(57)【要約】    【課題】  暖機完了前において吸気系に還流される排気の温度を高めるとともに、未燃燃料成分が排気還流通路に流入することを防止することができる内燃機関を提供する。    【解決手段】  内燃機関１は、吸気管７、排気管８、及びターボチャージャ９を有する。ターボチャージャ９のタービン９ａの上流側に上流側触媒１１が設けられ、上流側触媒１１をバイパスする触媒バイパス通路１２が排気管８に接続されている。触媒バイパス通路１２には、触媒バイパス通路１２を開閉する第１切換弁１３が設けられている。上流側触媒１１とタービン９ａの間の部分から排気の一部を吸気管７に還流する排気還流通路２５が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備える内燃機関であって、排気系に設けられた前記過給機のタービンと、該タービンの上流側に設けられた上流側触媒と、該上流側触媒をバイパスする触媒バイパス通路と、該触媒バイパス通路を開閉する触媒バイパス通路開閉弁と、前記上流側触媒と前記タービンの間の部分から排気の一部を吸気系に還流する排気還流通路とを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
過給機を備える内燃機関であって、排気系に設けられた前記過給機のタービンと、該タービンの上流側に設けられた上流側触媒と、該上流側触媒をバイパスする触媒バイパス通路と、該触媒バイパス通路を開閉する触媒バイパス通路開閉弁と、前記上流側触媒と前記タービンの間の部分から排気の一部を吸気系に還流する第１排気還流通路と、前記上流側触媒の上流側から排気の一部を前記吸気系に還流する第２排気還流通路と、前記第１排気還流通路と第２排気還流通路とを切り換える切換弁とを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記タービンの下流側に設けられた下流側触媒をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記タービンをバイパスするタービンバイパス通路と、該タービンバイパス通路を開閉するタービンバイパス通路開閉弁とをさらに備え、前記下流側触媒は、前記タービンより下流側の排気通路と前記タービンバイパス通路とが合流する部分より下流側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記下流側触媒の下流側に粒子状物質フィルタをさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記粒子状物質フィルタの下流側にリーンＮＯｘ触媒をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記下流側触媒は、ＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒または炭化水素吸着材を加えた酸化触媒であることを特徴とする請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記上流側触媒は、炭化水素吸着材を加えた酸化触媒、またはＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒、またはＮＯｘ捕捉材及び炭化水素吸着材を加えた三元触媒であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記ＮＯｘ捕捉材はセリアであり、前記炭化水素吸着材はゼオライトであることを特徴とする請求項７または８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の温度が低いときは前記触媒バイパス通路開閉弁を閉弁するとともに前記切換弁を前記第１排気還流通路側に切り換え、その状態で前記第１排気還流通路を介して還流される排気の温度が所定排気温度を超えたとき、前記切換弁を前記第２排気還流通路側に切り換えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の温度が低いときは、前記触媒バイパス通路開閉弁を閉弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記上流側触媒の温度が所定触媒温度以下であるときは、前記触媒バイパス通路開閉弁を閉弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の減速時は、前記触媒バイパス通路開閉弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機及び排気浄化用の触媒を備える内燃機関、及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、過給機を備える内燃機関において、過給機のタービンの上流側の排気通路に排気浄化用の触媒を配置するとともに、該触媒をバイパスするバイパス通路を設け、通常は触媒を通過した排気をタービンに供給する一方、機関の急加速時はバイパス通路を通過した排気をタービンに供給するようにした排気浄化装置が示されている。この装置によれば、排気温度が低い状態では触媒を通過した排気がタービンに供給されるので、良好な排気特性が維持され、急加速時においては触媒をバイパスした排気がタービンに供給されるので、運転性の悪化を防止することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７１９３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された装置では、排気還流通路は触媒上流側と吸気系との間に設けられているため、機関の暖機完了前は排気温度が低く、したがって還流される排気の温度も低い。そのため暖機完了までの時間が長くなる傾向がある。さらに、暖機完了前に機関の加速を行うと、排気還流通路や排気還流制御弁に未燃燃料成分が付着し、排気還流通路の有効断面積の減少や排気還流制御弁の固着を起こすおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、暖機完了前において吸気系に還流される排気の温度を高めるとともに、未燃燃料成分が排気還流通路に流入することを防止することができる内燃機関を提供することを第１の目的とする。さらに、吸気系に還流する排気の流路を適切に変更し、良好な排気特性を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記第１の目的を達成するため請求項１に記載の発明は、過給機（９）を備える内燃機関であって、排気系（８）に設けられた前記過給機のタービン（９ａ）と、該タービン（９ａ）の上流側に設けられた上流側触媒（１１）と、該上流側触媒（１１）をバイパスする触媒バイパス通路（１２）と、該触媒バイパス通路（１２）を開閉する触媒バイパス通路開閉弁（１３）と、前記上流側触媒（１１）と前記タービン（９ａ）の間の部分から排気の一部を吸気系（７）に還流する排気還流通路（２５）とを備えることを特徴とする内燃機関を提供する。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、過給機（９）を備える内燃機関であって、排気系（８）に設けられた前記過給機のタービン（９ａ）と、該タービン（９ａ）の上流側に設けられた上流側触媒（１１）と、該上流側触媒（１１）をバイパスする触媒バイパス通路（１２）と、該触媒バイパス通路（１２）を開閉する触媒バイパス通路開閉弁（１３）と、前記上流側触媒（１１）と前記タービン（９ａ）の間の部分から排気の一部を吸気系（７）に還流する第１排気還流通路（２５ａ，２５ｂ）と、前記上流側触媒（１１）の上流側から排気の一部を前記吸気系に還流する第２排気還流通路（３１，２５ａ）と、前記第１排気還流通路と第２排気還流通路とを切り換える切換弁（３２）とを備えることを特徴とする内燃機関を提供する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、前記タービン（９ａ）の下流側に設けられた下流側触媒（３３）をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関において、前記タービン（９ａ）をバイパスするタービンバイパス通路（１４）と、該タービンバイパス通路（１４）を開閉するタービンバイパス通路開閉弁（１５）とをさらに備え、前記下流側触媒（３３）は、前記タービン（９ａ）より下流側の排気通路（８）と前記タービンバイパス通路（１４）とが合流する部分より下流側に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の内燃機関において、前記下流側触媒（３３）の下流側に粒子状物質フィルタ（３４）をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関において、前記粒子状物質フィルタ（３４）の下流側にリーンＮＯｘ触媒（３５）をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項３から６の何れか１項に記載の内燃機関において、前記下流側触媒（３３）は、ＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒または炭化水素吸着材を加えた酸化触媒であることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関において、前記上流側触媒（１１）は、炭化水素吸着材を加えた酸化触媒、またはＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒、またはＮＯｘ捕捉材及び炭化水素吸着材を加えた三元触媒であることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の内燃機関において、前記ＮＯｘ捕捉材はセリアであり、前記炭化水素吸着材はゼオライトであることを特徴とする。
【００１５】
上記第２の目的を達成するため請求項１０に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の温度（ＴＷ）が低いときは前記触媒バイパス通路開閉弁（１３）を閉弁するとともに前記切換弁（３２）を前記第１排気還流通路（２５ａ，２５ｂ）側に切り換え、その状態で前記第１排気還流通路を介して還流される排気の温度（ＴＥＧＲ）が所定排気温度（ＴＥＧＲＸ）を超えたとき、前記切換弁（３２）を前記第２排気還流通路（３１，２５ａ）側に切り換えることを特徴とする制御装置を提供する。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の温度（ＴＷ）が低いときは、前記触媒バイパス通路開閉弁（１３）を閉弁することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記上流側触媒の温度（ＴＰＴＣ）が所定触媒温度（ＴＰＴＣＸ）以下であるときは、前記触媒バイパス通路開閉弁（１３）を閉弁することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、前記機関の減速時（ＡＰ＝０，ＮＥ＞ＮＥＩＤＬ）は、前記触媒バイパス通路開閉弁（１３）を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、触媒バイパス通路開閉弁を閉弁した状態では、機関から排出された排気は上流側触媒を通過し、上流側触媒から排出される排気の一部が排気還流通路を介して吸気系に還流されるとともに、残りの大部分の排気はタービンに供給される。機関の暖機完了前は、触媒バイパス通路開閉弁を閉弁することにより、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が吸気系に還流される。その結果、機関の暖機を促進するとともに、排気還流通路に未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路の有効断面積の減少、あるいは排気還流制御弁の固着を回避することができる。また、機関の暖機完了後においては、触媒バイパス通路開閉弁を開弁することにより、上流側触媒の熱劣化や圧力損失の増加を抑制するとともに、還流排気の温度が高くなりすぎることを防止することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、触媒バイパス通路開閉弁を閉弁し、かつ切換弁を第１排気還流通路側に切り換えた状態では、機関から排出された排気は上流側触媒を通過し、上流側触媒から排出される排気の一部が第１排気還流通路を介して吸気系に還流されるとともに、残りの大部分の排気はタービンに供給される。機関の暖機完了前は触媒バイパス通路開閉弁を閉弁することにより、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が吸気系に還流される。その結果、機関の暖機を促進するとともに、排気還流通路に未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路の有効断面積の減少、あるいは排気還流制御弁の固着を回避することができる。また、機関の暖機完了後においては、触媒バイパス通路開閉弁を開弁することにより、上流側触媒の熱劣化や圧力損失の増加を抑制するとともに、還流排気の温度が高くなりすぎることを防止することができる。さらに、触媒バイパス通路開閉弁の閉弁中に、還流排気温度がある程度高くなった時点で、切換弁を第２排気還流通路側に切り換えることにより、上流側触媒による排気浄化を行いつつ、還流排気温度が高くなりすぎることを防止することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、タービンの下流側に下流側触媒が設けられるので、触媒バイパス通路開閉弁を開弁している状態（上流側触媒をバイパスしている状態）でも排気浄化を確実に行うことができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、機関の暖機運転中にタービンバイパス通路開閉弁を開弁することにより、排気がタービンをバイパスして下流側触媒に流入する。その結果、下流側触媒の昇温を促進し、活性化を早めることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、下流側触媒の下流側に粒子状物質フィルタが配置されるので、粒子状物質フィルタを下流側触媒の上流側に配置する場合に比べて、下流側触媒の活性化を早めることができる。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、粒子状物質フィルタの下流側にリーンＮＯｘ触媒が配置されるので、粒子状物質フィルタの再生を行う際に粒子状物質フィルタの昇温を早めるとともに、リーンＮＯｘ触媒の熱劣化を軽減することができる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、下流側触媒は、ＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒または炭化水素吸着材を加えた酸化触媒で構成される。ＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒で構成することにより、機関の高負荷運転時において上流側触媒でＮＯｘを十分の捕捉できない場合でも、下流側触媒で捕捉し、高いＮＯｘ捕捉率を確保することができる。また、炭化水素吸着材を加えた酸化触媒で構成することにより、排気温が高いときに、上流側触媒をバイパスさせて排気を下流側触媒に供給し、炭化水素及びＣＯの酸化を促進することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、上流側触媒は、炭化水素吸着材を加えた酸化触媒、またはＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒、またはＮＯｘ捕捉材及び炭化水素吸着材を加えた三元触媒で構成される。上流側触媒にＮＯｘ捕捉材を加えることにより、機関の始動直後においてもＮＯｘを捕捉することができ、捕捉したＮＯｘは空燃比リッチ化によって還元することができる。また炭化水素吸着材を加えることにより、機関の始動直後において炭化水素を吸着し、排出量を大幅に低減することができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明によれば、ＮＯｘ捕捉材はセリアで構成されるので、アルカリ金属などに比べてより低温でＮＯｘを捕捉することができる。また炭化水素吸着材としてゼオライトを用いることにより、排気が高温であるときに十分な吸着能力を得ることができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、機関の温度が低いときは触媒バイパス通路開閉弁が閉弁されるとともに切換弁が第１排気還流通路側に切り換えられ、その状態で第１排気還流通路を介して還流される排気の温度が所定排気温度を超えたとき、切換弁が第２排気還流通路側に切り換えられる。触媒バイパス通路開閉弁を閉弁し、かつ切換弁を第１排気還流通路側に切り換えた状態では、機関から排出された排気は上流側触媒を通過し、上流側触媒から排出される排気の一部が第１排気還流通路を介して吸気系に還流される。したがって、機関温度が低い、機関の暖機完了前は触媒バイパス通路開閉弁が閉弁されるので、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が第１排気還流通路を介して吸気系に還流される。その結果、機関の暖機を促進するとともに、排気還流通路に未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路の有効断面積の減少、あるいは排気還流制御弁の固着を回避することができる。さらに、触媒バイパス通路開閉弁の閉弁中に、還流排気温度が所定排気温度を超えると、切換弁が第２排気還流通路側に切り換えられるので、上流側触媒による排気浄化を行いつつ、還流排気温度が高くなりすぎることを防止することができる。その結果、良好な排気特性を得ることができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、機関温度が低いときは、触媒バイパス通路開閉弁が閉弁されるので、機関から排出された排気は上流側触媒を通過し、上流側触媒から排出される排気の一部が排気還流通路を介して吸気系に還流されるとともに、残りの大部分の排気はタービンに供給される。したがって、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が吸気系に還流される。その結果、機関の暖機を促進するとともに、排気還流通路に未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路の有効断面積の減少、あるいは排気還流制御弁の固着を回避することができる。
【００３０】
請求項１２に記載の発明によれば、上流側触媒温度が所定触媒温度以下であるときは、触媒バイパス通路開閉弁が閉弁されるので、機関から排出された排気は上流側触媒を通過し、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して触媒温度を早期に上昇させることができる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明によれば、機関の減速時は、触媒バイパス通路開閉弁が開弁される。減速時は、通常機関への燃料供給が停止され、燃焼室から排出されるガス温度が低いので、上流側触媒をバイパスさせることにより、減速時に上流触媒の温度が低下することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４に電気的に接続されており、燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ４により制御される。
【００３３】
エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービン９ａと、タービン９ａとシャフトを介して連結されたコンプレッサ９ｂとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。排気管８には、タービン９ａをバイパスするタービンバイパス通路１４が接続されており、タービンバイパス通路１４にはタービンバイパス弁１５が設けられている。タービンバイパス弁１５は、ＥＣＵ４に接続されており、ＥＣＵ４により開閉制御される。
【００３４】
吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ２１が設けられ、さらにインタークーラ２１の下流側には、スロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、アクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、アクチュエータ２３はＥＣＵ４に接続されている。ＥＣＵ４は、アクチュエータ２３を介して、スロットル弁２２の開度制御を行う。
【００３５】
排気管８には、排気の浄化を行う上流側触媒１１が設けられ、上流側触媒１１をバイパスする触媒バイパス通路１２が接続されている。上流側触媒１１としては、ＨＣ吸着材としてのゼオライト及び白金を含む酸化触媒、あるいはＮＯｘ吸着性を有するセリアを含む三元触媒が用いられる。
【００３６】
上流側触媒１１は、アルミナ担体に白金（Ｐt)及びパラジウム（Ｐｄ）を担持させるとともに、ＮＯｘ捕捉材としてのセリアと、排気中のＨＣ（炭化水素）濃度が比較的高い還元雰囲気において、ＨＣの水蒸気改質反応を促進するロジウム（Ｒｈ）と、ＨＣ吸着材としてのゼオライトとを加えた三元触媒により構成してもよい。水蒸気改質反応は、炭化水素と水蒸気が反応し、水素及び一酸化炭素を生成し、さらに一酸化炭素が水蒸気と反応し、水素と二酸化炭素を生成する反応である。
【００３７】
上流側触媒１１にＮＯｘ捕捉材を加えることにより、エンジン始動直後においてもＮＯｘを捕捉することができ、捕捉したＮＯｘは空燃比リッチ化によって還元することができる。また上流側触媒１１にＨＣ吸着材を加えることにより、エンジン始動直後において炭化水素を吸着し、排出量を大幅に低減することができる。さらにＮＯｘ捕捉材としてセリアを用いることにより、アルカリ金属などを用いる場合に比べてより低温でＮＯｘを捕捉することができる。またＨＣ吸着材としてゼオライトを用いることにより、排気が高温であるときに十分な吸着能力を得ることができる。
【００３８】
触媒バイパス通路１２と排気管８の接続部には、第１切換弁１３が設けられている。第１切換弁１３は、ＥＣＵ４に接続されており、その作動はＥＣＵ４により制御される。第１切換弁１３は、触媒バイパス通路１２を介して排気をタービン９ａに供給する状態（以下「バイパス通路開状態」という）と、上流側触媒１１を介して排気をタービン９ａに供給する状態（以下「バイパス通路閉状態」という）とに切り換えられる。
【００３９】
排気管８の切換弁１３の下流側と、吸気管７のスロットル弁２２の下流側との間には、排気の一部を吸気管７に還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、還流させる排気を冷却する還流排気クーラ３０と、還流排気クーラ３０をバイパスするバイパス通路２９と、還流排気クーラ３０側とバイパス通路２９側との切り換えを行う第２切換弁２８と、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２６とが設けられている。ＥＧＲ弁２６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ４により制御される。排気還流通路２５、還流排気クーラ３０、バイパス通路２９、第２切換弁２８、及びＥＧＲ弁２６により、排気還流機構が構成される。
【００４０】
吸気管７には、吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ４１、コンプレッサ９ｂの下流側の吸気圧（過給圧）ＰＢを検出する過給圧センサ４２、吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ４３、及び吸気温ＴＩを検出する吸気温センサ４４が設けられている。これらのセンサ４１〜４４は、ＥＣＵ４と接続されており、センサ４１〜４４の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。
【００４１】
排気管８の、タービン９ａの下流側（排気管８とタービンバイパス通路１４の接続部より下流側）には、排気ガス中に含まれる炭化水素などの酸化を促進する下流側触媒３３と、粒子状物質（主としてすすからなる）を捕集する粒子状物質フィルタ（以下「ＤＰＦ」という）３４とが設けられている。
【００４２】
下流側触媒３３は、アルミナ担体に白金（Ｐt)、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を担持させるとともに、ＮＯｘ捕捉材としてのセリアを加えた三元触媒により構成される。あるいは下流側触媒３３は、アルミナ担体に白金（Ｐt)及びパラジウム（Ｐｄ）を担持させるとともに、ＨＣ吸着材としてのゼオライトを加えた酸化触媒により構成してもよい。
【００４３】
下流側触媒３３の下流側にＤＰＦ３４を配置することにより、ＤＰＦ３４を下流側触媒３３の上流側に配置する場合に比べて、下流側触媒３３の活性化を早めることができる。
また下流側触媒３３を、ＮＯｘ捕捉材を加えた三元触媒で構成することにより、エンジンの高負荷運転時において上流側触媒１１でＮＯｘを十分の捕捉できない場合でも、下流側触媒３３で捕捉し、高いＮＯｘ捕捉率を確保することができる。また、下流側触媒３３を、ＨＣ吸着材を加えた酸化触媒で構成することにより、排気温が高いときに、上流側触媒１１をバイパスさせて排気を下流側触媒３３に供給し、炭化水素及びＣＯの酸化を促進することができる。
【００４４】
排気還流通路２５には、還流される排気の温度（以下「還流排気温度」という）ＴＥＧＲを検出する還流排気温度センサ４５が設けられている。上流側触媒１１及び下流側触媒３３には、それぞれの温度（以下「上流側触媒温度ＴＰＴＣ」及び「下流側触媒温度ＴＡＴＣ」という）を検出する上流側触媒温度センサ４６及び下流側触媒温度センサ４７が設けられている。これらの温度センサ４５〜４７の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。
【００４５】
ＥＣＵ４には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ５１、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ５２、及びエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ５３が接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ４に供給される。
ＥＣＵ４は、エンジン１の各気筒の燃焼室に設けられた燃料噴射弁６に接続されており、ＥＣＵ４から駆動信号が燃料噴射弁６に供給される。
【００４６】
ＥＣＵ４は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット(以下 「ＣＰＵ」という)、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６、ＥＧＲ弁２６，第１切換弁１３，第２切換弁２８、タービンバイパス弁１５などに制御信号を供給する出力回路から構成される。
【００４７】
図６（ａ）は、三元触媒における水蒸気改質反応を説明するための図である。同図のラインＬ１〜Ｌ３は、それぞれ排気中の炭化水素（具体的にはＣ3Ｈ6）の濃度、二酸化炭素の濃度、及び一酸化炭素の濃度を示す。この図から明らかなように、３００℃から４００℃の温度範囲で水蒸気改質反応が行われる。また図６（ｂ）のラインＬ１１及びＬ１２は、図１に示すエンジンにより駆動される車両の走行中の上流側触媒温度ＴＰＴＣ及び下流側触媒温度ＴＡＴＣの推移を示す。上流側触媒温度ＴＰＴＣは、３００℃から４００℃の範囲内にある時間的割合が大きく、上流側触媒１１では水蒸気改質反応が促進されることがわかる。これに対し、下流側触媒温度ＴＡＴＣはほとんど３００℃を超えないため、下流側触媒３３では水蒸気改質反応は行われない。なお、図６（ｂ）に示す上流側触媒温度ＴＰＴＣ（Ｌ１１）の変化は、主として車速の変化に対応するものである。
【００４８】
図２は、第１切換弁１３及びタービンバイパス弁１５を制御する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＸ（例えば７０℃）より高いか否かを判別する。ステップＳ１１が否定（ＮＯ）であるときは、上流側触媒温度ＴＰＴＣが所定上流側触媒温度ＴＰＴＣＸ（例えば５００℃）より高いか否かを判別する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２が否定（ＮＯ）であるときは、還流排気温度ＴＥＧＲが所定排気温度ＴＥＧＲＸ（例えば４００℃）より高いか否かを判別する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、アクセルペダル操作量ＡＰが「０」であり、かつエンジン回転数ＮＥが所定アイドル回転数ＮＥＩＤＬ（例えば８００ｒｐｍ）より高いか否かを判別する（ステップＳ１４）。
【００４９】
ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちエンジンの暖機完了前であって、上流側触媒温度ＴＰＴＣ及び還流排気温度ＴＥＧＲがともに低い状態で、アクセルペダルが踏み込まれたときまたはエンジン１がアイドル状態にあるときは、第１切換弁１３をバイパス通路閉状態とし（ステップＳ１５）、排気を上流触媒１１を介して吸気系に還流させるとともにタービン９ａに供給する。これにより、未燃燃料成分が上流側触媒１１で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が吸気系に還流される。その結果、エンジンの暖機を促進するとともに、排気還流通路２５に未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路２５の有効断面積の減少、あるいはＥＧＲ弁２６の固着を回避することができる。
【００５０】
一方、ステップＳ１１〜Ｓ１４の何れかの答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわちエンジンの暖機が完了しているとき、上流側触媒温度ＴＰＴＣが高いとき、還流排気温度ＴＥＧＲが高いとき、またはアクセルペダル操作量ＡＰが「０」でかつエンジン回転数ＮＥが所定アイドル回転数ＮＥＩＤＬより高いとき（エンジン１の減速時）は、第１切換弁１３をバイパス弁開状態に切り換え（ステップＳ１６）、上流側触媒１１をバイパスして排気を吸気系に還流させるとともにタービン９ａに供給する。これにより、上流側触媒１１の熱劣化や圧力損失の増加を抑制するとともに、還流排気温度ＴＥＧＲが高くなりすぎることを防止することができる。また、エンジン減速時に低温の排気が上流側触媒１１に流入することが防止され、上流側触媒温度ＴＰＴＣが低下することを防止することができる。なお、上流側触媒温度ＴＰＴＣが高いときは、通常下流側触媒３３が活性化しており、下流側触媒３３により排気の浄化が行われる。
【００５１】
ステップＳ１５またはＳ１６実行後は、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１１と同様にエンジン冷却水温ＴＷが所定水温ＴＷＸより高いか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、下流側触媒温度ＴＡＴＣが所定下流側触媒温度ＴＡＴＣＸ（例えば３００℃）より高いか否かを判別する（ステップＳ１８）。
【００５２】
ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）、すなわちエンジンの暖機完了前であってしかも下流側触媒温度ＴＡＴＣが低いときは、タービンバイパス弁１５を開弁する（ステップＳ１９）。これにより、排気がタービン９ａをバイパスして下流側触媒３３に流入するので、下流側触媒３３の昇温を促進し、活性化を早めることができる。
【００５３】
一方、ステップＳ１７またはステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）であって、暖機が完了しているとき、または下流側触媒温度ＴＡＴＣが高いときは、タービンバイパス弁１５を閉弁する（ステップＳ２０）。これにより、過給機９を通常動作させることができる。
【００５４】
本実施形態では、第１切換弁１３が触媒バイパス通路開閉弁に相当し、タービンバイパス弁１５がタービンバイパス通路開閉弁に相当する。
【００５５】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態にかかるエンジンの構成を示す図である。図３に示す構成は、以下に説明する点を除き、図１に示す構成と同一である。図３に示すエンジンは、図１に示すエンジンの排気還流通路２５と、排気管８の上流側触媒１１の上流側とを接続する排気還流通路３１を備え、排気還流通路２５と排気還流通路３１との接続部に第３切換弁３２が設けられている。以下、排気還流通路２５の第３切換弁３２より下流側を「共通排気還流通路２５ａ」といい、排気還流通路２５の第３切換弁３２により上流側を「下流接続排気還流通路２５ｂ」といい、排気還流通路３１を「上流接続排気還流通路３１」という。
【００５６】
第３切換弁３２は、ＥＣＵ４に接続されており、その作動はＥＣＵ４により制御される。第３切換弁３２は、下流接続排気還流通路２５ｂと共通排気還流通路２５ａとを接続して排気を吸気系に還流する状態（以下「下流側還流状態」という）と、上流接続排気還流通路３１と共通排気還流通路２５ａとを接続して排気を吸気系に還流する状態（以下「上流側還流状態」という）とに切り換えられる。
【００５７】
図４は、第１切換弁１３、第３切換弁３２、及びタービンバイパス弁１５を制御する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
【００５８】
図４の処理は、図２の処理のステップＳ１３を削除し、ステップＳ１３ａ，１３ｂ，及び１３ｃを追加したものである。以下異なる点のみ説明する。
ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちエンジンの暖機完了前にアクセルペダルが踏み込まれたときまたはエンジンがアイドル状態にあるときは、第１切換弁１３をバイパス通路閉状態とし（ステップＳ１５）、還流排気温度ＴＥＧＲが所定排気温度ＴＥＧＲＸより高いか否かを判別する（ステップＳ１３ａ）。この答が肯定（ＹＥＳ）であって、還流排気温度ＴＥＧＲが高いときは、第３切換弁３２を上流側還流状態とする（ステップＳ１３ｂ）。またステップＳ１３ａでＴＥＧＲ≦ＴＥＧＲＸであるときは、第３切換弁３２を下流側還流状態とする（ステップＳ１３ｃ）。
【００５９】
一方、ステップＳ１１，Ｓ１２，またはＳ１４の何れかの答が肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわちエンジンの暖機が完了しているとき、上流側触媒温度ＴＰＴＣが高いとき、またはアクセルペダル操作量ＡＰが「０」でありかつエンジン回転数ＮＥが所定アイドル回転数ＮＥＩＤＬより高いときは、第１切換弁１３をバイパス弁開状態に切り換え（ステップＳ１６）、上流側触媒１１をバイパスして排気をタービン９ａに供給するとともに、第３切換弁３２を下流側還流状態とする。
【００６０】
図４の処理によれば、エンジン温度が低いとき（暖機完了前でかつ上流側触媒温度ＴＰＴＣ及び還流排気温度ＴＥＧＲがともに低いとき）は、第１切換弁１３がバイパス通路閉状態とされるとともに第３切換弁３２が下流側還流状態とされるので、エンジンから排出された排気は上流側触媒１１を通過し、上流側触媒１１から排出される排気の一部が共通排気還流通路２５ａを介して吸気系に還流される。エンジンの暖機完了前は第１切換弁１３がバイパス通路閉状態とされるので、未燃燃料成分が上流側触媒で燃焼して排気の温度を上昇させ、温度が上昇した排気が第１排気還流通路を介して吸気系に還流される。その結果、エンジンの暖機を促進するとともに、排気還流通路２５ａまたは２５ｂに未燃燃料成分が流入することを防止し、排気還流通路２５ａまたは２５ｂの有効断面積の減少、あるいはＥＧＲ弁２６の固着を回避することができる。さらに、第１切換弁１３をバイパス通路閉状態としているときに、還流排気温度ＴＥＧＲが所定排気温度ＴＥＧＲＸを超えると、第３切換弁３２が上流側還流状態とされるので、上流側触媒１１による排気浄化を行いつつ、還流排気温度ＴＥＧＲが高くなりすぎることを防止することができる。
【００６１】
本実施形態では、第３切換弁３２が切換弁に相当し、共通排気還流通路２５ａ及び下流接続排気還流通路２５ｂが第１排気還流通路に相当し、上流接続排気還流通路３１及び下流接続排気還流通路２５ｂが第２排気還流通路に相当する。
【００６２】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。図７に示す構成は、図３に示す構成において、排気管８のＤＰＦＧ３４の下流側にリーンＮＯｘ触媒３５を設けたものである。これ以外は、第２の実施形態と同一である。
【００６３】
ＤＰＦ３４の下流側にリーンＮＯｘ触媒３５を設けることにより、ＤＰＦ３４の再生を行う際にＤＰＦ３４の昇温を早めるとともに、リーンＮＯｘ触媒３５の熱劣化を軽減することができる。
【００６４】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図２の処理のステップＳ１２は、図５に示すようにステップＳ１２ａに代えてもよい。ステップＳ１２ａでは、下流側触媒温度ＴＡＴＣが所定下流側触媒温度ＴＡＴＣＸより高いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１６に進み、否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ１３に進む。
【００６５】
下流側触媒温度ＴＡＴＣが所定下流側触媒温度ＴＡＴＣＸより高いときは、上流側触媒温度ＴＰＴＣは通常所定上流側触媒温度ＴＰＴＣＸより高くなっているので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第２の実施形態における図４の処理のステップＳ１２を、同様にステップＳ１２ａに代えてもよい。
【００６６】
また図４の処理で、ステップＳ１２及びＳ１４を削除し、エンジン冷却水温ＴＷが所定温度ＴＷＸ以下であるとき、第１切換弁１３をバイパス通路閉状態とするようにしてもよい。あるいは、図４の処理で、ステップＳ１１及びＳ１４を削除し、上流側触媒温度ＴＰＴＣが所定上流側触媒温度ＴＰＴＣＸ以下であるとき、第１切換弁１３をバイパス通路閉状態とするようにしてもよい。
【００６７】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジン及びそのようなエンジンの制御にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す第１切換弁（１３）及びタービンバイパス弁（１５）を制御する処理のフローチャートである。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示す第１切換弁（１３）、第３切換弁（３２）、及びタービンバイパス弁（１５）を制御する処理のフローチャートである。
【図５】図２に示す処理の変形例のフローチャートである。
【図６】三元触媒における水蒸気改質反応を説明するための図である。
【図７】本発明の第３の実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  内燃機関
４  電子制御ユニット
７  吸気管（吸気系）
８  排気管（排気通路）
９  ターボチャージャ（過給機）
９ａ  タービン
１１  上流側触媒
１２  触媒バイパス通路
１３  第１切換弁（触媒バイパス通路開閉弁）
１４  タービンバイパス通路
１５  タービンバイパス弁（タービンバイパス通路開閉弁）
２５  排気還流通路
２５ａ  共通排気還流通路
２５ｂ  下流接続排気還流通路
３１  上流接続排気還流通路
３２  第３切換弁
３３  下流側触媒
３４  粒子状物質フィルタ
３５  リーンＮＯｘ触媒
【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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