JP4115162B2

JP4115162B2 - 内燃機関の排気ガス浄化制御装置

Info

Publication number: JP4115162B2
Application number: JP2002154028A
Authority: JP
Inventors: 隆治田山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2002-05-28
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2022-05-28
Also published as: JP2003343318A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化制御装置に関し、特に冷態始動時に二次空気の導入と燃料供給量の増量補正によって内燃機関の排気通路途中に設けられた触媒を早期に活性化して排気エミッションを低減する内燃機関の排気ガス浄化制御装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、内燃機関の排気通路途中に触媒を設け、その触媒によって排気ガスの浄化を図っている。しかし、冷態始動時は、触媒が冷えたいわゆる不活性状態にあり、触媒が暖まって活性化するまでは、浄化率が低いという問題がある。このような問題に対して、触媒を積極的に暖めて早期に活性化させ、冷態始動時における排気エミッションの低減を図ることを目的とした種々の装置及び方法が提案されている。
【０００３】
（第１従来例）本願の出願時における一般的な従来技術として、例えば、エンジンの始動後、点火時期を遅角させて排気温を上昇させた上で、排気弁近傍に二次空気を導入して、排気ガス中のＣＯ及びＨＣを排気通路内で再燃焼させて低減すると共に、同時に触媒の暖機を促進させている。
【０００４】
（第２従来例）特開昭６０−８８８７０号公報には、エンジンの始動後、アイドル回転数を上昇させると共に、点火時期を遅角させることによってエンジンから排出される排気ガスの温度を積極的に上昇させ、触媒の暖機を促進させて、早期活性化を図ることが開示されている。
【０００５】
（第３従来例）特開平９−１１９３１０号公報には、エンジンの始動後、触媒の入口ガス温度が触媒活性開始温度に到達してから、燃料供給量を増量すると共に二次空気を触媒の上流側に導入して触媒内の酸化反応を促進し、触媒を急速に暖機して、早期活性化を図ることが開示されている。
【０００６】
（第４従来例）特開平９−１０３６４７号公報には、エンジンの始動後、二次空気を触媒の上流側に導入し、触媒の入口ガス温度が触媒活性化開始温度に到達したところで、触媒劣化度合に基づいて算出した増量補正値を用いて燃料供給量の増量補正を行い、触媒内の酸化反応を促進し、触媒の早期活性化を図ることが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１従来例や第２従来例に記載されている点火時期を遅角させる場合、点火時期の遅角は、燃焼室内における燃焼の不安定化を招くため、長い間継続して行うことは困難である。また、第１従来例に記載されているように、排気弁近傍に二次空気を導入して再燃焼させる場合、排気エミッションを１００％低減することはできないので、始動時から始動後へ移行する際の燃料増量を始動後に即座に減量する必要があるが、減量すれば再燃焼による触媒昇温効果も減退する。従って、第１従来例及び第２従来例に記載されている技術では、始動直後の一時的な効果しか得ることができないという問題を有している。
【０００８】
また、第３従来例の場合、触媒が活性開始温度まで上昇してから二次空気と燃料増量を開始するので、活性開始温度に到達するまでは、排気エミッションを浄化することはできない。特に、例えば自動車エンジンのようにエンジンと触媒との距離が離れている場合には、触媒の温度が活性開始温度に到達するまでの時間が長くなり、排気エミッションの浄化率が低くなるという問題がある。
【０００９】
第４従来例の場合、触媒の劣化度合に応じて触媒が活性化する温度が上昇することに基づいて、燃料供給量を増量補正する燃料増量補正値を触媒の劣化度合に応じて設定し、触媒活性開始温度を常に一定の温度となるように調整している。従って、劣化していない新品の触媒に対しては、燃料増量は行わず、二次空気の導入のみを行い、その新品の触媒が有している触媒性能を意図的に低下させて、劣化した触媒に合わせて使用している。このため、新品触媒の触媒性能を充分に活用することができず、効率が悪いという問題がある。
【００１０】
更に、第３従来例と第４従来例の場合、触媒温度が活性開始温度に到達すると同時に燃料の増量を開始する制御を行っているが、触媒の温度が触媒活性開始温度に到達した直後は、触媒が活性を開始してから間もないため、まだ触媒の酸化機能が低い状態にある。このような酸化機能が低い状態で一気に燃料供給量を増量させると一時的に多量のＣＯ、ＨＣが排出されるおそれがある。一方、燃料の増量分に比例して触媒の温度が上昇する速度が増すので、燃料増量は少しずつ反映する必要があるが、その燃料増量の変化量は、排気エミッションと昇温速度を見比べて設定する必要がある。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷態始動時に触媒を積極的に活性化させて、排気エミッションを低減する内燃機関の排気ガス浄化制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明による内燃機関の排気ガス浄化制御装置は、内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるか否かを判断する冷態始動状態判断手段と、内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるとの判断に基づき内燃機関の排気通路途中に設けられている触媒の上流側に二次空気の導入を開始する二次空気導入開始手段と、触媒の温度が活性化を開始する触媒活性開始温度まで上昇することにより燃料供給量の増量補正を開始する燃料増量補正手段と、触媒の温度が完全に活性化する触媒完全活性温度まで上昇することにより排気通路内への二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止する早期活性化停止手段とを備え、燃料増量補正手段は、燃料供給量を触媒の温度の上昇に合わせて漸次増量させる漸次増量補正を行うことを特徴とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明による内燃機関の排気ガス浄化制御装置は、内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるか否かを判断する冷態始動状態判断手段と、内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるとの判断に基づき内燃機関の排気通路途中に設けられている触媒の上流側に二次空気の導入を開始する二次空気導入開始手段と、該二次空気導入開始手段が二次空気の導入を開始してから触媒の温度が上昇して触媒の活性化を開始する触媒活性開始温度に到達するまでは燃料供給量の増量補正を行わず、触媒の温度が触媒活性開始温度に到達したところで燃料供給量の増量補正を開始する燃料増量補正手段と、触媒の温度が完全に活性化を開始する触媒完全活性温度まで上昇することにより排気通路内への二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止する早期活性化停止手段とを備え、燃料増量補正手段は、燃料供給量を触媒の温度の上昇に合わせて漸次増量させる漸次増量補正を行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、燃料増量補正手段は、触媒温度が触媒活性開始温度よりも低下した場合に、燃料供給量の増量補正を中止し、触媒温度が再び触媒活性開始温度以上の温度となった場合に、燃料供給量を漸次増量する漸次増量補正を再開させることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、漸次増量補正を行っている途中で、例えば、二次空気の導入により触媒が過度に冷却されるなどして、触媒温度が触媒活性開始温度よりも低い温度状態となった場合には、燃料供給量の増量補正を中止する。これにより、触媒温度が触媒活性開始温度よりも低下して触媒の酸化機能が停止した場合に、燃料供給量が過多となって排気エミッションが悪化するのを防止することができる。また、触媒温度が再び触媒活性開始温度以上の温度となることにより、燃料供給量の漸次増量補正を再開するので、触媒の昇温速度に応じた漸次増量補正を行うことができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１或いは請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、早期活性化停止手段は、自動車が走行状態にあるか否かを判断する走行状態検出手段が走行状態を検出した場合に、排気通路内への二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止する制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
この発明によると、走行状態検出手段が自動車の走行状態を検出することにより、排気通路内への二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止するので、走行による内燃機関の運転状態の変化によって空燃比バランスが崩れて排気エミッションの浄化率が低下するのを防止することができる。請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、所定タイミングで触媒の上流側と下流側のＯ ₂ 濃度に基づいて触媒の触媒劣化率を算出する触媒劣化率算出手段と、触媒劣化率算出手段により算出した触媒劣化率に基づいて触媒活性開始温度を算出する触媒活性開始温度算出手段と、触媒劣化率算出手段により算出した触媒劣化率に基づいて触媒完全活性温度を算出する触媒完全活性温度算出手段とを有することを特徴とする。請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、触媒活性開始温度と触媒完全活性温度は、触媒劣化率が大きくなるに従ってより高い温度となるように設定されていることを特徴とする。請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、触媒を触媒活性開始温度から触媒完全活性温度まで昇温するのに必要な燃料増量補正値である燃料増量補正要求値を触媒劣化率に基づいて算出する燃料増量補正要求値算出手段を有し、燃料増量補正手段は、燃料供給量を増量補正する燃料増量補正値を、燃料増量補正要求値算出手段により算出した燃料増量補正要求値に達するまで漸次増大させて、漸次増量補正を行うことを特徴とする。請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置において、燃料増量補正要求値は、触媒劣化率が大きくなるに従ってより多くの増量補正を行うように設定されていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図に基づいて説明する。図５は、本発明が適用される内燃機関の全体構成説明図である。本実施の形態における内燃機関は、自動車用エンジン、例えば水平対向型エンジンである。
【００１９】
このエンジン１のシリンダヘッド２には、シリンダヘッド２に形成された各吸気ポート２ａに連通するように吸気マニホールド３が接続されている。この吸気マニホールド３には、エアチャンバ４を介してスロットルチャンバ５が連通されており、その上流側には吸気管６を介してエアクリーナ７が取り付けられている。このエアクリーナ７の直下流には、エンジン１への吸入空気量を検出する吸入空気量センサ８が取り付けられている。スロットルチャンバ５には、図示していないアクセルペダルに連動するスロットルバルブ５ａが設けられている。スロットルバルブ５ａには、スロットル開度に応じた電圧を出力するスロットル開度センサ９が連接されている。また、このスロットルバルブ５ａをバイパスするＩＳＣ通路１０には、アイドリング時の吸入空気量を調整するためのＩＳＣバルブ１０ａが取り付けられている。吸気マニホールド３の各気筒の各吸気ポート２ａ直上流側には、インジェクタ１１が吸気ポート２ａに指向して取り付けられている。
【００２０】
また、シリンダヘッド２には、各気筒ごとに点火プラグ１２が取り付けられている。これらの点火プラグ１２は、点火コイルを介してイグナイタ３６（図６参照）に接続されている。インジェクタ１１は、燃料パイプ１５を介して燃料タンク１６に連通されている。燃料タンク１６には、燃料ポンプ１７が取り付けられており、この燃料ポンプ１７によってインジェクタ１１に燃料が圧送される。
【００２１】
また、シリンダヘッド２には、シリンダヘッド２に形成された各排気ポート２ｂに連通するように排気マニホールド２１が接続されている。この排気マニホールド２１の集合部には、排気ガス中の酸素濃度を検出する第１の空燃比センサとしてのフロントＯ_２センサ（ＦＯ_２センサ）２２が取り付けられており、その下流側に触媒２３が介装されている。この触媒２３の下流側には同様に排気ガス中の酸素濃度を検出する第２の空燃比センサとしてのリヤＯ_２センサ（ＲＯ_２センサ）２４が取り付けられている。また、触媒２３の上流側の入り口付近には触媒に流入する排気ガスの温度を検出する排気温センサ２５が取り付けられている。
【００２２】
シリンダヘッド２の排気ポート２ｂにおける排気弁近傍に、吸気管６のエアクリーナ７との間を連通する二次空気導入通路２６の一端が連通接続されており、この二次空気導入通路２６の通路途中には、二次空気制御弁２６ａが介装されている。二次空気導入通路２６の二次空気制御弁２６ａと排気ポート２ｂとの間にはリードバルブ２６ｂが取り付けられている。この二次空気制御弁２６ａが開弁されると、排気ポート２ｂ内の負圧によってリードバルブ２６ｂが開弁し、エアクリーナ７を経て大気（二次空気）が排気ポート２ｂ内に導入される。二次空気制御弁２６ａが閉弁されると、二次空気導入通路２６内の連通が遮断され、二次空気の導入が停止される。
【００２３】
また、このエンジン１のシリンダブロック１ａには、ノックセンサ２８が取り付けられると共に、シリンダブロック１ａの冷却水通路内の冷却水温を検出するための冷却水温センサ２９が取り付けられている。また、クランクシャフト１ｂの回転角度位置とエンジン回転数Ｎｅを検出するためのクランク角センサ３０が取り付けられている。尚、符号３１は、シリンダヘッド２に設けられるカムシャフト２ｃの回転角度位置を検出するカム角センサを示している。また、符号３３は、スロットル弁下流の吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサである。その他、本図に示された部材のうち本願発明の機能と直接関連を有しないものについてはその説明を省略する。
【００２４】
上記構成を有するエンジン１は、図６に示す電子制御装置（ＥＣＵ）３２によって制御される。ＥＣＵ３２は、周知の中央処理装置としてＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、各種データを格納するＲＡＭ、各種学習データを格納するバックアップＲＡＭ、入出力回路及びそれらを相互に接続するバスライン等からなるマイクロコンピュータシステムを中心として構成されている。また、図６に示すように、入出力回路の入力側には、スロットル開度センサ９、吸入空気量センサ８、吸気管圧力センサ３３、冷却水温センサ２９、排気温センサ２５、ＦＯ_２センサ２２、ＲＯ_２センサ２４が接続され、更にカム角センサ３１、クランク角センサ３０、ノックセンサ２８が接続されている。また、車輌走行速度を検出する車速センサ３４と、Ａ／Ｔ（自動変速機）のセレクトレバーのセレクト位置を検出するセレクトレバーポジションセンサ３５が接続されている。一方、入出力回路の出力側には、イグナイタ３６が接続されると共に、ＩＳＣバルブ１０ａ、インジェクタ１１、二次空気制御弁２６ａが接続されている。
【００２５】
ＥＣＵ３２は、各センサからの検出信号に基づいて各種の演算処理を行い、その演算結果に基づいてインジェクタ１１やＩＳＣバルブ１０ａ等の各種アクチュエータに制御信号を出力し、エンジン１の運転状態を制御する。例えば、エンジン制御の一つである空燃比フィードバック制御は、吸入空気量センサ８によって検出したエンジンの吸入空気量Ｑと、クランク角センサ３０によって検出したエンジン回転数Ｎｅから基本燃料供給量を定める基本燃料噴射パルス幅Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を算出し、基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを、ＦＯ_２センサ２２の出力に基づいて設定した空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡと、冷却水温センサ２９、スロットル開度センサ９等からの検出信号に基づいて設定した各種増量補正係数ＣＯＥＦを用いて空燃比補正することによって行われる。そして、更に、周知のように基本燃料噴射パルス幅Ｔｐを学習補正し、更に、電圧補正することによって最終的な燃料供給量を定める燃料噴射パルス幅Ｔｉを得る。ここで得られた燃料噴射パルス幅Ｔｉに相当する信号がインジェクタ１１に出力され、インジェクタ１１から相当量の燃料が噴射される。
【００２６】
また、ＥＣＵ３２は、エンジン運転制御の一つとして、冷態始動時における排気ガスの浄化率を向上する排気ガスの浄化制御を行う。ここでは、エンジン１の冷態始動時に、二次空気の導入と燃料供給量の増量補正が行われ、触媒２３が早期に活性化され、排気エミッションが低減される。
【００２７】
上記ＥＣＵ３２によるエンジン１の排気ガス浄化制御について、図１のフローチャートに従って説明する。図１は、エンジン１の排気ガス浄化制御処理を説明するフローチャート、図２は、排気ガスの浄化制御時における制御状態を説明するタイムチャートである。
【００２８】
まず、ステップＳ１０１では、各センサによってエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、吸入空気量Ｑ等が検出され、これらに基づいてエンジン運転状態が検出される。また同時に、ＥＣＵ３２のバックアップＲＡＭに格納されている学習データの一つである触媒劣化率Ｘが読み出され、この触媒劣化率Ｘに基づいて触媒２３が活性化を開始する温度である触媒活性開始温度Ｔｓと、触媒２３が完全に活性化する温度である触媒完全活性温度Ｔｐと、燃料供給量を増量補正するための燃料増量補正値であって触媒２３を触媒活性開始温度Ｔｓから触媒完全活性温度Ｔｐまで昇温するために必要な燃料増量補正値である燃料増量補正要求値Ｆｃ０が算出され、それぞれＥＣＵ３２のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２９】
触媒劣化率Ｘは、通常の走行時においてエンジン１の定常運転中に、ＦＯ_２センサ２２とＲＯ_２センサ２４によって検出した触媒２３の上流側と下流側のＯ_２濃度を比較することによって算出され、学習データとしてバックアップＲＡＭに格納され、所定タイミングで更新がなされている。
【００３０】
図３は、触媒活性温度及び燃料増量補正要求値と、触媒劣化率Ｘとの関係を示したグラフである。触媒活性開始温度Ｔｓと触媒完全活性温度Ｔｐは、触媒劣化率Ｘが大きくなる、すなわち触媒２３の劣化度合が大きくなるに従ってより高い温度となるように設定されており、また、燃料増量補正要求値Ｆｃ０も触媒劣化率Ｘが大きくなるに従って、より多くの増量補正を行うように設定されている。
【００３１】
実際の触媒活性開始温度Ｔｓと触媒完全活性温度Ｔｐは、触媒２３の劣化が進行するに従って上昇変化することから、触媒２３の劣化状況に応じて触媒活性開始温度Ｔｓと触媒完全活性温度Ｔｐを推定し、その推定した触媒活性開始温度Ｔｓと触媒完全活性温度Ｔｐに基づいて二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を行う。
【００３２】
次に、ステップＳ１０２では、エンジン１の運転状態が冷態始動状態であるか否かが判断される。ここでは、エンジン回転数Ｎｅが５００ｒｐｍ以下（Ｎｅ≦５００ｒｐｍ）であって、始動時の冷却水温がＴｗが０゜以上（Ｔｗ≧０゜）である場合（ＹＥＳ）には、冷態始動状態であると判断してステップＳ１０３に移行する。また、少なくとも一方の条件を満たさない場合（ＮＯ）には、冷態始動状態ではないとして、本フローを抜ける（リターン）。このステップＳ１０２での判断処理が、請求項１の冷態始動状態判断手段に相当する。
【００３３】
ステップＳ１０３では、始動時の冷却水温Ｔｗに基づいて、二次空気の導入を開始可能な二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairが算出される。そして、エンジン回転数Ｎｅが二次空気の導入を開始できる回転数を超えたか否かを判断すべくステップＳ１０４に移行する。図４は、二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairと冷却水温Ｔｗの関係を示すグラフである。二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairは、図４に示すように、冷却水温Ｔｗが上昇するに応じて二次空気を導入する二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairが低くなるように設定されている。
【００３４】
ステップＳ１０４では、現在のエンジン回転数ＮｅがＳ１０３で算出された二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairに達した（Ｎｅ≧Ｎair）か否かが判断され、二次空気導入開始エンジン回転数Ｎair以下の低い回転数であると判断された（ＮＯ）場合は、再びステップＳ１０３の処理に戻り、エンジン回転数Ｎｅが二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairよりも高い回転数となるまで二次空気の導入は行われない。一方、ステップＳ１０４で、エンジン回転数Ｎｅが二次空気導入開始エンジン回転数Ｎairに到達したと判断された（ＹＥＳ）場合には、ステップＳ１０５に移行し、二次空気制御弁２６ａの開弁制御により二次空気の導入が開始される。このステップＳ１０４での判断処理は、請求項１の二次空気導入開始手段に相当する。
【００３５】
ステップＳ１０５で二次空気の導入が開始されると、ステップＳ１０６に移行し、先ず、燃料供給量を増量補正するための燃料増量補正値Ｆｃ_ｎを、燃料増量補正無しに対応するゼロに初期設定し（Ｆｃ_ｎ＝０）、この燃料増量補正値Ｆｃ_ｎ（＝０）を燃料供給量に反映する。従って、二次空気導入開始後、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎによる燃料増量補正無しの状態から、後述する処理により漸次的に燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが増加され、該燃料増量補正値Ｆｃ_ｎにより燃料供給量を補正することで、燃料供給量が漸次増量補正される。
【００３６】
次いでステップＳ１０７に進み、排気温センサ２５の検出信号に基づいて現在の排気ガス温度（触媒温度を表す）ＴｅがステップＳ１０１で触媒劣化率Ｘに基づいて求めた触媒活性開始温度Ｔｓ以上の温度であるか否かが判断される。ここで、排気ガス温度Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓよりも低い温度である（ＮＯ）場合は、ステップＳ１０６へ戻り、触媒活性開始温度Ｔｓ以上の温度となるまで二次空気の導入のみを行い、燃料供給量の増量補正は行わずに待機する。そして、排気ガス温度Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓ以上の温度であるとの判断がなされた（ＹＥＳ）場合は、燃料供給量の増量補正を行うべく、ステップＳ１０８以降に移行する。
【００３７】
ステップＳ１０８〜ステップＳ１１０では、燃料供給量を漸次的に増量させる漸次増量補正を行うための処理が行われる。まず、ステップＳ１０８では、燃料供給量を増量補正するための燃料増量補正値Ｆｃ_ｎを漸次増加更新する処理が行われる。燃料増量補正値Ｆｃ_ｎは、以下の▲１▼式によって求められる。
【００３８】
Ｆｃ_ｎ＝Ｆｃ_{（ｎ−１）}＋Ｆｄ ………▲１▼
この▲１▼式によれば、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎは、前回求めた燃料増量補正値Ｆｃ_{（ｎ−１）}に、予め設定されている一定の燃料補正値増加量Ｆｄを加算することによって求められる。燃料補正値増加量Ｆｄは、本実施の形態では、前回求めた燃料増量補正値Ｆｃ_{（ｎ−１）}を２％増加させる値に設定されている。
【００３９】
ステップＳ１０８で燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが求められると、ステップＳ１０９に移行し、その燃料増量補正値Ｆｃ_ｎを燃料供給量に反映する処理が行われる。従って、所定タイミングでインジェクタ１１から燃料が噴射される際に、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎ分だけ増量された燃料が噴射される。
【００４０】
次いでステップＳ１１０に移行し、ステップＳ１０８で求めた燃料増量補正値Ｆｃ_ｎがステップＳ１０１で触媒劣化率Ｘに基づいて求めた燃料増量補正要求値Ｆｃ０に達したか（Ｆｃ_ｎ≧Ｆｃ０）否かが判断される。
【００４１】
ここで、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが燃料増量補正要求値Ｆｃ０に満たないと判断された（ステップＳ１１０でＮＯ）場合は、ステップＳ１０７の判断に戻り、現在の排気ガス温度Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓよりも高い温度であるか否かを再び判断する。そして、触媒活性開始温度Ｔｓよりも高い温度である（ステップＳ１０７でＹＥＳ）と判断された場合は、ステップＳ１０８で燃料増量補正値Ｆｃ_ｎを更に燃料補正値増加量Ｆｄにより増加更新し、ステップＳ１０９でその燃料増量補正値Ｆｃ_ｎを燃料供給量に反映させる処理が行われる。従って、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎは、燃料増量補正要求値Ｆｃ０となるまで漸次増大され、結果として、燃料供給量を漸次増量させる漸次増量補正が行われる。
【００４２】
一方、ステップＳ１１０で燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが燃料増量補正要求値Ｆｃ０に満たない（ＮＯ）と判断されると、再びステップＳ１０７の判断に戻る。そして、ステップＳ１０７で、排気ガス温度（触媒温度）Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓよりも低下した（ＮＯ）と判断された場合は、ステップＳ１０６へ戻り、燃料供給量の増加補正を中止する。かかる状態では、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎがゼロに初期設定され、この燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが燃料供給量に反映されることで、実質的に燃料増量補正値Ｆｃ_ｎによる燃料供給量の増量補正が中止される。
【００４３】
そして、再び、排気ガス温度（触媒温度）Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓ以上の温度となった場合に（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップＳ１０８以降に移行して、燃料供給量を漸次増量させる漸次増量補正が再開される。従って、触媒２３の昇温速度に応じた漸次増量補正を行うことができる。
【００４４】
これにより、例えば、二次空気の導入により触媒２３が過度に冷却されて触媒温度が触媒活性開始温度Ｔｓよりも低くなった場合に、燃料供給量の漸次増量補正を一時的に中止することができる。従って、触媒の酸化機能が停止しているにもかかわらず、燃料の増量補正が継続されて燃料増量が過多となり、排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
【００４５】
図２のグラフに示すように、従来の場合は、排気ガス温度Ｔｅが触媒活性開始温度Ｔｓに到達すると同時に、燃料増量補正要求値Ｆｃ０を燃料供給量に反映して燃料供給量を一気に増量補正していたので（図（ｇ）中で破線）、ＨＣの排出量が一時的に急激に増大（図（ｅ）中で破線）するおそれがあった。しかし、本発明に係る処理によれば、燃料供給量を触媒温度の上昇に合わせて漸次的に増大させる漸次増量補正を行うので、触媒温度の上昇に応じて向上する触媒２３の酸化機能の能力に応じて、適切に燃料を増量させることができる。従って、例えば、増量補正の開始直後に触媒２３の温度状態とは無関係に一気に燃料が増量されるのを防止して、一時的に多量のＣＯ、ＨＣが排出されるのを防ぐことができる。
【００４６】
そして、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが燃料増量補正要求値Ｆｃ０以上の値（Ｆｃ_ｎ≧Ｆｃ０）になったと判断された（ステップＳ１１０でＹＥＳ）場合は、ステップＳ１０７〜ステップＳ１１０のループ処理を抜け出し、ステップＳ１１１に移行する。このステップＳ１０７〜ステップＳ１１０での処理が、請求項１の燃料増量補正手段に相当する。
【００４７】
ステップＳ１１１〜ステップＳ１１４では、触媒温度が触媒完全活性温度Ｔｐまで上昇したか否かが判断される。まず、ステップＳ１１１では、排気温センサ２５の検出信号に基づいて排気ガス温度（触媒温度）ＴｅがステップＳ１０１で触媒劣化率Ｘに基づいて求めた触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度であるか否かが判断される。そして、排気ガス温度Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度である（ステップＳ１１１でＹＥＳ）場合は、その温度状態が所定時間以上維持されたか否かを判断すべくステップＳ１１３、Ｓ１１４によるダウンタイマ処理に移行する。
【００４８】
ステップＳ１１３では、累積時間判定値ＴＭｐ_{（ｎ−１）}から１をデクリメントした値を新たな累積時間判定値ＴＭｐ_ｎとして設定する処理が行われる（ＴＭｐ_ｎ＝ＴＭｐ_{（ｎ−１）}−１）。そして、ステップＳ１１４では、ステップＳ１１３で求めた累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが減算されて０になった（ＴＭｐ_ｎ＝０）か否かが判断され、排気ガス温度（触媒温度）Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上に所定時間維持されたか否かが判断される。
【００４９】
そして、累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが０であると判断された（ステップＳ１１４でＹＥＳ）場合には、触媒温度が触媒完全活性温度Ｔｐまで暖められたと判断して、二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止すべくステップＳ１１５以降に移行する。本実施の形態では、累積時間判定値ＴＭｐ_ｎの初期値が５０に設定され、制御ルーチンが１００ｍｓに設定されている。従って、排気ガス温度Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度状態に５秒以上維持されると触媒温度が触媒完全活性温度Ｔｐまで暖められたと判断される。
【００５０】
ステップＳ１１５では、燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが０に設定（Ｆｃ_ｎ＝０）され、ステップＳ１１６において、その燃料増量補正値Ｆｃ_ｎが燃料供給量に反映されると共に、二次空気制御弁２６ａを閉弁し二次空気の導入を停止する制御が行われる。これにより、二次空気の導入と燃料供給量の増量補正が停止され、本フローを終了する（リターン）。このステップＳ１１５とステップＳ１１６の処理が、請求項１の早期活性化停止手段に相当する。
【００５１】
一方、ステップＳ１１１の判断において排気ガス温度（触媒温度）Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐまで上昇していないと判断された（ＮＯ）場合、または、ステップＳ１１４の判断において累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが０でないと判断された（ＮＯ）場合には、ステップＳ１１２に移行する。
【００５２】
ステップＳ１１２では、このエンジン１を有する自動車が走行状態にあるか否かの判断がなされる。ここで、車速センサ３４が所定速度以上の車速を検出している場合、或いはセレクトレバーポジションセンサ３５がセレクトレバーのポジション位置としてＤ（走行）レンジを出力している場合には、走行状態にあると判断される。
【００５３】
このステップＳ１１２で走行状態である（ＹＥＳ）と判断された場合には、ステップＳ１１５以降に移行して、燃料供給量の増量補正と二次空気の導入を即座に停止する制御が行われる。これにより、走行による内燃機関の運転状態の変化によって空燃比バランスが崩れて排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
【００５４】
また、ステップＳ１１２で走行状態ではない（ＮＯ）と判断された場合には、再びステップＳ１１１に移行して、現在の排気ガス温度Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度であるか否かの判断が行われる。そして、排気ガス温度Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度である（ＹＥＳ）と判断されることにより、ステップＳ１１３に移行して累積時間判定値ＴＭｐ_ｎのデクリメントが行われ、ステップＳ１１４でその累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが０になったか否かが再び判断される。このように累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが０になるまでは、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１４の処理が繰り返し行われることで、排気ガス温度Ｔｅが触媒完全活性温度Ｔｐ以上に所定時間維持されたか否かを判断することができる。
【００５５】
そして、ステップＳ１１４で累積時間判定値ＴＭｐ_ｎが０になった（ＹＥＳ）と判断された場合には、上述のステップＳ１１５以降に移行して二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止する処理が行われ、本フローを抜けて排気ガス浄化制御を終了する（リターン）。
【００５６】
このように、本発明の実施の形態によれば、排気ガス温度Ｔｅが所定時間継続して触媒完全活性温度Ｔｐ以上の温度に維持されることによって、触媒温度が触媒完全活性化温度Ｔｐまで暖められたと判断するので、触媒２３を確実に活性化させることができる。
【００５７】
また、触媒２３が完全に活性した後は、燃料供給量の増量補正と二次空気の導入を停止することによって、不要な二次空気によって触媒２３が異常加熱されたり、燃料供給量が不要に増量されて、排気エミッションが悪化したり、燃費が悪化するのを防止することができる。
【００５８】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、燃料増量補正値を増加させる燃料補正値増加量Ｆｄを一定値としたが、例えば触媒２３の温度状態に応じて変化する変数値としても良い。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によると、冷態始動時において、最初に二次空気の導入を開始し、触媒温度が上昇して触媒活性開始温度に到達したところで燃料供給量を触媒温度の上昇に合わせて漸次増量させる漸次増量補正を開始するので、触媒温度の上昇に応じて向上する触媒の酸化機能の能力に応じて、適切に燃料を増量させることができる。従って、増量補正の開始後に触媒の温度状態とは無関係に一気に燃料が増量されて一時的に多量のＣＯ、ＨＣが排出されるのを防止することができる。
【００６０】
請求項２の発明によれば、漸次増量補正を行っている途中で、触媒温度が触媒活性開始温度よりも低い温度状態となった場合には、燃料供給量の増量補正を中止するので、触媒温度が触媒活性開始温度よりも低下して触媒の酸化機能が停止した場合に、燃料供給量が過多となって排気エミッションが悪化するのを防止することができる。また、触媒温度が再び触媒活性開始温度以上の温度となることにより、燃料供給量の漸次増量補正を再開するので、触媒の昇温速度に応じて燃料供給量を漸次的に増量させる漸次増量補正を行うことができる。
【００６１】
請求項３の発明によると、走行状態検出手段が自動車の走行状態を検出することにより、排気通路内への二次空気の導入と燃料供給量の増量補正を停止するので、走行による内燃機関の運転状態の変化によって空燃比バランスが崩れて排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの排気ガス浄化制御処理を説明するフローチャートである。
【図２】排気ガスの浄化制御時における制御状態を説明するタイムチャートである。
【図３】触媒活性温度及び燃料増量補正要求値と、触媒劣化率との関係を示したグラフである。
【図４】二次空気導入開始エンジン回転数と冷却水温の関係を示すグラフである。
【図５】本発明にかかる内燃機関の全体構成説明図である。
【図６】制御回路構成図である。
【符号の説明】
１エンジン（内燃機関）
２２ＦＯ_２センサ
２３触媒
２４ＲＯ_２センサ
２５排気温センサ
２６ａ二次空気制御弁
２９冷却水温センサ
Ｎair 二次空気導入開始エンジン回転数
Ｔｓ触媒活性開始温度
Ｔｐ触媒完全活性温度
Ｆｃ０燃料増量補正要求値
Ｆｃ_ｎ燃料増量補正値
Ｆｄ燃料補正値増加量
ＴＭｐ_ｎ累積時間判定値

Claims

内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるか否かを判断する冷態始動状態判断手段と、
前記内燃機関の運転状態が冷態始動状態であるとの判断に基づき内燃機関の排気通路途中に設けられている触媒の上流側に二次空気の導入を開始する二次空気導入開始手段と、
該二次空気導入開始手段が二次空気の導入を開始してから前記触媒の温度が上昇して前記触媒の活性化を開始する触媒活性開始温度に到達するまでは燃料供給量の増量補正を行わず、前記触媒の温度が前記触媒活性開始温度に到達したところで燃料供給量の増量補正を開始する燃料増量補正手段と、
前記触媒の温度が完全に活性化を開始する触媒完全活性温度まで上昇することにより前記排気通路内への二次空気の導入と前記燃料供給量の増量補正を停止する早期活性化停止手段とを備え、
前記燃料増量補正手段は、前記燃料供給量を前記触媒の温度の上昇に合わせて漸次増量させる漸次増量補正を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
前記燃料増量補正手段は、
前記触媒温度が前記触媒活性開始温度よりも低下した場合に、前記燃料供給量の増量補正を中止し、
前記触媒温度が再び前記触媒活性開始温度以上の温度となった場合に、前記燃料供給量を漸次増量する漸次増量補正を再開させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
前記早期活性化停止手段は、
自動車が走行状態にあるか否かを判断する走行状態検出手段が走行状態を検出した場合に、前記排気通路内への二次空気の導入と前記燃料供給量の増量補正を停止する制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
所定タイミングで前記触媒の上流側と下流側のＯ ₂ 濃度に基づいて前記触媒の触媒劣化率を算出する触媒劣化率算出手段と、
該触媒劣化率算出手段により算出した触媒劣化率に基づいて前記触媒活性開始温度を算出する触媒活性開始温度算出手段と、
該触媒劣化率算出手段により算出した触媒劣化率に基づいて前記触媒完全活性温度を算出する触媒完全活性温度算出手段と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
前記触媒活性開始温度と前記触媒完全活性温度は、前記触媒劣化率が大きくなるに従ってより高い温度となるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
前記触媒を前記触媒活性開始温度から前記触媒完全活性温度まで昇温するのに必要な燃料増量補正値である燃料増量補正要求値を前記触媒劣化率に基づいて算出する燃料増量補正要求値算出手段を有し、
前記燃料増量補正手段は、前記燃料供給量を増量補正する燃料増量補正値を、該燃料増量補正要求値算出手段により算出した燃料増量補正要求値に達するまで漸次増大させて、前記漸次増量補正を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。
前記燃料増量補正要求値は、前記触媒劣化率が大きくなるに従ってより多くの増量補正を行うように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気ガス浄化制御装置。