JP5831289B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機および二次エアポンプを備えた車両用の制御装置に関する。

近年、燃費低減を図るべくエンジンの排気量を小さく（ダウンサイジング）する傾向にある。そして、ダウンサイジングによるエンジン出力の低下分を、過給機で補うことが主流になりつつある。過給機とは、エンジンの排気エネルギ（排気の流速エネルギおよび熱エネルギ）によりタービンを回転させ、このタービンの回転によりコンプレッサを駆動させて吸気を過給するものである。

この種の過給機を備えた車両は、加速走行開始から過給効果が現れるまでの時間遅れ（ターボラグ）により、加速性が悪化するという問題を有する。これに対し特許文献１記載の制御装置では、電動の二次エアポンプを減速走行時に駆動させ、タービン上流に二次エアを供給する。これにより、減速走行時のタービン回転速度を二次エア供給により高速のまま維持させて、次回に再加速させる時のターボラグ抑制を図っている。

特開２００７−９２６７６号公報

ところで、近年では、アイドルストップシステム搭載の車両やハイブリッド車両が普及してきており、エンジンを自動始動させた直後において、ターボラグを抑制して加速性向上を図るニーズが増大してきている。しかしながら、上記従来の制御装置は、一時的に減速走行している時に、二次エアを供給してタービン回転をアシストすることを想定したものであり、エンジン始動直後のターボラグ抑制に対応できるものではない。しかも、上述したダウンサイジングエンジンの場合、排気エネルギが小さいため、ターボラグの問題が顕著になる。よって、エンジン始動直後におけるターボラグ抑制のニーズは、益々増大してきている。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、エンジン始動直後において、ターボラグ抑制による加速性向上を可能にした車両用制御装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の発明は以下の点を特徴とする。すなわち、エンジンの排気エネルギにより回転するタービン、およびタービンの回転により駆動してエンジンの吸気を過給するコンプレッサを有する過給機と、電動モータにより駆動して、排気通路のうちタービンの上流側に二次エアを供給する二次エアポンプと、排気を浄化する触媒装置と、が搭載された車両に適用され、エンジン回転速度がゼロまたは所定値未満である時に、現時点から所定時間内に車両を加速走行させるか否かを予測する加速予測手段と、加速予測手段により加速走行させると予測した場合に、その加速走行に先立ち電動モータを駆動させて二次エアを供給するよう制御する加速走行時制御手段と、加速走行時制御手段により二次エアを供給する時に、エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させる燃料増量制御手段と、を備える。そして、燃料増量制御手段により増量された燃料の排ガスが排気通路に達するタイミングを排ガス到達タイミングと呼び、排気通路へ供給される二次エアの供給圧力が所定圧以上になるタイミングを二次エア供給タイミングと呼ぶ場合において、加速走行時制御手段は、排ガス到達タイミングと二次エア供給タイミングとのずれ量が所定未満となるよう、電動モータの駆動開始タイミングを制御することを特徴とする。
また、上記目的を達成する第２の発明は以下の点を特徴とする。すなわち、エンジンの排気エネルギにより回転するタービン、およびタービンの回転により駆動してエンジンの吸気を過給するコンプレッサを有する過給機と、電動モータにより駆動して、排気通路のうちタービンの上流側に二次エアを供給する二次エアポンプと、排気を浄化する触媒装置と、が搭載された車両に適用され、エンジン回転速度がゼロまたは所定値未満である時に、現時点から所定時間内に車両を加速走行させるか否かを予測する加速予測手段と、加速予測手段により加速走行させると予測した場合に、その加速走行に先立ち電動モータを駆動させて二次エアを供給するよう制御する加速走行時制御手段と、加速走行時制御手段により二次エアを供給する時に、エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させる燃料増量制御手段と、触媒装置の温度が触媒活性化温度未満である場合に、電動モータを駆動させて二次エアを供給する触媒暖機時制御手段と、を備える。そして、燃料増量制御手段は、触媒暖機時制御手段により二次エアを供給する時にも、エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させ、加速走行時制御手段は、触媒装置の温度が触媒活性化温度に達している場合であっても、触媒装置が所定の上限温度を超えないことを条件として、二次エアの供給を実施することを特徴とする。

上記第１の発明および第２の発明によれば、エンジン回転速度がゼロまたは所定値未満の状態から加速走行させるにあたり、その加速走行に先立ち二次エアポンプを駆動させるので、ターボラグ抑制による加速性向上を図ることができる。そのため、例えばアイドルストップシステム搭載の車両やハイブリッド車両において、エンジンを自動始動させた直後に加速走行させる場合であっても、その加速走行に先立ち二次エアが供給され、ターボラグ抑制による加速性向上を図ることができる。

本発明の一実施形態において、車両用制御装置が搭載されるエンジンの吸排気系を説明する図。 図１のＥＣＵが実施する処理のベースルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図３および図４の処理を実施した場合の一態様を示すタイムチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図７の処理を実施した場合の一態様を示すタイムチャート。 図７のサブルーチンを示すフローチャート。 図７のサブルーチンを示すフローチャート。 図７のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図２のサブルーチンを示すフローチャート。 図２の処理を実施した場合において、発進加速時の一態様を示すタイムチャート。 図２の処理を実施した場合において、触媒暖機時の一態様を示すタイムチャート。

以下、本発明にかかる車両用制御装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン１０は、点火装置１１を備えた火花点火式エンジンであり、かつ、燃料噴射弁１２からの燃料を吸気管１３に噴射させるポート噴射式のエンジンである。排気管１４に設けられた触媒装置１５は基材に触媒を担持させて構成されており、前記触媒には、排気中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを酸化還元して浄化する三元触媒が採用されている。

過給機２０は、タービン２１、コンプレッサ２２およびシャフト２３を備えて構成されている。タービン２１は、排気管１４に配置され、排気エネルギにより回転する。ここで言う排気エネルギとは、排気の流速エネルギおよび熱エネルギのことであり、排気温度が高いほど、また、排気流速が速いほど、排気エネルギは大きくなり、タービン回転速度が速くなる。コンプレッサ２２は、吸気管１３に配置されるとともに、シャフト２３によりタービン２１と連結されることにより、タービン２１の回転により駆動して吸気管１３内の吸気を圧縮（過給）する。

排気管１４のうちタービン２１の上流側部分には、二次エア供給配管３１が接続されている。そして、電動モータ３２により駆動する二次エアポンプ３３は、外気を吸入して二次エア供給配管３１へ送り出し、排気管１４の内部（排気通路）へ二次エアとして供給する。なお、二次エア供給配管３１には、電動バルブ３４が備えられている。二次エアポンプ３３の停止時には、電動バルブ３４を閉弁作動させて、二次エア供給配管３１を排気が逆流することを防止する。一方、二次エアポンプ３３の駆動時には開弁作動させる。

二次エアを供給すると、排気管１４内の酸素量が増大するため、ＨＣやＣＯが酸素と（二次エア）反応（酸化反応）することが促進され、その反応熱が増大する。その結果、触媒温度の上昇が促進され、触媒装置１５の暖機を早期に完了させることを促進できる。したがって、触媒温度が所定の活性温度（例えば５００℃）未満であれば、二次エア供給による暖機運転が実施される。また、二次エアを供給すると、先述した反応熱が増大することに加え、排気の流速も増大する。したがって、排気エネルギが増大することにより、タービン２１の回転速度が上昇し、ひいては、過給効果が促進される。

ＥＣＵ４０（電子制御ユニット）には、各種センサ４１〜４８からの検出値が入力され、これらの検出値に基づきＥＣＵ４０は、点火装置１１、燃料噴射弁１２、電動スロットルバルブ１６、二次エアポンプ３３の電動モータ３２、および電動バルブ３４の作動を制御する。なお、センサ４１〜４８は、順に、エアフロメータ、冷却水温センサ、クランク角センサ、空燃比センサ、触媒温度センサ、ブレーキセンサ、アクセルセンサ、車速センサである。

エンジン１０は、アイドルストップ機能を有する。すなわち、車速ゼロ、アクセルペダル開放（加速意思なし）、ブレーキペダル踏み込み（停車意思あり）等の自動停止条件を満たした場合に、エンジン１０を自動的に停止させる。また、ブレーキペダル開放（停車意思なし）、アクセルペダル踏み込み（加速意思あり）等の自動始動条件を満たした場合に、エンジン１０を自動的に始動させる。

次に、二次エアポンプ３３および燃料噴射弁１２の作動を制御（コントロール）する手順について、図２〜図１４を用いて説明する。なお、これらの処理は、ＥＣＵ４０が有するマイクロコンピュータにより実行されるものである。

図２に示すベースルーチンは、所定周期（例えば４ｍｓ周期）で繰り返し実行される。先ず、ステップＳ１０で、イグニッションスイッチのオン作動時にイニシャライズ処理が行なわれる。イニシャライズ処理では、後述する許可判定フラグ、並びにカウンタをそれぞれゼロにセットする（xcatwarm＝０、xcatot＝０、xstacc＝０、c2air＝０、・・・）。

次に、ステップＳ２０では、触媒温度に基づき、触媒の早期暖機を許可するか否かを判定し、ステップＳ３０では、触媒温度が許容限界を超えるか否かを判定する。これらによって触媒の状態を判定する。

続くステップＳ４０（加速予測手段）では、発進加速時の加速不良（ターボラグ）を改善するため、発進加速へと状態遷移する状況にあるか否かによって、発進加速補正を許可するか否かを判定する。換言すれば、現時点から所定時間以内にアクセルペダルを踏み込んで加速走行するか否かを予測し、加速走行すると予測した場合には、発進加速へと状態遷移する状況にあるとみなして、発進加速補正を許可するように判定する。

続くステップＳ５０では、ステップＳ２０〜Ｓ４０の判定結果に基づき、二次エアポンプ３３の駆動を開始するタイミングを演算する。続くステップＳ６０（加速走行時制御手段、触媒暖機時制御手段）では、二次エアポンプ３３を駆動させるか否かを判定する。つまり、ステップＳ４０にて加速走行すると予測し、発進加速補正を許可している場合には、二次エアポンプ３３を駆動させると判定する。

続くステップＳ７０では、ステップＳ６０の判定結果およびステップＳ５０の演算結果に基づき、二次エアポンプ３３の駆動を制御する。続くステップＳ８０（燃料増量制御手段）では、二次エアポンプ３３の駆動に伴う燃料増量補正を実施する。つまり、加速走行時制御手段により二次エアを供給する場合、或いは、触媒暖機運転の要求に伴い二次エアを供給する場合に、燃料増量補正を実施する。なお、ステップＳ８０の処理が終了した後は、ステップＳ１０によるイニシャライズ処理を避け、ステップＳ２０以降の処理を繰り返し実行する。

図３に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の触媒早期暖機許可判定（Ｓ２０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば６４ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図３中のステップＳ２１で、触媒温度センサ４５により検出された触媒温度cattを読み込む。なお、触媒温度センサ４５の検出値に替えて、エンジン運転状態として、エンジン回転速度と負荷、排気の空燃比等に基づき触媒温度cattを推定してもよい。或いは、触媒温度cattと相関の高い物理量を、触媒温度cattに替えて用いるようにしてもよい。

続くステップＳ２２では、触媒温度cattが所定温度αより低いか否かを判定する。所定温度αは、触媒が活性したと判断できる温度（触媒活性温度）とし、例えばα=５００℃に設定する。触媒温度が活性温度αより低いと判定された場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、次のステップＳ２３で、触媒早期暖機許可フラグを成立させる（xcatwarm＝１）。一方、触媒温度が活性温度αに達していると判定された場合（Ｓ２２：ＮＯ）、次のステップＳ２４で、触媒早期暖機許可フラグを不成立とする（xcatwarm＝０）。

図４に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の触媒温度許容限界判定（Ｓ３０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば３２ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図４中のステップＳ３１で、図３のステップＳ２１と同様にして触媒温度cattを読み込む。続くステップＳ３２では、触媒温度cattが所定温度βより高いか否かを判定する。所定温度βは、触媒を焼損させない最大の温度（触媒保護限界温度）とし、例えばβ=８５０℃（β＞α）に設定する。触媒温度が触媒保護限界温度βより高いと判定された場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、次のステップＳ３３で、触媒温度許容限界フラグを成立させる（xcatot＝１）。一方、触媒温度が触媒保護限界温度βより高くないと判定された場合（Ｓ３２：ＮＯ）、次のステップＳ３４で、触媒温度許容限界フラグを不成立とする（xcatot＝０）。

次に、図３、図４により設定される触媒早期暖機許可フラグxcatwarmおよび触媒温度許容限界フラグxcatotの挙動を、図５を用いて説明する。エンジン始動直後において、触媒温度cattが触媒活性温度αに到達するまでは、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが成立し、触媒活性温度αに到達した後は、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが不成立となる。また、触媒温度が上昇していき、触媒保護限界温度βを超えると、触媒温度許容限界フラグxcatotが成立し、触媒保護限界温度βを超えない限りは、触媒温度許容限界フラグxcatotは成立しない。

図６に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の発進加速補正許可判定（Ｓ４０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図６中のステップＳ４１で、クランク角センサ４３の検出値に基づき算出されるエンジン回転速度neと、車速センサ４８により検出された車速信号spdと、ブレーキセンサ４６により検出されたブレーキ信号xbrkを読み込む。続くステップＳ４２では、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが成立しているか否かを判定し、成立している場合は、続くステップＳ４３で始動完了状態にあるか否かを判定する。例えば、エンジン回転速度neが所定の回転速度γ（例えば５００ｒｐｍ）を超えたか否かで、始動完了状態を判定する。

触媒早期暖機許可フラグが成立し（xcatwarm＝１）、かつ、始動完了状態にある（ne＞γ）と判定された場合は、ステップＳ４７にて、発進加速補正許可フラグを成立させる（xstacc＝１）。これは、通常の冷間始動における触媒早期暖機時に該当する。

一方、触媒早期暖機許可フラグが不成立である（Ｓ４２：ＮＯ）、または、始動完了状態にないと判定（Ｓ４３：ＮＯ）された場合は、次のステップＳ４４で、車速が所定値Ｘ未満であるか否かを判定する。所定値Ｘは、０ｋｍ／ｈに近い値に設定する。

続くステップＳ４５、Ｓ４６で、ブレーキ信号の前回値がxbrk[i-1]＝１であり、かつ、今回値がxbrk＝０である場合、すなわち、ブレーキＯＮ→ＯＦＦになる場合を判定し、いずれも肯定判定された場合（Ｓ４５：ＹＥＳ、Ｓ４６：ＹＥＳ）、ステップＳ４７にて発進加速補正許可フラグを成立させる（xstacc＝１）。

ステップＳ４４〜Ｓ４６のうち、いずれか１つが不成立である場合は、ステップＳ４８にて発進加速補正許可フラグを保持させる（xstacc＝xstacc[i-1]）。これは、アイドルストップ実行中から、ブレーキがＯＮ→ＯＦＦされたタイミングでアイドルストップが解除される時に該当する。要するに、車速が所定値Ｘ未満でありブレーキＯＮ→ＯＦＦのタイミングであれば、現時点から所定時間内に車両を加速走行させると予測して、発進加速補正許可フラグを成立させる。

図７に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の二次エアポンプ駆動タイミング演算（Ｓ５０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図７中のステップＳ５１、Ｓ５２で、発進加速補正許可フラグの前回値がxstacc[i-1]＝０であり、かつ、今回値がxstacc＝１である場合、すなわち、発進加速補正許可フラグがＯＦＦ→ＯＮへ成立したタイミングを判定したときにステップＳ５３以降へ進み、それ以外のときには本ルーチンを終了する。

ステップＳ５３では、アイドルストップが解除された後に、燃料噴射弁１２より燃料の噴射が開始されるまでの時間を“ａ”として算出する。この時間ａは、アイドルストップ解除時のエンジン冷却水温に基づいて算出する（詳細は図９で後述）。次のステップＳ５４で、燃料噴射の開始から、最初に噴射された燃料の混合気が筒内で燃焼され、排気バルブから排出されるまでの時間を“ｂ”として算出する。この時間ｂは、排気バルブの開弁タイミングおよび噴射開始タイミングに基づいて算出する（詳細は図１０で後述）。

次のステップＳ５５で、二次エアポンプ３３が駆動を開始してから、二次エアが排気管１４に供給されるまでの時間を“ｃ”として算出する。この時間ｃは、二次エア流量特性と外気温度に基づいて算出する（詳細は図１１で後述）。

ステップＳ５６では、ステップＳ５３〜Ｓ５５の算出結果を用いて、アイドルストップを解除してから、二次エアポンプ３３が駆動を開始するまでの時間“ｄ”を、以下の通り算出する。つまり、時間ａおよび時間ｂを加算した値から、時間ｃを減算して得られた値を時間ｄとする（ｄ＝ａ＋ｂ−ｃ）。ステップＳ５７では、二次エアポンプ駆動開始カウンタc2air（ダウンカウンタ）に、ステップＳ５６で算出した時間ｄをセットする（c2air←d）。

次に、図７に示した一連の演算ルーチンを実施した場合の一態様を、図８を用いて説明する。

先ず、触媒温度cattが活性温度αに到達した後において、ｔ１時点でアクセルペダルを放し、ブレーキペダルを踏み込んだｔ２時点で車両が減速状態に移行する。その後、ｔ３時点で車速がゼロになって停車し、アイドルストップが実行されてエンジンが自動停止される。その後、ブレーキを放してブレーキＯＮ→ＯＦＦしたｔ４時点で、アイドルストップが解除されるとともに、発進加速補正許可フラグxstaccが成立し、その後のｔ５時点で、エンジンが自動始動されてエンジン回転速度が上昇を開始する。

このように、発進加速補正許可フラグxstaccが成立したｔ４時点から、燃料噴射弁１２より燃料噴射が開始されるｔ５ａ時点までの時間が、ステップＳ５３で算出される時間ａに相当する。また、ｔ５ａ時点（噴射開始時点）から、最初の燃焼ガスが排気バルブから排出されるｔ６ａ時点までの時間が、ステップＳ５４で算出される時間ｂに相当する。したがって、アイドルストップ解除したｔ４時点から、最初の燃焼ガスが排出されるｔ６ａ時点までの時間は、ａ＋ｂに相当する。

次に、二次エアポンプ駆動判定が成立したｔ６時点から、二次エアが排気管１４へ供給されるｔ６ａ時点までの時間、すなわち、二次エア供給配管３１を通って排気管１４へ供給されるまでの二次エア輸送遅れ時間が、ステップＳ５５で算出される時間ｃに相当する。

そして、最初の燃焼ガスが排気バルブから排出されるｔ６ａ時点から、二次エア輸送遅れ時間ｃだけ減算したタイミング（ｔ６時点）で、二次エアポンプ３３の駆動を開始する。これにより、最初の燃焼ガスが排気バルブから排出されるタイミングと二次エア供給タイミングを一致させている。つまり、ｔ６=ｔ６ａ−ｃで算出されるタイミング（ｔ６時点）で二次エアポンプ３３を駆動する。なお、アイドルストップ解除のｔ４時点から、二次エアポンプ３３の駆動を開始する（二次エアポンプ駆動判定を成立させる）までの時間ｄ（ｄ＝ａ＋ｂ−ｃ）を、図示していない二次エアポンプ駆動開始カウンタc2airにセットする。

このように、エンジンを始動させた直後に発進加速させる場合において、適切なタイミングで二次エアポンプ３３を駆動させることにより、排気エネルギを効率的に上昇させることができる。

つまり、本実施形態に反して二次エアポンプ３３の駆動が過剰に早い場合には、供給した二次エアが、排ガスと酸化反応することなく触媒装置１５へ供給される。すると、触媒温度の低下を招いてしまう。しかも、酸化反応熱による排気エネルギ上昇がなくなるので、タービン回転速度の上昇も不十分（過給不足）となり、車両の発進加速性が悪化する。

また、二次エアポンプ３３の駆動が過剰に遅い場合には、排気バルブから排出される最初の燃焼ガスが、二次エアと酸化反応することなく触媒装置１５へ流入する。すると、触媒装置１５の浄化能力を超えた濃度のＨＣやＣＯが触媒装置１５へ流入することとなり、触媒装置１５から流出する排気のエミッション悪化を招く。しかも、図２のステップＳ８０にて、二次エア供給分だけ燃料を増量補正しているので、排気エミッション悪化が顕著になる。

従って、排気と二次エアが排気管１４へ流入するタイミングを考慮することが重要であり、それにより、排気中のＨＣやＣＯと二次エアとの酸化反応を効率的に促進し、その結果、反応熱によって排気温度が上昇し、また、排気流量も増大されることで、排気エネルギを増大させられる。排気エネルギを増大できれば、タービン回転速度も上昇できるので、次の発進加速時のターボラグを改善することができる。

次に、図７中のステップＳ５３で示した、アイドルストップ解除から燃料噴射開始までの時間ａを演算するサブルーチンを、図９を用いて説明する。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図９中のステップＳ５３１で、冷却水温センサ４２により検出されたエンジン冷却水温thwを読み込む。続くステップＳ５３２では、アイドルストップ解除から燃料噴射開始までの時間ａを算出する。ここで、始動時のエンジン冷却水温に応じて、エンジンフリクション等が影響を受け、エンジン始動時間が決定される。そこで、パラメータに噴射開始までの時間ａと冷却水温との相関を予め試験して取得しておき、図９中の（ａ）に示す水温マップをＥＣＵ４０のメモリに記憶させておく。そして、ステップＳ５３１で取得した冷却水温thwに基づき、前記水温マップを参照して時間ａを算出する。

なお、この水温マップに記憶されている時間ａは、学習によって補正するようにしてもよい。例えば、車両停止状態から、ブレーキがＯＮ→ＯＦＦされたタイミングでアイドルストップが解除され、このとき、発進加速補正許可フラグが成立する。そして、発進加速補正許可フラグの成立をトリガとしてタイマを作動させ、噴射を開始するまでの時間を算出し、この時間を学習値として水温マップに記憶させる。

次に、図７中のステップＳ５４で示した、噴射開始から最初の排気排出までの時間ｂを演算するサブルーチンを、図１０を用いて説明する。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図１０中のステップＳ５４１で、燃料噴射弁１２に対して噴射開始を指令したタイミングを、噴射開始タイミングとして読み込む。続いてステップＳ５４２で、排気バルブの開弁タイミングを読み込む。続くステップＳ５４３では、噴射開始から排気バルブが開くまでの所要クランク角θを算出する。

ここで、ポート噴射式のエンジンにおいて、噴射開始タイミングが、吸気ＴＤＣを基準にＹ℃Ａ前に噴射したとし、排気バルブの開くタイミングが、吸気ＴＤＣを基準にＺ℃Ａ前に開いたとする（図１０（ａ）参照）。４サイクルエンジンの場合、１行程（吸入→圧縮→爆発→排気）には７２０℃Ａ要するので、噴射開始から排気バルブ開までの所要クランク角θは、θ＝Ｙ＋７２０−Ｚで算出される。

続くステップＳ５４４では、所要クランク角θを時間に変換することで、噴射開始から最初の排気排出までの時間ｂを算出する。エンジン回転速度をＮｒｐｍとすると、θ=６×Ｎ×（ｂ／１０００）の関係式が成り立つため、ｂ=（θ／（６×N））×１０００となる。これにより、噴射開始されてから排気バルブが開き最初の排気が排出されるまでの時間ｂが算出される。

なお、図１０（ｂ）に示すように、エンジン回転速度と所要クランク角とに関連付けられた所要時間ｂを、マップとしてＥＣＵ４０のメモリに予め記憶させておき、当該マップを参照することで所要時間ｂを算出してもよい。

次に、図７中のステップＳ５５で示した、二次エアポンプ駆動開始から二次エア供給までの時間ｃを演算するサブルーチンを、図１１を用いて説明する。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、ステップＳ５５１で、外気温thaを読み込む。続くステップＳ５５２で、外気温に基づき外気温補正係数kthaを算出する。例えば、外気温に関連付けて補正係数kthaをマップ（図１１（ａ）参照）に記憶させておき、当該マップを参照して補正係数kthaを算出する。これは、環境条件（外気温）によって、電動モータ３２等が影響を受けて、二次エアポンプ３３の吐出特性が変化し、それによって、二次エアポンプ３３の駆動開始から二次エア供給までの時間ｃが変化する。そのため、外気温をパラメータに、二次エア供給までの時間ｃの補正係数kthaがマッピングされている。

そして、常温（例えば２５℃）では、補正係数ktha＝１であり、常温における二次エア供給時間cbseが、二次エアポンプ駆動開始から二次エア供給までの時間のベース値である。続くステップＳ５５３で、二次エア供給時間のベース値cbseに、外気温による補正係数kthaを乗算して、時間ｃを算出する（ｃ←cbse×ktha）。ここで、ベース値cbseは、常温において、二次エアポンプが駆動されてから、二次エアが排気管１４へ供給されるまでの時間であり、二次エアポンプ３３の流量特性と二次エア供給配管３１の容積が既知であることから、予め分かっているものとする。

図１２に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の二次エアポンプ駆動判定（Ｓ６０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図１２中のステップＳ６１で、発進加速補正許可フラグxstaccが成立しているか否かを判定し、成立していない場合は、ステップＳ６９にて、二次エアポンプの駆動判定フラグを不成立（xpump＝０）とするが、成立している場合は、ステップＳ６２にて、触媒早期暖機許可フラグが成立しているか否かを判定する。

このステップＳ６２で、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが成立している場合は、ステップＳ６８にて、二次エアポンプ３３の駆動判定フラグを成立させる（xpump＝１）。これは、通常の冷間始動における触媒早期暖機時に該当し、触媒を活性温度まで上昇させるために、二次エアポンプ駆動判定を成立させる。

ステップＳ６２で、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが成立していない場合は、ステップＳ６３にて、前回値が成立していたか否かを判定する。xcatwarm[i-1]＝１であった場合は、ステップＳ６９にて、二次エアポンプ駆動判定フラグを不成立とする（xpump＝０）。これは、触媒早期暖機が完了した場合（xcatwarm＝１→０変化時）は二次エアポンプ３３の駆動を停止するものである。

ステップＳ６３で、xcatwarm[i-1]＝１でない場合は、ステップＳ６４へ進み、触媒温度許容限界フラグxcatotが、xcatot＝０であるか否かを判定し、xcatot＝０ならば、ステップＳ６５へ進む。一方、xcatot＝１ならば、これ以上二次エアを供給すると、触媒が焼損する恐れがあるとみなしてステップＳ６９へ進み、二次エアポンプ駆動判定フラグを不成立とする（xpump＝０）。

ステップＳ６５では、二次エアポンプ駆動開始カウンタc2airが、c2air＝０であるか否かを判定する。このカウンタはダウンカウンタであるため、まだc2air＝０になっていない間、すなわち、図７で算出した時間ｄが経過していない間は、二次エアポンプ３３の駆動判定を成立させない（ステップＳ６９のxpump＝０）。一方、c2air＝０になると、ステップＳ６６、Ｓ６７へ進む。

ステップＳ６６では、過給圧が所定値に到達したか否かを、例えば吸気管１３内の検出圧力に基づき判定する。過給機２０の過給動作によって、過給圧が上昇できたか否かを判定しており、まだ過給圧が所定値未満の間は、ステップＳ６７へ進む。一方、過給圧が所定値に到達した場合は、ステップＳ６９へ進み、二次エアポンプの駆動判定フラグを不成立とする（xpump＝０）。

ステップＳ６７では、二次エアポンプ３３の駆動判定フラグが成立してから所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、二次エアポンプ駆動判定を成立させたが、発進加速されなかったと判断できる時間とし、例えば、車両走行がゆるやかに加速された場合における過給圧の立ち上がりから、所定過給圧に到達するまでの時間に、ある一定のマージンを見込んだ時間とする。

このように、発進加速された場合は「過給圧が所定値に到達したか否か」、発進加速されなかった場合は「所定時間が経過したか否か」を判定する。そして、所定の過給圧に到達した場合、あるいは所定時間が経過した場合には、ステップＳ６９にて、二次エアポンプ３３の駆動判定を不成立とし（xpump＝０）、上記に該当しない場合には、ステップＳ６８にて、二次エアポンプ３３の駆動判定を成立させる。（xpump＝１）。要するに、エンジン始動後に発進加速されない場合には、過給圧は上昇しないので、この点を鑑み、過給圧ではなく所定時間経過するか否かで駆動判定している。

続くステップＳ６１０では、二次エアポンプ駆動開始カウンタc2airをカウントダウンする。ステップＳ６１１、Ｓ６１２では、このカウンタc2airが負値にならないように、０でガードを設けている。

図１３に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の二次エアポンプコントロール（Ｓ７０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図１３中のステップＳ７１で、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpが成立しているか否かを判定し、xpump＝１のときには二次エアポンプ３３をＯＮにし（ステップＳ７２）、xpump＝０のときには二次エアポンプ３３をＯＦＦにする（ステップＳ７３）。

ステップＳ７４、Ｓ７５で、二次エアポンプ駆動判定フラグの前回値がxpump[i-1]＝１であり、かつ、今回値がxpump＝０である場合、すなわち、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpがxpump＝１→０へ不成立になるタイミングを判定する。肯定判定された場合には、ステップＳ７６で、発進加速補正許可フラグをリセットさせ（xstacc＝０）、否定判定された場合には本ルーチンを終了する。

図１４に示すサブルーチンは、図２に示したベースルーチン中の二次エア用燃料増量コントロール（Ｓ８０）を行なう処理である。本ルーチンは、所定周期（例えば８ｍｓ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図１４中のステップＳ８１で、発進加速補正許可フラグxstaccが成立しているか否かを判定し、xstacc＝１の場合には燃料増量値をセットする（ステップＳ８２）。ここで、エンジン冷却水温に応じて燃料の気化状態が変化し、ウェット等により燃焼に寄与できない燃料が決定される。そこで、冷却水温をパラメータに燃料増量値を設定する（図１４（ａ）参照）。

さらに、このエンジン冷却水温に関連付けられた燃料増量値は、二次エアと酸化反応した後のＡ／Ｆが弱リーン（例えばＡ／Ｆ＝１６〜１７）になるように設定された値である。このように弱リーンに設定した場合、触媒装置１５に流入する前の段階で、排気中に含まれる有害ガス成分を大幅に低減できることが、本発明者らにより明らかとなっている。

一方、ステップＳ８１でxstacc＝０と判定された場合には、ステップＳ８３へ進み、燃料増量値をリセットする（ゼロにする）。このように、発進加速補正許可フラグxstaccに連動して、燃料増量値をセット／リセットしておけば、その後の噴射開始に合わせて、この燃料増量値で噴射するようにできるので、リッチ混合気が排出されているところに二次エアが供給される。そして、二次エアが停止するとき（xpump＝１→０）には、発進加速補正許可フラグもxstacc＝０になるので、燃料増量値をリセットしている（ゼロにする）。

次に、図２に示した一連の演算ルーチンを実施した場合の一態様を、図１５および図１６を用いて説明する。

図１５では、図８と同様にして、車両が減速状態に移行し、ブレーキＯＮにより車両停止し、アイドルストップが実行された後に、アイドルストップが解除されて発進加速状態に移行した場合を示している。なお、触媒温度cattが活性温度αに到達しており、触媒早期暖機許可フラグはxcatwarm＝０の状態である。

図１５において、アイドルストップが実行されている状態（車両停止中エンジン停止）から、ブレーキがＯＮ→ＯＦＦされたタイミング（ｔ４時点）で、アイドルストップが解除されるとともに、発進加速補正許可フラグxstaccが成立する。そして、xstacc＝１が成立したタイミングで、図７の演算ルーチンで求めた二次エアポンプ駆動開始カウンタc2airがセットされる（図１５（ｈ）参照）。また、xstacc＝１が成立しているときには、図１４の演算ルーチンで求めた二次エア用燃料増量値が設定される（図１５（ｇ）参照）。

二次エアポンプ駆動開始カウンタ値c2airがゼロになったタイミング（ｔ６時点）で、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpが成立し、このxpumpに連動して、二次エアポンプ３３がＯＮされる（図１５（ｉ）参照）。

その後、過給圧が上昇し、所定の過給圧に到達したｔ８時点で、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpを不成立とする。このｔ８時点で、発進加速補正許可フラグをリセットし（xstacc＝０）、二次エア用燃料増量値もリセットする。

図１６では、通常の冷間始動における触媒早期暖機時を示している。ｔ１０時点において、イグニッションスイッチのオン作動等によりエンジン始動されると、まだ触媒温度cattが活性温度αに到達していないので、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが成立する。

その後、ｔ１１時点でスタータモータを駆動させるスタータ信号がＯＮになると、クランキングによりエンジン回転速度が上昇する。このエンジン回転速度が所定値γに達したｔ１２時点で、エンジン始動が完了したと判定されると、発進加速補正許可フラグxstaccが成立する（図１６（ｇ）参照）。そして、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpが成立し（図１６（ｊ）参照）、このxpumpに連動して、二次エアポンプ３３がＯＮされる。

その後、触媒温度が上昇していき、触媒早期暖機許可フラグxcatwarmが不成立となると、xcatwarm＝１→０になったｔ１３時点で、二次エアポンプ駆動判定フラグxpumpを不成立とする（図１６（ｊ）参照）。このときに、発進加速補正許可フラグをリセットし（xstacc＝０）、二次エア用燃料増量値もリセットする（図１６（ｇ）（ｈ）参照）。

以上により、本実施形態によれば以下の効果が発揮される。

・図６の処理において、車速が所定値Ｘ未満の時に、ブレーキＯＮ→ＯＦＦに切り替わるとで、その時点（ｔ４時点）から所定時間内に車両を加速走行させると予測して、発進加速補正許可フラグを成立させる（xstacc＝１）。そして、アクセルペダルを踏み込んで加速走行を開始するｔ７時点に先立ち、二次エアポンプ３３を駆動させる。そのため、エンジン自動始動後にアクセルペダルを踏み込むｔ７時点では、タービン回転速度を予め上昇させておくことができるので、ターボラグを抑制でき、ひいては加速性を向上できる。また、運転者がイグニッションキーを操作する等によりエンジンが手動で始動する場合においても、二次エア供給による反応熱により触媒早期暖機を実施できる。

・本実施形態では、二次エアを供給する時には、燃料噴射量を増量補正して、エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させるので、排ガス中の未燃焼ＨＣを増加させ、その増加分のＨＣと二次エアとが酸化反応することとなる。よって、排気エネルギ増大によるタービン回転速度増大を図ることができ、かつ、二次エアを供給することにより触媒温度が低下してしまうことを回避できる。

・最初の燃焼ガスが排気バルブから排出される排ガス到達タイミングｔ６ａと、二次エア供給タイミングｔ６ａとが一致するよう、二次エアポンプ３３の駆動開始タイミングを制御している。そのため、二次エアが排ガスと酸化反応することなく触媒装置１５へ供給されることを回避できる。よって、触媒温度の低下を回避できるとともに、排気エネルギの上昇を促進させてターボラグ解消を促進できる。

・アイドルストップ解除から燃料噴射開始までの時間ａと、噴射開始から最初の排気排出までの時間ｂと、二次エアポンプ駆動開始から二次エア供給までの時間ｃとに基づき、二次エアポンプ３３の駆動開始タイミングを設定する。そのため、排ガス到達タイミングｔ６ａと、二次エア供給タイミングｔ６ａとが一致するよう、二次エアポンプ３３の駆動開始タイミングを制御することを、高精度かつ容易に実現できる。

・図１６に示すように触媒温度が活性化温度未満である場合には、二次エアを供給して反応熱により触媒暖機を促進させるが、図１５に示すように触媒温度が活性化温度に達している場合であっても、触媒温度が所定の上限温度（所定温度β）を超えないことを条件として二次エアの供給を実施する。よって、触媒暖機が不要な場合であっても、エンジンの自動始動直後に加速走行すると予測される場合には、二次エアの供給を実施して排ガスエネルギを増大させるので、触媒暖機の必要性とは無関係に、エンジン自動始動直後の加速性を向上できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、排ガス到達タイミングｔ６ａと二次エア供給タイミングｔ６ａと一致させているが、これらのタイミングのずれ量が所定量未満であれば、一致していなくてもよい。前記所定量とは、排気エミッションを所定値未満に抑えることができ、かつ、触媒温度を所定値以上に維持できる値である。つまり、排気エミッションを所定値未満に抑えることができ、かつ、触媒温度を所定値以上に維持できる範囲内であれば、排ガス到達タイミングｔ６ａと二次エア供給タイミングｔ６ａとはずれていてもよい。

・上記実施形態では、ブレーキＯＮ→ＯＦＦに伴いアイドルストップが解除された時点で、その解除時点から所定時間内に加速走行が為されると予測し、発進加速補正許可フラグを成立させる（xstacc＝１）。このように、アイドルストップが解除された時点で加速走行を予測することに替え、例えば、アイドルストップ解除後にエンジン回転速度が所定値に達した時点で加速走行が為されると予測してもよいし、アイドルストップ解除後にアクセル操作が為された時点で加速走行が為されると予測してもよい。要するに、加速走行の予測は上記実施形態に限られるものではなく、エンジン回転速度、アクセル操作、ブレーキ操作および車速の少なくとも１つに基づき加速走行の予測を行なってもよい。

・上記実施形態では、時間ａ＋時間ｂが時間ｃより長いことを前提に、二次エアポンプ３３の駆動開始タイミングを制御しているが、ａ＋ｂ＜ｃの場合には、発進加速補正許可フラグが成立（xstacc＝１）した時点で、直ぐに二次エアポンプ３３を駆動させることが望ましい。

１０…エンジン、２１…タービン、２２…コンプレッサ、２０…過給機、３２…電動モータ、３３…二次エアポンプ、Ｓ４０…加速予測手段、Ｓ６０…加速走行時制御手段。

Claims (4)

1. エンジン（１０）の排気エネルギにより回転するタービン（２１）、および前記タービンの回転により駆動して前記エンジンの吸気を過給するコンプレッサ（２２）を有する過給機（２０）と、
   電動モータ（３２）により駆動して、排気通路のうち前記タービンの上流側に二次エアを供給する二次エアポンプ（３３）と、
   排気を浄化する触媒装置（１５）と、
   が搭載された車両に適用され、
   エンジン回転速度がゼロまたは所定値未満である時に、現時点から所定時間内に車両を加速走行させるか否かを予測する加速予測手段（Ｓ４０）と、
   前記加速予測手段により加速走行させると予測した場合に、その加速走行に先立ち前記電動モータを駆動させて二次エアを供給するよう制御する加速走行時制御手段（Ｓ６０）と、
   前記加速走行時制御手段により二次エアを供給する時に、前記エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させる燃料増量制御手段（Ｓ８０）と、
   を備え、
   前記燃料増量制御手段により増量された燃料の排ガスが前記排気通路に達するタイミングを排ガス到達タイミング（ｔ６ａ）と呼び、前記排気通路へ供給される二次エアの供給圧力が所定圧以上になるタイミングを二次エア供給タイミング（ｔ６ａ）と呼ぶ場合において、
   前記加速走行時制御手段は、前記排ガス到達タイミングと前記二次エア供給タイミングとのずれ量が所定未満となるよう、前記電動モータの駆動開始タイミングを制御することを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記加速走行時制御手段は、
   前記加速予測手段により加速走行させると予測した時点（ｔ４）から、前記燃料増量制御手段により増量された燃料の噴射が開始される噴射開始時点（ｔ５ａ）までの時間（ａ）と、
   前記噴射開始時点から、増量された燃料による排ガスが前記排気通路に達する時点（ｔ６ａ）までの時間（ｂ）と、
   前記電動モータの駆動を開始した時点（ｔ６）から、二次エアの供給圧力が所定圧以上になる時点（ｔ６ａ）までの時間（ｃ）と、
   を推測し、その推測結果に基づき、前記ずれ量が所定未満となる前記駆動開始タイミングを設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. エンジン（１０）の排気エネルギにより回転するタービン（２１）、および前記タービンの回転により駆動して前記エンジンの吸気を過給するコンプレッサ（２２）を有する過給機（２０）と、
   電動モータ（３２）により駆動して、排気通路のうち前記タービンの上流側に二次エアを供給する二次エアポンプ（３３）と、
   排気を浄化する触媒装置（１５）と、
   が搭載された車両に適用され、
   エンジン回転速度がゼロまたは所定値未満である時に、現時点から所定時間内に車両を加速走行させるか否かを予測する加速予測手段（Ｓ４０）と、
   前記加速予測手段により加速走行させると予測した場合に、その加速走行に先立ち前記電動モータを駆動させて二次エアを供給するよう制御する加速走行時制御手段（Ｓ６０）と、
   前記加速走行時制御手段により二次エアを供給する時に、前記エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させる燃料増量制御手段（Ｓ８０）と、
   前記触媒装置の温度が触媒活性化温度未満である場合に、前記電動モータを駆動させて二次エアを供給する触媒暖機時制御手段（Ｓ６０）と、
   を備え、
   前記燃料増量制御手段は、前記触媒暖機時制御手段により二次エアを供給する時にも、前記エンジンで燃焼させる混合気中の燃料を増量させ、
   前記加速走行時制御手段は、前記触媒装置の温度が触媒活性化温度に達している場合であっても、前記触媒装置が所定の上限温度を超えないことを条件として、二次エアの供給を実施することを特徴とする車両用制御装置。
4. 前記加速予測手段は、エンジン回転速度、アクセル操作、ブレーキ操作および車速の少なくとも１つに基づき前記予測を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用制御装置。

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