JP3062705B2 - 排気浄化装置の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの排気系に設け
られた触媒等排気浄化装置の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気系に排気浄化のための触媒を設けた
エンジンにおいては、例えば特開平２−２０１０１４号
公報に記載されているように、エンジンにより駆動され
る２次エアポンプを設け、エンジンが低速低負荷を中心
とする所定運転領域にあるときに上記触媒に対し２次エ
アを供給し排気中の未燃焼成分（ＨＣ，ＣＯ）を再燃焼
させて浄化性能を高めるようにすることが従来から行わ
れている。また、この種のエンジンでは、触媒が活性化
していないと十分な浄化性能が得られないということか
ら、エンジン始動直後に２次エアを供給することによっ
て排気系での燃焼量を増大させ、燃焼温度を上げて触媒
の活性化を速めるようにすることも従来から行われてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジン始動直後に排
気系に２次エアを供給して触媒の活性化を速めるについ
ては、触媒の温度上昇ができるだけ大きくなるよう２次
エアの供給量を制御しなければならず、そのためには、
通常リッチ側に設定されたエンジン排気の空燃比を２次
エアの供給によってλ（空気過剰率）＝１に近付け、触
媒の中で完全燃焼が行われるようにすることが必要であ
る。しかし、触媒中の空燃比をλ＝１に近付けるため
に、通常考えられるように例えば触媒直後に空燃比セン
サを設けることによって２次エアをフィードバック制御
するようなシステムとしたのでは、空燃比センサが高価
であることがシステムのコストアップにつながるだけで
なく、始動直後のように排気ガス温度の低い状態では空
燃比センサ自体も温度が低くて空燃比の計測が不能であ
ったり、反応速度が極めて遅いということがあって、実
際には期待どおりの制御が行えない。

【０００４】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、エンジンの排気系に設けられた排気
浄化装置の活性時間を安価な構成により確実に短縮する
ことのできる排気浄化装置の制御装置を得ることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】エンジン排気系に設けた
触媒等排気浄化装置の出口温度（ガス温度）はエンジン
排気の温度と排気浄化装置中の空燃比に依存し、エンジ
ンの排気温度が高くなるほど、また、排気浄化装置中の
空燃比がλ＝１の状態（完全燃焼状態）に近付くほどそ
の上昇率が大きくなる。そして、この出口温度の上昇は
触媒等の温度上昇を反映する。そこで、排気浄化装置の
出口温度を検出し、その温度上昇率が最大となる方向に
排気系の２次エア量を制御すれば、排気浄化装置中の空
燃比をλ＝１に近付けて触媒等の活性時間を短縮するこ
とが可能となる。また、ガス温を検出するセンサは一般
に空燃比センサほど高価ではないし、低温時にも十分な
計測精度が得られる。本発明はこのような知見に基づく
ものであり、その構成は図１に示すとおりである。すな
わち、本発明に係る排気浄化装置の制御装置は、エンジ
ンの排気系に設けられ触媒によって構成された排気浄化
装置の制御装置であって、前記触媒の出口温度を検出す
る温度センサと、前記触媒に対し２次エアを供給する２
次エア供給装置と、エンジン始動時に前記出口温度の上
昇率が最大となる方向に前記２次エア供給装置による２
次エア供給量を制御する始動時制御手段とからなり、前
記始動時制御手段が、周期的に変化する信号を発生する
周期信号発生手段を備え、該周期信号発生手段の出力に
より２次エア供給量を変動させて触媒の出口温度の上昇
率が最大となる方向を判定することを特徴としている。

【０００６】 ここで、始動時制御手段は、周期信号発生
手段の出力に対する触媒の出口温度の応答特性を近似し
た応答特性モデルを備えたものとして、前記周期信号発
生手段の出力により２次エア供給量を変動させ、また、
その結果としての触媒出口温度の変化を前記応答モデル
に基づいて評価することにより触媒の出口温度の上昇率
が最大となる方向を判定するように構成できる。

【０００７】 また、始動時制御手段を、触媒の出口温度
の上昇率が最大となる方向の最適な２次エア供給の制御
量を水温と時間のテーブルに記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段に記憶された後はその記憶された制御量に基
づいて２次エア供給量を制御するものとできる。

【０００８】

【作用】エンジン始動時には、始動時制御手段が触媒に
よって構成された排気浄化装置の出口温度を検出する温
度センサの出力を受け、その出口温度の上昇率が最大と
なる方向を判定してその方向に燃焼制御手段である２次
エア供給装置を制御する。２次エア供給装置が上記のよ
うに制御されることにより、排気浄化装置中の空燃比が
λ＝１の状態に近付き、上記出口温度に反映する触媒の
温度の上昇率が最大となり、活性化が最大限に促進され
る。

【０００９】 つまり 、２次エア供給量が直接的に触媒出
口温度の変化に結び付くことから、その温度上昇率が最
大となる方向を見付けその方向に２次エア供給量を制御
することで触媒の活性化が確実に速まる。その際、周期
信号発生手段の出力により２次エア供給量を変動させる
と、触媒出口温度は２次エア供給量が最適な部分で上昇
率が大きくなり、２次エア供給量が過剰な部分では上昇
率が小さくなるといったように変動する。そして、この
上昇率が最大となる部分に合わせて２次エア供給量を制
御することで触媒温度が活性温度まで速やかに上昇す
る。また、周期信号発生手段の出力によって変動を受け
る出口温度の応答特性を近似したモデルに基づいて、触
媒出口温度の上昇率が最大となるタイミングを見付ける
ことにより、応答遅れを見込んだ最適な制御が行える。

【００１０】 また、最適な制御量（２次空気供給量）を
テーブルに記憶する記憶手段を設けることにより、一旦
テーブルに記憶された後はその記憶されたデータを用い
て制御を行うようにできる。また、経時変化等に対して
は、記憶されたデータを所定期間毎に更新することで対
処できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】 図２は本発明の一実施例のシステム構成図
である。この実施例において、エンジン１の排気通路２
には触媒３が設けられ、また、排気通路２の触媒３上流
には２次エアポンプ４の吐出口に連通する２次エア通路
５が接続されている。そして、排気通路２の触媒３下流
には、触媒出口温度を検出するガス温センサ６が設けら
れている。上記２次エアポンプ４は、クラッチ制御およ
びリリーフ制御によって流量コントロールを行うそれ自
体公知の２次エア供給装置を構成するものである。ま
た、この２次エアポンプ４を制御するコントロールユニ
ット７は、エンジン始動時の制御を行うための図２に示
すような回路構成を有するものとされている。

【００１３】 コントロールユニット７は、エンジン始動
時の２次エアポンプ制御の基本量（２次エア基本項）を
水温と時間に対して設定したテーブル８を備え、このテ
ーブル８から読み出した２次エア基本項（Ｂ）をベース
に２次エアポンプ４の制御を行う。また、コントロール
ユニット７は、矩形波のディザ信号（Ｄ）を発生するデ
ィザ信号発生器９を備えるとともに、このディザ信号
（Ｄ）に対する触媒３の出口温度の応答特性を近似して
テーブル化したエンジン系応答特性モデル１０を備え、
また、上記ガス温センサ６の出力（Ｔｇ）を微分する微
分器１１と、微分器１１の出力（ｄＴ）と上記エンジン
系応答特性モデル１０から読み出した値（Ｍ）を掛け合
わせる乗算器１２と、乗算器１２の出力を積分する積分
器１３を備えている。エンジン始動時には上記２次エア
基本項（Ｂ）にディザ信号（Ｄ）と上記積分器１３の出
力（Ｉ）が加算されたものが２次エアポンプ制御量
（Ｐ）として２次エアポンプ４に出力される。また、コ
ントロールユニット７は上記制御量（Ｐ）を記憶するた
めの水温と時間のテーブル１４を備え、一旦演算し記録
した上記制御量（Ｐ）は次回以降のエンジン始動時に読
み出して、そのまま２次エアポンプ４に出力するよう構
成されている。

【００１４】 図３は上記テーブル８に設定された２次エ
ア基本項（Ｂ）の時間軸に対するパターンを示してい
る。このパターンは始動時のエンジン水温によって変化
する。また、図４には上記ディザ信号（Ｄ）のパターン
を示している。そして、図５には、上記ディザ信号
（Ｄ）を加えたときの２次エア量すなわち２次エアポン
プ制御量（Ｐ）のパターン例と、このパターンで２次エ
アポンプ４を制御したときのガス温すなわち触媒出口温
度（Ｔｇ），微分器１１の出力（ｄＴ），エンジン系応
答特性モデル１０の出力（Ｍ），乗算器１２の出力（Ｍ
Ｔ）および積分器１３の出力（Ｉ）をそれぞれ時間軸で
示している。ディザ信号（Ｄ）を加えることによって、
２次エア量（Ｐ）は、図５の（ａ）に示すようにベース
（点線部分）に対し周期的に増量側（リーン側）へ振れ
るような変動を繰り返す。その結果、ガス温（Ｔｇ）は
（ｂ）に示すように定常的な温度上昇（点線で示す）に
対して上下に変動したものとなる。すなわち、２次エア
量（Ｐ）が最適な部分では温度上昇率が大きくなり、２
次エアが過剰（リーン）な部分では温度上昇率が小さく
なる。この温度上昇率を示すのが（ｃ）の微分器出力
（ｄＴ）である。ただし、２次エア量（Ｐ）がリーン側
に振れることによるガス温（Ｔｇ）への影響は図に矢印
で示すように時間遅れをもって現れる。このガス温（Ｔ
ｇ）の応答特性を近似しパターン化したものが（ｄ）の
エンジン系応答特性モデル出力（Ｍ）であり、ｄＴとＭ
を掛け合わせたものが（ｅ）の乗算器出力（ＭＴ）であ
る。ここで、エンジン系応答特性モデル出力（Ｍ）は、
上記乗算器出力（ＭＴ）が２次エア量が最適量よりもリ
ッチ側にある部分に対してはマイナス側に振れ、また、
リーン側にある部分に対してはプラス側に触れるよう設
定する。図５の例は、２次エア量（Ｐ）のベースが最適
量よりもリーン側にずれている場合であって、この場合
は、（ｅ）の乗算器出力（ＭＴ）はマイナス側に大きく
振れプラス側に小さく振れる。したがって、これを積分
した積分器出力（Ｉ）は（ｆ）に示すように全体として
徐々に下がっていく。この積分器出力（Ｉ）はＰのベー
スに加算されていき、その結果、この例の場合ではベー
スが徐々にリッチ方向に移行し、最適量に近付いてい
く。また、２次エア量（Ｐ）のベースがリッチ側にあれ
ば、乗算器出力（ＭＴ）は逆にプラス側の方が大きく振
れ、したがって、積分器出力（Ｉ）は徐々に上がり、ベ
ースがリーン側に移行していって最適量に近付く。その
結果、２次エア供給量は常に触媒出口温度の上昇率が最
大となる方向に制御され、触媒の活性時間が短縮され
る。

【００１５】 つぎに、上記実施例の始動時制御を図６の
フローチャートによって説明する。なお、Ｓ１〜Ｓ２８
はフローの各ステップを示す。

【００１６】 スタートすると、まず、Ｓ１で始動時かど
うかの判定を行う。そして、始動時でなければ、そのま
まこの制御を終了する。

【００１７】 始動時であれば、つぎにＳ２で触媒出口の
ガス温（Ｔｇ）を読み込み、Ｓ３でエンジン水温（Ｔ
ｗ）を読み込む。そして、Ｓ４へ行って、テーブルに２
次エアポンプ制御量（Ｐ）のデータが入っているかどう
かを見る。

【００１８】 １回目の始動ではＰのデータは入っていな
いから、Ｓ４の判定はＮＯで、このときは、Ｓ５でＴｇ
をその前回値（Ｔｇ’）として読み込み、Ｓ６で積分項
としてのＩをリセットし、Ｓ７で時間（ｔ）をリセット
する。

【００１９】 つぎに、Ｓ８でガス温（Ｔｇ）が触媒活性
化の判定ガス温度（Ｔｇｅ）に達したかどうかを判定す
る。そして、最初はＴｇはＴｇｅに達していないから、
ＮＯで、Ｓ９へ行って、図４に示すように時間軸に対す
る関数として設定したテーブルからディザ信号（Ｄ）を
読み込み、次いで、Ｓ１０で図５の（ｄ）に示すように
やはり時間軸に対して設定したテーブルからエンジン系
応答特性モデルの出力（Ｍ）を読み込み、また、Ｓ１１
で、水温および時間の関数として設定した２次エア基本
項（Ｂ）を読み込む。

【００２０】 つぎに、Ｓ１２で今回のガス温（Ｔｇ）と
前回のガス温（Ｔｇ’）の差をとる形で微分項（ｄＴ）
を求め、その後、Ｓ１３でＴｇ’にＴｇを入れる。ま
た、Ｓ１４で上記微分項（ｄＴ）にエンジン系応答特性
モデル出力（Ｍ）を掛けた値をＭＴという値に入れ、Ｓ
１５で一つ前の積分項（Ｉ）に上記ＭＴを加えて積分項
（Ｉ）を求める。そして、Ｓ１６で２次エア基本項
（Ｂ）に積分項（Ｉ）とディザ信号（Ｄ）を加えたもの
を２次エアポンプ制御量（Ｐ）とし、Ｓ１７でこのＰを
２次エアポンプ４に出力する。

【００２１】 その後、Ｓ１８で上記Ｐを水温と時間
（ｔ）のテーブル１４に記憶する。そして、Ｓ１９でｔ
のインクリメントを行い、Ｓ２０およびＳ２１で通常の
燃焼制御および点火時期制御を行って、Ｓ８に戻る。

【００２２】 上記ルーチンを繰り返すうち、Ｓ８でＴｇ
≧Ｔｇｅとなれば、この始動時制御を終了する。

【００２３】 また、２回目以降の始動時には、テーブル
１４にＰが記憶されているから、Ｓ４の判定がＹＥＳ
で、このときはＳ２２でｔをリセットした後、Ｓ２３で
Ｔｇ≧Ｔｇｅかどうかを判定する。そして、ＮＯであれ
ば、Ｓ２４でテーブル１４から２次エアポンプ制御量
（Ｐ）を読み込み、Ｓ２５で上記Ｐをそのまま２次エア
ポンプ４に出力する。そして、Ｓ２６でｔのインクリメ
ントを行い、Ｓ２７およびＳ２８で燃焼制御および点火
時期制御を行って、Ｓ２３に戻る。また、Ｓ２３でＴｇ
≧Ｔｇｅとなれば、始動時制御を終了する。

【００２４】 なお、上記実施例においては、ディザ信号
によって２次エア供給量を周期的に変動させることによ
り触媒出口温度の上昇率が最大となる方向を見付けるよ
うにした制御を最初の始動時のみ行い、２回目以降の始
動時には学習しテーブルに記憶した値をそのまま用いて
始動時制御を行うようにしているが、経時変化に対処す
るためには、一定期間毎に上記テーブルを更新するのが
よい。また、始動時には毎回上記ディザ信号による始動
制御を実行するようにすることも可能である。

【００２５】 また、エンジン系応答特性モデルは、テー
ブルではなく、ディザ信号を入力として数学モデルをそ
の都度計算するものとしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、安価な手段によってエンジンの排気系に設けられた
触媒からなる排気浄化装置の活性時間を短縮し始動直後
の排気浄化性能を向上させることができる。

【００２７】 また、特に周期的に変化する信号を加えて
２次エア供給量を変動させ、また、触媒の出口温度の応
答遅れを見込んだ応答特性モデルを併用することで、触
媒出口温度の上昇率が最大となる制御方向の判別が容易
となり、活性時間短縮のための制御がより確実となる。

【００２８】 また、最適な２次エア供給量を学習しテー
ブルに記憶するようにすることで２回目以降の制御を簡
略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成図

【図２】本発明の一実施例のシステム構成図

【図３】同実施例の制御における２次エア基本項の時間
軸に対する特性図

【図４】同実施例の制御におけるディザ信号の波形を示
す特性図

【図５】同実施例の制御における各種出力波形を示す特
性図

【図６】同実施例の制御を実行するフローチャート

【符号の説明】

１ エンジン ２ 排気通路 ３ 触媒（排気浄化装置） ４ ２次エアポンプ（２次エア供給装置） ６ ガス温センサ（温度センサ） ７ コントロールユニット ９ ディザ信号発生器（周期信号発生手段） １０ エンジン系応答特性モデル １４ テーブル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−188020（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201014（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−90919（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−38117（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭52−20572（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/38 F01N 9/00 F01N 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気系に設けられ触媒によっ
   て構成された排気浄化装置の制御装置であって、前記触
   媒の出口温度を検出する温度センサと、前記触媒に対し
   ２次エアを供給する２次エア供給装置と、エンジン始動
   時に前記出口温度の上昇率が最大となる方向に前記２次
   エア供給装置による２次エア供給量を制御する始動時制
   御手段とからなり、前記始動時制御手段が、周期的に変
   化する信号を発生する周期信号発生手段を備え、該周期
   信号発生手段の出力により２次エア供給量を変動させて
   触媒の出口温度の上昇率が最大となる方向を判定するこ
   とを特徴とする排気浄化装置の制御装置。
2. 【請求項２】 始動時制御手段が、周期信号発生手段の
   出力に対する触媒の出口温度の応答特性を近似した応答
   特性モデルを備え、該モデルに基づいて前記出口温度の
   上昇率が最大となる方向を判定する請求項１記載の排気
   浄化装置の制御装置。
3. 【請求項３】 始動時制御手段が触媒の出口温度の上昇
   率が最大となる方向の最適な２次エア供給の制御量を水
   温と時間のテーブルに記憶する記憶手段を備え、該記憶
   手段に記憶された後はその記憶された制御量に基づいて
   ２次エア供給量を制御する請求項１記載の排気浄化装置
   の制御装置。