JP2003286905A - 過給機付き内燃機関及びその排気構造 - Google Patents

過給機付き内燃機関及びその排気構造

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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】内燃機関１の第２気筒＃２及び第３気筒＃
３からそれぞれ排出された排気を合流させてターボチャ
ージャ１１の排気上流側に送る第１の集合通路８ｅと、
同機関１の第１気筒＃１及び第４気筒＃４からそれぞれ
排出された排気を合流させてターボチャージャ１１の排
気上流側に送る第２の集合通路８ｆと、第２の集合通路
８ｆより、ターボチャージャ１１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８ｇと、内燃機関１
が排気再循環装置２８による排気の再循環量を増大させ
て燃焼室内での煤の生成を抑制する低温燃焼を実施する
ときには、第２の集合通路８ｆを通過する排気をバイパ
ス排気通路８ｇに送るように排気の流れ方向を切り替え
る排気切替弁３１とを備える。

Description

【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２００１−１５２
８３２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、前記低温燃焼を実施するときには、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、前記低温燃焼を実施するときに
は、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Ｈ
Ｃ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。
【００１９】請求項６に記載の発明は、排気の一部を吸
気中に再循環させるための排気再循環通路が連結される
とともに、排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式
の過給機が設けられた過給機付き内燃機関の排気構造で
あって、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、前記第２の集合通路を通過した排気が送られ
る方向を、前記過給機の排気上流側と前記バイパス排気
通路との間で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。
【００２０】上記構成では、第１の集合通路を流れる排
気は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、排気切替弁による排気流路の切替に
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、低温燃焼を実施
する過給機付き内燃機関に上記の排気構造を適用すれ
ば、前記排気切替弁を切り替えることで、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、上記構成によれば、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、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。
【００２１】請求項７に記載に発明は、請求項６に記載
の過給機付き内燃機関の排気構造において、前記バイパ
ス排気通路には、排気中に燃料を添加する燃料添加装置
が設けられていることその要旨とする。
【００２２】上記構成では、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。
【００２３】請求項８に記載の発明は、請求項６または
７に記載の過給機付き内燃機関の排気構造において、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。
【００２４】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、Ｈ
Ｃ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６または７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〜４
ｄ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１
２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２
０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ＥＣＵ
２５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４
０、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８
ａ〜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８
ｅ、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Ｈ
Ｃ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、ＥＣ
Ｕ２５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Ｓ１２
０）。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Ｓ１３
０）、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、Ｅ
ＣＵ２５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、Ｅ
ＧＲ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、Ｅ
ＣＵ２５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Ｎ
Ｏ）、すなわち通常燃焼が実施されているときには、Ｅ
ＣＵ２５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Ｈ
Ｃ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３
１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１
２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、４
ａ〜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（ＥＣ
Ｕ）、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、３
０…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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｐ ３Ｇ３０１ Ｆ０１Ｎ 7/08 Ｆ０１Ｎ 7/08 Ｂ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ 37/02 37/02 Ｈ 37/18 Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ 37/24 ３１１Ｂ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ 41/02 ３８０Ｅ ３１１ 43/00 ３０１Ｇ 41/02 ３８０ ３０１Ｎ 43/00 ３０１ ３０１Ｒ ３０１Ｗ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ａ ３０１Ｑ Ｆターム(参考） 3G004 AA01 DA02 DA03 DA21 DA24 EA01 3G005 DA02 EA15 EA16 FA04 FA06 FA30 GA04 GB25 GB28 GD11 GD16 GE09 HA04 HA12 HA13 JA02 JA39 JA42 JA45 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 CA06 DA01 DA02 EA04 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA23 GA01 GA04 GA06 GA09 3G084 AA01 AA03 BA05 BA08 BA13 BA14 BA20 CA03 CA04 CA09 DA10 EA04 EA11 EB08 EC01 EC03 FA07 FA10 FA27 FA33 FA38 3G092 AA02 AA06 AA13 AA17 AA18 BA01 BB01 BB06 BB08 DB03 DC08 DC11 DE01S DE06S DF02 DG06 DG07 EA01 EA02 EC05 EC09 FA10 FA18 GA03 GA16 HA01Z HA06Z HD01Z HE01Z HE03Z HE05Z HF08Z 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 JA24 JA26 KA06 KA23 LA03 LB11 LC03 MA11 MA18 NA08 NB03 NB13 NC02 ND42 NE01 NE06 PA01Z PA11Z PD11Z PE01Z PE03Z PE05Z PF03Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 前記低温燃焼を実施するときには、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ることを特徴とす
    る過給機付き内燃機関。
  2. 【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、 前記低温燃焼を実施するときには、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ることを特
    徴とする過給機付き内燃機関。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【請求項６】排気の一部を吸気中に再循環させるための
    排気再循環通路が連結されるとともに、排気の流勢を利
    用して過給を行う排気駆動式の過給機が設けられた過給
    機付き内燃機関の排気構造であって、 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、 前記第２の集合通路を通過した排気が送られる方向を、
    前記過給機の排気上流側と前記バイパス排気通路との間
    で切り替える排気切替弁とを備えることを特徴とする過
    給機付き内燃機関の排気構造。
  7. 【請求項７】前記バイパス排気通路には、排気中に燃料
    を添加する燃料添加装置が設けられていることを特徴と
    する請求項６に記載の過給機付き内燃機関の排気構造。
  8. 【請求項８】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６または７に記載の過給機
    付き内燃機関の排気構造。
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