(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化性能と燃料経済性を向上させる。【解決手段】エンジン排気部の排出制御装置70を迅速に加熱する方法が、空気導入装置209を介して排気に加えられる二次空気を用いる。エンジン冷間始動後、リーン空燃比と遅角点火時期でエンジンを運転することにより、エンジン10が、排気マニフォールド温度を第１所定値まで上昇させるように運転される。排気マニフォールドが所定の温度値に到達すると、エンジンは、リッチ運転するように切換えられ、空気導入装置を介して空気が加えられる。加えられた空気とリッチ排気が、排気部中で燃焼し、それにより、熱を発生して、触媒温度をより迅速に上昇させる。エンジン空気量が予め選択された値を越えて増大するか、排出制御装置が目標温度値に到達するまで、リッチ運転と二次空気は継続される。排出制御装置が目標温度に到達した後、エンジンは実質的に理論値回りで運転される。【選択図】図１
2004036625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　実際のエンジン出力が予め選択された値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び
　　実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項２】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　実際のエンジン出力が予め選択された値未満であり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、
　　実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び
　　排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項３】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　上記エンジンがアイドル状態にあることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び
　　上記エンジンが非アイドル状態にあることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項４】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　上記エンジンがアイドル状態にあり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、
　　上記エンジンが非アイドル状態にあり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び
　　排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項５】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　エンジン空気量が予め選択された値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び
　　エンジン空気量が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項６】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　エンジン空気量が予め選択された値未満であり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、
　　エンジン空気量が上記予め選択された値以上であり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び
　　排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項７】
　　排気系に排出制御装置と、排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法であって、
　　実際のエンジン出力が予め選択された値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び
　　実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンをリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、
　を有する方法。
【請求項８】
　　上記エンジンへの質量空気量を計測することにより、上記実際のエンジン出力が検出される、請求項１、２又は７に記載の方法。
【請求項９】
　　上記エンジンへの空気量を絞るスロットル弁の位置を計測することにより、上記実際のエンジン出力が検出される、請求項１、２又は７に記載の方法。
【請求項１０】
　　上記エンジンへの空気流を絞るスロットル弁の位置を計測することにより、上記エンジンがアイドル状態にあることの上記表示が生成される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項１１】
　　上記エンジンがエンジン・アイドル速度制御中であるか否かを監視することにより、上記エンジンがアイドル状態にあることの上記表示が生成される、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項１２】
　　上記エンジンへの質量空気量を計測することにより、上記エンジン空気量が検出される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項１３】
　　上記エンジンへの空気流を絞るスロットル弁の位置を計測することにより、上記エンジン空気量が検出される、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項１４】
　　上記予め選択された温度閾値が触媒ライトオフ温度である、請求項２、４又は６に記載の方法。
【請求項１５】
　　上記リッチ空気燃料混合気が12:1よりも燃料リッチの空燃比を持つ、請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
　　上記空気導入装置が空気ポンプである、請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
　　上記空気ポンプを介して付加される空気の量を制御するために、上記空気ポンプに加えられる電圧が調整される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
　　上記ポンプを介して付加される空気の量を外部状態に基づき決定する工程を更に有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
　　上記外部状態が、少なくとも大気圧及び温度を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
　　上記空気導入装置を介して加えられる空気量に基き上記リッチ空気燃料混合気の空燃比を調整する工程、を更に有する、請求項１〜１９のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
　　上記リーン運転から上記リッチ運転へ移行するとき、上記エンジンへ入る空気を調整する工程を、更に有する、請求項１〜２０のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
　　請求項１〜２１のうちのいずれか１項に記載の方法が有する工程を、コンピューターに実行させる、コンピューター・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は概略的には、エンジン排気装置への空気導入装置を持つ内燃機関の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
　エンジン排出量（エミッション）を削減するために、排気系の触媒コンバーターを迅速に加熱することが望ましい。言い換えると、触媒コンバーターは、所定の動作温度に到達した後で、より高い排出物削減効果を得る。それで、車両の排出量を削減するため、出来るだけ迅速に触媒温度を上昇させる種々の方法が利用可能である。
【０００３】
　触媒温度を上昇させる取組みの一つにおいて、トルク発生の観点で最良の時期よりも遅角した点火時期でエンジンが運転される。この取組みにおいて、触媒コンバーターを上昇させるために、遅角された点火時期による燃焼ガスの膨張の小ささゆえに、燃焼室からの排気温度が高められる。しかしながら、この取組みは、アイドル状態のような小空気量運転中には特に触媒コンバーターを迅速に加熱するという、高まる要求には不充分になっている、ということを本件発明者は認識した。
【０００４】
　触媒温度を上昇させる別の取組みにおいては、エンジンがリッチ空気燃料混合気で運転され、一方、触媒コンバーターの上流の排気システムへ直接二次空気が供給される。そのようなシステムが、特許文献１に記載されている。このシステムにおいて、燃焼室からの過剰な燃料が触媒コンバーターの上流の排気管へ排出され、二次空気と共に燃焼させられる。触媒コンバーター上流で燃焼した燃料が、触媒温度を上昇させる熱を発生する。
【特許文献１】米国特許第５３４３９７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　この従来システムは、炭化水素排出量を低く保ちつつ触媒温度を迅速に高めることが出来るものの、燃焼室からの過剰な燃料がトルクの発生に寄与しないため、燃料経済性を劣化させる、ということを本件発明者は認識した。
【０００６】
　本件発明者は更に、より大きな空気量での運転中、排気圧の上昇が二次空気の導入を制限し、それにより、触媒コンバーターを加熱する炭化水素の発熱反応が不充分になる、ということを認識した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　従来の取組みにおける上述の問題点は、エンジン排気系に排出制御装置（emission control device)と、エンジン排気系に結合された空気導入装置とを持つエンジンを運転する方法により、解消される。この方法は、実際のエンジン出力が予め選択された値未満であることの表示（indication）に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び、実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【０００８】
　本発明の第１の観点によれば、燃料経済性の低下及び、二次空気の不足の可能性故の排出量劣化の可能性が大きい、実際のエンジン出力が予め選択された値以上のときに、リッチ空気燃料混合気でのエンジン運転が中断される。同時に、エンジンは、遅角した点火時期とリーン空気燃料混合気で動作し、その結果、リーン空気燃料混合気からの増大した空気質量ゆえに触媒温度が迅速に上昇すると共に、リーン空燃比ゆえにエンジンが発生する炭化水素が少なくなり、それにより、排出量（エミッション）と燃料経済性の劣化を回避する。
【０００９】
　本発明の第２の観点における方法は、実際のエンジン出力が予め選択された値未満であり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び、排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００１０】
　本発明の第２の観点によれば、第１の観点に加えて、排気温度が予め選択された温度以上であるとき、エンジンが理論空燃比で動作する。それで、触媒温度の上昇が不要なときに、排出量が理想的に下げられる。
【００１１】
　本発明の第３の観点による方法は、上記エンジンがアイドル状態にあることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び、上記エンジンが非アイドル状態にあることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００１２】
　本発明の第３の観点によれば、燃料経済性の低下及び、二次空気の不足の可能性故の排出性能劣化の可能性が大きい、非アイドル状態でエンジンが動作しているときに、リッチ空気燃料混合気でのエンジン運転が中断される。同時に、エンジンは、遅角した点火時期とリーン空気燃料混合気で動作し、その結果、リーン空気燃料混合気からの増大した空気質量ゆえに触媒温度が迅速に上昇すると共に、リーン空燃比ゆえにエンジンが発生する炭化水素が少なくなり、それにより、排出性能と燃料経済性の劣化を回避する。
【００１３】
　本発明の第４の観点における方法は、上記エンジンがアイドル状態にあり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、上記エンジンが非アイドル状態にあり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び、排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００１４】
　本発明の第４の観点によれば、第３の観点に加えて、排気温度が予め選択された温度以上であるとき、エンジンが理論空燃比で動作する。それで、触媒温度の上昇が不要なときに、排出量が理想的に下げられる。
【００１５】
　本発明の第５の観点における方法は、エンジン空気量が予め選択された値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び、エンジン空気量が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００１６】
　本発明の第５の観点によれば、燃料経済性の低下及び、二次空気の不足の可能性故の排出性能劣化の可能性が大きい、エンジン空気量が予め選択された値以上のときに、リッチ空気燃料混合気でのエンジン運転が中断される。同時に、エンジンは、遅角した点火時期とリーン空気燃料混合気で動作し、その結果、リーン空気燃料混合気からの増大した空気質量ゆえに触媒温度が迅速に上昇すると共に、リーン空燃比ゆえにエンジンが発生する炭化水素が少なくなり、それにより、排出性能と燃料経済性の劣化を回避する。
【００１７】
　本発明の第６の観点における方法は、エンジン空気量が予め選択された値未満であり、かつ排気温度が予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、エンジン空気量が上記予め選択された値以上であり、かつ排気温度が上記予め選択された閾値未満であることの表示に応答して、上記エンジンを最適時期から遅角した点火時期でリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、及び、排気温度が上記予め選択された閾値以上であることの表示に応答して、上記エンジンを理論空燃比の混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００１８】
　本発明の第６の観点によれば、第５の観点に加えて、排気温度が予め定められた温度以上であるとき、エンジンが理論空燃比で動作する。それで、触媒温度の上昇が不要なときに、排出量が理想的に下げられる。
【００１９】
　本発明の第７の観点における方法は、実際のエンジン出力が予め選択された値未満であることの表示に応答して、リッチ空気燃料混合気を燃焼するように上記エンジンを運転し、そして上記空気導入装置を介して空気を付加する工程、及び、実際のエンジン出力が上記予め選択された値以上であることの表示に応答して、上記エンジンをリーン空気燃料混合気を燃焼するように運転する工程、を有する。
【００２０】
　本発明の第７の観点によれば、燃料経済性の低下及び、二次空気の不足の可能性故の排出性能劣化の可能性が大きい、実際のエンジン出力が予め選択された値以上のときに、リッチ空気燃料混合気でのエンジン運転が中断される。同時に、エンジンは、リーン空気燃料混合気で動作し、その結果、リーン空気燃料混合気からの増大した空気質量ゆえに触媒温度が迅速に上昇すると共に、リーン空燃比ゆえにエンジンが発生する炭化水素が少なくなり、それにより、排出量と燃料経済性の劣化を回避する。
【００２１】
　本発明において、エンジンへの質量空気量を計測することにより、実際のエンジン出力又はエンジン空気量が検出される。
【００２２】
　本発明において、エンジンがアイドル状態にあることの表示は、エンジンへの空気流を絞るスロットル弁の位置を計測することにより、又はエンジンがエンジン・アイドル速度制御の下にあるか否かを監視することにより、生成することが出来る。
【００２３】
　本発明において、リッチ空燃比は12:1よりリッチにすることが出来、空気導入装置はエア・ポンプとすることが出来、ポンプに加えられる電圧はポンプを介して加えられる空気量を制御するために調整されることが出来、ポンプを介して加えられる空気の量は、外部条件（より好ましくは少なくとも大気圧及び温度を含む）に基づき決定することが出来、リッチ空燃比は空気導入装置を介して加えられる空気の量に基づき調整することが出来、そして、リーン運転からリッチ運転への移行時にエンジンへ入る空気を調整することが出来る。
【００２４】
　本発明の第２、第４又は第６の観点において、予め選択された閾値が、触媒が理論空燃比の混合気を理想的に浄化する温度である触媒ライトオフ（light-off）温度であるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
　以上述べたように本発明によれば、上述の従来技術に比較して、燃料経済性と排気浄化性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
　複数の気筒を有するが、そのうちの一気筒が図１に示されている、内燃機関（エンジン）10が、電子エンジン制御器12により制御される。エンジン10は、燃焼室30及び気筒壁32を含み、その中にピストン36が配置され、それはクランクシャフト40に接続される。燃焼室30は、それぞれ吸気弁52及び排気弁54を介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通する。排気酸素センサー16が、触媒コンバーター20上流の排気マニフォールド48に接続される。詳細には後述するが、概略的には、制御器12が、二状態排気酸素センサー16（two-state exhaust gas oxygen sensor)から導かれるフィードバック変数FVに応答して、エンジン空燃比を制御する。
【００２７】
　上述のように、二状態排気酸素センサー16が触媒コンバーター20上流の排気マニフォールド48に結合されているのが示されている。触媒コンバーター20下流の排気マニフォールド48に結合される二状態排気酸素センサー80も、示されている。センサー16は、信号EGO1を制御器12へ供給し、それがEGO1を二状態信号EGOS1へ変換する。信号EGOS1の高電圧状態が、排気が基準空燃比よりも燃料リッチであることを表示し、そして信号EGOS1の低電圧状態が、排気が基準空燃比よりも燃料リーンであることを表示する。センサー80は、信号EGO2を制御器12へ供給し、それがEGO2を二状態信号EGOS2へ変換する。信号EGOS2の高電圧状態が、排気が基準空燃比よりも燃料リッチであることを表示し、そして信号EGOS2の低電圧状態が、排気が基準空燃比よりも燃料リーンであることを表示する。
【００２８】
　吸気マニフォールド44は、スロットル弁66を介してスロットル・ボディ64と連通する。実施形態の一つにおいて、電子制御スロットルを、バイパス弁なしに用いることが出来る。この場合、スロットル弁をバイパスするアイドル空気バイパス弁を用いる代わりに、空気量はスロットルを介して制御される。機械式スロットル（ワイヤーを介してペダル70に接続される）が用いられる場合、この分野で知られているように、スロットル66をバイパスする空気量を電子的に調整するのに、空気バイパス弁が用いられる。吸気マニフォールド44が示され、それは、制御器12からの信号fpwのパルス幅に比例して燃料を供給するために、そこに結合された燃料噴射弁68を持つ。燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レールを含む通常の燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁68により供給される。エンジン10は更に、制御器12に応答して、点火プラグ92を介して、燃焼室30へ点火火花を供給する通常のディストリビューターレス点火システム88を含む。ここで述べた実施形態において、制御器12は、通常のマイクロコンピューターであり、マイクロプロセッサー・ユニット102、入出力ポート104、電子メモリー・チップ106（この特定の例では、電子的にプログラム可能なメモリー）、ランダム・アクセス・メモリー108及び通常のデータ・バスを含む。
【００２９】
　制御器12は、エンジン10に接続されたセンサーからの各種信号を受け、そのような信号には、先に述べた信号に加えて、スロットル・ボディ64に接続された質量空気量センサー110からの吸入質量空気量（mass air flow略してMAF）の計測値、冷却ジャケット114に接続された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（engine coolant temperature略してECT）、吸気マニフォールド44に結合されたマニフォールド圧力センサー116からのマニフォールド圧力（manifold absolute pressure略してMAP）の計測値、スロットル弁66に接続されたスロットル位置センサー117からのスロットル位置（throttle position略してTP）の計測値、クランクシャフト40に接続されたホール効果センサー118からのエンジン回転数Nを表示するプロファイル点火ピックアップ（profile ignition pickup略してPIP）信号、が含まれる。更に、制御器12は、センサー76からの排気マニフォールド温度Teの計測値を受ける。センサー76が、排気温度又は触媒温度の表示を行なうことも出来る。
【００３０】
　更にまた、下流センサー80が、排出制御装置20下流の空燃比の計測を行なう。一つの例では上述のように、センサー80はスイッチングEGO型センサーである。別の例においては、センサー80が、空燃比範囲全体にわたり空燃比（又は相対空燃比）の表示を行なう。この場合、センサー80はUEGOセンサーとして知られる。排気マニフォールド48、EGR弁組立体200そしてEGRオリフィス205と連通する通常のEGRチューブ202により、排気が吸気マニフォールド44へ供給される。排気マニフォールド48と吸気マニフォールド44との間を連通するEGRチューブ202は、エンジン内部に取り回すことも出来る。圧力センサー207が、EGR弁組立体200とオリフィス205との間のEGRチューブ202と連通する。圧力センサー206は、吸気マニフォールド44と連通する。別の言い方をすれば、排気マニフォールド48からの排気は、最初にEGR弁組立体200を通り、そしてEGRオリフィス205を通り、吸気マニフォールド44へと進む。EGR弁組立体200はそれで、オリフィス205の上流に配置されると言うことが出来る。また、圧力センサー206は、絶対圧センサー又はゲージ圧センサーのいずれとすることも出来る。圧力センサー207も、絶対圧センサー又はゲージ圧センサーのいずれとすることも出来る。更にまた、圧力センサー206を絶対圧センサーとして、圧力センサー207をゲージ圧センサーとすることも出来る。
【００３１】
　センサー206, 207は、マニフォールド圧力（manifold air pressure: MAP）とオリフィス205による圧力降下（pressure drop: DP）の計測値を制御器12へ送る。信号MAPとDPはそして、EGR流量を計算するのに用いられる。EGR弁組立体200は、EGRチューブ202の可変制限面積を制御し、それによりEGR流を制御する、弁位置（不図示）を持つ。EGR弁組立体200は、チューブ202を通るEGR流を、最小限に又は完全に制限することが出来る。負圧レギュレーター224が、EGR弁組立体200に接続される。負圧レギュレーター224は、EGR弁組立体200の弁位置を制御する作動信号226を制御器12から受ける。好ましい実施形態において、EGR弁組立体200は、負圧作動弁である。しかしながら、例えば、電磁ソレノイド弁やステップ・モーター駆動弁など、いかなる形式の流量制御弁を用いることも出来る。
【００３２】
　最後に、空気導入装置209が、触媒20上流の排気マニフォールド48に結合される。制御器12は、空気導入装置209へ命令電圧Vpを送る。装置209は、空気ポンプとすることが出来、それは外気を排気マニフォールド48へ圧送する。圧送される空気の量は、命令信号電圧Vpに応じて変化する。信号Vpは、電圧信号、デューティ・サイクル、周波数変調信号など、装置209へ命令情報を伝達出来る形式の信号、とすることが出来る。一例において、空気ポンプは電気駆動の装置である。例示のシステムのより詳細は、図12を参照して記載される。更に、アクセル・ペダル70が、ドライバーの足72と共に記載されている。ペダル位置（pedal position: PP）センサー74が、ドライバー動作のペダルの角度位置を計測する。
【００３３】
　ここで図２を参照すると、概略的なハイレベルのフローチャートが記載されている。この概略フローチャートは、ポート酸化（エンジン排気部への空気の導入）を用いる、車両／エンジンの始動シーケンス、を記述する。ルーチンは、ステップ210で開始する。そして、ステップ212において、開始シーケンスが初期化される（図３を参照）。一般的に、エンジン冷媒温度、外気温度、大気圧、バッテリー電圧そしてエンジン停止期間などの外部条件センサーが、空気ポンプの補正量を計算する（つまり温度、圧力そして電圧の変動分を補償する）のに用いられる。言い換えると、本発明は、ポンプ209を介して導入される空気の所望の量を得るために、電圧Vpを制御する。ある電圧に対する空気の量は、上記のような外部条件に応じて変化するので、本発明は、これら外部条件における変動を補償するために、ポンプ命令を調整する。例えば、高度が高いと、海面レベルと比較して、一定の電圧で導入される空気量は少ない。そのようであるので、ある高度で動作中には、一定の目標空気導入量を供給するのに、より高い電圧が命令される。それで、本発明は、ポート酸化モード中に、より正確な空気推定、空気制御、それでより正確な開ループ空気−燃料制御、を達成する。
【００３４】
　この変動は、燃料噴射量を調整することによっても補償することが出来、そしてまた、燃料噴射量は、排気空燃比センサーからのフィードバックを通じて調整される可能性がある。そのような取組みは、図13乃至15に記載されている。
【００３５】
　更に、これら外部条件センサーはまた、燃料供給量とアイドル・バイパス弁位置（又は備えられている場合には電子スロットル弁の位置）を計算するのにも用いられる。更に、これらのパラメーターは、ポート酸化が必要とされているか否かを判断するのに用いられる。
【００３６】
　そして、ステップ214において、ルーチンは、エンジンがクランキングしている（始動中である）か否か判断する。ステップ214の結果がNOのとき、ルーチンはステップ212へ戻る。そうではなく、エンジンが始動中のとき、ルーチンはステップ216へ進む。
【００３７】
　ステップ216は、エンジン・クランク・モードを記述し、それは、図４に関連させてより詳細に後述される。概略的には、クランク・モードは、エンジン・スターターが係合しており、かつ、エンジンが自身の速度を保つことが出来る速度に到達していないときに、動作する。このモードの間、エンジンが予め選択されたエンジン速度に到達し、そして燃焼が安定して炭化水素の発生量が最小になるまで、エンジンに入る所望の空気量、燃料供給量及び点火時期が、開ループで設定される。エンジンがクランク・モードから出ているか否かについての、この判定は、例えば予め選択された速度にエンジン速度が到達することに基づき、ステップ218においてなされる。ステップ218の結果がNOのとき、ルーチンはステップ216へ戻る。そうでなければ、ルーチンはステップ220へ進む。
【００３８】
　ステップ220において、ルーチンは、エンジンが冷間状態にあるか否か判断する。言い換えると、ルーチンは、エンジン冷媒温度が所定温度より下であるか否かを判断する。ステップ220の結果がYESのとき、ルーチンはステップ222の冷間走行モードへ進む。このモードは図５を参照して詳細に述べられる。概略的には、冷間モード中、燃料は、リーンな排気空気燃料混合気を発生するように設定される。更に、低温の触媒による炭化水素排出を最小にするために、点火時期が（トルク的に最適の値から）遅角された値に設定される。遅角された点火時期とリーン空燃比での燃焼は、進角した点火時期とリッチ空気燃料混合気よりも発生するトルクが小さいので、エンジン速度が低下する可能性がある。これに対処するために、エンジン空気量を増大させ、それにより気筒空気充填量を増大させることにより、エンジン回転数を維持することが出来る。更に、空気量のこの増大は、小量ではあるが触媒に加えられる熱を増大するという、別の利益がある。
【００３９】
　次にステップ224において、ルーチンは、ポート酸化が必要とされているか否か、判断する。一般的に、この判断は、推定される排気管温度、触媒温度、診断センサー及びスロットル（又はアクセル・ペダル）状態からの情報に基づく。触媒と排気マニフォールドが所定温度に到達した、又は自己着火温度に到達する前に、スロットル変化が起こった場合に、ポート酸化が不能とされる。ポート酸化が不能とされるとき、エンジンは、走行モードに入る判断がなされるまで、冷間モードで動作し続けることになる。ポート酸化が可能とされるとき、推定される排気管温度が例えば自己着火温度より高くなるまで、冷間モードに留まることになる。その自己着火温度において、酸化モードに入ることになる。これは、図６に関連させてより詳細に記述される。
【００４０】
　ステップ224の結果がYESのとき、ルーチンはステップ226へ進み、図７に関連させてより詳細に記述されるように、ポート酸化を進める。一般的に、ルーチンは、ポート酸化が必要とされるか否かを判断するために各種の外部条件についての入力について判断する。ポート酸化が必要とされていないとき、通常走行モードが適切とルーチンが判断するまで、冷間モードが維持される。冷間モードは、運転性の問題なしに炭化水素排出量が最小化されるように、調整される。ポート酸化が必要とされるとき、冷間走行モードからポート酸化モードへの移行が生じる。この場合において、エンジンの点火時期が更に遅角され、そして燃料噴射量が増大され、排気空燃比を大幅にリッチにする（25%程度燃料量を増大する）。更に、外部空気ポンプが駆動される。スロットル入力が検出される、目標排気温度に到達する、又はタイマーが所定の限界値に到達するまで、ポート酸化は可能とされる。自己着火温度に到達すると、第２タイマーがスタートされる。この時点において、最適な炭化水素排出量を得る様に、燃料、空気及び点火時期を、個別に制御することが出来る。一例において、エンジンは、理論空燃比運転（排気中の酸素センサーを用いたフィードバック空気燃料制御による理論値回りでの発振）への移行により、つまり、排気空燃比を略理論値に維持することにより、ポート酸化を中断する。
【００４１】
　ポート酸化モードへ移行するとき、空燃比はリッチに切換えられ、空気ポンプが作動させられる。しかしながら、これらの作動は、正確に同時に起こるとは限らない。言い換えると、空気ポンプのホースの長さとポンプ容量は、具体的な構成に基づき変わるので、ある構成において空気の前に燃料が切換えられる必要がある場合もあれば、別の構成において燃料の前に空気が切換えられる必要がある場合もある。
【００４２】
　ポンプ電圧、ポンプ前後の差圧、大気圧及び外気温を読み出すことにより、空気ポンプ流量が推定される。つまり、空気ポンプ流量の、大気圧と外気温の変化に対する補整が、行なわれ得る。ポート酸化の間の燃料リッチ化の量は、空気ポンプの空気質量流量の推定値から決定され、場合によっては、酸素センサーを用いたフィードバックも使用して決定される。言い換えると、ポート酸化中に、ポンプからの導入空気との間で排気が自己着火するのに必要なエンジン空燃比が、選択される。具体的には、この比は12:1よりもリッチである。そして、実際に燃焼しているリッチ空燃比と、エンジンに入る空気量（センサー110により計測される）に基づき、必要とされる空気ポンプの空気量が計算される。一例として、空気ポンプを通る目標空気量を計算するのに、以下の等式を用いることが出来る。
air_pump_desired_air = (1 - λs/λc) * MAF
ここで、λsは理論空燃比であり、λcはリッチ燃焼空燃比である。これは、リッチ排気と導入空気との略理論空燃比の混合気を提供する。望ましい場合には、僅かにリーン又はリッチの混合気を用いることも出来る。更に、この所望の空気量が、上述の周囲運転条件に基づきポンプ命令電圧Vpを決定するのに用いられる。
【００４３】
　加えて、推定された排気温度は、発熱反応により生成された熱に対する補整を含む。ポート酸化モード中、ルーチンは、過渡状態が生じたか否かを判断するために、スロットル・センサーを監視する。過渡状態が生じたときには、タイマーが停止させられ、燃料噴射量と点火時期が、通常走行モードの状態に移行させられる。
【００４４】
　本件発明者は、過渡状態の検出が動作を向上させることが出来ることを認識した。具体的には、ドライバーがスロットルを移動させるとき、排気圧が上昇し、それにより、空気ポンプにより加えられる空気を制限する。加えて、エンジンの空気質量が、空気ポンプが充分な空気を供給することが出来ない可能性のある点まで、大幅に増大する。空気ポンプはより大きな排気圧に打ち勝つことが出来ない可能性があるので、発熱反応が消えてしまい、それにより排出量が増大する可能性がある。それで、スロットルの過渡状態が起こるとき、目標温度に到達したとき、又はタイマーが所定の限界値を越えるとき、ポート酸化は不作動にされる。停止シーケンスは、開始シーケンスのように、点火時期、空気及び燃料の個別の制御を行うことが出来る。
【００４５】
　次にステップ228において、図８に関連して詳細に述べられるように、ルーチンは走行モードへ移行する。概略的には、ポート酸化と冷間モードのエンジン動作は走行モード中のエンジン動作とは実質的に異なるので、エンジンは異なるモードの間を移行させられる。冷間モードとポート酸化モードを出るには、遅角点火時期から基本点火時期への変更が必要である。それで、アイドル空気バイパス弁に対する調整によってアイドル状態の間維持されるエンジン速度／トルクの変動を最小にするために、点火時期が徐々に変更させられる。更に、ポート酸化は、リッチ空気燃料混合気を要するので、走行モードへ入るために理論空燃比状態に向けて燃料量が徐々に変化される。更に、冷間走行モードは、炭化水素量を最小にするために、リーン空気燃料混合気を用いる。それで、この場合に、走行モードに入るために、燃料量は、理論空燃比まで徐々にリッチにされる。
【００４６】
　リッチ空燃比によるトルクの増大ゆえに、ポート酸化モード中はエンジン空気量が減少させられる。ポート酸化モードから出るとき、目標エンジン速度を維持するために、アイドル空気バイパス弁による空気量の減少が埋め合わされるように、点火時期の変更は充分長い期間にわたり行なわれる。冷間走行モードは、エンジン速度を維持するには過剰な空気量を必要とする。エンジンが暖機する際、エンジン摩擦が減少するにつれてエンジン空気量が減少させられ、それにより、エンジンが比較的一定の速度を維持するのを可能とする。冷間走行モードから走行モードへ移行するのに、実質的に一定のエンジン速度を維持するために、点火時期とアイドル空気バイパスからの空気の両方が調整される。
【００４７】
　最後に、ルーチンはステップ230へ進み、そこで、エンジンは走行モードへ入る。
【００４８】
　以下に図３を参照すると、ステップ212の開始シーケンスの初期化が記載されている。最初にステップ310において、ルーチンは外部条件を読み出す。例えば、ルーチンは、エンジン冷媒温度、外気温度、大気圧、バッテリー電圧及びエンジン停止タイマーを読み出す。例えば、エンジン停止タイマーは、最後のエンジン動作状態からの経過時間を推定する。それで、ステップ312において、ルーチンは、開始パラメーターを計算する。これら開始パラメーターには、必要とされる燃料噴射量及び初期のアイドル空気バイパス弁位置、が含まれる。更に、開始パラメーターには、外部状態と共にポンプ温度、圧力及び電圧を考慮して空気ポンプに後で加えられる可能性のある補整が含まれる。言い換えると、ポンプを制御するために送られる制御値に対して、初期ポンプ温度に基づく調整を後で行なっても良い。一例として、低温外部条件のために初期ポンプ温度が非常に低い場合、もしポンプ温度がより高ければ供給され得るであろう空気量と同じ大きさに到達するには、より高い電圧が必要とされる。
【００４９】
　それで、このルーチンはスタートすると、ポンプにより供給されるべき必要空気量を決定する。ポンプからの目標空気量（エンジンが燃焼するであろうリッチ空燃比と共にエンジン吸入空気量から判定される）を得るために、外部条件に対する補整が用いられる。別の実施形態において、空気ポンプは、作動中はいつでも最大流量で作動し、そしてエンジン制御器が、燃料噴射量又は目標空燃比を調整することにより、排気空燃比を維持する。つまり、ポンプが単純にオンオフされ、空燃比は、燃料噴射量を調整することにより、維持される。図３について続けると、ステップ314において、ルーチンは、出力を初期化して作動させる。
【００５０】
　ここで特に図４を参照すると、ステップ216のエンジン・クランク・モードが記載されている。ルーチンは最初に、ステップ410において、エンジンが回転しているか否か判断する。そうでないとき、ルーチンは、戻って、エンジンが回転しているか否かの判断を継続する。ステップ410の結果がYESのとき、ルーチンはステップ412へ進む。ステップ412において、ルーチンは、燃料噴射をエンジン気筒動作に同期させる。次に、ステップ414において、ルーチンが、目標開ループ点火時期、燃料噴射量及びアイドル空気バイパス命令を決定し、出力する。
【００５１】
　具体的には、これら初期開ループ値が、エンジン冷媒温度及び吸入空気量などのパラメーターに基づき決定され得る。更に、これらパラメーターは、最小の炭化水素を発生するように、調整・校正される。次にステップ416において、ルーチンは、エンジンが自力回転しているか否か判断する。具体的には、エンジンが所定のエンジン速度閾値に到達したか否か、若しくはエンジン燃焼が所定レベルの安定性に到達したか否か、ルーチンは判断する。ステップ416の結果がNOのとき、ルーチンはステップ414へ戻る。そうではなくステップ416の結果がYESのとき、ルーチンは終了する。
【００５２】
　ここで図５を参照すると、ステップ222の冷間走行モードが記述されている。最初に、ステップ510において、ルーチンは、エンジンで燃焼される混合気の空燃比をリーンに設定する。このときのリーン空燃比は、わずかにリーンであるのが典型的である。例えば、約14.6が略理論値である場合に、典型的な値は、約14.8〜15.1である。次にステップ512において、目標／設定エンジン空気量が増大させられる。言い換えると、エンジン速度を維持すべくリーン燃焼混合気と遅角した点火時期を補償するために、空気量が増加するようアイドル空気バイパス弁（又は備えられている場合には電子スロットル）の位置が増大させられる。次にステップ514において、遅角点火時期が設定される。
【００５３】
　図６は、ステップ224におけるポート酸化が要求されているか否かの判断、を記載する。具体的には、図６のルーチンは、空気ポンプによりエンジン排気中に入れられる空気の増加を可能か否かを判断する。最初にステップ610において、ルーチンは、推定された排気マニフォールド・フランジ温度（ext_fl）が所定の温度範囲にあるか否かを判断する。具体的には、ルーチンは、ポート酸化低温度（Ox_low_tmp）とポート酸化高温度（Ox_hi_tmp）との間にあるか否か判断する。別の温度表示を用いることも出来る、ことを記すべきである。例えば、所定の期間又は所定回数エンジンが回転する間、排気温度又は触媒温度が予め選択された値よりも大きいか否かである。
【００５４】
　別の実施形態において、排気ポートの温度が、空気導入装置を作動させるべきかの判断のために用いられる。また、ポート酸化高温度は、それを越えるときにポート酸化又は冷間走行モードが必要ない温度である触媒温度20のライトオフ温度とすることも出来る。ステップ610の結果がNOのとき、ルーチンはポート酸化が必要とされていない、と判断する。そうではなく、ステップ610の結果がYESのとき、ルーチンはステップ612へ進む。排気マニフォールド・フランジ温度は、センサーから計測することも、エンジン運転状態に基づき推定することも、出来る。一例において、フランジ温度は、エンジン空燃比、冷媒温度そして点火時期、に基づいて、推定される。
【００５５】
　図６について続けると、ステップ612において、ルーチンは、触媒温度（cat_tmp）が触媒ポート酸化閾値温度（Ox_cat_tmp）よりも大きいか否か判断する。触媒温度は、触媒温度センサーから計測することも、例えば、エンジン速度、エンジン空気量及び点火時期など、各種エンジン運転状態を用いて推定することも、出来る。ステップ612の結果がNOのとき、ルーチンはポート酸化が必要とされていない、と判断する。そうではなく、ステップ612の結果がYESのとき、ルーチンはステップ614へ進む。
【００５６】
　ステップ614において、ルーチンは、スロットル入力が生じたか否かを監視する。具体例の一つにおいて、スロットル位置が計測され、ルーチンは、スロットル位置が、閾値を越えて増大し、かつ所定値だけ増大した、か否かを判断する。ルーチンは、エンジンがエンジン・アイドル速度制御に未だあるか否かを監視することも出来る。更にまたルーチンは、ポート酸化が必要とされないように状態が変化したか否かを判断するために、ペダル位置又は変速機状態など各種他のパラメーターを計測することも出来る。また他の条件として、エンジン空気量（又はMAF）が所定の限界値よりも大きいか否かを判断しても良い。また、気筒充填量を利用されるパラメーターとしても良い。ルーチンはまた、エンジンがまだエンジン・アイドル速度制御にあるか否か監視しても良く、また、質量空気量センサー110からの質量空気量又は、吸気マニフォールド圧力、吸気温度及びエンジン速度など他の適切な信号を検出して、質量空気量を予め選択された閾値と比較、しても良い。
【００５７】
　また別の実施形態において、極めて小さい空燃比の変化が生じる、予め選択された推定ポンプ流量（バッテリー電圧、排気の背圧及び学習値の関数とすることが出来る）において、ポンプが不作動にされる。理想的には、車両が低負荷へ戻るときに、ポンプを再作動させることが出来る。そうでないとき、ポンプは、車両／エンジンの始動毎に単純に一回作動させられる。代わりに、アイドル状態へ戻るのを可能とするのに充分触媒が暖かくなるまで、ポンプを作動状態に留める（しかし無負荷で）ことも出来る。
【００５８】
　ステップ614の結果がYESのとき、ルーチンはポート酸化を中断する。ステップ614の結果がNOのとき、ルーチンはステップ616へ進む。
【００５９】
　ステップ616において、ルーチンは、排気マニフォールド・フランジ温度が、ポート酸化低温度閾値（Ox_low_tmp）よりも大きいか否か判断する。ステップ616の結果がNOのとき、ルーチンはステップ614へ戻る。そうではなく、ステップ616の結果がYESのとき、ルーチンはポート酸化を可能として、終了する。
【００６０】
　ここで図７を参照すると、ステップ226のポート酸化シーケンスが記述される。最初にステップ710において、ルーチンは、酸化タイマーをスタートさせる。ステップ710から、ルーチンは、ステップ712と730からそれぞれ始まる２つの独立したフロー・パス（flow path）を持つ。ステップ712において、ルーチンは、酸化タイマー（Ox_tm）が燃料リッチ化タイマー（fuel_on_tm）よりも大きいか否か判断する。ステップ712の結果がYESのとき、ルーチンはステップ714へ進み、そこで、燃料リッチ化が可能とされ、点火時期が更に遅角され、そしてエンジン空気量が減少させられる。このようにして、エンジン速度が維持され、そしてエンジン・トルクの変化が最小にされる。具体的には、燃料リッチ化によるトルクの増大が、点火時期の遅角と、エンジン空気量の減少により、相殺される。ポート酸化作動中の空気燃料制御は更に、図13乃至15に記述される。
【００６１】
　ステップ712の結果がNOのとき、ルーチンはステップ716へ進み、そこで、ルーチンは、スロットル変化が検出されたか否かを判断する。上述のように、スロットル変化を検出する方法は、例えば、ペダル位置に基づくものなど、種々の方法がある。ステップ716の結果がNOのとき、ルーチンはステップ712へ戻る。そうでなく、ステップ716の結果がYESのとき、ルーチンは後述のステップ722へ進む。
【００６２】
　図７について続けると、ステップ714からルーチンはステップ718へ進む。ステップ718において、ルーチンは、スロットル変化が検出されたか否かを、ステップ716（及びステップ614）と同様に、判断する。ステップ718の結果がYESのとき、ルーチンはステップ722へ進む。反対に、ステップ718の結果がNOのとき、ルーチンはステップ720へ進む。ステップ720において、ルーチンは、フランジ温度がポート酸化上温度閾値（Ox_hi_tmp）より高いか否か、又は、高分解能酸化タイマー（Oxtm_hi_res）が最大許容作動時間（Max_on_tm）より大きいか否か、判断する。ステップ720の結果がNOのとき、ルーチンはステップ718へ戻る。反対にステップ720の結果がYESのとき、ルーチンはステップ722へ進み、そこで、燃料リッチ化と点火時期遅角が不作動にされる。
【００６３】
　同様にして、ステップ710から進んで、ルーチンはステップ730において、酸化タイマーが空気ポンプの作動時間（airon_tm）よりも大きいか否かを判断する。ステップ730の結果がYESのとき、ルーチンは、ステップ732へ進み、空気ポンプを作動させる。反対にステップ730の結果がNOのとき、ルーチンはステップ734へ進み、スロットル変化が起こったか否かを検出する。ステップ734の結果がNOのとき、ルーチンはステップ730へ進む。反対に、ステップ734の結果がYESのとき、ルーチンはステップ740へ進む。
【００６４】
　ステップ732から、ルーチンはステップ736へ進み、そこで、スロットル変化が起こったか否かの判断がなされる。ステップ736の結果がYESのとき、ルーチンはステップ740へ進む。反対にステップ736の結果がNOのとき、ルーチンはステップ738へ進む。ステップ738において、エンジンは、排気フランジ温度（ext_fl）がポート酸化上温度閾値よりも大きいか否か、又は高分解能ポート酸化タイマーが最大作動時間よりも大きいか否かを、ステップ720と同様にして、判断する。ステップ738の結果がNOのとき、ルーチンはステップ736へ戻る。反対にステップ738の結果がYESのとき、ルーチンはステップ742へ進み、空気ポンプを不作動にする。
【００６５】
　ここで図２のステップ228に表示されている図８を参照すると、通常走行モードへの移行ルーチンが記述されている。最初に、ルーチンはステップ810において、排気酸素センサーを用いた閉ループ空燃比制御により、リッチにされた燃料を理論値に向けて徐々に変化させる。次にステップ812においてルーチンは、フィードバック・アイドル速度制御により、エンジン回転数を維持しながら、エンジン空気量と点火時期を徐々に変化させる。
【００６６】
　ここで図９を参照すると、排気マニフォールド温度のグラフが、本発明による動作を示している。具体的には、図９は、時間の関数としての排気マニフォールド温度を示している。図９は、ポート酸化として述べてきた、空気ポンプからの二次空気をリッチ燃料燃焼と共に可能とすべきか否かを、どのようにしてルーチンが判断するか、を示している。この例において、エンジンは、T1で始動される。エンジンが始動すると、排気マニフォールド温度は上昇をはじめ、時点T2まで上昇し続ける。時点T2において、排気マニフォールドは、酸化温度（約260〜427℃）に到達する。この温度において、空気ポンプから排気に加えられる空気とリッチ燃焼ガスとの発熱反応を、時間条件がサポートすることになる。この時点において、排気マニフォールドが、より高い速度で時点T3まで、上昇し始める。この時点で、温度は上閾値に到達し、空気ポンプからの空気が中断される。
【００６７】
　ここで図10を参照すると、点火時期（係数10で除算されている）と共に触媒上流の排気空燃比の計測値を、グラフが示している。これら値は、エンジン始動後に時間に関して、プロットされている。空燃比について1の値は、略理論空燃比を示している。更に、ゼロの値は、基本点火時期を表示する。グラフは、冷間走行モード中、どのようにして点火時期が徐々に遅角されるかを示している。そして、約6秒の時点で、ポンプが作動させられ、ポート酸化が可能とされる。それから、約15.5秒において、ポンプが不作動にされ、走行モードが始まり、一方、点火時期は進角される。排気空燃比の計測値としては、ポート酸化モードの間、理論空燃比に比較的近い値が表示されるが、これは、センサーが略理論空燃比を計測するように、リッチ排気が空気ポンプからの空気と反応しているからである。
【００６８】
　そのようであるので、本発明は、実施形態の一つにおいて、エンジン冷間始動中に排気温度が第１温度限界より低いとき、点火時期が遅角され、空気導入装置による二次空気なしに、リーンで動作する。温度が第１限界より高いが第２限界より低いとき、エンジンは、二次空気を用いて、そしてリッチ排気と二次空気との排気中の自己着火をサポートするのに充分な程リッチな空燃比で、動作する。次に、温度が第２限界より高いとき、エンジンは、二次空気なしに、理論空燃比で動作することが出来る。言い換えると、エンジンが第２限界に到達した後、エンジンは、二次空気なしで排気を理論空燃比近くに維持するように動作可能である。
【００６９】
　最後に、二次空気を用いて動作するとき、非アイドル状態が生じる場合、エンジンは、遅角点火時期でのリーン運転へと戻ることが出来る。この判断のために、エンジン質量空気量、気筒充填量などの空気量の表示を用いることが出来る。
【００７０】
　アイドル／非アイドル状態、又は空気量が閾値を越えて増大したか否かの他の表示、を監視する理由の一つは、それが、車両の燃料経済性の低下を回避する、ということである。言い換えると、排気中で自己着火させるために、燃焼空燃比は、約12:1よりもリッチであるのが好ましいはずである、というのが本件発明者の認識である。そのようであるので、空気量が大幅に増大するとき、過剰な燃料の量は、比例して増大する。これは、実行されるならば、燃料経済性を低下させる可能性がある。更に、この過剰燃料の全てに対応するのに充分な空気を空気導入装置が供給することが出来ない可能性がある、というのも本件発明者の認識である。それで、過剰燃料の不完全燃焼の問題が回避される。
【００７１】
　別の実施形態において、本発明は、エンジンの排気システムにおける排出制御装置を持つエンジンを運転する方法を提供する。この方法は、エンジンがリーン空気燃料混合気を吸入し、点火時期が遅角される冷間アイドル状態中の第１モードでエンジンを運転し、第１モードの後で、エンジンがリッチ空気燃料混合気を吸入し空気導入装置がエンジン排気へ空気を付加する冷間アイドル状態中の第２モードでエンジンを運転し、そして、車両ドライバーにより作動される車両ペダルの位置増加に基づき第２モードを出る。
【００７２】
　このようにして、エンジンが大きな空気量で動作するとき、燃料効率の低い第２運転モードが中止される。言い換えると、リッチなエンジン空燃比とエンジン排気に加えられる二次空気により提供される迅速な排気加熱が、車両燃料経済性への影響が最小にされる状態の間、実行される。そのようであるので、本件発明者は、そのようなリッチ運転は、車両燃料経済性に対する負の影響を最小化するために、低エンジン空気量状態の間行なわれるべきと、認識した。
【００７３】
　この動作は、図11を参照して、更に説明することが出来る。図11の最上段のグラフは、排気マニフォールドにある上流UEGOセンサーにより検出されたエンジン空燃比を示す。初期の高電圧側リーン読取値は、センサーが動作温度に到達していないためである。上から2番目のグラフは、排気温度（この例では、排気マニフォールド温度）を示す。上から3番目のグラフは、アイドル・フラグ（ONがエンジンがアイドル・モードにあることを表示する）を示す。最も下のグラフは、空気ポンプ・フラグ（ONが空気ポンプが空気を排気マニフォールド内に圧送していることを表示する）を示す。
【００７４】
　最上段のグラフは、吸気導入装置上流で計測される空燃比を示すが、ここに記載された実施形態は、空気導入装置下流の排気空燃比を計測するセンサー、を用いる。つまり、図面に記載の例において、センサー16の位置に配置のUEGOセンサーにより計測される空燃比は、TIME 1からほぼ理論空燃比を示すことになる。それで、図11の最上段のグラフは、後述の様に、命令された気筒内空燃比とみなすことが出来る。
【００７５】
　エンジンは、始動後TIME1まで、遅角点火時期でリーン運転される。TIME1において、排気温度（例えばマニフォールド温度）が第１閾値T1に到達する。この時点で、エンジンはアイドル・モード（別の実施形態ではアイドル・フラグの代わりにエンジン空気量が用いられる）にあるので、エンジンは、リッチ動作へ移行し、空気ポンプによりエンジン排気へ空気を加える。第１のケース（実線）において、エンジンは、TIME2においてアイドル・モードを出る。そのようにして、エンジンは、遅角点火時期のリーン運転へ戻る。
【００７６】
　破線が第２のケースであり、エンジンが暖機中にわたりアイドル・モードに留まる。第２のケースのTIME3において、ポート酸化モードがもはや必要とされていないことを表示する第２温度閾値T2にエンジンが到達し、そしてエンジンは遅角点火時期でのリーン運転へと戻る。これは、TIME5まで続き、そこで第３温度閾値T3に到達して、エンジンは理論空燃比回りでの発振状態へ移行する。
【００７７】
　第１のケースに戻ると、TIME2からTIME6まで、エンジンは、遅角点火時期で動作する。TIME6において、温度はT3に到達し、エンジンは、理論空燃比回りでの発振状態へ移行する。
【００７８】
　ここで図12に言及すると、空気導入装置209の一例が示されている。この場合において、空気ポンプ1212が、制御弁1210に結合される。ポンプは、ポンプ命令電圧Vcに基づきON又はOFFのいずれかであり、Vcはバッテリー1214により駆動されるリレー1213へ供給される。空気流量は、制御弁1210を介して制御される。
【００７９】
　これは、構成の一つに過ぎないことを記すべきである。別の構成において、流量は、ポンプに加えられる電圧の調整により、単純に制御される。
【００８０】
　ここで図13に言及すると、空気導入装置209により導入される空気について補整するようにエンジンの空燃比を制御するルーチンが記載されている。この特定のルーチンは、燃焼排気と空気導入装置により導入される空気の混合気を理論空燃比（相対空燃比が1）近くの混合気に維持するようにする。しかしながら、特にUEGO空燃比センサーが用いられる場合には、別の空燃比目標を選択することも可能である。
【００８１】
　概略的には、図13のルーチンは、排気空燃比センサーからのフィードバックを用いて、空気導入装置により排気に導入される空気流量の推定値を適応学習する。ルーチンは、ポンプがONでフィードバック空燃比制御が実行されるときに、ポンプの空気流量の学習を可能とする。このポンプ空気流量の学習中、制御アルゴリズムは、燃料噴射弁のずれによる誤差、質量空気量センサーの誤差、そしてバンク間又は気筒間の変動が既に学習されており、それは非ポート酸化モード中に考慮された、と仮定する。このようにして、ポンプ空気流量の推定誤差による空気流量誤差を分離することが可能である。
【００８２】
　ここで具体的に図13を参照すると、ステップ1310において、ルーチンが、制御器12のKAMメモリーに記憶された各種変数を初期化する。具体的には、変数（PETA_KAM）が、最も最近に前のエンジン動作から更新された値に初期化される。エンジン製造時には、この変数はゼロに設定されている。
【００８３】
　ステップ1312において、ルーチンは、エンジン運転状態に基づき、空気ポンプを介して導入される空気流量を推定する。言い換えると、ルーチンは、動作状態に基づき、フィードフォワード又は開ループの推定値を決定する。空気ポンプ流量の推定値（AIR_FLOW_CAL）は、以下の式を用いて、計測された質量空気量（MAF）とバッテリー電圧に基づく。
AIR_FLOW_CAL = FNAM * FNVOLT
ここで、FNAMは、空気質量又はMAPの校正可能関数であり、FNVOLTはバッテリー電圧の校正可能関数である。
【００８４】
　別の実施形態において、空気量は、排気圧に基づき推定することが出来る。言い換えると、上述のように、本件発明者は、空気ポンプ（非容積式ポンプ）を介して導入される空気流量が、排気圧と供給電圧により影響される、ことを認識している。更に、各種修正値が、大気圧と雰囲気温度の変動を考慮するために、適用され得る。
【００８５】
　ステップ1313について続けると、ルーチンは、以下の数式に示されるように、調整後の空気ポンプ流量推定値（PETA_INF_AM）を得るために、学習データに基づき、空気ポンプ流量推定値を補正する。
PETA_INF_AM = AIR_FLOW_CAL*(1+PETA_KAM)
ここで、AIR_FLOW_CALは、校正可能適応ゲイン・パラメーターである。
【００８６】
　この調整された推定値は、先に学習された変数（PETA_KAM）に基づく。このパラメーターの更新は、ステップ1326を特に参照して以下に述べられる。それでこの取組みは、先に用いられた空気ポンプ流量推定値を提供するのにポンプ流量は全ての条件の下でほぼ同じ割合だけ減少させられると仮定して、単一の学習値を用いる。具体的には、開ループ推定値は、印加電圧、背圧及び周囲条件の変動を補整しようとするので、製造誤差や、ポンプ劣化のような徐々に変化する影響を補整するために、単一のパラメーターだけが必要とされる。
【００８７】
　しかしながら、別の実施形態において、学習補正値は、例えば、エンジン速度と負荷又は推定排気温度などの各種運転条件にわたり、格納することが出来る。言い換えると、空気分配システムにおけるバンク毎の変動を考慮するために各バンク毎に一つの二つの値を用いることが出来る。若しくは、各バンクに個別のポンプが用いられる場合には、ポンプ間の違いを考慮して、複数の値を用いることが出来る。更に、予めバンク間の違いを推定し、システム全体について単一の値PETA_KAMを用いながら、バンク特有の乗算を行なうことも出来る。
【００８８】
　図13について続けると、ステップ1314において、ルーチンは、下記の数式に示されるように、目標気筒燃焼空燃比PETA_LAMBSEを計算する。
PETA_LAMBSE = (AM*(PETA_LAMBDA_DES))/(AM + (PETA_INF_AM))
ここで、AMは質量空気量センサー（MAF）から求められる質量空気量であり、PETA_LAMBDA_DESは目標混合気空燃比であり、そしてPETA_INF_AMは空気導入装置による空気量の推定値である。
【００８９】
　そしてこの目標気筒空燃比は、目標混合気空燃比（PETA_LAMBDA）、空気質量計測値（AM）及び空気導入装置による空気量推定値（PETA_INF_AM）に基づき、計算される。本発明によれば、混合気の空燃比が理論空燃比以外の値であったとしても、空気ポンプ流量の学習を行なうことが出来る、ということを記すべきである。代わりに、以下の数式に示されるように、比PETA_RATを計算することも出来る。
PETA_RAT = AM/(AM + PETA_INF_AM)
　ステップ1316において、ルーチンは、EGOセンサー16が切換わったか否かを判断する。ステップ1316の結果がNOのとき、ルーチンはEGO切換わりの監視を継続する。そうではなく、ステップ1316の結果がYESのとき、ルーチンはステップ1318へ進む。ステップ1318において、ルーチンは、EGOセンサーが切換わったときの、閉ループ空燃比制御から求められる最終空燃比値を記憶する（つまり、LAMBSE_SAVEが現在のLAMBSEに設定される。なお多バンク・エンジンが用いられる場合には、設定はバンク毎である）。この値は、特に図14を参照して後述されるように、計算される。その値は記憶され、そして更に、ルーチンは、多気筒バンクエンジンの場合に、何れの気筒バンクの空燃比が記憶されたか（[BANK_TMP]）を記録する。そして、ステップ1320において、ルーチンは、設定された空燃比（PETA_LAMBSE）と計測混合気空燃比を維持するのに必要な最終空燃比値（LAMBSE_SAVE）との間の差に基づき偏差値（AIR_FUEL_ERROR）を計算する。
AIR_FUEL_ERROR = 14.6*(LAMBSE_SAVE[BANK_TMP] - PETA_LAMBSE)
　この差は、空気ポンプ流量推定値の誤差の結果と見え、そして以下の数式に示されるようにステップ1322において空気ポンプ流量が空燃比偏差と現在の燃料流速とから計算される。
AIR_FLOW_ERROR = AIR_FUEL_ERROR*LBMF_INJ[BANK TMP] *(NUMCYL/2)*N
ここで、Nはエンジン速度、NUMCYLはエンジンの気筒数、そしてLBMF_INJは、燃料噴射弁から噴射される燃料質量である。
【００９０】
　再び、記憶された空燃比に対応するバンクからの燃料流量を選択することにより、多バンク・システムを考慮する。
【００９１】
　ステップ1324において、ルーチンは、ポンプ流量が閾値よりも大きいか否か判断する。代わりに、ルーチンは、空気流量のポンプ流量に対する比率（PETA_RAT）が閾値よりも大きいか否か判断することが出来る。具体的には、空気ポンプ流量が低い（例えば、背圧が高い）とき、他の空燃比誤差が、ポンプ流量の変化による誤差を圧倒し得る。それで、本発明によれば、これらの誤差がポンプ流量の誤差に比較して最小化されるとき、ポンプ流量の学習のみを可能とすることが出来る。それで、ステップ1324の結果がYESのとき、ルーチンはステップ1326へ進み、以下の式により示されるように、KAM値PETA_KAMを更新する。
PETA_KAM = PETA_KAM + (PETA_KAM_GAIN) * (AIR_FLOW_ERROR) / (PETA_INF_AM)
ここで、PETA_KAM_GAINは、校正可能適応学習ゲインである。
【００９２】
　ステップ1316は、センサー16として切換型センサーが用いられると想定する。代替案は、ワイド・レンジ・センサー（UEGO）をセンサー16として用い、そしてセンサー切換点の代わりに規則的な時間間隔で学習を実行する、というものとなる。ワイド・レンジ・センサーの利点は、更新がより頻繁になり得るということであり、それは、排気背圧又はエンジン空気質量、温度などのパラメーターの関数として学習値が評価され得るより複雑な適応システムを実現することになる。
【００９３】
　以下に図14Aを参照すると、燃料補正信号FTを生成する制御器12により実行されるルーチンのフローチャートが記載されている。最初に温度のようなエンジン運転条件を監視することにより、閉ループ空気燃料制御が開始されているか否かについての判断がなされる（ステップ1422）。閉ループ制御が始まっているとき、後述の様に信号EGO2Sが読み出され（ステップ1424）、続いて比例積分制御器で処理される。
【００９４】
　最初にステップ1426に言及すると、信号EGO2Sがゲイン定数GIで乗算され、その結果がステップ1428において先に蓄積された値（GI*EGO2Si-1）に加えられる。別の言い方をすると、信号EGO2Sが、ゲイン定数GIにより決まる各ステップのサンプル・タイム毎に積分される。ステップ1432の間、信号EGO2Sがまた比例ゲインGPで乗算される。加算ステップ1434の間、ステップ1428からの積分値がステップ1432からの比例値に加えられ、燃料修正信号FTを生成する。
【００９５】
　制御器12により実行されるエンジン10に供給される液体燃料の目標量を発生し、この目標燃料量をセンサー80と燃料補正信号FTの両方に関連したフィードバック変数により目標燃料量を修正するルーチンが、図14Bを参照して述べられている。ステップ1458の間、吸入質量空気量（mass airflow: MAF）をガソリン燃焼のための化学量論値であるのが一般的である目標空燃比Afd（ポート酸化中PETA_LAMBSEである）で除算することにより、開ループ燃料量が最初に求められる。しかしながら、AFdをリッチに設定することの結果として、エンジンをリッチ状態で運転することになる。同様に、AFdをリーン値に設定することの結果として、エンジンをリーン状態で運転することになる。そして、この開ループ燃料量は調整されるが、この例においては、フィードバック変数FVで除算される。
【００９６】
　温度（EGT）などのエンジン運転状態を監視することにより閉ループ制御が望まれるという判断（ステップ1460）の後、ステップ1462において信号EGO1Sが読み出される。ステップ1466において、燃料補正信号FTが図14Aを参照して前述のルーチンから転送され、信号EGO1Sに加えられて、補正信号TSを発生する。
【００９７】
　ステップ1470乃至1478の間、通常の比例積分フィードバック・ルーチンが、補正信号TSを入力として実行される。補正信号TSは、積分ゲイン値KIにより最初に乗算され（ステップ1470）、その結果が、先に蓄積された積に加えられる（ステップ1472）。つまり、補正信号TSは、ステップ1472の間各サンプル期間（i）毎にゲイン定数KIにより決まるステップで積分される。比例ゲインKPと補正信号TSの積（ステップ1476）が、ステップ1478においてKI*TSの積分値に加えられ、フィードバック変数FVを生成する。この点から、閉ループ空燃比値（LAMBSE）は、閉ループ燃料噴射量から以下の数式のように計算される。
LAMBSE = MAF/Fd
　ポート酸化中、第２酸素センサー80が、動作温度に到達していないことがあり得る、ことを記すべきである。
この場合、図14Aにおいて生成されたフィードバックは用いられず、ステップ1466はスキップされ得る。
【００９８】
　概略的には、上述の適応空気ポンプ推定ルーチンは、以下の利点を提供する。閉ループ空燃比制御が可能なときはいつでも、ポンプ空気量を適応学習するのに、フィードバック補正を用いることが出来る。更に、この適応学習された空気ポンプの空気量は、閉ループ燃料制御が可能ではないとしても、開ループ状態においてさえも正確な空気燃料制御を維持するために、後のエンジン始動で用いることが出来る。更に、制御器12は、閉ループ燃料制御及び非ポート酸化状態の間、燃料噴射弁などからの燃料誤差を適応学習することが出来る。このようにして、ポート酸化モードでの学習の間、この誤差は、空気ポンプ流量推定値における誤差へ単独で影響し得る。
【００９９】
　ここで図15に言及すると、図13及び14についての適応学習を示す本発明による一例としての動作が記載されている。具体的には、図15の最上段のグラフは、時間に対するフィードバック空燃比制御入力（LAMBSE）を実線として示し、理論空燃比を破線で示す。図15の中段のグラフは、時間に対するフィードバック・センサーの値EGOを示す。最後に、図15の下段のグラフは、実際のポンプ流量（実線）に向けて収束するポンプ流量推定値を破線で示している。
【０１００】
　時点t11において、エンジンは上流空気燃料センサー16に基づく閉ループ・フィードバック空気燃料制御へ入る。
【０１０１】
　それで、制御入力（LAMBSE）が、よりリッチに徐々に変化する。そして時点t12において、信号EGOはハイに切換わり、空気と燃焼ガスとの混合気が燃料リッチであることを示す。そのようであるので、ルーチンは空燃比をリッチ度合を弱める方向に急変させ、それからリーンに向けて徐々に変化させ始める（それでPI制御動作を示している）。更に時点t12において、ルーチンは、PETA_KAMの値を更新し、それで、より正確なポンプ流量値を適応学習する。これらの仮定は、時点t13及びt14において示されるように、各EGO切換わりについて継続する。図示のように、ポンプ流量推定値は、発振して、実際のポンプ流量に向けて収束する（これは、車両において計測されるのではなく、ここでは単に、推定値が実際値に向けて収束していくのが示されている）。
【０１０２】
　これで、詳細な説明を終了する。上述のように、本発明には、種々の変形例がある。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明が有利に用いられるエンジンのブロック図である。
【図２】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図３】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図４】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図５】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図６】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図７】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図８】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図９】本発明による動作を示すグラフである。
【図１０】本発明による動作を示すグラフである。
【図１１】本発明による動作を示すグラフである。
【図１２】空気導入装置の詳細を示すグラフである。
【図１３】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図１４Ａ】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図１４Ｂ】本発明に従いエンジン及び構成部品を制御するルーチンのハイレベル・フローチャートである。
【図１５】本発明による動作を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０４】
10　エンジン
70　排出制御装置
209  空気導入装置
【図１】
2004036625.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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