JP2005042672A

JP2005042672A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2005042672A
Application number: JP2003279758A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Iizaka; 重光飯坂; Shigeki Miyashita; 茂樹宮下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】過給機と排気浄化用の触媒を備えた内燃機関において、エンジン出力を低下させずに、触媒を最適温度範囲に保つように冷却する。
【解決手段】内燃機関制御装置は、吸気通路に遠心過給機と吸気を冷却するインタークーラが設けられ、排気通路に排気浄化用の触媒（三元触媒１と吸蔵還元型ＮＯx触媒）が設けられる。さらに、インタークーラの上流側の吸気通路と下流側の吸気通路の２箇所からと吸蔵還元型ＮＯx触媒よりも上流の排気通路とをバイパスさせる２系統のバイパス通路と、バイパス通路を通過する空気量を制御する流量制御弁（上流側流量制御弁及び下流側流量制御弁）を設ける。内燃機関の制御装置は、触媒の床温だけでなく吸気温度センサから検出される吸気温度も考慮に入れて２つの流量制御弁の制御を行う。これにより、エンジン出力と触媒冷却の両立を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備えた内燃機関の制御装置に係り、特に排気浄化を行う触媒の温度制御を含む内燃機関の制御装置に関する。

成層燃焼可能な内燃機関においては、従来の三元触媒ではその浄化特性から窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比においても、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる吸蔵還元型ＮＯx触媒などのリーンＮＯx触媒が開発され実用化されている。

三元触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯx）の還元を同時に行い、排気中のこれらの有害成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）、及び窒素（Ｎ₂）に浄化する機能を有している。

しかし、排気の空燃比がリーン空燃比となると、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）は排気中の酸素と反応するため、窒素酸化物（ＮＯx）の還元作用が不活発となる。また、排気の空燃比がリッチ空燃比となると炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化作用が不活発となる。
このように、三元触媒は理論空燃比近辺で最も有効に働く触媒であり、内燃機関が理論空燃比近辺で運転されている場合には有効である。

一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、内燃機関が理論空燃比ではない状況で運転する時に有効である。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ₂）に還元する。

この吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたってリーン運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。

従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。

このように吸蔵還元型ＮＯx触媒は還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化可能となるため、リーンＮＯx触媒を利用して排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する場合には、リーンＮＯx触媒に対して適量の還元剤を供給する必要がある。

ところで、上述のような窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する触媒には最適温度範囲（例えば、３００〜４５０℃）が存在し、この最適温度範囲に触媒温度（「触媒床温」とも呼ぶ。）が入っていなければ（例えば、４５０℃以上、または３００℃以下）、高い浄化率を得ることはできない。従って、ＮＯx排出量を低減するには、触媒床温を最適温度範囲内に維持することが効果的である。しかし、実際には、内燃機関の運転状態により排気温度が大きく変化して、触媒床温が最適温度範囲から外れることがあり、安定したＮＯｘ浄化性能が得られない。

触媒床温を最適温度範囲に保つように制御する技術としては、特許文献１に示すように、ターボ過給機を備えた内燃機関において、吸気通路と排気通路とをバイパス通路で連通させるとともに、バイパス通路の途中にバイパス流量制御弁が設けられたものが提案されている。このバイパス流量制御弁は、必要なエンジン出力が確保された上で、ターボ過給機の過給能力に余力がある範囲内で触媒床温と目標温度との差に応じて開度が調整され、それにより触媒を冷却する。

また、同様に吸気通路内の吸気の一部を排気通路側に供給して触媒を冷却する技術を開示するものとして特許文献２乃至５がある。

特開平１０−５４２５１号公報

特開２００２−２３５５３２号公報特開２００１−１５２８６３号公報特開平７−１８９７２０号公報特開平３−９２５２９号公報

上述したような触媒冷却方法の場合、吸気冷却装置の下流側の吸気を用いて排気冷却を行うと、エンジン負荷が大きいとき（すなわち、吸入空気量が大きいとき）には吸気冷却装置の冷却性能が限界に達しやすい。こうして吸気冷却装置による吸気の冷却が不十分になると、吸気温度が高くなり、エンジンの動力性能が低下するという問題が生じうる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの動力性能を低下させることなく、排気浄化用の触媒を適切に冷却して最適温度範囲に保つように制御することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、吸気通路に設けられ、吸気冷却装置を有する過給機と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、前記吸気冷却装置の上流側の吸気通路及び前記吸気冷却装置の下流側の吸気通路と、前記触媒の上流側の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路と、を備える。

上記の内燃機関の制御装置においては、内燃機関の吸気側において、吸気は過給機、及びインタークーラなどの吸気冷却装置を通過して内燃機関へと送られる。また、内燃機関の排気側には、排気通路上に排気浄化用の触媒が設けられる。この触媒としては、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒など、浄化能力が触媒床温に依存するものが用いられる。このため、触媒による浄化作用を維持するために触媒を冷却する必要があり、吸気の一部を２次空気として排気通路に供給するバイパス通路が設けられる。ここで、バイパス通路としては、吸気冷却装置の上流側の吸気を排気通路に供給するものと、吸気冷却装置の下流側の吸気を排気通路に供給するものと、２系統のバイパス通路が設けられる。吸気冷却装置の下流側の吸気は、吸気冷却装置により冷却されているので、吸気冷却装置の上流側の吸気より低温となっており、これを排気通路に供給する方が、触媒の冷却効率は高い。しかし、吸気冷却装置には冷却能力の限界があるので、吸気冷却装置の下流側の吸気ばかりを排気側に送るようにすると、吸気冷却装置の冷却能力を超えてしまい、吸気温度が上昇して、内燃機関の動力性能を低下させてしまうことがありうる。そこで、吸気温度が上昇しすぎないように、２系統のバイパス通路から２次空気を排気側に供給する。これにより、吸気温度の上昇により内燃機関の動力性能が低下することを防止しつつ、効率的に触媒を冷却することが可能となる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様は、前記バイパス通路を通過する空気量を制御するバイパス空気量制御手段を備えることができる。これにより、吸気冷却装置の上流側と下流側から排気通路に供給される２次空気の割合を制御して、吸気温度の上昇による内燃機関の動力性能低下防止と、触媒の冷却とを両立させることができる。空気量制御手段としては、例えば２系統のバイパス通路にそれぞれ空気量の制御弁などを設けることもできるし、２系統のバイパス通路からの２次空気を混合して排気通路に供給する構造とすることもできる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記吸気冷却装置の下流側における吸入空気の温度を検出する吸気温度検出手段を備え、前記バイパス空気量制御手段は、検出された吸気温度に基づいてバイパスさせる空気量を制御する。これにより、吸気温度が上昇した際には吸気冷却装置の上流側からより多くの２次空気を排気側へバイパスするようにして内燃機関の動力性能の低下を防止することができる。また、吸気温度が高くない場合は、吸気冷却装置により冷却された低温の２次空気を排気通路に供給して、触媒を効率的に冷却することができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記バイパス空気量制御手段は、検出された吸気温度が所定温度以上であるときには、前記吸気冷却装置の下流側の吸気通路から前記触媒の上流側の排気通路へのバイパスを停止する。これにより、吸気温度が高いときには、吸気冷却装置へ流れ込む吸気量を減少させ、内燃機関の動力性能の低下を防止することができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を備え、前記バイパス空気量制御手段は、取得された触媒温度に基づいてバイパスさせる空気量を制御する。これにより、触媒の冷却の要求度合いに基づいて、バイパス空気量を適切に決定し、触媒の冷却と内燃機関の動力性能の維持を両立させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の制御装置を車両駆動用のリーンバーンガソリン機関に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の実施形態は本発明をガソリンエンジンに適用した例を示したが、ディーゼルエンジンに適用して実施して良い等、種々変更して実施できる。

図１は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の一例を示す構成概略図である。

図１に示す内燃機関１は、各気筒には吸気マニホールドを介して、吸気通路５（吸気管）が接続されている。この吸気通路５の途中には、上流側から順にエアクリーナボックス２、エアフローメータ３、遠心過給機（ターボチャージャー）４、インタークーラ６、スロットル弁９等が設けられている。なお、本実施形態では過給機として遠心過給機（ターボチャージャー）４を用いているが、スーパーチャージャー等の他の過給器を採用しても良い。

エアクリーナボックス２に流入した吸気は、エアクリーナボックス２内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去される。また、エアフローメータ３は、吸気通路５内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３０に出力する。このＥＣＵ３０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。

エアクリーナボックス２で処理された吸気は、コンプレッサハウジング４ａに流入する。この吸気は、コンプレッサハウジング４ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。コンプレッサハウジング４ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ６にて冷却された後、必要に応じてスロットル弁７によって流量が調節される。また、インタークーラ６から内燃機関１までの吸気通路５には、インタークーラ６によって冷却された後の吸気の温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサ２３が取り付けられている。

一方、内燃機関１には、排気枝管１０が接続され、排気枝管１０の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒の燃焼室と連通している。排気枝管１０は、遠心過給機４のタービンハウジング４ｂと接続されている。このタービンハウジング４ｂは、排気通路１１（排気管）と接続され、この排気通路１１は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。

この排気通路１１の途中には、上流側に三元触媒１２が、下流側に吸蔵還元型ＮＯx触媒１３が配置されている。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３より下流側には排気温度センサ２４が配設され、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３の下流の排気温度に対応した電気信号をＥＣＵ３０に出力する。本実施形態では、排気温度センサ２４は、触媒床温を検出するセンサとして使用される。

このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気技管１０へ排出され、次いで排気技管１０から遠心過給機４のタービンハウジング４ｂへ流入する。タービンハウジング４ｂに流入した排気は、その排気が持つ熱エネルギーを利用してタービンハウジング４ｂ内に回転自由に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング４ａのコンプレッサホイールへ伝達される。

タービンハウジング４ｂから排出された排気は、排気通路１１を介して三元触媒１２へ流入し、内燃機関１が理論空燃比近辺で運転されているときには、排気中に含まれる有害ガス成分が浄化される。三元触媒１２を通過した排気は、その下流に設置された吸蔵還元型ＮＯx触媒１３に流入し、内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときには排気中のＮＯxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯxを放出還元して排気の浄化が行われる。このようにして有害ガス成分が浄化された排気は、マフラーを介して大気中に放出される。

また、三元触媒１２と吸蔵還元型ＮＯx触媒１３との間の排気通路１２には、コンプレッサハウジング４ａ内で圧縮されて吸気通路５内を流通する吸気の一部が供給される。本実施形態においては、インタークーラ６の上流側の吸気通路５と下流側の吸気通路５の２箇所と、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３よりも上流側の排気通路１２とをバイパスさせる２系統のバイパス通路、即ち、上流側バイパス通路７と下流側バイパス通路８が設けられている。

さらにバイパス通路７及び８の途中には、開度調節をしてバイパス通路内を流通する２次空気の流量を変更することが可能な上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２がそれぞれ設置されている。これら流量制御弁２１及び２２の開度は、ＥＣＵ３０からの出力信号によって制御される。このように、バイパス通路７及び８、並びにそれぞれに設けられた流量制御弁２１及び２２により、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３へ吸気の一部を触媒冷却用の２次空気として供給する２次空気供給機構が構成される。

なお、流量制御弁２１及び２２の開度調整は、図示しないステップモータ等のモータで行うことができる。また、流量制御弁２１及び２２を電磁弁で構成する場合には、電磁弁のソレノイドコイルへの通電をデューティ制御することで、弁を開閉する時間的な度合を制御して弁を通過する空気量を制御すれば良い。

上記のように構成された２次空気供給機構では、流量制御弁２１又は２２が開弁されると、バイパス通路７又は８が連通状態となり、吸気通路５内を流通する吸気の一部がバイパス通路７又は８へ流入し、排気通路１２へ導かれる。

バイパス通路を介して吸気通路５から排気通路１１へ導入された２次空気は、排気通路１１の上流、即ち三元触媒１２から流れてきた排気と混ざりつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒１３へ導入される。なお、本実施形態においては、三元触媒１２と吸蔵還元型ＮＯx触媒１３の位置関係と２次空気導入の位置は上述のようになっているが、触媒として吸蔵還元型ＮＯx触媒と三元触媒を担持した単一のＮＯx吸蔵還元型三元触媒等を用い、この触媒の上流に上述のように２次空気を導入しても良い。

このように、三元触媒１２と吸蔵還元型ＮＯx触媒１３との間の排気通路１１に２次空気が導入されるようにすると、内燃機関１が理論空燃比近辺で運転されているときに２次空気の供給を行っても、上流側の三元触媒１２に流入する排気は理論空燃比を維持することができ、三元触媒１０において排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる。即ち、三元触媒１２の浄化効率に影響を与えずに吸蔵還元型ＮＯx触媒１３の冷却を行うことができる。

ここで、上流側バイパス通路７と下流側バイパス通路８に設けられた上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２は、触媒温度や吸気温度等の各種センサ情報に基づき、ＥＣＵ３０によって制御される。以下に、各バイパス通路７及び８の空気量制御の実施例について説明する。なお、本実施形態においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３に吸蔵する窒素酸化物（ＮＯx）と硫黄酸化物（ＳＯx）が、まだ所定量以上に達しておらず、２次空気の供給を停止してリッチスパイク制御やＳＯx被毒の回復制御を行う必要がない状態から以下の空気量制御が開始することとする。

（第１実施例）
以下に、第１実施例に係るバイパス通路の空気量制御を図２のフローチャートを参照して説明する。なお、この空気量制御は、ＣＰＵ３０が所定時間毎（例えば、１秒毎）または所定クランク角毎に割り込み処理にて実行する。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３０は、排気温度センサ２４の出力値を吸蔵還元型ＮＯx触媒１３の触媒床温として取得しＥＣＵ３０内に記憶する。なお、触媒床温の取得方法としては、この他に、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒１３上流側に排気温度センサを設け、そこから検出される温度と、エアフローメータ３から検出される排気流量などの内燃機関１の運転状態から演算などにより触媒床温を予測することとしても良い。また、ステップＳ１０２では、吸気温度センサ２３からの出力値を吸気温度として、ＥＣＵ３０が読み込み、記憶する。

次に、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３０は、触媒床温が高温であるかどうかを判定する。具体的には、触媒床温が予め設定され、記憶されている触媒の目標温度より高いか否かが判定される。ＥＣＵ３０は、記憶されている触媒の目標温度と前述した触媒床温との比較を行う。この比較される目標温度は、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１が高効率で排気中のＮＯxを浄化することができる温度領域の上限で、例えば４５０℃とすることができる。触媒床温が、目標温度よりも高いと判定された場合は、処理はステップＳ１０５に進み、目標温度よりも高くないと判定された場合には、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３０は、触媒床温が高温でないため冷却する必要がないと判断し、排気通路１１に２次空気が供給されないように、上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２を共に全閉させる。

次に、ステップＳ１０５での処理を述べる前に、吸気温度と内燃機関の出力性能との関係について、図３を参照して説明する。図３は、内燃機関１に流入する吸気の吸気温度と内燃機関１の出力性能との関係について示したものである。吸気温度が高くなるほど、内燃機関１の出力性能は低下する。本実施例では、吸気温度がＴ１以上のときは出力性能が著しく低下すると判断し、また吸気温度がＴ２以下のときは通常の出力性能が得られている状態であると判断し、吸気温度がＴ２以上Ｔ１以下のときは吸気温度は高めであるものの、それによる出力性能の低下は許容範囲内であると判断することとした。なお、温度Ｔ１はインタークーラ６において冷却する前の吸気温度に基づいて設定される温度で、例えば１５０℃であり、温度Ｔ２はインタークーラ６が通常に機能した時の冷却後の吸気温度に基づいて設定される温度で、例えば６０℃である。なお、上記の吸気温度Ｔ１とＴ２はあらかじめ決定し、ＥＣＵ３０内に記憶させておく。

上記の関係に基づいて、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ３０は、吸気温度が上述した温度Ｔ１よりも高温であるか否かを判定する。即ち、吸気温度とＥＣＵ３０内に記憶されている温度Ｔ１との比較が行われる。温度Ｔ１よりも高温であると判定された場合には処理はステップＳ１０６に進み、温度Ｔ１よりも高温でないと判定された場合には処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６では、触媒床温は目標温度よりも高温であるので、排気通路１１に２次空気を供給して吸蔵還元型ＮＯx触媒１３を冷却する必要があるのだが、インタークーラ６を通過した後の吸気温度もエンジン出力性能を著しく低下させてしまう程の高温になっている。よって、インタークーラ６の上流側の吸気（インタークーラ６を通過していない吸気）のみを排気通路１１に供給することとし、ＥＣＵ３０は上流側流量制御弁２１を全開させ、下流側流量制御弁２２を全閉させる。つまり、インタークーラ６の下流側からバイパス通路８を通じて排気通路１１への２次空気の供給を停止し、インタークーラ６の上流側からのみバイパス通路７を介して排気通路１１へ２次空気を供給する。このようにすることにより、インタークーラ６内を通過する空気量を減らし、吸気温度の上昇を抑制することができる。即ち、インタークーラ６の冷却能力には限界があるので、インタークーラ６の下流における吸気温度が高い場合には、インタークーラ６の上流からのみ触媒冷却用の２次空気を取得することとして、吸気温度の上昇を抑制し、内燃機関の出力低下を防止するのである。バイパス通路７及び８を通じて排気通路１１へ供給される２次空気としては、当然インタークーラ６の下流側からバイパス通路８を通じて排気通路１１へ供給される２次空気の方が、インタークーラ６の上流側からバイパス通路７を通じて供給される２次空気よりも低温であり、触媒の冷却効果は高い。しかしながら、上述のように内燃機関の出力低下を生じるほどに吸気温度が上昇している場合には、内燃機関の出力維持を優先し、インタークーラ６の上流からの２次空気のみで触媒の冷却を行う。これによりエンジン出力を低下させずに触媒の冷却を行うことができる。

次に、ステップＳ１０７においては、ＥＣＵ３０は、吸気温度が上述した温度Ｔ１とＴ２の間の範囲にあるかどうか、言い換えると、吸気温度が温度Ｔ２よりも高温であるかどうかを判定する。つまりＥＣＵ３０は、記憶されている温度Ｔ２と検出された吸気温度との比較を行う。吸気温度がＴ２よりも高温であると判定された場合はステップＳ１０８に進み、温度Ｔ２よりも高温でないと判定された場合はステップＳ１０９に進む。

次にステップＳ１０８では、吸気温度が高めであるものの許容範囲内であるので、インタークーラ６の上流と下流の両方から２次空気を排気通路１１へ供給する。具体的にはＥＣＵ３０は、上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２を共に半開させる。このようにすることにより、インタークーラ６で冷却された吸気で触媒を効率的に冷却することができ、さらにインタークーラ６へ流れ込む吸気の流量も減らすことができるので、吸気温度の上昇も抑制することができる。

一方、ステップＳ１０９では、吸気温度は、内燃機関の通常の出力性能が得られる温度範囲内にあり、インタークーラ６下流の冷却された吸気を用いることに問題はないので、ＥＣＵ３０は上流側流量制御弁２１を全閉させて、下流側流量制御弁２２を全開させる。これにより、インタークーラ６により冷却された２次空気をバイパス通路８を通じて排気通路１１に供給し、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３を効率的に冷却することができる。

以上のように、本実施例では、触媒床温と吸気温度に基づいて２系統のバイパス通路に設置された流量制御弁をそれぞれ制御するので、吸気温度の上昇によりエンジン出力が低下することを回避しつつ、触媒床温を高効率で排気浄化が行える最適温度範囲内にまで冷却することが可能となる。

（第２実施例）
次に、バイパス通路の空気量制御の第２実施例について、図４を参照して説明する。図４は、第２実施例に係る空気量制御のフローチャートである。上述した第１実施例では、流量制御弁２１及び２２を全開か半開か全閉かのいずれかにするように制御する方法を説明してきたが、第２実施例においては流量制御弁の開度を制御する方法について示す。なお、内燃機関の制御装置のシステム全体の構成は図１と同様である。

図４において、まず、ステップＳ２０１では、ＥＣＵ３０は、排気温度センサ２４からの出力値、または内燃機関１の運転状態から予測した値などを吸蔵還元型ＮＯx触媒１３の触媒床温として記憶する。ステップＳ２０２では、ＥＣＵ３０は、吸気温度センサ２３からの出力値を吸気温度として読み込み、記憶する。

次に、ステップＳ２０３では、ＥＣＵ３０は触媒床温が高温であるかどうかを判定する。即ち、ステップＳ２１０で取得された触媒床温が所定の触媒の目標温度より高いか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３０は、記憶されている触媒の目標温度と触媒床温との比較を行う。この比較される目標温度は、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３が高効率で排気中のＮＯxを浄化することができる温度範囲の上限である。触媒床温が、目標温度よりも高いと判定された場合は処理はステップＳ２０４に進み、目標温度よりも高くないと判定された場合には処理はステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、触媒床温が高温でないため冷却する必要がないので、排気通路１１に吸気が流れ込まないように、ＥＣＵ３０は、上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２を共に全閉させるように制御する。

一方、ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３０は吸気温度が上述した温度Ｔ２よりも高温であるか否かを判定する。温度Ｔ２は、前述のように、内燃機関の出力低下が顕著になる程度の吸気温度を示す。このときも同様に、吸気温度とＥＣＵ３０内に記憶されているＴ２との比較が行われる。吸気温度が温度Ｔ２よりも高温であると判定された場合は処理はステップＳ２０５に進み、Ｔ２よりも高温でないと判定された場合には処理はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６においては、触媒床温は高温であり、吸気温度は通常のエンジン出力が得られる許容温度範囲内にあるため、インタークーラ６の下流の２次空気で効率よく吸蔵還元型ＮＯx触媒１の冷却を行う。具体的には、インタークーラ６の下流側バイパス通路７に設置されている下流側流量制御弁２２が開弁され、適切な量の２次空気がバイパス通路８を通じて排気通路１１に流入するように流量制御弁の開度が算出され、制御される。このとき、上流側バイパス通路７に設置されている上流側流量制御弁２１は全閉される。

一方、ステップＳ２０５においては、触媒床温は目標温度よりも高温であるが、吸気温度はエンジン出力低下に繋がるような高温であるので、ＥＣＵ３０は、上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２の両方の適切な開度を算出する。具体的には、エンジン出力を確保しながら触媒床温を冷却する必要があるので、ＥＣＵ３０は、吸気温度と温度Ｔ２の温度差、及び、触媒温度と前記目標温度の温度差に基づいて２系統のバイパス通路７及び８を流れる２次空気の適切な流量比率を求め、２つの流量制御弁２１及び２２の適切な開度を算出する。

一例を挙げて説明すると、触媒床温と目標温度の温度差に比べて、吸気温度と温度Ｔ２の差の方が顕著である状況（即ち、内燃機関の出力維持を優先すべき状況）においては、インタークーラ６を通過する吸気の流量を減らすために、下流側流量制御弁２２を全閉又はその開度をわずかとし、上流側流量制御弁２１の開度を大きくするように制御する。一方、触媒床温と前記目標温度の温度差の方が、吸気温度と温度Ｔ２との温度差よりも顕著である状況（即ち、吸蔵還元型ＮＯx触媒１の冷却を優先すべきである状況）においては、触媒床温を早急に下げなければならないので、下流側流量制御弁２２を全開とする、又はできる限り開度を大きくするように制御する。

最後に、ステップＳ２０８では、ＥＣＵ３０は、上述のように算出された上流側流量制御弁２１と下流側流量制御弁２２の開度信号または全閉信号をそれぞれの流量制御弁２１及び２２に出力する。上記のような信号を受け取った各流量制御弁２１及び２２は、受け取った信号に応じた開度で動作し、各バイパス通路内を通過する２次供給空気量を調節する。

［変形例］
上述してきた実施形態では、流量制御弁の開度の制御として、弁の物理的な開き具合を制御する方法を用いていたが、その代わりに電磁弁のＯＮ／ＯＦＦデューティ制御により弁を開閉する時間的な度合いを制御するようにしても良い。つまり、制御弁の開度を、流量制御弁を開弁・閉弁し続ける時間として制御しても良い。

また、図１に示した構成では、インタークーラ６の上流側のバイパス通路７と下流側のバイパス通路８の両方に流量制御弁２１、２２をそれぞれ設けているが、その代わりに、インタークーラ６の上流側の流量制御弁２１のみを設けることとしてもよい。その場合、吸気温度が高温になったときには、その流量制御弁２１の開度を大きくして、インタークーラ６へ流れ込む吸気量を減らすことができる。

また、図１に示した構成では、インタークーラ６の上流側と下流側のバイパス通路７及び８にそれぞれ流量制御弁を設けているが、その代わりに、バイパス通路７及び８を入力とし、それらを所定割合で混合して出力する機構（例えば三方弁など）を設けて、その機構からの１つの出力を排気通路１１に供給するように構成することもできる。

さらには、インタークーラ６の冷却能力の限界を超えてインタークーラ６へ吸気が流入しないように予めバイパス通路７及び８の径を設計しておくこともできる。その場合は、必要に応じて、各バイパス通路７及び８の流量制御弁を省略することもできる。

本発明に係る内燃機関とその吸排気系の構成例を示す概略ブロック図である。第１実施例に係る触媒冷却のための空気量制御のフローチャートである。吸気温度と内燃機関の出力性能との関係を示す図である。第２実施例に係る触媒冷却のための空気量制御のフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
４遠心過給機
５吸気通路
６インタークーラ
７上流側バイパス通路
８下流側バイパス通路
１１排気通路
１２三元触媒
１３吸蔵還元型ＮＯx触媒
２１上流側流量制御弁
２２下流側流量制御弁
２３吸気温度センサ
２４排気温度センサ
３０ＥＣＵ

Claims

吸気通路に設けられ、吸気冷却装置を有する過給機と、
排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記吸気冷却装置の上流側の吸気通路及び前記吸気冷却装置の下流側の吸気通路と、前記触媒の上流側の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記バイパス通路を通過する空気量を制御するバイパス空気量制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記吸気冷却装置の下流側における吸入空気の温度を検出する吸気温度検出手段を備え、
前記バイパス空気量制御手段は、検出された吸気温度に基づいてバイパスさせる空気量を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記バイパス空気量制御手段は、検出された吸気温度が所定温度以上であるときには、前記吸気冷却装置の下流側の吸気通路から前記触媒の上流側の排気通路へのバイパスを停止することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を備え、
前記バイパス空気量制御手段は、取得された触媒温度に基づいてバイパスさせる空気量を制御することを特徴とする請求項２及至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。