JP5218645B2

JP5218645B2 - 排気浄化触媒の昇温システム

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Publication number: JP5218645B2
Application number: JP2011506935A
Authority: JP
Inventors: 健一辻本; 三樹男井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: EP2415985A1; WO2010113311A1; EP2415985B1; CN102365434B; US20120017572A1; US8511068B2; EP2415985A4; CN102365434A; JPWO2010113311A1

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気浄化触媒の昇温システムに関する。

内燃機関の排気浄化触媒を昇温させる技術として、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させることが行われる。特許文献１には、燃料添加弁及び着火装置を備えた燃焼式ヒータへと外気を導入し、外気と燃料との混合ガスを燃焼させた燃焼ガスを排気浄化触媒に導く技術が開示されている。

特開２００２−４７９２２号公報

しかし、上記従来技術のように、燃焼式ヒータに外気を導入する昇温システムではその構造が複雑となってしまう。これに対して、排気浄化触媒より上流の排気通路に燃料添加弁及び着火装置を配置し、燃料添加弁から排気ガスに添加した燃料に着火して燃料を燃焼させる手法が昇温システムのコンパクト化に有効である。しかし、この場合、添加燃料が添加された混合ガスの温度が高いほど、添加燃料の燃焼時における燃焼ガス温度が高くなる。そのため、当該混合ガスの温度が高くなり過ぎてしまうと、多量のスモーク発生を招き、排気エミッションが悪化する虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化触媒の昇温要求時に排気通路を流れる排気ガスに添加した燃料を燃焼させる昇温システムにおいて、スモークの発生量を低減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に係る排気浄化触媒の昇温システムは、以下の手段を採用する。

すなわち、内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、前記排気通路における前記タービンよりも下流側の部分に設けられた排気浄化触媒と、前記排気通路における前記タービン及び前記排気浄化触媒の間の部分と該タービンより上流側の部分とを接続するバイパス通路と、前記排気通路における前記バイパス通路との下流側接続部と前記タービンとの間の部分に設けられ、排気通路を流れる排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁と、前記排気通路における前記下流側接続部と前記タービンとの間の部分に設けられ、前記燃料添加弁により添加された添加燃料に着火する着火装置と、前記排気浄化触媒の昇温要求時において、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回した排気ガスを前記排気浄化触媒に流入させる第１昇温制御手段と、前記排気浄化触媒の昇温要求時において、前記燃料添加弁に前記タービンから流出した排気ガスへと燃料を添加させると共に、前記着火装置に添加燃料へと着火させる燃料着火制御を実行する第２昇温制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成において、内燃機関から排出された排気ガスの一部がバイパス通路へと流入し、残りがタービンへと流入する。タービンに流入した排気ガスのエネルギーの一部は吸気を過給するために消費される。そのため、タービン流出後における排気ガスの温度は流入前に比べて低下することになる。

一方、バイパス通路へと流入した排気ガスはタービンを迂回することになるため、高温に維持された状態で排気浄化触媒に導入される。本発明では、排気浄化触媒の昇温要求時に、バイパス通路を介してタービンを迂回した高温の排気ガスを排気浄化触媒に流入させることにより、排気浄化触媒を効率的に昇温させることができる。従って、燃料着火制御における燃料添加量を好適に低減することが可能となり、スモークの発生量を低減することができる。

また、燃料添加弁及び着火装置は共に、排気通路におけるタービンと下流側接続部との間の部分に設けられている。「下流側接続部」とは、排気通路におけるバイパス通路との接続部のうち、タービンより下流側に位置する方の接続部を意味する。このように、燃料添加弁及び着火装置をタービンより下流側に配置することで、燃料着火制御時の燃料ガス温度を好適に低下させることができ、以ってスモークの発生を抑制することができる。

また、上記構成の昇温システムは、前記内燃機関から排出される全排気ガス量に対する前記バイパス通路に流入する排気ガス量の比率であるバイパス流入比率と、該全排気ガス量に対する前記タービンに流入する排気ガス量の比率であるタービン流入比率とを変更可能な流入比率変更装置を、更に備えても良い。そして、前記第１昇温制御手段は、燃料着火制御実行時のタービン流入比率がバイパス流入比率に比べて大きくなるように前記流入比率変更装置を制御し、燃料着火制御実行後のバイパス流入比率がタービン流入比率に比べて大きくなるように該流入比率変更装置を制御しても良い。

これにより、燃料着火制御実行時において、単位時間当たりに着火装置を通過する排気ガス量が増加するため、燃料着火制御における燃焼ガス温度をより確実に低下することができる。一方、燃料着火制御の実行後においては、タービンを迂回した高温の排気ガスを、より多量に排気浄化触媒に対して導入することができる。これにより、燃料着火制御の実行が終了した後においても、継続して排気浄化触媒を昇温させることができる。

なお、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、排気浄化触媒の昇温要求時に排気通路を流れる排気ガスに添加した燃料を燃焼させる昇温システムにおいて、スモークの発生量を低減できる技術を提供することができる。

図１は、実施例１における排気浄化触媒の昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示した図である。図２は、燃料着火制御時におけるグロー周辺ガス温度ＴＧｇとスモーク発生量Ｑｓｍとの関係を例示した図である。図３は、バイパス制御時における流入ガス温度ＴＧｃと燃料着火制御時の要求燃料添加量ＦＵｒとの関係を例示したマップである。図４は、第１の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。図５は、第２の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。図６は、第３の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。図７は、実施例４における排気浄化触媒の昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示した図である。図８は、第４の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。以下に、本発明に係る内燃機関の排気システムの具体的な実施例について説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例における排気浄化触媒の昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示した図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。

内燃機関１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。吸気通路２にはターボチャージャ６のコンプレッサ６ａが設置されている。排気通路３にはターボチャージャ６のタービン６ｂが設置されている。排気通路３におけるタービン６ｂより下流側には、排気浄化触媒４が設けられている。

本実施例における排気浄化触媒４としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と称呼する）を担持すると共に排気中の煤等の微粒子を酸化・除去するＤＰＮＲ（ Diesel Particulate NOx Reduction ）触媒を採用している。ここで、ＮＯｘ触媒は、周囲雰囲気が高酸素濃度状態であるときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が低酸素濃度状態であり、且つ還元成分が存在するときは、吸蔵されたＮＯｘを還元する機能を有する。尚、この排気浄化触媒４として、ＮＯｘ吸蔵能を有していない選択還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒等の他の触媒を採用しても良い。

排気通路３におけるタービン６ｂ及び排気浄化触媒４の間の部分とタービン６ｂより上流側の部分とはバイパス通路７によって接続されている。また、バイパス通路７には、該バイパス通路７における排気ガスの流路断面積を調節可能なバイパス弁８が設けられている。バイパス弁８の開度が変更されると、バイパス通路７を通過する排気ガス量が変化する。従って、バイパス弁８の開度を変更することで、内燃機関１から排出される全排気ガス量のうちバイパス通路７に流入する排気ガス量の比率であるバイパス流入比率Ｒｂｐと、該全排気ガス量のうちタービン６ｂに流入する排気ガス量の比率であるタービン流入比率Ｒｔｂとを変更することができる。本実施例におけるバイパス弁８は、本発明における流入比率変更装置に対応する。

排気通路３とバイパス通路７との接続部のうち、タービン６ｂよりも上流側に位置する接続部を「バイパス分岐部３ａ」と称呼し、タービン６ｂよりも下流側に位置する接続部を「バイパス合流部３ｂ」と称呼する。バイパス流入比率Ｒｂｐとタービン流入比率Ｒｔｂとが等しい場合には、バイパス分岐部３ａにおいてタービン６ｂ側に流入する排気ガス量と、バイパス通路７側に流入する排気ガス量とが丁度等しくなる。尚、バイパス流入比率Ｒｂｐ及びタービン流入比率Ｒｔｂの和は常に１となる。

本実施例では、排気通路３におけるタービン６ｂとバイパス合流部３ｂとの間の部分に、タービン６ｂから流出した排気ガスへと燃料を添加する燃料添加弁９が設けられている。また、排気通路３における燃料添加弁９とバイパス合流部３ｂとの間の部分には、バッテリ（図示省略）からの電力供給によって発熱し、燃料添加弁９から添加された燃料に着火するグロープラグ１０が設けられている。本実施例においてはグロープラグ１０が本発明における着火装置に対応している。また、バイパス合流部３ｂが本発明における「下流側接続部」に対応している。

排気通路３におけるバイパス合流部３ｂと排気浄化触媒４との間の部分、排気通路３におけるグロープラグ１０の周辺部分、及びバイパス通路７におけるバイパス弁８とバイパス分岐部３ａとの間の部分、の夫々には、排気ガスの温度に対応した電気信号を出力する第１温度センサ１１、第２温度センサ１２、第３温度センサ１３が設置されている。

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）１５が併設されている。このＥＣＵ１５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。また、ＥＣＵ１５には、第１温度センサ１１〜第３温度センサ１３の他、内燃機関１の運転状態を検出する各種センサ（機関回転数を検出するクランクポジションセンサ、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ、吸気通路２を流れる空気量を測定するエアフローメータ等）が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ１５に入力される。また、ＥＣＵ１５には、バイパス弁８、燃料添加弁９、グロープラグ１０の他、機関燃焼に供する燃料を気筒内に直接噴射する筒内燃料噴射弁（図示省略）が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１５によってこれらが制御される。

ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒４の昇温要求時に、該排気浄化触媒４の温度（以下、「触媒温度」という）ＴＣを上昇させる昇温処理を実施する。本実施例の昇温処理は、排気浄化触媒４に流入する排気ガスの温度（以下、「流入ガス温度」という）ＴＧｃを上昇させることによって触媒温度ＴＣを昇温目標温度ＴＣｔまで上昇させる処理である。ここで、昇温目標温度ＴＣｔは、昇温処理実施時における排気浄化触媒４の目標温度を意味し、例えば排気浄化触媒４の活性温度に所定のマージンを加えた温度を昇温目標温度ＴＣｔとして採用することができる。また、排気浄化触媒４の昇温要求については、触媒温度ＴＣが排気浄化触媒４の活性温度よりも低いときに出されても良い。

昇温処理において、ＥＣＵ１５は、燃料添加弁９から排気ガスへと燃料を添加させ、且つグロープラグ１０への通電により添加燃料への着火を行う制御（以下、「燃料着火制御」と称呼する）を実行する。この燃料着火制御によれば、添加燃料の燃焼によって流入ガス温度ＴＧｃが上昇するため、触媒温度ＴＣを好適に上昇させることができる。なお、本明細書において「添加燃料」との用語は、燃料添加弁９から排気ガスに添加された燃料を意味し、機関燃焼のために各気筒に配置された筒内燃料噴射弁から噴射される燃料とは区別して用いる。

ここで、他の条件が等しい場合、燃料着火制御における燃料添加量が多いほど流入ガス温度ＴＧｃの上昇量が増えるため、触媒温度ＴＣの上昇量も増加する。しかしながら、燃料着火制御における燃料添加量が多くなると、添加燃料の燃焼時における燃焼ガス温度が高くなり、スモーク発生量の増加を招いてしまう。

図２は、燃料着火制御時におけるグロー周辺ガス温度ＴＧｇとスモーク発生量Ｑｓｍとの関係を例示した図である。「グロー周辺ガス温度ＴＧｇ」とは、グロープラグ１０の周辺を流れる排気ガスの温度である。他の条件が等しい場合、グロー周辺ガス温度ＴＧｇが高いほど添加燃料の燃焼時における燃焼ガス温度が高くなる。従って、グロー周辺ガス温度ＴＧｇが高いほど、燃料着火制御でのスモーク発生量Ｑｓｍが増大する傾向にある。

そこで、昇温処理では、燃料着火制御でのスモーク発生量Ｑｓｍの低減を図りつつ、排気浄化触媒４を昇温させることとした。具体的には、ＥＣＵ１５は、バイパス弁８を開弁することにより、タービン６ｂを迂回した高温の排気ガスを、バイパス通路７を介して排気浄化触媒４へと流入させる制御（以下、「バイパス制御」と称呼する）を、燃料着火制御と併せて実行する。

バイパス制御が実行されると、内燃機関１から排出された排気ガスの一部がバイパス分岐部３ａからバイパス通路７へと流入し、残りの排気ガスがタービン６ｂへと流入する。タービン６ｂの内部には回転可能に軸支されたタービンホイール（図示省略）が設けられており、タービン６ｂへと流入してくる排気ガスのエネルギーによってこのタービンホイールが回転する。タービンホイールの回転トルクは、コンプレッサ６ａ内部に回転自在に軸支されたコンプレッサホイール（図示省略）に伝達され、コンプレッサ６ａに流入する空気が圧縮される。つまり、排気ガスがタービン６ｂに流入すると、そのエネルギーの一部が吸気を過給するために消費されることになる。従って、タービン６ｂ流出後における排気ガスの温度は流入前に比べて低下する。

一方、バイパス制御においてバイパス通路７を経由する排気ガスはタービン６ｂを迂回することになり、高温に維持された状態で排気浄化触媒４に導入される。図３は、バイパス制御時における流入ガス温度ＴＧｃと燃料着火制御で要求される燃料添加量（以下、「要求燃料添加量」という）ＦＵｒとの関係を例示したマップである。ここで、バイパス制御時のバイパス流入比率Ｒｂｐが高いほど、流入ガス温度ＴＧｃが上昇し、触媒温度ＴＣが昇温目標温度ＴＣｔに近づく。そのため、バイパス制御時のバイパス流入比率Ｒｂｐが高いほど、燃料着火制御での要求燃料添加量ＦＵｒが低減される。

ＥＣＵ１５は、バイパス制御を燃料着火制御に先行して実行する。バイパス制御において、ＥＣＵ１５は、バイパス流入比率Ｒｂｐを少なくともタービン流入比率Ｒｔｂに比べて大きくなるように（すなわち、０．５より大きい値となるように）バイパス弁８の開度を調節する。その結果、バイパス制御における流入ガス温度ＴＧｃの上昇、及び燃料着火制御における要求燃料添加量ＦＵｒの低減が促進される。従って、燃料着火制御に係る燃焼ガス温度が下がり、スモーク発生量Ｑｓｍが低減される。

また、本実施例において、燃料添加弁９及びグロープラグ１０は、排気通路３におけるタービン６ｂとバイパス合流部３ｂとの間に配置されている。このような昇温システムによれば、燃料添加弁９及びグロープラグ１０をタービン６ｂの上流側に配置するシステムに比べて、燃料着火制御時におけるグロー周辺ガス温度ＴＧｇを顕著に低下させることができる。これにより、燃料着火制御における燃焼ガス温度が低くなるため、スモーク発生量Ｑｓｍを低減することができる。

以下、図４に示したフローチャートを参照して、排気浄化触媒４に対する昇温処理の具体的な内容について説明する。図４は、第１の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１５に記憶されており、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。本実施例では、本ルーチンを実行するＥＣＵ１５が本発明における第１昇温制御手段及び第２昇温制御手段に相当する。

本ルーチンが実行されると、先ずＳ１０１において、ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒４への昇温要求が有るかどうかを判定する。具体的には、第１温度センサ１１の出力信号に基づいて触媒温度ＴＣを推定し、その推定温度が排気浄化触媒４（ＮＯｘ触媒）の活性温度より低い場合に昇温要求が有ると判定する。本ステップにおいて、昇温要求が有ると判定した場合には、排気浄化触媒４に対する昇温処理を実施する必要があると判断されるため、ステップＳ１０２に進む。一方、排気浄化触媒４への昇温要求がないと判定した場合には、ＥＣＵ１５は本ルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１５はバイパス制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１５は、要求燃料添加量ＦＵｒが上限燃料添加量ＦＵｌｍを超えることのないように、バイパス制御におけるバイパス流入比率Ｒｂｐの目標値を図３に示したマップから算出する。この上限燃料添加量ＦＵｌｍは、燃料着火制御時におけるスモーク発生量Ｑｓｍを許容範囲内に抑えるべく設定しておく燃料添加量の上限値であり、予め実験等の経験則に基づいて設定することができる。そして、ＥＣＵ１５は、バイパス流入比率Ｒｂｐが算出した目標値となるように、バイパス弁８の開度を制御する。例えば、バイパス制御時におけるバイパス流入比率Ｒｂｐを可及的に増加させるべく、バイパス弁８の開度を全開開度（最大開度）まで増加させることもできる。これにより、バイパス制御における流入ガス温度ＴＧｃの上昇、及び燃料着火制御における要求燃料添加量ＦＵｒの低減を可及的に促進することができる。ＥＣＵ１５は、本ステップの処理を終了すると、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１５は、図３に示したマップにバイパス制御でのバイパス流入比率Ｒｂｐを代入する。そして、ＥＣＵ１５は、バイパス流入比率Ｒｂｐに対応する要求燃料添加量ＦＵｒを読み出し、燃料着火制御において燃料添加弁９に添加させる燃料添加量を算出する。続くステップＳ１０４において、ＥＣＵ１５は燃料着火制御を実行する。つまり、ＥＣＵ１５は、燃料添加弁９に、タービン６ｂ流出後の低温の排気ガスへと燃料を添加させる。そのときの燃料添加量はステップＳ１０３において算出した値とすれば良い。そして、ＥＣＵ１５は、燃料添加弁９による添加燃料と混合した混合ガスがグロープラグ１０近傍に到達するタイミングで、グロープラグ１０に着火させる。その結果、添加燃料が燃焼することによって流入ガス温度ＴＧｃがさらに上昇し、触媒温度ＴＣが昇温目標温度ＴＣｔまで上昇する。ＥＣＵ１５は、本ステップの処理を終了すると、本ルーチンを一旦抜ける。

以上のように、本実施例における排気浄化触媒の昇温システムによれば、燃料着火制御において添加燃料を燃焼させる際に、スモークの発生を低減することができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施形態における第２の実施例について説明する。本実施例における昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成は図１に示した構成と同様である。以下、本実施例の昇温システムにおける特徴的な部分を中心に説明する。本実施例では、燃料着火制御実行時におけるタービン流入比率Ｒｔｂがバイパス流入比率Ｒｂｐに比べて大きくなるようにバイパス弁８を制御し、燃料着火制御実行後におけるバイパス流入比率Ｒｂｐがタービン流入比率Ｒｔｂに比べて大きくなるようにバイパス弁８を制御する。

図５は、第２の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１５に記憶されており所定時間毎に繰り返されるルーチンである。本実施例では、本ルーチンを実行するＥＣＵ１５が本発明における第１昇温制御手段及び第２昇温制御手段に相当する。本ルーチンにおいて、図４と同じ処理が行われるステップについては、同一の参照番号を付すことでその説明を省略する。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ１５は、バイパス弁８を着火制御時目標開度Ｄｉｇａまで閉弁方向に作動させる。着火制御時目標開度Ｄｉｇａは、タービン流入比率Ｒｔｂがバイパス流入比率Ｒｂｐに比べて大きくなるような開度である。バイパス弁８の開度をバイパス制御時における開度から着火制御時目標開度Ｄｉｇａまで減少させると、単位時間当たりにグロープラグ１０を通過する排気ガス量（以下、「グロープラグ通過ガス量」という）が増加する。例えば、着火制御時目標開度Ｄｉｇａとしては０を採用することができる。この場合には、バイパス弁８が完全に閉弁され、バイパス通路７の流路断面積が０となる。その結果、バイパス流入比率Ｒｂｐが０になり、タービン流入比率Ｒｔｂが１になる。

続くステップＳ１０４において、ＥＣＵ１５は燃料着火制御を実行する。つまり、バイパス制御時に比べてグロープラグ通過ガス量が増加した状態で燃料着火制御が実行されるため、グロープラグ１０周辺を流れる排気ガスの熱容量が増加する。その結果、燃料着火制御における燃焼ガス温度が低下し、スモーク発生量Ｑｓｍが低減される。また、グロープラグ通過ガス量を増加させると、燃焼着火制御時において消費される酸素量が多くなるため、スモークの発生を好適に抑制できる。

ＥＣＵ１５は、ステップＳ２０２において、バイパス弁８を着火制御後目標開度Ｄｉｇｂまで開弁方向に作動させる。この着火制御後目標開度Ｄｉｇｂは、燃料着火制御の実行後におけるバイパス弁８の目標開度であり、バイパス流入比率Ｒｂｐをタービン流入比率Ｒｔｂに比べて大きくすることのできる開度である。従って、着火制御後目標開度Ｄｉｇｂは、着火制御時目標開度Ｄｉｇａに比べて開き側の開度に設定されることになる（Ｄｉｇａ＜Ｄｉｇｂ）。本実施例における昇温処理では、バイパス流入比率Ｒｂｐを燃料着火制御時に比べて増加させる。これにより、高温に維持されたより多くの排気ガスを排気浄化触媒４に流入させることができ、排気浄化触媒４の昇温を更に促進させることができる。ＥＣＵ１５は、本ステップの処理が終了すると本ルーチンを一旦抜ける。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施形態における第３の実施例について説明する。本実施例における昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成は図１に示した構成と同様である。図６は、第３の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１５に記憶されており所定時間毎に繰り返されるルーチンである。本ルーチンにおいて、図５と同じ処理が行われるステップについては、同一の参照番号を付すことでその説明を省略する。

ステップＳ１０４において燃料着火制御の実行が終了すると、ＥＣＵ１５は、ステップＳ３０１に進む。ステップＳ３０１において、ＥＣＵ１５は、第２温度センサ１２及び第３温度センサ１３の出力信号を読み込む。そして、ＥＣＵ１５は、第２温度センサ１２の出力信号に基づいてグロー周辺ガス温度ＴＧｇを推定し、第３温度センサ１３の出力信号に基づいてバイパス通路７内における排気ガスの温度（以下、「バイパスガス温度」という）ＴＧｂｐを推定する。

ステップＳ３０２において、ＥＣＵ１５は、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇよりも高いか否かを判定する。そして、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇに比べて高いと判定した場合（ＴＧｂｐ＞ＴＧｇ）には、ステップＳ２０２に進む。すなわち、ＥＣＵ１５は、バイパス弁８を着火制御後目標開度Ｄｉｇｂまで開弁方向に作動させる。一方、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇ以下であると判定した場合（ＴＧｂｐ≦ＴＧｇ）には、ＥＣＵ１５はステップＳ３０１の処理に戻る。すなわち、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇに比べて高いと判定されるまで、ステップＳ３０１，Ｓ３０２の処理が繰り返し行われる。

燃料着火制御が実行されると、当該燃料着火制御における発熱により排気通路を構成する部材（排気管）が加熱される。従って、燃料着火制御の実行直後は、グロー周辺ガス温度ＴＧｇがバイパスガス温度ＴＧｂｐよりも高温に維持されると考えられる。そこで、本実施例における昇温処理では、燃料着火制御実行時に比してバイパス流入比率Ｒｂｐを増加させた方が触媒温度ＴＣを上昇させることができると判定される時点まで、バイパス弁８を着火制御時目標開度Ｄｉｇａに維持することとした。これにより、燃料着火制御の実行後において、排気浄化触媒４をより効率的に昇温させることができる。

また、上記制御の変形例として、ＥＣＵ１５は、燃料着火制御の実行後におけるグロープラグ通過ガス量、及びバイパス通路７を通過する通過ガス量（以下、「バイパス通路通過ガス量」という）を推定し、これに基づいて、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇを超えるタイミングを推定しても良い。そして、ＥＣＵ１５は、バイパスガス温度ＴＧｂｐがグロー周辺ガス温度ＴＧｇを超えるタイミングにて、バイパス弁８の開度を着火制御後目標開度Ｄｉｇｂに切り替えるようにしても良い。

＜実施例４＞
次に、本発明の実施形態における第４の実施例について説明する。図７は、本実施例における昇温システムが適用される内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示した図である。図１と共通する構成要素については同じ符号を付している。本実施例における排気通路３におけるグロープラグ１０とバイパス合流部３ｂとの間には、流入する排気ガスに含まれる燃料を改質する改質触媒１７が配置されている。

前述したように、排気浄化触媒４としてはＤＰＮＲ触媒が採用されているため、ＮＯｘ触媒が具備されている。ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵容量は上限があるため、ＥＣＵ１５は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量が吸蔵容量に到達する前に、ＮＯｘを還元、浄化させる制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１５は、ＮＯｘを還元させる還元剤としての未燃燃料を燃料添加弁９から添加させ、排気浄化触媒４が具備するＮＯｘ触媒に供給する燃料供給制御を実施する。

ところで、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘの還元反応を促進させるには、ＮＯｘ触媒が活性している状態にあることが前提となる。そのため、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度よりも低い場合には、先ず昇温処理を実施してから燃料供給制御を行う必要がある。以下、昇温処理から燃料供給制御に移行する際に、ＥＣＵ１５が実行する具体的な処理内容について説明する。図８は、第４の昇温処理ルーチンを示したフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１５に記憶されており所定時間毎に繰り返されるルーチンである。本ルーチンにおいて、図５と同じ処理が行われるステップについては、同一の参照番号を付すことでその説明を省略する。

ステップＳ１０４において燃料着火制御の実行が終了すると、ＥＣＵ１５は、ステップＳ４０１に進む。ステップＳ４０１において、ＥＣＵ１５は、燃料供給制御の実行要求が有るか否かを判定する。ＥＣＵ１５は、例えばＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その吸蔵量が規定値を超えているときに当該実行要求が出されても良い。本ステップにおいて、ＥＣＵ１５は、燃料供給制御の実行要求が有ると判定した場合にはステップＳ４０２に進む。一方、燃料供給制御の実行要求が無いと判定した場合にはステップＳ２０２に進み、バイパス弁８を着火制御時目標開度Ｄｉｇａから着火制御後目標開度Ｄｉｇｂまで開弁方向に作動させる。

ステップＳ４０２において、ＥＣＵ１５は、バイパス弁８を着火制御時目標開度Ｄｉｇａから燃料供給制御時目標開度Ｄｉｇｃまで開弁方向に作動させる。この燃料供給制御時目標開度Ｄｉｇｃは、燃料供給制御時におけるバイパス弁８の目標開度である。本実施例における燃料供給制御時目標開度Ｄｉｇｃは、着火制御後目標開度Ｄｉｇｂよりも閉じ側の開度として設定される（Ｄｉｇｂ＞Ｄｉｇｃ）。

そして、ステップＳ４０３において、ＥＣＵ１５は、燃料添加弁９に所定量の燃料を排気ガスに添加させることで燃料供給制御を実施する。既に燃料着火制御の実行が終了しているため、改質触媒１７は確実に活性状態となっている。そのため、燃料添加弁９からの添加燃料は、改質触媒１７の触媒機能によって部分的に酸化される。このように改質触媒１７において改質された燃料がＮＯｘ触媒に供給されることで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元反応を好適に促進させることができる。燃料供給制御の実施が終了すると、ＥＣＵ１５は、ステップＳ４０４において、バイパス弁８を燃料供給制御時目標開度Ｄｉｇｃから着火制御後目標開度Ｄｉｇｂまで開弁方向に作動させる。本ステップの処理が終了すると、本ルーチンを一旦抜ける。

尚、燃料供給制御時目標開度Ｄｉｇｃを、燃料着火制御時における着火制御時目標開度Ｄｉｇａと一致させても良い。この場合、ステップＳ４０２において、バイパス弁８の開度が着火制御時目標開度Ｄｉｇａに維持される。そして、ステップＳ４０４においては、着火制御時目標開度Ｄｉｇａから着火制御後目標開度Ｄｉｇｂまでバイパス弁８の開度が変更されることになる。また、本実施例における燃料供給制御は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元時の他、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を回復させる際にも行われる。

以上述べた本実施の形態は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得る。また、実施例１〜４において説明した構成や制御については、可能な限り組み合わせることができる。

１内燃機関
３吸気通路
３ａバイパス分岐部
３ｂバイパス合流部
４排気浄化触媒
６ターボチャージャ
６ｂタービン
７バイパス通路
８バイパス弁
９燃料添加弁
１０グロープラグ
１５ＥＣＵ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、
前記排気通路における前記タービンよりも下流側の部分に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路における前記タービン及び前記排気浄化触媒の間の部分と該タービンより上流側の部分とを接続するバイパス通路と、
前記排気通路における前記バイパス通路との下流側接続部と前記タービンとの間の部分に設けられ、排気通路を流れる排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁と、
前記排気通路における前記下流側接続部と前記タービンとの間の部分に設けられ、前記燃料添加弁により添加された添加燃料に着火する着火装置と、
前記排気浄化触媒の昇温要求時において、前記バイパス通路を介して前記タービンを迂回した排気ガスを前記排気浄化触媒に流入させる第１昇温制御手段と、
前記排気浄化触媒の昇温要求時において、前記燃料添加弁に前記タービンから流出した排気ガスへと燃料を添加させると共に、前記着火装置に添加燃料へと着火させる燃料着火制御を実行する第２昇温制御手段と、
を備えることを特徴とする排気浄化触媒の昇温システム。
前記内燃機関から排出される全排気ガス量に対する前記バイパス通路に流入する排気ガス量の比率であるバイパス流入比率と、該全排気ガス量に対する前記タービンに流入する排気ガス量の比率であるタービン流入比率とを変更可能な流入比率変更装置を、更に備え、
前記第１昇温制御手段は、燃料着火制御実行時のタービン流入比率がバイパス流入比率に比べて大きくなるように前記流入比率変更装置を制御し、燃料着火制御実行後のバイパス流入比率がタービン流入比率に比べて大きくなるように該流入比率変更装置を制御することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化触媒の昇温システム。