JP2022041013A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の昇温と背圧の上昇抑制とに有利な内燃機関の排気浄化システムを提供する。【解決手段】排気浄化システムは、内燃機関１の排気通路４に設けられたタービン６Ｔと、タービンをバイパスするバイパス通路１２と、バイパス通路に設けられた触媒１５と、タービンおよび触媒の排気流量を調節するための調節弁１７と、調節弁を制御するように構成された制御ユニット１００とを備える。制御ユニットは、内燃機関の負荷が低い場合には、高い場合に比べ、触媒の排気流量が多くなるように調節弁を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は内燃機関の排気浄化システムに関する。

ターボ過給式内燃機関の排気通路には、ターボチャージャのタービンが設けられる。またその排気通路において、タービンの下流側には、排気中の有害成分を浄化するための触媒が設けられる。

国際公開第２０１０／１１６５４１号公報

このようにタービンと触媒を直列に設けると、タービンに排気の熱エネルギが奪われるため、触媒の昇温に不利となる。また触媒が排気抵抗となるため、触媒の上流側の排気圧力すなわち背圧が上昇し、内燃機関の効率が低下する。

そこで本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、触媒の昇温と背圧の上昇抑制とに有利な内燃機関の排気浄化システムを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、
前記タービンをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられた触媒と、
前記タービンおよび前記触媒の排気流量を調節するための調節弁と、
前記調節弁を制御するように構成された制御ユニットと、
を備え、
前記制御ユニットは、前記内燃機関の負荷が低い場合には、高い場合に比べ、前記触媒の排気流量が多くなるように前記調節弁を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システムが提供される。

好ましくは、前記調節弁は、前記バイパス通路の分岐点に設けられた三方電磁弁により形成される。

好ましくは、前記排気浄化システムは、前記タービンより下流側、かつ前記バイパス通路の合流点より上流側に位置する前記排気通路から分岐し、前記バイパス通路の分岐点より下流側、かつ前記触媒より上流側に位置する前記バイパス通路に合流する分岐通路をさらに備え、
前記調節弁は、前記バイパス通路の分岐点に設けられた三方電磁弁と、前記分岐通路の分岐点に設けられた三方電磁弁とにより形成される。

好ましくは、前記触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒であり、
前記排気浄化システムは、前記触媒の上流側に位置する前記バイパス通路に設けられた尿素水噴射弁と、前記触媒の温度を取得する取得ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、前記触媒の排気流量が所定値より多く、かつ、前記取得ユニットにより取得された前記触媒の温度が所定の活性開始温度以上であるときに、前記尿素水噴射弁から尿素水を噴射させる。

好ましくは、前記排気浄化システムは、前記バイパス通路の合流点より下流側に位置する前記排気通路に設けられ、前記触媒と同一種類の下流側触媒をさらに備える。

好ましくは、前記触媒および前記下流側触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒である。

本開示によれば、触媒の昇温と背圧の上昇抑制とに有利な内燃機関の排気浄化システムを提供することができる。

第１実施形態の排気浄化システムを示す概略図である。 弁開度目標値を算出するためのマップを示す。 エンジン負荷と弁開度目標値の関係を示すグラフである。 制御ルーチンのフローチャートである。 弁開度目標値を算出するための第１変形例のマップを示す。 弁開度目標値を算出するための第２変形例のマップを示す。 第２実施形態の排気浄化システムを示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

［第１実施形態］
図１に、第１実施形態の排気浄化システムを示す。このシステムが適用される内燃機関（エンジン）１は、直列４気筒の車両用ディーゼルエンジンである。車両（図示せず）はトラック等の大型車両である。但し内燃機関の種類、形式、用途等は限定されない。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。吸気と排気の流れをそれぞれ白抜き矢印と黒塗り矢印で示す。

各気筒には、シリンダ５内に燃料を直接噴射するインジェクタ（図示せず）が設けられる。吸気通路３には、ターボチャージャ６のコンプレッサ６Ｃが設けられる。

排気通路４には、上流側から順に、ターボチャージャ６のタービン６Ｔ、酸化触媒７、フィルタ８、尿素水噴射弁９、選択還元型ＮＯｘ触媒１０およびアンモニア酸化触媒１１が設けられる。

酸化触媒７は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温し、また排気中のＮＯをＮＯ₂に酸化する。フィルタ８は、所謂連続再生式の触媒付きパティキュレートフィルタにより形成され、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ（Particulate Matter））を捕集すると共に、捕集したＰＭを連続的に燃焼除去する。選択還元型ＮＯｘ触媒１０は、尿素水噴射弁９から噴射された尿素水に由来するアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する。アンモニア酸化触媒１１は、ＮＯｘ触媒１０から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

エンジン１には、タービン６Ｔをバイパスするバイパス通路１２が設けられる。バイパス通路１２は、タービン６Ｔより上流側に位置する分岐点１３で排気通路４から分岐され、タービン６Ｔより下流側かつ酸化触媒７より上流側に位置する合流点１４で排気通路４に合流される。

バイパス通路１２には別の触媒が設けられる。この別の触媒は、具体的には選択還元型ＮＯｘ触媒１５である。このＮＯｘ触媒１５より上流側に位置するバイパス通路１２には別の尿素水噴射弁１６が設けられる。以下区別のため、バイパス通路１２に設けられたＮＯｘ触媒１５および尿素水噴射弁１６を前段触媒１５および前段噴射弁１６といい、排気通路４に設けられたＮＯｘ触媒１０および尿素水噴射弁９を後段触媒１０および後段噴射弁９という。

このように、バイパス通路１２の合流点１４より下流側に位置する排気通路４には、前段触媒１５と同一種類の下流側触媒すなわち後段触媒１０が設けられる。

因みに、本実施形態における前段触媒１５と後段触媒１０の関係について例示的に述べると、後段触媒１０がメインの触媒であり、前段触媒１５は補助的な触媒である。従って前段触媒１５よりも後段触媒１０の方が容量が大きい。後段触媒１０には常時排気が流される。主に後段触媒１０のみではＮＯｘを十分除去できないような状況下で、前段触媒１５が補助的に使用される。このように前段触媒１５を追加することにより、還元可能なＮＯｘ量を増やし、排ガス規制の強化に対応可能となる。

エンジン１には、タービン６Ｔおよび前段触媒１５の排気流量を調節するための調節弁が設けられる。本実施形態の調節弁は、バイパス通路１２の分岐点１３に設けられた電磁弁１７により形成される。電磁弁１７は三方電磁弁により形成される。便宜上、この電磁弁１７を第１電磁弁１７という。

第１電磁弁１７は、その上流側の排気通路４をバイパス通路１２（前段触媒１５側）のみに接続する第１位置Ａと、その上流側の排気通路４を下流側の排気通路４（タービン６Ｔ側）のみに接続する第２位置Ｂとに切替可能である。そして第１電磁弁１７は、第１位置Ａと第２位置の間で無段階かつ連続的に切替可能である。第１電磁弁１７の開度Ｓは、第１位置Ａにあるとき１００％（全開）、第２位置Ｂにあるとき０％（全閉）であり、０％から１００％まで無段階かつ連続的に可変である。

エンジン１に付帯して、制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラをなす電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、インジェクタ、後段噴射弁９、前段噴射弁１６および第１電磁弁１７を制御するように構成されている。

ＥＣＵ１００には、エンジンの回転速度（具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ））を検出するための回転速度センサ４０と、運転手のアクセルペダル操作量に相関もしくは比例するアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが電気的に接続される。またＥＣＵ１００には、後段触媒１０の入口側の排気温度を検出するための排気温センサ４２と、前段触媒１５の入口側の排気温度を検出するための排気温センサ４３とが電気的に接続される。

ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０およびアクセル開度センサ４１によりそれぞれ検出されたエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃに基づき、所定のマップ（関数でもよい。以下同様）に従って、インジェクタから噴射される燃料噴射量の目標値である目標燃料噴射量Ｑを算出する。目標燃料噴射量Ｑは、エンジン負荷を表すパラメータである。このパラメータについては、目標燃料噴射量Ｑの代わりに、アクセル開度Ａｃまたは要求トルク等の他のパラメータを用いることもできる。

またＥＣＵ１００は、排気温センサ４３により検出された排気温に基づき、前段触媒１５の温度を推定する。代替的に、前段触媒１５の出口側にも排気温センサを設け、入口側および出口側の排気温センサの検出値に基づき前段触媒１５の温度を推定してもよい。推定方法には、公知方法を含め任意の方法を採用できる。ＥＣＵ１００は、前段触媒１５自体に設けられた温度センサにより前段触媒１５の温度を直接検出してもよい。これら推定と検出を総称して取得という。本実施形態では排気温センサ４３とＥＣＵ１００により取得ユニットが構成される。

ＥＣＵ１００は同様に、排気温センサ４２により検出された排気温に基づき、後段触媒１０の温度を推定する。後段触媒１０の出口側の排気温センサの検出値も含めて推定できる点、および、後段触媒１０の温度を直接検出できる点も、前記同様である。

なお本実施形態では、排気温センサ４２，４３が後段噴射弁９，１６の下流側にそれぞれ設けられているが、上流側に設けられてもよい。

ここで、本実施形態とは異なる比較例として、バイパス通路１２および第１電磁弁１７が省略され、尿素水噴射弁１６、排気温センサ４３および前段触媒１５が、タービン６Ｔより下流側かつ酸化触媒７より上流側に位置する排気通路４に設けられた例を想定する。この場合、タービン６Ｔと前段触媒１５が排気通路４に直列に設けられる。

この場合、タービン６Ｔに排気の熱エネルギが奪われるため、前段触媒１５の昇温および活性化に不利となる。また前段触媒１５が排気抵抗となるため、前段触媒１５の上流側の排気圧力すなわち背圧が上昇し、内燃機関の効率が低下する。因みに、前段触媒１５の上流側の排気圧力が上昇すると、タービン６Ｔの入口側と出口側の差圧が減少するため、タービン６Ｔの効率が低下する。

そこで本実施形態では、この問題を解決するため上記構成とし、併せて、以下の制御を実行する。概略を述べると、ＥＣＵ１００は、エンジンの負荷が低い場合には、高い場合に比べ、前段触媒１５の排気流量が多くなるように第１電磁弁１７を制御する。

詳しくは、ＥＣＵ１００は、図２に示すような所定のマップ（関数でもよい。以下同様）に従い、エンジンの回転数Ｎｅおよび負荷Ｌに対応した弁開度目標値Ｓｔを算出すると共に、第１電磁弁１７の実際の開度Ｓ（％）を、弁開度目標値Ｓｔに等しくなるよう制御する。負荷Ｌは具体的には目標燃料噴射量Ｑであり、負荷Ｌが増加するほど目標燃料噴射量Ｑが増加する。このマップにおいて、エンジン回転数Ｎｅがある一定の回転数であるときのエンジン負荷Ｌと弁開度目標値Ｓｔの関係を図３に示す。

図３において、縦軸は第１電磁弁１７の開度Ｓ（％）であり、０（％）が全閉、１００（％）が全開である。全閉時にはバイパス通路１２が完全に閉じられ、前段触媒１５の排気流量はゼロとなる。従ってエンジン本体２から分岐点１３に供給された排気は、その全量がタービン６Ｔに供給され、タービン６Ｔの排気流量は最大となる。

開度Ｓが増加するにつれ、バイパス通路１２の開放量および前段触媒１５の排気流量は増加し、タービン６Ｔの排気流量は減少する。開度Ｓが１００（％）に達したとき、バイパス通路１２の開放量および前段触媒１５の排気流量は最大となり、タービン６Ｔの排気流量はゼロとなる。

分岐点１３に供給される排気流量をＦ０、前段触媒１５の排気流量をＦ１、タービン６Ｔの排気流量をＦ２とし、Ｒ１＝Ｆ１／Ｆ０を前段触媒１５における排気流量の分配比すなわち第１分配比、Ｒ２＝Ｆ２／Ｆ０をタービン６Ｔにおける排気流量の分配比すなわち第２分配比とする。この場合、第１電磁弁１７の開度Ｓが増加するほど、第１分配比Ｒ１は増加し、第２分配比Ｒ２は減少する。

マップの横軸はエンジン負荷Ｌである。Ｌｍｉｎは最小負荷であり、これは、アクセルペダルが完全に戻されてアクセル開度Ａｃが最小値すなわち０（％）のときのエンジン負荷に相当する。このときの目標燃料噴射量Ｑはアイドル時の燃料噴射量に等しい。Ｌｍａｘは最大負荷であり、これは、アクセルペダルが最大に踏み込まれてアクセル開度Ａｃが最大値すなわち１００（％）のときのエンジン負荷に相当する。

これら最小負荷Ｌｍｉｎと最大負荷Ｌｍａｘの間の中間負荷において、しきい値Ｌｓが予め設定される。そして太実線で示される弁開度目標値Ｓｔは、Ｌ≦Ｌｓのとき１００（％）、Ｌ＞Ｌｓのとき０（％）とされる。

このマップに従いＥＣＵ１００は、実際のエンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下の低負荷であるとき、第１電磁弁１７の開度Ｓを、弁開度目標値Ｓｔに等しい１００（％）に制御する。また、実際のエンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓより大きい高負荷であるとき、第１電磁弁１７の開度Ｓを、弁開度目標値Ｓｔに等しい０（％）に制御する。なお実際のエンジン負荷Ｌは実際の目標燃料噴射量Ｑに相当し、しきい値Ｌｓは、しきい値Ｌｓ相当の目標燃料噴射量Ｑに相当する。

低負荷時に第１電磁弁１７の開度Ｓを１００（％）とすると、前述したように、前段触媒１５の排気流量は最大となり、タービン６Ｔの排気流量はゼロとなる。よって、エンジン本体２から供給された高温の排気を、前段触媒１５に最大限供給できる。また、前段触媒１５をバイパス通路１２に、タービン６Ｔと並列させて設けたので、タービン通過により熱エネルギが奪われた後の排気を前段触媒１５に供給しなくて済む。これにより、前段触媒１５の昇温および活性化に非常に有利となる。特に冷間始動後のアイドル暖機中には、エンジン本体２からの排気を、タービン６Ｔを介さずに、前段触媒１５に直接供給できるため、前段触媒１５を早期に活性化させることが可能となる。低負荷時には、ターボチャージャ６による過給の必要性が少ないので、タービン６Ｔの排気流量がゼロとなっても特段問題はない。

一方、高負荷時に第１電磁弁１７の開度Ｓを０（％）とすると、前述したように、タービン６Ｔの排気流量は最大となり、前段触媒１５の排気流量はゼロとなる。よって、タービン６Ｔに排気の全量を供給して、ターボチャージャ６による必要十分な過給を行うことができる。また、このときに前段触媒１５に排気を流さなくて済むので、前段触媒１５の存在による背圧の上昇、ひいてはエンジン効率の低下を抑制できる。背圧上昇によるタービン効率低下も抑制できる。タービン通過後の排気は後段触媒１０を通過するので、前段触媒１５をバイパスさせても、後段触媒１０により排気中のＮＯｘを支障なく浄化することができる。

このように本実施形態によれば、エンジン負荷が低い場合（Ｌ≦Ｌｓ）には、高い場合（Ｌ＞Ｌｓ）に比べ、前段触媒１５の排気流量が多くなるように第１電磁弁１７を制御するので、前段触媒１５の昇温と背圧の上昇抑制とに有利な排気浄化システムを提供することができる。

以上の観点に鑑み、エンジン負荷のしきい値Ｌｓは、前段触媒１５の活性度向上というエミッション要求と、過給によるエンジン出力要求とを最適にバランスさせる値に設定するのが好ましい。またしきい値Ｌｓは、エンジン回転数Ｎｅに応じて変更してもよい。

ところで、後段触媒１０は、その温度Ｔｃ２が所定の活性開始温度Ｔｃ２ｓ以上にならないとＮＯｘを実質的に浄化できない。そのためＥＣＵ１００は、推定した後段触媒１０の温度Ｔｃ２が活性開始温度Ｔｃ２ｓ以上のときに限って後段噴射弁９を作動させ、それ以外のときには後段噴射弁９を停止させる。これにより後段噴射弁９による無駄な尿素水噴射を抑制できる。前段触媒１５と前段噴射弁１６の組み合わせについても同様である。

しかし、前段触媒１５の温度Ｔｃ１が所定の活性開始温度Ｔｃ１ｓ以上であっても、前段触媒１５の排気流量がゼロであるときには、前段噴射弁１６により尿素水噴射しても無駄となってしまう。そこで本実施形態において、ＥＣＵ１００は、前段触媒１５の排気流量Ｆ１が所定値Ｆ１ｓ（具体的にはゼロ）より多く、かつ、推定した前段触媒１５の温度Ｔｃ１が所定の活性開始温度Ｔｃ１以上であるときに、前段噴射弁１６を作動させ、それ以外のときには前段噴射弁１６を停止させるようにしている。これにより前段噴射弁１６による無駄な尿素水噴射を抑制できる。

例えば、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓより高く（前段触媒１５の排気流量Ｆ１がゼロ）、前段触媒１５の温度Ｔｃ１が活性開始温度Ｔｃ１未満という第１状態から、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓより低い（前段触媒１５の排気流量Ｆ１がゼロより大きい）第２状態に変化したとする。このとき、変化直後の時点では、未だ前段触媒１５の温度Ｔｃ１が活性開始温度Ｔｃ１未満であるため、前段噴射弁１６による尿素水噴射は実行されない。しかし、変化後一定時間経過すると、前段触媒１５の温度Ｔｃ１が活性開始温度Ｔｃ１以上に上昇するため、前段噴射弁１６による尿素水噴射が実行される。こうして活性開始温度Ｔｃ１以上になる前の尿素水噴射を効果的に抑制できる。

なお、排気流量の所定値Ｆ１ｓはゼロに限らず、ゼロより僅かに大きい値であってもよい。排気流量がゼロより僅かに大きいときには、排気に含まれるＮＯｘの量も僅かであるため、尿素水噴射を停止させても実質的に問題は生じないからである。

次に図４を参照して、本実施形態における制御ルーチンを説明する。図示するルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期τ（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１において、ＥＣＵ１００は、実際のエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷Ｌの値を取得する。

次にステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、取得したエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン負荷Ｌに基づき、弁開度目標値Ｓｔを、図２に示したマップから算出する。

次にステップＳ１０３において、ＥＣＵ１００は、第１電磁弁１７の実際の開度Ｓを、弁開度目標値Ｓｔに等しい開度に制御する。

その後、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、弁開度目標値Ｓｔが０（％）より大きいか否か、すなわち、前段触媒１５の排気流量Ｆ１が所定値Ｆ１ｓすなわちゼロより大きいか否かを判断する。

弁開度目標値Ｓｔが０（％）より大きい場合、すなわち前段触媒１５の排気流量Ｆ１がゼロより大きい場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０５に進み、前段触媒１５の温度Ｔｃ１が活性開始温度Ｔｃ１ｓ以上か否かを判断する。

活性開始温度Ｔｃ１ｓ以上の場合、ＥＣＵ１００はステップＳ１０６に進み、前段噴射弁１６を作動（ＯＮ）させ、ルーチンを終える。

他方、ステップＳ１０４において弁開度目標値Ｓｔが０（％）に等しい場合、すなわち前段触媒１５の排気流量Ｆ１がゼロの場合と、ステップＳ１０５において前段触媒１５の温度Ｔｃ１が活性開始温度Ｔｃ１ｓ未満の場合とにおいては、ＥＣＵ１００はステップＳ１０７に進み、前段噴射弁１６を停止（ＯＦＦ）させ、ルーチンを終える。

なお、ここで述べた基本制御例では、図３に示したように弁開度目標値Ｓｔを、エンジン負荷しきい値Ｌｓを境に１００％と０％の２段階に切り替えた。しかしながら、必ずしも１００％と０％に切り替えなくてもよい。１００％の代わりに、１００％より小さい値（例えば８０％）を用いてもよいし、０％の代わりに、０％より大きい値（例えば２０％）を用いてもよい。但し前者は後者より大きくする必要がある。

次に、制御の変形例を説明する。

（第１変形例）
前述の基本制御例においては、図３に示したように、弁開度目標値Ｓｔを単純に２段階に切り替えた。

一方、ここで述べる第１変形例においては、図５に示すように、弁開度目標値Ｓｔの切り替え方法が異なる。すなわち、図５に示すマップでは、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓより大きいときには基本制御例と同様、弁開度目標値Ｓｔが一定の０（％）とされるが、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のときには、エンジン負荷Ｌが減少するにつれ、弁開度目標値Ｓｔが０（％）から１００（％）まで無段階かつ連続的に増加される。

このマップによっても、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のときには、しきい値Ｌｓより大きいときに比べ、前段触媒１５の排気流量を多くできるので、基本制御例と同様の作用効果を発揮できる。また、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のときには、エンジン負荷Ｌが高くなるほど、前段触媒１５の排気流量を少なくできるので、基本制御例よりも背圧の上昇抑制に有利である。

この第１変形例における制御ルーチンは図４に示したのと同様である。但し第１変形例では、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のとき、エンジン負荷Ｌが高くなるほど、前段触媒１５の排気流量が少なくなるので、これに併せて、前段噴射弁１６を作動（ＯＮ）させたとき（ステップＳ１０６）の尿素水噴射量を、エンジン負荷Ｌが高くなるほど少なくするのが好ましい。

（第２変形例）
第２変形例においては、図６に示すように、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のときの弁開度目標値Ｓｔの変化の仕方が第１変形例と異なる。すなわち、図６に示すマップでは、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓより大きいときには基本制御例および第１変形例と同様、弁開度目標値Ｓｔが一定の０（％）とされるが、エンジン負荷Ｌがしきい値Ｌｓ以下のときには、エンジン負荷Ｌが減少するにつれ、弁開度目標値Ｓｔが０（％）から１００（％）まで段階的に増加される。このようにしても、第１変形例と同様の作用効果を発揮できる。なお段階数は任意であり、本実施形態では五段階とされている。制御ルーチンについては第１変形例と同様である。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態を説明する。なお前記第１実施形態と同様の部分については説明を割愛し、以下、第１実施形態との相違点を主に説明する。

図７に、第２実施形態の排気浄化システムを示す。排気浄化システムは、排気通路４から分岐してバイパス通路１２に合流する分岐通路２０をさらに備える。

分岐通路２０は、タービン６Ｔより下流側、かつバイパス通路１２の合流点１４より上流側に位置する分岐位置２１において、排気通路４から分岐する。また分岐通路２０は、バイパス通路１２の分岐点１３より下流側、かつ前段触媒１５より上流側に位置する合流位置２２において、バイパス通路１２に合流する。

本実施形態の調節弁は、前述の第１電磁弁１７と、別の電磁弁である第２電磁弁１８とにより形成される。第２電磁弁１８は三方電磁弁により形成され、分岐通路２０の分岐点２１に設けられる。

第２電磁弁１８は、その上流側の排気通路４を分岐通路２０（前段触媒１５側）のみに接続する第１位置Ａと、その上流側の排気通路４を下流側の排気通路４（後段触媒１０側）のみに接続する第２位置Ｂとに切替可能である。そして第２電磁弁１８は、第１位置Ａと第２位置の間で無段階かつ連続的に切替可能である。第２電磁弁１８の開度Ｓは、第１位置Ａにあるとき１００％（全開）、第２位置Ｂにあるとき０％（全閉）であり、０％から１００％まで無段階かつ連続的に可変である。

本実施形態の制御は、エンジンの負荷Ｌが低負荷（しきい値Ｌｓ以下）のときの制御と、高負荷（しきい値Ｌｓより大）のときの制御とに大別される。そして各制御は、推定された後段触媒１０の温度Ｔに応じて変更される。

まず、エンジンの負荷Ｌが低負荷（しきい値Ｌｓ以下）のときの制御について説明する。後段触媒１０の温度Ｔｃ２が低温、すなわち活性開始温度Ｔｃ２ｓ未満のとき、第１電磁弁１７の開度Ｓは１００％、第２電磁弁１８の開度Ｓは０％に制御される。このように後段触媒１０が未活性のときには、前段触媒１５の排気流量を最大とし、タービン６Ｔの排気流量をゼロとするので、前段触媒１５を最大限活用してＮＯｘを浄化できる。

他方、後段触媒１０の温度Ｔｃ２が高温、すなわち活性開始温度Ｔｃ２ｓ以上のとき、第１電磁弁１７と第２電磁弁１８の開度Ｓは、前段触媒１５とタービン６Ｔの排気流量が均等（全体の５０％ずつ）になるように制御される。例えば、第１電磁弁１７の開度Ｓは５０％、第２電磁弁１８の開度Ｓは０％に制御される。このように後段触媒１０が活性化しているときには、後段触媒１０でＮＯｘを浄化できるので、前段触媒１５の排気流量を減らし、その分タービン６Ｔの排気流量を増やす。これにより背圧上昇を抑制すると共に、ターボチャージャ６の利用により燃焼効率を向上できる。

次に、エンジンの負荷Ｌが高負荷（しきい値Ｌｓより大）のときの制御について説明する。後段触媒１０の温度Ｔｃ２が活性開始温度Ｔｃ２ｓ未満のとき、第１電磁弁１７の開度Ｓは０％に制御され、第２電磁弁１８の開度Ｓは例えば０～５０％の範囲内で可変制御される。

こうなると、エンジン本体２から供給された排気は、バイパス通路１２に分岐することなく、タービン６Ｔに全量供給される。そしてタービン６Ｔ通過後の排気のうち、一部は分岐通路２０を通じて前段触媒１５に供給され、残部は後段触媒１０に供給される。

この場合はエンジン負荷Ｌが高負荷であり、高い出力トルクが要求されるので、排気をタービン６Ｔに全量供給し、ターボチャージャ６による過給を最大限実行する。そして排気の一部を前段触媒１５に供給し、前段触媒１５でＮＯｘを浄化する。このとき多くの排気を前段触媒１５に供給すると、背圧が上昇するので、第２電磁弁１８の開度を１００％未満の値、例えば０～５０％の範囲内に制限する。こうすることで背圧上昇を抑制し、エンジン効率を最大限向上できる。

第２電磁弁１８の開度Ｓは、エンジン負荷Ｌが高くなるほど減少される。これによりエンジン負荷Ｌが高くなるほど、前段触媒１５の排気流量を低減し、背圧上昇を抑制できる。

他方、後段触媒１０の温度Ｔｃ２が活性開始温度Ｔｃ２ｓ以上のとき、第１電磁弁１７の開度Ｓは０％に制御され、第２電磁弁１８の開度Ｓも０％に制御される。

これにより、エンジン本体２から供給された排気は、全量タービン６Ｔに供給された後、後段触媒１０に供給される。前段触媒１５の排気流量がゼロになるので、背圧上昇を最大限抑制し、エンジン効率を最大化できる。

なお、制御ルーチンについては、第１実施形態と同様であり、上述のステップＳ１０３において第１電磁弁１７および第２電磁弁１８の開度Ｓが本実施形態のように制御される。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態および変形例は他にも様々考えられる。

（１）例えば、前段触媒１５と後段触媒１０は、選択還元型ＮＯｘ触媒でなくてもよい。例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であってもよいし、ＮＯｘ触媒以外の触媒、例えば酸化触媒または三元触媒等であってもよい。なお触媒には、前記フィルタ８のような、触媒が担持されたパティキュレートフィルタが含まれる。前段触媒１５と後段触媒１０で、触媒の種類が異なっていてもよい。

（２）必要に応じて、後段触媒１０を省略してもよい。

（３）調節弁の構成は種々変更可能である。例えば一つの三方電磁弁の代わりに二つの二方電磁弁を設けて同一機能を実現してもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

４ 排気通路
６Ｔ タービン
１０ ＮＯｘ触媒（後段触媒）
１２ バイパス通路
１３ 分岐点
１４ 合流点
１５ ＮＯｘ触媒（前段触媒）
１６ 尿素水噴射弁（前段噴射弁）
１７ 第１電磁弁
１８ 第２電磁弁
２０ 分岐通路
２１ 分岐点
４３ 排気温センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、
   前記タービンをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた触媒と、
   前記タービンおよび前記触媒の排気流量を調節するための調節弁と、
   前記調節弁を制御するように構成された制御ユニットと、
   を備え、
   前記制御ユニットは、前記内燃機関の負荷が低い場合には、高い場合に比べ、前記触媒の排気流量が多くなるように前記調節弁を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記調節弁は、前記バイパス通路の分岐点に設けられた三方電磁弁により形成される
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記タービンより下流側、かつ前記バイパス通路の合流点より上流側に位置する前記排気通路から分岐し、前記バイパス通路の分岐点より下流側、かつ前記触媒より上流側に位置する前記バイパス通路に合流する分岐通路をさらに備え、
   前記調節弁は、前記バイパス通路の分岐点に設けられた三方電磁弁と、前記分岐通路の分岐点に設けられた三方電磁弁とにより形成される
   請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒であり、
   前記排気浄化システムは、前記触媒の上流側に位置する前記バイパス通路に設けられた尿素水噴射弁と、前記触媒の温度を取得する取得ユニットとを備え、
   前記制御ユニットは、前記触媒の排気流量が所定値より多く、かつ、前記取得ユニットにより取得された前記触媒の温度が所定の活性開始温度以上であるときに、前記尿素水噴射弁から尿素水を噴射させる
   請求項１～３の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記バイパス通路の合流点より下流側に位置する前記排気通路に設けられ、前記触媒と同一種類の下流側触媒をさらに備える
   請求項１～４の何れか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記触媒および前記下流側触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒である
   請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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