JP4285464B2 - エンジンの２次空気制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次空気を導入して排気浄化能力を高めるために装備される、エンジン（内燃機関）の２次空気制御装置に関する。

一般に、排ガス規制においては、ＨＣ排出量の規制が一段と強化されつつある。そして、テールパイプから排出されるＨＣを低減するためには、触媒が活性するまでのＨＣを低減する必要がある。
このため、従来の触媒に加えて前置触媒を追加装備し、排気ポートから２次エアを投入する排ガスシステムが考えられている。かかるシステムでは、エンジン始動直後に２次エアを投入することによって、未燃成分（ＣＯ，ＨＣ）の酸化を促進し、触媒活性までの時間を大幅に短縮することができる。

すなわち、エンジン始動時には、その始動を円滑に行なえるようにする制御において燃料を多く供給するため、排気にＨＣ，ＣＯを多く含む可能性が高く、ＨＣ，ＣＯの排出総量を所定値以下に保つためには、始動時の排出量を低減させることが重要である。
しかし、ＣＯ，ＨＣを多量に排出する低温始動時に、投入する２次エア量を増大させると、前置触媒（ＦＣＣ）で過大な反応熱が発生し、触媒許容温度をオーバーする場合がある。

したがって、冷間運転時に２次エアを導入するようなシステムにおいては、エンジンが所定温度以上になった場合は、２次エアの供給を遮断するように制御することが考えられる。
しかし、このようなシステムであっても、リッチ（過濃）な混合気が冷間運転時のエンジンに導入されることとなり、完全燃焼が行なわれず、その結果、大量の未燃焼ガスが浄化装置中に排出されることとなって、浄化装置の温度が急上昇し、浄化装置の劣化を招来する可能性が高い。

また、２次エアの制御手段としては、特公平４−３５６０６号公報にて開示されているような技術が提供されているが、このような手段によっては、２次エア供給量が大幅に不足し、十分な冷間運転時の浄化能力および通常運転時の十分な浄化能力を得ることはできず、上述のような排ガス規制に対処することはできない。

ところで、前述のように、排ガス低減のための２次エアシステムでは、ＣＯ，ＨＣを多量に排出する低温始動時に２次エアを投入すると、運転状態によっては、前置触媒（ＦＣＣ）で過大な反応熱が発生し、触媒許容温度をオーバーする場合がある。
すなわち、このような現象は図１５のグラフに示される。図１５は、外気温１０°Ｃの場合において、２次エア流量に対するＮＭＨＣ（None Methane HC ）排出量と触媒温度との関係を示したものである。この図１５におけるように、２次エアが増加すると排気浄化特性は向上するものの、触媒温度が急激に上昇し、耐熱限界温度を超えてしまう。

また、２次エアを投入しながら、触媒温度が耐熱限界を超えないように制御することが考えられるが、このような制御では、エンジン始動直後で触媒がまだ冷えているときでも２次エア量を制限してしまい、十分な排ガス低減効果を得られない場合が考えられる。
すなわち、図１６は１０°Ｃにおける運転時についてＮＭＨＣ排出量の変化を示しているが、この図１６に示すように、触媒過昇温はないが、２次エア供給０％において排出量は目標値を上回る。

また、２次エア供給についてデューティ制御を行なった場合には、触媒過昇温は回避されるものの、排出量は目標値を上回る。
これに対し、２次エア供給を１００％行なうと、触媒過昇温はあるものの、排出量は目標を大きく下回り、２次エア供給が排ガス浄化に大きく貢献することがわかる。
したがって、冷態時には触媒過昇温を考慮しながら２次エア供給を１００％供給することが望ましい。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、十分な排気浄化特性を得るべく、２次エアを最大限投入しながら、触媒温度が耐熱限界を超えないようにした、エンジンの２次空気制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置は、エンジンの排気系に配設された触媒と、該触媒の上流に２次空気を供給する２次空気供給手段と、排気空燃比に対応する運転パラメータから上記触媒の流入温度を推定するとともに、該流入温度が上記触媒の許容温度を超える領域である過昇温領域状態にあるか否かを検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出信号に基づき上記触媒が目標温度以下になるよう上記２次空気供給手段による２次空気量を制御する制御手段とをそなえ、上記制御手段が、上記運転状態検出手段における上記触媒の過昇温領域状態に入るまでは２次空気量を最大限に供給するとともに、上記触媒の過昇温領域状態への移行から遅延させて上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を開始させる遅延手段をそなえて構成されていることを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置は、請求項１のものにおいて、上記遅延手段が、上記触媒の過昇温運転状態への移行時からの経過時間をカウントするタイマ手段をそなえ、該タイマ手段による検出信号が遅延所定値に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を開始させるように構成されていることを特徴としている。
また、請求項３記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置は、請求項２のものにおいて、該タイマ手段による検出信号が２次エア連続オフ最大時間に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を停止し２次エア全量供給を再開させるとともに上記タイマ手段のカウント値をリセットするように構成されていることを特徴としている。
また、請求項４記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置は、請求項１〜３のいずれか１項のものにおいて、上記制御手段による制御がデューティー制御であることを特徴としている。

したがって、請求項１記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置によれば、エンジンの排気系に配設された触媒と、該触媒の上流に２次空気を供給する２次空気供給手段と、排気空燃比に対応する運転パラメータから上記触媒の流入温度を推定するとともに、該流入温度が上記触媒の許容温度を超える領域である過昇温領域状態にあるか否かを検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段の検出信号に基づき上記触媒が目標温度以下になるよう上記２次空気供給手段による２次空気量を制御する制御手段とをそなえるという簡素な構成で、次のような効果ないし利点が得られる。
（１）エンジン運転時に触媒が過昇温領域内に入ると、２次空気量を制御して触媒を許容温度以内に保つことができるようになり、最大限の２次エア供給を行なえるようになって、最大限の排ガス浄化を行なえるようになる。
（２）低温始動のアイドル運転時において、２次エアを１００％投入しうるようになり、触媒の過昇温なしに極めて大きな排ガス低減効果を得られる可能性がある。
（３）エンジン運転時に触媒の過昇温領域内への移行に際しての制御を確実に行なえるようになり、最大限の２次エア供給を行なえるようになって、最大限の排ガス浄化を行なえるようになる。

また、請求項２記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置によれば、請求項１記載の装置について、上記遅延手段が、上記触媒の過昇温領域状態への移行時からの経過時間をカウントするタイマ手段をそなえ、該タイマ手段による検出信号が遅延所定値に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を開始させるように構成されているという簡素な構成で、請求項１記載のものとほぼ同様に、エンジン運転時に触媒の過昇温領域内への移行に際しての制御が更に確実に行なわれ、最大限の２次エア供給を行なえるようになって、最大限の排ガス浄化を行なえるようになる。

また、請求項３記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置によれば、請求項２記載の装置について、上記遅延手段が、上記触媒の過昇温領域状態への移行時からの経過時間をカウントするタイマ手段をそなえ、該タイマ手段による検出信号が２次エア連続オフ最大時間に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を停止し２次エア全量供給を再開させるとともに上記タイマ手段のカウント値をリセットするように構成されているという簡素な構成で、請求項１記載のものとほぼ同様に、エンジン運転時に触媒の過昇温領域内への移行に際しての制御が、更に確実に行なわれ、過昇温領域外での２次エア全量供給が行なわれることにより、最大限の２次エア供給を行なえるようになって、最大限の排ガス浄化を行なえるようになる。
また、請求項４記載の本発明のエンジンの２次空気制御装置によれば、請求項１〜３のいずれか１項記載の装置について、上記制御手段による制御がデューティー制御であることにより、触媒が過昇温領域状態にある状況においても、２次空気の供給を停止することなく、触媒を許容温度以下に保ちながらも最大限２次空気供給を行えるようになって、排ガス低減効果と過昇温防止とを高次元で実現できるようになる。

以下、図面により、本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について説明すると、図１はその制御系の要部構成を模式的に示すブロック図、図２はその要部のハード構成を示す模式的断面図、図３〜５はその作動を説明するためのフローチャート、図６はその作動を示すタイムチャート、図７はその作動領域特性を示すグラフ、図８はその排気空燃比に対する触媒温度の特性を示すグラフ、図９はその触媒の過昇温領域を示す特性図、図１０はその２次エアデューティ比に対する触媒温度を示すグラフ、図１１はその始動後アイドル放置時の触媒温度上昇特性を示すグラフ、図１２はその２次エア制御によるＮＭＨＣ排出量の変化特性を示す図、図１３はその低温走行時の挙動を示すグラフ、図１４はその制御特性を示すグラフである。

まず、本実施形態の装置のハード構成について説明すると、図２に示すように構成されており、触媒コンバータ６，６１がエンジンの排気管１４の途中に設けられている。なお、触媒コンバータ６は前段に配置された小容量（例えば０．４〜１．０リットル）のもので、触媒コンバータ６１は後段において車両床下に配置された大容量（例えば１．５〜２．０リットル）のものであり、触媒コンバータ６１は、排気温度が低いエンジン始動時等においては、排気熱を後段側へ流通させるほかに自身が反応熱を出して後段の触媒コンバータ６１を加熱するのに寄与するようになっている。

また、エンジンのエアクリーナ部とは別のエアクリーナ（図示せず）から導かれる空気をエアポンプ７により吸い込み、触媒コンバータ６，６１の上流の排気管１４中に２次空気として送り込むように構成されている。なお、エアポンプ７は、電動式エアポンプで構成されている。
さらに、２次空気の排気管１４への供給制御は、エアコントロールバルブ３により行なわれるように構成されており、エアコントロールバルブ３は吸気管１３中の吸気負圧により動作するとともに、ソレノイド２を介してコントロールユニット１により開閉制御されるようになっている。

なお、図２中の符号１０は２次エア逆流防止用のチェックバルブである。
そして、２次空気を排気管１４中に供給しない場合は、ソレノイド２によりエアコントロールバルブ３が閉鎖され、このエアコントロールバルブ３の閉鎖と同時にコントロールユニット１によってエアポンプ７のスイッチがオフ（ＯＦＦ）されるようになっている。
このように、排気系に配設された触媒コンバータ６，６１の上流に２次空気を供給する２次空気供給手段１０３（図１参照）が設けられていることになる。

なお、エンジンのシリンダ９内の冷却水温度を検出する温度センサとしての水温センサ８が設けられている。
さらに、本装置の制御系は、図１に示すように構成されている。
すなわち、エンジンの排気系に触媒１０４（この触媒１０４は触媒コンバータ６，６１に相当する）が配設され、排気系における触媒の上流に２次空気を供給する２次空気供給手段１０３が設けられている。

また、排気空燃比に対応する運転パラメータから触媒が過昇温運転状態にあるか否かを検出する運転状態検出手段１０１が設けられている。
さらに、運転状態検出手段１０１の検出信号に基づき、触媒１０４を目標温度としての許容限界以下になるよう、２次空気供給手段１０３による２次空気量を制御する制御手段１０２が設けられている。

そして、運転状態検出手段１０１は、触媒１０４の温度を推定する温度推定手段１０５をそなえて構成されている。
さらに、温度推定手段１０５は、吸入空気量検出手段１０６をそなえており、エアフローセンサＡＦＳの検出信号によりエンジンの吸気系への吸入空気量を検出するように構成されている。

また、温度推定手段１０５は、燃料量検出手段１０７をそなえており、燃料噴射弁１５に供給する燃料量が、燃料噴射パルス幅Ｔを補正する補正係数Ｋを読み込むことにより検出されるように構成されている。
このような、吸入空気量検出手段１０６による吸入空気量と、燃料量検出手段１０７による供給燃料量とを用い、図７，９に示すように予め実験により作成されたマップを参照して、触媒１０４の温度を推定するように構成されている。

ところで、運転状態検出手段１０１には、クランク角センサ等によりエンジンの始動を検出する始動検出手段１０８が設けられている。
そして、制御手段１０２は、始動検出手段１０８による始動検出時の経過時間Ｔｉｄを検出し、経過時間Ｔｉｄが始動時所定時間ＸＴＩＤＬＥ（ＷＴ）（図６参照）に達するまで、２次空気量を最大限に供給するとともに、始動時所定時間ＸＴＩＤＬＥ（ＷＴ）（図６参照）の経過後は、温度推定手段１０５の検出信号に応じて２次空気量を制御する、通常の制御が行なわれるようになっている。

また、始動時所定時間ＸＴＩＤＬＥ（ＷＴ）（図６参照）は、温度検出手段１０５による所定温度範囲内の検出時において、始動時所定時間変更手段１０９により変更されるように構成されている。
さらに、制御手段１０２は遅延手段１１０をそなえており、この遅延手段１１０は、運転状態検出手段１０１における触媒１０４の過昇温運転状態への移行から遅延させて、２次空気供給手段１０３による２次空気量の制御を開始させるように構成されている。

そして、遅延手段１１０は、触媒１０４の過昇温運転状態への移行時からの経過時間Σｔｃをカウントするタイマ手段１１１をそなえている。
また、このタイマ手段１１１による検出信号（触媒１０４の過昇温運転状態への移行時からの経過時間Σｔｃ）が遅延所定値ＸＬＤＺＯＮＥＣに達すると、２次空気供給手段１０３による２次空気量の制御を開始させるように構成されている。

さらに、遅延手段１１０は、タイマ手段１１１による検出信号が、２次エア連続オフ最大時間ＸＬＤＯＦＴＭに達すると、２次空気供給手段１０３による２次空気量のデューティ制御を停止し、２次エア全量供給を再開させるとともに、タイマ手段１１１のカウント値Σｔｃをリセットするように構成されている。
上述の構成により、本制御系は、図３〜５に示すフローチャートに沿う作動を行なう。

まず、ステップＡ１において、イグニッションスイッチがオン状態に移行したかどうかが判断され、エンジンの始動状態である場合には「ＹＥＳ」ルートを通じ、ステップＡ２が実行される。
次いで、ステップＡ２において、タイマＴのセットが行なわれ、エンジン始動からの経過時間がカウントされることになる。

そして、ステップＡ３において、水温センサ８によるエンジンの冷却水温ＷＴの読み込みが行なわれ、後述の制御動作においてエンジンの作動温を参照する制御に用いられる。
また、ステップＡ４において、タイマＴが所定値ＸＴＳＣＡＣＲＬＫ１（図６参照）を超えているかどうかが判断され、超えるまでステップＡ４の実行が繰り返される。
これにより、図６のタイムチャート（ｈ）に示すように、２次エア供給の開始が、エンジンの始動から所定時間ＸＴＳＣＡＣＲＬＫ１だけ遅延されることとなり、２次エア供給により電力が消費されて、クランキング能力を低下させる状況が回避される。

そして、ステップＡ５において目標２次エア導入時間ｔ１の設定が行なわれ、後述のステップＡ９における判断に用いられる。
次に、ステップＡ６において２次エアタイマｔがセットされ、更にステップＡ７における２次エアの１００％導入が行なわれる。

この２次エア供給は、図６のタイムチャート（ｈ）における時間領域特性ｓにおけるものであり、始動時アイドル運転時における１００％の２次エア供給が行なわれ、始動検出手段１０８による制御手段１０２の動作および２次空気供給手段１０３の動作が行なわれることとなる。
そして、ステップＡ８においてタイマｔと所定値ｔ０との比較が行なわれ、タイマｔが所定値ｔ０を超えるまで、ステップＡ７の２次エア１００％導入が行なわれる。

すなわち、２次エア１００％導入はアイドル運転状態における許容時間ｔ０まで行なわれ、アイドル運転における２次エアの供給が十分に行なわれ、十分な排気ガス浄化が行なわれる。
そして、この１００％導入の動作は、アイドル運転状態における許容時間までであるため、図６のタイムチャート（ｉ）におけるように、許容温度ＬＩＭＩＴを超えない過昇温を回避された状態で行なわれる。

これは、図１１〜１４のグラフにより、その作動特性が説明される。
図１１は始動後アイドル放置時の触媒温度上昇特性を示しており、横軸の時間経過に対し、下からエンジン回転数、２次エア供給のデューティ率、触媒（ＦＣＣ）への流入温度、触媒（ＦＣＣ）本体温度のそれぞれを縦軸にとって、特性を示している。
そして、図１１においては、エンジンの冷却水温が−２０℃，−１０℃，０℃，１０℃のそれぞれで始動した場合における特性が、各特性要素において上から順に示されている。

また、図１２は２次エア制御によるＮＭＨＣ排出量の変化特性を示しており、横軸の各制御態様に対するＮＭＨＣ排出量が示されている。この図１２からわかるように、２次エアを供給しない場合は、目標を大きく上回り、一方、１００％の２次エア供給を行なう制御態様Ｉによれば目標を大幅に下回る特性を得ることができる。
そして、後述の過昇温領域およびアイドル運転の所定時間２０秒間において４０％の２次エア供給を行なう制御態様ＩＩによれば、目標を少し上回る特性となる。

また、後述の過昇温領域において４０％の２次エア供給を行ない、アイドル運転２０秒間において１００％の２次エア供給を行なう制御態様ＩＩＩによれば、目標を大きく下回る特性となる。
このように、アイドル運転の所定時間２０秒以内においては、１００％の２次エア供給を行なう必要があることが示されている。

次に、図１３は低温走行時の挙動特性を示しており、横軸の時間経過に対し、下からエンジン回転数、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量、２次エア供給量、触媒（ＦＣＣ）温度のそれぞれを縦軸にとって、特性を示している。
そして、図１３においては、上述の制御態様Ｉ〜ＩＩＩのそれぞれで制御した場合における特性が各特性要素について示されており、制御態様Ｉについての特性を細実線で、制御態様ＩＩについての特性を点線で、制御態様ＩＩＩについての特性を太実線で示している。

まず、制御態様Ｉについては、２次エア供給量の特性で示されるように、始動時から所定時間の２次エアを１００％供給（図中では太実線と細実線とが重なっている。）の後、後述のデューティ制御を行なっており、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量は最低となる。
しかし、この場合の触媒（ＦＣＣ）温度については、流入温度が許容温度付近まで上昇し、触媒（ＦＣＣ）本体温度も許容温度を超えることとなる。

次に、制御態様ＩＩについては、２次エア供給量の特性で示されるように、始動時からデューティ制御が行なわれ、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量は３つの制御態様中、最高となる。
この場合の触媒（ＦＣＣ）温度については、流入温度が低く、触媒（ＦＣＣ）本体温度についても低く抑えられた状態となる。

しかし、この場合、浄化能力も低く抑えられることとなり、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量が基準値（目標値）を超えることとなって、望ましくない。
また、制御態様ＩＩＩについては、２次エア供給量の特性で示されるように、始動時から所定時間の２次エアを１００％供給（図中では太実線と細実線とが重なっている。）の後、後述のデューティ制御を行なっており、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量はある程度上昇する。

この場合の触媒（ＦＣＣ）温度については、流入温度が許容温度付近まで上昇するものの、触媒（ＦＣＣ）本体温度は許容温度を超えることはなく、やや低く保たれる。
したがって、触媒においては、限界ぎりぎりの高温における作動が行なわれ、ある程度高い浄化能力が保たれて、ＴＨＣ（トータル・ＨＣ）量が基準値を超えることはない。
このように、アイドル運転時においては、制御態様ＩＩＩによる制御が必要であり、上述のステップＡ７およびステップＡ８により、当該制御が行なわれて、所望の排ガス浄化作用が行なわれ、基準値以下の特性の排ガスが得られる。

ここで、ステップＡ８における始動時所定時間ｔ０は、温度検出手段１１２としての水温センサ８による所定温度範囲内の検出時において、始動時所定時間変更手段１０９により変更される。
すなわち、図１４は横軸の冷却水温ＷＴに対し、縦軸に２次エア導入時間を示しており、この図１４における特性により、始動時所定時間ｔ０が設定され、始動時所定時間ｔ０の変更が行なわれる。

したがって、例えば、冷却水温が１０℃のとき始動時所定時間ｔ０は６０秒に設定され、冷却水温が２５℃のとき始動時所定時間ｔ０は３５秒に設定され、これらの中間の水温については、その中間の値が設定されることとなる。
これにより、始動時の温度に対応した２次エア供給が行なわれ、最適な浄化作用が行なわれることとなる。

次に、ステップＡ１１において、当該運転時における吸入空気量Ｑと、燃料補正係数Ｋとが読み込まれる。
ここで、吸入空気量Ｑとしては、吸入空気量検出手段１０６としてのカルマン渦式等のエアーフローセンサの出力から検出される。
そして、燃料補正係数Ｋとしては、燃料量検出手段１０７としてのコントロールユニット１における燃料噴射制御において算出された燃料噴射パルス幅補正用の係数Ｋが用いられる。

また、燃料補正係数Ｋは、燃焼変動や、エンジン温等の運転状態に対応して、噴射時間を制御するために用いられる補正係数を総合したものが用いられる。
これらの吸入空気量Ｑおよび燃料補正係数Ｋにより、ステップＡ１２において、エンジンの運転状態が過昇温領域にあるかどうかを判断され、触媒の温度推定手段１０５としての作動が行なわれる。

すなわち、過昇温領域にある場合には「ＹＥＳ」ルートを通じ、ステップＡ１３およびステップＡ１４において制御手段１０２によるデューティ制御が行なわれる。
そして、過昇温領域は、図９に示すマップ値を予め行なった実験により記憶させておき、そのマップにおいて過昇温領域領域にあるかどうかの判断が、吸入空気量Ｑおよび燃料補正係数Ｋについて行なわれる。

ここで、図９は、横軸に吸入空気量Ｑをとり、縦軸に燃料補正係数Ｋをとって、それぞれの実験ポイントにおける触媒温度が記憶される。
許容温度を超える触媒温度の領域が過昇温領域であり、図中実線で囲まれた領域が該当する。
そして、この過昇温領域に運転状態が至った場合には、制御手段１０２によりステップＡ１４における２次エア供給デューティ制御が行なわれる。

ここで、２次エア供給デューティ制御は、運転状態検出手段１０１における触媒１０４の過昇温運転状態への移行から遅延手段１１０により遅延させて開始される。
すなわち、遅延手段１１０において、触媒１０４の過昇温運転状態への移行時からの経過時間（ｔｃ）をタイマ手段１１１によりカウント（Σｔｃ）し、タイマ手段１１１による検出信号（Σｔｃ）が遅延所定値（ｔｃ０）に達すると、２次空気供給手段１０３による２次空気量の制御が開始され、このような制御開始時の動作は、図４のフローチャートに沿い行なわれる。

まず、ステップＢ１において、触媒１０４の過昇温運転状態への移行時からの経過時間（ｔｃ）をタイマ手段１１１によりカウント（Σｔｃ）する積算が行なわれる。
そして、ステップＢ２において、タイマ手段１１１による検出信号（Σｔｃ）が遅延所定値（ｔｃ０）を超えたかどうかが判断され、この判断は「ＮＯ」ルートを通じ、超えるまで繰り返される。

これにより、触媒１０４の過昇温運転状態への移行時から所定時間ｔｃ０を経過した後、ステップＢ３が実行される。
この状態は、図６におけるタイムチャート（ｅ）において、Σｔｃが、所定時間ｔｃ０としてのＸＬＤＺＯＮＥＣを超える状態に対応しており、超えた時点において、タイムチャート（ｈ）において示されるように、所要のデューティ率での２次エア供給デューティ制御が開始（ステップＢ３）される。

ここで、２次エア供給デューティ制御は、図１０に示すような特性による制御が行なわれる。
すなわち、図１０は、横軸に２次エア供給デューティ率をとり、縦軸に触媒ＦＣＣの本体における温度をとって、特定の吸入空気量Ｑと燃料補正係数Ｋとの値における温度特性を示している。

したがって、例えば図１０において○印でプロットされた特性は、吸入空気量Ｑ＝１１．９（L/sec ），燃料補正係数Ｋ＝１．４６（図９のＡ点参照）における温度特性であり、６０％以上のデューティ率では触媒限界温度を超える状態となる。
このような場合、デューティ率が６０％以上の場合には、過昇温領域にある状態であるため、デューティ率を６０％以下にして運転する制御が行なわれる。

また、例えば図１０において△印でプロットされた特性は、吸入空気量Ｑ＝１１．９（L/sec ），燃料補正係数Ｋ＝１．３３（図９のＢ点参照）における温度特性であり、６２％以上のデューティ率では触媒限界温度を超える状態となる。 このような場合、デューティ率が６２％以上の場合には、過昇温領域にある状態であるため、デューティ率を６２％以下にして運転する制御が行なわれる。

このように、各吸入空気量Ｑと燃料補正係数Ｋとの値について特性が再現されるように構成され、過昇温領域にある場合に、過昇温領域外となるようなデューティ制御が行なわれる。
ここで、過昇温領域は、図７に示すように示され、横軸のカルマン渦式で形成されたエアーフローセンサＡＦＳの出力周波数を示し、縦軸に燃料補正係数Ｋｆｕｅｌをとってその領域を示しており、特定の燃料補正係数Ｋｆｕｅｌに対し、周波数ＴＡＦＳＴＬＤＦ（ｆ）を超え、周波数ＴＡＦＳＴＨＦ（ｆ）を超えない領域が過昇温領域（ゾーンＣ：ＺＯＮＥ Ｃ）と判断される。

また、過昇温領域への出入りに際しては、後述のように遅延動作（ＤＥＬＡＹ）が行なわれる。
ところで、上述の２次エア供給デューティ制御は、図８に示す調査結果に基づき構成されている。
すなわち、図８は、横軸に排気空燃比をとり、縦軸に触媒ＦＣＣの温度をとって、低温の２次エア投入時に触媒が過昇温となる条件を調査したものである。この図１６に示すように、触媒温度は、２次エアのトータル空燃比が約１３〜１７の領域において許容温度を超え、ストイキオ近傍で最高温度となることがわかる。

この結果から、排気空燃比を触媒温度の目安とすることにより制御を行なうものである。
次に、ステップＢ４においては、さらに、タイマ手段１１１による検出信号（Σｔｃ）が所定値（ｔｃ１）を超えたかどうかが判断され、この判断は「ＮＯ」ルートを通じ、超えるまで繰り返される。これにより、触媒１０４の過昇温運転状態への移行時から所定時間ｔｃ１を経過した後に、ステップＢ５が実行される。この状態は、図６におけるタイムチャート（ｅ）において、Σｔｃが、所定時間ｔｃ１としての「ＸＬＤＺＯＮＥＣ＋ＸＬＤＯＦＴＭ」を超える状態に対応しており、超えた時点において、タイムチャート（ｈ）において示されるように、２次エア供給デューティ制御が停止される（ステップＢ３）。

そして、ステップＢ６において、タイマ手段１１１による検出信号（Σｔｃ）がリセットされ、新たなカウントが開始される。
このようにして、タイマ手段１１１による検出信号（Σｔｃ）が２次エア供給デューティ制御最大時間（ＸＬＤＯＦＴＭ）に達すると、２次空気供給手段１０３による２次空気量の制御が停止され、２次エア全量供給が再開される（後述のステップＡ１５参照）とともに、タイマ手段１１１のカウント値（Σｔｃ）がリセットされる。

そして、ステップＢ１からステップＢ５の動作が繰り返される。
ところで、２次エア供給デューティ制御は、触媒１０４の過昇温領域からの離脱により停止されるが、この際における動作は図５に示すフローチャートに沿い行なわれる。
まず、ステップＣ１において、触媒１０４が過昇温領域（ＺＯＮＥ Ｃ）にあるかどうかが判断され、過昇温領域にある場合には、「ＹＥＳ」ルートを通じステップＣ５が実行されて、前述の２次エア供給デューティ制御が続行される。

そして、触媒１０４が過昇温領域から離脱した場合には、「ＮＯ」ルートを通じステップＣ２が実行される。
ステップＣ２では、タイマ手段１１１による検出信号（ｔｄ）が遅延所定値（ｔｄ０）を超えたかどうかが判断され、この判断は「ＮＯ」ルートを通じ、超えるまで繰り返される。これにより、触媒１０４の過昇温運転状態離脱から所定時間ｔｄ０を経過した後、ステップＣ３が実行される。この状態は、図６におけるタイムチャート（ｈ）において示されるように、所要のデューティ率での２次エア供給デューティ制御が、過昇温運転状態離脱から所定時間ｔｄ０としてのＸＬＤＳＣＡＤＴＤＬＹの後に停止される（ステップＣ３）。

そして、ステップＣ４において、２次エアの１００％導入が再開される。
さらに、このような各制御の後に、図３のステップＡ９およびステップＡ１０が実行される。
なお、ステップＡ１２において、触媒１０４の過昇温領域にないと判断された場合には、「ＮＯ」ルートを通じてステップＡ１５が実行され、２次エアの１００％導入が行なわれる。これにより、過昇温領域外における浄化動作が十分に行なわれ、基準を満たした運転が行なわれる。

一方、ステップＡ９においては、２次エアタイマｔが所定値ｔ１を超えているかどうかが判断される。
そして、２次エアタイマｔが所定値ｔ１を超えている場合には、「ＹＥＳ」ルートを通じステップＡ１０が実行され、２次エア供給の制御が終了する。
これは、図６のタイムチャート（ｈ）におけるように、２次エア供給デューティ制御の開始から所定時間ｔ１としてのＴＴＳＣＡＣＲＬＫ２（ＷＴ）の後において２次エア供給を停止させるもので、停止させるまでの所定時間ｔ１は、水温センサ８により検出される冷却水温ＷＴに依存して設定される。

したがって、２次エア供給制御は、エンジンの冷却水温に対応した時間間隔において行なわれる。
また、ステップＡ９において「ＮＯ」ルートをとった場合には、ステップＡ１１〜Ａ１４の動作が所定時間ｔ１の経過まで繰り返される。
なお、図６中、タイムチャート（ａ）はスロットルバルブの開閉状態を、タイムチャート（ｂ）はエンジン回転速度を、タイムチャート（ｃ）は燃料補正係数を、タイムチャート（ｄ）は過昇温領域にあるかどうかの判定フラグ状態を、タイムチャート（ｅ）は過昇温領域移行からに経過時間積算状態を、タイムチャート（ｆ）はアイドルスイッチのオンオフ状態を、タイムチャート（ｇ）は始動時所定時間のカウント状態を、タイムチャート（ｈ）は２次エアの導入状態を、タイムチャート（ｉ）は触媒本体の温度変化をそれぞれ示しており、アイドル運転の後、アクセルペダルを踏み込んだ状態の経時変化を示している。

そして、この図６は、アイドル運転開始直後ｔ０から２次エア供給が開始され、過昇温領域に入って所定時間ｔｃ０後にデューティ制御を開始し、過昇温領域に入って所定時間ｔｃ１後にデューティ制御を停止し、過昇温領域からの離脱から所定時間ｔｄ０後にデューティ制御を停止する一連の動作を示している。
このようにして、エンジン運転時に、この触媒過昇温領域内に入ると、２次エアソレノイドのデューティ率を変化させることにより、触媒１０４を許容温度（ＬＩＭＩＴ）以下に保つことができ、最大限の２次エア供給を行なえるようになって、最大限の排ガス浄化を行なえるようになる。

また、低温始動のアイドル運転時において、２次エアを１００％投入することができるようになり、触媒の過昇温なしに極めて大きな排ガス低減効果を得ることができる。

本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その制御系の要部構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その要部のハード構成を示す模式的断面図である。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その作動を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その作動を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その作動を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その作動を示すタイムチャートである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その作動領域特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その排気空燃比に対する触媒温度の特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その触媒の過昇温領域を示す特性図である。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その２次エアデューティ比に対する触媒温度を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その始動後アイドル放置時の触媒温度上昇特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その２次エア制御によるＮＭＨＣ排出量の変化特性を示す図である。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その低温走行時の挙動を示すグラフである。 本発明の一実施形態としてのエンジンの２次空気制御装置について、その制御特性を示すグラフである。 従来のエンジンの２次空気制御装置について、２次エア流量に対する触媒の温度および浄化特性を示すグラフである。 従来のエンジンの２次空気制御装置について、ＮＭＨＣ排出量の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ コントロールユニット
２ ソレノイド
３ エアコントロールバルブ
６ 触媒コンバータ
７ エアポンプ
８ 水温センサ
９ シリンダ
１３ 吸気管
１４ 排気管
１５ 燃料噴射弁
６１ 触媒コンバータ
１０１ 運転状態検出手段
１０２ 制御手段
１０３ ２次空気供給手段
１０４ 触媒
１０５ 温度推定手段
１０６ 吸入空気量検出手段
１０７ 燃料量検出手段
１０８ 始動検出手段
１０９ 始動時所定時間変更手段
１１０ 遅延手段
１１１ タイマ手段

Claims (4)

1. エンジンの排気系に配設された触媒と、
   該触媒の上流に２次空気を供給する２次空気供給手段と、
   排気空燃比に対応する運転パラメータから上記触媒の流入温度を推定するとともに、該流入温度が上記触媒の許容温度を超える領域である過昇温領域状態にあるか否かを検出する運転状態検出手段と、
   該運転状態検出手段の検出信号に基づき上記触媒が目標温度以下になるよう上記２次空気供給手段による２次空気量を制御する制御手段とをそなえ、
   上記制御手段が、上記運転状態検出手段における上記触媒の過昇温領域状態に入るまでは２次空気量を最大限に供給するとともに、上記触媒の過昇温領域状態への移行から遅延させて上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を開始させる遅延手段をそなえて構成されている
   ことを特徴とする、エンジンの２次空気制御装置。
2. 上記遅延手段が、上記触媒の過昇温運転状態への移行時からの経過時間をカウントするタイマ手段をそなえ、
   該タイマ手段による検出信号が遅延所定値に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を開始させるように構成されていることを特徴とする、請求項１記載のエンジンの２次空気制御装置。
3. 該タイマ手段による検出信号が２次エア連続オフ最大時間に達すると上記２次空気供給手段による２次空気量の制御を停止し２次エア全量供給を再開させるとともに上記タイマ手段のカウント値をリセットするように構成されていることを特徴とする、請求項２記載のエンジンの２次空気制御装置。
4. 上記制御手段による制御がデューティー制御であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載のエンジンの２次空気制御装置。

Images