(57)【要約】【課題】大気圧の変化に関わらず排気浄化触媒を好適に早期活性化することのできる内燃機関の排気浄化触媒暖機システムを提供する。【解決手段】内燃機関２の排気管３２に配設された排気浄化触媒３３よりも上流側に空気を供給するエアポンプ６０を備えており、排気浄化触媒３３の暖機時に空気の供給を行う。大気圧を検出する大気圧センサ５３を備え、排気浄化触媒３３の暖機時に、大気圧センサ５３によって検出された大気圧が低いほど燃料増量の度合いが大きくなる補正を行う。【選択図】図１
2007315353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配設された排気浄化触媒よりも上流側の排気管に空気を供給する２次空気供給手段を備え、前記排気浄化触媒の暖機時に前記空気の供給を行う内燃機関の排気浄化触媒暖機システムにおいて、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時に、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧が高いほど燃料増量の度合いが小さくなる補正を行う燃料補正手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化触媒暖機システム。
【請求項２】
内燃機関の排気管に配設された排気浄化触媒よりも上流側の排気管に空気を供給する２次空気供給手段を備え、前記排気浄化触媒の暖機時に前記空気の供給を行う内燃機関の排気浄化触媒暖機システムにおいて、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時に、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧が低いほど燃料増量の度合いが大きくなる補正を行う燃料補正手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化触媒暖機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管に配設された排気浄化触媒を暖機するための排気浄化触媒暖機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系では、排気に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分を酸化還元作用を通じて浄化する機能を有する排気浄化触媒が設けられている。排気浄化触媒はその温度が所定温度（例えば３５０℃）以上に上昇するまで、十分に活性化されないため、内燃機関起動の直後等、同触媒の温度が相対的に低い場合には、排気に含まれる有害気体を効率的に浄化できないことがある。
【０００３】
そこで、内燃機関の起動時に排気浄化触媒を早期に活性化するために、内燃機関の排気管にエアポンプにより空気を供給して排気中の未燃成分を燃焼させるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に記載のものによれば、排気管における未燃成分の燃焼を促進させることにより排気の温度を上昇させて、触媒の温度を早期に上昇させることができる。また、特許文献１に記載のものは、大気圧が低いときほど排気管に空気を供給する期間を延長している。その結果、大気圧が低いときであっても、触媒の温度を活性化温度以上に上昇させることができる。
【０００４】
また、排気浄化触媒の暖機時に、大気圧が低いときほど内燃機関の吸入空気量を増加させるとともに、その吸入空気量に応じた量の燃料を噴射するようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。この特許文献２に記載のものによれば、大気圧が低いときであっても触媒の温度を早期に上昇させることができる。
【特許文献１】特開２００４−１０８２４８号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１に記載のものは、大気圧が低いときほど排気管に空気を供給する期間を延長することにより、換言すれば触媒の暖機期間を延長することにより活性化温度以上に上昇させている。このため、大気圧が低いときであっても触媒の温度を活性化温度以上に上昇させることができるものの、触媒を早期に活性化させることができないといった問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載のものは、排気浄化触媒の暖機時に、大気圧が低いときほど内燃機関の吸入空気量を増加させるとともに、その吸入空気量に応じた量の燃料を噴射するようにしている。このため、吸入空気量および燃料噴射量の増加に伴って、機関の出力トルクが増大することとなる。その結果、アイドル運転状態である時には機関回転速度が上昇することとなり、車両が走行中である時には車両が加速することとなるため、運転者に違和感を与えるといった問題がある。
【０００７】
本発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大気圧の変化に関わらず排気浄化触媒を好適に早期活性化することのできる内燃機関の排気浄化触媒暖機システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管に配設された排気浄化触媒よりも上流側の排気管に空気を供給する２次空気供給手段を備え、前記排気浄化触媒の暖機時に前記空気の供給を行う内燃機関の排気浄化触媒暖機システムにおいて、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時に、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧が高いほど燃料増量の度合いが小さくなる補正を行う燃料補正手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
２次空気供給手段によって内燃機関の排気管に空気を供給しても、燃料の未燃成分との混合不足や排気温度の低下等により、実際には供給された空気及び燃料の未燃成分のうち一部のみが燃焼反応することとなる。このため、２次空気及び未燃成分のいずれか一方の量が少なくなると燃焼する未燃成分の量が減少する傾向がある一方、２次空気及び未燃成分のいずれか一方の量が増加すると燃焼する未燃成分の量が増加する傾向がある。
【００１０】
したがって、内燃機関が大気圧の低い環境で運転される場合には、空気の密度の低下により供給される２次空気の量が実質的に減少して未燃成分のうち燃焼する量が減少する傾向にある。この点、上記構成によれば、燃料増量の度合いを大きくして燃焼する未燃成分の量を多くするため、大気圧の低下に起因する発熱量の減少を抑え、排気浄化触媒を早期に活性化することができる。
【００１１】
一方、内燃機関が大気圧の高い環境で運転される場合には、空気の密度の上昇により供給される２次空気の量が実質的に増加して未燃成分のうち燃焼する量が増加する傾向にある。この点、上記構成によれば、燃料増量の度合いを小さくして燃焼する未燃成分の量を少なくするため、大気圧の上昇に起因する発熱量の急激な増加を抑え、排気浄化触媒の過熱による劣化を抑制することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、内燃機関の排気管に配設された排気浄化触媒よりも上流側の排気管に空気を供給する２次空気供給手段を備え、前記排気浄化触媒の暖機時に前記空気の供給を行う内燃機関の排気浄化触媒暖機システムにおいて、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時に、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧が低いほど燃料増量の度合いが大きくなる補正を行う燃料補正手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によるように、前記排気浄化触媒の暖機時に、前記大気圧検出手段によって検出された大気圧が低いほど燃料増量の度合いが大きくなる補正を行う燃料補正手段といった構成によっても、上記請求項１に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかる実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。ここで、図１は車輌に搭載される内燃機関２及び内燃機関２の排気浄化触媒暖機システムを示す構成図である。
【００１５】
まず、内燃機関２の構造について説明する。同図１に示されるように、内燃機関２のシリンダブロック３の内部には複数のシリンダ３ａ（図１にはその１つのみを示す）が形成されるとともに、このシリンダ３ａの内部には同シリンダ３ａの延伸方向に沿って往復動可能なピストン６が設けられている。そして、シリンダブロック３の図中上方にはシリンダヘッド４が設けられており、これらシリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン６によって燃焼室１０が区画されている。
【００１６】
シリンダヘッド４には、燃焼室１０に接続される吸気ポート１１と排気ポート１２とが形成されるとともに、これら吸気ポート１１と排気ポート１２とに対応して吸気弁１３と排気弁１４とがそれぞれに設けられている。吸気弁１３が開・閉弁することにより吸気ポート１１と燃焼室１０との連通・遮断が切り替えられる一方、排気弁１４が開・閉弁することにより排気ポート１２と燃焼室１０との連通・遮断が切り替えられる。
【００１７】
また、内燃機関２には、燃料を噴射するためのインジェクタ８が各シリンダ３ａに対応して設けられている。このインジェクタ８は、いわゆる筒内噴射用インジェクタであり、インジェクタ８は高圧燃料ポンプ（図示略）にデリバリパイプ（図示略）を介して接続されている。高圧燃料ポンプによって圧送された燃料は、デリバリパイプから各インジェクタ８に分配され、それらの噴口から燃焼室１０に直接噴射される。更に、内燃機関２には、燃焼室１０の混合気に着火するための点火プラグ９が各シリンダ３ａに対応して配設されている。
【００１８】
ここで、吸気ポート１１には吸気管３１が接続されている。内燃機関２の吸気行程の際には、吸気弁１３が開弁し、空気が吸気管３１及び吸気ポート１１を通じて大気から燃焼室１０に吸入される。この吸気管３１にはスロットルバルブ３０が配設されており、スロットルバルブ３０開弁角度を変更することにより、空気の吸入量を変更することができる。
【００１９】
一方、排気ポート１２には排気管３２が接続されている。内燃機関２の排気行程の際には、排気弁１４が開弁し、燃焼ガスが排気ポート１２及び排気管３２を通じて大気に排出される。この排気管３２には排気浄化触媒３３が配設されており、同排気浄化触媒３３によって排気が浄化される。この排気浄化触媒３３は、三元触媒装置とＮＯｘ吸蔵還元触媒装置といった２つの触媒装置によって構成されている（図１ではこれら各触媒装置を１つにまとめて図示している）。三元触媒装置は、主に排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）をその酸化還元作用を通じて浄化する機能を有している。これに対して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒装置は、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、この吸蔵されるＮＯｘをリッチ空燃比或いは理論空燃比のもとで燃焼が行われているときの排気に含まれるＨＣ及びＣＯによって還元してこれを浄化する機能を有している。尚、この排気浄化触媒３３は、その温度が所定温度以上に上昇しないと、十分に活性化できないため、例えば機関起動直後に、排気を浄化する効果の低下が懸念される。
【００２０】
ここで、触媒の早期活性化効果を向上させるため、排気管３２に２次空気を供給することにより、排気に含まれる未燃成分を燃焼させて排気温度を向上させる構造が採用されている。具体的には、図１に示されるように、２次空気供給手段としての定容量のエアポンプ６０が配設されており、このエアポンプ６０は空気通路６１を通じて大気中の空気を排気管３２において排気浄化触媒３３よりも上流側の部分に供給する。尚、一般的には、車輌が使用される地点の大気圧を基準大気圧に設定し、この基準大気圧に合わせて排気浄化触媒を効率的に早期活性化できることを条件に、適切な容量のエアポンプ６０を車輌に搭載するようにしている。例えば本実施形態では、海抜「０」ｍの地点の大気圧を基準大気圧に設定する。
【００２１】
ところで、エアポンプ６０によって内燃機関２の排気管３２に空気を供給しても、燃料の未燃成分との混合不足や排気温度の低下等により、実際には供給された空気及び燃料の未燃成分のうち一部のみが燃焼反応することとなる。このため、２次空気及び未燃成分のいずれか一方の量が少なくなると燃焼する未燃成分の量が減少する傾向がある一方、２次空気及び未燃成分のいずれか一方の量が増加すると燃焼する未燃成分の量が増加する傾向がある。
【００２２】
したがって、内燃機関２がエアポンプ６０の基準大気圧よりも大気圧の低い環境で運転される場合には、再燃焼する未燃成分の量が減少する傾向があるため、再燃焼の発熱が減少し、排気浄化触媒の早期活性化効果が低下するおそれがある。
【００２３】
そこで、本実施形態にかかる排気浄化触媒暖機システムでは、上述した不都合を好適に抑制するための構成を採用するようにしている。以下、この排気浄化触媒暖機システムについて詳細に説明する。
【００２４】
図１に示されるように、内燃機関２には、機関運転状態等を検出するための各種センサが設けられている。例えば、吸気管３１においてスロットルバルブ３０よりも上流側の部分には、単位時間あたりに同吸気管３１を流れる吸入空気の質量を検出するためのエアフローメータ５１と大気圧検出手段としての大気圧センサ５３が設けられている。内燃機関２のクランクシャフト（図示略）の近傍には、クランクシャフトの回転速度と回転位置とを検出するためのクランクセンサ５６が設けられている。また、アクセルペダル（図示略）の近傍にはその踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ５２が設けられている。更に、シリンダブロック３には機関冷却水温を検出する水温センサ５５が設けられている。
【００２５】
ここで、上述した各センサの検出信号は機関制御ユニット１００に取り込まれる。この機関制御ユニット１００は、これら検出信号に基づいて、インジェクタ８、点火プラグ９、スロットルバルブ３０等を制御することにより、内燃機関２の制御を統括して実行する。尚、機関制御ユニット１００は、これら各種制御にかかる制御プログラムやその実行に必要となる関数マップ、又はそれに基づく制御結果を記憶するためのメモリ１００ａを備えている。
【００２６】
次に、機関制御ユニット１００による排気浄化触媒３３の暖機制御について図２を参照して説明する。尚、図２は排気浄化触媒３３の暖機制御のフローチャットである。
ここで、図２に示される一連の処理は、機関制御ユニット１００により所定の制御周期をもって繰り返し実行される。この処理ではまず、機関起動後に内燃機関２の運転状態に基づいて燃料噴射量の基準値Ｑｂａｓｅを算出する（Ｓ１００）。
【００２７】
具体的には、アクセルセンサ５２によって検出されたアクセルペダルの開度の検出信号を取り込み、この検出信号に基づきスロットルバルブ３０の開度を変更して空気吸入量を変更する。そして、エアフローメータ５１及びクランクセンサ５６の検出信号を取り込み、１サイクルの空気吸入量の実際値を算出する。この空気吸入量の実際値と機関空燃比の目標値とに基づいて燃料噴射量の基準値Ｑｂａｓｅを算出する。尚、機関空燃比の目標値は、内燃機関の動力性能や排出ガス浄化等を考慮して設定される。通常の運転状態下で、この機関空燃比の目標値は混合された空気と燃料とが完全燃焼できる空燃比、所謂理論空燃比（ガソリンでは１４．７）に設定される。
【００２８】
そして、ステップＳ１１０に進み、内燃機関２が起動してから所定期間Ｔ経過していないか否かを判断する。内燃機関２が起動してから所定期間Ｔ経過した旨判断した場合には、排気浄化触媒３３が既に活性化されたとみなし、２次空気供給を行うことなくステップＳ２３０に進み、燃料噴射量の基準値を最終噴射量に設定してステップＳ１７０に進む。
【００２９】
一方、内燃機関２が起動してから所定期間Ｔ経過していない旨判断した場合には、排気浄化触媒３３が十分に活性化されていないとみなし、エアポンプ６０に通電して２次空気供給を行う（Ｓ１２０）。そして、ステップＳ１３０に進み、機関運転状態に基づいて排気浄化触媒３３の暖機状態を推定し、この排気浄化触媒３３の暖機状態に対応して暖機増量ベース値Ａｂａｓｅを設定する。例えば、冷却水の温度をパラメータとする排気浄化触媒３３の温度についてのマップを機関制御ユニット１００のメモリ１００ａに予め格納し、運転中にそのマップにアクセスすることにより、水温センサ５５によって検出された冷却水の温度に基づいて排気浄化触媒３３の温度を推定する。そして、この推定された排気浄化触媒３３の温度が高いほど、暖機増量ベース値Ａｂａｓｅを小さく設定する。
【００３０】
そして、大気圧センサ５３により実大気圧Ｐｒを検出して（Ｓ１４０）、ステップＳ１５０に進み、検出された実大気圧Ｐｒに基づき暖機増量ベース値Ａｂａｓｅの補正係数Ｆａｄｊを設定する。
【００３１】
具体的には、図３に示されるように、大気圧センサ５３によって検出された実大気圧Ｐｒが低いほど、その実大気圧Ｐｒに対応する補正係数Ｆａｄｊを大きく設定する。
次に、燃料噴射量の基準値Ｑｂａｓｅ、暖機増量ベース値Ａｂａｓｅ及び補正係数Ｆａｄｊに基づいて下記の式（１）を通じて最終燃料噴射量Ｑｉｎｊを算出する（Ｓ１６０）。
【００３２】
Ｑｉｎｊ←Ｑｂａｓｅ＋Ａｂａｓｅ・Ｆａｄｊ  ・・・（１）
そして、ステップ１７０では、算出された最終燃料噴射量Ｑｉｎｊで燃料を噴射し（Ｓ１７０）、本処理を一旦終了する。尚、上述したステップＳ１３０〜ステップＳ１６０が本実施形態の燃料補正手段としての処理に相当する。
【００３３】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）実大気圧Ｐｒが低いほど補正係数Ｆａｄｊを大きく設定するため、実大気圧Ｐｒが低いほど排気浄化触媒３３の暖機時において燃料噴射量の暖機増量が多くなる。そのため、排気管３２における未燃成分が増加することによって再燃焼する未燃成分の量が増加する傾向が生じる。その結果、大気圧の低下に起因する再燃焼の発熱量の減少を抑制することができ、排気浄化触媒３３を好適に早期活性化することができる。
【００３４】
（２）実大気圧Ｐｒが高いほど補正係数Ｆａｄｊを小さく設定するため、実大気圧Ｐｒが高いほど排気浄化触媒３３の暖機時において燃料噴射量の暖機増量が少なくなる。従って、排気管３２における未燃成分が減少することによって再燃焼する未燃成分の量が減少する傾向が生じる。その結果、大気圧の上昇に起因する再燃焼の発熱量の急激な増加を抑え、排気浄化触媒３３の過熱による劣化を抑制することができる。
【００３５】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、暖機増量ベース値Ａｂａｓｅの補正係数Ｆａｄｊを変更することにより、燃焼室１０への燃料噴射量を変更して、排気管３２で燃焼する未燃成分の量を変更するようにしている。これに対して、例えば排気管３２に燃料添加弁を配設し、この燃料添加弁を介して排気管３２に燃料を直接添加する構造を採用することもできる。
【００３６】
・上記実施形態では、実大気圧Ｐｒの変化に基づいて補正係数Ｆａｄｊを連続に変更するようにしている。これに対して、例えば図４に示されるように、実大気圧Ｐｒの変化に基づいて補正係数Ｆａｄｊを段階に変更しても良い。
【００３７】
即ち、所定大気圧の領域ΔＰ（ｉ）に対応して所定補正係数Ｆａｄｊ（ｉ）を予め設定し、メモリ１００ａにより記憶する。暖機制御を行うとき、検出された実大気圧Ｐｒが所在する大気圧の領域を判断し、その大気圧の領域に対応する補正係数を読み出して暖機増量ベース値Ａｂａｓｅを補正する。
【００３８】
・上記実施形態では、冷却水の温度をパラメータとして暖機増量ベース値Ａｂａｓｅを算出したが、エンジン回転速度や吸入空気量をパラメータに加えてもよい。
・上記実施形態では、暖機増量ベース値Ａｂａｓｅに補正係数Ｆａｄｊを掛けることにより暖機増量を算出したが、大気圧が高いほど燃料増量の度合いが小さくなる補正、あるいは大気圧が低いほど燃料増量の度合いが大きくなる補正を含むのであれば、これらを区別することなく一度に暖機増量を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】内燃機関及び内燃機関の排気浄化触媒暖機システムを示す構成図。
【図２】排気浄化触媒の暖機制御のフローチャート。
【図３】大気圧の変化に対応する補正係数の移行を示すグラフ。
【図４】大気圧の変化に対応する補正係数の移行についてその変更例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４０】
２…内燃機関、３…シリンダブロック、３ａ…シリンダ、４…シリンダヘッド、６…ピストン、８…インジェクタ、９…点火プラグ、１０…燃焼室、１１…吸気ポート、１２…排気ポート、１３…吸気弁、１４…排気弁、３０…スロットルバルブ、３１…吸気管、３２…排気管、３３…排気浄化触媒、５１…エアフローメータ、５２…アクセルセンサ、５３…大気圧センサ、５５…水温センサ、５６…クランクセンサ、６０…エアポンプ、６１…空気通路、１００…機関制御ユニット、１００ａ…メモリ。
【図１】
2007315353.tif 000003
【図２】
2007315353.tif 000004
【図３】
2007315353.tif 000005
【図４】
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