JP3321992B2

JP3321992B2 - ターボチャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP3321992B2
Application number: JP13212994A
Authority: JP
Inventors: 一哉木部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 2002-09-09
Anticipated expiration: 2017-09-09
Also published as: JPH07332072A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャ付内
燃機関の排気ガス浄化装置に係り、特にディーゼル機関
から排出されるパティキュレートの低減に有効なターボ
チャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ターボチャージャ付内燃機関
の排気ガス浄化装置としては、例えば特開昭６１−７０
１１５号公報に開示される装置が知られている。

【０００３】この装置は、排気ガスの排圧を駆動源とし
て回転する排気タービンと、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
ッサとからなるターボチャージャを具備する内燃機関に
おいて、良好な排気エミッションの確保と、いわゆるタ
ーボラグの抑制とを両立すべく構成されたものであり、
排気タービン上流に排気ガス浄化用触媒を配設し、かつ
この触媒をバイパスするバイパス通路を設けることによ
り上記の目的達成を図っている。

【０００４】すなわち、上記公報記載の装置の如く排気
通路中に排気ガス浄化用触媒を配設した場合、内燃機関
から排出される未燃成分等を、この触媒の作用で酸化さ
せることができ、排気ガスの清浄度を良好に保つことが
できる。

【０００５】また、触媒通過後の排気ガスをターボチャ
ージャの排気タービンに導く構成は、比較的排気ガス温
度が低い低負荷・低回転領域からの加速時等に、排気タ
ービンに供給される排気ガスの温度を急激に上昇させる
ことができず、ターボラグを抑制する観点からは不利で
あるが、上記公報記載の装置は、触媒をバイパスするバ
イパス通路を用い、加速時等特定の運転状況下では、排
気ガスを直接排気タービンに導くこととしてターボラグ
の抑制を図っている。

【０００６】このように、上記公報記載の装置によれ
ば、内燃機関から排出される排気ガスを適切に浄化して
良好は排気特性を確保しつつ、ターボラグを抑制して優
れた過渡応答性を確保することが可能である。

【０００７】ところで、従来より、ディーゼル機関から
排出される排気ガスの清浄度を評価する項目の一つとし
て、排気ガス中におけるパティキュレート（固体微粒
子）の含有量が従来より挙げられている。

【０００８】ここで、ディーゼル機関から排出される排
気ガス中には、直接パティキュレートを構成する物質と
して、カーボン、ＨＣ系の可溶性有機物（ソラブルオー
ガニックフラクション、以下ＳＯＦと称す）等が存在す
る。また、酸化等の変化を経てパティキュレートとなり
得る物質としてＳＯ₂が存在する。

【０００９】これに対して、ディーゼル機関の排気ガス
浄化装置は、排気ガス中の未燃成分を酸化する酸化触媒
を用いる構成が従来一般的であり、比較的低い温度で酸
化させることができるＳＯＦを、酸化によりＨ₂ＯとＣ
Ｏ₂とに変換することでパティキュレートの減少を図っ
ている。

【００１０】一方、排気ガス中に含有されるＳＯ₂は、
上記の如く、そのままの状態でパティキュレートとして
捕獲されることはないが、酸化されてサルフェート（Ｓ
Ｏ₃）に変化すると、排気ガス中の水（Ｈ₂Ｏ）と結合
してＨ₂ＳＯ₄を生成し、パティキュレートとして捕獲
される状態となる。

【００１１】つまり、酸化触媒を用いてディーゼル機関
の排気ガス浄化装置を構成した場合、排気ガスの温度が
ＳＯＦの酸化に適した温度であればパティキュレートは
減少することになるが、その温度がＳＯ₂をも酸化する
温度に到達すると、排気ガスを触媒で処理することによ
り、却ってパティキュレートが増加する事態が生じ得
る。

【００１２】かかる事態を回避する構成としては、触媒
をバイパスするバイパス通路を設け、排気ガスの温度が
所定温度以下の場合には、バイパス通路を遮断して排気
ガスを触媒へ導き、また排気ガスの温度が所定温度を越
える場合には、バイパス通路を導通させて、触媒への排
気ガスの供給を停止する構成が考えられる。

【００１３】この点、上記公報記載の装置は、内燃機関
と排気タービンとの間に触媒を有し、かつ触媒をバイパ
スするバイパス通路と、内燃機関の運転状態に応じてバ
イパス通路を流通する排気ガスの流通量を制御する機構
とを備えており、上述したパティキュレートの増加防止
を実現し得る構成に近似している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置は、触媒の上流と、触媒の下流かつ排気タービンの上
流とが、バイパス通路によって連通される構成であり、
排気ガスをバイパス通路にバイパスした場合であって
も、排気タービン上流の圧力が比較的高圧となり、その
結果触媒の背圧が高圧となり、触媒を通過するガスの温
度を低下させるうえで不利な状態となる。

【００１５】この場合、上記従来の装置におけるターボ
チャージャは、過剰な過給圧の発生を防止すべく、排気
タービンの上流圧力をその下流に開放するウエストゲー
トバルブを備えているため、バイパス通路を導通し、か
つウエストゲートバルブを開放すれば、事実上触媒の上
流と排気タービンの下流とがバイパスされ、触媒を通過
するガスの温度を低下させるうえで最も有利な状態を一
時的に形成することも可能である。

【００１６】ところが、ターボチャージャが備えるウエ
ストゲートバルブは、あくまでも過剰な過給圧を防止す
る観点で制御されるバルブであり、触媒に対して設けら
れたバイパス通路の制御と同期して行われるものではな
い。このため、上記従来の装置においては、バイパス通
路が遮断し、かつウエストゲートバルブが開弁された状
態が起こり得ることとなり、この場合、触媒通過ガス温
が低下し、触媒浄化温度に達しないという問題が残存す
ることとなる。

【００１７】この意味で、上記従来の装置は、ターボチ
ャージャ付のディーゼル機関に適用した場合、最適な状
態でパティキュレートの抑制を図ることができない事態
を生じ得るという問題を有するものであった。

【００１８】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ターボチャージャの排気タービン上流に触媒を
配設し、かつ排気ガス温度が所定温度を越える場合にそ
の排気ガスを触媒の上流から排気タービンの下流へバイ
パスするバイパス通路を設けることにより、上記課題を
解決するターボチャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装
置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１に
記載するように、排気タービンの上流と下流とをバイパ
スするバイパス通路と、該バイパス通路の導通を制御す
るウェストゲートバルブとを備えるターボチャージャを
具備するディーゼル機関の排気ガスを浄化する装置であ
って、前記排気タービンの上流、かつ前記バイパス通路
との連通部の下流に配設される触媒と、該触媒に流入す
る排気ガスの温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
該排気ガス温度検出手段の検出結果に基づいて前記ウェ
ストゲートバルブを制御するバルブ制御手段とを有する
ことを特徴とするターボチャージャ付ディーゼル機関の
排気ガス浄化装置により達成される。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】請求項１記載の発明において、前記バイパス通
路は、前記ウエストゲートバルブが開弁している場合、
内燃機関から排出される排気ガスを前記触媒の上流から
前記ターボチャージャの排気タービン下流へバイパスす
る。従って、この場合、前記触媒及び前記排気タービン
へは、共に排気ガスが供給されない。

【００２３】一方、前記ウエストゲートバルブが閉弁し
ている場合、内燃機関から排出された排気ガスは、前記
バイパス通路に流入せず、前記触媒に供給される。ここ
で前記触媒は、活性化温度の排気ガスが供給されると、
排気ガス中に含有されるＳＯＦを酸化して排気ガス中の
パティキュレートを減少せしめ、一方、活性化温度を越
える高温の排気ガスが供給されると、排気ガス中に含有
されるＳＯ₂を酸化してパティキュレートの素となるサ
ルフェートを増加させる。

【００２４】また、前記触媒に排気ガスが供給される
と、その排気ガスは次いで前記ターボチャージャの排気
タービンに供給され、内燃機関には、コンプレッサで昇
圧された空気が過給される。この際、内燃機関に供給さ
れる過給圧は、内燃機関の耐圧強度上の制約等から適当
な圧力以下に抑える必要があり、排気タービンに過剰流
速の排気ガスが供給されるのを防止する必要がある。

【００２５】これに対して、前記バルブ制御手段は、前
記排気ガス温度検出手段の検出結果に基づいて、排気ガ
スの温度が所定温度を越える場合に前記ウエストゲート
バルブを開弁させる。

【００２６】この結果、前記触媒にＳＯＦの酸化に適し
た活性化温度を越える排気ガスが供給されることがな
く、前記触媒の作用によるサルフェートの増加、すなわ
ちパティキュレートの増加が有効に防止されることにな
る。

【００２７】また、上記の如く前記触媒への排気ガスの
供給を制御した場合、前記排気タービンには、過剰流速
を伴うことのない比較的低温の排気ガスのみが供給され
ることになり、所定流速を越える排気ガスが供給される
ことによる過剰な過給圧の発生が有効に防止されること
になる。

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【実施例】図１は、請求項１及び２記載の発明の一実施
例であるターボチャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装
置の全体構成図を示す。同図において、内燃機関１０
は、４気筒式ディーゼル機関であり、その各気筒には、
吸気マニホールド１２、及び排気マニホールド１４の各
枝管がそれぞれ連通している。

【００３４】排気マニホールド１４の下流には、酸化触
媒１６を備える排気通路１８が連通され、その下流に
は、更にターボチャージャ２０の排気タービン２２が連
通されている。

【００３５】ここで、ターボチャージャ２０は、排気ガ
スの排気圧力を駆動源として回転する排気タービン２２
と、排気タービン２２と共に回転するインペラ２４を備
えるコンプレッサ２６とからなる過給機である。

【００３６】すなわち、コンプレッサ２６の下流には、
吸気マニホールド１２が連通されており、排気タービン
２２が排気ガスの流速により回転すると、コンプレッサ
２４の上流から吸入された空気がコンプレッサ２４で昇
圧され、その後内燃機関１２へ圧送される。

【００３７】この結果、吸入空気量が、無過給時に比べ
て多量の空気を内燃機関１０に供給することができ、大
きな出力トルクを得ることが可能となる。尚、排気ター
ビン２２の下流は、図示しない排気管に連通されてお
り、排気タービン２２に供給された排気ガスは、その後
大気中に放出される。

【００３８】排気通路１８には、酸化触媒１６の上流と
排気タービン２２の下流とを連通するバイパス通路２８
が設けられている。また、バイパス通路２８の上流側連
通部には、バイパス通路の導通を制御するウエストゲー
トバルブ３０が設けられている。

【００３９】このウエストゲートバルブ３０は、アクチ
ュエータ３２を駆動源として開閉するバルブであり、閉
弁時には内燃機関１０から排出される排気ガスを全量酸
化触媒１６に流通させ、開弁時には、その開度に応じた
流量の排気ガスをバイパス通路２８を介して排気タービ
ン２２下流に流通させる。

【００４０】アクチュエータ３２は、ウエストゲートバ
ルブ３０に連結される作動軸３２ａを、負圧を利用して
駆動する装置であり、作動軸３２ａ、ダイアフラム３２
ｂ及びハウジング３２ｃより構成される。

【００４１】ダイアフラム３２ｂは、作動軸３２ａに固
定されると共に、ハウジング３２の内部空間を負圧室３
２ｄと大気室３２ｅとに分離する部材であり、負圧室３
２ｄと大気室３２ｅの差圧に応じて変形する。

【００４２】ここで、負圧室３２ｄは、電気式バキュー
ムレギュレーティングバルブ（Ｅ−ＶＲＶ）３４の流出
ポート３４ａに連通しており、一方大気室３２ｅは、ハ
ウジング３２ｃに設けられた大気孔により、常に大気に
開放されている。

【００４３】また、Ｅ−ＶＲＶ３４は、それぞれ大気、
及び負圧源に連通する２つの吸入ポート３４ｂ，３４ｃ
と、これら２つの吸入ポートを適当な割合で流出ポート
３４ａに開口させる弁機構とを備えており、ＥＣＵ３６
から供給される指令信号に基づいて、適当な圧力に調整
した負圧をアクチュエータ３２の負圧室３２ｄに供給す
る。

【００４４】この結果、アクチュエータ３２のダイアフ
ラム３２ｂの両面には、ＥＣＵ３６から発せられる指令
信号に対応した差圧が発生し、ウエストゲートバルブ３
０の開度は、その指令信号に対応した開度に制御される
ことになる。

【００４５】ＥＣＵ３６は、上記の如くウエストゲート
バルブ３０の開度を制御する電子制御ユニットであり、
その制御の基礎データを得るため、酸化触媒１６の直上
部に配設された排気温センサ３８、吸入空気量を検出す
る吸入空気量センサ４０、機関回転数を検出する回転数
センサ４２、冷却水温を検出する冷却水温センサ４４、
吸気温を検出する吸気温センサ４６、及びターボチャー
ジャ２０の過給圧を検出する過給圧センサ４８等の各種
センサが接続されている。

【００４６】ところで、本実施例の排気ガス浄化装置
は、内燃機関１０から排出される排気ガスの温度が比較
的低温の場合には、その全量を酸化触媒１６に流通さ
せ、排気ガスの温度が所定温度を越える場合には、排気
ガスの一部又は全部を酸化触媒１６に供給することなく
排気タービン２２下流にバイパスさせる点に特徴を有し
ている。

【００４７】以下、上記動作を実現すべくＥＣＵ３６が
実行する処理の内容を説明するが、その前提として、か
かる処理の必要性について説明する。

【００４８】図２は、内燃機関１０から排出され、酸化
触媒１６に流入する排気ガス（以下、触媒入りガスと称
す）中に含有されるパティキュレート重量［g/km］（図
２中、Ｉで示す実線）と、その触媒入りガスを酸化触媒
１６で浄化した後のパティキュレート重量［g/km］（図
２中、IIで示す実線）とを、排気ガス温度との関係で表
した特性図である。

【００４９】また、図３は、触媒入りガス中のパティキ
ュレート成分（同図中（Ａ））、酸化触媒１６が活性温
度領域の触媒入りガスを浄化した後のパティキュレート
成分（同図（Ｂ））、及び酸化触媒１６が高温領域の触
媒入りガスを浄化した後のパティキュレート成分（同図
（Ｃ））をそれぞれ表した特性図である。

【００５０】ディーゼル機関から排出される排気ガス中
には、パティキュレートを構成する成分として、図３に
示す如くＨ₂ＳＯ₄，ＳＯＦ，及びカーボンが含有され
ており、酸化触媒１６は、これらの成分のうち主にＳＯ
Ｆを酸化することでその低減を図ることは前記した通り
である。

【００５１】ここで、酸化触媒１６がＳＯＦに対して酸
化作用を発揮するためには、排気ガス温度がＳＯＦを酸
化するに足りる活性温度に到達していることが必要であ
り、それ以下の温度では、ＳＯＦを良好に酸化すること
はできない。浄化後の排気ガス中のパティキュレート重
量が、図２に示す如く低温領域から活性温度領域に向け
て昇温するにつれて減少するのは、かかる特性に起因す
るものである。

【００５２】尚、本実施例の排気ガス浄化装置は、ター
ボチャージャ２０の排気タービン２２上流に酸化触媒１
６を備えており、内燃機関１０の排気温を直接的に酸化
触媒１６に作用させ得る構成としているため、排気ガス
温度が比較的低温である場合でも、酸化触媒１６に活性
温度領域の排気ガスを供給することができる。このた
め、本実施例の排気ガス浄化装置は、排気ガス温度が低
い領域において比較的良好な浄化特性を発揮し得るとい
う特長を有している。

【００５３】一方、排気ガス温度が活性温度領域を越え
ると、その後酸化触媒１６は、排気ガス中に含有される
ＳＯＦに加えてＳＯ₂に対しても酸化作用を発揮し始め
る。このため、高温領域における浄化後の排気ガス中に
は、図３（Ｃ）に示すようにＨ₂ＳＯ₄がパティキュレ
ートとして多量に含有され、その結果図２に示すよう
に、排気温度の上昇と共にパティキュレート重量が増加
する傾向を示す。

【００５４】その結果、排気ガス温度が所定温度（例え
ば図２にＴ₁で示す温度）を越える領域で更に酸化触媒
１６による浄化処理を実行した場合、その処理により却
って排気ガス中のパティキュレートを増加させる事態が
生ずる。

【００５５】そこで、本実施例の排気ガス浄化装置は、
酸化触媒１６を配することによるかかる弊害を除去すべ
く、上記の如きバイパス通路２８を設け、所定温度を越
える排気ガスが酸化触媒１６に供給されるのを防止する
こととしたものである。

【００５６】図４は、かかる機能を満たすべくＥＣＵ３
６が実行するルーチンの一例のフローチャートを示す。
以下、同図に沿って、本実施例の排気ガス浄化装置の動
作について説明する。

【００５７】すなわち、図４に示すルーチンが起動する
と、先ずステップ１００において過給圧センサ４８より
コンプレッサ２６における過給圧を読み込む。ＥＣＵ３
６が制御するウエストゲートバルブ３０は、過剰な過給
圧の発生を防止する機能をも果たす必要があり、その意
味で過給圧を監視する必要があるからである。

【００５８】ステップ１０２では、酸化触媒１６への入
りガス温度を読み込む。尚、本実施例においては、排気
温センサ３８を酸化触媒１６直上部に設けているため、
その値を読み込むことで、直接的に入りガス温度を検出
することができる。

【００５９】次にステップ１０４においては、ウエスト
ゲートバルブ３０の開度を演算する基礎とすべく、内燃
機関１０の運転状態を表す各種エンジンパラメータの読
み込みを行う。

【００６０】本実施例においては、排気ガスの流速を演
算するため、エンジン負荷を表す吸入空気量と機関回転
数とを、それぞれ吸入空気量センサ４０、及び回転数セ
ンサ４２から読み込み、また酸化触媒１６の暖機状態を
推定する意味で、冷却水温ＴＨＷ、及び吸気温ＴＨＡ
を、それぞれ冷却水温センサ４４、及び吸気温センサよ
り読み込むこととしている。

【００６１】そして、これら各種センサ出力の読み込み
を終えたら、次にステップ１０６へ進み、ウエストゲー
トバルブ３０の開度を演算する。ここで、過給圧が所定
圧を越えている場合は、過給圧を上限値でガードするた
めにその開度を全開とし、ＴＨＷ，ＴＨＡより酸化触媒
１６が暖機過程である、すなわち活性温度領域以下であ
ると推定される場合は、早期暖機を実現するためその開
度を全閉とする。

【００６２】また、その他の場合には、吸入空気量及び
機関回転数より推定した排気ガスの流速と入りガス温度
とをパラメータとして、酸化触媒１６の温度を図２中Ｔ
₁で示す臨界温度以下に維持するために設定した開度マ
ップを参照して、ウエストゲートバルブ３０の開度を演
算する。

【００６３】この様にしてウエストゲートバルブ３０の
開度を演算したら、次にステップ１０８へ進み、上記の
如く演算した開度を実現するためにＥ−ＶＲＶ３４に要
求される開度を演算し、その開度に相当する制御信号を
出力して今回の処理を終了する。

【００６４】この場合、本実施例の排気ガス浄化装置に
よれば、内燃機関１０の運転状態に応じて、過剰な過給
圧の発生を確実に防止し、かつ冷間時における酸化触媒
１６の早期暖機を可能とし、更に酸化触媒１６をバイパ
スして流れる排気ガスの流量を適当に制御することで、
大気中に排出される排気ガス中のパティキュレート含有
量の抑制を図ることができる。

【００６５】尚、上記実施例においては、排気温センサ
３８が請求項１及び２記載の前記排気ガス温度検出手段
に、ＥＣＵ３６が請求項１記載の前記バルブ制御手段
に、酸化触媒が請求項１記載の前記触媒に、それぞれ相
当している。

【００６６】ところで、上記実施例においては、ウエス
トゲートバルブ３０を、負圧駆動式アクチュエータ３２
で駆動することとしているが、これに限るものではな
く、例えばステップモータ等によりその駆動を行う構成
としてもよい。

【００６７】また、排気ガス温度検出手段として、酸化
触媒直上部に排気温センサ３８を配設しているが、これ
に限るものではなく、例えば内燃機関１０の負荷、機関
回転数等から排気温度を推定し、その処理をもって排気
ガス温度検出手段を実現することとしてもよい。

【００６８】更に、上記実施例は、ウエストゲートバル
ブ３０の開度を、適当な中間開度に制御して、高精度な
バイパス流量制御を実現する構成としているが、ウエス
トゲートバルブ３０の開度制御は、よりラフに行うこと
も可能であり、例えば排気ガス１０の運転状態状況に応
じて全開・全閉を切り換える構成とすることも可能であ
る。

【００６９】図５は、かかるウエストゲートバルブ３０
の開度制御を行うべくＥＣＵ３６が実行するルーチンの
一例のフローチャートである。尚、同図において、上記
図４と同一の処理を実行するステップには、同一の符号
を付してその説明を省略する。

【００７０】すなわち、図５に示すルーチンにおいて
は、過給圧の読み込み（ステップ１００）、及び入りガ
ス温度の読み込み（ステップ１０２）を終えたら、次に
ステップ２００において、過給圧が所定の設定値以下で
あるかどうか判別する。

【００７１】そして、設定温度以下であると判別された
場合は、ステップ２０２へ進んで入りガス温度が設定値
以下であるかを判別し、設定値以下である場合は、過給
圧をガードする観点からも、パティキュレートを抑制す
る観点からも、内燃機関１０から排出される排気ガスは
全量酸化触媒１６に流入させるべきであると判断し、ス
テップ２０４へ進み、ウエストゲートバルブ３０を全閉
として今回の処理を終了する。

【００７２】一方、上記ステップ２００、又はステップ
２０２の何れかの条件が不成立となった場合は、ステッ
プ２０６へ進んでウエストゲートバルブ３０を全開とし
て今回の処理を終了する。

【００７３】この場合、簡易な処理により、過剰な過給
圧の発生防止と、触媒作用によるパティキュレートの増
加を共に確実に防止することができる。また、かかる構
成とした場合中間開度の制御が不要であり、アクチュエ
ータ３０の制御系を簡素化して一層の低コスト化を実現
することが可能となる。

【００７４】ところで、ターボチャージャを備える内燃
機関においては、内燃機関から排出される排気ガスの温
度とターボチャージャから内燃機関に供給される吸入空
気の過給圧とに相関があることが知られている。

【００７５】従って、上記図１に示す排気ガス浄化装置
において、過給圧が所定圧を越える場合にウエストゲー
トバルブ３０を開弁する構成とすれば、過剰な過給圧の
発生防止と、酸化触媒１６の過熱防止とを、極めて簡単
な構成で実現することができる。

【００７６】図６は、上記観点より構成の簡単化を図っ
た、請求項１記載の発明の第２実施例の全体構成図であ
る。

【００７７】すなわち、図６に示す排気浄化装置は、ウ
エストゲートバルブ３０を負圧式アクチュエータ５０で
駆動する点は上記図１に示す装置と同様であるが、本実
施例におけるアクチュエータ５０は、Ｅ−ＶＲＶ３４等
の負圧制御弁を介することなく、吸気マニホールド１２
内の負圧を、負圧導入通路５２を介して直接その負圧室
５０ｄに取り込んでいる。

【００７８】ここで、アクチュエータ５０は、負圧室５
０ｄと大気室５０ｃとの差圧に応じてダイアフラム５０
ｂが変形することで、ウエストゲートバルブ３０に連結
される作動軸５０ａを変位させるアクチュエータであ
る。従って、吸気マニホールド１２内の吸気負圧が大き
い場合、すなわち過給圧がさほど大きくない場合は、ウ
エストゲートバルブ３０は閉弁状態に維持され、一方吸
気マニホールド１２内の吸気負圧が大きい場合、すなわ
ち過給圧が所定圧を越えると、ウエストゲートバルブ３
０が開弁される。

【００７９】このため、酸化触媒１６には、高温・高圧
の排気ガスが導かれることがなく、かつ排気タービン２
２に、過剰な過給圧の原因となる高温排気ガスが導かれ
ることがなく、簡単な構成で、上記図１又は図５に示す
装置と同様の所望の効果が実現されることになる。

【００８０】尚、本実施例は、吸気マニホールド内の吸
気圧力を排気温度の代用特性値としてウエストゲートバ
ルブ３０の開度を制御するものである。この意味で、本
実施例においては、アクチュエータ５０が、請求項１記
載の前記排気ガス温度検出手段、及びバルブ制御手段に
相当している。

【００８１】図７は、請求項３記載の発明の一実施例で
あるターボチャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置の
全体構成図を示す。尚、同図において上記図１と同一の
構成部分については、同一の符号を付してその説明を省
略する。

【００８２】すなわち、図７に示す排気ガス浄化装置
は、排気通路１８中、酸化触媒１６の下流かつ排気ター
ビン２２の上流位置と、吸気通路中、コンプレッサ２６
の下流とを連通して、排気還流通路６０を備えている点
に特徴を有している。

【００８３】この排気還流通路６０は、その途中に排気
還流制御弁６２を備えており、排気還流制御弁６２の開
度に応じて導通状態が制御される。排気還流制御弁６２
は、負圧駆動式制御弁であり、Ｅ−ＶＲＶ６４から負圧
の提供を受けてその負圧に応じたな開度を実現する。

【００８４】また、Ｅ−ＶＲＶ６４は、上記Ｅ−ＶＲＶ
３４と同様にＥＣＵ３６によって制御される制御弁であ
り、負圧源の負圧と大気とを適当に混合して排気還流制
御弁６２に供給する。従って、排気還流制御６２は、Ｅ
ＣＵ３６の制御指令に対応した開度に制御されることに
なる。

【００８５】ところで、排気通路１８に排出される排気
ガス中には、上述の如く適当な含有率でパティキュレー
トが含まれている。従って、その一部を吸気通路に還流
すれば、パティキュレートとして排出された未燃成分の
再燃焼が図られ、未燃成分の排出量が低減される。

【００８６】本実施例において排気還流通路６０を設け
たのは、かかる点に着目たものであるが、上記の効果を
有効に享受するためには、排気通路側から吸気通路側へ
向かって適当な差圧が生ずる部位に排気ガス還流通路６
０の両端を開口させる必要がある。

【００８７】これに対して、本実施例の排気浄化装置に
おいては、排気通路中、排気タービン２２上流と、吸気
通路中、コンプレッサ２６下流とに、それぞれ両端を開
口させて排気還流通路６０を設けている。

【００８８】この場合、排気タービン上流２２は、内燃
機関１０から排出された排圧が直接作用する高圧部であ
り、その排圧を利用して昇圧されたコンプレッサ２６の
下流部に比べて常にその内圧は高くなる。従って、本実
施例の排気還流通路６０の両端には、常に排気通路側か
ら吸気通路側へ向かう差圧が生じ、容易に適量の還流ガ
スを流通させることができる。

【００８９】ところで、本実施例の排気ガス浄化装置
は、上述の如く排気通路１８内に酸化触媒１６を備えて
おり、かつ排気ガス還流通路６０の一端を、酸化触媒１
６の下流に連通させる構成である。

【００９０】従って、排気ガス還流通路６０に導かれる
還流ガスは、酸化触媒１６により浄化された後の排気ガ
スであり、内燃機関１０には、既にパティキュレートの
低減が図られた還流ガスが供給されることになる。

【００９１】このため、内燃機関１０から排出された排
気ガスを直接還流ガスとして還流させる構成に比べて、
内燃機関１０において処理べきパティキュレートの量が
少量となり、パティキュレートの排出量が相対的に抑制
されることになる。このため、本実施例の排気ガス浄化
装置によれば、内燃機関１０の排気ガスを直接還流ガス
として用いる装置に比べて優れた浄化特性を実現するこ
とができる。

【００９２】また、排気ガス還流通路６０の両端に生ず
る差圧を確保する観点からは、排気ガス還流通路６０の
吸気通路側端部を、コンプレッサ２６の上流に開口させ
ることも可能である。

【００９３】しかしながら、かかる構成とした場合、還
流ガス中に含有されるパティキュレートが、高速で回転
するインペラ２４を有するコンプレッサ２６内に異物と
して混入することになり、ターボチャージャの耐久性、
及び信頼性維持に好ましくない事態を生ずる。

【００９４】これに対して、本実施例の排気浄化装置の
如く、排気還流通路６０の吸気通路側開口部をコンプレ
ッサ２６下流に開口する構成によれば、吸気通路内に流
入した還流ガスは、その後吸気通路内の流速に従って内
燃機関１０へと吸入され、コンプレッサ２６内に流入す
ることがない。この意味で、本実施例の排気ガス浄化装
置は、ターボチャージャの耐久性、信頼性を損なうこと
がないという長所をも有していることになる。

【００９５】ところで、図７に示す排気ガス浄化装置
は、上記図１に示す装置と同様にバイパス通路２８等を
備え、高温の排気ガスが酸化触媒１６に流入するのを防
止してパティキュレートの増加を防止する機能を有する
ものであるが、かかる機能を実現する構成と排気ガスを
還流させる構成とは別個独立に構成することも可能であ
る。

【００９６】尚、上記図７に示す排気ガス浄化装置にお
いては、排気還流制御弁６２が請求項３記載の前記還流
制御手段に相当している。この場合、排気制御手段を構
成する装置は、排気還流制御弁６２の如き負圧駆動式制
御弁に限るものではなく、例えばステップモータ等を用
いて同様の機能を実現することとしても良い。

【００９７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、内燃機関から高温の排気ガスが排出された場合、そ
の排気ガスを触媒上流からターボチャージャの排気ター
ビン下流にバイパスさせることにより、かかる状況下に
おける触媒の温度上昇を有効に抑制することができる。

【００９８】従って、本発明に係るターボチャージャ付
内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、当該装置により
処理することで排気ガス中のパティキュレートを増加さ
せることがなく、常に排気ガスの清浄度を良好に保つこ
とができる。

【００９９】更に、本発明においては、ターボチャージ
ャによる過剰な過給圧の発生を防止するために必要とさ
れるウエストゲート通路と、上述の如く触媒への高温排
気ガス流入を防止するために必要なバイパス通路とを一
体化して備えているため、装置全体の構成が簡素である
という特長をも有している。

【０１００】

【０１０１】

【０１０２】

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び２記載の発明の一実施例であるタ
ーボチャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置の全体構
成図である。

【図２】酸化触媒のパティキュレート浄化特性を表す特
性図である。

【図３】排気ガス中に含有されるパティキュレートの成
分変化の様子を表す特性図である。

【図４】本実施例において実行されるルーチンの一例の
フローチャートである。

【図５】本実施例において実行されるルーチンの他の例
のフローチャートである。

【図６】請求項１記載の発明の他の実施例であるターボ
チャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置の全体構成図
である。

【図７】請求項３記載の発明の一実施例であるターボチ
ャージャ付内燃機関の排気ガス浄化装置の全体構成図で
ある。

【符号の説明】

１０内燃機関１２吸気マニホールド１４排気マニホールド１６酸化触媒１８排気通路２０ターボチャージャ２２排気タービン２６コンプレッサ２８バイパス通路３０ウエストゲートバルブ３２，５０アクチュエータ３４，６４電気式バキュームレギュレーティングバル
ブ（Ｅ−ＶＲＶ）３６ＥＣＵ３８排気温センサ６０排気還流通路６２排気還流制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｌ３０１Ｈ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気タービンの上流と下流とをバイパス
するバイパス通路と、該バイパス通路の導通を制御する
ウェストゲートバルブとを備えるターボチャージャを具
備するディーゼル機関の排気ガスを浄化する装置であっ
て、前記排気タービンの上流、かつ前記バイパス通路との連
通部の下流に配設される触媒と、該触媒に流入する排気ガスの温度を検出する排気ガス温
度検出手段と、該排気ガス温度検出手段の検出結果に基づいて前記ウェ
ストゲートバルブを制御するバルブ制御手段とを有する
ことを特徴とするターボチャージャ付ディーゼル機関の
排気ガス浄化装置。