JP2009013865A

JP2009013865A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2009013865A
Application number: JP2007176006A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Katayama; 晴之片山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2009-01-22

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、２つのターボチャージャの稼動数を変更するための排気切替弁が還元剤により固着することを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】排気通路２が第１排気通路２１と第２排気通路２２とに分岐し、第１排気通路２１及び第２排気通路２２に夫々ターボチャージャ３１，３２が備わり、第２排気通路２２に備わるターボチャージャ３２を内燃機関１の運転状態に応じて稼動させる内燃機関の排気浄化装置において、第１排気通路２１に還元剤を供給する還元剤供給手段７と、還元剤供給手段７よりも下流に設けられる触媒４，５と、第２排気通路２２に備わるターボチャージャ３２を稼動するときに開いて第２排気通路２２へ排気を流し稼動しないときに全閉して第２排気通路２２の排気の流れを停止する排気切替弁６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関に２つのターボチャージャを備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、排気通路に並列にターボチャージャを２つ備え、内燃機関の低負荷運転時に１つのターボチャージャを稼動し、高負荷運転時に２つのターボチャージャを稼動する技術が知られている。このようにターボチャージャの稼動数を変更するときには、排気通路に設けられる弁（以下、排気切替弁という。）が開閉される。
特開２００４−３３９９７３号公報特開２００５−２９１０９０号公報

ここで、排気通路に触媒を設け、該触媒の上流側から還元剤を供給する場合に、還元剤を拡散させるためにターボチャージャよりも上流から該還元剤を供給することがある。この還元剤が、排気切替弁に付着して排気の熱で固着すると、該排気切替弁の開閉が困難となる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、２つのターボチャージャの稼動数を変更するための排気切替弁が還元剤により固着することを抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
排気通路が第１排気通路と第２排気通路とに分岐し、該第１排気通路及び第２排気通路に夫々ターボチャージャが備わり、該第２排気通路に備わるターボチャージャを内燃機関の運転状態に応じて稼動させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記第１排気通路に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段よりも下流に設けられる触媒と、
前記第２排気通路に備わるターボチャージャを稼動するときに開いて該第２排気通路へ排気を流し、稼動しないときに全閉して該第２排気通路の排気の流れを停止する排気切替弁と、
を備えることを特徴とする。

第１排気通路に備わるターボチャージャ（以下、第１ターボチャージャという。）のみを稼動させるときには、排気切替弁が閉じられる。つまり、排気切替弁が閉じられると第２排気通路に排気が流れないため、該第２排気通路に備わるターボチャージャ（以下、第２ターボチャージャという。）が稼動しなくなる。一方、第２ターボチャージャを稼動させるときには、排気切替弁が開かれて第１排気通路及び第２排気通路の両方に排気が流される。これにより、第１ターボチャージャ及び第２ターボチャージャの両方が稼動する。

ここで、還元剤供給手段により第１排気通路へ還元剤が供給されると、還元剤の殆どは該第１排気通路の下流に向けて還元剤が流れる。つまり、第２排気通路には殆ど還元剤が流れない。したがって、排気切替弁に還元剤が付着することが抑制されるため、該排気切替弁の固着を抑制できる。

また、第１排気通路へ常に排気を流すことが可能であるため、常に還元剤を添加可能であり、適正な時期に還元剤を供給することが可能である。

また、本発明においては、前記還元剤供給手段により還元剤を供給するときには、供給しないときよりも、前記排気切替弁を閉じ側とすることができる。

ここで、第１排気通路に還元剤を供給しても、排気の脈動等により還元剤が第１排気通路を逆流し第２排気通路に流入する虞がある。このような場合であっても、排気切替弁を閉じ側とすれば、第２排気通路に流入する排気の量が少なくなるため、該第２排気通路へ還元剤が流入することを抑制できる。これにより、排気切替弁に還元剤が付着することを抑制できる。なお、還元剤を供給するときには、排気切替弁を全閉としてもよい。

さらに、本発明においては、前記排気切替弁が全閉のときに前記還元剤供給手段により還元剤を供給することができる。

つまり、排気切替弁が全閉となっているときに合わせて還元剤を供給することにより、排気切替弁に還元剤が付着することを抑制できる。これは、例えば内燃機関の低負荷時に排気切替弁が全閉とされているときでもよく、内燃機関の負荷によらず還元剤を供給するために排気切替弁が全閉とされているときであってもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、２つのターボチャージャの稼動数を変更するための排気切替弁が還元剤により固着することを抑制できる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関１とその排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、燃焼室へ通じる排気通路２が接続されている。この排気通路２は、下流にて第１排気通路２１と第２排気通路２２とに分岐している。

第１排気通路２１には排気のエネルギを駆動源として作動する第１ターボチャージャ３１が設けられている。また、第２排気通路２２には排気のエネルギを駆動源として作動する第２ターボチャージャ３２が設けられている。

第１ターボチャージャ３１及び第２ターボチャージャ３２よりも下流で、第１排気通路２１及び第２排気通路２２が合流している。この合流箇所よりも下流の排気通路２には、吸蔵還元型ＮＯx触媒４（以下、ＮＯx触媒４という。）を担持したパティキュレートフィルタ５（以下、フィルタ５という。）が設けられている。

ＮＯx触媒４は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低く且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能
を有する。また、フィルタ５は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。

第２ターボチャージャ３２よりも上流の第２排気通路２２には、該第２排気通路２２の
通路断面積を調節する排気切替弁６が設けられている。この排気切替弁６が全閉となると、第１排気通路２１にのみ排気が流通し第２排気通路２２には排気が流通しない。また、排気切替弁６が開くと、第１排気通路２１及び第２排気通路２２の両方に排気が流通する。さらに、排気切替弁６の開度を調節することにより、第１排気通路２１及び第２排気通路２２における排気の流通量を調節することもできる。

一方、第１ターボチャージャ３１よりも上流の第１排気通路２１には、該第１排気通路２１を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁７が取り付けられている。このように第１ターボチャージャ３１よりも上流側から燃料を添加することにより、燃料がターボチャージャ３１を通過するため、燃料が排気中に拡散する度合いが高まる。なお本実施例においては燃料添加弁７が、本発明における還元剤供給装置に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ１０が併設されている。

このＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、排気切替弁６及び燃料添加弁７が電気配線を介して接続され、この排気切替弁６及び燃料添加弁７はＥＣＵ１０により制御される。

本実施例では、２ステージツインターボが採用されている。例えば機関負荷が小さいときまたは機関回転数が低いときには、排気切替弁６が全閉とされる。これにより、第１ターボチャージャ３１のみが稼動される。一方、機関負荷が大きいときまたは機関回転数が高いときには、排気切替弁６が全開とされる。これにより、第１ターボチャージャ３１及び第２ターボチャージャ３２の両方が稼動される。

そして、本実施例では、ＮＯx触媒４に吸蔵されているＮＯxの還元、該ＮＯx触媒４の
硫黄被毒回復、またはフィルタ５の再生等を行なうときに、燃料添加弁７から燃料を添加している。このときに、排気切替弁６を全閉としている。これにより、第２排気通路２２には排気が流通しなくなるため、該第２排気通路２２に燃料が流入することを抑制できる。そして、燃料添加弁７から添加された燃料は第１ターボチャージャ３１を通過してフィルタ５に流入する。

図２は、本実施例による燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、燃料添加要求があるか否か判定される。ＮＯx触媒４に吸蔵さ
れているＮＯxの還元、ＮＯx触媒４の硫黄被毒回復、またはフィルタ５の再生を行なう必要があるときに燃料添加要求がある。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、排気切替弁６が閉じられる。このときには、燃料添加弁７から燃料を添加しないときと比較して排気切替弁６が閉じ側となっていてもよい。つまり、内燃機関１の運転状態に応じて決定される排気切替弁６の開度よりも閉じ側となればよい。
また、排気切替弁６を全閉としてもよい。

ステップＳ１０３では、燃料添加弁７から燃料が添加される。

このようにして、排気切替弁６に燃料が付着することを抑制できるため、該排気切替弁６が燃料により固着することを抑制できる。

また、燃料添加弁７から燃料を添加するときに排気切替弁６を閉じるのではなく、内燃機関１の運転状態等に応じて排気切替弁６が閉じられたときに燃料添加弁７から燃料を添加してもよい。

例えば機関負荷が高いときまたは機関回転数が高いときには、第２ターボチャージャ３２を稼動させないと、要求されるトルクを発生させることができない。つまり、このようなときに燃料添加を行なうために排気切替弁６を閉じると、必要なトルクを発生させることができなくなる。

一方、例えば機関負荷が低いときまたは機関回転数が低いときには、燃料添加を行なうか否かに関わらず、排気切替弁６が全閉とされる。このときに燃料添加弁７から燃料を添加することにより、内燃機関１の発生トルクの低下を抑制できる。

図３は、本実施例による他の燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図２に示したフローと同じ処理が行なわれるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ２０１では、排気切替弁６が全閉となっているか否か判定される。排気切替弁６が内燃機関１の運転状態に応じて制御されている場合には、排気切替弁６が全閉となる運転状態であるか否か判定してもよい。

このようにして、排気切替弁６が全閉のときにのみ燃料添加弁７から燃料を添加することができる。

以上説明したように本実施例によれば、排気切替弁６に燃料が付着することを抑制できる。これにより、排気切替弁６が固着することを抑制できる。また、内燃機関１の発生トルクの低下を抑制できる。

実施例に係る内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。実施例による燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。実施例による他の燃料添加制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２排気通路
４吸蔵還元型ＮＯx触媒
５パティキュレートフィルタ
６排気切替弁
７燃料添加弁
１０ＥＣＵ
１１アクセルペダル
１２アクセル開度センサ
１３クランクポジションセンサ
２１第１排気通路
２２第２排気通路
３１第１ターボチャージャ
３２第２ターボチャージャ

Claims

排気通路が第１排気通路と第２排気通路とに分岐し、該第１排気通路及び第２排気通路に夫々ターボチャージャが備わり、該第２排気通路に備わるターボチャージャを内燃機関の運転状態に応じて稼動させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記第１排気通路に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段よりも下流に設けられる触媒と、
前記第２排気通路に備わるターボチャージャを稼動するときに開いて該第２排気通路へ排気を流し、稼動しないときに全閉して該第２排気通路の排気の流れを停止する排気切替弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記還元剤供給手段により還元剤を供給するときには、供給しないときよりも、前記排気切替弁を閉じ側とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気切替弁が全閉のときに前記還元剤供給手段により還元剤を供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。