(57)【要約】    【課題】  エンジンの空燃比制御を通して、速やかな触媒の早期活性化を実現することを課題とする。    【解決手段】  排気通路２０は、複数の気筒＃１〜＃４毎に設けられた複数の個別排気管２１〜２４と、これらの個別排気管２１〜２４のうちの所定の複数の個別排気管２１，２４：２２，２３を集合させた複数の集合排気管２７，２８と、これらの集合排気管２７，２８を１つに集合させた単一の全気筒排気管３０とを含んでいる。触媒コンバータ４０は、全気筒排気管３０に備えられている。コントロールユニット６０は、触媒温度センサ５７で検出される触媒コンバータ４０の温度が所定温度以下のときは、個別排気管の集合部２５，２６で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとが集合するように、燃料噴射弁１１…１１を気筒＃１〜＃４毎に制御する。    【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒毎に燃料噴射弁を有し、排気通路に触媒コンバータを備えたエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気通路は、複数の気筒毎に設けられた複数の個別排気管と、これらの個別排気管のうちの所定の複数の個別排気管を集合させた複数の集合排気管と、これらの集合排気管を１つに集合させた単一の全気筒排気管とを含み、
前記触媒コンバータは、前記全気筒排気管に備えられていると共に、
前記触媒コンバータの温度に関連する値を検出する触媒温度関連値検出手段と、
該検出手段で検出された触媒温度関連値が前記触媒コンバータの温度が所定温度以下であることを示すときは、前記個別排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとが集合するように、前記燃料噴射弁を気筒毎に制御する空燃比制御手段とが設けられていることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記触媒温度関連値検出手段で検出された触媒温度関連値が前記触媒コンバータの温度が所定温度を超えていることを示すときは、前記集合排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとが集合するように、前記燃料噴射弁を気筒毎に制御することを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの空燃比制御装置、特に排気通路に備えられた触媒の早期活性化を図るためのエンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の車両において、エンジンから排出される排気ガス中の有害成分を浄化するために、排気通路に三元触媒やＮＯｘ触媒等が備えられるが、これらの触媒は、ある程度温度が上昇しないと触媒作用が活性化しないので、例えばエンジン始動直後等の触媒温度が低いときは、触媒の早期活性化を図るために、空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように燃料噴射量が制御された気筒からの排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチになるように燃料噴射量が制御された気筒からの排気ガスとを交互に触媒に流入させてこれらを混合させ、触媒内部においてリーン排気ガス中の余剰酸素を用いてリッチ排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ成分）を酸化燃焼させて、触媒温度の速やかな上昇を企図することが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５００８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、エンジン始動直後等は、そもそもエンジンから排出される排気ガス自体の温度が相対的に低いうえ、排気ガスが触媒に流入するまでにさらに温度が低下するので、触媒内部での酸化燃焼反応が起き難く、また起きたとしても触媒温度をそれほど速やかに上昇させることができない、という問題がある。しかも、排気ガスの温度の上昇速度がエンジンの暖機に伴い緩慢であるから、前記のような状態が比較的長く続き、結果的に、触媒の早期活性化が十分には図れない、という課題が残る。
【０００４】
そこで、本発明は、エンジン始動直後等、排気ガス温度が相対的に低い場合でも、エンジンの空燃比制御を通して、速やかな触媒の早期活性化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、複数の気筒毎に燃料噴射弁を有し、排気通路に触媒コンバータを備えたエンジンの空燃比制御装置であって、前記排気通路は、複数の気筒毎に設けられた複数の個別排気管と、これらの個別排気管のうちの所定の複数の個別排気管を集合させた複数の集合排気管と、これらの集合排気管を１つに集合させた単一の全気筒排気管とを含み、前記触媒コンバータは、前記全気筒排気管に備えられていると共に、前記触媒コンバータの温度に関連する値を検出する触媒温度関連値検出手段と、該検出手段で検出された触媒温度関連値が前記触媒コンバータの温度が所定温度以下であることを示すときは、前記個別排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとが集合するように、前記燃料噴射弁を気筒毎に制御する空燃比制御手段とが設けられていることを特徴とする。
【０００６】
また、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置において、前記空燃比制御手段は、前記触媒温度関連値検出手段で検出された触媒温度関連値が前記触媒コンバータの温度が所定温度を超えていることを示すときは、前記集合排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとが集合するように、前記燃料噴射弁を気筒毎に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、触媒コンバータの温度が相対的に低いとき、つまりエンジン始動直後等で触媒の早期活性化を図るべきときは、エンジンにより近い上流側の集合部、すなわち個別排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとを混合させるので、排気ガスの温度がそれほどまだ低下していない状態でリーンとリッチの２種の排気ガスを混在させることができて、酸化燃焼反応が前記上流側集合部において確実に起き、触媒コンバータに流入する排気ガスの温度を効率よく上昇させることができる。その結果、より速やかな触媒温度の上昇、ひいては触媒の早期活性化を実現することが可能となる。
【０００８】
一方、請求項２に記載の発明によれば、触媒コンバータの温度が相対的に高くなったとき、つまり触媒が半活性状態になったとき（触媒温度がライトオフ温度を超えたとき）には、エンジンからより遠い下流側の集合部、すなわち集合排気管の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガスと、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガスとを混合させるので、請求項１に記載の発明と同様、触媒コンバータへ流入する前の酸化燃焼反応による排気ガス温度の確実な上昇に加えて、一部の未燃燃料（ＨＣ成分）の触媒コンバータへの流入に起因する触媒コンバータ内部での酸化燃焼反応による触媒温度自体の上昇が相俟って、この場合も、より速やかな触媒温度の上昇、ひいては触媒の早期活性化を実現することが可能となる。
【０００９】
つまり、下流側の集合部におけるリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの混合は、上流側の集合部におけるリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの混合に比べて、排気ガスが出会うまでの時間が長く、排気ガス温度がより低下しているから、酸化燃焼反応が起き難く、リッチ排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ成分）がそのまま触媒コンバータへ流入する可能性が大きい。しかし、本発明では、そのような下流側の集合部におけるリーン排気ガスとリッチ排気ガスとの合流を、触媒コンバータの温度が相対的に高くなった後に行うので、触媒コンバータの内部での酸化燃焼反応が起き易い環境になっており、その結果、触媒温度は速やかに上昇し、触媒の早期活性化が確実に達成される。以下、発明の最良の実施形態を通して、本発明をさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の最良の実施形態に係るエンジン１０の空燃比制御装置のシステム構成図である。このエンジン１０は、直列４気筒のガソリンエンジンであって、第１気筒＃１〜第４気筒＃４毎に燃料を供給する複数の燃料噴射弁１１…１１が備えられている。燃料の供給順序及び点火順序は、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第２気筒＃２、第１気筒＃１…の順である。
【００１１】
排気通路２０に触媒コンバータ４０が配設されている。この触媒コンバータ４０は、例えば、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を理論空燃比近傍で同時に高度に浄化する三元触媒である。
【００１２】
排気通路２０は、上流側から順に、第１気筒＃１〜第４気筒＃４毎に設けられた複数の個別排気管２１〜２４と、これらの個別排気管２１〜２４のうちの第１個別排気管２１と第４個別排気管２４とを集合させた第１集合排気管２７及び第２個別排気管２２と第３個別排気管２３とを集合させた第２集合排気管２８と、これらの集合排気管２７，２８を１つに集合させた単一の全気筒排気管３０とを含んでいる。そして、触媒コンバータ４０は、前記全気筒集合管３０に備えられている。
【００１３】
したがって、第１気筒＃１から排出された排気ガスと第４気筒＃４から排出された排気ガスとは、第１上流集合部２５で混合した後、下流集合部２９に至る。また、第２気筒＃２から排出された排気ガスと第３気筒＃３から排出された排気ガスとは、第２上流集合部２６で混合した後、下流集合部２９に至る。そして、第１気筒＃１の排気ガスと第４気筒＃４の排気ガスとの混合物と、第２気筒＃２の排気ガスと第３気筒＃３の排気ガスとの混合物とは、下流集合部２９で混合した後、全気筒集合管３０を通過して触媒コンバータ４０に流入する。
【００１４】
このエンジン１０のコントロールユニット６０は、クランク角センサ５１、カム角センサ５２、水温センサ５３、エンジン回転数センサ５４、エアフローメータ５５、全気筒集合管３０上に配設された空燃比のフィードバック制御用の空燃比センサ５６、及び触媒コンバータ４０の温度を検出する触媒温度センサ５７からの各種信号を入力し、それらの結果に基いて、第１気筒＃１〜第４気筒＃４毎に設けられた複数の燃料噴射弁１１…１１に個別に制御信号を出力する。
【００１５】
図２は、このエンジン１０の空燃比制御装置の具体的動作の１例を示すフローチャートである。コントロールユニット６０は、ステップＳ１で、各種信号を読み込み、ステップＳ２で、基本噴射パルス幅（Ｔｐ）を演算する。ここで、基本噴射パルス幅（Ｔｐ）は、エンジン回転数センサ５４で検出されたエンジン回転数と、エアフローメータ５５で検出された吸入空気量とに基いて、全気筒＃１〜＃４を総じての平均目標空燃比が理論空燃比（例えば１４．７や１４．５等）となるような値に演算される。
【００１６】
次いで、ステップＳ３で、触媒温度センサ５７で検出された触媒コンバータ４０の温度が所定温度以下か否かを判定し、ＹＥＳのときは、ステップＳ４〜Ｓ５に進んで気筒判別を行い、ＮＯのときは、ステップＳ６〜Ｓ７に進んで気筒判別を行う。気筒判別は、クランク角センサ５１で検出されたクランク角と、カム角センサ５２で検出されたカム角とに基いて実行される。
【００１７】
ステップＳ４では、第１気筒＃１の燃料噴射タイミングか否かを判定し、ＹＥＳのときは、ステップＳ８に進み、ＮＯのときは、ステップＳ５で、第３気筒＃３の燃料噴射タイミングか否かを判定する。その結果、ＹＥＳのときは、ステップＳ８に進み、ＮＯのときは、ステップＳ９に進む。つまり、触媒コンバータ４０の温度が相対的に低いときは、第１気筒＃１の燃料噴射タイミング及び第３気筒＃３の燃料噴射タイミングでステップＳ８に進み、第２気筒＃２の燃料噴射タイミング及び第４気筒＃４の燃料噴射タイミングでステップＳ９に進む。
【００１８】
一方、ステップＳ６では、第１気筒＃１の燃料噴射タイミングか否かを判定し、ＹＥＳのときは、ステップＳ８に進み、ＮＯのときは、ステップＳ７で、第４気筒＃４の燃料噴射タイミングか否かを判定する。その結果、ＹＥＳのときは、ステップＳ８に進み、ＮＯのときは、ステップＳ９に進む。つまり、触媒コンバータ４０の温度が相対的に高くなったときは、第１気筒＃１の燃料噴射タイミング及び第４気筒＃４の燃料噴射タイミングでステップＳ８に進み、第２気筒＃２の燃料噴射タイミング及び第３気筒＃３の燃料噴射タイミングでステップＳ９に進む。
【００１９】
ステップＳ８では、気筒別補正係数Ｃｃの値として、リーン定数ＣＬを設定する。ここで、リーン定数ＣＬは、気筒の目標空燃比を理論空燃比よりもプラス（＋）１（例えば１５．７や１５．５等）とする定数である。一方、ステップＳ９では、気筒別補正係数Ｃｃの値として、リッチ定数ＣＲを設定する。ここで、リッチ定数ＣＲは、気筒の目標空燃比を理論空燃比よりもマイナス（−）１（例えば１３．７や１３．５等）とする定数である。
【００２０】
次いで、ステップＳ１０で、空燃比のフィードバック制御実行条件が成立しているか否かを判定し、ＹＥＳのときは、ステップＳ１１で、フィードバック補正係数Ｃｆｂを有意な値に設定し、ＮＯのときは、ステップＳ１２で、フィードバック補正係数Ｃｆｂをゼロに設定する。空燃比のフィードバック制御実行条件は、例えば、水温センサ５３で検出されたエンジン水温が所定温度以上であること等である。なお、この空燃比のフィードバック制御は、全気筒集合管３０に配設された空燃比センサ５６の検出結果に基いて、あくまでも全気筒＃１〜＃４を総じての平均目標空燃比と理論空燃比（例えば１４．７や１４．５等）とのズレを補正するためのものである。
【００２１】
次いで、ステップＳ１３で、その他の補正係数を設定する。その他の補正係数としては、例えば、エンジン水温に基く暖機増量補正係数（Ｃｘ）等が挙げられる。
【００２２】
次いで、ステップＳ１４で、次式（１）に従い、最終噴射パルス幅（Ｔｉ）を演算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１＋Ｃｃ＋Ｃｆｂ＋Ｃｘ＋…）＋Ｔｖ      ……（１）
ここで、Ｔｐは基本噴射パルス幅、Ｃｃは気筒別補正係数、Ｃｆｂはフィードバック補正係数、Ｃｘは暖機増量補正係数、Ｔｖは燃料噴射弁１１の動作遅れを考慮した無効噴射時間である。
【００２３】
そして、ステップＳ１５で、第１気筒＃１〜第４気筒＃４毎に設けられた各燃料噴射弁１１…１１に個別に駆動信号を出力する。
【００２４】
以上により、触媒コンバータ４０の温度が相対的に低いとき（ステップＳ３でＹＥＳのとき）、つまりエンジン１０の始動直後等で触媒の早期活性化を図るべきときは、エンジン１０により近い上流集合部２５，２６、すなわち個別排気管２１〜２４の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガス（この例では第１気筒＃１の排気ガス及び第３気筒＃３の排気ガス）と、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガス（この例では第４気筒＃４の排気ガス及び第２気筒＃２の排気ガス）とが混合することとなるので、排気ガスの温度がそれほどまだ低下していない状態でリーンとリッチの２種の排気ガスを混在させることができて、酸化燃焼反応が前記上流集合部２５，２６において確実に起き、触媒コンバータ４０に流入する排気ガスの温度が効率よく上昇することとなる。その結果、より速やかな触媒温度の上昇、ひいては触媒の早期活性化が実現する。
【００２５】
一方、触媒コンバータ４０の温度が相対的に高くなったとき（ステップＳ３でＮＯのとき）、つまり触媒が半活性状態になったとき（例えば触媒温度が浄化率が５０％以上となるライトオフ温度（２５０〜３００℃等）を超えたとき）には、エンジン１０からより遠い下流集合部２９、すなわち集合排気管２７，２８の集合部で、空燃比が理論空燃比よりもリーンな排気ガス（この例では第１集合排気管２７の排気ガス）と、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気ガス（この例では第２集合排気管２８の排気ガス）とが混合することとなるので、触媒コンバータ４０へ流入する前の酸化燃焼反応による排気ガス温度の確実な上昇に加えて、一部の未燃燃料（ＨＣ成分）の触媒コンバータ４０への流入に起因する触媒コンバータ４０内部での酸化燃焼反応による触媒温度自体の上昇が相俟って、この場合も、より速やかな触媒温度の上昇、ひいては触媒の早期活性化が実現する。
【００２６】
つまり、下流集合部２９におけるリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの合流は、上流集合部２５，２６におけるリーンな排気ガスとリッチな排気ガスとの合流に比べて、排気ガスが出会うまでの時間が長く、排気ガス温度がより低下しているから、酸化燃焼反応が起き難く、リッチ排気ガス中の未燃燃料（ＨＣ成分）がそのまま触媒コンバータ４０へ流入する可能性が大きい。しかし、本発明では、前記のような下流集合部２９におけるリーン排気ガスとリッチ排気ガスとの合流を、触媒コンバータ４０の温度が相対的に高くなった後に行うので、触媒コンバータ４０の内部での酸化燃焼反応が起き易い環境になっており、その結果、触媒温度は速やかに上昇し、触媒の早期活性化が確実に達成されることとなる。
【００２７】
なお、本実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の修正、変更が可能であることはいうまでもない。例えば、触媒コンバータ４０の温度が相対的に低いときに、第２気筒＃２の排気ガス及び第４気筒＃４の排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンとし、第３気筒＃３の排気ガス及び第１気筒＃１の排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチとしてもよい。同様に、触媒コンバータ４０の温度が相対的に高くなったときに、第２気筒＃２の排気ガス及び第３気筒＃３の排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンとし、第１気筒＃１の排気ガス及び第４気筒＃４の排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチとしてもよい。
【００２８】
また、リーンな排気ガスを作り出すのに、必ずしもリーンな排気ガスばかりを集めなくてもよい。同様に、リッチな排気ガスを作り出すのに、必ずしもリッチな排気ガスばかりを集めなくてもよい。例えば、前記例でいえば、触媒コンバータ４０の温度が相対的に高くなった後に、下流集合部２９において、第１集合排気管２７からリーンな排気ガスを出させるために、第１気筒＃１からも第４気筒＃４からもリーンな排気ガスを排出させたが、これに限らず、第１気筒＃１（あるいは第４気筒＃４）からはリーンな排気ガスを排出させるが、第４気筒＃４（あるいは第１気筒＃１）からは僅かにリッチな排気ガスを排出させて、結果的に、それらが合わさったときに、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンになればよい。同様に、下流集合部２９において、第２集合排気管２８からリッチな排気ガスを出させるために、第２気筒＃２からも第３気筒＃３からもリッチな排気ガスを排出させたが、これに限らず、第２気筒＃２（あるいは第３気筒＃３）からはリッチな排気ガスを排出させるが、第３気筒＃３（あるいは第２気筒＃２）からは僅かにリーンな排気ガスを排出させて、結果的に、それらが合わさったときに、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになればよい。
【００２９】
また、本発明は、例えば６気筒エンジン等にも適用できる。その場合は、２つの気筒の個別排気管を３箇所の上流集合部で集合させた後、３本の集合排気管を１箇所の下流集合部で単一の全気筒排気管に集合させてもよく、また、３つの気筒の個別排気管を２箇所の上流集合部で集合させた後、２本の集合排気管を１箇所の下流集合部で単一の全気筒排気管に集合させてもよい。そして、各集合部のそれぞれにおいて、リーン排気ガスとリッチ排気ガスとを混合させる。その場合に、集合する排気管の数が奇数のときは、リーン排気ガスとリッチ排気ガスとを交互に流してもよいが、必ずしも交互に流さずともリーン排気ガスとリッチ排気ガスとが略等量づつ流れるようにすればよい。
【００３０】
また、触媒コンバータ４０として、例えばＮＯｘ触媒を採用しても、事情は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、エンジン始動直後等、排気ガス温度が相対的に低い状況下でも、エンジンの空燃比制御を通して、触媒の早期活性化を確実に達成することができ、排気通路に備えられた触媒の早期活性化を図るためのエンジンの空燃比制御の技術分野において幅広い産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの空燃比制御装置のシステム構成図である。
【図２】前記エンジンの空燃比制御装置の具体的動作の１例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１０        エンジン
１１        燃料噴射弁
２０        排気通路
２１〜２４  個別排気管
２５，２６  上流集合部（個別排気管の集合部）
２７，２８  集合排気管
２９        下流集合部（集合排気管の集合部）
３０        全気筒排気管
４０        触媒コンバータ
５７        触媒温度センサ（触媒温度関連値検出手段）
６０        コントロールユニット（空燃比制御手段）
【図１】
2006342698.tif 000003
【図２】
2006342698.tif 000004