(57)【要約】【課題】排気ガス中の成分を浄化する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、機関始動後、触媒温度をできるだけ早く活性温度まで上昇させる。【解決手段】ＨＣ保持材１２と、ＣＯを酸化して浄化すると共にＣＯ以外の少なくとも１つの成分を浄化する浄化触媒１３とを排気通路内に備える。浄化触媒がＣＯを酸化して浄化する温度をＣＯ浄化温度と称し、浄化触媒がＣＯ以外の成分を浄化する温度を活性温度と称したとき、活性温度がＣＯ浄化温度よりも高く、浄化触媒はその温度がＣＯ浄化温度よりも低いときＣＯを保持する。機関始動時に触媒温度がＣＯ浄化温度よりも低い間は混合気の空燃比をリッチに制御すると共に排気ガスがＨＣ保持材を通過した後に浄化触媒に流入するようにし、触媒温度がＣＯ浄化温度以上になったときには混合気の空燃比をリーンに制御すると共に排気ガスが少なくとも浄化触媒に流入するようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＣを保持するＨＣ保持材と、ＣＯを酸化して浄化すると共にＣＯ以外の少なくとも１つの成分を浄化する浄化触媒とを排気通路内に備えた内燃機関において、前記浄化触媒がＣＯを酸化して浄化するようになる温度をＣＯ浄化温度と称し、前記浄化触媒がＣＯ以外の成分を浄化するようになる温度を活性温度と称したとき、活性温度がＣＯ浄化温度よりも高く、前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度よりも低いときには前記浄化触媒はＣＯを保持し、内燃機関の始動時に前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度よりも低い間は燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御すると共に排気ガスがＨＣ保持材を通過した後に浄化触媒に流入するように排気ガスの流れを制御し、前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときには燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリーン空燃比に制御すると共に排気ガスが少なくとも浄化触媒に流入するように排気ガスの流れを制御することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上であって前記活性温度よりも低い間は燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の開弁タイミングの少なくとも一方を変更するバルブタイミング変更機構をさらに具備し、排気弁が開弁している期間と吸気弁が開弁している期間とが重なる期間をバルブオーバラップ期間と称したとき、内燃機関の始動時に上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときにはバルブオーバラップ期間が長くなるように上記バルブタイミング変更機構によって排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の開弁タイミングの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
燃焼室内の燃料に点火するタイミングを変更する点火タイミング変更手段をさらに具備し、内燃機関の始動時に上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときには前記点火タイミング変更手段によって燃焼室内の燃料に点火するタイミングを遅角することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記浄化触媒がＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に浄化する三元触媒であり、上記活性温度は該三元触媒がＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に浄化するようになる温度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に内燃機関の排気浄化装置が記載されている。この排気浄化装置では、メインの排気通路内に三元触媒が配置されていると共に、三元触媒の上流側においてメインの排気通路からいったん分岐して再びメインの排気通路に合流するサブの排気通路内にＨＣ（炭化水素）を吸着する吸着材が配置されている。そして、この排気浄化装置では、内燃機関の始動時、三元触媒の温度がその活性温度に達するまで、排気ガスが吸着材を通って三元触媒に流入するように排気ガスの流れを制御することによって排気ガス中に含まれているＨＣを吸着材に吸着させる。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−８１６３７号公報
【特許文献２】特開平９−８８６６３号公報
【特許文献３】特開平５−５９９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１に記載された排気浄化装置では、排気ガスの熱によってのみ三元触媒の温度をその活性温度まで上昇させようとしている。したがって、特許文献１に記載された排気浄化装置には、三元触媒の温度をできるだけ早く活性温度まで上昇させるという観点からは、改良の余地があると言える。このことは、排気ガス中の成分を浄化する浄化触媒を備えた排気浄化装置にも等しく当てはまることである。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、排気ガス中の成分を浄化する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の始動後、浄化触媒の温度をできるだけ早く活性温度まで上昇させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、ＨＣを保持するＨＣ保持材と、ＣＯを酸化して浄化すると共にＣＯ以外の少なくとも１つの成分を浄化する浄化触媒とを排気通路内に備えた内燃機関において、前記浄化触媒がＣＯを酸化して浄化するようになる温度をＣＯ浄化温度と称し、前記浄化触媒がＣＯ以外の成分を浄化するようになる温度を活性温度と称したとき、活性温度がＣＯ浄化温度よりも高く、前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度よりも低いときには前記浄化触媒はＣＯを保持し、内燃機関の始動時に前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度よりも低い間は燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御すると共に排気ガスがＨＣ保持材を通過した後に浄化触媒に流入するように排気ガスの流れを制御し、前記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときには燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリーン空燃比に制御すると共に排気ガスが少なくとも浄化触媒に流入するように排気ガスの流れを制御する。
【０００７】
２番目の発明では、１番目の発明において、上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上であって前記活性温度よりも低い間は燃焼室内に形成する混合気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに交互に切り替える。
【０００８】
３番目の発明では、１または２番目の発明において、排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の開弁タイミングの少なくとも一方を変更するバルブタイミング変更機構をさらに具備し、排気弁が開弁している期間と吸気弁が開弁している期間とが重なる期間をバルブオーバラップ期間と称したとき、内燃機関の始動時に上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときにはバルブオーバラップ期間が長くなるように上記バルブタイミング変更機構によって排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の開弁タイミングの少なくとも一方を制御する。
【０００９】
４番目の発明では、１〜３番目の発明のいずれか１つにおいて、燃焼室内の燃料に点火するタイミングを変更する点火タイミング変更手段をさらに具備し、内燃機関の始動時に上記浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときには前記点火タイミング変更手段によって燃焼室内の燃料に点火するタイミングを遅角する。
【００１０】
５番目の発明では、１〜４番目の発明のいずれか１つにおいて、上記浄化触媒がＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に浄化する三元触媒であり、上記活性温度は該三元触媒がＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に浄化するようになる温度である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、内燃機関の始動に浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度よりも低い間は、燃焼室内に形成する混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される。したがって、このときに燃焼室から排出される排気ガス中には、主に、ＨＣとＣＯとが含まれている。そして、この排気ガスは、ＨＣ保持材を通過した後に浄化触媒に流入する。したがって、排気ガス中のＨＣは、ＨＣ保持材に保持され、排気ガス中のＣＯは、浄化触媒に保持される。そして、その後、浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度以上になったときには、燃焼室内に形成する混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される。したがって、このときに燃焼室から排出される排気ガス中には、多量の酸素が含まれている。そして、この排気ガスは、少なくとも浄化触媒に流入する。
【００１２】
すなわち、本発明によれば、内燃機関の始動時、浄化触媒の温度が活性温度になるまでの間、ＨＣは、ＨＣ保持材に保持されてしまい、浄化触媒には到達せず、ＣＯのみが浄化触媒に到達する。このため、浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度に達するまでには、浄化触媒全体にＣＯが保持されていることになる。そして、浄化触媒の温度がＣＯ浄化温度に達すると、浄化触媒には、多量の酸素を含んで排気ガスが流入するので、浄化触媒全体に保持されているＣＯが排気ガス中の酸素と酸化反応して熱を発する。このため、浄化触媒の温度が浄化触媒全体に亘って上昇するので、結果的に、本発明によれば、浄化触媒の温度を素早く活性温度に到達させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１において、１は内燃機関の本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気枝管、５は吸気管、６はエアクリーナ、７はスロットル弁、８は排気枝管、９は排気管、１７は点火栓をそれぞれ示している。エアクリーナ６には、そこを通る空気の温度を検出する温度センサ１０が取り付けられている。また、エアクリーナ６とスロットル弁７との間の吸気管５には、そこを通る空気の量、したがって、燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００１４】
また、排気管９内には、ＨＣ（炭化水素）を保持するＨＣ保持材１２が配置されている。ＨＣ保持材１２は、例えば、ゼオライトからなり、その温度が或る温度よりも低いときにＨＣを吸着等によって保持し、その温度が或る温度以上となると保持しているＨＣを放出する。以下、ＨＣ保持材１２が保持しているＨＣを放出するようになる温度を「ＨＣ放出温度」という。なお、ＨＣ保持材１２は、排気ガス中の水分をも保持することができる。また、ＨＣ保持材として、ゼオライトにアルミナを混合したものと用いてもよい。この場合、ＨＣ保持材の吸水性とＨＣ吸着性とが向上する。
【００１５】
また、ＨＣ保持材１２下流の排気管９内には、三元触媒１３が配置されている。三元触媒１３は、図２に示されているように、その温度が或る温度以上となり且つそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍（図２の範囲Ｘ）にあるときにＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に高い浄化率でもって浄化する。こうしたことから、以下の説明では、三元触媒１３がＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に高い浄化率でもって浄化するようになる温度を「活性温度」という。また、三元触媒１３は、その温度が活性温度よりも非常に低い温度にあるときにはＣＯを保持するだけであるが、その温度が活性温度よりも低いときであっても或る温度以上になるとＣＯを酸化、特に、燃焼することができるようになる。こうしたことから、以下の説明では、三元触媒１３がＣＯを燃焼することができるようになる温度を「ＣＯ燃焼温度」という。
【００１６】
また、三元触媒１３の上流であってＨＣ保持材１２の下流の排気管９には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１４が取り付けられている。さらに、三元触媒１３の下流の排気管９にも、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１５が取り付けられている。本実施形態では、三元触媒１３上流の排気管９に取り付けられている空燃比センサ１４として、図３に示されているように、排気ガスの空燃比に比例した電流値を発生するいわゆるリニア空燃比センサが採用されており、三元触媒１３下流の排気管９に取り付けられている空燃比センサ１５として、図４に示されているように、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに略１．０Ｖの電圧値を発生すると共に排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに略０Ｖの電圧値を発生し、排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切り替わるときに略０．５Ｖの電圧値を発生するいわゆるＯ２センサが採用されている。
【００１７】
なお、図１において、１６は、電子制御装置であり、温度センサ１０、エアフローメータ１１、および、空燃比センサ１４，１５からの出力を受信し、これら受信した出力に基づいて所定の機器、例えば、燃料噴射弁３、スロットル弁７、点火栓１７の作動を制御するものである。
【００１８】
ところで、上述したように、三元触媒１３は、その温度が活性温度よりも高くなるとＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に高い浄化率でもって浄化する。したがって、三元触媒１３の浄化率をできるだけ高く維持するという観点では、例えば、内燃機関が始動された直後のように三元触媒１３の温度が活性温度よりも低いときには、三元触媒１３の温度をより早く活性温度以上にすることが好ましい。そこで、第１実施形態では、内燃機関の始動時に以下の触媒暖機制御を実行する。
【００１９】
すなわち、内燃機関の始動時、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、燃焼室２内に形成する混合気（以下単に「混合気」という）の空燃比がリッチ空燃比になるようにスロットル弁７の開度（すなわち、燃焼室２に吸入される空気の量であり、以下これを「スロットル開度」という）および燃料噴射量（すなわち、燃料噴射弁３から噴射される燃料の量）を制御する。このように混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御すれば、燃焼室２からは、ＮＯｘを全く或いは殆ど含んでおらずに主にＣＯとＨＣとを含んだ排気ガスが排出される。この排気ガスは、ＨＣ保持材１２を通過してから三元触媒１３に流入するのであるが、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、ＨＣ保持材１２の温度がＨＣ放出温度よりも低いので、排気ガス中のＨＣは、ＨＣ保持材１２に保持される。したがって、三元触媒１３に流入する排気ガス中には、ＨＣもＮＯｘも含まれておらず、主に、ＣＯのみが含まれていることになる。そして、三元触媒１３は、その温度がＣＯ燃焼温度よりも低いので、排気ガス中のＣＯを保持することになる。これにより、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達するまで、三元触媒１３には、ＣＯが次々に保持されることになる。
【００２０】
一方、三元触媒１３は、排気ガスの熱によって加熱されるので、三元触媒１３の温度は、徐々に上昇する。そして、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、本実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御する。このように混合気の空燃比をリーン空燃比に制御すれば、燃焼室２からは、酸素を多く含んだ排気ガスが排出される。したがって、このとき、三元触媒１３には、酸素を多く含んだ排気ガスが流入することになる。そして、このとき、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達しているので、三元触媒１３に保持されているＣＯは、排気ガス中の酸素と反応して燃焼し、三元触媒１３は、その燃焼熱によって加熱される。こうして、三元触媒１３の温度が早期に活性温度に到達することになる。また、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達するまでに三元触媒１３全体にＣＯが保持されることになるから、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度になったとき、ＣＯの燃焼が三元触媒１３全体で生じることから、三元触媒１３の温度は、三元触媒１３全体に亘って均一に活性温度にまで上昇せしめられる。
【００２１】
なお、三元触媒１３は、その温度が活性温度よりも低いときにはＨＣを保持することもできる。ここで、本願の発明者の研究により、三元触媒１３にＨＣが保持されているときよりもＨＣが保持されていないときのほうが、三元触媒１３のＣＯ燃焼温度が低いことが判明している。すなわち、本実施形態の触媒暖機制御によれば、排気ガスが三元触媒１３に流入するときには該排気ガスからＨＣがＨＣ保持材１２によって除去されている。このため、三元触媒１３のＣＯ燃焼温度がより低い温度となることから、三元触媒１３の温度は早期にＣＯ燃焼温度に到達することになり、その結果、早期に活性温度に到達することになる。この点からも、本実施形態によれば、内燃機関の始動時に三元触媒１３の温度を早期に活性温度に到達させることができると言える。
【００２２】
また、三元触媒１３の温度が活性温度に到達したときに、ＨＣ保持材１２の温度がＨＣ放出温度に達してＨＣ保持材１２からＨＣが放出されたとしても、三元触媒１３の温度が活性温度に到達しているので、ＨＣ保持材１２から放出されたＨＣは、三元触媒１３にて十分に浄化される。
【００２３】
また、ＨＣ保持材１２によって排気ガスからＨＣが保持されて除去されることから、ＨＣ保持材１２下流に配置されている空燃比センサ１４，１５にＨＣが付着することによる空燃比センサの出力ずれや応答遅れが防止される。また、上述したように、ＨＣ保持材１２は、排気ガス中の水分をも保持することから、本実施形態によれば、ＨＣ保持材１２下流に配置されている空燃比センサ１４，１５に水分が付着することによる空燃比センサの割れが防止される。
【００２４】
また、ＨＣ保持材１２は、その温度が低いほどＨＣを多く保持することができることから、ＨＣ保持材１２の温度が低いときには、燃焼室２から排出される排気ガス中のＨＣ量が多くても、ＨＣ保持材１２は、これらＨＣを排気ガスから十分に除去することができる。そこで、上述した実施形態において、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低いほど（すなわち、ＨＣ保持材１２の温度が低いほど）、混合気の空燃比のリッチ度合を大きくするようにしてもよい。これによれば、混合気の空燃比のリッチ度合を大きくした分、燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃度が低くなるので、三元触媒１３は、排気ガス中のＣＯをより多く保持することになる。もちろん、このとき、混合気の空燃比のリッチ度合を大きくした分、燃焼室２から排出される排気ガス中のＨＣ量が多くなるが、ＨＣ保持材１２の温度が低いので、これらＨＣは、ＨＣ保持材１２によって排気ガスから十分に除去される。
【００２５】
図５は、上述した第１実施形態の触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を示している。図５のルーチンでは、始めに、ステップ１０において、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされている（Ｆｃｏｍ＝１）か否かが判別される。ここで、触媒暖機完了フラグとは、三元触媒１３の暖機が完了している（すなわち、三元触媒１３の温度が活性温度に達している）ときにセットされ、三元触媒１３の暖機が完了していないときにリセットされるフラグである。ステップ１０において、Ｆｃｏｍ＝１であると判別されたときには、そのままルーチンを終了する。一方、ステップ１０において、Ｆｃｏｍ＝１ではない、すなわち、Ｆｃｏｍ＝０であると判別されたときには、ステップ１１に進んで、図６のルーチンに従って三元触媒１３の温度（以下「触媒温度」ともいう）Ｔｃａｔが算出される。
【００２６】
次いで、ステップ１２において、触媒温度Ｔｃａｔが活性温度Ｔａｃｔよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ１５に進んで、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍをセットし（Ｆｃｏｍ←１）、次いで、ステップ１６において、通常の空燃比制御が実行される。ここで、通常の空燃比制御とは、三元触媒１３を暖機するための空燃比制御以外の空燃比制御を意味する。
【００２７】
一方、ステップ１２において、Ｔｃａｔ≦Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ１３に進んで、触媒温度ＴｃａｔがＣＯ燃焼温度Ｔｃｏよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ≦Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ１４に進んで、混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。一方、Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ１７に進んで、混合気の空燃比がリーン空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。
【００２８】
図６に示した三元触媒１３の温度を算出するルーチンについて説明する。図６のルーチンでは、始めに、ステップ２０において、内燃機関の始動直後に温度センサ１０によって検出された空気の温度Ｔｓｔを読み込む。次いで、ステップ２１において、内燃機関の始動後から現在までに燃焼室２内に吸入された空気のトータルの量ΣＧＡを算出する。次いで、ステップ２２において、ステップ２０で読み込まれた空気の温度Ｔｓｔとステップ２１で算出された空気のトータルの量ΣＧＡとに基づいて図７に示したテーブルから三元触媒１３に流入する排気ガスの温度Ｔｇａｓを算出する。最後に、ステップ２３において、ステップ２２で算出された排気ガスの温度Ｔｇａｓに基づいて三元触媒１３の温度Ｔｃａｔが算出される。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態の排気浄化装置について説明する。第２実施形態の排気浄化装置の構成は、第１実施形態のものと同じである。したがって、以下、第２実施形態の排気浄化装置の説明は省略し、第２実施形態の触媒暖機制御について説明する。上述した第１実施形態の触媒暖機制御では、内燃機関の始動時、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、混合気の空燃比がリーン空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御するようにしている。しかしながら、第２実施形態の触媒暖機制御では、内燃機関の始動時、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、混合気の空燃比がリッチ空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御する。そして、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、混合気の空燃比がリーン空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御し、その後、混合気の空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とを交互に繰り返すようにスロットル開度および燃料噴射量を制御する。
【００３０】
これによれば、第１実施形態の触媒暖機制御によるよりも早期に三元触媒１３の温度を活性温度に到達させることができる。すなわち、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に到達した後、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御されたままであると、当然のことながら、三元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比もリーン空燃比になったままとなる。そして、この場合、白金のような三元触媒１３の触媒金属が酸素によって覆われていわゆる酸素被毒を起こし、触媒金属の触媒作用が低下してしまうことがある。すなわち、三元触媒１３に保持されているＣＯの燃焼が良好に行われない可能性がある。ここで、三元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比とリッチ空燃比とを交互に繰り返せば、酸素濃度の低いリッチ空燃比の排気ガスが三元触媒１３に流入するので、触媒金属の酸素被毒が解消され、次に、三元触媒１３に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比となったときには、ＣＯの燃焼が良好に行われることになる。こうした理由から、第２実施形態の触媒暖機制御によれば、第１実施形態の触媒暖機制御によるよりも、早期に、三元触媒１３の温度を活性温度に到達させることができるのである。
【００３１】
図８および図９は、上述した第２実施形態の触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を示している。図８および図９のルーチンでは、始めに、ステップ３０において、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされている（Ｆｃｏｍ＝１）か否かが判別される。ここで、触媒暖機完了フラグとは、図５のルーチンで用いられている触媒暖機完了フラグと同じものである。ステップ３０において、Ｆｃｏｍ＝１であると判別されたときには、そのままルーチンを終了する。一方、ステップ３０において、Ｆｃｏｍ＝０であると判別されたときには、ステップ３１に進んで、センサ活性フラグＦｓｅｎがセットされている（Ｆｓｅｎ＝１）か否かが判別される。ここで、センサ活性フラグとは、空燃比センサ１４，１５が空燃比に正確に対応する出力を出力することができる温度（以下「センサ活性温度」という）に該空燃比センサの温度が達しているときにセットされ、達していないときにリセットされるフラグである。
【００３２】
ステップ３１において、Ｆｓｅｎ＝１であると判別されたときには、ステップ３２に進む。一方、ステップ３１において、Ｆｓｅｎ＝１ではない、すなわち、Ｆｓｅｎ＝０であると判別されたときには、ステップ４２に進む。内燃機関の始動後に図８および図９のルーチンが始めて実行されたときには、空燃比センサ１４，１５の温度はセンサ活性温度に到達していないことが多いので、多くの場合、ステップ４２に進む。
【００３３】
そして、ステップ４２では、図６のルーチンに従って三元触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃａｔが算出される。次いで、ステップ４３では、ステップ４２で算出された触媒温度ＴｃａｔがＣＯ燃焼温度Ｔｃｏよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ≦Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ４５に進んで、混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。一方、Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ４４に進んで、混合気の空燃比がリーン空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。
【００３４】
一方、ステップ３２では、リッチ空燃比フラグＦｒｉｃｈがセットされている（Ｆｒｉｃｈ＝１）か否かが判別される。ここで、リッチ空燃比フラグとは、後述するステップ３３において排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチ空燃比Ａ／Ｆｒｉｃｈである（Ａ／Ｆ＝Ａ／Ｆｒｉｃｈ）と判別されたときにセットされ、後述するステップ３９において暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされたときにリセットされるフラグである。ステップ３２において、Ｆｒｉｃｈ＝１ではない、すなわち、Ｆｒｉｃｈ＝０であると判別されたときには、ステップ３３に進んで、三元触媒１３下流の空燃比センサ１５によって検出されている排気ガスの空燃比（すなわち、混合気の空燃比）Ａ／Ｆが理論空燃比Ａ／Ｆｓｔよりも小さい（Ａ／Ｆ＜Ａ／Ｆｓｔ）、すなわち、リッチ空燃比であるか否かが判別される。ステップ３３において、Ａ／Ｆ＜Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ステップ３４に進む。一方、Ａ／Ｆ≧Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ステップ４１に進む。
【００３５】
ステップ４１では、混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。一方、ステップ３４では、リッチ空燃比フラグＦｒｉｃｈがセットされ（Ｆｒｉｃｈ←１）、次いで、ステップ３５に進む。
【００３６】
ステップ３５では、混合気の空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とを交互に繰り返すようにスロットル開度および燃料噴射量を制御するときに、混合気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで繰り返す時間周期Ｔが算出される。具体的には、前回、ステップ３５が実行されたときに算出された時間周期Ｔに一定の時間ΔＴを加算することによって今回の時間周期Ｔが算出され、ステップ３６に進む。
【００３７】
ステップ３６では、前回のステップ３５の実行時に算出された時間周期Ｔが経過したときに混合気の空燃比がリーン空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御し（ルーチンがステップ３６に進んだときには、混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御されている）、次いで、今回のステップ３５の実行時に算出された時間周期Ｔが経過したときに混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御し、ステップ３７に進む。すなわち、ステップ３５で算出される時間周期Ｔは、ルーチンが実行される毎に一定時間ΔＴずつ長くなるので、ステップ３６でリーン空燃比とリッチ空燃比とが繰り返される時間周期は、ルーチンが実行される毎に一定時間ΔＴずつ長くなる。
【００３８】
ステップ３７では、図６のルーチンに従って三元触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃａｔが算出される。次いで、ステップ３８において、ステップ３７で算出された触媒温度Ｔが活性温度Ｔａｃｔよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔであると判別されたとき（すなわち、三元触媒１３の温度が活性温度に達しているとき）には、ステップ３９に進んで、暖気完了フラグＦｃｏｍがセットされ（Ｆｃｏｍ←１）、次いで、ステップ４０に進んで、リッチ空燃比フラグＦｒｉｃｈがセットされる（Ｆｒｉｃｈ←１）。一方、ステップ３８において、Ｔｃａｔ≦Ｔａｃｔであると判別されたとき（すなわち、三元触媒１３の温度が活性温度に達していないとき）には、ルーチンは、そのまま終了する。
【００３９】
図１０は、空燃比センサが活性しているか否かを判定するルーチンの一例を示している。図１０のルーチンでは、ステップ５０において、内燃機関の始動時か否かが判別される。ここで、内燃機関の始動時ではないと判別されたときには、ルーチンは、そのまま終了する。一方、内燃機関の始動時であると判別されたときには、ステップ５１に進んで、空燃比センサ１４，１５を加熱するヒータが作動される。
【００４０】
次いで、ステップ５２において、三元触媒１３上流の空燃比センサ１４で検出される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆｕが理論空燃比Ａ／Ｆｓｔよりも小さい（Ａ／Ｆｕ＜Ａ／Ｆｓｔ）、すなわち、リッチ空燃比であるか否かが判別される。ここで、Ａ／Ｆｕ≧Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ルーチンは、そのまま終了する。一方、Ａ／Ｆｕ＞Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ステップ５３に進んで、三元触媒１３下流の空燃比センサ１５で検出される排気ガスの空燃比Ａ／Ｆｄが理論空燃比Ａ／Ｆｓｔよりも小さい（Ａ／Ｆｄ＜Ａ／Ｆｓｔ）、すなわち、リッチ空燃比であるか否かが判別される。ここで、Ａ／Ｆｄ≧Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ルーチンは、そのまま終了する。一方、Ａ／Ｆｄ＜Ａ／Ｆｓｔであると判別されたときには、ステップ５４に進む。
【００４１】
ステップ５４では、センサ活性フラグＦｓｅｎがセットされ（Ｆｓｅｎ←１）、次いで、ステップ５５において、空燃比センサ１４，１５を加熱するヒータが停止される。このように、図１０のルーチンによれば、三元触媒１３上流の空燃比センサ１４で検出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であって且つ三元触媒１３下流の空燃比センサ１５で検出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに、両空燃比センサ１４，１５が活性化されていると判定される。すなわち、空燃比センサ１４，１５は、その温度が十分に高くなっておらず活性化されていないときには排気ガスの空燃比に対応した出力を正確に出力することができず、したがって、本実施形態によれば、内燃機関の始動時は、混合気の空燃比がリッチ空燃比とされており、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とされているにも係わらず、リーン空燃比に対応する出力を出力することもある。一方、空燃比センサ１４，１５は、その温度が十分に高くなって活性化されると、排気ガスの空燃比に対応した出力を正確に出力することができるようになり、したがって、このとき、内燃機関の始動時においてリッチ空燃比に対応する出力を出力する。こうした理由から、図１０のルーチンでは、両空燃比センサ１４，１５で検出される排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに、両空燃比センサ１４，１５が活性化されていると判定するのである。
【００４２】
次に、本発明の第３実施形態の排気浄化装置について説明する。図１１および図１２は、第３実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１１および図１２において、１は内燃機関の本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気枝管、５は吸気管、６はエアクリーナ、７はスロットル弁、８は排気枝管、９は排気管、１０は温度センサ、１１はエアフローメータ、１２はＨＣ保持材、１３は三元触媒、１４，１５は空燃比センサ、１６は電子制御装置、１７は点火栓をそれぞれ示している。以上の構成は、第１実施形態のものと同様であるので、詳細な説明は省略し、次に、第１実施形態の構成とは異なる第３実施形態の構成について説明する。
【００４３】
第３実施形態の排気管９は、分岐領域１８において分岐して２つの排気通路９Ａ，９Ｂを構成している。そして、一方の排気通路９Ａ内にＨＣ保持材１２が配置されており、他方の排気通路９Ｂ内に三元触媒１３が配置されている。また、ＨＣ保持材１２が配置されている排気通路９Ａは、三元触媒１３が配置されている排気通路９Ｂに合流している。そして、分岐領域１８には、排気ガスの流れを切り換える切換弁１９が配置されている。ここで、図１１に示されているように、切換弁１９が排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを遮断する状態にされているときには、燃焼室２から排出された排気ガスは、全て、排気管９を介してＨＣ保持材１２に流入し、ＨＣ保持材１２から排出された排気ガスが排気通路９Ｂを介して三元触媒１３に流入する。すなわち、切換弁１９が図１１に示されている状態にされているときには、燃焼室２から排出された排気ガスは、全て、ＨＣ保持材１２を通過してから三元触媒１３に流入する。一方、図１２に示されているように、切換弁１９が排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを許容する状態にされているときには、燃焼室２から排出された排気ガスの一部は、ＨＣ保持材１２を通過してから三元触媒１３に流入するであろうが、排気ガスの大部分は、三元触媒１３に直接流入する。
【００４４】
なお、第３実施形態において、電子制御装置１６は、温度センサ１０、エアフローメータ１１、および、空燃比センサ１４，１５からの出力を受信し、これら受信した出力に基づいて所定の機器、例えば、燃料噴射弁３、スロットル弁７、点火栓１７、切換弁１９の作動を制御する。
【００４５】
次に、第３実施形態の触媒暖機制御について説明する。第３実施形態では、内燃機関の始動時、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、混合気の空燃比がリッチ空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御すると共に、切換弁１９が図１１に示されている状態、すなわち、排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを遮断する状態となるように切換弁１９を制御する。このように、混合気の空燃比をリッチ空燃比に制御すれば、燃焼室２からは、ＮＯｘを全く或いは殆ど含んでおらずに主にＣＯとＨＣとを含んだ排気ガスが排出される。そして、切換弁１９が図１１に示されている状態に制御されているので、排気ガスは、全て、ＨＣ保持材１２が配置されているほうの排気通路９Ａに流入する。すなわち、排気ガスは、全て、ＨＣ保持材１２を通過してから三元触媒１３に流入する。ここで、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、ＨＣ保持材１２の温度がＨＣ放出温度よりも低いので、排気ガス中のＨＣは、ＨＣ保持材１２に保持される。したがって、三元触媒１３に流入する排気ガス中には、ＨＣもＮＯｘも含まれておらず、主に、ＣＯのみが含まれていることになる。そして、三元触媒１３は、その温度がＣＯ燃焼温度よりも低いので、排気ガス中のＣＯを保持することになる。これにより、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達するまで、三元触媒１３には、ＣＯが次々に保持されることになる。
【００４６】
一方、三元触媒１３は、排気ガスの熱によって加熱されるので、三元触媒１３の温度は、徐々に上昇する。そして、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、第３実施形態では、混合気の空燃比がリーン空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御すると共に、切換弁１９が図１２に示されている状態、すなわち、排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを許容する状態となるように切換弁１９を制御する。このように、混合気の空燃比をリーン空燃比に制御すれば、燃焼室２からは、酸素を多く含んだ排気ガスが排出される。そして、切換弁１９が図１２に示されている状態に制御されているので、この酸素を多く含んだ排気ガスは、三元触媒１３に直接流入することになる。そして、このとき、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達しているので、三元触媒１３に保持されているＣＯは、排気ガス中の酸素と反応して燃焼し、三元触媒１３は、その燃焼熱によって加熱される。こうして、三元触媒１３の温度が早期に活性温度に到達することになる。また、第１実施形態と同様に、三元触媒１３の温度は、三元触媒１３全体に亘って均一に活性温度にまで上昇せしめられる。
【００４７】
なお、第３実施形態によれば、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときに排気ガスを三元触媒１３に直接流入させ、ＨＣ保持材１２には殆ど流入させないことから、ＨＣ保持材１２がＨＣ放出温度に到達する前に三元触媒１３の温度を確実に活性温度に到達させることができる。このため、ＨＣ保持材１２の温度がＨＣ放出温度に到達し、ＨＣ保持材１２からＨＣが放出されたとしても、これらＨＣは、三元触媒１３によって確実に浄化される。
【００４８】
図１３は、上述した第３実施形態の触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を示している。図１３のルーチンでは、始めに、ステップ６０において、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされている（Ｆｃｏｍ＝１）か否かが判別される。ここで、触媒暖機完了フラグとは、図５のルーチンで用いられている触媒暖機完了フラグと同じものである。ステップ６０において、Ｆｃｏｍ＝１であると判別されたときには、そのままルーチンを終了する。一方、ステップ３０において、Ｆｃｏｍ＝０であると判別されたときには、ステップ６１に進んで、切換弁１９が閉弁される。すなわち、ステップ６１では、切換弁１９が図１１に示されている状態とされる。
【００４９】
次いで、ステップ６２において、図６のルーチンに従って三元触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃａｔが算出される。次いで、ステップ６３では、ステップ６２で算出された触媒温度Ｔｃａｔが活性温度Ｔａｃｔよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ６６に進んで、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされ（Ｆｃｏｍ←１）、次いで、ステップ６７において、切換弁１９が開弁される。すなわち、ステップ６７では、切換弁１９が図１２に示されている状態とされる。次いで、ステップ６８において、通常の空燃比制御が実行される。ここで、通常の空燃比制御とは、三元触媒１３を暖機するための空燃比制御以外の空燃比制御を意味する。
【００５０】
一方、ステップ６３において、Ｔｃａｔ≦Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ６４に進んで、触媒温度ＴｃａｔがＣＯ燃焼温度Ｔｃｏよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏ）か否かが判別される。ここで、Ｔａｃｔ≦Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ６５に進んで、混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。なお、このとき、切換弁１９は、図１１に示された状態となっている。一方、ステップ６３において、Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ６９に進んで、切換弁１９が開弁される。すなわち、ステップ６９では、切換弁１９が図１２に示されている状態とされる。次いで、ステップ７０において、混合気の空燃比がリーン空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。
【００５１】
次に、本発明の第４実施形態の排気浄化装置について説明する。図１４〜図１６は、第４実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１４〜図１６において、１は内燃機関の本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気枝管、５は吸気管、６はエアクリーナ、７はスロットル弁、８は排気枝管、９は排気管、９Ａ、９Ｂは排気管９から分岐した排気通路、１０は温度センサ、１１はエアフローメータ、１２はＨＣ保持材、１３は三元触媒、１４，１５は空燃比センサ、１６は電子制御装置、１７は点火栓、１８は分岐領域、１９は切換弁をそれぞれ示している。以上の構成は、第３実施形態のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。また、図１５において、２０は機関本体１のシリンダヘッド、２１は機関本体１のシリンダブロック、２２は燃焼室２を形成するピストン、２３は吸気ポート、２４は吸気弁、２５は排気ポート、２６は排気弁をそれぞれ示している。これら構成は、第１実施形態〜第３実施形態のものと同様である。次に、第３実施形態の構成とは異なる第４実施形態の構成について説明する。
【００５２】
第４実施形態の内燃機関は、吸気弁２４の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを変更すると共に排気弁２６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングを変更するいわゆる可変動弁機構２７を有する。
【００５３】
なお、第４実施形態において、電子制御装置１６は、温度センサ１０、エアフローメータ１１、および、空燃比センサ１４，１５からの出力を受信し、これら受信した出力に基づいて所定の機器、例えば、燃料噴射弁３、スロットル弁７、点火栓１７、切換弁１９、可変動弁機構２７の作動を制御する。
【００５４】
次に、第４実施形態の触媒暖機制御について説明する。第４実施形態では、第３実施形態と同様に、内燃機関の始動時、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度よりも低い間は、混合気の空燃比がリッチ空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御すると共に、切換弁１９が図１４に示されている状態、すなわち、排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを遮断する状態となるように切換弁１９を制御する。これにより、第３実施形態と同様に、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達するまで、三元触媒１３には、ＣＯが次々に保持されることになる。
【００５５】
一方、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、第４実施形態では、第３実施形態と同様に、混合気の空燃比がリーン空燃比になるようにスロットル開度および燃料噴射量を制御すると共に、切換弁１９が図１６に示されている状態、すなわち、排気管９から排気通路９Ｂへの排気ガスの流れを許容する状態となるように切換弁１９を制御する。これにより、第３実施形態と同様に、三元触媒１３の温度が早期に活性温度に到達することなる。また、第３実施形態と同様に、三元触媒１３の温度は、三元触媒１３全体に亘って均一に活性温度にまで上昇せしめられる。
【００５６】
ところで、第４実施形態では、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、上述したように混合気の空燃比をリーン空燃比に制御し且つ切換弁１９を図１６に示されている状態に制御するのに加えて、排気弁２６の開弁期間と吸気弁２４の開弁期間とが重なる期間、いわゆるバルブオーバラップが大きくなるように排気弁２６の閉弁タイミングおよび吸気弁２４の開弁タイミングの少なくとも一方を可変動弁機構２７によって制御する。これによれば、燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃度がより高くなるので、三元触媒１３におけるＣＯの酸化反応が促進され、三元触媒１３の温度をより早く活性温度に到達させることができる。すなわち、混合気の空燃比がリーン空燃比とされると、燃焼室２内で生成されるＮＯｘの量が多くなり、その分、燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃度が低くなる。ここで、バルブオーバラップを大きくすると、混合気中に残留する排気ガスの量が多くなる。排気ガス中には、ＣＯ２等の不活性ガスが含まれており、この不活性ガスは、燃焼室２内における燃焼温度を低下させる。燃焼室２内における燃焼温度が低くなると、燃焼室２内で生成されるＮＯｘの量が少なくなる。このため、バルブオーバラップを大きくすると、燃焼室２内で生成されるＮＯｘの量が少なくなり、その分、燃焼室２から排出される排気ガス中の酸素濃度が高くなり、三元触媒１３におけるＣＯの酸化反応が促進され、三元触媒１３の温度をより早く活性温度に到達させることができるのである。
【００５７】
或いは、第４実施形態において、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときに、上述したように混合気の空燃比をリーン空燃比に制御し且つ切換弁１９を図１６に示されている状態に制御するのに加えて、燃焼室２内の燃料に点火栓１７によって点火するタイミングを遅角してもよい。これによれば、燃焼室２から排出される排気ガスの温度がより高くなるので、三元触媒１３におけるＣＯの酸化反応が促進され、三元触媒１３の温度をより早く活性温度に到達させることができる。
【００５８】
もちろん、第４実施形態において、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度に達したときには、上述したように混合気の空燃比をリーン空燃比に制御し且つ切換弁１９を図１６に示されている状態に制御するのに加えて、バルブオーバラップが大きくなるように排気弁２６の閉弁タイミングおよび吸気弁２４の開弁タイミングの少なくとも一方を可変動弁機構２７によって制御すると共に、燃焼室２内の燃料に点火栓１７によって点火するタイミングを遅角してもよい。
【００５９】
図１７は、上述した第４実施形態の触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を示している。図１７のルーチンでは、始めに、ステップ８０において、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされている（Ｆｃｏｍ＝１）か否かが判別される。ここで、触媒暖機完了フラグとは、図５のルーチンで用いられている触媒暖機完了フラグと同じものである。ステップ８０において、Ｆｃｏｍ＝１であると判別されたときには、そのままルーチンを終了する。一方、ステップ８０において、Ｆｃｏｍ＝０であると判別されたときには、ステップ８１に進んで、切換弁１９が閉弁される。すなわち、ステップ８１では、切換弁１９が図１４に示されている状態とされる。
【００６０】
次いで、ステップ８２において、図６のルーチンに従って三元触媒１３の温度（触媒温度）Ｔｃａｔが算出される。次いで、ステップ８３では、ステップ８２で算出された触媒温度Ｔｃａｔが活性温度Ｔａｃｔよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ＞Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ８８に進んで、触媒暖機完了フラグＦｃｏｍがセットされ（Ｆｃｏｍ←１）、次いで、ステップ８９において、切換弁１９が開弁される。すなわち、ステップ８９では、切換弁１９が図１６に示されている状態とされる。次いで、ステップ９０において、通常の空燃比制御が実行される。ここで、通常の空燃比制御とは、三元触媒１３を暖機するための空燃比制御以外の空燃比制御を意味する。
【００６１】
次いで、ステップ９１において、通常ＶＶＴ制御が実行される。すなわち、ステップ９１では、三元触媒１３を暖機する目的以外の目的をもって排気弁２６の閉弁タイミングおよび吸気弁２４の開弁タイミングが可変動弁機構２７によって制御される。次いで、ステップ９２において、通常点火時期制御が実行される。すなわち、ステップ９２では、三元触媒１３を暖機する目的以外の目的をもって点火栓１７による燃焼室２内の燃料への点火のタイミングが制御される。
【００６２】
一方、ステップ８３において、Ｔｃａｔ≦Ｔａｃｔであると判別されたときには、ステップ８４に進んで、触媒温度ＴｃａｔがＣＯ燃焼温度Ｔｃｏよりも高い（Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏ）か否かが判別される。ここで、Ｔａｃｔ≦Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ８５に進んで、混合気の空燃比がリッチ空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。次いで、ステップ８６において、触媒暖機ＶＶＴ制御Ｉが実行される。すなわち、ステップ８６では、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度以下であるときのために予め定められたバルブオーバラップが達成されるように排気弁２６の閉弁タイミングおよび吸気弁２４の開弁タイミングが可変動弁機構２７によって制御される。次いで、ステップ８７において、触媒暖機点火時期制御Ｉが実行される。すなわち、ステップ８７では、三元触媒１３の温度がＣＯ燃焼温度以下であるときに点火栓１７によって燃焼室２内の燃料に点火すべき予め定められたタイミングでもって点火栓１７によって燃焼室２内の燃料が点火される。なお、ステップ８５〜ステップ８７が実行されるとき、切換弁１９は、図１４に示されている状態となっている。
【００６３】
一方、ステップ８４において、Ｔｃａｔ＞Ｔｃｏであると判別されたときには、ステップ９３に進んで、切換弁１９が開弁される。すなわち、ステップ９３では、切換弁１９が図１６に示されている状態とされる。次いで、ステップ９４において、混合気の空燃比がリーン空燃比となるようにスロットル開度および燃料噴射量が制御される。次いで、ステップ９５において、触媒暖機ＶＶＴ制御ＩＩが実行される。すなわち、ステップ９５では、ステップ８６の触媒暖機ＶＶＴ制御Ｉによって達成されるバルブオーバラップよりも大きいバルブオーバラップが達成されるように排気弁２６の閉弁タイミングおよび吸気弁２４の開弁タイミングが可変動弁機構２７によって制御される。次いで、ステップ９６において、触媒暖機点火時期制御ＩＩが実行される。すなわち、ステップ９６では、ステップ８７の触媒暖機点火時期制御Ｉにおける点火栓１７による燃料への点火タイミングよりも遅い点火タイミングでもって点火栓１７によって燃料が点火される。
【００６４】
上述した実施形態では、ＣＯとＮＯｘとＨＣとを同時に浄化する三元触媒を備えている場合を例に本発明を説明したが、本発明は、広くは、ＣＯを酸化して浄化すると共にＣＯ以外の少なくとも１つの成分を浄化する浄化触媒を備えている場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。
【図２】三元触媒の浄化特性を示した図である。
【図３】リニア空燃比センサの出力特性を示した図である。
【図４】Ｏ２センサの出力特性を示した図である。
【図５】第１実施形態に従って触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を示した図である。
【図６】第１実施形態に従って三元触媒の温度を算出するルーチンの一例を示した図である。
【図７】三元触媒に流入する排気ガスの温度を算出するときに使用されるテーブルを示した図である。
【図８】第２実施形態に従って触媒暖機制御を実行するルーチンの一例を部分的に示した図である。
【図９】第２実施形態に従って触媒暖気制御を実行するルーチンの一例を部分的に示した図である。
【図１０】第２実施形態に従って空燃比センサの活性状態を判定するルーチンの一例を示した図である。
【図１１】第３実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図であり、ここでは、切換弁が閉弁された状態にある。
【図１２】図１１と同様な図であり、ここでは、切換弁が開弁された状態にある。
【図１３】第３実施形態に従って触媒暖気制御を実行するルーチンの一例を示した図である。
【図１４】第４実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図であり、ここでは、切換弁が閉弁された状態にある。
【図１５】図１４に示した内燃機関の本体の断面図である。
【図１６】図１４と同様な図であり、ここでは、切換弁が開弁された状態にある。
【図１７】第４実施形態に従って触媒暖気制御を実行するルーチンの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    機関本体
２    燃焼室
５    吸気管
９    排気管
１２    ＨＣ保持材
１３    三元触媒
【図１】
2007315271.tif 000003
【図２】
2007315271.tif 000004
【図３】
2007315271.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007315271.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007315271.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2007315271.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007315271.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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