(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害物質の排出量の低減効果を高めるよう排気流動を抑制する排気流動制御手段と、
内燃機関に主燃焼用の燃料を供給する第１の燃料供給手段と、
前記主燃焼用の燃料とは別に内燃機関の排気系に燃料を追加供給する第２の燃料供給手段と、
前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給開始前に、内燃機関を回転速度が所定回転速度以上となるよう外力により強制作動させるモータリング手段とを備え、
前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関を強制作動させた後に排気流動を抑制するものであって、前記第１の燃料供給手段は、前記モータリング手段により内燃機関の回転速度が前記所定回転速度以上とされた状態で主燃焼用の燃料の供給を開始し、前記第２の燃料供給手段は、前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給開始以後前記排気流動制御手段により排気流動が抑制された状態で燃料を追加供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、運転状態に応じて主として吸気行程中に主燃焼用の燃料供給を行う吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程中に主燃焼用の燃料供給を行う圧縮行程噴射モードとを選択可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関であって、
前記第１の燃料供給手段は、前記圧縮行程噴射モードで圧縮行程中に前記燃料噴射弁により主燃焼用の燃料の供給を行うものであって、前記第２の燃料供給手段は、膨張行程から排気行程の間に前記燃料噴射弁により燃料の追加供給を行うものであることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第２の燃料供給手段は、前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給と同時に燃料の追加供給を開始することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
有害物質の排出量の低減効果を高めるよう排気流動を抑制する排気流動制御手段と、
内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
内燃機関の排気系に２次エアを供給する２次エア供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料の供給開始前に、内燃機関を回転速度が所定回転速度以上となるよう外力により強制作動させるモータリング手段とを備え、
前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関を強制作動させた後に排気流動を抑制するものであって、前記燃料供給手段は、前記モータリング手段により内燃機関の回転速度が前記所定回転速度以上とされた状態で燃料の供給を開始し、前記２次エア供給手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給開始以後前記排気流動制御手段により排気流動が抑制された状態で２次エアを供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記２次エア供給手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給と同時に２次エアの供給を開始することを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関が強制作動させられている間に排気流動の抑制を開始することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置に係り、詳しくは、内燃機関の始動時において有害物質の排出量を低減する技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2等の未燃物の他、スモーク、ＮＯx等を含む）を低減させることを目的とした技術として、触媒上での反応を利用した排気浄化技術が知られている。
その一つとして、排気ポートに２次エアを供給して触媒の早期昇温を行い、有害物質を低減させる技術がある。
【０００３】
さらに、主噴射（リーン空燃比設定）とは別に副噴射を行い、主噴射で残存した酸素と副噴射による追加燃料とを排気系（燃焼室（排気弁部を含む）からエキゾーストマニホールドを含む）内で反応させることにより触媒の早期昇温を行い、有害物質を低減させる２段燃焼技術が知られている。
しかしながら、当該排気浄化技術では、触媒が昇温し活性化されるまでの間にＨＣ等の未燃物が大気放出されるという問題があり、このように触媒活性化までに放出される有害物質量は、コールドモードでの全放出量の９割にも達する場合もあり問題となっている。
【０００４】
一方、例えば特開平３−１１７６１１号、特開平４−１８３９２１号公報に開示されるように、排気圧を上昇させることにより冷態時の触媒を早期活性化させる技術が開発されている。
そして、特開２００１−２７１４５号公報には、燃料の副噴射を上記排気圧の上昇技術と組み合わせ、排気系内での反応を促進して排ガスの浄化能力を増強し、浄化効率の向上及び触媒の早期活性化を図る技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示の技術では、排気圧の上昇を内燃機関の始動（燃料供給開始）以降に開始させており、このように内燃機関の始動後に排気圧の上昇を開始すると、排気の輸送遅れによって排気圧は直ぐには所望の排気圧まで上昇せず、この間、排気系に２段燃焼のための副噴射や２次エアの供給を行ったとしても、排気系内での反応がそれほど促進されず、短時間とはいえ、やはりＨＣ等の未燃物が大気放出されてしまうという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関の始動時において常に確実に有害物質を低減可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、有害物質の排出量の低減効果を高めるよう排気流動を抑制する排気流動制御手段と、内燃機関に主燃焼用の燃料を供給する第１の燃料供給手段と、前記主燃焼用の燃料とは別に内燃機関の排気系に燃料を追加供給する第２の燃料供給手段と、前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給開始前に、内燃機関を回転速度が所定回転速度以上となるよう外力により強制作動させるモータリング手段とを備え、前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関を強制作動させた後に排気流動を抑制するものであって、前記第１の燃料供給手段は、前記モータリング手段により内燃機関の回転速度が前記所定回転速度以上とされた状態で主燃焼用の燃料の供給を開始し、前記第２の燃料供給手段は、前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給開始以後前記排気流動制御手段により排気流動が抑制された状態で燃料を追加供給することを特徴としている。
【０００８】
従って、主燃焼用の燃料の供給による内燃機関の始動前にモータリング手段によって内燃機関が強制作動させられ、内燃機関の回転速度が所定回転速度以上とされると、内燃機関の始動前の段階でありながら吸入した空気が排気系にそのまま排出されて排気流動が大きくなり、その後、第１の燃料供給手段により主燃焼用の燃料の供給が開始され、排気流動制御手段により排気流動の抑制が開始されたときには、排気の輸送遅れなく排気系内の排気圧が急速に上昇する。そして、この状態で、第２の燃料供給手段により排気系に燃料、即ち未燃物が追加供給されると、排気系内での未燃物と残留酸素等との関わりが即座に強化されて排気系内での反応が急速に促進され、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果が内燃機関の始動後速やかに発揮される。
【０００９】
また、請求項２の発明では、前記内燃機関は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有し、運転状態に応じて主として吸気行程中に主燃焼用の燃料供給を行う吸気行程噴射モードと、主として圧縮行程中に主燃焼用の燃料供給を行う圧縮行程噴射モードとを選択可能な筒内噴射型火花点火式内燃機関であって、前記第１の燃料供給手段は、前記圧縮行程噴射モードで圧縮行程中に前記燃料噴射弁により主燃焼用の燃料の供給を行うものであって、前記第２の燃料供給手段は、膨張行程から排気行程の間に前記燃料噴射弁により燃料の追加供給を行うものであることを特徴としている。
【００１０】
従って、筒内噴射型火花点火式内燃機関を用いるようにすると、第１の燃料供給手段と第２の燃料供給手段との共用化が図られ、第２の燃料供給手段を別途設ける必要がなくなるとともに、圧縮行程噴射モードでは圧縮行程中に燃料を燃焼室に直接噴射できるためにリーン空燃比或いは超リーン空燃比での運転が可能であって排気中に残留酸素を多く含ませることができ、一方、膨張行程から排気行程の間に燃料を燃焼室に直接追加噴射することで燃料を膨張仕事に寄与させずに未燃物として排気系に排出でき、容易にして排気系内での反応が良好に促進される。
【００１１】
また、請求項３の発明では、前記第２の燃料供給手段は、前記第１の燃料供給手段による主燃焼用の燃料の供給と同時に燃料の追加供給を開始することを特徴としている。
従って、モータリング手段により排気流動が大きくされ且つ排気流動制御手段により排気流動が抑制されて排気圧が良好に上昇した状態で、燃料の追加供給が主燃焼用の燃料の供給と同時に開始されることになり、排気系内での未燃物と残留酸素等との関わりが内燃機関の始動と同時に即座に強化されて排気系内での反応が急速に促進され、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果が内燃機関の始動直後から速やかに発揮される。
【００１２】
また、請求項４の発明では、有害物質の排出量の低減効果を高めるよう排気流動を抑制する排気流動制御手段と、内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、内燃機関の排気系に２次エアを供給する２次エア供給手段と、前記燃料供給手段による燃料の供給開始前に、内燃機関を回転速度が所定回転速度以上となるよう外力により強制作動させるモータリング手段とを備え、前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関を強制作動させた後に排気流動を抑制するものであって、前記燃料供給手段は、前記モータリング手段により内燃機関の回転速度が前記所定回転速度以上とされた状態で燃料の供給を開始し、前記２次エア供給手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給開始以後前記排気流動制御手段により排気流動が抑制された状態で２次エアを供給することを特徴としている。
【００１３】
なお、ここに、上記２次エア供給手段は、従来の追加ポンプを用いて２次エアを供給する手段の他に、追加ポンプを用いることなく内燃機関をポンプとして機能させる手段、例えば一の排気系内の排ガスを他の排気系内に供給する排気エア供給手段をも含んでいる。
従って、主燃焼用の燃料の供給による内燃機関の始動前にモータリング手段によって内燃機関が強制作動させられ、内燃機関の回転速度が所定回転速度以上とされると、内燃機関の始動前の段階でありながら吸入した空気が排気系にそのまま排出されて排気流動が大きくなり、その後、燃料供給手段により燃料の供給が開始され、排気流動制御手段により排気流動の抑制が開始されたときには、排気の輸送遅れなく排気系内の排気圧が急速に上昇する。そして、この状態で、２次エア供給手段により排気系に２次エアが供給されると、排気系内での未燃物と２次エア中の酸素等との関わりが即座に強化されて排気系内での反応が急速に促進され、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果が内燃機関の始動後速やかに発揮される。
【００１４】
また、請求項５の発明では、前記２次エア供給手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給と同時に２次エアの供給を開始することを特徴としている。
従って、モータリング手段により排気流動が大きくされ且つ排気流動制御手段により排気流動が抑制されて排気圧が良好に上昇した状態で、２次エアが燃料の供給と同時に開始されることになり、排気系内での未燃物と２次エア中の酸素等との関わりが内燃機関の始動と同時に即座に強化されて排気系内での反応が急速に促進され、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果が内燃機関の始動直後から速やかに発揮される。
【００１５】
また、請求項６の発明では、前記排気流動制御手段は、前記モータリング手段により内燃機関が強制作動させられている間に排気流動の抑制を開始することを特徴としている。
従って、主燃焼用の燃料の供給時、即ち内燃機関の始動時には既に排気圧が十分に上昇した状態とされ、排気系内での反応が内燃機関の始動時から急速に促進されることになり、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果が内燃機関の始動直後から速やか且つ確実に発揮される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射モード）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射モード）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、吸気行程噴射モードでは容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）が可能であり、圧縮行程噴射モードではリーン空燃比及び超リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が可能である。
【００１７】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。なお、燃料噴射弁６は、後述するように主燃焼用の燃料供給手段（第１の燃料供給手段）として機能するとともに排気系に燃料を追加供給する手段（第２の燃料供給手段）としても機能する。
【００１８】
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００１９】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。排気マニホールド１２としては、ここでは、デュアル型エキゾーストマニホールドシステムが採用される。その他、排気マニホールド１２は、シングル型エキゾーストマニホールドシステムであっても、またクラムシェル型エキゾーストマニホールドシステムであってもよい。
【００２０】
また、各排気ポートには空気通路１７を介して２次エアポンプ（２次エア供給手段）１６が接続されており、当該２次エアポンプ１６が作動することで各排気ポートに２次エアを供給可能である。
また、エンジン１のクランク軸３には、高トルクを有してクランク軸３を所定回転速度以上（例えば、５００rpm以上、好ましくは１２００rpm以上）まで回転させることの可能な駆動モータ（セルダイナ等）１８がセルモータとして接続されており、当該駆動モータ１８は大容量のバッテリ５０に接続されている（モータリング手段）。ハイブリッド型電気自動車では、走行用モータを駆動モータ１８として使用することができる。
【００２１】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
排気マニホールド１２の他端には排気管（排気通路）２０が接続されている。
そして、排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒３０が介装されている。この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）のいずれかを有している。
【００２２】
また、同図に示すように、排気管２０には、排気圧を検出する排気圧センサ２２及び酸素濃度を検出するＯ2センサ２４が配設されている。
さらに、排気管２０の三元触媒３０よりも下流の部分には、排気流動制御装置（排気流動制御手段）４０が介装されている。
排気流動制御装置４０は、排ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ等の未燃物の他、ＮＯx、スモーク、Ｈ2等を含む）の低減を促進させることを目的とする装置であり、排気圧、排気密度及び排気流速（低減効果増強要因）の少なくともいずれか一つを変更することが可能に構成されている。具体的には、排気流動制御装置４０は排気管２０の流路面積を調節可能な密閉型開閉弁４２によって構成されている。
【００２３】
密閉型開閉弁４２としては種々の方式が考えられるが、ここでは、例えば、図２（ａ）に閉弁状態を示し、図２（ｂ）に開弁状態を示すように、排気管２０を貫通する軸４３回りに弁体４４を回転させることで排気管２０の流路面積を調節可能なバタフライ弁が採用される。バタフライ弁にはアクチュエータ４５が設けられており、バタフライ弁は当該アクチュエータ４５によって弁体４４が軸４３回りに回転させられて開閉作動する。
【００２４】
ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ６０の入力側には、上述した排気圧センサ２２、Ｏ2センサ２４やクランク角信号を検出するクランク角センサ６２等の各種センサ類の他、エンジン１の始動操作を行うイグニションキーシリンダ６４が接続されており、センサ類からの検出情報が入力されるとともに、イグニションキーシリンダ６４から始動操作信号が入力される。
【００２５】
一方、ＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４、２次エアポンプ１６、駆動モータ１８、アクチュエータ４５等の各種出力デバイスが接続されている。そして、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、排気流動制御量等がそれぞれ出力され、これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、適正なタイミングで２次エアが供給され、所望の排気流動制御量（例えば、目標排気圧）となるよう適正なタイミングで開閉弁４２が開閉操作される。また、イグニションキーシリンダ６４からの始動操作信号に基づき駆動モータ１８や開閉弁４２のアクチュエータ４５が駆動される。
【００２６】
以下、このように構成された本発明に係る排気浄化装置の作用を説明する。
本発明に係る排気浄化装置では、エンジン１の始動後、エンジン１が冷態状態にあるときには、三元触媒３０を早期に活性化させるべく排気流動制御を行うようにしており、詳しくは、一時的に開閉弁４２を閉弁操作して排気流動を抑制するようにしている（図２（ａ）の状態）。これにより、排気系内の排気圧或いは排気密度が上昇して排気系内のＨＣ、ＣＯ等の未燃物と酸素或いはＮＯxとの関わりが強化されて反応が促進され、有害物質の排出が良好に防止されるとともに排気温度が上昇して三元触媒３０が早期に活性化される。
【００２７】
しかしながら、上述したように、エンジン１の始動直後（燃料供給開始直後）から排気流動制御を行って排気圧や排気密度を高めたとしても、ＨＣ等の未燃物やＮＯxの反応は直ぐには促進されず、一時的に排気浄化性能が低下する。
そこで、さらに本発明の排気浄化装置では、エンジン１の始動直後においても排気浄化性能を低下させないようにしており、以下本発明に係る排気浄化装置の始動時排気浄化制御について説明する。
【００２８】
先ず、第１実施例について説明する。
図３を参照すると、第１実施例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同図に沿って説明する。
ステップＳ１０では、エンジン始動要求があったか否かを判別する。具体的には、イグニションキーシリンダ６４が始動操作されて始動操作信号が出力されたか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１６を経て当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、イグニションキーシリンダ６４が始動操作されたと判定された場合には、ステップＳ１２に進む。なお、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）となるのは、エンジン始動要求後からエンジン始動までの間である。
【００２９】
ステップＳ１２では、エンジン１のモータリングを開始する。即ち、駆動モータ１８を作動させ、エンジン１を燃料供給なく強制的に回転作動させる。
このように駆動モータ１８を強制的に作動させると、排気マニホールド１２には燃焼室に吸入した空気がそのまま排気空気として排出され、これにより、排気系内の排気流動が大きくなる。
【００３０】
ステップＳ１４では、排気流動を抑制し、排気圧を上昇させるべく開閉弁４２を閉弁側に制御する。これにより排気系内の排気圧或いは排気密度が上昇する。
ステップＳ１６では、駆動モータ１８により強制作動させられたエンジン１のエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1（例えば、５００〜１２００rpm）以上となったか否かを判別する。詳しくは、クランク角センサ６２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎeを演算により求め、当該エンジン回転速度Ｎeに基づいて判別を行う。
【００３１】
エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以上であれば、排気系内の排気流動は十分に大きく、開閉弁４２を閉弁側に制御したときの排気流動の抑制度合いは大きく、排気圧は十分に高い状態にあるとみなすことができる。
ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、エンジン回転速度Ｎeが未だ所定回転速度Ｎe1に達していない場合にはエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1となるのを待つ。
【００３２】
一方、ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以上になったと判定された場合には、排気圧は十分に高い状態にあると判断でき、この場合にはステップＳ１８に進み、燃料供給を開始し、エンジン１を始動する。なお、駆動モータ１８のモータリングは当該エンジン１の始動と同時に終了するのがよい。
【００３３】
詳しくは、エンジン１の始動時には、圧縮行程噴射モードが選択され、圧縮行程において主燃焼用の燃料が燃料噴射弁６から燃焼室内に直接供給される（第１の燃料供給手段）。このように圧縮行程噴射モードを選択すると、リーン空燃比運転が可能であるため、排気中に残留酸素を多く含ませることが可能である。
そしてさらに、ステップＳ１８では、２段燃焼を実施すべく燃料の追加供給を行う。即ち、燃焼終了後（膨張行程〜排気行程の間であって、例えば膨張行程中期以降）に主噴射とは別に燃料噴射弁６で副噴射を行い、燃焼室内に燃料を供給する（第２の燃料供給手段）。この２段燃焼では、副噴射した追加燃料は膨張仕事に寄与することなく未燃物として排気系に排出される。ここに、燃料の追加供給量は、例えば排気空燃比が所定の空燃比となるように予め設定されている。
【００３４】
このように、エンジン１の始動前から排気圧を高くしておき、排気圧が十分に高くなった状態で主燃焼用の燃料を圧縮行程で供給してエンジン１を始動するとともに燃料の追加供給を実施すると、即座に排気系内に供給された未燃物や残留酸素等が高密度の状態で互いに関わり合うことになり、排気系内での酸化反応、還元反応が連鎖的に急速に促進され、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質がエンジン１の始動後速やかに除去され始めることとなる。
【００３５】
これにより、エンジン１の始動時において、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の有害物質の排出量を常に確実に低減することができ、また、反応熱が大量に発生するために、排気温度が高温に保持され、三元触媒３０を早期に活性化することができる。
つまり、図４を参照すると、上記始動時排気浄化制御を実施した場合の排気圧（ａ）及びＨＣの排出量（例えば、触媒出口）の時間変化（ｂ）（実線）が、エンジン１の始動前にモータリングを行わずにエンジン１を始動し２段燃焼を実施した場合（破線）と比較して示されているが、このように、エンジン１の始動前にモータリングを行って排気圧を予め高めておくようにすると、始動直後一時的に増大していたＨＣの排出量（破線）が、十分に低減されることになり（実線）、エンジン１の始動時におけるＨＣ等の有害物質の排出量を常に確実に低減可能となるのである。
【００３６】
ここに、排気圧の上昇と２段燃焼は、例えば三元触媒３０が活性温度になった時点で終了するのがよい。
なお、当該第１実施例では、エンジン１の始動時に圧縮行程噴射モードを選択し、圧縮行程において主燃焼用の燃料を供給するようにしたが、リーン空燃比運転が可能であって排気中に残留酸素を含ませることができれば、吸気行程噴射モードを選択して吸気行程において主燃焼用の燃料を供給するようにしてもよい。
【００３７】
また、図５を参照すると、第１実施例の変形例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンがフローチャートで示されているが、同図にステップＳ１３で示すように、エンジン１のモータリングを開始した後、エンジン１の始動前所定期間ｔ（例えば、１sec）のタイミングであるか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１の始動前所定期間ｔのタイミングになった時点で、ステップＳ１４に進み、排気圧を上昇させるようにしてもよい。
【００３８】
このようにすると、エンジン１の始動前の段階で、少なくとも所定期間ｔ（例えば、１sec）はモータリングが行われた状態で排気流動が抑制されることになり、エンジン１の始動時において排気圧が十分に高められた状態とされる。これにより、排気系内での酸化反応、還元反応がエンジン１の始動時から連鎖的に急速に促進され、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質がエンジン１の始動直後から速やか且つ確実に除去され始めることになる。
【００３９】
なお、ここではステップＳ１３においてエンジン１の始動前所定期間ｔのタイミングであるか否かを判別するようにしたが、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe2（例えば、Ｎe2＝所定回転速度Ｎe1（例えば、５００〜１２００rpm）−ΔＮe（例えば、２００rpm））に達したか否かで判別するようにしてもよい。
また、ここではステップＳ１６においてエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1（例えば、５００〜１２００rpm）以上か否かを判別するようにしたが、ステップＳ１４における排気圧上昇開始後、上記所定期間ｔ（例えば、１sec）が経過したか否かで判別するようにしてもよい。
【００４０】
次に、第２実施例について説明する。
当該第２実施例では、上記第１実施例における２段燃焼に代えて２次エアの供給を行うものである。
図６を参照すると、第２実施例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンがフローチャートで示されているが、上記第１実施例とはステップＳ１８’が異なるだけであり、ここでは、当該ステップＳ１８’の部分についてのみ説明する。
【００４１】
当該第２実施例では、ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1以上と判定された場合には、ステップＳ１８’において燃料供給を開始し、エンジン１を始動する。
詳しくは、当該第２実施例では、吸気行程噴射モードが選択され、吸気行程において主燃焼用の燃料が燃料噴射弁６から燃焼室内に直接供給される（燃料供給手段）。
【００４２】
そしてさらに、ステップＳ１８’では、２次エアポンプ１６を作動させて各排気ポートに２次エアを供給する。ここに、２次エアの供給量は、例えば排気空燃比が所定の空燃比となるように予め設定されている。
このように、エンジン１の始動前から排気圧を高くしておき、排気圧が十分に高くなった状態で主燃焼用の燃料を供給してエンジン１を始動するとともに２次エアを供給すると、即座に排気系内に供給された未燃物や２次エア中の酸素等が高密度の状態で互いに関わり合うことになり、上記第１実施例の場合と同様に、排気系内での酸化反応、還元反応が連鎖的に急速に促進され、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質がエンジン１の始動後速やかに除去され始めることとなる。
【００４３】
これにより、エンジン１の始動時において、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の有害物質の排出量を常に確実に低減することができ、また、反応熱が大量に発生するために、排気温度が高温に保持され、三元触媒３０を早期に活性化することができる。その効果は、上記図４に示した通りである。
ここに、排気圧の上昇と２次エアの供給は、例えば三元触媒３０が活性温度になった時点で終了するのがよい。
【００４４】
なお、当該第２実施例では、２次エアポンプ１６によって２次エアを供給するようにしたが、２以上に分けられた排気系にそれぞれ排気流動制御装置を設けて各排気系内に圧力差を生じさせ、さらに排気圧の高い排気系内の酸素量を所定値以上とし、かかる高排気圧且つ高酸素量の排気系から低排気圧の排気系に排ガスを供給するようにしてもよい（排気エア供給手段）。この場合、例えば、２以上の排気系をつなぐ通路の断面積を変更することにより、或いは、高排気圧側排気系内の酸素量を変更することにより反応量を調節可能である。
【００４５】
また、図７を参照すると、第２実施例の変形例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンがフローチャートで示されているが、上記第１実施例の変形例の場合と同様、同図にステップＳ１３で示すように、エンジン１のモータリングを開始した後、エンジン１の始動前所定期間ｔ（例えば、１sec）のタイミングであるか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１の始動前所定期間ｔのタイミングになった時点で、ステップＳ１４に進み、排気圧を上昇させるようにしてもよい。
【００４６】
このようにすると、上記同様、エンジン１の始動前の段階で、少なくとも所定期間ｔ（例えば、１sec）はモータリングが行われた状態で排気流動が抑制されることになり、エンジン１の始動時において排気圧が十分に高められた状態とされる。これにより、排気系内での酸化反応、還元反応がエンジン１の始動時から連鎖的に急速に促進され、ＨＣ、ＣＯ等の有害物質がエンジン１の始動直後から速やか且つ確実に除去され始めることとなる。
【００４７】
なお、ここでも、ステップＳ１３において、エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎe2（例えば、Ｎe2＝所定回転速度Ｎe1（例えば、５００〜１２００rpm）−ΔＮe（例えば、２００rpm））に達したか否かを判別するようにしてもよい。
また、ステップＳ１６において、排気圧上昇開始後、上記所定期間ｔ（例えば、１sec）が経過したか否かを判別するようにしてもよい。
【００４８】
以上で説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンを用いるようにし、特に第１実施例では、主燃焼用の燃料供給と２段燃焼用の燃料の追加供給とを同一の燃料噴射弁６により燃焼室内に直接噴射して行うようにしたが、エンジン１は吸気管噴射型のガソリンエンジンであってもよく、燃料の追加供給を行うために、排気系（燃焼室（排気弁部を含む）から排気マニホールドを含む）内に燃料を直接供給することの可能な燃料供給装置を別途設けるようにしてもよい。
【００４９】
また、エンジン１の始動と車両始動とが同時であってもよく、車両始動後にエンジン１を始動するようにしてもよい。例えば、車両始動後、減速走行開始時或いは走行中にエンジン１を始動させるようにすると、減速力（外力）によりモータリングが行われるため、消費エネルギが少なくてすみ、ひいては燃費の改善が図られる。
【００５０】
また、エンジン１はディーゼルエンジンであってもよい。
また、上記実施形態では、モータリング中に排気圧の上昇を行った（ステップＳ１４）後、主燃焼用の燃料供給を行ってエンジン１を始動させ且つ２段燃焼の実施或いは２次エアの供給（ステップＳ１８、ステップＳ１８’）を行うようにしたが、排気圧の上昇をエンジン１の始動と同時に行うようにしても上記同様の効果が得られる。
【００５１】
また、上記実施形態では、主燃焼用の燃料供給と２段燃焼の実施或いは２次エアの供給とを同時に行うようにしたが、主燃焼用の燃料供給を行った後、一定期間経過後に２段燃焼の実施或いは２次エアの供給を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態では、触媒として三元触媒３０を用いたが、触媒はリーンＮＯx触媒、ＨＣ吸着触媒等いかなるものでもよく、ＭＣＣ、ＦＣＣ、ＵＣＣのいずれであってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、主燃焼用の燃料の供給による内燃機関の始動前にモータリング手段によって内燃機関を強制作動させ、内燃機関の回転速度を所定回転速度以上にするので、内燃機関の始動前の段階でありながら、吸入した空気を排気系にそのまま排出して排気流動を大きくでき、その後、第１の燃料供給手段により主燃焼用の燃料の供給を開始し、排気流動制御手段により排気流動の抑制を開始したときには、排気の輸送遅れなく排気系内の排気圧を急速に上昇させることができる。そして、この状態で、第２の燃料供給手段により排気系に燃料、即ち未燃物を追加供給することで、排気系内での未燃物と残留酸素等との関わりを即座に強化させて排気系内での反応を急速に促進させることができる。これにより、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果を内燃機関の始動後速やかに発揮させることができる。
【００５３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、筒内噴射型火花点火式内燃機関を用いるようにしたので、第１の燃料供給手段と第２の燃料供給手段との共用化を図ることができ、第２の燃料供給手段を別途設ける必要がなくなる。さらに、圧縮行程噴射モードではリーン空燃比或いは超リーン空燃比での運転が可能であって排気中に残留酸素を多く含ませることができる一方、膨張行程から排気行程の間に燃料を追加供給することで燃料を燃焼による膨張仕事に寄与させることなく未燃物として排気系に排出できるので、容易にして排気系内での反応を良好に促進させることができる。
【００５４】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、モータリング手段により排気流動が大きくされ且つ排気流動制御手段により排気流動が抑制されて排気圧が良好に上昇した状態で、燃料の追加供給を主燃焼用の燃料の供給と同時に開始するので、排気系内での未燃物と残留酸素等との関わりを内燃機関の始動と同時に即座に強化させて排気系内での反応を急速に促進させることができる。これにより、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果を内燃機関の始動直後から速やかに発揮させることができる。
【００５５】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、主燃焼用の燃料の供給による内燃機関の始動前にモータリング手段によって内燃機関を強制作動させ、内燃機関の回転速度を所定回転速度以上にするので、内燃機関の始動前の段階でありながら、吸入した空気を排気系にそのまま排出して排気流動を大きくでき、その後、燃料供給手段により燃料の供給を開始し、排気流動制御手段により排気流動の抑制を開始したときには、排気の輸送遅れなく排気系内の排気圧を急速に上昇させることができる。そして、この状態で、２次エア供給手段により排気系に２次エアを供給することで、排気系内での未燃物と２次エア中の酸素等との関わりが即座に強化され、排気系内での反応を急速に促進させることができる。これにより、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果を内燃機関の始動後速やかに発揮させることができる。
【００５６】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、モータリング手段により排気流動が大きくされ且つ排気流動制御手段により排気流動が抑制されて排気圧が良好に上昇した状態で、２次エアを燃料の供給と同時に開始するので、排気系内での未燃物と２次エア中の酸素等との関わりを内燃機関の始動と同時に即座に強化させて排気系内での反応を急速に促進させることができる。これにより、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果を内燃機関の始動直後から速やかに発揮させることができる。
【００５７】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、主燃焼用の燃料の供給時、即ち内燃機関の始動時には排気圧を十分に上昇させた状態にでき、排気系内での反応を内燃機関の始動時から急速に促進させることができる。これにより、未燃物等の有害物質の排出量の低減効果を内燃機関の始動直後から速やか且つ確実に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】排気流動制御装置としてのバタフライ弁を示す図である。
【図３】第１実施例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る始動時排気浄化制御を実施した場合のＨＣの排出量（例えば、触媒出口）の時間変化（実線）を、エンジンの始動前にモータリングを行わずにエンジンを始動し２段燃焼を実施した場合（破線）と比較して示した図である。
【図５】第１実施例の変形例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第２実施例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２実施例の変形例に係る始動時排気浄化制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
６  燃料噴射弁
１６  ２次エアポンプ（２次エア供給手段）
１８  駆動モータ（モータリング手段）
２０  排気管
３０  三元触媒
４０  排気流動制御装置（排気流動制御手段）
４２  密閉型開閉弁
６０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
６２  クランク角センサ
６４  イグニションキーシリンダ
【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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