JP2017096158A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フューエルカット処理の実行時に、排気浄化触媒の温度を好適に調整する。【解決手段】排気浄化触媒とバイパス通路とウェストゲートバルブが、ウェストゲートバルブの弁体の開度が所定開度以上であるときは、該ウェストゲートバルブの弁体におけるバイパス通路の出口を閉塞する面である閉塞面の延長線が排気浄化触媒の上流側端面と交差し、且つウェストゲートバルブの弁体の開度が所定開度未満であるときは、閉塞面の延長線が排気浄化触媒の上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面と交差するように配置された内燃機関に適用される制御装置であって、該制御装置は、フューエルカット処理が実行されるときに、排気浄化触媒の温度が所定温度未満であれば、ウェストゲートバルブの弁体を全閉させ、排気浄化触媒の温度が所定温度以上であれば、ウェストゲートバルブの弁体の開度を全閉より大きく、且つ所定開度より小さい劣化抑制開度に制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、排気エネルギを利用して遠心式のコンプレッサを駆動する排気タービン過給機（ターボチャージャ）を備えた内燃機関に適用される制御技術に関し、特にターボチャージャに付設されるウェストゲートバルブを制御する技術に関する。

内燃機関に適用される過給機として、排気通路に配置されるタービンと、吸気通路に配置されるコンプレッサと、タービンを迂回して排気を流すためのバイパス通路と、バイパス通路を開閉する弁体を具備するウェストゲートバルブと、を備えたターボチャージャが知られている。

特許文献１には、ターボチャージャのタービンより下流の排気通路に排気浄化触媒が配置される内燃機関において、ウェストゲートバルブの弁体の開度が所定開度以上のときは、バイパス通路の出口から流出した排気の大部分が排気浄化触媒の上流側端面に直接当たり、且つウェストゲートバルブの弁体の開度が前記所定開度未満のときは、バイパス通路を通過した排気の大部分が排気浄化触媒の上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面に直接当たるような配置が開示されている。また、特許文献１には、内燃機関が冷間始動された場合のように、排気浄化触媒の暖機が必要な場合は、ウェストゲートバルブの弁体の開度を前記所定開度以上に制御することで、高温の排気を排気浄化触媒に直接当てる方法が開示されている。さらに、特許文献１には、内燃機関が高負荷運転されている場合のように、排気浄化触媒が過昇温する可能性がある場合は、ウェストゲートバルブの弁体の開度を前記所定開度より小さい開度に制御することで、高温の排気が排気浄化触媒に直接当たらないようにする方法も開示されている。

特許文献２には、内燃機関の運転途中で該内燃機関に対する燃料供給を停止することで、燃料の燃焼を停止させる処理（フューエルカット処理）が実行されているときに、ウェストゲートバルブの弁体を全閉にする技術が開示されている。

特開２０１０−１８０７８１号公報 特開２０１４−１０１８６２号公報

ところで、内燃機関のフューエルカット処理が実行されるときは、内燃機関に吸入された空気が燃焼に供されることなく、該内燃機関から排出される。つまり、フューエルカット処理の実行時は、内燃機関から低温、且つ酸素過剰な雰囲気の排気（空気）が排出される。そのため、タービンより下流の排気通路に排気浄化触媒が配置される構成において、排気浄化触媒の温度が低い場合は、フューエルカット処理実行時にウェストゲートバルブの弁体を全閉にすることで、タービンの熱により暖められた排気を排気浄化触媒へ供給し、排気浄化触媒の温度が高い場合は、フューエルカット処理実行時にウェストゲートバルブの弁体を開弁させることで、タービンを経由していない低温の排気を排気浄化触媒へ供給する方法が考えられる。

しかしながら、前述の特許文献１に記載されているように、ウェストゲートバルブの弁体の開度に応じてバイパス通路から流出する排気の進行方向が変化する構成において、排
気浄化触媒の温度が高いときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、ウェストゲートバルブの弁体の開度が前記所定開度以上にされると、バイパス通路を通過した低温の排気のうち、排気浄化触媒の上流側端面の一部に直接当たる排気の量が多くなる。その際、排気浄化触媒の上流側端面の一部が局所的に冷却されて、排気浄化触媒に熱応力が働く可能性がある。さらに、排気浄化触媒の上流側端面の一部が局所的に酸素過剰な雰囲気になるため、その部分に担持されている貴金属触媒のシンタリングが発生する可能性もある。したがって、排気浄化触媒の温度が高いときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、ウェストゲートバルブの弁体の開度が前記所定開度以上にされると、熱応力の発生やシンタリングの発生によって排気浄化触媒が劣化する可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フューエルカット処理の実行時に、排気浄化触媒の温度を好適に調整することができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路に配置されるタービン、及び内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを具備するターボチャージャと、前記ターボチャージャのタービンより下流の排気通路に配置される排気浄化触媒と、前記ターボチャージャのタービンより上流の排気通路から前記タービンを迂回して前記タービンより下流、且つ前記排気浄化触媒より上流の排気通路へ排気を流すためのバイパス通路と、所定の枢軸線回りに回動することで前記バイパス通路の出口を開閉する弁体、及び該弁体を回動させるアクチュエータを具備するウェストゲートバルブと、を備えた内燃機関に適用される制御装置である。なお、前記排気浄化触媒と前記バイパス通路と前記ウェストゲートバルブは、前記ウェストゲートバルブの弁体の全閉状態からの回動角度である開度が所定開度以上であるときは、前記弁体における前記バイパス通路の出口を閉塞する面である閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差し、且つ前記弁体の開度が前記所定開度未満であるときは、前記閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差せずに、該上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面と交差するように配置されるものとする。そして、前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度を取得する取得手段と、前記ウェストゲートバルブの弁体の開度を制御する制御手段と、を備える。前記制御手段は、内燃機関の運転途中で該内燃機関に対する燃料供給を停止する処理であるフューエルカット処理の実行時において、前記取得手段により取得される温度が所定温度未満であれば、前記ウェストゲートバルブの弁体を全閉させ、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度以上であれば、前記ウェストゲートバルブの弁体の開度を全閉より大きく、且つ前記所定開度より小さい開度である劣化抑制開度に制御する。

なお、ここでいう「所定温度」は、例えば、排気浄化触媒の温度が該所定温度以上であれば、排気浄化触媒を冷却することが望ましいと考えられる温度である。また、ここでいう「前記閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差する」とは、前記閉塞面と同一平面上に前記排気浄化触媒の上流側端面と交差する線が存在する、と言い換えることもできる。同様に、「前記閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差せずに、該上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面と交差する」とは、前記閉塞面と同一平面上に前記排気浄化触媒の上流側端面と交差する線が存在せず、該上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面と交差する線が存在する、と言い換えることができる。

このような構成によれば、フューエルカット処理の実行時において、排気浄化触媒の温度が前記所定温度未満であれば、ウェストゲートバルブの弁体が全閉されることになる。その場合、全ての排気がタービンを経由して排気浄化触媒へ流入することになる。ここで
、排気浄化触媒の温度が前記所定温度より低いときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、ウェストゲートバルブの弁体が開弁されると、内燃機関から排出される低温の排気（空気）の一部がバイパス通路を経由して排気浄化触媒へ流入することになる。バイパス通路を経由する排気は、タービンの熱を受けにくいため、低温な状態で排気浄化触媒へ流入することになる。その結果、排気浄化触媒が不要に冷却される可能性がある。これに対し、排気浄化触媒の温度が前記所定温度より低いときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、ウェストゲートバルブの弁体が全閉にされると、内燃機関から排出される低温の排気の全てがタービンを経由して排気浄化触媒へ流入することになる。その結果、タービンの熱を受けて暖められた排気が排気浄化触媒へ流入することになるため、排気浄化触媒の不要な冷却を可及的に抑制することができる。

一方、排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上であるときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときは、タービンを経由していない低温の排気によって排気浄化触媒を冷却することが望ましい。しかしながら、排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上であるときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、タービンを経由していない低温の排気のうち、排気浄化触媒の上流側端面（以下、「上流側触媒端面」と称する）の一部に直接当たる排気の量が多くなると、前述したように、熱応力の発生やシンタリングの発生を招く可能性がある。そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、フューエルカット処理の実行時において、排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上であれば、ウェストゲートバルブの弁体の開度を、全閉より大きく、且つ前記所定開度より小さい劣化抑制開度に制御する。ここで、ウェストゲートバルブの弁体の開弁時にバイパス通路の出口から流出する排気は、弁体の閉塞面に沿って流れることになる。つまり、ウェストゲートバルブの弁体の開弁時にバイパス通路の出口から流出する排気は、前記閉塞面の延長線上を指向して流れるように、前記閉塞面によって案内されることになる。よって、ウェストゲートバルブの弁体の開度が、前記閉塞面の延長線が前記上流側触媒端面より上流に位置する排気通路の壁面（以下、「上流側通路壁面」と称する）と交差する開度である劣化抑制開度に制御されると、バイパス通路の出口から流出した排気が前記上流側通路壁面を指向して流れるようになる。その場合、バイパス通路の出口から流出した低温の排気の大部分は、前記上流側触媒端面に当たる前に、前記上流側通路壁面に当たるようになる。そして、前記上流側通路壁面に当たった排気は、排気通路内で拡散した後に前記上流側触媒端面に到達する。よって、タービンを経由していない低温の排気のうち、前記上流側触媒端面の一部に直接当たる排気の量を少なく抑えることができる。その結果、前記上流側触媒端面の一部が局所的に急冷されたり、又は酸素過剰な雰囲気になったりすることが抑制される。これにより、熱応力の発生やシンタリングの発生を可及的に抑制しつつ、排気浄化触媒を冷却することができる。

なお、バイパス通路の出口から流出した排気が前記上流側通路壁面に当たった際に、該上流側通路壁面の熱が排気に伝達されて、排気の温度が上昇する可能性があるが、前記上流側通路壁面の温度はタービンの温度より低いため、前記上流側通路壁面に当たった後の排気が排気浄化触媒へ流入しても、十分な冷却効果を得ることができると考えられる。寧ろ、バイパス通路の出口から流出した排気が前記上流側通路壁面の熱を受けて適度に昇温することで、該排気と排気浄化触媒との温度差が緩和されるため、排気浄化触媒における熱応力発生の抑制にメリットがあると考えられる。

ところで、前記ウェストゲートバルブの弁体の開度が前記劣化抑制開度に制御されたときに、前記バイパス通路の出口から流出する排気は、前記弁体の閉塞面の延長線上を指向して流れるが、その排気が前記上流側通路壁面に当たる前に、一部の排気が前記閉塞面の延長線よりも前記上流側触媒端面側へ拡散する可能性がある。その場合、バイパス通路の出口から流出した排気の一部が前記上流側触媒端面に直接当たる可能性がある。

そこで、前記劣化抑制開度は、フューエルカット処理の実行時に前記バイパス通路の出口から流出した排気が前記閉塞面の延長線に対して前記上流側触媒端面側へ拡散する程度に応じた開度分を、前記所定開度から差し引いた開度とされてもよい。このように前記劣化抑制開度が設定されると、排気浄化触媒の温度が前記所定温度以上であるときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、前記バイパス通路の出口から流出した排気のうち、前記上流側触媒端面に直接当たる排気の量をより確実に少なくすることができる。その結果、排気浄化触媒における熱応力の発生やシンタリングの発生をより確実に抑制することができる。なお、フューエルカット処理の実行時に前記バイパス通路の出口から流出した排気が前記閉塞面の延長線に対して前記上流側触媒端面側へ拡散する程度に応じた開度分は、予め実験等を利用した適合作業によって求めておけばよい。

本発明によれば、フューエルカット処理の実行時に、排気浄化触媒の温度を好適に調整することができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 タービンハウジングの断面図である。 タービンハウジングの平面図である。 ウェストゲートバルブの弁体の開弁時にバイパス通路を経由した排気の流れを示す図である。 ウェストゲートバルブの弁体の所定開度Ａを示す図である。 第１の実施形態においてフューエルカット処理実行時におけるウェストゲートバルブの弁体の開度を制御するための処理ルーチンを示すフローチャートである。 ウェストゲートバルブの弁体の劣化抑制開度Ｄｃを示す図である。 劣化抑制開度Ｄｃの他の設定方法を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について、図１乃至図７に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）、又は火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１は、インテークマニホールド２を介して吸気管３と接続されている。吸気管３の途中には、該吸気管３内の通路断面積を調整するスロットル弁３０が配置されている。スロットル弁３０より上流の吸気管３には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５１が配置されている。コンプレッサハウジング５１とスロットル弁３０との間の吸気管３には、インタークーラ３１が配置されている。

また、内燃機関１は、エキゾーストマニホールド４を介して、ターボチャージャ５のタービンハウジング５０と接続されている。タービンハウジング５０は、触媒ケーシング６を介して、排気管７と接続されている。触媒ケーシング６は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の少なくとも１つを浄化するための排気浄化触媒（例えば、三元触媒や酸化触媒等）６０を収容する。

ここで、ターボチャージャ５は、タービンハウジング５０に回転自在に収容されたター
ビン５０ａと、コンプレッサハウジング５１に回転自在に収容されたコンプレッサ５１ａとを一体的に連結して構成される。このように構成されたターボチャージャ５は、排気エネルギにより回転駆動されるタービン５０ａの回転力を利用して、コンプレッサ５１ａを回転させることにより、吸気を圧縮する。なお、前記コンプレッサ５１ａにより圧縮されて高温となった吸気は、前記インタークーラ３１において外気又は冷却水と熱交換されることで冷却されるようになっている。

また、タービンハウジング５０は、図２、３に示すように、エキゾーストマニホールド４から流出した排気をタービン５０ａへ導くためのタービンインレット５００と、タービン５０ａを経由した排気を触媒ケーシング６へ向けて排出させるためのタービンアウトレット５０１と、を連通させるバイパス通路５０２を備えている。さらに、タービンハウジング５０は、前記バイパス通路５０２における前記タービンアウトレット５０１側の開口端（出口）を開閉するためのウェストゲートバルブ５０３を備えている。

ウェストゲートバルブ５０３は、バイパス通路５０２の出口より大きな外径を有する板状の弁体５０３ａと、バイパス通路５０２の出口部分の軸線に対して直角をなすように配置される駆動軸５０３ｃと、弁体５０３ａと駆動軸５０３ｃとを接続するスイングアーム５０３ｂと、駆動軸５０３ｃを周方向へ回転させるアクチュエータ５０３ｄと、を備えている。アクチュエータ５０３ｄは、例えば、駆動軸５０３ｃの回転角度を変更可能なアクチュエータであり、電気又は圧力を駆動源として作動する。このように構成されたウェストゲートバルブ５０３によれば、アクチュエータ５０３ｄが駆動軸５０３ｃを回転させることにより、弁体５０３ａ及びスイングアーム５０３ｂが駆動軸５０３ｃを枢軸として回動する。

なお、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが全閉状態にあるときは、図２中の実線で示すように、弁体５０３ａの閉塞面（バイパス通路５０２の出口を閉塞する面）５３０とバイパス通路５０２の出口側開口面とが平行な状態で密着することで、バイパス通路５０２の導通が遮断される。その場合、エキゾーストマニホールド４からタービンインレット５００へ流入した排気の全てがタービン５０ａを経由してタービンアウトレット５０１へ流れる。また、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが全閉にされた状態で、アクチュエータ５０３ｄが駆動軸５０３ｃを回転させると、弁体５０３ａ及びスイングアーム５０３ｂが駆動軸５０３ｃ回りに回動されるため、図２中の一点鎖線で示すように、弁体５０３ａの閉塞面５３０がバイパス通路５０２の出口側開口面に対して傾斜しつつ、バイパス通路５０２の出口側開口面から離間する。その結果、バイパス通路５０２の出口が開放されて、バイパス通路５０２が導通状態となる。その場合、エキゾーストマニホールド４からタービンインレット５００へ流入した排気の一部は、バイパス通路５０２を流れることで、タービン５０ａを迂回してタービンアウトレット５０１へ到達するようになる。その際にバイパス通路５０２を通過する排気の流量は、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度（全閉状態からの弁体５０３ａの回動角度（全閉状態からの駆動軸５０３ｃの回転角度））を変更することにより調整することもできる。

ここで図１に戻り、上記したように構成された内燃機関１には、本発明に係わる制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が併設されている。ＥＣＵ８は、ＣＰ
Ｕ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成されている。ＥＣＵ８は、アクセルポジションセンサ９、クランクポジションセンサ１０、吸気圧センサ１１、エアフローメータ３２、及び排気温度センサ７０等の各種センサと電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１０は、図示しないクランクシャフトの回転位置に相関した電気信号を出力する。吸気圧センサ１１は、インテークマニホールド２に取り付けられ、該インテークマニホールド２内の吸気圧力（過給圧）に相関した電気信号を出力
する。エアフローメータ３２は、コンプレッサハウジング５１より上流の吸気管３に取り付けられ、該吸気管３内を流れる吸気の質量に相関した電気信号を出力する。排気温度センサ７０は、排気管７において触媒ケーシング６の近傍に取り付けられ、触媒ケーシング６から流出する排気の温度に相関した電気信号を出力する。

ＥＣＵ８は、前述したスロットル弁３０、ウェストゲートバルブ５０３のアクチュエータ５０３ｄ、内燃機関１の燃料噴射弁等の各種機器と電気的に接続され、前述した各種センサの出力信号に基づいてそれらの各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ８は、内燃機関１に対する燃料供給が行われているとき（内燃機関１において燃料が燃焼されているとき）に、クランクポジションセンサ１０の出力信号に基づいて演算される機関回転速度と、アクセルポジションセンサ９の出力信号（アクセル開度）と、をパラメータとして、目標過給圧を演算する。そして、ＥＣＵ８は、吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧以下であれば、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを全閉させ、吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧より高ければ、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを開弁させる。その際、ＥＣＵ８は、吸気圧センサ１１により検出される過給圧と前記目標過給圧との差に応じてウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度を変更することにより、バイパス通路５０２を流れる排気の流量を調整してもよい。

なお、図２、３に示したように、回動式（スイングアーム式）の弁体５０３ａを備えるウェストゲートバルブ５０３によれば、該ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが開弁しているときにバイパス通路５０２の出口から流出する排気は、図４中の矢印Ｙで示すように、弁体５０３ａの閉塞面５３０に沿って流れることになる。つまり、バイパス通路５０２の出口から流出する排気は、弁体５０３ａの閉塞面５３０の延長線上を指向して流れるように、該閉塞面５３０によって案内される。よって、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度を変更することにより、バイパス通路５０２から流出する排気の進行方向（指向する方向）を変更することができる。

そこで、本実施形態においては、バイパス通路５０２、ウェストゲートバルブ５０３、及び排気浄化触媒６０は、図５に示すように、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度が所定開度（図５中の開度Ａ）以上であるときは、弁体５０３ａの閉塞面５３０の延長線が排気浄化触媒６０の上流側端面（上流側触媒端面）６０ａと交差し、且つウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度が前記所定開度Ａ未満であるときは、弁体５０３ａの閉塞面５３０の延長線が前記上流側触媒端面６０ａと交差せずに、該上流側触媒端面６０ａより上流に位置する排気通路の壁面（上流側通路壁面）６ａと交差するように配置されるものとする。ここでいう上流側通路壁面６ａは、前記上流側触媒端面６０ａより上流に位置する触媒ケーシング６の内壁面、又はタービンアウトレット５０１の内壁面である。

上記したような配置において、内燃機関１が冷間始動された場合のように、排気浄化触媒６０の温度が該排気浄化触媒６０の浄化能力が活性する温度（以下、「活性温度」と記す）より低い場合において、内燃機関１に対する燃料供給が行われているときは、ＥＣＵ８は、過給圧を目標過給圧にすることよりも、排気浄化触媒６０の早期活性を優先させる。すなわち、ＥＣＵ８は、排気浄化触媒６０の温度が前記活性温度より低いときは、たとえ吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧以下であっても、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度が前記所定開度Ａ以上となるように、アクチュエータ５０３ｄを制御する。ここで、内燃機関１に対する燃料供給が行われているときに、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが全閉にされると、内燃機関１から排出される高温の排気がタービン５０ａを経由するため、その排気の持つ熱エネルギがタービン５０ａの駆動源として消費される。その結果、排気浄化触媒６０へ流入する際の排気温度
が低くなる。これに対し、内燃機関１に対する燃料供給が行われているときに、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが開弁されると、内燃機関１から排出される高温の排気の一部がバイパス通路５０２を経由するため、その排気の持つ熱エネルギがタービン５０ａの駆動源として消費されなくなる。その結果、排気浄化触媒６０へ流入する際の排気温度が高くなる。さらに、その際のウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度が前記所定開度Ａ以上にされると、バイパス通路５０２を経由した高温の排気の大部分が前記上流側触媒端面６０ａに直接当たるため、排気浄化触媒６０へ流入する際の排気温度をより高めることができる。

また、本実施形態においては、機関回転速度が所定回転速度以上でアクセル開度が０にされる減速運転時のように、内燃機関１に対する燃料供給を停止する処理（フューエルカット処理）が実行されるときは、ＥＣＵ８は、過給圧の調整に比べ、排気浄化触媒６０の温度調整を優先すべく、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度を制御する。以下、フューエルカット処理実行時におけるウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度を制御する方法について、図６に沿って説明する。

図６は、フューエルカット処理の実行時におけるウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度を制御するためにＥＣＵ８によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図６に示す処理ルーチンは、ＥＣＵ８によって所定の周期で繰り返し実行されるルーチンであり、予めＥＣＵ８のＲＯＭ等に記憶されている。

図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１の処理において、フューエルカット処理の実行中であるか否かを判別する。例えば、フューエルカット処理が開始される際に“１”がセットされ、且つフューエルカット処理の終了時に“０”にリセットされるフューエルカット処理フラグをＥＣＵ８のＲＡＭ等に設定しておき、ＥＣＵ８がフューエルカット処理フラグを参照することにより、フューエルカット処理の実行中であるか否かを判別してもよい。Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ８は、排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔを取得する。例えば、ＥＣＵ８は、排気温度センサ７０の出力値から排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔを推定してもよく、又は内燃機関１の運転状態から排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔを推定してもよい。また、排気浄化触媒６０より上流の排気通路に温度センサが取り付けられている場合は、ＥＣＵ８は、その温度センサの出力値と前記排気温度センサ７０の出力値との差に基づいて、排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔを推定してもよい。このように、ＥＣＵ８がＳ１０２の処理を実行することにより、本発明に係わる「取得手段」が実現される。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で取得された排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｐｒｅ未満であるか否かを判別する。ここでいう所定温度Ｔｐｒｅは、排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが該所定温度Ｔｐｒｅ以上であれば、排気浄化触媒６０を冷却することが望ましいと考えられる温度であり、排気浄化触媒６０の活性温度より十分に高い温度である。

前記Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ＜Ｔｐｒｅ）は、排気浄化触媒６０の不要な冷却を抑制することが望ましい。ここで、フューエルカット処理の実行時は、内燃機関１に吸入された空気が燃焼に供されることなく、内燃機関１から排出される。その際、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが開弁されていると、内燃機関１から排出された低温の排気（空気）の一部がバイパス通路５０２を経由して排気浄化触媒６０へ流入する。バイパス通路５０２を経由する排気は、タービン５０ａを経由する排気に比べ、タービン５０ａの熱を受けにくいため、排気浄化触媒６０へ流入する際の温度
が低くなる。よって、排気浄化触媒６０の温度が低いときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが開弁されると、バイパス通路５０２を経由した低温の排気によって排気浄化触媒６０が不要に冷却される可能性がある。そこで、前記Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理へ進み、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが０になるように、アクチュエータ５０３ｄを制御する。すなわち、ＥＣＵ８は、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを全閉させる。その場合、内燃機関１から排出された排気の全てがタービン５０ａを経由して排気浄化触媒６０へ流入することになる。タービン５０ａを経由する排気は、タービン５０ａの熱によって暖められるため、排気浄化触媒６０へ流入する際の温度が比較的高くなる。よって、排気浄化触媒６０が不要に冷却されることを可及的に抑制することができる。

一方、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（Ｔｃａｔ≧Ｔｐｒｅ）は、タービン５０ａを経由しない排気（すなわち、バイパス通路５０２を経由する排気）によって、排気浄化触媒６０を冷却することが望ましい。そのため、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを開弁させることが望ましい。ところで、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａが開弁されているときにバイパス通路５０２の出口から流出する排気は、前述した図４の説明で述べたように、弁体５０３ａの閉塞面５３０の延長線上を指向して流れる。そのため、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合に、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが前記所定開度Ａ以上にされると、バイパス通路５０２を経由した低温の排気の大部分が前記上流側触媒端面６０ａに直接当たるようになる。その際、バイパス通路５０２を経由した低温の排気のうち、前記上流側触媒端面６０ａの一部に直接当たる排気の量が多くなると、前記上流側触媒端面６０ａの一部が局所的に冷却されることで、排気浄化触媒６０に熱応力が働く可能性がある。また、フューエルカット処理の実行時に内燃機関１から排出される排気は、前述したように燃焼に供されていない空気であるため、そのよう排気の大部分が前記上流側触媒端面６０ａの一部に当たると、その部分が局所的に酸素過剰な雰囲気となって、貴金属触媒のシンタリングを発生させる可能性もある。そこで、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ８は、Ｓ１０５の処理へ進み、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが劣化抑制開度Ｄｃとなるように、アクチュエータ５０３ｄを制御する。ここでいう劣化抑制開度Ｄｃは、図７に示すように、前記所定開度Ａより小さく、且つ全閉より大きな開度である。ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが前記劣化抑制開度Ｄｃにされると、前記閉塞面５３０の延長線が前記上流側通路壁面６ａと交差することになるため、バイパス通路５０２の出口から流出する排気が前記上流側通路壁面６ａを指向して流れるようになる。その結果、バイパス通路５０２の出口から流出した排気の大部分は、前記上流側触媒端面６０ａに当たる前に、前記上流側通路壁面６ａに当たるようになる。そして、前記上流側通路壁面６ａに当たった排気は、前記上流側触媒端面６０ａより上流の排気通路内で拡散した後に前記上流側触媒端面６０ａに当たることになる。よって、前記上流側触媒端面６０ａの一部に直接当たる排気の量が少なくなるため、前記上流側触媒端面６０ａの一部が局所的に急冷されたり、又は酸素過剰な雰囲気になったりすることも抑制される。これにより、熱応力の発生やシンタリングの発生に起因する排気浄化触媒６０の劣化を可及的に抑制することができる。また、バイパス通路５０２の出口から流出した排気が前記上流側通路壁面６ａに当たった際に、該排気が前記上流側通路壁面６ａの熱を受けて適度に昇温するため、前記上流側触媒端面６０ａに当たる際の排気と排気浄化触媒６０との温度差が緩和されて、熱応力の発生をより確実に抑制することができる。

ここで、触媒ケーシング６とバイパス通路５０２とウェストゲートバルブ５０３とを含む排気系のレイアウトによっては、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを、前記所定開度Ａより大きな開度であって、前記閉塞面５３０の延長線が前記上流側触媒端面６
０ａと交差する開度の範囲より大きな開度まで開弁させたときに、前記閉塞面５３０の延長線が前記上流側通路壁面（図７中の上側に位置する上流側通路壁面）と交差する可能性がある。しかしながら、そうような開度においては、前記バイパス通路５０２の出口から流出した排気の大部分が前記閉塞面５３０の延長線上を指向しなくなる。そのため、前記バイパス通路５０２の出口から流出した排気のうち、前記上流側触媒端面６０ａに直接当たる排気の量が多くなる可能性がある。よって、前記劣化抑制開度Ｄｃは、前記所定開度Ａより小さい開度の範囲で設定されるものとする。

また、バイパス通路５０２の出口から流出する排気は、前述したように、前記閉塞面５３０の延長線上を指向して流れるように前記閉塞面５３０によって案内されるものの、前記上流側通路壁面６ａに到達する前に、前記閉塞面５３０の延長線よりも前記上流側触媒端面６０ａ側（図７中の下流側）へ拡散する可能性がある。また、前記排気浄化触媒６０の冷却効率を高めるという観点にたつと、バイパス通路５０２を経由する排気の流量を可及的に多くすることが望ましい。よって、前記劣化抑制開度Ｄｃは、図８に示すように、フューエルカット処理の実行時に前記バイパス通路５０２の出口から流出した排気（図８中の矢印Ｙ’）が前記閉塞面５３０の延長線に対して前記上流側触媒端面６０ａ側へ拡散する程度に応じた開度分（例えば、前記閉塞面５３０の延長線を基準とした排気のの拡がり角度（図８中のＢ））を、前記所定開度Ａから差し引いた開度に設定されてもよい。このように前記劣化抑制開度Ｄｃが設定されると、排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記所定温度Ｔｐｒｅ以上のときであって、且つフューエルカット処理が実行されるときに、前記バイパス通路５０２の出口から流出した排気のうち、前記上流側触媒端面６０ａに直接当たる排気の量をより確実に少なく抑えつつ、バイパス通路５０２を経由する排気の流量を可及的に多く確保することができる。その結果、排気浄化触媒６０における熱応力の発生やシンタリングの発生をより確実に抑制しつつ、排気浄化触媒６０を効率的に冷却することが可能になる。

ここで図６の処理ルーチンに戻り、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０１の処理において否定判定した場合は、Ｓ１０６の処理へ進み、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが通常開度となるように、アクチュエータ５０３ｄを制御する。ここでいう通常開度は、前述したように、吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧以下であるときは０（全閉）とされ、且つ吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧より高いときは０より大きな開度（例えば、吸気圧センサ１１により検出される過給圧と前記目標過給圧との差が大きくなるほど、大きくされる開度）である。ただし、吸気圧センサ１１により検出される過給圧が前記目標過給圧以下であっても、排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記活性温度より低い場合は、前記通常開度は、前記所定開度Ａ以上の開度であって、バイパス通路５０２の出口から流出した排気の大部分が前記上流側触媒端面６０ａに直接当たる開度にされる。

以上述べたように、ＥＣＵ８が図６の処理ルーチンに従ってウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖを制御することにより、フューエルカット処理実行時に、排気浄化触媒６０の劣化を抑制しつつ、該排気浄化触媒６０の温度を調整することができる。なお、ＥＣＵ８が図６の処理ルーチンにおけるＳ１０１、Ｓ１０３〜Ｓ１０５の処理を実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。

＜実施形態２＞
前述した実施形態１では、前述の図６の処理ルーチンがフューエルカット処理の実行中も繰り返し実行されるため、フューエルカット処理の実行途中で排気浄化触媒６０の温度が前記所定温度Ｔｐｒｅ未満の温度から前記所定温度Ｔｐｒｅ以上の温度へ変化し、又は前記所定温度Ｔｐｒｅ以上の温度から前記所定温度Ｔｐｒｅ未満の温度へ変化した場合に、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖが変更されることになる。
これに対し、フューエルカット処理実行中におけるウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖを、フューエルカット処理の開始時における排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔに対応した開度に固定してもよい。すなわち、フューエルカット処理の開始時における排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記所定温度Ｔｐｒｅ未満（Ｔｃａｔ＜Ｔｐｒｅ）であれば、ＥＣＵ８は、フューエルカット処理の実行期間におけるウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖを０（全閉）に固定する。一方、フューエルカット処理の開始時における排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記所定温度Ｔｐｒｅ以上（Ｔｃａｔ≧Ｔｐｒｅ）であれば、ＥＣＵ８は、フューエルカット処理の実行期間におけるウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａの開度Ｄｗｇｖを前記劣化抑制開度Ｄｃに固定する。このような方法によれば、フューエルカット処理実行時における排気浄化触媒６０の劣化を抑制しつつ、排気浄化触媒６０の温度を簡易に調整することができる。

＜他の実施形態＞
前述した実施形態１、２では、フューエルカット処理が実行されるときの排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記所定温度Ｔｐｒｅ未満であれば、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを全閉にする例について述べた。これに対し、フューエルカット処理の実行時における排気浄化触媒６０の温度Ｔｃａｔが前記所定温度Ｔｐｒｅ未満である場合において、内燃機関１の運転状態がターボチャージャ５のサージ領域に属していなければ、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを全閉とし、且つ内燃機関１の運転状態がターボチャージャ５のサージ領域に属していれば、ウェストゲートバルブ５０３の弁体５０３ａを可能な限り小さい開度で開弁させてもよい。このような方法によれば、排気浄化触媒６０の不要な冷却を最小限に抑えつつ、ターボチャージャ５のサージを抑制することができる。

１ 内燃機関
２ インテークマニホールド
３ 吸気管
４ エキゾーストマニホールド
５ ターボチャージャ
６ 触媒ケーシング
６ａ 上流側通路壁面
７ 排気管
５０ タービンハウジング
５０ａ タービン
６０ 排気浄化触媒
６０ａ 上流側触媒端面
５０２ バイパス通路
５０３ ウェストゲートバルブ
５０３ａ 弁体
５０３ｂ スイングアーム
５０３ｃ 駆動軸
５０３ｄ アクチュエータ
５３０ 閉塞面

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に配置されるタービン、及び内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを具備するターボチャージャと、
   前記ターボチャージャのタービンより下流の排気通路に配置される排気浄化触媒と、
   前記ターボチャージャのタービンより上流の排気通路から前記タービンを迂回して前記タービンより下流、且つ前記排気浄化触媒より上流の排気通路へ排気を流すためのバイパス通路と、
   所定の枢軸線回りに回動することで前記バイパス通路の出口を開閉する弁体、及び該弁体を回動させるアクチュエータを具備するウェストゲートバルブと、
   を備え、
   前記排気浄化触媒と前記バイパス通路と前記ウェストゲートバルブは、前記ウェストゲートバルブの弁体の全閉状態からの回動角度である開度が所定開度以上であるときは、前記弁体における前記バイパス通路の出口を閉塞する面である閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差し、且つ前記弁体の開度が前記所定開度未満であるときは、前記閉塞面の延長線が前記排気浄化触媒の上流側端面と交差せずに、該上流側端面より上流に位置する排気通路の壁面と交差するように配置された内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記排気浄化触媒の温度を取得する取得手段と、
   前記ウェストゲートバルブの弁体の開度を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、内燃機関の運転途中で該内燃機関に対する燃料供給を停止する処理であるフューエルカット処理の実行時において、前記取得手段により取得される温度が所定温度未満であれば、前記ウェストゲートバルブの弁体を全閉させ、前記取得手段により取得される温度が前記所定温度以上であれば、前記ウェストゲートバルブの弁体を全閉より大きく、且つ前記所定開度より小さい開度である劣化抑制開度に制御する内燃機関の制御装置。
2. 前記劣化抑制開度は、前記フューエルカット処理の実行時に前記バイパス通路の出口から流出した排気が前記閉塞面の延長線に対して前記排気浄化触媒の上流側端面側へ拡散する程度に応じた開度分を、前記所定開度から差し引いた開度である請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   

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