(57)【要約】【課題】温態でリッチ空燃比の時に、上流側触媒装置の温度が過度に上昇するのを抑制し、且つ、ＨＣ等を低減できる内燃機関の排気浄化装置を得る。【解決手段】２つの触媒装置５，６が排気通路４に設けられている。２次エア供給装置１２はＥＣＵ１８に制御されて排気通路４に２次エアを供給する。ＥＣＵ１８は、温態で且つリッチ空燃比に調節した時に、２次エア供給装置１２を動作させ、上流側触媒装置５よりも下流側に位置し且つ下流側触媒装置６よりも上流側に位置する排気通路４の第１空気供給箇所１０に２次エアを供給するように制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた複数の触媒装置と、
前記排気通路に２次エアを供給する２次エア供給装置と、
前記２次エア供給装置を制御する２次エア制御部と、
内燃機関の空燃比を調節する空燃比調節部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記２次エア制御部は、温態で且つ前記空燃比調節部が前記内燃機関の空燃比をリッチ空燃比に調節した時に、前記２次エア供給装置を動作させて前記複数の触媒装置のうちの最も上流側に設けられた上流側触媒装置よりも下流側に位置し且つ前記複数の触媒装置のうちの最も下流側に設けられた下流側触媒装置よりも上流側に位置する前記排気通路の空気供給箇所に２次エアを供給するように制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記２次エア制御部は、冷態時に、前記２次エア供給装置を動作させて前記上流側触媒装置よりも上流側に位置する前記排気通路の空気供給箇所に２次エアを供給するように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記２次エア制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以下及び前記内燃機関の回転速度が所定値以下の２つの条件のうちの少なくとも一方の条件が満たされている時に、前記２次エア供給装置を動作させて前記排気通路に２次エアを供給するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置としては、従来、排気通路に２つの触媒装置を備えたエンジンの２次エア供給装置が知られている。エアポンプの下流側端部には切換弁ユニットの入口部が接続されている。切換弁ユニットの出口部には、エンジン本体における排気ポート下流のポート室に連通するポートエア通路と、下流側触媒装置（メインキャタ）が備える３つの触媒部分のうちの第２の触媒部分と第３の触媒部分との間に連通するスプリットエア通路と、上流側触媒装置（プリキャタ）と下流側触媒装置との間に連通するプリスプリットエア通路とに接続されている。
【０００３】
この２次エア供給装置では、基本的には、空燃比フィードバックを行わない軽負荷領域ではポートエア供給とし、空燃比フィードバック条件が成立する中負荷領域ではプリスプリットエア供給とし、所定高負荷領域ではスプリットエア供給とするように制御している。また、低外気温始動時においては、排気系に、上流側触媒装置の上流側となる位置と上流側触媒装置及び下流側触媒装置の間とで交互に２次エアを供給するように制御している。この制御は、空燃比フィードバック条件が成立した時には禁止される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、排気通路に２つの触媒装置を備えた他の内燃機関の排気浄化装置としては、以下のようなものが知られている。上流側触媒の上流部には２次エアを導入するための上流側空気導入通路が設けられ、下流側触媒の上流部には２次エアを導入するための下流側空気導入通路が設けられている。上流側空気導入通路及び下流側空気導入通路には電磁切換弁を介してエアポンプから空気が供給されるようになっている。
【０００５】
この排気浄化装置では、冷態時において、コントロールユニットによりエアポンプ及び電磁切換弁を以下のように駆動制御している。すなわち、上流側触媒装置の出口側の排気温度が所定値以下の時は、上流側空気導入通路に２次エアを導入している。上流側触媒装置の出口側の排気温度を越えると、下流側触媒装置の入口側の排気温度と所定値（触媒にてＨＣ等が着火する温度）とを比較する。下流側触媒装置の入口側の排気温度が所定値以下の時には、下流側空気導入通路に２次エアを導入せず、エンジンの空燃比を理論空燃比としている。下流側触媒装置の入口側の排気温度が所定値を越えると、下流側空気導入通路に２次エアを導入するとともに、エンジンの空燃比をリッチ空燃比としている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２１２２９号公報（段落００２８〜段落００３７、図１〜図３）
【０００７】
【特許文献２】
特開平８−２４６８５８号公報（段落００１９〜段落００４３、図１及び図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばＵＳ０６モードのような運転モード等では、温態下においてエンジンの空燃比をリッチ空燃比にしなければ要求される車速に追従できないような状況となる場合がある。そして、このような場合には、ＨＣ及びＣＯの発生量が増加するので、内燃機関の排気浄化装置としては、２次エアを排気通路に供給して触媒装置によりＨＣ及びＣＯを浄化させることが求められる。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、温態且つリッチ空燃比状態において上流側触媒装置の上流側に２次エアが供給される可能性があり、これにより上流側触媒装置の温度を過度に上昇させてしまうおそれがある。また、特許文献２に記載の技術は、上流側及び下流側触媒装置を早期に活性化する技術であり、温態且つリッチ空燃比状態における上述のような問題は解決できない。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、温態で内燃機関の空燃比がリッチ空燃比に調節されている時に、上流側触媒装置の温度が過度に上昇するのを抑制しつつ、ＨＣ及びＣＯを低減できる内燃機関の排気浄化装置を得ることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明の内燃機関の排気浄化装置は、温態で且つ空燃比調節部が内燃機関の空燃比をリッチ空燃比に調節した時に、２次エア制御部が複数の触媒装置のうちの最も上流側に設けられた上流側触媒装置よりも下流側に位置し且つ複数の触媒装置のうちの最も下流側に設けられた下流側触媒装置よりも上流側に位置する排気通路の空気供給箇所に２次エア供給装置から２次エアを供給させる制御を行うようにした。
【００１２】
従って、この発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、温態で且つ空燃比調節部が内燃機関の空燃比をリッチ空燃比に調節した時に、排気通路の上流側触媒装置よりも下流側且つ下流側触媒装置よりも上流側に位置する空気供給箇所に２次エア供給装置から２次エアが供給されるので、排気通路の他の領域と比べて高温となり易い上流側触媒装置の上流側の温度上昇が抑制され、しかも、下流側触媒装置によりＨＣ及びＣＯを浄化できる。
【００１３】
請求項１の発明を実施するにあたり、請求項２の発明のように、冷態時には、上流側触媒装置よりも上流側に位置する排気通路の空気供給箇所に２次エアを供給させるようにするとよい。
【００１４】
更に好ましくは、請求項３の発明のように、内燃機関の負荷が所定値以下及び内燃機関の回転速度が所定値以下の２つの条件のうちの少なくとも一方の条件が満たされている時に、排気通路に２次エアを供給させるようにするとよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
【００１６】
内燃機関１は、例えば、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射型のガソリンエンジンとして構成されている。以下、内燃機関１をエンジンという。図１に示すように、エンジン１に設けられたエキゾーストマニホールド２には排気管３が連通されている。エキゾーストマニホールド２及び排気管３により形成される排気通路４には、複数例えば２つの触媒装置５，６が設けられている。以下、２つの触媒装置５，６のうちの上流側に設けられた触媒装置を上流側触媒装置５、下流側に設けられた触媒装置を下流側触媒装置６という。例えば、上流側触媒装置５はエキゾーストマニホールド２に設けられており、下流側触媒装置６は排気管３に設けられている。これら触媒装置５，６としては、ＣＯ及びＨＣを浄化する３元触媒が用いられている。なお、図１中符号７はインテークマニホールド、符号８は吸気絞り弁、符号９はエアクリーナーを示している。
【００１７】
排気通路４には、上流側触媒装置５よりも下流側に位置し且つ下流側触媒装置６よりも上流側に位置して第１空気供給箇所１０が設定されており、上流側触媒装置５よりも上流側に位置して第２空気供給箇所１１が設定されている。また、この排気通路４に２次エアを供給する２次エア供給装置１２は、例えば、エアポンプタイマ（図示せず）を有するエアポンプ１３と３方電磁弁１４とを備えている。この電磁弁１４は流入ポートと第１流出ポートと第２流出ポートとを備えている。流入ポートに繋がれた送気管１５はエアポンプ１３と連通されている。第１流出ポートに繋がれた送気管１６は、排気通路４の第１空気供給箇所１０にエアポンプ１３から２次エアが供給されるように、排気管３の第１空気供給箇所１０に対応する位置に連通されている。第２流出ポートに繋がれた送気管１７は、排気通路４の第２空気供給箇所１１にエアポンプ１３から２次エアが供給されるように、エキゾーストマニホールド２の第２空気供給箇所１１に対応する位置に連通されている。以下、流入ポートと第１流出ポートとが連通されている状態を第１開状態といい、流入ポートと第２流出ポートとが連通されている状態を第２開状態といい、流入ポートが第１流出ポート及び第２流出ポートのどちらとも連通されていない状態を閉状態という。
【００１８】
エンジン１の排気浄化装置は、ＥＣＵ（電子コントロールユニット）１８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ１８には、エンジン１の回転数（クランク角）を検出するクランク角センサ１９の検出信号、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ２０の検出信号、及び、エアクリーナー９の下流側に位置してエンジン１の吸入空気量を検出するエアフローセンサ２１の検出信号等が入力される。ＥＣＵ１８は空燃比調節部として機能し、これらの検出信号により、燃料インジェクタ２２からの燃料噴射量を制御するとともに、点火コイル２３を介して点火プラグ（図示せず）の点火時期を制御している。また、ＥＣＵ１８は、２次エア供給装置１２を制御する２次エア制御部を兼ねている。すなわち、ＥＣＵ１８は、エアポンプ１３及びエアポンプタイマを制御しているとともに、３方電磁弁１４の開閉状態を制御している。また、ＥＣＵ１８は、クランク角センサ１９により検出されるエンジン１の回転数により、エンジン１の回転速度を算出している。
【００１９】
次に、ＥＣＵ１８によるエンジン１の排気浄化装置の制御を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２０】
スタート後、キーＯＮ始動前又はクランキング中であると判断した場合（Ｓ１０１がＹｅｓ）、水温センサ２０により検出された水温によってエアポンプ１３駆動時間を決定され（Ｓ１０２）、続けてエアポンプタイマにエアポンプ１３駆動時間をセットされる（Ｓ１０３）。そして、エアポンプ１３が停止され（Ｓ１２０）、続けて電磁弁１４が閉状態とされて（Ｓ１２１）リターンする。
【００２１】
スタート後、キーＯＮ始動後であると判断した場合（Ｓ１０１がＮｏ）、続けてエンジン１の運転の有無を判断する。エンジン１が運転中であると判断した場合（Ｓ１０４がＹｅｓ）、水温センサ２０により検出された水温Ｔ１と所定値Ｔｃとを比較する（Ｓ１０５）。水温Ｔ１＞所定値Ｔｃであると判断した場合（Ｓ１０５がＹｅｓ）、この状態は温態であるとして、以下、温態での制御を行う。一方、水温Ｔ１≦所定値Ｔｃであると判断した場合（Ｓ１０５がＮｏ）、この状態は冷態であるとして、以下、冷態での制御を行う。なお、エンジン１が運転されていないと判断した場合（Ｓ１０４がＮｏ）は、エアポンプ１３は停止され（Ｓ１２０）、続けて電磁弁１４が閉状態とされて（Ｓ１２１）リターンする。
【００２２】
まず、温態時の制御について説明する。エンジン１の空燃比がリッチ空燃比であると判断した場合（Ｓ１０６がＹｅｓ）、エンジン１の回転速度Ｎ１と所定値Ｎｃ１との比較及びエンジン１の負荷Ｒ１と所定値Ｒｃ１との比較が行われる（Ｓ１０７及びＳ１０８）。なお、エンジン１の空燃比がリッチ空燃比でないと判断した場合（Ｓ１０６がＮｏ）は、エアポンプ１３は停止され（Ｓ１１２）、続けて電磁弁１４が閉状態とされて（Ｓ１１３）リターンする。
【００２３】
エンジン１の回転速度Ｎ１≦所定値Ｎｃ１且つエンジン１の負荷Ｒ１≦所定値Ｒｃ１であると判断した場合（Ｓ１０７がＹｅｓ且つＳ１０８がＹｅｓ）、エアポンプ１３が駆動される。
【００２４】
ところで、温態で且つエンジン１の空燃比がリッチ空燃比である場合には、エキゾーストマニホールド２及び排気管３の排圧が高まっていることが多い。そのため、ＥＣＵ１８はエアポンプ１３を駆動させた後、ポンプ内の圧力が高まるまで電磁弁１４を閉状態とするように制御する。すなわち、所定時間が経つまでは（Ｓ１１０がＮｏ）、電磁弁１４が閉状態とされてリターンする。そして、所定時間経過後（Ｓ１１０がＹｅｓ）、電磁弁１４が第１開状態とされてリターンする。これにより、２次エアは第１空気供給箇所１０に供給される。
【００２５】
一方、エンジン１の回転速度Ｎ１＞所定値Ｎｃ１又はエンジン１の負荷Ｒ１＞所定値Ｒｃ１であると判断した場合（Ｓ１０７がＮｏ又はＳ１０８がＮｏ）は、上流側或いは下流側触媒装置５，６の温度が過度に上昇するのを抑制するために、また、排気管３内の排気が高く２次エアが排気管３内に供給され難いため、エアポンプ１３は停止され（Ｓ１１２）、続けて電磁弁１４が閉状態とされて（Ｓ１１３）リターンする。
【００２６】
なお、Ｓ１０７のステップとＳ１０８のステップとの順番は入れ換えてもよい。また、この実施形態では、エンジン１の負荷Ｒ１≦所定値Ｒｃ１且つエンジン１の回転速度Ｎ１≦所定値Ｎｃ１となっている場合に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第１空気供給箇所１０に２次エアを供給させるようにしているが、エンジン１の負荷Ｒ１≦所定値Ｒｃ１及びエンジン１の回転速度Ｎ１≦所定値Ｎｃ１の２つの条件のうちの少なくとも一方が満たされている時に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第１空気供給箇所１０に２次エアを供給させるようにしてもよい。
【００２７】
このように、この排気浄化装置によれば、温態時で且つエンジン１の空燃比がリッチ空燃比である時には、上述のようにして、エアポンプ１３から第１空気供給箇所１０に２次エアが供給される。つまり、２次エアは、排気通路４の上流側触媒装置５よりも下流側に供給されるので、高温となり易い上流側触媒装置５の温度上昇が抑制される。しかも、２次エアは、排気通路４の下流側触媒装置６よりも上流側に供給されるので、下流側触媒装置６によりＨＣ等を浄化できる。
【００２８】
次に、冷態時の制御について説明する。ポンプタイマが０ではないと判断した場合（Ｓ１１４）、ポンプタイマを１減算し（Ｓ１１５）、エンジン１の回転速度Ｎ２と所定値Ｎ２ｃとの比較及びエンジン１の負荷Ｒ２と所定値Ｒ２ｃとの比較が行われる（Ｓ１１６及びＳ１１７）。なお、エンジン１の回転速度の所定値Ｎｃ２は温態時の所定値Ｎｃ１と等しくてもよく、また異なる値であってもよい。また、エンジン１の負荷の所定値Ｒｃ２は温態時の所定値Ｒｃ１と等しくてもよく、また異なる値であってもよい。
【００２９】
エンジン１の回転速度Ｎ２≦所定値Ｎｃ２且つエンジン１の負荷Ｒ２≦所定値Ｒｃ２であると判断した場合（Ｓ１１６がＹｅｓ且つＳ１１７がＹｅｓ）、エアポンプ１３が駆動され（Ｓ１１８）、続けて電磁弁１４が第２開状態とされてリターンする（Ｓ１１９）。これにより、２次エアは第２空気供給箇所１１に供給される。
【００３０】
一方、エンジン１の回転速度Ｎ２＞所定値Ｎｃ２又はエンジン１の負荷Ｒ２＞所定値Ｒｃ２であると判断した場合（Ｓ１１６がＮｏ又はＳ１１７がＮｏ）は、上流側或いは下流側触媒装置５，６の温度が過度に上昇するのを抑制するために、エアポンプ１３は停止され（Ｓ１２０）、続けて電磁弁１４が閉状態とされて（Ｓ１２１）リターンする。なお、冷態時の制御は、Ｓ１０３でエアポンプタイマにセットされたエアポンプ駆動時間が制御周期ごとにＳ１１５で減算され、０になる（Ｓ１１４がＮｏ）まで継続される。
【００３１】
なお、Ｓ１１６のステップとＳ１１７のステップとの順番は入れ換えてもよい。また、この実施形態では、エンジン１の負荷Ｒ２≦所定値Ｒｃ２且つエンジン１の回転速度Ｎ２≦所定値Ｎｃ２となっている場合に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第２空気供給箇所１１に２次エアを供給させるようにしているが、エンジン１の負荷Ｒ２≦所定値Ｒｃ２及びエンジン１の回転速度Ｎ２≦所定値Ｎｃ２の２つの条件のうちの少なくとも一方が満たされている時に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第２空気供給箇所１１に２次エアを供給させるようにしてもよい。
【００３２】
このように、この排気浄化装置によれば、冷態時では、上述のようにして、エアポンプ１３から第２空気供給箇所１１に２次エアが供給される。これにより、上流側触媒装置５中でＣＯやＨＣと２次エアが反応することで、冷態であった上流側触媒装置５が温められて早期に活性化する。したがって、速やかにＨＣ等を浄化できる。
【００３３】
以上のように、本実施形態のエンジン１の排気浄化装置によれば、２次エア制御部であり、空燃比調節部であるＥＣＵ１８の制御により、温態でエンジン１の空燃比をリッチ空燃比に調節した時に、排気通路４の上流側触媒装置５よりも下流側且つ下流側触媒装置６よりも上流側に位置する第１空気供給箇所１０に２次エア供給装置１２から２次エアが供給される。つまり、２次エアは、排気通路４の上流側触媒装置５よりも下流側に供給させるので、高温となり易い上流側触媒装置５の温度上昇が抑制される。しかも、２次エアは、排気通路４の下流側触媒装置６よりも上流側に供給されるので、内燃機関の空燃比をリッチ空燃比であっても、下流側触媒装置６でＨＣ及びＣＯを浄化できる。
【００３４】
また、本実施形態では、２次エア制御部としてのＥＣＵ１８が、冷態時に、上流側触媒装置５よりも上流に位置する排気通路４の第２空気供給箇所１１に２次エア供給装置１２から２次エアを供給させる制御を行うので、冷態時に、上流側触媒装置５を速やかに活性温度まで上昇させることができる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、２次エア制御部としてのＥＣＵ１８が、温態時且つリッチ空燃比時であって、エンジン１の負荷Ｒ１≦所定値Ｒｃ１、且つ／又は、エンジン１の回転速度Ｎ１≦所定値Ｎｃ１の条件が満たされている時に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第１空気供給箇所１０に２次エアを供給させる制御を行う。同様に、２次エア制御部としてのＥＣＵ１８が、冷態時であって、エンジン１の負荷Ｒ２≦所定値Ｒｃ２、且つ／又は、エンジン１の回転速度Ｎ２≦所定値Ｎｃ２の条件が満たされている時に、２次エア供給装置１２を動作させて排気通路４の第２空気供給箇所１１に２次エアを供給させる制御を行う。
【００３６】
すなわち、温態時であっても冷態時であっても、エンジン１の負荷＞所定値、且つ／又は、エンジン１の回転速度＞所定値の条件が満たされている時には、排気通路４への２次エアの供給が停止される。したがって、上流側及び下流側触媒装置６の温度が過度に高くなるのを抑制できる。
【００３７】
なお、この実施形態では触媒装置を２つ設けたが、触媒装置は３つ以上設けてもよい。その場合、第１空気供給箇所１０は、複数の触媒装置のうちの最も上流側に設けられた上流側触媒装置よりも下流側に位置し且つ前記複数の触媒装置のうちの最も下流側に設けられた下流側触媒装置よりも上流側に設定すればよい。また、第２空気供給箇所１１は、複数の触媒装置のうちの最も上流側に設けられた上流側触媒装置よりも上流側に設定すればよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明によれば、温態でリッチ空燃比の時に、排気通路の上流側触媒装置よりも下流側且つ下流側触媒装置よりも上流側に位置する空気供給箇所に２次エア供給装置から２次エアが供給されるので、上流側触媒装置の温度が過度に上昇するのを抑制しつつ、ＨＣ及びＣＯを低減できる。
【００３９】
請求項２に記載の発明によれば、冷態時に、上流側触媒装置よりも上流に位置する排気通路の空気供給箇所に２次エア供給装置から２次エアを供給されるので、上流側触媒装置を速やかに活性温度まで上昇させることができる。
【００４０】
請求項３に記載の発明によれば、内燃機関の負荷が所定値を越える場合及び内燃機関の回転速度が所定値を越える場合の２つの条件の一方又は両方が満たされている場合には、排気通路４への２次エアの供給が停止されるので、上流側及び下流側触媒装置の温度が過度に高くなるのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す概略図。
【図２】図１の内燃機関の排気浄化装置が備えるＥＣＵが実行する制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
４…排気通路、５…上流側触媒装置、６…下流側触媒装置、１０，１１…空気供給箇所、１２…２次エア供給装置、１８…ＥＣＵ（２次エア制御部及び空燃比調節部）
【図１】
2004251214.tif 000003
【図２】
2004251214.tif 000004