(57)【要約】【課題】電動過給機を用いて、触媒の活性化と排ガス浄化性能の早期向上を共に図ることが出来る内燃機関の排ガス循環装置を提供することにある。【解決手段】電動過給機２５を迂回させるバイパス路Ｒｂを備えた吸気路Ｒｉと、バイパス通路Ｒｂのバイパス流量制御弁Ｖ２と、排ガスを過給機の上流に合流させる排ガス還流路Ｒｇと、排ガス流量調整弁Ｖ１と、過給ガスを下流合流部ｒ２か分岐路Ｒｓに導入しあるいは遮断するよう切換える過給ガス切換弁Ｖ３と、排ガス空燃比と触媒９温度に応じて過給ガス導入回転数Ｎｃを設定する過給機回転数演算手段Ａ４と、エンジン負荷ＥＬが所定値以下であると、過給ガスを排気マニホールド５に導くようバイパス流量制御弁Ｖ２と排ガス流量調整弁Ｖ１と混合ガス切換弁Ｖ３とを切換え制御する排ガス制御手段Ａ５と、を備えた。【選択図】図１
2012077706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した新気を電動機で駆動する電動過給機によって過給したうえでエンジンの吸気マニホールドに導く吸気路と、
前記エンジンの排気マニホールドよりの排ガスを触媒により浄化して大気に排出する排気路と、
前記吸気路に流入した新気を前記電動過給機の上流分岐部より下流合流部間まで迂回させるバイパス通路と、
前記バイパス通路の新気流量を調節するバイパス流量制御弁と、
前記触媒通過後の排ガスを前記上流分岐部と前記電動過給機の間の排気ガス合流部に合流させる排ガス還流路と、
前記排ガス還流路の排ガス流量を調節する排ガス流量調整弁と、
前記電動過給機から流出する過給ガスを前記下流合流部か前記排気マニホールドに連通する分岐路のいずれかに導入しあるいは該過給ガスの流れを遮断するよう切換える過給ガス切換弁と、
前記エンジン負荷が所定値以下であると、前記エンジンの運転状態に応じて前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁と前記混合ガス切換弁とを切換え制御する排ガス制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排ガス循環装置において、
前記排ガスの空燃比と前記触媒の温度に応じて前記排気マニホールドに導入する過給ガス量相当の過給ガス導入回転数を設定する過給機回転数演算手段を備え、
排ガス制御手段は、前記電動過給機を前記過給ガス導入回転数に保持すると共に、前記エンジンの運転状態に応じて前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁と前記混合ガス切換弁とを切換え制御することを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス循環装置において、
排ガス制御手段は前記触媒の温度が活性温度を下回ると、前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁を開き、前記電動過給機を前記過給ガス導入回転数に保持することを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【請求項４】
請求項１、２又は３記載の内燃機関の排ガス循環装置において、
前記排ガス制御手段は前記触媒の温度が活性温度を上回ると、前記過給ガスを閉じるよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁を開き前記排ガス流量調整弁を閉じ、前記過給ガス導入回転数を空転に保持することを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス循環装置において、
前記排ガス制御手段は前記エンジン負荷が所定値を上回ると、前記過給ガスを前記吸気マニホールドに導くよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁を閉じることを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排ガス循環装置において、
前記過給機回転数演算手段は前記排ガスの空燃比がリーン側にあるほど前記触媒温度が高温側にあるほど前記過給機回転数を低く設定することを特徴とする内燃機関の排ガス循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気路に電動過給機を配し、排気路に触媒を配したエンジンにおける、触媒早期活性化と未処理排ガスの放出を早期に抑制できる内燃機関の排ガス循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、排気系に設けた触媒の活性化促進のため、新気を排気マニホールドに二次エアーポンプを用いて導入し、触媒温度の上昇を促進して早期活性化を図るという二次エアーポンプを用いた排気ガス浄化装置を装備したものが知られている。  
この装置では、触媒温度の上昇が達成されるまでの間に触媒を通過した未処理排気ガスをそのまま外気に放出してしまうし、二次エアーポンプを排気系に取り付ける必要があり、スペース確保やコスト増を招くという問題がある。
【０００３】
更に、内燃機関には、排気系から吸気系に排気ガスを再循環することで、燃費向上を図るという排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を装備したものが知られている。  
この装置では、運転域によっては燃焼悪化やドライバビリティーの不良を招くし、この再循環ガス（ＥＧＲガス）導入によっては触媒温度の昇温効果はない。
【０００４】
更に、引用文献１（特開２００６−３３６６０３号公報）には、排気浄化用触媒が活性化していない状態では、電動過給機からエンジンと排気浄化用触媒上流の排気通路とに高温の空気を供給することで、排気浄化用触媒の早期活性化を図るエンジンの排気装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３６６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、引用文献１のエンジンの排気装置では、エンジン本体や、排気浄化用触媒に電動過給機からの昇温させた新気を導入し、それらの昇温を図るが、排気浄化用触媒の活性化が図られるまでの間に触媒を通過した未処理排気ガスがそのまま外気に放出してしまう。このように、引用文献１のエンジンの排気装置では、排気浄化用触媒の活性化までの排気ガス浄化性能を向上させることができず、エンジンの未処理排気ガスの総排出量をより少なくすることができない。
【０００７】
本発明は、電動過給機を用いて触媒の早期活性化と未処理排ガスを再度触媒で浄化処理することで、触媒の早期活性化と排ガス浄化性能の早期向上を共に図り、未処理排気ガスの総排出量をより少なくできる内燃機関の排ガス循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を達成するため、請求項１に係る発明は、吸入した新気を電動機で駆動する電動過給機によって過給したうえでエンジンの吸気マニホールドに導く吸気路と、前記エンジンの排気マニホールドよりの排ガスを触媒により浄化して大気に排出する排気路と、前記吸気路に流入した新気を前記電動過給機の上流分岐部より下流合流部間まで迂回させるバイパス通路と、前記バイパス通路の新気流量を調節するバイパス流量制御弁と、前記触媒通過後の排ガスを前記上流分岐部と前記電動過給機の間の排気ガス合流部に合流させる排ガス還流路と、前記排ガス還流路の排ガス流量を調節する排ガス流量調整弁と、前記電動過給機から流出する過給ガスを前記下流合流部か前記排気マニホールドに連通する分岐路のいずれかに導入しあるいは該過給ガスの流れを遮断するよう切換える過給ガス切換弁と、前記エンジン負荷が所定値以下であると、前記エンジンの運転状態に応じて前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁と前記混合ガス切換弁とを切換え制御する排ガス制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の内燃機関の排ガス循環装置において、前記排ガスの空燃比と前記触媒の温度に応じて前記排気マニホールドに導入する過給ガス量相当の過給ガス導入回転数を設定する過給機回転数演算手段を備え、排ガス制御手段は、前記電動過給機を前記過給ガス導入回転数に保持すると共に、前記エンジンの運転状態に応じて前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁と前記混合ガス切換弁とを切換え制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス循環装置において、排ガス制御手段は前記触媒の温度が活性温度を下回ると、前記過給ガスを前記排気マニホールドに導くよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁を開き、前記電動過給機を前記過給ガス導入回転数に保持することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１、２又は３記載の内燃機関の排ガス循環装置において、前記排ガス制御手段は前記触媒の温度が活性温度を上回ると、前記過給ガスを閉じるよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁を開き前記排ガス流量調整弁を閉じ、前記過給ガス導入回転数を空転に保持することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス循環装置において、前記排ガス制御手段は前記エンジン負荷が所定値を上回ると、前記過給ガスを前記吸気マニホールドに導くよう前記混合ガス切換弁を切換え前記バイパス流量制御弁と前記排ガス流量調整弁を閉じることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の排ガス循環装置において、前記過給機回転数演算手段は前記排ガスの空燃比がリーン側にあるほど前記触媒温度が高温側にあるほど前記過給機回転数を低く設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、エンジン負荷が所定値以下であると、過給ガスを排気マニホールドに導くので、未処理排ガスを再度触媒に導き浄化処理を促進でき、触媒の活性化と排ガス浄化性能の早期向上を達成できる。
【００１５】
請求項２の発明によればエンジン負荷が所定値以下で電動過給機を過給ガス導入回転数に保持した上で、過給ガスを排気マニホールドに導くので、適正量の過給ガスを触媒に供給して、触媒の早期活性化を図れ、未処理排ガスを再度触媒に導き浄化処理を促進でき、触媒の早期活性化と排ガス浄化性能の早期向上を共に達成できる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、触媒の温度が活性温度を下回る運転状態では、触媒への新気の供給による早期活性化と不活性状態の触媒を通過した未処理排ガスを再度触媒に導き浄化処理を促進でき、不活性触媒の早期活性化を促進して未処理排ガスの排出を早期に防止できる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、触媒の温度が活性温度を上回り触媒が活性域に入ると、過給ガスの排気マニホールドへの導入を停止し、バイパス流量制御弁を開いて新気をバイパス通路より吸気マニホールドに導くので、速やかに触媒活性化のための排ガス後処理運転を脱して定常運転に移行できる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、エンジン負荷が所定値を上回ると、給ガスを吸気マニホールドに導くので、速やかに過給運転に移行できる。
【００１９】
請求項６の発明によれば、排気マニホールドに導入する過給ガス量を少量化するので、触媒活性化のための排ガス後処理運転を脱して定常運転に切換わる際の違和感を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の内燃機関の排ガス循環装置が適用されたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の排ガス循環装置が用いるバイパス路及びバイパスバルブの拡大断面図である。
【図３】図１の排ガス循環装置が用いる排ガス還流管と排気バルブの拡大断面図である。
【図４】図１の排ガス循環装置が用いる二次バルブの拡大断面図である。
【００２１】
【図５】図１の排ガス循環装置が用いるＥＣＵの制御機能を示すブロック図である。
【図６】図１の排ガス循環装置が行う排ガス後処理制御で用いる過給機回転数設定マップを示した。
【図７】図１の排ガス循環装置が行う排ガス後処理制御で用いる弁切換え設定用のマップを示した。
【図８】図１の排ガス循環装置が行う排気ガス後処理制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態の排ガス循環装置で用いる（ａ）排気バルブ、（ｂ）  排気バルブ開度設定マップ、（ｃ）排気バルブの制御機能部の排気ガス後処理制御ルーチンでの制御ステップである。
【図１０】本発明の他の実施形態の排ガス循環装置で用いる（ａ）排気バルブ、（ｂ）排気バルブ開度設定マップ、（ｃ）排気バルブの制御機能部の排気ガス後処理制御ルーチンでの制御ステップである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の第１の実施の形態である内燃機関の排ガス循環装置について説明する。  
図１は、本発明の内燃機関の排ガス循環装置を適用したエンジン１の全体構成図である。このエンジン１は、不図示の自動車（車両）に搭載され、例えば、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）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。  
このエンジン１はエンジン本体２の上部のシリンダヘッド３の左右側壁面に吸気マニホールド４及び排気マニホールド５が一体結合される。吸気マニホールド４には電動過給機２５を配備した吸気路Ｒｉが、排気マニホールド５には排ガス浄化手段である三元触媒（以後単に触媒と記す）９を配備した排気路Ｒｅが接続される。
【００２３】
エンジン本体２内に配備される４つの燃焼室６にはそれぞれ点火プラグ７と共に電磁式の燃料噴射弁８が取り付けられる。  
点火プラグ７には高電圧を出力する点火ユニット１１が接続されている。この点火ユニット１１は不図示のタイミング制御回路と高圧電源回路と点火コイルとで構成され、電子コントロールユニット（以下、ＥＣＵと記す）１２の点火信号に応じて点火コイルに高電圧を発生し、所定点火時期に点火処理を行う。  
燃料噴射弁８には燃圧調整手段８０１を介して燃料供給源８０２に接続される。燃圧調整手段８０１はＥＣＵ１２からの燃圧信号を受けて所定燃圧の燃料を燃料噴射弁８に供給する。各燃料噴射弁８はＥＣＵ１２からの噴射信号に応じて燃焼室６内に向けて所定の燃圧で燃料噴射する。
【００２４】
エンジン本体２は不図示の動弁系により駆動される吸排バルブ１３、１４の開閉駆動により、燃焼室６に対して吸気路Ｒｉ側の吸気ポート１５及び排気通路Ｒｅ側の排気ポート１６をそれぞれ開閉制御し、吸気及び排気作動を行う。  
吸気路Ｒｉはエアクリーナ１７からの新気をスロットルバルブ１８を備えた吸気管１９、吸気マニホールド４、吸気ポート１５を介し燃焼室６内に流入させる。なお、スロットルバルブ１８はその不図示の電磁アクチュエータを介してＥＣＵ１２に電気的に接続されている。
【００２５】
エアクリーナ１７内には、吸入吸気量Ｑａ情報を得るエアフローセンサ２１が配備され、その情報はＥＣＵ１２に出力される。さらに、スロットルバルブ１８にはスロットル開度センサ２２が配備され、同センサのスロットル開度θｓ情報がＥＣＵ１２に出力される。またエンジン本体２の水温Ｔｗ情報を検出する水温センサ２３が配備され、その検出信号はＥＣＵ１２に出力されている。  
ここで、吸気路Ｒｉの途中には電動機２４で駆動する電動過給機２５が配備され、この電動過給機２５にはバイパス路Ｒｂが並列状に配備される。  
バイパス路Ｒｂはその上流分岐部ｒ１で吸気路Ｒｉと分岐し、下流合流部ｒ２で吸気路Ｒｉと合流している。更に、バイパス路Ｒｂを成すバイパス管２６にはバイパス路Ｒｂの新気流量を調節するバイパス流量制御弁２７（Ｖ２）が配備される。
【００２６】
図２に示すように、バイパス流量制御弁（以下バイパスバルブとも記す）２７は常開のバタフライ弁であり、そのバルブ本体２７１と一体の回転軸２７２にはリンク部材２７３を介して電動アクチュエーター２８が接続される。この電動アクチュエーター２８は３段のソレノイド２８１、２８２、２８３を備えた電磁弁である。この電動アクチュエーター２８がＥＣＵ１２の弁開度出力を受けて、バルブ本体２７１を全開位置Ｐ１と半開位置Ｐ２と全閉位置Ｐ３とに切換え駆動する。
【００２７】
一方、吸気路Ｒｉの上流側の上流分岐部ｒ１でバイパス路Ｒｂと分岐した吸気路Ｒｉ側の流路の途中には電動過給機２５が配備される。吸気路Ｒｉの上流分岐部ｒ１と電動過給機２５の流入口２５１までの流路部分、即ち、上流分岐部ｒ１と電動過給機２５の間には排気ガス合流部ｒ３が形成される。この排気ガス合流部ｒ３には、排気路Ｒｅ側の排ガスを合流させる排ガス還流路Ｒｇを成す排ガス還流管２９の下流端が接続されている。
【００２８】
排ガス還流管２９はパイプ部材であり、排気路Ｒｅ側の触媒９を通過した後の排ガスを分岐して電動過給機２５の吸引力により排気ガス合流部ｒ３側である吸気路Ｒｅ側に吸入する。  
図３に示すように、排ガス還流管２９はその途中に排ガス流量調整弁（以後排気バルブとも記す）３１（Ｖ１）を備え、これにより排ガス還流路Ｒｇの排ガス流量を調節する。ここで、排気バルブ３１はバタフライ弁を成すバルブ本体３１１と、そのバルブ本体３１１と一体の回転軸３１２と、リンク部材３１３とを備え、リンク部材３１３には電動アクチュエーター３２が接続される。この電動アクチュエーター３２はこれが接続されるＥＣＵ１２の弁開度出力を受けて、バルブ本体３１１を全開位置ｑ１と全閉位置ｑ２とに選択的に切換え保持可能に形成されている。
【００２９】
吸気路Ｒｉの上流分岐部ｒ１と排気ガス合流部ｒ３との間の流路には逆止弁３３が配備される。この逆止弁３３は排気ガス合流部ｒ３側である電動過給機２５の流入口２５１側に達した排ガスが電動過給機２５の停止時等にバイパス路Ｒｂ側に逆流することを阻止するよう機能する。  
ここでの電動過給機２５は吸気路Ｒｉの新気と、後述する排気路Ｒｅから分流されてくる排ガスを選択的に吸入加圧し、過給ガスとして排出するよう機能する。この電動過給機２５は電動機２４で駆動する容積型の過給機であり、駆動制御はＥＣＵ１２により行われる。ＥＣＵ１２は車両の運転状態等に基づいて電動過給機２５の駆動の可否を決定してモータコントローラ１２１に駆動信号を送り、この駆動信号に基づいて過給機駆動回路１２１が電源１２２の電力を電動機２４に供給して行われる。
【００３０】
吸気路Ｒｉ上であって電動過給機２５の流出口２５２とバイパス路Ｒｂとの合流位置である排気ガス合流部ｒ３の間の流路には過給ガス切換弁（以後二次バルブとも記す）３４が配備される。  
二次バルブ３４は電動過給機２５から流出する過給ガスを下流合流部ｒ２側である吸気マニホールド４か、排気マニホールド５に連通する分岐路Ｒｓのいずれかに導入し、あるいは過給ガスの流れを遮断するよう切換える機能を備える。
【００３１】
この二次バルブ３４はその電動アクチュエーター３４１がＥＣＵ１２に接続されており、図４に示すように、ＥＣＵ１２からの弁開度出力によりケーシング３４１に支持された３層構造の弁体３４２が切換え制御される。即ち、弁体３４２が第１の切換え位置（実線の位置）に切換え保持されると電動過給機２５の流出口２５２を下流合流部ｒ２に連通させ、第二の切換え位置（弁体３４２が実線の位置より１層上段に切換えられた状態）に切換え保持されると流出口２５２を排気マニホールド５に連通させ、第三の切換え位置（弁体３４２が実線の位置より１層下段に切換えられた状態）に切換え保持されると流出口２５２を遮断に保持する。
【００３２】
次に、排気通路Ｒｅを説明する。  
図１に示すように、排気通路Ｒｅは排気マニホールド５とその合流部５０１より延びる排気管３０とその途中に配備された触媒（三元触媒）９とその下流のマフラー３６とその下流のテールパイプ３７とで形成される。  
排気マニホールド５はその合流部５０１の側壁に二次バルブ３４より延び分岐路Ｒｓを形成する分岐パイプ３５の下流端が接続され、その下流端の開口から流出する過給ガスが排気通路Ｒｅに流入できる。この合流部５０１には排気通路Ｒｅの排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサー）３８が配備され、この検出された空燃比Ａ／Ｆ情報がＥＣＵ１２に入力される。
【００３３】
排気通路Ｒｅの途中の触媒９は三元触媒の機能を備えるもので、例えば、コージェライトでハニカム形状に形成された担体１７１を備え、これ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）のいずれかを担持し、排ガスの空燃比がストイキオ域に保持される運転域で排ガス中に含まれる有害物質である、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に除去する。なお、触媒９には触媒温度センサ２０が設けられ、この温度信号はＥＣＵ１２に入力されている。  
なお、ＥＣＵ１２は定常運転時には、Ａ／Ｆセンサー３８の空燃比Ａ／Ｆ信号を取り込み、これがストイキオに保持されるよう燃料噴射弁８による燃料供給量を増減調整し、排ガスの浄化処理を促進するように制御している。
【００３４】
排気管３０の触媒（三元触媒）９の下流位置には酸素濃度センサ（Ｏ２センサー）３９が配備される。このＯ２センサー３９の出力はＥＣＵ１２に入力され、これにより排気ガス中の残留するＯ２濃度を求め、排気ガス浄化処理制御に用いている。  
マフラー３６の下流のテールパイプ３７には、排ガス還流管２９の排気ガス吸入口側が接続される。この排ガス還流管２９は排気路Ｒｅの排気ガスを分岐して吸入し、吸気路Ｒｉ側の排気ガス合流部ｒ３に排気ガスを還流させることを可能としている。
【００３５】
図１に示すように、ＥＣＵ１２は、入出力装置１２１、１２２、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）１２３、ＣＰＵ１２４、等を備えており、このＥＣＵ１２によりエンジン１を含めた排出ガス循環装置の制御が行われる。
【００３６】
図５に示すように、ＥＣＵ１２は、燃焼室６に燃料を供給する燃料供給手段Ａ１と、吸気通路Ｒｉの吸気流量Ｑｉを制御する流量制御手段Ａ２と、点火プラグ７の点火時期を制御する点火時期制御手段Ａ３と、過給ガス導入回転数Ｎｃを設定する過給機回転数演算手段Ａ４と、エンジン１の運転状態に応じて過給ガスを排気マニホールド５に導くようバイパスバルブ２７と排気バルブ３１と二次バルブ３４とを切換え制御する排ガス制御手段Ａ５との各制御機能を備える。
【００３７】
燃料供給手段Ａ１は、暖機時、定常時、過渡時等の各運転モードに沿って吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ相当の基本噴射量（噴射時間に相当する）Ｔｂを求め、これに水温Ｔｗ補正値を加算して燃料噴射量Ｔｉｎｊを求め、運転状態に応じた燃圧信号で燃圧調整手段８０１を駆動する。これにより、ＥＣＵ１２からの噴射指令に応じて駆動回路８０２を介して各燃料噴射弁８が駆動し、燃料供給源８０３からの燃料を所定の燃圧に調整したうえで、燃焼室６内に燃料噴射できる。  
流量制御手段Ａ２は、アクセル開度θａ、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度θａの変化速度ｄｖθａ等に応じた吸気流量Ｑｉを求め、それに応じたスロットル開度θｓを求め、スロットル開度センサ２２の信号を用いスロットルバルブ１８をスロットル開度θｓに調整する。
【００３８】
点火時期制御手段Ａ３はエンジン回転数Ｎｅ相当の基本点火時期をノック信号の発生状況に応じて所定の遅角処理を行い点火時期θｐを決定し、その点火時期θｐを基に点火ユニット１１により各気筒の点火処理を行う。  
過給機回転数演算手段Ａ４は排ガスの空燃比Ａ／Ｆと触媒の温度に応じて排気マニホールドに導入する過給ガス量相当の過給ガス導入回転数ＮＣｄを設定する。ここで過給機回転数演算手段は、排ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーン側にあるほど触媒温度Ｔｃが高温側にあるほど過給機回転数ＮＣを低く設定する。なお。この過給機回転数設定マップｍ０の特性線図を図６に示した。
【００３９】
排ガス制御手段Ａ５はエンジン負荷ＥＬが所定値以下であると、電動過給機２５を過給ガス導入回転数ＮＣｄに保持すると共に、エンジン１の運転状態に応じて過給ガスを排気マニホールド５に導くようバイパスバルブ２７と排気バルブ３１と二次バルブ３４とを切換え制御する。  
特に、排ガス制御手段Ａ５は触媒９の温度Ｔｃが活性温度Ｔｃ１を下回る運転域を検出すると、その場合、過給ガスを排気マニホールド５に導くよう二次バルブ３４を切換え、バイパスバルブ２７と排気バルブ３１とを共に開き、電動過給機２５を過給ガス導入回転数ＮＣｄに保持するよう制御する。  
この運転域では触媒９を早期活性化させ、同時に、排気バルブ３１を開き、排気路Ｒｅ側の触媒９を通過した後の排ガスを排ガス還流管２９によりの吸気路Ｒｅ側に電動過給機２５の吸引力によりに吸入し、再度、排気ガスを新気と混合して過給ガスとして排気マニホールド５に導くことを可能としている。
【００４０】
なお、ここでは、バイパスバルブ２７と排気バルブ３１とを共に全開に保持してエンジン１の回転安定化と排気ガスの排気マニホールド５への還流量の確保を図ることができ、装置の構成が比較的簡素化される。  
更に、排ガス制御手段Ａ５はバイパスバルブ２７のみを半開位置ｐ２に保持して、混合ガス中の新気比率をより高め、早期活性化を図ることも可能である。  
更に、排ガス制御手段Ａ５は触媒の温度Ｔｃが活性温度Ｔｃ１を上回る運転域を検出すると、過給ガスを閉じるよう二次バルブ３４を切換え、バイパスバルブ２７を開き排気バルブ３１を閉じるよう制御する。
【００４１】
更に、排ガス制御手段Ａ５はエンジン負荷ＥＬが所定値ＥＬ１（走行域を判断する値）を上回ると、過給ガスを吸気マニホールド４に導くよう二次バルブ３４を切換え、バイパスバルブ２７と排気バルブ３１を閉じ、定常走行域に入るよう制御する。  
なお、このような排ガス制御手段Ａ５が行う、バイパスバルブ２７と排気バルブ３１と二次バルブ３４とを切換え制御する排ガス後処理制御で用いる弁切換え設定用のマップｍ３を図７に示した。  
次に、エンジン１の冷間始動時における電動過給機２５の制御について説明する。またＥＣＵ１２は触媒９を早期活性化させるための制御を実行するので、関連するバイパスバルブ２７、排気バルブ３１、二次バルブ３４、の切換え制御についてＥＣＵ１２の作動と共に説明する。
【００４２】
冷間始動時における電動過給機２５の過給圧制御は電動過給機２５の回転数を制御することによって行う。電動過給機２５の回転数は電動過給機２５に設けた回転センサ２５３により検出する。なお、電動過給機２５は容積型の過給機であるので、過給圧は回転数に略比例し、また回転数は電動機２４に供給する電流値に略比例する。そこで、予め電流値と回転数との関係を求めておき、回転数を検出することなく電動機２４に供給する電流値の大きさを制御してもよい。  
通常走行時において、加速要求を検出したときには、駆動しているエンジン１に供給する空気量を増量させる。このとき、バイパスバルブ２７の開閉はＥＣＵ１によって電動過給機２５の駆動に関連付けて制御する。加速要求の検出は、アクセル開度θａを検出するアクセル開度センサ４１の検出信号等に基づいて行う。
【００４３】
次に、エンジン１３の冷間始動時におけるバイパスバルブ２７、排気バルブ３１、二次バルブ３４の制御について図８の排気ガス後処理制御ルーチンを参照して説明する。  
不図示のメインルーチンではエンジン１が冷間始動時にあると、運転情報に応じた吸気流量Ｑｉ相当のスロットル開度θｓを求め、同開度にスロットルバルブ１８を調整し、更に、始動時相当の点火時期θｐを決定し、その点火時期θｐに各気筒の点火処理を行うよう制御を継続する。同時に、エンジン１の冷間始動時におけるアイドル運転実行中に図８の排気ガス後処理制御ルーチンに達したとする。  
ここで、ステップｓ１に達すると、ここではエンジン運転情報である、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、エンジン負荷ＥＬ、Ｏ２濃度、空燃比Ａ／Ｆ、触媒温度Ｔｃ、水温Ｔｗ、等が対応する各センサの出力より読み込まれ、所定エリアにストアされる。
【００４４】
次いで、ステップｓ２では過給機回転数演算手段Ａ４として機能し、すなわち、現在の空燃比Ａ／Ｆ、触媒温度Ｔｃから排気マニホールドに導入する過給ガス量相当の過給ガス導入回転数ＮＣｄを図６の過給機回転数ＮＣ設定マップｍａで算出し、設定する。  
ここでは、現在の排ガスの空燃比Ａ／Ｆがリッチ側で触媒温度Ｔｃが低い低温始動時には排気マニホールドに導入する過給ガス量相当の過給ガス導入回転数ＮＣｄを大きく設定し、これにより触媒９の早期活性化を図り、排気ガス吸入量を大きく保持して、未処理排気ガスを再度触媒に戻して浄化処理を行い、冷態始動時における未処理排気ガスの低減を図り、冷態始動時における未処理排気ガスの総排出量を低減するよう制御する。この冷態始動時に触媒温度Ｔｃが高温側に進み、排ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーン側に変移するに従い、過給ガス量相当の過給ガス導入回転数ＮＣｄを小さくし、吸気系への過給ガスより新気に切換えられる時点に達した際の切換え時における違和感の低減を図る。
【００４５】
次いで、ステップｓ３に達すると、運転域が始動直後か否か判断し、初めはステップｓ４に進み、次の制御周期ではステップｓ５に進む。  
初めに、ステップｓ４に達すると、水温Ｔｗが暖気判定用の水温Ｔｗ１を上回るか否か判断し、暖気完了後の再スタート時のような場合は、ここでの制御を終了させ、メインルーチンにリターンし、そうでないとステップｓ６において、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開、排気バルブ（Ｖ１）３１を閉、二次バルブ（Ｖ３）３４を遮断位置に切換え、始動時モードに保持する。これにより新気を吸気マニホールド４に導き、始動容易化を図る。更に、ステップｓ１１に進む。
【００４６】
ステップｓ１１では現在の排ガスの空燃比Ａ／Ｆと触媒の温度Ｔｃに応じて、過給機回転数ＮＣ設定マップｍ０を用いて現在の過給機回転数ＮＣｄを算出し、同値を目標値として目標値への修正制御をし、この回の制御を終了する。
【００４７】
次の制御周期にステップｓ５に進んだとする。  
ここではエンジン負荷ＥＬであるアクセル開度θａが所定値θａ１以下であるとすなわち、アイドル運転域にあると、ステップｓ８に、そうでないと、すなわち走行域に入ったような場合、ステップｓ７に進む。  
ステップｓ８では触媒温度Ｔｃは活性温度Ｔｃ１を上回るか判断し、上回る場合は、ステップｓ９に、そうでないとステップｓ１０に進む。
【００４８】
ステップｓ１０では、冷態始動時で、触媒が活性する前にあるとして、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開、排気バルブ（Ｖ１）３１を開、二次バルブ（Ｖ３）３４を過給ガスを排気マニホールドに導入する位置２切換え、ステップｓ１１に進んで、過給ガス量相当の過給ガス導入回転数ＮＣｄを設定し、この回の制御を終了する。  
これにより電動過給機２５が新気と排ガスを吸入し、過給ガスを排気マニホールド５の触媒上流に導入する。この際、バイパスバルブ（Ｖ２）２７は全開し、エンジン１のアイドル運転が進み、同時に、新気の一部が分流し、排気路Ｒｅの排ガスの一部が分流し、これらの混合気が電動過給機２５の吸引力で吸引され、過給ガスが排気マニホールドに導入されるが、そのときの新気と排ガスの混合比は吸気路Ｒｉと排ガス還流路Ｒｇとの流路抵抗に応じた比率となる。この比率はエンジン１のアイドル回転の容易化、触媒の早期活性化を図れる範囲で排ガスの戻り量を増加できるという比率が適宜設定される。
【００４９】
次の制御周期において、ステップｓ８に達し、触媒温度Ｔｃが活性温度Ｔｃ１を上回り、活性化がなされると、ステップｓ９に進む。ここでは、冷態始動時であるが触媒が活性したとして、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開、排気バルブ（Ｖ１）３１を閉、二次バルブ（Ｖ３）３４を遮断し、新気をすべて吸気マニホールド４に流入させる。ステップｓ９よりステップｓ１２に進むと、アイドル時の電動過給機２５の制御を止め、空転に保持し、この回の制御を終了する。  
この場合、過給ガスの排気マニホールドへの導入を停止し、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開いて新気をバイパス通路より吸気マニホールド４に導くので、速やかに触媒活性化のための排ガス後処理運転を脱して定常運転に移行する状態に保持できる。
【００５０】
次の制御周期において、走行域に入ったような場合にステップｓ７に達するとする。  
この場合、冷態始動時で、触媒が活性していない場合でも、エンジン負荷ＥＬが所定値を上回ると、走行優先となり、過給ガスを吸気マニホールド４に導入する位置となるように二次バルブ（Ｖ３）３４を切換え、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を閉、排気バルブ（Ｖ１）３１を閉に切換え、ステップｓ１３に進むと、アイドル時の電動過給機２５の制御を止め、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷ＥＬ相当の回転数Ｎｃに保持し、この回の制御を終了する。  
この場合、エンジン負荷ＥＬが所定値を上回る、すなわち、走行域への移行時であると、新気のみの過給ガスを吸気マニホールド４に導くので、速やかに過給運転に移行できる。
【００５１】
第２実施形態について説明する。  
本実施形態のシステムの構成は排気バルブ３１ａ（Ｖ１）のみが相違し、その他の構造は第１実施形態と同様であり、重複説明を省略する。  
ここで、図９（ａ）に示すように、排気路Ｒｅと吸気路Ｒｉを結ぶ排ガス還流管２９はその途中に排気バルブに代えて電動アクチュエーターとしてのデュ−ティー制御弁５１で駆動するバタフライ弁であるバルブ本体３１１ａを備える。バルブ本体３１１ａの回転軸３１１ｂにはリンク部材３１１ｃを介してデュ−ティー制御弁５１が接続される。デュ−ティー制御弁５１はＥＣＵ１２ａの弁開度出力を受けて、バルブ本体３１１ａを全開位置ｑ１から全閉位置ｑ２の間の変動領域ｅにおいて開度を切換え保持可能に形成されている。
【００５２】
この場合、ＥＣＵ１２ａは、図９（ｂ）に示す開度マップｍ１に沿って制御出力を発する。すなわち、触媒温度センサ２０（図１参照）で取り込んだ触媒温度Ｔｃが低温から高温に変化するに応じて、排気バルブ３１ａを実線で示すように全開から全閉に順次目標開度を切換え設定する。これにより、ＥＣＵ１２ａは上述のステップｓ１０の制御に代えて、図９（ｃ）に示すステップｓ１０ａに示すように制御する。
【００５３】
この場合、ステップｓ１０ａでは、冷態始動時で、触媒が活性する前にあるとして、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開、二次バルブ（Ｖ３）３４を過給ガスを排気マニホールドに導入する位置２に切換へ、特に、ここでは、排気バルブ（Ｖ１）３１ａの開度を、低温始動初期にあると、排気ガスの還流比率を大きく保持して、触媒通過の未処理排気ガスを触媒９に戻して、浄化率を高め、未処理排ガスの放出を抑える。更に、触媒温度Ｔｃが上昇するのに応じて、新気の導入を進め、触媒９の早期活性化を進める。これにより、未処理排気ガスの総排出量を抑えると共に触媒の早期活性を促進できる。
【００５４】
更に、第３実施形態について説明する。  
本実施形態のシステムの構成は排気バルブ３１のみが相違し、その他の構造は第１実施形態と同様であり、重複説明を省略する。  
ここで、図１０（ａ）に示すように、排気路Ｒｅと吸気路Ｒｉを結ぶ排ガス還流管２９はその途中に中間開度を保持できる排気バルブ３１ｂ（Ｖ１）を備える。排気バルブ３１ｂ（Ｖ１）はバルブ本体６１１ａの回転軸６１１ｂがリンク部材６１１ｃに接続される。このリンク部材６１１ｃが電動アクチュエーターである３段のソレノイド６１１、６１２、６１３を備えた電磁弁６１に連結される。この電磁弁６１がＥＣＵ１２ｂの弁開度出力を受けて全閉位置Ｕ０より、半開位置Ｕ１と全開位置Ｕ２とに切換え駆動する。
【００５５】
この場合、ＥＣＵ１２ｂは、図１０（ｂ）に示す開度マップｍ２に沿って制御出力を発する。ＥＣＵ１２ｂは上述のステップｓ１０の制御に代えて、図１０（ｃ）に示すステップｓ１０ｂに示すように制御する。  
この場合、ステップｓ１０ｂでは、冷態始動時で、触媒が活性する前にあるとして、バイパスバルブ（Ｖ２）２７を開、二次バルブ（Ｖ３）３４を過給ガスを排気マニホールドに導入する位置２に切換える。特に、ここでは、排気バルブ３１ｂ（Ｖ１）の開度を、触媒温度Ｔｃが低温で全開に保持し、活性半ばである所定の中間温度Ｔｃｎでは排気バルブ３１ｂ（Ｖ１）を半開に切換え、触媒温度Ｔｃが活性済みとなると、全閉に切換えている。この場合、制御の簡素化を図れる。  
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１    エンジン
４    吸気マニホールド
５    排気マニホールド
６    燃焼室
７    点火プラグ
９    触媒
２４    電動機
２５    電動過給機
２７    バイパスバルブ（バイパス流量制御弁）
２９    排ガス還流管
３１    排気バルブ（排ガス流量調整弁）
３４    二次バルブ（過給ガス切換弁）
ｒ１    上流分岐部
ｒ２    下流合流部間
ｒ３    排気ガス合流部
Ａ１    燃料供給手段
Ａ２    流量制御手段
Ａ３    点火時期制御手段
Ａ４    過給機回転数演算手段
Ａ５    排ガス制御手段
ＥＬ    エンジン負荷
Ｎｃ    過給機回転数
ＮＣｄ    過給ガス導入回転数
Ｑｉ    吸気流量
Ｒｂ    バイパス路
Ｒｉ    吸気路
Ｒｅ    排気路
Ｔｃ    触媒温度
Ａ／Ｆ    排ガスの空燃比
Ｒｇ    排ガス還流路
Ｒｓ    分岐路
【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】
2012077706.tif 000009
【図８】
2012077706.tif 000010
【図９】
2012077706.tif 000011
【図１０】
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