JP2005171932A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、内燃機関の排気浄化装置において、低負荷状態などの排気温度が低い状況でも良好なエミッションを維持しつつ、急加速状態においても良好なドライバビリティを得ることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気枝管１８における、過給機１５の排気タービン１５ｂの上流に排気浄化触媒１２を備え、排気浄化触媒１２を通過した後の排気によって排気タービン１５ｂを回転させる構成において、内燃機関１の急加速状態においては、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１２を回避させ、脈動が排気浄化触媒１２によって緩和されないままの状態の排気によって直接排気タービン１５ｂを回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関における過給機の構成としては、内燃機関の排気通路に、内燃機関からの排気の排圧を駆動源として回転する排気タービンを配置するとともに、吸気通路に、この排気タービンと一体に回転して内燃機関に向けて吸入空気を圧送するコンプレッサを配置したものが一般的に知られている。この過給機においては、内燃機関からの排気で排気タービンを回転させ、この回転を利用してコンプレッサを作動させる。

また、この過給機を備えた内燃機関においては、過給機の上流の排気通路に排気浄化触媒を配置する技術が知られている。（例えば特許文献１参照。）。この技術においては、より内燃機関に近い場所に排気浄化触媒を配置したために、より高温の排気を排気浄化触媒に導入することができ、排気温度が低い低負荷状態などにおいても良好に排気を浄化することができる。また、一般に、内燃機関からの排気において、各気筒から順番に燃焼ガスが排出されることにより生じる脈動が顕著である方が、過給機の排気タービンの回転効率が向上することが知られている。

ここで、上記の従来技術においては、内燃機関からの排気が排気浄化触媒を通過する際に整流され、排気の脈動が緩和されるために排気タービンの回転効率が低下する場合があった。また、内燃機関からの排気が、熱容量の大きな排気浄化触媒を通過する際に冷却され、体積が減少することにより、排気タービンの回転効率が低下する場合があった。これらの結果、内燃機関の急加速状態において、過給機による過給圧の立ち上がりが遅れ、ドライバビリティが悪化するおそれがあった。
特開２００３−２０６７２２号公報 特開平０７−３３２０７２号公報 特開平０９−２０９７４２号公報

本発明の目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、低負荷状態などの排気温度が低い状況でも良好なエミッションを維持しつつ、急加速状態においても良好なドライバビリティを得ることができる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、内燃機関の排気通路における、過給機の排気タービンの上流に排気浄化触媒を備え、排気浄化触媒を通過した後の排気によって排気タービンを回転させる構成において、内燃機関の急加速状態においては、内燃機関からの排気に排気浄化触媒を回避させ、直接排気タービンを回転させるようにすることを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンの回転によりコンプレッサを作動させ、前記内燃機関の吸気圧を上昇させる過給機と、
前記排気通路における前記排気タービンの上流側に配置され、酸化能を有する排気浄化触媒と、を備え、
前記排気通路を通過する排気が、前記排気タービンに導入される前に、前記排気浄化触媒を通過することにより浄化される内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気通路に設けられるとともに、該排気通路を通過する排気に前記排気浄化触媒を回避させる触媒回避手段をさらに備え、
前記内燃機関が所定の加速状態にある場合は、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させることを特徴とする。

こうすれば、内燃機関の所定の加速状態においては、排気浄化触媒を通過しておらず脈動が緩和されないままの排気を、排気タービンに導入することができる。また、排気浄化触媒によって冷却されていない高温のままの排気を、排気タービンに導入することができる。結果として、排気タービンの回転効率を向上させることができ、過給圧の立ち上がりを向上させることができる。

ここにおいて、所定の加速状態とは、いわゆる急加速状態を意味し、例えば、内燃機関に要求される要求出力の変化率が、所定値以上である状態と定義するとよい。具体的には、フィルタ再生処理中に運転者によって車輌のアクセルが踏み込まれるなどして、機関出力の増加が要求された場合に、アクセルの踏み込み速度が所定値以上である状態としてもよい。

これにより、運転者の加速要求の度合いが大きい場合に、排気に排気浄化触媒を回避させることができるので、内燃機関の急加速状態において、より良好なドライバビリティを得ることができる。

また、所定の加速状態を、前記過給機の作動によって得られる過給圧が、その時に前記内燃機関に要求されている要求出力を満たすために必要な過給圧よりも低い状態と定義してもよい。

すなわち、内燃機関を急加速させる場合には、内燃機関に備えられた過給機により過給圧を上昇させる必要がある。しかし、排気タービンの上流に排気浄化触媒が配置されている場合には、排気タービンを回転させる排気の脈動が緩和され、過給圧の立ち上がりが遅くなるおそれがある。従って、内燃機関の過給圧が、その時に要求されている加速に必要な過給圧よりも低い場合を所定の加速状態と定義し、その場合には排気に排気浄化触媒を回避させることで、内燃機関の急加速状態において、良好なドライバビリティを得ることができる。

また、本発明においては、前記触媒回避手段は、前記排気通路における前記排気浄化触媒の上流側と下流側とを連通させるバイパス路と、
該バイパス路を通過する排気の量を制御するバイパス量制御弁と、を有し、
前記バイパス量制御弁により、前記バイパス路に前記排気を導入することにより、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させるようにするとよい。

すなわち、内燃機関の排気通路において、排気浄化触媒をバイパスするバイパス路及びバイパス量制御弁を有し、急加速状態においては、バイパス量制御弁によって、排気に排気浄化触媒をバイパスさせる。これにより、バイパス量制御弁を開閉させる簡単な動作で、確実に、内燃機関の排気に排気浄化触媒を回避させることができる。

ここにおいて、前記排気通路から、バイパス路を経由して排気タービンに到る経路は、なるべく直線状に形成するのがよい。これにより、内燃機関の急加速状態において排気を直線的に排気タービンに導入できるので、排気タービンの回転効率をより向上させることができる。

また、本発明においては、前記排気浄化触媒は、前記排気通路の内部に回転可能に支持され、
前記触媒回避手段は、前記排気浄化触媒を前記排気通路における排気の通過方向に垂直な軸周りに回動させる触媒回動手段を有し、
前記触媒回動手段が、前記排気通路の内部において前記排気浄化触媒を、前記排気浄化触媒の前端面に前記排気が導入されない位置まで回転させることにより、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させるとよい。

すなわち、この場合は、排気浄化触媒を、排気通路の内部に回転可能に支持しておく。そして、所定の加速状態においては、排気浄化触媒を回動させ、排気浄化触媒の前端面に排気が導入されない位置まで回転させる。このことにより、排気は排気浄化触媒には導入されないこととなる。こうすれば、排気通路に、バイパス路などの特別な構成を新たに備えることなく、簡単な構成で、排気に排気浄化触媒を回避させることができる。

また、本発明においては、内燃機関からの排気における脈動の大きさを検出する脈動検出手段を備え、内燃機関の所定の加速状態であって、且つ、排気における脈動が所定レベル以下の場合にのみ、排気に、排気浄化装置を回避させるようにしてもよい。こうすれば、内燃機関の急加速状態においても、排気における脈動の大きさが所定レベルより大きい場合には、排気に、排気浄化装置を回避させないようにでき、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。

また、本発明においては、内燃機関からの排気における脈動の大きさを検出する脈動検出手段を備え、上述した、バイパス量制御弁または、触媒回動手段を、脈動検出手段により検出される脈動が所定レベルになるように制御してもよい。こうすれば、内燃機関への加速要求を満たすために必要な脈動レベルを維持できる量だけ、排気に排気浄化触媒を回避させることができるので、必要以上の量の排気に排気浄化触媒を回避させることを抑制することができ、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。

なお、本発明において、内燃機関からの排気に排気浄化触媒を回避させる場合には、内燃機関からの排気の全てが、排気浄化触媒を回避することが望ましい。しかし、排気タービンの回転効率を向上させることができ、過給圧の立ち上がりを向上させるということに代表される、本発明特有の作用・効果を得ることができる限り、内燃機関からの排気の全てが排気浄化触媒を回避する必要はない。従って、内燃機関からの排気に排気浄化触媒を回避させる場合に、本発明の思想を逸脱しない範囲で排気浄化触媒に微量の排気が流入しても問題はない。

また、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、内燃機関の排気浄化装置において、低負荷状態などの排気温度が低い状況でも良好なエミッションを維持しつつ、急加速状態においても良好なドライバビリティを得ることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１
に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する多気筒ディーゼル機関である。

内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。そして、コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。

また、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、この吸気枝管８の上流側は、さらに吸気管９と接続されている。この吸気管９には、遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサ１５ａと、該コンプレッサ１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６とが取り付けられている。

一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、この排気枝管１８は、前記遠心過給機１５の排気タービン１５ｂと接続されている。また、この排気枝管１８は、排気タービン１５ｂとの接続部までの途中で、排気浄化触媒１２を有する触媒排気通路１８ａと、バイパス路１８ｂに分岐している。そして、触媒排気通路１８ａとバイパス路１８ｂは、排気枝管１８と排気タービン１５ｂとの接続部の上流で合流している。

ここで、排気浄化触媒１２は、酸化能を有する酸化触媒であり、排気中のＨＣ、ＣＯ等を酸化して浄化する。また、触媒排気通路１８ａとバイパス路１８ｂとの合流部分には、バイパス量制御弁２１が設けられている。このバイパス量制御弁２１は図示しないステッピングモータで駆動され、バイパス量制御弁２１が、触媒排気通路１８ａを開通し、バイパス路１８ｂを閉鎖するように作動することにより、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２によって浄化することができる。

一方、バイパス量制御弁２１が、バイパス路１８ｂを開通し、触媒排気通路１８ａを閉鎖するように作動することにより、内燃機関１からの排気に、排気浄化触媒１２を回避させることができる。なお、ここで、排気枝管１８からバイパス路１８ｂを経由して排気タービン１５ｂに達する排気経路は、略直線状に形成されている。このことにより、内燃機関１の急加速状態などにおいて、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１２を回避させた場合に、排気をより効率よく排気タービン１５ｂに導入することができ、排気タービン１５ｂの回転効率をより向上させることができる。

また、排気タービン１５ｂは、排気管１９と接続されている。この排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管１９の途中には、排気ガス中の粒子状物質（例えば、煤）を捕集するフィルタ２０が配置されている。

このフィルタ２０としては、排気ガス中に含まれる微粒子を捕集する多孔質の基材からなるウォールフロー型のフィルタや、白金（Ｐｔ）に代表される酸化触媒を担持したフィルタ、酸化触媒とカリウム（Ｋ）やセシウム（Ｃｓ）などに代表されるＮＯx吸蔵剤とが担持されたフィルタを例示することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。

ＥＣＵ３５には、アクセルポジションセンサ３３が電気配線を介して接続され出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。このアクセルポジションセンサ３３は、運転者が操作するアクセルぺダル３２の動きと連動するアクセル開度に対応した信号を出力する。一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３の他、上述のバイパス量制御弁２１を駆動す
るステッピングモータ等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ３５には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。ＥＣＵ３５のＲＯＭには、後述する排気浄化触媒回避ルーチンも記憶されている。

次に、図２を用いて、本実施例における排気浄化触媒回避ルーチンについて説明する。本ルーチンは内燃機関１の稼動中、所定期間毎に実行されるルーチンであり、内燃機関１が所定の加速状態にある場合に、内燃機関１からの排気に、排気浄化触媒１２を回避させ、そのまま排気タービン１５ｂに導入する働きをする。

本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において、アクセルポジションセンサ３３の出力信号がＥＣＵ３５に読み込まれ、アクセル開度が検出される。次にＳ１０２に進み、運転者によるアクセル踏み込み速度に相当するアクセル変化速度ΔＡccが算出される。このアクセル変化速度ΔＡccは、Ｓ１０１において検出されたアクセル開度信号の変化量をアクセル開度変化時間で除することによって得られる。具体的には、前回の本ルーチンの実行時におけるアクセル開度の値と、今回の本ルーチンの実行時におけるアクセル開度の値との差を、本ルーチンの実行インターバル時間で除してもよい。

次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で算出されたΔＡccがＡ１より大きいかどうかが判定される。ここで、Ａ１は、内燃機関１に要求されるアクセル変化速度の値がこれより大きい場合に、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２を通過させた後に排気タービン１５ｂに導入すると、排気における脈動が緩和され、排気タービン１５ｂの回転効率が低下するために、運転者がドライバビリティの悪化を感ずる限界の値として予め定められた値である。なお、このＡ１は予め実験的に求められた値である。

Ｓ１０３において、ΔＡccがＡ１以下であると判定された場合には、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２を通過させた後に、排気タービン１５ｂに導入しても、充分なドライバビリティを得ることができると判断できるので、本ルーチンを一旦終了する。一方、Ｓ１０３において、ΔＡccがＡ１より大きいと判定された場合には、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２を通過させた後に、排気タービン１５ｂに導入したのでは、充分なドライバビリティを得ることは困難であると判断されるので、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４においては、内燃機関１からの排気に、排気浄化触媒１２を回避させる。具体的には、バイパス量制御弁２１に、触媒排気通路１８ａを閉鎖し、バイパス路１８ｂを開通するように作動させる。このことにより、内燃機関１からの排気は、排気浄化触媒１２によって、脈動が緩和されることがないまま、排気タービン１５ｂに導入される。従って、排気タービン１５ｂの回転効率を相対的に向上させることができ、結果として、内燃機関１の過給圧の立ち上がりを早くすることができ、良好なドライバビリティを得ることができる。

次にＳ１０５においては、アクセルポジションセンサ３３の出力信号がＥＣＵ３５に再度読み込まれ、アクセル開度が検出される。次にＳ１０６に進み、運転者によるアクセル踏み込み速度に相当するアクセル変化速度ΔＡccが算出される。この場合のアクセル変化速度ΔＡccは、Ｓ１０１において検出された以後の、アクセル開度信号変化量をアクセル開度変化時間で除することによって得られる。具体的には、Ｓ１０１において検出された時点でのアクセル開度の値と、Ｓ１０５において検出されたアクセル開度の値との差を、Ｓ１０１の処理が実行されてからＳ１０５の処理が実行されるまでの経過時間で除してもよい。

そして、Ｓ１０７においては、Ｓ１０６で算出されたΔＡccがＡ１より大きいかどうかが再度判定される。Ｓ１０７において、ΔＡccがＡ１より大きいと判定された場合には、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２を通過させた後に、排気タービン１５ｂに導入したのでは、充分なドライバビリティを得ることが困難な状況が継続していると判断されるので、更にＳ１０５の処理の前に戻り、Ｓ１０７において、ΔＡccがＡ１以下であると判定されるまで、Ｓ１０５からＳ１０７までの処理を繰り返し実行する。

Ｓ１０５からＳ１０７までの処理が繰り返し実行されている間は、内燃機関１からの排気は、排気浄化触媒１２を回避し、脈動を緩和されないまま排気タービン１５ｂに導入され、内燃機関１における過給圧の上昇を促進する。そして、Ｓ１０７において、ΔＡccがＡ１以下であると判定された場合には、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１２を通過させた後に、排気タービン１５ｂに導入しても、充分なドライバビリティを得ることができる加速度まで、内燃機関１に要求されている加速度が低減したと判断できるので、Ｓ１０８に進み、排気浄化触媒１２の回避を終了した上で、本ルーチンを終了する。Ｓ１０８においては、具体的には、バイパス量制御弁２１を駆動して、触媒排気通路１８ａを開通し、バイパス路１８ｂを閉鎖するように作動させる。

以上のように、本実施例における排気浄化触媒回避ルーチンにおいては、運転者によるアクセルペダル３２の踏み込み速度に相当するアクセル変化速度ΔＡccを算出し、ΔＡccがＡ１より大きいような加速状態においては、内燃機関１からの排気に、排気浄化触媒１２を回避させて、排気タービン１５ｂに導入する。従って、急加速状態においては、排気の脈動を緩和させずに排気タービン１５ｂに導入することができ、良好なドライバビリティを得ることができる。また、急加速状態以外の状態においては、内燃機関１の直下の排気通路１８に配置された排気浄化触媒１２が機能するので、低負荷状態などの排気温度が低い状態においても良好なエミッションを得ることができる。

ここで、本実施例における触媒回避手段は、バイパス路１８ｂ、バイパス量制御弁２１、バイパス量制御弁２１を制御する図示しないステッピングモータ及びＥＣＵ３５を含んで構成される。

なお、上記の実施例１においては、触媒排気通路１８ａとバイパス路１８ｂとの合流部の下流で排気タービン１５ｂの上流側の排気枝管１８に、図示しない圧力センサを設け、内燃機関１からの排気における脈動の大きさを検出するようにしてもよい。

そして、図２におけるＳ１０３においてΔＡccがＡ１より大きいと判定され、且つ、圧力センサによって検出された脈動が所定レベル以下と判定された場合にのみ、Ｓ１０４において、排気に、排気浄化触媒１２を回避させるようにしてもよい。こうすれば、内燃機関１の急加速状態においても、内燃機関１からの排気における脈動の大きさが所定レベルより大きい場合には、排気に、排気浄化触媒１２を回避させないようにでき、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。

また、実施例１において、上記の圧力センサを設けた場合には、図２におけるＳ１０４において、バイパス量制御弁２１を、圧力センサにより検出される脈動が所定レベルになるように制御してもよい。ここで、所定レベルとは、内燃機関１への運転者による加速要求を満たすために最低限必要な脈動レベルとする。こうすれば、内燃機関１への運転者による加速要求を満たすために必要な量だけ、排気に排気浄化触媒１２を回避させることができるので、必要以上の量の排気に排気浄化触媒１２を回避させることを抑制することができ、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。なお、この場合、上記の圧力センサは、脈動検出手段を構成する。

次に実施例２について説明する。本実施例における内燃機関１のハード構成については、実施例１と異なる部分についてのみ説明し、実施例１と同じ構成については同じ符号を用い、説明は省略する。

本実施例においては、内燃機関１の急加速状態において、排気が通過する経路を、触媒排気通路１８ａからバイパス路１８ｂへ切り替えることにより、排気タービン１５ｂに流入する排気の脈動が緩和されないようにするのではなく、排気枝管１８の内部に排気浄化触媒１４を回転可能に支持する構成とし、内燃機関１の急加速状態においては、排気浄化触媒１４を排気の通過方向に垂直な軸周りに回転させ、排気が排気浄化触媒１４を通過しないようにする例について説明する。

図３は、本実施例に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。
図１と異なり、排気枝管１８は、触媒排気通路１８ａとバイパス路１８ｂとに分岐していない。そして、排気浄化触媒１４は、排気枝管１８に回転可能に支持された触媒支持シャフト１３に固定されている。また、触媒支持シャフト１３は、ステッピングモータ１７の出力軸と連結されている。このような構成により、排気浄化触媒１４及び触媒支持シャフト１３は、ＥＣＵ３５からの信号によって、排気の通過方向と垂直な軸周りに回動することができる。また、図３における吸気枝管８には、遠心過給機１５の作動による過給圧を検出する過給圧センサ１１が備えられている。

図４は、図３における排気浄化触媒１４近傍の、破線で描かれた円内の部分について詳細に表した図である。図４（ａ）は、排気浄化触媒１４を、排気枝管１８の上流側から見た図、図４（ｂ）は、その一部分の部分拡大図、図４（ｃ）は排気浄化触媒１４を、排気の通過方向及び、排気浄化触媒１４の回転軸の両方に垂直な方向から見た図である。図４（ａ）において、排気浄化触媒１４の外形は略円形をしている。また、その径は排気枝管１８の内径よりも小さくなっており、クリアランスΔＲが確保されている。

ここで、排気浄化触媒１４は、前端面１４ａの方向から見たときに、同心円状または渦巻き状に形成された第１金属製担体１４ｂを有し、同心円状または渦巻状に形成された第１金属製担体１４ｂ同士の間には、図４（ｂ）に示すような波板または鋸歯状の第２金属性担体１４ｃが構成され、そこに触媒（例えば、白金など）を担持させることにより、排気との接触面積を大きくする構造となっている。なお、この担体構造については、実施例１における排気浄化触媒１２において採用してもよい。また、この担体構造は、一例として挙げたものであり、これに限定されるものでないことはもちろんである。

また、図４（ｃ）に示すように、排気浄化触媒１４の奥行きＤは、排気枝管１８の内径に対して充分小さくなっており、クリアランスΔＲによって、排気枝管１８の中で充分に回転可能な寸法になっている。そして、ステッピングモータ１７を作動させて、排気浄化触媒１４を図４の状態から略９０度回転させることにより、排気は、前端面１４ａから排気浄化触媒１４に導入されなくなる。一方、排気浄化触媒１４と、排気枝管１８の内面との間の隙間が増加するために、内燃機関１の排気は、その隙間を通過することにより、排気浄化触媒１４を回避することができる。

図５には、本実施例における排気浄化触媒回避ルーチンについて示す。本実施例における排気浄化触媒回避ルーチンでは、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１４を回避させる方法が、図２におけるルーチンと異なっており、さらに、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１４を回避させないで、運転者によって要求される加速状態を実現できるかどうかの判断を、ΔＡccとＡ１とを比較して判定するのではなく、目標過給圧と実過給圧とを
比較して判定する。

本ルーチンが実行されると、Ｓ２０１において、吸気枝管８に備えられた過給圧センサ１１によって過給圧が検出される。

次に、Ｓ２０２において、目標過給圧の値と、実過給圧の値とが比較される。ここで目標過給圧とは、この時点で運転者が要求する運転状態を実現するために目標とされるべき過給圧の値であり、予めマップ化されＥＣＵ３５内のＲＯＭに記憶されている値である。一方実過給圧は、過給圧センサ１１の出力信号から得られる実際の過給圧である。Ｓ２０２において、実過給圧が、目標過給圧以上と判定された場合には、特に、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１４を回避させることで、排気中の脈動を緩和させないまま排気タービン１５ｂに導入する必要はないと判断できるので、そのまま本ルーチンを一旦終了する。

一方、Ｓ２０２において、実過給圧が目標過給圧よりも小さいと判定された場合には、内燃機関１からの排気に排気浄化触媒１４を回避させることで、排気中の脈動を緩和させないまま排気タービン１５ｂに導入し、排気タービン１５ｂの回転効率を向上させる必要があると判断できるので、Ｓ２０３に進む。

Ｓ２０３においては、内燃機関１からの排気に、排気浄化触媒１４を回避させる。具体的には、ステッピングモータ１７を作動させ、排気浄化触媒１４を、排気が前端面１４ａから導入されない角度、すなわち、前端面１４ａが排気の通過方向と平行になる角度まで回転させる。すると、これと同時に、排気浄化触媒１４と、排気枝管１８の内面との間の隙間は、排気浄化触媒１４の回転に伴って広がる。従って、排気浄化触媒１４が回転した後は、内燃機関１からの排気は、排気浄化触媒１４を通過せず、排気枝管１８の内面と排気浄化触媒１４の側面との間の、広がった隙間を通過することにより、脈動が緩和されないまま排気タービン１５ｂに導入される。

次に、Ｓ２０４に進み、再度、過給圧センサ１１の出力信号によって、実過給圧を検出する。そしてＳ２０５に進み、目標過給圧と実過給圧の値とが再度比較される。ここで、目標過給圧の値が実過給圧よりも大きいと判定された場合には、内燃機関１からの排気を、排気浄化触媒１４を通過させた後に、排気タービン１５ｂに導入したのでは、充分なドライバビリティを得ることが困難な状況が継続していると判断されるので、更にＳ２０４の処理の前に戻り、再度Ｓ２０４において過給圧を検出した後、Ｓ２０５において目標過給圧と実過給圧の値とが比較される。

そして、Ｓ２０５において実過給圧が目標過給圧以上であると判定されるまで、この処理が繰り返される。Ｓ２０５において実過給圧が目標過給圧以上であると判定された場合には、運転者による内燃機関１への加速要求が満たされ、良好なドライバビリティが得られていると判断できるので、Ｓ２０６に進み、排気浄化触媒１４の回避を終了する。具体的には、ステッピングモータ１７を作動させ、排気浄化触媒１４を、排気が前端面１４ａから最も効率よく導入される角度、すなわち、前端面１４ｂが排気の通過方向と垂直になる角度まで回転させる。このことにより、内燃機関１からの排気は、排気浄化触媒１４の前端面１４ａから導入されるようになるとともに、排気枝管１８の内面と、排気浄化触媒１４との隙間が小さくなるので、脈動が緩和されないまま排気タービン１５ｂに導入される排気は殆どなくなる。Ｓ２０６の処理を実行した後、本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例における構成によれば、バイパス路などを設けることなく、簡易な構成によって、内燃機関１の急加速状態においては排気に排気浄化触媒１４を回避させることができ、内燃機関１からの排気の脈動を緩和しないまま排気タービン１
５ｂに導入することができるので、排気タービン１５ｂの回転効率を向上させ、過給圧の立ち上がりを早くすることができる。結果として、急加速状態においても、良好なドライバビリティを得ることができる。また、急加速状態以外の状態においては、内燃機関１の直下の排気通路１８に配置された排気浄化触媒１４が機能するので、低負荷状態などの排気温度が低い状況においても良好なエミッションを得ることができる。

なお、本実施例において、触媒回動手段は、触媒支持シャフト１３及び、ステッピングモータ１７を含んで構成され、触媒回避手段は、この触媒回動手段及び、ＥＣＵ３５を含んで構成される。

なお、上記の実施例２においては、排気浄化触媒１４の下流で排気タービン１５ｂの上流側の排気枝管１８に、図示しない圧力センサを設け、内燃機関１からの排気における脈動の大きさを検出するようにしてもよい。

そして、図５におけるＳ２０２において目標過給圧が実過給圧より大きいと判定され、且つ、圧力センサによって検出された脈動が所定レベル以下と判定された場合にのみ、Ｓ２０３において、排気に、排気浄化触媒１４を回避させるようにしてもよい。こうすれば、内燃機関１の急加速状態においても、内燃機関１からの排気における脈動の大きさが所定レベルより大きい場合には、排気に、排気浄化触媒１４を回避させないようにでき、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。

また、実施例２において、上記の圧力センサを設けた場合には、図５におけるＳ２０３において、排気浄化触媒１４を、圧力センサにより検出される脈動が所定レベルになるような位置まで回転させるようにしてもよい。ここで、所定レベルとは、内燃機関１への運転者による加速要求を満たすために最低限必要な脈動レベルとする。こうすれば、内燃機関１への運転者による加速要求を満たすために必要な量だけ、排気に排気浄化触媒１４を回避させることができるので、必要以上の量の排気に排気浄化触媒１４を回避させることを抑制することができ、急加速状態において無駄にエミッションが悪化することを抑制できる。なお、この場合、上記の圧力センサは、脈動検出手段を構成する。

また、上記の実施例１及び２においては、本発明を多気筒ディーゼル機関に適用した例について説明したが、本発明をガソリン機関に対して適用しても良いことはもちろんである。また、上記の実施例１及び２においては、所定の加速状態であることを判定する際に、ΔＡccとＡ１を比較し、及び、目標過給圧と実過給圧とを比較することにより判定したが、この判定方法は上記の方法に限定されない。排気浄化触媒１２または１４を回避しないで、内燃機関１からの排気を排気タービン１５ｂに導入した場合に、運転者による加速要求を的確に満たすことができるかどうかを判定できる方法であれば他の方法を用いてもよい。

本発明の実施例１に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１における排気浄化触媒回避ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施例２における排気浄化触媒の近傍の詳細について示す図である。 本発明の実施例２における排気浄化触媒回避ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・コモンレール
５・・・燃料供給管
６・・・燃料ポンプ
８・・・吸気枝管
９・・・吸気管
１１・・・過給圧センサ
１２・・・排気浄化触媒
１３・・・触媒支持シャフト
１４・・・排気浄化触媒
１４ａ・・・前端面
１４ｂ・・・第１金属性担体
１４ｃ・・・第２金属性担体
１５・・・遠心過給機
１５ａ・・・コンプレッサ
１５ｂ・・・排気タービン
１６・・・インタークーラ
１７・・・ステッピングモータ
１８・・・排気枝管
１８ａ・・・触媒排気通路
１８ｂ・・・バイパス路
１９・・・排気管
２０・・・フィルタ
３２・・・アクセルペダル
３３・・・アクセルポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
ΔＲ・・・クリアランス
Ｄ・・・排気浄化触媒の奥行き

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンの回転によりコンプレッサを作動させ、前記内燃機関の吸気圧を上昇させる過給機と、
   前記排気通路における前記排気タービンの上流側に配置され、酸化能を有する排気浄化触媒と、を備え、
   前記排気通路を通過する排気が、前記排気タービンに導入される前に、前記排気浄化触媒を通過することにより浄化される内燃機関の排気浄化装置において、
   前記排気通路に設けられるとともに、該排気通路を通過する排気に前記排気浄化触媒を回避させる触媒回避手段をさらに備え、
   前記内燃機関が所定の加速状態にある場合は、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記触媒回避手段は、前記排気通路における前記排気浄化触媒の上流側と下流側とを連通させるバイパス路と、
   該バイパス路を通過する排気の量を制御するバイパス量制御弁と、を有し、
   前記バイパス量制御弁により、前記バイパス路に前記排気を導入することにより、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気浄化触媒は、前記排気通路の内部に回転可能に支持され、
   前記触媒回避手段は、前記排気浄化触媒を前記排気通路における排気の通過方向に垂直な軸周りに回動させる触媒回動手段を有し、
   前記触媒回動手段が、前記排気通路の内部において前記排気浄化触媒を、前記排気浄化触媒の前端面に前記排気が導入されない位置まで回転させることにより、前記排気タービンに導入される前の前記排気に、前記排気浄化触媒を回避させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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