JP2007211598A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】機関始動直後に三元触媒装置を触媒活性化温度へ早期に昇温する際に、大気中へのＮＯX放出量を低減することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】機関始動時に燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとし（時刻ｔ１）、機関排気系に配置された三元触媒装置の排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断された時に（時刻ｔ２）、燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチとし、三元触媒装置の排気下流部を昇温する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
内燃機関の排気ガス中には、ＮＯX、ＣＯ、及びＨＣ等が含まれており、これらの物質を浄化するために機関排気系には三元触媒装置が配置されている。三元触媒装置は、触媒活性化温度に昇温される以前においては、これらの物質を良好に浄化することができないために、触媒温度が低い機関始動時には、三元触媒装置を早期に触媒活性化温度へ昇温することが必要である。
そのために、機関始動直後において、燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとすることにより、排気ガス中に十分な量の酸素が含まれるようにし、この酸素を利用して排気ガス中のＨＣ及びＣＯ等を三元触媒装置において燃焼させることが提案されている。また、三元触媒装置が触媒活性化温度へ昇温されれば、燃焼空燃比は理論空燃比とされるが、三元触媒装置が触媒活性化温度へ昇温されたことを、機関冷却水温が設定温度となったことにより判断する場合に、設定温度を機関始動開始時の機関冷却水温が低いほど低く設定して、三元触媒装置全体が触媒活性化温度へ昇温されているにも係わらずに燃焼空燃比がリーンとされて、三元触媒装置が過剰に昇温されることを防止することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１５１７５９ 特開平９−２２２０１０ 特開２００４−３４６７７７ 特開２００４−３２４４９３
前述の背景技術において、三元触媒装置の全体が触媒活性化温度となるまでは燃焼空燃比がリーンとされるために、昇温前半の筒内温度が低い時には問題ないが、昇温後半において筒内温度が比較的高くなると、排気ガス中には比較的多量のＮＯXが含まれるようになり、このＮＯXが十分に浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
従って、本発明の目的は、機関始動直後に三元触媒装置を触媒活性化温度へ早期に昇温する際に、大気中へのＮＯX放出量を低減することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
本発明による請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、機関始動時に燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとし、機関排気系に配置された三元触媒装置の排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断された時に、燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチとし、前記三元触媒装置の排気下流部を昇温することを特徴とする。
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比をリーンとして触媒活性化温度へ昇温させる三元触媒装置の前記排気上流部の容積は、機関始動時の排気ガス量が多いほど大きく変更されることを特徴とする。
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記三元触媒装置の長手方向中央部の測定温度に基づき前記排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断することを特徴とする。
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより前記三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には燃焼空燃比を理論空燃比とすることを特徴とする。
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより前記三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には理論空燃比を中心として燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側へ交互に変動させることを特徴とする。
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比の変動の振幅は、前記三元触媒装置の前記排気下流部の温度が高いほど小さくすることを特徴とする。
また、本発明による請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比の変動の周期は、前記三元触媒装置の前記排気下流部の温度が高いほど大きくすることを特徴とする。
本発明による請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、機関始動時に、先ずは燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとし、排気ガス中の十分な酸素により排気ガス中のＨＣ及びＣＯを三元触媒装置において燃焼させ、機関排気系に配置された三元触媒装置の排気上流部だけを良好に昇温させる。この時には筒内温度は低いために燃焼温度も低くなり、それほど多くのＮＯXが生成されることはない。三元触媒装置の排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断されれば、燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされるために、筒内温度が比較的高くなって燃焼温度が高くなっても気筒内でのＮＯX生成量はそれほど多くはなく、燃焼空燃比をリーンとする場合に比較して大気中へのＮＯX放出量を低減することができる。燃焼空燃比がリッチとされることにより排気ガス中のＨＣ及びＣＯは増量するが、燃焼空燃比がリーンとされている間にＯ2ストレージ能力により三元触媒装置に吸蔵された酸素が放出されることにより、これらのＨＣ及びＣＯは三元触媒装置において燃焼されて大気中へ放出されることはなく、また、この燃焼熱により三元触媒装置の排気下流部も良好に昇温することができる。
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比をリーンとして触媒活性化温度へ昇温させる三元触媒装置の排気上流部の容積は、機関始動時の排気ガス量が多いほど大きく変更され、機関始動時の排気ガスを浄化するのに必要な三元触媒装置の容積分だけは、燃焼空燃比のリーン化により早期に触媒活性化温度へ昇温するようになっている。
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、少なくとも三元触媒装置の長手方向中央部の温度が温度センサ等により測定され、この測定温度に基づき三元触媒装置の排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断するようになっている。三元触媒装置の温度は、排気上流端が最も高く排気下流端が最も低くなるために、少なくとも長手方向中央部の温度が測定されれば、排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたか否かを容易に判断することができる。
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には、燃焼空燃比を理論空燃比とするようになっている。燃焼空燃比がリーンとされた運転により三元触媒装置のＯ2ストレージ量は最大ストレージ量となっており、これでは、三元触媒装置全体が触媒活性化温度へ昇温された後の理論空燃比の運転において、燃焼空燃比がリーン側へずれた時にＮＯXの浄化が不十分となってしまう。また、燃焼空燃比がリッチとされ続けられると、三元触媒装置のＯ2ストレージ量は遂にはゼロとなり、これでは、三元触媒装置全体が触媒活性化温度へ昇温された後の理論空燃比の運転において、燃焼空燃比がリッチ側へずれた時にＨＣ及びＣＯの浄化が不十分となってしまう。
それにより、燃焼空燃比がリッチとされて三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量、好ましくは、最大ストレージ量の約半分に減少したと推定された時には、燃焼空燃比を理論空燃比とし、Ｏ2ストレージ量を設定量に維持するようになっている。この時には、三元触媒装置は、排気上流部より広範囲に触媒活性化温度となっており、理論空燃比の排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯXを良好に浄化すると共に、その際に発生する反応熱により三元触媒装置の残り部分を触媒活性化温度へ昇温させることができる。
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には、理論空燃比を中心として燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側へ交互に変動させるようになっている。燃焼空燃比が理論空燃比を中心としてリッチ側及びリーン側に変動させられると、三元触媒装置には比較的多量のＨＣ及びＣＯと多量の酸素及びＮＯXとが交互に供給される。それにより、比較的多量のＨＣ及びＣＯは三元触媒装置から放出される酸素により燃焼させられ、この燃焼熱により触媒活性化温度へ昇温されていない三元触媒装置の残り部分を良好に昇温させることができると共に、放出された酸素と同量が再び三元触媒装置へ吸蔵され、三元触媒装置のＯ2ストレージ量は設定量に維持される。
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比の変動の振幅は、三元触媒装置の排気下流部の測定温度が高いほど小さくして、単位時間当たりに三元触媒装置へ供給されるＨＣ及びＣＯの量と酸素及びＮＯXの量とを少なくし、ＨＣ及びＣＯの燃焼熱を少なくして触媒活性化温度へ昇温されていない三元触媒装置の残り部分を昇温させるようになっており、それにより、必要以上に燃焼熱を発生させて、既に触媒活性化温度へ昇温されている三元触媒装置の排気上流部が過剰に昇温されることを抑制している。
また、本発明による請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、燃焼空燃比の変動の周期は、三元触媒装置の前記排気下流部の測定温度が高いほど大きくして、単位時間当たりに三元触媒装置へ供給されるＨＣ及びＣＯの量と酸素及びＮＯXの量とを少なくし、ＨＣ及びＣＯの燃焼熱を少なくして触媒活性化温度へ昇温されていない三元触媒装置の残り部分を昇温させるようになっており、それにより、必要以上に燃焼熱を発生させて、既に触媒活性化温度へ昇温されている三元触媒装置の排気上流部が過剰に昇温されることを抑制している。
図１は機関排気系の一部を示す概略図である。同図において、１は三元触媒装置であり、２は三元触媒装置１の排気上流端近傍の温度を検出するための第一温度センサであり、３は三元触媒装置１の長手方向中央部の温度を検出するための第二温度センサであり、４は三元触媒装置１の排気下流端近傍の温度を検出するための第三温度センサである。第一温度センサ２、第二温度センサ３、及び第三温度センサ４は、それぞれ、本実施形態において、各長手方向位置での直径中心近傍の温度を検出する。
三元触媒装置１は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である時に、排気ガス中のＮＯX、ＣＯ、及びＨＣを良好に浄化する。しかしながら、排気ガスの空燃比を常に理論空燃比近傍に維持することは困難であるために、三元触媒装置１にはセリア等を担持させてＯ2ストレージ能力を持たせ、排気ガスの空燃比がリーンとなる時には余剰酸素を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチとなる時には吸収した酸素を放出することにより、排気ガスの空燃比に係らずに三元触媒装置１内の雰囲気を理論空燃比近傍にすることを可能としている。
ところで、三元触媒装置１は、触媒活性化温度となる以前においては、理論空燃比近傍の排気ガス中のＮＯX、ＣＯ、及びＨＣを良好に浄化することができない。それにより、触媒温度が低い機関始動時には、三元触媒装置１を早期に触媒活性化温度へ昇温することが必要である。そのためには、機関始動時に燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとして、排気ガス中に多量の酸素が含まれるようにし、この酸素によって排気ガス中のＨＣ及びＣＯを三元触媒装置１内で良好に燃焼させ、この燃焼熱によって三元触媒装置１を昇温させることが一般的に実施される。
このように燃焼空燃比をリーンとして三元触媒装置１を昇温させる場合において、昇温前半では、筒内温度が低く燃焼温度も低くなるために、燃焼空燃比をリーンとしてもそれほど多量のＮＯXは生成されない。しかしながら、昇温後半において筒内温度が比較的高くなって燃焼温度が高まると、燃焼空燃比をリーンとする運転では、比較的多量のＮＯXが生成され、このＮＯXは、三元触媒装置１の昇温が十分でなく、また、これまでのリーン空燃比の運転により三元触媒装置１のＯ2ストレージ量が最大ストレージ量となっている時では、良好に浄化することができずに大気中へ放出されてしまう。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置では、図２に示すフローチャートに従って燃焼空燃比を制御して三元触媒装置１を早期に触媒活性化温度まで昇温させると共に、その際のＮＯXの大気放出量を抑制するようになっている。
先ず、ステップ１０１において、スタータスイッチのオン信号等により機関始動時であるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、この判断が肯定される時にはステップ１０２に進む。ステップ１０２では、機関始動時の吸入空気量、好ましくは、各気筒の始爆が完了して機関回転数が設定回転数へ上昇した直後の定常運転時（以下、機関始動完了直後）の吸入空気量に対応する機関始動時の排気ガス量を浄化するのに必要な三元触媒装置１の排気上流部の容積を決定する。機関始動完了直後の排気ガス量が多いほど必要な三元触媒装置１の排気上流部の容積は大きくなる。この容積は、例えば、一様な直径を有する三元触媒装置において、排気上流端からの長さＬとして決定される。
次いで、ステップ１０３において、リーン空燃比（例えば、１５から１６）での運転を実施する。クランキングから燃焼空燃比をリーンとしても良いが、機関始動完了までは、確実な始動性を確保するために、燃焼空燃比は理論空燃比又はリッチ空燃比とすることが好ましく、リーン空燃比での運転は、機関始動完了直後から実施することが好ましい。
次いで、ステップ１０４において、三元触媒装置１の排気上流端からの長さＬの位置における直径中心部近傍の温度ＴＬが触媒活性化温度Ｔに達したか否かが判断される。全体が触媒活性化温度となるまでは、三元触媒装置１は、排気上流端から排気下流端へ徐々に低温度となる温度勾配を有している。本実施形態においては、第一温度センサ２によって排気上流端近傍の温度Ｔｕと、第二温度センサ３によって長手方向中央部の温度Ｔｃと、第三温度センサ４によって排気下流端近傍の温度Ｔｄとが監視されており、これら三つの温度Ｔｕ、Ｔｃ、及びＴｄに基づき、排気上流端からの長さＬの位置における温度ＴＬを推定することができる。
もちろん、機関始動完了直後の排気ガス量が多い場合又は少ない場合においては、浄化するのに必要な三元触媒装置の容積が増減し、それに伴って排気上流端からの長さＬが増減するが、長さＬがいずれになっても、前述の三つの温度Ｔｕ、Ｔｃ、及びＴｄに基づき、この長さ位置における温度ＴＬを推定することができる。また、少なくとも三元触媒装置１の長手方向中央部の温度Ｔｃが監視されるようになっていれば、排気上流端の温度を三元触媒装置１へ流入する排気ガス温度として、排気上流端からの長さＬの位置における温度ＴＬを推定することができる。
ステップ１０４の判断が否定される時、すなわち、三元触媒装置１の排気上流端からの長さＬの位置における直径中心部近傍の温度ＴＬが触媒活性化温度Ｔ未満であり、機関始動完了直後の排気ガス量を浄化するのに必要な三元触媒装置の排気上流部の容積が触媒活性化温度へ昇温されていない時には、ステップ１０３においてリーン空燃比での運転が実施され、排気ガス中に十分な量の酸素を含ませることにより、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを三元触媒装置１において良好に燃焼させ、この燃焼熱によって三元触媒装置１を良好に昇温させる。機関始動完了直後においては、まだ気筒内の温度が低く、燃焼温度も低いために、燃焼空燃比をリーンとしてもそれほど多くのＮＯXが生成されることはない。こうして、ＮＯXは三元触媒装置においてあまり浄化されずに大気中へ放出されるが、このＮＯX放出量は僅かである。
一方、機関始動完了直後の排気ガス量を浄化するのに必要な三元触媒装置１の排気上流部の容積が触媒活性化温度へ昇温されて、ステップ１０４の判断が肯定されると、ステップ１０５において、リッチ空燃比（例えば、１２から１４）での運転を実施し、燃焼空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比へ切り換えられる。この時において、三元触媒装置１の排気上流部は触媒活性化温度へ昇温されており、燃焼空燃比を理論空燃比としても機関始動完了直後の排気ガスを良好に浄化することができる。しかしながら、三元触媒装置１における排気上流部以外の排気下流部は依然として触媒活性化温度へ昇温されておらず、排気ガス量が増加する運転に備えて排気下流部を早期に触媒活性化温度へ昇温することが必要である。
それにより、本実施形態では、燃焼空燃比をリッチにして比較的多量のＨＣ及びＣＯが三元触媒装置１へ流入するようにし、これらのＨＣ及びＣＯは、三元触媒装置１のＯ2ストレージ能力によりリーン空燃比運転時に吸蔵された酸素が三元触媒装置１から放出されるために、三元触媒装置１において良好に燃焼され、三元触媒装置１の排気下流部を良好に昇温させることができる。
燃焼空燃比がリーンからリッチへ切り換えられる時には、これまでのリーン空燃比での運転により気筒内の温度は高められ、そのままリーン空燃比での運転を持続すると、燃焼温度も高くなってＮＯX生成量が比較的多くなってしまう。しかしながら、本実施形態では、この時には、リッチ空燃比での運転が実施されるために、気筒内の温度が高くなってもＮＯXはそれほど生成されず、三元触媒装置１においてＮＯXが浄化されなくても、ＮＯXの大気放出量は僅かである。
三元触媒装置１のＯ2ストレージ能力は、前述したように、燃焼空燃比がリッチ又はリーンに変動した時にも、三元触媒装置１内の排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍に維持するためのものであり、燃焼空燃比がリッチ及びリーンへ変動しても良いように、三元触媒装置１のＯ2ストレージ量は、最大ストレージ量の約半分となっていることが好ましい。燃焼空燃比をリッチにしたままとすると、三元触媒装置１の排気下流部は良好に昇温されるが、リーン空燃比での運転時に最大ストレージ量まで吸蔵された酸素は、遂には全て放出されてしまう。
本フローチャートでは、ステップ１０６において、リッチ空燃比での運転を開始してからの経過時間ｔｅが設定時間ｔに達したか否かが判断される。リッチ空燃比の運転開始時においては、それ以前のリーン空燃比での運転により三元触媒装置１には最大ストレージ量の酸素が吸蔵されている。この最大ストレージ量は、三元触媒装置１毎に既知の値であり、最大ストレージ量の酸素を半減させるのに必要なＨＣ量及びＣＯ量も既知である。それにより、これらのＨＣ量及びＣＯ量が三元触媒装置１へ流入するのに必要なリッチ空燃比での運転時間ｔは、リッチ空燃比の値に基づき設定することができる。
こうして、ステップ１０６の判断が否定されている間はリッチ空燃比での運転が実施される。一方、リッチ空燃比での運転を開始してからの経過時間ｔｅが設定時間ｔとなって、三元触媒装置１のＯ2ストレージ量が最大ストレージ量の約半分となると、リッチ空燃比での運転を終了してステップ１０７へ進む。
三元触媒装置１のＯ2ストレージ量が最大ストレージ量の約半分となった時に、燃焼空燃比をリッチから理論空燃比に切り換えて、三元触媒装置の排気下流部において、依然として触媒活性化温度へ昇温されていない残り部分をＨＣ、ＣＯ、及びＮＯXの浄化に際して発生する熱により昇温させるようにしても良い。このような理論空燃比の運転でも、三元触媒装置１のＯ２ストレージ量は最大ストレージ量の約半分に維持することができる。
しかしながら、本実施形態では、この残り部分を早期に触媒活性化温度へ昇温させるために、理論空燃比を中心として燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側に変動させるようにし、燃焼空燃比のリッチ側への変動時に比較的多量のＨＣ及びＣＯを三元触媒装置１へ流入させ、これらのＨＣ及びＣＯを三元触媒装置から放出される酸素により燃焼させるようになっている。燃焼空燃比のリーン側への変動時には、ＨＣ及びＣＯを燃焼させるのに放出された酸素量が再び三元触媒装置１へ吸蔵される。こうして、このように燃焼空燃比を変動させても、三元触媒装置１のＯ2ストレージ量を、最大Ｏ2ストレージ量の約半分に維持することができる。
本実施形態では、ステップ１０７において、燃焼空燃比の変動の振幅Ａが決定される。振幅Ａが大きいほど、三元触媒装置１に供給されるＨＣ量及びＣＯ量は多くなり、三元触媒装置１の触媒活性化温度に昇温されていない残り部分を昇温するのに有利である。しかしながら、既に触媒活性化温度に昇温されている三元触媒装置１の排気上流部等が過剰に昇温され易い。それにより、第三温度センサ４により検出されるか、又は、少なくとも第二温度センサ３により検出された三元触媒装置１の長手方向中央部の温度Ｔｃにより推定される三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄが高いほど振幅Ａを小さくするようにしている。それにより、既に触媒活性化温度に昇温されている三元触媒装置１の排気上流部等が過剰に昇温されることは抑制される。
ステップ１０７において、燃焼空燃比の変動の振幅Ａが決定されれば、ステップ１０８では、理論空燃比を中心とする振幅Ａの変動空燃比の運転を実施する。次いで、ステップ１０９では、前述同様に検出又は推定された三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄが触媒活性化温度Ｔに達したか否かが判断され、この判断が否定される間は、ステップ１０７において振幅Ａが決定されて、ステップ１０８において変動空燃比の運転が実施される。
ステップ１０７では、変動空燃比運転の振幅Ａを変化させるようにしたが、変動空燃比運転の変動周期を、三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄが高いほど大きくするようにして三元触媒装置へ供給されるＣＯ量及びＨＣ量を少なくしても良く、それにより、既に触媒活性化温度に昇温されている三元触媒装置１の排気上流部等が過剰に昇温されることは抑制される。
検出又は推定された三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄが触媒活性化温度Ｔに達すれば、三元触媒装置１の全てが触媒活性化温度Ｔに昇温されており、変動空燃比での運転は必要でなくなり、ステップ１１０において、始動時の空燃比制御は中止される。
図３は、前述した始動時の燃焼空燃比変化と、三元触媒装置１の各部の温度変化とを示すタイムチャートである。本タイムチャートにおいて、機関始動完了直後の時刻ｔ１において、燃焼空燃比はリーンとされ、三元触媒装置１の排気上流部の温度を昇温させる。時刻ｔ２となれば、三元触媒装置１の排気上流部の境界としての排気上流端からの長手方向長さＬの位置における温度ＴＬが触媒活性化温度Ｔに達するために、この時刻ｔ２からは、燃焼空燃比をリッチとして、気筒内でのＮＯXの生成量を抑制すると共に、三元触媒装置１の排気下流部を良好に昇温させる。
設定時間の経過によって時刻ｔ３となれば、リーン空燃比運転時に三元触媒装置１に吸蔵された最大Ｏ2ストレージ量の酸素は、リッチ空燃比運転により約半分まで減少させられ、この時刻ｔ３からは、理論空燃比を中心として燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に変動させる運転が実施される。それにより、三元触媒装置１のＯ2ストレージ量を、最大ストレージ量の約半分に維持しながら、三元触媒装置１の排気下流部において依然として触媒活性化温度へ昇温されていない部分を比較的多量のＨＣ及びＣＯを燃焼させることにより良好に昇温させる。この運転における変動空燃比の振幅は、三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄが高いほど小さくされ、既に触媒活性化温度へ昇温されている三元触媒装置１の排気上流部等が過剰に昇温されることを抑制している。時刻ｔ４となれば、三元触媒装置１の排気下流端の温度Ｔｄも触媒活性化温度Ｔとなり、すなわち、三元触媒装置１の全体が触媒活性化温度Ｔ以上となっているために、三元触媒装置１を昇温させるための始動時の空燃比制御は中止される。
時刻ｔ２からｔ３までは、一定のリッチ空燃比での運転を実施するようにしたが、図３に点線で示すように、リーン空燃比からの切り換え時のリッチ空燃比から徐々に燃焼空燃比を理論空燃比へ近づけるようにし、燃焼空燃比が理論空燃比となった時に三元触媒装置１のＯ2ストレージ量が最大ストレージ量の約半分となるように、切り換え時のリッチ空燃比と燃焼空燃比の単位時間当たりの変化量とを設定するようにしても良い。このような燃焼空燃比の制御においては、経過時間の判断は不要となる。時刻ｔ２からｔ３までのリッチ空燃比の運転は、時刻ｔ２からｔ３までに三元触媒装置１へ供給されたＨＣ量及びＣＯ量が重要であり、この間の排気ガス量が、各値を設定する基準となった排気ガス量より多い場合又は少ない場合には、切り換え時のリッチ空燃比をリーン側又はリッチ側へ変更したり、又は、時刻ｔ２からｔ３の間の時間ｔを短く又は長くしたり、また、燃焼空燃比の単位時間当たりの変化量を大きく又は小さくしたりすることが必要である。
図２に示すフローチャートにおいて、機関始動時には、前述の空燃比制御を実施するようにしたが、もちろん、冷却水温が高く機関停止直後の再始動時であると判断される場合には、三元触媒装置１全体が触媒活性化温度となっているために、前述の空燃比制御を実施する必要はない。また、冷却水温が異常に低く極低温の始動時であると判断される場合には、機関始動完了直後のリーン空燃比の運転が不安定となるために、前述の空燃比制御を断念するようにしても良い。
機関排気系の一部を示す概略図である。 本発明の空燃比制御装置によって実施される始動時空燃比制御のためのフローチャートである。 図２の始動時空燃比制御による空燃比変化と三元触媒装置の各部の温度変化とを示すタイムチャートである。
符号の説明
１ 三元触媒装置
２ 第一温度センサ
３ 第二温度センサ
４ 第三温度センサ

Claims (7)

  1. 機関始動時に燃焼空燃比を理論空燃比よりリーンとし、機関排気系に配置された三元触媒装置の排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断された時に、燃焼空燃比を理論空燃比よりリッチとし、前記三元触媒装置の排気下流部を昇温することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 燃焼空燃比をリーンとして触媒活性化温度へ昇温させる三元触媒装置の前記排気上流部の容積は、機関始動時の排気ガス量が多いほど大きく変更されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  3. 前記三元触媒装置の長手方向中央部の測定温度に基づき前記排気上流部だけが触媒活性化温度へ昇温されたと判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより前記三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には燃焼空燃比を理論空燃比とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  5. 燃焼空燃比が理論空燃比よりリッチとされたことにより前記三元触媒装置のＯ2ストレージ量が設定量に減少したと推定される時には理論空燃比を中心として燃焼空燃比をリッチ側及びリーン側へ交互に変動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  6. 燃焼空燃比の変動の振幅は、前記三元触媒装置の前記排気下流部の温度が高いほど小さくすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  7. 燃焼空燃比の変動の周期は、前記三元触媒装置の前記排気下流部の温度が高いほど大きくすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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