JP5233487B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

この発明は、触媒で排気浄化を行うエンジン（内燃機関）の排気装置、特に、メイン触媒が活性化していない冷間始動直後に、別の触媒を備えたバイパス流路側に排気を案内するようにした形式の排気装置の改良に関する。

エンジンの気筒に接続されて気筒からの排気を流すメイン流路と、このメイン流路に介装されるメイン触媒と、前記メイン流路から分岐して前記メイン触媒の上流に合流するバイパス流路と、このバイパス流路に介装されるバイパス触媒と、閉要求があるとき前記排気をバイパス流路のみに、開要求があるとき前記排気を前記メイン流路に流す流路切換弁とを備え、前記メイン触媒が活性化する前には前記閉要求を、前記メイン触媒が活性化したときには前記開要求を出すと共に、バイパス触媒の上流と下流に第３空燃比センサと第４空燃比センサを、メイン触媒の上流と下流に第１空燃比センサと第２空燃比センサを設け、排気をバイパス流路に流す場合に、前記第３空燃比センサと第４空燃比センサの２つの出力に基づいてバイパス触媒（三元触媒）の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行い、これに対して排気をメイン流路のみに流す場合には、前記第１空燃比センサと第２空燃比センサの２つの出力に基づいてメイン触媒（三元触媒）の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行うものがある（特許文献１参照）。
特開２００８−５７４８１号公報

ところで、上記特許文献１の技術では、運転条件によりバイパス触媒、メイン触媒の状態についてそれぞれ３通りあるため、合計では触媒の状態に９通りの組合せが考えられる。このため、流路切換弁を切換え排気をメイン排気通路のみに流す当初にメイン触媒がストイキ状態になければ、メイン触媒の転化率が低下し、排気エミッションが悪化してしまう。

そこで本発明は、流路切換弁を切換え排気をメイン排気通路のみに流す当初にメイン触媒がストイキ状態にない場合であっても、メイン触媒の転化率を高く保ち、流路切換弁の切換時の排気エミッションの悪化を低減することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものでない。

本発明は、エンジンの気筒に接続されて気筒からの排気を流すメイン流路（２、３）と、このメイン流路（２、３）に介装されるメイン触媒（８）と、前記メイン流路（２、３）から分岐して前記メイン触媒（８）の上流に合流するバイパス流路（１１、１３）と、このバイパス流路（１１、１３）に介装されるバイパス触媒（１８）と、閉要求があるとき前記排気をバイパス流路（１１、１３）のみに、開要求があるとき前記排気を前記メイン流路（２、３）に流す流路切換弁（４）と、前記メイン触媒（８）の上流に介装される第１空燃比センサ（４６）と、前記メイン触媒（８）の下流に介装される第２空燃比センサ（４７）と、前記メイン触媒（８）が活性化する前には前記閉要求を、前記メイン触媒（８）が活性化したときには前記開要求を出す要求出力手段とを備え、前記要求出力手段からの前記開要求で前記排気を前記メイン流路（２、３）に流している場合に、前記第１空燃比センサ（４６）と前記第２空燃比センサ（４７）の各出力に基づいてメイン触媒（８）の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行い、前記要求出力手段からの前記閉要求で前記排気を前記バイパス流路（１１、１３）のみに流している場合に、前記第２空燃比センサ（４７）出力がストイキでなくかつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、前記第２空燃比センサ（４７）出力がストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁（４）に与えるのを遅らせるように構成する。

本発明によれば、エンジンの気筒に接続されて気筒からの排気を流すメイン流路と、このメイン流路に介装されるメイン触媒と、前記メイン流路から分岐して前記メイン触媒の上流に合流するバイパス流路と、このバイパス流路に介装されるバイパス触媒と、閉要求があるとき前記排気をバイパス流路のみに、開要求があるとき前記排気を前記メイン流路に流す流路切換弁と、前記メイン触媒の上流に介装される第１空燃比センサと、前記メイン触媒の下流に介装される第２空燃比センサと、前記メイン触媒が活性化する前には前記閉要求を、前記メイン触媒が活性化したときには前記開要求を出す要求出力手段とを備え、前記要求出力手段からの前記開要求で前記排気を前記メイン流路に流している場合に、前記第１空燃比センサと前記第２空燃比センサの各出力に基づいてメイン触媒の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行い、前記要求出力手段からの前記閉要求で前記排気を前記バイパス流路のみに流している場合に、前記第２空燃比センサ出力がストイキでなくかつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、前記第２空燃比センサ出力がストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる。すなわち、メイン触媒をストイキ状態にしてから流路切換弁を切換え排気をメイン流路のみに流すので、メイン触媒の転化率を高く保ち、排気エミッションを低減できる。

以下、この発明を直列４気筒エンジンの排気装置として適用した第１実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は排気装置の配管レイアウトの模式図であり、始めに、この図１に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。直列に配置された１番気筒（♯１気筒）、２番気筒（♯２気筒）、３番気筒（♯３気筒）、４番気筒（♯４気筒）からなる各気筒１には、気筒毎に上流側メイン通路２が接続されている。４つの気筒に個々に接続された４本の上流側メイン通路２は、下流側で１本の下流側メイン通路３として合流しており、その合流部、換言すれば、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との境界となる部位には、４本の上流側メイン通路２を一斉に開閉する流路切換弁４が設けられている。この切換弁４は、冷間時に閉じられるものであって、閉時には、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、４本の上流側メイン通路２の間を互いに非連通状態とする構成となっている。

流路切換弁４から下流に延びる下流側メイン通路３の途中には、メイン触媒８が介装されている。このメイン触媒８は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、その触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。以上の上流側メイン通路２と下流側メイン通路３とメイン触媒８とによって、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。

一方、バイパス流路として、上流側メイン通路２の各々から、上流側バイパス通路１１が分岐している。この上流側バイパス通路１１は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、その上流端となる分岐点１２は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、４本の上流側バイパス通路１１は、下流側の合流点１３で１本の下流側バイパス通路１４として合流している。

なお、各通路を模式的に示した図１では、各上流側バイパス通路１１が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって下流側バイパス通路１４として合流している。

この下流側バイパス通路１４の下流端は、下流側メイン通路３のメイン触媒８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路３に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１４の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒１８が介装されている。このバイパス触媒１８は、バイパス流路の中で、可能な限り上流側に配置されている。上記バイパス触媒１８は、メイン触媒８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。

下流側バイパス通路１４の下流側メイン通路３への合流点１７より上流の下流側メイン通路３に排気還流通路１５の一端が接続されている。この排気還流通路の１５の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介してエンジンの吸気系へと延びている。

図２はエンジンコントロールユニット３１への入出力を示している。上記のように構成されたエンジンの排気装置においては、冷間始動後のエンジン温度ないしは排気温度が低い段階では、エンジンコントロールユニット３１により適宜なモータ（アクチュエータ）を介して流路切換弁４が閉じられ、メイン流路が遮断される。そのため、各気筒１から吐出された排気は、その全量が、分岐点１２から上流側バイパス通路１１および下流側バイパス通路１４を通してバイパス触媒１８へと流れる。バイパス触媒１８は、排気系の上流側つまり気筒１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。また、このとき、流路切換弁４が閉じることで、各気筒１の上流側メイン通路２が互いに非連通状態となる。そのため、ある気筒から吐出された排気が他の気筒の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。

一方、メイン触媒８の暖機が進行して活性化状態になったら、エンジンコントロールユニット３１により流路切換弁４が開放される。これにより、各気筒１から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２から下流側メイン通路３を通り、メイン触媒８を通過する。このときバイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒１８が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒１８の熱劣化は十分に抑制される。またバイパス流路側が完全に遮断されないことから、排気流量が大となる高回転速度高負荷時には、排気流の一部がバイパス流路側を流れることで、背圧による充填効率低下を回避することができる。

バイパス触媒１８の上流側と下流側に第３空燃比センサ４４、第４空燃比センサ４５を、メイン触媒８の上流側と下流側にも第１空燃比センサ４６、第２空燃比センサ４７を備えている。ここで、空燃比センサは、リーン側からリッチ側まで空燃比をリニアに検出することのできるセンサが望ましいが、本実施形態においては、コスト上の問題から、触媒下流側の空燃比センサについては、理論空燃比を中心にしてリッチとリーンとに２値的に切換わる、いわゆるＯ₂センサを用いている。

エンジンコントロールユニット３１では、これらセンサ出力に基づいて三元触媒（バイパス触媒、メイン触媒）の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行う。すなわち、流路切換弁４の閉時には、第３空燃比センサ４４、第４空燃比センサ４５の２つの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を、また流路切換弁４の開時には、今度は第１空燃比センサ４６、第２空燃比センサ４７の２つの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う。

なお、エンジンの各気筒には燃料噴射弁２１と点火プラグ２２とが設けられており、エンジンコントロールユニット３１では、エアフローメータ４１により検出される吸入空気流量Ｑａとクランク角センサ４２により検出されるエンジン回転速度Ｎｅに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出し、この基本噴射パルス幅Ｔｐを、流路切換弁４の閉時には上記２つのセンサ４４、４５の出力に基づいて、流路切換弁４の開時には上記２つのセンサ４６、４７の出力に基づいてそれぞれ算出される空燃比フィードバック補正係数αで補正して燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、この燃料噴射パルス幅Ｔｉの期間だけ所定の噴射タイミングで各気筒の燃料噴射弁２１を開き、燃料噴射を行っている。

さて、流路切換弁４が閉位置（閉弁状態）から開位置（開弁状態）に切換わると、排気の主な流れがバイパス通路からメイン通路へと切換わるため、流路切換弁４の切換に合わせて、空燃比フィードバック制御に用いるセンサを第３空燃比センサ４４、第４空燃比センサ４５から第１空燃比センサ４６、第２空燃比センサ４７へと切換えている。

この場合に、図３に示したように運転条件によりバイパス触媒１８、メイン触媒８の状態についてそれぞれ３通りあるため、合計では触媒の状態に９通りの組合せが考えられる。このため、流路切換弁４の開時にメイン触媒８がストイキ状態になければ、メイン触媒の転化率が低下し、排気エミッションが悪化してしまう。例えば図４はバイパス触媒１８がリーン状態で、メイン触媒がリッチ状態の場合に排気エミッションがどうなるかを示しており、空燃比フィードバック制御（図では「ＯＳＣ制御」で略記）をバイパス側からメイン側に切換えたとき、切換直後にメイン触媒がリッチ状態となるため、ＨＣ、ＣＯが悪化する。

そこで本発明では、運転条件に応じた制御によりメイン触媒８をストイキにしてから流路切換弁４を開状態へと切換えることによって、メイン触媒８の転化率を高く保ち、流路切換弁４の開状態への切換時の排気エミッションの悪化を低減する。

これを図５、図６を参照してさらに説明する。バイパス触媒１８、メイン触媒８の各触媒がリッチ、ストイキ、リーンのいずれの状態にあるかは、触媒下流の空燃比センサ出力によって知ることができる。すなわち、バイパス触媒１８がリッチ、ストイキ、リーンのいずれの状態にあるかは、第４空燃比センサ４５出力によって、メイン触媒８がリッチ、ストイキ、リーンのいずれの状態にあるかは、第２空燃比センサ４７出力によって知ることができる。また、メイン触媒８がリーン状態である場合にメイン触媒８をストイキ状態にするには空燃比をリッチ側に制御し、この反対にメイン触媒８がリッチ状態である場合にメイン触媒８をストイキ状態にするには空燃比をリーン側に制御してやればよい。

なお、理論空燃比のときのＯ₂センサ出力を中心としてリッチ側スライスレベルとリーン側スライスレベル設けており、この２つのスライスレベル内にあるときが「ストイキ」あるいは「ストイキ状態」である。この２つのスライスレベルの幅は、いわゆるウインドウといわれるもので、空燃比フィードバック制御により空燃比をウインドウの幅内で振らすとき、三元触媒（メイン触媒、バイパス触媒）は、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に低減できる。

従って、流路切換弁４を開状態へと切換える前にメイン触媒８がリーン状態である場合には、リッチスパイク処理（空燃比リッチ化処理）を行ってメイン触媒８の状態をストイキにした後に流路切換弁４を開状態へと切換える（図５参照）。この場合に、リッチスパイク量Ａは流路切換弁４を閉状態としている場合のバイパス触媒１８の状態によって異ならせる。すなわち、バイパス触媒１８がリッチ状態であるときのリッチスパイク量をＡ１、バイパス触媒がストイキ状態であるときのリッチスパイク量をＡ２、バイパス触媒がリーン状態であるときのリッチスパイク量をＡ３としたとき、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３となるようにする。

詳細には、図５において、メイン触媒８の活性前にメイン触媒８がリーン状態である場合に、メイン触媒８が活性化してｔ１で流路切換弁４に開要求が出されたとすると、このｔ１のタイミングから所定時間Δｔ１の間に、第４空燃比センサ出力がリッチ、ストイキ、リーンのいずれであるかを判定してリッチスパイク量ＡをＡ１、Ａ２、Ａ３のいずれにするかを決定し、所定時間Δｔ１が経過したｔ２のタイミングでその決定したリッチスパイク量を用いてリッチスパイク処理を一定時間Δｔ２だけ行い、このリッチスパイク処理の終了後に第２空燃比センサ出力がリーンからストイキに切換わるｔ３のタイミングで流路切換弁４を開状態へと切換える。言い替えると、開要求が出たとき、リッチスパイク処理を行い、このリッチスパイク処理によって第２空燃比センサ出力がリーンよりストイキに切換わるまで、この開要求を流路切換弁４に与えるのを遅らせる。

この反対に、流路切換弁４を開状態へと切換える前にメイン触媒８がリッチ状態である場合には、リーンスパイク処理（空燃比リーン化処理）を行ってメイン触媒８の状態をストイキにした後に流路切換弁４を開状態へと切換える（図６参照）。この場合に、リーンスパイク量Ｂは流路切換弁４を閉状態としている場合のバイパス触媒１８の状態によって異ならせる。すなわち、バイパス触媒１８がリッチ状態であるときのリーンスパイク量をＢ１、バイパス触媒がストイキ状態であるときのリーンスパイク量をＢ２、バイパス触媒がリーン状態であるときのリーンスパイク量をＢ３としたとき、Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３となるようにする。

詳細には、図６において、メイン触媒１８の活性前にメイン触媒８がリッチ状態である場合に、メイン触媒８が活性化してｔ１１で流路切換弁４に開要求が出されたとすると、このｔ１１のタイミングから所定時間Δｔ１１の間に、第４空燃比センサ出力がリッチ、ストイキ、リーンのいずれであるかを判定してリーンスパイク量ＢをＢ１、Ｂ２、Ｂ３のいずれにするかを決定し、所定時間Δｔ１１が経過したｔ１２のタイミングでその決定したリーンスパイク量を用いてリーンスパイク処理を一定時間Δｔ１２だけ行い、このリーンスパイク処理の終了後に第２空燃比センサ出力がリッチからストイキに切換わるｔ１３のタイミングで流路切換弁４を開状態へと切換える。言い替えると、開要求が出たとき、リーンスパイク処理を行い、このリーンスパイク処理によって第２空燃比センサ出力がリッチよりストイキに切換わるまで、この開要求を流路切換弁４に与えるのを遅らせる。

エンジンコントロールユニット３１で実行されるこの制御を以下のフローチャートに基づいて詳述する。

ただし、図５、図６で説明したように、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリーン状態にある場合と、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリッチ状態にある場合の両方があるのであるが、ここでは流路切換弁４の閉状態でメイン触媒がリーン状態にある場合に対応して図７〜図１０のフローを作成している。すなわち、以下では、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリーン状態にある場合を前提として説明する。

図７はフラグを設定するためもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１では流路切換弁４の開要求があるか否かをみる。これは、温度センサ４８により検出されるメイン触媒８の触媒温度Ｔｃａｔが所定値以上となっていれば、メイン触媒８が活性化したと判断して流路切換弁４の開要求が出されることになっている。従って、流路切換弁４の開要求が出ていなければそのまま今回の処理を終了する。

流路切換弁４の開要求があるときにはステップ２に進み、流路切換弁４の開要求が出てから所定時間Δｔ１が経過したか否かをみる。所定時間Δｔ１はリッチスパイク量Ａを算出するのに必要な時間を定めるものである。この所定時間Δｔ１は適合により予め定めておく。

流路切換弁４の開要求が出てから所定時間Δｔ１が経過していないときには、ステップ３に進み、スパイク量設定フラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）をみる。ここでは、スパイク量設定フラグ＝０であるとしてステップ４に進み、リッチスパイク量Ａを設定する。このリッチスパイク量Ａの設定については図８のフローにより説明する。

図８（図７ステップ４のサブルーチン）においてステップ１１では第４空燃比センサ出力を読み込み、ステップ１２でこの第４空燃比センサ出力がリッチ、ストイキ、リーンのいずれにあるかをみる。ここで、第４空燃比センサ出力がリッチ側スライスベルとリーン側スライスベルの間に収まっているときストイキ、第４空燃比センサ出力がリッチ側スライスベルを超えているときリッチ、第４空燃比センサ出力がリーン側スライスベル未満であるときリーンである。

第４空燃比センサ出力がリッチであるときにはステップ１３に進んで所定値Ａ１を、第４空燃比センサ出力がストイキであるときにはステップ１４に進んで所定値Ａ２を、第４空燃比センサ出力がリーンであるときにはステップ１５に進んで所定値Ａ３をリッチスパイク量Ａとする。ここで、所定値Ａ１、Ａ２、Ａ３の間にはＡ１＜Ａ２＜Ａ３となる関係が生じるようにしておく。例えば、Ａ１＝０．１、Ａ２＝０．２、Ａ３＝０．３とする。

このようにしてリッチスパイク量Ａを算出したら図７に戻り、ステップ５でリッチスパイク量Ａを算出済みであることを表すためスパイク量設定フラグ＝１とする。

このスパイク量設定フラグ＝１により、次回にはステップ３よりステップ４を飛ばしてステップ５に進むことになり、ステップ５の操作を実行する。

やがて、ステップ２で流路切換弁４の開要求が出てから所定時間Δｔ１が経過すると、ステップ６に進みリッチスパイク処理を行わせるためリッチスパイクフラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）＝１とする。

図９は燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出するためのもので、図７に続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ２１ではエアフローメータにより検出される吸入空気流量Ｑａ、クランク角センサ４２により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、リッチスパイク量Ａ（図７ステップ４で算出済み）を読み込む。

ステップ２２では吸入空気流量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとから、
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ …（１）
ただし、Ｋ；定数、
の式により基本噴射パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を算出する。

ステップ２３、２４ではリッチスパイクフラグ＝１であるか否か、前回にリッチスパイクフラグ＝０であったか否かをみる。今回にリッチスパイクフラグ＝０であるときにはステップ３０に進み、で空燃比フィードバック制御を行わせため目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０とし、ステップ３１で空燃比フィードバック補正係数αを算出する。

ここで、流路切換弁４の閉時には第３空燃比センサ４４、第４空燃比センサ４５の２つの出力に基づいて、また流路切換弁４の開時には第１空燃比センサ４６、第２空燃比センサ４７の２つの出力に基づいて各触媒（バイパス触媒、メイン触媒）の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック補正係数αを算出する。三元触媒の上流側に空燃比センサを下流側にＯ₂センサをそれぞれ設けておき、三元触媒の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック補正係数を算出する方法は公知であるので、本実施形態の空燃比フィードバック補正係数αの算出については、その詳細な説明を省略する、
今回リッチスパイクフラグ＝１でありかつ前回にリッチスパイクフラグ＝０であった、つまり今回リッチスパイクフラグがゼロから１に切換わったときにはステップ２５に進み、タイマを起動する（タイマ値ｔｍ＝０）。このタイマは、リッチスパイクフラグ＝１となってからの経過時間を計測するためのものである。

ステップ２６ではリッチスパイク量Ａを用いて、
ＴＦＢＹＡ＝１＋Ａ …（２）
の式により目標当量比ＴＦＢＹＡを算出する。

ステップ２７ではリッチスパイク処理を行わせるため空燃比フィードバック補正係数αをクランプする（α＝１．０とする）。

ステップ２３、２４で今回リッチスパイクフラグ＝１でありかつ前回にもリッチスパイクフラグ＝１であった、つまりリッチスパイクフラグ＝１が継続しているときにはステップ２８に進み、タイマ値ｔｍと所定時間Δｔ２を比較する。所定時間Δｔ２はリッチスパイク処理を行わせる時間で、予め定めておく。タイマ値ｔｍが所定時間Δｔ２未満であるときにはリッチスパイク処理を継続させるためステップ２６、２７に進んでステップ２６、２７の操作を実行する。

やがてステップ２８でタイマ値ｔｍが所定時間Δｔ２以上となると、リッチスパイク処理を終了させるためステップ２９に進み、リッチスパイクフラグ＝０とする。ステップ３０、３１では再び空燃比フィードバック制御を行わせるため、目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０とし、空燃比フィードバック補正係数αを算出する。

ステップ３２では、上記の基本噴射パルス幅Ｔｐ、目標当量比ＴＦＢＹＡ、空燃比フィードバック補正係数αを用いて、
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×（α＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ …（３）
ただし、αｍ；空燃比学習値、
Ｔｓ；無効噴射パルス幅、
の式により燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を算出する。

（３）式の空燃比学習値αｍや無効噴射パルス幅Ｔｓは公知である。このようにして算出された燃料噴射パルス幅Ｔｉは出力レジスタに移され、所定の噴射タイミングでこの燃料噴射パルス幅Ｔｉのあいだ燃料噴射弁２１が開かれる。

図１０は流路切換弁４の開閉制御を行うためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ４１ではエンジンの冷間始動であるか否かをみる。これは、水温センサ４３により検出される冷却水温Ｔｗが所定値以下であれば、エンジンの冷間始動であると判定されることになっている。従って、冷間始動でなければそのまま今回の処理を終了する。

冷間始動であるときにはステップ４２に進み、温度センサ４８により検出されるメイン触媒８の触媒温度Ｔｃａｔ、第２空燃比センサ出力を読み込む。

ステップ４３ではメイン触媒８が活性化しているか否かをみる。これは、温度センサ４８により検出されるメイン触媒８の触媒温度Ｔｃａｔが所定値以上となっていれば、メイン触媒８が活性化したと判定されることになっている。従って、メイン触媒８が活性化していなければステップ４４に進んで流路切換弁４の閉要求を出す。

やがてステップ４３でメイン触媒８が活性化したときにはステップ４５に進み、第２空燃比センサ出力がストイキであるか否かをみる。ここで、第２空燃比センサ出力がリッチ側スライスベルとリーン側スライスベルの間に収まっているときストイキ、第２空燃比センサ出力がリッチ側スライスベルを超えているときリッチ、第２空燃比センサ出力がリーン側スライスベル未満であるときリーンである。第２空燃比センサ出力がストイキでない（つまりリーンである）ときにはステップ４４に進み、ステップ４４の操作を実行する。

本実施形態では、メイン触媒が活性化したからと直ぐに流路切換弁４を開状態へと切換えるのではなく、流路切換弁４を開状態へと切換える前にリッチスパイク処理を行っているので、やがて第２空燃比センサ出力がリーンからストイキへと切換わる。このときにはステップ４５よりステップ４６に進んで流路切換弁４の開要求を出す。

このようにして出される閉要求や開要求によって流路切換弁４が開閉制御される。

ここで本実施形態の作用効果を説明する。

第１実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、エンジンの気筒に接続されて気筒からの排気を流すメイン流路（２、３）と、このメイン流路に介装されるメイン触媒８と、前記メイン流路から分岐して前記メイン触媒の上流に合流するバイパス流路（１１、１４）と、このバイパス流路に介装されるバイパス触媒１８と、閉要求があるとき排気をバイパス流路に、開要求があるとき排気をメイン流路のみに流す流路切換弁４と、メイン触媒８の上流に介装される第１空燃比センサ４６と、メイン触媒８の下流に介装される第２空燃比センサ４７と、メイン触媒８が活性化する前には前記閉要求を、前記メイン触媒が活性化したときには前記開要求を出す要求出力手段（図１０のステップ４１、４３、４４、４６参照）と、前記要求出力手段からの開要求で排気をメイン流路のみに流している場合に、第１空燃比センサ４６と第２空燃比センサ４７の各出力に基づいてメイン触媒８の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段（図９のステップ３１参照）と、前記要求出力手段からの閉要求で排気をバイパス流路に流している場合に、第２空燃比センサ４７出力がストイキでなくかつ前記要求出力手段から開要求が出たとき、第２空燃比センサ４７出力がストイキに切換わるまで、この開要求を流路切換弁４に与えるのを遅らせる遅延手段（図９のステップ２３〜２９、図１０のステップ４３、４５、４６参照）とを備える。すなわち、メイン触媒８をストイキ状態にしてから流路切換弁４を切換え排気をメイン流路（２、３）のみに流すので、メイン触媒８の転化率を高く保ち、排気エミッションを低減できる。

第１実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、遅延手段（図９のステップ２３〜２９、図１０のステップ４３、４５、４６参照）は、要求出力手段（図１０のステップ４１、４３、４４、４６参照）からの閉要求で排気をバイパス通路（１１、１４）に流している場合に、第２空燃比センサ出力がリーン状態にあり、かつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、空燃比のリッチ化処理を行い、この空燃比のリッチ化処理によって前記第２空燃比センサ出力がリーンよりストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる。すなわち、メイン触媒８がリーン状態にあってもストイキ状態にしてから流路切換弁４を切換え排気をメイン流路（２、３）のみに流すので、メイン触媒８の転化率を高く保ち、排気エミッション（ＮＯｘ）を低減できる。

第１実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、リッチスパイク処理におけるリッチスパイク量Ａ（リッチ化量）を、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に応じて相違させるので（図８のステップ１２〜１５参照）、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に相違があっても、最適なリッチスパイク量Ａを与えることができる。

以上は、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリーン状態にある場合の作用効果であるが、次に、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリッチ状態にある場合の作用効果を説明する。すなわち、第１実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、遅延手段は、要求出力手段からの閉要求で排気をバイパス流路（１１、１４）に流している場合に、第２空燃比センサ出力がリッチ状態にあり、かつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、空燃比のリーン化処理を行い、この空燃比のリーン化処理によって前記第２空燃比センサ出力がリッチよりストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる。すなわち、メイン触媒８がリッチ状態にあってもストイキにしてから流路切換弁４を切換え排気をメイン流路（２、３）のみに流すので、メイン触媒８の転化率を高く保ち、排気エミッション（ＨＣ、ＣＯ）を低減できる。

第１実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、リーンスパイク処理におけるリーンスパイク量Ｂ（リーン化量）を、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に応じて相違させるので、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に相違があっても、最適なリーンスパイク量Ｂを与えることができる。

図１１、図１２は第２実施形態で、第１実施形態の図５、図６と置き換わるものである。

第１実施形態では、図５、図６に示したように、ｔ２〜ｔ３、ｔ１２〜ｔ１３の期間で流路切換弁４を閉状態（全閉状態）としているが、第２実施形態は、ｔ２〜ｔ３、ｔ１２〜ｔ１３の期間で流路切換弁を所定開度へと少し開くようにしたものである。

すなわち、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリーン状態にある場合に、リッチスパイク処理の開始タイミング（ｔ２）から第２空燃比センサ出力がリーンよりストイキへと切換わるタイミング（ｔ３）までの期間で流路切換弁４を所定開度φまで開くと、リッチスパイク処理に伴うリッチ雰囲気のガスがメイン触媒８に早く到達することとなる。同様にして、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリッチ状態にある場合に、リーンスパイク処理の開始タイミング（ｔ１２）から第２空燃比センサ出力がリッチよりストイキへと切換わるタイミング（ｔ１３）までの期間で流路切換弁４を所定開度ψまで開くと、リーンスパイク処理に伴うリーン雰囲気のガスがメイン触媒８に早く到達することとなる。

この場合に、図１１において、所定開度φは流路切換弁４を閉状態としている場合のバイパス触媒１８の状態によって異ならせる。すなわち、バイパス触媒１８がリッチ状態であるときの所定開度をφ１、バイパス触媒がストイキ状態であるときの所定開度をφ２、バイパス触媒がリーン状態であるときの所定開度をφ３としたとき、φ１＜φ２＜φ３となるように設定する。また、図１２において、所定開度ψは流路切換弁４を閉状態としている場合のバイパス触媒１８の状態によって異ならせる。すなわち、バイパス触媒１８がリッチ状態であるときの所定開度をψ１、バイパス触媒がストイキ状態であるときの所定開度をψ２、バイパス触媒がリーン状態であるときの所定開度をψ３としたとき、ψ１＞ψ２＞ψ３となるように設定する。

第２実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、リッチスパイク処理（空燃比のリッチ化処理）の開始からこのリッチスパイク処理によって第２空燃比センサ出力がリーンよりストイキに切換わるまでの期間（ｔ２〜ｔ３の期間）、流路切換弁４を所定開度φまで開くので、メイン触媒８がストイキ状態になるまでの時間を短縮できる。

第２実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、前記所定開度φを、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に応じて相違させるので、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に相違があっても、最適な所定開度φを与えることができる。

以上は、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリーン状態にある場合の第２実施形態の作用効果であるが、次に、流路切換弁４の閉状態でメイン触媒８がリッチ状態にある場合の第２実施形態の作用効果を説明する。すなわち、第２実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、リーンスパイク処理（空燃比のリーン化処理）の開始からこのリーンスパイク処理によって第２空燃比センサ出力がリッチよりストイキに切換わるまでの期間、流路切換弁４を所定開度ψまで開くので、メイン触媒８がストイキ状態になるまでの時間を短縮できる。

第２実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、前記所定開度ψを、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に応じて相違させるので、排気をバイパス流路に流している場合の第４空燃比センサ出力に相違があっても、最適な所定開度ψを与えることができる。

エンジンはガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。

排気装置の配管レイアウトの模式図。 エンジンコントロールユニットへの入出力を示す図。 触媒の状態に９通りの組合せがあることを示す表図。 バイパス触媒がリーン状態で、メインがリッチ状態のときに排気エミッションがどうなるかを示すタイミングチャート。 流路切換弁の閉状態でメイン触媒がリーン状態にあるときの本発明の制御方法を説明するためのタイミングチャート。 流路切換弁の閉状態でメイン触媒がリッチ状態にあるときの本発明の制御方法を説明するためのタイミングチャート。 フラグの設定を説明するためのフローチャート。 リッチスパイク量の設定を説明するためのフローチャート。 燃料噴射パルス幅の算出を説明するためのフローチャート。 流路切換弁の開閉制御を説明するためのフローチャート。 第２実施形態の流路切換弁の閉状態でメイン触媒がリーン状態にあるときの本発明の制御方法を説明するためのタイミングチャート。 第２実施形態の流路切換弁の閉状態でメイン触媒がリッチ状態にあるときの本発明の制御方法を説明するためのタイミングチャート。

符号の説明

２、３…メイン通路（メイン流路）
１１、１４…バイパス通路（バイパス流路）
４…流路切換弁
８…メイン触媒
１８…バイパス触媒
３１…エンジンコントロールユニット
４４…第３空燃比センサ
４５…第４空燃比センサ
４６…第１空燃比センサ
４７…第２空燃比センサ

Claims (9)

1. エンジンの気筒に接続されて気筒からの排気を流すメイン流路と、
   このメイン流路に介装されたメイン触媒と、
   前記メイン流路から分岐して前記メイン触媒の上流に合流するバイパス流路と、
   このバイパス流路に介装されるバイパス触媒と、
   閉要求があるとき前記排気をバイパス流路のみに流し、開要求があるとき前記排気を前記メイン流路に流す流路切換弁と、
   前記メイン触媒の上流に介装される第１空燃比センサと、
   前記メイン触媒の下流に介装される第２空燃比センサと、
   前記メイン触媒が活性化する前には前記閉要求を、前記メイン触媒が活性化したときには前記開要求を出す要求出力手段と、
   前記要求出力手段からの前記開要求で前記排気を前記メイン流路に流している場合に、前記第１空燃比センサと前記第２空燃比センサの各出力に基づいてメイン触媒の酸素ストレージ量が目標酸素ストレージ量と一致するように空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、
   前記要求出力手段からの前記閉要求で前記排気を前記バイパス流路のみに流している場合に、前記第２空燃比センサ出力がストイキでなくかつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、前記第２空燃比センサ出力がストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる遅延手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 前記遅延手段は、前記要求出力手段からの前記閉要求で前記排気を前記バイパス流路のみに流している場合に、前記第２空燃比センサ出力がリーン状態にあり、かつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、空燃比のリッチ化処理を行い、この空燃比のリッチ化処理によって前記第２空燃比センサ出力がリーンよりストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
3. 前記バイパス触媒の上流に介装される第３空燃比センサと、
   前記バイパス触媒の下流に介装される第４空燃比センサとをさらに備え、
   前記空燃比のリッチ化処理におけるリッチ化量を、前記排気を前記バイパス流路に流している場合の前記第４空燃比センサ出力に応じて相違させることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気装置。
4. 前記流路切換弁は、閉位置のとき前記排気を前記バイパス流路のみに流し、開位置のとき前記排気を前記メイン流路に流すものであり、
   前記遅延手段は、前記開要求を前記流路切換弁に与えるのを前記空燃比のリッチ化処理のタイミングまで早めて、このタイミングで前記流路切換弁を所定開度まで開き、その後に前記第２空燃比センサ出力がストイキに切換わるタイミングで前記流路切換弁を前記開位置とすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエンジンの排気装置。
5. 前記所定開度を、前記排気を前記バイパス流路に流している場合の前記第４空燃比センサ出力に応じて相違させることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気装置。
6. 前記遅延手段は、前記要求出力手段からの前記閉要求で前記排気を前記バイパス流路のみに流している場合に、前記第２空燃比センサ出力がリッチ状態にありかつ前記要求出力手段から前記開要求が出たとき、空燃比のリーン化処理を行い、この空燃比のリーン化処理によって前記第２空燃比センサ出力がリッチよりストイキに切換わるまで、この開要求を前記流路切換弁に与えるのを遅らせる
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
7. 前記バイパス触媒の上流に介装される第３空燃比センサと、
   前記バイパス触媒の下流に介装される第４空燃比センサとをさらに備え、
   前記空燃比のリーン化処理におけるリーン化量を、前記排気を前記バイパス流路に流している場合の前記第４空燃比センサ出力に応じて相違させることを特徴とする請求項６に記載のエンジンの排気装置。
8. 前記流路切換弁は、閉位置のとき前記排気を前記バイパス流路のみに流し、開位置のとき前記排気を前記メイン流路に流すものであり、
   前記遅延手段は、前記開要求を前記流路切換弁に与えるのを前記空燃比のリーン化処理のタイミングまで早めて、このタイミングで前記流路切換弁を所定開度まで開き、その後に前記第２空燃比センサ出力がストイキに切換わるタイミングで前記流路切換弁を前記開位置とすることを特徴とする請求項７に記載のエンジンの排気装置。
9. 前記所定開度を、前記排気を前記バイパス流路に流している場合の前記第４空燃比センサ出力に応じて相違させることを特徴とする請求項８に記載のエンジンの排気装置。

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