(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンの運転条件に拘わらず、有害排気物のレベルを大幅に低減可能ならしめるシステムおよび方法を提供する。【解決手段】第１排気ガス処理デバイス１２と、第２排気ガス処理デバイス１３間において、排気ガス導管１１内に二次空気を供給する二次空気を供給するための二次空気供給系統１４を備える。二次空気を供給するための二次空気供給系統は、エンジンの負荷が予め定められた負荷値より大きい場合および／もしくはエンジン回転速度が予め定められた速度値より大きい場合のみ作動される。この状態で、エンジンの空燃比は理論空燃比よりも低い値に保たれ、エンジンに濃厚混合気を供給する。一例として、電子コントローラＥは、エンジン負荷およびエンジン回転速度の値の関数としてのマップに基づいて二次空気を供給するための二次空気供給系統の作動を制御するようにプログラムされている。マップは、エンジンの特性に応じて予め定められている。【選択図】図１
2020133634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の火花点火式内燃エンジンの排気を制御するためのシステムであって、
前記火花点火式内燃エンジンの排気ガス用の導管、
前記排気ガス用の導管に置かれた第１排気ガス処理デバイス、および、前記排気ガス用の導管内に前記排気ガスの流れ方向に対して前記第１排気ガス処理デバイスの下流側に置かれた第２排気ガス処理デバイス、
前記第１排気ガス処理デバイスと前記第２排気ガス処理デバイスとの間の前記排気ガス用の導管に二次空気を供給するための二次空気供給系統
前記火花点火式内燃エンジンの空燃比を制御するための系統、ならびに、
前記二次空気を供給するための二次空気供給系統および前記空燃比を制御するための系統を制御するようにプログラムされた電子コントローラ
を備え、
前記二次空気を供給するための二次空気供給系統は、二次空気を、前記第１排気ガス処理デバイスと前記第２排気ガス処理デバイスとの間でのみ前記排気ガス用の導管に供給するように構成され、
前記第２排気ガス処理デバイスは、前記第１排気ガス処理デバイス内の温度に対して前記第２排気ガス処理デバイス内の温度が少なくとも５０℃低くなるように、前記第１排気ガス処理デバイスから十分遠く離れて配置され、
前記電子コントローラは、前記火花点火式内燃エンジンの負荷が予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、前記火花点火式内燃エンジンの回転速度が予め定められた速度値よりも大きい場合、前記二次空気を供給するための二次空気供給系統を作動させるようにプログラムされ、
前記電子コントローラは、前記負荷が前記予め定められた負荷値よりも低い場合、および／もしくは、前記回転速度が前記予め定められた速度値よりも低い場合、前記空燃比を実質的に化学量論値に維持するようにプログラムされ、
前記電子コントローラは、前記負荷が前記予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、前記回転速度が前記予め定められた速度値よりも大きい場合、濃厚混合気を前記火花点火式内燃エンジンに供給すべく、前記空燃比を前記化学量論値よりも低い値に維持するようにプログラムされ、
前記電子コントローラは、前記二次空気を供給するための二次空気供給系統が作動されたときに、前記第２排気ガス処理デバイスの下流側に配置されたラムダプローブにより発される信号に基づいて、前記第２排気ガス処理デバイスにおける前記化学量論値に対応する空燃比または前記第２排気ガス処理デバイスにおける前記化学量論値よりも大きい空燃比の混合気を得るべく、二次空気の量が制御されるようにプログラムされている、
システム。
【請求項２】
前記火花点火式内燃エンジンは、コンプレッサによって過給されるエンジンであり、前記二次空気を供給するための二次空気供給系統は、前記火花点火式内燃エンジンに空気を供給するために前記排気ガス用の導管内に前記コンプレッサの下流に置かれ、前記第１排気ガス処理デバイスと前記第２排気ガス処理デバイスとの間において前記排気ガス用の導管に接続された出口を含む電子制御バルブを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記二次空気を供給するための二次空気供給系統は、補助空気供給ラインと、前記補助空気供給ラインに配置された電気的に作動されるポンプとを有する、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電子コントローラは、前記二次空気を供給するための二次空気供給系統が作動されたときに、前記第２排気ガス処理デバイスの前記排気ガスの温度の検出値または計算値にも基づいて二次空気の量が制御されるようにプログラムされている、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記電子コントローラは、前記負荷および前記回転速度の値の関数としてのマップに基づいて前記二次空気を供給するための二次空気供給系統の作動を制御するようにプログラムされている、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記電子コントローラは、エンジン暖機運転中に前記第２排気ガス処理デバイスを暖機運転するための二次空気の供給を開始するようにプログラムされている、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記電子コントローラが、前記排気ガス用の導管内に配置された粒子フィルタの再生成の必要性が検出された場合に、二次空気の供給を開始するようにプログラムされている、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２排気ガス処理デバイスが、二元触媒コンバータもしくは三元触媒コンバータ、またはガソリンエンジン用の粒子フィルタである、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１排気ガス処理デバイスが、三元触媒コンバータである、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第２排気ガス処理デバイスが、前記自動車の外部でフロアパネルの下方に配置されるように構成され、前記第１排気ガス処理デバイスが、前記自動車の内部で前記フロアパネルの上方に位置するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
自動車用の火花点火式内燃エンジンの排気を制御するための方法であって、
前記火花点火式内燃エンジンの排気ガス導管内に第１排気ガス処理デバイスおよび第２排気ガス処理デバイスを設ける段階であって、前記第２排気ガス処理デバイスが、排気ガスの流れの方向に対して、前記第１排気ガス処理デバイスの下流側に配置される、段階と、
前記第１排気ガス処理デバイスと前記第２排気ガス処理デバイスとの間に、前記排気ガス導管内に二次空気供給系統を設ける段階と、
前記火花点火式内燃エンジンの空燃比を制御するための系統を設ける段階と、
を備え、
前記二次空気供給系統は、二次空気を、前記第１排気ガス処理デバイスと前記第２排気ガス処理デバイスとの間のみで前記排気ガス導管に供給するように構成され、
前記第２排気ガス処理デバイスは、前記第１排気ガス処理デバイスの温度に対して前記第２排気ガス処理デバイスの前記排気ガスの温度が少なくとも５０℃低くなるように、前記第１排気ガス処理デバイスから十分遠く離れて配置され、
前記方法は更に、
前記火花点火式内燃エンジンの負荷が予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、前記火花点火式内燃エンジンの回転速度が予め定められた速度値よりも大きい場合、前記二次空気供給系統を作動させる段階と、
前記火花点火式内燃エンジンの前記負荷が前記予め定められた負荷値よりも低い場合、および／もしくは、前記回転速度が前記予め定められた速度値よりも低い場合、前記空燃比を実質的に化学量論値に維持する段階と、
前記負荷が前記予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、前記回転速度が前記予め定められた速度値よりも大きい場合、濃厚混合気が前記火花点火式内燃エンジンに供給されるように、前記空燃比を前記化学量論値よりも低い値に維持する段階と、
前記二次空気供給系統が作動されるとき、前記第２排気ガス処理デバイスの前記化学量論値に対応する空燃比または前記第２排気ガス処理デバイスの前記化学量論値よりも大きい値に対応する空燃比を有する混合気を得るべく、前記第２排気ガス処理デバイスの下流側に配置されたラムダプローブにより発される信号に基づいて二次空気の量を制御する段階と、
を備える方法。
【請求項１２】
前記二次空気供給系統が作動されたときに、前記第２排気ガス処理デバイスの排気ガスの温度の検出値または計算値にも基づいて二次空気の量が制御される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記負荷および前記回転速度の値の関数としてのマップに基づいて前記二次空気供給系統の作動が制御される、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
エンジン暖機運転中に、前記第２排気ガス処理デバイスを暖機運転するために前記二次空気供給系統が作動される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記排気ガス導管内に配置された粒子フィルタの再生成の必要性が検出された場合に、前記二次空気供給系統が作動される、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記火花点火式内燃エンジンはコンプレッサによって過給され、前記二次空気供給系統は、前記コンプレッサをより高い空気流で動作させるべく、低回転時における最大エンジントルクを上げるべく、および／もしくは、より大きいコンプレッサの選択を可能にすべく、低回転且つ高エンジン負荷にて作動される、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の火花点火式内燃エンジンの排気を制御するためのシステムであって、
火花点火式内燃エンジンの排気ガス用の導管、
排気ガス導管に置かれた第１排気ガス処理デバイス、および、排気ガス導管内に排気ガスの流れ方向に対して第１排気ガス処理デバイスの下流側に置かれた第２排気ガス処理デバイス、
第１排気ガス処理デバイスと第２排気ガス処理デバイスとの間の排気ガス導管に二次空気を供給するための二次空気供給系統、
火花点火式内燃エンジンの空燃比を制御するための系統、ならびに、
二次空気供給系統および空燃比を制御するための系統を制御するようにプログラムされた電子コントローラを備えるシステムに関する。
【０００２】
一般に、空燃比を制御するための系統は、噴射される燃料量を調節する（エンジンのシリンダに連結された燃料噴射器の開放時間を調節することによってなされる）ための手段と、シリンダに導入される空気量を調節するための手段とを備える。従来技術
【０００３】
上述したタイプのシステムは、例えば、文献：米国特許第３９４３７０９号公報に記載・明示されている。
【０００４】
二次空気供給系統は周知であり、エンジン挙動を改善するために、また、エンジンの暖機運転中の触媒コンバータの暖機プロセスを促進するために、火花点火式内燃エンジンにおいて長年使用されてきた。二次空気供給系統は、自動車分野において普く用いられている三元触媒コンバータの代わりに、酸化触媒コンバータを有する処理システムを利用する自動車用エンジンにも広く使用されている。
【０００５】
二次空気供給系統の分野においては、従来における最も一般的な解決策は、燃焼を安定化させると共に、エンジンの暖機運転中に触媒コンバータをより迅速に暖機することに狙いをつけることである。これらの従来の解決策においては、エンジンを、濃厚混合気、すなわち化学量論比に対応する量よりも多い燃料量で運転することである。二次空気は、エンジン排気バルブの下流側および触媒コンバータの上流側に供給される。従って、二次空気は、触媒コンバータの上流側および触媒コンバータ内での酸化反応を完了させるために、また、濃厚混合気で運転するときにエンジンによって生成される大量の炭素酸化物および未燃炭化水素の存在のために発生する発熱反応によって触媒コンバータをより迅速に加熱させるために、使用される。
【０００６】
この種の解決策は、例えば、文献：米国特許公報第５３８８４０２号公報、米国特許第５４１０８７２号公報、米国特許第５４１２９４３号公報、米国特許第５４５６０６３号公報、米国特許第５６６６８０４号公報、米国特許第６９７８６００号公報および米国特許公報第５５１９９９２号公報においても開示されている。
【０００７】
上述したように、本明細書の冒頭で特定された特徴を有するシステムは、米国特許第３９４３７０９号公報から公知のものとなっている。この公知の解決策は、２つの触媒コンバータを備えるシステムを提案する。第１のコンバータはＮＯｘを還元するための還元コンバータとして用いられ、第２のコンバータはＨＣやＣｏＳを酸化するための酸化コンバータである。この公知の解決策では、二次空気供給系統は、第１のコンバータと第２のコンバータとの間だけではなく、第１コンバータの上流側においても二次空気を導入するように構成されている。発明が解決しようとする課題
【０００８】
本発明の目的は、火花点火式内燃エンジンの排気を制御するためのシステムおよび方法であって、エンジンの運転条件に拘わらず、有害排気物のレベルを大幅に低減可能ならしめるシステムおよび方法を提供することである。
【０００９】
特に、本発明の目的は、（ガソリンにより空気に取り込まれた熱から）エンジン構成要素を保護するために、化学量論値レベル以上の濃厚混合気でエンジンを作動させながら、高いエンジン負荷および／もしくは高いエンジン速度においても有害排気物を低減することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、エンジン構成要素、排気導管、過給機（もしあれば）および触媒コンバータの温度を低下させることを可能とする、上記タイプのシステムを提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、より高い圧縮比を有するエンジンを設計することが可能であることから、高いエンジン負荷および高いエンジン速度での燃焼を改善すべく、上記の目標を達成すると同時に、運転条件に拘わらず、燃費を低減することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、エンジン内に逆圧を惹起させるおそれがある微粒子の蓄積をも防止する上述のタイプのシステムおよび方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明は、上述した目的の１つ以上を達成するために、自動車の火花点火式内燃エンジンの排気を制御するためのシステムであって、
火花点火式内燃エンジンの排気ガス用の導管、
排気ガス導管に置かれた第１排気ガス処理デバイス、および、排気ガス導管内に排気ガスの流れ方向に対して第１排気ガス処理デバイスの下流側に置かれた第２排気ガス処理デバイス、
第１排気ガス処理デバイスと第２排気ガス処理デバイスとの間の排気ガス導管に二次空気を供給するための二次空気供給系統、
火花点火式内燃エンジンの空燃比を制御するための系統、ならびに、
二次空気供給系統および空燃比を制御するための系統を制御するようにプログラムされた電子コントローラ
を備えるシステムを提供する。
【００１４】
二次空気供給系統は、二次空気を、第１排気ガス処理デバイスと第２排気ガス処理デバイスとの間でのみ排気ガス導管に供給するように構成されて、
第２排気ガス処理デバイスは、第１排気ガス処理デバイス内の温度に対して第２排気ガス処理デバイス内の温度が少なくとも５０℃低くなるように、第１排気ガス処理デバイスから十分遠く離れて配置され、
電子コントローラは、火花点火式内燃エンジンの負荷が予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、火花点火式内燃エンジンの回転速度が予め定められた速度値よりも大きい場合、二次空気供給系統を作動させるようにプログラムされ、
電子コントローラは、エンジン負荷が予め定められた負荷値よりも低い場合、および／もしくは、エンジン回転速度が予め定められた速度値よりも低い場合、空燃比を実質的に化学量論値に維持するようにプログラムされ、
電子コントローラは、エンジン負荷が予め定められた負荷値よりも大きい場合、および／もしくは、エンジン回転速度が予め定められた速度値よりも大きい場合、濃厚混合気を火花点火式内燃エンジンに供給すべく、空燃比を化学量論値よりも低い値に維持するようにプログラムされ、
電子コントローラは、二次空気供給系統が作動されたときに、第２排気ガス処理デバイスの下流側に配置されたラムダプローブにより発される信号に基づいて、第２排気ガス処理デバイスにおける化学量論値に対応する空燃比または第２排気ガス処理デバイスにおける化学量論値よりも大きい空燃比の混合気を得るべく、二次空気の量が制御されるようにプログラムされている、システムを提供する。
【００１５】
排気ガス駆動のタービンによって駆動されるコンプレッサによって内燃エンジンが過給される場合、二次空気供給系統は、例えば、空気をエンジンに供給するために導管内に挿入され、圧コンプレッサの下流側にあり、第１排気ガス処理デバイスおよび第２排気ガス処理デバイスの間において排気ガス導管に接続された出口を有する電子制御バルブを備えるようにしてもよい。あるいは、また、二次空気供給系統は、空気供給補助ラインと、この補助ラインに沿って配置された電動ポンプとを備えてもよい。
【００１６】
電子コントローラは、二次空気供給系統が作動されたときに、第２排気ガスデバイスの排気ガスの温度の検出値または計算値にも基づいて二次空気の量が制御されるようにプログラムされているが、好ましい。
【００１７】
実際に開示された実施例においては、電子コントローラは、エンジン負荷およびエンジン回転速度の値の関数としてのマップに基づいて二次空気供給系統の作動を制御するようにプログラムされている。
【００１８】
第二の排気ガス処理デバイスは、酸化（双方向の）触媒コンバータ、三元触媒コンバータ、ガソリンエンジン、三元触媒コンバータ用のガソリン粒子フィルタ（ＧＰＦ）または、ＧＰＦと組み合わされた三元触媒コンバータであってもよい。第１排気ガス処理デバイスは、三元触媒コンバータであるが好ましい。
【００１９】
また、第２排気ガス処理デバイスが、自動車の外部でフロアパネルの下方に配置されるように構成され、第１排気ガス処理デバイスが、自動車の内部でフロアパネルの上方に位置するように構成されていることが、好ましい。
【００２０】
上記の特徴事項により、本発明によるシステムは、多くの重要な利点を齎すことができる。第１に、本発明は、高いエンジン負荷および／もしくは高いエンジン速度での運転条件を含む全ての運転条件において、高比出力エンジンにおいても、当該制御により、有害な排気物を低減することを可能にする。エンジンは、排気ガスシステムを比較的低い温度に維持しながら、これらの状態で運転される。本発明は、有害排気物を、将来の規制に合致する値に低減することができるとともに、高負荷および高速で運転中のエンジンに供給される混合気の僅かな濃縮が、これらの条件下、排気物量が変化することを暗示するように理解されることを回避する。
【００２１】
要約すると、本発明は、運転条件が変化したとしても、ガソリンエンジンの有害排気物量を実質的に一定に保つ。
【００２２】
更なる利点は、エンジン構成要素、排気導管、過給機（もしあれば）および触媒コンバータの温度を低下させることにある。エンジンが中／低負荷および中／低速度で作動している場合にも、有害な排気物が削減される。圧縮比を高め、高負荷・高回転時の燃焼を改善することができるので、エンジンの性能が維持され、全ての運転条件での燃費が改善される。
【００２３】
四元機能を有するガソリンエンジン用のガソリン粒子フィルタ（ＧＰＦ）を用いる場合には、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排気量を最小限にするだけでなく、粒子フィルタには、エンジンの逆圧を上昇させるのに十分な量の微粒子状物質が堆積することを回避することができ、結果、エンジン性能および燃料消費量の低減にも裨益することになる。
【００２４】
電子コントローラは、プログラミングにより、二次空気供給系統を作動させて、第２排気処理デバイスを、エンジンの暖機運転中に、低エンジン負荷で暖機したり、粒子フィルタが設けられている場合に、当該粒子フィルタを再生したりすることができるようすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明のさらなる特徴および利点は、単に非限定的例として提示された添付図面を参照して、以下の説明から明らかになり得る。
【図１】本発明に係るシステムの第１実施形態の図を示す。
【図２】本発明のシステムの第２実施形態の図を示す。
【図３】本発明の動作原理を示す図である。
【図４】本発明の動作原理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１および図２において、共通する部材は、同一の参照番号によって示される。
【００２７】
これらの図において、参照符号１は、ガソリンで動作する火花点火式内燃エンジンの排気を制御するためのシステムを全体的に示す。参照符号２はエンジンブロックを示し、このエンジンブロックは、吸気マニホールド３および排気マニホールド４が連結されている複数のシリンダ（不図示）を有する。吸気マニホールド３は、吸気導管５を介してエンジンに供給される空気を受けいれる。図１に示される例においては、吸気導管５には、吸気マニホールド３の上流側にて、エンジンの排気ガスによって作動されるタービン７によって駆動されるエンジンを過給するためのコンプレッサ６と、供給空気を冷却するためのデバイス８と、スロットルバルブ９とが、この順序で、配置されている。
【００２８】
複数のエンジンシリンダには、ブロック１０で示される電磁的に作動するそれぞれの燃料噴射器が関連付けられている。エンジン２の排気マニホールド４は、コンプレッサ６を駆動するタービン７と、第１排気ガス処理デバイス１２と、第２排気ガス処理デバイス１３とが配置された排気管１１内に排気ガスを搬送する。
【００２９】
エンジン２には、更に、二次空気をエンジン排気導管１１に供給するための二次空気供給系統が設けられている。図１の解決手段の場合には、二次空気供給系統は、管路１４Ａを介して導管１１に接続された電子制御バルブ１４を備える。
【００３０】
図１を参照すると、ブロックＥは、噴射器１０によってエンジンへの燃料の噴射量を制御すると共に、バルブ１４によって二次空気の供給量を制御するようにプログラムされた電子コントローラを概略的に表している。
【００３１】
添付図面は、触媒コンバータであるデバイス１２の上流側および下流側のラムダプローブを特に含む燃料噴射制御システムの一部を形成する全ての詳細を示してはおらず、任意の公知のスロットルバルブ９を制御するためのシステムを示してもいない。
【００３２】
電子コントローラＥは、第２排気ガス処理デバイス１３の下流側に配置されたラムダセンサ１６から発せられた信号にも基づいて、また、第２排気ガス処理デバイス１３の下流側の排気ガスの温度を検知するセンサ１７から発せられた信号にも基づいて、噴射器１０およびバルブ１４を制御するようにプログラムされる。センサ１７からの信号に代えて、電子コントローラＥは、エンジンの動作パラメータの関数として、第２排気ガス処理デバイス１３の下流側の排気ガスの温度の値を計算するようにプログラムされ得る。
【００３３】
図２は、当該エンジンが過給機付きのエンジンではない点で、図１と異なる。この場合、二次空気は、給気用主管路５から分岐した補助管路１８を通って、エンジンに供給される。管路１８には、電動機２０によって駆動されるポンプ１９が配置され、その動作は電子コントローラＥによって制御される。ポンプ１９は、また、機械的に、例えばエンジンによって作動させることも可能である。
【００３４】
実施形態の如何に拘わらず、重要なことは、第２排気処理デバイス１３内の排気の温度が第２排気処理デバイス１２内の温度に対して少なくとも５０℃低くなるように、第２排気処理デバイス１３が第１排気処理デバイス１２から十分に遠く離れて配置されていることである。
【００３５】
本発明に係るシステムにおいて、電子コントローラＥは、エンジン負荷が当該負荷の予め定められた値より大きい場合、および／もしくはエンジン回転速度が予め定められた速度値より大きい場合にのみ、二次空気供給系統を作動させるようにプログラムされる。
【００３６】
二次空気の供給が開始されていない場合、電子コントローラＥは、空燃比を実質的に化学量論値に維持するようにプログラムされる。代わりに、二次空気の供給が開始された場合、電子コントローラＥは、空燃比を化学量論値よりも低い値、例えば化学量論値の９５％以下に維持するようにプログラムされてもよい。
【００３７】
さらに、二次空気供給系統が始動された場合、電子コントローラは、閉ループ方式に従って、ラムダプローブ１６から発せられた信号にも基づいて二次空気の量を制御して、化学量論値に対応するか、または、化学量論値よりも大きい空燃比を有する混合気を第２排気ガス処理デバイス１３内に供給するようにプログラムされる。
【００３８】
上述したように、電子コントローラＥは、デバイス１３内の排気ガスの温度の検出値または計算値も考慮することが好ましい。
【００３９】
実際の一実施形態では、電子コントローラは、エンジン負荷の値およびエンジン回転速度の関数として、例えば図３に単なる例として示されているマップに基づいて二次空気供給系統の作動を制御するようにプログラムされる。線ｍの下の領域Ａは、二次空気が供給されていないエンジンの作動に関するものであり、エンジンシリンダ内の空燃比は、ほぼ化学量論値に対応する。線ｍと線ｎとの間の領域Ｂは、エンジンシリンダ内の空燃比が化学量論値よりも低い（つまり、濃厚混合気の）二次空気でのエンジンの動作に関連する領域である。図４は、所与のエンジン回転速度（この特定の場合では５０００ｒｐｍ）に対する、いわゆるラムダ値（空燃比／化学量論値空燃比）の相対的変動およびエンジン負荷の関数としての二次空気質量流量の変動を示す別の図を示す。
【００４０】
図示のように、この例の場合、最大負荷の８５％未満の範囲では、システムは二次空気なしで動作する。より高い負荷では、二次空気を作動させて、シリンダ内のラムダ値の同時低減を可能にする。閾値は、エンジンごとに異なる。最近の過給機付きエンジンでは、最大負荷の８５％が１５〜２７バールのＢＭＥＰ（ブレーキ平均有効圧力）に相当し得る。過給機なしのエンジンの場合、最大負荷の８５％が５〜９バールのＢＭＥＰに相当し得る。しかしながら、これらの値は特定の例と関連しており、エンジンの特性に応じて大きく変化することがある。
【００４１】
概して、図３のマップ構成は、エンジンの特性に応じて大きく変化する可能性がある。
【００４２】
好ましい実施形態では、第２の排気ガス処理デバイス１３は、「二元触媒」とも呼ばれる酸化触媒、三元触媒とも呼ばれる触媒コンバータ、または、ガソリンエンジン用ガソリン微粒子フィルタ（ＧＰＦ）のいずれかである。第１排気ガス処理デバイス１２としては、三元タイプのものが好ましい。
【００４３】
２つの排気ガス処理デバイス１２および１３の間の距離を十分に確保し、且つ、第２デバイス１３の上流側における排気ガスの温度を十分に低下させるために、第２排気ガス処理デバイス１３をフロアパネルの下方且つ自動車の外側に配置し、第１デバイス１２をフロアパネルの上方且つ自動車の内側に配置するようにしてもよい。
【００４４】
かように構成することにより、本発明は、中／高エンジン回転速度および中／高エンジン負荷において、火花点火式エンジンの有害排気物を最小限にし、同時にＮＯＸ、ＣＯおよびＨＣ排気物量を低減するという、課題達成を成就するに至る。特に、エンジンは、中／高エンジン回転速度および中／高エンジン負荷の条件を除く全ての運転条件下において、化学量論的な空燃比を持つ混合気体で作動する。これらの条件において、燃焼速度をより高めること、燃焼タイミングをより良好にしてエンジン性能に有益な効果をもたらすこと、および、窒素酸化物の発生をより少なくすること、を同時に実現すること可能にするために、エンジンは、わずかに濃厚な混合気で運転される。エンジンが化学量論値的な混合気で運転する条件に関し、従来の触媒コンバータを使用すると、ＨＣおよびＣＯの排気量は増加する。その代わりに、エンジンが化学量論値的条件で運転されると、燃焼が悪化し、これに加えて、触媒コンバータ内で反応してその温度を大幅に上昇させる酸素の存在により、温度、特に触媒コンバータ内の温度が上昇する。従って、エンジン性能は、排気システム、触媒コンバータおよび過給機の温度が高い程、大きく制限されることになる。この不具合を避けるために、提案された解決手段は、二次空気系と２つの触媒コンバータを利用することである。第２コンバータは、第１コンバータから遠く離れて配置され、排気ガスの温度を低下させることを可能とするとともに、酸素の存在下での有害排気物の無害化への変換を可能とする。特に、示されるように、第２触媒コンバータは、特に前部にエンジンを備えた自動車において、自動車パネルの下側に配置することができ、原則、第１触媒コンバータの温度に対して第２のコンバータの温度を少なくとも５０℃低下させるのに、第１触媒コンバータに対して十分な距離を隔てることができる。酸素が存在しないために第１触媒コンバータによって処理されない有害排気物を効率的に酸化させるために、例えば、第２コンバータ内に化学量論値に対応するか又は化学量論値より大きい空燃比を有する混合気を供給するように、予め定められた量の二次空気が、第１触媒コンバータの下流側に導入される。このシステムを使用することにより、上述の最も重要な条件（中／高回転速度および中／高エンジン負荷）を含むエンジンの全ての運転条件において、有害物質の排気量水準が低減される。既に指摘したように、第２触媒コンバータは、酸化触媒コンバータ、三元触媒コンバータ（ＴＷＣ）または含浸（ＧＰＦ）法によるものとすることができ、微粒子および微粒子の排気物だけでなく、他の有害排気物（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）をも処理することができる。既に指摘したように、エンジン制御システムは、触媒コンバータ１２の前後のラムダプローブに加えて、二次空気の量を制御して上述したような空燃比を得ることを可能にするセンサも含まなければならない。特に、このシステムは、二次空気の質量流量を調整するためのシステムにおける閉ループ制御による混合比の調整を可能にするために、第２触媒コンバータの後に少なくとも１つの線形ラムダプローブを含むことを必須要件としている。
【００４５】
二次空気を制御するための施策は、電子コントローラをして、エンジンが中／高回転速度および中／高負荷で運転せしめ、二次空気の導入を始動せしめ、エンジン混合比を調節せしめ、そして、ラムダプローブからの信号に基づいて空気量を調節せしめることで、開始される。第２触媒コンバータの過熱を回避するために、エンジンの空燃比および第１触媒コンバータの下流側に導入される二次空気の量に基づいて、第２コンバータの上流側の温度の計算を数学モデルによって行うことができるし、あるいは、これに代えて、温度を直接に測定することも可能である。フロアパネルの下方に四方向機能を有するＧＰＦを設置する場合、ＧＰＦの上流側と下流側の圧力差を監視する必要がある。
【００４６】
二次空気供給系統を始動させて、エンジン暖機運転中、第２触媒コンバータを低エンジン負荷で暖機するように、あるいは、微粒子フィルタ（ＧＰＦ）が設けられている場合に、これを再生するように、電子コントローラのプログラムを組むことができる。
【００４７】
本発明に係るシステムは、また、過給機付きエンジンが特定条件にある場合に、さらなる利点をもたらする。エンジン運転のいくつかの領域、特に低回転（例えば、最高３００ｒｐｍ）且つ高エンジン負荷においては、空気量の少ない高過給圧が必要とされる。二次空気供給系統は、コンプレッサの空気流量を増加させるような条件下で作動させることができる。このように、コンプレッサの高効率化を図ることができるとともに、併せて、コンプレッサ自体にポンプ効果が惹起するリスクを回避することができる。このように構成されたシステムは、低回転域でエンジンの最大トルクを増大させ、および／もしくは、高出力（高負荷且つ高回転）で利点を有するより大きなサイズのコンプレッサを選択する機会を提供する。この利点は、過給機が電動機に接続されている場合に，さらに顕著なものとなる。この場合、電動機がコンプレッサを駆動するように設けられているので、かなりの大容量を持つコンプレッサを選択することにより、二次空気系統を作動させて、エンジンが低回転で運転中であっても、非常に高い最大トルクを得ることが可能になる。コンプレッサの寸法が増大されたことで、実際には、高負荷且つ高速回転では、過給機の効率が高くなり、エンジン性能および燃料消費量の面での利点をもたらす。
【００４８】
当然のことながら、本発明の原理は同じままとしつつ、構造の詳細及び実施形態は、本発明の範囲から逸脱することなく、例示として単に説明および図示されたものに対して、大きく異なることがある。
【図１】
2020133634.tif 000003
【図２】
2020133634.tif 000004
【図３】
2020133634.tif 000005
【図４】
2020133634.tif 000006
【外国語明細書】
2020133634000001.pdf