JPH04365917A - 排気浄化装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの排気系に設け
られた触媒等排気浄化装置の制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気系に排気浄化のための触媒を設けた
エンジンにおいては、例えば特開平２−２０１０１４号
公報に記載されているように、エンジンにより駆動され
る２次エアポンプを設け、エンジンが低速低負荷を中心
とする所定運転領域にあるときに上記触媒に対し２次エ
アを供給し排気中の未燃焼成分（ＨＣ，ＣＯ）を再燃焼
させて浄化性能を高めるようにすることが従来から行わ
れている。また、この種のエンジンでは、触媒が活性化
していないと十分な浄化性能が得られないということか
ら、エンジン始動直後に２次エアを供給することによっ
て排気系での燃焼量を増大させ、燃焼温度を上げて触媒
の活性化を速めるようにすることも従来から行われてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】エンジン始動直後に排
気系に２次エアを供給して触媒の活性化を速めるについ
ては、触媒の温度上昇ができるだけ大きくなるよう２次
エアの供給量を制御しなければならず、そのためには、
通常リッチ側に設定されたエンジン排気の空燃比を２次
エアの供給によってλ（空気過剰率）＝１に近付け、触
媒の中で完全燃焼が行われるようにすることが必要であ
る。しかし、触媒中の空燃比をλ＝１に近付けるために
、通常考えられるように例えば触媒直後に空燃比センサ
を設けることによって２次エアをフィードバック制御す
るようなシステムとしたのでは、空燃比センサが高価で
あることがシステムのコストアップにつながるだけでな
く、始動直後のように排気ガス温度の低い状態では空燃
比センサ自体も温度が低くて空燃比の計測が不能であっ
たり、反応速度が極めて遅いということがあって、実際
には期待どおりの制御が行えない。

【０００４】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたものであって、エンジンの排気系に設けられた排気
浄化装置の活性時間を安価な構成により確実に短縮する
ことのできる排気浄化装置の制御装置を得ることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】エンジン排気系に設けた
触媒等排気浄化装置の出口温度（ガス温度）はエンジン
排気の温度と排気浄化装置中の空燃比に依存し、エンジ
ンの排気温度が高くなるほど、また、排気浄化装置中の
空燃比がλ＝１の状態（完全燃焼状態）に近付くほどそ
の上昇率が大きくなる。そして、この出口温度の上昇は
触媒等の温度上昇を反映する。そこで、排気浄化装置の
出口温度を検出し、その温度上昇率が最大となる方向に
エンジンの空燃比とか点火時期とか排気系の２次エア量
とかを制御すれば、エンジンの排気温度を上げ、あるい
は排気浄化装置中の空燃比をλ＝１に近付けて触媒等の
活性時間を短縮することが可能となる。また、ガス温を
検出するセンサは一般に空燃比センサほど高価ではない
し、低温時にも十分な計測精度が得られる。本発明はこ
のような知見に基づくものであり、その構成は図１に示
すとおりである。すなわち、本発明に係る排気浄化装置
の制御装置は、エンジンの排気系に設けられた排気浄化
装置の制御装置であって、排気浄化装置の出口温度を検
出する温度センサと、前記出口温度に影響するエンジン
もしくはその排気系の状態量を制御対象とした燃焼制御
手段と、エンジン始動時に前記出口温度の上昇率が最大
となる方向に前記燃焼制御手段を制御する始動時制御手
段とからなることを特徴としている。

【０００６】上記排気浄化装置の制御装置は、エンジン
の排気系に設けられる排気浄化装置を触媒によって構成
するとともに、この触媒の出口温度を検出する温度セン
サと、前記触媒に対し２次エアを供給する２次エア供給
装置と、エンジン始動時に前記出口温度の上昇率が最大
となる方向に前記２次エア供給装置による２次エア供給
量を制御する始動時制御手段とからなるものとすること
ができる。

【０００７】ここで、始動時制御手段は、周期的に変化
する信号を発生する周期信号発生手段を備えたものとし
、また、この周期信号発生手段の出力に対する触媒の出
口温度の応答特性を近似した応答特性モデルを備えたも
のとして、前記周期信号発生手段の出力により２次エア
供給量を変動させ、また、その結果としての触媒出口温
度の変化を前記応答モデルに基づいて評価することによ
り触媒の出口温度の上昇率が最大となる方向を判定する
ように構成できる。

【０００８】また、始動時制御手段を、触媒の出口温度
の上昇率が最大となる方向の最適な２次エア供給の制御
量を水温と時間のテーブルに記憶する記憶手段を備え、
該記憶手段に記憶された後はその記憶された制御量に基
づいて２次エア供給量を制御するものとできる。

【０００９】

【作用】エンジン始動時には、始動時制御手段が触媒等
排気浄化装置の出口温度を検出する温度センサの出力を
受け、その出口温度の上昇率が最大となる方向を判定し
てその方向に燃焼制御手段を制御する。燃焼制御手段は
、例えばエンジンの空燃比とか点火時期を調整するもの
であり、あるいは排気系の２次エア供給量を調整するも
のであって、これが上記のように制御されることにより
、排気浄化装置中の空燃比がλ＝１の状態に近付き、あ
るいは排気浄化装置に入る前のエンジン排気の温度が上
昇して、上記出口温度に反映する触媒等の温度の上昇率
が最大となり、活性化が最大限に促進される。

【００１０】特に上記燃焼制御手段が２次エア供給装置
である場合、２次エア供給量が直接的に触媒出口温度の
変化に結び付くことから、その温度上昇率が最大となる
方向を見付けその方向に２次エア供給量を制御すること
で触媒の活性化が確実に速まる。その際、周期信号発生
手段の出力により２次エア供給量を変動させると、触媒
出口温度は２次エア供給量が最適な部分で上昇率が大き
くなり、２次エア供給量が過剰な部分では上昇率が小さ
くなるといったように変動する。そして、この上昇率が
最大となる部分に合わせて２次エア供給量を制御するこ
とで触媒温度が活性温度まで速やかに上昇する。また、
周期信号発生手段の出力によって変動を受ける出口温度
の応答特性を近似したモデルに基づいて、触媒出口温度
の上昇率が最大となるタイミングを見付けることにより
、応答遅れを見込んだ最適な制御が行える。

【００１１】また、最適な制御量（２次空気供給量）を
テーブルに記憶する記憶手段を設けることにより、一旦
テーブルに記憶された後はその記憶されたデータを用い
て制御を行うようにできる。また、経時変化等に対して
は、記憶されたデータを所定期間毎に更新することで対
処できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図２は本発明の一実施例のシステム構成図
である。この実施例において、エンジン１の排気通路２
には触媒３が設けられ、また、排気通路２の触媒３上流
には２次エアポンプ４の吐出口に連通する２次エア通路
５が接続されている。そして、排気通路２の触媒３下流
には、触媒出口温度を検出するガス温センサ６が設けら
れている。上記２次エアポンプ４は、クラッチ制御およ
びリリーフ制御によって流量コントロールを行うそれ自
体公知の２次エア供給装置を構成するものである。また
、この２次エアポンプ４を制御するコントロールユニッ
ト７は、エンジン始動時の制御を行うための図２に示す
ような回路構成を有するものとされている。

【００１４】コントロールユニット７は、エンジン始動
時の２次エアポンプ制御の基本量（２次エア基本項）を
水温と時間に対して設定したテーブル８を備え、このテ
ーブル８から読み出した２次エア基本項（Ｂ）をベース
に２次エアポンプ４の制御を行う。また、コントロール
ユニット７は、矩形波のディザ信号（Ｄ）を発生するデ
ィザ信号発生器９を備えるとともに、このディザ信号（
Ｄ）に対する触媒３の出口温度の応答特性を近似してテ
ーブル化したエンジン系応答特性モデル１０を備え、ま
た、上記ガス温センサ６の出力（Ｔｇ）を微分する微分
器１１と、微分器１１の出力（ｄＴ）と上記エンジン系
応答特性モデル１０から読み出した値（Ｍ）を掛け合わ
せる乗算器１２と、乗算器１２の出力を積分する積分器
１３を備えている。エンジン始動時には上記２次エア基
本項（Ｂ）にディザ信号（Ｄ）と上記積分器１３の出力
（Ｉ）が加算されたものが２次エアポンプ制御量（Ｐ）
として２次エアポンプ４に出力される。また、コントロ
ールユニット７は上記制御量（Ｐ）を記憶するための水
温と時間のテーブル１４を備え、一旦演算し記録した上
記制御量（Ｐ）は次回以降のエンジン始動時に読み出し
て、そのまま２次エアポンプ４に出力するよう構成され
ている。

【００１５】図３は上記テーブル８に設定された２次エ
ア基本項（Ｂ）の時間軸に対するパターンを示している
。このパターンは始動時のエンジン水温によって変化す
る。また、図４には上記ディザ信号（Ｄ）のパターンを
示している。そして、図５には、上記ディザ信号（Ｄ）
を加えたときの２次エア量すなわち２次エアポンプ制御
量（Ｐ）のパターン例と、このパターンで２次エアポン
プ４を制御したときのガス温すなわち触媒出口温度（Ｔ
ｇ），微分器１１の出力（ｄＴ），エンジン系応答特性
モデル１０の出力（Ｍ），乗算器１２の出力（ＭＴ）お
よび積分器１３の出力（Ｉ）をそれぞれ時間軸で示して
いる。ディザ信号（Ｄ）を加えることによって、２次エ
ア量（Ｐ）は、図５の（ａ）に示すようにベース（点線
部分）に対し周期的に増量側（リーン側）へ振れるよう
な変動を繰り返す。その結果、ガス温（Ｔｇ）は（ｂ）
に示すように定常的な温度上昇（点線で示す）に対して
上下に変動したものとなる。すなわち、２次エア量（Ｐ
）が最適な部分では温度上昇率が大きくなり、２次エア
が過剰（リーン）な部分では温度上昇率が小さくなる。 この温度上昇率を示すのが（ｃ）の微分器出力（ｄＴ）
である。ただし、２次エア量（Ｐ）がリーン側に振れる
ことによるガス温（Ｔｇ）への影響は図に矢印で示すよ
うに時間遅れをもって現れる。このガス温（Ｔｇ）の応
答特性を近似しパターン化したものが（ｄ）のエンジン
系応答特性モデル出力（Ｍ）であり、ｄＴとＭを掛け合
わせたものが（ｅ）の乗算器出力（ＭＴ）である。ここ
で、エンジン系応答特性モデル出力（Ｍ）は、上記乗算
器出力（ＭＴ）が２次エア量が最適量よりもリッチ側に
ある部分に対してはマイナス側に振れ、また、リーン側
にある部分に対してはプラス側に触れるよう設定する。 図５の例は、２次エア量（Ｐ）のベースが最適量よりも
リーン側にずれている場合であって、この場合は、（ｅ
）の乗算器出力（ＭＴ）はマイナス側に大きく振れプラ
ス側に小さく振れる。したがって、これを積分した積分
器出力（Ｉ）は（ｆ）に示すように全体として徐々に下
がっていく。この積分器出力（Ｉ）はＰのベースに加算
されていき、その結果、この例の場合ではベースが徐々
にリッチ方向に移行し、最適量に近付いていく。また、
２次エア量（Ｐ）のベースがリッチ側にあれば、乗算器
出力（ＭＴ）は逆にプラス側の方が大きく振れ、したが
って、積分器出力（Ｉ）は徐々に上がり、ベースがリー
ン側に移行していって最適量に近付く。その結果、２次
エア供給量は常に触媒出口温度の上昇率が最大となる方
向に制御され、触媒の活性時間が短縮される。

【００１６】つぎに、上記実施例の始動時制御を図６の
フローチャートによって説明する。なお、Ｓ１〜Ｓ２８
はフローの各ステップを示す。

【００１７】スタートすると、まず、Ｓ１で始動時かど
うかの判定を行う。そして、始動時でなければ、そのま
まこの制御を終了する。

【００１８】始動時であれば、つぎにＳ２で触媒出口の
ガス温（Ｔｇ）を読み込み、Ｓ３でエンジン水温（Ｔｗ
）を読み込む。そして、Ｓ４へ行って、テーブルに２次
エアポンプ制御量（Ｐ）のデータが入っているかどうか
を見る。

【００１９】１回目の始動ではＰのデータは入っていな
いから、Ｓ４の判定はＮＯで、このときは、Ｓ５でＴｇ
をその前回値（Ｔｇ’）として読み込み、Ｓ６で積分項
としてのＩをリセットし、Ｓ７で時間（ｔ）をリセット
する。

【００２０】つぎに、Ｓ８でガス温（Ｔｇ）が触媒活性
化の判定ガス温度（Ｔｇｅ）に達したかどうかを判定す
る。そして、最初はＴｇはＴｇｅに達していないから、
ＮＯで、Ｓ９へ行って、図４に示すように時間軸に対す
る関数として設定したテーブルからディザ信号（Ｄ）を
読み込み、次いで、Ｓ１０で図５の（ｄ）に示すように
やはり時間軸に対して設定したテーブルからエンジン系
応答特性モデルの出力（Ｍ）を読み込み、また、Ｓ１１
で、水温および時間の関数として設定した２次エア基本
項（Ｂ）を読み込む。

【００２１】つぎに、Ｓ１２で今回のガス温（Ｔｇ）と
前回のガス温（Ｔｇ’）の差をとる形で微分項（ｄＴ）
を求め、その後、Ｓ１３でＴｇ’にＴｇを入れる。また
、Ｓ１４で上記微分項（ｄＴ）にエンジン系応答特性モ
デル出力（Ｍ）を掛けた値をＭＴという値に入れ、Ｓ１
５で一つ前の積分項（Ｉ）に上記ＭＴを加えて積分項（
Ｉ）を求める。そして、Ｓ１６で２次エア基本項（Ｂ）
に積分項（Ｉ）とディザ信号（Ｄ）を加えたものを２次
エアポンプ制御量（Ｐ）とし、Ｓ１７でこのＰを２次エ
アポンプ４に出力する。

【００２２】その後、Ｓ１８で上記Ｐを水温と時間（ｔ
）のテーブル１４に記憶する。そして、Ｓ１９でｔのイ
ンクリメントを行い、Ｓ２０およびＳ２１で通常の燃焼
制御および点火時期制御を行って、Ｓ８に戻る。

【００２３】上記ルーチンを繰り返すうち、Ｓ８でＴｇ
≧Ｔｇｅとなれば、この始動時制御を終了する。

【００２４】また、２回目以降の始動時には、テーブル
１４にＰが記憶されているから、Ｓ４の判定がＹＥＳで
、このときはＳ２２でｔをリセットした後、Ｓ２３でＴ
ｇ≧Ｔｇｅかどうかを判定する。そして、ＮＯであれば
、Ｓ２４でテーブル１４から２次エアポンプ制御量（Ｐ
）を読み込み、Ｓ２５で上記Ｐをそのまま２次エアポン
プ４に出力する。そして、Ｓ２６でｔのインクリメント
を行い、Ｓ２７およびＳ２８で燃焼制御および点火時期
制御を行って、Ｓ２３に戻る。また、Ｓ２３でＴｇ≧Ｔ
ｇｅとなれば、始動時制御を終了する。

【００２５】なお、上記実施例においては、ディザ信号
によって２次エア供給量を周期的に変動させることによ
り触媒出口温度の上昇率が最大となる方向を見付けるよ
うにした制御を最初の始動時のみ行い、２回目以降の始
動時には学習しテーブルに記憶した値をそのまま用いて
始動時制御を行うようにしているが、経時変化に対処す
るためには、一定期間毎に上記テーブルを更新するのが
よい。また、始動時には毎回上記ディザ信号による始動
制御を実行するようにすることも可能である。

【００２６】また、エンジン系応答特性モデルは、テー
ブルではなく、ディザ信号を入力として数学モデルをそ
の都度計算するものとしてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、安価な手段によってエンジンの排気系に設けられた
触媒等排気浄化装置の活性時間を短縮し始動直後の排気
浄化性能を向上させることができる。

【００２８】また、特に周期的に変化する信号を加えて
２次エア供給量を変動させ、また、触媒の出口温度の応
答遅れを見込んだ応答特性モデルを併用することで、触
媒出口温度の上昇率が最大となる制御方向の判別が容易
となり、活性時間短縮のための制御がより確実となる。

【００２９】また、最適な２次エア供給量を学習しテー
ブルに記憶するようにすることで２回目以降の制御を簡
略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成図

【図２】本発明の一実施例のシステム構成図

【図３】同
実施例の制御における２次エア基本項の時間軸に対する
特性図

【図４】同実施例の制御におけるディザ信号の波形を示
す特性図

【図５】同実施例の制御における各種出力波形を示す特
性図

【図６】同実施例の制御を実行するフローチャート

【符号の説明】

１　　エンジン ２　　排気通路 ３　　触媒（排気浄化装置） ４　　２次エアポンプ（２次エア供給装置）６　　ガス
温センサ（温度センサ） ７　　コントロールユニット ９　　ディザ信号発生器（周期信号発生手段）１０　　
エンジン系応答特性モデル １４　　テーブル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンの排気系に設けられた排気浄
   化装置の制御装置であって、前記排気浄化装置の出口温
   度を検出する温度センサと、前記出口温度に影響するエ
   ンジンもしくはその排気系の状態量を制御対象とした燃
   焼制御手段と、エンジン始動時に前記出口温度の上昇率
   が最大となる方向に前記燃焼制御手段を制御する始動時
   制御手段とからなることを特徴とする排気浄化装置の制
   御装置。
2. 【請求項２】　　エンジンの排気系に設けられ触媒によ
   って構成された排気浄化装置の制御装置であって、前記
   触媒の出口温度を検出する温度センサと、前記触媒に対
   し２次エアを供給する２次エア供給装置と、エンジン始
   動時に前記出口温度の上昇率が最大となる方向に前記２
   次エア供給装置による２次エア供給量を制御する始動時
   制御手段とからなることを特徴とする排気浄化装置の制
   御装置。
3. 【請求項３】　　始動時制御手段が、周期的に変化する
   信号を発生する周期信号発生手段を備え、該周期信号発
   生手段の出力により２次エア供給量を変動させて触媒の
   出口温度の上昇率が最大となる方向を判定する請求項２
   記載の排気浄化装置の制御装置。
4. 【請求項４】　　始動時制御手段が、周期信号発生手段
   の出力に対する触媒の出口温度の応答特性を近似した応
   答特性モデルを備え、該モデルに基づいて前記出口温度
   の上昇率が最大となる方向を判定する請求項３記載の排
   気浄化装置の制御装置。
5. 【請求項５】　　始動時制御手段が触媒の出口温度の上
   昇率が最大となる方向の最適な２次エア供給の制御量を
   水温と時間のテーブルに記憶する記憶手段を備え、該記
   憶手段に記憶された後はその記憶された制御量に基づい
   て２次エア供給量を制御する請求項３記載の排気浄化装
   置の制御装置。