(57)【要約】【課題】  低コストで触媒を最適に加熱するように二次空気を供給する事。【解決手段】  水温センサ（１５）がエンジン（１）の冷却水温を検出する。始動時水温、停止時水温はＥＣＵ（２０）のバックアップＲＡＭに記憶される。エンジンが始動されるとエアポンプ（１０）から制御弁（１４）を介して触媒コンバータ（５）の上流の排気マニホールド（４）内に二次空気が供給される。始動後の冷却水温の始動時水温に対する温度上昇量が予め定めた所定値を超えたと判定されたならば二次空気の供給が停止され、その後は、始動時に触媒が冷態状態にあると判定されるまで二次空気の供給をおこなわない。エンジン運転終了時の水温とその後の始動時水温の差が予め定めた所定値以上である場合に触媒が冷態状態にあると判定される。触媒が冷態状態にあると判定されるまで始動時水温の更新はおこなわれない。【選択図】      図１
2005163708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時に、触媒が設けられたエンジンの排気通路内に二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
エンジンの冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
エンジン始動時の冷却水温を記憶する始動時水温記憶手段と、
エンジン始動後の冷却水温の、前記記憶された始動時水温に対する、温度上昇量が予め定めた所定値を超えたか否かを判定する温度上昇判定手段と、
エンジン冷却水温にもとづいて触媒が冷態状態にあるか否かを判定する触媒状態判定手段と、を具備し、
始動後に温度上昇判定手段により始動時水温に対する温度上昇量が予め定めた所定値を超えたと判定されたならば二次空気の供給を停止し、
その後は、始動時に触媒状態判定手段により触媒が冷態状態にあると判定されるまで二次空気の供給をおこなわない、
ことを特徴とする二次空気供給装置。
【請求項２】
触媒状態判定手段が触媒が冷態状態にあると判定するまで、始動時水温の更新をおこなわない、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項３】
触媒状態判定手段は、エンジン運転終了時の冷却水温を記憶する終了時水温記憶手段を含み、終了時水温とその後の始動時水温の差が予め定めた所定値以上である場合に、触媒が冷態状態にあると判定する、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項４】
始動時に、触媒が設けられたエンジンの排気通路内に二次空気を供給する二次空気供給装置であって
エンジンの冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
冷却水温にもとづいて触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、を具備し、
始動後に触媒温度推定手段が推定した触媒温度が予め定めた温度を超えた場合には、二次空気の供給を停止する、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項５】
触媒温度推定手段は、
エンジン始動後の冷却水温の、始動時水温に対する温度上昇量から触媒温度上昇量を推定する触媒温度上昇推定手段と、
エンジン運転終了後の冷却水温の、終了時水温に対する温度降下量から触媒温度降下量を推定する触媒温度降下推定手段と、を具備し、
触媒の温度を触媒温度上昇推定手段の推定した触媒温度上昇量と触媒温度降下推定手段の推定した触媒温度降下量にもとづいて推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の二次空気供給装置。
【請求項６】
外気温度を検出する外気温センサを備え、外気温度が二次空気供給装置が氷結する温度以下の場合は二次空気供給装置の作動を禁止する、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気中に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気浄化触媒へ二次空気を供給する二次空気供給装置が公知であり、例えば、特許文献１に記載のものがある。通常、このような二次空気供給装置においては、始動時に二次空気の供給をおこなうようにされている。したがって、機関の始動を繰り返しておこなうと、触媒が暖機されていても、その都度二時空気が供給されエアポンプや触媒に対して過大な負荷がかかる。
そこでこのような過大な負荷がかかることを防止するために触媒温度センサを設けて触媒の温度を直接に計測し、その値にもとづいて二次空気供給装置の作動、非作動を決定することが考えられる。しかしながら、触媒温度センサは高耐熱性が要求され高価である。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１２８３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題に鑑み、触媒温度センサを用いることなく、触媒を最適に加熱できるように二次空気を供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明によれば、始動時に、触媒が設けられたエンジンの排気通路内に二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
エンジンの冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
エンジン始動時の冷却水温を記憶する始動時水温記憶手段と、
エンジン始動後の冷却水温の、前記記憶された始動時水温に対する、温度上昇量が予め定めた所定値を超えたか否かを判定する温度上昇判定手段と、
エンジン冷却水温にもとづいて触媒が冷態状態にあるか否かを判定する触媒状態判定手段と、を具備し、
始動後に温度上昇判定手段により始動時水温に対する温度上昇量が予め定めた所定値を超えたと判定されたならば二次空気の供給を停止し、その後は、始動時に触媒状態判定手段により触媒が冷態状態にあると判定されるまで二次空気の供給をおこなわない、ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、始動後に始動時水温に対する温度上昇量が予め定めた所定値を超えたと判定されたならば二次空気の供給を停止し、その後は、始動時に触媒が冷態状態にあると判定されるまで二次空気の供給はおこなわなれない。
【０００６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、触媒状態判定手段が触媒が冷態状態にあると判定するまで、始動時水温の更新をおこなわない、ようにした二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、触媒状態判定手段によって触媒が冷態状態にあると判定されるまで、始動時水温の更新はおこなわれない。
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、触媒状態判定手段は、エンジン運転終了時の冷却水温を記憶する終了時水温記憶手段を含み、終了時水温とその後の始動時水温の差が予め定めた所定値以上である場合に、触媒が冷態状態にあると判定する、ようにされた二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、エンジン運転終了時の冷却水温が記憶され、終了時水温とその後の始動時水温の差が予め定めた所定値以上である場合に、触媒が冷態状態にあると判定される。
【０００８】
請求項４の発明によれば、始動時に、触媒が設けられたエンジンの排気通路内に二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
エンジンの冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
冷却水温にもとづいて触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、を具備し、
始動後に触媒温度推定手段が推定した触媒温度が予め定めた温度を超えた場合には、二次空気の供給を停止する、ことを特徴とする二次空気供給装置、が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、冷却水温にもとづいて触媒温度を推定し、推定された触媒温度が予め定めた温度を超えた場合に二次空気の供給が停止される。
【０００９】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、触媒温度推定手段は、
エンジン始動後の冷却水温の、始動時水温に対する温度上昇量から触媒温度上昇量を推定する触媒温度上昇推定手段と、エンジン運転終了後の冷却水温の、終了時水温に対する温度降下量から触媒温度降下量を推定する触媒温度降下推定手段と、を具備し、
触媒の温度を触媒温度上昇推定手段の推定した触媒温度上昇量と触媒温度降下推定手段の推定した触媒温度降下量にもとづいて推定する、ようにした二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、触媒の温度は、触媒温度上昇推定手段の推定した触媒温度上昇量と触媒温度降下推定手段の推定した触媒温度降下量にもとづき推定されるので、始動時の温度の影響を受けずに触媒温度を推定できる。
【００１０】
請求項６の発明によれば、請求項１から５のいずれか一つの発明において、外気温度を検出する外気温センサを備え、外気温度が二次空気供給装置が氷結する温度以下の場合は二次空気供給装置の作動を禁止する、ようにした二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、外気温度が二次空気供給装置が氷結する温度以下の場合は二次空気供給装置の作動が禁止され、氷結した装置を無理に作動せしめようとして不具合が発生することが防止される。例えば、電動式のエアポンプを使用している場合には過大な電流が流れることが防止される。
【発明の効果】
【００１１】
各請求項に記載の発明は、始動時に、触媒が設けられたエンジンの排気通路内に二次空気を供給する二次空気供給装置であるが、冷却水温にもとづいて不必要な場合の停止をおこなっており、高価な触媒温度センサを必要とせずコストがかからない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１が本発明の実施の形態の構成を示す図である。１はエンジンを示し、エンジン１には吸気管３が取付けられ、吸気管３の入口にはエアクリーナ２が配設され、エアクリーナ２の下流側にはスロットル弁３ａが配設されている。また、エンジン１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ１５が取付けられている。
【００１３】
エンジン１の各気筒は排気マニホールド４を介して排気管７に接続されている。また、排気管７には三元触媒を用いた触媒コンバータ５が介装され、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの浄化をおこなっている。そのために排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ６が触媒コンバータ５の上流側の排気管７に取付けられている。触媒コンバータ５で浄化された排気ガスはマフラー９を通ってから排出される。
【００１４】
電動のエアポンプ１０が吸気管３のエアクリーナ２とスロットル弁３ａの間から空気取入管１１を介して空気を吸入し、二次空気供給管１２に空気を送り出し、二次空気供給管１２に送り出された空気が二次空気供給口８ａ，８ｂから排気管７ａ，７ｂの内部へ供給される。二次空気供給管１２には制御弁１４が介装されている。
【００１５】
ＥＣＵ２０はマイクロコンピュータであって、図２に示されるように、バス２１で入力インターフェイス２２、出力インターフェイス２３、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５，ＲＡＭ２６、さらに、バックアップＲＡＭ２７をバス２１で接続して成る。バックアップＲＡＭ２７はエンジン１が停止中もデータを記憶することができる。
入力インターフェイス２５には、水温センサ１５、Ｏ2センサ６、スロットルバルブ３ａ、および、その他の図示しない多くの検出機器からの信号が入力される。出力インターフェイス２６からは、エアポンプ１０、制御弁１４、および、その他の図示しない機器類へ信号が送られる。
【００１６】
次に、上記のように構成された本発明の装置の制御について説明する。
先ず、前提として、始動時には二次空気を導入する指令が発せられるようになっている。但し、エアポンプ１０が氷結している場合にはエアポンプ１０を駆動するモータ（図示せず）に過大な電流が流れる可能性があるので、０℃以下では二次空気を導入する指令が発せられないようになっている。
【００１７】
そして、図３に示すフローチャートによって二次空気の導入が不適当な場合には、二次空気の導入を禁止するのである。
ステップ１０１ではエンジン始動前か否かを判定する。肯定判定された場合、すなわち、エンジン始動前であればステップ１０２に進む。否定判定された場合、すなわち、エンジン始動後であれば、ステップ１０４に飛ぶ。
ステップ１０２では前回終了時の水温ｔｈｗｅｎｄと現在の水温ｔｈｗの差が予め定めた値Ｈ１より大きいか否かを判定する。ここで、前回終了時の水温ｔｈｗｅｎｄはＥＣＵ２０内のバックアップＲＡＭ２７に記憶されエンジン１の停止中も記憶されている。
【００１８】
ステップ１０２で肯定判定された場合、すなわち、前回終了時の水温ｔｈｗｅｎｄと現在の水温ｔｈｗの差が予め定めた値Ｈ１より大きい場合は、十分に水温が下がったこと、すなわち、長時間にわたってエンジン停止のまま放置され、触媒コンバータ５が冷態状態にあることを意味している。そこで、ステップ１０３に進み、二次空気供給装置の作動を禁止せしめるフラグｘａｉｉｈをＯＦＦにし、二次空気の供給ができるようにし、また、始動時水温ｔｈｗｓｔに現在の水温ｔｈｗを入力する。その後、ステップ１０４に進む。
【００１９】
ステップ１０４では、現在の水温ｔｈｗから始動時水温ｔｈｗｓｔを減算した差が予め定めた値Ｈ２よりも大きいか否かを判定する。
ステップ１０４で肯定判定された場合は、現在、水温ｔｈｗが始動時水温ｔｈｗｓｔよりＨ２を超えるほどに高くなっており、触媒が十分に暖機されていることを意味する。そこで、ステップ１０５に進んで二次空気供給装置の作動を禁止せしめるフラグｘａｉｉｈをＯＮにして二次空気の供給を禁止してからステップ１０６に進む。
【００２０】
一方、ステップ１０４で否定判定された場合は、現在、水温ｔｈｗが始動時水温ｔｈｗｓｔよりＨ２を超えるほどに高くなっておらず触媒は十分に暖機されていないことを意味する。すなわち、二次空気の供給が必要な状態であるのでステップ１０５には進まずに直接にステップ１０６に進む。
【００２１】
ステップ１０６ではエンジン始動後所定時間経過したか否かを判定し、ステップ１０７で終了時水温ｔｈｗｅｎｄに現在の水温ｔｈｗを入れる。このステップ１０７の制御は次回エンジン停止したときにバックアップＲＡＭ２７に記憶される終了時水温ｔｈｗｅｎｄが常にその時のエンジン水温になっているようにするためのものである。ステップ１０６はステップ１０７で確実に終了時水温ｔｈｗｅｎｄに現在の水温ｔｈｗが入力されるようにするためのもので、本発明の本質部分とは関係がない。
【００２２】
図４は上記の制御を説明するタイムチャートである。
横軸は時間軸であって、中央部分に、実線で示されるのはエンジンの冷却水温であり、破線で示されるのはバックアップＲＡＭ２７に記憶される終了時水温ｔｈｗｅｎｄであり、一点鎖線で示されるのはバックアップＲＡＭ２７に記憶される始動時水温ｔｈｗｓｔである。また、フローチャートのステップ１０２、１０６におけるＨ１、Ｈ２は、例えば、いずれも３０℃にされている。
【００２３】
先ず、時刻ｔ０で十分走行して暖機されたエンジンをＯＦＦし、その後、長時間（例えば、一晩）車庫におかれ、その後（例えば、翌朝）、t１で始動したときを考える。
エンジンの冷却水温度ｔｈｗは走行中はほぼ一定の値（例えば、約８５℃）に維持されるのでバックアップＲＡＭ２７に記憶される終了時水温ｔｈｗｅｎｄは、例えば、約８５℃とされる。そして、一晩放置すれば、水温ｔｈｗは略外気温と等しい温度まで低下するので、ｔ１における外気温度が、例えば１０℃であればｔｈｗも１０℃となる。
【００２４】
したがって、ｔ１におけるフローチャートのステップ１０２の左辺の終了時水温ｔｈｗｅｎｄと現在の水温ｔｈｗの差は、８５℃−１０℃＝７５℃である。これに対して、フローチャートのステップ１０２の右辺のＨ１は、前述のように３０℃である。その結果、ステップ１０２では肯定判定される。このように一晩放置した場合には終了時水温ｔｈｗｅｎｄと水温ｔｈｗの差がＨ１より必ず大きくなるようにＨ１は上記のように例えば３０℃という値に設定されている。
【００２５】
ここで、このエンジンは、前述のように、基本的にエンジンが始動すると二次空気の供給をおこなうようにされている。
そして、フローチャートのステップ１０３に示されるようにｔｈｗｓｔに現在の水温ｔｈｗが入力され、二次空気の供給を禁止する禁止フラグｘａｉｉｈがＯＦＦにされる。したがって、ｔ１でエンジンが始動されると二次空気の供給が実行される。
【００２６】
そして、フローチャートのステップ１０６に示されるようにエンジンが始動してから所定時間後、例えば、１秒後から、ｔｈｗｅｎｄには現在の水温ｔｈｗが入力される。その後、エンジンの運転にともなって水温ｔｈｗが上昇し、ステップ１０４の左辺の水温ｔｈｗと始動時水温ｔｈｗｓｔの差が、右辺のＨ２＝３０℃よりも大きくなるとステップ１０５のように禁止フラグｘａｉｉｈがＯＮにされ二次空気の供給が停止される。
【００２７】
その後、例えば、時刻ｔ２において、水温ｔｈｗが６０℃になったところでエンジンの運転を終了し、さらに、時刻ｔ３で水温ｔｈｗが４５℃になった時点で再始動するとする。時刻ｔ２でエンジン運転を終了した時点から、ｔｈｗｅｎｄには終了時の水温が記憶され停止中そのまま維持される。
【００２８】
時刻ｔ３で再び始動するので二次空気の供給がおこなわれるはずである。
ところが、水温ｔｈｗが４５℃になっており、エンジン停止時点（６０℃）からの水温の降下量（６０−４５＝２５℃）が、予め定めた値Ｈ１（＝３０℃）よりも小さい。したがって、ｔ３ではフローチャートのステップ１０２で否定判定される。ステップ１０２で否定判定されることによって、ステップ１０３が実行されないために始動時水温ｔｈｗｓｔは更新されず、ｔ１における始動時水温（＝１０℃）を用いて、ステップ１０４の判定が実行される。したがって、ステップ１０４の左辺のｔｈｗ - ｔｈｗｓｔの値は、４５−１０＝３５（℃）となる。
【００２９】
一方、ステップ１０４の右辺のＨ２は３０℃に設定されているので、ステップ１０４では左辺が３５（℃）に対し右辺が３０（℃）となり肯定判定され、ステップ１０５に進み、二次空気供給を禁止する禁止フラグｘａｉｉｈがＯＮにされる。したがって、ｔ３でエンジン１を始動しても二次空気は供給されない。
【００３０】
その後、エンジン１は運転が持続され水温が８５℃に達してから時刻ｔ４において停止され、さらに十分な時間を放置され時刻ｔ５において始動され、その時の水温が２０℃であったとする。
時刻ｔ５において、ステップ１０２の左辺は、前回終了時水温ｔｈｗｅｎｄ = ８５℃、現在の水温ｔｈｗ = ２０℃であるので、６５℃となる。一方、Ｈ１は前述したように、３０℃に設定されている。したがって、ステップ１０２で肯定判定されステップ１０３に進んでステップ１０３を実行する。すなわち、二次空気供給を禁止する禁止フラグｘａｉｉｈをＯＦＦにする。その結果、始動にともない実行される二次空気の供給が禁止されないで二次空気の供給がおこなわれる。また、始動時水温ｔｈｗｓｔに現在の水温ｔｈｗ＝２０℃が入力される。
【００３１】
次に、第２の実施の形態について説明する。
これは、停止するまでの運転中の水温にもとづいて触媒温度を推定し、推定された触媒温度にもとづいて二次空気の供給をおこなうものである。
図５がこの第２の実施の形態の作動を説明する図であって、図４に示したのと同じように変化する水温に対する触媒温度の推定値ｅｔｈｃが示されている。
【００３２】
この触媒温度の推定値ｅｔｈｃは、例えば、図７に示す水温上昇量に対する触媒温度上昇量を示す触媒温度上昇マップと、図８に示す水温降下量に対する触媒温度降下量を示す触媒温度降下マップからもとめることができる。
このようにすることにより、例えば、―５℃で始動して＋２５℃まで水温が３０℃上昇した場合と、０℃から３０℃まで水温が３０℃上昇した場合とは、ほぼ、同じ熱量をエンジン１が発生し、同じような熱量が触媒に与えられたと考えられるが、このような現象に対応することができる。
【００３３】
例えば、第１の実施の形態の例で説明したように、例えば、水温２０℃で初期始動し６０℃になったところで一旦エンジン停止し、その後、水温が４５℃になったところで、再始動した場合は、水温が２０℃から６０℃へ上昇したことに対応する触媒の到達温度を温度上昇マップからもとめ、水温が６０℃から４５℃へ降下したことに対応する触媒の到達温度を触媒温度降下マップからもとめることにより、再始動時の触媒温度を求めることができる。
そして、この触媒温度の推定値ｅｔｈｃが予め定めた値、例えば、４００℃以下であれば二次空気の供給をおこない、４００℃以上であれば二次空気の供給を禁止するという制御をおこなう。
【００３４】
図６がこの第２の実施の形態の制御のフローチャートであって、触媒温度の推定値をもとめた後の制御のみを示しており、図示されるように簡単な構成となっている。
ステップ２０１では水温ｔｈｗに応じて、予め定めた式によって、触媒推定温度ｅｔｈｃを算出する。ステップ２０２では触媒推定温度ｅｔｈｃが予め定めた判定値ＨＣ１を超えたか、否か、を判定する。ステップ２０２で肯定判定された場合は、ステップ２０３に進んで二次空気の供給を禁止する禁止フラグｘａｉｉｈをＯＮにし、二次空気の供給を停止せしめる。一方、ステップ２０２で否定判定された場合は、ステップ２０４に進んで二次空気の供給を禁止する禁止フラグｘａｉｉｈをＯＦＦにし、二次空気を供給せしめる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、排気通路に触媒を有するエンジンに適用され、その排気通路内へ二次空気を触媒が加熱しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の構成を示す図である。
【図２】ＥＣＵの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の制御のフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態の作動を説明するタイムチャートである。
【図５】第２の実施の形態の作動を説明する図である。
【図６】第２の実施の形態のフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に関し冷却水温上昇量に対する触媒温度上昇量を示すマップである。
【図８】第２の実施の形態に関し冷却水温降下量に対する触媒温度降下量を示すマップである。
【符号の説明】
【００３７】
１…エンジン
４…排気マニホールド
５…触媒コンバータ
６…空燃比センサ
７…排気パイプ
８…二次空気供給口
１０…エアポンプ
１４…制御弁
１５…水温センサ
２０…ＥＣＵ
２７…バックアップＲＡＭ
【図１】
2005163708.tif 000003
【図２】
2005163708.tif 000004
【図３】
2005163708.tif 000005
【図４】
2005163708.tif 000006
【図５】
2005163708.tif 000007
【図６】
2005163708.tif 000008
【図７】
2005163708.tif 000009
【図８】
2005163708.tif 000010