JP2754443B2 - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

内燃機関の二次空気供給装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の二次空気供給
装置に関し、特に機関の排気通路に設けられる触媒の温
度を考慮した二次空気供給量の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化を目的として、
機関の排気系に二次空気を供給する手法は従来より知ら
れており、特開昭５９−１３８７１４号公報には、エア
ポンプをモータで駆動し、そのモータの回転数を機関の
運転状態（例えば、機関回転数、負荷、水温）に応じて
制御することにより、機関運転状態に適した量の二次空
気を供給するようにした装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、排気系に設けられる触媒の活性状態が考
慮されていないため、特に機関の始動時に触媒の活性化
が遅れ、排気ガス特性が一時的に悪化するおそれがあっ
た。
【０００４】本発明は、この点に着目してなされたもの
であり、特に機関始動時における触媒の活性化を迅速に
行い、排気ガス特性の向上を図ることができる二次空気
供給装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、内燃機関の排気ガスの浄化を行う触媒が取付
けられた排気通路の、前記触媒の上流側に二次空気を供
給する二次空気供給手段を備えた内燃機関の二次空気供
給装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温度検
出手段と、前記触媒温度検出手段により検出された触媒
温度が第１の所定温度を越えたときに二次空気の供給を
開始し、第１の所定温度より高い前記触媒の活性化温度
である第２の所定温度を越えたときに供給を停止する制
御手段と、前記触媒温度検出手段により検出された触媒
温度の所定時間毎の変化量を算出する変化量算出手段
と、前記制御手段及び前記変化量算出手段の信号に基づ
いて前記二次空気供給手段を制御する二次空気供給量制
御手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
【作用】内燃機関の排気通路に取付けられた触媒の温度
が検出され、その触媒温度が活性温度より低い第１の所
定値を越えたとき二次空気の供給を開始し、触媒活性温
度である第２の所定値を越えたときに供給を停止する一
方、前記二次空気の供給の開始から停止までの間、触媒
の温度の所定時間毎の変化量に応じて二次空気供給量が
制御される。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【０００８】図１は本発明の一実施例に係る内燃機関及
びその制御装置の全体構成図である。
【０００９】同図において、１はＶ型６気筒の内燃機関
（以下、「エンジン」という）であり、エンジン１の各
気筒の排気ポート１ａ，１ｂに接続される排気通路２
は、同図中上側に位置する３つの気筒の排気ポート１ａ
に接続される第１通路２ａと、同図中下側に位置する３
つの気筒の排気ポート１ｂに接続される第２通路２ｂ
と、第１及び第２通路２ａ，２ｂが結合され、その結合
部の下流側に接続される第３通路２ｃとから成る。
【００１０】第１〜第３通路２ａ，２ｂ，２ｃには、そ
れぞれ第１〜第３の三元触媒３，４，５が設けられてお
り、第１及び第２の三元触媒３，４の上流側には空気通
路７の一端が接続されている。空気通路７の他端には電
動の空気ポンプ６が設けられており、空気ポンプ６によ
り第１及び第２通路２ａ，２ｂに二次空気が供給される
ように構成されている。空気ポンプ６は電子コントロー
ルユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８に電気的に接
続されており、ＥＣＵ８から供給される制御信号によっ
てその作動が制御される。
【００１１】第１及び第２通路２ａ，２ｂの三元触媒
３，４の上流側には酸素濃度センサ１０，１１が装着さ
れ、また第３通路２ｃの三元触媒５の下流側には酸素濃
度センサ１２が装着されており、これらのセンサ１０〜
１２の検出信号はＥＣＵ８に供給される。
【００１２】第２の三元触媒４には、該触媒の温度を検
出する触媒温度センサ９が取付けられている。
【００１３】さらに、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶
対圧ＰＢＡ、エンジン冷却水温ＴＷ等のエンジン運転パ
ラメータを検出する各種センサ１３が設けられており、
各種センサの検出信号がＥＣＵ８に供給される。
【００１４】ＥＣＵ８は、エンジン１の各気筒の点火プ
ラグ１５及び燃料噴射弁１４に接続されており、点火時
期θＩＧ及び燃料噴射弁１４の開弁時間（燃料噴射時
間）ＴＯＵＴの制御を行う。
【００１５】なお、本実施例においてＥＣＵ８は、変化
量算出手段、二次空気供給量制御手段及び温度推定手段
を構成する。
【００１６】上述した構成において、空気ポンプ６によ
り二次空気を供給することにより、排気ガスの浄化が促
進されるとともに、エンジン始動時における三元触媒
３，４の温度上昇を早め、これらの触媒の活性化を早め
ることができる。
【００１７】図２は、エンジン始動時におけるＥＣＵ８
による空気ポンプ６の制御手順を示すフローチャートで
ある。
【００１８】先ず、エンジン１が始動されると（ステッ
プＳ１）、触媒温度センサ９の検出温度ＴＣＡＴＳ１、
即ち第２の三元触媒４の検出温度が、第１の所定温度Ｔ
ＣＡＴ１（例えば３２０℃）より高いか否かを判別し、
ＴＣＡＴＳ１＞ＴＣＡＴ１が成立するまで待機する（ス
テップＳ２）。検出温度ＴＣＡＴＳ１が第１の所定温度
ＴＣＡＴ１を越えると、第１の三元触媒３の推定温度Ｔ
ＣＡＴＥ１が第１の所定温度ＴＣＡＴ１を越えたか否か
を判別し（ステップＳ３）、ＴＣＡＴＥ１＞ＴＣＡＴ１
が成立していなければ待機し、成立していれば二次空気
の供給を開始する（ステップＳ４）。
【００１９】第１の三元触媒３の推定温度ＴＣＡＴＥ１
は、第２の三元触媒４の検出温度ＴＣＡＴＳ１に基づい
て、第１及び第２の三元触媒３，４の取付位置の相違に
よる周囲温度の影響を考慮して推定される温度であり、
ＴＣＡＴＳ１値に応じて設定されたテーブルを検索する
ことにより算出される。
【００２０】二次空気の供給中は、検出温度ＴＣＡＴＳ
１に基づく二次空気供給量のフィードバック制御を行う
（ステップＳ５）。
【００２１】具体的には、一定時間毎のＴＣＡＴＳ１値
の変化量ΔＴＣＡＴＳ（ｎ）（＝ＴＣＡＴＳ１（ｎ）−
ＴＣＡＴＳ１（ｎ−１））を算出し、ΔＴＣＡＴＳ１
（ｎ−１）＞ΔＴＣＡＴＳ１（ｎ）が成立するときは、
検出温度ＴＣＡＴＳ１の増加率が減少しているので二次
空気供給量が多いと判断し、二次空気供給量を減少させ
る一方、ΔＴＣＡＴＳ１（ｎ−１）≦ΔＴＣＡＴＳ１
（ｎ）が成立するときは、検出温度ＴＣＡＴＳ１の増加
率が増加しているので二次空気供給量が少ないと判断
し、二次空気供給量を増加させる。ここで、（ｎ）は今
回値を意味し、（ｎ−１）は前回値を意味する。
【００２２】上記のように制御するのは、二次空気供給
量が適量であれば、三元触媒の温度上昇を促進するが、
多すぎると却って温度を低下させることとなり、また少
なすぎると温度上昇の促進に全く寄与しないこととなる
からである。
【００２３】上記フィードバック制御中に検出温度ＴＣ
ＡＴＳ１が第２の所定温度ＴＣＡＴ２（例えば、４００
℃）を越えたか否かを判別し（ステップＳ６）、越えて
いなければフィードバック制御を継続し、ＴＣＡＴＳ１
＞ＴＣＡＴ２が成立したとき二次空気の供給を停止する
（ステップＳ７）。
【００２４】以上のように二次空気の供給を行うことに
より、最小の二次空気供給量で最大の温度上昇効果を得
ることができ、空気ポンプ６の負荷を最小限としつつ、
三元触媒３，４の温度上昇を早めることができる。その
結果、エンジン始動時における三元触媒３，４の活性化
を迅速に行い、排気ガス特性の向上を図ることができ
る。
【００２５】また、推定温度を用いることにより、温度
センサの数を最小限に抑えることができる。
【００２６】図３は本発明の他の実施例に係るエンジン
及びその制御装置の全体構成を示す図であり、触媒温度
センサ９が第２の三元触媒４ではなく第３の三元触媒５
に設けられている。この点以外は図１の構成と同一であ
る。
【００２７】図４は本実施例における空気ポンプ６の制
御手順を示すフローチャートであり、ステップＳ１，Ｓ
４，Ｓ７の処理は、図２のフローチャートの対応するス
テップの処理と同一である。
【００２８】図４のステップＳ２ａでは、第１の三元触
媒３の推定温度ＴＣＡＴＥ２が第１の所定温度ＴＣＡＴ
１より高いか否かを判別し、ステップＳ３ａでは第２の
三元触媒４の推定温度ＴＣＡＴＥ３が第１の所定温度Ｔ
ＣＡＴ１より高いか否かを判別する。そしてＴＣＡＴＥ
２値及びＴＣＡＴＥ３値がいずれも第１の所定温度を越
えると、二次空気の供給が開始される（ステップＳ
４）。
【００２９】ステップＳ５ａでは、第２の三元触媒３の
推定温度ＴＣＡＴＥ３に基づくフィードバック制御を実
行し、ＴＣＡＴＥ３値が第２の所定温度ＴＣＡＴ２を越
えると（ステップＳ６ａ）、二次空気供給を停止する
（ステップＳ７）。
【００３０】図４のフローチャートにおいて、第２の三
元触媒４の推定温度ＴＣＡＴＥ３は次式（１）により算
出される。
【００３１】
【数１】 ここで、ＴＣＡＴＳ２は触媒温度センサ９によって検出
される第３の三元触媒５の検出温度、ＮＥはエンジン回
転数、ＴＯＵＴは燃料噴射時間、Ａ／Ｆは空燃比、Ｋ，
ａ，ｂ，ｃは実験的に求められる定数である。
【００３２】即ち、第２の三元触媒４の推定温度ＴＣＡ
ＴＥ３は、下流側の三元触媒５の検出温度ＴＣＡＴＳ２
をエンジン回転数ＮＥ、燃料噴射時間ＴＯＵＴ及び空燃
比Ａ／Ｆに応じて補正することにより算出する。第２の
三元触媒４の温度は、これらのパラメータの値と相関性
が強いことに着目したものである。
【００３３】なお、触媒温度とエンジン回転数ＮＥ、燃
料噴射時間ＴＯＵＴ及び空燃比Ａ／Ｆとの相関関係は、
特開平３−１８６４３号公報に記載されている。
【００３４】一方、第１の三元触媒３の推定温度ＴＣＡ
ＴＥ２は、式（１）と同様の算出式によっても算出でき
るが、本実施例では第２の三元触媒４の推定温度ＴＣＡ
ＴＥ３に基づいて、前述した最初の実施例と同様にして
算出している。即ち、ＴＣＡＴＥ３値に応じて設定され
たテーブルを検索することにより算出している。
【００３５】本実施例のように、排気通路の下流側に装
着される三元触媒５の検出温度に基づいて、上流側の三
元触媒３，４の温度を推定することにより、触媒温度セ
ンサ９の耐久性を向上させることができる。下流側の触
媒温度の方が上流側より低いからである。
【００３６】なお、図５に示すように、点火時期をリタ
ード（遅角）させることによっても、エンジン始動時に
おける三元触媒の温度上昇を早めることができる。
【００３７】先ず、エンジン１が始動されると（ステッ
プＳ１１）、点火時期をリタードさせ（ステップＳ１
２）、第２の三元触媒４の推定温度ＴＣＡＴＥ３を算出
し（ステップＳ１３）、ＴＣＡＴＥ３値が第３の所定温
度ＴＣＡＴ３より高いか否かを判別する（ステップＳ１
４）。ＴＣＡＴＥ３≦ＴＣＡＴ３が成立する間は点火時
期のリタードを継続し、ＴＣＡＴＥ３値がＴＣＡＴ３値
を越えた時点でリタードを終了する（ステップＳ１
５）。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
燃機関の排気ガスの浄化を行う触媒が取付けられた排気
通路の、前記触媒の上流側に二次空気を供給する二次空
気供給手段を備えた内燃機関の二次空気供給装置におい
て、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前
記触媒温度検出手段により検出された触媒温度が第１の
所定温度を越えたときに二次空気の供給を開始し、第１
の所定温度より高い前記触媒の活性化温度である第２の
所定温度を越えたときに供給を停止する制御手段と、前
記触媒温度検出手段により検出された触媒温度の所定時
間毎の変化量を算出する変化量算出手段とを設け、前記
制御手段及び前記変化量算出手段の信号に基づいて前記
二次空気供給手段を制御するので、二次空気供給手段の
最小限の負荷で触媒の温度を早期に活性温度まで上昇さ
せることができる。その結果、機関始動時における触媒
の活性化を迅速に行い、排気ガス特性の向上を図ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関及びその制御
装置の構成を示す図である。
【図２】機関始動時における二次空気供給量の制御手順
を示すフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施例に係る内燃機関及びその制
御装置の構成を示す図である。
【図４】機関始動時における二次空気供給量の制御手順
を示すフローチャートである。
【図５】機関始動時における点火時期の遅角制御の手順
を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 排気通路 ３，４，５ 三元触媒 ６ 空気ポンプ ７ 空気通路 ８ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ） ９ 触媒温度センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガスの浄化を行う触媒が
    取付けられた排気通路の、前記触媒の上流側に二次空気
    を供給する二次空気供給手段を備えた内燃機関の二次空
    気供給装置において、前記触媒の温度を検出する触媒温
    度検出手段と、前記触媒温度検出手段により検出された
    触媒温度が第１の所定温度を越えたときに二次空気の供
    給を開始し、第１の所定温度より高い前記触媒の活性化
    温度である第２の所定温度を越えたときに供給を停止す
    る制御手段と、前記触媒温度検出手段により検出された
    触媒温度の所定時間毎の変化量を算出する変化量算出手
    段と、前記制御手段及び前記変化量算出手段の信号に基
    づいて前記二次空気供給手段を制御する二次空気供給量
    制御手段とを有することを特徴とする内燃機関の二次空
    気供給装置。
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