JP4640480B2

JP4640480B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4640480B2
Application number: JP2008252768A
Authority: JP
Inventors: 比呂志田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2011-03-02
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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の始動時には、エンジンの温度や吸入空気温度が低く、燃料が気化しにくいため、空燃比を理論空燃比より濃くする制御が行われる。このため、酸素不足となり、未燃燃料成分であるＨＣ（炭化水素）が多量に排出される。始動直後は、排気浄化触媒の温度が低いため、この多量のＨＣを十分に浄化することができない。そこで、ＨＣを一時的に吸着することのできる吸着材を排気通路に設け、触媒の温度が十分に上昇するまでの間、排気ガス中のＨＣをその吸着材で捕捉しようとする技術の開発が行われている。

排気ガスを吸着材に流していくと、吸着材の温度が徐々に上昇する。そして、吸着材の温度が所定の脱離温度以上になると、一旦吸着したＨＣの脱離が開始してしまう。このため、大気中へのＨＣの放出を防止するためには、吸着材温度が脱離温度に達する前に、ＨＣを触媒で浄化できる状態にすること、つまり触媒温度を活性温度まで上昇させることが必要となる。

始動後、触媒温度を早期に上昇させる方法として、排気ガス中のＨＣを酸化（燃焼）させるための二次空気を排気系に供給する技術が知られている。二次空気を供給することにより、ＨＣが排気系で燃焼（後燃え）し、排気ガス温度が上昇するので、触媒を早期に暖機することができる。

特開平１０−１６９４３４号公報には、吸着材と、その上流側に設けられた触媒とを備えた排気浄化装置において、始動時から触媒が活性化するまでの間、触媒の上流側に二次空気を導入する技術が開示されている（同公報の段落００１７参照）。しかしながら、この公報に記載された技術には、次のような問題がある。吸着材は、容量を一定とした場合、通過排気ガス流量が増加するほど、ＨＣ吸着率が低下する性質がある。このため、排気系に二次空気を導入することにより、吸着材を通過する排気ガス流量が増大すると、ＨＣ吸着率が低下する。前述したように、始動後まもないときには、多量のＨＣが内燃機関から排出される。このときに二次空気が供給されており、吸着率が低下した状態になっていると、吸着材をすり抜けて大気中に放出されるＨＣの量が多くなってしまうという問題がある。

また、始動当初から二次空気を供給すると、排気ポート温度がまだ低いため、ＨＣの後燃えが生じにくい場合がある。この問題に対し、特開２００４−１２４８２４号公報には、始動時に、排気ポート温度が所定温度以上になるまで二次空気の供給を禁止することにより、排気ポートが二次空気で冷却されることを抑制する技術が開示されている。

特開平１０−１６９４３４号公報特開２００４−１２４８２４号公報特開２００８−２５５２１号公報特開平５−３２１６４６号公報特開平５−３２１６４７号公報特開平７−１２７４３７号公報

特開２００４−１２４８２４号公報には、排気ポート温度が所定温度以上になったときに二次空気の供給を開始することにより、ＨＣを確実に後燃えさせ、排気ポートが二次空気で冷却されることを抑制することができる、と記載されている。

しかしながら、ＨＣの吸着状態を考慮すると、排気ポート温度によって二次空気の供給開始タイミングを決めた場合、必ずしも最適なタイミングとならない。すなわち、排気ポート温度が上記所定温度まで上昇し、二次空気の供給が開始された後に、エンジンからのＨＣ排出量がピークを迎えた場合には、流量増加によって吸着率が低下した状態で、多量のＨＣが吸着材に流入することとなる。このため、ＨＣが吸着材をすり抜けて、大気中に放出され易いという問題がある。

また、特開２００４−１２４８２４号公報に記載された技術では、排気ポート温度の上昇が遅かった場合には、その分だけ、二次空気の供給開始タイミングも遅くなる。そうすると、二次空気の供給による触媒暖機促進効果の開始時期が遅れるので、触媒が活性化するタイミングも遅くなる。このため、吸着材温度が脱離温度を超える前に触媒温度を活性温度以上まで上昇させることが困難となる。その結果、大気中へのＨＣ放出量が増大し易い。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、内燃機関の始動時に、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気系に配置された触媒と、
前記触媒より下流側の排気系に配置され、排気ガス中のＨＣを吸着する機能を有する吸着材と、
前記触媒より上流側の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
前記内燃機関の始動時に前記二次空気の供給を禁止する供給禁止手段と、
前記内燃機関の始動後に前記二次空気の供給を開始するタイミングを、前記内燃機関から出るＨＣ量またはこれと相関する値に基づいて制御する供給開始タイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記供給開始タイミング制御手段は、前記内燃機関の始動時から、燃焼空燃比が理論空燃比付近の所定値を超えるまで、の間に前記内燃機関から出た排気ガスが前記吸着材を通過し終えるタイミングで前記二次空気の供給を開始させることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の始動時のＨＣ排出特性は、始動直後にピークを呈し、
前記供給開始タイミング制御手段は、前記ピークの付近の排気ガスが前記吸着材を通過し終えるタイミングで前記二次空気の供給を開始させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記相関する値は、前記内燃機関の燃料噴射量であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記相関する値は、前記内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とから推定される推定空燃比であることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記ＨＣ量は、前記内燃機関から出るＨＣの量を始動時から積算した積算値であることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の代表温度に基づいて前記ＨＣ量を推定するＨＣ量推定手段を備えることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関から出る排気ガスを前記吸着材に流す状態と流さない状態とを切り換える切換弁と、
前記切換弁の故障を判定する手段と、
前記内燃機関の始動時に、前記切換弁の故障によって排気ガスを前記吸着材に流せないことが判定された場合に、前記二次空気の供給を直ちに開始させる手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関から出る排気ガスを前記吸着材に流す状態と流さない状態とを切り換える切換弁と、
前記内燃機関の始動後、所定のＨＣ吸着終了条件が成立したときに、前記切換弁を切り換えることによってＨＣの吸着を終了させる吸着終了タイミング制御手段と、
前記二次空気供給装置の故障を判定する手段と、
を備え、
前記吸着終了タイミング制御手段は、前記二次空気供給装置が故障していると判定されている場合にＨＣの吸着を終了させるタイミングを通常時より遅くする手段を含むことを特徴とする。

また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段を備え、
前記供給開始タイミング制御手段は、前記燃料性状検出手段の検出結果に基づいて、前記二次空気の供給を開始するタイミングを補正する手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の始動時に二次空気の供給を禁止することができる。これにより、始動直後の、ＨＣ濃度の高い排気ガスが吸着材を通過するときに、通過排気ガス流量が二次空気によって増加することを防止することができる。このため、ＨＣ濃度の高い排気ガスが吸着材を通過するときに、高い吸着率でＨＣを吸着することができるので、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。また、第１の発明によれば、内燃機関の始動後、二次空気の供給を開始するタイミングを、内燃機関から出るＨＣ量またはこれと相関する値に基づいて制御することができる。これにより、吸着材に流入する排気ガスのＨＣ濃度が比較的低いレベルになった後は、二次空気の供給を遅滞なく開始し、触媒の暖機を促進することができる。このため、ＨＣ吸着を行っている間に触媒を活性温度以上まで確実に暖機することができる。よって、ＨＣ吸着終了後、ＨＣを触媒で確実に浄化し、大気中への放出を防止することができる。

第２の発明によれば、内燃機関の始動時から、燃焼空燃比が理論空燃比付近の所定値を超えるまで、の間に内燃機関から出た排気ガスが吸着材を通過し終えるタイミングで二次空気の供給を開始させる。この間の排気ガスは、ＨＣ濃度が高い。このＨＣ濃度の高い排気ガスが吸着材を通過するまで二次空気の供給を禁止することにより、その高濃度のＨＣを吸着材で確実に吸着することができる。

第３の発明によれば、ＨＣ排出特性がピーク付近となる排気ガスが吸着材を通過し終えるタイミングで二次空気の供給を開始させることができる。このＨＣ濃度の高い排気ガスが吸着材を通過するまで二次空気の供給を禁止することにより、その高濃度のＨＣを吸着材で確実に吸着することができる。

第４の発明によれば、内燃機関の燃料噴射量に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御することにより、二次空気の供給開始タイミングを最適なタイミングに精度良く制御することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とから推定される推定空燃比に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御することにより、二次空気の供給開始タイミングを最適なタイミングに精度良く制御することができる。

第６の発明によれば、内燃機関から出るＨＣの量を始動時から積算した積算値に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御することにより、二次空気の供給開始タイミングを最適なタイミングに精度良く制御することができる。

第７の発明によれば、内燃機関の代表温度に基づいてＨＣ量を推定することにより、簡単な構成で精度良く二次空気の供給開始タイミングを制御することができる。

第８の発明によれば、内燃機関の始動時、切換弁の故障によってＨＣ吸着が実行できない場合に、二次空気の供給を直ちに開始させることができる。これにより、触媒を可能な限り早く暖機することができ、ＨＣの実行不能に起因するエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。

第９の発明によれば、内燃機関の始動時、二次空気供給装置が故障している場合に、ＨＣ吸着期間を延長することができる。これにより、吸着材の能力を最大限に活用し、より多くのＨＣを吸着材に吸着させることができる。よって、二次空気供給装置の故障に起因するエミッションの悪化を最小限に抑制することができる。

第１０の発明によれば、内燃機関に供給される燃料の性状を検出し、その検出結果に基づいて、二次空気の供給開始タイミングを補正することができる。このため、内燃機関に供給される燃料の性状が変化した場合であっても、それに応じて、二次空気の供給開始タイミングを最適に制御することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、４サイクル火花点火式の内燃機関１０を備えている。この内燃機関１０は、車両（自動車）に搭載されているものとする。本実施形態の内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

内燃機関１０の各気筒３０には、燃料インジェクタ１２のほか、図示を省略するが、ピストン、燃焼室、吸気弁、排気弁、点火プラグ等が設けられている。また、内燃機関１０には、吸気系４０と、排気系５０と、二次空気供給装置６０とがそれぞれ接続されている。

吸気系４０は、吸気通路４１と、この吸気通路４１からの吸入空気を各気筒３０に分配する吸気枝管２６とを有している。吸気通路４１には、スロットル弁４２が設けられている。吸気通路４１の入口には、エアクリーナ４３が設けられている。このエアクリーナ４３とスロットル弁４２との間には、吸入空気量を検出するエアフローメータ４４が設けられている。

排気系５０は、各気筒３０から排出される排気ガスが流通する排気通路５４を有している。排気通路５４の途中には、第１触媒５１が設けられている。この第１触媒５１は、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化する三元触媒の機能を有している。

排気系５０は、第１触媒５１より下流側に、ＨＣ吸着材５２を有している。ＨＣ吸着材５２は、例えばゼオライトなどを含んでおり、ＨＣを一時的に吸着する機能を有している。本実施形態のＨＣ吸着材５２の形状は、筒状をなしている。排気通路５４からの排気ガスは、通路５３を通って、ＨＣ吸着材５２に流入可能になっている。

ＨＣ吸着材５２の内側には、バイパス通路５５が設けられている。バイパス通路５５の入口には、この入口を開閉する吸着切換弁５６が設置されている。吸着切換弁５６は、ＨＣ吸着材５２と、バイパス通路５５との何れかに排気ガスが流れるように、排気ガスの流路を選択的に切り換える弁である。すなわち、吸着切換弁５６がバイパス通路５５の入口を閉じると、排気ガスは、通路５３を通ってＨＣ吸着材５２に流れる。一方、吸着切換弁５６を開くと、排気ガスは、ＨＣ吸着材５２には流れず、通気抵抗の小さいバイパス通路５５に流れる。

吸着切換弁５６の開閉は、ダイヤフラム機構１４によって駆動される。ダイヤフラム機構１４は、負圧供給通路１６から供給される負圧によって作動する。負圧供給通路１６は、吸気通路４１のスロットル弁４２の下流から延びている。負圧供給通路１６の途中には、三方電磁弁１８が設けられている。三方電磁弁１８は、大気開放された開口を有している。三方電磁弁１８は、ダイヤフラム機構１４に対し、負圧と大気圧とを選択的に供給する。ダイヤフラム機構１４は、大気圧が供給された場合には、吸着切換弁５６が開となるように動作し、負圧が供給された場合には、吸着切換弁５６が閉となるように動作する。

ＨＣ吸着材５２およびバイパス通路５５の下流側には、第２触媒５７が設置されている。この第２触媒５７は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを同時に浄化する三元触媒の機能を有している。

二次空気供給装置６０は、外部から取り入れた空気を、二次空気として、内燃機関１０の各気筒３０の排気ポート内に供給することができるように構成されている。二次空気供給通路６１上には、上流側からエアポンプ６８と、エアスイッチングバルブ６２と、逆止弁であるリードバルブ６３とが配置されている。また、エアポンプ６８とエアスイッチングバルブ６２の間には圧力センサ６４が設けられている。エアスイッチングバルブ６２には、吸気通路４１のスロットル弁４２の下流から延びる負圧供給通路６５が接続されている。負圧供給通路６５には電磁弁６６が設けられている。二次空気供給通路６１の下流側は、複数の分配管６７を介して、各気筒３０の排気ポートに接続されている。

エアポンプ６８は、電気モータにより駆動される。エアポンプ６８は、外部からの指示に基づいて回転駆動するモータと、このモータにより回転駆動され、吸入した空気を加圧するポンプとを備えている。エアポンプ６８の空気取り入れ口には、エアクリーナ６９が設置されている。電磁弁６６を開くと、吸気通路４１内の負圧がエアスイッチングバルブ６２に導かれ、エアスイッチングバルブ６２が開く。そうすると、エアポンプ６８から圧送される空気が、二次通路供給通路６１を流れ、分配管６７を通って、各気筒３０の排気ポート内に流入する。

また、内燃機関１０は、クランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと電磁ピックアップとからなるクランクポジションセンサ４７と、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する水温センサ４６とを備えている。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

図２は、本実施形態におけるＨＣ吸着制御および二次空気供給制御について説明するためのタイミングチャートである。図２において、時間軸（横軸）の原点は、内燃機関１０の始動の時点である。また、図２中、ＨＣ吸着がＯＮとは、吸着切換弁５６を閉とする状態、すなわち排気ガスをＨＣ吸着材５２に流す状態を表し、ＨＣ吸着がＯＦＦとは、吸着切換弁５６を開とする状態、すなわち排気ガスをバイパス通路５５に流す状態を表す。また、図２中、二次空気がＯＮとは、二次空気供給装置６０によって二次空気を供給している状態を表し、二次空気がＯＦＦとは、二次空気供給装置６０による二次空気の供給を行っていない状態を表す。

内燃機関１０の始動時および始動直後は、内燃機関１０の温度や吸入空気温度が低く、燃料が気化しにくい。このため、燃料インジェクタ１２による燃料噴射量を増量し、空燃比を理論空燃比よりリッチにする制御が実行される。空燃比がリッチになるほど、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は高くなる。内燃機関１０の始動直後は、第１触媒５１の温度が低く、活性温度に達しないため、内燃機関１０から排出される高濃度のＨＣを第１触媒５１で十分に浄化することができない。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、内燃機関１０の始動時および始動直後においては、排気ガスをＨＣ吸着材５２に流入させ、ＨＣ吸着材５２によってＨＣを吸着する。これにより、大気中へのＨＣの放出を抑制することができる。

排気ガスをＨＣ吸着材５２に流し続けていくと、排気ガスの熱により、ＨＣ吸着材５２の温度が上昇していく。ＨＣ吸着材５２は、温度が高くなると、一旦吸着したＨＣを脱離させる性質がある。従って、ＨＣ吸着材５２に一旦吸着されたＨＣが脱離して大気中へ放出されてしまうことを防止するためには、ＨＣ吸着材５２の温度が、ＨＣが脱離し始める温度（以下、「脱離温度」と称する）を超える前に、吸着切換弁５６を開いて、ＨＣ吸着を終了することが必要となる。

図２では、時刻ｔ₂において吸着切換弁５６を開き、ＨＣ吸着を終了している。このとき、ＨＣ吸着材５２の温度は、脱離温度（本実施形態では１００℃とする）未満である。吸着切換弁５６を開くと、排気ガスがバイパス通路５５に流れるので、ＨＣ吸着材５２の温度上昇は停止する。よって、ＨＣ吸着材５２の温度は、脱離温度未満に維持され、ＨＣの脱離が防止される。

ＨＣ吸着材５２に排気ガスを流入させている間、第１触媒５１の温度も、排気ガスの熱などにより、上昇していく。第１触媒５１は、内燃機関１０に近い位置（排気系５０の上流）に設置されているので、その温度上昇は、ＨＣ吸着材５２よりも速い。ＨＣが大気中へ放出されることを防止するためには、ＨＣ吸着を終了するまでに、第１触媒５１でＨＣを浄化可能にすること、つまり第１触媒５１の温度を活性温度（本実施形態では３５０℃）以上まで上昇させることが必要となる。すなわち、大気中へのＨＣの放出を防止するためには、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度に達する前に、第１触媒５１の温度を活性温度以上まで確実に上昇させることが重要となる。

内燃機関１０の始動直後は、前述したように、燃料増量が行われ、燃焼空燃比が理論空燃比よりもリッチになっている。このため、内燃機関１０から出る排気ガス中には、ＨＣが多量に含まれる一方、酸素は不足している。本実施形態では、内燃機関１０の始動後、二次空気供給装置６０によって二次空気を排気ポートに供給することにより、内燃機関１０から出る排気ガス中のＨＣを排気ポート内で後燃えさせることができる。この後燃えにより、第１触媒５１に流入する排気ガスの温度を高くすることができるので、第１触媒５１の温度上昇を促進することができる。

ところで、排気ポートの温度が低過ぎる場合には、二次空気を供給しても後燃えが生じにくく、排気ガス温度の上昇に寄与しにくい場合もある。そのような場合を除いては、原則として、内燃機関１０の始動後、二次空気の供給をなるべく早期に開始した方が、第１触媒５１の温度をより速く上昇させることができる。

しかしながら、内燃機関１０の始動当初から二次空気を供給した場合、次のような問題がある。ＨＣ吸着材５２は、その容量が大きいほど、高いＨＣ吸着率が得られる。しかしながら、搭載スペースの関係上、ＨＣ吸着材５２の容量には、制約がある。ＨＣ吸着材５２の容量を一定とした場合、通過排気ガス流量が増加するほど、ＨＣ吸着率は低下する。従って、二次空気を供給することによって、ＨＣ吸着材５２の通過排気ガス流量が増大すると、ＨＣ吸着率が低下し、ＨＣ吸着材５２をすり抜けるＨＣの割合が増加してしまう。

図２の一番下のグラフは、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度の変化を表している。このグラフに示すように、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度（あるいは、内燃機関１０から排出されるＨＣ量）は、始動直後に、大きなピークを呈する。これは次のような理由によるものである。始動から間もないときほど、内燃機関１の吸気ポートや燃焼室の温度が低いため、燃料インジェクタ１２から噴射された燃料は、気化しにくい。このため、始動から間もないときほど、燃料噴射量は増量される。一方、気化できなかった燃料は、吸気ポートや燃焼室の壁面に液状のまま付着する。この付着燃料は、やや遅れて気化する。このようにして、始動直後は、燃料インジェクタ１２からの燃料噴射量の増量されることに加えて、壁面付着燃料が大量に気化して筒内に流入することにより、燃焼空燃比が大きくリッチ化する。このため、ＨＣ排出量は、始動直後に大きなピークを呈する。その後、始動時の燃料増量が終了して燃焼空燃比が理論空燃比に近づき、壁面付着燃料も減少すると、ＨＣ排出量は比較的低いレベルに落ち着く。

上述したように、内燃機関１０から排出されるＨＣ量は、始動直後に、大きなピークを呈する。大気中へのＨＣの放出をできる限り抑制するためには、このピーク付近の大量のＨＣを、ＨＣ吸着材５２で確実に吸着することが重要である。しかしながら、二次空気の供給によって通過排気ガス流量が増大すると、前述したように、吸着率が低下し、ＨＣ吸着材５２をすり抜けるＨＣ量が増加してしまう。従って、上記ピーク付近の大量のＨＣを高い吸着率で吸着するためには、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過するまでは、二次空気の供給を開始せず、ＨＣ吸着材５２の通過排気ガス流量を増加させないことが望ましい。

そこで、本実施形態では、内燃機関１０からのＨＣ排出量に基づいて、二次空気の供給開始タイミングを制御することとした。すなわち、本実施形態では、図２に示すように、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過し終えた時点（図２中の時刻ｔ₁）から、二次空気の供給を開始することとした。これにより、始動直後の大量のＨＣを含んだ排気ガスがＨＣ吸着材５２に流入するときに、ＨＣ吸着材５２の通過排気ガス流量を小さくし、ＨＣ吸着率を高めることができる。このため、始動直後の大量のＨＣをＨＣ吸着材５２で確実に吸着し、大気中への放出を十分に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過した後は、遅滞なく二次空気の供給を開始することにより、第１触媒５１の温度上昇を促進することができる。このため、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度に達する前（図２中の時刻ｔ₂）に、第１触媒５１の温度を活性温度以上に上昇させることができる。従って、時刻ｔ₂でＨＣ吸着を終了した後は、第１触媒５１でＨＣを十分に浄化することができる。よって、ＨＣ吸着終了後も、大気中へのＨＣの放出を確実に防止することができる。

前述したように、内燃機関１０からのＨＣ排出量は、始動直後のピークを過ぎた後は、比較的低いレベルに落ち着く（図２の一番下のグラフ参照）。このため、このピークを過ぎた後は、二次空気の供給によってＨＣ吸着率が低下したとしても、ＨＣ吸着材５２をすり抜けるＨＣの絶対量は少ない。よって、図２中の時刻ｔ₁からｔ₂の間も、大気中へのＨＣの放出は十分に抑制することができる。

なお、本発明と異なり、内燃機関１０からのＨＣ排出量に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御しない場合には、二次空気の供給を開始するタイミングが最適なタイミングよりも遅くなる場合がある。その場合、次のような不都合がある。二次空気の供給開始が遅れた場合は、図２中の破線で示すように、第１触媒５１の温度上昇が遅れる。このため、時刻ｔ₂でＨＣ吸着を終了したときに第１触媒５１が未だ活性温度に達しないので、ＨＣを大気中に放出してしまう。また、第１触媒５１が活性温度に達する時刻ｔ₃までＨＣ吸着を続行したとすると、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度を超え、ＨＣの脱離が始まってしまう。よって、この場合も、ＨＣを大気中に放出してしまう。

［実施の形態１における具体的処理］
図３および図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。これらのルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

図３は、ＨＣ吸着制御のルーチンである。このルーチンによれば、まず、車両のイグニッションスイッチがオンになっているかどうかが判別される（ステップ１００）。イグニッションスイッチがオンになっていない場合、つまり内燃機関１０が始動していない場合には、吸着切換弁５６が開とされる（ステップ１０６）。つまり、排気ガスがＨＣ吸着材５２に流入しない状態とされる。

一方、上記ステップ１００で、イグニッションスイッチがオンになっている場合には、次に、水温センサ４６で検出される内燃機関１０の冷却水温ethwが所定値α未満であるか否かが判別される（ステップ１０２）。冷却水温ethwがα以上である場合には、内燃機関１０は暖機された状態にあると判断できる。この場合には、第１触媒５１あるいは第２触媒５７の温度も活性温度以上になっていると判断できる。よって、第１触媒５１あるいは第２触媒５７でＨＣを浄化することができるので、排気ガスをＨＣ吸着材５２に流入させる必要はない。そこで、この場合には、吸着切換弁５６を開とし、排気ガスがＨＣ吸着材５２に流入しない状態とされる（ステップ１０６）。

これに対し、上記ステップ１０２で冷却水温ethwがα未満であった場合には、第１触媒５１および第２触媒５７が低温状態にあるため、ＨＣ吸着材５２によるＨＣ吸着が必要であると判断できる。この場合には、次に、積算吸入空気量が判定値Ａ未満であるか否かが判別される（ステップ１０４）。この積算吸入空気量とは、エアフローメータ４４で検出される吸入空気量を、内燃機関１０の始動時から積算した値である。また、上記判定値Ａは、ＨＣ吸着を終了すべきタイミングを判定するために予め設定された値である。上記ステップ１０４において、積算吸入空気量が未だＡに達していない場合には、吸着切換弁５６が閉とされる（ステップ１０８）。すなわち、排気ガスをＨＣ吸着材５２に流入させ、ＨＣ吸着が実行される。

前述したように、排気ガスをＨＣ吸着材５２に流し続けていくと、ＨＣ吸着材５２の温度が上昇していく。そして、脱離温度を超えると、ＨＣ吸着材５２からＨＣの脱離が始まってしまう。このため、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度に達する前に、ＨＣ吸着を終了することが望ましい。ＨＣ吸着材５２の温度は、ＨＣ吸着材５２に流入した積算排気ガス量と相関があり、積算排気ガス量は積算吸入空気量と相関する。上記判定値Ａは、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度近くまで上昇したことを判定することのできる値として、予め設定されたものである。よって、上記ステップ１０４で、積算吸入空気量がＡに達している場合には、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度近くまで上昇したと判断できるため、ＨＣ吸着を終了するべく、吸着切換弁５６が開とされる。

図４は、二次空気供給制御のルーチンである。このルーチンによれば、まず、内燃機関１０の始動後であるか否かが判別される（ステップ１２０）。具体的には、クランクポジションセンサ４７の信号から算出されるエンジン回転数が４００ｒｐｍを超えている場合には、始動が完了している、つまり始動後であると判定される。上記ステップ１２０で、始動後でないと判定された場合には、二次空気の供給は実行されない（ステップ１２６）。

上記ステップ１２０で、内燃機関１０の始動後であると判定された場合には、次に、内燃機関１０からの積算ＨＣ排出量が判定値βを超えたか否かが判別される（ステップ１２２）。この積算ＨＣ排出量とは、内燃機関１０から排出される単位時間当たりのＨＣ量を、内燃機関１０の始動時から積算した値である。本実施形態では、積算ＨＣ排出量を次のようにして算出する。図５は、内燃機関１０の始動時からの単位時間当たりのＨＣ排出量の経時変化を示すマップである。前述したように、ＨＣ排出量は、始動直後に大きなピークを呈する。また、図５に示すように、ＨＣ排出量は、内燃機関１０の温度（本実施形態では、冷却水温を代表温度とする）が低いほど、多くなる。これは、内燃機関１０の温度が低い場合ほど、燃料が気化しにくいので、その分だけ燃料噴射量が多くなるように制御されるからである。内燃機関１０の始動後、しばらくの間は、通常、所定のエンジン回転数および負荷率（吸入空気量）でのアイドル運転が行われる。よって、ＨＣ排出量は、冷却水温と、始動後の経過時間とのマップとして表すことができる。すなわち、本実施形態では、図５に示すマップに従い、冷却水温と始動後の経過時間とに基づいて、単位時間当たりのＨＣ排出量を算出することができる。ＥＣＵ２０は、図５に示すマップから求めた単位時間当たりのＨＣ排出量を積算することにより、積算ＨＣ排出量を逐次算出している。

図６は、上記判定値βを算出するためのマップである。図６に示すように、判定値βは、冷却水温が低いほど、大きな値に算出される。例えば冷却水温が４０℃の場合、このマップによれば、判定値βは、図５中の斜線部分の面積に相当する値として算出される。この判定値βには、排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過するまでに要する遅れ時間に対応する値も包含されているものとする。このような判定値βによれば、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスが、ＨＣ吸着材５２を通過したことを精度良く判定することができる。

以上のようなことから、上記ステップ１２２で、積算ＨＣ排出量が判定値βを超えていない場合には、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスは、ＨＣ吸着材５２を未だ通過していないと判断できる。この場合には、そのピークがもたらす、多量のＨＣを含んだ排気ガスがＨＣ吸着材５２に流入することに備えるべく、高いＨＣ吸着率を発揮させることが好ましい。よって、二次空気の供給は、まだ開始するべきでないと判断できる。そこで、この場合には、二次空気の供給は実行されない（ステップ１２６）。

これに対し、上記ステップ１２２で、積算ＨＣ排出量が判定値βを超えた場合には、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスは、ＨＣ吸着材５２を通過したと判断できる。つまり、ＨＣ吸着材５２に流入する排気ガスのＨＣ濃度は比較的低いレベルになったと判断できる。よって、二次空気の供給を行ってもよいと判断できる。この場合には、次に、積算吸入空気量が所定値Ｂ未満であるか否かが判別される（ステップ１２４）。この所定値Ｂは、二次空気の供給を終了すべきタイミングを判定するために予め設定された値である。上記ステップ１２４において、積算吸入空気量が未だＢに達していない場合には、二次空気供給装置６０により、内燃機関１０の各気筒３０の排気ポートに、二次空気が供給される（ステップ１２８）。この二次空気中の酸素により、排気ガス中のＨＣが燃焼することにより、排気ガス温度が上昇し、第１触媒５１を迅速に暖機することができる。

上記所定値Ｂは、第１触媒５１が十分に暖機されたことを判定することのできる値として予め設定された値である。よって、上記ステップ１２４で、積算吸入空気量が所定値Ｂに達した場合には、第１触媒５１が十分に暖機されたと判断できる。そこで、この場合には、二次空気の供給が終了される（ステップ１２６）。

上述した本実施形態の制御によれば、内燃機関１０の始動後、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガス、つまりＨＣを高濃度に含む排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過するまでは、二次空気の供給を禁止することができる。よって、この間、ＨＣ吸着材５２の通過排気ガス流量を低く抑えることができ、高いＨＣ吸着率を発揮させることができる。このため、ＨＣを高濃度に含む排気ガスをＨＣ吸着材５２で十分に浄化することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。

また、上述した本実施形態の制御によれば、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過した後は、二次空気の供給を遅滞なく開始し、第１触媒５１の暖機を促進することができる。このため、ＨＣ吸着を終了する前（ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度を超える前）までに、第１触媒５１を活性温度以上まで確実に暖機することができる。よって、ＨＣの浄化をＨＣ吸着材５２から第１触媒５１へと引き継ぐ際に、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では、上記ステップ１２２において、積算ＨＣ排出量に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御しているが、本発明では、単位時間当たりのＨＣ排出量に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御してもよい。すなわち、図５に示すマップに基づいて得られる単位時間当たりのＨＣ排出量がピークを超えてから所定レベルまで低下したことを検出した後に、二次空気の供給を開始するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＨＣ排出量を図５に示すマップに基づいて算出しているが、ＨＣ排出量の算出方法はこれに限定されるものではない。例えば、エンジン回転数と、負荷率（吸入空気量）と、冷却水温とに基づいてＨＣ排出量（ＨＣ濃度）を求めるマップを予め用意しておき、そのマップに基づいてＨＣ排出量を算出するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、ＨＣ吸着材５２に吸着されたＨＣを脱離させて浄化する方法については、特に限定されないが、例えば次のようにして行うことができる。吸着切換弁５６を開いてＨＣ吸着を終了した後は、ＨＣ吸着材５２の温度の上昇はほぼ停止するが、バイパス通路５５を通る排気ガスからの伝熱により、僅かながら上昇していく。そして、ＨＣ吸着材５２の温度が脱離温度を超えると、ＨＣが少しずつ脱離し始める。この間に、第２触媒５７の温度も徐々に上昇し、活性温度以上となる。よって、ＨＣ吸着材５２から脱離したＨＣは、第２触媒５７において浄化され、大気中への放出が防止される。このようにして、ＨＣ吸着材５２に吸着したＨＣをパージすることができる。すなわち、次回の始動時には、再びＨＣ吸着材５２によってＨＣを吸着することができる。

前述したように、内燃機関１０の始動時には、燃料が気化しにくい分を補い、燃焼室内で確実に燃焼を行わせるための燃料増量が行われる。本発明では、このような燃料増量とは別に、二次空気を供給するときに、二次空気によって燃焼させるためのＨＣを供給することを目的とした燃料増量を更に行うようにしてもよい。これにより、更に多くのＨＣを二次空気によって後燃えさせることができるので、第１触媒５１に流入する排気ガスの温度を更に上昇させ、第１触媒５１の暖機を更に促進することができる。以下の説明では、上述した、二次空気によって燃焼させるためのＨＣを供給する燃料増量を「触媒暖機燃料増量」と称する。

ところで、二次空気の流入量は、内燃機関１０の背圧と、エアポンプ６８の能力とに応じて定まる。このため、吸着切換弁５６を開いてＨＣ吸着が終了すると、二次空気の流入量が増加する。これは、排気ガスがＨＣ吸着材５２を流れるよりもバイパス通路５５を流れる方が通気抵抗が小さいので、ＨＣ吸着を終了すると、内燃機関１０の背圧が減少するからである。二次空気の流入量が増加すると、その分だけ多くのＨＣを後燃えさせることができる。そこで、本実施形態では、ＨＣ吸着が終了した後は、ＨＣ吸着実行中と比べて、触媒暖機燃料増量の増量値を更に大きくすることとした。

図７は、上述した触媒暖機燃料増量制御を行うために本実施形態においてＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、まず、二次空気の供給が実行されているか否かが判別される（ステップ１３０）。二次空気の供給が実行されていない場合には、触媒暖機燃料増量は行わないので、本ルーチンの処理がそのまま終了される。一方、二次空気の供給が実行されている場合には、次に、触媒暖機燃料増量の増量値が冷却水温等に基づいて算出される（ステップ１３２）。

上記ステップ１３２の処理に続いて、吸着切換弁５６が閉じているか否か、つまりＨＣ吸着が実行されているか否かが判別される（ステップ１３４）。その結果、吸着切換弁５６が閉じている場合、つまりＨＣ吸着が実行中である場合には、上記ステップ１３２で算出された増量値がそのままセットされる（ステップ１３８）。これにより、その増量値に基づいて燃料噴射量が算出され、触媒暖機燃料増量が実行される。

一方、上記ステップ１３４で、吸着切換弁５６が開いている、つまりＨＣ吸着が終了していると判定された場合には、上記ステップ１３２で算出された増量値が拡大方向に補正され（ステップ１３６）、その補正後の増量値がセットされる（ステップ１３８）。これにより、この補正後の増量値に基づいて燃料噴射量が算出され、触媒暖機燃料増量が実行される。

すなわち、上記ステップ１３６の処理によれば、触媒暖機燃料増量の増量値が、ＨＣ吸着の実行中よりも大きい値に補正される。この際の補正量は、ＨＣ吸着の終了に伴う二次空気流入量の増加量に対応した値とされる。

上述した図７のルーチンの処理によれば、ＨＣ吸着が終了した後は、二次空気流入量の増加に合わせて燃料噴射量を更に増量することにより、より多くのＨＣを後燃えさせることができる。このため、第１触媒５１をより迅速に暖機することができる。

以上説明した実施の形態１では、吸着切換弁５６を備えた構成を例に説明したが、本発明では、吸着切換弁５６はなくてもよい。また、ＨＣ吸着材５２と第２触媒５７とが一体化されていてもよい。すなわち、ＨＣ吸着材５２および第２触媒５７に代えて、下層に吸着材、上層に三元触媒を備えた吸着浄化型触媒を設けた構成になっていてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、第１触媒５１が前記第１の発明における「触媒」に、ＨＣ吸着材５２が前記第１の発明における「吸着材」に、冷却水温が前記第７の発明における「代表温度」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ２０が、図４のルーチンを実行することにより前記第１の発明における「供給禁止手段」が、図４のルーチンを実行することにより前記第１、第２および第３の発明における「供給開始タイミング制御手段」が、図５に示すマップに基づいてＨＣ排出量を算出することにより前記第７の発明における「ＨＣ量推定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ２０に、後述する図８および図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

実施の形態１の説明で既述した通り、図１に示すシステムによれば、ＨＣ吸着と、二次空気供給による触媒暖機促進とを組み合わせることにより、内燃機関１０の始動後に大気中へＨＣを放出することを確実に抑制することができる。本実施形態では、万一の故障により、ＨＣ吸着と二次空気供給との一方が実行できない場合に、他方の機能を最大限に活用することにより、エミッションの悪化を最小限に抑制することを目的としている。

具体的には、二次空気供給装置６０が故障した場合には、ＨＣ吸着期間を延長することとした。二次空気供給装置６０の故障によって二次空気が供給できない場合には、第１触媒５１の暖機が完了するタイミングが遅延する。このため、ＨＣ吸着を通常のタイミングで終了すると、その時点では第１触媒５１の暖機が完了していない可能性が高く、ＨＣを大気中に放出するおそれがある。本実施形態では、このような場合に、ＨＣ吸着期間を延長することにより、ＨＣ吸着材５２の能力を最大限に活用し、より多くのＨＣをＨＣ吸着材５２に吸着させることができる。

また、本実施形態では、吸着切換弁５６の故障によりＨＣ吸着が実行できないと判定された場合には、二次空気の供給開始タイミングを制御することなく、直ちに二次空気の供給を開始することとした。更に、触媒暖機燃料増量の増量値を、通常時より拡大させることとした。これらの処理により、第１触媒５１を可能な限り早期に暖機し、ＨＣを第１触媒５１で浄化できる状態を一刻も早く達成することとした。

［実施の形態２における具体的処理］
図８および図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ２０が実行するルーチンのフローチャートである。これらのルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。以下、図８および図９において、図３および図４に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図８は、実施の形態２におけるＨＣ吸着制御のルーチンである。本ルーチンは、図３に示すルーチンと比べ、ステップ１０２と１０４との間にステップ１４０および１４２が挿入されていること以外は同様である。図８に示すルーチンのステップ１００において車両のイグニッションスイッチがオンになっていると判定され、続くステップ１０２で冷却水温ethwが所定値α未満であると判定された場合には、次に、二次空気供給装置６０が正常であるか否かが判別される（ステップ１４０）。ＥＣＵ２０は、例えばエアポンプ６８の駆動電流等に基づいて、二次空気供給装置６０の故障の有無を監視している。

上記ステップ１４０で、二次空気供給装置６０が正常であると判定された場合には、ステップ１０４以下の処理が実施の形態１と同様に実行される。すなわち、積算吸入空気量が判定値Ａに達するまで、ＨＣ吸着が実行され（ステップ１０８）、積算吸入空気量が判定値Ａに達すると、吸着切換弁５６が開とされ、ＨＣ吸着を終了する（ステップ１０６）。

一方、上記ステップ１４０で、二次空気供給装置６０に異常が認められた場合には、次に、上記判定値Ａが、所定値Ｃだけ大きい値に補正される（ステップ１４２）。そして、この補正後の判定値Ａを用いて、ステップ１０４以下の処理が実行される。この場合には、判定値Ａが大きい値に補正されているので、ＨＣ吸着を終了するタイミングが遅くなる。つまり、ＨＣ吸着期間が延長される。

上述した図８に示すルーチンの処理によれば、二次空気供給装置６０の故障により、第１触媒５１の暖機が遅れる場合には、ＨＣ吸着期間を延長することができる。これにより、ＨＣ吸着材５２の能力を最大限に活用し、より多くのＨＣをＨＣ吸着材５２に吸着させることができる。よって、二次空気供給装置６０が万一故障した場合であっても、エミッションの悪化を最小限に抑制することができる。

図９は、実施の形態２における二次空気供給制御のルーチンである。本ルーチンは、図４に示すルーチンと比べ、ステップ１２０と１２２との間にステップ１４４および１４６が挿入されていること以外は同様である。このルーチンのステップ１２０で、内燃機関１０の始動後であると判定された場合には、次に、ＨＣ吸着が正常に実行されているか否かが判別される（ステップ１４４）。このステップ１４４の処理は、例えば次のようにして行うことができる。吸着切換弁５６の動作を検出するストロークセンサ（図示せず）を設け、このストロークセンサにより、吸着切換弁５６が閉じていることが検出された場合には、ＨＣ吸着が正常に実行されていると判定でき、吸着切換弁５６が開いていることが検出された場合には、吸着切換弁５６が故障しており、ＨＣ吸着を実行できない状態になっていると判定できる。

上記ステップ１４４で、ＨＣ吸着が正常に実行されていると判定された場合には、ステップ１２２以下の処理が実施の形態１と同様に実行される。すなわち、内燃機関１０からの積算ＨＣ排出量が判定値βを超えるまでは二次空気の供給が禁止され（ステップ１２６）、積算ＨＣ排出量が判定値βを超えた後、二次空気の供給が開始される（ステップ１２８）。

これに対し、上記ステップ１４４で、故障のためにＨＣ吸着が実行できない状態であると判定された場合には、触媒暖機燃料増量の増量値を拡大方向に補正するためのフラグがセットされる（ステップ１４６）。そして、積算ＨＣ排出量が判定値βを超えるのを待つことなく、直ちに二次空気の供給が開始される（ステップ１２８）。

何れの場合においても、二次空気の供給は、実施の形態１と同様に、積算吸入空気量が所定値Ｂに到達するまでの間、実行される。

上述した図９に示すルーチンによれば、内燃機関１０の始動時に、故障のためにＨＣ吸着が実行できないと判定された場合には、第１触媒５１の暖機を促進するための二次空気の供給を直ちに開始することができる。このため、第１触媒５１を可能な限り早期に暖機することができるので、ＨＣ吸着の実行不能に起因するエミッションの悪化を最小限に抑制することができる。更に、本実施形態では、ＨＣ吸着を実行できない場合には、触媒暖機燃料増量の増量値を拡大方向へ補正することにより、後燃えさせるＨＣを増大させることができる。これにより、排気ガス温度を更に上昇させることができ、第１触媒５１を更に早期に暖機することができる。

なお、上述した実施の形態２においては、吸着切換弁５６が前記第８および第９の発明における「切換弁」に相当している。また、ＥＣＵ２０が、上記ステップ１４４の処理を実行することにより前記第８の発明における「切換弁の故障を判定する手段」が、図９に示すルーチンの処理を実行することにより前記第８の発明における「二次空気の供給を直ちに開始させる手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第９の発明における「吸着終了タイミング制御手段」が、上記ステップ１４０の処理を実行することにより前記第９の発明における「二次空気供給装置の故障を判定する手段」が、図８に示すルーチンの処理を実行することにより前記第９の発明における「タイミングを通常時より遅くする手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１とほぼ同様であるが、本実施形態の内燃機関１０は、ガソリンとアルコール（例えばエタノール）とが任意の割合で混合された混合燃料によって運転可能であるものとする。また、本実施形態のシステムは、内燃機関１０に供給される燃料のアルコール濃度を検出する燃料性状センサ７２を備えている。燃料性状センサ７２は、例えば燃料の静電容量、屈折率、吸光度などを検出することにより、ガソリンとアルコールとの混合燃料中のアルコール濃度を測定可能な構成となっている。この燃料性状センサ７２は、燃料タンクあるいは燃料供給経路に設置される。

本実施形態におけるＨＣ吸着制御は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。以下、本実施形態における二次空気供給制御について説明する。

図１０は、本実施形態における二次空気供給開始タイミングの制御方法を説明するための図である。図１０中、上のグラフは、内燃機関１０の始動後の推定空燃比Ａ／Ｆの経時変化を示しており、下のグラフは、燃料増量総計値Ｒの経時変化を示している。推定空燃比Ａ／Ｆとは、エアフローメータ４４で検出された吸入空気量を燃料噴射量で除して算出される値である。つまり、推定空燃比Ａ／Ｆは、内燃機関１０の燃焼空燃比を計算で求めた値である。燃料増量総計値Ｒとは、各種の燃料増量制御の増量値を総計した値である。

前述したように、内燃機関１０の始動時には、燃料の気化不足を補うためなどの燃料増量が行われる。それらの増量値の合計である燃料増量総計値Ｒは、図１０に示すように、始動時に最も大きな値を示し、その後、減少していく。燃料増量総計値Ｒが減少すると、燃料噴射量が減少する。このため、図１０に示すように、推定空燃比Ａ／Ｆは、始動時には理論空燃比より大幅に小さい値（理論空燃比より大幅にリッチ）になっており、その後、推定空燃比Ａ／Ｆは、増大し、理論空燃比に近づいていく。

内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は、燃焼空燃比と相関するので、推定空燃比Ａ／Ｆとも精度良く相関する。推定空燃比Ａ／Ｆが小さいほど（つまりリッチであるほど）、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は高濃度であると判定できる。一方、推定空燃比Ａ／Ｆが所定の値（例えば、燃料がガソリンである場合には、１３〜１４程度）を超えれば、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は比較的低濃度であると判定できる。図１０中の判定値Ｄは、その判定を行うために設定された値である。すなわち、内燃機関１０の始動後、推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えれば、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は、始動直後のピークを超え、比較的低いレベルに落ち着くと判定することができる。そこで、本実施形態では、推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄに達した時点（図１０中の時刻ｔ₀）から、所定のディレイ時間ｄだけ後の時点（図１０中の時刻ｔ₁）で、二次空気の供給を開始することとした。

上記ディレイ時間ｄとは、内燃機関１０の作動ガスが吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を経て排出されるまでの行程遅れと、内燃機関１０から排出された排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過するまでの輸送遅れとに基づいて、予め設定される値である。推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄに達してからディレイ時間ｄが経過した時点では、ＨＣ排出量がピークを呈する付近の排気ガスがＨＣ吸着材５２を通過し終えたと判定することができる。従って、その時点で二次空気の供給を開始することにより、実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、燃料性状センサ７２で検出されるアルコール濃度に応じて、上記判定値Ｄを補正することとした。ガソリンとアルコールとでは、理論空燃比の値が異なる。よって、ガソリンとアルコールとの混合燃料の理論空燃比は、そのアルコール濃度に応じて変化する。このため、判定値Ｄの適切な値も、燃料のアルコール濃度に応じて変化する。本実施形態によれば、燃料性状センサ７２で検出されるアルコール濃度に応じて判定値Ｄを補正することにより、内燃機関１０に供給される燃料のアルコール濃度にかかわらず、二次空気の供給を最適なタイミングで開始することができる。

［実施の形態３における具体的処理］
図１１は、実施の形態３における二次空気供給制御のルーチンである。本実施形態は、前述した図４に示すルーチンに代えて、図１１に示すルーチンをＥＣＵ２０に実行させることにより、実現することができる。本ルーチンは、図４に示すルーチンと比べ、ステップ１２２が削除され、ステップ１５０〜１５６が追加されている。

図１１のルーチンのステップ１２０で、内燃機関１０の始動後であると判定された場合には、次に、内燃機関１０に供給されている燃料のアルコール濃度が燃料性状センサ７２により検出される（ステップ１５０）。次いで、その検出されたアルコール濃度に基づいて、二次空気の供給開始を判定するための判定値Ｄを補正する処理が実行される（ステップ１５２）。アルコールの理論空燃比（エタノールの場合、９程度）は、ガソリンの理論空燃比（１４．７）よりも小さい。このため、上記ステップ１５２では、燃料のアルコール濃度が高い場合ほど判定値Ｄが小さくなるように、所定のマップに基づいて判定値Ｄが補正される。

上記ステップ１５２の処理に続いて、推定空燃比Ａ／Ｆが補正後の判定値Ｄを超えたか否かが判別される（ステップ１５４）。その結果、推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えていない場合には、最適な二次空気供給開始タイミングは、未だ到来していないと判断できる。そこで、この場合には、二次空気の供給は開始されない（ステップ１２６）。

一方、上記ステップ１５４で推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えていた場合には、次に、推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えてから、前述した所定のディレイ時間ｄが経過したか否かが判別される（ステップ１５６）。推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えてからディレイ時間ｄが経過していない時点では、最適な二次空気供給開始タイミングは、未だ到来していないと判断できる。そこで、この場合には、二次空気の供給は開始されない（ステップ１２６）。

これに対し、上記ステップ１５６で、推定空燃比Ａ／Ｆが判定値Ｄを超えてからディレイ時間ｄが経過したと判定された場合には、最適な二次空気供給開始タイミングが到来していると判断できる。そこで、この場合には、ステップ１２４の判断を経た上で、二次空気の供給が開始される（ステップ１２８）。なお、二次空気の供給は、ステップ１２４の処理により、積算吸入空気量が所定値Ｂに達した時点で終了される。

以上説明した実施の形態３のように、本発明では、内燃機関１０から出るＨＣ量自体でなく、このＨＣ量と相関する値（本実施形態では、推定空燃比Ａ／Ｆ）に基づいて、二次空気の供給開始タイミングを制御するようにしてもよい。この場合でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、本実施形態によれば、燃料性状（本実施形態では、アルコール濃度）を検出し、その検出された燃料性状に基づいて判定値Ｄを補正することにより、二次空気の供給開始タイミングを補正することができる。このため、内燃機関１０に供給される燃料の性状が変化した場合であっても、それに応じて、二次空気の供給開始タイミングを最適に制御することができる。

なお、本実施形態では、燃料性状センサ７２によって燃料性状を直接に検出しているが、空燃比フィードバック制御の学習値などに基づいて燃料性状を検出するようにしてもよい。また、燃料性状としては、アルコール濃度に限らず、燃料の重質度などを検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、推定空燃比Ａ／Ｆに基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御しているが、燃料噴射量（燃料増量総計値Ｒ）に基づいて二次空気の供給開始タイミングを制御することもできる。すなわち、図１０に示すように、内燃機関１０の始動後、燃料増量総計値Ｒが所定の判定値Ｅより小さくなったときには、内燃機関１０から出る排気ガスのＨＣ濃度は、始動直後のピークを超え、比較的低いレベルに落ち着くと判定することができる。従って、燃料増量総計値Ｒが上記判定値Ｅ以下になった後、前述したディレイ時間ｄを経過した時点から、二次空気の供給開始タイミングを制御するようにした場合であっても、同様の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態３においては、推定空燃比Ａ／Ｆあるいは燃料増量総計値Ｒ（燃料噴射量）が前記第１の発明における「相関する値」に、燃料性状センサ７２が前記第１０の発明における「燃料性状検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ２０が、上記ステップ１５２および１５４の処理を実行することにより前記第１０の発明における「補正する手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。本発明の実施の形態１におけるＨＣ吸着制御および二次空気供給制御について説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。内燃機関の始動時からの単位時間当たりのＨＣ排出量の経時変化を示すマップである。判定値βを算出するためのマップである。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。本発明の実施の形態３における二次空気供給開始タイミングの制御方法を説明するための図である。本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０内燃機関
１２燃料インジェクタ
１４ダイヤフラム機構
１６負圧供給通路
１８三方電磁弁
２６吸気枝管
３０気筒
４０吸気系
４１吸気通路
４３エアクリーナ
４４エアフローメータ
４６水温センサ
４７クランクポジションセンサ
５０排気系
５１第１触媒
５２ＨＣ吸着材
５３通路
５４排気通路
５５バイパス通路
５６吸着切換弁
５７第２触媒
６０二次空気供給装置
６１二次空気供給通路
６２エアスイッチングバルブ
６３リードバルブ
６４圧力センサ
６５負圧供給通路
６６電磁弁
６７分配管
６８エアポンプ
６９エアクリーナ
７２燃料性状センサ

Claims

内燃機関の排気系に配置された触媒と、
前記触媒より下流側の排気系に配置され、排気ガス中のＨＣを吸着する機能を有する吸着材と、
前記触媒より上流側の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
前記内燃機関の始動時に前記二次空気の供給を禁止する供給禁止手段と、
前記内燃機関の始動後に前記二次空気の供給を開始するタイミングを、前記内燃機関から出るＨＣ量またはこれと相関する値に基づいて制御する供給開始タイミング制御手段と、
を備え、
前記相関する値は、その時点での燃料増量制御の増量値の合計である燃料増量総計値、または、前記内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とから推定される推定空燃比であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記供給開始タイミング制御手段は、前記内燃機関の始動時から、燃焼空燃比が理論空燃比付近の所定値を超えるまで、の間に前記内燃機関から出た排気ガスが前記吸着材を通過し終えるタイミングで前記二次空気の供給を開始させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関の始動時のＨＣ排出特性は、始動直後にピークを呈し、
前記供給開始タイミング制御手段は、前記ピークの付近の排気ガスが前記吸着材を通過し終えるタイミングで前記二次空気の供給を開始させることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記ＨＣ量は、前記内燃機関から出るＨＣの量を始動時から積算した積算値であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関の代表温度に基づいて前記ＨＣ量を推定するＨＣ量推定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関から出る排気ガスを前記吸着材に流す状態と流さない状態とを切り換える切換弁と、
前記切換弁の故障を判定する手段と、
前記内燃機関の始動時に、前記切換弁の故障によって排気ガスを前記吸着材に流せないことが判定された場合に、前記二次空気の供給を直ちに開始させる手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関から出る排気ガスを前記吸着材に流す状態と流さない状態とを切り換える切換弁と、
前記内燃機関の始動後、所定のＨＣ吸着終了条件が成立したときに、前記切換弁を切り換えることによってＨＣの吸着を終了させる吸着終了タイミング制御手段と、
前記二次空気供給装置の故障を判定する手段と、
を備え、
前記吸着終了タイミング制御手段は、前記二次空気供給装置が故障していると判定されている場合にＨＣの吸着を終了させるタイミングを通常時より遅くする手段を含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段を備え、
前記供給開始タイミング制御手段は、前記燃料性状検出手段の検出結果に基づいて、前記二次空気の供給を開始するタイミングを補正する手段を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。