JP2009138651A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過給機タービンより下流の排気通路に直列に配設され還元剤を酸化させる第１触媒、第２触媒の温度を、効率的に上昇させ得る過給機付き内燃機関の制御装置の提供。
【解決手段】 この装置は、第１、第２触媒４３，４４に燃料を供給する燃料噴射弁４８，４９、バイパス４５、及びバイパス４５のガス流量を調整する制御弁７１ｃを備えている。このバイパス４５は、一端４５ａがタービン５１よりも上流の排気通路４１に、他端４５ｂが第１、第２触媒４３，４４間の排気通路４１に接続されるようになっている。そして、触媒温度に係る所定条件が成立した場合、触媒に燃料供給されるとともに、バイパス４５が連通される。これにより、第１触媒４３に流入するガスの流量が、燃料酸化による発熱が大きくなる流量に調整され得る。一方、第２触媒４４においては、燃料酸化による熱の発生に加え、バイパス４５を介してタービン５１を経ない高温ガスが流入し得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される過給機（ターボチャージャ）付き内燃機関の制御装置に関する。

過給機付き内燃機関として、第１ターボチャージャと、第１ターボチャージャよりも容量が小さい第２ターボチャージャとを備える所謂ツインターボエンジンが知られている。係るツインターボエンジンでは、ターボラグを抑制しつつ広い運転領域に亘って過給を実行するため、第２ターボチャージャのタービンが、第１ターボチャージャのタービンよりも上流の排気通路に配設されている場合が多い。

また、一般に、係るツインターボエンジンにおいては、排ガス浄化のための触媒が、上記第１ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路に配設されている。この触媒は、触媒に流入する排ガスの熱を利用して、浄化機能を確保するようになっている。従って、排ガスを適切に浄化するためには、触媒に温度の高い排ガスを流入させることが好ましい。

かかる観点に基づき、下記特許文献１に記載のツインターボエンジンの排ガス浄化装置は、第１ターボチャージャのタービンを迂回するバイパス通路と、バイパス通路の開口断面積を調整する制御弁と、を備えている。具体的には、このバイパス通路の一端は、第１ターボチャージャのタービンよりも上流の排気通路であって第２ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路に接続されている。また、上記バイパス通路の他端は、第１ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路であって、触媒よりも上流の排気通路に接続されている。

下記特許文献１に記載の装置は、内燃機関の冷間時等において上記バイパス通路の制御弁が開状態とされるようになっている。これによれば、上記冷間時等の場合、高温の排ガスが、バイパス通路を介して直接触媒に流入し得る。即ち、排ガスが第１ターボチャージャのタービンを介することによる、排ガス温度の大きな低下を抑制することができる。この結果、上記冷間時等の場合であっても、排ガスを適切に浄化することができる。
実開平２−９４３３２号公報

ところで、更なる排ガスの低エミッション化等の観点から、内燃機関が、排気通路に複数（例えば２つ）の触媒（触媒層）を直列的に備えている場合が多い。この場合、触媒の配設位置が排気通路のより下流側であるほど、排ガスの熱を利用し難いため、触媒温度が上昇し難い。

他方、触媒が酸化発熱反応を起こし得るものである場合、触媒温度を上昇させるために、触媒よりも上流の排気通路に還元剤（例えば燃料等）を供給することも考えられる。これは、排ガスの熱だけでなく、触媒での還元剤の酸化により発生する熱も利用できるという観点に基づく。

この場合、触媒における発熱速度が最も大きくなる、還元剤（及び、排ガス中の酸素）の触媒での滞留時間が存在することが知られている。即ち、触媒に流入するガス（即ち、排ガス及び還元剤）における還元剤の濃度が一定の場合において、触媒における発熱速度が最も大きくなるガスの流量が存在する（以下、このガスの流量を「最適ガス流量」とも称呼する。）。

本発明者は、これらのことを考慮して、複数の触媒温度を効率的に上昇させ得る手法を考案した。

本発明の目的は、ターボチャージャを備えた内燃機関に適用される制御装置であって、排気通路に配設される第１触媒、及び第１触媒よりも下流の排気通路に配設される第２触媒それぞれの温度を効率的に上昇させ得る制御装置を提供することにある。

本発明に係る制御装置は、内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される第１ターボチャージャを備えた内燃機関に適用される。

本発明に係る制御装置の特徴は、前記第１ターボチャージャのタービンよりも下流の前記内燃機関の排気通路に配設されていて供給された還元剤を酸化発熱反応させる第１触媒と、前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設されていて供給された還元剤を酸化発熱反応させる第２触媒と、前記第１触媒よりも上流の前記排気通路に前記還元剤を供給する供給機構と、一端が前記第１ターボチャージャのタービンよりも上流の前記排気通路と接続され他端が前記第１触媒よりも下流であって前記第２触媒よりも上流の前記排気通路と接続された第１バイパス通路と、前記第１バイパス通路に介装され前記第１バイパス通路の開口断面積を調整する第１制御弁と、前記第１触媒の温度及び／又は前記第２触媒の温度に係わる所定の条件成立時前記供給機構により前記還元剤を供給し且つ前記第１制御弁を開状態とする触媒暖機制御を行う制御手段と、を備えたことにある。

ここにおいて、第１制御弁が開状態である状態は、第１バイパス通路の開口断面積がゼロよりも大きい値である状態を意味している。

この場合、前記供給機構が、前記第１バイパス通路の前記一端よりも上流の前記排気通路、及び前記第１バイパス通路の前記一端よりも下流の前記排気通路に前記還元剤を供給するように構成されることが好適である。

これによれば、触媒暖機制御が実行されることで、ガスが排気通路から第１バイパス通路を介して第２触媒へ流入し得る。このガスは、第１ターボチャージャのタービンを経ていないため、温度の低下度合いが小さい。従って、第２触媒に流入するガスの熱により、第２触媒の温度が迅速に上昇し得る。

また、触媒暖機制御の実行時にて、第１バイパス通路の一端よりも上流の排気通路に還元剤が供給される。これにより、還元剤が排気通路から第１バイパスを介して第２触媒へ流入し得る。従って、第２触媒に流入するガスの熱に加え、第２触媒における還元剤の酸化発熱反応により、第２触媒の温度がより迅速に上昇し得る。

一方、触媒暖機制御の実行時にて、第１触媒よりも上流の排気通路に還元剤が供給される。これにより、排ガスと還元剤とを含むガスが第１触媒に流入し得る。また、触媒暖機制御が実行されることで、第１バイパス通路をガスが流通する分に応じて、第１触媒に流入するガスの流量が、第１バイパス通路の一端よりも上流の排気通路におけるガスの流量（以下、このガスの流量を「総ガス流量」とも称呼する。）よりも小さくなり得る。

ここで、上記総ガス流量は、上記最適ガス流量よりも大きい場合が多い。即ち、上記総ガス流量は、上記最適ガス流量から大きく乖離した値となる場合が多い。従って、触媒暖機制御の実行により、第１触媒に流入するガスの流量が、上記最適ガス流量近傍の値となり得る。これにより、第１触媒における還元剤の酸化発熱反応による発熱速度が最大値に近づき得る。この結果、第１触媒の温度が迅速に上昇し得る。

以上のように、上記構成によれば、触媒暖機制御が実行されることで、第１、第２触媒の温度を効率的に上昇させることができる。

また、上記本発明に係る制御装置は、一端が前記第１ターボチャージャのタービンよりも上流の前記排気通路と接続され他端が前記第１触媒よりも上流であって前記第１ターボチャージャのタービンよりも下流の前記排気通路と接続された第２バイパス通路と、前記第２バイパス通路に介装され前記第２バイパス通路の開口断面積を調整する第２制御弁とを備え、前記制御手段が、前記触媒暖機制御実行時において前記第２制御弁を開状態とするように構成されることが好適である。

ここにおいて、第２制御弁が開状態である状態は、第２バイパス通路の開口断面積がゼロより大きい値である状態を意味している。

これによれば、触媒暖機制御が実行されることで、ガスが排気通路から第２バイパス通路を介して第１触媒へ流入し得る。このガスは、第１ターボチャージャのタービンを経ていないため、温度の低下度合いが小さい。従って、第１触媒に流入するガスの熱により、第１触媒の温度がより迅速に上昇し得る。

この場合、前記制御手段が、前記所定の条件成立時であって且つ前記第１触媒の温度及び／又は前記第２触媒の温度が、前記還元剤が前記酸化発熱反応により適切に浄化され得ると判定される温度範囲の下限値よりも低い場合、前記触媒暖機制御実行時において前記供給機構による前記還元剤の供給を禁止するとともに前記第１制御弁を開状態に代えて閉状態とするように構成されることがより好適である。

ここにおいて、第１制御弁が閉状態である状態は、第１バイパス通路の開口断面積がゼロである状態を意味している。

触媒温度が上記下限値よりも低い場合に、還元剤が触媒に供給されると、還元剤が未浄化のまま触媒下流へ排出されてしまう度合いが大きい。従って、触媒暖機制御において、この場合には、還元剤の供給を禁止するとともに、第１バイパス通路の遮断により大きい流量の高温の排ガスを第１触媒へ流入させた方が好ましい。

上記構成は係る知見に基づく。これによれば、触媒暖機制御実行時において、還元剤が外部へ排出されてしまうことが抑制され得る。また、第１触媒の温度及び／又は前記第２触媒の温度が、前記下限値よりも低い場合には、還元剤が触媒に流入しない代わりに、高温の排ガスが排気通路から第２バイパス通路を介し、且つ、上記総ガス流量をもって第１触媒へ流入し得る。従って、触媒暖機制御実行時において、触媒温度が上記下限値よりも低い場合であっても、第１触媒の温度が迅速に上昇し得る。

また、上記本発明に係る制御装置においては、前記制御手段が、前記第１制御弁の開口断面積を前記内燃機関の吸気通路を流通する空気の流量に基づいて調整するように構成されることが好適である。

この場合、前記制御手段が、前記第１制御弁の開口断面積を、前記吸気通路を流通する空気の流量が大きいほどより大きい値に調整するように構成されることがより好適である。

一般に、吸気通路を流通する空気の流量が大きいほど、上記総ガス流量が大きくなる。従って、第１触媒に流入するガスの流量を上記最適ガス流量に近づけるためには、上記空気流量が大きいほど、第１バイパス通路を通過するガスの流量を大きくすればよい。

上記構成は係る知見に基づく。これによれば、内燃機関の運転状態の変化により上記空気流量が変化する場合であっても、第１触媒に流入するガスの流量を、上記最適ガス流量近傍の値に維持することができる。従って、触媒暖機制御の実行において、上記空気流量に係わらず、第１触媒の温度が迅速に上昇し得る。

一方、第２触媒においては、第１触媒とは異なり、総ガス流量と略等しい流量のガスが流入する。このため、空気流量が大きいほど、第２触媒に流入するガスの流量は上記最適ガス流量から乖離し得る。

上記構成によれば、上記空気流量が大きいほど、第２触媒へ流入するガスの流量に対する、排気通路から第１バイパス通路を介して第２触媒へ流入するガスの流量の割合が大きくなる。この第１バイパス通路を通過するガスにおいては、上述したように温度の低下度合いが小さい。

従って、触媒暖機制御の実行においては、空気流量が大きいほど、第２触媒に流入するガス流量が上記最適ガス流量から乖離するものの、第２触媒に流入するガスの温度が高くなり得る。この結果、上記空気流量が大きい場合であっても、第２触媒の温度が迅速に上昇し得る。

また、上記本発明に係る制御装置においては、前記内燃機関が、前記内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される前記第１ターボチャージャよりも容量が小さい第２ターボチャージャを備え、前記第２ターボチャージャのタービンが、前記第１バイパス通路の前記一端よりも上流の前記排気通路に配設されることが好適である。

これによれば、触媒暖機制御の実行時には、ガスが第２ターボチャージャを経た後に第１バイパス通路に流入し得る。ここで、第２ターボチャージャの容量は、第１ターボチャージャに比して小さいため、第２ターボチャージャを経た後のガスの温度の低下度合いは小さい。即ち、第１、第２触媒に比較的高い温度のガスが流入し得る。以上のことから、触媒暖気制御において、第１、第２触媒の温度を効率的に上昇させつつ、第２ターボチャージャの駆動による過給を実行することができる。

この場合、本発明に係る制御装置に前記第２バイパス通路と、前記第２制御弁とが備えられていて、前記第１ターボチャージャのタービンの下流端から前記排気通路における前記第１ターボチャージャのタービンの下流端から前記第２バイパス通路の前記他端までの部分、前記第２バイパス通路の一部又は全部、前記第１バイパス通路の一部又は全部を経由して前記第１バイパス通路の前記他端まで形成される最短経路よりも、前記第２ターボチャージャのタービンの下流端から前記排気通路における前記第２ターボチャージャのタービンの下流端から前記第１バイパス通路の前記一端までの部分、前記第１バイパス通路を経由して前記第１バイパス通路の前記他端まで形成される最短経路のほうが短いとより好適である。

これによれば、排気通路から第１バイパス通路を介して第２触媒へ流入するガスの経路を短くすることができる。この経路が短いほど、同経路を流通するガスの温度の低下度合いが小さい。従って、上記構成にて触媒暖機制御が実行されることで、第２触媒の温度がより迅速に上昇し得る。

以下、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置をツインターボ内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、エンジン本体２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、第１ターボチャージャ５０と、第２ターボチャージャ６０と、を備えている。

エンジン本体２０には、４つの気筒２１が直列に配置されている。各気筒２１の上部には、各気筒２１に向けて燃料を噴射する筒内噴射弁２２が配設されている。本例のシステムは、各気筒２１における圧縮行程後半（圧縮上死点近傍）にて、各筒内噴射弁２２から燃料噴射がなされるようになっている。また、各気筒２１の筒内での燃焼により生じる排ガスの空燃比が、理論空燃比よりもリーンとなるようになっている。

吸気系統３０は、吸気通路３１と、吸気通路３１に連通したインテークマニホールド３２と、を備えている。吸気通路３１には、下流に向けて順にエアクリーナ３３と、インタークーラ３４と、が配設されている。この吸気系統３０により、エンジン本体２０に空気が供給されるようになっている。

排気系統４０は、排気通路４１と、排気通路４１に連通したエキゾーストマニホールド４２と、を備えている。この排気系統４０により、エンジン本体２０からの排ガスが外部に放出されるようになっている。

第１ターボチャージャ５０は、第１タービン５１と、第１コンプレッサ５２と、を備えている。第１タービン５１と、第１コンプレッサ５２とは、タービンシャフト５３により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第１タービン５１は、排気通路４１に配設されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第１コンプレッサ５２は、吸気通路３１に配設されていて、第１タービン５１により回転駆動されるようになっている。

第２ターボチャージャ６０は、第２タービン６１と、第２コンプレッサ６２と、を備えている。第２タービン６１と、第２コンプレッサ６２とは、タービンシャフト６３により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第２タービン６１は、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１に配設されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第２コンプレッサ６２は、第１コンプレッサ５２よりも下流の吸気通路３１に配設されていて、第２タービン６１により回転駆動されるようになっている。

この内燃機関１０は、第１ターボチャージャ５０、及び／又は第２ターボチャージャ６０により吸気通路３１内の空気が圧縮されて、過給が実行されるようになっている。本例では、第１、第２ターボチャージャ５０，６０は、第１ターボチャージャ５０の容量に比して、第２ターボチャージャ６０の容量が小さくなるように設計されている。

また、吸気系統３０には、第１コンプレッサバイパス通路３５と、第２コンプレッサバイパス通路３６と、が備えられている。第１コンプレッサバイパス通路３５の一端は、第１コンプレッサ５２よりも上流の吸気通路３１であって、エアクリーナ３３よりも下流の吸気通路３１と接続されている。第１コンプレッサバイパス通路３５の他端は、第１コンプレッサ５２よりも下流の吸気通路３１であって、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１と接続されている。

第２コンプレッサバイパス通路３６の一端は、第２コンプレッサ６２よりも上流の吸気通路３１であって、第１コンプレッサ５２よりも下流の吸気通路３１と接続されている。第２コンプレッサバイパス通路３６の他端は、第２コンプレッサ６２よりも下流の吸気通路３１であって、インタークーラ３４よりも上流の吸気通路３１と接続されている。

また、排気系統４０には、第１触媒４３と、第２触媒４４と、が備えられている。第１触媒４３は、第１タービン５１よりも下流の排気通路４１に配設されている。第１触媒４３は、下流に向けて順に、Ｐｔ等が担持された酸化触媒（ＣＣＯ）と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）と、により構成されている。従って、第１触媒４３では、流入するガスの空燃比がリーンである場合にガス中のＮＯｘが吸蔵され、空燃比がリッチである場合は吸蔵されていたＮＯｘが放出されて還元されるようになっている。

第２触媒４４は、第１触媒４３よりも下流の排気通路４１に配設されている。第２触媒４４は、下流に向けて順に、Ｐｔ等が担持された酸化触媒（ＣＣＯ）と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）と、により構成されている。従って、第２触媒４４では、排ガス中のＰＭがトラップされ、フィルタに堆積したＰＭが燃焼処理されるようになっている。

第１、第２触媒４３，４４の酸化触媒は、流入する未燃ＨＣを酸化して、その反応熱が酸化触媒よりも下流のＮＯｘ吸蔵還元触媒、及びディーゼルパティキュレートフィルタにそれぞれ供給されるようになっている。これにより、排ガスの浄化機能が確保されている。

更に、排気系統４０には、第１タービンバイパス通路４５（前記第１バイパス通路に対応、図１の破線にて囲まれた部分を参照）と、第２タービンバイパス通路４６（前記第２バイパス通路に対応、図１の鎖線にて囲まれた部分を参照）と、第３タービンバイパス通路４７と、が備えられている。

第１タービンバイパス通路４５の一端４５ａは、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１であって、第２タービン６１よりも下流の排気通路４１と接続されている。第１タービンバイパス通路４５の他端４５ｂは、第１触媒４３よりも下流の排気通路４１であって、第２触媒４４よりも上流の排気通路４１と接続されている。

第２タービンバイパス通路４６の一端４６ａは、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１であって、第２タービン６１よりも下流の排気通路４１と接続されている。第２タービンバイパス通路４６の他端４６ｂは、第１タービン５１よりも下流の排気通路４１であって、第１触媒４３よりも上流の排気通路４１と接続されている。

本例では、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６が、それぞれの一端４５ａ，４６ａから所定の位置までの部分が一体となるように構成されている。また、第１タービン５１の下流端５１ａから、排気通路４１における同下流端５１ａ〜上記他端４６ｂの部分、第２タービンバイパス通路４６の一部、及び第１タービンバイパス通路４５の一部を経由して、上記他端４５ｂまで形成される経路よりも、第２タービン６１の下流端６１ａから、排気通路４１における同下流端６１ａ〜上記一端４５ａの部分、第１タービンバイパス通路４５（の全部）を経由して、上記他端４５ｂまで形成される経路の方が短くなるように、排気通路４１、及び第１、第２タービンバイパス通路４５，４６が構成されている。

第３タービンバイパス通路４７の一端は、第２タービン６１よりも上流の排気通路４１と接続されている。第３タービンバイパス通路４７の他端は、第２タービン６１よりも下流の排気通路４１であって、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１と接続されている。

加えて、排気系統４０には、第１燃料噴射弁４８と、第２燃料噴射弁４９と、が備えられている。第１燃料噴射弁４８は、エキゾーストマニホールド４２の下流側集合部近傍の排気通路４１に配設されていて、第２タービン６１よりも上流の排気通路４１に向けて燃料（前記還元剤に対応）を噴射するようになっている。第２燃料噴射弁４９は、第２タービンバイパス通路４６の他端４６ｂよりも下流の排気通路４１に配設されていて、排気通路４１に向けて燃料（前記還元剤に対応）を噴射するようになっている。これらの第１、第２燃料噴射弁４８，４９が、前記供給機構に対応する。

また、吸気系統３０、及び排気系統４０には、ガスの流量を調整するための制御弁が６つ備えられている。制御弁７１ａは、第１タービンバイパス通路４５の一端４５ａ（第２タービンバイパス通路４６の一端４６ａ）よりも下流の排気通路４１であって、第３タービンバイパス通路４７の他端よりも上流の排気通路４１に介装されている。

制御弁７１ｂは、第１タービンバイパス通路４５と、第２タービンバイパス通路４６との一体に構成されている部分に介装されている。制御弁７１ｃは、第１タービンバイパス通路４５（であって、第２タービンバイパス通路４６と一体に構成されていない部分）に介装されている。即ち、制御弁７１ｂ，７１ｃが前記第１制御弁に対応し、制御弁７１ｂが前記第２制御弁に対応する。

制御弁７１ｄ，７１ｅ，７１ｆは、第３タービンバイパス通路４７、第２コンプレッサバイパス通路３６、第１コンプレッサバイパス通路３５にそれぞれ介装されている。制御弁７１ａ〜７１ｆは、制御弁ごとに備えられたアクチュエータによりそれぞれ駆動されることで、ガスが流通する通路の開口断面積の調整が達成されるようになっている。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ８１と、第１触媒温度センサ８２と、第２触媒温度センサ８３と、を備えている。熱線式エアフローメータ８１は、吸気通路３１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの空気流量Ｇａ（質量流量）を検出するようになっている。第１、第２触媒温度センサ８２，８３は、第１、第２触媒４３，４４（の酸化触媒）の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２を検出するようになっている。

更に、このシステムは、ＣＰＵ等から構成されるＥＣＵ（電気制御装置）９１を備えている。ＥＣＵ９１は、上記センサ８１〜８３と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ９１は、ＣＰＵにセンサ８１〜８３からの信号を供給するとともに、ＣＰＵの指示に応じて第１、第２燃料噴射弁４８，４９、制御弁７１ａ〜７１ｆのアクチュエータ等にそれぞれ駆動信号を送出する。

（触媒暖機制御）
次に、上述のように構成された過給機付き内燃機関の制御装置が実行する、触媒暖機制御について、図２、及び図３を参照しながら説明する。

図２は、ＥＣＵ９１が備えるＣＰＵが、所定時間の経過毎に繰り返し実行する触媒暖機制御ルーチンを、フローチャートにより示した図である。図３は、時刻ｔ０にて内燃機関１０が始動される場合において、本例の制御装置による触媒暖機制御が実行される場合における、上記時刻ｔ０以降の第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２の変化の一例を示したタイムチャートである。以下、上記時刻ｔ０以降の制御装置の作動について説明する。

時刻ｔ０において、ＥＣＵ９１のＣＰＵは図２のステップ２００から処理を開始してステップ２０５に進み、触媒暖機制御の開始条件が成立しているか否かを判定する。ここで、本例における触媒暖機制御の開始条件は、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が、第１触媒４３の活性温度ＴＨＣ１ａｃｔ以下である場合に成立する。

現時点は内燃機関１０の始動直後であるので、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１は上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔよりも低い。従って、上記ＣＰＵはステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１０に進んで、後述する基本暖機制御の開始条件が成立しているか否かを判定する。

ここで、本例における基本暖機制御の開始条件は、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が、第１、第２触媒４３，４４にて未燃ＨＣが酸化発熱反応により適切に浄化され得ると判定される温度の下限値（以下、「ライトオフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）温度」とも称呼する。）ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔ以上である場合に成立する。

現時点は内燃機関１０の始動直後であるので、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２は、それぞれ上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔよりも低い。従って、上記ＣＰＵはステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２１５に進んで、特殊暖機制御を実行する。以下、特殊暖機制御について詳述する。

図４は、上記６つの制御弁の制御態様をまとめて示した図である。上記特殊暖機制御においては、制御弁７１ａ〜７１ｆの状態が、図４の（Ａ）に示す状態となるように、これらの制御弁のアクチュエータにそれぞれ駆動指示がなされる。なお、図４においては、「開」は制御弁の開度が最大値である状態を意味しており、「閉」は制御弁の開度がゼロである状態を意味している。また、「調整」は、制御弁の開度が上記最大値よりも小さい値であってゼロよりも大きい値である状態を意味している。

加えて、上記特殊暖機制御においては、第１、第２燃料噴射弁４８，４９に燃料噴射を禁止する指示がなされる。第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔよりも低い場合、触媒中のＰｔの作用により酸化反応が進行するものの、その反応速度は小さい。即ち、この場合に、仮に、第１、第２燃料噴射弁４８，４９から燃料噴射がなされると、未燃ＨＣが適切に浄化されずに外部へ多量に排出されるおそれがある。上記燃料噴射の禁止は、未燃ＨＣが外部へ排出されることを回避する観点に基づく。

特殊暖機制御実行中においては、制御弁７１ｄが「閉」であるため、エキゾーストマニホールド４２からの排ガスの全量が、第２タービン６１へ流入する。また、制御弁７１ａ，７１ｂ，７１ｃが「閉」、「開」、「閉」であるため、第２タービン６１からの排ガスの全量が、第２タービンバイパス通路４６を介して、第１触媒４３へ流入する。そして、第１触媒４３からの排ガスの全量が、第２触媒４４へ流入する。

ここで、第２ターボチャージャ６０の容量は小さい。このため、排ガスが第２タービン６１を経ることによる排ガス温度の低下度合いは小さい。また、第２タービン６１からの排ガスは、第１タービン５１を経ることなく第１触媒４３に流入する。従って、第１触媒４３に流入する排ガスの温度の低下度合いは小さい。

なお、上記特殊暖気制御実行中においては、制御弁７１ｅ，７１ｆが「閉」、「開」である。このため、エアクリーナ３３からの新気は、第１コンプレッサバイパス通路３５を介して、第２コンプレッサ６２へ流入し得る。従って、第２ターボチャージャ６０のみにて過給が実行され得る。また、第１コンプレッサ５２への新気の流入が抑制されるため、吸気抵抗が低減される得る。以上が、特殊暖機制御の説明である。

この結果、図３の時刻ｔ０以降、上記特殊暖機制御の実行が繰り返されることで、排ガスの熱により第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が上昇していく。そして、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が、上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔに達する時刻ｔ１１から少し遅れて、時刻ｔ１２にて第２触媒４４の温度ＴＨＣ２が、上記ライトオフ温度ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔに到達する。

従って、時刻ｔ１２が到来すると、図２のステップ２１０にて「Ｎｏ」の判定を繰り返していた上記ＣＰＵは、同ステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２０に進んで基本暖機制御を実行するようになる。次いで、上記ＣＰＵはステップ２２５に進み、触媒暖機制御の終了条件が成立しているか否かを判定するようになる。

ここで、本例における上記触媒暖機制御の終了条件は、上昇傾向にある第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔよりも高い所定温度ＴＨＣ１’に到達したときに成立する。

現時点は、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔにそれぞれ到達した直後である。このため、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１は、上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔよりも低い。従って、上記ＣＰＵはステップ２２５にて「Ｎｏ」と判定して再びステップ２２０に進んで、基本暖機制御を実行する。以下、基本暖機制御について詳述する。

上記基本暖機制御においては、制御弁７１ａ〜７１ｆの状態が、図４の（Ｂ）に示す状態となるように、これらの制御弁のアクチュエータにそれぞれ駆動指示がなされる。加えて、上記基本暖機制御においては、第１、第２燃料噴射弁４８，４９に排ガス中の未燃ＨＣ濃度が略一定となるように燃料噴射指示がなされる。

本例では、上記基本暖機制御、及び後述する通常制御においては、空気流量Ｇａがとり得る範囲が、大きくなる方向に順にＧａ１，Ｇａ２，Ｇａ３からなる３つの領域に区分されている。そして、制御弁の制御態様は、空気流量Ｇａの領域に応じて異なるようになっている。これは、適切に過給が実行されるように第１、第２ターボチャージャ５０，６０の駆動を制御する観点に基づく。

図４の（Ｂ）に示すように、現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ１に属する場合における制御弁の状態は、制御弁７１ｃが「調整」である点についてのみ、上記特殊暖機制御における制御弁の状態と異なる（図４の（Ａ）を参照）。この場合、制御弁７１ｃが「調整」であるため、第２タービン６１からのガス（排ガス及び第１燃料噴射弁４８からの燃料）のうちの一部が、第１タービンバイパス通路４５を介して、第２触媒４４へ流入する。

即ち、第２触媒４４へは、第１タービン５１及び第１触媒４３を経ることなく上記ガスの一部が流入し得る。ここで、第２タービン６１の下流端６１ａから第１タービンバイパス通路４５の他端４５ｂまでの最短距離は短い。以上のことから、第２触媒４４に流入するガスの温度の低下度合いは小さい。

一方、上記ガスのうち残りの部分は、第２タービンバイパス通路４６を介して、第１触媒４３へ流入する。即ち、第１触媒４３へは、第１タービン５１を経ることなく上記ガスの残りの部分が流入し得る。加えて、第２燃料噴射弁４９からの燃料噴射によっても燃料が供給される。以上のことから、第１触媒４３に流入するガスの温度の低下度合いも小さい。この場合、上記特殊暖機制御と同様、第２ターボチャージャ６０のみにて過給が実行され得る

現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ２に属する場合における制御弁の状態は、制御弁７１ａ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆがそれぞれ「開」、「調整」、「調整」、「閉」である点についてのみ、上記「空気流量Ｇａが領域Ｇａ１に属する場合」における制御弁の状態と異なる。なお、本例では、制御弁７１ｄ，７１ｅの開度は、空気流量Ｇａが大きいほど大きい値となるように調整されるようになっている。

従って、この場合、制御弁７１ｄが「調整」であるため、エキゾーストマニホールド４２からのガスの一部が、第３タービンバイパス通路４７を介して、第１タービン５１へ流入する。また、制御弁７１ａが「開」であるため、第２タービン６１からのガスも、第１タービン５１へ流入する。

また、制御弁７１ｆが「閉」であるため、エアクリーナ３３からの新気の全量が、第１コンプレッサ５２へ流入する。制御弁７１ｅが「調整」であるため、第１コンプレッサ５２からの新気の一部は、第２コンプレッサバイパス通路３６を流通し、その残りの部分は、第２コンプレッサ６２へ流入する。従って、第１、第２ターボチャージャ５０，６０にて過給が実行され得る。

現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属する場合における制御弁の状態は、制御弁７１ａ，７１ｂ，７１ｄ，７１ｅがそれぞれ「閉」、「閉」、「開」、「開」である点についてのみ、上記「空気流量Ｇａが領域Ｇａ２に属する場合」における制御弁の状態と異なる。

従って、この場合、制御弁７１ａ，７１ｂが共に「閉」であり、制御弁７１ｄが「開」であるため、エキゾーストマニホールド４２からのガスの全量は、第２タービン６１へ流入せず、第１タービン５１へ流入する。第１タービン５１からのガスの一部は、第２タービンバイパス通路４６の他端４６ｂから、第２タービンバイパス通路４６の一部、第１タービンバイパス通路４５の一部、第１タービンバイパス通路４５の他端４５ｂ、を経由して第２触媒４４へ流入する。即ち、上記一部のガスは、第１触媒４３を経ることなく第２触媒４４へ流入し得る。一方、第１タービン５１からのガスの残りの部分は、第１触媒４３へ流入する。

空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属する場合、内燃機関１０の負荷、及び回転速度が比較的大きいため、第１タービン５１に流入するガスの温度は十分に高いと考えられる。従って、第１、第２触媒４３，４４に流入するガスは、第１タービン５１を経たものであっても、それらの温度は比較的高い。

他方、制御弁７１ｅが「開」であるため、第１コンプレッサ５２からの新気は、第２コンプレッサバイパス通路３６を介して、インタークーラ３４へ流入し得る。従って、第１ターボチャージャのみにて過給が実行され得る。これによれば、容量の小さい第２ターボチャージャ６０の駆動が抑制されて、排気抵抗が低減され得る。

ところで、上記基本暖機制御のように、触媒に燃料が供給される場合、一般に、触媒における発熱速度が最も大きくなる、燃料（及び、排ガス中の酸素）の触媒での滞留時間が存在する。即ち、触媒に流入するガスにおける燃料濃度が一定の場合において、触媒における発熱速度が最も大きくなるガスの流量が存在する（以下、このガス流量を「最適ガス流量」とも称呼する。）。

従って、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１をより迅速に上昇させるため（即ち、第１触媒４３での燃料の酸化における発熱速度を大きくするため）、空気流量Ｇａが変化する場合であっても、第１触媒４３に流入するガス流量が上記最適ガス流量近傍の値に維持されることが好ましい。

係る観点から、本例では、上記基本暖機制御においては、図５に示した、検出される空気流量Ｇａと、制御弁７１ｃの開度の目標値と、の関係を規定するテーブルが上記ＣＰＵにより参照される。上記テーブルは、第１触媒４３に流入するガス流量が上記最適ガス流量の値に維持されるように、上記開度の目標値を適合する実験結果に基づいて作製されたテーブルである。

上記テーブルに基づいて、制御弁７１ｃの開度の目標値が、空気流量Ｇａが大きいほど大きい値に決定されるようになっている。そして、上記テーブルにより決定された目標値に、制御弁７１ｃの実際の開度が一致するように、制御弁７１ｃのアクチュエータが駆動される。

これにより、空気流量Ｇａが増大しても、第１タービンバイパス通路４５を流通するガス流量が増大していくことで、第１触媒４３に流入するガス流量が上記最適ガス流量近傍の値に維持され得る。従って、空気流量Ｇａが変化する場合であっても、第１触媒４３での燃料の酸化反応における発熱速度を、最大値近傍のものとすることができる。

一方、第２触媒４４には排気系統４０におけるガスの全量が流入する。従って、空気流量Ｇａが増大していくと、第２触媒４４に流入するガスの流量が上記最適ガス流量から乖離していく。これに対し、空気流量Ｇａが増大すると、制御弁７１ｃの開度が増大していくことで、第２触媒４４に流入するガスのうち第１タービンバイパス通路４５を経由して流入するガスの割合が増大していく。ここで、上述したように第１タービンバイパス通路４５を経由して流入するガスにおいては、温度の低下度合いが小さい。

従って、第２触媒４４においては、空気流量Ｇａが大きい場合であっても、第２触媒４４に流入するガス流量が上記最適ガス流量から乖離するものの、第２触媒の温度ＴＨＣ２が迅速に上昇し得る。以上が、基本暖機制御の説明である。

この結果、図３の時刻ｔ１２以降、上記基本暖機制御の実行が繰り返されることで、第１触媒４３に流入するガスの熱に加え、ガス流量が上記最適ガス流量近傍の値となる（即ち、燃料の酸化反応における発熱速度が最大値近傍の値となる）。このことから、上記特殊暖機制御に比して、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１がより大きい上昇度合いをもって上昇していく。一方、第２触媒４４の温度ＴＨＣ２も、燃料の酸化発熱反応により、上記特殊暖機制御に比してより大きい上昇度合いをもって上昇していく。

そして、時刻ｔ２が到来すると、上昇傾向にある第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が、上記所定温度ＴＨＣ１’に到達する。従って、時刻ｔ２が到来すると、図２のステップ２２５にて「Ｎｏ」の判定を繰り返していた上記ＣＰＵは、同ステップ２２５にて「Ｙｅｓ」と判定した後、ステップ２９５に進んで本ルーチンの実行を一旦終了し、再びステップ２００から処理を開始するようになる。

従って、上記ＣＰＵはステップ２０５に進んで、上記触媒暖機制御の開始条件が成立しているか否かを判定する。現時点は第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が上記所定温度ＴＨＣ１’に到達した直後であるので、上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔよりも高い。従って、上記ＣＰＵはステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３０に進んで、通常制御を実行する。以下、通常制御について詳述する。

上記通常制御においては、制御弁７１ａ〜７１ｆの状態が、図４の（Ｃ）に示す状態となるように、これらの制御弁のアクチュエータにそれぞれ駆動指示がなされる。加えて、上記通常制御においては、第１、第２燃料噴射弁４８，４９に燃料噴射を禁止する指示がなされる。

図４の（Ｃ）に示すように、現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ１に属する場合における制御弁の状態は、上記特殊暖機制御における制御弁の状態と同じである（図４の（Ａ）を参照）。従って、この場合、第２ターボチャージャ６０のみにて過給が実行され得、第１触媒４３に温度の高い排ガスを流入させることができる。

現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ２に属する場合における制御弁の状態は、制御弁７１ｂ，７１ｃが共に「閉」である点についてのみ、上記「基本暖機制御における空気流量Ｇａが領域Ｇａ２に属する場合」における制御弁の状態と異なる。従って、この場合、排ガスが第１、第２タービンバイパス通路４５、４６を流通することなく、第１、第２ターボチャージャ５０，６０にて過給が実行され得る。

現時点において検出される空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属する場合における制御弁の状態は、制御弁７１ｃが「閉」である点についてのみ、上記「基本暖機制御における空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属する場合」における制御弁の状態と異なる。従って、この場合も、排ガスが第１、第２タービンバイパス通路４５，４６を流通することなく、第１ターボチャージャ５０のみにて過給が実行され得る。

このように、通常制御においては、制御弁７１ｃが常時「閉」であるため、排ガスは第１バイパス通路を介すことなく第１触媒４３を経て第２触媒４４へ流入する。ここで、通常制御時においては、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１は、上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔよりも高い。従って、排ガスが十分に浄化され得る。以上が通常制御の説明である。

図３の時刻ｔ２以降、上記通常制御の実行が繰り返される。本例では、時刻ｔ２よりも後の所定の時期にて、内燃機関１０の出力低下等により排ガスの温度が低下し始めるものとする。この場合、図３に示すように、第１、第２触媒の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２も時刻ｔ２よりも後の所定の時期にて低下し始める。そして、時刻ｔ３にて、下降傾向にあった第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が上記活性温度ＴＨＣ１ａｃｔに到達する。

従って、時刻３が到来すると、図２のステップ２０５にて「Ｎｏ」の判定を繰り返していた上記ＣＰＵは、同ステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１０に進んで、上記基本暖機制御の開始条件が成立しているか否かを判定するようになる。

現時点は第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が、上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔよりも高い。従って、上記ＣＰＵはステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２０に進んで、上記基本暖機制御を実行する。

この結果、図３の時刻ｔ３以降、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が上昇していく。第１触媒４３の温度ＴＨＣ１が上記所定温度ＴＨＣ１’に達する時刻ｔ４が到来するまで、図２のステップ２２５にて「Ｎｏ」と判定されて基本暖機制御の実行が繰り返される。一方、上記時刻ｔ４が到来すると、上記ＣＰＵはステップ２２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２９５に進んだ後、本ルーチンの実行を一旦終了し、再びステップ２００から処理を開始するようになる。そして、図３の時刻ｔ４以降、上述と同様再び通常制御が実行されるようになる。

以上、説明したように、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第１実施形態では、排気系統４０に、第１触媒４３、第２触媒４４、及び第１タービンバイパス通路４５が備えられている。第１触媒４３は、第１タービン５１よりも下流の排気通路４１に配設され、第２触媒４４は、第１触媒４３よりも下流の排気通路４１に配設されている。第１タービンバイパス通路４５は、一端４５ａが第１タービン５１よりも上流の排気通路と接続され、他端４５ｂが第１触媒４３よりも下流の排気通路４１であって第２触媒４４よりも上流の排気通路４１に接続されている。

また、排気系統４０には、第１燃料噴射弁４８、第２燃料噴射弁４９、及び制御弁７１ｂ，７１ｃが備えられている。第１燃料噴射弁４８は、第１タービンバイパス通路４５の一端４５ａよりも上流の排気通路４１に燃料噴射し、第２燃料噴射弁４９は、第１タービンバイパス通路４５の他端４５ｂよりも下流であって第１触媒４３よりも上流の排気通路４１に燃料噴射するようになっている。制御弁７１ｂ，７１ｃは、第１タービンバイパス通路４５に介装されて、第１タービンバイパス通路４５の開口断面積が調整されるようになっている。

そして、この装置は、触媒暖機制御の開始条件が成立し、且つ、基本暖機制御の開始条件が成立した場合（図３の時刻ｔ１２を参照）、第１、第２燃料噴射弁４８，４９に燃料噴射させるとともに、第１タービンバイパス通路４５が連通されるよう制御弁７１ｂ，７１ｃのアクチュエータを駆動させる。

これにより、燃料を含むガスが、第１タービンバイパス通路４５を介して（即ち、第１タービン５１を経ることなく）第２触媒４４へ流入し得る。このため、第２触媒４４に流入するガスの温度は高いものとなり得、また、第２触媒４４にて燃料の酸化による熱が発生し得る。従って、触媒暖機制御の実行により、第２触媒４４の温度ＴＨＣ２が迅速に上昇し得る。

一方、第１触媒４３にも燃料を含むガスが流入する。このガスの流量は、第１タービンバイパス通路４５を流通するガス流量が調整されることで、上記最適ガス流量近傍の値となるように調整され得る。具体的には、空気流量Ｇａが大きいほど制御弁７１ｃの開度が大きくなるように制御される。このため、第１触媒４３における燃料の酸化による発熱速度が最大値近傍の値となり得る。従って、触媒暖機制御の実行により、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１も迅速に上昇し得る。

ここで、仮に、第１タービンバイパス通路４５を有しない構成を考える。この場合、第２触媒４４に流入するガスは、第１タービン５１及び第１触媒４３、又は、第１触媒４３を経た後のものとなる。このため、第２触媒４４へ流入するガスの温度は低い。一方、第１触媒４３には、排気系統４０におけるガスの全量が流入する。第１触媒４３に流入するガス流量は、空気流量Ｇａの増大に応じて上記最適ガス流量から乖離していく。このため、空気流量Ｇａが増大するほど第１触媒４３での発熱速度が小さくなる。

これらのことから、図３の破線にて示したように、この仮の構成の場合における第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２の上昇度合いが小さい。

これに対し、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第１実施形態によれば、上記触媒暖機制御が実行されることで、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２を効率的に上昇させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第２実施形態について説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係る制御装置をツインターボ内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステムの概略構成を示す、図１に対応する図である。図６において、図１に示す部位・部材と等しい、又は等価なものについては、図１の符号と同一の符号を付して説明を省略する。以下、第２実施形態の、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

この第２実施形態は、以下に説明する２点についてのみ上記第１実施形態と異なる。第１に、第２実施形態における第１ターボチャージャ５０は、第４タービンバイパス通路５４を備えている。この第４タービンバイパス通路５４の一端は、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１であって第３タービンバイパス通路４７の他端よりも下流の排気通路４１に接続されている。第４タービンバイパス通路５４の他端は第１タービン５１よりも下流の排気通路４１であって第１触媒４３よりも上流の排気通路４１に接続されている。

第２に、上記第１実施形態の制御弁７１ａに代えて、制御弁７１ａａが上記第４タービンバイパス通路５４に介装されている。この制御弁７１ａａは、ＥＣＵ９１のＣＰＵからのアクチュエータに対する駆動指示により、第４タービンバイパス通路５４の開口断面積を調整するようになっている。これにより、第４タービンバイパス通路５４が連通される場合には、第１タービン５１へのガスの流入（即ち、第１ターボチャージャ５０の駆動）が抑制される。

図７は、第２実施形態における６つの制御弁の制御態様をまとめて示した図４に対応する図である。なお、図７においても、「開」は制御弁の開度が最大値である状態を意味しており、「閉」は制御弁の開度がゼロである状態を意味している。また、「調整」は、制御弁の開度が上記最大値よりも小さい値であってゼロよりも大きい値である状態を意味している。

第２実施形態における特殊暖機制御、基本暖機制御、及び通常制御では、制御弁７１ａａ〜７１ｆの状態が、図７の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す状態となるように、これらの制御弁のアクチュエータにそれぞれ駆動指示がなされる。

制御弁７１ａａの制御態様は、基本暖機制御及び通常制御が実行される場合における空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属するときを除いて、第１実施形態の制御弁７１ａの制御態様とは逆である（即ち、制御弁７１ａが「閉」ならば制御弁７１ａａは「開」、又はその逆、の態様である）。

制御弁７１ａａが「開」である場合、第１タービン５１より上流の排気通路４１からのガスは、第４タービンバイパス通路５４を介して、第１タービン５１より下流の排気通路４１へ流出し得る。これにより、第１タービン５１へのガスの流入が抑制され得る。一方、制御弁７１ａａが「閉」である場合、上記ガスは第４タービンバイパス通路５４を介すことなく、第１タービン５１へ流入する。

基本暖機制御及び通常制御が実行される場合における空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属するときは、制御弁７１ａａの制御態様は、第１実施形態の制御弁７１ａの制御態様と同じである（即ち、「閉」である）。この場合には、第１、第２タービン５１，６１にガスが流入し得るため、第１、第２ターボチャージャ５０，６０にて過給が実行され得る。

なお、第２実施形態における制御弁７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ，７１ｆの制御態様は、第１実施形態のものとそれぞれ同じである。

以上のように構成される第２実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、触媒暖機制御が実行されることで、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が効率的に上昇し得る。

本発明は、上記各実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態においては、第４タービンバイパス通路５４に介装されている制御弁７１ａａは、電気的に作動するアクチュエータにより駆動されるようになっているが、これに代えて、差圧を利用して機械的に作動するアクチュエータにより駆動されるようにしてもよい。ここにおいて、上記差圧とは、例えば、第２コンプレッサ６２よりも下流の吸気通路３１における新気の圧力と、大気圧と、の差圧等であってもよい。

また、上記各実施形態においては、第１タービンバイパス通路４５に介装された制御弁７１ｃの開度の目標値が、図５に示したテーブルに基づいて決定されていたが、これに代えて、制御弁７１ｃの開度の目標値が、図８に示した空気流量Ｇａと、制御弁７１ｃの開度の目標値と、の関係を規定するテーブルに基づいて決定されてもよい。図８に示したテーブルでは、上記領域Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇａ３に対応する制御弁７１ｃの開度の目標値がそれぞれ設定されていて、この目標値は空気流量Ｇａが大きいほど段階的に大きくなるようになっている。これによれば、触媒暖機制御の基本暖機制御において、空気流量Ｇａが増大する場合であっても、第１触媒４３に流入するガス流量が上記最適ガス流量から大きく乖離することが抑制され得る。

また、上記各実施形態においては、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６のそれぞれの一部、及び一端４５ａ，４６ａが一体に構成されていたが、これに代えて、図１に対応する図９に示すように第１、第２タービンバイパス通路４５，４６の一端４５ａ，４６ａが、別体として、第１タービン５１よりも上流の排気通路４１であって第２タービン６１よりも下流の排気通路４１にそれぞれ接続されるように構成されてもよい。また、図１に対応する図１０に示すように第１、第２タービンバイパス通路４５，４６の一端４５ａ，４６ａのみが一体に構成され、且つ、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６の一端４５ａ，４６ａ以外の部分は別体となるように構成されもよい。

これらの図９、図１０に示した構成においては、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６に、制御弁７１ｃ，７１ｂがそれぞれ介装される。また、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６の一端４５ａ，４６ａよりも上流の排気通路４１であって、第２タービン６１よりも下流の排気通路４１に、制御弁７１ｇが介装される。この制御弁７１ｇは、基本暖機制御及び通常制御において空気流量Ｇａが領域Ｇａ３に属する場合にのみ「閉」とされ、その他の場合には「開」とされるように制御されると好適である。この場合、制御弁７１ｃが前記第１制御弁に対応し、制御弁７１ｂが前記第２制御弁に対応する。

また、上記各実施形態においては、第１、第２タービンバイパス通路４５，４６が両方備えられているが、第２タービンバイパス通路４６を備えず、第１タービンバイパス通路４５のみのが備えられていてもよい。

また、上記各実施形態においては、触媒暖機制御の開始条件及び終了条件が、第１触媒４３の温度ＴＨＣ１のみに基づいて判定されていたが、これに代えて、第２触媒４４の温度ＴＨＣ２のみ、又は、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２両方に基づいて判定されてもよい。例えば、第２触媒４４の温度ＴＨＣ２が第２触媒４４の活性温度ＴＨＣ２ａｃｔ以下である場合や、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２の平均値が所定の第１閾値以下である場合に、触媒暖機制御の開始条件が成立するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、基本暖機制御の開始条件が、上昇傾向にある第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２が上記ライトオフ温度ＴＨＣ１ｌｉｇｈｔ，ＴＨＣ２ｌｉｇｈｔに達したときに成立するようになっているが、これに代えて、第１、第２触媒４３，４４の温度ＴＨＣ１，ＴＨＣ２の平均値が、上記第１閾値よりも低い所定の第２閾値に達したときに成立するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、第１、第２燃料噴射弁４８，４９から燃料が噴射されることで、第１、第２触媒４３，４４に未燃ＨＣが供給されるようになっているが、これに代えて、第１、第２燃料噴射弁４８，４９を備えることなく筒内噴射弁２２を利用して、第１、第２触媒４３，４４に未燃ＨＣを供給するようにしてもよい。具体的には、触媒暖機制御の基本暖機制御条件が成立している場合に、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチとなるように、筒内噴射弁２２における燃料噴射量を調整してもよい。また、圧縮行程での筒内噴射弁２２による燃料噴射に加えて、排気行程、又は膨張行程での筒内噴射弁２２による燃料噴射が行われてもよい。この場合、筒内噴射弁２２が前記供給機構に対応する。

また、上記各実施形態においては、第１、第２ターボチャージャ５０，６０として、それぞれ容量が一定であるターボチャージャが用いられているが、これに代えて、可変容量型のターボチャージャが用いられてもよい。この場合、第１、第２ターボチャージャ５０，６０は、第２ターボチャージャ６０の容量の最大値が、第１ターボチャージャ５０の容量の最小値よりも小さくなるよう構成される。

また、上記各実施形態においては、内燃機関１０が、第１、第２ターボチャージャ５０，６０を両方備えているが、第２ターボチャージャ６０を備えず、第１ターボチャージャ５０のみのを備えていてもよい。

加えて、上記各実施形態においては、内燃機関１０として、ディーゼル機関が用いられているが、これに代えて、ディーゼル燃料以外の燃料（例えば、ガソリン、アルコール等）を用いる機関（例えば、レシプロ機関、ロータリ機関等）が用いられてもよい。この場合、第１、第２触媒４３，４４として、三元触媒が用いられてもよい。

本発明の第１実施形態に係る制御装置を過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行する、触媒暖機制御の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。 触媒暖機制御が実行される場合における、第１触媒の温度、及び第２触媒の温度の変化の一例を示したタイムチャートである。 図１に示した６つの制御弁の制御態様を、特殊暖機制御、基本暖気制御、及び通常制御ごとに示した図である。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが参照する、吸気通路における空気流量と、第１バイパス通路に介装された制御弁の開度の目標値と、の関係を規定するテーブルを示した図である。 本発明の第２実施形態に係る制御装置を過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。 図２に示した６つの制御弁の制御態様を、特殊暖機制御、基本暖気制御、及び通常制御ごとに示した図である。 本発明の変形例に係る制御装置の電気制御装置のＣＰＵが参照する、吸気通路における空気流量と、第１バイパス通路に介装された制御弁の開度の目標値と、の関係を規定するテーブルを示した図である。 本発明の変形例に係る制御装置を過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。 本発明の変形例に係る制御装置を過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…エンジン本体、３１…吸気通路、４１…排気通路、４３…第１触媒、４４…第２触媒、４５…第１タービンバイパス通路、４６…第２タービンバイパス通路、４８…第１燃料噴射弁、４９…第２燃料噴射弁、５０…第１ターボチャージャ、５１…第１タービン、６０…第２ターボチャージャ、６１…第２タービン、７１ｂ…制御弁、７１ｃ…制御弁、８１…エアフローメータ、８２…第１触媒温度センサ、８３…第２触媒温度センサ、９１…ＥＣＵ。

Claims (8)

1. 内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される第１ターボチャージャを備えた内燃機関に適用され、
   前記第１ターボチャージャのタービンよりも下流の前記内燃機関の排気通路に配設されていて、供給された還元剤を酸化発熱反応させる第１触媒と、
   前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設されていて、供給された還元剤を酸化発熱反応させる第２触媒と、
   前記第１触媒よりも上流の前記排気通路に前記還元剤を供給する供給機構と、
   一端が前記第１ターボチャージャのタービンよりも上流の前記排気通路と接続され、他端が前記第１触媒よりも下流であって前記第２触媒よりも上流の前記排気通路と接続された第１バイパス通路と、
   前記第１バイパス通路に介装され前記第１バイパス通路の開口断面積を調整する第１制御弁と、
   前記第１触媒の温度、及び／又は前記第２触媒の温度に係わる所定の条件成立時、前記供給機構により前記還元剤を供給し且つ前記第１制御弁を開状態とする触媒暖機制御を行う制御手段と、
   を備えた過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置であって、
   一端が前記第１ターボチャージャのタービンよりも上流の前記排気通路と接続され、他端が前記第１触媒よりも上流であって前記第１ターボチャージャのタービンよりも下流の前記排気通路と接続された第２バイパス通路と、
   前記第２バイパス通路に介装され前記第２バイパス通路の開口断面積を調整する第２制御弁とを備え、
   前記制御手段は、
   前記触媒暖機制御実行時において前記第２制御弁を開状態とするように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記所定の条件成立時であって、且つ、前記第１触媒の温度、及び／又は前記第２触媒の温度が、前記還元剤が前記酸化発熱反応により適切に浄化され得ると判定される温度範囲の下限値よりも低い場合、前記触媒暖機制御実行時において、前記供給機構による前記還元剤の供給を禁止するとともに、前記第１制御弁を開状態に代えて閉状態とするように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記第１制御弁の開口断面積を、前記内燃機関の吸気通路を流通する空気の流量に基づいて調整するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記制御手段は、
   前記第１制御弁の開口断面積を、前記吸気通路を流通する空気の流量が大きいほどより大きい値に調整するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   前記内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される、前記第１ターボチャージャよりも容量が小さい第２ターボチャージャを備え、
   前記第２ターボチャージャのタービンは、
   前記第１バイパス通路の前記一端よりも上流の前記排気通路に配設された過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 請求項６に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記第２バイパス通路と、前記第２制御弁とが備えられていて、
   前記第１ターボチャージャのタービンの下流端から、前記排気通路における前記第１ターボチャージャのタービンの下流端から前記第２バイパス通路の前記他端までの部分、前記第２バイパス通路の一部又は全部、前記第１バイパス通路の一部又は全部を経由して、前記第１バイパス通路の前記他端まで形成される最短経路よりも、
   前記第２ターボチャージャのタービンの下流端から、前記排気通路における前記第２ターボチャージャのタービンの下流端から前記第１バイパス通路の前記一端までの部分、前記第１バイパス通路を経由して、前記第１バイパス通路の前記他端まで形成される最短経路のほうが短い過給機付き内燃機関の制御装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
   前記供給機構は、
   前記第１バイパス通路の前記一端よりも上流の前記排気通路、及び前記第１バイパス通路の前記一端よりも下流の前記排気通路に前記還元剤を供給するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。

Images