JPH11141332A - ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターボチャージャの過給機能及び過給応答性
を十分に確保し、かつプリ触媒の昇温を早めるようにし
たターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置を得
ること。 【解決手段】 主排気通路１２中のターボチャージャ１
４上流側に第１のバルブ１３を配置する。主排気通路１
２に対し分岐点Ｐ１と合流点Ｐ２との間で迂回排気通路
１５を設け、この通路中にプリ触媒１６とその下流側に
第２のバルブ１７を配置する。第１のバルブ１３を閉鎖
し、第２のバルブ１７を開放すると、エンジン本体１１
からの排気ガスは、ターボチャージャ１４側には供給さ
れずに、プリ触媒１６側にのみ供給され、上流側にバル
ブの存在しないプリ触媒１６の昇温が効率よく早められ
る。また、各バルブの開度制御により、ターボチャージ
ャの急激な作動開始による悪影響を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はターボチャージャ付
エンジンの排気ガス浄化装置、特に主排気通路に対しタ
ーボチャージャを迂回するように迂回排気通路の設けら
れた排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両等に搭載されるエンジンの排気ガス
浄化装置には、一般に、エンジンから排出される排気ガ
スを浄化するための触媒が装着されている。触媒として
は、白金、ロジウム、パラジウムの３種の触媒物質を使
用した三元触媒がよく用いられる。構造としては、これ
ら３種の触媒物質を直径２〜４mmのアルミナに付着させ
たペレット型や、格子状に形成したアルミナに付着させ
たモノリス型があり、いずれの型もこれら触媒に排気ガ
スを通過させることで、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯ
ｘ濃度を低減させている。

【０００３】このような触媒は、触媒物質の性質上、所
定の温度に達して、はじめて所期の機能を発揮する。こ
のため、冷始動時、すなわちエンジンが冷えた状態での
始動時には、機能が低下していて、排気ガスを十分に浄
化することができないおそれがある。

【０００４】そこで、触媒の昇温を早めるべく主触媒の
外に、主触媒の上流側にプリ触媒を設ける技術が、例え
ば、特開平５−３２１６４３号公報に開示されている。

【０００５】ここに開示された技術は、エンジンの排気
系におけるターボチャージャのタービンの配置された主
排気通路に、そのタービンを迂回するように迂回排気通
路を設けている。すなわち、タービンの上流側と下流側
とにそれぞれ分岐点と合流点とを有する迂回排気通路を
設け、この迂回排気通路にプリ触媒を設けている。

【０００６】そして、主排気通路側に設けた第１のバル
ブと、迂回排気通路側に設けた第２のバルブとを適宜に
開閉させることにより、排気ガスの流れを調整してい
る。例えば、エンジンの始動時には、ターボ側である主
排気通路のバルブを閉鎖して、プリ触媒側である迂回排
気通路のバルブを開放してプリ触媒の昇温を早め、ま
た、合流点の下流側に配置された主触媒が昇温して十分
に活性化された場合ときには、ターボ側のバルブを開放
して、プリ触媒側のバルブを閉鎖する。こうすること
で、触媒機能とターボ機能（過給機能及び過給応答性）
とを両立させている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、ターボチャージャの不作動状態から作動
状態への切換えが行われる際、すなわちタービンが停止
している状態の時に急激に排気ガスの供給がなされると
ドライバビリティの悪化や、ターボチャージャ本体への
悪影響が及ぶおそれがある。

【０００８】また、主排気通路側のバルブが、ターボチ
ャージャの下流側でかつ合流点の上流側に配置されてい
るために、このバルブを閉鎖し、プリ触媒側のバルブを
開放してプリ触媒の昇温を促進する際に、排気ガスの一
部がターボチャージャに供給されてしまい、ターボチャ
ージャによって熱が奪われるため、その分、プリ触媒の
昇温が遅れてしまうことになる。

【０００９】更に、プリ触媒の設けられた迂回排気通路
の開閉バルブは、プリ触媒の上流側に配置されており、
そのバルブによる排気ガスからの熱吸収があること、ま
たバルブを設置するスペースの分はエンジン本体からプ
リ触媒が遠くなるという事情があった。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてされたもので
あり、その目的は、ターボチャージャの機能を十分に確
保し、かつプリ触媒の昇温を早めるようにしたターボチ
ャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に係るターボチ
ャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、主排気通路
に対して、ターボチャージャのタービンの上流側に分岐
点を有し、下流側に合流点を有する迂回排気通路が設け
られ、この迂回排気通路中にはプリ触媒が配置されてい
る。そして、前記主排気通路の前記分岐点の下流側でか
つ前記タービンの上流側には、第１の開閉手段が、前記
迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合流点
の上流側には第２の開閉手段が配置されている。

【００１２】これにより、プリ触媒は、その上流側にバ
ルブのない状態で設置され、また、第１の開閉手段によ
りターボチャージャの上流側で主排気通路が遮蔽される
ので、他の部材で熱吸収されていない排気ガスを受ける
こととなる。これにより、より高温の排気ガスにより昇
温され、迅速な活性化が図られる。

【００１３】また、例えば、第１の開閉手段を閉状態と
し、第２の開閉手段を開状態とすると、エンジン本体か
らの排気ガスは、タービン側には供給されずに、プリ触
媒側にのみ供給される。したがって、プリ触媒の昇温が
早められる。逆に、第１の開閉手段を開状態とし、第２
の開閉手段を閉状態とすると、エンジン本体からの排気
ガスは、プリ触媒側には供給されずに、タービン側にの
み供給される。したがって、ターボチャージャの過給圧
や過給応答性が良好になる。

【００１４】請求項２に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、第１の開閉手段及び第２の開
閉手段が、開度調整可能な第１のバルブ及び第２のバル
ブによって構成され、これら第１、第２のバルブの開度
及び開閉タイミングを制御する制御部を有している。

【００１５】これにより、制御部が第１、第２のバルブ
の開度及び開閉タイミングをそれぞれ個別に独立して設
定することができるので、バルブの単なるオン／オフ制
御とは異なり、開度やタイミングを好適に設定すること
が可能となる。例えば、一方のバルブを徐々に開いてい
きながら、これと並行して、他方のバルブを徐々に閉鎖
していく等の制御を行うことができ、また、ターボチャ
ージャの予回転を適宜に行うことも可能である。したが
って、急激なターボチャージャの作動による悪影響を回
避することができる。

【００１６】請求項３に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、制御部が、エンジンスタート
後、エンジンの水温が第１の設定温度に達していない場
合に前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２のバルブ
を開状態としてバルブ制御初期状態とし、その後、前記
エンジンの水温が前記第１の設定温度以下の温度に設定
した第２の設定温度以上である場合に、前記第１のバル
ブの開動作を開始し、その動作開始以降に前記第２のバ
ルブの閉動作を開始し、所定時間をかけて行われた前記
第１のバルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉
動作を終了するように制御する。

【００１７】これにより、エンジンの水温に応じて、バ
ルブの開閉を円滑に行うことができる。すなわち、第１
のバルブと第２のバルブの開閉切換えが同時に行われる
のではなく所定時間を掛けて行われ、双方が共に開状態
（全閉状態ではない）にある時間帯が作られている。し
たがって、停止しているターボチャージャのタービンに
急激に大量の排気ガスが供給されることを防止すること
ができる。なお、本発明において、エンジンの水温を検
知対象としているのは、比較的容易に検知可能であり、
この温度によって、主触媒が昇温しているか否かを推測
することができるからである。

【００１８】請求項４に係るターボチャージャ付エンジ
ンの排気ガス浄化装置は、前記制御部が、エンジンスタ
ート後のエンジンの水温が第１の設定温度に達していな
い場合に、前記第１のバルブを閉状態とし、前記第２の
バルブを開状態としてバルブ制御初期状態とし、その
後、所定時間経過後、前記第１のバルブの開動作を開始
し、その動作開始以降に、前記第２のバルブの閉動作を
開始して、所定時間をかけて行われた前記第１のバルブ
の開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作が終了す
るように制御する。

【００１９】本発明は、初期状態にある第１、第２のバ
ルブの開閉動作を、エンジン水温ではなく時間的条件に
基づいて動作させるようにしている。この時間的条件の
設定は、通常のエンジン運転状況からして、主触媒の昇
温が行われるであろう時間をもって行われる。これによ
り、バルブ開閉制御の容易化が図られる。

【００２０】請求項５ターボチャージャ付エンジンの排
気ガス浄化装置は、前記第２開閉手段の配置が、前記迂
回排気通路の前記プリ触媒の上流側でかつ前記分岐点の
下流側にて行われている。このように、第２開閉手段の
設置位置がプリ触媒の上流側であっても上記請求項３又
は４のバルブ制御を行うことで、同様のターボチャージ
ャのタービンへの急激な排気ガス供給を回避することが
でき、エンジン運転への悪影響を防止することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明に
実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に
係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の
説明図である。

【００２２】図示したターボチャージャ付エンジンの排
気ガス浄化装置（以下単に「排気ガス浄化装置」とい
う）は、エンジン本体１０の２つのシリンダグループの
各排気ポートからそれぞれ伸長する排気管９を有してい
る。そして、この排気管９からターボチャージャ１４の
タービン１４ａを経由する主排気通路１２及び途中にプ
リ触媒１６の設けられた迂回排気通路１５が伸長してい
る。すなわち、迂回排気通路１５は、分岐点Ｐ１から合
流点Ｐ２までの間に連通結合されている。

【００２３】主排気通路１２を開閉する第１のバルブ
（第１の開閉手段）１３は、主排気通路１２のタービン
１４ａの上流に設置され、一方、迂回排気通路１５を開
閉する第２のバルブ（第２の開閉手段）１７は、迂回排
気通路１５中のプリ触媒１６の下流側に設けられてい
る。また、排気系の上記合流点Ｐ２の下流側には主触媒
２６が設置されている。

【００２４】ここで第１のバルブ１３及び第２のバルブ
１７は、それぞれその開度及び開閉タイミングが制御可
能なバルブであり、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニ
ット）２７によって制御される。

【００２５】また、上記プリ触媒１６としては、一般
に、３種の触媒物質、すなわち、白金、ロジウム、パラ
ジウムを使用した三元触媒が使用される。主触媒２６
は、その基本的な構成は、プリ触媒１６とほぼ同様であ
り、プリ触媒１６よりも大きいものが使用されている。
これらの触媒の機能を十分に発揮させるには、プリ触媒
１６を所定の温度に昇温させる必要がある。

【００２６】なお、エンジン本体１０には、吸気側にイ
ンテークマニホールド２１が接続されており、更にこの
インテークマニホールド２１の上流にはインタークーラ
２３が設置され、更に上流には、吸気通路２２が接続さ
れている。この吸気通路２２中の更に上流には、ターボ
チャージャ１４のコンプレッサ１４ｂが設置されてい
る。

【００２７】上記構成によれば、プリ触媒１６は、その
上流側にバルブのない状態でよりエンジンに近い位置に
設置可能であり、また、第１の開閉手段によりターボチ
ャージャ１４の上流側で主排気通路１２を閉状態とする
ことができる。したがって、プリ触媒１６には、他の部
材で熱吸収されていない高温の排気ガスが供給される。
これにより、プリ触媒の排気ガスによる迅速な活性化が
図られる。

【００２８】次に、上述の構成の排気ガス浄化装置の動
作を図２のフローチャート及び図３のバルブ動作グラフ
に基づいて説明する。なお、以下の説明において、図１
中の「第１のバルブ１３」を「バルブＶ１」と、また、
「第２のバルブ１７」を「バルブＶ２」として説明す
る。

【００２９】まず、ステップ（以下、単に「Ｓ」とい
う）１０１にて、イグニッション（ＩＧ）をＯＮして、
エンジンをスタートする。次に、Ｓ１０２にて、エンジ
ンの水温ＴｗがＴ１（例えば、５０℃）以上か否かが判
断され以上の場合（ＹＥＳの場合）は、Ｓ１０３にてバ
ルブＶ１を開状態とし、バルブＶ２を閉状態とする。こ
の状態は、比較的、水温が高い状態、すなわち、走行終
了後、まだあまり時間が経過していない状態であり、主
触媒２６の温度も適度に高く、活性化されている状態で
ある。

【００３０】したがって、迂回排気通路１５を用いてプ
リ触媒１６を特に昇温させる必要はなく、エンジン本体
１１からの排気ガスは、すべて主排気通路１２のターボ
チャージャ１４側に供給して、ターボチャージャ１４の
機能（過給機能及び過給応答性）を優先させている。

【００３１】これに対し、Ｓ１０２にて水温ＴｗがＴ１
に満たないと判断された場合（ＮＯの場合）は、Ｓ１０
４にて、バルブＶ１を閉状態とし、またバルブＶ２を開
状態として、ＥＣＵ２７によるバルブ制御動作の初期状
態とする。そして、Ｓ１０５にてイグニッションＯＮの
後、時間ｔ１（例えば、１２０秒）を超えたか否かを判
断し超えたとき（ＹＥＳ）に、バルブＶ１、Ｖ２の開閉
制御を開始する。

【００３２】Ｓ１０６では、図３に示したような動作で
バルブ開閉制御を行う。なお、図３の横軸は、イグニッ
ションＯＮを０秒とし、これを基準とした経過時間ｔを
示し、また、縦軸はバルブＶ１、Ｖ２の開度を示す。図
上、縦軸の「開」の表示は、バルブ全開、「閉」の表示
は全閉の状態を示している。

【００３３】イグニッションＯＮ後、時間ｔ１までは、
Ｓ１０４で示したように、バルブＶ１を閉状態とし、バ
ルブＶ２を開状態としたままにしておく。そして、基準
時間ｔ１の経過でバルブＶ１の開動作を開始する。そし
て、徐々に開度を大きくしていく。一方、バルブＶ２
は、ｔ２経過までは全開状態を維持し、ｔ２から閉動作
を開始し、徐々に開度を小さくしていく。そして、バル
ブＶ１の開動作をｔ３で終了させる。この時点では、バ
ルブＶ２はまだ完全には閉じられておらず、その後、ｔ
４で閉動作を終了させる。図３に示す制御が終了した後
は、Ｓ１０７のイグニッションＯＦＦまで、Ｓ１０３と
同様、バルブＶ１の開状態、バルブＶ２の閉状態が続け
られる。

【００３４】上述のように、バルブＶ１、Ｖ２を単にＯ
Ｎ／ＯＦＦ（全開・全閉切換え）制御するのではなくそ
の開度をデューティ制御し、しかも、バルブＶ２の閉動
作開始（ｔ２）及び閉動作終了（ｔ４）のそれぞれのタ
イミングを、バルブ１の開動作開始（ｔ１）及び開動作
終了（ｔ３）のそれぞれのタイミング以降に遅らせるこ
とにより、ターボチャージャ１４に対する排気ガスの急
激な供給が回避される。これにより、バルブ切換え時の
ドライバビリティが向上する。なお、ここで、それぞれ
のタイミング以降とは、同時の場合も含まれる。すなわ
ち、バルブＶ２の閉動作開始（ｔ２）及び閉動作終了
（ｔ４）をバルブ１の開動作開始（ｔ１）及び開動作終
了（ｔ３）にそれぞれに合わせてほぼ同時とすることで
も初期の作用を奏する。

【００３５】上記のような制御によれば、図３からも理
解されるように、タービン１４ａにつながる主排気通路
１２を開放するバルブＶ１の開動作が始まるのは、迂回
排気通路１５のバルブＶ２か全開状態にあるときである
ことから、タービン１４ａには急激に排気ガスが供給さ
れることがない。ｔ１からｔ４までの時間は、双方のバ
ルブが多少なりとも開いている状態が作られる。

【００３６】また、上述の排気ガス浄化装置１０による
と、バルブＶ１、Ｖ２の開閉を制御することで、排気ガ
スの供給先を、ターボチャージャ１４とプリ触媒１６と
に切り換えることができ、必要に応じて、ターボチャー
ジャ１４の機能を優先させるか、プリ触媒１６の機能を
優先させるかを選択することができ、かつその割合も調
整することが可能である。

【００３７】図４に、バルブＶ１、バルブＶ２の他の制
御例を示す。図４のＳ２０１からＳ２０７の動作におい
て、図２の動作と異なるのは、Ｓ１０５に代えてＳ２０
５を行っていることである。すなわち、図２では、時間
ｔ１経過後に、バルブＶ１、バルブＶ２のデューティ制
御を開始しているが、図４の動作では、エンジンの水温
がＴ２（例えば、３０℃）以上になったときにデューテ
ィ制御を開始するようにしている。すなわち、Ｔ１の温
度以下の基準温度を定め、そのＴ２に達した場合には、
徐々に上記Ｓ１０６と同様のＳ２０６の動作を行うよう
にしたものである。この動作によっても上述の実施の形
態と同様の作用を得ることができる。なお、温度Ｔ１と
Ｔ２の関係は、Ｔ１≧Ｔ２であり、同温度も含まれる。

【００３８】また、上述の実施の形態においては、迂回
排気通路１５中に配置された第２のバルブ１７（Ｖ２）
は、プリ触媒１６の下流側で、かつ合流点Ｐ２の上流側
に配置されているが、これに代えて、分岐点Ｐ１の下流
側で、かつプリ触媒１６の上流側に配置するようにして
もよい。この場合においても、上記実施の形態によるバ
ルブ開閉動作により同様の作用、効果を奏することがで
きる。

【００３９】なお、本発明は、上記各実施の形態の構成
に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々
の変形が可能である。例えば、各バルブの開閉速度は、
バルブＶ１の開動作開始時及び終了時にバルブＶ２も開
いているような制御を行うことができれば種々のものを
設定することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るター
ボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置によれば、
迂回排気通路のプリ触媒の早期活性化並びにターボチャ
ージャの良好な過給機能及び過給応答性の確保を両立さ
せることができ、ターボチャージャ付きエンジンにおけ
るプリ触媒の活用性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係るターボチャージャ付エンジン
の排気ガス浄化装置の概略構成図である。

【図２】実施の形態におけるバルブの開閉制御を示すフ
ローチャートである。

【図３】実施の形態における時間とバルブ開度との関係
を示すバルブ動作説明図である。

【図４】実施の形態における別のバルブ開閉制御を示す
フローチャートである。

【符号の説明】

１０ エンジン本体 １２ 主排気通路 １３、Ｖ１ 第１のバルブ １４ ターボチャージャ １４ａ タービン １４ｂ コンプレッサ １５ 迂回排気通路 Ｐ１ 分岐点 Ｐ２ 合流点 １６ プリ触媒 １７、Ｖ２ 第２のバルブ ２６ 主触媒 ２７ ＥＣＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/18 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｅ ３０１Ｆ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気ポートからターボチャー
   ジャのタービンを経由し更に主触媒を経て外気へ開放さ
   れる主排気通路を備えたターボチャージャ付エンジンの
   排気ガス浄化装置において、 前記主排気通路に前記タービンの上流側に分岐点を有
   し、下流側に合流点を有する迂回排気通路と、 該迂回排気通路中に配置されたプリ触媒と、 前記主排気通路の前記分岐点の下流側でかつ前記タービ
   ンの上流側に配置された第１の開閉手段と、 前記迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合
   流点の上流側に配置された第２の開閉手段と、 を備えたことを特徴とするターボチャージャ付エンジン
   の排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記第１の開閉手段及び前記第２の開閉
   手段が、開度調整可能な第１のバルブ及び第２のバルブ
   によって構成され、 これら第１、第２のバルブの開度及び開閉タイミングを
   制御する制御部を有することを特徴とする請求項１に記
   載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、 エンジンスタート後、エンジンの水温が第１の設定温度
   に達していない場合に前記第１のバルブを閉状態とし、
   前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状態と
   し、 その後、前記エンジンの水温が前記第１の設定温度以下
   の温度に設定した第２の設定温度以上である場合に、前
   記第１のバルブの開動作を開始し、その動作開始以降に
   前記第２のバルブの閉動作を開始し、 所定時間をかけて行われた前記第１のバルブの開動作終
   了以降に前記第２のバルブの閉動作を終了するように制
   御することを特徴とする請求項３に記載のターボチャー
   ジャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記制御部は、 エンジンスタート後のエンジンの水温が第１の設定温度
   に達していない場合に、前記第１のバルブを閉状態と
   し、前記第２のバルブを開状態としてバルブ制御初期状
   態とし、 その後、所定時間経過後、前記第１のバルブの開動作を
   開始し、その動作開始以降に、前記第２のバルブの閉動
   作を開始して、所定時間をかけて行われた前記第１のバ
   ルブの開動作終了以降に前記第２のバルブの閉動作が終
   了するように制御することを特徴とする請求項３に係る
   ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 前記第２開閉手段の配置は、 前記迂回排気通路の前記プリ触媒の下流側でかつ前記合
   流点の上流側ではなく、前記迂回排気通路の前記プリ触
   媒の上流側でかつ前記分岐点の下流側にて行われたこと
   を特徴とする請求項３又は４の何れかに記載のターボチ
   ャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。