JP2011179455A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの排気タービン式の過給機が直列に設けられている内燃機関において、排気通路の触媒を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３の制御装置１は、ＥＣＵ２を備える。ＥＣＵ２は、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないとき（ステップ１３，４４の判別結果がＮＯのとき）には、第１バイパス弁９ａを全閉状態に、第２バイパス弁１０ａを全開状態にそれぞれ制御する（ステップ１１，１２）とともに、ポスト噴射を実行する（ステップ４６，５５）。
【選択図】図４

Description

本発明は、２つの排気タービン式の過給機が直列に設けられた内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関の制御装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関には、第１および第２タービンをそれぞれ有する排気タービン式の第１および第２過給機と、これらの第１および第２タービンをそれぞれ迂回する第１および第２バイパス通路と、これらの第１および第２バイパス通路をそれぞれ開閉する第１および第２バイパス弁と、排ガスを浄化する第１および第２触媒と、第１および第２バイパス弁の開閉状態を制御するＥＣＵなどが設けられている。この内燃機関では、第１過給機の第１タービンは、第２過給機の第２タービンよりも上流側の排気通路に配置されており、第１触媒は、第２バイパス通路の第２バイパス弁よりも上流側に、第２触媒は、排気通路の第２バイパス通路との合流部よりも下流側にそれぞれ配置されている。

この制御装置では、内燃機関の始動直後おいて、排ガス温度が低いときおよび／または第２触媒の温度が低いときには、第１バイパス弁が閉弁状態に、第２バイパス弁が開弁状態にそれぞれ制御される。それにより、第１タービンを通過した排ガスは、その一部が第１触媒に導入され、その後、第２触媒に導入される。その結果、第１触媒および第２触媒が活性化する。

特開２００９−２４６１９号公報

上記従来の内燃機関の制御装置によれば、第１タービンを通過した排ガスが第１触媒に流れ込むように構成されているので、排ガスは、第１タービンを通過する際、その熱量が第１タービンに奪われてしまうことになり、その分、第１触媒および第２触媒の活性化に時間を要するという問題がある。その結果、第１触媒および第２触媒が活性化するまでの間、排ガス特性が悪化してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、２つの排気タービン式の過給機が直列に設けられている内燃機関において、排気通路の触媒を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る内燃機関３の制御装置１は、内燃機関３の排気通路６に設けられ、酸化性能を有するとともに排ガスを浄化する第１触媒１１と、排気通路６の第１触媒１１よりも下流側に設けられた第１タービン７ｂを有する排気タービン式の第１過給機７と、排気通路６の第１タービン７ｂよりも下流側に設けられた第２タービン８ｂを有する排気タービン式の第２過給機８と、排気通路６の第２タービン８ｂよりも上流側の分岐部（第２分岐部６ｄ）と第２タービン８ｂよりも下流側の合流部（第２合流部６ｅ）とに接続され、第２タービン８ｂをバイパスするバイパス通路（第２バイパス通路１０）と、バイパス通路を開閉可能なバイパス弁（第２バイパス弁１０ａ）と、排気通路６の合流部（第２合流部６ｅ）よりも下流側に設けられ、排ガスを浄化する第２触媒１２と、第１触媒１１が活性化しているか否かを判定する第１活性判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１）と、第２触媒１２が活性化しているか否かを判定する第２活性判定手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、第１活性判定手段および第２活性判定手段の判定結果に基づき、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないとき（ステップ３の判別結果がＮＯのとき）に、バイパス弁（第２バイパス弁１０ａ）を開弁状態に制御するバイパス弁制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１２，１３）と、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときに、未燃燃料を第１触媒１１の上流側に供給する未燃燃料供給手段（ＥＣＵ２、燃料噴射弁４、ステップ４４，４６，５５）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第１触媒が第１タービンよりも上流側に配置されているので、内燃機関の燃焼室から排出された燃焼ガスすなわち排ガスは、その熱量を第１タービンに奪われることなく、第１触媒にダイレクトに供給される。それにより、第１触媒を従来よりも迅速に活性化させることができ、排ガス特性を向上させることができる。また、第１触媒が活性化しておりかつ第２触媒が活性化していないときに、バイパス弁が開弁状態に制御されるとともに、未燃燃料が第１触媒の上流側に供給されるので、未燃燃料は、第１触媒を通過する際、活性化している第１触媒との酸化反応によって燃焼し、それにより、排ガス温度が上昇する。ここで、バイパス弁が開弁状態に制御されている場合、第２タービンが設けられている排気通路側の排気抵抗（通気抵抗）は、バイパス通路側よりも大きくなるので、第１触媒で昇温された排ガスは、第２タービン側よりもバイパス通路側に多く流れ込むことになる。そして、そのようにバイパス通路側に流れ込んだ排ガスは、その熱量を第２タービンに奪われることなく、第２触媒にダイレクトに供給される。それにより、昇温された排ガスの熱量が第２タービンに奪われるのを抑制しながら、第２触媒を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。これに加えて、排ガスがすべて第１タービンを通過するので、第１過給機による過給動作を実行することができ、良好な運転性を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、第１触媒１１は三元触媒で構成され、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときに、内燃機関３で燃焼する混合気の空燃比を、理論空燃比以下の値に制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、ステップ２３〜２７，４５，５５）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第１触媒が活性化しておりかつ第２触媒が活性化していないときに、内燃機関で燃焼する混合気の空燃比が、理論空燃比以下の値に制御されるので、第１触媒に流入する排ガスの空燃比を理論空燃比以下の値に制御することができる。それにより、三元触媒で構成された第１触媒によって、排ガスを効率よく浄化することができ、良好な排ガス特性を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置１において、第２触媒１２は酸化性能を有しており、排気通路６の第１触媒１１よりも上流側の上流側分岐部（第１分岐部６ｂ）と、排気通路６の第１タービン７ｂよりも下流側でかつ分岐部よりも上流側の上流側合流部（第１合流部６ｃ）とに接続され、第１触媒１１および第１タービン７ｂをバイパスする上流側バイパス通路（第１バイパス通路９）と、上流側バイパス通路を開閉可能な上流側バイパス弁（第１バイパス弁９ａ）と、排気通路６の第２触媒１２よりも下流側に設けられた第３触媒１３と、第３触媒が活性化しているか否かを判定する第３活性判定手段（ＥＣＵ２、ステップ５）と、第２活性判定手段および第３活性判定手段の判定結果に基づき、第２触媒１２が活性化しておりかつ第３触媒が活性化していないとき（ステップ５の判別結果がＮＯのとき）に、上流側バイパス弁（第１バイパス弁９ａ）を開弁状態に制御する上流側バイパス弁制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１４，１５）と、をさらに備え、未燃燃料供給手段は、第２触媒１２が活性化しておりかつ第３触媒が活性化していないときに、未燃燃料を排気通路６の上流側分岐部（第１分岐部６ｂ）よりも上流側に供給するように構成されていることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、第２触媒が活性化しておりかつ第３触媒が活性化していないときに、上流側バイパス弁が開弁状態に制御されるとともに、未燃燃料が排気通路の上流側分岐部よりも上流側に供給されるので、未燃燃料はその一部が上流側バイパス通路側に流れ込むとともに、残りが第１触媒および第１タービンが設けられている排気通路側に流れ込む。ここで、上流側バイパス弁が開弁状態に制御されている場合、第１触媒および第１タービンが設けられている排気通路側の排気抵抗は、上流側バイパス通路側よりも大きくなるので、未燃燃料は、第１触媒および第１タービン側よりも上流側バイパス通路側に多く流れ込むことになる。そして、上流側バイパス通路側に流れ込んだ未燃燃料は、第２触媒にダイレクトに供給されることで、活性化している第２触媒との酸化反応によって燃焼し、排ガスの温度を上昇させる。それにより、未燃燃料が第１触媒で酸化されるのを抑制しながら、第３触媒を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性をより一層、向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置の一部およびこれを適用した内燃機関の概略構成を模式的に示す図である。 制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。 触媒活性判定処理を示すフローチャートである。 バイパス弁制御処理を示すフローチャートである。 吸入空気量制御処理を示すフローチャートである。 燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図２に示すように、本実施形態の制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３を制御する。

エンジン３は、ディーゼルエンジンタイプのものであり、図示しない車両に動力源として搭載されている。このエンジン３は、４つの気筒３ａと、気筒３ａごとに設けられた燃料噴射弁４などを備えている。これらの燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており（図２では１つのみ図示）、ＥＣＵ２からの制御入力信号によってその開閉タイミングが制御される。それにより、燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。

また、４つの気筒３ａには、各気筒３ａに吸気を導入するための吸気通路５が、吸気マニホールド５ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されているとともに、各気筒３ａからの排ガスを外部に排出するための排気通路６が、排気マニホールド６ａの４つの分岐部をそれぞれ介して接続されている。

また、エンジン３には、第１過給機７および第２過給機８が直列に設けられており、これらの過給機７，８はいずれも、排気タービン式すなわちターボチャージャタイプのものである。第１過給機７は、容量が比較的小さな高圧ターボチャージャタイプのものであり、エンジン３が低回転域にあるときでも、有効な過給能力が得られるように構成されている。また、第１過給機７は、吸気通路５に設けられた回転自在の第１コンプレッサ７ａと、排気通路６に設けられた回転自在の第１タービン７ｂと、両者７ａ，７ｂを一体に連結するシャフト７ｃなどを備えている。この第１過給機７では、排気通路６内の排ガスにより第１タービン７ｂが回転駆動されると、それに伴い、第１タービン７ｂと一体の第１コンプレッサ７ａが回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

さらに、吸気通路５には、第１コンプレッサ７ａをバイパスする吸気バイパス通路５ｂが設けられており、この吸気バイパス通路５ｂには、電磁弁タイプの吸気バイパス弁５ｃが設けられている。この吸気バイパス弁５ｃは、図２に示すように、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって、その開度が制御される。それにより、吸気バイパス通路５ｂの開口面積が変更され、吸気バイパス通路５ｂを介して第１コンプレッサ７ａをバイパスする吸入空気の流量が変更されることで、第１過給機７による過給圧が制御される。

一方、排気通路６の第１タービン７ｂの上流側には、第１触媒１１が設けられている。この第１触媒１１は、酸化性能を有する三元触媒タイプのものであり、排ガス中に含まれる未燃成分であるＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化するとともに、排ガスの空燃比が理論空燃比付近の領域にあるときに、高い浄化効率を示すように構成されている。

また、この第１触媒１１には、第１触媒温センサ２１が取り付けられている。この第１触媒温センサ２１は、第１触媒１１の温度（以下「第１触媒温」という）ＴＣＡＴ１を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この第１触媒温センサ２１の検出信号に基づき、第１触媒温ＴＣＡＴ１を算出する。

また、排気通路６には、第１タービン７ｂをバイパスする第１バイパス通路９が設けられており、この第１バイパス通路９は、第１触媒１１よりも上流側の第１分岐部６ｂと、第１タービン７ｂよりも下流側の第１合流部６ｃとに接続されている。この第１バイパス通路９には、電磁弁タイプの第１バイパス弁９ａが設けられており、この第１バイパス弁９ａは、図２に示すように、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって、その開度が制御される。それにより、第１バイパス通路９の開口面積が変更され、第１バイパス通路９を介して第１タービン７ｂをバイパスする排ガスの流量が変更されることによって、第１過給機７による過給圧が制御される。なお、本実施形態では、第１バイパス通路９が上流側バイパス通路に、第１バイパス弁９ａが上流側バイパス弁に、第１分岐部６ｂが上流側分岐部に、第１合流部６ｃが上流側合流部にそれぞれ相当する。

また、第２過給機８は、第１過給機７よりも容量が大きな低圧ターボチャージャタイプのものであり、エンジン３が中・高速回転域にあるときに、大きな過給能力が得られるように構成されている。さらに、第２過給機８は、吸気通路５に設けられた回転自在の第２コンプレッサ８ａと、排気通路６に設けられた回転自在の第２タービン８ｂと、両者８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｃなどを備えている。この第２過給機８では、排ガスにより第２タービン８ｂが回転駆動されると、それに伴い、第２コンプレッサ８ａが回転駆動されることによって、吸気通路５内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。

また、第２コンプレッサ８ａは、吸気通路５の第１コンプレッサ７ａの上流側で、かつ吸気通路５のバイパス通路５ｂとの分岐部よりも上流側に配置されている。さらに、第２タービン８ｂは、排気通路６の第１タービン７ｂよりも下流側で、かつ前述した第１合流部６ｃよりも下流側に配置されている。

また、排気通路６には、第２タービン８ｂをバイパスする第２バイパス通路１０が設けられており、この第２バイパス通路１０は、排気通路６の第２タービン８ｂおよび第１合流部６ｃの間の第２分岐部６ｄと、第２タービン８ｂよりも下流側の第２合流部６ｅとに接続されている、この第２バイパス通路１０には、電磁弁タイプの第２バイパス弁１０ａが設けられており、この第２バイパス弁１０ａは、図２に示すように、ＥＣＵ２に電気的に接続されているとともに、ＥＣＵ２からの制御入力信号によって、その開度が制御される。それにより、第２バイパス通路１０の開口面積が変更され、第２バイパス通路１０を介して第２タービン８ｂをバイパスする排ガスの流量が変更されることによって、第２過給機８による過給圧が制御される。

また、排気通路６の第２合流部６ｅよりも下流側には、上流側から順に、第２触媒１２および第３触媒１３が設けられている。この第２触媒１２は、酸化性能を有する酸化触媒であり、排ガス中のＨＣやＣＯを酸化することによって、排ガスを浄化する。また、第３触媒１３は、ＮＯｘ浄化触媒であり、排ガス中の酸素濃度が排ガス中に含まれるＨＣやＣＯなどの還元剤の濃度よりも高い酸化雰囲気下において、排ガス中のＮＯｘを捕捉するとともに、排ガス中の還元剤の濃度が酸素濃度よりも高い還元雰囲気下において、この還元剤により、捕捉したＮＯｘを還元し、それにより、排ガスを浄化する。

さらに、第２触媒１２および第３触媒１３にはそれぞれ、第２触媒温センサ２２および第３触媒温センサ２３が取り付けられている。この第２触媒温センサ２２は、第２触媒１２の温度（以下「第２触媒温」という）ＴＣＡＴ２を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、第３触媒温センサは、第３触媒１３の温度（以下「第３触媒温」という）ＴＣＡＴ３を検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらのセンサ２２，２３の検出信号に基づき、第２および第３触媒温ＴＣＡＴ２，ＴＣＡＴ３をそれぞれ算出する。

一方、吸気通路５の吸気マニホールド５ａの合流部よりも下流側には、吸気絞り弁機構１５が設けられており、この吸気絞り弁機構１５は、吸気絞り弁１５ａおよびこれを駆動するＩＳＶアクチュエータ１５ｂなどを備えている。吸気絞り弁１５ａは、吸気通路５の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化により吸気絞り弁１５ａを通過する空気の流量を変化させる。ＩＳＶアクチュエータ１５ｂは、モータに減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。

ＥＣＵ２は、ＩＳＶアクチュエータ１５ｂを介して、吸気絞り弁１５ａの開度を制御する。より具体的には、吸気絞り弁１５ａは、通常運転時、全開状態に制御されるとともに、後述するように、エンジン３のストイキ運転時には、混合気の空燃比が理論空燃比になるように、開度が絞られた状態に制御される。

さらに、エンジン３には、排気還流機構１６が設けられている。この排気還流機構１６は、排気通路６内の排ガスの一部を吸気通路５側に還流するものであり、吸気通路５および排気通路６の間に接続されたＥＧＲ通路１６ａと、このＥＧＲ通路１６ａを開閉するＥＧＲ制御弁１６ｂなどで構成されている。ＥＧＲ通路１６ａの一端は、排気通路６の排気マニホールド６ａに開口し、他端は、吸気通路５の吸気マニホールド５ａに開口している。

ＥＧＲ制御弁１６ｂは、その開度が最大値と最小値との間でリニアに変化するリニア電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１６ｂを介して、ＥＧＲ通路１６ａの開口面積を変化させることにより、排ガスの還流量すなわちＥＧＲ量を制御する。

また、ＥＣＵ２には、クランク角センサ２４およびアクセル開度センサ２５が電気的に接続されている。このクランク角センサ２４は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、クランクシャフトの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）毎に１パルスが出力され、ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストンが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角毎に１パルスが出力される。

さらに、アクセル開度センサ２５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

一方、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２１〜２５の検出信号などに応じ、エンジン３の運転状態を判別するとともに、後述するように、触媒活性判定処理および燃料噴射制御処理などを実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、第１活性判定手段、第２活性判定手段、バイパス弁制御手段、未燃燃料供給手段、空燃比制御手段、第３活性判定手段および上流側バイパス弁制御手段に相当する。

以下、図３を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される触媒活性判定処理について説明する。この処理は、前述した第１〜第３触媒１１〜１３が活性化しているか否かを判定するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、第１触媒温ＴＣＡＴ１が第１判定値ＴＲＥＦ１よりも高いか否かを判別する。この第１判定値ＴＲＥＦ１は、第１触媒１１が確実に活性化するような値に設定されている。

ステップ１の判別結果がＮＯで、ＴＣＡＴ１≦ＴＲＥＦ１のときには、第１〜第３触媒１１〜１３がいずれも活性化していないと判定して、ステップ２に進み、それを表すために、第１〜第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ２ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ３ａｃｔをいずれも「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ３に進み、第２触媒温ＴＣＡＴ２が第２判定値ＴＲＥＦ２よりも高いか否かを判別する。この第２判定値ＴＲＥＦ２は、第２触媒１２が確実に活性化するような値に設定されている。

ステップ３の判別結果がＮＯで、ＴＣＡＴ２≦ＴＲＥＦ２のときには、第１触媒１１が活性化しているとともに第２および第３触媒１２，１３が活性化していないと判定して、ステップ４に進み、それを表すために、第１触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔを「１」に設定するとともに、第２および第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ２ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ３ａｃｔをいずれも「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ３の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ５に進み、第３触媒温ＴＣＡＴ３が第３判定値ＴＲＥＦ３よりも高いか否かを判別する。この第３判定値ＴＲＥＦ３は、第３触媒１３が確実に活性化するような値に設定されている。

ステップ５の判別結果がＮＯで、ＴＣＡＴ３≦ＴＲＥＦ３のときには、第１および第２触媒１１，１２が活性化しているとともに第３触媒１３が活性化していないと判定して、ステップ６に進み、それを表すために、第１および第２触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ２ａｃｔをいずれも「１」に設定するとともに、第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ３ａｃｔを「０」に設定する。その後、本処理を終了する。

一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳのときには、第１〜第３触媒１１〜１３がいずれも活性化していると判定して、ステップ７に進み、それを表すために、第１〜第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ２ａｃｔ，Ｆ＿ＣＡＴ３ａｃｔをいずれも「１」に設定する。その後、本処理を終了する。

次に、図４を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行されるバイパス弁制御処理について説明する。この処理は、前述した第１および第２バイパス弁９ａ，１０ａの開閉状態を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ１０で、前述した第１触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化していないときには、ステップ１１に進み、第１バイパス弁９ａを全閉状態に制御する。それにより、排ガスは、第１バイパス通路９内を流れることなく、第１触媒１１および第１タービン７ｂを通過しながら下流側に流れる。

次に、ステップ１２で、第２バイパス弁１０ａを全開状態に制御する。それにより、排ガスは、その一部が第２バイパス通路１０内を流れるとともに、残りが第２タービン８ｂを通過しながら下流側に流れる。この場合、第２タービン８ｂが排気抵抗（通気抵抗）となる関係上、第２バイパス通路１０内を流れる排ガスの方が、第２タービン８ｂ側の排気通路６内を流れる排ガスよりも多くなる。以上のようにステップ１２を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳのときには、ステップ１３に進み、前述した第２触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ２ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、前述したように、ステップ１１，１２を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１３の判別結果がＹＥＳで、第１および第２触媒１１，１２がいずれも活性化しているときには、ステップ１４に進み、前述した第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ３ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。

この判別結果がＮＯで、第１および第２触媒１１，１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないときには、ステップ１５に進み、第１バイパス弁９ａを全開状態に制御する。それにより、排ガスは、その一部が第１バイパス通路９内を流れるとともに、残りが第１触媒１１および第１タービン７ｂを通過しながら、下流側に流れる。この場合、第１触媒１１および第１タービン７ｂが排気抵抗となる関係上、第１バイパス通路９内を流れる排ガスの方が、第１触媒１１側の排気通路６内を流れる排ガスよりも多くなる。

次に、ステップ１６で、第２バイパス弁１０ａを全閉状態に制御する。それにより、排ガスは、第２バイパス通路１０内を流れることなく、第２タービン８ｂを通過しながら下流側に流れる。以上のようにステップ１６を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１４の判別結果がＹＥＳで、第１〜第３触媒１１〜１３がすべて活性化しているときには、ステップ１７に進み、通常制御処理を実行する。この処理では、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなどのエンジン３の運転状態に応じて、第１および第２バイパス弁９ａ，１０ａの開度が制御される。それにより、２つの過給機７，８による過給圧が制御される。以上のようにステップ１７を実行した後、本処理を終了する。

次に、図５を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される吸入空気量制御処理について説明する。この処理は、前述した吸気絞り弁機構１５の吸気絞り弁１５ａの開度および排気還流機構１６のＥＧＲ制御弁１６ｂの開度を制御することによって、吸入空気量を制御するものであり、所定の制御周期（例えば１０ｍｓｅｃ）で実行される。

同図に示すように、まず、ステップ２０で、前述した第１触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化していないときには、ステップ２１に進み、目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄを所定のリーンバーン運転用値ＩＳＶ＿ｌｅａｎに設定する。この所定のリーンバーン運転用値ＩＳＶ＿ｌｅａｎは、エンジン３でリーンバーン運転を実行するのに最適な吸気絞り弁１５ａの開度に設定されている。

次に、ステップ２２で、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを所定のリーンバーン運転用値ＥＧＲＶ＿ｌｅａｎに設定する。この所定のリーンバーン運転用値ＥＧＲＶ＿ｌｅａｎは、エンジン３でリーンバーン運転を実行するのに最適なＥＧＲ制御弁１６ｂの開度に設定されている。

次いで、ステップ２３に進み、上述した目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄに対応する制御入力信号をＩＳＶアクチュエータ１５ｂに供給することにより、ＩＳＶアクチュエータ１５ｂを駆動する。それにより、吸気絞り弁１５ａの開度が目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄになるように制御される。

ステップ２３に続くステップ２４で、上述した目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄに対応する制御入力信号をＥＧＲ制御弁１６ｂに供給することにより、ＥＧＲ制御弁１６ｂを駆動する。それにより、ＥＧＲ制御弁１６ｂの開度が目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄになるように制御される。以上のように、ステップ２４を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、第１触媒１１が活性化しているときには、ステップ２５に進み、前述した第２触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ２ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、ステップ２６に進み、目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄを所定のストイキ運転用値ＩＳＶ＿ｓｔｏｉに設定する。この所定のストイキ運転用値ＩＳＶ＿ｓｔｏｉは、エンジン３において理論空燃比の混合気を燃焼させるストイキ運転を実行するのに最適な吸気絞り弁１５ａの開度に設定されている。

次いで、ステップ２７に進み、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄを所定のストイキ運転用値ＥＧＲＶ＿ｓｔｏｉに設定する。この所定のストイキ運転用値ＥＧＲＶ＿ｓｔｏｉは、エンジン３でストイキ運転を実行するのに最適なＥＧＲ制御弁１６ｂの開度に設定されている。次に、前述したように、ステップ２３，２４を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２５の判別結果がＹＥＳで、第１および第２触媒１１，１２がいずれも活性化しているときには、ステップ２８に進み、前述した第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ３ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１および第２触媒１１，１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないときには、前述したように、ステップ２１〜２４を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２８の判別結果がＹＥＳで、第１〜第３触媒１１〜１３がいずれも活性化しているときには、ステップ２９に進み、通常制御処理を実行する。この通常制御処理では、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなどのエンジン３の運転状態に応じて、目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄおよび目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄが算出される。次に、前述したように、ステップ２３，２４を実行した後、本処理を終了する。

以上のように、この吸入空気量制御処理では、第１触媒１１が活性化していないとき、または、第１および第２触媒１１，１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないときには、目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄが所定のリーンバーン運転用値ＩＳＶ＿ｌｅａｎに、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄが所定のリーンバーン運転用値ＥＧＲＶ＿ｌｅａｎにそれぞれ設定される。それにより、吸入空気量がリーンバーン運転に最適な値に制御される。さらに、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、目標絞り弁開度ＩＳＶ＿ｃｍｄが所定のストイキ運転用値ＩＳＶ＿ｓｔｏｉに、目標ＥＧＲ弁開度ＥＧＲＶ＿ｃｍｄが所定のストイキ運転用値ＥＧＲＶ＿ｓｔｏｉにそれぞれ設定されることで、吸入空気量がストイキ運転に最適な値に制御される。

次に、図６を参照しながら、ＥＣＵ２によって実行される燃料噴射制御処理について説明する。この処理は、燃料噴射弁４による燃料噴射量および燃料噴射時期を制御するものであり、ＴＤＣ信号の発生タイミングに同期して実行される。

同図に示すように、まず、ステップ４０で、前述した第１触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ１ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化していないときには、ステップ４１に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないリーンバーン運転用のマップを検索することにより、リーンバーン運転用の要求トルクを算出し、この要求トルクおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないリーンバーン運転用のマップを検索することにより、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂを算出する。このトルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂは、燃料噴射弁４から燃焼室内に噴射され、混合気として燃焼することで、トルクを発生させる燃料量に相当するものであり、このステップ４１では、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂは、前述した吸入空気量制御との関係から、エンジン３をリーンバーン運転するのに最適な値として算出される。

次に、ステップ４２で、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを値０に設定する。このポスト噴射量Ｇｐｏｓｔは、未燃燃料として排気系に供給されるものであり、Ｇｐｏｓｔ＝０のときには、ポスト噴射は実行されないように構成されている。

ステップ４２に続くステップ４３で、トルク燃料噴射時期φｃｏｍｂを算出する。このトルク燃料噴射時期φｃｏｍｂは、燃料噴射の開始タイミングを表す値であり、上述したトルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより算出される。なお、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂを、１燃焼サイクル中に複数回に分けて噴射する場合には、トルク燃料噴射時期φｃｏｍｂも、複数回分の値が算出される。

一方、ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、第１触媒１１が活性化しているときには、ステップ４４に進み、前述した第２触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ２ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、ステップ４５に進み、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図示しないストイキ運転用のマップを検索することにより、ストイキ運転用の要求トルクを算出し、この要求トルクおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないストイキ運転用のマップを検索することにより、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂを算出する。このステップ４５では、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂは、前述した吸入空気量制御との関係から、エンジン３をストイキ運転するのに最適な値として算出される。

次いで、ステップ４６に進み、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを所定の第２触媒暖機用値Ｇｒｅｆ２に設定する。この所定の第２触媒暖機用値Ｇｒｅｆ２は、第２触媒１２を活性化させるとともに、ストイキ運転でＮＯｘを浄化するのに最適な値に設定されている。

ステップ４６に続くステップ４７で、トルク燃料噴射時期φｃｏｍｂを、上述したステップ４３と同様の手法により算出する。次に、ステップ４８で、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、ポスト噴射時期φｐｏｓｔを算出する。このポスト噴射時期φｐｏｓｔは、燃料噴射の開始タイミングを表す値であり、膨張行程以降のクランク角度位置として算出される。

一方、ステップ４４の判別結果がＹＥＳで、第１および第２触媒１１，１２がいずれも活性化しているときには、ステップ４９に進み、前述した第３触媒活性フラグＦ＿ＣＡＴ３ａｃｔが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、第１および第２触媒１１，１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないときには、ステップ５０に進み、前述したステップ４１と同様の手法により、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂを算出する。すなわち、ステップ５０では、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂは、前述した吸入空気量制御との関係から、エンジン３をリーンバーン運転するのに最適な値として算出される。

次いで、ステップ５１に進み、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔを所定の第３触媒暖機用値Ｇｒｅｆ３に設定する。この所定の第３触媒暖機用値Ｇｒｅｆ３は、第３触媒１３を活性化させるのに最適な値に設定されている。

ステップ５１に続くステップ５２で、トルク燃料噴射時期φｃｏｍｂを、ステップ４３，４７と同様の手法により算出する。次に、ステップ５３に進み、ポスト噴射時期φｐｏｓｔを、ステップ４８と同様の手法により算出する。

一方、ステップ４９の判別結果がＹＥＳで、第１〜第３触媒１１〜１３がいずれも活性化しているときには、ステップ５４に進み、通常制御処理を実行する。この通常制御処理では、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰなどのエンジン３の運転状態に応じて、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂおよびトルク燃料噴射時期φｃｏｍｂが算出されるとともに、ポスト噴射を実行する場合には、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔおよびポスト噴射時期φｐｏｓｔも算出される。

以上のステップ４３，４８，５３，５４のいずれかに続くステップ５５で、前述したように算出されたトルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂ、ポスト噴射量Ｇｐｏｓｔ、トルク燃料噴射時期φｃｏｍｂおよびポスト噴射時期φｐｏｓｔに応じて、燃料噴射弁４を駆動することにより、燃料噴射を実行する。その後、本処理を終了する。

以上のように、この燃料噴射制御処理では、第１触媒１１が活性化していないとき（ステップ４０の判別結果がＮＯのとき）、または、第１および第２触媒１１，１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないとき（ステップ４９の判別結果がＮＯのとき）には、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂが、エンジン３をリーンバーン運転するのに最適な値として算出される。それにより、前述した吸入空気量制御処理との協働により、混合気の空燃比がリーンな値に制御され、エンジン３がリーンバーン運転される。

さらに、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないとき（ステップ４４の判別結果がＮＯのとき）には、トルク燃料噴射量Ｇｃｏｍｂが、エンジン３をストイキ運転するのに最適な値として算出される。それにより、前述した吸入空気量制御処理との協働により、混合気の空燃比が理論空燃比に制御され、エンジン３がストイキ運転される。これに加えて、第２触媒１２または第３触媒１３が活性化していないとき（ステップ４４または４９の判別結果がＮＯのとき）には、ポスト噴射が実行され、それにより、未燃燃料が排気通路６内に供給される。

以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、第１触媒１１が活性化していないときには、第１バイパス弁９ａが全閉状態に制御されるとともに、第１触媒１１が第１タービン７ｂよりも上流側に配置されているので、エンジン３の燃焼室から排出された燃焼ガスは、その熱量を第１タービン７ｂに奪われることなく、第１触媒１１にダイレクトに供給される。それにより、第１触媒１１を従来よりも迅速に活性化させることができ、排ガス特性を向上させることができる。

また、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、第１バイパス弁９ａが全閉状態に、第２バイパス弁１０ａが全開状態にそれぞれ制御されるとともに、ポスト噴射を実行することにより、未燃燃料が第１触媒１１の上流側に供給されるので、未燃燃料は、第１触媒１１を通過する際、活性化している第１触媒１１との酸化反応によって燃焼し、それにより、排ガス温度が上昇する。その際、第２バイパス弁１０ａが開弁状態に制御されていることで、第２タービンが設けられている排気通路６側の排気抵抗が、バイパス通路側よりも大きくなるので、第１触媒１１で昇温された排ガスは、第２タービン８ｂ側よりも第２バイパス通路１０側に多く流れ込むとともに、第２バイパス通路１０側に流れ込んだ排ガスは、その熱量を第２タービン８ｂに奪われることなく、第２触媒１２に流れ込む。それにより、昇温された排ガスの熱量が第２タービン８ｂに奪われるのを抑制しながら、第２触媒１２を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性をさらに向上させることができる。

さらに、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、第１バイパス弁９ａが閉弁状態に制御されることで、排ガスがすべて第１タービン７ｂを通過することになる。それにより、第１過給機７による過給動作を実行することができ、良好な運転性を確保することができる。

これに加えて、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときには、エンジン３がストイキ運転されるので、第１触媒１１に流入する排ガスの空燃比を理論空燃比に制御することができる。それにより、三元触媒タイプの第１触媒１１によって、排ガスを効率よく浄化することができ、良好な排ガス特性を確保することができる。

また、第２触媒１２が活性化しておりかつ第３触媒１３が活性化していないときには、第１バイパス弁９ａが全開状態に、第２バイパス弁１０ａが全閉状態にそれぞれ制御されるとともに、ポスト噴射を実行することにより、未燃燃料が排気通路６の第１分岐部６ｂよりも上流側に供給されるので、未燃燃料はその一部が第１バイパス通路９側に流れ込むとともに、残りが第１触媒１１および第１タービン７ｂが設けられている排気通路６側に流れ込む。その際、第１バイパス弁９ａが開弁状態に制御されていることで、第１触媒１１および第１タービン７ｂが設けられている排気通路６側の排気抵抗は、第１バイパス通路９側よりも大きくなるので、未燃燃料は、第１触媒１１および第１タービン７ｂ側よりも第１バイパス通路９側に多く流れ込むとともに、第１バイパス通路９側に流れ込んだ未燃燃料は、第２触媒１２にダイレクトに供給されることで、活性化している第２触媒１２との酸化反応によって燃焼し、排ガスの温度を上昇させる。それにより、未燃燃料が第１触媒１１で酸化されるのを抑制しながら、第３触媒１３を迅速にかつ効率よく活性化させることができ、排ガス特性をより一層、向上させることができる。

なお、実施形態は、未燃燃料供給手段として、燃料噴射弁によるポスト噴射を用いた例であるが、本発明の未燃燃料供給手段はこれに限らず、未燃燃料を排気通路６に供給可能な構成であればよい。例えば、未燃燃料供給手段として、排気通路６の第１分岐部６ｂよりも上流側に、未燃燃料供給用の燃料噴射弁を設けてもよい。

また、実施形態は、第１触媒１１が活性化しておりかつ第２触媒１２が活性化していないときに、混合気の空燃比を理論空燃比に制御し、エンジン３をストイキ運転した例であるが、これに代えて、混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さい値に制御し、エンジン３をリッチ運転するように構成してもよい。

さらに、実施形態は、第１バイパス通路９を、その上流側端が排気通路６のエキゾーストマニホールド６ａの集合部よりも下流側でかつ第１触媒１１よりも上流側の部位から分岐するように構成した例であるが、第１バイパス通路９を、その上流側端がエキゾーストマニホールド６ａから分岐するように構成してもよい。

一方、実施形態は、第１触媒として、三元触媒タイプのものを用いた例であるが、本発明の第１触媒はこれに限らず、酸化性能を有するものであればよい。例えば、第１触媒として、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）を用いてもよい。

また、実施形態は、第１〜第３触媒１１〜１３にそれぞれ取り付けられた第１〜第３触媒温センサ２１〜２３によって第１〜第３触媒温ＴＣＡＴ１〜３を検出し、これらの触媒温ＴＣＡＴ１〜３に基づいて、第１〜第３触媒１１〜１３が活性化しているか否かを判定した例であるが、排ガスの温度を検出する温度センサを、排気通路６における第１〜第３触媒１１〜１３の各々の上流側でかつ近傍の部位に設け、これらの温度センサの検出信号に基づいて、第１〜第３触媒温ＴＣＡＴ１〜３を推定し、その推定結果に基づいて、第１〜第３触媒１１〜１３が活性化しているか否かを判定するように構成してもよい。

さらに、実施形態は、第３触媒１３として、ＮＯｘ浄化触媒を用いた例であるが、本発明の第３触媒はこれに限らず、活性化しているときに排ガスを浄化できるものであればよい。例えば、第３触媒として、尿素ＳＣＲ装置（すなわち尿素噴射装置を排気通路に設けるとともに、その下流側に尿素選択還元触媒を設けたもの）を用いてもよい。

また、実施形態は、本発明の制御装置を車両用のエンジン３に適用した例であるが、本発明の制御装置は、これに限らず、船舶用の内燃機関や、他の産業機器用の内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（第１活性判定手段、第２活性判定手段、バイパス弁制御手段、未燃燃料 供給手段、空燃比制御手段、第３活性判定手段、上流側バイパス弁制御手段）
３ 内燃機関
４ 燃料噴射弁
６ 排気通路
６ｂ 第１分岐部（上流側分岐部）
６ｃ 第１合流部（上流側合流部）
６ｄ 第２分岐部（第２タービンよりも上流側の分岐部）
６ｅ 第２合流部（第２タービンよりも下流側の合流部）
７ 第１過給機
７ｂ 第１タービン
８ 第２過給機
８ｂ 第２タービン
９ 第１バイパス通路（上流側バイパス通路）
９ａ 第１バイパス弁（上流側バイパス弁）
１０ 第２バイパス通路（第２タービンをバイパスするバイパス通路）
１０ａ 第２バイパス弁（バイパス通路を開閉可能なバイパス弁）
１１ 第１触媒
１２ 第２触媒
１３ 第３触媒

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、酸化性能を有するとともに排ガスを浄化する第１触媒と、
   前記排気通路の前記第１触媒よりも下流側に設けられた第１タービンを有する排気タービン式の第１過給機と、
   前記排気通路の前記第１タービンよりも下流側に設けられた第２タービンを有する排気タービン式の第２過給機と、
   前記排気通路の前記第２タービンよりも上流側の分岐部と当該第２タービンよりも下流側の合流部とに接続され、当該第２タービンをバイパスするバイパス通路と、
   当該バイパス通路を開閉可能なバイパス弁と、
   前記排気通路の前記合流部よりも下流側に設けられ、排ガスを浄化する第２触媒と、
   前記第１触媒が活性化しているか否かを判定する第１活性判定手段と、
   前記第２触媒が活性化しているか否かを判定する第２活性判定手段と、
   前記第１活性判定手段および前記第２活性判定手段の判定結果に基づき、前記第１触媒が活性化しておりかつ前記第２触媒が活性化していないときに、当該バイパス弁を開弁状態に制御するバイパス弁制御手段と、
   前記第１触媒が活性化しておりかつ前記第２触媒が活性化していないときに、未燃燃料を前記第１触媒の上流側に供給する未燃燃料供給手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第１触媒は三元触媒で構成され、
   前記第１触媒が活性化しておりかつ前記第２触媒が活性化していないときに、前記内燃機関で燃焼する混合気の空燃比を、理論空燃比以下の値に制御する空燃比制御手段をさらに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。
3. 前記第２触媒は酸化性能を有しており、
   前記排気通路の前記第１触媒よりも上流側の上流側分岐部と、前記排気通路の前記第１タービンよりも下流側でかつ前記分岐部よりも上流側の上流側合流部とに接続され、前記第１触媒および前記第１タービンをバイパスする上流側バイパス通路と、
   当該上流側バイパス通路を開閉可能な上流側バイパス弁と、
   前記排気通路の前記第２触媒よりも下流側に設けられた第３触媒と、
   当該第３触媒が活性化しているか否かを判定する第３活性判定手段と、
   前記第２活性判定手段および前記第３活性判定手段の判定結果に基づき、前記第２触媒が活性化しておりかつ前記第３触媒が活性化していないときに、前記上流側バイパス弁を開弁状態に制御する上流側バイパス弁制御手段と、
   をさらに備え、
   前記未燃燃料供給手段は、前記第２触媒が活性化しておりかつ前記第３触媒が活性化していないときに、未燃燃料を前記排気通路の前記上流側分岐部よりも上流側に供給するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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