JP2009287495A - 排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステム - Google Patents

排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】簡便な方法で排気ガス浄化触媒の暖機時間を短縮し、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の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔに接続された電動モータ１ｍと、排気ガス浄化触媒４の暖機時に電動モータ１ｍを作動させてタービン１ｔに逆トルクを発生させる制御手段５と、を有する。
【選択図】図１

Description

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。
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。
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。
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手段が開示されている。かかるターボチャージャ制御手段によれば、触媒コンバータの暖機必要時に制御手段がターボチャージャの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ので、排気の流れに対するタービンの抵抗が軽減してタービンを回転させるための排気熱エネルギーが減少し、タービンによる排気熱エネルギーの消費が抑制され、触媒コンバータの暖機必要時に十分な温度を有する排気を触媒コンバータに供給することができ、触媒コンバータを短時間に効率的に暖機してその暖機効率を向上させることができる。
特開２００７−２７８２５２号公報
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手段は、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状態に制御するためには複雑な処理を必要とする。さらに、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状態にするまでに一定の時間を要し、暖機時間の短縮に限界がある。
本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、簡便な方法で排気ガス浄化触媒の暖機時間を短縮し、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。
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逆トルクを負荷して排気ガスの温度を上昇させる、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。
逆トルク負荷時に、前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させるようにしてもよい。
前記過給機がタービン流量調整手段を有する場合には、逆トルク負荷時に排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように前記タービン流量調整手段を制御してもよいし、前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させるように前記タービン流量調整手段を制御してもよい。
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接続された負荷手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記負荷手段を作動させて前記タービンに逆トルクを発生させる制御手段と、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。
前記制御手段は、前記タービンの回転数又は前記排気流路の圧力を検知するセンサの出力に基づいて前記負荷手段を制御するようにしてもよい。
前記排気ガス浄化触媒の暖機システムは、前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記排気ガス再循環装置を作動させて前記排気ガスを循環させる制御手段と、を有していてもよい。
前記排気ガス浄化触媒の暖機システムは、前記タービンの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記タービン流量調整手段を作動させて排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように制御する制御手段と、を有していてもよい。
前記排気ガス浄化触媒の暖機システムは、前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置と、前記タービンの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記排気ガス再循環装置及び前記タービン流量調整手段を作動させて前記排気ガスを循環させる制御手段と、を有していてもよい。
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、過給機のタービンに逆トルクを負荷すると内燃機関から排出された排気ガスは流れ難くなり、内燃機関からタービン間の排気流路内で排気ガスの温度を上昇させることができる。したがって、高温の排気ガスを排気ガス浄化触媒に供給することができ、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。また、本発明によれば、タービンに逆トルクを負荷するだけであるため、圧力制御のような複雑な処理が不要であり、簡便な制御により排気ガス浄化触媒を早期活性化させることができる。
以下、本発明の実施形態について図１〜図６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。
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を備えた内燃機関（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の暖機システムであり、過給機１のタービン１ｔに接続された負荷手段（電動モータ１ｍ）と、排気ガス浄化触媒４の暖機時に負荷手段（電動モータ１ｍ）を作動させてタービン１ｔに逆トルクを発生させる制御手段５と、を有する。
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。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。
図１に示した過給機１は、タービン１ｔの回転数を調整可能な電動モータ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。一般に、電動モータ１ｍは、排気ガス流量では十分なタービン１ｔの回転数が得られない場合（例えば、エンジン２の始動時等）に、電動モータ１ｍを強制的にコンプレッサ１ｃの吸気量を増大させる方向（図のＰ方向）にタービン１ｔを回転させるものである。しかしながら、本発明では、排気ガス浄化触媒４の暖機時に、タービン１ｔに逆トルクが発生するように電動モータ１ｍを作動させている。具体的には、タービン１ｔの正の回転方向であるＰ方向の反対方向であるＮ方向にトルクが発生するように電動モータ１ｍを操作する。タービン１ｔに逆トルクを発生させるとタービン１ｔは回転し難くなり、タービン１ｔは排気流路３を流れる排気ガスの抵抗となる。したがって、エンジン２から排出された排気ガスは、エンジン排気流路３ｅ内で滞留しながら徐々にタービン１ｔの下流の排気流路３に送気される。このようにエンジン排気流路３ｅ内に排気ガスを滞留させることにより、排気ガスの温度を効果的に上昇させることができ、排気流路３を流れる排気ガスの温度を短時間に上昇させることができる。すなわち、タービン１ｔに逆トルクを負荷するという簡便な手法により、排気ガス浄化触媒を早期活性化することができる。
また、タービン１ｔには回転数を検知するセンサ１ｓ（例えば、ロータリーエンコーダ等）が配置されている。センサ１ｓは制御手段５と電気的に接続されており、制御手段５はセンサ１ｓの出力に基づいて電動モータ１ｍを制御し、タービン１ｔが所定の回転数となるように逆トルクを負荷する。なお、エンジン２の始動時は定格運転であるため、エンジン２や過給機１の型式やサイズごとにタービン１ｔに負荷する逆トルク量を予め設定しておき、センサ１を省略するようにしてもよい。
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。
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。
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・回転数制御等を行う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。そして、制御手段５は、イグニッションキー７の操作によりエンジン２の始動を感知すると、電動モータ１ｍとタービン１ｔのクラッチを接続し、タービン１ｔに逆トルクが発生するように電動モータ１ｍを作動させる。電動モータ１ｍによりタービン１ｔに負荷される逆トルク量は、例えば、センサ１ｓの出力により制御される。また、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し、排気ガス浄化触媒４が活性化した場合には電動モータ１ｍを停止してクラッチを解除する。
ここで、図２は、タービン回転数と排気ガス温度の時間変化を示す図である。本図において、横軸は時間（分）、左縦軸はタービン回転数（ｒｐｍ）、右縦軸は排気ガス温度（℃）を示している。なお、従来例１のデータを一点鎖線（Ｆ１，Ｔ１）で示し、従来例２のデータを二点鎖線（Ｆ２，Ｔ２）で示し、本発明のデータを実線（Ｆ３，Ｔ３）で示している。
従来例１は、タービンに電動モータが接続されていない通常の過給機を採用した排気ガス浄化触媒の暖機システムである。かかる従来例１では、暖機時におけるタービン回転数は、図２において一点鎖線の曲線Ｆ１で示すカーブを描き、アイドリング回転数ｐは高めに設定されている（例えば、３万〜５万回転程度）。従来例１では、エンジンの排気ガスによって過給機を作用させているため、エンジン始動時にタービン回転数を短時間に上昇させることができず、タービン回転数がアイドリング回転数ｐに達するまでに一定の時間を要していた。その結果、図２において一点鎖線の直線Ｔ１で示すように、排気ガス浄化触媒が活性化する温度α（例えば、２００〜３００℃）に達するまでに一定のアイドリング時間ｔ１（例えば、５〜６分程度）を要していた。
従来例２は、タービンに電動モータが接続された電動アシスト過給機を採用した排気ガス浄化触媒の暖機システムである。かかる従来例２では、暖機時におけるタービン回転数は、図２において二点鎖線の曲線Ｆ２で示すカーブを描き、アイドリング回転数ｐは従来例１と同様に高めに設定されているものの、電動モータによりタービンを積極的に回転させているため、エンジン始動時にタービン回転数を短時間に上昇させることができ、タービン回転数がアイドリング回転数ｐに達するまでの時間を短縮することができる。しかしながら、従来例２では従来例１と同様に排気ガスエネルギーの損失等が大きく、図２において二点鎖線の直線Ｔ２で示すように、排気ガス浄化触媒が活性化する温度α（例えば、２００〜３００℃）に達するまでに一定のアイドリング時間ｔ２（例えば、４〜５分程度）を要していた。
一方、図１に示した本発明の排気ガス浄化触媒４の暖機システムでは、暖機時にタービン１ｔに逆トルクを負荷しているため、タービン回転数は、図２において実線の曲線Ｆ３で示すカーブを描き、アイドリング回転数ｑは従来のアイドリング回転数ｐよりも低く設定される。具体的には、アイドリング回転数ｑは、従来のアイドリング回転数ｐの１／３〜２／３程度（例えば、１万〜３万回転程度）に設定される。このようにタービン１ｔに逆トルクを負荷し、タービン１ｔを排気ガスの抵抗となるように制御することにより、エンジン２から排出された排気ガスをエンジン排気流路３ｅ内で滞留させながら徐々にタービン１ｔの下流の排気流路３に送気することができ、エンジン排気流路３ｅ内で排気ガスの温度を効果的に上昇させることができる。したがって、本発明の暖機方法によれば、過給機１のタービン１ｔに逆トルクを負荷して排気ガスの温度を上昇させることにより、図２において実線の直線Ｔ３で示したように、排気ガス浄化触媒４が活性化する温度α（例えば、２００〜３００℃）に達するまでのアイドリング時間ｔ３を１〜２分程度まで短縮することができる。
上述した説明では、タービン１ｔの回転数により逆トルクの負荷量を制御する場合について説明したが、排気流路３（エンジン排気流路３ｅを含む）の圧力を検知することによってタービン１ｔに負荷する逆トルク量を制御するようにしてもよい。ここで、図３は、図１に示した第一実施形態の変形例であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、を示している。なお、各図において、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。
図３（Ａ）に示した第一変形例は、排気流路３に排気ガス浄化触媒４の入口側の圧力を検知するセンサ３１を配置したものである。センサ３１は制御手段５と電気的に接続されており、制御手段５はセンサ３１の出力に基づいて電動モータ１ｍを制御する。センサ３１は、タービン１ｔの出口側の圧力を計測するようにしてもよい。かかる第一変形例では、制御手段５により、圧力センサ３１の出力が逆トルクを負荷しない場合の圧力の１０〜３０％程度減少するようにタービン１ｔに逆トルクを負荷する。
図３（Ｂ）に示した第二変形例は、排気流路３の一部であるエンジン排気流路３ｅにタービン１ｔの入口側の圧力を検知するセンサ３１を配置したものである。センサ３１は制御手段５と電気的に接続されており、制御手段５はセンサ３１の出力に基づいて電動モータ１ｍを制御する。センサ３１は、エンジン２の出口側の圧力を計測するようにしてもよい。かかる第二変形例では、制御手段５により、圧力センサ３１の出力が逆トルクを負荷しない場合の圧力の１０〜３０％程度増加するようにタービン１ｔに逆トルクを負荷する。
ところで、タービン１ｔの回転数を抑制するとコンプレッサ１ｃの回転数が低下し、エンジン２に供給される圧縮空気量が減り、エンジン２に供給される燃料も減ることとなるため、排気ガスエネルギーの熱量が低下し、排気ガス浄化触媒４の早期活性化には好ましくないと一般的には考えられる。本発明は、かかる一般的な通念に反し、エンジン２により与えられる排気ガスエネルギーの熱量が低下しても、タービン１ｔを排気ガスの抵抗となるように利用することによってエンジン２により与えられる排気ガスエネルギーの熱量を蓄積して排気ガスの温度を短時間に効果的に上昇させることができる、という知見に基づくものである。したがって、本発明は排気ガス浄化触媒４を早期活性化することができるだけでなく、エンジン２の燃費を向上させることもできる。また、排気ガス浄化触媒４を早期活性化できるため、排気ガス浄化触媒４のヒートマスを小さくすることができ、排気ガス浄化触媒４の使用量を減らすことができ、コストダウンを図ることができる、より暖機時間を短縮することができる等の効果をも奏する。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。ここで、図４は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態である。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他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第四実施形態、（Ｂ）は第五実施形態である。図６は、本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第六実施形態、（Ｂ）は第七実施形態である。なお、各図において、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。
図４（Ａ）に示す第二実施形態は、タービン１ｔの上流側からコンプレッサ１ｃの下流側に排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ：Exhaust gas Recirculation）と、排気ガス浄化触媒４の暖機時に排気ガス再循環装置を作動させて排気ガスを循環させる制御手段５と、を有するものである。排気ガス再循環装置は、エンジン排気流路６ｅとエンジン吸気流路３ｅを接続するＥＧＲ流路４１と、再循環流路４１に配置されたＥＧＲバルブ４２と、を有する。ＥＧＲバルブ４２は、制御手段５と電気的に接続されており、任意のタイミングでＥＧＲバルブ４２を開閉できるように構成されている。制御手段５は、例えば、イグニッションキー７の操作によりエンジン２の始動を感知した時、エンジン２の始動から一定時間経過した時、タービン１ｔの回転数が所定の回転数になった時、排気流路３の圧力が所定の圧力になった時に、ＥＧＲバルブ４２を開状態として排気ガスをＥＧＲ流路４１により循環させる。このようにエンジン排気流路３ｅ内の排気ガスを循環させることにより、効果的に排気ガスの温度を上昇させることができる。また、制御手段５は、例えば、排気ガス浄化触媒４が活性化したことを検知した時にＥＧＲバルブ４２を閉状態に切り替える。なお、排気ガス再循環装置には、一般にクーラ等の冷却機構が接続されているが、本発明において排気ガスを循環させる場合には、排気ガスの温度を上昇させる必要があるため、冷却機構は作動させないようにする。
図４（Ｂ）に示す第三実施形態は、タービン１ｔの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、排気ガス浄化触媒４の暖機時にタービン流量調整手段を作動させてタービン流量調整手段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制御する制御手段５と、を有するものである。具体的には、タービン１ｔの排気ガスの入口部にタービン流量調整手段である可変ノズル１ｎが配置されている。したがって、図示した過給機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。また、可変ノズル１ｎは、制御手段５と電気的に接続されており、任意のタイミングで可変ノズル１ｎを開閉できるように構成されている。そして、可変ノズル１ｎは、暖機時に制御手段５によりタービン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制御される。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を開状態、好ましくは全開状態にする。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を少なくすることができ、可変ノズル１ｎにおける排気ガスのエネルギー損失を減少させることができる。なお、図示しないが、タービン流量調整手段はウエストゲート弁であってもよい。
図５（Ａ）に示す第四実施形態及び図５（Ｂ）に示す第五実施形態は、タービン１ｔの上流側からコンプレッサ１ｃの下流側に排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）と、タービン１ｔの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、排気ガス浄化触媒４の暖機時に排気ガス再循環装置及びタービン流量調整手段を作動させて排気ガスを循環させる制御手段５と、を有するものである。排気ガス再循環装置は、第二実施形態と同様に、エンジン排気流路６ｅとエンジン吸気流路３ｅを接続するＥＧＲ流路４１と、再循環流路４１に配置されたＥＧＲバルブ４２と、を有し、制御手段５により第二実施形態と同様に制御される。一方、タービン流量調整手段は、エンジン排気流路３ｅ内の圧力を上昇させるように作用し、エンジン排気流路３ｅ内の排気ガスを循環させ易くするように機能する。
図５（Ａ）に示す第四実施形態は、タービン流量調整手段が可変ノズル１ｎの場合を示している。例えば、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の始動を感知してＥＧＲバルブ４２を開状態にした場合、タービン１ｔに逆トルクを負荷しただけではエンジン排気流路３ｅ内の圧力を効果的に上昇させることができないため、可変ノズル１ｎを閉状態に近い状態とし、排気ガス再循環装置が機能し得る状態になったら可変ノズル１ｎを開状態へと移行させて排ガスエネルギーの減少を抑制する。この可変ノズル１ｎの開度調整は、エンジン２の始動開始からの経過時間によって予め設定しておいてもよいし、エンジン排気流路３ｅ及びエンジン吸気流路６ｅの圧力を監視しながら行なうようにしてもよい。
図５（Ｂ）に示す第五実施形態は、タービン流量調整手段としてウエストゲート弁１ｗを採用した場合を示している。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５１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５２と、を有する。かかるウエストゲート弁１ｗは、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。また、ウエストゲート弁１ｗは、制御手段５と電気的に接続されており、任意のタイミングでウエストゲート弁１ｗを開閉できるように構成されている。そして、例えば、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の始動を感知してＥＧＲバルブ４２を開状態にした場合、タービン１ｔに逆トルクを負荷しただけではエンジン排気流路３ｅ内の圧力を効果的に上昇させることができないため、ウエストゲート弁１ｗを閉状態に近い状態とし、排気ガス再循環装置が機能し得る状態になったらウエストゲート弁１ｗを開状態へと移行させて排ガスエネルギーの減少を抑制する。このウエストゲート弁１ｗの開度調整は、エンジン２の始動開始からの経過時間によって予め設定しておいてもよいし、エンジン排気流路３ｅ及びエンジン吸気流路６ｅの圧力を監視しながら行なうようにしてもよい。
図６（Ａ）に示す第六実施形態及び図６（Ｂ）に示す第七実施形態は、負荷手段として発電機１ｇを採用した場合を示している。第一実施形態に示した電動モータ１ｍを発電機１ｇに置換しても第一実施形態と同様にタービン１ｔに逆トルクを負荷することができる。発電機１ｇは、蓄電池６１に接続されており、発電機１ｇが発電した電気を貯蓄できるように構成されている。なお、蓄電池６１に貯蓄された電気の使い道は、第六実施形態及び第七実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
図６（Ａ）に示す第六実施形態は、過給機１に電動ブースタ６２を配置したものである。電動ブースタ６２は、吸気流路６に配置されたコンプレッサ６２ｃと、コンプレッサ６２ｃを駆動させる電動モータ６２ｍと、を有する。電動モータ６２ｍは、蓄電池６１から供給される電気により駆動される。また、電動モータ６２ｍは、制御手段５と電気的に接続されており、エンジン２の始動時等に駆動されるように制御される。かかる電動ブースタ６２を配置することにより、タービン１ｔに逆トルクを負荷した場合であっても一定の吸気量を確保することができ、エンジン２に供給できる燃料を増やすことができ、排気ガスエネルギーの熱量を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。
図６（Ｂ）に示す第七実施形態は、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６１に接続されており、発電機１ｇで発生した電気を蓄電池６１で貯蓄し、蓄電池６１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とコンプレッサ１ｃとを個別に駆動させることができ、タービン１ｔに逆トルクが負荷された場合であっても、コンプレッサ１ｃにより一定の吸気量を確保することができる。したがって、エンジン２に供給できる燃料を増やすことができ、排気ガスエネルギーの熱量を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、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。
本発明は上述した実施形態に限定されず、第二〜第七実施形態においてセンサ３１を配置して排気流路３の圧力を検出するようにしてもよい、第六及び第七実施形態において排気ガス再循環装置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）を配置してもよい等、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。
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。 タービン回転数と排気ガス温度の時間変化を示す図である。 図１に示した第一実施形態の変形例であり、（Ａ）は第一変形例、（Ｂ）は第二変形例、を示している。 本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第二実施形態、（Ｂ）は第三実施形態である。 本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第四実施形態、（Ｂ）は第五実施形態である。 本発明に係る排気ガス浄化触媒の暖機システムの他実施形態を示す概略構成図であり、（Ａ）は第六実施形態、（Ｂ）は第七実施形態である。
符号の説明
１ 過給機
１ｔ タービン
１ｃ コンプレッサ
１ｍ 電動モータ
１ｓ センサ
１ｎ 可変ノズル
１ｗ ウエストゲート弁
１ｇ 発電機
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
３１ センサ
４１ ＥＧＲ流路
４２ ＥＧＲバルブ
５１ 分流路
５２ バイパス流路
６１ 蓄電池
６２ 電動ブースタ
６２ｃ コンプレッサ
６２ｍ 電動モータ

Claims (9)

  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逆トルクを負荷して排気ガスの温度を上昇させる、ことを特徴とする排気ガス浄化触媒の暖機方法。
  2. 前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させる、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。
  3. 前記過給機がタービン流量調整手段を有する場合に、排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように前記タービン流量調整手段を制御する、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。
  4. 前記過給機がタービン流量調整手段を有する場合に、前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させるように前記タービン流量調整手段を制御する、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。
  5. 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接続された負荷手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記負荷手段を作動させて前記タービンに逆トルクを発生させる制御手段と、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。
  6. 前記制御手段は、前記タービンの回転数又は前記排気流路の圧力を検知するセンサの出力に基づいて前記負荷手段を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
  7. 前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記排気ガス再循環装置を作動させて前記排気ガスを循環させる制御手段と、を有することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
  8. 前記タービンの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記タービン流量調整手段を作動させて排気ガスのエネルギー損失が少なくなるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
  9. 前記タービンの上流側から前記過給機のコンプレッサの下流側に前記排気ガスを循環させる排気ガス再循環装置と、前記タービンの排気ガス流量を調整するタービン流量調整手段と、前記排気ガス浄化触媒の暖機時に前記排気ガス再循環装置及び前記タービン流量調整手段を作動させて前記排気ガスを循環させる制御手段と、を有することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化触媒の暖機システム。
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