(57)【要約】【課題】  排気系にデュアルエキマニと触媒とを備えるとともに、排気系の上流位置に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられたエンジンにつき、後燃えによる触媒暖機のエネルギー効率を高めて、後燃えによる排気エミッション改善と触媒暖機促進とを高い次元で両立させ、以って排気浄化性能を向上させること。【解決手段】  ＥＣＵ１Ａは、排気系１０にデュアルエキゾーストマニホールド１１と触媒１２とを備えるとともに、排気系１０の上流位置である排気ポートに２次空気の供給をする２次空気供給装置３０が設けられたエンジン５０につき、２次空気供給装置３０が２次空気の供給をしているときに、２次空気の供給により排気ポートで後燃えが発生する第１の状態と、２次空気の供給により触媒１２で後燃えが発生する第２の状態とで、後燃えで発生するエネルギーによる触媒暖機の高効率化を図るための制御を行う高効率化制御手段を備える。【選択図】  図２
2010019218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系にデュアルエキゾーストマニホールドと触媒とを備えるとともに、前記排気系の上流位置に２次空気の供給をする２次空気供給装置が設けられたエンジンにつき、
前記２次空気供給装置が２次空気の供給をしているときに、２次空気の供給により前記上流位置で後燃えが発生する第１の状態と、２次空気の供給により前記触媒で後燃えが発生する第２の状態とで、後燃えで発生するエネルギーによる触媒暖機の高効率化を図るための制御を行う高効率化制御手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
前記第１の状態が前記エンジンの点火時期を遅角させるとともに吸入空気量を増大させる触媒暖機遅角制御が行われている状態であり、前記第２の状態が前記触媒暖機遅角制御が中断された状態であり、
前記高効率化制御手段が、前記第１の状態で排気を酸化雰囲気にすることが可能な量の燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、前記第２の状態で前記第１の状態よりもさらに燃料噴射量を増量する制御を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの制御装置であって、
前記２次空気供給装置が供給する２次空気量が所定値以下である場合に、前記高効率化制御手段が、さらに前記触媒暖機遅角制御で遅角されている点火時期の遅角量を減少させることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
前記２次空気供給装置が、前記上流位置と前記触媒直前の排気通路とに２次空気を供給可能な通路部材と、２次空気の供給位置を前記上流位置と前記排気通路との間で切り替えることが可能な供給位置切替手段とを備えており、
前記第１の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達していない状態であり、前記第２の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達した状態であり、
前記高効率化制御手段が、前記第１の状態で２次空気の供給位置を前記上流位置とするように前記供給先切替手段を制御し、前記第２の状態で２次空気の供給位置を前記排気通路とするように前記供給先切替手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
前記２次空気供給装置が、前記上流位置と前記触媒直前の排気通路とに２次空気を供給可能な通路部材と、２次空気量の供給割合を前記上流位置と前記排気通路との間で変更することが可能な供給量変更手段とを備えており、
前記第１の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達していない状態であり、前記第２の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達した状態であり、
前記高効率化制御手段が、前記第１の状態で前記上流位置のほうが前記排気通路よりも２次空気量の供給割合が大きくなるように前記供給量変更手段を制御し、前記第２の状態で前記排気通路のほうが前記上流位置よりも２次空気量の供給割合が大きくなるように前記供給量変更手段を制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項４または５記載のエンジンの制御装置であって、
前記高効率化制御手段が、さらに前記第２の状態で燃料噴射量を増量することを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特に排気系にデュアルエキゾーストマニホールド（以下、エキゾーストマニホールドを単にエキマニとも称す）と触媒とを備えるとともに、排気系の上流位置に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられたエンジンについての制御装置であるエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気系に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられたエンジンが知られている。２次空気を供給することで、いわゆる後燃えを発生させて排気に含まれる未燃ＨＣを燃焼処理することや、触媒の暖機を促進することができる。
かかる２次空気の供給に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば以下のように提案されている。特許文献１では、触媒の温度を考慮した制御を行う点で関連性があると考えられる技術が提案されている。特許文献２では、２次空気の供給状態を切り替える点で関連性があると考えられる技術が提案されている。特許文献３では、２次空気の供給位置を切り替える点で関連性があると考えられる技術が提案されている。特許文献４では、点火時期を制御する点で関連性があると考えられる技術が提案されている。特許文献５では、いわゆる触媒暖機遅角制御を行う点で関連性があると考えられる技術が提案されている。特許文献６では、燃料噴射量や点火時期の制御を行う点で関連性があると考えられる技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−０１８２３２号公報
【特許文献２】特開２００３−３４３２５６号公報
【特許文献３】特開２００７−１３８８８２号公報
【特許文献４】特開平２−１８８６１６号公報
【特許文献５】特開平９−０９１２３６号公報
【特許文献６】特開平７−０９１２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
車両の排気系では、シングルエキマニを適用し、触媒をエンジンに近接させて配置した構成（以下、第１の構成と称す）が一般的である（図９（ａ）参照）。一方、車両のなかでも、ＳＵＶ（Sport  Utility  Vehicle）やトラック系の車両では、排気系にデュアルエキマニを適用し、触媒を床下に配置した構成（以下、第２の構成と称す）を採用することがある（図９（ｂ）参照）。これは、第２の構成が第１の構成とは異なる利点を有することによるものである。次に第１および第２の構成の優劣を図１０に示す表を用いて説明する。
【０００５】
図１０は、排気系にシングルエキマニを適用した場合とデュアルエキマニを適用した場合の優劣の比較、および触媒配置をエンジン近接配置とした場合と床下配置とした場合の優劣の比較を表で示したものである。第１の構成では触媒配置がエンジン近接配置となっている。このため、第１の構成は第２の構成よりも触媒暖機促進の点で優れる。これは、第１の構成のほうが第２の構成よりも触媒暖機に利用される触媒入りエネルギーの点で優れること、すなわち触媒暖機のエネルギー効率が良いことを示す。
【０００６】
一方、エンジン性能の点では、デュアルエキマニを適用し、触媒を床下配置とした第２の構成のほうが第１の構成よりも優れる。これは、第２の構成では排気の脈動を活用したエンジン性能の向上が図られるためである。
また触媒の熱劣化という点でも、デュアルエキマニを適用し、触媒配置を床下配置とした第２の構成のほうが第１の構成よりも優れることになる。
すなわち第２の構成はこのような利点を有することから、高負荷運転が連続する場面が考えられるＳＵＶやトラック系の車両では、エンジン性能の確保と触媒の劣化抑制との両立を図るべく第２の構成を採用することがある。
【０００７】
しかしながらその一方で、第２の構成では上述の通り触媒暖機のエネルギー効率が低いことが問題となる。次にこの点について図１１を用いて説明する。図１１は第１の構成と第２の構成とで、機関始動後、時間経過とともに触媒入口温度が上昇する様子を比較して示す図である。図１１から、第１の構成のほうが第２の構成よりも触媒入口温度が上昇していることがわかる。これは、第２の構成では排気がデュアルエキマニやフロントパイプで放熱することにより、触媒の入口で排気温度が低下してしまうためである。
【０００８】
また、図１２は第１および第２の構成につき、ＨＣエミッションの排出を触媒入りエネルギーとの関係で示す比較図である。図１２から、第１の構成では目標値に対してＨＣエミッションの排出がほぼ達成水準にあるのに対して、第２の構成では触媒入りエネルギーが少ないことからＨＣエミッションの排出が目標値に及ばないことがわかる。なお、仮に第２の構成で触媒入りエネルギーを第１の構成と同じにすることができれば、プロットした点が右に平行移動することとなり、この結果、ＨＣエミッションが第１の構成と同等になる。
【０００９】
この点、上記の問題を解決すべく、第２の構成は、例えば排気ポートなど排気温度がまだ高い状態にある排気系の上流位置に２次空気を供給する２次空気供給装置をさらに備えた第３の構成とすることができる（図９（ｃ）参照）。かかる第３の構成によれば、後燃えによる排気エミッションの改善および触媒暖機の促進で排気の浄化を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、第３の構成でも強化される排ガス規制も考慮した場合には排気浄化性能が必ずしも十分ではないのが現状である。これは第３の構成では、後燃えの大部分が排気系の上流位置で完了し、これにより排気エミッションの改善を図ることができる一方で、放熱により排気温度が低下し、触媒の暖機促進効果が低くなってしまう点では第２の構成と同様であるためである。すなわち第３の構成においては、後燃えによる排気エミッションの改善を図ることはできるものの、触媒暖機のエネルギー効率が低いことから、触媒暖機の促進効果が不十分となり、この結果、排気浄化性能が必ずしも十分なものとはならない点で問題があった。
【００１１】
なお、触媒暖機の促進だけを考慮した場合には、触媒付近の触媒上流側排気通路に２次空気を供給したほうがエネルギー効率的には好ましいとも考えられる。しかしながら、この場合には触媒の前端部分の温度が活性温度になるまでの間、後燃えが発生し難くなることから、機関冷間始動直後から後燃えによる排気エミッションの改善を図ることが困難となる。
【００１２】
そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、排気系にデュアルエキマニと触媒とを備えるとともに、排気系の上流位置に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられたエンジンにつき、後燃えによる触媒暖機のエネルギー効率を高めて、後燃えによる排気エミッション改善と触媒暖機促進とを高い次元で両立させ、以って排気浄化性能を向上させることができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明のエンジンの制御装置は、排気系にデュアルエキゾーストマニホールドと触媒とを備えるとともに、前記排気系の上流位置に２次空気の供給をする２次空気供給装置が設けられたエンジンにつき、前記２次空気供給装置が２次空気の供給をしているときに、２次空気の供給により前記上流位置で後燃えが発生する第１の状態と、２次空気の供給により前記触媒で後燃えが発生する第２の状態とで、後燃えで発生するエネルギーによる触媒暖機の高効率化を図るための制御を行う高効率化制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は前記第１の状態が前記エンジンの点火時期を遅角させるとともに吸入空気量を増大させる触媒暖機遅角制御が行われている状態であり、前記第２の状態が前記触媒暖機遅角制御が中断された状態であり、前記高効率化制御手段が、前記第１の状態で排気を酸化雰囲気にすることが可能な量の燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、前記第２の状態で前記第１の状態よりもさらに燃料噴射量を増量する制御を行う構成であってもよい。
【００１５】
また本発明は前記２次空気供給装置が供給する２次空気量が所定値以下である場合に、前記高効率化制御手段が、さらに前記触媒暖機遅角制御で遅角されている点火時期の遅角量を減少させる構成であってもよい。
【００１６】
また本発明は前記２次空気供給装置が、前記上流位置と前記触媒直前の排気通路とに２次空気を供給可能な通路部材と、２次空気の供給位置を前記上流位置と前記排気通路との間で切り替えることが可能な供給位置切替手段とを備えており、前記第１の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達していない状態であり、前記第２の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達した状態であり、前記高効率化制御手段が前記第１の状態で２次空気の供給位置を前記上流位置とするように前記供給先切替手段を制御し、前記第２の状態で２次空気の供給位置を前記排気通路とするように前記供給先切替手段を制御する構成であってもよい。
【００１７】
また本発明は前記２次空気供給装置が、前記上流位置と前記触媒直前の排気通路とに２次空気を供給可能な通路部材と、２次空気量の供給割合を前記上流位置と前記排気通路との間で変更することが可能な供給量変更手段とを備えており、前記第１の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達していない状態であり、前記第２の状態が前記触媒の前端部分の温度が活性温度に達した状態であり、前記高効率化制御手段が、前記第１の状態で前記上流位置のほうが前記排気通路よりも２次空気量の供給割合が大きくなるように前記供給量変更手段を制御し、前記第２の状態で前記排気通路のほうが前記上流位置よりも２次空気量の供給割合が大きくなるように前記供給量変更手段を制御する構成であってもよい。
【００１８】
また本発明は前記高効率化制御手段が、さらに前記第２の状態で燃料噴射量を増量する構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、排気系にデュアルエキマニと触媒とを備えるとともに、排気系の上流位置に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられたエンジンにつき、後燃えによる触媒暖機のエネルギー効率を高めて、後燃えによる排気エミッション改善と触媒暖機促進とを高い次元で両立させ、以って排気浄化性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現されている本実施例に係るエンジンの制御装置を２次空気供給装置３０Ａやエンジン５０など関連する各構成とともに模式的に示す図である。エンジン５０の排気系１０はデュアルエキマニ１１と触媒１２とを有して構成されており、エンジン５０の図示しない排気ポートも含んでいる。エンジン５０は本実施例では直列４気筒の火花点火式エンジンとなっており、デュアルエキマニ１１はエンジン５０からの排気をまず所定数の気筒（ここでは２気筒）ずつ合流させ、さらに合流した排気同士をその後合流させるように構成されている。これにより排気脈動を活用したエンジン性能の向上が図られる。触媒１２は排気を浄化するための構成であり、車両の床下に配置されている。排気系１０のうち、デュアルエキマニ１１の直後の部分には排気中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ１３が配設されている。なお、触媒１２は活性温度に達した後に排気浄化能力を好適に発揮する性質を有するものであれば、特に限定されない。
【００２２】
２次空気供給装置３０Ａは、電気駆動式のエアポンプ（以下、単にＥＡＰと称す）３１と、ＡＳＶ（エアスイッチングバルブ）３２と、通路部材３３Ａとを有して構成されている。ＥＡＰ３１には定格容量型のものが適用されており、ＥＡＰ３１はＥＣＵ１Ａの制御のもと、ＯＮ、ＯＦＦといった形で駆動、停止をする。ＡＳＶ３２は電磁弁であり、通路部材３３Ａに介在するように配置されている。ＡＳＶ３２はＥＣＵ１Ａの制御のもと、ＥＡＰ３１によって圧送されてきた２次空気を流通させるか或いは遮断する。通路部材３３Ａは内部に２次空気供給通路（図示省略）を備えており、この２次空気供給通路の一端はＥＡＰ３１の吐出口に連通している。一方、エンジン５０のシリンダヘッドには排気ポートに連通する２次空気供給通路（図示省略）が排気ポート毎に設けられている。そして通路部材３３Ａの２次空気供給通路はその他端が分岐した上で、シリンダヘッドに形成された各２次空気供給通路に連通している。なお、通路部材３３Ａは２次空気供給通路を備えた複数の部材の組み合わせで構成されてよい。
【００２３】
ＥＣＵ１Ａは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主にエンジン５０を制御するように構成されており、具体的には例えばエンジン５０の気筒毎に設けられた図示しない燃料噴射弁を制御するように構成されている。この点、燃料噴射量はＥＣＵ１Ａの制御のもと、燃料噴射弁の開弁期間で調節される。またＥＣＵ１ＡはこのほかＥＡＰ３１やＡＳＶ３２などを制御するように構成されている。これらの制御対象はＥＣＵ１Ａに電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１ＡにはＡ／Ｆセンサ１３や、エンジン５０の吸入空気量Ｇａを計測するためのエアフロメータ６１や、クランク角センサ６２や、水温センサ６３や、エンジン５０に結合された図示しない自動変速機のシフト位置を検知するシフトポジションセンサ６４などの各種センサが電気的に接続されている。なお、各種センサの出力状態は例えば他のＥＣＵを介して間接的に取得されてもよい。
【００２４】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａでは各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。この点、本実施例では以下に示す高効率化制御手段や触媒暖機遅角制御手段がＥＣＵ１Ａで機能的に実現される。
【００２５】
高効率化制御手段は、２次空気供給装置３０Ａが２次空気の供給をしているときに、２次空気の供給により排気ポートで後燃えが発生する第１の状態と、２次空気の供給により触媒１２で後燃えが発生する第２の状態とで、後燃えで発生するエネルギーによる触媒暖機の高効率化を図るための制御を行う。本実施例では第１の状態は触媒暖機遅角制御が行われている状態となっており、第２の状態は触媒暖機遅角制御が中断された状態となっている。
この高効率化制御手段は具体的には第１の状態と第２の状態とで、燃料噴射量を異なる値に増量する制御を行い、さらに具体的には第１の状態では排気を酸化雰囲気にすることが可能な量の燃料噴射量を増量する制御を行うとともに、第２の状態では第１の状態よりもさらに燃料噴射量を増量する制御を行う。第１の状態で増量する燃料噴射量はＥＡＰ３１の定格容量に応じて決定される。
【００２６】
触媒暖機遅角制御手段は、機関冷間時にエンジン５０の点火時期を遅角させるとともに吸入空気量を増大させる触媒暖機遅角制御を行う。この点、触媒暖機遅角制御手段は、本実施例では機関冷間時に自動変速機のシフト位置が非駆動レンジ（ＮレンジまたはＰレンジ）になっている場合に、触媒暖機遅角制御を行う。一方、触媒暖機遅角制御手段は、機関冷間時に自動変速機のシフト位置が駆動レンジ（Ｄレンジ）になっている場合に、触媒暖機遅角制御を中断する。
【００２７】
このため触媒暖機遅角制御が行われていることは、機関冷間時に自動変速機のシフト位置が非駆動レンジになっていることで判定することができる。また、触媒暖機遅角制御が中断されたことは、機関冷間時に自動変速機のシフト位置が駆動レンジになっていることで判定することができる。なお、触媒暖機遅角制御が行われているか否かや中断されたか否かはこれに限られず、例えばその他適宜設定された触媒暖機遅角制御の実行条件が成立しているか否かなどで判定してもよい。また、機関冷間時であることは、例えば機関水温が所定値（例えば７５℃）以下であることで判定することができる。
【００２８】
次にＥＣＵ１Ａの動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１Ａでは、図２のフローチャートに示す処理がごく短い時間間隔で繰り返し実行される。なお、本フローチャートは機関冷間始動時に開始される。ＥＣＵ１ＡはＡＩ（エアインジェクション）がＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ１１）。本ステップで、２次空気供給装置３０Ａによる２次空気の供給が行われている（ＡＩがＯＮである）か否かが判定される。ＡＩがＯＮであるか否かは例えばＡＩの実行条件が成立しているか否かや、ＡＩの実行条件が成立しているか否かを示すフラグの状態に基づいて判定することができる。否定判定であれば、本フローチャートで特段の処理を要しないためリターンしてステップＳ１１に戻る。
【００２９】
一方、ステップＳ１１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは自動変速機のシフト位置がＮまたはＰレンジであるか否かを判定する（ステップＳ１２）。すなわち本ステップで、触媒暖機遅角制御が行われているか否かが判定される。ステップＳ１２で肯定判定であれば、触媒暖機制御が行われていると判定され、このときＥＣＵ１Ａは排気を酸化雰囲気にすることが可能な量の燃料噴射量を増量する制御（大幅遅角用増量値のセット）を行う（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の後にはリターンしてステップＳ１１に戻る。そして、その後のルーチンで自動変速機がＤレンジにシフトされた場合には、ステップＳ１３で否定判定される。このときには触媒暖機制御が中断されたと判定され、ＥＣＵ１Ａはさらに燃料噴射量を増量する制御（Ｄレンジ用増量値のセット）を行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の後にはリターンしてステップＳ１１に戻る。
【００３０】
ここで、ステップＳ１２で肯定判定であった場合には（すなわち触媒暖機遅角制御が行われている場合には）、点火時期の遅角により燃焼が遅くなっており、且つ排気ポート近傍でガス温度が高い状態となっている。このためこの状態で燃料噴射量を増量することにより（ステップＳ１３）、後燃えが促進される。これにより排気エミッションの改善を後燃えで図りつつ、触媒入りエネルギーを増大させることができ、この結果、触媒１２の暖機促進が図られる。
さらにステップＳ１２で否定判定であった場合には（すなわち触媒暖機遅角制御が中断された場合には）、吸入空気量が減少するので更なる燃料の増量が可能となる（ステップＳ１４）。これにより触媒入りエネルギーの更なる増大を図ることができる。
【００３１】
そして、エンジン５０始動後、ステップＳ１２で否定判定された頃には、排気系１０にデュアルエキマニ１１を適用している場合であっても、触媒１２の前端部分は活性化された状態になる。一方、このときには排気ポート近傍でガス温度が低下し、後燃えの条件が悪化することから、燃え残りが生じることになる。このため燃え残りは触媒１２の前端部分で一気に燃焼することになる。この場合には、放熱によりエネルギーを大きく失うことなく後燃えで触媒１２全体の暖機促進を図ることができることから、触媒暖機のエネルギー効率を高めることができる。そしてこの結果、後燃えにより排気エミッションの改善と触媒１２全体の暖機促進との両立が高い次元で図られる。
【００３２】
このようにＥＣＵ１Ａは、排気系１０にデュアルエキマニ１１と触媒１２とを備えるとともに、排気ポートに２次空気を供給する２次空気供給装置３０Ａが設けられたエンジン５０につき、後燃えによる触媒暖機のエネルギー効率を高めて、後燃えによる排気エミッション改善と触媒暖機促進とを高い次元で両立させ、以って排気浄化性能を向上させることができる。
【実施例２】
【００３３】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｂは、高効率化制御手段がさらに以下に示すように構成されている点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。なお、ＥＣＵ１Ｂに関連する各構成はＥＣＵ１Ａの場合と同じとなっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｂその他関連する各構成については図示省略する。また、本実施例に係る高効率化制御手段はＥＣＵ１ＡのＲＯＭに格納されたプログラムを変更することで実現できる。
【００３４】
本実施例ではＥＡＰ３１の吐出量低下に起因して２次空気供給装置３０Ａが供給する２次空気量が所定値以下である場合に（すなわち２次空気量が不足している場合に）、高効率化制御手段がさらに触媒暖機遅角制御で遅角されている点火時期の遅角量を減少させるように構成されている。ここで、点火時期の遅角量を減少させた場合には、触媒暖機遅角制御で増大されている吸入空気量Ｇａを減少させることができる。このため点火時期の遅角量を減少させることで、排気空燃比に対する２次空気の影響の度合いを相対的に高めることができる。したがって２次空気量が不足している場合に点火時期の遅角量を減少させることで、排気空燃比を所定値（例えば１６）以上に保持し、リーン状態を保つことができる。
【００３５】
なお、２次空気量が所定値以下であるか否かは、本実施例では具体的にはＡ／Ｆセンサ１３の出力に基づく計測Ａｂｙｆと、吸入空気量Ｇａと２次空気量との和を燃料噴射量で割って算出した計算Ａｂｙｆとが所定値（ここでは１６）以下であるか否かで判定する。そしてこの結果、ともに肯定判定であれば、２次空気量が所定値以下であると判定する。また計測Ａｂｙｆのみが所定値以下であった場合でも、Ａ／Ｆセンサ１３が活性化していた場合には、センサ出力の信頼性があるとして、２次空気量が所定値以下であると判定する。
【００３６】
次にＥＣＵ１Ｂの動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１ＢはＡＩがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。否定判定であれば、リターンしてステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂは計測Ａｂｙｆが１６よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。否定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂは計算Ａｂｙｆが１６よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２６）。肯定判定であれば、ＥＣＵ１ＢはＡ／Ｆセンサ１３が活性化しているか否かを判定する（ステップＳ２７）。
【００３７】
ステップＳ２２で肯定判定であった場合、またはステップＳ２７で否定判定であった場合には、ＥＡＰ３１の吐出量が特段低下していないと判断される。この場合、ＥＣＵ１ＢはＥＡＰ３１の吐出量が低下しているか否かの状態を示す吐出量低下フラグがＯＦＦであるか否かを判定する（ステップＳ２３）。肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂは点火時期の遅角量を制限するための遅角ガードｅａａｉｇｒｄが最終点火時期ｅａｏｐと等しいか否かを判定する（ステップＳ２４）。肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂは遅角ガードｅａａｉｇｒｄを最終点火時期ｅａｏｐ−０．５に補正する（ステップＳ２５）。これにより、遅角ガードｅａａｉｇｒｄが遅角側に補正され、この結果、点火時期の遅角量が増大される。すなわちこのようにして触媒暖機遅角制御による点火時期の遅角が行われる。ステップＳ２５の後にはステップＳ２１に戻る。なお、ステップＳ２３またはＳ２４で否定判定であった場合には、点火時期を遅角させることなくステップＳ２１に戻る。
【００３８】
一方、ステップＳ２６で否定判定であった場合、またはステップＳ２７で肯定判定であった場合には、２次空気量が所定値以下であると判定される。このときＥＣＵ１Ｂは吐出量低下フラグをＯＮにする（ステップＳ２８）。またこのときＥＣＵ１Ｂは遅角ガードｅａａｉｇｒｄを最終点火時期ｅａｏｐ＋１に補正する（ステップＳ２９）。これにより遅角ガードｅａａｉｇｒｄが進角側に補正され、この結果、点火時期の遅角量が減少される。そして触媒暖機遅角制御の点火時期の遅角量が減少するので、吸入空気量Ｇａも減少する。
【００３９】
これにより２次空気量の影響度合いを高めることができるので、ＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合であっても、排気空燃比を所定値である１６以上に保持し、リーン状態を保つことができる。すなわち、後燃えの必要条件を確保することができる。また後燃えの必要条件を確保できるので、燃料噴射量の増量も限界値まで詰めることができ、この結果、ＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合であってもより多くの触媒入りエネルギーを投入することができる。さらに２次空気の供給については一般に気筒間の吸入空気量のばらつき等も考慮した安全設計がなされるところ、このようにして後燃えの必要条件を確保することで、ＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合の安全設計という観点からも適切な制御を行える。ステップＳ２９の後にはステップＳ２１に戻る。
【００４０】
このようにＥＣＵ１Ｂは、ＥＣＵ１Ａと比較してさらにＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合であっても、後燃えの必要条件を確保することができ、以ってＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合であってもより多くの触媒入りエネルギーを投入することができる。またＥＣＵ１ＢはＥＣＵ１Ａと比較して、さらにＥＡＰ３１の吐出量が低下した場合の安全設計という観点からも適切な制御を行える。
【実施例３】
【００４１】
図４は本実施例に係るＥＣＵ１Ｃを関連する各構成とともに模式的に示す図である。本実施例では２次空気供給装置３０Ａの代わりに２次空気供給装置３０Ｂが設けられている点以外、関連する各構成はＥＣＵ１Ａの場合と実質的に同一となっている。２次空気供給装置３０Ｂは、通路部材３３Ａから分岐するようにして触媒１２直前の排気通路（以下、単に直前排気通路と称す）に２次空気を供給可能に構成された通路部材３３Ｂをさらに備えている点と、２次空気の供給位置を排気ポートと直前排気通路との間で切り替えることが可能な切替弁（供給位置切替手段に相当）３４をＡＳＶ３２の代わりに備えている点以外、２次空気供給装置３０Ａと実質的に同一のものとなっている。この切替弁３４は２次空気の流通も遮断できるように構成されており、制御対象としてＥＣＵ１Ｃに電気的に接続されている。なお、２次空気の流通を遮断するにあたっては、例えばＥＡＰ３１と切替弁３４との間に別途ＡＳＶ３２を備えてもよい。
【００４２】
またＥＣＵ１Ｃは、以下のように構成された高効率化制御手段を代わりに備えている点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。本実施例では高効率化制御手段が、第１の状態で２次空気の供給位置を排気ポートとするように切替弁３４を制御し、第２の状態で２次空気の供給位置を直前排気通路とするように切替弁３４を制御するよう構成されている。また本実施例では第１の状態が、触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達していない状態となっており、第２の状態が、触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達した状態となっている。触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達しているか否かは、本実施例では具体的には機関始動後の吸入空気量Ｇａの積算値と、燃料噴射量と、点火時期とに基づき触媒前端推定温度ｅｔｅｍｐｃａｔｆを算出（推定）するとともに、触媒前端推定温度ｅｔｅｍｐｃａｔｆが所定値（ここでは３５０℃）を超えたか否かで判定する。なお、本実施例に係る高効率化制御手段はＥＣＵ１ＡのＲＯＭに格納されたプログラムを変更することで実現できる。
【００４３】
次にＥＣＵ１Ｃの動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１ＣはＡＩがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ３１）。否定判定であれば、リターンしてステップＳ３１に戻る。一方、ステップＳ３１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｃは触媒前端推定温度ｅｔｅｍｐｃａｔｆが３５０℃を超えたか否かを判定する（ステップＳ３２）。本ステップで、触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達したか否かが判定される。否定判定であれば、ＥＣＵ１ＣはステップＳ３４で２次空気の供給先を排気ポートとするように切替弁３４を制御する（排気ポート通路指示）。ステップＳ３４の後にはステップＳ３１に戻る。一方、その後のルーチンでステップＳ３２で肯定判定された場合、ＥＣＵ１ＣはステップＳ３３で２次空気の供給先を直前排気通路とするように切替弁３４を制御する（触媒前通路指示）。
【００４４】
ここで、ステップＳ３２で否定判定であった場合には、排気ポートに２次空気を供給することで、ガス温度が比較的高い排気ポート近傍で後燃えが促進される。これにより排気エミッションの改善を後燃えで図ることができる。
またステップＳ３２で肯定判定であった場合には、直前排気通路に２次空気を供給することで、排気ポートでの後燃えが抑制され、その分触媒１２での後燃えが増加する。この場合には、放熱によりエネルギーを大きく失うことなく後燃えで触媒１２全体の暖機促進を図ることができることから、触媒暖機のエネルギー効率を高めることができる。そしてこの結果、後燃えにより排気エミッションの改善と触媒１２全体の暖機促進との両立が高い次元で図られる。
【００４５】
このようにＥＣＵ１Ｃは、排気系１０にデュアルエキマニ１１と触媒１２とを備えるとともに、排気ポートに２次空気を供給する２次空気供給装置３０Ｂが設けられたエンジン５０につき、後燃えによる触媒暖機のエネルギー効率を高めて、後燃えによる排気エミッション改善と触媒暖機促進とを高い次元で両立させ、以って排気浄化性能を向上させることができる。また換言すれば、この結果、排気浄化性能を確保しつつ、排気脈動を利用したエンジン性能の向上と触媒１２の熱劣化の抑制とを図ることが可能になり、排気系１０の設計自由度を高めることができる。
【実施例４】
【００４６】
図６は本実施例に係るＥＣＵ１Ｄを関連する各構成とともに模式的に示す図である。本実施例では２次空気供給装置３０Ｂの代わりに２次空気供給装置３０Ｃが設けられている点以外、関連する各構成はＥＣＵ１Ｃの場合と実質的に同一となっている。２次空気供給装置３０Ｃは、切替弁３４の代わりに２次空気量の供給割合を排気ポートと直前排気通路との間で変更することが可能な流量調節弁（供給量変更手段に相当）３５をＡＳＶ３２の代わりに備えている点以外、２次空気供給装置３０Ｂと実質的に同一のものとなっている。この流量調節弁３５は２次空気の流通も遮断できるように構成されており、制御対象としてＥＣＵ１Ｄに電気的に接続されている。なお、２次空気の流通を遮断するにあたっては、例えばＥＡＰ３１と流量調節弁３５との間に別途ＡＳＶ３２を備えてもよい。
【００４７】
またＥＣＵ１Ｄは、以下のように構成された高効率化制御手段を代わりに備えている点以外、ＥＣＵ１Ｃと実質的に同一のものとなっている。本実施例では高効率化制御手段が、第１の状態で排気ポートのほうが、直前排気通路よりも２次空気量の供給割合が大きくなるように流量調節弁３５を制御し、第２の状態で排気ポートよりも、直前排気通路のほうが２次空気量の供給割合が大きくなるように流量調節弁３５を制御するよう構成されている。
この点、高効率化制御手段は本実施例ではさらに具体的には、第１の状態では排気ポートと直前排気通路への２次空気量の供給割合が１０：０になるように流量調節弁３５を制御するよう構成されており、第２の状態では排気ポートと直前排気通路への２次空気量の供給割合が３：７になるように流量調節弁３５を制御するように構成されている。
【００４８】
なお、本実施例に係る高効率化制御手段はＥＣＵ１ＣのＲＯＭに格納されたプログラムを変更することで実現できる。また本実施例では実施例３と同様に、第１の状態が触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達していない状態となっており、第２の状態が触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達した状態となっている。また本実施例では実施例３で前述したのと同様に、触媒１２の前端部分の温度が活性温度に達しているか否かを判定する。
【００４９】
次にＥＣＵ１Ｄの動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１ＤはＡＩがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ４１）。否定判定であれば、リターンしてステップＳ４１に戻る。一方、ステップＳ４１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｄは触媒前端推定温度ｅｔｅｍｐｃａｔｆが３５０℃を超えたか否かを判定する（ステップＳ４２）。否定判定であれば、ステップＳ４４で排気ポートと直前排気通路の２次空気量の供給割合が１０：０になるように流量調節弁３５を制御する（ポート：触媒＝１０：０）。ステップＳ４４の後にはステップＳ４１に戻る。一方、その後のルーチンでステップＳ４２で肯定判定された場合、ＥＣＵ１ＤはステップＳ４３で排気ポートと直前排気通路の２次空気量の供給割合が３：７になるように流量調節弁３５を制御する（ポート：触媒＝３：７）。
【００５０】
ここで、ステップＳ４２で否定判定であった場合には、排気ポートに２次空気を供給することで、ガス温度が比較的高い排気ポート近傍で後燃えが促進される。これにより排気エミッションの改善を後燃えで図ることができる。
またステップＳ４２で肯定判定であった場合には、主に直前排気通路に２次空気を供給することで、排気ポートでの後燃えが抑制され、その分触媒１２での後燃えが増加する。この場合には、放熱によりエネルギーを大きく失うことなく後燃えで触媒１２全体の暖機促進を図ることができることから、触媒暖機のエネルギー効率を高めることができる。そしてこの結果、後燃えにより排気エミッションの改善と触媒１２全体の暖機促進との両立が高い次元で図られる。
【００５１】
さらにステップＳ４２で肯定判定であった場合には、排気ポートに少量の２次空気を供給することで、排気温度の低下を抑制することができる。これにより触媒１２が排気温度の低下に伴い、再び不活性状態になることを防止できる。したがって触媒活性の判定精度に悪影響が及ぶことも防止できる。
このようにＥＣＵ１ＤはＥＣＵ１Ｃと比較して、さらに排気温度の低下を抑制できる。このためＥＣＵ１ＤはＥＣＵ１Ｃと比較して、さらに触媒１２が再び不活性状態になることを防止できるとともに、触媒活性の判定精度を補償することができる。
【実施例５】
【００５２】
本実施例に係るＥＣＵ１Ｅは、高効率化制御手段がさらに第２の状態で燃料噴射量を増量するように構成されている点以外、ＥＣＵ１Ｃと実質的に同一のものとなっている。また関連する各構成はＥＣＵ１Ｃの場合と実質的に同一のものとなっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｅおよび関連する各構成については図示省略する。なお、本実施例に係る高効率化制御手段はＥＣＵ１ＣのＲＯＭに格納されたプログラムを変更することで実現できる。また、ＥＣＵ１Ｄで本実施例に係る高効率化制御手段を実現することもできる。
【００５３】
高効率化制御手段はさらに具体的には、排気ポートへ２次空気を供給する２次空気供給通路の通路態様によって制限的に定まる２次空気量に見合った燃料噴射量を第１の状態で増量するとともに、第２の状態で第１の状態よりもさらに燃料噴射量を増量するように構成されている。ここで、直前排気通路へ２次空気を供給する２次空気供給通路は、排気ポートへ２次空気を供給する２次空気供給通路よりも設計上の制約が少ないことから流量が大きくなるように形成することができ、本実施例ではそのように２次空気供給通路が形成されている。このため第２の状態では直前排気通路へ２次空気を供給する２次空気供給通路の通路態様によって制限的に定まる２次空気量に見合った燃料噴射量が増量される結果、第１の状態よりもさらに燃料噴射量が増量されることになる。
【００５４】
次にＥＣＵ１Ｅの動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１ＥはＡＩがＯＮであるか否かを判定する（ステップＳ５１）。否定判定であれば、リターンしてステップＳ５１に戻る。一方、ステップＳ５１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｅは２次空気の供給先が直前排気通路であるか否か（触媒前ＡＩであるか否か）を判定する（ステップＳ５２）。否定判定であれば、第１の状態であると判定される。このときＥＣＵ１ＥはステップＳ５４で排気ポートに供給する場合の２次空気量に見合った燃料噴射量の増量を行う（ポートＡＩ増量）。これにより排気エミッションの改善を後燃えで図りつつ、触媒入り投入エネルギーを増大させることができ、この結果、触媒１２の暖機促進が図られる。
【００５５】
一方、その後のルーチンでステップＳ５２で肯定判定された場合には、第２の状態であると判定される。このときＥＣＵ１ＥはステップＳ５３でさらに燃料噴射量の増量を行う（ポートＡＩ増量＋α）。これにより触媒入りエネルギーの更なる増大を図ることができ、この結果、触媒暖機をさらに促進させることができる。
このようにＥＣＵ１ＥはＥＣＵ１Ｃと比較して、さらに触媒入りエネルギーの増大を図ることができ、この結果、触媒暖機の更なる促進を図ることができる。
【００５６】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば供給量変更手段は供給先が直前排気通路になるように制御した際に、排気ポートへも所定の２次空気が供給されるように洩れ通路が設定された切替弁で実現されてもよい。
また例えば高効率化制御手段はＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、その他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、高効率化制御手段は例えば複数の電子制御装置や電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。すなわち高効率化制御手段は例えば分散制御的な態様で実現されてもよく、またこれに応じて本発明のエンジンの制御装置は例えば分散制御的な態様で実現されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ＥＣＵ１Ａを関連する各構成とともに模式的に示す図である。
【図２】ＥＣＵ１Ａの動作をフローチャートで示す図である。
【図３】ＥＣＵ１Ｂの動作をフローチャートで示す図である。
【図４】ＥＣＵ１Ｃを関連する各構成とともに模式的に示す図である。
【図５】ＥＣＵ１Ｃの動作をフローチャートで示す図である。
【図６】ＥＣＵ１Ｄを関連する各構成とともに模式的に示す図である。
【図７】ＥＣＵ１Ｄの動作をフローチャートで示す図である。
【図８】ＥＣＵ１Ｅの動作をフローチャートで示す図である。
【図９】車両の排気系の構成として、第１、第２および第３の構成をそれぞれ模式的に示す図である。
【図１０】排気系にシングルエキマニを適用した場合とデュアルエキマニを適用した場合の優劣の比較、および触媒配置をエンジン近接配置とした場合と床下配置とした場合の優劣の比較を表で示す図である。
【図１１】第１の構成と第２の構成とで、機関始動後、時間経過とともに触媒入口温度が上昇する様子を比較して示す図である。
【図１２】第１および第２の構成につき、ＨＣエミッションの排出を触媒入りエネルギーとの関係で示す比較図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    ＥＣＵ                  １１  デュアルエキマニ
１２  触媒                    ３０  ２次空気供給装置
３１  ＥＡＰ                  ３２  ＡＳＰ
３３  通路部材                ３４  切替弁
３５  流量調節弁              ５０  エンジン
【図１】
2010019218.tif 000003
【図２】
2010019218.tif 000004
【図３】
2010019218.tif 000005
【図４】
2010019218.tif 000006
【図５】
2010019218.tif 000007
【図６】
2010019218.tif 000008
【図７】
2010019218.tif 000009
【図８】
2010019218.tif 000010
【図９】
2010019218.tif 000011
【図１０】
2010019218.tif 000012
【図１１】
2010019218.tif 000013
【図１２】
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