JP2005315109A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、内燃機関において、排気のエネルギーによって過給する過給機を設置した場合であっても、排気エミッションの悪化を抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 複数の気筒群２ａ，２ｂを有する内燃機関１において、一の気筒群２ａ側と他の気筒群２ｂ側とに排気通路５ａ，５ｂを分岐させ、他の気筒群２ｂ側の排気通路５ｂを流通する排気のみによって過給が行われるように過給機７を設置すると共に、内燃機関１の始動時は、他の気筒群２ｂの気筒２を休止させて一の気筒群２ａの気筒２のみを作動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関し、特に、排気のエネルギーによって過給する過給機を有する内燃機関の排気浄化システムに関する。

複数の気筒群を有する内燃機関においては、一の気筒群の気筒と他の気筒群の気筒とを別々に作動させることが可能であって、低負荷運転領域等で一部の気筒群の気筒を休止させて運転を行うものがある。

また、このような内燃機関に、ターボ過給機のような排気のエネルギーによって過給する過給機を設置する場合、例えば特許文献１には、常時稼動する気筒群側と休止される気筒群側とに分岐された排気通路において、稼動側排気通路に第１の触媒を設けると共に、稼動側排気通路と休止側排気通路との合流部下流に第２の触媒を設け、前記合流部と前記第２の触媒との間に過給機を設置する技術が開示されている。
特公平３−１２６５３号公報 特公昭６０−２２１８０号公報 特公昭６０−２２１７９号公報 特開２０００−６４８６８号公報 特開昭５８−１５８３３９号公報

排気のエネルギーによって過給する過給機を内燃機関に設置した場合、排気浄化触媒に流入する前に排気が過給機による過給に利用されると、過給機の熱容量が大きいために排気の温度が低下し、機関始動時の排気浄化触媒の昇温が妨げられることになる。その結果、機関始動時の排気浄化能力が低下し、排気エミッションの悪化を招く虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関において、排気のエネルギーによって過給する過給機を設置した場合であっても、機関始動時の排気エミッションの悪化を抑制することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、複数の気筒群を有する内燃機関において、一の気筒群と他の気筒群とに排気通路を分岐させ、他の気筒群側の排気通路を流通する排気のみによって過給が行われるように過給機を設置すると共に、内燃機関の始動時は、他の気筒群の気筒を休止させて一の気筒群の気筒のみを作動させることで、該一の気筒群の気筒からの排気によって、排気通路に設けられた排気浄化触媒の昇温を促進させるものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
排気のエネルギーによって過給する過給機を有すると共に、複数の気筒群における一の気筒群の気筒と他の気筒群の気筒とを別々に作動させることが可能な内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記一の気筒群の気筒に一端が接続された第１の排気通路と、
前記他の気筒群の気筒に一端が接続され、且つ、前記第１の排気通路の途中に他端が接続された第２の排気通路と、
該第１の排気通路における、前記第２の排気通路との接続箇所よりも下流側に設置された排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出装置と、
を備え、
前記過給機は、前記第２の排気通路を流通する排気のエネルギーによって過給するものであって、
前記内燃機関の始動時に、前記触媒温度検出装置によって検出される前記排気浄化触媒の温度が規定触媒温度未満の場合は、前記他の気筒群の気筒を休止させて前記一の気筒群の気筒のみを作動させることを特徴とする。

ここで、規定触媒温度とは、排気浄化触媒が活性化したと判断できる温度であって、実験等によって予め定められた温度であっても良い。

本発明においては、機関始動時に排気浄化触媒の温度が規定触媒温度未満の場合には、他の気筒群の気筒を休止させて一の気筒群の気筒のみ作動させることによって、一の気筒群の気筒からの排気が、排気のエネルギーによって過給する過給機（以下、単に過給機と称する。）による過給に利用されることなく排気浄化触媒に流入することになる。

従って、本発明によれば、機関始動時において、排気浄化触媒の昇温を促進することが可能となる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。

本発明においては、機関始動時に一の気筒群の気筒のみを作動させた後、該排気浄化触媒の温度が規定触媒温度以上にまで上昇したときに、他の気筒群の気筒を作動させるのが好ましい。

このような制御によれば、排気浄化触媒の温度が上昇し、排気浄化能力が高くなった後に、他の気筒群の気筒からの排気、即ち、過給機による過給に利用された排気が、一の気筒群の気筒からの排気に加えて排気浄化触媒に流入することになる。この場合、一の気筒群の気筒からの排気が排気浄化触媒の排気浄化能力に与える影響は小さく、該排気をもより好適に浄化することが出来る。

また、本発明においては、内燃機関の温度を検出する機関温度検出装置をさらに備えた場合、機関始動時に一の気筒群の気筒のみを作動させた後、内燃機関の温度が規定機関温度以上にまで上昇したときに、他の気筒群の気筒を作動させても良い。

ここで、規定機関温度とは、他の気筒群の気筒内に燃料が噴射された場合、該燃料が十分に霧化するほど、該他の気筒群の気筒内の温度が上昇したと判断できる温度であって、実験等によって予め定められた温度であっても良い。

他の気筒群の気筒内に噴射された燃料が十分に霧化されれば、該他の気筒群の気筒からの排気に含まれる未燃燃料成分量は少なくなる。従って、上記のような制御によれば、他の気筒群の気筒を作動させ、該気筒から排気が排出された場合であっても、排気エミッションの悪化を抑えることが出来る。

本発明においては、前記排気浄化触媒を第１の排気浄化触媒とし、第１の排気通路における、第２の排気通路との接続箇所よりも上流側に、第１の排気浄化触媒よりも熱容量の小さい第２の排気浄化触媒をさらに設置するのが好ましい。

このような構成によれば、第２の排気浄化触媒には一の気筒群の気筒からの排気しか流入せず、また、第１の排気浄化触媒よりも熱容量が小さいため、該第２の排気浄化触媒は第１の排気浄化触媒よりも早期に活性化する。従って、機関始動時において、排気エミッションの悪化をより抑制することが出来る。

本発明における過給機としては、ターボ過給機を例示出来る。この場合、ターボ過給機のタービンが第１の排気通路に配置される。

本発明に係る内燃機関の排気浄化システムによれば、内燃機関において、排気のエネルギーによって過給する過給機を設置した場合であっても、排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関とその吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は、＃１から＃６の６つの気筒２を有するＶ型６気筒エンジンである。本実施例では、＃１，＃３，＃５の気筒２を第１気筒群２ａとし、＃２，＃４，＃６の気筒２を第２気筒群２ｂとし、第１気筒群２ａと第２気筒群２ｂとがＶ型に配列されている。各気筒２には、気筒２内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁３がそれぞれ設けられている。

第１気筒群２ａの各気筒２には、それぞれ第１排気枝管４ａの一端が接続されている。各第１排気枝管４ａの他端は集合部にて互いに接続され、この第１排気枝管４ａの集合部が第１排気通路５ａの一端と接続されている。一方、第２気筒群２ｂの各気筒２にも同様に、それぞれ第２排気枝管４ｂの一端が接続されている。各第２排気枝管４ｂの他端は集合部にて互いに接続され、この第２排気枝管４ｂの集合部が第２排気通路５ｂの一端と接続されている。そして、第２排気通路５ｂの他端が、第１排気通路５ａの途中に接続されており、第１排気通路５ａの他端から排気が大気に放出される。

第２排気通路５ｂの途中には、ターボチャージャ（ターボ過給機）７のタービンハウジング７ｂが設置されている。また、このターボチャージャ７のコンプレッサハウジング７ａは、第２気筒群２ｂの各気筒２に吸気枝管を介して接続されている吸気通路６の途中に設置されている。

コンプレッサハウジング７ａおよびタービンハウジング７ｂの内部にはそれぞれコンプレッサホイール７ｃおよびタービンホイール７ｄが設けられている。ターボチャージャ７では、第２気筒群２ｂの各気筒２から排出されタービンハウジング７ｂ内に流入した排気によってタービンホイール７ｄが回転される。そして、このタービンホイール７ｄの回転に伴ってコンプレッサホイール７ｃが回転することによって、コンプレッサハウジング７ａ内に流入した吸気（空気）が第２気筒群２ｂの各気筒２に過給される。即ち、本実施例に係るターボチャージャ７は、第２気筒群２ｂの各気筒２から排出される排気のエネルギーによって過給するものである。

第１排気通路５ａにおける、第２排気通路５ｂとの接続箇所より下流側には、第１排気浄化触媒８が設置されている。また、第１排気通路５ａにおける、第２排気通路５ｂとの接続箇所より上流側であって、第１排気枝管４ａとの接続箇所の近傍には、第２排気浄化触媒９が設置されている。この第２排気浄化触媒９は、第１排気浄化触媒８よりも熱容量
の小さい触媒である。これらの第１及び第２排気浄化触媒８，９としては、酸化触媒や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、または、これらの触媒を担持したフィルタ等を例示出来る。

第１排気浄化触媒８より下流側の第１排気通路５ａには、該第１排気通路５ａを流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温センサ１０が設置されている。また、内燃機関１には、該内燃機関１を流通する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ１１が設置されている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２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の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ１２は、排気温センサ１０や水温センサ１１等の各種センサが電気配線を介して接続されており、これらの出力信号が該ＥＣＵ１２に入力される。そして、ＥＣＵ１２は、排気温センサ１０の検出値から第１排気浄化触媒８の温度を推定する。また、ＥＣＵ１２は、水温センサ１１の検出値から内燃機関１の温度を推定する。

また、ＥＣＵ１２には、各燃料噴射弁３が電気的に接続されており、該ＥＣＵ１２によって、各燃料噴射弁３からの燃料噴射をそれぞれ別々に制御することが可能となっている。

このような構成においては、ターボチャージャ７の熱容量が大きいため、第２気筒群２ｂの気筒２からの排気は、タービンハウジング７ｂを通ることで温度が低下する。そのため、第１排気浄化触媒８が活性化していないときに、第２気筒群２ｂの気筒２から排出されタービンハウジング７ｂを通った排気が該第１排気浄化触媒８に流入すると、該第１排気浄化触媒の昇温が妨げられることになる。

＜機関始動時の気筒作動制御＞
そこで、本実施例では、以下に説明する気筒作動制御を機関始動時に行う。
図２は、本実施例に係る機関始動時の気筒作動制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、ＥＣＵ１２に予め記憶されており、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、先ず、Ｓ１０１において、ＥＣＵ１２は、内燃機関１の始動指令があったか否かを判別する。始動指令があったと判断される場合としては、イグニッションスイッチがＯＮとなった場合等を例示出来る。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１２はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ１２は、第１排気浄化触媒８の温度が規定触媒温度Ｔ１未満であるか否かを判別する。ここで、規定触媒温度Ｔ１は、第１排気浄化触媒８が活性化したと判断できる温度であって、実験等によって予め定められた温度である。Ｓ１０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１２はＳ１０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１２はＳ１０４に進む。

Ｓ１０３に進んだＥＣＵ１２は、第２気筒群２ｂの気筒２での燃料噴射を行わず、第１気筒群２ａの気筒２での燃料噴射を実行する。即ち、第２気筒群２ｂの気筒２は休止させて第１気筒群２ａの気筒２のみを作動させる。その後、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

Ｓ１０４に進んだＥＣＵ１２は、第１気筒群２ａ及び第２気筒群２ｂの両方の気筒２で
の燃料噴射を実行する。即ち、第１気筒群２ａ及び第２気筒群２ｂの両方の気筒２を作動させる。その後、ＥＣＵ１２は本ルーチンの実行を一旦終了する。

以上説明したルーチンにおいては、機関始動時に第１排気浄化触媒８の温度が規定触媒温度Ｔ１未満の場合には、第２気筒群２ｂの気筒２を休止させて第１の気筒群２ａの気筒２のみを作動させるため、第１の気筒群２ａの気筒２からの排気のみが第１排気浄化触媒８に流入する。この第１の気筒群２ａの気筒２からの排気は、ターボチャージャ７（タービンハウジング７ｂ）を通らないため、高い温度を維持したまま第１排気浄化触媒８に流入する。

従って、本実施例によれば、機関始動時において、第１排気浄化触媒８の昇温を促進することが可能となる。その結果、排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。

また、本実施例では、第１排気通路５ａにおける、第２排気通路５ｂとの接続箇所より上流側に、第１排気浄化触媒８よりも熱容量が小さい第２排気浄化触媒９が設置されている。この第２排気浄化触媒９には第１気筒群２ａの気筒２からの排気しか供給されず、また、第１排気浄化触媒８よりも熱容量が小さいため、該第２排気浄化触媒９は第１排気浄化触媒８よりも早期に活性化する。従って、機関始動時において、排気エミッションの悪化をより抑制することが出来る。

本実施例では、機関始動時に第１気筒群２ａの気筒２のみを作動させた後、該第１排気浄化触媒８の温度が規定触媒温度Ｔ１以上にまで上昇したときに、第２気筒群２ｂの気筒２を作動させるのが好ましい。

このような制御によれば、第１排気浄化触媒８の温度が上昇し、排気浄化能力が高くなった後に、第２気筒群２ｂの気筒２から排出されターボチャージャ７（タービンハウジング７ｂ）を通った排気が、第１の気筒群２ａの気筒２からの排気に加えて第１排気浄化触媒８に流入することになる。この場合、第２気筒群２ｂの気筒２からの排気が第１排気浄化触媒８の排気浄化能力に与える影響は小さく、該排気をもより好適に浄化することが出来る。

また、本実施例においては、機関始動時に第１気筒群２ａの気筒２のみを作動させた後、内燃機関１の温度が規定機関温度Ｔ２以上にまで上昇したときに、第２気筒群２ｂの気筒２を作動させても良い。

ここで、規定機関温度Ｔ２とは、第２気筒群２ｂの気筒２内に燃料が噴射された場合、該燃料が十分に霧化するほど、該第２気筒群２ｂの気筒２内の温度が上昇したと判断できる温度であって、実験等によって予め定められた温度であっても良い。

第２気筒群２ｂの気筒２に噴射された燃料が十分に霧化されれば、該第２気筒群２ｂの気筒２からの排気に含まれる未燃燃料成分量は少なくなる。従って、上記のような制御によれば、第２気筒群２ｂの気筒２を作動させ、該気筒２から排気が排出された場合であっても、排気エミッションの悪化を抑えることが出来る。

尚、本実施例において、内燃機関１は、Ｖ型６気筒エンジンに限られるものではなく、複数の気筒を有するものであれば良い。また、ターボチャージャ７は、第２気筒群２ｂの気筒２からの排気エネルギーによって過給するものであれば良く、例えば、ターボチャージャの代わりにコンプレックス過給機を用いても良い。

本発明の実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図。 本発明の実施例に係る機関始動時の気筒作動制御ルーチンを示すフローチャート図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
２ａ・・第１気筒群
２ｂ・・第２気筒群
３・・・燃料噴射弁
４ａ・・第１排気枝管
４ｂ・・第２排気枝管
５ａ・・第１排気通路
５ｂ・・第２排気通路
６・・・吸気通路
７・・・ターボチャージャ
７ａ・・コンプレッサハウジング
７ｂ・・タービンハウジング
７ｃ・・コンプレッサホイール
７ｄ・・タービンホイール
８・・・第１排気浄化触媒
９・・・第２排気浄化触媒
１０・・排気温センサ
１１・・水温センサ
１２・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 排気のエネルギーによって過給する過給機を有すると共に、複数の気筒群における一の気筒群の気筒と他の気筒群の気筒とを別々に作動させることが可能な内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記一の気筒群の気筒に一端が接続された第１の排気通路と、
   前記他の気筒群の気筒に一端が接続され、且つ、前記第１の排気通路の途中に他端が接続された第２の排気通路と、
   該第１の排気通路における、前記第２の排気通路との接続箇所よりも下流側に設置された排気浄化触媒と、
   該排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出装置と、
   を備え、
   前記過給機は、前記第２の排気通路を流通する排気のエネルギーによって過給するものであって、
   前記内燃機関の始動時に、前記触媒温度検出装置によって検出される前記排気浄化触媒の温度が規定触媒温度未満の場合は、前記他の気筒群の気筒を休止させて前記一の気筒群の気筒のみを作動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記一の気筒群の気筒を作動させた後、前記排気浄化触媒の温度が前記規定触媒温度以上にまで上昇したときに、前記他の気筒群の気筒を作動させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記内燃機関の温度を検出する機関温度検出装置をさらに備え、
   前記一の気筒群の気筒を作動させた後、前記機関温度検出装置によって検出される前記内燃機関の温度が規定機関温度以上にまで上昇したときに、前記他の気筒群の気筒を作動させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記排気浄化触媒を第１の排気浄化触媒とし、
   前記第１の排気通路における、前記第２の排気通路との接続箇所よりも上流側に設置され、且つ、前記第１の排気浄化触媒よりも熱容量の小さい第２の排気浄化触媒をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記過給機は、前記第２の排気通路にタービンが配置されたターボ過給機であ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システム。

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