(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気装置として、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において、
上記流路切換弁を閉状態から開状態へ切り換えるトリガーとなるトリガー条件として、メイン触媒コンバータが活性したことからなる第１のトリガー条件と、機関運転条件が所定の閉領域から開領域へ移行したことからなる第２のトリガー条件と、を有し、流路切換弁の切換制御の際の機関トルクに影響を与える制御パラメータを、第１のトリガー条件に対しては、トルク段差を抑制するように設定し、第２のトリガー条件に対しては、加速応答を優先するように設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記制御パラメータは、流路切換弁の開度変化速度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。
【請求項３】
トリガー条件が成立したときの機関運転条件に応じて、上記開度変化速度がさらに異な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】
上記制御パラメータは、点火時期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。
【請求項５】
上記制御パラメータは、スロットル弁開度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。
【請求項６】
トリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど大きなトルク段差を許容するように制御パラメータを設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
第１のトリガー条件による流路切換弁の切換の際には、流路切換弁の開度変化速度を小さく設定するとともに、点火時期の遅角補正とスロットル弁開度の縮小補正とを併せて行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
第１のトリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど流路切換弁の開度変化速度を大きく設定するとともに、上記の点火時期の遅角補正量ならびにスロットル弁開度の縮小補正量を大きく与えることを特徴とする請求項７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流路側に流路切換弁により排気を案内するようにした排気装置に関し、特に、その流路切換弁切換時の補正制御に関する。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような構成においては、メイン触媒コンバータの暖機が完了してメイン流路側へ排気が流れるように切換弁が切り換えられたときに、通路抵抗となるバイパス触媒コンバータを通らずに排気が流れることから、背圧が急激に低下し、トルク段差（具体的にはトルクの上昇）が発生する。
【０００５】
また、一方、排気が通路抵抗の大きなバイパス流路側を流れている状態では、機関の出力ないしトルクが制限されるので、運転者の加速要求などにより機関運転条件が高速域ないし高負荷域に移行したときにも、切換弁を切り換える必要があるが、このような場合には、トルク段差はあまり問題とならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、この発明は、排気装置として、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において、上記流路切換弁を閉状態から開状態へ切り換えるトリガーとなるトリガー条件を複数有し、それぞれのトリガー条件に応じて、流路切換弁の切換制御の際の制御パラメータを異ならせることを特徴としている。
【０００７】
例えば、メイン触媒コンバータが活性したことをトリガー条件の一つとし、機関運転条件が所定の閉領域から開領域へ移行したことをトリガー条件の他の一つとし、それぞれで制御パラメータが異なる。
【０００８】
望ましくは、メイン触媒コンバータの活性化に起因するトリガー条件に対しては、トルク段差を抑制するように制御パラメータを設定し、運転者の加速要求に起因するトリガー条件に対しては、加速応答を優先するように制御パラメータを設定する。
【０００９】
上記制御パラメータは、例えば、流路切換弁の開度変化速度、点火時期、スロットル弁開度、などである。
【００１０】
例えば、メイン触媒コンバータの活性というトリガー条件に対しては、流路切換弁の開度変化速度を小さくすることでトルク段差が緩慢となり、例えば、加速要求に起因するトリガー条件に対しては、流路切換弁の開度変化速度を大きくすることで、応答性が確保される。
【００１１】
トリガー条件が成立したときの機関運転条件に応じて、上記開度変化速度がさらに異なるようにしてもよい。例えば、負荷が高いほど、開度変化速度を大きくし、負荷が小さければ、トルク段差を抑制するために、開度変化速度を小さくする。
【００１２】
すなわち、一つの態様では、トリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど大きなトルク段差を許容するように制御パラメータを設定する。
【００１３】
また、一つの態様では、メイン触媒コンバータが活性したことをトリガー条件とする流路切換弁の切換の際には、流路切換弁の開度変化速度を小さく設定するとともに、点火時期の遅角補正とスロットル弁開度の縮小補正とを併せて行う。
【００１４】
切換時の点火時期の遅角補正は、トルク段差を応答性良く抑制できる反面、遅角側のサージ限界のため大きなトルク段差の吸収は困難である。これに対し、スロットル弁開度の縮小補正は、比較大きなトルク段差の吸収が可能である反面、吸入空気量変化の応答遅れにより、その応答性が低い。従って、両者を組み合わせることで、比較的大きなトルク段差を応答性よく吸収できる。
【００１５】
上記の点火時期の遅角補正とスロットル弁開度の縮小補正を、トリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど大きな補正量とし、これに合わせて、トリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど流路切換弁の開度変化速度を大きく設定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、例えばメイン触媒コンバータが活性したときの流路の切換に対して大きなトルク段差を生じることがなく、かつ運転者の積極的な加速要求による流路の切換に対しては、加速応答性を高めるように制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明を直列４気筒内燃機関の制御装置として適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この内燃機関の排気装置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、排気装置の構成を説明する。
【００１９】
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。
【００２０】
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１２において該メイン通路３に接続されている。
【００２１】
なお、メイン触媒コンバータ４の入口部ならびに出口部、および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、それぞれ空燃比センサ１０，１１，１３，１４が配置されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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（さらにはその開度変化速度）、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、第１トリガー条件として、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。
【００２６】
ここで、上記のように流路切換弁５がメイン通路３を開放したときに、メイン通路３の通路抵抗が小さいことから、背圧が急激に低下し、そのままではトルク段差つまりトルクの上昇が発生する。特に、分岐点６から合流点１２までの間のバイパス通路７の容積に比べて、分岐点６から合流点１２までの間のメイン通路３の容積は非常に大きいので、流路切換弁５がメイン通路３を開いたときに、一時的に背圧がより大きく低下し、一時的なトルク上昇がより顕著に発生する。
【００２７】
一方、流路切換弁５が閉じていて排気流がバイパス通路７側を流れる状態では、排気流量が大となる高速域ないしは高負荷域に対応できないため、流路切換弁５が閉状態に制御されるのは、機関運転条件（負荷および機関回転数）が低速低負荷側の所定の領域（これを便宜上、バルブ閉領域と呼ぶ）内に限定され、これ以外の領域（同じくバルブ開領域と呼ぶ）では、メイン触媒コンバータ４が未活性であっても、流路切換弁５は開状態となる。従って、第２トリガー条件として、運転条件がバルブ閉領域からバルブ開領域へ移行すると、上述した場合と同様に、流路切換弁５が閉から開へと切り換えられる。
【００２８】
図２は、上記のバルブ閉領域およびバルブ開領域を示す特性図であり、特にこの図では、縦軸の負荷を、スロットル弁２４下流の吸入負圧（Boost）でもって示している。図示するように、バルブ閉領域は低速低負荷側にあり、運転者のアクセルペダルの踏込による負荷の上昇あるいは車速上昇に伴う機関回転数の上昇、などによりバルブ閉領域からバルブ開領域へ運転条件が移行すると、メイン触媒コンバータ４が未活性であっても、流路切換弁５が閉から開へと切り換えられ、排気流がメイン通路３側を通る。この切換の際にも、やはりトルク段差が発生する。
【００２９】
すなわち、流路切換弁５を閉から開へと切り換えるトリガーとなるトリガー条件として、この実施例では、触媒が活性したという第１トリガー条件と、運転条件がバルブ開領域へ移行したという第２トリガー条件と、がある。ここで、第１トリガー条件の場合は、運転者が予期せぬタイミングで切換が行われるので、トルク段差は極力小さいことが望ましく、他方、第２トリガー条件の場合は、基本的に運転者の加速要求に伴うものであるので、トルク段差の抑制よりも加速応答を優先することが望ましい。
【００３０】
以下、流路切換弁５の切換、特に、閉から開へと切り換える際の制御について説明する。
【００３１】
図３は、定常運転中に第１トリガー条件により切換が行われる場合の種々の制御パラメータの変化を示すタイムチャートである。ここでは、同じ定常運転であっても、負荷が低，中，高と３段階に異なる３つの例（それぞれ例１、例２、例３と記す）をまとめて示してある。これは、例えば、図２のａ，ｂ，ｃの運転点にそれぞれ対応する。なお、ここでは機関回転数は変化しないものと仮定している。図のＡＰＯはアクセルペダル開度、ＴＶＯはスロットル弁開度、ＡＤＶは点火時期、である。これらの例では、例えば機関冷却水温等に基づいて触媒活性判定フラグが１となると、バルブ開許可フラグが１となり、流路切換弁５の切換が開始する。
【００３２】
低負荷の定常運転中である例１では、トルク段差が生じないように、アクチュエータ５ａによる流路切換弁５の開度変化速度が小さく制限され、流路切換弁５が徐々に開いていく。スロットル弁開度ＴＶＯは、流路切換弁５の閉状態と開状態とでは、それぞれ異なる制御マップに基づいて制御され、同じ運転条件に対して、開状態のマップの設定値の方が相対的に小さい。これは、通路抵抗の差を考慮したものである。従って、流路切換弁５の切換開始前と切換完了後とでは目標のスロットル弁開度ＴＶＯに差があるが、図示するように、徐々に開いていく流路切換弁５の開度変化に対応して、スロットル弁開度ＴＶＯは徐々に縮小し、開状態の下での目標値へと移行する。
【００３３】
また、点火時期ＡＤＶも、流路切換弁５の閉状態と開状態とでは、それぞれ異なる制御マップに基づいて制御され、同じ運転条件に対して、開状態のマップの設定値の方が相対的に進角側となる。これは、排気系の通路抵抗が大きな閉状態では、残留ガスが増え、ノック限界が遅角側に制限されることを考慮したものである。従って、流路切換弁５の切換開始前と切換完了後とでは目標の点火時期ＡＤＶに差があるが、図示するように、この点火時期ＡＤＶは、流路切換弁５が完全に開となるまで、遅角側の値（閉状態の目標値）を維持し、完全に開となった段階で、開状態の下での目標値へと進角する。
【００３４】
このように、例１では、流路切換弁５の開度変化を緩慢とし、かつ全開となるまで点火時期ＡＤＶを相対的に遅角側に維持することにより、トルク段差が小さく抑制される。
【００３５】
また、高負荷の定常運転中である例３では、アクチュエータ５ａによる流路切換弁５の開度変化速度が相対的に大きく制御され、流路切換弁５が比較的速く全開となる。スロットル弁開度ＴＶＯおよび点火時期ＡＤＶは例１と同様に制御される。中間の負荷の定常運転中である例２では、流路切換弁５の開度変化速度が例１と例３の中間の速度に制御され、スロットル弁開度ＴＶＯおよび点火時期ＡＤＶも同様に制御される。これらの場合も、トルク段差が十分に抑制される。
【００３６】
図４は、触媒未活性状態で第２トリガー条件により切換が行われる場合の種々の制御パラメータの変化を示すタイムチャートである。ここでは、緩加速により車速（機関回転数）が緩やかに上昇した場合（例４）と、急加速により車速（機関回転数）が急激に上昇した場合（例５）とを対比して示してある。
【００３７】
これらの例では、例えば機関回転数Ｎｅが上昇してバルブ閉領域とバルブ開領域との境界を越えると、触媒活性判定フラグに無関係にバルブ開許可フラグが１となり、流路切換弁５の切換が開始する。なお、例４は、例えば図２のｂ点からｂ’点へと境界を横切り、例５は、例えばｃ点からｃ’点へと境界を横切るものとなる。図４は、このバルブ開許可フラグが１となるタイミングが例４と例５とで揃うように示している。
【００３８】
緩加速である例４では、あまり大きなトルク段差が生じないように、アクチュエータ５ａによる流路切換弁５の開度変化速度がある程度小さく制限され、流路切換弁５が徐々に開いていく。但し、同じ運転条件（ｂ点）であっても、第１トリガー条件による図３の例２に比べると、加速要求に基づく第２トリガー条件による例４の方が、開度変化速度は大きく与えられる。スロットル弁開度ＴＶＯは、前述したように流路切換弁５の閉状態と開状態とで、それぞれ異なる制御マップに基づいて制御され、同じ運転条件に対して、開状態のマップの設定値の方が相対的に小さくなるが、緩加速の例４では、第１トリガー条件のときと同様に、徐々に開いていく流路切換弁５の開度変化に対応して、スロットル弁開度ＴＶＯは徐々に縮小し、開状態の下での目標値へと移行する。
【００３９】
また、点火時期ＡＤＶも、前述したように流路切換弁５の閉状態と開状態とで、それぞれ異なる制御マップに基づいて制御され、同じ運転条件に対して、開状態のマップの設定値の方が相対的に進角側となるが、第１トリガー条件のときと同様に、流路切換弁５が完全に開となるまで、遅角側の値（閉状態の目標値）を維持し、完全に開となった段階で、開状態の下での目標値へと進角する。
【００４０】
このように例４では、流路切換弁５の開度変化を遅くし、その間、点火時期ＡＤＶを遅角側に維持することで、トルク段差が抑制されるが、第１トリガー条件のときと比べると、流路切換弁５の開度変化が速いので、必要十分な加速応答が得られる。
【００４１】
これに対し急加速である例５では、加速応答を優先するために、アクチュエータ５ａによる最大の速度でもって流路切換弁５が切り換えられる。そして、スロットル弁開度ＴＶＯは、例４とは異なり、流路切換弁５が完全に開となるまで、閉状態の制御マップの目標値をそのまま維持し、完全に開となった段階で、開状態の制御マップの目標値に切り換える。つまり、第１トリガー条件のときに比べて、スロットル弁開度ＴＶＯが相対的に大きく与えられる。従って、良好な加速応答が得られる。
【００４２】
なお、点火時期ＡＤＶは、第１トリガー条件のときと同様に、流路切換弁５が完全に開となるまで、遅角側の値（閉状態の目標値）を維持し、完全に開となった段階で、開状態の下での目標値へと進角する。
【００４３】
次に、図５は、定常運転中に第１トリガー条件により切換が行われる場合の制御の第２実施例を示すタイムチャートである。ここでは、図３と同様に、同じ定常運転であっても、負荷が低，中，高と３段階に異なる３つの例（例えば、図２のａ，ｂ，ｃの運転点にそれぞれ対応する）を、例１、例２、例３として、まとめて示してある。
【００４４】
この第２実施例は、スロットル弁開度ＴＶＯおよび点火時期ＡＤＶの積極的な補正により、トルク段差をより確実に防止するようにしたものであって、流路切換弁５の開度変化速度は、第１実施例と同様に負荷が低いほど緩慢となるように制御されるが、スロットル弁開度ＴＶＯは、流路切換弁５の開き始めと同時に一時的に小さくなるように補正され、その後、流路切換弁５の開度変化に合わせて、開状態の制御マップの目標値に向かって徐々に変化していく。この初期の補正量は、負荷が高いほど大きく、つまり、例１、例２、例３の順で大きな補正量となる。
【００４５】
また、点火時期ＡＤＶは、流路切換弁５の開き始めと同時に一時的に遅角側に補正され、その後、流路切換弁５の開度変化に合わせて、開状態の制御マップの目標値に向かって徐々に変化していく。この初期の遅角側への補正量は、負荷が高いほど大きく、つまり、例１、例２、例３の順で大きな補正量となる。
【００４６】
このように点火時期ＡＤＶを一時的に遅角することで、トルクが直ちに減少する。また、スロットル弁開度ＴＶＯを一時的に大きく縮小補正することで、吸入空気量が抑制され、やはりトルクが抑制される。負荷が高い領域でのトルクの減少を点火時期ＡＤＶの遅角のみに依存すると、サージが発生する虞があるが、両者を組み合わせることで、点火時期ＡＤＶを過度に遅角することなく応答性よくトルク段差を吸収できる。
【００４７】
また上記のように初期の点火時期ＡＤＶの補正量ならびにスロットル弁開度ＴＶＯの補正量を、第１トリガー条件が成立したときの機関運転条件が高負荷側にあるほど大きな補正量とすることにより、トルク段差を確実に吸収しつつ、流路切換弁５の開度変化速度を、第１トリガー条件が成立したときに高負荷側であるほどより大きく設定することができる。この結果、高負荷側では速やかに流路切換弁５が開き、さらなる負荷要求が生じた場合にも、これに確実に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明に係る排気装置の配管レイアウトならびに制御システムの一例を示す構成説明図。
【図２】バルブ閉領域およびバルブ開領域を示す特性図。
【図３】定常運転中に第１トリガー条件により切換が行われる場合のタイムチャート。
【図４】触媒未活性状態で第２トリガー条件により切換が行われる場合のタイムチャート。
【図５】第１トリガー条件による切換の異なる実施例を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４９】
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
１２…合流点
２７…エンジンコントロールユニット
【図１】
0004706463.tif 000002
【図２】
0004706463.tif 000003
【図３】
0004706463.tif 000004
【図４】
0004706463.tif 000005
【図５】
0004706463.tif 000006