JPWO2010116541A1

JPWO2010116541A1 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPWO2010116541A1
Application number: JP2011508177A
Authority: JP
Inventors: 吉田　耕平; 耕平吉田; 浅沼　孝充; 孝充浅沼; 彰紀森島; 三樹男井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2010116541A1; EP2418363A1; US20120017587A1

Abstract

内燃機関の制御装置は、機関排気通路内に排気駆動式過給機７の排気タービン７ｂを配置すると共に排気タービン７ｂ下流の排気通路内に排気浄化触媒２２を配置し、排気浄化触媒２２及び排気タービン７ｂ間の排気通路と排気タービン７ｂ上流の排気通路とをバイパス通路２６により接続し、バイパス通路２６内に排気ガス中の特定成分を蓄える蓄積剤２７を配置し、排気ガス流れを、排気タービン７ｂを介して排気浄化触媒２２に流入する流れと、バイパス通路２６を介して排気浄化触媒２２に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置２８を具備する。排気浄化触媒２２を昇温すべきときには、排気ガス流れをバイパス通路２６を介する流れに切り換え、次いで排気浄化触媒２２の温度が目標温度まで上昇したときに、蓄積剤２７に蓄えられている成分を脱離させる脱離制御を行い、次いで排気ガス流れを排気タービン７ｂを介する流れに切り換える。

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

機関排気通路内に排気駆動式過給機の排気タービンを配置すると共に排気タービン下流の排気通路内に第１触媒を配置し、排気浄化触媒及び排気タービン間の排気通路と排気タービン上流の排気通路とをバイパス通路により接続し、バイパス通路内に排気ガス中の有害成分を吸着する第２触媒を配置し、排気ガス流れを、排気タービンを介して第１触媒に流入する流れと、バイパス通路を介して第１触媒に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置を具備した内燃機関の制御装置が公知である（特許文献１参照）。
このような内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の始動時に排気ガス流れをバイパス通路を介する流れに切り換え、第１触媒が活性化した後に排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換える。その後、再度排気ガス流れをバイパス通路を介する流れに切り換え、第２触媒に吸着した有害成分を脱離するようにしている。従って、第１触媒の早期活性化が図られると共に第１触媒が活性化するまで第２触媒により排気性状の悪化が防止される。
しかしながら、第１触媒が活性化した後に排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換えた際、まだ十分暖まっていない排気駆動式過給機の排気タービンによって排気ガスの温度が低下してしまう。低温の排気ガスが第１触媒に流入した結果、その温度が低下し活性を失い、排気性状が悪化する恐れがある。この点を考慮して、排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換えるタイミングをより遅延させ、低温の排気ガスが流入しても活性を失わないように第１触媒の温度を十分上昇させることが考えられる。しかし、排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換えるタイミングを遅延させると、その間は、排気駆動式過給機を利用することができず、ドライバビリティが悪化する可能性もある。

特開２００１−１９３４４５号公報

そこで本発明の目的は、排気性状の悪化を防止しつつ早期に排気駆動式過給機を利用可能にする内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の１番目の態様では、機関排気通路内に排気駆動式過給機の排気タービンを配置すると共に該排気タービン下流の排気通路内に排気浄化触媒を配置し、該排気浄化触媒及び前記排気タービン間の排気通路と前記排気タービン上流の排気通路とをバイパス通路により接続し、該バイパス通路内に排気ガス中の特定成分を蓄える蓄積剤を配置し、排気ガス流れを、前記排気タービンを介して前記排気浄化触媒に流入する流れと、前記バイパス通路を介して前記排気浄化触媒に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置を具備した内燃機関の制御装置において、前記排気浄化触媒を昇温すべきときには、前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記バイパス通路を介する流れに切り換え、次いで前記排気浄化触媒の温度が目標温度まで上昇したときに、前記蓄積剤に蓄えられている成分を脱離させる脱離制御を行い、次いで前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記排気タービンを介する流れに切り換える内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の２番目の態様では、前記特定成分がＨＣであって前記蓄積剤がＨＣ吸着剤であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の３番目の態様では、前記特定成分がＮＯｘであって前記蓄積剤が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の４番目の態様では、前記特定成分がＣＯであって前記蓄積剤がＣＯ吸着剤であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。

本発明のこれらの態様によれば、排気性状の悪化を防止しつつ排気駆動式過給機が早期に利用可能となる。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から本発明を一層十分に理解できるであろう。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図、図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒の構造を示す図、図３Ａ及び図３ＢはＮＯｘ吸蔵還元触媒の触媒担体の表面部分の断面図、図４は機関始動時の触媒温度と脱離制御と排気ガス流れの経路との関係を示す図、図５は機関始動時の触媒温度と脱離制御と排気ガス流れの経路との関係を示す図、図６は触媒昇温制御操作のフローチャートである。

図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気駆動式過給機７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気駆動式過給機７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置２０に連結される。
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、「ＥＧＲ」という）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。
排気後処理装置２０は、排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結された排気浄化触媒２２と、排気浄化触媒２２に連結された排気管２３とを有する。また、排気管２１には排気浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２４が配置され、排気浄化触媒２２には、その触媒温度Ｔを検出するための温度センサ２５が取り付けられる。
また、排気マニホルド５と排気管２１とがバイパス通路２６により接続され、バイパス通路２６内に排気ガス中の特定成分を蓄える蓄積剤２７が配置される。本実施形態においては蓄積剤２７として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７を用いる。バイパス通路２６の入口近傍には、ステップモータにより駆動される排気ガス流切換弁２８が配置され、排気ガス流れを、排気タービン７ｂを介して排気浄化触媒２２に流入する排気タービン経路Ｒ１と、バイパス通路２６を介して排気浄化触媒２２に流入するバイパス経路Ｒ２との間で選択的に切り換え可能となっている。図１に示される排気ガス流切換弁２８は、排気タービン経路Ｒ１を閉鎖し、バイパス経路Ｒ２を開放している状態を示す。
なお、排気ガス流切換弁２８は、排気ガス流れを排気タービン経路Ｒ１とバイパス経路Ｒ２との間で選択的に切り換え可能であれば任意の機構を取り得る。例えば、バイパス通路２６内に配置され通路を遮蔽と開放との間で選択的に切り換え可能な遮蔽板であってもよい。遮蔽板が、バイパス通路２６を遮蔽した場合には、排気ガス流れは排気タービン経路Ｒ１を通り、バイパス通路２６を開放した場合には、排気ガス流れは排気タービン経路Ｒ１よりも圧力の低いバイパス経路Ｒ２を通る。
更に、図１に示されるように排気マニホルド５には燃料添加弁２９が取り付けられる。この燃料添加弁２８にはコモンレール１６から還元剤としての燃料が添加され、燃料添加弁２８から排気マニホルド５内に燃料が添加される。本発明による実施形態ではこの燃料は軽油からなる。また、機関燃焼行程又は排気行程に燃料噴射弁３から追加の燃料を噴射することにより排気通路に燃料を添加するようにしてもよい。更に、還元剤として、燃料添加弁２８からの燃料添加の代わりにＣＯ（一酸化炭素）を含む排気ガスを生成し、リッチ空燃比の排気ガスを生成するようにしてもよい。ＣＯは、燃料よりも還元性が高く、燃焼室２の混合気の空燃比をリッチにし高温で燃焼させることによって生成することができる。
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。エアフローメータ８、空燃比センサ２４、及び温度センサ２５の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３、燃料ポンプ１７、排気ガス流切換弁２８駆動用ステップモータ及び燃料添加弁２９に接続される。
図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒２７の構造を示している。図２に示される実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２７はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３Ａ及び図３Ｂはこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２７上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３Ａに示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、斯くして図３Ｂに示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、燃料添加弁２９から燃料が添加されない限りＮＯｘ吸収剤６７内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤６７の吸収能力が飽和する前に燃料添加弁２９から燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。
排気浄化触媒２２は任意の触媒を採用し得るが、本実施形態では同一のケーシング内に上流側に三元触媒を配置し下流側にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した構成とする。
図４は、内燃機関が冷却した状態の機関始動時の触媒温度と脱離制御と排気ガス流れの経路との関係を示す図である。Ｔは排気浄化触媒２２の触媒温度、Ｔｘはバイパス通路を有さない従来の内燃機関の排気浄化触媒の触媒温度、Ｔｙは本実施形態と同様のバイパス通路を有する従来の内燃機関の排気浄化触媒の触媒温度、Ｔａは排気浄化触媒２２の活性化温度をそれぞれ示す。
バイパス通路を有さない従来の内燃機関は、触媒温度Ｔｘに示されるように、排気浄化触媒が活性化温度Ｔａに達するまでに長時間を要する。即ち、機関始動時、排気浄化触媒は主に燃焼室における燃焼により発生した高温の排気ガスの流入によって昇温されるが、燃焼室から排出された高温の排気ガスは、排気浄化触媒に到達する前にまだ十分暖まっていない低温の排気タービンを通過することによって放熱し冷却してしまう。従って、排気浄化触媒を活性化温度Ｔａにまで昇温させるためには、まず排気タービンを昇温させた後に排気浄化触媒を昇温させなければならないため、或る程度の時間が必要となる。
一方、バイパス通路を有する方の従来の内燃機関は、触媒温度Ｔｙに示されるように、バイパス通路を有さない場合に比べて排気浄化触媒がより短時間で活性化温度Ｔａに達している。即ち、機関始動時、排気ガス流れをバイパス経路に切り換えるため、燃焼室における燃焼により発生した高温の排気ガスが排気タービン７ｂで冷却されることなくバイパス通路を介して排気浄化触媒に流入する。従って、排気浄化触媒の早期昇温を図ることが可能となる。しかしながら、上述のように、その後、排気駆動式過給機を使用するために排気ガス流れを排気タービン経路に切り換えると、結局のところ排気ガス中の熱が低温の排気タービンに吸収され排気ガスの温度が低下してしまう。このような低温の排気ガスが排気浄化触媒に流入すると、一旦は活性化した触媒が冷却され、その活性が失われてしまうという上述の問題がある。
そこで本発明の実施形態では、排気浄化触媒２２を昇温させた後に排気ガス流れを排気タービン経路Ｒ１に切り換える前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２４の脱離制御を実行し、排気浄化触媒２２を昇温させるようにしている。以下、それについて詳述する。
図４を参照すると、まず機関始動時、排気ガス流れはバイパス経路Ｒ２に切り換えられている。この状態で機関運転により触媒温度Ｔが上昇し、活性化温度Ｔａに到達すると脱離制御が開始される。
本実施形態における脱離制御とは、流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７に吸蔵されたＮＯｘを還元放出することをいう。本実施形態において空燃比のリッチ化は、燃料添加弁２９から燃料を添加することにより行われる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７に燃料が添加されると、上述したように、ＮＯｘとＨＣ、ＣＯとが還元反応し、それによって反応熱が生じる。この反応熱によって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７から流出する排気ガスの温度が上昇し、高温となった排気ガスはその後排気浄化触媒２２に流入して触媒温度Ｔを更に昇温する。それ以外にも、排気ガス中の未燃のＨＣが排気浄化触媒２２上で酸化反応することによって触媒温度Ｔが昇温する。また、還元剤としてＣＯを用いる場合には、燃焼室２内で高温の燃焼が行われるため排気ガスの温度がより高くなる。この高温の排気ガスを利用して排気浄化触媒２２を昇温させるようにしてもよい。
脱離制御によって、排気浄化触媒２２の触媒温度Ｔを更に昇温させることによって、その後に排気ガス流れを排気タービン経路Ｒ１に切り換え、排気タービンにより冷却された低温の排気ガスが流入しても、触媒温度Ｔが活性化温度Ｔａ以下となることはない。即ち、低温の排気ガスが流入しても触媒温度Ｔが活性化温度Ｔａ以下とならない温度まで触媒温度Ｔを上昇させるように、脱離制御の実行時間や排気ガスの空燃比のリッチ度合等を決定する。
また、排気ガス流切換弁２８による排気タービン経路Ｒ１への切り替えのタイミングは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７上で高温にされた排気ガスが、バイパス通路２６を通過し排気管２１を通って排気浄化触媒２２に確実に流入するように決定される。即ち、排気タービン経路Ｒ１への切り替えのタイミングが早過ぎると、排気ガス流切換弁２８によりバイパス通路２６が閉鎖されることによって、その後のバイパス通路２６内の高温の排気ガス流れが排気浄化触媒２２に流入することなく停止してしまう。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７上で高温にされた排気ガスが、バイパス通路２６を通過し排気管２１を通って排気浄化触媒２２に確実に流入するように、排気ガス流切換弁２８による排気タービン経路Ｒ１への切り換えタイミングを設定する。
一方、排気タービン経路Ｒ１への切り替えのタイミングが遅いと、排気駆動式過給機７をその間に利用することができずドライバビリティが悪化する。従って、排気タービン経路Ｒ１への切り替えのタイミングは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７上で高温にされた排気ガスが、バイパス通路２６を通過し排気管２１を通って排気浄化触媒２２に確実に流入するタイミング以降であって且つ早期に行うことが望ましい。
本実施形態では、脱離制御は排気浄化触媒２２の触媒温度Ｔが活性化温度Ｔａに到達したとき開始される。しかしながら、このタイミングでの脱離制御の実行は、排気タービン経路Ｒ１に切り換えた後の触媒温度Ｔの最低温度と活性化温度Ｔａとの間に、図４に示すようにΔＴの余裕分がある。即ち、脱離制御の実行タイミングをより早くしても、一旦活性化温度Ｔａまで上昇した触媒温度Ｔが、その後活性化温度Ｔａ以下とならないようにすることが可能である。
そこで、図５に示される別の実施形態では、この余裕分ΔＴを考慮して、排気浄化触媒２２の触媒温度Ｔが活性化温度Ｔａよりも低い脱離制御実行可能温度Ｔｂになったときに、脱離制御を開始するようにしている。脱離制御実行可能温度Ｔｂは、脱離制御によって上昇する触媒温度Ｔと、排気タービン経路Ｒ１への切り換えにより低下する触媒温度Ｔとを考慮し、一旦活性化温度Ｔａまで上昇した触媒温度Ｔがその後活性化温度Ｔａ以下とならないように決定される。
脱離制御の実行タイミングを早くすることによって、排気ガス流切換弁２８による排気タービン経路Ｒ１への切り換えをより早く行うことが可能となり、排気駆動式過給機をより早く利用することが可能となる。
なお、上述の実施形態では、主に内燃機関が冷却した状態の機関始動時について本発明を説明してきたが、その他の場合においても適用可能である。例えば触媒が所定温度以下であること、排気タービンが所定温度以下であること、アイドリングが所定時間継続していること等の条件を満たす場合が考えられる。
また、図４及び図５に示される実施形態について、バイパス通路２６内に配置された蓄積剤２７としてＮＯｘ吸蔵還元触媒２７を使用した例を用いて説明してきたが、排気ガス中の特定成分を蓄え、脱離制御によって排気浄化触媒２２を昇温させ得るものであれば任意に選択可能である。蓄積剤２７の例として、ＨＣ吸着剤とＣＯ吸着剤について以下に説明する。
まず、蓄積剤２７がＨＣ吸着剤２７である場合について説明する。ＨＣ吸着剤２７は、図２に示されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２７と同様のハニカム構造をなしている。ＨＣ吸着剤２７は、例えばゼオライト、アルミナ、セリア、ジルコニア又はシリカ、及びこれらの複合酸化物から形成され、基本的にＨＣ吸着剤２７の温度が基準温度（例えば３５０℃程度）以下である場合には流入する排気ガス中のＨＣを吸着すると共にＨＣ吸着剤２７の温度が基準温度よりも高いと吸着しているＨＣを脱離する。従って、脱離制御として、ＨＣ吸着剤を昇温させる昇温制御が行われる。昇温制御は例えば、燃料の噴射時期を遅角させることによって排気ガスの温度を上昇させる方法、排気行程後半で燃焼室２内に燃料を噴射することによって排気ガスの温度を上昇させる方法、又は吸気弁及び排気弁の開弁動作を変更する可変動弁機構を用いることによって燃焼中の高温の排気ガスを排気系に流入させる方法がある。
昇温制御を行うと、ＨＣ吸着材２７に吸着されたＨＣが排気ガス中に脱離し、このＨＣを含んだ排気ガスが排気浄化触媒２２に流入する。それによって排気ガス中のＨＣが排気浄化触媒２２上で酸化反応することによって触媒温度Ｔが上昇し、排気タービン経路Ｒ１を経由した低温の排気ガスが流入しても、活性化温度Ｔａ以下となることはない。また、ＨＣを含んだ排気ガス自体も、昇温制御によって高温となっており、排気浄化触媒２２の昇温に寄与している。
次に、蓄積剤２７がＣＯ吸着剤２７である場合について説明する。ＣＯ吸着剤２７は、図２に示されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２７と同様のハニカム構造をなしている。ＣＯ吸着剤２７は、例えばセリアにＰｄを担持させたものがある。基本的にＣＯ吸着剤２７の温度が基準温度以下である場合には流入する排気ガス中のＣＯを吸着すると共にＣＯ吸着剤２７の温度が基準温度よりも高いと吸着しているＣＯを脱離する。従って、脱離制御として、ＣＯ吸着剤を昇温させる昇温制御が行われる。昇温制御は例えば、燃料の噴射時期を遅角させることによって排気ガスの温度を上昇させる方法、排気行程後半で燃焼室２内に燃料を噴射することによって排気ガスの温度を上昇させる方法、又は吸気弁及び排気弁の開弁動作を変更する可変動弁機構を用いることによって燃焼中の高温の排気ガスを排気系に流入させる方法がある。
昇温制御を行うと、ＣＯ吸着材２７に吸着されたＣＯが排気ガス中に脱離し、このＣＯを含んだ排気ガスが排気浄化触媒２２に流入する。それによって排気ガス中のＨＣが排気浄化触媒２２上で酸化反応することによって触媒温度Ｔが上昇し、排気タービン経路Ｒ１を経由した低温の排気ガスが流入しても、活性化温度Ｔａ以下となることはない。また、ＣＯを含んだ排気ガス自体も、昇温制御によって高温となっており、排気浄化触媒２２の昇温に寄与している。
図６は、本発明の実施形態による触媒昇温制御操作のフローチャートである。この操作は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
まず、ステップ１００では、触媒昇温制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。触媒昇温制御の実行条件は、例えば触媒が所定温度以下であること、排気タービンが所定温度以下であること、アイドリングが所定時間継続していること、機関停止から所定時間経過していること等が考えられる。実行条件が成立しない場合には、本発明による触媒昇温制御を実行する必要がないため、ルーチンを終了する。
一方、ステップ１００において、実行条件が成立する場合には、ステップ１０１へと進む。次いで、ステップ１０１では、排気ガス流切換弁２８によりバイパス経路Ｒ２への切り換えが行われ、ステップ１０２へと進む。次いで、ステップ１０２では、排気浄化触媒２２の触媒温度Ｔが読み込まれ、ステップ１０３へと進む。
次いで、ステップ１０３では、ステップ１０２で読み込まれた触媒温度Ｔが目標温度Ｔｇよりも大きいか否かが判定される。目標温度Ｔｇは、図４に示される実施形態では活性化温度Ｔａであり、図５に示される実施形態では脱離制御実行可能温度Ｔｂとなる。触媒温度Ｔが目標温度Ｔｇ以下の場合には、触媒温度Ｔを上昇させるため、排気ガス流れをバイパス経路Ｒ２に切り換えた状態のまま機関運転を継続すべくステップ１０２へと進み、上記処理を繰り返す。
一方、ステップ１０３において、触媒温度Ｔが目標温度Ｔｇよりも大きい場合には、ステップ１０４へと進む。次いで、ステップ１０４では、脱離制御が実行される。この脱離制御は、上述したように蓄積剤２７に応じてその処理内容が異なる。
ステップ１０４において脱離制御の実行が終わると、排気ガス流切換弁２８により排気タービン経路Ｒ１への切り換えが行われる。脱離制御の実行と排気タービン経路Ｒ１への切り換えとのタイミングは、上述したように、脱離制御により蓄積剤２７から脱離した成分を含む排気ガス流れが、排気浄化触媒２２に確実に流入するように決定される。次いで、ルーチンを終了する。
以上より、本発明によれば、排気浄化触媒を昇温すべきとき、所定期間バイパス経路を使用することにより早期昇温を図ることができると共に、バイパス通路内に配置された蓄積剤によってこの所定期間の排気性状の悪化の防止が可能となる。更に、この所定期間に蓄積された排気ガス中の特定成分を利用することにより、一旦活性化した排気浄化触媒がその活性を失うことを防止しつつ排気駆動式過給機の早期利用を可能にするという利点を有する。
なお、本発明について特定の実施形態に基づいて記述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。

４…吸気マニホルド
５…排気マニホルド
７…排気駆動式過給機
７ｂ…排気タービン
２２…排気浄化触媒
２６…バイパス通路
２７…蓄積剤
２８…排気ガス流切換装置

【０００１】
技術分野
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
背景技術
機関排気通路内に排気駆動式過給機の排気タービンを配置すると共に排気タービン下流の排気通路内に第１触媒を配置し、第１触媒及び排気タービン間の排気通路と排気タービン上流の排気通路とをバイパス通路により接続し、バイパス通路内に排気ガス中の有害成分を吸着する第２触媒を配置し、排気ガス流れを、排気タービンを介して第１触媒に流入する流れと、バイパス通路を介して第１触媒に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置を具備した内燃機関の制御装置が公知である（特許文献１参照）。
このような内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の始動時に排気ガス流れをバイパス通路を介する流れに切り換え、第１触媒が活性化した後に排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換える。その後、再度排気ガス流れをバイパス通路を介する流れに切り換え、第２触媒に吸着した有害成分を脱離するようにしている。従って、第１触媒の早期活性化が図られると共に第１触媒が活性化するまで第２触媒により排気性状の悪化が防止される。
しかしながら、第１触媒が活性化した後に排気ガス流れを排気タービンを介する流れに切り換えた際、まだ十分暖まっていない排気

【０００３】
気浄化触媒に流入する流れと、前記バイパス通路を介して前記排気浄化触媒に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置を具備した内燃機関の制御装置において、前記排気浄化触媒を昇温すべきときには、前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記バイパス通路を介する流れに切り換え、次いで前記排気浄化触媒の温度が目標温度まで上昇したときに、前記蓄積剤に蓄えられている成分を脱離させる脱離制御を行い、次いで前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記排気タービンを介する流れに切り換え、前記目標温度は、前記排気ガス流れを前記排気タービンを介する流れに切り換えた後に、前記排気浄化触媒がその活性化温度以下とならないように設定される内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の２番目の態様では、前記特定成分がＨＣであって前記蓄積剤がＨＣ吸着剤であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の３番目の態様では、前記特定成分がＮＯｘであって前記蓄積剤が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
本発明の４番目の態様では、前記特定成分がＣＯであって前記蓄積剤がＣＯ吸着剤であることを特徴とする内燃機関の制御装置が提供される。
発明の効果
本発明のこれらの態様によれば、排気性状の悪化を防止しつつ排気駆動式過給機が早期に利用可能となる。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から本発明を一層十分に理解できるであろう。

【００１０】
がら、上述のように、その後、排気駆動式過給機を使用するために排気ガス流れを排気タービン経路に切り換えると、結局のところ排気ガス中の熱が低温の排気タービンに吸収され排気ガスの温度が低下してしまう。このような低温の排気ガスが排気浄化触媒に流入すると、一旦は活性化した触媒が冷却され、その活性が失われてしまうという上述の問題がある。
そこで本発明の実施形態では、排気浄化触媒２２を昇温させた後に排気ガス流れを排気タービン経路Ｒ１に切り換える前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７の脱離制御を実行し、排気浄化触媒２２を昇温させるようにしている。以下、それについて詳述する。
図４を参照すると、まず機関始動時、排気ガス流れはバイパス経路Ｒ２に切り換えられている。この状態で機関運転により触媒温度Ｔが上昇し、活性化温度Ｔａに到達すると脱離制御が開始される。
本実施形態における脱離制御とは、流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒２７に吸蔵されたＮＯｘを還元放出することをいう。本実施形態において空燃比のリッチ化は、燃料添加弁２９から燃料を添加することにより行われる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７に燃料が添加されると、上述したように、ＮＯｘとＨＣ、ＣＯとが還元反応し、それによって反応熱が生じる。この反応熱によって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２７から流出する排気ガスの温度が上昇し、高温となった排気ガスはその後排気浄化触媒２２に流入して触媒温度Ｔを更に昇温する。それ以外にも、排気ガス中の未燃のＨＣが排気浄化触媒２２上で酸化反応することによって触媒温度Ｔが昇温する。また、還元剤としてＣＯを用いる場合には、燃焼室２内で高温の燃焼が行われるため排気ガスの温度がより高くなる。この高温の排気ガスを利用して排気浄化触媒２２を昇温させるようにしてもよい。

Claims

機関排気通路内に排気駆動式過給機の排気タービンを配置すると共に該排気タービン下流の排気通路内に排気浄化触媒を配置し、該排気浄化触媒及び前記排気タービン間の排気通路と前記排気タービン上流の排気通路とをバイパス通路により接続し、該バイパス通路内に排気ガス中の特定成分を蓄える蓄積剤を配置し、排気ガス流れを、前記排気タービンを介して前記排気浄化触媒に流入する流れと、前記バイパス通路を介して前記排気浄化触媒に流入する流れとの間で選択的に切り換える排気ガス流切換装置を具備した内燃機関の制御装置において、前記排気浄化触媒を昇温すべきときには、前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記バイパス通路を介する流れに切り換え、次いで前記排気浄化触媒の温度が目標温度まで上昇したときに、前記蓄積剤に蓄えられている成分を脱離させる脱離制御を行い、次いで前記排気ガス流切換装置により排気ガス流れを前記排気タービンを介する流れに切り換える内燃機関の制御装置。
前記特定成分がＨＣであって前記蓄積剤がＨＣ吸着剤であ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。
前記特定成分がＮＯｘであって前記蓄積剤が、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であ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。
前記特定成分がＣＯであって前記蓄積剤がＣＯ吸着剤であ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。