JP6520887B2 - 排気装置の暖機システム - Google Patents

Description

本発明は、過給機のタービンの下流に排気浄化触媒が設けられた排気装置の暖機システムに関する。

過給機のタービンの下流に排気浄化触媒が設けられた排気装置では、タービンの熱容量が大きいため排気浄化触媒の暖機性が悪化する傾向がある。

そこで、過給機と、過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、バイパス通路に設けられたウェイストゲートバルブと、を備えた内燃機関において、冷間始動時にウェイストゲートバルブを開きバイパス通路を導通する技術が知られている。当該技術では、冷間始動時にバイパス通路が導通されると、排気の一部がバイパス通路を通過して排気浄化触媒に流入し、当該排気浄化触媒の暖機が図られる。

また、特許文献１には、過給器と、過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、を備えた内燃機関において、バイパス通路と排気通路との合流部に排気通路切換バルブが設けられた構成が開示されている。そして、この特許文献１に記載の技術では、切換バルブより下流側の排気通路に設けられた排気浄化触媒が不活性であるときには、タービン側の排気通路が全閉となり且つバイパス通路が全開となるように排気通路切換バルブが制御されることで、排気のほぼ全量がバイパス通路を通過して排気浄化触媒に流入する。

特開２００１−０５００３８号公報 国際公開第２０１２／０８６００２号

過給機とバイパス通路とウェイストゲートバルブとを備えた従来の内燃機関では、バイパス通路を導通していても排気の一部は過給機のタービンを通過して排気浄化触媒に流入することになる。このとき、タービンを通過して排気浄化触媒に流入する排気においては、熱容量が大きいタービンへの放熱に起因して当該排気が排気浄化触媒に流入する前に当該排気の熱エネルギーが減少し得るため、排気浄化触媒の暖機性が悪化する虞がある。

これに対して、排気通路切換バルブが設けられた従来技術（特許文献１）では、排気浄化触媒が不活性であるときにはタービン側の排気通路に排気が流れないため、タービンへの放熱に起因した排気浄化触媒の暖機性の悪化が抑制される傾向にある。一方、このとき、タービンおよびタービン側の排気通路は冷間状態のままとなる傾向にある。そして、この従来技術では、排気浄化触媒の暖機が完了するとタービン側の排気通路が全開となるように排気通路切換バルブが制御され、排気のほぼ全量が当該通路を通過して排気浄化触媒に流入することになる。このときには、冷間状態のままとなっている傾向にあるタービンおよびタービン側の排気通路への放熱に起因して、排気浄化触媒に流入する排気の温度がそれまでよりも低下し得る。その結果、一度暖機された排気浄化触媒の温度が該排気浄化触媒の活性化温度よりも低下し、当該排気浄化触媒の排気浄化能力が低下する虞がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気装置を好適に暖機することによって排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る排気装置の暖機システムは、内燃機関の排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、前記タービンより下流の前記排気通路に設けられた第一排気浄化触媒と、前記タービンより上流の前記排気通路から分岐し、該タービンを迂回して前記第一排気浄化触媒より上流の該排気通路に合流するバイパス通路と、前記タービンへ流入する排気の流量であるタービン流入排気流量と、前記バイパス通路へ流入する排気の流量と、の割合を変更することで、該タービン流入排気流量を調整する調整手段と、を有する排気装置に適用され、前記第一排気浄化触媒及び前記タービンの暖機の完了後に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量を前記内燃機関の運転状態に応じた暖機後流量に制御する暖機後流量制御手段を備える、排気装置の暖機システムである。そして、前記暖機システムは、前記第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低い場合に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量がゼロになるように制御することによって前記第一排気浄化触媒の暖機を行う第一暖機制御手段と、前記第一暖機制御手段による前記第一排気浄化触媒の暖機の完了後に、該第一排気浄化触媒の暖機完了状態が維持されるように、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量をゼロよりも多くて、前記内燃機関の運転状態が同一の場合における前記暖機後流量よりも少ない流量に制御することによって、前記タービンの暖機を行う第二暖機制御手段と、を備える。

上記の排気装置の排気通路は、排気の流れに従って、タービンより上流の排気通路の途中からバイパス通路に分岐する分岐部と、分岐したバイパス通路が排気通路に合流する合流部と、を有する。この分岐部からタービンを経由して合流部に至る排気通路を以下「タービン側排気通路」と称する。そして、上記の排気装置が有する調整手段は、例えば、タービン側排気通路の通路断面積を変更することで、タービン流入排気流量と、バイパス通路へ流入する排気の流量と、の割合を変更し、以て、タービン流入排気流量を調整する調整弁である。このような調整弁がタービン側排気通路の通路断面積を変更することでタービン流入排気流量を変更させると、それに連動してバイパス通路へ流入する排気の流量が変化する。また、調整手段は、タービン側排気通路の通路断面積およびバイパス通路の通路断面積をそれぞれ個別に変更することで、タービン流入排気流量と、バイパス通路へ流入する排気の流量と、の割合を変更し、以て、タービン流入排気流量を調整する調整弁であってもよい。また、調整手段は、分岐部または合流部に設けられ、排気をタービン側排気通路、バイパス通路、もしくはその両方に導く分配弁であってもよい。また、タービン流入排気流量を略ゼロを含んで可変とすることを可能とする周知の構成を調整手段として用いてもよい。

そして、上記の排気装置の暖機システムでは、第一暖機制御手段によってタービン流入排気流量がゼロになるように制御されると、排気はバイパス通路を通って第一排気浄化触媒に流入する。その結果、熱容量が大きいタービンへの放熱に起因して排気の熱エネルギーが減少することが抑制され、以て、第一排気浄化触媒の暖機を比較的早期に完了することができる。一方、当該暖機システムでは、第一排気浄化触媒の暖機が完了すると、第二暖機制御手段によりタービンへ排気が導入される。このとき、仮にタービンおよびタービン側排気通路が冷間状態のままとなっている場合には、排気がタービンを通過して第一排気浄化触媒に流入するとタービンへの放熱に起因して第一排気浄化触媒に流入する排気の熱エネルギーが減少し、当該排気の流量によっては暖機されている第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低下する虞がある。

ここで、第一排気浄化触媒の温度は、タービンを通過して第一排気浄化触媒に流入する触媒流入排気の流量および温度、バイパス通路を通って第一排気浄化触媒に流入する触媒流入排気の流量および温度等の影響を受ける。そのため、例えばタービンを通過して第一
排気浄化触媒に流入する触媒流入排気の温度が低い場合には、第一排気浄化触媒の温度が低下し易く、また、そのとき、タービンを通過して第一排気浄化触媒に流入する触媒流入排気の流量（当該流量はタービン流入排気流量と等しくなる）が多いほど、第一排気浄化触媒の温度が低下し易くなる。

そこで、上記の排気装置の暖機システムが備える第二暖機制御手段は、第一排気浄化触媒の暖機の完了後に、該第一排気浄化触媒の暖機完了状態が維持されるように、調整手段を用いてタービン流入排気流量をゼロよりも多くて、内燃機関の運転状態が同一の場合における暖機後流量よりも少ない流量に制御する。このときのタービン流入排気流量は暖機後流量よりも少ないため、タービンを通過して温度が低下した多量の排気が第一排気浄化触媒に流入することを回避しつつ、タービンの暖機を行うことができる。これにより、タービン暖機において、暖機完了状態の第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低下することが抑制される。すなわち、タービン暖機において、第一排気浄化触媒の活性状態を維持し得る。

ここで、上述したタービン流入排気流量の制御によって形成されるタービンの暖機が完了した状態（以下、「タービン暖機完了状態」と称する場合もある。）について説明する。タービン暖機完了状態とは、排気がタービンを通過して第一排気浄化触媒に流入する場合において、タービン流入排気流量が内燃機関の運転状態に応じた暖機後流量にされても、第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低下することを回避し得る程度、すなわち第一排気浄化触媒の暖機完了状態を維持し得る程度にタービンの温度が昇温された状態として定義される。したがって、タービン暖機完了状態においては、タービン内の排気通路（例えば、スクロール等）や排気が接するタービン翼等の温度（以下、「タービン温度」と称する場合もある。）が比較的高くなっている傾向にある。また、タービン暖機完了状態においてタービン流入排気流量が暖機後流量にされると、内燃機関の背圧が可及的に低くされ得ることになる。言い換えれば、暖機後流量は、例えば内燃機関の背圧を可及的に低くすることができるタービン流入排気流量として定義される。

本発明に係る排気装置の暖機システムは、以上に述べたようにタービン流入排気流量を制御することによって、第一排気浄化触媒の暖機完了状態を維持しつつタービンの暖機を行うことができ、以て、排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することを可能とする。

また、本発明に係る排気装置の暖機システムが備える前記第二暖機制御手段は、前記第一排気浄化触媒の温度と、前記タービンを通過したタービン通過後排気であって且つ前記バイパス通路を通過した排気と合流する前の該タービン通過後排気の温度であるタービン通過後排気温度と、に基づいて前記タービン流入排気流量を制御し、該タービン流入排気流量を前記内燃機関の運転状態が同一の場合における前記暖機後流量よりも少ない流量に制御する際、前記第一排気浄化触媒の温度が低いほど、又は前記タービン通過後排気温度が低いほど、該タービン流入排気流量を少なくしてもよい。

ここで、タービン通過後排気温度は、例えば、タービンへ流入する排気の流量および温度、タービンの熱容量、タービン温度、タービン回転数等の影響を受ける。上記の排気装置の暖機システムは、タービン通過後排気温度に関連するこれらパラメータに基づいて、タービン通過後排気温度を推定することができる。また、これらパラメータのうちタービン通過後排気温度に及ぼす影響が大きいパラメータのみ（例えば、タービンへ流入する排気の温度やタービン温度）を用いてタービン通過後排気温度を推定してもよい。または、タービンより下流のタービン側排気通路における排気の温度を計測し、当該温度等に基づいてタービン通過後排気温度を推定してもよい。

また、上述したように、タービンを通過して第一排気浄化触媒に流入する触媒流入排気の温度が低い場合には、第一排気浄化触媒の温度が低下し易くなる。言い換えれば、この触媒流入排気の温度に関連するタービン通過後排気温度が低いほど第一排気浄化触媒の温度が低下し易くなる。また、上述したように、タービン暖機完了状態と第一排気浄化触媒の温度とは密接に関連している。したがって、第一排気浄化触媒の温度とタービン通過後排気温度とに基づいてタービン流入排気流量を制御することによって、好適にタービンの暖機を行うことができる。

詳しくは、上記の排気装置の暖機システムが備える第二暖機制御手段は、タービン通過後排気温度が低いほどタービン流入排気流量を少なくする。ここで、第二暖機制御手段によるタービンの暖機を行う制御によってタービンやタービン側排気通路が加熱されると、タービン通過後排気温度が上昇し易くなるため、それに応じてタービン流入排気流量も増やされる傾向となる。そして、タービン流入排気流量が増やされると、タービンやタービン側排気通路が更に加熱され易くなるため、第二暖機制御手段は、上記の制御を行うことによって、第一排気浄化触媒の暖機完了状態を維持しつつ可及的速やかにタービンの暖機を完了することができる。

また、暖機完了後であって活性化温度以上となっている第一排気浄化触媒の温度が低いほど、当該第一排気浄化触媒の温度と活性化温度との温度差が小さくなる。そして、タービンの暖機が完了していないときに排気がタービンを通過して第一排気浄化触媒に流入すると、前記温度差が小さい場合には大きい場合よりも第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低くなり易い。そこで、第二暖機制御手段は、第一排気浄化触媒の温度が低いほどタービン流入排気流量を少なくする。言い換えれば、第二暖機制御手段は、第一排気浄化触媒の温度が比較的高い場合にはタービン流入排気流量を比較的多くする。この場合には、上記温度差が大きいため、タービン流入排気流量が多くされても第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低下することを避け易くなる。そして、タービン流入排気流量が多くされるとタービンやタービン側排気通路が加熱され易くなる。このように、第二暖機制御手段は、第一排気浄化触媒の温度に応じてタービン流入排気流量を制御することによって、第一排気浄化触媒の暖機完了状態を維持しつつ可及的速やかにタービンの暖機を完了することができる。

ここで、タービンの暖機が完了すると、上述したように、タービン流入排気流量が内燃機関の運転状態に応じた暖機後流量にされる。このとき、第二暖機制御手段による上記のタービン流入排気流量の制御によって可及的速やかにタービンの暖機を完了することができると、タービン流入排気流量が速やかに内燃機関の背圧を可及的に低くすることができる暖機後流量にされることになる。

本発明に係る排気装置の暖機システムは、以上に述べたようにタービンの暖機を行っているときのタービン流入排気流量を制御することによって、第一排気浄化触媒の暖機完了状態を維持しつつ可及的速やかにタービンの暖機を完了することができる。このことにより、排気装置が好適に暖機され排気浄化触媒の排気浄化能力の低下をより好適に抑制することが可能となる。

また、本発明に係る前記排気装置は、前記第一排気浄化触媒より下流の前記排気通路に設けられた第二排気浄化触媒を更に有してもよい。そして、このような排気装置に適用される排気装置の暖機システムにおいて、前記暖機後流量制御手段は、前記第一排気浄化触媒及び前記タービンに加えて前記第二排気浄化触媒の暖機の完了後に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量を前記内燃機関の運転状態に応じた暖機後流量に制御することができる。そして、前記暖機システムは、前記第二暖機制御手段による前記タービンの暖機の完了後であって前記第二排気浄化触媒の温度が該第二排気浄化触媒の活性化温度
よりも低い場合に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量がゼロになるように制御することによって前記第二排気浄化触媒の暖機を行う第三暖機制御手段を更に備えてもよい。

このような排気装置では、第一排気浄化触媒および第二排気浄化触媒によって排気が浄化される。ここで、当該排気装置において第一排気浄化触媒の暖機が完了していたとしても、仮に第二排気浄化触媒の暖機が完了していない場合には、当該排気装置の排気浄化能力は十分ではないと言える。そこで、上記の排気装置の暖機システムが備える第三暖機制御手段は、タービンの暖機の完了後であって第二排気浄化触媒の暖機が完了していない場合に、調整手段を用いてタービン流入排気流量がゼロになるように制御する。このときには、排気はバイパス通路を通って第一排気浄化触媒および第二排気浄化触媒に流入することになるため、第二排気浄化触媒の温度が比較的速やかに上昇することになる。なぜなら、たとえタービンが暖機完了状態にあったとしても、排気がタービンを通過すると当該排気の温度が低下するからである。そして、第三暖機制御手段は、上記のようにタービン流入排気流量を制御することによって第二排気浄化触媒の暖機を比較的早期に完了させることができる。

ここで、上記排気装置の暖機（第一排気浄化触媒、タービン、第二排気浄化触媒の順に暖機される）を行っているときに仮に過給要求が成立した場合には、当該過給要求に応えるために上記排気装置の暖機制御（第一暖機制御手段、第二暖機制御手段、第三暖機制御手段による暖機制御）を中止してもよいし、当該暖機制御を継続してもよい。そして、仮に第三暖機制御手段による第二排気浄化触媒の暖機制御の実行中に過給要求が成立し、当該過給要求に応える場合には、上記の排気装置の暖機システムは当該制御を中止しタービン流入排気流量を要求に応じた流量にしてもよい。ここで、第三暖機制御手段により第二排気浄化触媒の暖機を行っているときにはタービン温度は低下するものの、タービンは熱容量が大きくその低下代は小さいため、第三暖機制御手段による第二排気浄化触媒の暖機制御の実行中においても概ねタービンの暖機完了状態が維持されている傾向にある。その結果、仮に第三暖機制御手段による第二排気浄化触媒の暖機制御の実行中に過給要求に応えてタービン流入排気流量が要求に応じた流量にされたとしても、第一排気浄化触媒は暖機完了状態を維持し得る。つまり、上記の排気装置の暖機システムは、第二排気浄化触媒の暖機をタービンの暖機完了後に開始させることによって、第一排気浄化触媒による排気浄化能力を維持しつつ第二排気浄化触媒の暖機制御の実行中の過給要求に備えることもできる。

本発明に係る排気装置の暖機システムは、以上に述べたようにタービン流入排気流量を制御することによって、第三暖機制御手段による第二排気浄化触媒の暖機を比較的早期に完了することができる。このことにより、排気装置が好適に暖機され排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することが可能となる。

本発明によれば、排気装置を好適に暖機することによって排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することができる。

本発明の実施例１に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 第一排気浄化触媒の暖機の完了後すぐに標準流量の排気がタービンを通過して第一排気浄化触媒に流入する場合における、第一触媒温度、タービン通過後排気温度、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。 本発明の実施例１における、第一触媒温度、タービン通過後排気温度、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。 本発明の実施例１における、第二暖機制御におけるＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係を示す図である。 本発明の実施例１に係る排気装置の暖機システムにおいて実行される制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施例１の変形例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例１の変形例に係る分配弁が、排気をタービン側排気通路に導くように制御されている状態を示す図である。 本発明の実施例１の変形例に係る分配弁が、排気をバイパス通路に導くように制御されている状態を示す図である。 本発明の実施例１の変形例に係る分配弁が、排気をタービン側排気通路とバイパス通路の両方に導くように制御されている状態を示す図である。 本発明の実施例１の変形例における、第一触媒温度、タービン通過後排気温度、タービン側排気通路開度、バイパス通路開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。 本発明の実施例１の変形例に係る排気装置の暖機システムにおいて実行される制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例２における、第一触媒温度、第二触媒温度、タービン通過後排気温度、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。 本発明の実施例２に係る排気装置の暖機システムにおいて実行される制御フローを示すフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の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＞
以下、図面を用いて本発明の第１の実施例について説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸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、４つの気筒２を含む気筒群を備えた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には、各吸気ポートへ燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。なお、燃料噴射弁３は、各気筒２内へ直接燃料を噴射するように構成されてもよい。また、各気筒２には、筒内の混合気に着火するための図示しない点火プラグが取り付けられている。

内燃機関１は、インテークマニホールド４０およびエキゾーストマニホールド５０と接続されている。インテークマニホールド４０には吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する過給機６のコンプレッサ６０が設けられている。また、コンプレッサ６０よりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ４２が設けられている。そして、インタークーラ４２よりも下流の吸気通路４には、スロットル弁４１が設けられている。スロットル弁４１は、吸気通路４内の通路断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を調整する。更に、スロットル弁４１よりも下流の吸気通路４に接続されているインテークマニホールド４０には、インマニ圧センサ４４が設けられている。インマニ圧センサ４４は、インテークマニホールド４０内の吸気の圧力（以下、「インマニ圧」と称する場合もある。）に応じた
電気信号を出力する。また、コンプレッサ６０よりも上流の吸気通路４には、エアフローメータ４３が設けられている。エアフローメータ４３は、吸気通路４内を流れる吸気（空気）の量（質量）に応じた電気信号を出力する。

一方、エキゾーストマニホールド５０には排気通路５が接続されている。そして、排気通路５の途中には、排気の流れに従って順に過給機６のタービン６１、第一排気浄化触媒５１、第一温度センサ５５が設けられている。ここで、第一排気浄化触媒５１は、例えば三元触媒である。また、第一温度センサ５５は排気の温度に応じた電気信号を出力する。そして、排気通路５には、タービン６１よりも上流の排気通路５の途中の分岐部５ｂから分岐し、タービン６１を迂回して第一排気浄化触媒５１よりも上流の排気通路５の途中の合流部５ｃに合流するバイパス通路５２が設けられている。ここで、分岐部５ｂからタービン６１を経由して合流部５ｃに至る排気通路５をタービン側排気通路５ａと称する。そして、このタービン側排気通路５ａにおける分岐部５ｂとタービン６１との間の通路にはターボバイパスバルブ（以下、「ＴＢＶ」と称する場合もある。）５３が設けられている。また、バイパス通路５２にはウェイストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」と称する場合もある。）５４が設けられている。ＴＢＶ５３は、タービン６１よりも上流のタービン側排気通路５ａ内の通路断面積を変更することでタービン６１へ流入する排気の流量（以下、「タービン流入排気流量」と称する場合もある。）を調整し、ＷＧＶ５４は、バイパス通路５２内の通路断面積を変更することでバイパス通路５２を流れる排気の流量（以下、「バイパス流量」と称する場合もある。）を調整する。なお、ＴＢＶ５３は、タービン側排気通路５ａにおけるタービン６１と合流部５ｃとの間の通路に設けられてもよい。

ここで、ＴＢＶ５３の弁体の開度（以下、「ＴＢＶ開度」と称する場合もある。）に応じてタービン流入排気流量が変化し、ＷＧＶ５４の弁体の開度（以下、「ＷＧＶ開度」と称する場合もある。）に応じてバイパス流量が変化する。本実施例に係る排気装置においては、ＴＢＶ開度に応じてタービン流入排気流量だけでなくバイパス流量も変化し得ることになり、同様にＷＧＶ開度に応じてバイパス流量だけでなくタービン流入排気流量も変化し得ることになる。つまり、ＴＢＶ５３とＷＧＶ５４とによって（ＴＢＶ開度とＷＧＶ開度とによって）、タービン流入排気流量とバイパス流量との割合が変更される。したがって、本実施例においてはＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４が、本発明における調整手段に相当する。なお、本発明に係る排気装置の暖機システムが後述するタービン６１を暖機する制御を行うときには、原則としてＷＧＶ５４の弁体が全開にされる。つまり、ＴＢＶ５３および全開状態のＷＧＶ５４によって（実質的にはＴＢＶ開度によって）、タービン流入排気流量とバイパス流量との割合が変更される。

また、過給機６には回転センサ６２が設けられている。回転センサ６２は、過給機６の回転数に応じた電気信号を出力する。

そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、上記のエアフローメータ４３、インマニ圧センサ４４、第一温度センサ５５、回転センサ６２に加え、クランクポジションセンサ１４、アクセルポジションセンサ１５等の各種センサが電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１４は、内燃機関１の機関出力軸（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センサである。アクセルポジションセンサ１５は、アクセルペダル１６の操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１４の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出し、アクセルポジションセンサ１５の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４３の出力値に基づいて第一排気浄化触媒５１に流入する排気の流量（以下、「排気流量」と称する場合もある。）を推
定し、第一温度センサ５５の出力値に基づいて第一排気浄化触媒５１の温度（以下、「第一触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。

また、ＥＣＵ１０には、上記の燃料噴射弁３、スロットル弁４１、ＴＢＶ５３、およびＷＧＶ５４等の各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、上記のような各センサの出力信号に基づいて、上記の各種機器を制御する。例えば、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機の完了後に、ＥＣＵ１０は、アクセル開度等に基づき要求インマニ圧を算出し、要求インマニ圧が大気圧以下の場合、すなわち過給要求がない場合には、内燃機関１の背圧が可及的に低くなるように内燃機関１の運転状態に応じてＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４を制御する。この場合、例えばＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４の弁体が全開にされる。そして、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機の完了後に、過給要求が成立していない場合の内燃機関１の運転状態に応じて定められるタービン流入排気流量を、以下「暖機後流量」と称する。なお、ＥＣＵ１０がタービン流入排気流量を暖機後流量に制御することで、本発明に係る暖機後流量制御手段として機能する。

一方、ＥＣＵ１０は、要求インマニ圧が大気圧よりも高い場合、すなわち過給要求がある場合には、当該過給要求に応えるために要求インマニ圧に応じてＷＧＶ開度を制御する。詳しくは、要求インマニ圧が高いほどＷＧＶ開度を小さくする。なお、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機の完了後であっても過給要求がある場合には、ＥＣＵ１０は上記のようにＷＧＶ開度を制御するため、タービン流入排気流量は暖機後流量に制御されない。

また、ＥＣＵ１０がＴＢＶ５３の弁体を全閉にすると、タービン流入排気流量が略ゼロとなる。このときには、ＥＣＵ１０はＷＧＶ５４の弁体を開弁していて、排気のほぼ全量がバイパス通路５２を通って第一排気浄化触媒５１に流入することになる。ＥＣＵ１０が、このようにＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４を制御すると、第一排気浄化触媒５１に流入する排気について、タービン６１との間の熱の移動の影響を除外し得る。そこで、ＥＣＵ１０は、第一触媒温度が当該触媒の活性化温度よりも低い場合に（すなわち、第一排気浄化触媒５１が暖機されていない場合に）、ＴＢＶ５３の弁体を全閉に制御しＷＧＶ５４の弁体を全開に制御する。このことにより、タービン流入排気流量がゼロになるように制御されることとなり、熱容量が大きいタービン６１への放熱に起因して排気の熱エネルギーが減少することが抑制され、以て、第一排気浄化触媒５１の暖機を比較的早期に完了することができる。ＥＣＵ１０がこのように第一排気浄化触媒５１の暖機を行う制御を、以下「第一暖機制御」と称する。なお、ＥＣＵ１０が第一暖機制御を行うことで、本発明に係る第一暖機制御手段として機能する。

一方、例えば第一排気浄化触媒５１の暖機の完了後すぐにＥＣＵ１０によってタービン流入排気流量が暖機後流量と同じ値の流量に制御されると仮定する。このとき、タービン６１およびタービン側排気通路５ａが冷間状態のままとなっている場合には、排気がタービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入すると、タービン６１への放熱に起因して第一排気浄化触媒５１に流入する排気の熱エネルギーが減少し、暖機されている第一排気浄化触媒５１の温度が該第一排気浄化触媒５１の活性化温度よりも低下する虞がある。以下、このことについて、図２に基づいて説明を行う。

図２は、第一触媒温度、タービン６１を通過したタービン通過後排気であって且つバイパス通路５２を通過した排気と合流する前の当該タービン通過後排気の温度（以下、「タービン通過後排気温度」と称する場合もある。）、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。図２において、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間には第一暖機制御が行われていて、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈとなる時刻ｔ１において第一排気浄化触媒５１の暖機が完了する。なお、第一暖機制御が行われてい
るときには、上述したようにＥＣＵ１０によってＴＢＶ５３の弁体が全閉にされＷＧＶ５４の弁体が全開にされている。そして、このときには、タービン流入排気流量が略ゼロとなっている。ここで、タービン流入排気流量がゼロとなっているとき、すなわち、排気がタービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入していないときには、タービン通過後排気温度をどのように定義するかが問題となるため、図２では時刻ｔ０から時刻ｔ１までのタービン通過後排気温度として、タービン６１の温度を参考として破線で示している。

そして、第一排気浄化触媒５１の暖機が完了する時刻ｔ１において、タービン流入排気流量を暖機後流量と同じ値の流量（以下、「標準流量」と称する場合もある。）ＲｂｓｔにするためにＴＢＶ５３の弁体が全開にされる。ここで、時刻ｔ１におけるタービン通過後排気温度Ｔｂ０は所定温度Ｔｂｔｈよりも低くなっていて、このときにはタービン６１の暖機が完了していないと判断される。所定温度Ｔｂｔｈは、タービン６１の暖機の完了を判断する温度であって、タービン通過後排気温度が所定温度Ｔｂｔｈ以上の場合にタービン６１の暖機が完了していると判断される。ここで、タービン６１の暖機完了状態とは、第一排気浄化触媒５１の暖機完了後に排気がタービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入する場合において、タービン流入排気流量が暖機後流量（例えば、内燃機関１の背圧を可及的に低くすることができるタービン流入排気流量）にされても第一排気浄化触媒５１の温度が該第一排気浄化触媒５１の活性化温度よりも低下することを回避し得る程度、すなわち第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態を維持し得る程度にタービン６１の温度が昇温された状態をいう。

このように定義されるタービン６１の暖機完了状態から明らかなように、タービン６１の暖機完了状態と第一触媒温度とは密接に関連しているため、タービン６１の暖機の完了を判断する所定温度Ｔｂｔｈも第一触媒温度と密接に関連した温度である。そして、所定温度Ｔｂｔｈは、例えば第一排気浄化触媒５１の活性化温度（当該活性化温度に所定のばらつきを考慮した温度であってもよい）にタービン６１から第一排気浄化触媒５１までの排気管等での放熱等の影響を考慮した温度として定義される。なぜなら、タービン６１が暖機完了状態となりタービン通過後排気温度がこのように定義される所定温度Ｔｂｔｈ以上となる場合には、タービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入する触媒流入排気の温度が第一排気浄化触媒５１の活性化温度以上となり、第一排気浄化触媒５１の温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下し難くなるからである。

そして、図２に示すように、標準流量Ｒｂｓｔの排気が非暖機完了状態のタービン６１を通って第一排気浄化触媒５１に流入することによって、一度暖機された第一排気浄化触媒５１の温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下する。これにより、第一排気浄化触媒５１の排気浄化能力が低下する虞がある。

そこで、ＥＣＵ１０は、第一排気浄化触媒５１の暖機の完了後に、当該第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されるように、タービン流入排気流量をゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量よりも少ない流量に制御することによってタービン６１の暖機を行う。ＥＣＵ１０がこのようにタービン６１の暖機を行う制御を、「第二暖機制御」と称する。以下、第二暖機制御について、図３に基づいて説明を行う。なお、ＥＣＵ１０が第二暖機制御を行うことで、本発明に係る第二暖機制御手段として機能する。

図３は、上記の図２と同様に、第一触媒温度、タービン通過後排気温度、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。図３に示すように、時刻ｔ１において第一排気浄化触媒５１の暖機が完了すると、その後ＥＣＵ１０によってＴＢＶ５３の弁体が全閉よりも大きくて全開よりも小さい開度に制御される。その結果
、タービン流入排気流量がゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量Ｒｂｃｔよりも少ない流量となる。なお、暖機後流量Ｒｂｃｔは、上述したように内燃機関１の背圧が可及的に低くなるように内燃機関１の運転状態に応じて定められる流量であって、上記の図２に示した標準流量Ｒｂｓｔと実質的に同じ値である。また、このとき、ＷＧＶ５４の弁体は全開にされている。

ここで、タービン流入排気流量がゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量Ｒｂｃｔよりも少ない流量となるようにＥＣＵ１０が行うＴＢＶ開度の制御について、詳しく説明する。このＴＢＶ開度の制御の一態様は図３に示す線Ｌ１によって表され、線Ｌ１によって表されるＴＢＶ開度は、第一触媒温度とタービン通過後排気温度とに基づいて算出される。そして、線Ｌ１によって表されるＴＢＶ開度の算出について、図４に基づいて説明する。図４は、第二暖機制御におけるＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係を示す図である。このとき、図３に示すようにＷＧＶ５４の弁体は全開にされている。図４において、曲線Ｃ１はＴＢＶ開度が開度Ｒ１となるときの第一触媒温度およびタービン通過後排気温度を示していて、曲線Ｃ２は開度Ｒ２となるとき、曲線Ｃ３は開度Ｒ３となるときの第一触媒温度およびタービン通過後排気温度を示している。また、開度Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の順にＴＢＶ開度は大きくなり、開度Ｒ３はＴＢＶ５３の弁体が全開にされているときのＴＢＶ開度を示す。そして、図４に示すように、第一触媒温度がＴｃ１でタービン通過後排気温度がＴｂ１である状態を示す点Ｐ１（Ｔｃ１、Ｔｂ１）は、Ｘ軸とＹ軸と曲線Ｃ１とで囲まれた領域Ａ１に属しており、このときのＴＢＶ開度は全閉を表す開度０よりも大きくて開度Ｒ１よりも小さい開度とされる。また、点Ｐ２（Ｔｃ２、Ｔｂ２）は、Ｘ軸とＹ軸と曲線Ｃ２と曲線Ｃ３とで囲まれた領域Ａ３に属しており、このときのＴＢＶ開度は開度Ｒ２よりも大きくて開度Ｒ３よりも小さい開度とされる。

ここで、第一触媒温度には、タービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入する触媒流入排気の流量および温度、バイパス通路５２を通過して第一排気浄化触媒５１に流入する触媒流入排気の流量および温度が影響している。また、第二暖機制御は、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されるようにタービン流入排気流量を制御しタービン６１の暖機を行うものである。これらに鑑みると、第二暖機制御では、タービン６１を通過してその温度が低下した排気と、バイパス通路５２を通過してその温度が高く維持されている排気と、の混合排気が第一排気浄化触媒５１に流入することを踏まえて、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されるようにタービン流入排気流量が制御される。ここで、例えば、図４における点Ｐ１が示す第一触媒温度Ｔｃ１は、活性化温度ＴｃｔｈよりもΔＴｃ高い温度である。言い換えれば、このときには第一排気浄化触媒５１が暖機完了状態から非暖機完了状態になってしまうまでΔＴｃの余裕代がある。そして、第二暖機制御中の第一触媒温度と活性化温度Ｔｃｔｈとの差分が０以上となるようにタービン流入排気流量が設定されると、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されることが可能となる。そこで、図４は、このタービン流入排気流量となるような、タービン流入排気流量とバイパス流量との割合を決定するＴＢＶ開度をマップにしたものである。

そして、図４に示すＴＢＶ開度のマップにおいて、第一触媒温度が高いほど、言い換えれば第一触媒温度と活性化温度Ｔｃｔｈとの差分が大きいときは、第一排気浄化触媒５１が非暖機完了状態になってしまうまでの余裕代が大きくなるため、当該差分が大きいときはＴＢＶ開度が大きくなる。これにより、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されつつタービン流入排気流量が増やされるので、可及的速やかにタービン６１の暖機を完了することができる。

また、第二暖機制御が行われるとタービン温度が上昇していくため、第二暖機制御に伴ってタービン通過後排気温度が上昇する。そして、タービン通過後排気温度が高くなると
第一触媒温度が低下し難くなるため、図４に示すＴＢＶ開度のマップにおいて、タービン通過後排気温度が高いときはＴＢＶ開度が大きくなる。例えば、図４における点Ｐ１に示す状態と、点Ｐ２に示す状態と、を比較すると、タービン通過後排気温度は点Ｐ１に示す状態の温度Ｔｂ１よりも点Ｐ２に示す状態の温度Ｔｂ２の方が高く、それに伴ってＴＢＶ開度は大きくされている。

また、図４によれば、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈのときにタービン通過後排気温度が温度Ｔｂｔｈ１となっていると、ＴＢＶ５３の弁体が全開にされる。つまり、このときにはタービン６１の暖機が完了した状態である。上述したように、タービン通過後排気温度が所定温度Ｔｂｔｈ以上の場合にタービン６１の暖機が完了していると判断される。そして、図４における第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈでタービン通過後排気温度が温度Ｔｂｔｈ１となっている状態はタービン６１の暖機完了状態であるので、当該タービン通過後排気温度Ｔｂｔｈ１は所定温度Ｔｂｔｈを示していることになる。また、所定温度Ｔｂｔｈは、例えば第一排気浄化触媒５１の活性化温度にタービン６１から第一排気浄化触媒５１までの排気管等での放熱等の影響を考慮した温度である。したがって、温度Ｔｂｔｈ１は、例えば活性化温度Ｔｃｔｈに当該排気管等での放熱等の影響を考慮した温度を示している。

また、上述したように、図４に示すＴＢＶ開度のマップにおいては、第一触媒温度と活性化温度Ｔｃｔｈとの差分を考慮してＴＢＶ開度が定められるため、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも高くなっている場合には、タービン通過後排気温度が温度Ｔｂｔｈ１よりも低くなっていてもタービン６１が暖機完了状態であると判断できる場合がある。タービン６１の暖機完了状態とは、ＴＢＶ５３の弁体が全開にされても第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下しない状態であるため、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも高くなるほど、第一触媒温度と活性化温度Ｔｃｔｈとの差分が大きくなり、タービン６１の暖機完了を判断する所定温度Ｔｂｔｈは低くなるからである。

これは、図４における曲線Ｃ３によって示される状態であって、例えば曲線Ｃ３上の点Ｐ３に示す状態では、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも高くなっているため、タービン通過後排気温度が温度Ｔｂｔｈ１よりも低くなっていてもタービン６１が暖機完了状態であると判断できる。このときには、タービン６１を通過して第一排気浄化触媒５１に流入する触媒流入排気の温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低くなり得るものの、第一触媒温度は活性化温度Ｔｃｔｈに対して余裕代を有しているため、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下し難くなる。

以上に述べたように第二暖機制御におけるＴＢＶ開度が制御されると、第二暖機制御中のＴＢＶ開度の時間推移は、例えば図３の線Ｌ１に示される推移となる。そして、このときのタービン流入排気流量は図３の線Ｌ２に示される流量となり、第二暖機制御によってタービン流入排気流量がゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量Ｒｂｃｔよりも少ない流量にされている。そして、この第二暖機制御によってタービン通過後排気温度が上昇し、タービン通過後排気温度が所定温度Ｔｂｔｈとなる時刻ｔ２においてタービン６１の暖機が完了する。

そして、第二暖機制御の実行中の第一触媒温度は活性化温度Ｔｃｔｈ以上であって且つ活性化温度Ｔｃｔｈ近傍の温度となっている。このように、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態を維持しながらタービン流入排気流量を増やすことで可及的速やかにタービン６１の暖機が図られる。その結果、速やかにタービン流入排気流量を内燃機関１の背圧を可及的に低くすることができる暖機後流量Ｒｂｃｔにすることができる。

ここで、本発明に係る排気装置の暖機システムであるＥＣＵ１０が実行する制御フロー
について図５に基づいて説明する。図５は、上記制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、本フローは、原則として過給要求が成立していない場合にＥＣＵ１０が実行する制御フローである。

本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、第一触媒温度Ｔｃおよびタービン通過後排気温度Ｔｂが算出される。Ｓ１０１では、第一温度センサ５５の出力信号に基づいて第一触媒温度Ｔｃが算出される。

また、タービン通過後排気温度Ｔｂは、タービン６１へ流入する排気の流量および温度、タービン６１の熱容量、タービン６１内の排気通路（例えば、スクロール等）や排気が接するタービン翼等の温度（以下、「タービン温度」と称する場合もある。）、タービン回転数等の影響を受ける。Ｓ１０１では、タービン通過後排気温度Ｔｂに関連するこれらパラメータに基づいて、タービン通過後排気温度Ｔｂを算出することができる。また、これらパラメータのうちタービン通過後排気温度Ｔｂに及ぼす影響が大きいパラメータのみ（例えば、タービン６１へ流入する排気の温度やタービン温度）を用いてタービン通過後排気温度Ｔｂを算出してもよい。または、タービン６１より下流のタービン側排気通路５ａにおける排気の温度を計測し、当該温度をタービン通過後排気温度Ｔｂとして算出してもよい。

次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で算出した第一触媒温度Ｔｃが第一排気浄化触媒５１の活性化温度Ｔｃｔｈ以上であるか否かが判別される。ここで、活性化温度ＴｃｔｈはＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。なお、活性化温度Ｔｃｔｈは所定のばらつきが考慮された温度であってもよい。そして、Ｓ１０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０５の処理へ進み、Ｓ１０２において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０２において否定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１の暖機が完了していない場合であって、次に、Ｓ１０３において、ＷＧＶ５４の弁体を全開にする制御が実行される。そして、Ｓ１０４において、ＴＢＶ５３の弁体を全閉にする制御が実行される。つまり、Ｓ１０３とＳ１０４により第一暖機制御が実行される。このことにより、タービン流入排気流量がゼロになるように制御され、第一排気浄化触媒５１の暖機を比較的早期に完了することができる。そして、Ｓ１０４の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０２において肯定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１の暖機が完了している場合であって、次に、Ｓ１０５において、Ｓ１０１で算出したタービン通過後排気温度Ｔｂが所定温度Ｔｂｔｈよりも低いか否かが判別される。ここで、所定温度Ｔｂｔｈは、タービン６１の暖機の完了を判断する温度であって、例えば上記の図４における曲線Ｃ３が示すタービン通過後排気温度として定義される。ＥＣＵ１０のＲＯＭには、上記の図４に示した、ＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係がマップまたは関数として予め記憶されていて、Ｓ１０５では、当該マップまたは関数を用いてＳ１０１で算出した第一触媒温度Ｔｃに対応する所定温度Ｔｂｔｈを算出し、Ｓ１０１で算出したタービン通過後排気温度Ｔｂが当該所定温度Ｔｂｔｈよりも低いか否かを判別する。つまり、Ｓ１０５では、タービン６１の暖機が完了しているか否かが判別される。そして、Ｓ１０５において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０６の処理へ進み、Ｓ１０５において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０９の処理へ進む。

Ｓ１０５において肯定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１の暖機が完了していてタービン６１の暖機が完了していない場合であって、次に、Ｓ１０６において、
ＴＢＶ開度が算出される。Ｓ１０６では、Ｓ１０１で算出した第一触媒温度Ｔｃおよびタービン通過後排気温度Ｔｂと、上記の図４に示した前記関係を表すマップまたは関数と、に基づいてＴＢＶ開度が算出される。このことにより、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下することを抑制しつつタービン６１を可及的速やかに暖機することができるＴＢＶ開度が算出される。

次に、Ｓ１０７において、ＷＧＶ５４の制御が実行される。上述したように、第二暖機制御が実行されるときには、原則としてＷＧＶ５４の弁体が全開にされる。したがって、Ｓ１０７では、ＷＧＶ５４の弁体を全開にする制御が実行される。ただし、本実施例では、Ｓ１０７の処理をＷＧＶ５４の弁体を全開にする制御に限定する意図はなく、Ｓ１０７の処理によってＷＧＶ開度が変更されてもよい。なお、この場合、上記の図４に示した、ＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係は、ＷＧＶ開度も考慮して定義されることになる。

次に、Ｓ１０８において、ＴＢＶ５３の弁体をＳ１０６で算出したＴＢＶ開度に制御する処理が実行される。このことにより、タービン流入排気流量がゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量よりも少ない流量に制御される。つまり、Ｓ１０７とＳ１０８により第二暖機制御が実行される。そして、Ｓ１０８の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ１０５において否定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機が完了している場合であって、次に、Ｓ１０９において、タービン流入排気流量を内燃機関１の運転状態に応じた暖機後流量に制御する暖機後流量制御が実行される。上述したように、本フローは原則として過給要求が成立していない場合に実行される制御フローであるので、Ｓ１０９では、過給要求が成立していない場合の内燃機関１の運転状態に応じた暖機後流量に制御されることになる。この暖機後流量制御では内燃機関１の背圧が可及的に低くなるように、例えば、ＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４の弁体が全開にされる。そして、Ｓ１０９の処理の後、本フローの実行が終了される。

ここで、本フローの実行中に仮に過給要求が成立した場合には、当該過給要求に応えるために原則として本フローの実行が中止される。ただし、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機を優先して、これらの暖機が完了するまで本フローの実行を継続し、これらの暖機完了後に当該過給要求に応えてもよい。なお、ＥＣＵ１０が当該過給要求に応える場合には、インマニ圧がアクセル開度等に基づき算出された要求インマニ圧となるように、ＴＢＶ開度やＷＧＶ開度が本フローとは別に制御されてもよい。この場合、例えば、ＴＢＶ５３の弁体が全開にされ、ＷＧＶ開度が要求インマニ圧に応じた開度にされる。

本発明に係る排気装置の暖機システムが、上述した制御フローを実行することによって、第一排気浄化触媒５１の活性後に第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下することを抑制しつつ（第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態を維持しつつ）可及的速やかにタービン６１の暖機を完了することができ、以て、第一排気浄化触媒５１の排気浄化能力の低下を好適に抑制することを可能とする。

［変形例］
次に、上記の第１の実施例の変形例について図６から図９に基づいて説明する。図６は、本変形例に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。図６に示すように、本変形例に係る排気装置ではＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４は設けられていない。当該排気装置では、タービン側排気通路５ａとバイパス通路５２との合流部５ｃに分配弁５６が設けられている。なお、上述した第１の実施例と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

本変形例に係る排気装置が備える分配弁５６は、排気をタービン側排気通路５ａ、バイパス通路５２、もしくはその両方に導く分配弁であって、タービン側排気通路５ａの排気流量とバイパス通路５２の排気流量との割合を変更することができる。ここで、分配弁５６の機能を示す図７Ａから図７Ｃに基づいて分配弁５６について説明する。図７Ａは排気をタービン側排気通路５ａに導くように分配弁５６が制御されている状態を示す図であって、このときには分配弁５６によってバイパス通路５２の開口度合い（以下、「バイパス通路開度」と称する場合もある。）が０（％）となっている。また、図７Ｂは排気をバイパス通路５２に導くように分配弁５６が制御されている状態を示す図であって、このときには分配弁５６によってタービン側排気通路５ａの開口度合い（以下、「タービン側排気通路開度」と称する場合もある。）が０（％）となっている。ここで、分配弁５６は、タービン側排気通路開度＋バイパス通路開度＝１００（％）となるように作動するため、バイパス通路開度が０（％）のときにはタービン側排気通路開度が１００（％）となり、タービン側排気通路開度が０（％）のときにはバイパス通路開度が１００（％）となる。そして、図７Ｃは排気をタービン側排気通路５ａとバイパス通路５２の両方に導くように分配弁５６が制御されている状態を示す図であって、このときには分配弁５６によって例えばタービン側排気通路開度およびバイパス通路開度がそれぞれ５０（％）となる。分配弁５６は、このようにしてタービン側排気通路５ａの排気流量とバイパス通路５２の排気流量との割合を変更することができる。なお、分配弁５６は、排気通路５がタービン側排気通路５ａとバイパス通路５２とに分岐する分岐部５ｂに設けられてもよい。また、本変形例においては分配弁５６が、本発明における調整手段に相当する。

そして、第一触媒温度、タービン通過後排気温度、タービン側排気通路開度、バイパス通路開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を図８に示す。図８は、上記の第１の実施例の図３に相当する図であって、ＴＢＶ開度およびＷＧＶ開度に代わってタービン側排気通路開度およびバイパス通路開度が示されている。

図８に示すように、時刻ｔ１においてタービン側排気通路開度が０（％）から増加し始め、バイパス通路開度が１００（％）から減少し始める。このとき、上記の図４に示したＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係と同様に、分配弁５６が設けられた本変形例におけるタービン側排気通路開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係を予め取得し、タービン側排気通路開度が、第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態が維持されつつ可及的速やかにタービン６１の暖機を完了することができる開度に制御されてもよく、その場合には、タービン側排気通路開度は図８に示す線Ｌ１１によって表される開度に制御され、バイパス通路開度は図８に示す線Ｌ１２によって表される開度に制御される。このことにより、図８に示すように、第二暖機制御の実行中に第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈ以上で且つ活性化温度Ｔｃｔｈ近傍の温度とされることによって、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下することを抑制しつつ可及的速やかにタービン６１を暖機することができる。

ここで、本変形例におけるＥＣＵ１０が実行する制御フローについて図９に基づいて説明する。図９は、上記制御フローを示すフローチャートである。本変形例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、本フローは、原則として過給要求が成立していない場合にＥＣＵ１０が実行する制御フローである。

図９に示すフローでは、Ｓ１０２において否定判定された場合に、Ｓ２０１において、タービン側排気通路開度が０（％）となるように（すなわち、タービン側排気通路が全閉状態となるように）分配弁５６を制御する処理が実行される。Ｓ２０１の処理によって、タービン流入排気流量がゼロになるように制御され、排気はバイパス通路５２を通って第
一排気浄化触媒５１に流入することになるため、このときには第一暖機制御が実行されていることになる。そして、Ｓ２０１の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、図９に示すフローでは、Ｓ１０５において肯定判定された場合に、Ｓ２０２において、タービン側排気通路開度が算出される。ここで、上記の図４に示したＴＢＶ開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係に相当する、分配弁５６が設けられた本変形例におけるタービン側排気通路開度と、第一触媒温度およびタービン通過後排気温度と、の関係がマップまたは関数としてＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されていて、Ｓ２０２では、Ｓ１０１で算出した第一触媒温度Ｔｃおよびタービン通過後排気温度Ｔｂと、このマップまたは関数と、に基づいてタービン側排気通路開度が算出される。このことにより、第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下することを抑制しつつタービン６１を可及的速やかに暖機することができるタービン側排気通路開度が算出される。なお、このときのバイパス通路開度は、タービン側排気通路開度に応じて一義的に定められる。

そして、Ｓ２０２の処理の後に、Ｓ２０３において、タービン側排気通路開度がＳ２０２で算出した開度になるように分配弁５６を制御する処理が実行される。このことにより、タービン流入排気流量がゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量よりも少ない流量に制御される。つまり、第二暖機制御が実行される。そして、Ｓ２０３の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、図９に示すフローでは、Ｓ１０５において否定判定された場合に、Ｓ２０４において、タービン流入排気流量を過給要求が成立していない場合の内燃機関１の運転状態に応じた暖機後流量に制御する暖機後流量制御が実行される。暖機後流量制御では内燃機関１の背圧が可及的に低くなるように、分配弁５６が制御される。そして、Ｓ２０４の処理の後、本フローの実行が終了される。

本変形例におけるＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによっても、第一排気浄化触媒５１の活性後に第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも低下することを抑制しつつ（第一排気浄化触媒５１の暖機完了状態を維持しつつ）可及的速やかにタービン６１の暖機を完了することができ、以て、第一排気浄化触媒５１の排気浄化能力の低下を好適に抑制することを可能とする。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図１０から図１２に基づいて説明する。図１０は、本実施例に係る内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１０に示すように、本実施例に係る排気装置では、第一排気浄化触媒５１よりも下流の排気通路５に第二排気浄化触媒５７が設けられている。また、第二排気浄化触媒５７よりも下流の排気通路５に第二温度センサ５８が設けられている。なお、上述した第１の実施例と実質的に同一の構成、実質的に同一の制御処理については、その詳細な説明を省略する。

本実施例に係る排気装置では、第一排気浄化触媒５１および第二排気浄化触媒５７によって排気が浄化される。また、ＥＣＵ１０は、第二温度センサ５８の出力値に基づいて第二排気浄化触媒５７の温度（以下、「第二触媒温度」と称する場合もある。）を推定する。

そして、本実施例におけるＥＣＵ１０が上述した第二暖機制御を行う場合には、上述した第１の実施例と同様にタービン流入排気流量をゼロよりも多くて、内燃機関１の運転状態が同一の場合における暖機後流量よりも少ない流量に制御することによってタービン６１の暖機を行う。なお、本実施例における暖機後流量とは、第一排気浄化触媒５１および
タービン６１に加えて第二排気浄化触媒５７の暖機の完了後のタービン流入排気流量であって、内燃機関１の運転状態に応じて定められる。

ここで、本実施例に係る排気装置において、第一排気浄化触媒５１が暖機されていたとしても、仮に第二排気浄化触媒５７の暖機が完了していない場合には、当該排気装置の排気浄化能力は十分ではないと言える。そこで、ＥＣＵ１０は、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機が完了していて且つ第二排気浄化触媒５７の暖機が完了していない場合に、タービン流入排気流量がゼロになるように制御することによって第二排気浄化触媒５７の暖機を行う。ＥＣＵ１０がこのように第二排気浄化触媒５７の暖機を行う制御を、「第三暖機制御」と称する。以下、第三暖機制御について、図１１に基づいて説明を行う。なお、ＥＣＵ１０が第三暖機制御を行うことで、本発明に係る第三暖機制御手段として機能する。

図１１は、第一触媒温度、第二触媒温度、タービン通過後排気温度、ＴＢＶ開度、ＷＧＶ開度、およびタービン流入排気流量の時間推移を示す図である。図１１では、上記の図３と同様に、時刻ｔ０から時刻ｔ１にかけて第一暖機制御が実行されていて、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて第二暖機制御が実行されている。ここで、時刻ｔ２において、第二触媒温度は第二排気浄化触媒５７の活性化温度Ｔｃ２ｔｈよりも低くなっている。すなわち、第二排気浄化触媒５７の暖機が完了していない。また、このとき、タービン通過後排気温度は所定温度Ｔｂｔｈ以上となっていて、タービン６１の暖機が完了している。そこで、図１１では、時刻ｔ２においてＥＣＵ１０によってＴＢＶ５３の弁体が全閉に制御される。その結果、タービン流入排気流量が略ゼロとなる。つまり、第三暖機制御が開始される。

このように第三暖機制御が開始されると、タービン流入排気流量が略ゼロとなるため、熱容量が大きいタービン６１への放熱に起因した排気の熱エネルギーの減少が抑制される。その結果、第一触媒温度および第二触媒温度が上昇し易くなり、特に第二触媒温度は時刻ｔ２よりも後に相対的に早期に上昇する。つまり、第三暖機制御による第二排気浄化触媒５７の暖機を比較的早期に完了することができる。

また、第三暖機制御中には排気がタービン６１を通過しなくなるため、タービン温度が低下する傾向にある。ただし、タービン６１の熱容量が大きいため、タービン温度の低下度合いは比較的緩やかになる（図１１では、第三暖機制御中のこのようなタービン温度を参考として破線で示している）。また、上記の図４の説明で述べたように、所定温度Ｔｂｔｈは第一触媒温度が活性化温度Ｔｃｔｈよりも高くなるほど低くなる。そして、第三暖機制御の実行によって第一触媒温度が上昇し易くなる。また、上述したように、第三暖機制御はタービン６１の暖機が完了しているときに実行される。これらの事象に鑑みると、第三暖機制御の実行中においても概ねタービン６１の暖機完了状態が維持されている傾向にある。その結果、仮に第三暖機制御の実行中に過給要求が成立して当該過給要求に応えるためにタービン流入排気流量が要求に応じた流量にされたとしても、暖機されている第一排気浄化触媒５１は活性状態を維持し得る。

なお、第二触媒温度が活性化温度Ｔｃ２ｔｈとなる時刻ｔ３において、第二排気浄化触媒５７の暖機が完了する。そして、第二排気浄化触媒５７の暖機が完了するとＴＢＶ５３の弁体が全開にされ、タービン流入排気流量が暖機後流量Ｒｂｃｔにされる。

ここで、本実施例におけるＥＣＵ１０が第三暖機制御を行うときに実行する制御フローについて図１２に基づいて説明する。図１２は、上記制御フローを示すフローチャートである。本実施例では、ＥＣＵ１０によって、本フローが内燃機関１の運転中に所定の演算周期で繰り返し実行される。なお、本フローは、原則として過給要求が成立していない場
合にＥＣＵ１０が実行する制御フローである。

本フローでは、上記の図５に示したフローと同様に、Ｓ１０２において否定判定された場合に第一暖機制御が実行され、Ｓ１０５において肯定判定された場合に第二暖機制御が実行される。そして、Ｓ１０５において否定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１およびタービン６１の暖機が完了している場合であって、次に、Ｓ３０１において、第二触媒温度Ｔｃ２が算出される。Ｓ３０１では、第二温度センサ５８の出力信号に基づいて第二触媒温度Ｔｃ２が算出される。

次に、Ｓ３０２において、Ｓ３０１で算出した第二触媒温度Ｔｃ２が第二排気浄化触媒５７の活性化温度Ｔｃ２ｔｈよりも低いか否かが判別される。ここで、活性化温度Ｔｃ２ｔｈはＥＣＵ１０のＲＯＭに予め記憶されている。なお、活性化温度Ｔｃ２ｔｈは所定のばらつきが考慮された温度であってもよい。そして、Ｓ３０２において肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０３の処理へ進み、Ｓ３０２において否定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ３０５の処理へ進む。

Ｓ３０２において肯定判定された場合、この場合は第二排気浄化触媒５７の暖機が完了していない場合であって、次に、Ｓ３０３において、ＷＧＶ５４の弁体を全開にする制御が実行される。そして、Ｓ３０４において、ＴＢＶ５３の弁体を全閉にする制御が実行される。このことにより、タービン流入排気流量がゼロになるように制御される。つまり、Ｓ３０３とＳ３０４により第三暖機制御が実行される。そして、Ｓ３０４の処理の後、本フローの実行が終了される。

また、Ｓ３０２において否定判定された場合、この場合は第一排気浄化触媒５１およびタービン６１に加えて第二排気浄化触媒５７の暖機が完了している場合であって、次に、Ｓ３０５において、タービン流入排気流量を過給要求が成立していない場合の内燃機関１の運転状態に応じた暖機後流量に制御する暖機後流量制御が実行される。なお、上述したように、本実施例における暖機後流量とは、第一排気浄化触媒５１およびタービン６１に加えて第二排気浄化触媒５７の暖機の完了後のタービン流入排気流量であって、暖機後流量制御では内燃機関１の背圧が可及的に低くなるように、例えば、ＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４の弁体が全開にされる。そして、Ｓ３０５の処理の後、本フローの実行が終了される。

ここで、本フローの実行中に仮に過給要求が成立した場合には、当該過給要求に応えるために原則として本フローの実行が中止される。ただし、第一排気浄化触媒５１、タービン６１、および第二排気浄化触媒５７の暖機を優先して、これらの暖機が完了するまで本フローの実行を継続し、これらの暖機完了後に当該過給要求に応えてもよい。なお、仮に第三暖機制御の実行中に過給要求が成立して当該過給要求に応えるためにタービン流入排気流量が要求に応じた流量にされたとしても、上述した理由により暖機されている第一排気浄化触媒５１の温度は活性化温度よりも低下し難くなる。

本実施例におけるＥＣＵ１０が、上述した制御フローを実行することによって、第三暖機制御による第二排気浄化触媒５７の暖機を比較的早期に完了することができる。このことにより、排気浄化触媒の排気浄化能力の低下を抑制することを可能とする。

なお、本実施例においては、上記の第１の実施例の変形例に示した分配弁５６がＴＢＶ５３およびＷＧＶ５４の代わりに設けられてもよい。この場合には、ＥＣＵ１０は、タービン６１の暖機が完了していて且つ第二排気浄化触媒５７の暖機が完了していない場合に、タービン側排気通路開度を０（％）にする。

１・・・内燃機関
４・・・吸気通路
５・・・排気通路
５ａ・・タービン側排気通路
６・・・過給機
１０・・ＥＣＵ
４０・・インテークマニホールド
４１・・スロットル弁
４３・・エアフローメータ
４４・・インマニ圧センサ
５０・・エキゾーストマニホールド
５１・・第一排気浄化触媒
５２・・バイパス通路
５３・・ＴＢＶ
５４・・ＷＧＶ
５５・・第一温度センサ
６１・・タービン

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンを具備する過給機と、
   前記タービンより下流の前記排気通路に設けられた第一排気浄化触媒と、
   前記タービンより上流の前記排気通路から分岐し、該タービンを迂回して前記第一排気浄化触媒より上流の該排気通路に合流するバイパス通路と、
   前記タービンへ流入する排気の流量であるタービン流入排気流量と、前記バイパス通路へ流入する排気の流量と、の割合を変更することで、該タービン流入排気流量を調整する調整手段と、
   を有する排気装置に適用され、前記第一排気浄化触媒及び前記タービンの暖機の完了後に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量を、過給要求が成立していない場合の前記内燃機関の運転状態に応じて定められるタービン流入排気流量である暖機後流量に制御する暖機後流量制御手段を備える、排気装置の暖機システムであって、
   前記第一排気浄化触媒の温度が該第一排気浄化触媒の活性化温度よりも低い場合に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量がゼロになるように制御することによって前記第一排気浄化触媒の暖機を行う第一暖機制御手段と、
   前記第一暖機制御手段による前記第一排気浄化触媒の暖機の完了後に、該第一排気浄化触媒の暖機完了状態が維持されるように、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量をゼロよりも多くて、前記内燃機関の運転状態が同一の場合における前記暖機後流量よりも少ない流量に制御することによって、前記タービンの暖機を行う第二暖機制御手段と、
   を備える、排気装置の暖機システム。
2. 前記第二暖機制御手段は、前記第一排気浄化触媒の温度と、前記タービンを通過したタービン通過後排気であって且つ前記バイパス通路を通過した排気と合流する前の該タービン通過後排気の温度であるタービン通過後排気温度と、に基づいて前記タービン流入排気流量を制御し、該タービン流入排気流量を前記内燃機関の運転状態が同一の場合における前記暖機後流量よりも少ない流量に制御する際、前記第一排気浄化触媒の温度が低いほど、又は前記タービン通過後排気温度が低いほど、該タービン流入排気流量を少なくする、
   請求項１に記載の排気装置の暖機システム。
3. 前記第一排気浄化触媒より下流の前記排気通路に設けられた第二排気浄化触媒を更に有
   する前記排気装置に適用される、排気装置の暖機システムであって、
   前記暖機後流量制御手段は、前記第一排気浄化触媒及び前記タービンに加えて前記第二排気浄化触媒の暖機の完了後に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量を前記内燃機関の運転状態に応じた暖機後流量に制御し、
   前記第二暖機制御手段による前記タービンの暖機の完了後であって前記第二排気浄化触媒の温度が該第二排気浄化触媒の活性化温度よりも低い場合に、前記調整手段を用いて前記タービン流入排気流量がゼロになるように制御することによって前記第二排気浄化触媒の暖機を行う第三暖機制御手段を更に備える、
   請求項１または２に記載の排気装置の暖機システム。

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