JP7211389B2

JP7211389B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP7211389B2
Application number: JP2020054648A
Authority: JP
Inventors: 富久小田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: CN113446090B; JP2021156183A; DE102021107298A1; US20210301697A1; CN113446090A; US11236655B2

Description

本開示は内燃機関の制御装置に関する。

排気通路であって、機関本体に連結された上流排気通路部分と、下流排気通路部分と、上流排気通路部分と下流排気通路部分との間を互いに並列に延びるメイン排気通路部分及びバイパス排気通路部分と、を備える排気通路と、下流排気通路部分内に配置された触媒と、上流排気通路部分を流通した排気ガスをメイン排気通路部分及びバイパス排気通路部分に振り分けるための排気制御弁と、バイパス排気通路部分内に配置され、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を吸着するように構成されたＨＣ吸着材と、を備えた、内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、触媒の温度が低くしたがって触媒が不活性状態にあるときに、メイン排気通路部分を閉鎖するように排気制御弁が制御される。その結果、排気ガスがＨＣ吸着材に導入され、排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着材に吸着される。したがって、多量のＨＣが不活性状態にある触媒を通過するのが制限される。また、特許文献１では、触媒が活性状態にあるときには、バイパス排気通路部分を閉鎖するように排気制御弁が制御される。その結果、排気ガスがメイン排気通路部分を流通して触媒に到達し、排気ガス中のＨＣは活性状態にある触媒によって除去される。

一方、内燃機関の運転を開始すべきときには、一般的に、電気モータによってクランクシャフトを回転させるモータリングが行われる。このモータリングでは、まず、燃料噴射を行うことなく電気モータによるクランクシャフト駆動が行われる。次いで、例えば気筒判別が完了すると、燃料噴射が開始され、したがって燃料噴射を行いながら電気モータによるクランクシャフト駆動が行われる。次いで、例えば機関回転数高くなると、機関始動が完了したと判別され、電気モータによるクランクシャフト駆動、すなわちモータリングが停止される。このように、モータリングでは、まず燃料噴射を伴わないモータリングが行われ、次いで燃料噴射を伴う燃料噴射が行われる。

特開２００１－２９５６３３号公報

燃料噴射を伴わないモータリングが行われている間は、機関本体から酸素過剰の排気ガスが排出され、この酸素過剰の排気ガスは、上流排気通路部分を流通する。すなわち、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比はリーン空燃比である。したがって、このときメイン排気通路部分を開放するように排気制御弁が制御されていると、この酸素過剰の排気ガスが触媒に流入し、触媒が酸化雰囲気となる。更に、このとき触媒の温度がかなり高いと（例えば、５５０℃以上）、すなわち触媒が高温かつ酸化雰囲気であると、触媒の粒子が凝集するシンタリングが触媒に発生するおそれがある。シンタリングが発生すると、触媒粒子の表面積が減少して触媒の排気浄化能力が低下するおそれがある。言い換えると、触媒が活性状態にあるということでメイン排気通路部分を開放するように排気制御弁が制御され、その状態で燃料噴射を伴わないモータリングが行われると、触媒の温度がかなり高いときに触媒にシンタリングが発生するおそれがある。この問題点は、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である他の場合、例えばフューエルカット時、にも生じるおそれがある。

本開示によれば、以下が提供される。
［構成１］
排気通路であって、機関本体に連結された上流排気通路部分と、下流排気通路部分と、前記上流排気通路部分と前記下流排気通路部分との間を互いに並列に延びるメイン排気通路部分及びバイパス排気通路部分と、を備える排気通路と、
前記下流排気通路部分内に配置された触媒と、
前記上流排気通路部分を流通した排気ガスを前記メイン排気通路部分及び前記バイパス排気通路部分に振り分けて、前記メイン排気通路部分を流通する排気ガスの量であるメイン排気ガス量及び前記バイパス排気通路部分を流通する排気ガスの量であるバイパス排気ガス量を制御するように構成された排気制御弁と、
前記バイパス排気通路部分内に配置され、排気ガス中のＨＣを吸着するように構成されたＨＣ吸着材と、
電子制御ユニットであって、前記触媒の温度があらかじめ定められたシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がリーン空燃比と判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比と判別されたときに比べて、又は、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより大きいリーン空燃比であると判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより小さいリーン空燃比であると判別されたときに比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、
ように構成されている、電子制御ユニットと、
を備える、内燃機関の制御装置。
［構成２］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時には、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１に記載の内燃機関の制御装置。
［構成３］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時に前記メイン排気通路部分が閉鎖され、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
［構成４］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時には、フューエルカットの非実行時に比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１から３までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
［構成５］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時に前記メイン排気通路部分が閉鎖され、フューエルカットの非実行時に前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
［構成６］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が前記設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときに比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
［構成７］
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときに前記メイン排気通路部分が閉鎖され、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が前記設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときに前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
［構成８］
前記ＨＣ吸着材を直接的に又は間接的に加熱するように構成された電気ヒータを更に備え、
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されかつ前記メイン排気通路部分が閉鎖されるように前記排気制御弁が制御されるときにおいて、前記上流排気通路部分を形成する上流排気部材の温度があらかじめ定められたしきい値よりも低いと判別されたときに、前記電気ヒータを作動させる、ように構成されている、
構成１から７までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
［構成９］
前記電子制御ユニットは、前記触媒が不活性状態にあると判別されたときに前記メイン排気通路部分が閉鎖されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、構成１から８までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

触媒の排気浄化能力が低下するのを制限することができる。

本開示による実施例における内燃機関の概略全体図である。図１の線ＩＩ－ＩＩに沿ってみたケーシングの概略断面図である。本開示による実施例における排気制御弁の動作などを示すタイムチャートである。本開示による実施例における機関始動制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。本開示による実施例における機関始動制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。本開示による別の実施例における排気制御弁の動作などを示すタイムチャートである。本開示による更に別の実施例における排気制御弁の動作などを示すタイムチャートである。本開示による更に別の実施例における内燃機関の概略全体図である。図８に示される実施例における排気制御弁の動作などを示すタイムチャートである。図８に示される実施例における機関始動制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。

図１を参照すると、１は内燃機関本体、２は機関本体１に連結された吸気管、３は機関本体１に連結された排気管をそれぞれ示す。本開示による実施例では、排気管３はケーシング６に連結され、ケーシング６は排気管７に連結される。

一方、本開示による実施例のケーシング６の長手方向一端には、ケーシング６の半径方向全体に拡がる上流空間１０ｕが形成される。また、本開示による実施例のケーシング６の長手方向他端には、ケーシング６の半径方向全体に拡がる下流空間１０ｄが形成される。上流空間１０ｕには上述の排気管３が連通され、下流空間１０ｄには排気管７が連通される。更に、上流空間１０ｕと下流空間１０ｄとの間には、隔壁１１によって、メイン通路１２ｍとバイパス通路１２ｂとが画定される。本開示による実施例のメイン通路１２ｍはケーシング６の半径方向中央に位置するとともに管状をなしている。また、本開示による実施例のバイパス通路１２ｂはメイン通路１２ｍの周囲に位置するとともに環状をなしている。メイン通路１２ｍの上流端１２ｍｕ及びバイパス通路１２ｂの上流端１２ｂｕは上流空間１０ｕにそれぞれ連通され、メイン通路１２ｍの下流端１２ｍｄ及びバイパス通路１２ｂの下流端１２ｂｄは下流空間１０ｄにそれぞれ連通される。したがって、本開示による実施例のメイン通路１２ｍ及びバイパス通路１２ｂは、上流空間１０ｕと下流空間１０ｄとの間を互いに並列に延びる。なお、本開示による実施例の隔壁１１は、下流空間１０ｄに向けてケーシング６の半径方向外向きに拡開した部分を備えており、バイパス通路１２ｂの下流端１２ｂｄはこの拡開部分に形成された開口の形で形成される。

本開示による実施例では、上流空間１０ｕを流通した排気ガスをメイン通路１２ｍ及びバイパス通路１２ｂに振り分けて、メイン通路１２ｍを流通する排気ガスの量であるメイン排気ガス量及びバイパス通路１２ｂを流通する排気ガスの量であるバイパス排気ガス量を制御するための排気制御弁１３が設けられる。排気制御弁１３の開度位置が図１に破線で示される閉鎖位置に制御されると、メイン通路１２ｍが閉鎖され、したがって排気ガスのほぼすべてがバイパス通路１２ｂ内を流通する。これに対し、排気制御弁１３の開度位置が図１に実線で示される開放位置に制御されると、メイン通路１２ｍが開放され、したがって排気ガスの大部分がメイン通路１２ｍ内を流通し、少量の排気ガスがバイパス通路１２ｂ内を流通する。また、排気制御弁１３の開度位置が上述の閉鎖位置に近づけられると、メイン排気ガス量が減少し、バイパス排気ガス量が増大する。これに対し、排気制御弁１３開度位置が図１に実線で示される開放位置に近づけられると、バイパス排気ガス量が減少し、メイン排気ガス量が増大する。なお、本開示による実施例において、メイン通路１２ｍが開放されているときにバイパス通路１２ｂを流通する排気ガスの量及び向きは、例えば排気通路を流通する排気ガスの量に応じて変動する。ここで、本開示による実施例では、排気通路を流通する排気ガスの量は、吸入空気量によって表される。ケーシング６上流の排気通路に二次空気が供給される別の実施例（図示しない）では、排気通路を流通する排気ガスの量は、吸入空気量と二次空気量との合計により表される。更に別の実施例（図示しない）では、排気制御弁１３の開度位置が図１に実線で示される開放位置に制御されると、排気ガスのほぼすべてがメイン通路１２ｍ内を流通する。

図１及び図２に示されるように、本開示による実施例のバイパス通路１２ｂ内には、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を吸着するためのＨＣ吸着材１４が収容される。一方、本開示による実施例のケーシング６の下流空間１０ｄ内には、比較的大容量の触媒１６が収容される。触媒１６は例えば三元触媒又は酸化触媒から構成される。

したがって、本開示による実施例の排気通路は、機関本体に連結された上流排気通路部分と、下流排気通路部分と、上流排気通路部分と下流排気通路部分との間を互いに並列に延びるメイン排気通路部分及びバイパス排気通路部分と、を備える、ということになる。この場合、上流排気通路部分は少なくとも上流空間１０ｕを含む。また、下流排気通路部分は少なくとも下流空間１０ｄを含む。図１に示される例の上流排気通路部分は上流空間１０ｕに加えて、排気管３の内部空間を含む。また、図１に示される例の下流排気通路部分は下流空間１０ｄに加えて、排気管７の内部空間を含む。一方、メイン排気通路部分は少なくともメイン通路１２ｍを含む。バイパス排気通路部分は少なくともバイパス通路１２ｂを含む。

本開示による実施例の電子制御ユニット４０は、双方向性バス４１によって互いに通信可能に接続された１又は複数のプロセッサ４２、１又は複数のメモリ４３、及び、入出力ポート４４を備える。メモリ４３には種々のプログラムが記憶されており、これらプログラムがプロセッサ４２で実行されることにより種々のルーチンが実行される。入出力ポート４４には、１又は複数のセンサ４５が通信可能に接続される。本開示による実施例のセンサ４５には、例えば、吸気管２に取り付けられ、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ４５ａ、機関冷却水温を検出するための水温センサ４５ｂ、ＨＣ吸着材１４の温度を検出するための温度センサ４５ｃのほか、機関負荷を表すアクセルペダルの踏み込み量を検出するための踏み込み量センサ、機関本体１のクランク角を検出するためのクランク角センサ、空燃比を検出するための空燃比センサ、大気温を検出するための大気温センサ、触媒１６の温度を検出するための温度センサ、排気管３の温度を検出するための温度センサ、上流空間１０ｕにおける排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、下流空間１０ｄにおける排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ、などが含まれる。本開示による実施例のプロセッサ４２では、例えば、クランク角センサの出力に基づいて機関回転数が算出されるとともに、気筒判別又はクランク角の特定が行われる。一方、入出力ポート４４は、機関本体１（スロットル弁、燃料噴射弁、点火栓など）、排気制御弁１３などに通信可能に接続される。これら排気制御弁１３などは、電子制御ユニット４０からの信号に基づいて制御される。

本開示による実施例の内燃機関は、例えばハイブリッド車両の内燃機関として用いられる。ハイブリッド車両は、電気モータ及び内燃機関を備え、運転モードをＥＶモードとＨＶモードとの間で切り換えることができる。ＥＶモードでは、内燃機関が停止されつつ電気モータが運転される。この場合、電気モータの出力が車軸に伝達される。一方、ＨＶモードでは、電気モータ及び内燃機関が運転される。この場合、一例では、電気モータの出力及び内燃機関の出力が車軸に伝達される。別の例では、電気モータの出力が車軸に伝達され、内燃機関の出力は発電機に伝達される。発電機で発生された電力は電気モータに送られる。

運転モードをＥＶモードからＨＶモードに切り換えるべきときには、内燃機関の運転が開始される。これに対し、運転モードをＨＶモードからＥＶモードに切り換えるべきときには、内燃機関が停止される。したがって、ハイブリッド車両では、車両運転が継続されながら、内燃機関の運転及び停止が繰り返される場合がある。なお、運転モードは、例えば、車両の要求出力、バッテリ（図示しない）のＳＯＣ（充電率）などに基づいて切り換えられる。

さて、本開示による実施例では、例えば冷間始動時のように、触媒１６が不活性状態にあると判別されたとき、すなわち触媒１６の温度がその活性温度（例えば、３５０℃）よりも低いと判別されたときには、排気制御弁１３が閉鎖位置（図１の点線）に位置され、メイン通路１２ｍが閉鎖される。その結果、排気ガスがＨＣ吸着材１４に導かれる。このとき、ＨＣ吸着材１４の温度も低いので、排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着材１４に吸着される。その結果、多量のＨＣが大気中に放出されるのが制限される。なお、本開示による実施例では、触媒１６が活性状態にあるか否かは例えば、機関運転が開始されてからの経過時間、機関冷却水温、大気温などに基づいて判別され、又は、温度センサにより検出された触媒１６の温度に基づいて判別される。

これに対し、触媒１６が活性状態にあると判別されたときには、排気制御弁１３が開放位置（図１の実線）に位置され、メイン通路１２ｍが開放される。その結果、排気ガスが主としてメイン通路１２ｍ内を流通する。このときの排気ガス中のＨＣは触媒１６によって良好に酸化される。したがって、この場合にも多量のＨＣが大気中に放出されるのが制限される。

一方、ＨＣ吸着材１４にＨＣが吸着されているときに排気ガスがＨＣ吸着材１４又はバイパス通路１２ｂを流通し、ＨＣ吸着材１４の温度がそのＨＣ脱離温度（例えば、２００℃）よりも高くなると、ＨＣがＨＣ吸着材１４から脱離し、次いで触媒１６に流入する。この場合、ＨＣ吸着材１４を流通する排気ガスの量が多いときには、ＨＣ吸着材１４を流通する排気ガスの量が少ないときに比べて、多い。したがって、排気制御弁１３が閉鎖位置にあるときには、排気制御弁１３が開放位置にあるときに比べて、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣの量は多い。

ところで、本開示による実施例では、内燃機関の運転を開始すべきときに、電気モータ（図示しない）によってクランクシャフトを回転させるモータリングが行われる。このモータリングでは、まず、燃料噴射を行うことなく電気モータによるクランクシャフト駆動が行われる。次いで、例えば気筒判別又はクランク角の特定が完了すると、燃料噴射が開始され、したがって燃料噴射を行いながら電気モータによるクランクシャフト駆動が行われる。次いで、例えば機関回転数があらかじめ定められた設定回転数を上回ると、機関始動が完了したと判別され、電気モータによるクランクシャフト駆動、すなわちモータリングが停止される。このように、モータリングでは、まず燃料噴射を伴わないモータリングが行われ、次いで燃料噴射を伴う燃料噴射が行われる。

燃料噴射を伴わないモータリングが行われている間は、機関本体１から酸素過剰の排気ガスが排出され、この酸素過剰の排気ガスは、排気管３及び上流空間１０ｕを流通する。言い換えると、例えば排気管３を流通する排気ガスの空燃比はリーン空燃比である。したがって、このとき排気制御弁１３が開放位置に制御されてメイン通路１２ｍが開放されていると、この酸素過剰の排気ガスが触媒１６に流入し、触媒１６が酸化雰囲気となる。更に、このとき触媒１６の温度がそのシンタリング発生温度（例えば、５５０℃）よりも高いと、すなわち触媒１６が高温かつ酸化雰囲気であると、触媒１６にシンタリングが発生するおそれがある。すなわち、触媒１６の排気浄化能力が低下するおそれがある。

言い換えると、触媒１６が活性状態にあるということで排気制御弁１３が開放位置に制御されてメイン通路１２ｍが開放され、その状態で燃料噴射を伴わないモータリングが行われると、触媒１６の温度がかなり高いときに触媒１６にシンタリングが発生するおそれがある。なお、例えば、機関高負荷運転が継続された後の機関停止中に、触媒１６の温度がシンタリング発生温度を上回る場合がある。

そこで本開示による実施例では、触媒１６の温度があらかじめ定められた設定温度（例えば、５００℃）よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時に、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御され、メイン通路１２ｍが閉鎖される。その結果、ＨＣ吸着材１４内を流通する排気ガスの量が増大される。

触媒１６の温度が設定温度よりも高いと判別されたときには、ＨＣ吸着材１４の温度がそのＨＣ脱離温度（例えば、２００℃）よりも高いと考えられる。したがって、このときＨＣ吸着材１４からＨＣが確実に脱離する。また、触媒１６の温度が高いと判別されたときには、上述の上流排気通路部分、すなわち本開示による実施例では排気管３及び上流空間１０ｕを画定する部材の温度も高いと考えられる。その結果、排気ガスは、上流排気通路部分を形成する部材である上流排気部材によって加熱された後に、ＨＣ吸着材１４に流入してＨＣ吸着材１４を加熱する。したがって、この点でも、ＨＣ吸着材１４からＨＣが確実に脱離する。

上述したように、本開示による実施例では、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時に、ＨＣ吸着材１４内を流通する排気ガスの量が増大される。したがって、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時に、ＨＣ吸着材１４から離脱するＨＣの量が増大される。

ＨＣ吸着材１４から脱離したＨＣは次いで触媒１６に流入する。その結果、触媒１６に流入する排気ガスの空燃比又は排気ガス中の酸素濃度が低下される。あるいは、触媒１６が酸化雰囲気になるのが制限される。したがって、触媒１６にシンタリングが発生するのが制限される。この場合、触媒１６に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比にされるのが好ましく、理論空燃比にされるのがより好ましい。なお、ＨＣ吸着材１４から離脱したＨＣは、触媒１６において良好に浄化される。また、本開示による実施例の設定温度は、上述のシンタリング発生温度よりも低く設定され、触媒１６の活性温度よりも高く設定される。

これに対し、本開示による実施例では、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に、排気制御弁１３が開放位置に制御され、メイン通路１２ｍが開放される。本開示による実施例では、このとき上流空間１０ｕを流通する排気ガスの空燃比は理論空燃比又はリッチ空燃比である。したがって、この排気ガスが主としてメイン通路１２ｍを流通して触媒１６に到達する。したがって、触媒１６が酸化雰囲気になるのが制限され、触媒１６にシンタリングが発生するのが制限される。一方、このとき、排気制御弁１３が開放位置に制御されるので、ＨＣ吸着材１４内を流通する排気ガスの量が減少され、ＨＣ吸着材１４から離脱して触媒１６に流入するＨＣの量が減少される。その結果、触媒１６に流入する排気ガスの空燃比が過度にリッチ空燃比となるのが制限され、触媒１６から排出されるＨＣの量が増大するのが制限される。

すなわち、図３に示されるように、時間ｔａ１において内燃機関（Ｅ／Ｇ）の再始動要求を表す信号が発せられると、モータリング、より正確には燃料噴射を伴わないモータリングが開始される。図３に示される例では、このとき触媒１６の温度Ｔｃが設定温度Ｔｃｘよりも高いので、排気制御弁１３は閉鎖位置に制御される。なお、図３において、Ｔｃｓは触媒１６のシンタリング発生温度を示している。

また、図３に示される例では、時間ｔａ１において、ＨＣ吸着材１４の温度ＴａはそのＨＣ脱離温度Ｔａｄよりも高い。したがって、ＨＣ吸着材１４からＨＣが脱離する。すなわち、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣ量ＱＲＨＣ、すなわち触媒１６に流入するＨＣ量が増大する。

次いで、時間ｔａ２において気筒判別が完了すると、モータリングが継続されつつ燃料噴射が開始される。また、このとき排気制御弁１３は開放位置に制御される。その結果、排気ガスが主としてメイン通路１２ｍを流通する。このため、ＨＣ吸着材１４からの脱離ＨＣ量ＱＨＣが減少する。なお、本開示による実施例では、このとき排気管３を流通する排気ガスの空燃比は理論空燃比又はリッチ空燃比である。したがって、触媒１６にシンタリングが発生されるのが制限される。

燃料噴射が開始されると機関回転数Ｎｅが急激に上昇する。本開示による実施例では、次いで時間ｔａ３において、機関回転数Ｎｅがあらかじめ定められた設定回転数Ｎｅｘを上回ると、機関始動が完了したと判別され、モータリングが停止される。

本開示による実施例では、シンタリングを制限するために触媒１６に供給されるＨＣは、触媒１６が不活性状態にあるときに排気ガスから回収されてＨＣ吸着材１４に蓄えられたＨＣである。すなわち、シンタリングの制限のために、追加の燃料を必要としない。したがって、本開示による実施例では、燃料がより有効に利用される。

なお、本開示による実施例では、機関始動が完了した後の機関運転中は、例えば触媒１６の状態に基づいて排気制御弁１３が制御される。一例では、排気制御弁１３は、触媒１６が活性状態にあるときには開放位置に制御され、触媒１６が不活性状態にあるときには閉鎖位置に制御される。また、本開示による実施例では、機関停止中は、排気制御弁１３は開放に制御される。

図４及び図５は、上述した本開示による実施例の機関始動制御ルーチンを示している。図４及び図５を参照すると、ステップ１００では内燃機関を再始動すべきか否かが判別される。内燃機関を再始動すべきでないと判別されたときには処理サイクルを終了する。内燃機関を再始動すべきと判別されたときには次いでステップ１０１に進み、触媒１６の温度Ｔｃが設定温度Ｔｃｘ以上か否かが判別される。Ｔｃ≧Ｔｃｘと判別されたときには次いでステップ１０２に進み、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御される。続くステップ１０３ではモータリングが実行される。続くステップ１０４では、燃料噴射が開始されたか否かが判別される。燃料噴射が開始されたと判別されるまでステップ１０４が繰り返され、燃料噴射が開始されたと判別されるとステップ１０５に進む。ステップ１０５では、排気制御弁１３が開放位置に制御される。続くステップ１０６では、機関始動が完了したか否かが判別される。機関始動が完了したと判別されるまでステップ１０６が繰り返され、機関始動が完了したと判別されるとステップ１０７に進む。ステップ１０７ではモータリングが停止される。

ステップ１０１においてＴｃ＜Ｔｃｘと判別されたときには次いでステップ１０８に進み、触媒１６の温度がその活性温度Ｔｃａ以上か否かが判別される。Ｔｃ＜Ｔｃａと判別されたときには次いでステップ１０９に進み、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御される。次いでステップ１１１に進む。これに対し、Ｔｃ≧Ｔｃａと判別されたときには次いでステップ１１０に進み、排気制御弁１３が開放位置に制御される。次いでステップ１１１に進む。ステップ１１１では、モータリングが実行される。続くステップ１１２では機関始動が完了したか否かが判別される。機関始動が完了していないときにはステップ１０８に戻る。機関始動が完了したと判別されるとステップ１０７に進み、モータリングが停止される。

したがって、本開示による実施例では、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時には、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に比べて、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣの量が多くなるように排気制御弁１３が制御される。また、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時にメイン通路１２ｍが閉鎖され、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時にメイン通路１２ｍが開放されるように排気制御弁が制御される。

次に、図６を参照して本開示による別の実施例を説明する。図６に示される実施例では、時間ｔｂ１においてフューエルカットが実行され、このとき触媒１６の温度Ｔｃが設定温度Ｔｃｘよりも高い。このとき、排気制御弁１３が開放位置にあると、触媒１６が高温かつ酸化雰囲気となり、触媒１６にシンタリングが発生するおそれがある。そこで図６に示される実施例では、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御される。その結果、ＨＣ吸着材１４からＨＣが脱離し、触媒１６に送られる。したがって、触媒１６にシンタリングが発生するのが制限される。なお、図６に示される実施例では、機関回転数がフューエルカット実行回転数よりも高いときに機関負荷がフューエルカット実行負荷よりも低くなるとフューエルカットが実行され、次いで機関負荷がフューエルカット停止負荷よりも高くなるか機関負荷がフューエルカット停止回転数よりも低くなると、フューエルカットが停止される。フューエルカットが実行されると、燃料噴射が停止される。次いで、時間ｔｂ２においてフューエルカットが停止されると、排気制御弁１３が開放位置に戻される。

したがって、図６に示される実施例では、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時には、フューエルカットの非実行時に比べて、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣの量が多くなるように排気制御弁１３が制御される。また、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時にメイン通路１２ｍが閉鎖され、フューエルカットの非実行時にメイン通路１２ｍが開放されるように排気制御弁１３が制御される。

次に、図７を参照して本開示による更に別の実施例を説明する。図７に示される実施例では、時間ｔｃ１において、上流排気通路部分（例えば、排気管３、上流空間１０ｕなど）を流通する排気ガスの空燃比である流入排気空燃比ＡＦｅｘｕが、設定リーン空燃比ＡＦＬｘよりも大きくなり、このとき触媒１６の温度Ｔｃが設定温度Ｔｃｘよりも高い。このとき、排気制御弁１３が開放位置にあると、触媒１６が高温かつ酸化雰囲気となり、触媒１６にシンタリングが発生するリスクがより高くなる。そこで図７に示される実施例では、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御される。その結果、触媒１６にシンタリングが発生するのが制限される。次いで、時間ｔｃ２において流入排気空燃比ＡＦｅｘｕが設定リーン空燃比ＡＦＬｘよりも小さくなると、排気制御弁１３が開放位置に戻される。

したがって、図７に示される実施例では、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときには、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときに比べて、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣの量が多くなるように排気制御弁１３が制御される。また、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときにメイン通路１２ｍが閉鎖され、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときにメイン通路１２ｍが開放されるように排気制御弁が制御される。

これまで述べてきた実施例では、排気制御弁１３は開放位置又は閉鎖位置に制御される。これに対し、別の実施例（図示しない））では、排気制御弁１３は、開放位置と閉鎖位置の間に中間位置に制御される。この場合、排気制御弁１３の開度位置が閉鎖位置に近づくよう制御されると、ＨＣ吸着材１４を流通する排気ガスの量が増大し、ＨＣ吸着材１４から脱離して触媒１６に送られるＨＣの量が増大する。したがって、例えば、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時には、排気制御弁１３が閉鎖位置に近づくよう制御され、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時には、排気制御弁１３が開放位置に近づくよう制御される。

したがって、これまで述べてきた種々の実施例を包括的に表現すると、触媒１６の温度があらかじめ定められたシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がリーン空燃比と判別されたときには、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比と判別されたときに比べて、又は、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより大きいリーン空燃比であると判別されたときには、上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより小さいリーン空燃比であると判別されたときに比べて、ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように排気制御弁１３が制御される、ということになる。

図８は、本開示による更に別の実施例を示している。図８に示される実施例は、ＨＣ吸着材１４を直接的又は間接的に加熱するための電気ヒータ５０を備える点で、上述の実施例と構成を異にしている。特に、図８に示される実施例の電気ヒータ５０は、排気管３内に配置されて排気管３内を流通する排気ガスを加熱するための電気ヒータから構成される。電気ヒータ５０によって加熱された排気ガスがＨＣ吸着材１４内を流通すると、この排気ガスによってＨＣ吸着材１４が加熱される。別の実施例（図示しない）では、電気ヒータは、上流空間１０ｕ内又はＨＣ吸着材１４上流のバイパス通路１２ｂ内に配置される。更に別の実施例（図示しない）では、電気ヒータはＨＣ吸着材１４を直接加熱するためにＨＣ吸着材１４内に設けられる。

上述したように、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときには、上流排気部材（例えば、排気管３、ケーシング６など）の温度も高いと考えられる。この場合、排気ガスは、上流排気部材によって加熱された後に、ＨＣ吸着材１４に流入してＨＣ吸着材１４を加熱し、したがってＨＣ吸着材１４の温度がそのＨＣ脱離温度以上に維持されると考えられる。

しかしながら、触媒１６の温度が高くても、上流排気部材の温度が低い場合もある。この場合には、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御されたときに、ＨＣ吸着材１４からＨＣが十分に脱離しないおそれがある。この場合、排気制御弁１３が閉鎖位置に制御されても、触媒１６にシンタリングが発生するのを制限できないおそれがある。

そこで図８に示される実施例では、触媒１６の温度がシンタリング発生温度よりも高いと判別されかつ排気制御弁１３が閉鎖位置に制御されるときにおいて、上流排気部材の温度があらかじめ定められたしきい値よりも低いと判別されたときに、電気ヒータ５０が作動される。その結果、ＨＣ吸着材１４の温度がそのＨＣ脱離温度以上に確実に維持される。したがって、触媒１６にシンタリングが発生するのが確実に制限される。これに対し、上流排気部材の温度がしきい値よりも高いと判別されたときには、電気ヒータ５０が停止される。この場合には、ＨＣ吸着材１４の温度がＨＣ脱離温度以上になると考えられ、電気ヒータ５０を作動させる必要がない。

図８に示される実施例では、上流排気部材の温度がしきい値よりも低いか否かは、例えば、機関運転が停止されてからの経過時間、機関冷却水温、大気温などに基づいて判別され、又は、温度センサにより検出された上流排気部材の温度に基づいて判別される。

すなわち、図８に示される実施例では、図９に示されるように、時間ｔｄ１において内燃機関（Ｅ／Ｇ）の再始動要求を表す信号が発せられると、燃料噴射を伴わないモータリングが開始される。図９に示される例では、このとき触媒１６の温度Ｔｃが設定温度Ｔｃｘよりも高いので、排気制御弁１３は閉鎖位置に制御される。

図９に示される実施例では、時間ｔｄ１において、上流排気部材の温度はしきい値よりも低いと判別されており、したがってこのとき電気ヒータ５０が作動される。なお、図９に示される例では、時間ｔｄ１において、ＨＣ吸着材１４の温度ＴａはそのＨＣ脱離温度Ｔａｄよりも低いので、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣ量ＱＲＨＣは直ちに増大しない。

次いで、時間ｔｄ２において、ＨＣ吸着材１４の温度ＴａがそのＨＣ脱離温度Ｔａｄを上回ると、ＨＣ吸着材１４からＨＣが脱離し始め、ＨＣ吸着材１４から脱離するＨＣ量ＱＲＨＣが増大し始める。

次いで、時間ｔｄ３において、気筒判別が完了すると、モータリングが継続されつつ燃料噴射が開始される。また、このとき排気制御弁１３は開放位置に制御され、電気ヒータ５０が停止される。次いで時間ｔｄ３において、機関回転数Ｎｅがあらかじめ定められた設定回転数Ｎｅｘを上回ると、モータリングが停止される。

図１０は図８に示される実施例の機関始動制御ルーチンの一部を示している。すなわち、図８に示される実施例では、図４及び図５に示されるルーチンの一部が図１０のルーチンに置き換えられる。具体的に説明すると、図１０に示される実施例では、図４のステップ１０２から図１０のステップ１０２ａに進み、上流排気部材の温度Ｔｕがしきい値Ｔｕｘよりも低いか否かが判別される。Ｔｕ＜Ｔｕｘと判別されたときには次いでステップ１０２ｂに進み、電気ヒータ５０が作動される。次いでステップ１０３に進む。これに対し、Ｔｕ≧Ｔｕｘと判別されたときには、電気ヒータ５０を停止させたままステップ１０３に進む。ステップ１０３では、モータリングが実行される。続くステップ１０４では燃料噴射が開始されたか否かが判別される。燃料噴射が開始されたと判別されるまでステップ１０４が繰り返され、燃料噴射が開始されたと判別されるとステップ１０５に進む。ステップ１０５では、排気制御弁１３が開放位置に制御される。続くステップ１０５ａでは電気ヒータ５０が停止される。次いでステップ１０６に進む。

本開示による更に別の実施例では、これまで述べてきた実施例の少なくとも２つが互いに組み合わされる。

１機関本体
３，７排気管
６ケーシング
１０ｕ上流空間
１０ｄ下流空間
１２ｍメイン通路
１２ｂバイパス通路
１３排気制御弁
１４ＨＣ吸着材
１６触媒
４０電子制御ユニット

Claims

排気通路であって、機関本体に連結された上流排気通路部分と、下流排気通路部分と、前記上流排気通路部分と前記下流排気通路部分との間を互いに並列に延びるメイン排気通路部分及びバイパス排気通路部分と、を備える排気通路と、
前記下流排気通路部分内に配置された触媒と、
前記上流排気通路部分を流通した排気ガスを前記メイン排気通路部分及び前記バイパス排気通路部分に振り分けて、前記メイン排気通路部分を流通する排気ガスの量であるメイン排気ガス量及び前記バイパス排気通路部分を流通する排気ガスの量であるバイパス排気ガス量を制御するように構成された排気制御弁と、
前記バイパス排気通路部分内に配置され、排気ガス中のＨＣを吸着するように構成されたＨＣ吸着材と、
電子制御ユニットであって、前記触媒の温度があらかじめ定められたシンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がリーン空燃比と判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチ空燃比と判別されたときに比べて、又は、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより大きいリーン空燃比であると判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比がより小さいリーン空燃比であると判別されたときに比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、
ように構成されている、電子制御ユニットと、
を備える、内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時には、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、燃料噴射を伴わないモータリングの実行時に前記メイン排気通路部分が閉鎖され、燃料噴射を伴わないモータリングの非実行時に前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時には、フューエルカットの非実行時に比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、フューエルカットの実行時に前記メイン排気通路部分が閉鎖され、フューエルカットの非実行時に前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときには、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が前記設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときに比べて、前記ＨＣ吸着材から脱離するＨＣの量が多くなるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されたときにおいて、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比があらかじめ定められた設定リーン空燃比よりも大きいと判別されたときに前記メイン排気通路部分が閉鎖され、前記上流排気通路部分を流通する排気ガスの空燃比が前記設定リーン空燃比よりも小さいと判別されたときに前記メイン排気通路部分が開放されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記ＨＣ吸着材を直接的に又は間接的に加熱するように構成された電気ヒータを更に備え、
前記電子制御ユニットは、前記触媒の温度が前記シンタリング発生温度よりも高いと判別されかつ前記メイン排気通路部分が閉鎖されるように前記排気制御弁が制御されるときにおいて、前記上流排気通路部分を形成する上流排気部材の温度があらかじめ定められたしきい値よりも低いと判別されたときに、前記電気ヒータを作動させる、ように構成されている、
請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
前記電子制御ユニットは、前記触媒が不活性状態にあると判別されたときに前記メイン排気通路部分が閉鎖されるように前記排気制御弁を制御する、ように構成されている、請求項１から８までのいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。