JP5850009B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に遠心過給器（ターボチャージャ）のタービンが配置された内燃機関の制御装置に関し、特にタービンより下流の排気通路に配置された排気浄化装置へ未燃燃料と酸素とを供給する技術に関する。

内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置を昇温させる方法として、内燃機関の一部の気筒において理論空燃比より高い空燃比（リーン空燃比）の混合気を燃焼させ、残りの気筒において理論空燃比より低い空燃比（リッチ空燃比）の混合気を燃焼させる方法が知られている。このような方法によれば、リーン空燃比の混合気が燃焼された気筒（以下、「リーン運転気筒」と称する）から余剰の酸素を含む排気が排出される。また、リッチ空燃比の混合気が燃焼された気筒（以下、「リッチ運転気筒」と称する）から余剰の未燃燃料を含む排気が排出される。これらの排気が相互に混ざり合うと、余剰の未燃燃料と余剰の酸素とが反応し、その際の反応熱によって排気浄化装置が暖められる。

ところで、排気浄化装置より上流の排気通路において、該排気浄化装置より離れた位置で未燃燃料と酸素とが反応すると、反応熱の一部が排気通路の壁面を介して放熱され、排気浄化装置を速やかに昇温させることができなくなる可能性があった。

このような問題に対し、内燃機関が備える複数の気筒を二つの気筒群に分け、それら二つの気筒群の排気が排気浄化装置の直上流において合流するように、排気通路を形成する構成が提案されている。このような構成において、一方の気筒群をリーン運転し、他方の気筒群をリッチ運転させることにより、排気浄化装置の直上流において二つの気筒群の排気を合流又は混合させる方法も提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００２−３３２８３３号公報 特開２００８−０９５５４２号公報

ところで、排気浄化装置より上流の排気通路に遠心過給器（ターボチャージャ）のタービンが配置される構成においては、タービンにおいて二つの気筒群の排気が混合されるため、排気浄化装置において反応する未燃燃料の量が少なくなる可能性がある。その結果、排気浄化装置の昇温に寄与する反応熱の量も少なくなる可能性がある。

これに対し、内燃機関の一部の気筒から排出される排気がタービンを迂回して流れるように排気通路を形成する方法が考えられる。しかしながら、内燃機関の負荷が高くなった場合等のように目標過給圧が高くなった場合に、タービンを流通する排気の量が少なくなるため、実際の過給圧が目標過給圧に達しなくなる可能性がある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心過給器のタービンが排気浄化装置より上流の排気通路に配置された内燃機関の制御装置において、過給効果の低下を抑制しつつ、排気浄化装置をより速やかに昇温させ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、タービンを迂回して排気が流れるバイパス通路と、該バイパス通路の導通と遮断とを切り換えるウェストゲートバルブと、を利用して、リッチ運転気筒の排気とリーン運転気筒の排気とを排気浄化装置の直上流まで独立して流すようにした。

詳細には、本発明の内燃機関の制御装置は、
第一気筒群と第二気筒群とにグループ分けされた複数の気筒を有する内燃機関と、
内燃機関に接続され、第一気筒群の排気が流通する第一排気通路と、
内燃機関に接続され、第二気筒群の排気が流通する第二排気通路と、
第一排気通路と第二排気通路とが合流して形成される第三排気通路と、
第一排気通路と第二排気通路との合流部、又は第三排気通路の途中に配置されるタービンを具備する遠心過給器と、
遠心過給器のタービンより下流の第三排気通路に配置され、酸化機能を有する触媒が収容された排気浄化装置と、
第一排気通路の途中から分岐し、タービンを迂回して排気浄化装置より上流の第三排気通路に合流するバイパス通路と、
バイパス通路の遮断と導通とを切り換えるウェストゲートバルブと、
第一気筒群又は第二気筒群の何れか一方の気筒で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチにされ、且つ第一気筒群又は第二気筒群の何れか他方の気筒で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーンにされる処理であるインバランス処理を実行する処理手段と、
前記処理手段によりインバランス処理が実行される場合に、バイパス通路が導通するようにウェストゲートバルブを制御する制御手段と、
を備えるようにした。

このように構成された内燃機関の制御装置によれば、インバランス処理が実行された場合に、第一気筒群から排出された排気の少なくとも一部は、バイパス通路を流れることになる。そのため、第一気筒群から排出された排気の少なくとも一部は、該排気がタービンを迂回して第三排気通路へ流れることになる。その場合、タービンを迂回した排気とタービンを経由した排気とは、排気浄化装置の直上流において合流する。その結果、リッチ運転気筒の排気（以下、「リッチガス」と称する）に含まれる未燃燃料、及びリーン運転気筒の排気（以下、「リーンガス」と称する）に含まれる酸素のうち、排気浄化装置の直上流及び排気浄化装置において反応する未燃燃料及び酸素の量が増加する。

また、タービンを迂回した排気はタービンによって熱を奪われないため、該排気が比較的高温のまま排気浄化装置の直上流へ導かれる。その場合、排気浄化装置の直上流及び排気浄化装置における未燃燃料と酸素との反応がより活発になるとともに、排気から排気浄化装置へ伝達される熱量が多くなる。

したがって、本発明の内燃機関の制御装置によれば、排気浄化装置の昇温に寄与する熱量を多くすることができる。また、本発明の内燃機関の制御装置によれば、インバランス処理を行う必要がない場合にバイパス通路を遮断することができるため、高負荷運転時等における過給効果の低下を抑制することもできる。さらに、本発明に係わる内燃機関の制御装置は、バイパス通路及びウェストゲートバルブを改良することによって実現することが可能であるため、排気系の構成を大幅に変更する必要もない。

本発明に係わる内燃機関の制御装置において、処理手段は、インバランス処理を実行する場合に、第一気筒群の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにし、且つ第二気筒群の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにしてもよい
。

高温のリッチガスと低温のリーンガスとが混合した場合は、高温のリーンガスと低温のリッチガスとが混合した場合に比べ、未燃燃料と酸素との反応が活発になる。そのため、第一気筒群の気筒がリッチ運転され、且つ第二気筒群の気筒がリーン運転された場合は、第一気筒群の気筒がリーン運転され、且つ第二気筒群の気筒がリッチ運転された場合に比べ、未燃燃料と酸素との反応が活発になる。その結果、排気浄化装置の昇温に寄与する反応熱の量を一層多くすることができる。

ここで、内燃機関の負荷が大きい場合等のように目標過給圧が高い場合に、バイパス通路が導通されると、実際の過給圧が目標過給圧に達しない可能性がある。よって、そのような場合は、バイパス通路を遮断しつつ排気浄化装置を昇温させる必要がある。

そこで、本発明に係わる処理手段は、バイパス通路を導通させることができない場合において、第一気筒群のうち、一部の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにし、且つ残りの気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにする処理と、第二気筒群のうち、一部の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにし、且つ残りの気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにする処理と、を実行してもよい。つまり、処理手段は、第一気筒群に含まれる気筒間において空燃比を相違させる処理と、第二気筒群に含まれる気筒間において空燃比を相違させる処理と、を実行してもよい（以下、これらの処理を「気筒間インバランス処理」と総称する）。

その場合、第一気筒群のリッチ運転気筒から排出された排気（リッチガス）と第一気筒群のリーン運転気筒から排出された排気（リーンガス）とは、それらの気筒から排出された直後に合流又は混合される。同様に、第二気筒群のリッチ運転気筒から排出された排気（リッチガス）と第二気筒群のリーン運転気筒から排出された排気（リーンガス）とは、それらの気筒から排出された直後に合流又は混合される。

一方、バイパス通路が遮断された状態において、第一気筒群の全気筒がリッチ運転され、且つ第二気筒群の全気筒がリーンに運転された場合、又は第一気筒群の全気筒がリーン運転され、且つ第二気筒群の全気筒がリッチ運転された場合は、リーンガスとリッチガスとが第一排気通路と第二排気通路との合流部分において合流又は混合される。つまり、第一気筒群と第二気筒群との間で空燃比を相違させる処理（以下、「気筒群間インバランス処理」と称する）が実行された場合は、リッチガスとリーンガスとが第一排気通路と第二排気通路との合流部分より下流において合流又は混合される。

したがって、気筒間インバランス処理が実行された場合は、気筒群間インバランス処理が実行された場合に比べ、リッチガスとリーンガスとが合流又は混合する際の雰囲気が高温になる。よって、気筒間インバランス処理が実行された場合は、気筒群間インバランス処理が実行された場合に比べ、未燃燃料及び酸素の反応量が多くなる。その結果、バイパス通路を導通させることができない場合であっても、排気浄化装置の昇温に寄与する反応熱の量を可能な限り多くすることができる。

なお、第一気筒群又は第二気筒群の何れか一方が一つの気筒のみを含む場合は、その気筒で燃焼される混合気の空燃比が通常の空燃比（内燃機関の運転条件に応じて決定される目標空燃比）にされ、複数の気筒を含む気筒群のみにおいて気筒間インバランス処理が実行されればよい。

次に、本発明に係わる内燃機関の制御装置は、第二排気通路の途中から分岐し、タービンを迂回して排気浄化装置より上流の第三排気通路に合流する副バイパス通路と、副バイ
パス通路の遮断と導通とを切り換える副ウェストゲートバルブと、を更に備えるようにしてもよい。その場合、制御手段は、処理手段によりインバランス処理が実行される場合に、バイパス通路が導通するようにウェストゲートバルブを制御し、且つ副バイパス通路が導通するように副ウェストゲートバルブを制御してもよい。

このような構成によれば、第一気筒群の排気の少なくとも一部に加え、第二気筒群の排気の少なくとも一部もタービンを迂回して流れることになる。その場合、排気からタービンへ奪われる熱量が一層少なくなる。その結果、排気浄化装置の直上流及び排気浄化装置における未燃燃料及び酸素の酸化反応が一層活発になる。よって、排気浄化装置の昇温に寄与する反応熱の量を一層増加させることができる。

また、ウェストゲートバルブと副ウェストゲートバルブとを備える構成においては、バイパス通路及び副バイパス通路を導通させる状態と、バイパス通路又は副バイパス通路の何れか一方を導通させる状態と、を任意に切り換えることが可能になる。

たとえば、インバランス処理が実行される際の目標過給圧が低い場合はバイパス通路及び副バイパス通路を導通させ、インバランス処理が実行される際の目標過給圧が高い場合はバイパス通路又は副バイパス通路の何れか一方のみを導通させてもよい。なお、バイパス通路又は副バイパス通路の何れか一方のみを導通させる場合は、リッチガスが流通する通路を導通させることが好ましい。このように二つのウェストゲートバルブが制御されると、過給圧の過剰な低下を抑制しつつ、排気浄化装置の昇温に寄与する熱量を増加させることができる。

本発明によれば、遠心過給器のタービンが排気浄化装置より上流の排気通路に配置された内燃機関の制御装置において、過給効果の低下を抑制しつつ、排気浄化装置をより速やかに昇温させることができる。

本発明を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。 ウェストゲートバルブの一例を示す図である。 ウェストゲートバルブの他の例を示す図である。 第１の実施例において昇温処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 第二排気通路にバイパス通路が接続される例を示す図である。 内燃機関が３つの気筒を有する場合のバイパス管及びウェストゲートバルブの配置例を示す図である。 内燃機関が５つの気筒を有する場合のバイパス管及びウェストゲートバルブの配置例を示す図である。 第２の実施例において昇温処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 第３の実施例における内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。 バイパス管及び副バイパス管と、排気管との接続例を示す図である。

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。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図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及びその排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、希薄燃焼（リーンバーン）運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、内燃機関１は、希薄燃焼運転される圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。内燃機関１は、１番気筒（＃１）と２番気筒（＃２）と３番気筒（＃３）と４番気筒（＃４）との４つの気筒２を有している。それら４つの気筒２は、直列に配置されている。

内燃機関１は、各気筒２へ燃料を供給するための４つの燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、気筒２内へ直接燃料を噴射する弁装置であってもよく、又は各気筒２の吸気ポート内へ燃料を噴射する弁装置であってもよい。

内燃機関１は、エキゾーストマニフォルド４と接続されている。エキゾーストマニフォルド４は、各気筒２の排気ポートと連通する４本の枝管４０、４１、４２、４３と、４本の枝管４０、４１、４２、４３のうちの２本がそれぞれ合流して形成される一対の合流管４４、４５と、２本の合流管４４、４５が合流して形成される１本の集合管４６と、を備えている。

図１に示す例では、２番気筒（＃２）の排気ポートに連通する枝管４１と３番気筒（＃３）の排気ポートに連通する枝管４２とが合流して合流管４４（以下、「第一合流管４４」と称する）４４を形成している。また、１番気筒（＃１）の排気ポートに連通する枝管４０と４番気筒（＃４）の排気ポートに連通する枝管４３とが合流して合流管４５（以下、「第二合流管４５」と称する）を形成している。

ここで、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）は、本発明に係わる「第一気筒群」に相当する。１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）は、本発明に係わる「第二気筒群」に相当する。また、枝管４１、枝管４２、及び第一合流管４４は、本発明に係わる「第一排気通路」に相当する。枝管４０、枝管４３、及び第二合流管４５は、本発明に係わる「第二排気通路」に相当する。

エキゾーストマニフォルド４の集合管４６は、遠心過給器（ターボチャージャ）５を構成するタービン５０のインレットに接続されている。タービン５０のアウトレットは、排気管６と接続されている。なお、タービン５０が二つのインレットを有するツインスクロール式のタービンである場合は、第一合流管４４と第二合流管４５とは集合管４６を介さずにタービン５０に接続されてもよい。

排気管６の途中には、排気浄化装置７が配置されている。排気浄化装置７は、筒状のケーシングと、該ケーシング内に収容された触媒と、を備えている。排気浄化装置７のケーシング内に収容される触媒は、酸化機能を有する触媒であり、たとえば、酸化触媒や三元触媒等である。なお、エキゾーストマニフォルド４の集合管４６、及び排気管６は、本発明に係わる「第三排気通路」に相当する。

また、第一合流管４４の途中には、バイパス管８の上流端が接続されている。バイパス管８の下流端は、タービン５０と排気浄化装置７との間の排気管６に接続されている。その際、バイパス管８の下流端は、排気管６における排気浄化装置７の近傍に接続されることが望ましい。なお、バイパス管８の上流端は、枝管４１又は枝管４２の何れか一方に接続されてもよい。また、バイパス管８管の上流端が二手に分岐され、二つの分岐管の一方が枝管４１に接続され、二つの分岐管の他方が枝管４２に接続されてもよい。

バイパス管８には、該バイパス管８の導通と遮断とを切り換えるウェストゲートバルブ（ＷＧＶ）９が配置される。ウェストゲートバルブ９は、たとえば、図２に示すように、第一合流管４４におけるバイパス管８の開口端を開閉する弁体９０と、該弁体９０を開閉駆動するアクチュエータ９１と、を備えている。

なお、ウェストゲートバルブ９の構成は、図２に示すような構成に限られず、バイパス管８の導通と遮断とを切り換え可能であれば、如何様に構成されてもよい。たとえば、図２に示す例では、バイパス管８が導通されたときに、第一合流管４４も導通状態になるが、図３に示すように、バイパス管８が導通されたときに、第一合流管４４が遮断状態となるように構成されてもよい。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、排気温度センサ１１、エアフローメータ１２、クランクポジションセンサ１３、アクセルポジションセンサ１４、吸気圧センサ１６等の各種センサと電気的に接続されている。

排気温度センサ１１は、排気浄化装置７より下流の排気管６に取り付けられ、排気浄化装置７から流出した排気の温度に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１２は、内燃機関１の吸気通路に配置され、吸入空気量（質量）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１３は、クランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１４は、アクセルペダル１５の操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。吸気圧センサ１６は、図示しないサージタンク内の圧力に相関する電気信号（吸気圧力）を出力する。

ＥＣＵ１０は、上記したような各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期等を制御する。たとえば、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１３の出力信号に基づいて演算される機関回転速度、及びアクセルポジションセンサ１４の出力信号（アクセル開度）に基づいて、混合気の目標空燃比を演算する。ＥＣＵ１０は、目標空燃比とエアフローメータ１２の出力信号（吸入空気量）とに基づいて目標燃料噴射量（燃料噴射期間）を演算し、目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁３を作動させる。

なお、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域又は中回転・中負荷領域にある場合等は、目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。また、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域又は高回転領域にある場合は、目標空燃比を理論空燃比又は理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。このように、内燃機関１の運転状態が低回転・低負荷領域や中回転・中負荷領域に属するときに、内燃機関１が希薄燃焼運転されることにより、燃料消費量を少なく抑えることができる。

また、ＥＣＵ１０は、機関回転速度やアクセル開度に基づいて目標過給圧を演算する。そして、ＥＣＵ１０は、吸気圧センサ１６の出力信号（実際の過給圧）が目標過給圧より高い場合は、バイパス管８が導通するようにウェストゲートバルブ９を制御する。その場合、タービン５０へ流入する排気の量が減少するため、ターボチャージャ５の過給効率が低下する。その結果、実際の過給圧を目標過給圧へ低下させることができる。

次に、ＥＣＵ１０は、内燃機関１が冷間始動された場合等のように、排気浄化装置７の温度が低い場合に、該排気浄化装置７の温度を上昇させるための処理（昇温処理）を実行する。以下では、本実施例における昇温処理の実行方法について図４に沿って説明する。

図４は、昇温処理が実施される際にＥＣＵ１０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４の処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ１０（ＣＰＵ）によって周期的に実行される。

図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理において、排気浄化装置７の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔｍｉｎより低いか否かを判別する。ここでいう所定温度Ｔｍｉｎは、たとえば、排気浄化装置７に収容された触媒が活性する温度範囲の下限値、又は下限値にマージンを加算した温度である。また、排気浄化装置７の温度Ｔｃａｔは、内燃機関１の運転履歴、冷却水温度、或いは外気温度等から演算されてもよい。なお、排気温度センサ１１の出力信号は排気浄化装置７の温度に相関するため、排気温度センサ１１の出力信号が排気浄化装置７の温度Ｔｃａｔとして用いられてもよい。

Ｓ１０１の処理において否定判定された場合（Ｔｃａｔ≧Ｔｍｉｎ）は、ＥＣＵ１０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ＜Ｔｍｉｎ）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、昇温処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでいう実行条件は、たとえば、内燃機関１の温度が一定温度（たとえば、リーン運転及びリッチ運転が行われても燃焼状態が不安定にならないと考えられる最低の温度）以上であることや、排気浄化装置７の酸化機能（たとえば、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する機能）が活性していること等の条件である。

Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０１以降の処理を再度実行する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理において、昇温処理を実行する。

先ず、Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）で燃焼される混合気の目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定するとともに、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定する。すなわち、ＥＣＵ１０は、第一気筒群で燃焼される混合気の空燃比と第二気筒群で燃焼される混合気の空燃比とを相違させる気筒群間インバランス処理を実行する。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる「処理手段」が実現される。

Ｓ１０３の処理（気筒群間インバランス処理）が実行された場合は、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）を含む第一気筒群がリッチ運転され、１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）を含む第二気筒群がリーン運転されることになる。その場合、枝管４１、枝管４２、及び第一合流管４４から構成される第一排気通路には、未燃燃料を多く含むリッチ雰囲気のガス（リッチガス）が流れる。一方、枝管４０、枝管４３、及び第二合流管４５から構成される第二排気通路には、酸素を多く含むリーン雰囲気のガス（リーンガス）が流れる。

ここで、第一排気通路を流れるリッチガスと第二排気通路を流れるリーンガスとが集合管４６やタービン５０において混合されると、リッチガスに含まれる未燃燃料とリーンガスに含まれる酸素とが反応する。そのため、排気浄化装置７において酸化される未燃燃料の量が少なくなる可能性がある。また、集合管４６やタービン５０において未燃燃料と酸素とが反応すると、反応熱によって排気の温度が上昇する。しかしながら、排気の熱は、集合管４６の壁面を介して放熱され、或いはターボチャージャ５の動力源として消費される。よって、排気浄化装置７の昇温に寄与する反応熱が少なくなる可能性がある。

これに対し、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４において、バイパス管８が導通するようにウェス
トゲートバルブ９を制御する。たとえば、ＥＣＵ１０は、ウェストゲートバルブ９の弁体９０が図２、３中の実線で示す状態から点線で示す状態へ移行するようにアクチュエータ９１を制御する。なお、ＥＣＵ１０がＳ１０４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。

Ｓ１０４の処理が実行された場合は、第一排気通路を流れるリッチガスの少なくとも一部は、バイパス管８を通って排気浄化装置７の直上流へ導かれる。すなわち、第一排気通路を流れるリッチガスの少なくとも一部は、集合管４６及びタービン５０を迂回して排気浄化装置７の直上流へ導かれる。その場合、リッチガスの少なくとも一部は、集合管４６やタービン５０において熱を奪われることなく、排気浄化装置７の直上流に到達する。その結果、高温のリッチガスが排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７においてリーンガスと合流又は混合されることになる。

高温のリッチガスが排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７においてリーンガスと合流又は混合されると、リッチガスに含まれる未燃燃料とリーンガスに含まれる酸素との反応が活発になるとともに、排気浄化装置７において酸化される未燃燃料の量が多くなる。特に、前述の図３の説明で述べたようにウェストゲートバルブ９が構成される場合は、排気浄化装置７の直上流及び排気浄化装置７において大部分の未燃燃料が酸化されることになる。その結果、排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７において、比較的多量の反応熱が発生する。斯様にして発生した反応熱の大部分は排気浄化装置７に伝達されるため、排気浄化装置７の昇温に寄与する熱量が増加する。よって、排気浄化装置７を速やかに昇温させることができる。

なお、Ｓ１０４の処理は、Ｓ１０３の処理より先に実行されてもよく、又はＳ１０３の処理と同時に実行されてもよい。

以上述べた実施例によれば、排気浄化装置７を速やかに昇温させることが可能になる。また、排気浄化装置７を昇温させる必要がない場合は、バイパス管８を遮断することができるため、高負荷運転時等における過給効果の低下を抑制することもできる。さらに、本実施例で述べた構成は、ターボチャージャに併設されるバイパス通路とウェストゲートバルブとを改良することによって実現することができるため、排気系の構成を大幅に変更する必要もない。

なお、本実施例では、昇温処理が実行されるときに、２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）を含む第一気筒群がリッチ運転され、且つ１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）を含む第二気筒群がリーン運転される例について述べたが、第一気筒群がリーン運転され、且つ第二気筒群がリッチ運転されてもよい。

ただし、高温なリッチガスと低温のリーンガスとが排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７において混合された場合は、低温なリッチガスと高温なリーンガスとが排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７において混合された場合に比べ、未燃燃料と酸素との反応が活発になる。そのため、第一気筒群がリッチ運転され、且つ第二気筒群がリーン運転された場合は、第一気筒群がリーン運転され、且つ第二気筒群がリーン運転された場合に比べ、未燃燃料と酸素との反応が活発になる。よって、第一気筒群がリッチ運転され、且つ第二気筒群がリーン運転されることが好適である。

また、本実施例では、バイパス管８の上流端が第一合流管４４に接続される例について述べたが、図５に示すように、バイパス管８の上流端が第二合流管４５に接続されてもよい。ただし、第二合流管４５は、第一合流管４４に比べ、表面積が大きくなり易い。そのため、バイパス管８の上流端が第二合流管４５に接続された場合は、バイパス管８の上流
端が第一合流管４４に接続された場合に比べ、バイパス管８を流れる排気の温度が低くなる可能性がある。よって、バイパス管８の上流端は、二つの合流管４４、４５のうち、表面積が相対的に小さくなる第二合流管４５に接続されることが望ましい。

なお、本実施例では、内燃機関１が４つの気筒を有する例について述べたが、３つ以下の気筒を有してもよく、或いは５つ以上の気筒を有してもよい。たとえば、図６に示すように、内燃機関１が３つの気筒２を有する場合は、２番気筒（＃２）を第一気筒群とし、１番気筒（＃１）及び３番気筒（＃３）を第二気筒群とすればよい。その場合、２番気筒（＃２）の排気ポートに連通する排気管４００にバイパス管８の上流端を接続すればよい。

また、図７に示すように、内燃機関１が５つの気筒２を有する場合は、２番気筒（＃２）と３番気筒（＃３）とを第一気筒群とし、１番気筒（＃１）と４番気筒（＃４）と５番気筒（＃５）とを第二気筒群にしてもよい。その場合、２番気筒（＃２）の排気ポートに連通する枝管４０１と３番気筒（＃３）の排気ポートに連通する枝管４０２とが合流して形成される合流管４０３にバイパス管８の上流端が接続されればよい。また、内燃機関１が５つの気筒を有する場合は、３番気筒（＃３）と４番気筒（＃４）とを第一気筒群とし、１番気筒（＃１）と２番気筒（＃２）と５番気筒（＃５）とを第二気筒群としてもよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図８に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、バイパス管８を導通させることができない条件下において昇温処理を行う点にある。

内燃機関１の負荷が大きい場合等のように、目標過給圧が高いときに前述した第１の実施例で述べた方法による昇温処理が実施されると、実際の過給圧が目標過給圧に達しなくなる可能性がある。

これに対し、本実施例では、バイパス管８を導通させることができない場合は、第一気筒群と第２気筒群とのそれぞれにおいて、一部の気筒２をリッチ運転させ、且つ残りの気筒２をリーン運転させる処理（気筒間インバランス処理）を行うようにした。

詳細には、ＥＣＵ１０は、２番気筒（＃２）又は３番気筒（＃３）の何れか一方をリッチ運転させるとともに、他方をリーン運転させる。さらに、ＥＣＵ１０は、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の何れか一方をリッチ運転させるとともに、他方をリーン運転させる。

上記したような気筒間インバランス処理が実行された場合は、第一気筒群のリッチ運転気筒から排出されたリッチガスと第一気筒群のリーン運転気筒から排出されたリーンガスとは、第一合流管４４において合流又は混合される。同様に、第二気筒群のリッチ運転気筒から排出されたリッチガスと第二気筒群のリーン運転気筒から排出されたリーンガスとは、第二合流管４５において合流又は混合される。すなわち、リッチガスとリーンガスとは、気筒から排出された直後の比較的高温な状態で合流又は混合される。

一方、バイパス通路が遮断された状態において、気筒群間インバランス処理が実行された場合は、リッチガスとリーンガスとが集合管４６やタービン５０において合流又は混合される。すなわち、リッチガスとリーンガスとは、それらのガスに含まれる熱の一部が合
流管４４、４５等の壁面を介して放熱された後に合流又は混合される。

したがって、気筒間インバランス処理が実行された場合は、気筒群間インバランス処理が実行された場合に比べ、リッチガスとリーンガスとが合流又は混合する際の雰囲気が高温になる。よって、バイパス管８を導通させることができない条件下において、気筒間インバランス処理が実行された場合は、気筒群間インバランス処理が実行された場合に比べ、未燃燃料及び酸素の反応量が多くなる。その結果、バイパス管８を導通させることができない条件下において、排気浄化装置７の昇温に寄与する反応熱の量を可能な限り多くすることができる。

なお、第一気筒群又は第二気筒群の何れか一方が一つの気筒のみを含む場合は、その気筒で燃焼される混合気の空燃比が通常の空燃比（内燃機関の運転条件に応じて決定される目標空燃比）にされ、複数の気筒を含む気筒群のみにおいて気筒間インバランス処理が実行されればよい。また、第一気筒群又は第二気筒群が奇数個の気筒を含む場合は、何れか１つの気筒で燃焼される混合気の空燃比を通常の空燃比に設定し、残りの偶数個の気筒において気筒間インバランス処理を行えばよい。

以下、本実施例における昇温処理の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、昇温処理が実施される際にＥＣＵ１０が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。なお、図８の処理ルーチンにおいて、前述の図４の処理ルーチンと同様の処理ついては同等の符号が付されている。

図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ１０は、目標過給圧が閾値α以下であるか否かを判別する。閾値αは、バイパス管８が導通されても実際の過給圧が到達することができる最大の過給圧、又は該過給圧からマージンを差し引いた値である。なお、バイパス管８が導通状態にあるときに実際の過給圧が到達することができる最大の過給圧は、内燃機関１の運転条件（たとえば、機関回転速度、吸入空気量、燃料噴射量等）によって変化するため、内燃機関１の運転条件に応じて閾値αが変更されてもよい。

Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ１０は、前述した第１の実施例で述べた方法と同様の方法によって昇温処理を実行する。一方、Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２及びＳ２０３の処理を実行する。

先ず、Ｓ２０２の処理においては、ＥＣＵ１０は、２番気筒（＃２）又は３番気筒（＃３）の何れか一方の目標空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定するとともに、他方の目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。さらに、ＥＣＵ１０は、１番気筒（＃１）又は４番気筒（＃４）の何れか一方の目標空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比に設定するとともに、他方の目標空燃比を理論空燃比より高いリーン空燃比に設定する。

続いて、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３の処理において、バイパス管８が遮断されるようにウェストゲートバルブ９を制御する。なお、Ｓ２０３の処理が実行される時点においてバイパス管８が既に遮断されている場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ２０３の処理をスキップしてもよい。また、Ｓ２０３の処理は、Ｓ２０２の処理が実行される前に実行されてもよく、或いはＳ２０２の処理と同時に実行されてもよい。

Ｓ２０２及びＳ２０３の処理が実行されると、第一気筒群のリッチ運転気筒から排出されたリッチガスとリーン運転気筒から排出されたリーンガスとは、高温な雰囲気で合流又
は混合される。同様に、第二気筒群のリッチ運転気筒から排出されたリッチガスとリーン運転気筒から排出されたリーンガスとは、高温な雰囲気で合流又は混合される。その結果、排気浄化装置７の昇温に寄与する反応熱の量を可能な限り多くすることができる。

＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、第一合流管４４と排気浄化装置７の直上流の排気管６とを連通させるバイパス管８に加え、第二合流管４５と排気浄化装置７の直上流の排気管６とを連通させる副バイパス管８０を設ける点にある。

図９は、本実施例における内燃機関１及びその排気系の概略構成を示す図である。なお、図９中において、前述した第１の実施例と同様の構成要素には同等の符号が付されている。

図９において、第二合流管４５の途中には、副バイパス管８０の上流端が接続されている。副バイパス管８０の下流端は、タービン５０と排気浄化装置７との間の排気管６に接続されている。その際、バイパス管８の下流端と副バイパス管８０の下流端とは、図１０に示すように、それらバイパス管８及び副バイパス管８０から排気管６へ流入した排気が排気浄化装置７に収容される触媒７０の上流側端面を指向するように接続されることが好ましい。

また、副バイパス管８０には、該副バイパス管８０の導通と遮断とを切り換える副ウェストゲートバルブ９００が配置されている。副ウェストゲートバルブ９００は、ウェストゲートバルブ９と同様に、弁体とアクチュエータとを備え、アクチュエータがＥＣＵ１０によって制御されるようになっている。

このような構成において気筒群間インバランス処理が実行される場合は、ＥＣＵ１０は、バイパス管８に加え、副バイパス管８０も導通するように、ウェストゲートバルブ９及び副ウェストゲートバルブ９００を制御する。その場合、第一気筒群の２番気筒（＃２）及び３番気筒（＃３）から排出されるリッチガスの少なくとも一部は、バイパス管８を経由して排気浄化装置７の直上流に導かれる。また、第二気筒群の１番気筒（＃１）及び４番気筒（＃４）から排出されるリーンガスの少なくとも一部は、副バイパス管８０を経由して排気浄化装置７の直上流に導かれる。つまり、リッチガスの少なくとも一部に加え、リーンガスの少なくとも一部も集合管４６及びタービン５０を迂回して排気浄化装置７の直上流に導かれることになる。

その結果、リッチガスとリーンガスとがより高温な雰囲気において合流及び集合することになる。よって、排気浄化装置７の直上流又は排気浄化装置７における未燃燃料の酸化反応が一層活発となり、排気浄化装置７の昇温に寄与する熱量が一層増加する。また、図１０の説明で述べたように、バイパス管８の下流端と副バイパス管８０の下流端とが排気管６に接続されていると、高温なリッチガスと高温なリーンガスとが触媒７０の上流側端面において合流又は混合することになるため、触媒７０における未燃燃料と酸素との反応量が多くなる。

なお、バイパス管８及び副バイパス管８０の双方が導通されると、タービン５０を通過する排気の流量が少なくなるため、ターボチャージャ５の過給効率が低下する。よって、目標過給圧が低い状況下においては、バイパス管８及び副バイパス管８０を導通させ、目標過給圧がある程度高い状況下では、バイパス管８のみが導通させることにより、排気浄
化装置７の昇温が図られてもよい。このような方法によれば、過給圧の過剰な低下を抑制しつつ、排気浄化装置７の昇温に寄与する熱量を増加させることができる。

＜他の実施例＞
前述した第１乃至第３の実施例におけるバイパス管８、及び前述の第３の実施例における副バイパス管８０の内壁面には、断熱コートが施されてもよい。その場合、排気がバイパス管８、又は副バイパス管８０を流れる際に、該排気からバイパス管８又は副バイパス管８０の壁面を介して放熱される熱量を少なくすることができる。よって、排気浄化装置７における未燃燃料の酸化反応がより活発となり、排気浄化装置７の昇温に寄与する熱量がより多くなる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ エキゾーストマニフォルド
５ ターボチャージャ
６ 排気管
７ 排気浄化装置
８ バイパス管
９ ウェストゲートバルブ
１０ ＥＣＵ
１１ 排気温度センサ
４０ 枝管
４１ 枝管
４２ 枝管
４３ 枝管
４４ 第一合流管
４５ 第二合流管
４６ 集合管
５０ タービン
７０ 触媒
８０ 副バイパス管
９００ 副ウェストゲートバルブ

Claims (3)

1. 第一気筒群と第二気筒群とにグループ分けされた複数の気筒を有する内燃機関と、
   内燃機関に接続され、第一気筒群の排気が流通する第一排気通路と、
   内燃機関に接続され、第二気筒群の排気が流通する第二排気通路と、
   第一排気通路と第二排気通路とが合流して形成される第三排気通路と、
   第一排気通路と第二排気通路との合流部、又は第三排気通路の途中に配置されるタービンを具備する遠心過給器と、
   遠心過給器のタービンより下流の第三排気通路に配置され、酸化機能を有する触媒が収容された排気浄化装置と、
   第一排気通路の途中から分岐し、タービンを迂回して排気浄化装置より上流の第三排気通路に合流するバイパス通路と、
   バイパス通路の遮断と導通とを切り換えるウェストゲートバルブと、
   第一気筒群又は第二気筒群の何れか一方の気筒で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチにされ、且つ第一気筒群又は第二気筒群の何れか他方の気筒で燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーンにされる処理であるインバランス処理を実行する処理手段と、
   処理手段によりインバランス処理が実行される場合に、バイパス通路が導通するようにウェストゲートバルブを制御する制御手段と、
   を備える内燃機関の制御装置において、
   バイパス通路を導通させることができない場合は、処理手段は、第一気筒群のうち、一部の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにし、且つ残りの気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにする処理と、第二気筒群のうち、一部の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにし、且つ残りの気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにする処理と、を実行する内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、処理手段は、インバランス処理を実行する場合に、第一気筒群の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリッチにし、且つ第二気筒群の気筒で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーンにする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は２において、第二排気通路の途中から分岐し、タービンを迂回して排気浄
   化装置より上流の第三排気通路に合流する副バイパス通路と、
   副バイパス通路の遮断と導通とを切り換える副ウェストゲートバルブと、
   を更に備え、
   制御手段は、処理手段によりインバランス処理が実行される場合に、バイパス通路が導通するようにウェストゲートバルブを制御し、且つ副バイパス通路が導通するように副ウェストゲートバルブを制御する内燃機関の制御装置。

Images