(57)【要約】【課題】  燃料増量による高温の排気ガスに対する触媒コンバータ等の排気系部品の保護と、燃料増量の抑制による排気性能や燃費性能の向上と、の両立を図る。【解決手段】  排気浄化装置として、メイン触媒コンバータを下流に備えたメイン通路の一部と並列なバイパス通路に、小型のバイパス触媒コンバータが設けられ、メイン通路を流路切換弁が開閉する。機関回転数と機関負荷により定まる燃料増量域では、燃料噴射量をリッチ側へ増量する。流路切換弁の閉状態では燃料増量域αＣｌｏｓｅを広く設定して、バイパス触媒コンバータの熱劣化を防止し、開状態では燃料増量域αＯｐｅｎを狭く設定して、燃料増量となる機会を抑制する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン触媒コンバータを下流側に備えたメイン通路の上流側部分と並列にバイパス通路が設けられるとともに、このバイパス通路にバイパス触媒コンバータを備え、かつ上記メイン通路の上記上流側部分に該メイン通路を閉塞する流路切換弁を備えてなる内燃機関の制御装置において、
機関回転数と機関負荷により定まる燃料増量域で、燃料噴射量をリッチ側へ増量する燃料増量手段と、
上記流路切換弁の閉状態と開状態とで、上記燃料増量域を変更する燃料増量域変更手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記閉状態での燃料増量域が、上記開状態での燃料増量域よりも広く設定されてい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。
【請求項３】
上記閉状態で、かつ所定の開切換条件が成立する場合に、上記流路切換弁を開位置へ切り換える開切換手段を有することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域以外の非燃料増量域で、機関加速度，アクセル開度及び機関回転数の少なくとも一つがその判定しきい値を超えていることを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域で、かつ、燃料増量率が所定の判定しきい値を超えていることを含んでいることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域で、かつ、上記バイパス通路を通過する排気空燃比がリッチ側であることを含んでいることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記開切換手段により流路切換弁を閉から開へ切り換えた場合、所定時間、流路切換弁の閉への切換を禁止する切換禁止手段を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷間始動直後に、排気系の比較的上流に触媒コンバータを備えたバイパス通路側に流路切換弁により排気を案内するようにした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。
【０００３】
そのため、特許文献１や特許文献２に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン流路の上流側部分と並列にバイパス流路を設けるとともに、このバイパス流路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス流路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており、相対的に早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
【特許文献１】特開平５−３２１６４４号公報
【特許文献２】特開２００５−１８８３７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機関高回転高負荷側の所定の燃料増量域では、高温の排気ガスから触媒コンバータ等の排気系部品を保護するために、燃料噴射量をリッチ側へ増量する燃料増量制御が行われる。ここで、上記の流路切換弁による流路切換に伴い、保護すべき排気系部品も異なるものとなる。具体的には、流路切換弁が閉に制御されている閉状態では、バイパス流路側を排気ガスが通流することから、保護すべき排気系部品が燃焼室に近い上流側のバイパス触媒コンバータとなり、一方、流路切換弁が開に制御されている開状態では、メイン流路側を排気ガスが通流するために、保護すべき排気系部品が燃焼室から遠い下流側のメイン触媒コンバータとなり、上記閉状態に比して燃料増量の要求が低い。このため、例えば開状態にあわせて燃料増量域を設定すると、閉状態においては燃料増量すべき条件でも増量がなされず、バイパス触媒コンバータ等の熱劣化が懸念される。一方、閉状態にあわせて燃料増量域を設定すると、開状態においては燃料増量の必要がない領域で燃料増量が行われ、排気エミッションの低下や燃費の低下を招くおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明は、メイン触媒コンバータを下流側に備えたメイン通路の上流側部分と並列にバイパス通路が設けられるとともに、このバイパス通路にバイパス触媒コンバータを備え、かつ上記メイン通路の上記上流側部分に該メイン通路を閉塞する流路切換弁を備えてなる内燃機関の制御装置において、機関回転数と機関負荷により定まる燃料増量域で、燃料噴射量をリッチ側へ増量する燃料増量手段と、上記流路切換弁の閉状態と開状態とで、上記燃料増量域を変更する燃料増量域変更手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、流路切換弁の開状態と閉状態とで燃料増量域を切り換えることで、燃料増量によるバイパス触媒コンバータやメイン触媒コンバータ等の排気系部品の高温な排気ガスからの保護と、燃料増量が不必要に行われることを抑制・回避することによる排気浄化性能や燃費性能の向上と、を両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を直列４気筒内燃機関にに適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この内燃機関の排気系の配管レイアウトならびに制御システムを模式的に示した説明図であり、始めに、この図１に基づいて、内燃機関の排気系の構成を説明する。
【０００８】
内燃機関１のシリンダヘッド１ａには、直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒の各気筒の排気ポート２がそれぞれ側面に向かって開口するように形成されており、この排気ポート２のそれぞれに、メイン通路３が接続されている。♯１気筒〜♯４気筒の４本のメイン通路３は、１本の流路に合流しており、その下流側に、メイン触媒コンバータ４が配置されている。このメイン触媒コンバータ４は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、触媒としては、例えば、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。上記のメイン通路３およびメイン触媒コンバータ４によって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。また、各気筒からの４本のメイン通路３の合流点には、流路切換手段として各メイン通路３を一斉に開閉する流路切換弁５が設けられている。この流路切換弁５は、適宜なアクチュエータ５ａによって開閉駆動される。
【０００９】
一方、バイパス流路として、各気筒のメイン通路３の各々から、該メイン通路３よりも通路断面積の小さなバイパス通路７がそれぞれ分岐している。各バイパス通路７の上流端となる分岐点６は、メイン通路３のできるだけ上流側の位置に設定されている。４本のバイパス通路７は、下流側で１本の流路に合流しており、その合流点の直後に、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ８が介装されている。このバイパス触媒コンバータ８は、メイン触媒コンバータ４に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。バイパス触媒コンバータ８の出口側から延びるバイパス通路７の下流端は、メイン通路３におけるメイン触媒コンバータ４上流側でかつ流路切換弁５よりも下流側の合流点９において該メイン通路３に接続されている。
【００１０】
ここで、メイン触媒コンバータ４の入口部ならびに出口部には、それぞれメイン上流側空燃比センサ１０およびメイン下流側空燃比センサ１１が配置されており、バイパス触媒コンバータ８の入口部ならびに出口部には、それぞれバイパス上流側空燃比センサ１２およびバイパス下流側空燃比センサ１３が配置されている。メイン上流側空燃比センサ１０およびメイン下流側空燃比センサ１１は、メイン触媒コンバータ４の活性後に公知の空燃比フィードバック制御を行うためのものであり、基本的に上流側空燃比センサ１０によって機関空燃比（燃料噴射量）が制御され、その制御特性のばらつきの補正などのために下流側空燃比センサ１１の出力信号が利用される。同様に、バイパス上流側空燃比センサ１２およびバイパス下流側空燃比センサ１３は、バイパス触媒コンバータ８を用いる際に公知の空燃比フィードバック制御を行うためのものであり、基本的に上流側空燃比センサ１２によって機関空燃比（燃料噴射量）が制御され、その制御特性のばらつきの補正などのために下流側空燃比センサ１３の出力信号が利用される。これらの空燃比センサ１０〜１３としては、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサが用いられ、あるいは簡易的にリッチ，リーンの２値的な出力特性を有する酸素センサが用いられる。
【００１１】
また内燃機関１は、点火プラグ２１を備え、その吸気通路２２には、燃料噴射弁２３が配置されている。さらに、吸気通路２２の上流側に、モータ等のアクチュエータによって開閉駆動される所謂電子制御型スロットル弁２４が配置されているとともに、吸入空気量を検出するエアフロメータ２５がエアクリーナ２６下流に設けられている。
【００１２】
内燃機関１の種々の制御パラメータ、例えば、上記燃料噴射弁２３による燃料噴射量、点火プラグ２１による点火時期、スロットル弁２４の開度、流路切換弁５の開閉状態、などは、エンジンコントロールユニット２７によって制御される。このエンジンコントロールユニット２７には、上述したセンサ類のほか、冷却水温センサ２８、運転者により操作されるアクセルペダルの開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ２９、などの種々のセンサ類の検出信号が入力されている。
【００１３】
このような構成においては、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、アクチュエータ５ａを介して流路切換弁５が閉じられ、メイン通路３が遮断される。そのため、各気筒から吐出された排気は、その全量が分岐点６からバイパス通路７を通してバイパス触媒コンバータ８へと流れる。バイパス触媒コンバータ８は、排気系の上流側つまり排気ポート２に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。
【００１４】
一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、メイン触媒コンバータ４の触媒が活性したとみなし、流路切換弁５が開放される。これにより、各気筒から吐出された排気は、主に、メイン通路３からメイン触媒コンバータ４を通過する。このときバイパス通路７側は特に遮断されていないが、バイパス通路７側の方がメイン通路３側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ８が介在しているので、両者の通路抵抗の差により、排気流の大部分はメイン通路３側を通り、バイパス通路７側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ８の熱劣化は十分に抑制される。
【００１５】
図２及び図３は機関回転数と機関負荷により定まる燃料増量域αＣｌｏｓｅ，αＯｐｅｎを示す制御マップであり、図２は流路切換弁５が閉状態に制御されている閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅ、図３は流路切換弁５が開状態に制御されている開状態での燃料増量域αＯｐｅｎを示している。
【００１６】
同図に示すように、燃料増量域は排気温度が非常に高くなる高回転高負荷側の領域に設定され、特に、閉状態では、燃焼室に近いバイパス触媒コンバータ８を排気ガスが流れるため、保護すべき排気系部品であるバイパス触媒コンバータ８の保証温度を超えることのないように燃料増量域αＣｌｏｓｅが開状態での燃料増量域αＯｐｅｎに比して広く設定される。一方、開状態では、バイパス触媒コンバータ８が設けられたバイパス通路７に排気ガスが実質的に流れることがなく、保護すべき排気系部品が燃焼室から遠い床下のメイン触媒コンバータ４となるために、閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅに比して狭く設定される。
【００１７】
図４は燃料噴射量の設定制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１では、流路切換弁５の閉状態・開状態に応じて、図２及び図３に示す制御マップを切り換えることで、燃料増量域αＣｌｏｓｅ，αＯｐｅｎを変更する。ステップＳ２では、燃料噴射量を設定する。つまり、機関回転数及び機関負荷に基づいてステップＳ１で設定された制御マップを参照し、燃料増量域αＣｌｏｓｅ，αＯｐｅｎであれば、燃料噴射量をリッチ側に増量する。燃料増量域でなければ、一般的な通常の燃料噴射制御が行われ、例えば適正な空燃比となるように燃料噴射量が設定される。
【００１８】
図５及び図６は、流路切換弁５の切換処理の流れを示すフローチャートである。図５を参照して、流路切換弁５は、基本的にはメイン触媒コンバータ４の活性状態により切換制御され、メイン触媒コンバータ４が活性したと判定されるとステップＳ４からステップＳ５へ進んで開状態とされ、冷間始動時のように触媒温度が低くメイン触媒コンバータ４が未活性であると判定されると、ステップＳ４からステップＳ６へ進み、閉状態とされる。
【００１９】
但し、本実施例では、図６に示すルーチンによって、閉状態であっても所定の条件が成立する場合には、メイン触媒コンバータ４が未活性と判定されている場合でも強制的に開位置切り換えられる。
【００２０】
図６を参照して、ステップＳ１１では、流路切換弁５が閉状態であるかを判定する。閉状態と判定されるとステップＳ１２へ進み、機関回転数及び機関負荷に基づいて、開状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅであるかを判定する。開状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅであれば、ステップＳ１３へ進み、所定の開切換条件が成立するかを判定する。開切換条件が成立する場合、ステップＳ１４へ進み、流路切換弁５を開位置とする。
【００２１】
上記の開切換条件として、例えば図７に示す第１の例では、燃料噴射量の増量率（ＴＦＢＹＡ）が所定の判定しきい値Ｌ１を超えていることである。また、図８に示す第２の例では、メイン下流側空燃比センサ１１により検出されるメイン触媒コンバータ４の下流側の排気空燃比がリッチ側の所定の判定しきい値Ｌ２を超えていることである。好ましくは、開切換条件として、機関回転数及び機関負荷に基づいて、閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅであって、かつ、開状態での燃料増量域αＯｐｅｎから外れた領域α１（図３のハッチングを施した領域）であることを含んでいる。これらの開切換条件は組み合わせて用いてもよく、あるいは単独で用いても良い。これによって、開切換条件が成立して流路切換弁５を開位置へ切り換えると（Ｓ１４）、上記の領域α１である場合には、燃料増量が停止・中止され、通常の燃料噴射制御が行われる。
【００２２】
ステップＳ１２において、閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅではないと判定されると、ステップＳ１５へ進み、燃料増量が行われるかを予測する。図９及び図１０に示すように、加速度，アクセル開度（ＡＰＯ）及び機関回転数のいずれかが、その判定しきい値Ｌ３〜Ｌ５を超えた場合に、燃料増量が行われると予測して、ステップＳ１６へ進み、流路切換弁５を開とする。図９及び図１０の例では、加速度がその判定しきい値Ｌ３を超えたことにより、流路切換弁５を閉状態から開位置に切り換えている。
【００２３】
但し、このステップＳ１６による閉状態から開位置への切換直後に、上述した図５のルーチンによって、メイン触媒コンバータ４が非活性であると判定されて流路切換弁５が再び閉状態とされ、流路切換弁５の開閉が繰り返されるおそれがある。そこで、本実施例では、上記ステップＳ１６の開位置への切換後に、ステップＳ１７において、所定時間、流路切換弁５の開位置から閉位置への切換を禁止している。
【００２４】
以上のような本実施例を参照して、本発明の特徴的な構成及びその作用効果について列記する。
【００２５】
［１］メイン触媒コンバータ４を下流側に備えたメイン通路３の上流側部分と並列にバイパス通路７が設けられるとともに、このバイパス通路７にバイパス触媒コンバータ８を備え、かつ上記メイン通路３の上記上流側部分に該メイン通路３を閉塞する流路切換弁５を備えてなる内燃機関の制御装置において、機関回転数と機関負荷により定まる燃料増量域αｃｌｏｓｅ，αｏｐｏｎで、燃料噴射量をリッチ側へ増量する燃料増量手段と（Ｓ２）、上記流路切換弁５の閉状態と開状態とで、上記燃料増量域αｃｌｏｓｅ，αｏｐｏｎを変更する燃料増量域変更手段と（Ｓ１）、を有することを特徴としている。
【００２６】
このように、流路切換弁５の開状態と閉状態とで燃料増量域を切り換えることで、バイパス触媒コンバータ８やメイン触媒コンバータ４等の排気系部品の高温の排気ガスによる熱劣化等を招くことなく、燃料増量が不必要に行われることを抑制・回避し、排気浄化性能や燃費性能の向上を図ることができる。
【００２７】
［２］図２及び図３に示すように、上記閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅが、上記開状態での燃料増量域αＯｐｅｎよりも広く設定されている。このため、閉状態における上流側のバイパス触媒コンバータ８の熱劣化の防止と、開状態における燃料増量の抑制と、を高いレベルで両立することができる。
【００２８】
［３］図６に示すように、上記閉状態で（Ｓ１１）、かつ所定の開切換条件が成立する場合に（Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１５）、上記流路切換弁５を開位置へ切り換える開切換手段（Ｓ１４，１６）を有している。このように、所定の開切換条件が成立する場合には、流路切換弁５が閉状態であっても強制的に開位置へ切り換えることによって、燃料増量が行われる機会を抑制し、排気性能や燃費性能を更に向上することができる。
【００２９】
［４］上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域以外の非燃料増量域で（Ｓ１２）、機関加速度，アクセル開度及び機関回転数の少なくとも一つがその判定しきい値Ｌ３〜Ｌ５を超えていること（Ｓ１５）を含んでいる。
【００３０】
このように機関加速度，アクセル開度及び機関回転数の少なくとも一つとその判定しきい値Ｌ３〜Ｌ５とを比較するとことで、燃料増量を予測し、燃料増量が予測される場合つまり判定しきい値を超える場合に、予め流路切換弁５を開位置に切り換えておくことで、燃料増量を未然に抑制することができる。
【００３１】
［５］図７に示すように、上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅで、かつ、燃料増量率が所定の判定しきい値Ｌ１を超えていることを含んでいる。これにより、過度な燃料増量を防止し、排気性能や燃費性能を更に向上することができる。
【００３２】
［６］図８に示すように、上記開切換条件が、上記閉状態での燃料増量域αＣｌｏｓｅで、かつ、上記バイパス通路を通過する排気空燃比がリッチ側であることを含んでいる。
これにより、空燃比の過度なリッチ化による排気エミッションの悪化や燃費の悪化を抑制・回避することができる。
【００３３】
［７］上記開切換手段により流路切換弁５を閉から開へ切り換えた場合（Ｓ１６）、所定時間、流路切換弁の閉への切換を禁止する切換禁止手段（Ｓ１７）を有している。これによって、上述したように、流路切換弁５の開位置への切換直後に閉状態へ切り換えられることがなく、流路切換弁５の開閉が繰り返されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の一実施例に係る内燃機関の構成を示す構成説明図。
【図２】閉状態での燃料増量域を示す制御マップ。
【図３】開状態での燃料増量域を示す制御マップ。
【図４】燃料噴射量の設定制御の流れを示すフローチャート。
【図５】基本的な切換弁の切換制御の流れを示すフローチャート。
【図６】本実施例に係る切換弁の開切換制御の流れを示すフローチャート。
【図７】開切換条件の一例を示す説明図。
【図８】開切換条件の他の例を示す説明図。
【図９】開切換条件としての加速度，アクセル開度及び機関回転数の判定しきい値を示すタイミングチャート。
【図１０】同じく開切換条件としての加速度等による開切換前後を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３５】
３…メイン通路
４…メイン触媒コンバータ
５…流路切換弁
６…分岐点
７…バイパス通路
８…バイパス触媒コンバータ
９…合流点
２７…エンジンコントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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