JP4186499B2

JP4186499B2 - エンジンの制御装置

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Publication number: JP4186499B2
Application number: JP2002109088A
Authority: JP
Inventors: 佳映中山; 雅之黒木; 淳一田賀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: JP2003301718A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気マニホールドの集合部から離れた排気通路の下流部に排気ガス浄化触媒が配設されたエンジンの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平９−１００７２４号公報に示されるように、エンジンの吸気系に介装され、クランク軸と排気系の回収タービンとの少なくとも一方から伝達機構を介して駆動されることにより吸入空気を過給する過給機と、排気系に配設された触媒装置と、伝達機構の一部を形成するとともに伝達された動力を変速して過給機を駆動する変速機とを備え、制御手段によって触媒温度検出手段の検出した触媒温度に応じて変速機の変速比を制御し、この変速機の変速比の変化に連動して過給機の回転を増減するように構成されたエンジンの過給機制御装置が知られている。この過給機制御装置は、エンジンの冷却水温度が所定値以下となる未暖機時において、排気通路に配設された排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度以下の状態にある場合には、上記変速機の変速比を減速側に設定して上記排気ガス浄化触媒を早期に活性化させるとともに、その後に上記変速機の変速比を最大増速側に設定してエンジンの暖機を促進するように構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるようにエンジンの未暖機時に、変速機の変速比を減速側に設定して過給機の働きを抑制するように構成した場合には、吸気量および排気量が過多になることに起因した触媒の放熱が抑制されるため、排気ガス浄化触媒の活性化をある程度促進することが可能である。しかし、上記排気ガス浄化触媒が排気通路の下流部に設けられたエンジンでは、排気ガス浄化触媒の設置部よりも上流側における排気通路の温度を上昇させるのにかなりの時間を要するため、上記構成を採用しても、排気ガス浄化触媒を早期に活性化させることが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑み、排気ガス浄化触媒が排気通路の下流部に設けられたエンジンにおいて、排気ガス浄化触媒を早期に活性化することができるエンジンの制御装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気マニホールドの集合部から離れた排気通路の下流部に排気ガス浄化触媒が配設されるとともに、排気通路の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段を備え、ターボチャージャのブロアを駆動するタービンが、排気ガス浄化触媒の設置部の上流側に配設されたエンジンにおいて、エンジンの始動直後のライトオフ制御の初期に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定するとともに、上記タービンよりも上流側の排気通路に二次エアを供給し、かつ混合気の点火時期を圧縮上死点よりも所定量だけ遅角させた第１時期に設定することにより上記排気ガス浄化触媒の上流側である排気通路の上流部の加熱を促進する第１モードの制御と、上記ライトオフ制御の後期に、上記第１モードの制御状態に対して、上記混合気の点火時期を圧縮上死点後で上記第１時期よりも進角した第２時期に設定することにより、上記排気通路の上流部でタービンにより未燃成分を含む混合気と二次空気とを撹拌し、排気ガス浄化触媒の近傍部で燃焼させて排気ガス温度を上昇させる二次モードの制御とを実行するライトオフ制御手段を備えたものである。
【０００６】
上記構成によれば、エンジンの始動時等からなるライトオフ制御の初期に、第１モードの制御状態として排気通路の上流部を加熱した後、第２モードの制御状態に移行して排気通路の下流部を効果的に加熱することにより、排気ガスの熱エネルギーを有効に利用して上記排気ガス浄化触媒を早期に活性化させることが可能となる。また、上記ライトオフ制御の初期に、混合気の点火時期が、圧縮上死点よりも所定量だけ遅角した上記第１時期に設定されることにより、排気通路の上流部が効果的に加熱されるとともに、その後に上記第１時期よりも所定量だけ進角した上記第２時期に設定されることにより、第２モードの制御状態に移行して排気通路の下流部が効果的に加熱され、上記排気ガス浄化触媒が早期に活性化されることになる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、第１モードの制御状態から第２モードの制御状態への移行時に、混合気の点火時期を第１時期から第２時期に一気に切り替えるものである。
【００１０】
上記構成によれば、ライトオフ制御の初期に実行される第１モードの制御状態から、その後に実行される第２モードの制御状態への移行時に、混合気の点火時期を第１時期から第２時期に一気に切り替えられることにより、排気通路の下流部を加熱するために熱エネルギーが有効に利用され、燃費の悪化が効果的に防止されつつ、排気ガス浄化触媒の活性化が促進されることになる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記請求項１または２記載のエンジンの制御装置において、ライトオフ制御時に、燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を点火前の圧縮行程に設定したものである。
【００１２】
上記構成によれば、ライトオフ制御時に、圧縮上死点に対する点火時期の遅角量が充分に確保されることにより、上記ライトオフ制御が効果的に実行されることになる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、上記請求項１記載のエンジンの制御装置において、排気通路の上流部に二次エアを供給する第１二次エア供給手段と、この第１二次エア供給手段による二次エアの供給部よりも下流側に二次エアを供給する第２二次エア供給手段とを備え、第２モードの制御状態では、第１モードの制御状態に比べて、第１二次エア供給手段から供給される二次エア量を減少させるとともに、第２二次エア供給手段から供給される二次エア量を増大させるものである。
【００１４】
上記構成によれば、ライトオフ制御の初期に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定した状態で、第１二次エア供給手段により排気通路の上流部に充分な量の二次エアを供給することにより、この上流部の温度を充分に上昇させた後、上記第２モードの制御状態に移行して第２二次エア供給手段から供給される二次エア量を増大させることにより、排気通路の下流部が効果的に加熱されて上記排気ガス浄化触媒を早期に活性化させることが可能となる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、排気行程が隣り合わない一対の気筒に接続された排気通路を互いに合流させるとともに、この合流部の下流側で他の気筒の合流部から延びる合流通路を合流させるように構成された排気マニホールドを備えたものである。
【００１８】
上記構成によれば、排気干渉を防止することによる吸気量の低減防止作用と、上記ライトオフ制御を実行することによる排気ガス浄化触媒の活性化促進作用とが同時に得られることになる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、ライトオフ制御時に、二次エア供給手段から二次エアが供給されることにより、排気通路内における酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態で燃焼室から排気通路に導出された排気ガスの酸素濃度よりも高い値となるように、上記二次エアの供給量を設定したものである。
【００２０】
上記構成によれば、ライトオフ制御時に、排気が中の未燃成分を酸化せるのに充分な量の二次エア量が確保され、排気ガス浄化触媒の活性化が効果的に促進されることになる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、ライトオフ制御の停止時期を、エンジンが暖機状態となる前の排気ガス浄化触媒の活性化時点に設定したものである。
【００２２】
上記構成によれば、ライトオフ制御が実行されることにより排気ガス浄化触媒が活性化された後、エンジンが暖機状態となる前に、上記ライトオフ制御が停止されるため、このライトオフ制御が必要上に長期間に亘って実行されることが防止される。
【００２３】
請求項８に係る発明は、上記請求項１〜７のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、エンジンの温間時に排気ガス浄化触媒の硫黄被毒を解消する際には、上記第２モードの制御状態とするものである。
【００２４】
上記構成によれば、排気ガス浄化触媒に硫黄被毒が発生した場合に、上記第２モードの制御状態として、排気通路に二次エアを供給しつつ、排気通路の下流部に位置する排気ガス浄化触媒の近傍部で排気ガス温度を上昇させることにより、上記硫黄被毒が迅速かつ効果的に解消されて排気ガス浄化触媒の浄化機能が回復されることになる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示している。このエンジンの制御装置は、自動車に搭載される筒内噴射型のガソリンエンジンのエンジン本体１に接続された吸気通路２および排気通路３と、上記エンジン本体１の燃焼室の頂部に設けられた点火プラグ４と、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁５とを有している。
【００２６】
上記吸気通路２には、サージタンク６が設けられるとともに、その上流側にスロットル弁７が設けられている。このスロットル弁７は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８から出力される制御信号に応じて作動する電気的なアクチュエータ９によって駆動されることにより、エンジン本体１の燃焼室内に導入される吸気量を調節するように構成されている。
【００２７】
上記サージタンク６の下流側には、吸気通路２を開閉してスワールを形成する吸気シャッター弁１０が設けられるともに、吸気ポートを開閉する吸気弁２ａが設けられ、この吸気弁２ａの動弁機構には、吸気弁２ａの開閉タイミングを調節するバルブタイミング調節機構２ｂが設けられている。
【００２８】
上記吸気シャッター弁１０は、第１通路と第２通路とに分岐された吸気通路２の第２通路側に配設され、この第２通路を閉止して第１通路側から燃焼室内に供給される吸気の流速を増大させることによりスワールを生成するように構成されている。なお、上記シャッター弁１０に代え、燃焼室内でタンブル流を生成させるためのタンブル弁を吸気通路２に設けた構造としてもよい。
【００２９】
上記排気通路３には、排気ポートを開閉する排気弁３ａと、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサ１１と、吸気通路２に配設されたターボチャージャのブロア（図示せず）を駆動するタービン１２とが配設されている。また、排気マニホールドの集合部から所定距離だけ離れた排気通路３の下流部には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの全てを浄化する従来周知の三元触媒１３ａと、排気ガス中のＨＣを吸着して浄化するＨＣ吸着触媒１３ｂとかなる排気ガス浄化触媒１３が配設されている。
【００３０】
上記排気マニホールドは、排気干渉を防止するために、排気行程が隣り合わない一対の気筒にそれぞれ接続された排気通路３を合流させるとともに、この合流部の下流側で、他の気筒に接続された排気通路３の合流部から延びる合流通路を合流させたいわゆるデュアルタイプに構成されている。例えば、図２に示すように、第１気筒１ａ〜第４気筒１ｄが直列に配列された４気筒エンジンにおいて、点火順序が第１気筒１ａから第３気筒１ｃ、第４気筒１ｄ、第２気筒１ｂに設定されている場合には、第１気筒１ａに接続された排気通路３０ａと第２気筒１ｂに接続された排気通路３０ｂとを合流させて合流部３１を形成するとともに、第３気筒１ｃに接続された排気通路３０ｃと第４気筒１ｄに接続された排気通路３０ｄとを合流させて合流部３２を形成し、これらの合流部３１，３２の下流部において合流通路３３，３４を互いに合流させるようになっている。
【００３１】
さらに、上記排気ガス浄化触媒１３の設置部から所定距離だけ離れた排気通路３の上流部と吸気通路２とが二次エア供給通路１４ａによって接続され、この二次エア供給通路１４ａと、その途中に設けられた開閉弁１４ｂとにより、上記排気通路３の上流部に二次エア、つまり多量の酸素を有する新気を供給する二次エア供給手段１４が構成されている。
【００３２】
上記エンジンには、吸気通路２内を通過する吸気量を検出するエアフローセンサ１６、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ１７、アクセル開度センサ１８およびエンジン水温センサ１９等の各種センサ類が装備され、これらの検出信号がエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８に入力されるようになっている。
【００３３】
このエンジンコントロールユニット８には、エンジンの運転状態を判別する運転状態判別手段２０と、燃料の噴射量および噴射時期を制御する燃料噴射制御手段２１と、上記点火プラグ４による混合気の点火時期を制御する点火時期制御手段２２と、上記スロットル弁７の開度を調節する制御信号をアクチュエータ９に出力して燃焼室内に導入される吸気量を制御する吸気量制御手段２３と、エンジンの冷間始動時に排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させるための制御を実行するライトオフ制御手段２４とが設けられている。
【００３４】
上記運転状態判別手段２０は、クランク角センサ１７により検出されたエンジン回転数の検出値と、アクセル開度センサ１８により検出されたエンジン負荷の検出値とに基づき、エンジンが図３に示す低負荷低回転の成層燃焼領域Ａにあるか、高負荷高回転の均一燃焼領域Ｂにあるかを判別し、この判別データを上記燃料噴射制御手段２１等に出力するように構成されている。
【００３５】
また、上記運転状態判別手段２０は、エンジン水温センサ１９の検出信号に応じて排気ガス浄化触媒１３の温度状態を推定することにより、この排気ガス浄化触媒１３が活性化温度未満の低温状態にあるか否かを判別するとともに、エンジンが未暖機状態にあるか否かを判別するように構成されている。なお、上記エンジン水温センサ１９の検出値と、エンジン始動時からの時間の経過とに基づいて上記排気ガス浄化触媒１３の温度状態等を判別し、あるいは排気ガス浄化触媒１３の温度を直接検出することにより、その温度状態を判別するように構成してもよい。
【００３６】
上記燃料噴射制御手段２１は、運転状態判別手段２０により判別されたエンジンの運転領域Ａ，Ｂと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１８によって検出されたアクセル開度と、上記クランク角センサ１７によって検出されたエンジン回転数とに基づき、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクを読み出すとともに、この目標トルクと、上記エアフローセンサ１６によって検出された実吸気量とに基づき、予め設定されたマップから目標燃料噴射量を読み出し、この目標燃料噴射量に対応した制御信号を上記燃料噴射弁５に出力するように構成されている。
【００３７】
また、上記燃料噴射制御手段２１は、運転状態判別手段２０により判別されたエンジンの運転領域Ａ，Ｂに応じて燃料の噴射時期を制御するように構成されている。すなわち、エンジンの温間時に、図３に示す低負荷低回転の成層燃焼領域Ａにある場合には、上記燃料噴射制御手段２１により圧縮行程で燃料を噴射して成層燃焼を行わせる制御を実行し、高負荷高回転の均一燃焼領域Ｂにある場合には、上記燃料噴射制御手段２１により吸気行程で燃料を噴射して均一燃焼を行わせる制御を実行するように構成されている。
【００３８】
上記点火時期制御手段２２は、エンジンの運転状態に応じて点火時期を制御するものであり、基本的には点火時期をＭＢＴ（出力や燃料消費量が最良となる時期）制御するように構成されている。そして、後述するライトオフ制御の実行時には、その初期における第１モードの制御時に、混合気の点火時期を圧縮上死点ＴＤＣよりも所定量だけ遅角させた第１時期に設定するとともに、上記ライトオフ制御の後期における第２モードの制御時に、圧縮上死点ＴＤＣ後で上記第１時期よりも進角した時期に設定するようになっている。
【００３９】
また、上記運転状態判定手段２０において排気ガス浄化触媒１３が活性化した状態にあるとともに、エンジンの冷却水温度が所定値以下であること、つまりエンジンが未暖機状態にあることが確認された場合には、混合気の点火時期を上記ＭＢＴよりもやや遅角した時期に設定することにより、エンジンの暖機を促進するように構成されている。
【００４０】
上記吸気量制御手段２３は、エンジンの運転状態に応じた制御信号を上記スロットル弁７のアクチュエータ９に出力することにより、エンジンが低負荷低回転の成層燃焼領域Ａにある場合には、スロットル開度を大きくして燃焼室内に導入される吸気量を増大させ、エンジンが高負荷高回転の均一燃焼領域Ｂにある場合には、スロットル開度を絞って燃焼室内に導入される吸気量を減少させるように構成されている。
【００４１】
また、後述するライトオフ制御の実行時には、上記スロットル弁７の開度を減少させる制御信号が上記吸気量制御手段２３からスロットル弁７のアクチュエータ９に出力されることにより、燃焼室内に導入される吸気量を減少させて燃焼室内の空燃比Ａ／Ｆを、理論空燃比よりもややリッチ、例えば空燃比Ａ／Ｆを１２程度に設定するように構成されている。
【００４２】
上記ライトオフ制御手段２４は、エンジンの冷間始動時等に、上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させるための制御を実行するものであり、具体的には、上記のように吸気量制御手段２３により燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもややリッチに設定するとともに、上記二次エア供給手段１４を介して排気通路３に二次エアを供給し、かつ上記点火プラグ４による混合気の点火時期を、通常時よりも所定量だけ遅角させることにより、排気通路３内における排気ガスの温度を上昇させるように構成されている。上記ライトオフ制御の実行時における二次エアの供給量は、この二次エアが供給されることにより、排気通路３内における酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態でエンジンの燃焼室から排気通路３に排出された排気ガスの酸素濃度よりも高い値、例えば燃焼室内の空燃比Ａ／Ｆを１６程度に設定して燃焼された場合の酸素濃度に相当した値となるように設定されている。
【００４３】
また、ライトオフ制御の初期には、排気通路３の上流部で排気ガス温度を上昇させる第１モードの制御状態とするとともに、その後に排気通路３の下流部に位置する排気ガス浄化触媒１３の近傍部で排気ガス温度を上昇させる第２モードの制御状態とするように、上記ライトオフ制御の実行段階に応じて混合気の点火時期を変更することにより、制御モードを切り替えるように構成されている。
【００４４】
すなわち、上記第１モードの制御状態では、混合気の点火時期を圧縮上死点ＴＤＣよりも所定量だけ遅角させた第１時期、例えば圧縮上死点後のクランク角ＣＡにして１５°程度の時期に設定することにより、混合気の燃焼を膨張行程に差し掛かからせて燃焼室から排出される熱量を顕著に増大させるようにしている。そして、排気通路３の上流部に、上記二次エア供給手段１４から二次エアを供給することにより、排気ガスが排気通路３に導出された直後に、排気ガス中に含有されたＨＣ等の未燃成分を酸化させるようにしている。この結果、排気通路３の上流部における排気ガス温度が効果的に上昇して、この排気通路３の上流部が積極的に加熱されることになる。
【００４５】
上記第１モードの制御開始時点から所定時間が経過して排気通路３の上流部の温度が所定値に上昇した時点で、上記第２モードの制御状態に移行し、混合気の点火時期を圧縮上死点後で上記第１時期よりも進角した第２時期、例えば圧縮上死点後のクランク角ＣＡにして１１°程度の時期に設定することにより、燃焼室から排出される熱量の上昇を抑制するとともに、上記未燃成分の早期酸化を抑制するようにしている。この結果、排気ガス中の未燃成分が、上記第１モードの制御によって加熱された排気通路３の上流部および排気ガス浄化触媒１３の設置部の近傍部で酸化され、その反応熱により、この部分における排気ガスの温度が積極的に上昇して、上記排気ガス浄化触媒１３の活性化が促進されることになる。
【００４６】
次いで、エンジンが暖機状態となる前において排気ガス浄化触媒１３が活性化した時点で、上記第２モードの制御を停止してライトオフ制御を終了させるとともに、エンジンの暖機を促進する上記暖機促進の制御状態に移行した後、エンジンの暖機が終了した時点で、通常の制御状態、つまり成層燃焼モードまたは均一燃焼モードの制御状態に移行するようになっている。
【００４７】
また、上記ライトオフ制御時には、燃料噴射弁５から燃焼室内に燃料が複数回に分割されて噴射されるとともに、その後期噴射時期、例えば二回に分けて分割噴射する場合の２回目の噴射時期が、点火前の圧縮行程に設定されるように構成されている。
【００４８】
さらに、上記ライトオフ制御手段２４は、エンジンの温間時に、排気ガス浄化触媒１３の硫黄被毒を解消するために上記第２モードの制御状態とするように構成されている。すなわち、エンジンの作動状態が所定時間に亘って継続されることにより、上記ＮＯｘ吸着触媒１３ｂに設けられたＮＯｘ吸着材に硫黄が付着して、ＮＯｘの吸着性能が劣化する硫黄被毒が発生したことが確認された時点で、上記第２モードのライトオフ制御を実行する。これにより、排気ガス中の未燃成分が上記排気ガス浄化触媒１３の設置部の近傍部で酸化されて、ＮＯｘ吸着触媒１３ｂのＮＯｘ吸着材が加熱されるため、上記硫黄被毒が解消されることになる。
【００４９】
上記エンジンの制御装置において実行される制御動作を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まず上記運転状態判別手段２０において触媒温度が活性化温度未満の低温状態にあるか否かを判定し（ステップＳ１）、このステップＳ１でＹＥＳと判定された場合には、上記ライトオフ制御が開始された時点から所定時間が経過する前のライトオフ制御の初期段階にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００５０】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されてライトオフ制御の初期段階にあることが確認された場合には、第１モードのライトオフ制御を実行し（ステップＳ３）、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもややリッチに設定するとともに、排気通路３に二次エアを供給し、かつ混合気の点火時期を上記第１時期に設定することにより、排気通路３の上流部における排気ガス温度を上昇させる。
【００５１】
一方、上記ステップＳ２でＮＯと判定されて上記ライトオフ制御が開始された時点から所定時間が経過した状態にあること、つまり排気通路３の上流部の温度が充分に上昇した状態にあることが確認された場合には、上記第２モードのライトオフ制御を実行し（ステップＳ４）、燃焼室内の空燃比を理論空燃比ややリッチに設定するとともに、排気通路３に二次エアを供給し、かつ混合気の点火時期を上死点後の上記第２時期に設定することにより、排気ガスの下流部に位置する排気ガス浄化触媒１３の近傍部における排気ガス温度を上昇させて上記排気ガス浄化触媒１３の活性化を促進する。
【００５２】
また、上記ステップＳ１でＮＯと判定されて排気ガス浄化触媒１３が活性化した状態にあることが確認された場合には、エンジンが暖機状態にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。このステップＳ５でＹＥＳと判定されてエンジンが未暖機状態にあることが確認された場合には、混合気の点火時期を、ＭＢＴよりもやや遅角させる暖機促進制御を実行する（ステップＳ６）。
【００５３】
上記ステップＳ５でＮＯと判定されてエンジンが暖機状態にあることが確認された場合には、硫黄被毒を解消すべき状態、つまりＳリジェネの実行時期であるか否かを判定し（ステップＳ７）、ＮＯと判定された場合には、エンジンの運転状態に対応した通常の燃焼制御、つまり上記成層燃焼モードまたは均一燃焼モードの制御を実行する（ステップＳ８）。
【００５４】
上記ステップＳ７でＹＥＳと判定されて硫黄被毒を解消すべき状態あることが確認された場合には、上記ステップＳ４に移行して第２モードのライトオフ制御を実行することにより、排気通路３の下流部に位置する排気ガス浄化触媒１３の近傍部の排気ガス温度を上昇させて上記硫黄被毒を解消する。
【００５５】
上記の制御が実行されることにより、図５に示すように、エンジンの始動時点ｔ１から所定時間が経過する時点ｔ２までの間は、混合気の点火時期が第１時期（圧縮上死点ＴＤＣ後の１５°ＣＡの時期）に設定されるとともに、その後に第２時期（圧縮上死点ＴＤＣ後の１１°ＣＡの時期）に設定される。そして、上記排気ガス浄化触媒１３が活性化した時点ｔ３からエンジンが暖機状態となる時点ｔ４までの間は、点火時期をＭＢＴよりもやや遅角させた暖機促進時期に設定される。
【００５６】
次いで、エンジンが暖機状態となった時点ｔ４で、点火時期がＭＢＴに設定され、成層燃焼領域Ａでは、圧縮上死点ＴＤＣよりも進角した時期に設定されるとともに、均一燃焼領域Ｂでは、それよりも遅角した時期に設定される。また、上記硫黄被毒を解消するＳリジェネ制御を実行すべき時期が到来した時点ｔ５で所定時間に亘り、混合気の点火時期が上記第２時期（圧縮上死点ＴＤＣ後の１１°ＣＡの時期）に設定されることになる。
【００５７】
上記のように排気マニホールドの集合部から離れた排気通路３の下流部に排気ガス浄化触媒１３が配設されるとともに、排気通路３の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段１４を備えたエンジンにおいて、エンジンの冷間始動時に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定するとともに、排気通路３に二次エアを供給することにより上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させるように制御するライトオフ制御手段２４を有し、このライトオフ制御の初期に排気通路３の上流部で排気ガス温度を上昇させる第１モードの制御状態とするとともに、その後に排気通路３の下流部に位置する排気ガス浄化触媒１３の近傍部で排気ガス温度を上昇させる第２モードの制御状態とするように構成したため、排気ガスの熱エネルギーを有効に利用して、排気通路３の下流部に設けられた上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化できるという利点がある。
【００５８】
すなわち、エンジンの始動直後等からなるライトオフ制御の初期に、上記第１モードの制御状態として、例えば混合気の点火時期を圧縮上死点よりも所定量だけ遅角させた第１時期に設定することにより、排気通路３の上流部で排気ガス温度を上昇させて、この排気通路３の上流部を効果的に加熱した後、上記第２モードの制御状態に移行して、混合気の点火時期を圧縮上死点後で上記第１時期よりも進角した第２時期に設定するように構成したため、排気通路３に導出された未燃成分を、上記のように高温に加熱された排気通路３の上流部における熱エネルギーと、二次エア供給手段１４から供給された二次エアとを利用して排気ガス浄化触媒１３の近傍部で酸化させることにより、この部分における排気ガス温度を上昇させて上記排気ガス浄化触媒１３を効率よく加熱することができる。
【００５９】
したがって、上記のように排気ガス浄化触媒１３の設置部までに至る間の排気通路３が長く、その全体を加熱するために多くの熱エネルギーを必要とするエンジンにおいて、排気通路３の全体を加熱するように構成した場合のように、熱エネルギーの損失が増大して燃費が悪化する等の問題を生じることなく、上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させてその浄化機能を効果的に発揮させることができる。
【００６０】
上記ライトオフ制御を実行することにより、二次エアが供給される排気通路３の上流部と、排気ガス浄化触媒１３の上流側近傍に位置する排気通路３の下流部とにおいて、その温度がどのように変化するかを検証する実験を行ったところ、図６に示すようなデータが得られた。このデータから、混合気の点火時期を圧縮上死点から１５°ＣＡだけ遅角した時点に上記第１時期を設定し、燃焼安定性を維持可能な範囲内で、上記遅角量を最大値に設定することにより、排気通路３の上流部を集中的に加熱して、その温度を効果的に上昇させ得ることが確認された。そして、上記点火時期の遅角量を次第に減少させた場合には、点火時期の遅角量を所定値（上記実験例では１１°ＣＡの時期）に設定した時点で、排気通路３の下流部における温度を顕著に上昇させ得ることが確認された。
【００６１】
上記点火時期の遅角量を１１°ＣＡに設定した場合と、１３°ＣＡに設定した場合とで、排気通路３の下流部における温度に顕著な差が生じるのは、上記進角量に応じて排気通路３の加熱個所が変化し、上記遅角量を１３°ＣＡに設定した場合には、排気通路３の中間部が効果的に加熱されるのに対し、１１°ＣＡに設定した場合には、排気通路３の下流部（排気ガス浄化触媒１３の設置部近傍）が効果的に加熱されるためであると考えられる。したがって、上記第１モードの制御状態から第２モードの制御状態への移行時に、混合気の点火時期を第１時期から第２時期に一気に切り替えることにより、燃焼性の悪化をさらに効果的に防止しつつ、上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させてその浄化機能を充分に発揮させることができるという利点がある。
【００６２】
また、上記実施形態では、ライトオフ制御時に、燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を点火前の圧縮行程に設定するように構成したため、エンジンの冷間時における燃焼安定性を確保しつつ、圧縮上死点に対する点火時期の遅角量を充分に確保して、上記ライトオフ制御を効果的に実行できるという利点がある。
【００６３】
さらに、上記実施形態に示すように、ターボチャージャのブロアを駆動するタービン１２を、排気ガス浄化触媒１３の上流側に配設した場合には、上記ライトオフ制御時に、タービン１２による攪拌作用により、排気通路３内を流動する排気ガスおよび上記二次エアが効果的に攪拌されるため、排気ガス中の未燃成分の酸化を効果的に促進することができるという利点がある。
【００６４】
上記のように排気行程が隣り合わない一対の気筒１ａ，１ｂにそれぞれ接続された排気通路３０ａ，３０ｂを合流させるとともに、この合流部３１の下流側で他の気筒１ｃ，１ｄの合流部３２から延びる合流通路３４を合流させるように構成された排気マニホールド３０を備えたエンジンでは、排気干渉が生じることに起因した吸気抵抗の増大を防止することにより、吸入気量を充分に確保してエンジン出力の増大を図ることが可能である。そして、上記燃焼室から排気ガス浄化触媒１３の設置部までに至る間の排気通路３が長く、その全体を加熱するために多くの熱エネルギーを必要とするので、上記構成を採用することによる効果が顕著に得られることになる。
【００６５】
また、上記実施形態では、二次エア供給手段１４から二次エアが供給されることにより、排気通路３内における酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態で燃焼室から排気通路３に導出された排気ガスの酸素濃度よりも高い値となるように、上記二次エアの供給量を設定したため、排気ガス中の未燃成分を酸化させるのに必要な酸素量を充分に確保することにより、上記排気ガス浄化触媒１３を効果的に加熱して早期に活性化させることができる。
【００６６】
さらに、上記のようにライトオフ制御の停止時期を、エンジンが暖機状態となる前の排気ガス浄化触媒１３の活性化時点に設定した場合には、この排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させる機能を損なうことなく、上記ライトオフ制御が必要以上に長期に渡って実行されることに起因した燃費の悪化等を効果的に防止できる等の利点がある。
【００６７】
また、上記実施形態では、エンジンの温間時においても、排気ガス浄化触媒の硫黄被毒を解消する際に、上記第２モードの制御状態とすることにより、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定するとともに、排気通路３に二次エアを供給しつつ、排気通路３の下流部に位置する排気ガス浄化触媒１３の近傍部で排気ガス温度を上昇させるように構成したため、上記硫黄被毒を迅速かつ効果的に解消して排気ガス浄化触媒１３の浄化機能を回復させることができる。
【００６８】
なお、上記のように混合気の点火時期を変化させることにより、上記ライトオフ制御の第１モードと第２モードとを切り替えるように構成された上記実施形態に代え、図７に示すように、排気通路３の上流部に二次エアを供給する第１二次エア供給手段１４と、この第１二次エア供給手段１４による二次エアの供給部よりも下流側、例えば排気ガス浄化触媒１３の設置部近傍の上流側に二次エアを供給する二次エア通路１５ａおよび開閉弁１５ｂからなる第２二次エア供給手段１５とを設け、上記第２モードの制御状態では、第１モードの制御状態に比べて、第１二次エア供給手段１４から供給される二次エア量を減少させるとともに、第２二次エア供給手段１５から供給される二次エア量を増大させるように構成してもよい。
【００６９】
上記のように構成した場合には、ライトオフ制御の初期に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定した状態で、第１二次エア供給手段１４から排気通路３の上流部に多量の二次エアを供給することにより、この上流部の温度を充分に上昇させた後、上記第２モードの制御状態に移行して第２二次エア供給手段１５から供給される二次エア量を増大させることにより、排気通路３の下流部を効果的に加熱して、上記排気ガス浄化触媒１３を早期に活性化させることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、排気マニホールドの集合部から離れた排気通路の下流部に排気ガス浄化触媒が配設されるとともに、排気通路の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段を備え、ターボチャージャのブロアを駆動するタービンが、排気ガス浄化触媒の設置部の上流側に配設されたエンジンにおいて、エンジンの始動直後のライトオフ制御の初期に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定するとともに、上記タービンよりも上流側の排気通路に二次エアを供給し、かつ混合気の点火時期を圧縮上死点よりも所定量だけ遅角させた第１時期に設定することにより上記排気ガス浄化触媒の上流側である排気通路の上流部の加熱を促進する第１モードの制御と、上記ライトオフ制御の後期に、上記第１モードの制御状態に対して、上記混合気の点火時期を圧縮上死点後で上記第１時期よりも進角した第２時期に設定することにより、上記排気通路の上流部でタービンにより未燃成分を含む混合気と二次空気とを撹拌し、排気ガス浄化触媒の近傍部で燃焼させて排気ガス温度を上昇させる二次モードの制御とを実行するライトオフ制御手段を設けたため、燃費が悪化する等の問題を生じることなく、排気ガスの熱エネルギーを有効に利用して、上記排気ガス浄化触媒を早期に活性化させることにより、その浄化機能を効果的に発揮させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】排気マニホールドの具体的構成を示す説明図である。
【図３】エンジンの燃焼領域を示すグラフである。
【図４】上記エンジンの制御装置による制御動作を示すフローチャートである。
【図５】上記エンジンの制御装置による制御動作を示すタイムチャートである。
【図６】混合気の点火時期と排気通路の温度との対応関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係るエンジンの制御装置の別の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
３排気通路
１２タービン
１３排気ガス浄化触媒
１４（第１）二次エア供給手段
１５第２二次エア供給手段
２４ライトオフ制御手段
３０排気マニホールド

Claims

排気マニホールドの集合部から離れた排気通路の下流部に排気ガス浄化触媒が配設されるとともに、排気通路の上流部に二次エアを供給する二次エア供給手段を備え、ターボチャージャのブロアを駆動するタービンが、排気ガス浄化触媒の設置部の上流側に配設されたエンジンにおいて、エンジンの始動直後のライトオフ制御の初期に、燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定するとともに、上記タービンよりも上流側の排気通路に二次エアを供給し、かつ混合気の点火時期を圧縮上死点よりも所定量だけ遅角させた第１時期に設定することにより上記排気ガス浄化触媒の上流側である排気通路の上流部の加熱を促進する第１モードの制御と、上記ライトオフ制御の後期に、上記第１モードの制御状態に対して、上記混合気の点火時期を圧縮上死点後で上記第１時期よりも進角した第２時期に設定することにより、上記排気通路の上流部でタービンにより未燃成分を含む混合気と二次空気とを撹拌し、排気ガス浄化触媒の近傍部で燃焼させて排気ガス温度を上昇させる二次モードの制御とを実行するライトオフ制御手段を備えたことを特徴とするエンジンの制御装置。
第１モードの制御状態から第２モードの制御状態への移行時に、混合気の点火時期を第１時期から第２時期に一気に切り替えることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
ライトオフ制御時に、燃料を複数回に分割して噴射するとともに、その後期噴射時期を点火前の圧縮行程に設定したことを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの制御装置。
排気通路の上流部に二次エアを供給する第１二次エア供給手段と、この第１二次エア供給手段による二次エアの供給部よりも下流側に二次エアを供給する第２二次エア供給手段とを備え、第２モードの制御状態では、第１モードの制御状態に比べて、第１二次エア供給手段から供給される二次エア量を減少させるとともに、第２二次エア供給手段から供給される二次エア量を増大させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
排気行程が隣り合わない一対の気筒に接続された排気通路を互いに合流させるとともに、この合流部の下流側で他の気筒の合流部から延びる合流通路を合流させるように構成された排気マニホールドを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
ライトオフ制御時に、二次エア供給手段から二次エアが供給されることにより、排気通路内における酸素濃度が、理論空燃比の燃焼状態で燃焼室から排気通路に導出された排気ガスの酸素濃度よりも高い値となるように、上記二次エアの供給量を設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
ライトオフ制御の停止時期を、エンジンが暖機状態となる前の排気ガス浄化触媒の活性化時点に設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
エンジンの温間時に排気ガス浄化触媒の硫黄被毒を解消する際には、上記第２モードの制御状態とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエンジンの制御装置。