(57)【要約】【課題】ＡＩによる触媒暖機中に内燃機関の出力が増加したときには触媒の暖機程度に応じてＡＩの動作を停止して触媒暖機中のエミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスを浄化する触媒の暖機を促進するために内燃機関の始動時に触媒上流の排気ガス管に二次空気が注入（ＡＩ）される。ＡＩ中の触媒の暖機度合いが予め定められた判定暖機度合い以上、かつ、内燃機関出力が判定出力以上であるときには二次空気の注入を中断して、触媒で排気ガスの浄化を行いエミッションの悪化が抑制される。【選択図】　　　図１
2004060564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス管に設置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記内燃機関の始動時に前記触媒の暖機を促進するために前記触媒上流の排気ガス管に二次空気を注入する二次空気注入手段と、
前記触媒の暖機度合いを検出する暖機度合い検出手段と、
前記暖機度合い検出手段で検出された暖機度合いに基づいて判定出力を算出する判定出力算出手段と、
前記内燃機関の出力を検出する出力検出手段と、
前記暖機度合い検出手段で検出された暖機度合いが予め定められた判定暖機度合い以上、かつ、前記出力検出手段により検出された内燃機関出力が前記判定出力算出手段により算出された判定出力以上であるときには前記二時空気注入手段による二次空気の注入を中断する注入中断手段を具備する内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記暖機度合い検出手段が、
前記内燃機関の始動後に前記内燃機関に吸入された一次空気流量の積算値を検出するものである請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記出力検出手段が、
スロットルバルブの開度に基づいて内燃機関の出力を検出するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記出力検出手段が、
内燃機関に吸入される吸気量に基づいて内燃機関の出力を検出するものである請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
内燃機関冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、
前記冷却水温度検出手段で検出された冷却水温度に基づいて判定暖機度合い、及び判定出力を補正する補正手段をさらに具備する請求項１から４に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ガス浄化装置に係り、特に触媒暖機中に内燃機関の出力が増加したときにもエミッションの悪化を抑制することの可能な内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリン等を燃料に使用する内燃機関にあっては、排気ガス中の窒素酸化物、炭化水素及び一酸化炭素を除去するために内燃機関の排気系統に触媒（例えば三元触媒、窒素酸化物吸蔵還元触媒、酸化機能を有する触媒等）が設置される。
【０００３】
触媒で窒素酸化物を還元し炭化水素及び一酸化炭素を酸化するためには、触媒中に蓄積される酸素量を蓄積限界の半分程度に維持するとともに内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比付近のウインド内に制御することが必要となる。
【０００４】
そこで、排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御するために触媒入口に排気ガスの空燃比を検出するために空燃比センサ（Ｏ２センサ又はＡ／Ｆセンサ）を設置し、このセンサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御する空燃比フィードバック制御を行っている。
【０００５】
しかし、空燃比センサが活性化し、触媒の暖機が完了した状態でなければ正常に機能を発揮しないため、内燃機関始動後活性化及び暖機が完了するまでは空燃比フィードバック制御を禁止するとともに触媒の暖機を促進する方策を講じている。
【０００６】
触媒の暖機促進策としては、内燃機関の排気管へ二次空気を注入（以下ＡＩと記す）することによって、排気ガス中の酸素濃度を高め触媒での酸化反応を促進して反応熱により暖機を促進する方策が一般的に採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の暖機は一挙に進むものではなく、暖機完了までにはある程度の時間を要する。
【０００８】
このため、ＡＩ開始直後の暖機が進んでおらず排気ガス浄化能力がない状況では、車両の発進等による内燃機関の出力増大により排気ガス量が増加する場合であってもＡＩを継続して触媒の暖機を促進することが要求される。
【０００９】
逆に、ＡＩ開始後相当時間が経過し触媒が部分的に排気ガス浄化能力を獲得した状況では、内燃機関の出力増大により排気ガス量が増大する場合にはＡＩを停止して積極的にエミッションを改善することが望ましい。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、ＡＩによる触媒暖機中に内燃機関の出力が増加したときには触媒の暖機程度に応じてＡＩの動作を停止して触媒暖機中のエミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第一の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガス管に設置され排気ガスを浄化する触媒と、内燃機関の始動時に前記触媒の暖機を促進するために触媒上流の排気ガス管に二次空気を注入する二次空気注入手段と、触媒の暖機度合いを検出する暖機度合い検出手段と、暖機度合い検出手段で検出された暖機度合いに基づいて判定出力を算出する判定出力算出手段と、内燃機関の出力を検出する出力検出手段と、暖機度合い検出手段で検出された暖機度合いが予め定められた判定暖機度合い以上かつ出力検出手段により検出された内燃機関出力が判定出力算出手段により算出された判定出力以上であるときには二時空気注入手段による二次空気の注入を中断する注入中断手段を具備する。
【００１２】
本発明にあっては、ＡＩ動作中に触媒の暖機がある程度以上進んだ場合に、内燃機関の出力が所定以上となったときはＡＩが中断される。
【００１３】
第二の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、暖機度合い検出手段が内燃機関の始動後に内燃機関に吸入された一次空気流量の積算値を検出するものである。
【００１４】
本発明にあっては、触媒の暖機度合いは始動の後の吸入空気量積算値によって判定される。
【００１５】
第三の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、出力検出手段がスロットルバルブの開度に基づいて内燃機関の出力を検出するものである。
【００１６】
本発明にあっては、スロットルバルブの開度に基づいて内燃機関の出力が検出される。
【００１７】
第四の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、出力検出手段が内燃機関に吸入される吸気量に基づいて内燃機関の出力を検出するものである。
【００１８】
本発明にあっては、吸気量に基づいて内燃機関の出力が検出される。
【００１９】
第五の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、冷却水温度検出手段で検出された冷却水温度に基づいて判定暖機度合い及び判定出力を補正する補正手段をさらに具備する。
【００２０】
本発明にあっては、判定暖機度合い及び判定出力が冷却水温度に基づいて補正される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の構成図であって、内燃機関１０には吸気系１１から空気が供給される。
【００２２】
吸気系１１は、エアフィルタ１１１（エアフローメータを内蔵している）、吸気管１１２、吸気管１１２内に設置されるスロットルバルブ１１３、吸気マニホールド１１４及び吸気枝管１１５等から構成され、吸気枝管１１５には吸気中に燃料を注入する燃料噴射バルブ１２が設置されている。
【００２３】
内燃機関１０から排出される排気は排気系１３を介して車外に排出されるが、排気系１３は、排気枝管１３１、排気マニホールド１３２、排気管１３３及び触媒１３４から構成され、触媒１３４の上流側には空燃比センサ１３５が設置される。なお、触媒１３４の下流側にも空燃比センサ１３６が設置される場合もある。
【００２４】
さらに触媒１３４の下流側には触媒から排出される排気ガスの温度を検出するための排気ガス温度センサ１３７も設置されている。
【００２５】
ＡＩ系１４は、二次空気用フィルタ１４１、電動エアポンプ１４２、エアスイッチングバルブ１４３、二次空気配管１４４及び二次空気注入管１４５等から構成される。
【００２６】
そして二次空気注入管１４５は排気マニホールド１３１に接続されており、第二空気用エアフィルタ１４１から吸入された二次空気は排気マニホールド１３１に注入される。
【００２７】
なお、エアスイッチングバルブ１４３は二次空気の供給を制御するアクチュエータであって、ソレノイドバルブ１４６を介して吸気管と接続されており、吸気マニホールド１１３の負圧によって開閉が制御される。
【００２８】
即ち、ソレノイドバルブ１４６が励磁されるとエアスイッチングバルブ１４３には負圧が供給されて開状態となり、二次空気が排気マニホールド１３１に注入される。ソレノイドの励磁が解除されると、エアスイッチングバルブ１４３は閉状態となり二次空気の供給は遮断される。
【００２９】
上記の排気ガス浄化装置は、マイクロコンピュータで構成されるＥＣＵ１５で制御される。
【００３０】
図２はＥＣＵの構成図であって、バス１５０を中心として、ＣＰＵ１５１、メモリ１５２、入力インターフェイス１５３及び出力インターフェイス１５４から構成される。
【００３１】
入力インターフェイス１５３からは、空燃比センサ１３５及び１３６で検出される排気ガス中の酸素濃度、排気ガス温度センサ１３７で検出される排気ガスの温度、エアフローメータで検出される吸入空気量、冷却水温度センサ（図示せず）によって検出される冷却水温度がＥＣＵに読み込まれる。
【００３２】
出力インターフェイス１５４からは、燃料噴射バルブ１２、電動エアポンプ１４２、及びソレノイドバルブ１４６に対する操作信号が出力される。
【００３３】
図３はＥＣＵ１５で実行されるＡＩメインルーチンのフローチャートであって、ステップ３０で低温始動直後であるかを判定する。
【００３４】
ステップ３０で肯定判定されたとき、即ち低温始動直後であればステップ３１でＡＩ終了フラグＸＡＩが“０”であるかを判定する。なお、ＡＩ終了フラグＸＡＩは図示しない初期化ルーチンによって予めＡＩ未終了を意味する“０”に初期化されているものとする。
【００３５】
ステップ３１で肯定判定されたとき、即ちＡＩ終了フラグＸＡＩが“０”であるときは、ＡＩは開始されていないものとしてステップ３２でＡＩ作動中フラグＸＡＩｓが“０”であるかを判定する。なお、ＡＩ作動中フラグＸＡＩｓも図示しない初期化ルーチンによって予めＡＩ作動中でないことを意味する“０”に初期化されているものとする。
【００３６】
ステップ３２で肯定判定されたとき、即ちＡＩ作動中フラグＸＡＩｓが“０”であるときは、ＡＩは作動中ではないものとしてステップ３３で内燃機関始動後予め定められた時間（Ａ秒）が経過したかを判定する。
【００３７】
ステップ３３で肯定判定されたとき、即ち内燃機関始動後Ａ秒が経過したときはステップ３３１でＡＩオン指令を出力し、ステップ３３２でＡＩ作動中フラグＸＡＩｓをＡＩ作動中を意味する“１”に設定してこのルーチンを終了する。
【００３８】
なお、ステップ３０で否定判定されたとき、即ち低温始動直後でないとき、ステップ３１で否定判定されたとき、即ちＡＩ終了フラグＸＡＩが“１”であるとき、即ちＡＩが終了したとき、並びにステップ３３で否定判定されたとき、即ち内燃機関始動後Ａ秒が経過していないときは、ステップ３０１に進みＡＩオフ指令を出力してこのルーチンを終了する。
【００３９】
またステップ３２で否定判定されたとき、即ちＡＩ作動中フラグＸＡＩｓが“１”であるときは、ＡＩ動作中であるので、ステップ３４でＡＩ動作中の内燃機関吸気量積算値ΣＧａを読み込む。
【００４０】
触媒１３４の暖機の程度は触媒床の温度により判断することが可能であるが、常温（車両停止中）から１０００度（活性中）までの広い範囲の温度を高い信頼性で計測できる適当なセンサがない。触媒１３４の暖機の程度は内燃機関始動後内燃機関に吸入される吸気量の積算値と相関を有すると考えられるので、本発明においては内燃機関吸気量積算値から触媒の暖機程度を推定している。
【００４１】
なお、ＡＩ動作中の内燃機関吸気量積算値ΣＧａはエアフィルタ１１１に内蔵されたエアフローメータで検出された吸気量を所定間隔毎に積算することにより求めることが可能である。
【００４２】
次にステップ３５でＡＩ動作中の内燃機関吸気量積算値ΣＧａが予め定められた所定値Ｂ以上であるかを判定する。
【００４３】
ステップ３５で肯定判定されたとき、即ち吸気量積算値ΣＧａが所定値Ｂより大きいときは、触媒１３４の暖機は完了したものとして、ステップ３５１でＡＩオフ指令を出力し、ステップ３５２でＡＩ終了フラグＸＡＩを“１”に設定してこのルーチンを終了する。
【００４４】
なお、ステップ３５で否定判定されたとき、即ち吸気量積算値ΣＧａが所定値Ｂ以下であるときは、触媒１３４の暖機は未完であるものとしてステップ３６でＡＩ中制御ルーチンを実行する。
【００４５】
図４はＡＩメインルーチンのステップ３６で実行されるＡＩ中制御ルーチンのフローチャートであって、ステップ３６０で内燃機関の実出力を表すパラメータ（スロットルバルブ開度又は吸気流量）を読み込み、ステップ３６１で吸気量積算値ΣＧａの関数として判定出力を算出する。
【００４６】
図５は判定出力のグラフであって、横軸は吸気量積算値を、縦軸は判定出力を表す。
【００４７】
吸気量積算値が小さいとき、即ち内燃機関始動後間もないときは、触媒は未だ暖機されていない可能性が大きいのでＡＩを停止する判定出力は大きく設定される。逆に、吸気量積算値が大きいとき、即ち内燃機関始動後時間が経過しているときは、触媒は暖機されている可能性が大きいのでＡＩを停止する判定出力は小さく設定される。
【００４８】
即ち、実出力が判定出力より大きいとき（斜線領域）はＡＩを停止し、実出力が判定出力未満であるときはＡＩの動作を継続する。
【００４９】
ステップ３６２で、ステップ３６０で読み込まれた内燃機関の実出力がステップ３６１で算出された判定出力未満であるかを判定する。
【００５０】
ステップ３６２で肯定判定されたとき、即ち実出力が判定出力未満であるときは、ステップ３６３でＡＩオン指令を出力してこのルーチンを終了する。
【００５１】
逆に、ステップ３６２で否定判定されたとき、即ち実出力が判定出力以上であるときは、ステップ３６４でＡＩオフ指令を出力してこのルーチンを終了する。
【００５２】
図６はＡＩオン指令が出力されたときに実行されるＡＩ起動ルーチンのフローチャートであって、ステップ６０で電動エアポンプ１４２を駆動するモータへの電力供給を開始し電動エアポンプ１４２を起動し、ステップ６１でソレノイドバルブ１４６を励磁してエアスイッチングバルブ１４３に吸気マニホールド１１４の負圧を供給する。すると二次空気容エアフィルタ１４１から大気が吸入され、二次空気配管１４４及び二次空気注入管１４５を介して二次空気を排気枝管１３１に注入して排気ガス中の酸素濃度を高め、触媒１３４における酸化反応を促進する。この酸化反応熱により触媒１３４の暖機が促進される。
【００５３】
図７はＡＩオフ指令が出力されたときに実行されるＡＩ停止ルーチンのフローチャートであって、ステップ７０で電動エアポンプ１４２を駆動するモータへの電力供給を遮断し電動エアポンプ１４２を停止し、ステップ７１でソレノイドバルブ１４６を非励磁としてエアスイッチングバルブ１４３への吸気マニホールド１１４の負圧の供給して排気枝管１３１への二次空気の供給を停止する。
【００５４】
図８はＡＩ実行中にＥＣＵ１５で実行される燃料噴射ルーチンのフローチャートであって、内燃機関のウランクシャフトの一定回転角毎に実行される割り込み処理として実行される。
【００５５】
ステップ８０において、エアフローメータで検出される吸入空気量Ｑと内燃機関回転数Ｎの関数として基本燃料噴射時間ＴＰを算出する。そしてステップ８１で次式により燃料噴射時間ＴＡＵを算出する。
【００５６】
ＴＡＵ　←　ＴＰ・ＦＡＦ・γ
なお、ＦＡＴはフィードバック補正係数であって、ＡＩ動作中は、空燃比はオープンループ制御されているので“１．０”である。γは、例えば始動時増量に対応する補正係数である。
【００５７】
なお、上記実施例においては、所定値Ｂ及び判定出力算出用グラフは一義的に定められているものとしているが、始動前に内燃機関冷却水温度が低いほど触媒の暖機に時間がかかるので、始動前冷却水温度に応じて所定値Ｂ及び判定出力算出用グラフを変更してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、二次空気注入中であっても触媒の暖機が進んだ場合には、内燃機関の出力が増大したときには二次空気の注入を中断して触媒で排気ガスを浄化してエミッションが悪化することを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の構成図である。
【図２】ＥＣＵの構成図である。
【図３】ＡＩメインルーチンのフローチャートである。
【図４】ＡＩ中制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】判定出力のグラフである。
【図６】ＡＩ起動ルーチンのフローチャートである。
【図７】ＡＩ停止ルーチンのフローチャートである。
【図８】燃料噴射ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関
１１…吸気系
１１１…エアフィルタ
１１２…吸気管
１１３…スロットルバルブ
１１４…吸気マニホールド
１１５…吸気枝管
１２…燃料噴射バルブ
１３…排気系
１３１…排気枝管
１３２…排気マニホールド
１３３…排気管
１３４…触媒
１３５…上流側空燃比センサ
１３６…下流側空燃比センサ
１３７…排気ガス温度センサ
１４…ＡＩ系
１４１…二次空気用フィルタ
１４２…電動エアポンプ
１４３…エアスイッチングバルブ
１４４…二次空気配管
１４５…二次空気注入管
１４６…ソレノイドバルブ
１５…ＥＣＵ
【図１】
2004060564.tif 000003
【図２】
2004060564.tif 000004
【図３】
2004060564.tif 000005
【図４】
2004060564.tif 000006
【図５】
2004060564.tif 000007
【図６】
2004060564.tif 000008
【図７】
2004060564.tif 000009
【図８】
2004060564.tif 000010