JP2004339942A

JP2004339942A - Exhaust gas passage switching device of internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004339942A
Application number: JP2003134113A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kojima; 和夫小島; Akihiro Munakata; 明広棟方; Shigeto Niitsuma; 重人新妻
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-12-02

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas passage switching device of an internal combustion engine capable of sufficiently securing the activation temperature of a catalyst device by reducing the loss of exhaust gas heat. SOLUTION: This exhaust gas passage switching device 14 of the internal combustion engine installed in a branch part between a main exhaust gas passage 9 and an auxiliary exhaust gas passage 13 of the engine 1 comprises an exhaust gas turbine device 11 for supercharger installed in the main exhaust gas passage 9 in which the exhaust gas of an engine 1 is introduced, the catalyst device 12 installed on the downstream side of an exhaust gas turbine device 11 in the main exhaust gas passage 9, and the auxiliary exhaust gas passage 13 branched from the upstream side of the exhaust gas turbine device 11 in the main exhaust gas passage 9 and joined on the upstream side of the catalyst device 12 without passing the exhaust gas turbine device 11. The device also comprises a valve element 14A capable of closing one of the main exhaust gas passage 9 and the auxiliary exhaust gas passage 13, a state amount detector 17 detecting a state amount related to the operating state of the engine 1, and a switching control device 15 controlling the switching operation of the valve element 14A according to the state amount detected by the state amount detector 17. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に係わり、特に、排気を過給機用排気タービン装置に導入する主排気通路と過給機用排気タービン装置を介さないで触媒装置に導入する副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジン等の内燃機関では、より大量の空気を内燃機関の気筒内に吸入するために排気タービン過給機（ターボチャージャ）が用いられる場合がある。この排気タービン過給機は、一般に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を導入する渦状流路を内部に設けたタービンハウジング及びこのタービンハウジングの径方向中心部に設けた排気タービンとを配置した排気タービン装置と、内燃機関の吸気通路に吸気タービンを配置した吸気タービン装置と、これら排気タービン及び吸気タービンを連結するシャフトとを備えている。そして、内燃機関の排気により排気タービンが回転駆動されると、シャフトを介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路内の空気が圧縮されるので、より大量の空気を内燃機関の気筒内に導入するようになっている。
【０００３】
従来、上記内燃機関の排気系において、上記排気タービン装置の下流側に排気浄化処理用の触媒装置を設けた構造が知られている。この触媒装置は、触媒担体に担持した触媒をエンジンからの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。
【０００４】
ここで、上記排気タービンの回転駆動は排気の圧力及び熱エネルギーによって行われるため、排気タービン装置を通過した排気の温度は約１００℃程度低下することが知られている。また、近年排気中の有害成分の排出規制が厳しくなるに従い、アイドリング運転等のエンジン低速域（低回転域）からの排気浄化処理（触媒活性化）が要求されている。ところが、エンジン低速域においては、排気温度の絶対値が低く、さらに排気熱が触媒装置までの排気通路（例えば圧肉構造で鋳鉄製のタービンハウジング等）の昇温に費やされてしまうため、触媒装置に導入された排気温度が触媒活性化に十分な温度に達しない場合がある。
【０００５】
これに対応し、例えば、排気通路のうち排気タービンより上流側で分岐されるとともに排気タービンの下流側で合流する排気バイパス通路と、この排気バイパス通路に設けた開閉弁とを備えた構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、内燃機関の低速域において、開閉弁を開いて排気バイパス通路を開通し、排気のほとんどが排気バイパス通路を介し触媒装置に導入されるようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特許２００２−１９５０４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
【０００８】
すなわち、上記従来技術では、排気バイパス通路のみに開閉弁を設けた構造であるため、排気タービン側の排気通路は常に開通した状態となっている。これにより、排気バイパス通路の開閉弁を開いた状態でも内燃機関からの排気の一部が排気タービン装置に導入され、その排気熱の多くが一般的に圧肉構造で鋳鉄製のタービングハウジング等の昇温に費やされてしまうため、触媒装置の活性化温度を確保することが困難となる。
【０００９】
本発明の目的は、排気熱の損失を低減し、触媒装置の活性化温度を十分に確保することができる内燃機関の排気通路切替え装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気が導入される主排気通路に設けた過給機用排気タービン装置と、主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置の下流側に設けた触媒装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置より上流側から分岐されるとともに前記過給機用排気タービン装置を介すことなく前記触媒装置より上流側で合流する副排気通路とを有する内燃機関の排気系の前記主排気通路と前記副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置において、前記主排気通路及び前記副排気通路のうち一方を閉塞可能な弁体と、前記内燃機関の運転状態に係わる状態量を検出する状態量検出手段と、この状態量検出手段で検出した前記状態量に応じて前記弁体の切替え動作を制御する切替え制御手段とを備える。
【００１１】
本発明においては、状態量検出手段で検出した状態量により内燃機関の高速域と判断されたときには、切替え制御手段により弁体を動作させて主排気通路を開通するとともに副排気通路を閉塞し、状態量検出手段で検出した状態量により内燃機関の低速域と判断されたときには、切替え制御手段により弁体を動作させて主排気通路を閉塞するとともに副排気通路を開通する。これにより、内燃機関の低速域において、排気全量が排気タービン装置を介さず触媒装置に導入されるので、排気タービン装置を構成するタービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減し、触媒装置の活性化温度を十分に確保することができる。
【００１２】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記状態量検出手段は、前記内燃機関に空気を導入する吸気通路に設けられ、前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段を備える。
【００１３】
（３）上記（１）又は（２）において、好ましくは、前記切替え制御手段は、電動機の回転駆動力若しくは磁気力により前記弁体の切替え動作を制御する電気・磁気的制御手段である。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記主排気通路は、前記分岐部の前記排気タービン装置側に設けられ前記弁体が当接して前記主排気通路を閉塞するタービン側弁座部を備え、かつこのタービン側弁座部に前記弁体が当接するときに前記主排気通路のうち前記タービン側弁座部の上流側と下流側とを連通し、少量の排気を排気タービン装置に導入する漏れ通路をさらに設ける。
【００１５】
これにより、内燃機関の低速域において弁体をタービン側弁座部に当接した状態でも、漏れ通路により少量の排気が排気タービン装置に導入されるので、排気タービン装置を効率よく暖めておくことができる。したがって、その後内燃機関が高速域となり、排気全量が主排気通路を介し排気タービン装置に導入されるときに、タービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減することができる。
【００１６】
（５）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、また好ましくは、前記状態量検出手段は、前記内燃機関の駆動による自走式車輌の速度を検出する速度検出手段をさらに備え、前記切替え制御手段は、前記速度検出手段で検出した速度を含む状態量に応じて前記弁体を制御する。
【００１７】
本発明においては、内燃機関の低速域において、速度検出手段が車輌の停止状態（車輌速度＝０）を検出したときには、上記（１）で説明したように排気全部が副排気通路を介し触媒装置に導入されるので、触媒装置の活性化温度を十分に確保することができる。
【００１８】
また、内燃機関の低速域において、速度検出手段が車輌の走行状態（予め設定した所定の速度以上）を検出したときには、例えば弁体をタービン側弁座部に対し小さな開口となるように制御する。これにより、少量の排気が排気タービン装置に導入されるので、排気タービン装置を効率よく暖めておくことができる。したがって、その後内燃機関が高速域となり、排気全量が主排気通路を介し排気タービン装置に導入されるときに、タービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の内燃機関の排気通路切替え装置が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【００２０】
この図１において、内燃機関のエンジン１と、このエンジン１に空気を吸入する吸気系２と、エンジン１からの排気を排出する排気系３と、これら吸気系２及び排気系３に設けた排気タービン過給機４（ターボチャージャ）とが備えられている。
【００２１】
吸気系２は、エアクリーナ５を介し空気を導入する吸気通路６と、この吸気通路６のうちエンジン１の各気筒（図示せず）に空気を導入する吸気マニホールド７と、吸気通路６に吸気タービン（図示せず）を配置した過給機用吸気タービン装置（コンプレッサ）８とを備えている。
【００２２】
排気系３は、エンジン１の排気が導入される主排気通路９と、この主排気通路９のうちエンジン１の各気筒からの排気を集合する排気マニホールド１０と、主排気通路９に排気タービン（図示せず）を配置した過給機用排気タービン装置１１と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より下流側に設けた触媒装置１２と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より上流側から分岐されるとともに排気タービン装置１１を介すことなく触媒装置１２より上流側で合流する副排気通路１３と、主排気通路９と副排気通路１３との分岐部に設けた排気通路切替え装置１４と、この排気通路切替え装置１４を切替え制御する（詳細は後述）ための切替え制御装置１５とを備えている。
【００２３】
排気タービン過給機４は、上記吸気タービン装置８と、上記排気タービン装置１１と、上記吸気タービンと排気タービンとを連結するシャフト１６とを備えている。そして、エンジン１からの排気が排気タービン装置１１に導入され排気タービンが回転駆動されると、シャフト１６を介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路６内の空気が圧縮されて、より大量の空気をエンジン１の各気筒内に導入するようになっている。
【００２４】
触媒装置１２は、触媒担体（図示せず）に担持した触媒をエンジン１からの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。そして、触媒装置１２を通過した排気が、消音器等（図示せず）を介し大気へと放出されるようになっている。
【００２５】
排気通路切替え装置１４は、主排気通路９のうち副排気通路１３との分岐部の排気タービン装置１１側に設けたタービン側弁座部（図示せず）と、分岐部の触媒装置１２側（詳細には副排気通路１３の入口側）に設けた触媒側弁座部（図示せず）と、これらタービン側弁座部及び触媒側弁座部のうち一方に当接するために回動可能な弁体１４Ａとを備えている。
【００２６】
切替え制御装置１５は、エンジン１の運転状態に係わる状態量として例えばエンジン１の回転数及び負荷等を検出する状態量検出器１７からの検出信号を入力し、この検出信号に対し所定の演算処理が行われ、生成した駆動信号を電動機（図示せず）に出力するようになっている。そして、この電動機の回転駆動力（又は例えば電磁力等でもよい）により、上記排気通路切替え装置１４の弁体１４Ａが回動されタービン側弁座部及び触媒側弁座部のうち一方を当接するようになっている。
【００２７】
図２は、上記切替え制御装置１５の制御手順を表すフローチャートである。
【００２８】
この図２において、まずステップ１００では、状態量検出器１７で検出した検出信号（例えばエンジン１の回転数及び負荷等）を入力する。そして、ステップ１１０で、エンジン１が低速域にあるかどうかを、エンジン１の回転数及び負荷が所定値（例えば、その運転状態におけるエンジン１の排気温度が触媒装置１２の活性化に不十分となる場合の数値等）未満であるかどうかで判定する。
【００２９】
エンジン１が低速域にある（言い換えれば、エンジン１の回転数及び負荷が所定値未満である）場合は、ステップ１１０の判定が満たされ、ステップ１２０に移る。ステップ１２０では、弁体１４Ａがタービン側弁座部に当接するように回動されて、主排気通路９を閉塞し副排気通路１３を開通する。ステップ１２０が終了すると、ステップ１００に戻って上記同様の手順を繰り返す。
【００３０】
一方、エンジン１が高速域にある（言い換えれば、エンジン１の回転数及び負荷が所定値以上である）場合には、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１３０に移る。ステップ１３０では、弁体１４Ａが触媒側弁座部に当接するように回動されて、主排気通路９を開通し副排気通路１３を閉塞する。そして、ステップ１３０が終了すると、ステップ１００に戻って上記同様の手順を繰り返す。
【００３１】
なお、上記において、状態量検出器１７は、各請求項記載の内燃機関の運転状態に係わる状態量を検出する状態量検出手段を構成し、切替え制御装置１５は、各請求項記載の状態量検出手段で検出した状態量に応じて弁体の切替え動作を制御する切替え制御手段を構成し、かつ電動機の回転駆動力若しくは磁気力により弁体の切替え動作を制御する電気・磁気的制御手段を構成する。
【００３２】
次に、本実施形態の動作及び作用・効果を説明する。
【００３３】
例えばエンジン１搭載の自動車を走行させる場合、まず運転者がエンジン１を始動しアイドリング運転すると、ステップ１００及び１１０において切替え制御装置１５は状態量検出器１７からの検出信号（エンジン１の回転数エンジン）によりエンジン１の低速域と判定し、ステップ１２０において弁体１４Ａをタービン側弁座部に当接するように回動させて主排気通路９を閉塞するとともに副排気通路１３を開通する。これにより、エンジン１の排気全量が排気タービン装置１１を介さず副排気通路１３を介して触媒装置１２に導入される。
【００３４】
そして、運転者がアクセルを踏み込み自動車を走行させて、エンジン１の回転数が上昇すると、ステップ１００及び１１０において切替え制御装置１５は状態量検出器１７からの検出信号によりエンジン１の高速域と判定し、ステップ１３０において弁体１４Ａを触媒側弁座部に当接するように回動させて主排気通路９を開通するとともに副排気通路１３を閉塞する。これにより、エンジン１の排気全量が主排気通路９を介し排気タービン装置１１に導入され、排気タービン及び吸気タービンが回転駆動するとともに、排気タービン装置１１からの排気が触媒装置１２に導入される。
【００３５】
このように本実施形態においては、エンジン１の低速域において、排気全量が排気タービン装置１１を介さず触媒装置１２に導入されるので、排気タービン装置１１を構成するタービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減し、触媒装置１２の活性化温度を十分に確保することができる。
【００３６】
なお、上記一実施形態では、エンジン１の運転状態に係わる状態量としてエンジン１の回転数及び負荷を検出し、この検出結果に応じて切替え制御装置１５が弁体１４Ａを切替え制御する構成を例に取り説明したが、これに限らない。すなわち、例えばエンジン１の運転状態に係わる状態量として、エンジン１の回転数及び負荷に代えて、これらに対応する吸気通路６内の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段で検出した圧力に応じて切替え制御装置１５が弁体１４Ａを切替え制御するような構成でもよい。また、この変形例において、切替え制御装置１５は、ダイアフラム等の圧力応答薄膜等を用いた空圧制御手段としてもよい。これらの場合も上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
また、上記一実施形態では、弁体１４Ａがタービン側弁座部及び触媒側弁座部のいずれかに当接して、主排気通路９及び副排気通路１３のうち一方を必ず閉塞する構造について説明したが、これに限らない。すなわち、例えば主排気通路９のうちタービン側弁座部の上流側と下流側とを連通した漏れ通路（例えば弁体１４Ａに設けた貫通孔又は主排気通路９に設けたバイパス通路等）を設け、エンジン１の低速域において弁体１４Ａがタービン側弁座部に当接した状態でも前記漏れ通路により少量の排気が排気タービン装置１１に導入される構造としてもよい。このような変形例においては、エンジン１の低速域において少量の排気が導入され排気タービン装置１１を効率よく暖めておくことができるので、その後エンジン１が高速域となり、排気全量が主排気通路９を介し排気タービン装置１１に導入されたときに、タービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減することができる。
【００３８】
また、例えばエンジン１の運転状態に係わる状態量としてエンジン１の駆動による自走式車輌の速度を検出する速度検出手段をさらに設け、この速度検出手段で検出した車輌速度に応じて切替え制御装置１５が弁体１４Ａを微小開閉制御してもよい。このような変形例を図３により説明する。
【００３９】
図３は本変形例による切替え制御装置１５の制御手順を表すフローチャートである。
【００４０】
本変形例においては、まずステップ２００では、状態量検出器１７で検出した検出信号（例えばエンジン１の回転数及び負荷等）を入力する。そして、ステップ２１０で、エンジン１が低速域にあるかどうかを、エンジン１の回転数及び負荷が所定値未満であるかどうかで判定する。エンジン１が低速域にある場合は、ステップ２１０の判定が満たされ、ステップ２２０に移る。ステップ２２０では、上記速度検出手段で検出した車輌速度を検出信号として入力する。そして、ステップ２３０で、自動車が走行状態であるかどうかを、車輌速度がしきい値以上であるかどうかで判定する。
【００４１】
自動車が停止状態である（言い換えれば、車輌速度がしきい値未満である）場合は、ステップ２３０の判定が満たされず、ステップ２４０に移る。ステップ２４０では、弁体１４Ａがタービン側弁座部に当接するように回動されて、主排気通路９を閉塞し副排気通路１３を開通する。ステップ２４０が終了すると、ステップ２００に戻って上記同様の手順を繰り返す。
【００４２】
一方、自動車が走行状態である（言い換えれば、車輌速度がしきい値以上である）場合は、ステップ２３０の判定が満たされて、ステップ２５０に移る。ステップ２５０では、弁体１４Ａがタービン側弁座部に対し小さな開口となるように回動される。ステップ２５０が終了すると、ステップ２００に戻って上記同様の手順を繰り返す。
【００４３】
ステップ２１０で、エンジン１が高速域にある場合は、その判定が満たされず、ステップ２６０に移る。ステップ２６０では、弁体１４Ａが触媒側弁座部に当接するように回動されて、主排気通路９を開通し副排気通路１３を閉塞する。ステップ２６０が終了すると、ステップ２００に戻って上記同様の手順を繰り返す。
【００４４】
このように本変形例においては、エンジン１の低速域において速度検出手段が例えば自動車の停止状態（車輌速度＝０）を検出したときには、上記一実施形態同様、排気全量が排気タービン装置１１を介さず副排気通路１３を介し触媒装置１２に導入されるので、排気熱の損失を低減し、触媒装置１２の活性化温度を十分に確保することができる。また、エンジン１の低速域において速度検出手段が車輌の走行状態を検出したときには、少量の排気が排気タービン装置１１に導入されるので、排気タービン装置１１を効率よく暖めておくことができる。したがって、その後エンジン１が高速域となり、排気全量が主排気通路９を介し排気タービン装置１１に導入されるときに、タービンハウジング等の昇温による排気熱の損失を低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、排気熱の損失を低減し、触媒装置の活性化温度を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成する切替え制御装置の制御手順を表すフローチャートである。
【図３】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の変形例を構成する切替え制御装置の制御手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
９主排気通路
１１排気タービン装置
１２触媒装置
１３副排気通路
１４排気通路切替え装置
１４Ａ弁体
１５切替え制御装置（切替え制御手段、電気・磁気的制御手段）
１７状態量検出器（状態量検出器）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine, and in particular, a main exhaust passage for introducing exhaust gas to a turbocharger exhaust turbine device and a sub exhaust passage for introducing exhaust gas to a catalyst device without passing through a turbocharger exhaust turbine device. The present invention relates to an exhaust passage switching device for an internal combustion engine, which is provided at a branch portion of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
For example, in an internal combustion engine such as an automobile engine, an exhaust turbine supercharger (turbocharger) may be used to draw a larger amount of air into a cylinder of the internal combustion engine. This exhaust turbine supercharger generally includes a turbine housing provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and having a spiral flow path for introducing exhaust therein, and an exhaust turbine provided at a radial center of the turbine housing. Exhaust turbine device, an intake turbine device having an intake turbine disposed in an intake passage of an internal combustion engine, and a shaft connecting the exhaust turbine and the intake turbine. When the exhaust turbine is driven to rotate by the exhaust of the internal combustion engine, the intake turbine is driven to rotate via the shaft and the air in the intake passage is compressed, so that a larger amount of air is introduced into the cylinder of the internal combustion engine. It is supposed to.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, in an exhaust system of an internal combustion engine, a structure is known in which a catalyst device for exhaust purification processing is provided downstream of the exhaust turbine device. In this catalyst device, a catalyst carried on a catalyst carrier is heated to an activation temperature or higher by exhaust heat from an engine to cause a catalytic action, thereby purifying harmful components in exhaust gas.
[0004]
Here, since the rotation of the exhaust turbine is performed by the pressure and heat energy of the exhaust gas, it is known that the temperature of the exhaust gas that has passed through the exhaust turbine device decreases by about 100 ° C. Further, in recent years, as emission regulations for harmful components in exhaust gas become stricter, exhaust purification processing (catalyst activation) from an engine low-speed range (low-speed range) such as idling operation is required. However, in the low-speed engine region, the absolute value of the exhaust gas temperature is low, and the exhaust heat is consumed for raising the temperature of the exhaust passage to the catalyst device (for example, a turbine housing made of cast iron with a thick wall structure). In some cases, the temperature of the exhaust gas introduced into the catalyst device does not reach a temperature sufficient for activating the catalyst.
[0005]
In response to this, for example, a structure including an exhaust bypass passage that is branched upstream of the exhaust turbine in the exhaust passage and joins downstream of the exhaust turbine, and an on-off valve provided in the exhaust bypass passage is proposed. (For example, see Patent Document 1). In this prior art, in a low-speed region of the internal combustion engine, an on-off valve is opened to open an exhaust bypass passage, and most of the exhaust gas is introduced into the catalyst device via the exhaust bypass passage.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-195046 A
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technique has the following problems.
[0008]
That is, in the above-described related art, since the on-off valve is provided only in the exhaust bypass passage, the exhaust passage on the exhaust turbine side is always open. As a result, even when the on-off valve of the exhaust bypass passage is opened, a part of the exhaust gas from the internal combustion engine is introduced into the exhaust turbine device. It is difficult to secure the activation temperature of the catalyst device because the temperature is increased.
[0009]
An object of the present invention is to provide an exhaust passage switching device for an internal combustion engine that can reduce the loss of exhaust heat and sufficiently secure the activation temperature of a catalyst device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a supercharger exhaust turbine device provided in a main exhaust passage into which exhaust gas of an internal combustion engine is introduced, and the supercharger exhaust turbine in the main exhaust passage. A catalyst device provided on the downstream side of the device, and the catalyst device which is branched from an upstream side of the supercharger exhaust turbine device in the main exhaust passage and does not pass through the supercharger exhaust turbine device. An exhaust passage switching device for an internal combustion engine, which is provided at a branch between the main exhaust passage and the sub-exhaust passage in an exhaust system of an internal combustion engine having a sub-exhaust passage that merges upstream, the main exhaust passage and the sub-exhaust A valve element capable of closing one of the passages, state quantity detecting means for detecting a state quantity related to an operation state of the internal combustion engine, and switching of the valve element according to the state quantity detected by the state quantity detecting means Control behavior And a place of control means.
[0011]
In the present invention, when it is determined that the internal combustion engine is in the high speed range based on the state quantity detected by the state quantity detecting means, the valve body is operated by the switching control means to open the main exhaust passage and close the sub exhaust passage, When it is determined from the state quantity detected by the state quantity detection means that the internal combustion engine is in the low speed range, the switching control means operates the valve body to close the main exhaust passage and open the sub exhaust passage. As a result, in the low-speed region of the internal combustion engine, the entire amount of exhaust gas is introduced into the catalyst device without passing through the exhaust turbine device, so that loss of exhaust heat due to temperature rise of a turbine housing and the like constituting the exhaust turbine device is reduced, and the catalyst device is reduced. Can sufficiently secure the activation temperature.
[0012]
(2) In the above (1), preferably, the state quantity detecting means is provided in an intake passage for introducing air into the internal combustion engine, and includes a pressure detecting means for detecting a pressure in the intake passage.
[0013]
(3) In the above (1) or (2), preferably, the switching control means is an electric / magnetic control means for controlling a switching operation of the valve element by a rotational driving force or a magnetic force of an electric motor.
[0014]
(4) In any one of the above (1) to (3), preferably, the main exhaust passage is provided on the exhaust turbine device side of the branch portion, and the valve body comes into contact with the main exhaust passage. A turbine-side valve seat that closes off, and communicates upstream and downstream of the turbine-side valve seat in the main exhaust passage when the valve body contacts the turbine-side valve seat, A leak path for introducing a small amount of exhaust gas into the exhaust turbine device is further provided.
[0015]
Thus, even in a state where the valve body is in contact with the turbine-side valve seat in the low-speed range of the internal combustion engine, a small amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device through the leak passage, so that the exhaust turbine device is efficiently warmed. Can be. Therefore, when the internal combustion engine subsequently enters the high-speed region and the entire amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device via the main exhaust passage, it is possible to reduce the loss of exhaust heat due to the temperature rise of the turbine housing and the like.
[0016]
(5) In any one of the above (1) to (3), preferably, the state quantity detecting means further includes a speed detecting means for detecting a speed of a self-propelled vehicle driven by the internal combustion engine. The switching control means controls the valve element according to a state quantity including the speed detected by the speed detecting means.
[0017]
In the present invention, when the speed detecting means detects the stop state of the vehicle (vehicle speed = 0) in the low speed region of the internal combustion engine, as described in (1) above, all of the exhaust gas passes through the auxiliary exhaust passage and the catalytic device. Therefore, the activation temperature of the catalyst device can be sufficiently ensured.
[0018]
Further, when the speed detecting means detects the running state of the vehicle (a predetermined speed or more) in the low speed region of the internal combustion engine, for example, the valve body is controlled to have a small opening with respect to the turbine-side valve seat. . Thus, a small amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device, so that the exhaust turbine device can be efficiently warmed. Therefore, when the internal combustion engine subsequently enters the high-speed region and the entire amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device via the main exhaust passage, it is possible to reduce the loss of exhaust heat due to the temperature rise of the turbine housing and the like.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a supercharged internal combustion engine to which an exhaust passage switching device for an internal combustion engine according to the present invention is applied.
[0020]
In FIG. 1, an engine 1 of an internal combustion engine, an intake system 2 for sucking air into the engine 1, an exhaust system 3 for discharging exhaust from the engine 1, and exhaust gas provided in the intake system 2 and the exhaust system 3 A turbocharger 4 (turbocharger) is provided.
[0021]
The intake system 2 includes an intake passage 6 for introducing air through an air cleaner 5, an intake manifold 7 for introducing air to each cylinder (not shown) of the engine 1 in the intake passage 6, and an intake turbine (Not shown) and a supercharger intake turbine device (compressor) 8.
[0022]
The exhaust system 3 includes a main exhaust passage 9 into which exhaust gas from the engine 1 is introduced, an exhaust manifold 10 for collecting exhaust gas from each cylinder of the engine 1 in the main exhaust passage 9, and an exhaust turbine ( (Not shown), a catalyst device 12 provided downstream of the exhaust turbine device 11 in the main exhaust passage 9, and an upstream portion of the exhaust turbine device 11 in the main exhaust passage 9. An exhaust passage switching device provided at a branch between the main exhaust passage 9 and the sub-exhaust passage 13 that branches off from the side and joins upstream of the catalyst device 12 without passing through the exhaust turbine device 11 And a switching control device 15 for performing switching control of the exhaust passage switching device 14 (details will be described later).
[0023]
The exhaust turbine supercharger 4 includes the intake turbine device 8, the exhaust turbine device 11, and a shaft 16 connecting the intake turbine and the exhaust turbine. Then, when the exhaust gas from the engine 1 is introduced into the exhaust turbine device 11 and the exhaust turbine is driven to rotate, the intake turbine is driven to rotate via the shaft 16 and the air in the intake passage 6 is compressed. Air is introduced into each cylinder of the engine 1.
[0024]
The catalyst device 12 heats a catalyst carried on a catalyst carrier (not shown) to an activation temperature or higher by exhaust heat from the engine 1 to cause a catalytic action, thereby purifying harmful components in exhaust gas. I have. Then, the exhaust gas that has passed through the catalyst device 12 is released to the atmosphere via a silencer or the like (not shown).
[0025]
The exhaust passage switching device 14 includes a turbine-side valve seat (not shown) provided on the exhaust turbine device 11 side of the main exhaust passage 9 at a branch from the sub-exhaust passage 13, and a catalyst device 12 at the branch ( In detail, the catalyst side valve seat (not shown) provided at the inlet side of the sub-exhaust passage 13), and is rotatable to abut one of the turbine side valve seat and the catalyst side valve seat. And a valve element 14A.
[0026]
The switching control device 15 receives a detection signal from a state quantity detector 17 for detecting, for example, the rotation speed and load of the engine 1 as a state quantity related to the operating state of the engine 1, and performs predetermined arithmetic processing on the detection signal. Is performed, and the generated drive signal is output to an electric motor (not shown). Then, by the rotational driving force (or, for example, an electromagnetic force) of the electric motor, the valve body 14A of the exhaust passage switching device 14 is rotated to abut one of the turbine-side valve seat and the catalyst-side valve seat. It has become.
[0027]
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of the switching control device 15.
[0028]
In FIG. 2, first, in step 100, a detection signal (for example, the rotation speed and load of the engine 1) detected by the state quantity detector 17 is input. Then, in step 110, it is determined whether the engine 1 is in the low speed range by determining whether the rotation speed and the load of the engine 1 are at predetermined values (for example, if the exhaust temperature of the engine 1 in the operating state is insufficient for activating the catalyst device 12). Is determined by determining whether the value is less than the value of the case where
[0029]
If the engine 1 is in the low speed range (in other words, the rotation speed and the load of the engine 1 are less than the predetermined values), the determination at Step 110 is satisfied, and the routine goes to Step 120. In step 120, the valve body 14 A is rotated so as to contact the turbine-side valve seat to close the main exhaust passage 9 and open the sub exhaust passage 13. When step 120 ends, the process returns to step 100 and repeats the same procedure as described above.
[0030]
On the other hand, when the engine 1 is in the high speed range (in other words, when the rotation speed and the load of the engine 1 are equal to or more than the predetermined values), the determination at Step 110 is not satisfied, and the routine goes to Step 130. In step 130, the valve body 14A is rotated so as to abut the catalyst-side valve seat to open the main exhaust passage 9 and close the sub-exhaust passage 13. Then, when step 130 ends, the process returns to step 100 and repeats the same procedure as described above.
[0031]
In the above description, the state quantity detector 17 constitutes a state quantity detecting means for detecting a state quantity relating to the operating state of the internal combustion engine described in each claim, and the switching control device 15 performs the state quantity detection in each claim. An electric / magnetic control unit which constitutes switching control means for controlling the switching operation of the valve element in accordance with the state quantity detected by the detecting means, and which controls the switching operation of the valve element by the rotational driving force or magnetic force of the electric motor; Constitute.
[0032]
Next, the operation, operation, and effect of the present embodiment will be described.
[0033]
For example, when driving a vehicle equipped with the engine 1, first, when the driver starts the engine 1 and performs an idling operation, in steps 100 and 110, the switching control device 15 outputs a detection signal (the engine speed of the engine 1) from the state quantity detector 17. ), The engine 1 is determined to be in the low speed range, and in step 120, the valve body 14A is rotated so as to abut on the turbine side valve seat to close the main exhaust passage 9 and open the sub exhaust passage 13. As a result, the entire amount of exhaust gas of the engine 1 is introduced into the catalyst device 12 through the sub exhaust passage 13 without passing through the exhaust turbine device 11.
[0034]
Then, when the driver steps on the accelerator and runs the automobile to increase the rotation speed of the engine 1, the switching control device 15 determines that the engine 1 is in the high speed range based on the detection signal from the state quantity detector 17 in steps 100 and 110. Then, in step 130, the main exhaust passage 9 is opened by closing the valve body 14A so as to contact the catalyst-side valve seat, and the sub-exhaust passage 13 is closed. As a result, the entire exhaust gas of the engine 1 is introduced into the exhaust turbine device 11 via the main exhaust passage 9, and the exhaust turbine and the intake turbine are driven to rotate, and the exhaust gas from the exhaust turbine device 11 is introduced into the catalyst device 12.
[0035]
As described above, in the present embodiment, in the low-speed region of the engine 1, the entire amount of exhaust gas is introduced into the catalyst device 12 without passing through the exhaust turbine device 11. Heat loss can be reduced, and the activation temperature of the catalyst device 12 can be sufficiently ensured.
[0036]
In the above-described embodiment, an example of a configuration in which the rotation speed and the load of the engine 1 are detected as state quantities related to the operating state of the engine 1 and the switching control device 15 switches and controls the valve body 14A in accordance with the detection result. However, the present invention is not limited to this. That is, for example, pressure detecting means for detecting the pressure in the intake passage 6 corresponding to the rotational speed and the load of the engine 1 as a state quantity related to the operating state of the engine 1 is provided, and the pressure detecting means detects the pressure. The switching control device 15 may switch and control the valve element 14A in accordance with the applied pressure. In this modification, the switching control device 15 may be a pneumatic control unit using a pressure-responsive thin film such as a diaphragm. In these cases, the same effects as in the above-described embodiment can be obtained.
[0037]
Further, in the above-described embodiment, a description will be given of a structure in which the valve body 14A abuts on one of the turbine-side valve seat and the catalyst-side valve seat and always closes one of the main exhaust passage 9 and the sub-exhaust passage 13. However, it is not limited to this. That is, for example, a leakage passage (for example, a through hole provided in the valve element 14A or a bypass passage provided in the main exhaust passage 9) communicating the upstream side and the downstream side of the turbine side valve seat portion in the main exhaust passage 9 is provided. In a low-speed region of the engine 1, even when the valve body 14 A is in contact with the turbine-side valve seat, a small amount of exhaust gas may be introduced into the exhaust turbine device 11 through the leakage passage. In such a modification, a small amount of exhaust gas is introduced in the low-speed region of the engine 1 and the exhaust turbine device 11 can be efficiently warmed. When exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device 11 through the above, loss of exhaust heat due to temperature rise of the turbine housing and the like can be reduced.
[0038]
Further, for example, there is further provided speed detecting means for detecting the speed of the self-propelled vehicle driven by the engine 1 as a state quantity relating to the operating state of the engine 1, and the switching control device 15 according to the vehicle speed detected by the speed detecting means. May control the minute opening and closing of the valve body 14A. Such a modification will be described with reference to FIG.
[0039]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control procedure of the switching control device 15 according to the present modification.
[0040]
In this modified example, first, in step 200, a detection signal (for example, the rotation speed and load of the engine 1) detected by the state quantity detector 17 is input. Then, in step 210, it is determined whether or not the engine 1 is in the low speed range based on whether or not the rotation speed and the load of the engine 1 are less than predetermined values. If the engine 1 is in the low speed range, the determination at Step 210 is satisfied, and the routine goes to Step 220. In step 220, the vehicle speed detected by the speed detecting means is input as a detection signal. Then, in step 230, it is determined whether or not the vehicle is running, based on whether or not the vehicle speed is equal to or higher than a threshold value.
[0041]
If the vehicle is stopped (in other words, the vehicle speed is lower than the threshold value), the determination in step 230 is not satisfied, and the routine proceeds to step 240. In step 240, the valve body 14A is rotated so as to abut on the turbine-side valve seat to close the main exhaust passage 9 and open the sub exhaust passage 13. When step 240 ends, the procedure returns to step 200 and the same procedure as above is repeated.
[0042]
On the other hand, if the vehicle is in the running state (in other words, the vehicle speed is equal to or higher than the threshold), the determination at Step 230 is satisfied, and the routine goes to Step 250. In step 250, the valve body 14A is rotated so as to have a small opening with respect to the turbine-side valve seat. When step 250 ends, the process returns to step 200 and the same procedure as above is repeated.
[0043]
If it is determined in step 210 that the engine 1 is in the high speed range, the determination is not satisfied, and the routine proceeds to step 260. In step 260, the valve body 14 A is rotated so as to abut the catalyst-side valve seat to open the main exhaust passage 9 and close the sub-exhaust passage 13. When step 260 ends, the process returns to step 200 and repeats the same procedure as above.
[0044]
As described above, in the present modified example, when the speed detection means detects, for example, the stopped state of the vehicle (vehicle speed = 0) in the low speed region of the engine 1, the entire amount of exhaust gas is transmitted through the exhaust turbine device 11 as in the above-described embodiment. Since the catalyst is introduced into the catalyst device 12 through the sub-exhaust passage 13, the heat loss of exhaust gas can be reduced, and the activation temperature of the catalyst device 12 can be sufficiently secured. Further, when the speed detecting means detects the running state of the vehicle in the low speed range of the engine 1, a small amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device 11, so that the exhaust turbine device 11 can be efficiently warmed. Therefore, when the engine 1 enters the high-speed region thereafter and the entire amount of exhaust gas is introduced into the exhaust turbine device 11 via the main exhaust passage 9, the loss of exhaust heat due to the temperature rise of the turbine housing and the like can be reduced.
[0045]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the loss of exhaust heat can be reduced and the activation temperature of a catalyst device can be sufficiently ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an internal combustion engine with a supercharger to which an embodiment of an exhaust passage switching device for an internal combustion engine of the present invention is applied.
FIG. 2 is a flowchart showing a control procedure of a switching control device constituting one embodiment of an exhaust passage switching device for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control procedure of a switching control device that constitutes a modified example of the exhaust passage switching device for an internal combustion engine of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 9 Main exhaust passage 11 Exhaust turbine device 12 Catalytic device 13 Sub-exhaust passage 14 Exhaust passage switching device 14A Valve element 15 Switching control device (switching control means, electric / magnetic control means)
17 State quantity detector (State quantity detector)

Claims

内燃機関の排気が導入される主排気通路に設けた過給機用排気タービン装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置の下流側に設けた触媒装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置より上流側から分岐されるとともに前記過給機用排気タービン装置を介すことなく前記触媒装置より上流側で合流する副排気通路とを有する内燃機関の排気系の前記主排気通路と前記副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置において、
前記主排気通路及び前記副排気通路のうち一方を閉塞可能な弁体と、
前記内燃機関の運転状態に係わる状態量を検出する状態量検出手段と、
この状態量検出手段で検出した前記状態量に応じて前記弁体の切替え動作を制御する切替え制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の排気通路切替え装置。An exhaust turbine device for a supercharger provided in a main exhaust passage into which exhaust gas of an internal combustion engine is introduced; a catalyst device provided in the main exhaust passage on a downstream side of the exhaust turbine device for a supercharger; And an auxiliary exhaust passage that is branched from an upstream side of the supercharger exhaust turbine device and that merges upstream of the catalyst device without passing through the supercharger exhaust turbine device. In an exhaust passage switching device for an internal combustion engine provided at a branch of the main exhaust passage and the sub exhaust passage in an exhaust system,
A valve body capable of closing one of the main exhaust passage and the sub exhaust passage,
State quantity detection means for detecting a state quantity related to an operation state of the internal combustion engine,
An exhaust passage switching device for an internal combustion engine, comprising: switching control means for controlling a switching operation of the valve element according to the state quantity detected by the state quantity detecting means.

請求項１記載の内燃機関の排気通路切替え装置において、前記状態量検出手段は、前記内燃機関に空気を導入する吸気通路に設けられ、前記吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気通路切替え装置。2. The exhaust passage switching device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the state quantity detection unit is provided in an intake passage that introduces air into the internal combustion engine, and includes a pressure detection unit that detects a pressure in the intake passage. An exhaust passage switching device for an internal combustion engine, comprising:

請求項１又は２記載の内燃機関の排気通路切替え装置において、前記切替え制御手段は、電動機の回転駆動力若しくは磁気力により前記弁体の切替え動作を制御する電気・磁気的制御手段であることを特徴とする内燃機関の排気通路切替え装置。3. The exhaust passage switching device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the switching control unit is an electric / magnetic control unit that controls a switching operation of the valve body by a rotational driving force or a magnetic force of an electric motor. 4. An exhaust passage switching device for an internal combustion engine.

請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関の排気通路切替え装置において、前記主排気通路は、前記分岐部の前記排気タービン装置側に設けられ前記弁体が当接して前記主排気通路を閉塞するタービン側弁座部を備え、かつこのタービン側弁座部に前記弁体が当接するときに前記主排気通路のうち前記タービン側弁座部の上流側と下流側とを連通し、少量の排気を排気タービン装置に導入する漏れ通路をさらに設けたことを特徴とする内燃機関の排気通路切替え装置。The exhaust passage switching device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the main exhaust passage is provided on the exhaust turbine device side of the branch portion and the valve body contacts the main exhaust passage. A turbine-side valve seat that closes off, and communicates the upstream side and the downstream side of the turbine-side valve seat in the main exhaust passage when the valve body contacts the turbine-side valve seat, An exhaust passage switching device for an internal combustion engine, further comprising a leakage passage for introducing a small amount of exhaust gas into the exhaust turbine device.

請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関の排気通路切替え装置において、前記状態量検出手段は、前記内燃機関の駆動による自走式車輌の速度を検出する速度検出手段をさらに備え、前記切替え制御手段は、前記速度検出手段で検出した速度を含む状態量に応じて前記弁体を制御することを特徴とする内燃機関の排気通路切替え装置。The exhaust passage switching device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the state quantity detection unit further includes a speed detection unit that detects a speed of a self-propelled vehicle driven by the internal combustion engine, The exhaust passage switching device for an internal combustion engine, wherein the switching control unit controls the valve element according to a state quantity including a speed detected by the speed detecting unit.