JP2007205200A

JP2007205200A - 内燃機関の排気バイパス装置及び制御方法

Info

Publication number: JP2007205200A
Application number: JP2006022889A
Authority: JP
Inventors: Isamu Nakada; 勇中田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制すること。
【解決手段】第１触媒３１が設けられる主通路２１にバイパス通路２５を接続し、バイパス通路２５にはバイパスバルブ４０を設ける。また、ＥＣＵ６０には、バイパスバルブ４０を作動させるＶＳＶ４２と、アクセルペダルセンサ５６とを接続する。これにより、アクセルペダルセンサ５６で内燃機関１の減速状態を検出した場合に、バイパスバルブ４０でバイパス通路２５を開けた後、インジェクタ５０で内燃機関１に供給する燃料を停止することができる。従って、リーンガスが主通路２１に流れて第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う、浄化手段である触媒３０の劣化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気バイパス装置及び排気バイパス装置の制御方法に関するものである。特に、この発明は、触媒の損傷を抑制できる内燃機関の排気バイパス装置及び排気バイパス装置の制御方法に関するものである。

従来の内燃機関では、燃費の向上や排気ガスの浄化、内燃機関の破損などを目的として、所定の運転状態の場合には、内燃機関への燃料の供給を停止しているものがある。例えば、内燃機関の減速時において回転数が所定値以上にある場合には、燃料の供給が不必要であると判断され、燃料の供給が停止する。このように燃料の供給を停止した場合には、排気ガスに含まれる酸素が多くなり、排気ガスの経路内は、いわゆるリーン雰囲気になる。一方、内燃機関の排気ガスの経路には、排気ガスの浄化を目的として浄化手段である触媒が設けられている場合が多いが、この触媒は、当該触媒の温度が高い状態において内燃機関への燃料の供給が停止され、触媒の周辺がリーン雰囲気になった場合に、シンタリングにより劣化が促進される虞がある。

このため、従来の内燃機関では、燃料供給を停止した場合における触媒の劣化を抑制するために、触媒の温度が高い場合には、触媒の周辺がリーン雰囲気になることを抑制しているものがある。例えば、特許文献１に記載の内燃機関の燃料カット制御装置では、触媒の温度が所定温度よりも高い場合には、燃料供給の停止を禁止したり（請求項１）、触媒の温度が所定の温度よりも高い場合において燃料供給を停止した場合には排気ガスの経路に設けられた切替え弁を切り替え、排気ガスを、触媒を経由せずに直接大気中に放出したりしている（請求項２）。これにより、触媒の周辺がリーン雰囲気になることを抑制することができるため、リーン雰囲気に伴う触媒の劣化を抑制することができる。

特開平８−１４４８１４号公報

しかしながら、触媒の周辺がリーン雰囲気になることを抑制するため、燃料供給の停止時に触媒方向に排気ガスが流れないように排気ガスの経路に設けられた切替え弁を切り替える際に、燃料供給の停止のタイミングよりも切替え弁を切り替えるタイミングの方が遅い場合には、燃料供給の停止時に排気ガスが触媒方向に流れる虞がある。この場合、触媒の周辺がリーン雰囲気になる虞があり、このリーン雰囲気に伴う触媒の劣化を抑制しきれない虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制できる内燃機関の排気バイパス装置及び排気バイパス装置の制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、内燃機関の排気ガスが流れる第１通路を有し、さらに、前記排気ガスが流れると共に両端で前記第１通路に接続される第２通路を有する排気通路と、少なくとも前記第１通路内に配設され、且つ、前記排気ガスを浄化する浄化手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記第２通路に配設されていると共に前記第２通路内を開閉可能に設けられており、且つ、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態である場合には前記第２通路内を開く開閉手段と、前記開閉手段の開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、前記内燃機関に対して燃料を供給可能に設けられていると共に、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態で、且つ、前記開閉検出手段で検出した前記開閉状態が、前記開閉手段が開いている状態である場合には前記燃料の供給を停止する燃料供給手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、燃料供給手段は、運転状態検出手段で検出した運転状態が減速状態で、且つ、開閉検出手段で検出した開閉状態が、開閉手段が開いている状態である場合に内燃機関への燃料の供給を停止している。つまり、燃料供給手段は、内燃機関が減速状態の場合で、且つ、開閉手段が開いている場合に、内燃機関への燃料の供給を停止している。ここで、開閉手段は第２通路に設けられているため、内燃機関から排出される排気ガスは、開閉手段が閉じている場合には第２通路内には流れず、浄化手段が内設される第１通路内に流れる。一方、開閉手段が開いている場合には、排気ガスは第２通路に流れて第１通路には流れないため、浄化手段の周囲には流れない。従って、燃料供給手段は、内燃機関が減速状態で、且つ、開閉手段が開いて排気ガスが第１通路には流れていない状態で燃料の供給を停止しているので、第１通路内に設けられた浄化手段の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、さらに、前記排気通路には前記排気ガスの成分を検出するガス成分検出手段が設けられており、前記燃料供給手段は、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態であることにより前記第２通路内を開けた状態において前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態ではない場合に、前記内燃機関に燃料を供給し、前記開閉手段は、前記ガス成分検出手段で検出した前記排気ガスの成分が、前記開閉手段の基準となる基準成分である場合には前記第２通路内を閉じ、前記排気ガスの成分が前記基準成分でない場合には前記第２通路内を開けた状態を維持することを特徴とする。

この発明では、燃料供給手段は、内燃機関が減速状態ではない場合に内燃機関に燃料を供給しており、開閉手段は、ガス成分検出手段で検出した排気ガスの成分が基準成分でない場合には、第２通路を閉じていない。つまり、内燃機関に燃料を供給した場合でも、排気ガスの成分が基準成分でない場合には、第２通路を閉じると第１通路に排気ガスが流れて浄化手段の周囲がリーン雰囲気になる虞がある。このため、ガス成分検出手段で検出した排気ガスの成分が基準成分である場合にのみ第２通路を閉じることにより、より確実に浄化手段の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる。

また、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、前記ガス成分検出手段は、前記排気ガスに含まれる酸素の量を検出することを特徴とする。

この発明では、ガス成分検出手段で排気ガスの成分を検出する際に、排気ガスに含まれる酸素の量を検出しているので、より確実に排気ガスがリーンガスであるかを検出することができる。これにより、減速状態から復帰する場合において内燃機関に燃料を供給した際に、排気ガスがリーンガスではない状態になった場合に、第２通路を閉じることができ、より確実に浄化手段の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる。

また、この発明に係る排気バイパス装置の制御方法は、内燃機関の運転状態を取得する手順と、前記運転状態が減速状態であるかを判定する手順と、前記運転状態が減速状態であると判定された場合に、前記内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段が内設される第１通路に両端で接続される第２通路の内側を開閉可能に設けられた開閉手段を開ける手順と、前記開閉手段が開いているかを判定する手順と、前記開閉手段が開いていると判定された場合に前記内燃機関に供給する燃料を停止する手順と、を含むことを特徴とする。

この発明では、内燃機関が減速状態であるかを判定し、減速状態である場合には開閉手段を開け、さらに開閉手段が開いているかを判定して開閉手段が開いている場合に、内燃機関への燃料の供給を停止している。つまり、内燃機関への燃料の供給を停止する際に開閉手段が開いていることを確認し、開閉手段が開いている場合にのみ燃料の供給を停止している。これにより、燃料の供給が停止された状態における排気ガスであるリーンガスが、第１通路内に流れ、浄化手段の周囲がリーン雰囲気になることを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる。

また、この発明に係る排気バイパス装置の制御方法は、さらに、前記燃料の供給が停止された後に、前記内燃機関の運転状態を取得する手順と、前記運転状態が減速状態であるかを判定する手順と、前記運転状態が減速状態ではない場合に前記内燃機関に燃料を供給する手順と、前記排気ガスの成分を取得する手順と、前記排気ガスの成分が、前記開閉手段の開閉の基準となる基準成分であるかを判定する手順と、前記排気ガスの成分が前記基準成分でない場合に前記開閉手段が開いた状態を維持する手順と、前記排気ガスの成分が前記基準成分である場合に前記開閉手段を閉じる手順と、を含むことを特徴とする。

この発明では、内燃機関が減速状態となり燃料の供給が停止された後、減速状態から復帰する際に、内燃機関に燃料を供給し、排気ガスの成分が基準成分であるかを判定して排気ガスが基準成分である場合に、開閉手段を閉じている。つまり、内燃機関に燃料を供給して第１通路内の浄化手段に排気ガスを流す場合に、排気ガスの成分を検出して排気ガスがリーンガスではないことを確認し、リーンガスでないことが確認された場合に、開閉手段を閉じて第１通路内に排気ガスを流している。これにより、浄化手段の周囲がリーン雰囲気になることを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる、という効果を奏する。また、本発明に係る排気バイパス装置の制御方法は、より確実にリーン雰囲気に伴う浄化手段の劣化を抑制することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置及び排気バイパス装置の制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例に係る排気バイパス装置が設けられた内燃機関の概略図である。同図に示す内燃機関１は、内部に燃焼室５が形成されたシリンダヘッド２とシリンダブロック３とを有しており、シリンダブロック３内には当該シリンダブロック３内を往復運動可能に設けられたピストン４が配設されている。また、燃焼室５はピストン４の上死点側に位置しており、当該燃焼室５には吸気通路である吸気管１０と、排気通路である排気管１１とが接続されている。このうち、吸気管１０と燃焼室５との接続部分には、吸気バルブ１２が設けられており、排気管１１と燃焼室５との接続部分には、排気バルブ１３が設けられている。また、この燃焼室５には、点火プラグ６が設けられている。さらに、シリンダブロック３における燃焼室５が設けられている側の反対側には、クランク室７が設けられており、クランク室７には、クランクシャフト８が内設されている。ピストン４はコネクティングロッド９によってクランクシャフト８に接続されており、ピストン４の往復運動は、クランクシャフト８によって回転運動として出力可能になっている。

また、排気管１１は排気バイパス装置１５の一部を構成しており、当該排気管１１は、内側に内燃機関１運転時の排気ガスが流れる第１通路である主通路２１と、同様に内燃機関１運転時の排気ガスが流れる第２通路であるバイパス通路２５とを有している。これらの主通路２１とバイパス通路２５とは、排気管１１が、内燃機関１から排気ガスの下流方向に向かった所定の位置で分岐しており、分岐した後さらに接続されている。詳しくは、バイパス通路２５は、その両端部が主通路２１に接続されており、両端部のうち、主通路２１内を流れる排気ガスの流れの上流側に位置する端部が上流側接続部２６となり、主通路２１内を流れる排気ガスの流れの下流側に位置する端部が下流側接続部２７となり、上流側接続部２６と下流側接続部２７とで主通路２１に接続されている。

換言すると、バイパス通路２５において主通路２１に接続される部分である上流側接続部２６と下流側接続部２７とは、主通路２１の形成方向、或いは主通路２１内を流れる排気ガスの流れの方向において、上流側接続部２６は下流側接続部２７よりも内燃機関１寄りに位置し、下流側接続部２７は上流側接続部２６よりも内燃機関１から離れた部分に位置している。

また、バイパス通路２５には、開閉手段であるバイパスバルブ４０が設けられている。このバイパスバルブ４０は、バイパス通路２５内に設けられており、また、上流側接続部２６と主通路２１との接続部分よりも排気ガスの流れ方向における下流側で、且つ、下流側接続部２７と主通路２１との接続部分よりも排気ガスの流れ方向における上流側に設けられている。また、このバイパスバルブ４０には、内圧を変化させることにより作動するアクチュエータ４１が接続されており、バイパスバルブ４０は、このアクチュエータ４１によって作動可能になっている。また、バイパスバルブ４０は、このようにアクチュエータ４１によって作動することによりバイパス通路２５内を開閉可能に設けられている。

このようにバイパスバルブ４０に接続されるアクチュエータ４１には、内側に空気が通るチューブである制御チューブ４６が接続されており、さらに、この制御チューブ４６においてアクチュエータ４１に接続されている側に位置する端部の反対側の端部には、ＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）４２が接続されている。このＶＳＶ４２には、さらに２つのチューブが接続されており、一方のチューブは大気圧チューブ４７となっており、他方のチューブは負圧チューブ４８となっている。ＶＳＶ４２は、制御チューブ４６と大気圧チューブ４７とを連通する、または、制御チューブ４６と負圧チューブ４８とを連通することを、切り替えることができるように設けられている。

また、負圧チューブ４８が設けられている側の経路には、負圧タンク４３及びチェック弁４４が設けられており、ＶＳＶ４２からみて、負圧タンク４３、チェック弁４４の順に設けられている。このように設けられるＶＳＶ４２と負圧タンク４３とは、ＶＳＶ４２に接続されている負圧チューブ４８によって接続されている。また、負圧タンク４３とチェック弁４４との間にも負圧チューブ４８が設けられており、負圧タンク４３とチェック弁４４とは、この負圧チューブ４８によって接続されている。このうち、負圧タンク４３は、内側の空気圧が、大気圧よりも低い状態を維持できるように設けられている。

また、チェック弁４４には、負圧タンク４３に接続される負圧チューブ４８とは異なる、別の負圧チューブ４８が接続されており、この負圧チューブ４８における、チェック弁４４に接続されている側に位置する端部の反対側の端部は、直接、或いは間接的に、前記吸気管１０に接続されている。また、このチェック弁４４は、空気が負圧タンク４３側から吸気管１０の方向にのみ流れることができるように設けられている。

前記排気管１１内には、内側に排気ガスを浄化する浄化手段である触媒３０が設けられており、このうち、前記主通路２１には、内側に排気ガスを浄化する触媒３０のうち第１触媒３１が設けられている。詳しくは、第１触媒３１は、主通路２１の形成方向において上流側接続部２６が接続される部分と下流側接続部２７が接続される部分との間に位置している。また、排気管１１には、当該排気管１１内を流れる排気ガスの流れ方向における下流側接続部２７の下流側に、触媒３０のうち第２触媒３２が設けられている。これらの第１触媒３１と第２触媒３２とは、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒となっている。

また、吸気管１０には、燃料を吸気管１０内に噴射する燃料供給手段であるインジェクタ５０が配設されており、当該インジェクタ５０は、燃料を吸気管１０内に噴射することにより内燃機関１に対して燃料を供給可能に設けられている。さらに、吸気管１０には、当該吸気管１０内を開閉可能に設けられたスロットルバルブ１４が配設されている。このスロットルバルブ１４は、当該内燃機関１を搭載する車両の運転席に設けられたアクセルペダル５５を操作することによって、吸気管１０内を開閉可能になっている。また、このアクセルペダル５５には、当該アクセルペダル５５の状態、即ちアクセル開度を検出するアクセルペダルセンサ５６が接続されている。

また、排気管１１には、排気管１１内を流れる排気ガスの成分を検出するガス成分検出手段である上流側Ｏ₂センサ５１及び下流側Ｏ₂センサ５２が設けられている。この上流側Ｏ₂センサ５１及び下流側Ｏ₂センサ５２は、排気ガス内に含まれる酸素（Ｏ₂）の量を検出可能に設けられている。また、これらの上流側Ｏ₂センサ５１及び下流側Ｏ₂センサ５２は、詳しくは、上流側Ｏ₂センサ５１は、排気管１１において上流側接続部２６よりも上流側に設けられており、下流側Ｏ₂センサ５２は、排気管１１において下流側接続部２７よりも下流側に設けられている。さらに、バイパス通路２５に設けられるバイパスバルブ４０の近傍には、当該バイパスバルブ４０の開閉状態を検出する開閉状態検出手段であるバイパスバルブセンサ５３が設けられている。

これらのインジェクタ５０、アクセルペダルセンサ５６、上流側Ｏ₂センサ５１、下流側Ｏ₂センサ５２、バイパスバルブセンサ５３及び前記ＶＳＶ４２は、全て当該内燃機関１を搭載する車両（図示省略）の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０に接続されている。

このＥＣＵ６０には、処理部６１、記憶部６７及び入出力部６８が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ６０に接続されているインジェクタ５０、アクセルペダルセンサ５６、上流側Ｏ₂センサ５１、下流側Ｏ₂センサ５２、バイパスバルブセンサ５３及び前記ＶＳＶ４２は、入出力部６８に接続されており、入出力部６８は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部６７には、本発明に係る排気バイパス装置１５を制御するコンピュータプログラム、即ち、本発明に係る排気バイパス装置１５の制御方法を実現するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部６７は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。

また、処理部６１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、少なくとも、内燃機関１の運転状態を取得する運転状態取得部６２と、排気ガスの成分を取得するガス成分取得部６３と、内燃機関１の運転状態が減速状態であるかを判定する運転状態判定部６４と、バイパスバルブ４０の開閉状態を判定する開閉状態判定部６５と、排気ガスの成分がバイパスバルブ４０を開く基準となる基準成分であるかを判定するガス成分判定部６６とを有している。

当該排気バイパス装置１５が有するバイパスバルブ４０の制御は、アクセルペダルセンサ５６や上流側Ｏ₂センサ５１、下流側Ｏ₂センサ５２、バイパスバルブセンサ５３など車両の各部に設けられたセンサ（図示省略）による検出結果に基づいて、処理部６１が前記コンピュータプログラムを当該処理部６１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じてＶＳＶ４２を作動させることにより、バイパスバルブ４０を制御する。その際に処理部６１は、適宜記憶部６７へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように排気バイパス装置１５を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ６０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。また、このＥＣＵ６０と、当該ＥＣＵ６０に接続されるＶＳＶ４２、及びバイパスバルブ４０に接続されるアクチュエータ４１は、バイパスバルブ４０の開閉を制御し、バイパスバルブ４０を作動させる制御手段として設けられている。

この実施例に係る内燃機関１の排気バイパス装置１５は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。内燃機関１を運転すると、吸気管１０に設けられたインジェクタ５０から吸気管１０内に燃料を噴射することにより、吸気管１０内を流れる空気と燃料とが混合し、吸気管１０内で燃料と空気との混合気が作られる。この混合気は、吸気バルブ１２が開いた際に吸気管１０から燃焼室５内に入り込む。燃焼室５内に入り込んだ混合気は、点火プラグ６が点火した際に着火し、燃焼室５内で燃焼する。燃料の燃焼後のガスは、排気ガスとなって排気バルブ１３が開いた際に排気管１１の方向に流れ、燃焼室５内から排出される。

また、このように内燃機関１を運転している際には、吸気管１０から燃焼室５内に混合気が吸い込まれるため、吸気管１０内の空気圧は大気圧よりも低くなる、即ち、吸気管１０内は負圧になる。このため、チェック弁４４に接続されている負圧チューブ４８のうち、吸気管１０側に位置する負圧チューブ４８内も負圧になり、この負圧チューブ４８内の空気圧が負圧タンク４３側に位置する負圧チューブ４８内の空気圧よりも低い場合には、チェック弁４４が開く。これにより、負圧タンク４３方向から吸気管１０の方向に空気が流れ、負圧タンク４３内の空気圧は低くなる。これに対し、チェック弁４４に接続される負圧チューブ４８のうち、吸気管１０側に位置する負圧チューブ４８内の空気圧よりも、負圧タンク４３側に位置する負圧チューブ４８内の空気圧の方が低い場合には、チェック弁４４は閉じられる。これにより、負圧タンク４３内の空気圧は低い状態で維持される。

また、負圧タンク４３は、チェック弁４４側の負圧チューブ４８と異なる負圧チューブ４８によってＶＳＶ４２と接続されているが、ＶＳＶ４２は、制御チューブ４６と大気圧チューブ４７とを連通する、または、制御チューブ４６と負圧チューブ４８とを連通することを、切り替えることができるように設けられている。この制御チューブ４６は、アクチュエータ４１に接続されているため、ＶＳＶ４２を切り替えることにより、アクチュエータ４１に大気圧、または負圧を伝えることができる。このように、大気圧や負圧を伝えることにより、アクチュエータ４１は作動し、アクチュエータ４１に接続されるバイパスバルブ４０も作動する。つまり、バイパスバルブ４０は、ＶＳＶ４２を切り替えることにより作動可能になっている。

内燃機関１の運転時には、排気ガスが排気管１０内を流れるが、内燃機関１の始動直後や内燃機関１を低回転・低負荷で運転している際には、ＥＣＵ６０からＶＳＶ４２に信号を送り、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を閉じる。これにより、バイパス通路２５内は閉じられるが、この状態では、排気ガスは、バイパス通路２５には流れず、上流側接続部２６付近から主通路２１内に流れ込む。この主通路２１内には、第１触媒３１が設けられているため、主通路２１内を流れる排気ガスは、第１触媒３１を通過し、排気ガスは第１触媒３１により浄化される。第１触媒３１を通過した排気ガスは、さらに、排気ガスの流れ方向において下流側接続部２７よりも下流側に位置する第２触媒３２の方向に流れる。このため、排気ガスは、第２触媒３２を通過し、第２触媒３２により浄化される。バイパスバルブ４０を閉じた状態では、排気ガスはこのように主通路２１内を流れるが、内燃機関１の暖気運転時や低回転・低負荷時には、排気ガスの温度は低くなっている。ここで、第１触媒３１と第２触媒３２とでは、浄化温度は同じであるが、排気ガスは、流れ方向で放熱し温度勾配を持つため、第２触媒３２よりも、排気ガスの流れ方向において上流側に位置する第１触媒３１の方が、高温に晒され易くなっている。このため、第１触媒３１は温度が高くなり易いが、内燃機関１の低回転・低負荷時等には排気ガスの温度は低くなっているため、バイパスバルブ４０を閉じ、主通路２１内に設けられた第１触媒３１を排気ガスが通過するようにした場合でも、第１触媒３１の温度は高くなり過ぎることが抑制される。

また、内燃機関１を高回転・高負荷で運転している際には、ＥＣＵ６０からＶＳＶ４２に信号を送り、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を開ける。バイパスバルブ４０を開けることによってバイパス通路２５内が開かれると、排気ガスは上流側接続部２６付近からバイパス通路２５に流れ込む。この場合、排気管１０内を流れる排気ガスは、ほぼ全てバイパス通路２５に流れるため、主通路２１内には流れなくなる。このように、バイパスバルブ４０を開けた状態では、排気ガスは主通路２１内に流れないため、排気ガスは第１触媒３１を通過することなく第２触媒３２の方向に流れて第２触媒３２を通過し、第２触媒３２のみにより浄化される。また、内燃機関１を高回転・高負荷で運転する際には排気ガスの温度は高くなるが、排気ガスは放熱しながら下流方向に流れ、また、第２触媒３２は、排気ガスの流れ方向において第１触媒３１よりも下流側に位置している。このため、高温の排気ガスが第２触媒３２を通過する際には、排気ガスの温度は低下しているので、第２触媒３２の温度が高くなり過ぎることが抑制される。

また、内燃機関１を搭載する車両の運転中は、車両の運転席に設けられたアクセルペダル５５を操作し、スロットルバルブ１４を作動させることによって内燃機関１の運転状態を変化させる。具体的には、内燃機関１を加速させる場合には、アクセルペダル５５を踏み込んでアクセル開度を大きくすることにより、スロットルバルブ１４の開度も大きくなるので、吸気管１０内を流れる吸入空気量は増加する。さらに、この吸入空気量の増加に伴い、インジェクタ５０から噴射する燃料を増加させることにより、内燃機関１に吸入される混合気の量が増加するので、内燃機関１は加速する。

一方、内燃機関１を減速させる場合には、アクセルペダル５５の踏み込み量を小さくし、アクセル開度を小さくすることにより、スロットルバルブ１４の開度も小さくなるので、吸気管１０内を流れる吸入空気量は減少する。さらに、この吸入空気量の減少に伴い、インジェクタ５０から噴射する燃料を減少、または停止させることにより、内燃機関１に吸入される混合気の量も減少するので、内燃機関１は減速する。ここで、内燃機関１の回転数が所定の回転数よりも高い場合において、内燃機関１の運転状態を減速状態にした場合には、インジェクタ５０から噴射される燃料は停止する。即ち、インジェクタ５０は内燃機関１への燃料の供給を停止した状態になり、いわゆるフューエルカットの状態になる。また、バイパスバルブ４０が閉じた状態で内燃機関１を減速する場合には、このフューエルカットを行なう前に、まず、バイパスバルブ４０を開ける。

詳しくは、バイパスバルブ４０が閉じた状態で内燃機関１を減速する場合には、まず、ＥＣＵ６０からＶＳＶ４２に信号を送り、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を開ける。その後、バイパスバルブセンサ５３でバイパスバルブ４０が開いていることを検出してＥＣＵ６０で確認した後、フューエルカットを行なう。このようにフューエルカットをすると、空気のみが燃焼室５内に吸気されて排出されるため、酸素の含有量が多い排気ガスであるリーンガスが排気管１１内を流れるが、バイパスバルブ４０が開いていることにより、このリーンガスはバイパス通路２５内を流れ、主通路２１には流れない。このため、主通路２１内の第１触媒３１の周囲はリーン雰囲気にはならない。

また、このような減速状態から復帰する場合においてバイパスバルブ４０を閉じる場合には、バイパスバルブ４０を閉じる前に、まず、内燃機関１に燃料が供給されていることを確認する。つまり、フューエルカットされている状態から、定速運転や加速運転などインジェクタ５０から燃料を供給する運転状態になる場合において、バイパスバルブ４０を閉じる場合には、バイパスバルブ４０を閉じる前に、排気ガスがリーンガスではないことを確認する。

詳しくは、内燃機関１が減速状態から復帰する場合には、インジェクタ５０から燃料を噴射して内燃機関１に燃料を供給する。燃料を供給すると、燃料は燃焼室５内で燃焼するため、排出される排気ガスに含有される酸素は減少する。排気管１１には、上流側Ｏ₂センサ５１と下流側Ｏ₂センサ５２とが設けられているため、排気管１１内を流れる排気ガスの成分は、この上流側Ｏ₂センサ５１と下流側Ｏ₂センサ５２とによって検出される。この検出によって排気ガス中の酸素の含有量が少ないことが検出され、排気ガス中の酸素の量が少ないことを確認した後、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を閉じる。このようにバイパスバルブ４０を閉じると、リーンガスではない排気ガス、つまり、酸素の含有量の少ない排気ガスが主通路２１内を通り、この排気ガスは第１触媒３１により浄化されて第２触媒３２に向けて流れる。このため、内燃機関１が減速状態から復帰する場合においても、主通路２１内の第１触媒３１の周囲はリーン雰囲気にはならない。

図２は、本発明の実施例に係る排気バイパス装置の制御方法の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る排気バイパス装置１５の制御方法、即ち、当該排気バイパス装置１５の処理手順のうち、内燃機関１の運転状態が減速状態になり、フューエルカットが行なわれるまでの処理手順について詳細に説明する。実施例に係る排気バイパス装置１５の制御方法では、まず、内燃機関１の運転中に、当該内燃機関１の運転状態を取得する（ステップＳＴ１０１）。この運転状態は、アクセルペダルセンサ５６でアクセルペダル５５の開度を検出し、この検出結果がＥＣＵ６０の運転状態取得部６２に伝えられ、伝えられたアクセル開度を内燃機関１運転時の運転状態として運転状態取得部６２で取得する。

次に、運転状態取得部６２が取得した運転状態より、内燃機関１が減速状態であるかを運転状態判定部６４で判定する（ステップＳＴ１０２）。この判定では、アクセルペダル５５が完全に戻された状態の場合に、内燃機関１が減速状態であると判定する。この判定で内燃機関１は減速状態であると判定された場合には、ＶＳＶ４２を弁開に制御する（ステップＳＴ１０３）。即ち、ＥＣＵ６０からＶＳＶ４２に対して、バイパスバルブ４０を開ける信号を送り、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を開ける。また、内燃機関１が減速状態であるかの判定で、内燃機関１が減速状態ではないと判定された場合には、この制御から抜ける。

次に、バイパスバルブ４０が開いているかを判定する（ステップＳＴ１０４）。この判定は、バイパスバルブセンサ５３でバイパスバルブ４０の開閉状態を検出し、この開閉状態がＥＣＵ６０の開閉状態判定部６５に伝えられ、開閉状態判定部６５でバイパスバルブ４０が開いているかを判定する。この判定でバイパスバルブ４０は開いていると判定された場合には、フューエルカットを行なう（ステップＳＴ１０５）。つまり、フューエルカットは、バイパスバルブ４０が開いていることをＥＣＵ６０で確認した後に行なう。

図３は、本発明の実施例に係る排気バイパス装置の制御方法の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る排気バイパス装置１５の制御方法、即ち、当該排気バイパス装置１５の処理手順のうち、内燃機関１が減速状態から復帰する場合における処理手順について詳細に説明する。内燃機関１の運転状態が減速状態においても、実施例に係る排気バイパス装置１５の制御方法では、アクセルペダルセンサ５６と運転状態取得部６２とにより、内燃機関１の運転状態を取得する（ステップＳＴ２０１）。次に、運転状態取得部６２が取得した運転状態より、内燃機関１が減速状態であるかを運転状態判定部６４で判定する（ステップＳＴ２０２）。この判定で内燃機関１が減速状態ではないと判断された場合には、インジェクタ５０から吸気管１０内に燃料を噴射して、内燃機関１に燃料を供給する（ステップＳＴ２０３）。これにより、燃焼室５内には燃料と空気との混合気が吸入され、燃料が燃焼室５で燃焼することにより、内燃機関１は減速状態から復帰する。つまり、燃料が燃焼室５内で燃焼することにより、内燃機関１の運転状態は定速運転状態や加速状態になり、減速状態以外の運転状態になる。

次に、排気管１１内を流れる排気ガスの成分を取得する（ステップＳＴ２０４）。この排気ガスの成分は、排気ガス中の酸素の含有量を検出する上流側Ｏ₂センサ５１と下流側Ｏ₂センサ５２とにより検出し、検出結果がＥＣＵ６０のガス成分取得部６３に伝えられ、ガス成分取得部６３で取得する。次に、ガス成分取得部６３で取得した排気ガスの成分が、空気と燃料との重量比で示した基準成分である基準Ａ／Ｆ（空気重量／燃料重量）であるかを、ガス成分判定部６６で判定する（ステップＳＴ２０５）。この基準Ａ／Ｆは、バイパスバルブ４０を開く基準となる排気ガスの成分である基準成分を、空気と燃料との重量比で示したものである。また、この判定では、ガス成分取得部６３が取得した排気ガスの成分のうち、下流側Ｏ₂センサ５２が検出してガス成分取得部６３が取得した排気ガスの成分が、基準Ａ／Ｆであるかを、ガス成分判定部６６で判定する。詳しくは、基準Ａ／Ｆは、所定の範囲を有しており、ステップＳＴ２０５では、取得した排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆの範囲内であるかを判定する。

この判定により、取得した排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆである場合には、ＥＣＵ６０からＶＳＶ４２に対して、バイパスバルブ４０を閉じる信号を送り、ＶＳＶ４２を切り替えてバイパスバルブ４０を閉じる（ステップＳＴ２０６）。また、ガス成分取得部６３で取得した排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆではない場合には、バイパスバルブ４０を開けたままの状態を維持し（ステップＳＴ２０７）、再び排気ガスの成分を取得し（ステップＳＴ２０４）、取得した排気ガスが基準Ａ／Ｆであるかを判定する（ステップＳＴ２０５）。つまり、排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆの場合にのみ、バイパスバルブ４０を閉じる。

以上の内燃機関１の排気バイパス装置１５は、アクセルペダルセンサ５６で検出した運転状態が減速状態で、且つ、バイパスバルブセンサ５３で検出した開閉状態が、バイパスバルブ４０が開いている状態である場合に、インジェクタ５０は内燃機関１への燃料の供給を停止している。つまり、インジェクタ５０は、内燃機関１が減速状態の場合で、且つ、バイパスバルブ４０が開いているのが確認された場合に、内燃機関１への燃料の供給を停止している。バイパスバルブ４０を開けると、排気ガスは主通路２１には流れず、バイパス通路２５内を流れるが、インジェクタ５０は、バイパスバルブ４０が開いていることが確認された場合に燃料の供給を停止している。このため、燃料の供給が停止した状態における排気ガス、即ちリーンガスは、主通路２１には流れないので、主通路２１内に設けられた第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う、浄化手段である触媒３０の劣化を抑制することができる。

また、内燃機関１が減速状態から復帰する場合には、インジェクタ５０は、内燃機関１が減速状態ではないことを検出した場合に内燃機関１に燃料を供給するが、バイパスバルブ４０は、下流側Ｏ₂センサ５２で検出した排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆではない場合には、バイパス通路２５を閉じない。つまり、内燃機関１に燃料を供給した場合でも、排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆでない場合には、排気ガスはリーンガスである場合があるが、この場合、バイパス通路２５を閉じると主通路２１にリーンガスが流れるので、第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になる虞がある。このため、下流側Ｏ₂センサ５２で検出した排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆである場合にのみバイパス通路２５を閉じることにより、より確実に第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う触媒３０の劣化を抑制することができる。

また、下流側Ｏ₂センサ５２で排気ガスの成分を検出する際に、排気ガスに含まれる酸素の量を検出しているので、より確実に排気ガスがリーンガスであるかを検出することができる。つまり、内燃機関１に燃料が供給された場合には、燃料は燃焼室５で燃焼して混合気中の酸素は減少するので、排気ガス中の酸素を検出することにより、内燃機関１に燃料が供給されたことを検出できる。これにより、より確実に排気ガスがリーンガスであるかを検出することができる。従って、減速状態から復帰する場合に、内燃機関１に燃料を供給することによって排気ガスがリーンガスではない状態になった場合にのみバイパス通路２５を閉じることができ、より確実に第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを抑制できる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う触媒３０の劣化を抑制することができる。

また、上述した排気バイパス装置１５の制御方法は、内燃機関１が減速状態であるかを運転状態判定部６４で判定し、内燃機関１が減速状態である場合にはバイパスバルブ４０を開け、さらにバイパスバルブ４０が開いているかを開閉状態判定部６５で判定してバイパスバルブ４０が開いている場合に、内燃機関１への燃料の供給を停止している。つまり、内燃機関１への燃料の供給を停止する際にバイパスバルブ４０が開いていることを確認し、バイパスバルブ４０が開いている場合にのみフューエルカットを行なっている。これにより、フューエルカットされた状態における排気ガスであるリーンガスが、主通路２１内に流れ、第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う触媒３０の劣化を抑制することができる。

また、上述した排気バイパス装置１５の制御方法は、内燃機関１が減速状態となりフューエルカットされた後、減速状態から復帰する際に、内燃機関１に燃料を供給し、排気ガスの成分が基準Ａ／Ｆであるかをガス成分判定部６６で判定して排気ガスが基準Ａ／Ｆである場合にのみバイパスバルブ４０を閉じている。つまり、内燃機関１に燃料を供給して主通路２１内の第１触媒３１に排気ガスを流す場合に、ガス成分取得部６３で排気ガスの成分を取得して排気ガスがリーンガスではないことを確認し、リーンガスでないことが確認された場合に、バイパスバルブ４０を閉じて主通路２１内に排気ガスを流している。これにより、第１触媒３１の周囲がリーン雰囲気になることを、より確実に抑制することができる。この結果、より確実にリーン雰囲気に伴う触媒３０の劣化を抑制することができる。

なお、上述した排気バイパス装置１５では、アクチュエータ４１等を使用してバイパスバルブ４０を作動させているが、バイパスバルブ４０の作動は、アクチュエータ４１等以外により行なってもよい。内燃機関１の運転中にバイパスバルブ４０の作動を確実に行なえるものであれば、アクチュエータ４１等以外のものを使用してもよい。

また、内燃機関１の運転状態として、アクセルペダルセンサ５６でアクセルペダル５５の開度を検出して、このアクセル開度より内燃機関１の運転状態を取得しているが、検出する運転状態は、アクセル開度以外でもよい。検出する運転状態は、内燃機関１の減速状態を検出できるものであれば、アクセル開度以外でもよい。

また、浄化手段として主通路２１内に設けられる第１触媒３１、及びバイパス通路２５内に設けられる第２触媒３２は、共に三元触媒となっているが、浄化手段は三元触媒以外のものでもよい。例えば、浄化手段として、炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着手段を用いてもよい。上述した排気バイパス装置の主通路２１及びバイパス通路２５内に、三元触媒以外の浄化手段を用いた場合でも、より確実に必要な浄化手段に排気ガスを流すことができる。この結果、より確実に排気ガスを浄化することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置及び排気バイパス装置の制御方法は、排気管がバイパス通路を有している場合に有用であり、特に、触媒をバイパスする機構を有している場合に適している。

本発明の実施例に係る排気バイパス装置が設けられた内燃機関の概略図である。本発明の実施例に係る排気バイパス装置の制御方法の処理手順を示すフロー図である。本発明の実施例に係る排気バイパス装置の制御方法の処理手順を示すフロー図である。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダヘッド
３シリンダブロック
４ピストン
５燃焼室
６点火プラグ
７クランク室
８クランクシャフト
９コネクティングロッド
１０吸気管
１１排気管
１２吸気バルブ
１３排気バルブ
１４スロットルバルブ
１５排気バイパス装置
２１主通路
２５バイパス通路
２６上流側接続部
２７下流側接続部
３０触媒
３１第１触媒
３２第２触媒
４０バイパスバルブ
４１アクチュエータ
４２ＶＳＶ
４３負圧タンク
４４チェック弁
４６制御チューブ
４７大気圧チューブ
４８負圧チューブ
５０インジェクタ
５１上流側Ｏ₂センサ
５２下流側Ｏ₂センサ
５３バイパスバルブセンサ
５５アクセルペダル
５６アクセルペダルセンサ
６０ＥＣＵ
６１処理部
６２運転状態取得部
６３ガス成分取得部
６４運転状態判定部
６５開閉状態判定部
６６ガス成分判定部
６７記憶部
６８入出力部

Claims

内燃機関の排気ガスが流れる第１通路を有し、さらに、前記排気ガスが流れると共に両端で前記第１通路に接続される第２通路を有する排気通路と、
少なくとも前記第１通路内に配設され、且つ、前記排気ガスを浄化する浄化手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記第２通路に配設されていると共に前記第２通路内を開閉可能に設けられており、且つ、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態である場合には前記第２通路内を開く開閉手段と、
前記開閉手段の開閉状態を検出する開閉状態検出手段と、
前記内燃機関に対して燃料を供給可能に設けられていると共に、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態で、且つ、前記開閉検出手段で検出した前記開閉状態が、前記開閉手段が開いている状態である場合には前記燃料の供給を停止する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気バイパス装置。
さらに、前記排気通路には前記排気ガスの成分を検出するガス成分検出手段が設けられており、
前記燃料供給手段は、前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態であることにより前記第２通路内を開けた状態において前記運転状態検出手段で検出した前記運転状態が減速状態ではない場合に、前記内燃機関に燃料を供給し、
前記開閉手段は、前記ガス成分検出手段で検出した前記排気ガスの成分が、前記開閉手段の基準となる基準成分である場合には前記第２通路内を閉じ、前記排気ガスの成分が前記基準成分でない場合には前記第２通路内を開けた状態を維持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バイパス装置。
前記ガス成分検出手段は、前記排気ガスに含まれる酸素の量を検出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気バイパス装置。
内燃機関の運転状態を取得する手順と、
前記運転状態が減速状態であるかを判定する手順と、
前記運転状態が減速状態であると判定された場合に、前記内燃機関の排気ガスを浄化する浄化手段が内設される第１通路に両端で接続される第２通路の内側を開閉可能に設けられた開閉手段を開ける手順と、
前記開閉手段が開いているかを判定する手順と、
前記開閉手段が開いていると判定された場合に前記内燃機関に供給する燃料を停止する手順と、
を含むことを特徴とする排気バイパス装置の制御方法。
さらに、前記燃料の供給が停止された後に、前記内燃機関の運転状態を取得する手順と、
前記運転状態が減速状態であるかを判定する手順と、
前記運転状態が減速状態ではない場合に前記内燃機関に燃料を供給する手順と、
前記排気ガスの成分を取得する手順と、
前記排気ガスの成分が、前記開閉手段の開閉の基準となる基準成分であるかを判定する手順と、
前記排気ガスの成分が前記基準成分でない場合に前記開閉手段が開いた状態を維持する手順と、
前記排気ガスの成分が前記基準成分である場合に前記開閉手段を閉じる手順と、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の排気バイパス装置の制御方法。