(57)【要約】    【課題】  演算負荷を抑えた比較的に簡単な構成により、空燃比がリッチであるときの排気の浄化率を確保する。    【解決手段】  三元触媒３の排気上流に二次空気を導入する導入路４を開閉する開閉弁５をコントロールユニット６により開閉制御して、導入する二次空気の流量を周期的に増減させ、三元触媒３に流入する排気の空燃比を理論値よりも高いリーンな空燃比と、この理論値よりも低いリッチな空燃比との間で交互に反転させるとともに、エンジン１の回転速度に基づいて二次空気の流量の増減周期を変更して、排気の空燃比のリーン及びリッチの間の反転周期を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比がリッチである状態で運転する条件を有するエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンの排気通路に設置した排気浄化用の触媒と、
このエンジンの排気流量またはこれに関連する前記エンジンの運転状態パラメータを検出する運転状態検出装置と、
前記触媒の上流に二次空気を導入させる二次空気導入装置と、が設けられ、
前記二次空気導入装置により、導入する前記二次空気の流量を周期的に増減させて、前記触媒に流入する排気の空燃比を理論値よりも高いリーンな空燃比と、この理論値よりも低いリッチな空燃比との間で交互に反転させるとともに、前記運転状態検出装置により検出した前記運転状態パラメータに基づいて前記二次空気の流量の増減周期を変更して、前記排気の空燃比のリーン及びリッチの間の反転周期を変化させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記二次空気導入装置は、前記排気流量の増大に応じて前記増減周期を短縮することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記運転状態パラメータは、前記エンジンの回転速度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、排気浄化用触媒の上流に二次空気を導入して、この触媒にてエンジンの排気を浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気を後処理により浄化するエンジンの排気浄化装置として、エンジンの排気系に三元触媒を設けたものが知られている。三元触媒は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化させるとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元させて、これらを無害なガスに転換する。
そして、このような排気浄化装置として、空燃比がリッチであるときの三元触媒におけるＣＯ等の転換率を向上させるために、三元触媒の上流に二次空気を導入して、三元触媒に流入する排気の空燃比を適正値に調整するものがある。この二次空気の導入量はバルブによって調整され、このバルブはコントロールユニットによってフィードバック制御される。（特許文献１）
【特許文献１】特開２０００−３５２３４５号公報（段落番号００２２〜００２５、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、フィードバック制御の形態を採用する公知の排気浄化装置では、コントロールユニットでの演算負荷の増大に対応するため、コントロールユニットの演算装置として高価なマイクロコンピュータが必要となる。近年、発電機または二輪自動車等の駆動源として採用される小型エンジンでも、排気の浄化率を向上させる必要から、三元触媒が採用される傾向にある。これらの小型エンジンでは、理論空燃比により運転した場合の安定性が確保し難い領域が一般的に存在することから、安定確保のため、そのような運転領域で空燃比がリッチに設定される。ここで、空燃比がリッチであるときの三元性能を二次空気の導入により確保することが考えられるが、二次空気の導入に際し、製作コスト上の制約が比較的に大きい小型エンジンでフィードバック制御の形態を採用することは、高価なマイクロコンピュータの搭載による部品コストの大幅な増大を招く点で実用上問題がある。
【０００４】
本発明は、排気浄化用触媒の上流で排気通路に二次空気を導入するエンジンの排気浄化装置において、演算負荷を抑えた比較的に簡単な構成により、空燃比がリッチであるときの排気の浄化率を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的達成のため、請求項１記載した発明は、空燃比がリッチである状態で運転する条件を有するエンジンの排気浄化装置において、エンジンの排気通路に設置した排気浄化用の触媒と、このエンジンの排気流量またはこれに関連するエンジンの運転状態パラメータを検出する運転状態検出装置と、前記触媒の上流に二次空気を導入させる二次空気導入装置とを設け、前記二次空気導入装置により、導入する二次空気の流量を周期的に増減させて、前記触媒に流入する排気の空燃比を理論値よりも高いリーンな空燃比と、この理論値よりも低いリッチな空燃比との間で交互に反転させるとともに、前記運転状態検出装置により検出した運転状態パラメータに基づいて前記二次空気の流量の増減周期を変更して、前記排気の空燃比のリーン及びリッチの間の反転周期を変化させるものである。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、二次空気導入装置が排気流量の増大に応じて増減周期を短縮することを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、運転状態パラメータがエンジンの回転速度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載した発明によれば、空燃比がリッチである状態での運転に際し、触媒の上流に二次空気を導入するとともに、その流量を周期的に変化させることで、触媒に流入する排気の空燃比を運転時間全体に亘る平均として良好な値に調整することができる。また、この流量の増減周期をエンジンの排気流量と相関させて変化させ、排気の空燃比の反転周期を変化させることで、排気流量に拘わらず、演算負荷を抑えた簡素な構成により排気の高い浄化率を維持することができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明によれば、排気流量が少ないときは、長い増減周期により二次空気導入装置の作動頻度を抑え、少ない消費電力で排気の浄化率を確保することができる。他方、排気流量の増大に対し、流量の増減周期を短縮し、二次空気を細やかに導入することで、浄化率の低下を防ぐことができる。
請求項３に記載した発明によれば、排気流量に相関するものとして良好な運転状態パラメータが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置の構成図である。
２輪自動車の駆動源として採用されるエンジン１は、空燃比が理論値（理論空燃比）よりも低いリッチである状態で運転する条件（リッチ運転条件）を有しており、このエンジン１の排気系を構成する排気管２には、三元触媒３が設けられている。三元触媒３は、排気中のＣＯとＨＣとを酸化させるとともにＮＯｘを還元させて、これらを無害なガスに転換する。三元触媒３の排気上流には、導入路４を介して二次空気としての外気が導入される。導入路４には、常閉式の電磁開閉弁５が介装されている。電磁開閉弁５は、コントロールユニット６により、本発明の運転状態検出装置に該当する回転速度センサ７によって検出されたエンジン回転速度、及び水温センサ８によって検出されたエンジン１の冷却水温に基づいて制御される。なお、導入路４、電磁開閉弁５及びコントロールユニット６は、本発明の二次空気導入装置に該当する。
【００１０】
コントロールユニット６は、電磁開閉弁５を周期的に作動させて、電磁開閉弁５を開状態と閉状態とに交互に切り換える。リッチ運転条件下で電磁開閉弁５が閉作動したときには、三元触媒３の排気上流への二次空気の導入が遮断され、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリッチになる（リッチ状態）。他方、電磁開閉弁５が開作動したときには、三元触媒３の排気上流に二次空気が導入されて、三元触媒３に流入する排気の空燃比がリーンに調整される（リーン状態）。コントロールユニット６には、図示しない記憶装置が設けられており、この記憶装置には、エンジン１の回転速度に対応させて電磁開閉弁５の開閉の切換周期があらかじめ記憶されている。この切換周期は、電磁開閉弁５を閉状態から開状態に、または開状態から閉状態に切り換える周期であって、この切換周期に応じた周期で二次空気の流量が増減し、排気の空燃比がリッチとリーンとの間で反転する。
【００１１】
図２は、電磁開閉弁の切換周期の説明図である。
切換周期とエンジン１の回転速度との関係は、エンジン１の回転速度が増加するにしたがって切換周期が２次関数的に短縮するように設定されている。この図２に示す傾向を持たせた切換周期のテーブルデータが、コントロールユニット６の記憶装置に記憶されている。なお、このエンジン１の回転速度は、エンジン１の排気流量に関連する、本実施形態に係る運転状態パラメータである。
【００１２】
図３は、コントロールユニットにおける制御の流れを示すフローチャートである。
まず、コントロールユニット６は、キースイッチ等の電源スイッチのＯＮにより電源が供給され、制御を開始する。なお、図示するフローチャートによる制御は所定時間毎に繰り返して行われる。
ステップ１（図ではＳ１と表記する、以下同様）では、回転速度センサ７からエンジン１の回転速度を入力するとともに、水温センサ８からエンジン１の冷却水温を入力する。
【００１３】
ステップ２では、ステップ１にて入力された冷却水温により、排気への二次空気の導入を許可するか否かを判定する。許可するときは、ステップ３に進む。許可しないときは、ステップ５に進む。なお、この判定については、例えば冷却水温があらかじめ設定された閾値より高いときに許可し、閾値以下であるときに許可しなければよい。この閾値は、三元触媒３にて排気中のＮＯｘ等を充分に浄化処理できる温度に設定すればよい。
【００１４】
ステップ３では、記憶されているテーブルデータ（図２）を検索して、切換周期を演算する。
ステップ４では、ステップ３にて演算された切換周期にて、電磁開閉弁５を開閉作動させて、本制御を終了させる。
ステップ５では、電磁開閉弁５を閉作動させて、本制御を終了させる。
【００１５】
以上のような構成により、電磁開閉弁５が周期的に開閉作動することにより、二次空気の流量が周期的に増減する。したがって、空燃比がリッチである状態での運転に際し、三元触媒３に流入する排気の空燃比を運転時間全体に亘る平均として良好な値に調整することができる。このとき、コントロールユニット６は、電磁開閉弁５をフィードバック制御の形態によらず、エンジン１の回転速度に応じた周期で開閉制御すればよいので、コントロールユニット６における演算負荷を低減させることができる。これにより、コントロールユニット６に、比較的安価なマイクロコンピュータを用いることができ、部品コストを抑制することができる。更に、コントロールユニット６において、過渡運転時にフィードバック制御を行うことによるオーバーシュートまたはハンチングの発生を回避することができる。
【００１６】
図４は、電磁開閉弁の開閉タイミングを示し、（Ａ）はエンジン回転速度Ｎ１時でのタイムチャート、（Ｂ）はエンジン回転速度Ｎ２時でのタイムチャートである。
エンジン１の回転速度が上昇するにしたがって、即ちエンジン１の排気流量が増大するにしたがって、切換周期を短縮させる。例えば、同図（Ａ）に示すように、エンジン１の回転速度がＮ１であるときの切換周期Ｓ１は、同図（Ｂ）に示すようなエンジン１の回転速度がＮ１より低いＮ２であるときの切換周期Ｓ２より短くされる。なお、本実施形態では、電磁開閉弁５の開時間と閉時間とが同一に設定される。
【００１７】
図５は、切換周期と三元触媒３での浄化率との関係を示す説明図であり、リッチ運転条件により高回転域で運転した場合のものである。
エンジン１の回転速度が低く、エンジン１の排気流量が少ないときには、浄化率を確保しつつ、長い切換周期により電磁開閉弁５の作動頻度を抑制し、電磁開閉弁５の消費電力を削減することができる。
【００１８】
他方、エンジン１の回転速度が上昇するにしたがって、即ちエンジン１の排気流量が増加するにしたがって、切換周期を短縮することで、三元触媒３での浄化率の低下を防ぐことができる。これは、切換周期の短縮により、二次空気が細やかに導入されることで、空燃比の変動が良好な範囲内に抑えられるためであると考えられる。
なお、本実施形態では、エンジン１の回転速度に基づいて切換周期を変化させているが、エンジン１の排気流量に関連する他の運転状態パラメータとして、この二輪自動車の走行速度を用いてもよい。
【００１９】
以上の実施形態では、コントロールユニット６において、二次空気の導入を許可するか否かを、エンジン１の冷却水温から判定しているが、これに限定するものではなく、例えば、エンジン１が始動して所定時間経過してから二次空気の導入を許可してもよい。
また、導入路４にブロワまたはエアポンプを介装して、三元触媒３の排気上流に強制的に二次空気を供給するようなものであっても、同様に本発明を適用することができる。このようなものにおいては、排気脈動を利用した場合と比較して、より多くの二次空気を導入することができる。エンジン１の回転速度に基づいてブロワ等の負荷を増大させることで、高回転時における二次空気の導入量を確保することができる。これにより、より広い範囲の排気流量の変化に対応して、三元触媒３に導入される排気の空燃比を適正値に調整することができる。
【００２０】
以上の実施形態では二次空気として外気を導入するが、バイパス路等によりエンジンの吸気通路と排気通路とを連通させ、エアフィルタを通過した空気を導入してもよい。
また、本発明は、発電機等に用いられる汎用エンジン等、空燃比がリッチである状態で運転する条件を有するエンジンであれば適用することができる。
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、以下にその効果とともに記載する。
・  請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記エンジンは自動車の走行用エンジンであるとともに、前記運転状態パラメータは、前記自動車の走行速度であることを特徴とする。
【００２１】
かかる構成によれば、排気流量に関連する、他の好適な運転状態パラメータを提供することができる。
（ロ）請求項１〜請求項３、上記（イ）のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記二次空気導入装置は、
前記排気浄化用触媒の排気上流に前記二次空気を導入する導入路と、
前記導入路を開閉する開閉弁と、
を含んで構成されることを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、二次空気導入装置として、簡単な構成の装置を提供することができる。
（ハ）請求項１〜請求項３、上記（イ）、（ロ）のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒は、三元触媒であることを特徴とする。
かかる構成によれば、排気浄化用触媒として、好適な触媒を提供することができる。
（ニ）請求項１〜請求項３、上記（イ）、（ロ）、（ハ）のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置において、前記二次空気導入装置は、更に、前記運転状態パラメータに基づき、前記排気浄化用触媒の排気上流への前記二次空気の導入量を増減することを特徴とする。
【００２３】
かかる構成によれば、排気流量に基づき排気浄化用触媒の排気上流への二次空気の導入量が増減するので、より広い範囲の排気流量の変化に対応して、排気浄化用触媒に導入される排気の空燃比を適正値に調整することができる。
（ホ）空燃比がリッチである状態で運転する条件を有するエンジンの排気浄化装置に用いられた排気浄化用触媒の上流に二次空気を導入させる二次空気導入装置であって、
前記二次空気導入装置は、導入する前記二次空気の流量を周期的に増減させて、前記触媒に流入する排気の空燃比を理論値よりも高いリーンな空燃比と、この理論値よりも低いリッチな空燃比との間で交互に反転させるとともに、前記エンジンの排気流量またはこれに関連する前記エンジンの運転状態パラメータに基づいて前記二次空気の流量の増減周期を変更して、前記排気の空燃比のリーン及びリッチの間の反転周期を変化させることを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、二次空気導入装置は、空燃比がリッチである状態でのエンジンの運転に際し、触媒の上流に二次空気を導入するとともに、その流量を周期的に変化させることで、触媒に流入する排気の空燃比を運転時間全体に亘る平均として良好な値に調整することができる。また、この流量の増減周期をエンジンの排気流量と相関させて変化させ、排気の空燃比の反転周期を変化させることで、排気流量に拘わらず、演算負荷を抑えた簡素な構成により排気の高い浄化率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン１の排気浄化装置の構成図。
【図２】電磁開閉弁の切換周期の説明図。
【図３】コントロールユニットにおける制御の流れを示すフローチャート。
【図４】電磁開閉弁の開閉タイミングを示し、（Ａ）はエンジン回転速度Ｎ１時でのタイムチャート、（Ｂ）はエンジン回転速度Ｎ２時でのタイムチャート。
【図５】切換周期と三元触媒での浄化率との関係を示す説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１…エンジン、３…三元触媒、４…導入路、５…電磁開閉弁、６…コントロールユニット、７…回転速度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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