JP5979173B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

（発明の詳細な説明）
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、触媒の暖機を促進するために燃料噴射量を制御する機能を有する装置に関する。

従来から、内燃機関の冷間始動直後において、排出ガス浄化用の触媒の温度を活性化温度にまで迅速に上昇させるために、燃料噴射量の制御が行われている。例えば、特許文献１に開示されている装置では、過給機をバイパスするバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブを始動時に開き、触媒温度が所定値まで上昇すると、ウエストゲートバルブを閉じると共に、燃料噴射量の増大と減少とを交互に繰り返すディザ制御（本明細書におけるＡ／Ｆ振動運転）を実行している。このようなディザ制御によって、リーン燃焼による酸素供給、及びリッチ燃焼による可燃分（ＣＯ（一酸化炭素）など）の供給が行われると、触媒内におけるＣＯの酸化反応が増加し、この酸化反応による発熱で触媒が加熱され、触媒の暖機が促進される。このディザ制御が、触媒温度が所定温度以上の場合にのみ許容され、且つディザ制御時の混合気が過給機を経由して流れることで攪拌されるので、触媒を通じたＣＯやＨＣなどの未燃成分のすり抜けが抑制される。

特許文献２に開示されている装置では、ディザ制御を実行する装置において、要求点火遅角量が所定値以下である場合に、ウエストゲートバルブを開く方向に制御している。ウエストゲートバルブが開く方向に制御されると、過給機への排気流量が減少するため、リッチ燃焼時において過給機のタービン回転数の上昇が抑制され、これによって出力トルク変動が抑制される。

特開２００８−０９５５４２号公報 特開２００７−３３２８６７号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、触媒温度が所定値まで上昇してから、ウエストゲートバルブを閉じてディザ制御を開始すると、その直後に、排出ガスの熱が過給機に奪われることに起因して、触媒反応に遅れが生じ、触媒を通じたＣＯやＨＣなどの未燃成分のすり抜けが生じて、エミッションが悪化してしまう。特許文献２の装置でも、触媒が活性化してディザ制御を開始する際に熱が過給機に奪われることに起因する問題を解決する手段は提供されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排出ガスの熱が過給機に奪われることに起因する触媒反応の遅れを抑制することを目的とする。

本発明の第一の態様は、
内燃機関に設けられた過給機と、
排気通路における前記過給機の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、
排気通路における過給機よりも下流側に設けられた触媒装置と、
内燃機関及び前記ウエストゲートバルブを制御するようにプログラムされたコントローラと、を有する内燃機関の制御装置であって、
排気通路における前記過給機の上流側の排気通路内の温度を取得する手段を更に備え、
前記コントローラは更に、暖機実行条件が成立した場合に前記ウエストゲートバルブを閉状態とし、且つ、過給機の上流側の排気通路内の温度が所定の基準値を超えている場合に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われるように空燃比を振動させるＡ／Ｆ振動運転を開始するようにプログラムされていることを特徴とする。

この態様によれば、暖機実行条件が成立した場合に、まずウエストゲートバルブを閉状態とし、且つ、過給機の上流側の排気通路内の温度が所定の基準値を超えている場合に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われるように空燃比を振動させるＡ／Ｆ振動運転を開始するので、過給機よりも上流側でのリーンガスとリッチガスとの反応を促進することが可能となる。これによって、過給機の温度を迅速に上昇させ、熱が過給機に奪われることに起因する触媒反応の遅れを抑制することができる。

本発明の別の態様は、
前記過給機の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出する手段を更に備え、
前記コントローラは更に、前記Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、前記反応状態に基づいてウエストゲートバルブの開度を制御するようにプログラムされていることを特徴とする。

この態様では、Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、反応状態に基づいてウエストゲートバルブの開度を制御（すなわち、開方向の動作を許容）するので、過給機の上流側における反応が良好に行われている場合における熱エネルギを、触媒を暖機させるために有効に利用することが可能になる。また、過給機の上流側における反応状態が不良のときにウエストゲートバルブを閉じ側に制御して当該反応の安定性を確保し、反応が良好な場合にはウエストゲートバルブを開き側に制御して触媒の温度を上昇させることも可能になる。

本発明の別の態様は、
前記過給機の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出する手段を更に備え、
前記コントローラは更に、前記Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、前記反応状態に基づいて前記Ａ／Ｆ振動運転における空燃比の振幅を制御するようにプログラムされていることを特徴とする。

この態様では、反応状態に応じて空燃比の振幅を適切に制御することにより、好適な反応状態を実現することが可能になる。

前記反応状態を検出する手段は、温度を取得する手段が取得した過給機の上流側の排気通路内の温度に基づいて反応状態を検出するのが好適である。また、前記反応状態を検出する手段は、排気中の空燃比の変動に基づいて反応状態を検出してもよい。これらの態様によれば、簡易な手段によって本発明に所期の効果を得ることができる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。 エンジンの概略構成を示す図である。 Ａ／Ｆ振動運転の実行中における要求Ａ／Ｆの変化の一例を示すタイムチャートである。 第１実施形態における触媒暖機処理を示すフローチャートである。 第１実施形態における各パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。 第２実施形態における触媒暖機処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における検出Ａ／Ｆの変化の一例を示すタイムチャートである。 第２実施形態における基準差分値の設定例を示すグラフである。 第２実施形態における各パラメータの変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

図１において、車両は、エアクリーナ（ＡＣ）２と、吸気通路３と、ターボ過給機４と、インタークーラ（ＩＣ）５と、スロットルバルブ６と、サージタンク７と、エンジン（内燃機関）８と、排気通路１８と、バイパス通路１９と、ウエストゲートバルブ２０と、三元触媒２１と、吸気圧センサ３１と、水温センサ３２と、酸素センサ３３と、Ａ／Ｆセンサ３４と、排気圧センサ３５と、アクセル開度センサ３６と、クランク角センサ３７と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を備える。エンジン８は、直列４気筒レシプロ式ガソリンエンジンである。

エアクリーナ２は、外部から取得された空気（吸気）をろ過して、吸気通路３に供給する。吸気通路３中には、ターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気はコンプレッサ４ａの回転によって圧縮される（過給される）。吸気通路３中には更に、吸気を冷却するインタークーラ５と、エンジン８に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。

スロットルバルブ６を通過した吸気は、吸気通路３上に形成されたサージタンク７内に一旦貯蔵された後、エンジン８が有する複数の気筒（不図示）内に流入する。エンジン８は、供給された吸気と燃料とを混合した混合気を気筒内で燃焼することによって動力を発生する。エンジン８内における燃焼により発生した排出ガスは、排気通路１８に排出される。エンジン８は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって、点火時期の制御や、燃料噴射量の制御や、燃料の噴射時期の制御などが行われる。

ここで、図２を参照してエンジン８の具体的な構成について説明する。エンジン８は、主に、気筒（シリンダ）８ａと、燃料噴射弁１０と、点火プラグ１２と、吸気弁１３と、排気弁１４と、を有する。なお、図２においては、説明の便宜上、１つの気筒８ａのみを示しているが、実際にはエンジン８は複数の気筒８ａを有している。

燃料噴射弁１０は、気筒８ａに設けられており、気筒８ａの燃焼室８ｂ内に直接燃料を噴射（筒内噴射）する。燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。即ち、ＥＣＵ５０によって、燃料噴射量の制御などが実行される。なお、筒内噴射（直噴）を行う燃料噴射弁１０によってエンジン８を構成することに限定されず、ポート噴射を行う燃料噴射弁によってエンジン８を構成しても良い。

気筒８ａの燃焼室８ｂには、吸気通路３より吸気が供給されると共に、燃料噴射弁１０から燃料が供給される。燃焼室８ｂ内では、点火プラグ１２の点火により着火されることによって、供給された吸気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン８ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド８ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。なお、点火プラグ１２は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号によって制御される。即ち、ＥＣＵ５０によって、点火時期の制御が実行される。

更に、気筒８ａには、吸気弁１３と排気弁１４とが配設されている。吸気弁１３は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁１４は、開閉することによって、排気通路１８と燃焼室８ｂとの導通／遮断を制御する。

図１に戻って、車両が有する他の構成要素について説明する。エンジン８より排出された排出ガスは、排気通路１８に設けられたターボ過給機４のタービン４ｂを回転させる。このようなタービン４ｂの回転トルクが、過給機４内のコンプレッサ４ａに伝達されて回転することによって、ターボ過給機４を通過する吸気が圧縮される（過給される）。

排気通路１８には、ターボ過給機４の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパス通路１９が接続されている。このバイパス通路１９上には、ウエストゲートバルブ２０が設けられている。ウエストゲートバルブ２０が全閉であるときには、排出ガスは過給機４に流入し、バイパス通路１９には流れない。逆に、ウエストゲートバルブ２０が全開であるときには、排出ガスはバイパス通路１９にも流れる。そのため、コンプレッサ４ａの回転数の上昇が抑制され、ターボ過給機４による過給が抑制される。ウエストゲートバルブ２０は全閉と全開の中間の任意の開度をとることもできる。ウエストゲートバルブ２０の開閉の制御は、ＥＣＵ５０によって行われる。ウエストゲートバルブ２０の開度は、これをモータによって駆動する場合には当該モータに対する駆動出力の積算値によって推定することができ、また、これを吸気管負圧で作動する圧力アクチュエータで駆動する場合には駆動圧力によって推定することができる。

また、排気通路１８上には、排出ガスを浄化する機能を有する三元触媒２１が設けられている。具体的には、三元触媒２１は、白金やロジウムなどの貴金属を活性成分とした触媒であり、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを除去する機能を有する。また、三元触媒２１は、その温度に応じて排出ガスの浄化能力が変化する。詳しくは、三元触媒２１が活性温度付近の温度にあるときに排出ガスの浄化能力が高くなる。そのため、冷間始動時などにおいては、三元触媒２１の温度を活性温度にまで上昇させる必要がある。なお、触媒の種類は三元触媒２１に限定されず、各種の触媒を利用でき、特に暖機を要するものが好適である。

吸気圧センサ３１は、サージタンク７に設けられており、吸気圧を検出する。この吸気圧は、吸気管圧力に対応する圧力である。水温センサ３２は、エンジン８を冷却する冷却水の温度（以下「エンジン水温」と呼ぶ。）を検出する。酸素センサ３３は、排気通路１８上に設けられており、排出ガス中の酸素濃度を検出する。酸素センサ３３は、ストイキを境に出力値が急変する特性を持ち、概ね排気空燃比がストイキよりリーンのときに出力電圧がストイキ相当値より低くなり、排気空燃比がストイキよりリッチのときに出力電圧がストイキ相当値より高くなる。Ａ／Ｆセンサ３４は、例えばジルコニア素子を用いたコップ型のものであり、検出した排気空燃比に概ね比例した大きさの電圧信号を出力する。排気圧センサ３５は、排気通路１８における過給機４の上流側（すなわち、タービン４ｂの上流側）の圧力を検出する。検出された圧力は、過給機４の上流側の温度Ｔを推定するために用いられる。アクセル開度センサ３６は、運転者によるアクセル開度を検出する。クランク角センサ３７は、エンジン８のクランク軸の近傍に設けられており、クランク角を検出する。これらの各種のセンサが検出した検出値は、検出信号としてＥＣＵ５０に供給される。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、ウエストゲートバルブ２０に対する制御、及び燃料噴射弁１０に対する制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、所定の暖機実行条件が成立した場合に、まずウエストゲートバルブ２０を閉状態とし、点火時期の遅角を実施すると共に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に切り替わるように空燃比を振動させる態様による運転（以下、「Ａ／Ｆ振動運転」という。）を実行する。このようなＡ／Ｆ振動運転を行うのは、触媒からのＣＯやＨＣなどのすり抜けを適切に抑制しつつ、触媒を早期暖機するためである。またＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態に基づいて、リッチ燃焼時とリーン燃焼時との空燃比の振幅（以下、「空燃比振幅」という。）を制御する。

［Ａ／Ｆ振動運転］
次に、上記したＥＣＵ５０が実行するＡ／Ｆ振動運転について説明する。本実施形態では、冷間始動時などにおいて、触媒を早期暖機することを目的としてＡ／Ｆ振動運転を実行する。

ここで、基本的なＡ／Ｆ振動運転について、図３を参照して説明する。図３は、横軸に時間を示し、縦軸に空燃比（Ａ／Ｆ）を示す。なお、図３は、Ａ／Ｆ振動運転を実行したときの目標空燃比の変化を示したグラフである。

図３に示すように、Ａ／Ｆ振動運転においては、気筒８ａごと且つ点火順に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に切り替わるように、空燃比を振動させる制御が行われる。空燃比の振動は、燃料噴射量の増減によって行われる。空燃比がリーンにされる気筒（リーン気筒）と、リッチにされる気筒（リッチ気筒）とでは、空燃比（Ａ／Ｆ）はストイキ値（例えば重量比で１４．５〜１５の間の任意の値）を挟んで概ね対称な値にされる。しかし、ストイキ値以外の基準空燃比を挟んで、空燃比が振動するように運転しても良い。

このようなＡ／Ｆ振動運転を実行した場合、リーン燃焼が行われているときにはリーンガス（Ｏ２（酸素）など）が、またリッチ燃焼が行われているときにはリッチガス（ＣＯ（一酸化炭素）など）が、排気通路１８に供給されることになる。これにより、排気通路１８内におけるＣＯとＯ２との反応（酸化反応）を増加させることができ、この酸化反応による発熱で三元触媒２１を加熱し、触媒の暖機を促進させることが可能となる（このような排気通路１８内における反応を、以下「後燃え」ということがある）。

本実施形態ではエンジン８が４気筒すなわち偶数であるため、リーン気筒とリッチ気筒とが固定される。点火順序が気筒番号で「＃１−＃３−＃４−＃２」の場合、例えば「＃１気筒をリッチ、＃３気筒をリーン、＃４気筒をリッチ、＃２気筒をリーン」のように空燃比ないし燃焼態様を割り当てることができる。しかし本発明を奇数気筒エンジンに適用する場合には、リーン気筒とリッチ気筒とを１サイクルごとに交替させてもよい。Ｖ型エンジンの場合には、点火順によるリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを、片バンクごとに独立して行っても良く、また両バンクにおける点火順によって行っても良い。また、リーン燃焼とリッチ燃焼とが点火順に、１つの気筒８ａごとに切り替わる構成に代えて、複数気筒ごとに、あるいは所定時間ごとに切り替わる構成としても良い。空燃比が複数気筒ごとに、あるいは所定時間ごとに切り替わる場合には、空燃比の波形はパルス状に限られず、正弦波その他の形状に近似された形状であっても良く、反応が良好に行われるように任意の波形を選択することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、急速暖機要求があった場合には、ウエストゲートバルブ２０を閉に制御する。これはバイパス通路１９を経由した排気の流れを遮断し、過給機４のタービン４ｂのローターやケース及び近傍の排気通路１８を予め加熱するためである。更に、ＥＣＵ５０は、過給機４の上流側の温度が所定の基準値を超えている場合、すなわち過給機４の上流側の温度がＣＯを燃焼できる程度の温度にまで達した際に、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する。このように過給機４の上流側の温度が所定の基準値を超えていることを条件にＡ／Ｆ振動運転を開始することにより、Ａ／Ｆ振動運転により発生したＣＯを過給機４の上流側の領域Ａ（図１参照）において、より高い確率で燃焼させることができる（即ち、より高い確率でＣＯとＯ２とを反応させることができる）。また、ウエストゲートバルブ２０を全閉に設定した状態でＡ／Ｆ振動運転を実行することにより、バイパス通路１９への排出ガスの流入を遮断することができるので、Ａ／Ｆ振動運転時に発生した全ての排出ガスを過給機４に供給することができ、過給機４を迅速に昇温させることができる。加えて、タービン回転数が上昇していくため、タービン４ｂにおいてリッチガスとリーンガスとを効率的に混合させることが可能となる。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆ振動運転における空燃比振幅を、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度に基づいて変更する。具体的には、ＥＣＵ５０は、過給機４の上流側の温度に応じて、リーン気筒とリッチ気筒とにおける燃料噴射量が、それぞれ両者の中央値との間でなす差を設定する。例えば、過給機４の上流側の温度が低くなると、空燃比振幅をより小さい値に変更する。過給機４の上流側の温度が低すぎる場合は、過給機４の上流側での反応が良好に行われていないことが推定されるため、このように空燃比振幅を小さくして、反応を促進している。よって、過給機４の上流側での反応を適切な状態に維持することが可能となる。

本実施形態では、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度Ｔは、排気圧センサ３５によって検出された排気圧力と、クランク角センサ３７によって検出された現在のクランク角と、に基づいて、ＥＣＵ５０によって推定される。この推定は、気体の状態方程式（ｐＶ^κ＝ｎＲＴ）に基づく演算によって行うことができる（ｐは気体の圧力、Ｖは気体が占める体積すなわちシリンダ内の容積、κは比熱比、ｎは気体の物質量、Ｒは気体定数、Ｔは気体の熱力学温度）。シリンダ内の容積Ｖはクランク角から一義的に定まるため、クランク角に基づいて所定のマップを用いて算出することができる。ただし、排気圧センサ３５に代えて熱電対などからなる排気温度センサを過給機４の上流側に設置して、温度Ｔを直接検出しても良い。

［触媒暖機処理］
図４は、本実施形態における触媒暖機処理のルーチンを示すフローチャートである。この処理は、不図示のイグニッションスイッチの操作入力及びクランク角センサ３７の入力に基づくエンジン８の始動判定があったことを条件に、ＥＣＵ５０において実行され、前述したＡ／Ｆ振動運転を含むものである。

まず、ステップＳ１０では、ＥＣＵ５０は、触媒の急速暖機要求が有るか否かを判定する。当該判定は、例えばエンジン水温が所定の基準値より低いかに基づいて行われ、低い場合に急速暖機要求ありと判断される。なお当該判定は、エンジン水温、エンジン油温、触媒温度（いずれも検出値又は推定値）のうちの少なくとも１つに基づいて行うことができる。急速暖機要求が無い場合（ステップＳ１０；Ｎｏ）、処理は当該ルーチンを抜ける。

急速暖機要求が有る場合（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ＥＣＵ５０は、ウエストゲートバルブ２０を閉状態に設定する制御を行う。これによってウエストゲートバルブ２０が全閉にされ、バイパス通路１９を通じた排出ガスの流れが遮断される。そして、処理はステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、ＥＣＵ５０は、点火プラグ１２の点火時期を、圧縮上死点以降の所定のクランク角まで遅角（リタード）させる。この点火遅角によって、排気行程により近い圧縮上死点以降で燃焼を行わせ、温度の高い排出ガスを触媒に導いて触媒の活性化を促進することができる。

次にステップＳ４０では、ＥＣＵ５０は、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度Ｔが、予め定められた第１基準温度ｔｈ１よりも高いかを判定する。この第１基準温度ｔｈ１は、その時点でウエストゲートバルブ２０を閉にしたままＡ／Ｆ振動運転を開始した場合に、排出ガス中のＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が、許容できる最低程度に行われるような温度として定められている。過給機４の上流側の温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１以下である場合（ステップＳ４０；Ｎｏ）、ステップＳ３０及びＳ４０の処理が繰り返され、温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１よりも高くなるまで、点火遅角状態での燃焼が続行される。

過給機４の上流側の温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１よりも高い場合（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５０に進む。この場合には、ウエストゲートバルブ２０を閉状態にしたままでＡ／Ｆ振動運転を開始した場合に、過給機４の上流側でＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が適切に行われることが期待できる。したがって、ＥＣＵ５０は次に、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する（ステップＳ５０）。

上述したとおり、Ａ／Ｆ振動運転では、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われる。空燃比振幅としては、Ａ／Ｆ振動運転の開始直後には初期値である０から徐々に拡大されて例えば固定の目標値とされる。また、空燃比振幅は、過給機４の上流側の温度Ｔに基づいて変更される。このため、ＥＣＵ５０は、上述のように取得された過給機４の上流側の温度Ｔが、予め定められた第２基準温度ｔｈ２よりも小さいかを判断する(ステップＳ６０）。この第２基準温度ｔｈ２は、Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、過給機４の上流側における排出ガス中のＣＯの後燃え（Ｏ２とＣＯとの反応）が、許容できる最低レベルを下回った（悪化した）ことを示す温度として定められている。第２基準温度ｔｈ２は上述した第１基準温度ｔｈ１と同じ値でも良く、また第１基準温度ｔｈ１と異なる値（例えば、第１基準温度ｔｈ１よりも小さい値）であっても良い。

ステップＳ６０で肯定、すなわち温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２よりも小さい場合には、Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、過給機４の上流側における排出ガス中のＣＯの後燃え（Ｏ２とＣＯとの反応）が、許容できる最低レベルを下回った（悪化した）と考えられる。このため、ＥＣＵ５０は、空燃比振幅がゼロでない限りにおいて（Ｓ１３０）、空燃比振幅を所定量減少させる（ステップＳ１４０）。すなわち、現在よりも所定量低い空燃比振幅を目標値として決定し、この空燃比振幅に対応する燃料噴射量が噴射されるように、燃料噴射弁１０に対して制御を行う。Ａ／Ｆ振動運転の開始の直後には、空燃比振幅が過剰であることに起因して後燃えが悪化する場合が少なくない。このためステップＳ１４０では、Ａ／Ｆ振動運転の開始の直後に温度Ｔが低下した場合に、空燃比振幅を低下させ、これによって後燃えの悪化を抑制している。ステップＳ１４０で空燃比振幅を下げた後で、所定の待機時間が経過（Ｓ１５０）すると、ＥＣＵ５０は再び、温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２よりも小さいかを判断する(ステップＳ６０）。ステップＳ６０及びＳ１３０〜Ｓ１５０が繰り返されることにより、温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２以上になるまでの間、空燃比振幅が徐々に減少させられる。

他方、ステップＳ６０で否定すなわち温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２以上である場合には、後燃えが安定的に確立したと考えることができる。このため、次にＥＣＵ５０は、空燃比振幅が固定の目標値に達するまでの間（Ｓ７０）、空燃比振幅の所定量の増大（Ｓ８０）と、所定の待機時間にわたる待機（Ｓ９０）とが繰返し行われる。

次にＥＣＵ５０は、過給機４の上流側の温度Ｔが、予め定められた第３基準温度ｔｈ３よりも大きいかを判断する（ステップＳ１００）。この第３基準温度ｔｈ３は、Ａ／Ｆ振動運転中の排出ガス中のＣＯの後燃え（Ｏ２とＣＯとの反応）が、過給機４の上流側の領域Ａ（図１参照）において安定的に確立したことを示すと共に、過給機４が十分に昇温されたことを示す温度として定められている。第３基準温度ｔｈ３は上述した第２基準温度ｔｈ２よりも大きい値とするのが好適である。ステップＳ１００で否定、すなわち温度Ｔが第３基準温度ｔｈ３以下である場合には、ステップＳ６０〜Ｓ９０及びＳ１３０〜Ｓ１５０の処理が繰返し実行される。

ステップＳ１００で肯定、すなわち過給機４の上流側の温度Ｔが、予め定められた第３基準温度ｔｈ３よりも大きくなった場合には、過給機４の上流側での後燃え（Ｏ２とＣＯとの反応）が安定的に確立したと見ることができる。このためＥＣＵ５０は、ウエストゲートバルブ２０を全開に制御し（Ｓ１１０）、触媒側にバイパスする排出ガスの量を増大させる。これによって、三元触媒２１への投入エネルギが増大させられる。

最後にＥＣＵ５０は、触媒暖機が完了したかを判断する（Ｓ１２０）。この判断は、例えばエアフローメータ３１の検出した吸入空気量の積算値、及び、触媒温度の推定値又は（熱電対などによる）検出値のうちの少なくとも１つに基づいて行うことができ、それぞれ所定の基準値に達した場合に肯定されて、本ルーチンが終了される。

図５は、以上の触媒暖機処理が実行されるときの各部の動作状態を示すタイミング図である。図５において、まず、クランク角センサ３７の入力から算出されるエンジン回転数が、始動判定基準値を超えたことにより、エンジン８が始動した旨の判定（ｉ）が行われると、エンジン水温に基づいて、急速暖機要求がある旨の判断（ｉｉ）が行われる（Ｓ１０）。ここでの肯定判断を条件に、触媒暖機要求フラグがオンされる（ｉｉｉ）。当該フラグは触媒暖機要求が成立していることを示し、触媒暖機の終了まで維持される。

触媒暖機要求フラグのオン動作に応答して、ウエストゲートバルブ２０の閉じ動作（ｉｖ）が行われる（Ｓ２０）。また、点火時期の遅角（ｖ）が開始され（Ｓ３０）、これに伴いＥＣＵ５０によってスロットルバルブ６の開度が増大させられて、吸入空気量が増大する（ｖｉ）。

過給機４の上流側の温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１より大になると（ｖｉｉ）、Ａ／Ｆ振動運転要求フラグがオンされ（ｖｉｉｉ）、当該フラグは触媒暖機の終了まで維持される。このＡ／Ｆ振動運転要求フラグのオン動作に応答して、Ａ／Ｆ振動運転が開始される（Ｓ５０）。具体的には、空燃比振幅（すなわちリーン気筒とリッチ気筒との空燃比がそれぞれ両者の中央値に対してなす差）が０から徐々に拡大されて固定の目標値とされる（図５の空燃比Ａ／Ｆのグラフを参照）。なお、この空燃比振幅の漸増と同時に、リーン気筒の点火時期が徐々に進角され、リッチ気筒の点火時期が徐々に遅角される。これは、リーン気筒ではリーンな混合気により燃焼が悪化し、リッチ気筒ではリッチな混合気により燃焼が良好になることから、両者のトルク差を抑制するためである。

次に、過給機４の上流側の温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２よりも小さい場合（ｘ）には、空燃比振幅が減少（ｘｉ）させられる（Ｓ１４０）。また、空燃比振幅の減少の結果として温度Ｔが第２基準温度ｔｈ２に回復したと判断（ｘｉｉ）されると（Ｓ６０）、空燃比振幅が増大（ｘｉｉｉ）させられる（Ｓ８０）。

そして、過給機４の上流側の温度Ｔが第３基準温度ｔｈ３（ｓ１００）よりも大きくなったとき（ｘｉｖ）には、ウエストゲートバルブ２０が全開に制御され（（ｘｖ），Ｓ１１０）、触媒側にバイパスする排出ガスの量を増大させる。これによって、三元触媒２１への投入エネルギが増大させられる。最後に、触媒暖機が完了したと判断（ｘｖｉ）されると（Ｓ１２０）、触媒暖機要求フラグおよびＡ／Ｆ振動運転要求フラグがオフされ、吸入空気量の増大及びＡ／Ｆ振動運転が終了させられる。以上の処理の結果、触媒温度が迅速に増大させられることになる。なお、本発明による改良前である従来の装置であれば、触媒温度が図５における曲線（ｂ）のように推移していた。これに対し、本実施形態では触媒温度は、曲線（ａ）のように、始動直後には過給機４の熱容量に起因して従来の装置よりも低い温度で推移するが、ウエストゲートバルブ２０の開動作（ｘｖ）以後には投入熱量が顕著に増加することから、迅速に上昇することになり、途中から低下することはない。

以上のとおり、第１実施形態では、暖機実行条件が成立（Ｓ１０）した場合に、まずウエストゲートバルブ２０を閉状態とし（Ｓ２０）、且つ、過給機４の上流側の排気通路１８の温度Ｔが所定の基準値（第１基準温度ｔｈ１）を超えている場合に、ＥＣＵ５０は、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われるように空燃比を増減させるＡ／Ｆ振動運転を開始（Ｓ５０）する。したがって本実施形態では、排気通路１８における過給機４よりも上流側の領域Ａ（図１参照）でのリーンガスとリッチガスとの反応を促進することが可能となり、これによって過給機４の温度を迅速に上昇させ、熱が過給機４に奪われることに起因する触媒反応の遅れを抑制することができる。なお、従来のＡ／Ｆ振動運転による触媒暖機処理では、リーンガスとリッチガスとの反応は、排気通路１８における三元触媒２１の入口の近傍の領域Ｂ（図１参照）において行われているものと考えられる。

また、本実施形態では、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出（Ｓ１００）すると共に、ＥＣＵ５０が、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、当該反応状態に基づいてウエストゲートバルブ２０の開度を制御（Ｓ１１０）するように（すなわち、開方向の動作を許容するように）プログラムされている。したがって、過給機４の上流側における反応が良好に行われている場合における熱エネルギを、触媒を暖機させるために有効に利用することが可能になる。

また本実施形態では、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度に基づいて反応状態を検出するので、簡易な手段によって本発明に所期の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出（Ｓ６０）すると共に、ＥＣＵ５０が、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、当該反応状態に基づいてＡ／Ｆ振動運転における空燃比の振幅を制御（Ｓ８０，Ｓ１４０）する。したがって、反応状態に応じて空燃比の振幅を適切に制御することにより、好適な反応状態を実現することが可能になる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態では、後燃え判定（Ｓ１００：Ｙｅｓ）の後にはウエストゲートバルブ２０を開状態とした（Ｓ１１０）。しかし、このような構成に代えて、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出すると共に、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、前記反応状態に基づいてウエストゲートバルブ２０の開度を、開状態と閉状態との中間の任意の開度に制御してもよい。また、反応状態を検出する手段は、排気中の空燃比の変動に基づいて反応状態を検出してもよい。第２実施形態はこれらの点を特徴とするものである。なお、第２実施形態における機械的構成は、上述した第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明を省略する。

第２実施形態における制御について、以下に説明する。図６において、ステップＳ２１０〜Ｓ２４０までの処理は、上述した第１実施形態（図４）におけるステップＳ１０〜Ｓ４０までの処理と同様である。

ステップＳ２４０において、過給機４の上流側の温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１よりも高い場合（ステップＳ２４０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２５０に進む。ステップＳ２５０では、ＥＣＵ５０は、外部温度を算出する。この外部温度の算出は、不図示の吸気温度センサ又は外気温度センサの検出値に基づいて行うことができる。次にＥＣＵ５０は、外部温度に基づいて、目標空燃比振幅Ａｍｐを算出する（ステップＳ２６０）。この演算はＥＣＵ５０のＲＯＭに格納された所定の関数又はマップに基づいて行われる。外部温度が低いほど、供給することが必要な熱エネルギが大きいので、目標空燃比振幅Ａｍｐも大きくするのが好適である。

次に、ＥＣＵ５０は、目標空燃比振幅Ａｍｐが、予め定められた基準値よりも大であるかを判断する（ステップＳ２７０）。ステップＳ２７０で否定、すなわち目標空燃比振幅Ａｍｐが基準値以下である場合には、ＥＣＵ５０は、通常のＡ／Ｆ振動運転を実行する（ステップＳ３３０）。この通常のＡ／Ｆ振動運転とは、上記第１実施形態におけるステップＳ５０〜Ｓ１５０と同様の処理による運転である。

ステップＳ２７０で肯定、すなわち目標空燃比振幅Ａｍｐが基準値よりも大である場合には、処理はステップＳ２８０に進む。この場合には、過給機４の上流側の温度Ｔが第１基準温度ｔｈ１よりも高い（Ｓ２４０）ため、ウエストゲートバルブ２０を閉にしたままでＡ／Ｆ振動運転を開始した場合に、過給機４の上流側でＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が適切に行われることが期待できる。したがって、ＥＣＵ５０は次に、Ａ／Ｆ振動運転の実行を開始する（ステップＳ２８０）。

次に、ＥＣＵ５０は、空燃比の変動に基づいて、過給機４の上流側の排気通路１８内でＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）の状態を検出する（ステップＳ２９０）。図７に示されるように、過給機４の上流側の排気通路１８内でＣＯの燃焼（Ｏ２とＣＯとの反応）が良好に行われている場合には、その下流側であるＡ／Ｆセンサ３４の設置点（三元触媒２１の入口の近傍）における空燃比の振幅は比較的小さくなる。したがって、Ａ／Ｆセンサ３４によって検出される空燃比の振幅に基づいて、燃焼が良好に行われているかを判断することができる。具体的には、ＥＣＵ５０は例えば、クランク角センサ３７の検出値に基づいて、隣接気筒間の点火間隔ごとにＡ／Ｆセンサ３４の検出値を読み込み、最近の値から前回の値を減算して空燃比差分値ΔＡ／Ｆを算出し、その絶対値が、予め定められた基準差分値よりも小さいかを判断する。肯定の場合は燃焼が良好であり、否定の場合は燃焼が不良であることになる。

ステップＳ２９０で肯定、すなわち空燃比差分値ΔＡ／Ｆの絶対値が基準差分値より小さい場合には、燃焼が良好であるため、ＥＣＵ５０は、ウエストゲートバルブ２０の開度目標値を所定量増大側に変更する（Ｓ３００）。そしてＥＣＵ５０はウエストゲートバルブ２０の開度を、変更された開度目標値と一致するように変更する（Ｓ３１０）。

他方、ステップＳ２９０で否定、すなわち空燃比差分値ΔＡ／Ｆの絶対値が基準差分値以上である場合には、燃焼が不良であるため、ＥＣＵ５０はウエストゲートバルブ２０の開度目標値を所定量減少側に変更する（Ｓ３４０）。ウエストゲートバルブ２０の開度が大きすぎると、過給機４の上流側の圧力が低下する。このため、その際にＡ／Ｆ振動運転による後燃えが安定していない場合（温度及び圧力が低い場合）には、後燃えの失敗によってエミッションが悪化するおそれがある。ステップＳ３４０でウエストゲートバルブ２０の開度目標値を減少させるのは、それによって過給機４の上流側の圧力を上昇させるためである。そしてＥＣＵ５０はウエストゲートバルブ２０の開度を、変更された開度目標値と一致するように変更する（Ｓ３１０）。

なお、ステップＳ２９０で用いられる基準差分値は、図８に示されるように、目標空燃比振幅が基準振幅と同一であるときに０であり、かつ、目標空燃比振幅が大きいほど、大きい値となるように設定するのが好適である。この場合には、ステップＳ２９０では、空燃比差分値ΔＡ／Ｆの絶対値が、目標空燃比振幅の増大量に対してなす割合が、所定の値を下回っているかを判断することになる。

ステップＳ２９０からＳ３４０までの処理は、触媒暖機が完了するまでの間（Ｓ３２０）、繰返し実行される。触媒暖機が完了したかの判断は、上述した第１実施形態におけるステップＳ１２０と同様にして行うことができる。触媒暖機が完了（ステップＳ３２０：Ｙｅｓ）した場合には、本ルーチンが終了される。

以上のとおり、第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、過給機４の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応状態を検出（Ｓ２９０）すると共に、Ａ／Ｆ振動運転の実行中に、前記反応状態に基づいてウエストゲートバルブ２０の開度を制御する（Ｓ３００，Ｓ３１０，Ｓ３４０）。このため第２実施形態では、過給機４の上流側における反応状態が不良のときにウエストゲートバルブ２０を閉じ側に制御（Ｓ３４０）して反応の安定性を確保し、反応が良好な場合にはウエストゲートバルブ２０を開き側に制御（Ｓ３１０）して三元触媒２１の温度を上昇させることが可能になる。

また第２実施形態では、ウエストゲートバルブ２０の開度は、図９において実線（ｃ２）で示されるとおり推移することになる。第１実施形態におけるウエストゲートバルブ２０の開度は、図９に点線（ｃ１）で示されるとおり、温度Ｔに基づく後燃え判定に応答して全閉から全開にステップ的に移行していた。これに対し、第２実施形態では実線（ｃ２）のとおり、ウエストゲートバルブ２０の開度を徐々に変更（ｘｖｉｉ）することとしたので、ウエストゲートバルブ２０の動作が過給機４の上流側での燃焼の安定性に与える影響が抑制され、結果として、Ａ／Ｆ振動運転が開始（ｖｉｉ）された後の比較的早い段階から、ウエストゲートバルブ２０の開動作を開始することができる。その結果、触媒温度も、第１実施形態における推移（二点鎖線（ａ１））よりも比較的早い段階から、上昇（実線（ａ２））させることができる。

本発明は上述した態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

例えば、上記各実施形態では急速暖機要求に応答して点火遅角を実行したが（Ｓ３０，Ｓ２３０）、点火遅角を実行することは本発明において必須ではない。第１実施形態では反応状態を、過給機４の上流側の排気通路１８内の温度に基づいて検出し、また第２実施形態では反応状態を排気中の空燃比の変動に基づいて検出したが、これらは相互に交換可能であり、第１実施形態で空燃比の変動に基づいて、また第２実施形態で過給機４の上流側の排気通路１８の温度に基づいて、それぞれ反応状態を検出しても良い。

上記各実施形態では触媒として三元触媒２１を使用したが、本発明は他の種類の触媒、とくに活性化温度までの加熱処理を要する各種の触媒についても適用できる。上記各実施形態では本発明をガソリン内燃機関に適用したが、本発明はディーゼルエンジンや気体燃料エンジンなど、ガソリン以外の燃料を用いる内燃機関について適用することも可能であって、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

３ 吸気通路
４ 過給機
４ｂ タービン
８ エンジン
８ａ 気筒
１０ 燃料噴射弁
１２ 点火プラグ
１８ 排気通路
１９ バイパス通路
２０ ウエストゲートバルブ（ウエストゲートバルブ）
２１ 三元触媒
３１ 吸気圧センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関に設けられた過給機と、
   排気通路における前記過給機の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、
   排気通路における過給機よりも下流側に設けられた触媒装置と、
   内燃機関及び前記ウエストゲートバルブを制御するようにプログラムされたコントローラと、を有する内燃機関の制御装置であって、
   排気通路における前記過給機の上流側の排気通路内の温度を取得する手段を更に備え、
   前記コントローラは更に、暖機実行条件が成立した場合に前記ウエストゲートバルブを閉状態とし、且つ、当該閉状態において、過給機の上流側の排気通路内の温度が所定の基準値を超えている場合に、リーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に行われるように空燃比を振動させるＡ／Ｆ振動運転を開始するようにプログラムされていることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記過給機の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応の程度を検出する手段を更に備え、
   前記コントローラは更に、前記Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、前記検出された反応の程度に基づいてウエストゲートバルブの開度を制御するようにプログラムされていることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記過給機の上流側におけるリッチガスとリーンガスとの反応の程度を検出する手段を更に備え、
   前記コントローラは更に、前記Ａ／Ｆ振動運転の開始後に、前記検出された反応の程度に基づいて前記Ａ／Ｆ振動運転における空燃比の振幅を制御するようにプログラムされていることを特徴とする装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記反応の程度を検出する手段は、前記温度を取得する手段が取得した過給機の上流側の温度に基づいて反応の程度を検出することを特徴とする装置。
5. 請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記反応の程度を検出する手段は、排気中の空燃比の変動に基づいて反応の程度を検出することを特徴とする装置。

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