JP4552763B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の触媒暖機制御を行う制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that performs catalyst warm-up control of an internal combustion engine.

通常、エンジンの始動直後は触媒の温度が低く、触媒の浄化作用が十分に発揮できない。また、エンジンの始動直後以外の通常走行時においても、車両が市街地を長時間走行している場合など、低負荷走行状態が続くと、エンジンからの排気の温度は常時低い状態が続くため、同様に触媒が十分に働かない。   Usually, immediately after the engine is started, the temperature of the catalyst is low, and the purification action of the catalyst cannot be exhibited sufficiently. Also, during normal driving other than immediately after starting the engine, if the vehicle continues to travel in the city for a long time, and the low-load driving state continues, the exhaust temperature from the engine will always remain low. The catalyst does not work sufficiently.

また、ターボ過給機付きエンジンを搭載した車両においては、ターボ過給機の熱容量が大きいため排気の温度をターボ過給機が吸収してしまい、排気により触媒を早期に暖めることが難しい。このような観点から、過給機付きエンジンにおいて、エンジン始動直後などの触媒暖機時にはターボ過給機をバイパスして排気を触媒に導き、触媒を早期に暖機する手法が提案されている(例えば特許文献1及び2を参照)。   Further, in a vehicle equipped with an engine with a turbocharger, the turbocharger absorbs the exhaust temperature because the heat capacity of the turbocharger is large, and it is difficult to warm the catalyst early by the exhaust. From this point of view, in a supercharged engine, a method has been proposed in which the turbocharger is bypassed and exhaust is led to the catalyst when the catalyst is warmed up, such as immediately after the engine is started, so that the catalyst is warmed up early. For example, see Patent Documents 1 and 2.)

一方、いわゆるV型エンジンなど、複数の気筒群(バンク)を互いに異なる排気通路に接続した構成の内燃機関が知られている。この種の内燃機関の例として、特許文献3においては、第1及び第2のバンクの各々に触媒を備え、触媒暖機時には第2のバンクからの排気ガスを、第2の触媒をバイパスして第1の触媒に流すことにより、第1の触媒の早期暖機を図る技術が開示されている。   On the other hand, an internal combustion engine having a configuration in which a plurality of cylinder groups (banks) are connected to different exhaust passages, such as a so-called V-type engine, is known. As an example of this type of internal combustion engine, in Patent Document 3, each of the first and second banks is provided with a catalyst, and when the catalyst is warmed up, the exhaust gas from the second bank is bypassed and the second catalyst is bypassed. Thus, a technique for quickly warming up the first catalyst by flowing it through the first catalyst is disclosed.

特開2001−50038号公報JP 2001-50038 A 特開平5−44448号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-44448 特開2003−343244号公報JP 2003-343244 A

上述のように、排気系が2つに分かれているエンジンの場合、各排気系の要素部品、配管などが2セットとなるため、その表面積が大きくなる。このため、排気の放熱量が大きくなり、排気温度が下がりやすい。また、燃料噴射量を増加させれば排気温度を上昇させることができるのであるが、燃料室への燃料噴射量はエンジン自体の抵抗とドライバの要求出力との合計で決まり、排気温度を上げて触媒暖機を促進するという目的のためにむやみに燃料噴射量を増加することはできない。   As described above, in the case of an engine in which the exhaust system is divided into two, since the element parts, piping, etc. of each exhaust system are in two sets, the surface area becomes large. For this reason, the heat release amount of the exhaust gas increases, and the exhaust gas temperature tends to decrease. Also, if the fuel injection amount is increased, the exhaust temperature can be raised, but the fuel injection amount into the fuel chamber is determined by the sum of the resistance of the engine itself and the driver's required output. The amount of fuel injection cannot be increased unnecessarily for the purpose of promoting catalyst warm-up.

また、上記の特許文献3の構成では、第1及び第2のバンクからの合流排気ガスは第1の触媒を通過した後、さらに第2の触媒にも供給される。よって、各触媒の上流に還元剤添加弁を備える場合、添加弁の詰まり防止のために定期的に還元剤を少量噴射する必要がある。   In the configuration of the above-mentioned Patent Document 3, the combined exhaust gas from the first and second banks passes through the first catalyst, and is further supplied to the second catalyst. Therefore, when a reducing agent addition valve is provided upstream of each catalyst, it is necessary to periodically inject a small amount of reducing agent to prevent the addition valve from clogging.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バンク毎に排気系が設けられた内燃機関において、触媒の早期暖機を可能とする内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve such problems, and an object of the present invention is an internal combustion engine that enables early warm-up of a catalyst in an internal combustion engine provided with an exhaust system for each bank. It is to provide a control device.

本発明の1つの観点では、第1及び第2の気筒群を有する内燃機関の制御装置は、前記第1の気筒群に対応する第1の排気通路及び前記第2の気筒群に対応する第2の排気通路と、前記第1の排気通路に設けられた第1の触媒及び前記第2の排気通路に設けられた第2の触媒と、前記第1の触媒の上流に設けられた第1の還元剤添加弁及び前記第2の触媒の上流に設けられた第2の還元剤添加弁と、前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路に接続されたバイパス通路と、触媒暖機時に、前記バイパス通路を使用して、前記第1の気筒群及び第2の気筒群からの全ての排気ガスを前記第1の触媒のみに供給する排気流路制御部と、を備え、前記バイパス通路の断面積は、前記第1及び第2の排気通路の断面積より小さいIn one aspect of the present invention, a control device for an internal combustion engine having first and second cylinder groups includes a first exhaust passage corresponding to the first cylinder group and a second cylinder group corresponding to the second cylinder group. Two exhaust passages, a first catalyst provided in the first exhaust passage, a second catalyst provided in the second exhaust passage, and a first catalyst provided upstream of the first catalyst. A reducing agent addition valve, a second reducing agent addition valve provided upstream of the second catalyst, a bypass passage connected to the first exhaust passage and the second exhaust passage, and catalyst warm-up sometimes, using said bypass passage, and an exhaust flow path control unit supplies only the first catalyst all exhaust gases from the first cylinder group and second cylinder group, said bypass The cross-sectional area of the passage is smaller than the cross-sectional areas of the first and second exhaust passages .

上記の内燃機関の制御装置は、例えばV型エンジンなど2つの気筒群(バンク)を備える内燃機関に適用される。第1の気筒群に対応して第1の排気通路が設けられ、第1の排気通路には第1の触媒が設けられている。同様に、第2の気筒群に対応して第2の排気通路が設けられ、第2の排気通路には第2の触媒が設けられている。第1及び第2の触媒としては例えばNOx触媒が用いられる。また、第1の触媒の上流には第1の還元剤添加弁が設けられ、第2の触媒の上流には第2の還元剤添加弁が設けられる。なお、第1及び第2の触媒として吸蔵還元型のNOx触媒が用いられる場合、第1及び第2の還元剤添加弁は還元剤として燃料を噴射する燃料添加弁とすることができる。一方、第1及び第2の触媒として選択還元型のNOx触媒が用いられる場合、第1及び第2の還元剤添加弁は還元剤として尿素、アンモニアなどを噴射する。   The control device for an internal combustion engine described above is applied to an internal combustion engine including two cylinder groups (banks) such as a V-type engine. A first exhaust passage is provided corresponding to the first cylinder group, and a first catalyst is provided in the first exhaust passage. Similarly, a second exhaust passage is provided corresponding to the second cylinder group, and a second catalyst is provided in the second exhaust passage. For example, a NOx catalyst is used as the first and second catalysts. In addition, a first reducing agent addition valve is provided upstream of the first catalyst, and a second reducing agent addition valve is provided upstream of the second catalyst. When the NOx storage reduction catalyst is used as the first and second catalysts, the first and second reducing agent addition valves can be fuel addition valves that inject fuel as a reducing agent. On the other hand, when a selective reduction type NOx catalyst is used as the first and second catalysts, the first and second reducing agent addition valves inject urea, ammonia or the like as the reducing agent.

さらに、第1の排気通路及び第2の排気通路にはバイパス通路が接続されており、内燃機関から排出された排気ガスは、第1及び第2の排気通路に流すほか、バイパス通路に流すこともできるように構成されている。排気流路制御部は、内燃機関から排出される排気ガスの流路を制御することができ、触媒暖機時などには第2の気筒群からの排気ガスをバイパス通路を通じて第1の触媒のみに供給するように流路を制御する。   Further, a bypass passage is connected to the first exhaust passage and the second exhaust passage, and exhaust gas discharged from the internal combustion engine flows to the bypass passage in addition to flowing to the first and second exhaust passages. Also configured to be able to. The exhaust flow path control unit can control the flow path of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine. When the catalyst is warmed up, the exhaust gas from the second cylinder group is passed through the bypass passage only to the first catalyst. To control the flow path.

触媒暖機時には、内燃機関から排出される排気ガスを触媒に供給し、排気ガスが有する熱により触媒を暖める必要がある。よって、触媒暖機時には、第2の気筒群からの排気ガスを、バイパス通路を通じて第1の触媒のみに供給することにより、全排気ガスが第1の触媒に集中して供給されることとなり、第1の触媒を早期に暖機することができる。触媒暖機時には第2の触媒側に排気ガスが流れないこととなるので、第2の触媒に対応する還元剤添加弁の詰まり防止のための噴射を停止することができ、還元剤の節約が可能となる。   At the time of warming up the catalyst, it is necessary to supply exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the catalyst and warm the catalyst with the heat of the exhaust gas. Therefore, when the catalyst is warmed up, exhaust gas from the second cylinder group is supplied only to the first catalyst through the bypass passage, so that all exhaust gas is concentrated and supplied to the first catalyst. The first catalyst can be warmed up early. Since the exhaust gas does not flow to the second catalyst side when the catalyst is warmed up, the injection for preventing clogging of the reducing agent addition valve corresponding to the second catalyst can be stopped, and the reducing agent can be saved. It becomes possible.

また、上記の内燃機関の制御装置では、前記バイパス通路の断面積を、前記第1及び第2の排気通路の断面積より小さくする。触媒暖機時に全排気ガスが通過するバイパス通路の断面積を小さくすることにより、エキゾーストマニホールドの排気圧が増加し、内燃機関の負荷が増加する。これにより、排気ガスの温度が上昇するので、触媒の早期暖機をより促進することができる。 In the control device for an internal combustion engine, the cross-sectional area of the bypass passage is made smaller than the cross-sectional areas of the first and second exhaust passages. By reducing the cross-sectional area of the bypass passage through which all exhaust gas passes when the catalyst warms up, the exhaust pressure of the exhaust manifold increases and the load on the internal combustion engine increases. Thereby, since the temperature of exhaust gas rises, the early warm-up of a catalyst can be promoted more.

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記第1の触媒の貴金属担持量を、前記第2の触媒の貴金属担持量より大きくする。これにより、触媒暖機時に使用されない第2の触媒の貴金属担持量を減らすことができ、排気浄化能力を低下させずに触媒のコストを下げることができる。   In another aspect of the control apparatus for an internal combustion engine, the amount of the noble metal supported by the first catalyst is made larger than the amount of the noble metal supported by the second catalyst. As a result, the amount of the noble metal supported on the second catalyst that is not used when the catalyst is warmed up can be reduced, and the cost of the catalyst can be reduced without reducing the exhaust purification capability.

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記第1の触媒は、所定温度以下の低温時における浄化性能が、所定温度以上の高温時における浄化性能より高く、前記第2の触媒は所定温度以上の高温時における浄化性能が、所定温度以下の低温時における浄化性能より高い。触媒暖機時などの触媒低温時には第1の触媒のみが使用されるので、第1の触媒は低温時の浄化性能が高いことが好ましい。一方、触媒低温時には第2の触媒は使用されないので、第2の触媒は低温時の浄化性能が高いことは要求されない。よって、第2の触媒は高温時の浄化性能が高いものとすることにより、浄化システム全体として広い温度範囲にわたる浄化性能を向上させることができる。   In another aspect of the control apparatus for an internal combustion engine, the first catalyst has a purification performance at a low temperature equal to or lower than a predetermined temperature higher than a purification performance at a high temperature equal to or higher than a predetermined temperature, and the second catalyst is The purification performance at a high temperature above the predetermined temperature is higher than the purification performance at a low temperature below the predetermined temperature. Since only the first catalyst is used at a low catalyst temperature such as when the catalyst is warmed up, it is preferable that the first catalyst has a high purification performance at a low temperature. On the other hand, since the second catalyst is not used at a low temperature of the catalyst, the second catalyst is not required to have a high purification performance at a low temperature. Therefore, the purification performance over a wide temperature range can be improved as a whole purification system by making the second catalyst have high purification performance at high temperatures.

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記第1の還元剤添加弁は前記バイパス通路上に設けられる。触媒暖機時には、バイパス通路内の排気ガスの流量及び流速が大きいので、第1の還元剤添加弁をバイパス通路上に設けることにより、還元剤の混合を促進させることができる。また、バイパス通路上に設けることにより、第1の還元剤添加弁から噴射された還元剤が第1の触媒に到達するまでの距離を長くすることができるので、これによっても還元剤の混合を促進する効果が得られる。   In another aspect of the control device for an internal combustion engine, the first reducing agent addition valve is provided on the bypass passage. When the catalyst is warmed up, since the flow rate and flow rate of the exhaust gas in the bypass passage are large, mixing of the reducing agent can be promoted by providing the first reducing agent addition valve on the bypass passage. Moreover, since the distance until the reducing agent injected from the first reducing agent addition valve reaches the first catalyst can be increased by providing it on the bypass passage, this also reduces the mixing of the reducing agent. The effect to promote is acquired.

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記第1の排気通路上であって前記第1の触媒の上流に設けられた第1の過給機を備え、前記バイパス通路は、前記第1の過給機をバイパスするように前記第1の排気通路に接続されている。ターボチャージャなどの過給機は一般的に熱容量が大きいため、触媒暖機時に排気ガスを過給機を通じて触媒に供給すると、過給機による熱吸収が大きく、触媒を早期に暖機することが難しい。そこで、触媒暖機時に排気ガスが通過するバイパス通路を、過給機をバイパスするように設けることにより、過給機によって排気ガスの熱が奪われることを防止し、触媒を効果的に暖機することが可能となる。   Another aspect of the control apparatus for an internal combustion engine includes a first supercharger provided on the first exhaust passage and upstream of the first catalyst, and the bypass passage includes It is connected to the first exhaust passage so as to bypass the first supercharger. Since turbochargers and other turbochargers generally have a large heat capacity, if exhaust gas is supplied to the catalyst through the turbocharger when the catalyst is warmed up, heat absorption by the turbocharger is large and the catalyst may be warmed up early. difficult. Therefore, by providing a bypass passage through which the exhaust gas passes when the catalyst warms up so as to bypass the supercharger, the heat of the exhaust gas is prevented from being taken away by the supercharger, and the catalyst is effectively warmed up. It becomes possible to do.

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記排気流路制御部は、前記第1及び第2の気筒群からの排気ガスの温度が所定温度以上である場合に、前記排気ガスの一部を前記バイパス通路に流す。内燃機関の全負荷時などの高負荷時には、排気ガスの温度が高くなり、触媒の熱劣化が生じ易くなる。そこで、排気ガスが高温となった場合には、排気ガスの一部をバイパス通路に逃がし、バイパス通路により放熱させる。即ち、通常の排気通路のみならず、バイパス通路による放熱も利用して触媒に供給される排気熱を下げる。これにより、触媒の熱劣化を防止することができる。   In another aspect of the control device for an internal combustion engine, the exhaust flow path control unit may control the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas from the first and second cylinder groups is equal to or higher than a predetermined temperature. A portion is allowed to flow through the bypass passage. When the internal combustion engine is at a high load such as a full load, the temperature of the exhaust gas is high and the catalyst is likely to be thermally deteriorated. Therefore, when the exhaust gas reaches a high temperature, part of the exhaust gas is released to the bypass passage and radiated by the bypass passage. That is, the exhaust heat supplied to the catalyst is lowered using not only the normal exhaust passage but also the heat radiation by the bypass passage. Thereby, thermal deterioration of the catalyst can be prevented.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[内燃機関の制御装置の構成]
図1は本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す。なお、図1において、実線で示す矢印は吸排気の流れを示しており、破線で示す矢印は信号の入出力を示している。
[Configuration of control device for internal combustion engine]
FIG. 1 shows a configuration of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, arrows indicated by solid lines indicate the flow of intake and exhaust, and arrows indicated by broken lines indicate signal input / output.

本実施形態では、内燃機関1は左右のバンク(気筒群)2L、2Rに4つずつ気筒(シリンダ)3が設けられたV型8気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。右のバンク2Rの4つの気筒3によって第1の気筒群が構成され、左のバンク2Lの4つの気筒3によって第2の気筒群が構成される。   In this embodiment, the internal combustion engine 1 is configured as a V-type 8-cylinder diesel engine in which four cylinders (cylinders) 3 are provided in each of the left and right banks (cylinder groups) 2L and 2R. The four cylinders 3 in the right bank 2R constitute a first cylinder group, and the four cylinders 3 in the left bank 2L constitute a second cylinder group.

各気筒3に吸気を導くための吸気通路4は、エアクリーナ5の下流においてバンク毎の分岐路4L、4Rに分かれており、その分岐路4L、4Rにターボチャージャ(過給機)6L、6Rのコンプレッサ6La、6Raが配置されている。コンプレッサ6La、6Raの下流において分岐路4L、4Rはインタークーラ7を通過し、吸気通路4の一部を構成する共通のインテークマニホールド8に接続される。吸気通路4の分岐路4L、4Rよりも上流には、吸入空気量を検出するエアフロメータ9が設けられている。   An intake passage 4 for guiding intake air to each cylinder 3 is divided into branch paths 4L and 4R for each bank downstream of the air cleaner 5, and turbochargers (superchargers) 6L and 6R are connected to the branch paths 4L and 4R. Compressors 6La and 6Ra are arranged. On the downstream side of the compressors 6La and 6Ra, the branch passages 4L and 4R pass through the intercooler 7 and are connected to a common intake manifold 8 constituting a part of the intake passage 4. An air flow meter 9 for detecting the amount of intake air is provided upstream of the branch paths 4L and 4R of the intake passage 4.

一方、各バンクの気筒3からの排気は、バンク毎に設けられた排気通路10L、10Rのエキゾーストマニホールド11L、11Rからターボチャージャ6L、6Rのタービン6Lb、6Rbに導かれ、さらにタービン6Lb、6Rbの下流側に導かれる。排気通路10L、10R上には、タービン6La、6Lbより下流に触媒19L、19Rがそれぞれ設けられている。   On the other hand, the exhaust gas from the cylinders 3 of each bank is led from the exhaust manifolds 11L, 11R of the exhaust passages 10L, 10R provided to the banks to the turbines 6Lb, 6Rb of the turbochargers 6L, 6R, and further from the turbines 6Lb, 6Rb. Guided downstream. Catalysts 19L and 19R are provided on the exhaust passages 10L and 10R, respectively, downstream of the turbines 6La and 6Lb.

エキゾーストマニホールド11L、11Rと、タービン6La、6Raの間には、それぞれ三方弁18L、18Rが設けられている。また、三方弁18L、18Rには、三方弁18L、18Rから出力される排気ガスを合流させて排気通路10Rに供給するバイパス通路17が設けられている。バイパス通路17は、触媒19Rより上流の位置で排気通路10Rに合流している。即ち、バイパス通路17は、後述する触媒暖機時などに、左右のバンク2L、2Rから排出される排気ガスを合流し、触媒19Rのみに流す働きを有する。   Three-way valves 18L and 18R are provided between the exhaust manifolds 11L and 11R and the turbines 6La and 6Ra, respectively. The three-way valves 18L and 18R are provided with a bypass passage 17 that joins exhaust gases output from the three-way valves 18L and 18R and supplies them to the exhaust passage 10R. The bypass passage 17 joins the exhaust passage 10R at a position upstream from the catalyst 19R. That is, the bypass passage 17 has a function of joining exhaust gases discharged from the left and right banks 2L and 2R and flowing only to the catalyst 19R when the catalyst is warmed up, which will be described later.

三方弁18L、18Rの開閉及び開度は、ECU(Engine Control Unit)12によって制御される。ECU12は、三方弁18L、18Rを制御し、エキゾーストマニホールド11L、11Rからの排気ガスの流路を制御する排気流路制御部として機能する。なお、ECU12は、各気筒3に設けられた燃料噴射弁20からの燃料噴射量等を調整して内燃機関1の運転状態を制御する周知のコンピュータである。   The opening and closing and the opening degree of the three-way valves 18L and 18R are controlled by an ECU (Engine Control Unit) 12. The ECU 12 functions as an exhaust flow path control unit that controls the three-way valves 18L and 18R and controls the flow path of exhaust gas from the exhaust manifolds 11L and 11R. The ECU 12 is a well-known computer that controls the operation state of the internal combustion engine 1 by adjusting the fuel injection amount from the fuel injection valve 20 provided in each cylinder 3.

各エキゾーストマニホールド11L、11Rは、バンク毎のEGR通路13L、13Rを介してインテークマニホールド8に接続されている。各EGR通路13L、13Rには、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ14L、14R、及びEGR流量を調整するためのEGR弁15L、15Rが設けられている。EGR弁15L、15Rの開度は、内燃機関1の運転状態に応じた適正な量のEGRガスがインテークマニホールド8に供給されるように、ECU12によって制御される。なお、EGR通路13には、EGRクーラ14L、14Rを迂回して排気ガスを流すためのバイパス通路(不図示)と、排気ガスをこのバイパス通路、又はEGRクーラ14L、14Rに選択的に導く流路切替弁(不図示)とが更に設けられる。   Each exhaust manifold 11L, 11R is connected to the intake manifold 8 via EGR passages 13L, 13R for each bank. The EGR passages 13L and 13R are provided with EGR coolers 14L and 14R for cooling the EGR gas, and EGR valves 15L and 15R for adjusting the EGR flow rate. The opening degree of the EGR valves 15L, 15R is controlled by the ECU 12 so that an appropriate amount of EGR gas corresponding to the operating state of the internal combustion engine 1 is supplied to the intake manifold 8. The EGR passage 13 has a bypass passage (not shown) for allowing the exhaust gas to flow around the EGR coolers 14L and 14R, and a flow for selectively guiding the exhaust gas to the bypass passage or the EGR coolers 14L and 14R. A path switching valve (not shown) is further provided.

本実施形態では、触媒19L、19Rとしては、NOxを吸蔵して浄化するNOx吸蔵還元触媒が使用される。バイパス通路17の屈曲部17xには、バイパス通路17内に還元剤を噴射する燃料添加弁21Rが設けられている。また、排気通路10Lには、触媒19Lより上流の位置に、燃料添加弁21Lが設けられている。本実施形態では、燃料添加弁21L、21Rは還元剤として燃料を噴射する。なお、燃料添加弁21L、21Rは、ECU12によって添加する燃料の量が制御される。   In the present embodiment, as the catalysts 19L and 19R, NOx storage reduction catalysts that store and purify NOx are used. A fuel addition valve 21 </ b> R that injects a reducing agent into the bypass passage 17 is provided at the bent portion 17 x of the bypass passage 17. Further, a fuel addition valve 21L is provided in the exhaust passage 10L at a position upstream from the catalyst 19L. In the present embodiment, the fuel addition valves 21L and 21R inject fuel as a reducing agent. The fuel addition valves 21L and 21R are controlled by the ECU 12 in the amount of fuel added.

バイパス通路17は、好ましくは排気通路10L、10Rより細く構成される。即ち、バイパス通路17の断面積は、排気通路10L、10Rの断面積より小さい。一般的に、エキゾーストマニホールドの排気圧を上昇させて触媒の暖機を促進させるために、排気絞り弁を設けることが知られているが、本実施形態では触媒暖機時には左右のバンクからの排気ガスが合流してバイパス通路17を通過するので、バイパス通路17を細くすることにより、エキゾーストマニホールドの排気圧を上昇させることができる。これにより、内燃機関1の負荷を意図的に増加させ、排気温度を上げて触媒の暖機を促進することができる。   The bypass passage 17 is preferably narrower than the exhaust passages 10L and 10R. That is, the cross-sectional area of the bypass passage 17 is smaller than the cross-sectional areas of the exhaust passages 10L and 10R. In general, it is known to provide an exhaust throttle valve in order to increase the exhaust pressure of the exhaust manifold to promote catalyst warm-up, but in this embodiment, exhaust from the left and right banks during catalyst warm-up. Since the gas merges and passes through the bypass passage 17, the exhaust manifold exhaust pressure can be increased by narrowing the bypass passage 17. Thereby, the load of the internal combustion engine 1 can be intentionally increased, the exhaust temperature can be raised, and the warm-up of the catalyst can be promoted.

次に、本実施形態における燃料添加弁について詳しく説明する。図示のように、燃料添加弁21Lは排気通路10Lの触媒19Lの上流位置に設けられる。一方、燃料添加弁21Rは、排気通路10R上ではなく、バイパス通路17上に設けられる。これにより、触媒暖機時などに排気ガスをバイパス通路17のみに流す場合には、燃料添加弁21Rのみを使用すればよく、排気通路10L上の燃料添加弁21Lを使用する必要がなくなる。一般的に、燃料添加弁は詰まり防止のために定期的に燃料を少量噴射し、ノズル内のスモークを除去する必要がある。しかし、その際に噴射された燃料は内燃機関の燃焼には使用されず、動力の生成には貢献しないため、その分燃費が悪化するという欠点がある。よって、触媒暖機時などに排気ガスをバイパス通路17のみに流す場合には、排気ガスが流れない排気通路10L側の燃料添加弁21Lに対しては詰まり防止のための燃料噴射が不要となり、詰まり防止のために使用される燃料を低減することができる。これにより、燃費が改善される。   Next, the fuel addition valve in the present embodiment will be described in detail. As illustrated, the fuel addition valve 21L is provided at an upstream position of the catalyst 19L in the exhaust passage 10L. On the other hand, the fuel addition valve 21R is provided not on the exhaust passage 10R but on the bypass passage 17. As a result, when exhaust gas is allowed to flow only through the bypass passage 17 when the catalyst is warmed up, for example, only the fuel addition valve 21R may be used, and it is not necessary to use the fuel addition valve 21L on the exhaust passage 10L. Generally, a fuel addition valve needs to periodically inject a small amount of fuel to prevent clogging and to remove smoke in the nozzle. However, the fuel injected at that time is not used for the combustion of the internal combustion engine, and does not contribute to the generation of power. Therefore, when exhaust gas is allowed to flow only to the bypass passage 17 when the catalyst is warmed up, fuel injection for preventing clogging is not required for the fuel addition valve 21L on the exhaust passage 10L side where the exhaust gas does not flow, The fuel used to prevent clogging can be reduced. Thereby, fuel consumption is improved.

また、図1に示すように、バイパス通路17上の燃料添加弁21Rは、それが合流する排気通路10Rとの合流点17yの手前の湾曲部17xに取り付けられる。一般的に、排気通路に燃料添加弁を設けた場合、燃料は燃料添加弁から内径の小さい排気通路内に噴射されるため、燃料の噴射及び排気との混合が不十分となったり、また、噴射された燃料が排気通路の壁面に付着してしまうなどの不具合が生じやすかった。これに対し、本実施形態では、触媒暖機時などに2つのバンクから排出された排気ガスがバイパス通路17を通過することとなるので、排気ガスの流量、流速が早くなり、燃料添加弁21Rから噴射された燃料の混合が促進されるという利点がある。   Further, as shown in FIG. 1, the fuel addition valve 21R on the bypass passage 17 is attached to a curved portion 17x in front of the junction 17y with the exhaust passage 10R where it joins. In general, when a fuel addition valve is provided in the exhaust passage, the fuel is injected from the fuel addition valve into the exhaust passage having a small inner diameter, so that fuel injection and mixing with the exhaust become insufficient, Problems such as injection of fuel adhering to the wall surface of the exhaust passage are likely to occur. On the other hand, in the present embodiment, exhaust gas discharged from the two banks at the time of catalyst warm-up or the like passes through the bypass passage 17, so that the flow rate and flow rate of the exhaust gas become faster, and the fuel addition valve 21R. There is an advantage that mixing of the fuel injected from the fuel is promoted.

また、好ましくは、バイパス通路17は、湾曲部17xから、排気通路10Rに対する合流点17yに向かって断面積を減少させた先細り状とする。これにより、燃料添加弁21Rの下流における排気ガスの流速がさらに早くなり、燃料の混合がさらに促進される。   Preferably, the bypass passage 17 has a tapered shape with a reduced cross-sectional area from the curved portion 17x toward the junction 17y with respect to the exhaust passage 10R. This further increases the flow rate of the exhaust gas downstream of the fuel addition valve 21R, further promoting fuel mixing.

また、好ましくは燃料添加弁21Rの噴射ノズルの方向をバイパス通路17の軸方向と一致させる。さらに、燃料添加弁21Rの位置から合流部17yまでの距離を所定距離以上とする。これにより、噴射された燃料が排気通路10Rの壁面に衝突するまでの距離を稼ぐことができ、燃料の混合が促進されるとともに、排気通路10Rの壁面に付着する燃料を低減することができる。   The direction of the injection nozzle of the fuel addition valve 21 </ b> R is preferably matched with the axial direction of the bypass passage 17. Further, the distance from the position of the fuel addition valve 21R to the merging portion 17y is set to a predetermined distance or more. Thereby, the distance until the injected fuel collides with the wall surface of the exhaust passage 10R can be increased, fuel mixing is promoted, and the fuel adhering to the wall surface of the exhaust passage 10R can be reduced.

なお、上記の実施形態では、NOx触媒として、吸蔵還元型の触媒19L、19Rを用い、燃料添加弁21L、21Rから還元剤として燃料を噴射する例を示した。これに対し、NOx触媒として選択還元型の触媒を触媒19L、19Rとして用いる場合には、燃料添加弁21L、21Rの代わりに、尿素又はアンモニアなどの還元剤を噴射する還元剤添加弁を設ければよい。この場合には、詰まり防止のための噴射を停止することにより、尿素やアンモニアなどの還元剤の節約が可能となる。   In the above-described embodiment, the storage reduction type catalysts 19L and 19R are used as the NOx catalyst, and the fuel is injected as the reducing agent from the fuel addition valves 21L and 21R. On the other hand, when a selective reduction type catalyst is used as the NOx catalyst as the catalysts 19L and 19R, a reducing agent addition valve for injecting a reducing agent such as urea or ammonia is provided instead of the fuel addition valves 21L and 21R. That's fine. In this case, it is possible to save reducing agents such as urea and ammonia by stopping the injection for preventing clogging.

(触媒の特性)
次に、各排気通路10L、10Rに設けられる触媒19L、19Rの特性について説明する。一般的に、触媒に担持する貴金属の量を増加させることにより、排気ガスによる触媒の暖機が早くなることが知られている。このため、エンジン冷間時の触媒の暖機を早めるために触媒に担持される貴金属の量を増やすことが行われている。
(Characteristics of catalyst)
Next, the characteristics of the catalysts 19L and 19R provided in the exhaust passages 10L and 10R will be described. Generally, it is known that warming up of a catalyst by exhaust gas is accelerated by increasing the amount of noble metal supported on the catalyst. For this reason, in order to accelerate the warm-up of the catalyst when the engine is cold, the amount of noble metal supported on the catalyst is increased.

この点、本実施形態では触媒暖機時には、排気ガスは触媒19Rのみに供給されるので、触媒暖機時に使用されない触媒19Lは暖機を早める必要はない。よって、触媒暖機時に使用される触媒19R側の貴金属担持量を多くし、触媒暖機時に使用されない触媒19Lの貴金属担持量を減らすことができる。これにより、排気ガス浄化性能を損なうことなく、触媒のコストを低減することができる。   In this respect, in the present embodiment, when the catalyst is warmed up, the exhaust gas is supplied only to the catalyst 19R. Therefore, the catalyst 19L that is not used when the catalyst is warmed does not need to be warmed up earlier. Therefore, the amount of noble metal supported on the catalyst 19R side used when the catalyst is warmed up can be increased, and the amount of noble metal supported on the catalyst 19L not used when the catalyst is warmed up can be reduced. Thereby, the cost of a catalyst can be reduced without impairing exhaust gas purification performance.

また、一般的に、低温と高温の両方において高い排気ガスの浄化性能を有する触媒を作ることは難しく、浄化性能は低温側又は高温側に偏らざるを得ない。本実施形態では、触媒暖機時などの低温時には触媒19Rのみが使用されるので、触媒19Rを低温時に浄化性能の高い諸元とし、触媒19Lを高温時に浄化性能の高い諸元とすることが好ましい。即ち、触媒19Rは所定温度より低温側の浄化性能が、所定温度より高温側の浄化性能より優れたものとする。一方、触媒10Lは、所定温度より高温側の浄化性能が、所定温度より低温側の浄化性能より優れたものとする。これにより、排気浄化システム全体として、排気ガスの温度に応じて適切な浄化性能を得ることが可能となる。   In general, it is difficult to produce a catalyst having high exhaust gas purification performance at both low and high temperatures, and the purification performance must be biased toward the low temperature side or the high temperature side. In the present embodiment, since only the catalyst 19R is used at a low temperature such as when the catalyst is warmed up, the catalyst 19R may be a specification having a high purification performance at a low temperature, and the catalyst 19L may be a specification having a high purification performance at a high temperature. preferable. That is, the catalyst 19R has a purifying performance on the low temperature side from the predetermined temperature, which is superior to the purifying performance on the high temperature side from the predetermined temperature. On the other hand, the catalyst 10L has higher purification performance on the higher temperature side than the predetermined temperature, superior to purification performance on the lower temperature side than the predetermined temperature. Thereby, as a whole exhaust gas purification system, it becomes possible to obtain an appropriate purification performance according to the temperature of the exhaust gas.

[排気流路制御]
次に、上記のバイパス通路17を利用して行われる排気流路制御について説明する。なお、上述のように、排気流路制御は、ECU12が三方弁18L、18Lを制御することにより実施される。
[Exhaust flow path control]
Next, exhaust flow path control performed using the bypass passage 17 will be described. As described above, the exhaust flow path control is performed by the ECU 12 controlling the three-way valves 18L and 18L.

(定常走行時)
車両の定常走行時においては、ECU12は、排気通路10L、10Rへの出力が全開、バイパス通路17への出力が全閉となるように三方弁18L、18Rを制御し、エキゾーストマニホールド11L、11Rから排出される排気ガスをそれぞれ排気通路10L、10Rに供給する。よって、定常走行時には基本的にバイパス通路17は使用されない。
(During steady driving)
During steady running of the vehicle, the ECU 12 controls the three-way valves 18L and 18R so that the output to the exhaust passages 10L and 10R is fully open and the output to the bypass passage 17 is fully closed, and the exhaust manifolds 11L and 11R The exhaust gas discharged is supplied to the exhaust passages 10L and 10R, respectively. Therefore, the bypass passage 17 is basically not used during steady running.

(内燃機関の始動直後、低負荷走行時)
内燃機関の始動直後、又は、低負荷走行が長時間継続した場合など、触媒19L、19Rの温度が低い状態(触媒暖機時)には、早期に触媒を暖めて排気浄化性能を上昇させる必要がある。この場合、ECU12は、排気通路10L、10Rへの出力が全閉、バイパス通路17への出力が全開となるように三方弁18L、18Rを制御し、エキゾーストマニホールド11L、11Rから排出される排気ガスを全てバイパス通路17へ供給する。これにより、エキゾーストマニホールド11L、11Rから排出される排気ガスは全て単一の触媒19Rのみに供給されるので、左右の排気通路10L、10Rを使用して左右の触媒19L、19Rをそれぞれ独立に暖機する場合と比較して迅速に触媒を暖機することができる。言い換えれば、排気ガスを一方の触媒19Rのみに集中して供給することにより、触媒の暖機に要する時間を短縮することができる。なお、触媒暖機時には、他方の触媒19Lは排気浄化に使用されない。
(Immediately after starting the internal combustion engine, during low load driving)
When the temperature of the catalysts 19L and 19R is low (when the catalyst is warmed up), such as immediately after starting the internal combustion engine or when low-load running has continued for a long time, it is necessary to warm the catalyst early to improve the exhaust purification performance There is. In this case, the ECU 12 controls the three-way valves 18L and 18R so that the output to the exhaust passages 10L and 10R is fully closed and the output to the bypass passage 17 is fully opened, and the exhaust gas discharged from the exhaust manifolds 11L and 11R. Are all supplied to the bypass passage 17. As a result, all exhaust gases discharged from the exhaust manifolds 11L and 11R are supplied only to the single catalyst 19R, so that the left and right catalysts 19L and 19R are independently warmed using the left and right exhaust passages 10L and 10R. The catalyst can be warmed up more quickly than in the case of using it. In other words, the exhaust gas is concentrated and supplied only to one catalyst 19R, so that the time required for warming up the catalyst can be shortened. When the catalyst is warmed up, the other catalyst 19L is not used for exhaust purification.

また、排気をバイパス通路のみに通すことにより、排気ガスは、ターボチャージャ6L、6Rをバイパスして触媒19Rに供給されることになる。よって、熱容量の大きいターボチャージャにより排気ガスの熱が奪われることが回避され、より排気温を高く維持したまま排気ガスを触媒に供給することができるので、この点でも触媒の暖機が促進する。   Further, by passing the exhaust gas only through the bypass passage, the exhaust gas bypasses the turbochargers 6L and 6R and is supplied to the catalyst 19R. Therefore, it is avoided that the heat of the exhaust gas is taken away by the turbocharger having a large heat capacity, and the exhaust gas can be supplied to the catalyst while maintaining the exhaust temperature at a higher level. This also promotes warming up of the catalyst. .

(高負荷走行時)
前述のように、定常走行時にはECU12は排気ガスが排気通路10L、10Rのみに流れ、バイパス通路17には流れないように制御しているが、内燃機関の高負荷走行時には、ECU12は三方弁18L、18Rを制御して排気ガスの一部をバイパス通路17に供給する。これにより、バイパス通路17をウエストゲートの代わりに使用することができる。
(At high load)
As described above, the ECU 12 controls the exhaust gas to flow only in the exhaust passages 10L and 10R and not to the bypass passage 17 during steady running. However, when the internal combustion engine is running at a high load, the ECU 12 controls the three-way valve 18L. , 18R is controlled to supply a part of the exhaust gas to the bypass passage 17. Thereby, the bypass channel | path 17 can be used instead of a wastegate.

ターボチャージャでは、高速の高負荷走行時に排気ガス量が多くなり、ターボの回転が上がりすぎるという問題がある。このため、従来から、タービンのハウジングにウエストゲートを設け、排気ガスの一部をタービンを通さずに逃がして排気するという手法がとられている。これに対し、本実施形態では、バイパス通路17によりウエストゲートの機能を実現する。即ち、排気ガス量が多くなり、排気圧が所定圧力より大きくなったときに、排気ガスの一部をバイパス通路17に流入させて排気圧を下げる。なお、実際には、過給圧と排気圧との関係は既知であるので、ECU12は過給圧を監視し、過給圧が所定圧を超えたときに三方弁18L、18Rを制御して排気ガスの一部をバイパス通路17に供給すればよい。   The turbocharger has a problem in that the amount of exhaust gas increases during high-speed, high-load driving, and the turbo rotation increases too much. For this reason, conventionally, a method has been adopted in which a wastegate is provided in the turbine housing, and a part of the exhaust gas escapes without passing through the turbine. On the other hand, in this embodiment, the function of the wastegate is realized by the bypass passage 17. That is, when the amount of exhaust gas increases and the exhaust pressure becomes greater than a predetermined pressure, a part of the exhaust gas flows into the bypass passage 17 to lower the exhaust pressure. Actually, since the relationship between the supercharging pressure and the exhaust pressure is known, the ECU 12 monitors the supercharging pressure, and controls the three-way valves 18L and 18R when the supercharging pressure exceeds a predetermined pressure. A part of the exhaust gas may be supplied to the bypass passage 17.

このように、内燃機関の高負荷走行時にバイパス通路を使用してウエストゲートの機能を実現することにより、バイパス通路17とは別個にウエストゲートを設ける必要が無くなる。よって、各ターボチャージャ6L、6Rにウエストゲート及びそのアクチュエータを設ける必要がなくなり、ターボチャージャのコストを低減できる。また、タービンハウジング内にウエストゲートが不要となるので、タービンハウジングの設計の自由度が増加し、ターボの効率を向上させることができる。   As described above, by realizing the function of the wastegate using the bypass passage when the internal combustion engine is traveling at a high load, it is not necessary to provide the wastegate separately from the bypass passage 17. Therefore, it is not necessary to provide a wastegate and its actuator in each turbocharger 6L, 6R, and the cost of the turbocharger can be reduced. In addition, since a wastegate is not required in the turbine housing, the degree of freedom in designing the turbine housing is increased, and the efficiency of the turbo can be improved.

また、このように高負荷走行時に排気ガスの一部をバイパス通路17に流すことにより、触媒の劣化を抑制するという効果も得られる。一般的に、高負荷走行時には排気ガスの温度が高くなるため、触媒が高温になって劣化するという問題がある。この点、上記のように高負荷走行時に排気ガスの一部をバイパス通路17に供給すると、バイパス通路17によっても排気ガスの熱を放熱することができる。同時に、排気通路10L、10Rへ流入する排気ガスの流量が減少するので、触媒19L、19Rに供給される排気ガスの温度を低減することができる。これにより、触媒の熱劣化を抑制することができる。特に、本実施形態においては、前述のようにバイパス通路17が接続された排気通路10R側の触媒19Rを低温で浄化性能の高い諸元とするので、触媒19Rは高温による影響をより受けやすくなる。よって、バイパス通路17を使用して排気ガスの一部の熱を放熱することにより、触媒の熱劣化を効果的に抑制することが可能となる。   In addition, by flowing a part of the exhaust gas through the bypass passage 17 during traveling at a high load in this way, an effect of suppressing deterioration of the catalyst can be obtained. In general, the exhaust gas temperature becomes high during high-load traveling, so that there is a problem that the catalyst becomes high temperature and deteriorates. In this regard, as described above, when a part of the exhaust gas is supplied to the bypass passage 17 at the time of traveling at a high load, the heat of the exhaust gas can be radiated also by the bypass passage 17. At the same time, since the flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust passages 10L and 10R is reduced, the temperature of the exhaust gas supplied to the catalysts 19L and 19R can be reduced. Thereby, the thermal deterioration of a catalyst can be suppressed. In particular, in the present embodiment, since the catalyst 19R on the exhaust passage 10R side to which the bypass passage 17 is connected as described above is a specification having a high purification performance at a low temperature, the catalyst 19R is more easily affected by the high temperature. . Therefore, by using the bypass passage 17 to dissipate a part of the heat of the exhaust gas, it is possible to effectively suppress the thermal deterioration of the catalyst.

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2L、2R バンク
3 気筒
4 吸気通路
6 可変ノズル式ターボチャージャ
10L、10R 排気通路
12 ECU
13L、13R EGR通路
18L、18R 三方弁
17 バイパス通路
19L、19R 触媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2L, 2R Bank 3 Cylinder 4 Intake passage 6 Variable nozzle type turbocharger 10L, 10R Exhaust passage 12 ECU
13L, 13R EGR passage 18L, 18R Three-way valve 17 Bypass passage 19L, 19R Catalyst

Claims (6)

第1及び第2の気筒群を有する内燃機関の制御装置であって、
前記第1の気筒群に対応する第1の排気通路及び前記第2の気筒群に対応する第2の排気通路と、
前記第1の排気通路に設けられた第1の触媒及び前記第2の排気通路に設けられた第2の触媒と、
前記第1の触媒の上流に設けられた第1の還元剤添加弁及び前記第2の触媒の上流に設けられた第2の還元剤添加弁と、
前記第1の排気通路及び前記第2の排気通路に接続されたバイパス通路と、
触媒暖機時に、前記バイパス通路を使用して、前記第1の気筒群及び第2の気筒群からの全ての排気ガスを前記第1の触媒のみに供給する排気流路制御部と、を備え
前記バイパス通路の断面積は、前記第1及び第2の排気通路の断面積より小さいことを特徴とする内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine having first and second cylinder groups,
A first exhaust passage corresponding to the first cylinder group and a second exhaust passage corresponding to the second cylinder group;
A first catalyst provided in the first exhaust passage and a second catalyst provided in the second exhaust passage;
A first reducing agent addition valve provided upstream of the first catalyst and a second reducing agent addition valve provided upstream of the second catalyst;
A bypass passage connected to the first exhaust passage and the second exhaust passage;
An exhaust flow path control unit that supplies all exhaust gas from the first cylinder group and the second cylinder group only to the first catalyst using the bypass passage when the catalyst is warmed up. ,
The control device for an internal combustion engine , wherein a cross-sectional area of the bypass passage is smaller than a cross-sectional area of the first and second exhaust passages .
前記第1の触媒の貴金属担持量は、前記第2の触媒の貴金属担持量より大きいことを特徴とする請求項に記載の内燃機関の制御装置。 The support amount of precious metal in the first catalyst, the control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the greater than the noble metal supporting amount of the second catalyst. 前記第1の触媒は、所定温度以下の低温時における浄化性能が、所定温度以上の高温時における浄化性能より高く、
前記第2の触媒は、所定温度以上の高温時における浄化性能が、所定温度以下の低温時における浄化性能より高いことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
The first catalyst has a higher purification performance at a low temperature of a predetermined temperature or lower than that at a high temperature of the predetermined temperature or higher,
3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second catalyst has a purification performance at a high temperature equal to or higher than a predetermined temperature higher than a purification performance at a low temperature equal to or lower than the predetermined temperature.
前記第1の還元剤添加弁は前記バイパス通路上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The control device according to any one of claims 1 to 3 wherein the first reducing agent adding valve is characterized in that it is provided on the bypass passage. 前記第1の排気通路上であって前記第1の触媒の上流に設けられた第1の過給機を備え、
前記バイパス通路は、前記第1の過給機をバイパスするように前記第1の排気通路に接続されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
A first supercharger provided on the first exhaust passage and upstream of the first catalyst;
The control of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the bypass passage is connected to the first exhaust passage so as to bypass the first supercharger. apparatus.
前記排気流路制御部は、前記第1及び第2の気筒群からの排気ガスの温度が所定温度以上である場合に、前記排気ガスの一部を前記バイパス通路に流すことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。 The exhaust flow path control unit causes a part of the exhaust gas to flow through the bypass passage when the temperature of the exhaust gas from the first and second cylinder groups is equal to or higher than a predetermined temperature. Item 6. The control device for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 5 .
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