃機関に圧縮空気を供給する吸気流路と前記内燃機関の排気流路とを接続するバイパス流路を有し、前記制御手段は、前記吸気流路から圧縮空気の一部をバイパスさせて前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【請求項１０】
前記排気ガス浄化触媒が活性化したことを検出する検出器を有し、前記制御手段は該検出器の出力に基づいて前記過給機及び前記内燃機関を通常運転状態に復帰させる、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【請求項１１】
前記吸気量調整手段は、前記過給機に接続された電動モータ又は前記過給機の上流側に配置された電動ブースターである、ことを特徴とする請求項６に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステムに関し、特に、過給機を備えた内燃機関の排気ガス浄化触媒を早期活性化することができる排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関を用いた自動車等には、排気ガスを浄化する三元触媒等の触媒が設置されている。かかる排気ガス浄化触媒は、温度が上昇することによって還元能力が活性化して作用するものであるため、その温度管理が重要となる。しかしながら、エンジン始動直後は排気ガスの温度が低いため、排気ガス浄化触媒を活性化させるまでに一定の時間（暖機時間）を要する。かかる問題を解決するために、排気ガス浄化触媒をヒーターで加熱する方法やエンジン始動直後のアイドル回転数を高めに設定する方法等が採用されている。
【０００３】
また、内燃機関には、出力増大のために過給機（ターボチャージャ）を設置したものがある。かかる過給機は、排気ガスのエネルギーをタービンで回収してコンプレッサを作動させ、圧縮空気をエンジンに供給して出力増大を図る装置である。過給機付内燃機関の場合、排気ガス浄化触媒は、過給機の下流側に配置されるのが一般的である。その結果、過給機付内燃機関では、過給機の排気エネルギーの回収と過給機自身の熱容量の関係で、排気ガス浄化触媒に供給される熱量が減少し、過給機のない内燃機関よりも暖機時間が長くなる傾向にある。したがって、過給機付内燃機関においては、暖機時間をいかに短くするかが重要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、触媒コンバータの暖機必要時を判定し、触媒コンバータの暖機必要時にはタービンの回転数を制御してタービン側の排気流入圧力と排気流出圧力との圧力差を所定範囲内に減少させる制御手段を備えていることを特徴とするターボチャージャ制御装置が開示されている。かかる装置によれば、タービン側の排気流入圧力と排気流出圧力との圧力差が短時間の内に極力ゼロに近い所定範囲内に減少し、タービンによる排気熱エネルギーの消費が抑制され、触媒コンバータは短時間に効率的に暖機される。特に、可変ノズルを有する可変容量過給機では、可変ノズルのベーンを全開状態に操作して、排気流入圧力と排気流出圧力との圧力差を減少することにより、タービンを通過する排気の流速を低下させてタービンに作用する排気熱エネルギーを減少させている。
【特許文献１】特開２００７−２７８２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたターボチャージャ制御装置は、内燃機関で発生した熱量の損失をできるだけ減少させ、その分を排気ガス浄化触媒の暖機エネルギーに充てようとすることを技術的思想としており、熱量の損失量の減少には限界がある。また、タービン側の排気流入圧力と排気流出圧力との圧力差が短時間の内に極力ゼロに近い所定範囲内に減少させた場合、タービンを通過する排気の流速が低下することから、過給される空気量も低下することとなり、内燃機関における空燃比の制限から燃料の供給を抑制しなければならず、内燃機関で発生する熱量が減少してしまい、結果として、排気ガス浄化触媒の暖機エネルギーも減少することとなり、暖機時間を短縮することができなくなってしまうという問題もある。
【０００６】
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、排気ガス浄化触媒の暖機エネルギーを増加させて暖機時間を短縮し、排気ガス浄化触媒を早期活性化することができる排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、過給機を備えた内燃機関の排気流路に配置された排気ガス浄化触媒を暖機する排気ガス浄化触媒の暖機方法であって、前記過給機のタービンに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大させる第一ステップと、前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整する第二ステップと、前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる第三ステップと、を有することを特徴とする排気ガス浄化触媒の暖機方法が提供される。
【０００８】
前記第二ステップは、例えば、可変容量式過給機の可変ノズルを開状態にするステップ又はウエストゲート弁を開状態にするステップである。
【０００９】
また、前記第三ステップは、例えば、前記内燃機関に燃料を供給して前記内燃機関により生ずる熱量を増大させるステップであってもよいし、前記内燃機関の吸気流路から圧縮空気の一部をバイパスさせて前記内燃機関の排気流路に送気して前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させるステップであってもよい。
【００１０】
さらに、本発明は、前記排気ガス浄化触媒が活性化した後、前記過給機及び前記内燃機関を通常運転に復帰させる第四ステップを有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明によれば、過給機を備えた内燃機関の排気流路に配置された排気ガス浄化触媒を暖機する排気ガス浄化触媒の暖機システムであって、前記過給機のタービンに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大可能な吸気量調整手段と、前記タービンに流入する排気ガスの流量を調整するタービン流量調整手段と、前記吸気量調整手段により前記タービンを強制的に回転させ、前記タービン流量調整手段により前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整し、前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる制御手段と、を有することを特徴とする排気ガス浄化触媒の暖機システムが提供される。
【００１２】
前記タービン流量調整手段が、可変ノズル又はウエストゲート弁である場合、前記制御手段は可変ノズル又はウエストゲート弁を開状態にして前記タービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整することが好ましい。
【００１３】
前記制御手段は、例えば、前記内燃機関に燃料を供給することにより、前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる。
【００１４】
本発明の暖機システムが、前記内燃機関に圧縮空気を供給する吸気流路と前記内燃機関の排気流路とを接続するバイパス流路を有する場合、前記制御手段は、前記吸気流路から圧縮空気の一部をバイパスさせて前記内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させるようにしてもよい。
【００１５】
さらに、本発明の暖機システムが、前記排気ガス浄化触媒が活性化したことを検出する検出器を有する場合、前記制御手段は該検出器の出力に基づいて前記過給機及び前記内燃機関を通常運転状態に復帰させるようにすることが好ましい。
【００１６】
なお、前記吸気量調整手段は、例えば、前記過給機に接続された電動モータ又は前記過給機の上流側に配置された電動ブースターである。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明の排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステムによれば、エンジン始動時等のように排気ガス浄化触媒の暖機が必要な場合に、内燃機関により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させるとともに、過給機のタービンにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整することにより、排気ガス浄化触媒の暖機エネルギーを増大させて暖機時間を短縮することができ、排気ガス浄化触媒を早期活性化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図１〜図９を用いて説明する。ここで、図１は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第一実施形態を示す概略構成図である。
【００１９】
図１に示した本発明の排気ガス浄化触媒の暖機システムは、過給機１を備えたエンジン（内燃機関）２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大可能な吸気量調整手段である電動モータ１ｍと、タービン１ｔに流入する排気ガスの流量を調整する可変ノズル１ｎと、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを強制的に回転させ、可変ノズル１ｎを開状態にし、エンジン２に所定の燃料を供給する制御手段５と、を有する。
【００２０】
前記過給機１は、排気ガスのエネルギーをタービン１ｔで回収してコンプレッサ１ｃを作動させ、圧縮空気をエンジン２に供給して出力増大を図る装置である。コンプレッサ１ｃは、入口側が外部の空気を吸気する吸気流路６に接続され、出口側が圧縮空気をエンジン２に供給するエンジン吸気流路６ｅに接続されている。エンジン吸気流路６ｅには、圧縮空気を冷却するインタークーラが配置されていてもよい。
【００２１】
また、図１に示した過給機１は、タービン１ｔを強制的に回転させる電動モータ１ｍを有し、タービン１ｔに供給される排気ガス流量に依存することなく、過給機１を作動できるように構成されている。また、タービン１ｔの排気ガスの入口部にはタービン流量調整手段である可変ノズル１ｎが配置されており、過給機１は、いわゆる可変容量式過給機を構成している。可変容量式過給機では、タービン１ｔに供給される排気ガスの流量を可変ノズル１ｎの開閉により制御することができ、それによってエンジン２に供給される圧縮空気の流量を制御することができ、一つの過給機１でエンジン２の広い運転範囲をカバーして高い過給効率を確保することができる。可変ノズル１ｎは、過給機１を可変容量式とすることができる機構の全てを含む意味であり、例えば、フラップ式やベーン式のものが存在している。なお、図１では、可変ノズル１ｎの開状態を図示している。また、タービン１ｔは、入口側がエンジン２の排気ガスを送気するエンジン排気流路３ｅに接続され、出口側が外部に排気ガスを放出する排気流路３に接続されている。
【００２２】
前記エンジン２は、例えば、自動車等に搭載されたディーゼルエンジンやガソリンエンジンである。エンジン２は、運転状況に応じて圧縮空気や燃料の供給量が制御される。かかる制御は、車載された電子制御ユニット（ＥＣＵ）により行われる。エンジン２の制御は、空燃比（空気質量／燃料質量）によって制御される。例えば、通常運転時には、排気ガス浄化触媒４を効果的に作用させるために理論空燃比（空気中の酸素と燃料が過不足なく反応する状態）に近い空燃比となるように制御される。また、燃費の向上と排ガス中の有害物質の低減を図るために、理論空燃比よりも低い空燃比（経済空燃比）となるように制御されることもある。また、エンジン２の始動時には、出力の増大を図るために、燃料リッチな空燃比となるように制御される。なお、この電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、本発明の暖機システムにおける制御手段５としての役割も担っている。
【００２３】
前記排気ガス浄化触媒４は、例えば、三元触媒である。三元触媒は、排気ガス中に含まれる有害物質（主に炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物）を除去する排気ガス浄化触媒４であるが、本発明に使用される排気ガス浄化触媒４は、三元触媒に限定されるものではない。排気ガス浄化触媒４には、活性化したか否かを検出する検出器４ｓが設置されている。検出器４ｓは、例えば、温度計や酸素濃度検出器である。検出器４ｓとして温度計を採用した場合は、排気ガス浄化触媒４が活性化する温度（三元触媒の場合には２００〜３００℃）に達したか否かを検出する。また、排気ガス浄化触媒４の温度は排気ガスの温度により定まるため、排気ガス浄化触媒４の直前又は直後の排気ガスの温度を検出するように配置してもよい。検出器４ｓとして酸素濃度検出器を採用した場合は、排気ガス浄化触媒４が機能しているか否かを検出する。この場合、排気ガス浄化触媒４の直後に配置するのが好ましい。また、二酸化炭素等の酸素以外のガス濃度を検出するようにしてもよい。
【００２４】
前記制御手段５は、具体的には、上述した電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御手段５は、エンジン２を始動させるイグニッションキー７と電気的に接続されており、エンジン２が始動されたことを検知できるよう構成されている。また、制御手段５は、エンジン２の燃料供給手段と電気的に接続されており、エンジン２が所望の空燃比となるようにエンジン２に燃料を供給できるように構成されている。また、制御手段５は、電動モータ１ｍと電気的に接続されており、電動モータ１ｍの駆動・停止・回転数制御を行うことができるように構成されている。また、制御手段５は、可変ノズル１ｎと電気的に接続されており、可変ノズル１ｎの開閉を制御することができるように構成されている。さらに、制御手段５は、検出器４ｓと電気的に接続されており、排気ガス浄化触媒４が活性化したか否かを感知することができるように構成されている。なお、かかる制御手段５の作用については後述する。
【００２５】
続いて、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第二実施形態について説明する。ここで、図２は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第二実施形態を示す概略構成図である。なお、第一実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２６】
図２に示した本発明の排気ガス浄化触媒の暖機システムは、過給機１を備えたエンジン２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔを駆動させる電動モータ１ｍと、タービン１ｔに流入する排気ガスの流量を調整するウエストゲート弁１ｗと、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを強制的に回転させ、ウエストゲート弁１ｗを開状態にし、エンジン２に所定の燃料を供給する制御手段５と、を有する。
【００２７】
すなわち、第二実施形態は、タービン流量調整手段としてウエストゲート弁１ｗを採用したものである。ウエストゲート弁１ｗは、エンジン吸気流路６ｅに接続された分流路２１と、タービン１ｔの下流側の排気流路３に接続されたバイパス流路を有する。ウエストゲート弁１ｗは、一般に、エンジン吸気流路６ｅを流れる圧縮空気の圧力が高くなり過ぎた場合に、ウエストゲート弁１ｗを開状態にして、排気ガスがタービン１ｔをバイパスするように送気することにより、コンプレッサ１ｃの吸気流量を減少させて圧縮空気の圧力を低下させる装置である。言い換えれば、ウエストゲート弁１ｗを開状態にして、排気ガスがタービン１ｔをバイパスするように送気した場合には、タービン１ｔの仕事量が減ることを意味する。すなわち、この状態でタービン１ｔを電動モータ１ｍで強制的に任意の回転数で駆動させたとしても、タービン１ｔの駆動が排気ガスのエネルギーを何ら損失させることはない。また、ウエストゲート弁１ｗは、制御手段５である電子制御ユニット（ＥＣＵ）と電気的に接続されており、ウエストゲート弁１ｗの開閉を制御することができるように構成されている。その他の構成については、図１に示した第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。
【００２８】
ここで、図３は、タービン流量調整手段の模式図であり、（Ａ）は可変ノズル、（Ｂ）はウエストゲート弁を示している。なお、図３（Ａ）において、可変ノズル１ｎのベーン３１は、実際にはベーン３１の背側又は腹側が見える状態であるが、ここでは説明の都合上、翼型がわかるように向きを変えて記載している。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、可変ノズル１ｎは、タービン１ｔとエンジン排気流路３ｅとの間に配置されており、タービン１ｔの入口側の直前に配置されている。可変ノズル１ｎは、タービンハウジングに回転可能に設置されたベーン３１を有している。そして、タービン１ｔに供給される排気ガスの流量を絞って流速を速くしたい場合には、図３（Ａ）において一点鎖線で示すように、ベーン３１を閉状態にする。逆に、タービン１ｔに供給される排気ガスの流量を多くして流速を遅くしたい場合には、図３（Ａ）において実線で示すように、ベーン３１を開状態にする。ベーン３１を開状態にした場合には、可変ノズル１ｎにおける排気ガスの抵抗が少なくなるため、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるようにすることができる。また、タービン１ｔの流量が増えるため、それに見合った回転数までタービン１ｔを電動モータ１ｍで駆動させることができ、コンプレッサ１ｃの吸気流量を増加させてエンジン２に供給される圧縮空気の流量を増加させることができ、エンジン２の空燃比の上限を上昇させることができ、エンジン２に燃料を供給することができる環境を作り出すことができる。
【００３０】
図３（Ｂ）に示すように、ウエストゲート弁１ｗは、分流路２１に接続されたアクチュエータ３２と、アクチュエータ３２により開閉される弁体３３と、を有している。分流路２１が接続されたエンジン吸気流路６ｅを流れる圧縮空気の圧力が低い場合には、図３（Ｂ）において一点鎖線で示すように、アクチュエータ３２は、弁体３３がエンジン排気流路３ｅに押し付けられてバイパス流路２２を閉じる状態になっている。そして、エンジン吸気流路６ｅを流れる圧縮空気の圧力が所定圧力よりも高くなった場合には、図３（Ｂ）において実線で示すように、アクチュエータ３２は、弁体３３がエンジン排気流路３ｅから離間されてバイパス流路２２を開く状態に切り換える。かかる動作により、エンジン排気流路３ｅを流れる排気ガスを、タービン１ｔをバイパスさせて下流の排気流路３に流すことができ、タービン１ｔを流れる排気ガスの流量を減少させることができ、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるようにすることができる。したがって、ウエストゲート弁１ｗを開状態にした場合には、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを任意の回転数で駆動させても排気ガスのエネルギー損失への影響が少ない。
【００３１】
次に、上述した本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムを用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法について説明する。ここで、図４は、図１及び図２に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムを用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法を示すブロック図である。
【００３２】
図４に示した本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機方法は、過給機１を備えたエンジン２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機方法であり、過給機１のタービン１ｔに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大させる第一ステップＳ１と、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整する第二ステップＳ２と、エンジン２により生ずる熱量を増大させる第三ステップＳ３と、排気ガス浄化触媒４が活性化した後、過給機１及びエンジン２を通常運転に復帰させる第四ステップＳ４と、を有する。
【００３３】
前記第一ステップＳ１は、イグニッションキー７の操作により制御手段５がエンジン２の始動を感知すると、クラッチを接続して電動モータ１ｍの駆動力をタービン１ｔに伝動してタービン１ｔを強制的に回転させるステップである。かかる操作により、排気ガスの流量に関係なくコンプレッサ１ｃを回転させることができ、外部の空気を吸気して圧縮空気をエンジン２に供給することができる。
【００３４】
前記第二ステップＳ２は、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるようにタービン流量調整手段（可変ノズル１ｎ、ウエストゲート弁１ｗ等）を制御するステップである。具体的には、イグニッションキー７の操作により制御手段５がエンジン２の始動を感知すると、可変ノズル１ｎやウエストゲート弁１ｗを開状態、好ましくは全開状態にする。すなわち、第一ステップＳ１及び第二ステップＳ２は、実質的に同時に制御手段５により操作される。
【００３５】
可変ノズル１ｎを開状態にした場合には、可変ノズル１ｎにおける排気ガスの抵抗が少なくなるため、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が減少する。また、タービン１ｔの流量が増えるため、それに見合った回転数（排気ガスに負荷がかからない回転数）までタービン１ｔを電動モータ１ｍで駆動させることができ、コンプレッサ１ｃの吸気流量を増加させてエンジン２に供給される圧縮空気の流量を増加させることができる。また、ウエストゲート弁１ｗを開状態にした場合には、タービン１ｔを流れる排気ガスの流量が減少するため、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が減少する。したがって、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを任意の回転数で駆動させることができ、コンプレッサ１ｃの吸気流量を増加させてエンジン２に供給される圧縮空気の流量を増加させることができる。
【００３６】
前記第三ステップＳ３は、エンジン２に燃料を供給してエンジン２の熱量を増大させるステップである。本発明では、第二ステップＳ２により、エンジン２に供給される圧縮空気の流量を増加させることができるため、エンジン２の空燃比の上限を上昇させることができ、エンジン２に燃料を供給して熱量を増大させることができる。具体的には、制御手段５がエンジン２の空燃比を確認しながら、燃料の供給量を制御する。図４に示すように、制御手段５は、エンジン２の空燃比が限界に達しているか否か確認し、空燃比が上限に達していない場合（Ｎ）にはエンジン２に燃料を供給し、空燃比が上限に達している場合（Ｙ）には燃料の供給を停止する。
【００３７】
前記第四ステップＳ４は、排気ガス浄化触媒４が活性化した後、排気ガス浄化触媒４の暖機を終了して通常運転に復帰させるステップである。第三ステップＳ３によりエンジン２の熱量を増大させることにより、排気ガス浄化触媒４の暖機エネルギーを増大させることができ、排気ガス浄化触媒４を早期に活性化させることができる。そして、制御手段５は、検出器４ｓの信号により、排気ガス浄化触媒４が活性化したか否かを検出する。排気ガス浄化触媒４が活性化していない場合（Ｎ）には第三ステップＳ３に戻ってエンジン２の燃料制御を行い、排気ガス浄化触媒４が活性化した場合（Ｙ）には電動モータ１ｍを停止してクラッチを解除する。かかる操作により、タービン１ｔを電動モータ１ｍから切り離し、排気ガスのエネルギーにより回転される通常運転状態に復帰させることができる。通常運転状態では、エンジン２の要求出力等に応じて、制御手段５が燃料供給量やタービン流量調整手段（可変ノズル１ｎ、ウエストゲート弁１ｗ等）の開閉を制御する。
【００３８】
続いて、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第三実施形態について説明する。ここで、図５は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第三実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）はバイパス流路の出口をタービンと排気ガス浄化触媒の間に排気流路に接続した場合、（Ｂ）はバイパス流路の出口をエンジンとタービンの間に排気流路に接続した場合を示している。なお、第一実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３９】
図５（Ａ）に示した本発明の排気ガス浄化触媒の暖機システムは、過給機１を備えたエンジン２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔを駆動させる電動モータ１ｍと、タービン１ｔに流入する排気ガスの流量を調整する可変ノズル１ｎと、エンジン２に圧縮空気を供給するエンジン吸気流路６ｅと排気流路３とを接続するバイパス流路５１と、電動モータ１ｍによりタービン１ｔを強制的に回転させ、可変ノズル１ｎを開状態にし、バイパス流路５１により圧縮空気の一部をバイパスさせる制御手段５と、を有する。
【００４０】
すなわち、図５（Ａ）に示した第三実施形態は、エンジン２をバイパス可能なバイパス流路５１を配置し、圧縮空気の一部をタービン１ｔと排気ガス浄化触媒４の間の排気流路３に２次空気として供給することにより、排気ガス浄化触媒４への酸素供給量を増大させて排気ガス浄化触媒４の触媒反応を促進させるようにしたものである。また、図５（Ａ）に示すように、バイパス流路５１は、バイパス流路５１を開閉するバルブ５２を有し、バルブ５２は制御手段５と電気的に接続されている。したがって、バイパス流路５１は、制御手段５の信号により任意のタイミングで圧縮空気の一部をバイパスさせることができる。その他の構成については、図１に示した第一実施形態と同じであるため、詳細な説明を省略する。なお、図示しないが、タービン流量調整手段として、可変ノズル１ｎの代わりにウエストゲート弁１ｗを採用してもよい。
【００４１】
図５（Ｂ）に示した本発明の排気ガス浄化触媒の暖機システムは、図５（Ａ）に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムにおけるバイパス流路５１の出口をエンジン排気流路３ｅに接続したものである。このように、エンジン２をバイパス可能なバイパス流路５１を配置し、圧縮空気の一部をエンジン２とタービン１ｔの間のエンジン排気流路３ｅに２次空気として供給することにより、排気ガスに含まれる未燃分の燃料を燃焼させて、エンジン２により生じる熱量を増大させることができる。特に、エンジン２の始動時には、出力の増大を図るために、燃料リッチな空燃比となるように制御されるため、エンジン２の直後のエンジン排気流路３ｅに圧縮空気を供給することにより、未燃分の燃料を燃焼させ易く、効率的に熱量を増大させることができる。その他の構成については、図５（Ａ）に示したシステムと同じであるため、図及び詳細な説明を省略する。
【００４２】
次に、上述した排気ガス浄化触媒の暖機システムの第三実施形態を用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法について説明する。ここで、図６は、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムを用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法を示すブロック図である。
【００４３】
図６に示した本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機方法は、図４に示した排気ガス浄化触媒の暖機方法と同様に、過給機１を備えたエンジン２の排気流路３に配置された排気ガス浄化触媒４を暖機する排気ガス浄化触媒４の暖機方法であり、過給機１のタービン１ｔに供給される排気ガス流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大させる第一ステップＳ１と、タービン１ｔにおける排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように調整する第二ステップＳ２と、エンジン２により生ずる熱量を増大させる又は前記排気ガス浄化触媒の触媒反応を促進させる第三ステップＳ３と、排気ガス浄化触媒４が活性化した後、過給機１及びエンジン２を通常運転に復帰させる第四ステップＳ４と、を有する。なお、前記第一ステップＳ１及び前記第二ステップＳ２は、図４に示した排気ガス浄化触媒の暖機方法と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４４】
前記第三ステップＳ３は、図５（Ａ）に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムでは、圧縮空気の一部を排気流路３に２次空気として供給することにより、排気ガス浄化触媒４への酸素供給量を増大させて排気ガス浄化触媒４の触媒反応を促進させるステップである。また、前記第三ステップＳ３は、図５（Ｂ）に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムでは、圧縮空気の一部を排気流路３ｅに２次空気として供給することにより、排気ガスに含まれる未燃分の燃料を燃焼させて、エンジン２により生じる熱量を増大させるステップである。具体的には、イグニッションキー７の操作により制御手段５がエンジン２の始動を感知すると、図５に示したバルブ５２を開いて圧縮空気の一部をバイパス流路５１によりエンジン２をバイパスさせて排気流路３又はエンジン排気流路３ｅに供給する。このバルブ５２を開くタイミングは、第一ステップＳ１及び第二ステップＳ２と実質的に同じタイミングであってもよいし、圧縮空気の供給量が一定量に達した状態を見計らったタイミングであってもよい。例えば、エンジン２の始動後の一定時間経過後にバルブ５２を開くようにしてもよい、圧縮空気の流量を計測して一定量に達したタイミングでバルブ５２を開くようにしてもよい。
【００４５】
前記第四ステップＳ４は、排気ガス浄化触媒４が活性化した後、排気ガス浄化触媒４の暖機を終了して通常運転に復帰させるステップである。第三ステップＳ３により排気ガス浄化触媒４の触媒反応を促進させる又はエンジン２の熱量を増大させることにより、排気ガス浄化触媒４の暖機エネルギーを増大させることができ、排気ガス浄化触媒４を早期に活性化させることができる。そして、制御手段５は、検出器４ｓの信号により、排気ガス浄化触媒４が活性化したか否かを検出する。排気ガス浄化触媒４が活性化していない場合（Ｎ）にはバルブ５２を開いた状態を維持し、排気ガス浄化触媒４が活性化した場合（Ｙ）にはバルブ５２を閉じ、電動モータ１ｍを停止してクラッチを解除する。かかる操作により、圧縮空気のバイパスを停止することができるとともに、タービン１ｔを電動モータ１ｍから切り離し、排気ガスのエネルギーにより回転される通常運転状態に復帰させることができる。
【００４６】
ここで、図７は、図６に示した排気ガス浄化触媒の暖機方法の変形例を示すブロック図である。第三ステップＳ３以外は、図６に示した排気ガス浄化触媒の暖機方法のブロック図と同じであるため、重複した説明を省略する。
【００４７】
図７に示した変形例は、第三ステップＳ３において、エンジン２に燃料を供給して熱量を更に増大させるようにしたものである。本発明では、第二ステップＳ２により、エンジン２に供給される圧縮空気の流量を増加させることができるため、エンジン２の空燃比の上限を上昇させることができ、エンジン２に燃料を供給して熱量を増大させることもできる。具体的には、制御手段５がエンジン２の空燃比を確認しながら、燃料の供給量を制御する。図７に示すように、制御手段５は、エンジン２の空燃比が限界に達しているか否か確認し、空燃比が上限に達していない場合（Ｎ）にはエンジン２に燃料を供給し、空燃比が上限に達している場合（Ｙ）には燃料の供給を停止する。すなわち、本変形例では、エンジン２に燃料を供給するステップと、圧縮空気の一部を排気流路３又はエンジン排気流路３ｅに２次空気として供給するステップと、を並行して行うようにさせている。このように、圧縮空気のバイパスによる未燃分の燃料の燃焼と燃料の供給による燃焼により、エンジン２により生じる熱量を効果的に増大させることができ、排気ガス浄化触媒４の暖機時間をより短縮することができる。また、排気ガス浄化触媒４への酸素供給による触媒反応の促進とエンジン２への燃料の供給による熱量の増大とを組み合わせることにより、排気ガス浄化触媒４の暖機時間を効果的に短縮することができる。
【００４８】
次に、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第四実施形態について説明する。ここで、図８は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第四実施形態を示す概略構成図である。なお、第一実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００４９】
図８に示した第四実施形態は、吸気量調整手段として、過給機１の上流側に電動ブースター８１を配置したものである。かかる第四実施形態では、図１に示した駆動モータ１ｍは不要であり、図８に示したように駆動モータ１ｍを有しない通常の過給機１を使用している。勿論、過給機１として、冗長的に駆動モータ１ｍを有する電動モータ付過給機を使用してもよい。電動ブースター８１は、吸気流路６に配置されたコンプレッサ８１ｃと、コンプレッサ８１ｃに接続された電動モータ８１ｍと、から構成される。また、電動モータ８１ｍは、制御手段５と電気的に接続されており、電動モータ８１ｍの駆動・停止・回転数制御を行うことができるように構成されている。かかる電動ブースター８１を配置することにより、タービン１ｔを流れる排気ガスの流量に依存することなく圧縮空気の流量を増大させることができる。また、電動ブースター８１を駆動させると吸気される圧縮空気により、過給機１のコンプレッサ１ｃを強制的に駆動させることができ、連動してタービン１ｔも強制的に駆動させることができる。なお、かかる第四実施形態を用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法については、第一ステップＳ１において駆動モータ１ｍの代わりに駆動モータ８１ｍを駆動させればよいだけであるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５０】
次に、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第五実施形態について説明する。ここで、図９は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第五実施形態を示す概略構成図である。なお、第一実施形態と同じ構成部品については同じ符号を付し、重複した説明を省略する。
【００５１】
図９に示した本発明の第五実施形態は、過給機１のタービン１ｔとコンプレッサ１ｃとを分離し、タービン１ｔに発電機１ｇを接続し、コンプレッサ１ｃに電動モータ１ｍを接続したものである。発電機１ｇ及び電動モータ１ｍは、蓄電池９１に接続されており、発電機１ｇで発生した電気を蓄電池９１で貯蓄し、蓄電池９１の電気を電動モータ１ｍに供給できるように構成されている。かかる構成によれば、タービン１ｔを流れる排気ガスの流量に依存することなく電動モータ１ｍによりコンプレッサ１ｃを駆動させて圧縮空気の流量を増大させることができる。また、排気ガス浄化触媒４を暖機する場合には、発電機１ｇを無負荷にして排気ガスがタービン１ｔで行う仕事量を最小限に抑制するようにすればよい。なお、かかる第五実施形態を用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法については、第一ステップＳ１において駆動モータ１ｍを駆動させるとともに発電機１ｇを無負荷に切り換えればよいだけであるため、ここでは詳細な説明を省略する。かかる第六実施形態は、タービン１ｔとコンプレッサ１ｃとを分離したことにより、機器レイアウト上の制約が少なく、汎用性に優れる等の効果も奏する。
【００５２】
本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、第四実施形態及び第五実施形態の排気ガス浄化触媒の暖機システムにおいて第二実施形態や第三実施形態を適用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第二実施形態を示す概略構成図である。
【図３】図１及び図２に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムのタービン流量調整手段の模式図であり、（Ａ）は可変ノズル、（Ｂ）はウエストゲート弁を示している。
【図４】図１及び図２に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムを用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第三実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）はバイパス流路の出口をタービンと排気ガス浄化触媒の間に排気流路に接続した場合、（Ｂ）はバイパス流路の出口をエンジンとタービンの間に排気流路に接続した場合を示している。
【図６】図５（Ａ）及び（Ｂ）に示した排気ガス浄化触媒の暖機システムを用いた排気ガス浄化触媒の暖機方法を示すブロック図である。
【図７】図６に示した排気ガス浄化触媒の暖機方法の変形例を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第四実施形態を示す概略構成図である。
【図９】本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの第五実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  過給機
１ｔ  タービン
１ｃ  コンプレッサ
１ｍ  電動モータ
１ｎ  可変ノズル
１ｗ  ウエストゲート弁
１ｆ  スクロール部
２  エンジン
３  排気流路
３ｅ  エンジン排気流路
４  排気ガス浄化触媒
４ｓ  検出器
５  制御手段
６  吸気流路
６ｅ  エンジン吸気流路
７  イグニッションキー
２１  分流路
２２  バイパス流路
３１  ベーン
３２  アクチュエータ
３３  弁体
５１  バイパス流路
５２  バルブ
８１  電動ブースター
８１ｃ  コンプレッサ
８１ｍ  電動モータ
９１  蓄電池
【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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【図９】
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