(57)【要約】    【課題】  加熱手段を必要とすることなく、２次空気供給によって効率良く排気浄化及び触媒活性を図る。    【解決手段】  各バンクが独立した排気系を備え、これら排気系が合流した後の排気ダクトに触媒コンバータが介装されるＶ型内燃機関において、一方のバンクの排気系に２次空気を供給する一方、２次空気の供給時には、全気筒に対して燃量増量を施す。これにより、２次空気が供給される独立の排気系でＨＣの後燃えが発生する一方、各バンクの排気系が合流する部分でＨＣの後燃えが発生し、ＨＣの浄化及び触媒コンバータの活性促進が図られる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関直下の排気系が複数独立して設けられ、該複数の排気系の集合部よりも下流に触媒装置を設置してなる内燃機関の２次空気供給装置であって、
前記複数の排気系の一部に２次空気を供給すると共に、２次空気を供給するときに、２次空気が供給される排気系に対応する気筒、及び、２次空気が供給されない排気系に対応する気筒に対して、燃料供給量の増量補正を行なうことを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項２】
前記内燃機関の吸入空気量と２次空気の供給量との総和に見合う総燃料量になるように、燃料供給量の増量補正を行なうことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項３】
前記内燃機関が複数のバンクを有して構成され、前記複数のバンク毎に独立した排気系を有することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項４】
２次空気の供給に伴う燃料供給量の増量を、他の条件に応じた燃料供給量の増量分に応じて変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項５】
２次空気の供給に対応する増量補正要求値と、他の条件に応じた増量補正要求値との大きい方を、前記２次空気を供給するときの増量目標とすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項６】
前記２次空気の供給中に、点火時期をリタード補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系に対する２次空気の供給によって、機関の始動後に触媒装置の早期活性を図る内燃機関の２次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気管に導入する２次空気を加熱手段で加熱して昇温させることで、排気中の有害成分と効率良く反応させ、排気を効率良く浄化させるようにした２次空気供給装置の開示がある。
【特許文献１】特開平０５−３１２０３４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、上記従来技術のように、加熱手段を用いる構成では、加熱手段を設けることによりシステムコストが増大し、また、加熱手段の機能異常により排気浄化性能が変化するため、加熱手段の診断機能を追加する必要が生じ、制御系が複雑になるなどの問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、加熱手段を必要とすることなく、２次空気供給によって効率良く排気浄化及び触媒活性を図ることができる内燃機関の２次空気供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そのため請求項１記載の発明では、内燃機関直下の排気系が複数独立して設けられ、これら複数の排気系の集合部よりも下流に触媒装置を設置した内燃機関において、前記複数の排気系の一部に２次空気を供給すると共に、前記２次空気を供給するときに、２次空気が供給される排気系に対応する気筒、及び、２次空気が供給されない排気系に対応する気筒に対して、燃料供給量の増量補正を行なう構成とした。
【０００５】
かかる構成によると、２次空気の供給が行なわれる排気系に対応する気筒における燃料増量によって、２次空気の供給が行なわれる排気系でＨＣの後燃え（酸化）が発生すると共に、２次空気の供給が行なわれない排気系に対応する気筒における燃料増量によって、排気系の集合部で更にＨＣの後燃えが発生する。
従って、内燃機関から触媒装置までの距離が長い場合であっても、排気温度を高く保つことができ、触媒装置の早期活性によるＨＣ低減と、ＨＣの後燃えによるＨＣの低減との双方の効果を、加熱手段を用いることなく得られる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、内燃機関の吸入空気量と２次空気の供給量との総和に見合う総燃料量になるように、燃料供給量の増量補正を行なう構成とした。
かかる構成によると、２次空気量分だけ空気が増える分に対応する増量を、複数の独立した排気系に分けて施すことで、シリンダ燃焼混合気の空燃比はリッチに補正され、２次空気が供給される排気系でのＨＣの後燃えと、排気系の合流部でのＨＣの後燃えを発生させることができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、内燃機関が複数のバンクを有して構成され、前記複数のバンク毎に独立した排気系を有する構成とした。
かかる構成によると、Ｖ型機関や水平対向機関などの複数のバンクを有する内燃機関において、一部のバンクの排気系に対して２次空気を供給する一方、全バンクの気筒に対して燃料増量を行う。
【０００８】
従って、Ｖ型機関や水平対向機関などの複数のバンクを有する内燃機関において、触媒装置の早期活性によるＨＣ低減と、ＨＣの後燃えによるＨＣの低減との双方の効果を、加熱手段を用いることなく得られる。
請求項４記載の発明では、２次空気の供給に伴う燃料供給量の増量を、他の条件に応じた燃料供給量の増量分に応じて変更する構成とした。
【０００９】
かかる構成によると、２次空気の供給に対応するための増量を行なうときに、他の条件に応じた増量要求があると、最終的な増量レベルを他の条件に応じた増量分に応じて変更することで、２次空気の供給状態に適切な増量を図る。
請求項５記載の発明では、２次空気の供給に対応する増量補正要求値と、他の条件に応じた増量補正要求値との大きい方を、前記２次空気を供給するときの増量目標とする構成とした。
【００１０】
かかる構成によると、例えば機関始動後の運転安定性を確保するための増量補正が行なわれる場合に、この機関安定性を確保するための増量要求と、２次空気の供給に対応するための増量要求との大きい方を選択するので、過剰補正となることを回避しつつ、必要な増量を確保できる。
尚、機関始動後、２次空気の供給に対応する増量補正要求値が選択されるようになった時点を、２次空気の供給開始タイミングとすることができる。
【００１１】
請求項６記載の発明では、前記２次空気の供給中に、点火時期をリタード補正する構成とした。
かかる構成によると、２次空気の供給中に、点火時期をリタードすることで、機関からは排出される排気の温度を高くし、以って、触媒装置の昇温をより促進する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関１は、車両の駆動源として用いられるエンジンであって、左右バンクからなるＶ型機関である。
前記右バンク１Ａ，左バンク１Ｂの各気筒からの排気は、それぞれに独立して設けられる排気マニホールド２Ａ，２Ｂによって導出される。
【００１３】
各排気マニホールド２Ａ，２Ｂそれぞれの集合部には排気ダクト３Ａ，３Ｂが接続され、前記排気ダクト３Ａ，３Ｂの下流側端部が集合して集合ダクト４に接続される。
上記排気マニホールド２Ａ及び排気ダクト３Ａからなる排気系と、排気マニホールド２Ｂ及び排気ダクト３Ｂからなる排気系とが、内燃機関１直下に設けられる複数の独立した排気系に相当する。
【００１４】
前記集合ダクト４には、触媒装置としての三元触媒を備えた触媒コンバータ５が介装されている。
一方、前記内燃機関１には、エアクリーナ６を通過した空気が吸気管７を介して各バンクの気筒それぞれに分配供給され、機関１の吸入空気量は、スロットルバルブ８で調整される。
【００１５】
また、各気筒それぞれに燃料噴射弁９が設けられており、各気筒の吸気ポート或いはシリンダ内に燃料を供給する。
ここで、前記燃料噴射弁９から各気筒に噴射される燃料と、各気筒に分配される空気とによって燃焼室内に混合気が生成され、前記混合気は点火プラグ１０による火花点火によって着火燃焼し、ピストンを押し下げる仕事を行う。
【００１６】
そして、各気筒におけるピストンを押し下げる仕事がクランク軸の回転に変換されて、該クランク軸の回転を外部に取り出して車両の駆動に用いる。
また、左バンク１Ｂ側の排気マニホールド２Ｂ内に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられている。
前記２次空気供給装置は、エアポンプ１１、２次空気吸込管１２、２次空気供給管１３、２空気制御弁１４から構成される。
【００１７】
前記エアポンプ１１は、モータ（又は機関）によって駆動されるポンプ部によって、２次空気を強制的に排気系に送り込む装置である。
前記２次空気吸込管１２は、前記エアポンプ１１の吸込口と、エアクリーナ６とスロットルバルブ８との間の吸気管７とを連通させる配管である。
前記２次空気供給管１３は、前記エアポンプ１１の吐出口と排気マニホールド２Ｂの各ブランチ部とを連通させる配管である。
【００１８】
前記２次空気制御弁１４は、前記２次空気供給管１３の途中に介装され、前記２次空気供給管１３を開閉する電磁弁であり、２次空気の供給を行なわないときに閉制御されて、エアポンプ１１側への排気の逆流を防止する。
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの検出信号を入力して、内燃機関１の運転条件を検出し、該検出結果に応じて燃料噴射制御信号，点火信号を出力すると共に、前記エアポンプ１１及び２空気制御弁１４を制御して、２次空気の供給を制御する。
【００１９】
前記各種センサとしては、２次空気吸込管１２の接続部位よりも下流側でスロットルバルブ８よりも上流側の吸気管７に設けられ、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、クランク角位置を検出するクランク角センサ２２、機関１の冷却水温度を検出する水温センサ２３、前記触媒コンバータ５の直前で排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。
【００２０】
前記エンジンコントロールユニット２０は、エアフローメータ２１で検出される吸入空気量と、クランク角センサ２２からの信号に基づいて算出される機関回転速度とから基本燃料噴射量Ｔｐを演算する。
また、始動時の水温に応じて設定され始動後徐々に減算される始動後増量係数Ｋasを少なくとも含む各種補正係数ＣＯ、空燃比センサ２４で検出される空燃比を目標空燃比に一致させるべく演算される空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ、更に、バッテリ電圧による補正分Ｔｓを求める。
【００２１】
そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐ，各種補正値ＣＯ，空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤに基づいて最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉに基づいて燃料噴射弁９の開弁時間を制御する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯ×ＬＭＤ＋Ｔｓ
ここで、図３のタイムチャートを参照しつつ、図２のフローチャートに従って、２次空気の供給制御を説明する。
【００２２】
ステップＳ１でエンジンが始動されると、ステップＳ２では、２次空気の供給開始条件が成立しているか否かを判別する。
前記供給開始条件としては、始動時水温が所定温度以下であること、始動後増量係数Ｋasが予め定めた２次空気供給時の増量補正要求と同レベルにまで低下したことを判別する。
【００２３】
前記供給開始条件が成立しない場合には、ステップＳ３へ進んで、エアポンプ１１をＯＦＦに保持し、２次空気の供給は行なわない。
一方、始動時水温が所定温度以下で、始動後増量係数Ｋasが２次空気供給時の増量補正要求と同レベルにまで低下すると、ステップＳ４以降へ進んで、２次空気の供給を行なう。
【００２４】
ステップＳ４では、エアポンプ１１の駆動を開始し、２次空気制御弁１４を開制御する。
ステップＳ５では、前記始動後増量係数Ｋasを、２次空気供給時の増量補正要求レベルにクランプし、全気筒の燃料噴射量を、２次空気供給時の増量補正要求に対応して増量補正する。
【００２５】
即ち、前記クランプ後の始動後増量係数Ｋasは、始動後増量要求ではなく、２次空気供給時の増量補正要求に対応する値として用いられる。
但し、始動後増量係数Ｋasによる補正レベルを０にリセットして、代わりに、２次空気供給時の増量補正要求を満たす補正係数を立ち上げる構成としても良い。
また、始動後増量係数Ｋasが２次空気供給時の増量補正要求から減少するに従って、２次空気供給時の増量補正係数を増大させる構成とし、始動後増量係数Ｋasと２次空気供給時の増量補正係数との双方から燃量増量を図る構成としても良い。
【００２６】
上記構成によると、始動から２次空気供給の終了までの間、始動後増量の要求と２次空気供給時用の増量要求との大きい方を選択して、燃料噴射量の増量補正を行なわせることになる（図３参照）。
従って、２次空気以外の他の条件による増量要求と、２次空気の供給に対応するための増量要求とが重なって、過剰な増量補正がなされることが回避されることになり、過剰補正を回避しつつの早期に２次空気の供給及び２次空気の供給に対応する増量を開始させることができ、触媒コンバータ５の活性タイミングを早めることができる。
【００２７】
また、始動後増量による補正要求の方が、２次空気供給時の増量補正要求よりも多いときには、始動後増量による補正要求に従って増量補正することで、始動直後の運転安定性を確保する始動後増量の目的を果たすことができる。
前記２次空気供給時の増量補正要求レベルは、内燃機関の吸入空気量と２次空気の供給量との総和に対して、理論空燃比相当の総燃料量を略得るような値に設定され、シリンダ燃焼混合気の空燃比は理論空燃比よるもリッチになり、該リッチ燃焼で排気系に排出されるＨＣが、２次空気の供給によるリーン雰囲気下で後燃えすることになる。
【００２８】
また、２次空気の供給に伴う増量開始（始動後増量の０リセット）に同期して、目標空燃比を理論空燃比（空気過剰率λ＝１）とする空燃比フィードバック制御を開始させる。
上記のようにして２次空気を供給すると共に、燃料の増量補正を施すと、２次空気が供給される左バンク１Ｂ側の排気系でＨＣの後燃えが発生し、排気温度の上昇が図られる。
一方、右バンク１Ａ側の排気系には２次空気が供給されないため、右バンク１Ａ側の排気系では殆どＨＣの後燃えが発生しないが、左バンク１Ｂ側の後燃えで残った酸素を含む比較的温度の高い排気と、右バンク１Ａ側の多くのＨＣを含む排気が合流することで、合流部で再度ＨＣの後燃えが発生する。
【００２９】
従って、触媒コンバータ５に後燃えによって昇温された排気が導入され、触媒活性が促進される一方、後燃えによって排気中のＨＣが無害成分に変換されることになり、２次空気を加熱する手段を備えることなく、触媒の早期活性と始動直後におけるＨＣ排出量の低減を図れる。
左右バンクの排気マニホールドに対して２次空気を供給すると、それぞれでＨＣの後燃えが発生するが、この場合、触媒コンバータ５までの排気管長が長いと、その間に排気温度が低下して触媒コンバータ５の昇温を充分に促進させることができない。
【００３０】
これに対して、排気の流れ方法に沿って２段階にＨＣの後燃えが発生する構成であれば、排気温度を高く保持して触媒コンバータ５に導入させることができ、触媒コンバータ５までの排気管長が長くても、触媒コンバータ５の昇温を充分に促進させることができる。
ところで、２次空気の供給量に対して増量が多すぎると、触媒コンバータ５の入口での排気空燃比がリッチとなり、逆に、２次空気の供給量に対して増量が少なすぎると、触媒コンバータ５の入口での排気空燃比がリーンとなる。
【００３１】
しかし、触媒コンバータ５の入口での排気空燃比が空燃比センサ２４で検出されて、燃料噴射量がフィードバック制御される結果、２次空気供給時の増量レベルは、触媒コンバータ５の入口での排気空燃比が理論空燃比になるように修正されることになる。
従って、予め設定される２次空気供給時の増量補正要求レベルに誤差があっても、２次空気の供給量や後燃えの状態に適合する増量レベルに補正され、触媒活性を安定的に促進でき、また、ＨＣの排出量を安定的に抑制できる。
【００３２】
ステップＳ６では、点火時期のリタード開始条件が成立しているか否かを判別する。
点火時期のリタード開始条件として、例えば、２次空気供給開始後から所定時間が経過していることを判別させ、機関１が２次空気の供給及び増量補正が行なわれる状態で安定的に運転されるようになってから、点火時期をリタードさせることが好ましい。
但し、２次空気の供給開始と同時に、点火時期をリタードさせても良い。
【００３３】
点火時期のリタード開始条件が成立しているときには、ステップＳ７へ進んで、点火時期を通常値よりもリタードする。
前記点火時期のリタード量は、２次空気の供給に伴う増量によるリッチ混合気の燃焼状態で、安定限界内となる値に設定する。
即ち、燃料が増量されて燃焼混合気の空燃比がリッチ化する分だけ、リタード限界が拡大するので、その分、点火時期をリタードさせる。
【００３４】
点火時期をリタードさせることで、機関１から排出される排気温度を上昇させることができ、前記２次空気の供給及び燃料増量による効果と相まって、触媒コンバータ５の活性化をより促進させることができる。
ステップＳ８では、エアポンプ１１による２次空気の供給開始から所定時間が経過したか否かを判別する。
【００３５】
そして、２次空気の供給を前記所定時間だけ行なうと、ステップＳ９へ進み、エアポンプ１１を停止させ、かつ、２次空気制御弁１４を閉制御する。
次のステップＳ１０では、始動後増量係数Ｋasのクランプを停止させ、始動後増量係数Ｋasによる増量レベルを０にリセットすることで、２次空気の供給に対応する全気筒の増量補正を停止させる。
【００３６】
ステップＳ１１では、点火時期のリタードを停止させ、機関負荷・機関回転速度に応じた通常の点火時期に戻す。
尚、上記実施形態では、内燃機関をＶ型機関としたが、この他、Ｗ型エンジン，水平対向エンジンなどであっても良く、更に、直列エンジンにおいて、機関直下の排気系が複数独立して設けられる構成であっても良い。
【００３７】
更に、排気系におけるＨＣの後燃え状態に応じて、２次空気が供給される排気系に対応する気筒への増量と、２次空気が供給されない排気系に対応する気筒への増量とを異ならせる構成とすることができる。
例えば、２次空気が供給される排気系における２次空気供給部よりも下流側での排気温度を検出する一方、排気系の集合部付近の排気温度を検出し、これらの温度からＨＣの後燃え状態を検出し、該検出結果に基づいて増量レベルを左右バンク間で増減させることができる。
【００３８】
更に、燃料供給量の増量分を例えば排気行程で噴射させ、より積極的にＨＣを排気系に供給する構成とすることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜６のいずれか１つに記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記触媒装置の入口部における排気空燃比を検出する空燃比センサを備え、
少なくとも２次空気の供給が行なわれるときに、前記空燃比センサで検出される空燃比が理論空燃比になるように、燃料供給量をフィードバック制御することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００３９】
かかる構成によると、触媒入口の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御することで、２次空気の供給で後燃えするだけの燃料を過不足なく供給させることができ、増量過多によるＨＣ排出量の増大、増量不足による触媒活性不良の発生を回避する。
（ロ）請求項５記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記他の増量補正が、機関の始動後から徐々に小さく変更される始動後増量補正であり、該始動後増量補正における要求値が、前記２次空気を供給するときの増量補正要求値と同レベルにまで低下した時点で２次空気の供給を開始させることを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００４０】
かかる構成によると、始動後増量が徐々に減算されて、２次空気を供給するときの増量補正要求値に一致するまで小さくなると、その時点から２次空気の供給を開始し、その後は、前記２次空気の供給に対応する増量補正を行なう。
従って、始動後増量の要求を満たしつつ、早期に２次空気の供給を開始させることができ、かつ、２次空気の供給開始後に燃料供給量が過剰に増量されることが回避される。
（ハ）請求項６記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記２次空気の供給開始から所定時間が経過してから、点火時期をリタード補正することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００４１】
かかる構成によると、２次吸気が供給されかつ燃料供給量が増量される状態での運転が安定してから、点火時期をリタードさせることができ、点火時期のリタードによって運転安定性が大きく低下することを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における２次空気供給制御を示すフローチャート。
【図３】実施形態における２次空気供給量，燃量増量，空燃比，排気温度，点火時期の変化特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４３】
１…内燃機関、１Ａ…右バンク、１Ｂ…左バンク、２Ａ，２Ｂ…排気マニホールド、３Ａ，３Ｂ…排気ダクト、４…集合ダクト、５…触媒コンバータ、６…エアクリーナ、７…吸気管、８…スロットルバルブ、９…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、１１…エアポンプ、１２…２次空気吸込管、１３…２次空気供給管、１４…２空気制御弁、２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２１…エアフローメータ、２２…クランク角センサ、２３…水温センサ、２４…空燃比センサ
【図１】
2005344535.tif 000003
【図２】
2005344535.tif 000004
【図３】
2005344535.tif 000005