(57)【要約】【課題】排気経路の上流側と下流側にそれぞれ触媒が設けられ、その上流側触媒から流出される排気ガスを概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われる排気浄化装置において、下流側触媒の浄化効率の低下を抑制可能な排気浄化制御装置を提供すること。【解決手段】上流側触媒１１と、上流側触媒の下流側に設けられる下流側触媒１２と、上流側触媒と下流側触媒との間の検出箇所の空燃比を検出する空燃比検出手段１６の検出結果を概ね理論空燃比とする燃料噴射量制御手段とを備える排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置であって、上流側触媒よりも上流側の排気ガスを、上流側触媒及び検出箇所をバイパスさせて下流側触媒へ導くバイパス経路１３と、バイパス経路への排気ガスの流れを制御する流路制御手段１４とを備え、空燃比検出手段による検出結果がリッチである場合は、リッチでない場合に比べて、バイパス経路へ流される排気ガスの流量が大きな値に設定される。【選択図】        図１
2008196374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路に設けられ前記排気経路を流れる排気ガスを浄化する上流側触媒と、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ前記排気ガスを浄化する下流側触媒と、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間の検出箇所において前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段による検出結果に基づいて前記検出箇所における前記排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とすべく燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置であって、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも上流側の前記排気ガスを、前記上流側触媒及び前記検出箇所をバイパスさせて前記下流側触媒へ導くためのバイパス経路と、
前記バイパス経路への前記排気ガスの流れを制御する流路制御手段とを備え、
前記空燃比検出手段による検出結果がリッチである場合は、前記検出結果がリッチでない場合に比べて、前記流路制御手段により前記バイパス経路へ流される前記排気ガスの流量が大きな値に設定される
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気経路に設けられ前記排気経路を流れる排気ガスを浄化する上流側触媒と、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ前記排気ガスを浄化する下流側触媒と、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間における前記排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とすべく燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置であって、
前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも上流側の前記排気ガスを、前記上流側触媒をバイパスさせて前記下流側触媒へ導くためのバイパス経路と、
前記バイパス経路への前記排気ガスの流れを制御する流路制御手段とを備え、
前記内燃機関においてフューエルカット制御が行われた場合に、前記フューエルカット制御が終了してから予め定められた所定の時間が経過するまでの間は、前記流路制御手段により前記バイパス経路へ前記排気ガスが流れることが抑制される
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の排気浄化制御装置において、
前記排気浄化装置は、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間の検出箇所において前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段を有し、
前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記排気経路における前記検出箇所よりも下流側の部分に導くように構成されている
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の排気浄化制御装置において、
前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記排気経路における前記下流側触媒の設置位置よりも上流側の部分に導くように構成されている
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の排気浄化制御装置において、
前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記下流側触媒における排気ガスの流れ方向の上流側の端部と下流側の端部との間の部分に導くように構成されている
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の排気浄化制御装置において、
前記バイパス経路へ流される前記排気ガスの流量の、前記排気経路を流れる前記排気ガスの流量に対する割合は、前記流路制御手段により予め定められた所定の割合に設定される
ことを特徴とする排気浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化制御装置に関し、特に排気経路に複数の触媒を備えた排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気経路に複数の触媒が設けられることがある。図７は、内燃機関の排気経路に複数の触媒が設けられた排気浄化装置の一例を示す。
【０００３】
図７において、符号１００は、内燃機関を示す。内燃機関１００には、吸気経路１０６及び排気経路１０７がそれぞれ接続されている。排気経路１０７には、排気ガスを浄化するための２つの触媒（上流側触媒１１１、下流側触媒１１２）が設けられている。下流側触媒１１２は、排気経路１０７において、上流側触媒１１１の設置位置よりも下流側に設けられている。
【０００４】
排気経路１０７における上流側触媒１１１と下流側触媒１１２との間には、排気ガスの空燃比を検出する酸素センサ１１６が設けられている。吸気経路１０６には、燃料噴射弁１１０が設けられている。内燃機関が搭載された車両には、車両の各部を制御する車両制御部１２０が設けられている。車両制御部１２０は、酸素センサ１１６の検出結果に基づいて、酸素センサ１１６により検出される排気ガスの空燃比が概ね理論空燃比となるように燃料噴射弁１１０による燃料の噴射量を制御する。
【０００５】
酸素センサ１１６により検出される排気ガスの空燃比が概ね理論空燃比となるように制御されるのは、上流側触媒１１１の浄化効率を良好に保つためである。上流側触媒１１１及び下流側触媒１１２は、吸蔵される酸素の量（以下、酸素吸蔵量とする）が中立に近い状態の場合に効率的に排気ガスを浄化できる。上流側触媒１１１の酸素吸蔵量が中立に近い場合には、上流側触媒１１１を通過した後の排気ガスの空燃比は、概ね理論空燃比となる。このため、酸素センサ１１６の検出値が概ね理論空燃比に対応した値となるように燃料の噴射量が制御されることで、上流側触媒１１１の酸素吸蔵量が中立の状態に保たれて効率よく排気ガスが浄化されることができる。
【０００６】
しかしながら、上記のように酸素センサ１１６の検出値が概ね理論空燃比に対応した値となるように燃料の噴射量が制御された場合、下流側触媒１１２が酸素不足の状態となり、浄化効率が低下することとなる。酸素センサ１１６の検出値が概ね理論空燃比に対応した値となるのは、検出対象の排気ガスにほとんど酸素が含まれていないときである。このため、上記のような燃料の噴射量の制御が継続して行われた場合、下流側触媒１１２には十分な量の酸素が供給されなくなる。その結果、下流側触媒１１２において酸素不足が発生し、排気ガスの浄化効率が低下してしまう。
【０００７】
上流側触媒をバイパスするバイパス通路が形成され、排気ガスの流れを上流側触媒側とバイパス側とに切り換える排気切換弁が設けられた排気バイパス装置において、排気切換弁における弁体とハウジングとの間に形成される隙間から排気ガスが漏れることを抑制する排気バイパス装置として、特開平１０−８９４５号公報（特許文献１）に記載された技術が知られている。
【０００８】
上記特許文献１に記載された排気バイパス装置の技術は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒装置と、排気通路から分岐して触媒装置を迂回するバイパス通路と、排気の流れを触媒装置側若しくはバイパス通路側に切り換える切換弁と、バイパス通路側の全閉位置を規制する全閉位置規制手段と、内燃機関が冷機状態から暖機状態へ移行するに従って前記全閉位置を開方向に制御する全閉位置規制手段と、を含んでなることを特徴としている。
【０００９】
同一の排気ガス浄化触媒が内燃機関の排気系に沿って上流側触媒コンバータと下流側触媒コンバータとに分かれて直列に配置され、前者が比較的高温にて作動し、後者が比較的低温にて作動する場合の、排気ガス浄化装置の作動性能を全体的により一層改善することのできる排気ガス浄化装置の運転方法として、特開２００３−２４７４１４号公報（特許文献２）に記載された技術が知られている。
【００１０】
上記特許文献２に記載された車輌用内燃機関の排気ガス浄化装置の運転方法の技術は、同一の排気ガス浄化触媒が内燃機関の排気ガス排出経路に沿って上流側触媒コンバータと下流側触媒コンバータとに分けて設けられている車輌用内燃機関の排気ガス浄化装置の運転方法にして、内燃機関の運転状態が排気ガスに前記上流側触媒コンバータをバイパスさせても排気ガスの浄化の上で差し支えない状態にあるとき、前記上流側触媒コンバータをバイパスして排気ガスを前記下流側触媒コンバータへ導くものである。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−８９４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２４７４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
排気経路の上流側と下流側にそれぞれ触媒が設けられ、その上流側触媒から流出される排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われる排気浄化装置において、下流側触媒の浄化効率の低下が問題となることがある。下流側触媒における浄化効率の低下の抑制について、従来十分な検討がなされていない。
【００１３】
上記特許文献２に記載された技術のように上流側触媒をバイパスさせて下流側触媒へ排気ガスを導くバイパス経路が設けられる場合に、触媒の浄化効率の低下が問題となることがある。触媒の浄化効率の低下の抑制について、従来十分な検討がなされていない。
【００１４】
本発明の目的は、排気経路の上流側と下流側にそれぞれ触媒が設けられ、その上流側触媒から流出される排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われる排気浄化装置において、下流側触媒の浄化効率の低下を抑制することが可能な排気浄化制御装置を提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、排気経路の上流側と下流側にそれぞれ触媒が設けられ、その上流側触媒から流出される排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われる排気浄化装置において、上流側触媒をバイパスさせて下流側触媒へ排気ガスを導くバイパス経路が設けられる場合の触媒の浄化効率の低下を抑制することが可能な排気浄化制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の排気浄化制御装置は、内燃機関の排気経路に設けられ前記排気経路を流れる排気ガスを浄化する上流側触媒と、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ前記排気ガスを浄化する下流側触媒と、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間の検出箇所において前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段による検出結果に基づいて前記検出箇所における前記排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とすべく燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置であって、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも上流側の前記排気ガスを、前記上流側触媒及び前記検出箇所をバイパスさせて前記下流側触媒へ導くためのバイパス経路と、前記バイパス経路への前記排気ガスの流れを制御する流路制御手段とを備え、前記空燃比検出手段による検出結果がリッチである場合は、前記検出結果がリッチでない場合に比べて、前記流路制御手段により前記バイパス経路へ流される前記排気ガスの流量が大きな値に設定されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の排気浄化制御装置は、内燃機関の排気経路に設けられ前記排気経路を流れる排気ガスを浄化する上流側触媒と、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも前記排気ガスの流れ方向の下流側に設けられ前記排気ガスを浄化する下流側触媒と、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間における前記排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とすべく燃料の噴射量を制御する燃料噴射量制御手段とを備える排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置であって、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置よりも上流側の前記排気ガスを、前記上流側触媒をバイパスさせて前記下流側触媒へ導くためのバイパス経路と、前記バイパス経路への前記排気ガスの流れを制御する流路制御手段とを備え、前記内燃機関においてフューエルカット制御が行われた場合に、前記フューエルカット制御が終了してから予め定められた所定の時間が経過するまでの間は、前記流路制御手段により前記バイパス経路へ前記排気ガスが流れることが抑制されることを特徴とする。
【００１８】
本発明の排気浄化制御装置において、前記排気浄化装置は、前記排気経路における前記上流側触媒の設置位置と前記下流側触媒の設置位置との間の検出箇所において前記排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段を有し、前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記排気経路における前記検出箇所よりも下流側の部分に導くように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の排気浄化制御装置において、前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記排気経路における前記下流側触媒の設置位置よりも上流側の部分に導くように構成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の排気浄化制御装置において、前記バイパス経路は、前記排気ガスを、前記下流側触媒における排気ガスの流れ方向の上流側の端部と下流側の端部との間の部分に導くように構成されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の排気浄化制御装置において、前記バイパス経路へ流される前記排気ガスの流量の、前記排気経路を流れる前記排気ガスの流量に対する割合は、前記流路制御手段により予め定められた所定の割合に設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の排気浄化制御装置によれば、排気経路の上流側と下流側にそれぞれ触媒が設けられ、その上流側触媒から流出される排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われる排気浄化装置において、下流側触媒の浄化効率の低下が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の排気浄化制御装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
（第１実施形態）
図１から図４を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、排気経路に複数の触媒を備えた排気浄化装置を制御する排気浄化制御装置に関する。
【００２５】
図７を参照して前述したように、排気経路１０７に２つの触媒（上流側触媒１１１、下流側触媒１１２）が設けられた場合に、上流側触媒１１１から流出される排気ガスの空燃比を概ね理論空燃比とする空燃比制御が行われた場合には、上流側触媒１１１から流出する排気ガスにほとんど酸素が含まれない状態となる。このため、下流側触媒１１２において酸素不足が発生する。これにより、下流側触媒１１２における排気ガスの浄化効率が低下してしまう。
【００２６】
そこで、本実施形態では、下流側触媒（図１の符号１２参照）に、酸素を比較的多く含む排気ガスを供給することが行われる。具体的には、排気管（排気経路、図１の符号７参照）における上流側触媒（図１の符号１１参照）よりも上流側における排気ガスが、バイパス通路（バイパス経路、図１の符号１３参照）を介して下流側触媒１２に供給される。
【００２７】
上流側触媒１１から流出される排気ガスにはほとんど酸素が含まれていない場合であっても、上流側触媒１１よりも上流側の排気管７を流れる排気ガスには、酸素が比較的多く含まれている。これは、上流側触媒１１において排気ガス中の酸素が消費されることに対応している。排気ガスに含まれる酸素は、上流側触媒１１を通過する際に、有害物質の浄化のために消費されたり、上流側触媒１１に吸収されたりしてしまう。このため、上流側触媒１１よりも下流側を流れる排気ガスは、上流側を流れる排気ガスに比べて酸素の含有量が少なくなる。本実施形態では、上流側触媒１１よりも上流側の排気管７から、酸素を比較的多く含む排気ガスがバイパス通路１３を介して下流側触媒１２に供給される。これにより、下流側触媒１２に酸素が供給されるので、下流側触媒１２の浄化効率の低下が抑制される。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。図１において、符号１は、エンジン（内燃機関）を示す。エンジン１は、シリンダブロック２を有する。シリンダブロック２には、シリンダブロック２の内部を往復動可能なピストン４が設けられている。ピストン４の上方には、燃焼室５が形成されている。
【００２９】
シリンダブロック２の上方には、シリンダヘッド３が設けられている。シリンダヘッド３には、吸気管６及び排気管（排気経路）７が接続されている。吸気管６と燃焼室５との接続部には、吸気弁８が設けられている。排気管７と燃焼室５との接続部には、排気弁９が設けられている。吸気管６には、吸気に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。
【００３０】
排気管７には、排気ガスを浄化するための２つの触媒（上流側触媒１１、下流側触媒１２）が設けられている。上流側触媒１１及び下流側触媒１２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３つの物質を酸化・還元反応によって同時に除去することができる三元触媒であることができる。下流側触媒１２は、排気管７において、上流側触媒１１の設置位置よりも排気ガスの流れ方向における下流側に設けられている。
【００３１】
排気管７における上流側触媒１１の設置位置よりも排気ガスの流れ方向における上流側には、第１Ａ／Ｆセンサ１５が設けられている。第１Ａ／Ｆセンサ１５により、エンジン１から排出された排気ガスの空燃比が検出される。第１Ａ／Ｆセンサ１５により検出された空燃比の値と目標値との偏差に基づいて、燃料の噴射量の指令値がフィードバック制御される。
【００３２】
排気管７における上流側触媒１１の設置位置と下流側触媒１２の設置位置との間には、第２Ａ／Ｆセンサ（空燃比検出手段）１６が設けられている。第２Ａ／Ｆセンサ１６により、上流側触媒１１から流出される排気ガスの空燃比が検出される。第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比の値に基づいて、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出される空燃比の値を概ね理論空燃比とするための空燃比の制御が行われる。この場合、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチであれば燃料の噴射量の指令値が相対的にリーン側の値に補正される。一方、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリーンであれば燃料の噴射量の指令値が相対的にリッチ側の値に補正される。
【００３３】
排気管７には、上流側触媒１１及び第２Ａ／Ｆセンサ１６をバイパスさせて下流側触媒１２に排気ガスを導くためのバイパス通路（バイパス経路）１３が設けられている。バイパス通路１３の一端は、排気管７における上流側触媒１１の設置位置よりも上流側の部分（以下、分岐部とする）７ａにおいて排気管７に接続されている。バイパス通路１３の他端は、排気管７における第２Ａ／Ｆセンサ１６の設置位置と下流側触媒１２の設置位置との間の部分７ｂ（以下、合流部とする）において排気管７に接続されている。排気管７を流れる排気ガスは、分岐部７ａにおいてその一部がバイパス通路１３へ流れる。バイパス通路１３を流れた排気ガスは、合流部７ｂにおいて排気管７に流入する。
【００３４】
バイパス通路１３は、排気管７を流れる排気ガスの流量のうち予め定められた所定の割合の流量を流すことが可能に構成されている。上記所定の割合は、例えば１０％程度に設定されることができる。この場合、排気管７に比べてバイパス通路１３が細い配管で構成されることができるため、製造性が向上し、製造コスト低減が可能となる。バイパス通路１３には、バイパス通路１３内の排気ガスの流量を制御するための流量制御弁（流路制御手段）１４が設けられている。
【００３５】
合流部７ｂが第２Ａ／Ｆセンサ１６の設置位置よりも下流側に設けられるのは、バイパス通路１３を流れて排気管７に流入する排気ガスが第２Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果に影響を与えることを抑制するためである。合流部７ｂが第２Ａ／Ｆセンサ１６の設置位置よりも上流側に設けられた場合には、第２Ａ／Ｆセンサ１６の検出対象は、バイパス通路１３を流れて排気管７に流入する排気ガスと上流側触媒１１から流出された排気ガスとが混合した排気ガスとなる。このため、上流側触媒１１から流出される排気ガスの空燃比を正しく検出することができなくなってしまう。これに対して、本実施形態では、合流部７ｂが第２Ａ／Ｆセンサ１６の設置位置よりも下流側に設けられる。これにより、第２Ａ／Ｆセンサ１６は、バイパス通路１３から排気管７に流入する排気ガスの影響を受けることなく、上流側触媒１１から流出される排気ガスの空燃比を正しく検出することができる。
【００３６】
エンジン１が搭載された車両（図示せず）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。第１Ａ／Ｆセンサ１１及び第２Ａ／Ｆセンサ１２は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの計測結果が車両制御部２０に入力される。燃料噴射弁１０及び流量制御弁１４は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの動作が車両制御部２０により制御される。
【００３７】
ここで、本実施形態の排気浄化装置４０及び排気浄化制御装置５０について説明する。排気浄化装置４０は、上流側触媒１１、下流側触媒１２、第２Ａ／Ｆセンサ１６、車両制御部２０、及び燃料噴射弁１０を含んでいる。排気浄化制御装置５０は、車両制御部２０、バイパス通路１３、及び流量制御弁１４を含んでいる。排気浄化制御装置５０による基本的な制御は以下の通りである。
【００３８】
本実施形態では、上流側触媒１１の設置位置よりも上流側の排気管７を流れる排気ガスの一部が、バイパス通路１３を介して下流側触媒１２に供給される。以下の説明においては、排気管７を流れる排気ガスのうちで、排気管７の分岐部７ａにおいてバイパス通路１３へ流れ、バイパス通路１３を介して下流側触媒１２に供給される排気ガスをバイパスガスとする。また、排気管７の分岐部７ａからそのまま排気管７を上流側触媒１１へ向けて流れる排気ガスを、本流側排気ガスとする。
【００３９】
バイパス通路１３を介したバイパスガスの下流側触媒１２への供給（以下、単にバイパスガスの供給とする）が行われるのは、下流側触媒１２が排気ガスを十分に浄化することが可能な場合（活性化している場合）である。これは、下流側触媒１２が活性化していない場合にバイパスガスの供給が行われても、バイパスガスに含まれる有害物質が下流側触媒１２で十分に浄化されないためである。有害物質が十分に浄化されないままのバイパスガスが下流側触媒１２から流出されるのは望ましくないので、下流側触媒１２が活性化していない場合には、バイパスガスの供給は行われない。
【００４０】
下流側触媒１２が活性化しているか否かは、下流側触媒１２の温度に基づいて判定される。下流側触媒１２の温度が予め定められた所定の温度よりも高い場合に、バイパスガスの供給が行われる。下流側触媒１２の温度は、センサ等により検出される方法の他に、周知の触媒温度推定モデル等に基づいて求められることができる。
【００４１】
下流側触媒１２にバイパスガスの供給が行われることにより、下流側触媒１２に酸素が供給される。これにより、下流側触媒１２において酸素不足により浄化効率が低下してしまうことが抑制される。その結果、下流側触媒１２において排気ガスの浄化が効率よく行われるので、排気エミッションが悪化（有害物質の排出量が増加）することが抑制される。
【００４２】
本実施形態では、これに加えて、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）制御が行われた場合には、フューエルカット制御から復帰した後に予め定められた所定の時間が経過するまでは、バイパスガスの供給が禁止される。これは、以下に説明するように、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が十分に浄化されずに排気管７から大気へ排出されることを抑制するためである。
【００４３】
フューエルカット制御が行われる場合、燃料の供給が停止されるため、エンジン１では燃料の燃焼が行われなくなる。このため、酸素を多く含む排気ガス（空気）が触媒（１１、１２）を通過する。触媒（１１、１２）に酸素が過剰に供給されるので、フューエルカット制御が終了するまでの間に、触媒（１１、１２）は、それぞれ酸素飽和雰囲気となってしまう。触媒（１１、１２）が酸素飽和雰囲気のままでは窒素酸化物等の有害物質を十分に浄化することができない。このため、触媒（１１、１２）の酸素飽和雰囲気を早期に解消するために、フューエルカット制御からの復帰時には、空燃比を定常運転時よりもリッチ側の値に制御する復帰時リッチ制御が行われる。
【００４４】
復帰時リッチ制御が行われることで、触媒（１１、１２）に過剰に吸蔵された酸素が消費され、酸素飽和雰囲気が速やかに解消される。ここで、復帰時リッチ制御が行われる際に、上流側触媒１１に流入するリッチな排気ガスの一部を、バイパス通路１３を介して下流側触媒１２に供給することにより、触媒（１１、１２）の酸素飽和雰囲気を同時に解消させることが考えられる。しかしながら、リッチな排気ガスが上流側触媒１１と下流側触媒１２に分散して供給された場合には、触媒（１１、１２）の全体の浄化効率を考えたときに必ずしも有利とならないことがある。リッチな排気ガスが触媒（１１、１２）のそれぞれに分散されることにより、復帰時リッチ制御が終了する時点において、触媒（１１、１２）の少なくともいずれか一方において酸素飽和雰囲気が十分に解消されていない場合が生じ得る。
【００４５】
例えば、バイパス通路１３へ流される排気ガスの量が、排気管７を流れる排気ガスの量に比べて小さな値である場合には、下流側触媒１２に供給されるリッチな排気ガスの量が不足することがある。この場合、復帰時リッチ制御のみでは下流側触媒１２において酸素飽和雰囲気を解消させて還元雰囲気とすることができない。その結果、復帰時リッチ制御の終了後にバイパスガスの供給が行われた場合に、下流側触媒１２において有害物質が十分に浄化されないこととなる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、リッチな排気ガスを触媒（１１、１２）のそれぞれに分散させることは行われず、上流側触媒１１の酸素飽和雰囲気を解消させることが優先される。より具体的には、フューエルカット制御からの復帰時には、予め定められた所定の時間が経過するまでの間は、バイパスガスの供給が禁止されて、排気ガスを上流側触媒１１に優先して供給する制御が行われる。
【００４７】
図２は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。エンジン１においてフューエルカット制御が開始されると、図２に示すフローチャートが例えば所定の時間間隔で実行される。なお、フューエルカット制御は、周知の条件に基づいて本実施形態の制御とは別に、車両制御部２０により実行される。
【００４８】
まず、ステップＳ１０では、フューエルカット中ではない（既にフューエルカット制御が終了した）か否かが判定される。ステップＳ１０の判定の結果、フューエルカット中ではないと判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、ステップＳ２０へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２０では、フューエルカット制御から復帰してからの経過時間を計測するためのフューエルカット復帰タイマーのカウントアップが行われる。フューエルカット復帰タイマーは、例えば車両制御部２０に設けられる。
【００５０】
次に、ステップＳ３０では、フューエルカット復帰タイマーにより計測された経過時間が、予め定められた所定の時間α以上であるか否かが判定される。所定の時間αは、下流側触媒１２が有害物質を十分に浄化可能な状態となったか否かを判定するための値に設定される。本実施形態では、上記のように、フューエルカット制御からの復帰時に上流側触媒１１の酸素飽和雰囲気を解消させることが優先される。従って、フューエルカット制御から復帰すると、まず初めに上流側触媒１１の酸素飽和雰囲気が上流側から下流側へ向けて解消されていき、次に下流側触媒１２の酸素飽和雰囲気が上流側から解消されていく。この場合に、下流側触媒１２における上流側の所定の範囲で酸素飽和雰囲気が解消されて還元雰囲気となっていれば、下流側触媒１２において有害物質を十分に浄化可能となる。所定の時間αは、例えば、下流側触媒１２における排気ガスの流れ方向の上流側の部分（前段）１２ａにおいて、フューエルカット制御からの復帰後に酸素飽和雰囲気が解消されて還元雰囲気となるまでの時間に設定されることができる。
【００５１】
ステップＳ３０の判定の結果、フューエルカット復帰タイマーにより計測された経過時間が、予め定められた所定の時間α以上であると判定された（ステップＳ３０肯定）場合には、ステップＳ４０へ移行する。一方、ステップＳ３０の判定の結果、フューエルカット復帰タイマーにより計測された経過時間が、予め定められた所定の時間αに満たないと判定された（ステップＳ３０否定）場合には、ステップＳ１００へ移行する。
【００５２】
ステップＳ４０では、下流側触媒１２の温度が、予め定められた所定の温度β以上であるか否かが判定される。下流側触媒１２の温度が、所定の温度β以上である場合には、下流側触媒１２が十分に活性化しているので、下流側触媒１２にバイパスガスを流すことが許可される。所定の温度βは、下流側触媒１２の活性化温度であることができる。
【００５３】
ステップＳ４０の判定の結果、下流側触媒１２の温度が、上記所定の温度β以上であると判定された（ステップＳ４０肯定）場合には、ステップＳ５０へ移行する。一方、ステップＳ４０の判定の結果、下流側触媒１２の温度が、所定の温度β未満であると判定された（ステップＳ４０否定）場合には、ステップＳ１００へ移行する。
【００５４】
ステップＳ５０では、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチであるか否かの判定が行われる。
【００５５】
本実施形態では、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチである場合には、リーンである場合に比べて、バイパスガスの供給量が大きな値に設定される（後述するステップＳ６０）。これは、上述したように、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出される空燃比の値を概ね理論空燃比とする空燃比の制御が行われるからである。第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出される空燃比がリッチである場合には、リーンである場合に比べて、燃料の噴射量の指令値が相対的にリーン側の値に補正される。この場合、空燃比の制御の結果、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出される空燃比がリーンの場合に比べて、エンジン１から排出される排気ガスに酸素が多く含まれる状態となる。排気ガスが酸素を多く含むときにバイパスガスの量が増加されることにより、効率的に下流側触媒１２の浄化効率が高められる。
【００５６】
ステップＳ５０の判定の結果、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチであると判定された（ステップＳ５０肯定）場合には、ステップＳ６０へ移行する。一方、ステップＳ５０の判定の結果、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチではないと判定された（ステップＳ５０否定）場合には、ステップＳ８０へ移行する。なお、ステップ５０には、第２Ａ／Ｆセンサ１６として、検出対象の排気ガスの空燃比がリッチである場合に０．５Ｖよりも大きな値（電圧）を出力するセンサが用いられた場合の判定基準が例示されている。
【００５７】
ステップＳ６０では、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチである場合の流量制御弁１４の開度の指令値（要求開度）が算出される。一方、ステップＳ８０では、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリーンである場合の流量制御弁１４の開度の指令値が算出される。第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチ及びリーンである場合のそれぞれの流量制御弁１４の開度の指令値は、例えば予め定められたマップが参照されて決定される。
【００５８】
図３は、流量制御弁１４の開度の指令値が設定されたマップの一例を示す図である。図３に示す例では、エンジン１の負荷の割合に応じて流量制御弁１４の開度の指令値が設定されている。
【００５９】
図３において、符号２００は、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチである場合の流量制御弁１４の開度の指令値（以下、リッチ時の開度指令値とする）を示す。符号２０１は、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチでない（リーンまたは理論空燃比である）場合の流量制御弁１４の開度の指令値（以下、リーン時の開度指令値とする）を示す。リッチ時の開度指令値２００は、リーン時の開度指令値２０１に比べて大きな値に設定されている。これにより、上記において説明したように、第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチである場合には、リーンである場合に比べて、バイパスガスの供給量が大きな値に設定される。酸素を多く含む排気ガスが下流側触媒１２に十分に供給されるので、下流側触媒１２の浄化効率が高められる。
【００６０】
また、図３に示すように、リッチ側の開度指令値２００及びリーン側の開度指令値２０１は、それぞれエンジン１の負荷が大きくなるほど大きな値に設定されている。これは、エンジン１の負荷によらず、上流側触媒１１へ流れる本流側排気ガスの量とバイパス通路１３へ流れるバイパスガスの量との比率が一定とされるためである。本流側排気ガスの量とバイパスガスの量との比率が一定とされず、エンジン１の負荷等の運転状況により様々に変化した場合には、上流側触媒１１及び下流側触媒１２にそれぞれ供給される酸素量の比率がエンジン１の運転状況により変化してしまう。この場合、上流側触媒１１の雰囲気と下流側触媒１２の雰囲気との間の関連性が低い、あるいは関連性がない状態となってしまう。その結果、下流側触媒１２の浄化効率が高い状態に保たれることが困難となる。
【００６１】
一方、本実施形態では、本流側排気ガスの量とバイパスガスの量との比率がエンジン１の負荷によらず一定となるように、流量制御弁１４の開度が制御される。これにより、上流側触媒１１及び下流側触媒１２にそれぞれ供給される酸素量の比率は、一定に保たれる。その結果、上流側触媒１１の雰囲気と、下流側触媒１２の雰囲気との間の関連性が高くなる。このため、第２Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果に基づいて上流側触媒１１の浄化効率を高める空燃比制御が行われる場合に、下流側触媒１２の浄化効率も同様に高められることができる。これにより、触媒（１１、１２）の浄化効率の低下が抑制される。
【００６２】
なお、図３に示すマップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。この場合、例えば、本流側排気ガスの量に対するバイパスガスの量の割合が予め定められた所定の割合となるように流量制御弁１４の開度が設定される。
【００６３】
流量制御弁１４の開度は、第２Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果がリッチである場合及びリッチでない場合のいずれか一方の場合において、本流側排気ガスの量に対するバイパスガスの量の割合が上記所定の割合となるように設定されることができる。あるいは、流量制御弁１４の開度は、第２Ａ／Ｆセンサ１６の検出結果がリッチである場合及びリッチでない場合を通算した場合の、本流側排気ガスの量（所定期間における排気ガスの総量）に対するバイパスガスの量（上記所定期間におけるバイパスガスの総量）の割合を上記所定の割合とするように設定されることができる。
【００６４】
上記所定の割合が小さ過ぎる場合には、下流側触媒１２に十分に酸素が供給されないので、下流側触媒１２の浄化効率を十分に高めることができなくなる。一方、上記所定の割合が大き過ぎる場合には、下流側触媒１２に供給される酸素の量が多くなり過ぎてしまうなど、下流側触媒１２の雰囲気が安定しないこととなる。上記所定の割合は、例えば概ね１０％に設定されることができる。
【００６５】
ステップＳ６０またはステップＳ８０において、流量制御弁１４の開度の指令値が設定されると、ステップＳ７０へ移行する。ステップＳ７０では、車両制御部２０により、流量制御弁１４の開度を開度の指令値とする制御が行われる。
【００６６】
なお、ステップＳ１０において、フューエルカット中であると判定された（ステップＳ１０否定）場合には、ステップＳ９０へ移行する。ステップＳ９０では、フューエルカット復帰タイマーにより計測された経過時間がクリアされてからステップＳ１００へ移行する。ステップＳ１００では、流量制御弁１４を閉じる処理が行われる。ステップＳ１００において、流量制御弁１４の開度は、例えば全閉とされることができる。
【００６７】
以下、本実施形態の効果について説明する。本実施形態によれば、フューエルカット制御から復帰してから所定の時間αが経過するまでの間（ステップＳ３０否定）は、流量制御弁１４が閉じられてバイパスガスの供給が禁止（抑制）される（ステップＳ１００）。これにより、下流側触媒１２において酸素飽和雰囲気が解消されて有害物質を浄化可能となるまでの間は、上流側触媒１１を通過していない排気ガス、即ち比較的有害物質を多く含む排気ガスが下流側触媒１２へ流入することが抑制される。これにより、下流側触媒１２で有害物質を浄化しきれずに、有害物質を含む排気ガスが下流側触媒１２から流出されてしまうことが抑制される。
【００６８】
また、復帰時リッチ制御が行われる場合に、リッチなガスが上流側触媒１１に優先して供給されることで、上流側触媒１１において早期に酸素飽和雰囲気が解消される。これにより、上流側触媒１１において、フューエルカット制御から復帰してから排気ガスに対する浄化効率が回復するまでの時間の増加が抑制される。よって、触媒（１１、１２）の浄化効率の低下が抑制される。
【００６９】
下流側触媒１２の温度が所定の温度β未満の場合（ステップＳ４０否定）には、バイパスガスの供給が禁止（抑制）される（ステップＳ１００）。これにより、下流側触媒１２が十分に活性化していない場合にバイパスガスが供給されることが抑制される。よって、浄化効率が低い状態の下流側触媒１２に比較的有害物質を多く含む排気ガスが流入することが抑制される。
【００７０】
第２Ａ／Ｆセンサ１６により検出された空燃比がリッチである場合（ステップＳ５０肯定）には、リーンである場合（ステップＳ５０否定）に比べて、バイパスガスの供給量が大きな値に設定される（ステップＳ６０、Ｓ８０）。排気ガスが酸素を多く含むときにバイパスガスの量が増加されることにより、効率的に下流側触媒１２の浄化効率が高められる。
【００７１】
（第１実施形態の変形例）
下流側触媒１２の浄化効率を効果的に高めるためには、バイパスガスに含まれる酸素が多いほど有利である。そこで、本変形例では、排気ガスに含まれる酸素が多くなる位置に分岐部７ａ（図１参照）が設けられる。排気管７において、排気ガスの流れ方向における上流側ほど排気ガスに含まれる酸素の量が多い。これは、排気管７内において、未燃燃料等と排気ガス中の酸素とによる後燃え反応が生じるからである。エンジン１から排出されたばかりの排気ガスには比較的多くの酸素が含まれているものの、排気管７を流れる間に、後燃え反応により、排気ガス中の酸素が消費されていく。このため、排気管７の下流側ほど排気ガス中の酸素が少なくなってしまう。本変形例では、後燃え反応が生じる前の酸素を多く含む排気ガスがバイパスガスとして下流側触媒１２に供給されるように、排気管７においてより上流側に分岐部７ａが設けられる。
【００７２】
図４は、本変形例に係る装置の概略構成図である。分岐部７ａは、排気管７においてより上流側に設けられる。分岐部７ａは、例えば、排気ポート７ｃに設けられる。この場合、分岐部７ａは、排気ポート７ｃにおいてより上流側の部分に設けられることが望ましい。分岐部７ａは、例えば、排気ポート７ｃにおける排気弁９の近傍に設けられることができる。あるいは、分岐部７ａは、例えば排気ポート７ｃの集合部に設けられることができる。
【００７３】
本変形例によれば、分岐部７ａが排気管７における相対的に下流側に設けられる場合に比べて、バイパスガスに含まれる酸素の量が多い。このため、下流側触媒１２の浄化効率を高めるために必要とされるバイパスガスの量が少なくて済む。よって、バイパス通路１３の流路面積（太さ）を小さな値とすることが可能となり、製造性の向上及びコストの低下が図れる。
【００７４】
（第２実施形態）
図５及び図６を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００７５】
上記第１実施形態では、下流側触媒１２の上流側に酸素を比較的多く含むバイパスガスが供給された。この場合、排気ガスに含まれる酸素は、主として下流側触媒１２における前段１２ａにおいて消費または吸収されてしまうので、下流側触媒１２における排気ガスの流れ方向の下流側の部分（後段、図１の符号１２ｂ参照）には、酸素が届き難い。このため、下流側触媒１２の後段１２ｂは、前段１２ａに比べて、浄化効率が高まりにくい。
【００７６】
そこで、本実施形態では、下流側触媒（図５の符号３２参照）の後段（図５の符号３２ｂ参照）の浄化効率が高まりやすくなる位置に、バイパスガスの供給が行われる。より具体的には、下流側触媒３２の前段（図５の符号３２ａ参照）と後段３２ｂとの間にバイパスガスが供給される。
【００７７】
図５は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。上記第１実施形態の装置（図１）の下流側触媒１２に代えて、下流側触媒３２が設けられている。下流側触媒３２は、排気ガスの流れ方向の上流側に位置する前段３２ａと、下流側に位置する後段３２ｂとを有する。下流側触媒３２において前段３２ａと後段３２ｂとは所定の間隔を設けて配置されている。
【００７８】
本実施形態では、バイパス通路１３の一端は、排気ポート７ｃに接続されている。バイパス通路１３の他端は、下流側触媒３２における前段３２ａと後段３２ｂとの間の部分３２ｃに接続されている。第１実施形態の車両制御部２０に代えて、車両制御部３０が設けられている。
【００７９】
本実施形態によれば、下流側触媒３２の後段３２ｂに酸素を比較的多く含むバイパスガスが供給される。これにより、上流側触媒１１及び下流側触媒３２の内で最も排気ガスの流れ方向の下流側に位置する後段３２ｂの浄化効率が高い状態に維持される。このため、排気ガスは、触媒（１１、３２）による排気ガスの浄化の一連の工程のうちで、最終段階において浄化効率の高い後段３２ｂにより浄化される。その結果、触媒（１１、３２）の全体的な浄化効率が高まり、排気エミッションの悪化が好適に抑制される。
【００８０】
（第２実施形態の変形例）
本変形例では、バイパスガスは、下流側触媒３２の後段３２ｂのみならず、前段３２ａにも供給される。
【００８１】
図６は、本変形例に係る装置の概略構成図である。バイパス通路１３には、バイパス通路１３が分岐するバイパス分岐部１３ａが設けられている。バイパス通路１３は、バイパス分岐部１３ａよりもバイパスガスの流れ方向の下流側において、第１バイパス通路１３ｂと第２バイパス通路１３ｃとに分岐している。第１バイパス通路１３ｂは、第２Ａ／Ｆセンサ１６の設置位置と下流側触媒３２の設置位置との間の合流部７ｂに接続されている。第２バイパス通路１３ｃは、下流側触媒３２における前段３２ａと後段３２ｂとの間の部分３２ｃに接続されている。
【００８２】
本変形例によれば、下流側触媒１２の前段３２ａと後段３２ｂのそれぞれにバイパスガスが供給される。これにより、下流側触媒３２の浄化効率を高める効果がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の排気浄化制御装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。
【図２】本発明の排気浄化制御装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の排気浄化制御装置の第１実施形態の流量制御弁の開度の指令値を定めたマップを示す図である。
【図４】本発明の排気浄化制御装置の第１実施形態の変形例に係る装置の概略構成図である。
【図５】本発明の排気浄化制御装置の第２実施形態に係る装置の概略構成図である。
【図６】本発明の排気浄化制御装置の第２実施形態の変形例に係る装置の概略構成図である。
【図７】排気経路に複数の触媒が設けられた排気浄化装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  エンジン
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  燃焼室
６  吸気管
７  排気管
７ａ  分岐部
７ｂ  合流部
７ｃ  排気ポート
８  吸気弁
９  排気弁
１０  燃料噴射弁
１１  上流側触媒
１２  下流側触媒
１３  バイパス通路
１３ａ  バイパス分岐部
１３ｂ  第１バイパス通路
１３ｃ  第２バイパス通路
１４  流量制御弁
１５  第１Ａ／Ｆセンサ
１６  第２Ａ／Ｆセンサ
２０  車両制御部
３０  車両制御部
３２  下流側触媒
３２ａ  前段
３２ｂ  後段
４０  排気浄化装置
５０  排気浄化制御装置
１００  内燃機関
１０６  吸気経路
１０７  排気経路
１１０  燃料噴射弁
１１１  上流側触媒
１１２  下流側触媒
１１６  酸素センサ
２００  リッチ時の開度指令値
２０１  リーン時の開度指令値
【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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