(57)【要約】【課題】２次空気の一部が気筒内に逆流することにより発生するトルク段差の抑制手段の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、排気通路に設けられた触媒装置の上流に空気を供給して、その触媒装置の早期活性を図る２次空気供給装置を備えた内燃機関のトルクの急変動を防止するトルク変動防止制御装置であって、２次空気供給装置によって供給された空気のうち燃焼室へ逆流する吹き戻し空気量を、機関運転状態に応じて算出する吹き戻し空気量算出手段（Ｓ１０３）と、吹き戻し空気によって発生するトルクの急変動を抑制するトルク変動抑制手段（Ｓ１０５）と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図４
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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触媒装置の上流に空気を供給して、その触媒装置の早期活性を図る２次空気供給装置を備えた内燃機関のトルクの急変動を防止するトルク変動防止制御装置であって、
前記２次空気供給装置によって供給された空気のうち燃焼室へ逆流する吹き戻し空気の空気量を、機関運転状態に応じて算出する吹き戻し空気量算出手段と、
前記吹き戻し空気によって発生するトルクの急変動を抑制するトルク変動抑制手段と、
を備えたこと特徴とする内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項２】
前記トルク変動抑制手段は、前記吹き戻し空気量に応じて点火時期を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項３】
前記トルク変動抑制手段は、前記吹き戻し空気量が多いときほど点火時期をリタードする
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項４】
前記トルク変動抑制手段は、燃焼安定限界内に収まるように前記点火時期を調整する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項５】
前記トルク変動抑制手段は、前記吹き戻し空気量に相当する量の吸入空気量を減らす
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項６】
前記トルク変動抑制手段は、前記吹き戻し空気量に応じて燃料噴射量を２次空気供給時における通常の増量値よりも減量させて、排気空燃比を理論空燃比に維持する
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項７】
前記吹き戻し空気量算出手段は、前記内燃機関の負荷と回転速度とから算出される
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１つに記載の内燃機関のトルク変動防止制御装置。
【請求項８】
排気通路に設けられた触媒装置の上流に空気を供給して、その触媒装置の早期活性を図る２次空気供給装置を備えた内燃機関のトルクの急変動を防止するトルク変動防止制御方法であって、
前記２次空気供給装置によって供給された空気のうち燃焼室へ逆流する吹き戻し空気の空気量を、機関運転状態に応じて算出する吹き戻し空気量算出工程と、
前記吹き戻し空気によって発生するトルクの急変動を抑制するトルク変動抑制工程と、
を備えたこと特徴とする内燃機関のトルク変動防止制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のトルク変動防止制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷間始動時に排気通路に２次空気を供給して触媒装置の早期活性を図る２次空気供給装置を備えたエンジンが知られている。排気通路に２次空気を供給すると、排気の脈動により２次空気の一部が気筒内へ逆流することがある。すると、気筒内及び排気の空燃比に影響が及ぶ。そのため、このような２次空気供給装置を備えたエンジンにおいて、２次空気の一部が気筒内に逆流した場合であっても、気筒内及び排気の空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量及び２次空気供給量を制御する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−９０３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、２次空気供給装置が使用される場合には、気筒内の目標空燃比は理論空燃比よりも小さく設定される。そのため、２次空気の一部が気筒内に逆流すると、気筒内の空燃比が理論空燃比側にずれるため出力が増加する。そうすると、トルク段差が発生して運転性が悪化するという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、２次空気の一部が気筒内に逆流することにより発生するトルク段差を抑制する手段の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、排気通路（３０）に設けられた触媒装置（３２）の上流に空気を供給して、その触媒装置（３２）の早期活性を図る２次空気供給装置（１０）を備えた内燃機関（１）のトルクの急変動を防止するトルク変動防止制御装置であって、２次空気供給装置（１０）によって供給された空気のうち燃焼室（５）へ逆流する吹き戻し空気量を、機関運転状態に応じて算出する吹き戻し空気量算出手段（ステップＳ１０３）と、吹き戻し空気によって発生するトルクの急変動を抑制するトルク変動抑制手段（ステップＳ１０５、Ｓ２０４）と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、排気通路（３０）に設けられた触媒装置（３２）の上流に空気を供給して、その触媒装置（３２）の早期活性を図る２次空気供給装置（１０）を備えた内燃機関（１）のトルクの急変動を防止するトルク変動防止制御方法であって、２次空気供給装置（１０）によって供給された空気のうち燃焼室（５）へ逆流する吹き戻し空気量を、機関運転状態に応じて算出する吹き戻し空気量算出工程（ステップＳ１０３）と、吹き戻し空気によって発生するトルクの急変動を抑制するトルク変動抑制工程（ステップＳ１０５、Ｓ２０４）と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、２次空気の吹き戻しによって２次空気の供給開始及び停止時の発生するトルクの急変動を抑制できる。
【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形態について説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は本発明による２次空気供給装置１０を有するエンジン１の構成を示す概略図である。エンジン１は、シリンダブロック２と、その頂部を覆うシリンダヘッド３とを備える。
【００１１】
シリンダブロック２には、複数のシリンダ２ａが形成される。なお、図１では図面の煩雑を防止し、発明の理解を容易にするために１つのシリンダ２ａを記載した。シリンダ２ａには、ピストン４が摺動自在に嵌合する。これらシリンダブロック２とシリンダヘッド３とピストン４とによって、ペントルーフ形の燃焼室５が区画形成される。燃焼室５の頂壁中心には、点火栓６が配設される。
【００１２】
シリンダヘッド３には、燃焼室５の頂壁に開口する吸気通路２０と排気通路３０とが形成される。吸気通路２０の開口を吸気バルブ２１が開閉し、排気通路３０の開口を排気バルブ３１が開閉する。
【００１３】
吸気通路２０には、上流から順にエアフロセンサ２１と、スロットルバルブ２２と、燃料噴射弁２３とが配設される。後述するコントローラ５０が、エアフロセンサ２１によって吸入した新気量を検出し、その検出量に応じて燃料噴射弁２３の燃料噴射量を調整する。スロットルバルブ２２の開度は、スロットルセンサ２４によって検出される。
【００１４】
排気通路３０には、上流から順に空燃比センサ３１と三元触媒３２とが配設される。三元触媒３２は、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素(ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害三成分を、酸化及び還元して浄化する。空燃比センサ３１は、三元触媒３２の入口に配設されて、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する。
【００１５】
三元触媒３２は、所定の温度（以下「活性開始温度」という。約３００℃前後）に達して初めて炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の有害三成分の浄化性能を発揮する。しかし、エンジン始動直後は排気温度が低い。そのため、三元触媒３２は、活性開始温度に達するまでに時間を要する。そうすると三元触媒３２は、活性開始温度に達するまでこれら有害成分をほとんど浄化できず、比較的多量の有害成分を大気中に排出してしまう。
【００１６】
このように、三元触媒３２は、エンジン始動直後から活性開始温度に達するまで有害成分を未浄化のまま排出してしまう。そこで本発明では、このような未浄化のまま排出される有害成分を低減するため、２次空気供給装置１０を備える。２次空気供給装置１０は、２次空気供給通路１１と、エアポンプ１２と、カットバルブ１３とから構成される。
【００１７】
２次空気供給通路１１は、排気通路３０と連通する。２次空気供給通路１１は、排気通路３０に配設された三元触媒２１の上流に接続される。２次空気供給通路１１に、エアポンプ１２とカットバルブ１３とを配設する。
【００１８】
エアポンプ１２は、モータ又はエンジンによって駆動され、２次空気供給通路１１を介して２次空気を排気通路３０に送り込む。
【００１９】
カットバルブ１３は、２次空気供給通路１１を開閉する。カットバルブ１３は、２次空気供給時に開弁し、エアポンプ１２から送り込まれた２次空気を排気通路３０に供給する。一方、カットバルブ１３は、２次空気非供給時に閉弁して排気通路３０への２次空気の供給を停止するとともに、２次空気供給通路１１への排気の逆流を防止する。
【００２０】
コントローラ５０は、上述したスロットルセンサ２４や空燃比センサ３１などの各種センサからの検出信号に基づいて、燃料噴射量や点火時期などを運転状態に応じて最適に制御する。また、コントローラ５０は、エンジン水温を検出する水温センサ７の検出信号に基づいて、エアポンプ１２及びカットバルブ１３を制御して、２次空気の供給を制御する。コントローラ５０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００２１】
２次空気供給装置１０はこのように構成されて、冷間始動時のように三元触媒２１が十分に昇温されていない場合に２次空気を排気通路３０に供給する。同時に、コントローラ５０は、この２次空気の供給に併せて燃料噴射量を増量する。つまり、２次空気の供給時には、筒内空燃比を理論空燃比よりもリッチにして、リッチ燃焼を行わせる。リッチ燃焼後の排気は未燃燃料である炭化水素や一酸化炭素が残存する排気となる。２次空気供給装置１０は、この排気に２次空気を供給することで、排気中の炭化水素、一酸化炭素の酸化（２次燃焼）を促して排気の浄化を図る。同時に２次燃焼によって昇温された排気が三元触媒３２に導入される。そのため、三元触媒３２は、活性が促されて活性開始温度に達するまでの時間が短縮される。なお、三元触媒３２は、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物の有害三成分を同時に効率よく浄化する。そこで、燃料噴射量の増量は、三元触媒３２の入口の排気空燃比が理論空燃比となるように設定されている。
【００２２】
ところで、２次空気を排気通路３０に供給すると、供給された２次空気の一部が、排気脈動等が原因で燃焼室５へ逆流すること（以下「吹き戻し」という）がある。そうすると、リッチに設定した筒内空燃比が理論空燃比側にずれるため、軸トルクが増加する。図２に、このような吹き戻しによるトルク変動の様子を示す。
【００２３】
図２は、２次空気供給量に対する軸トルクの変動を表した図であり、折れ線グラフが軸トルクを、棒グラフが２次空気供給量を表す。図２に示すように、２次空気の供給を停止しているときに比べて、２次空気を供給するときは、折れ線グラフで示す軸トルクが吹き戻しによって増加する。そうすると、矢印で示すように、２次空気の供給開始時にトルク段差（トルクの急変動）が発生するため、ドライバに不快感を与えてしまう。
【００２４】
そこで本発明では、このような吹き戻しによって、２次空気の供給開始及び停止時に発生するトルク段差を抑制して運転性能の悪化を防止すべく、点火時期をリタードする。図３は、図２の２次空気供給量に対する軸トルクの変動を表した図に、点火時期をリタードさせた場合の軸トルクを加えた図である。実線の折れ線グラフが点火時期をリタードさせた場合の軸トルクを表す。図３に示すように、本発明によれば、点火時期をリタードさせることで、２次空気の供給開始時の軸トルクの増加を抑えて、出力を供給開始直前の軸トルクに維持する。その結果、２次空気の供給開始及び停止時に発生するトルク段差を抑制できる。
【００２５】
以下、本発明の第１実施形態による２次空気供給時のトルク段差の抑制制御について説明する。図４はコントローラ５０で実行される第１実施形態による抑制制御を示すフローチャートである。コントローラ５０は、イグニッションキーがオンされ、エンジンが始動されると、この処理を所定の単位時間毎に繰り返し実行する。
【００２６】
ステップＳ１０１において、コントローラ５０は、２次空気の供給条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、エンジン水温が所定値以下であれば条件成立と判定する。
【００２７】
ステップＳ１０１において、２次空気の供給条件が成立しないとき、すなわち、エンジン水温が所定値より高いとき、コントローラ５０は、ステップＳ１０６に処理を移行する。
【００２８】
一方、ステップＳ１０１において、２次空気の供給条件が成立したとき、すなわち、エンジン水温が所定値より低いとき、コントローラ５０は、ステップＳ１０２に処理を移行する。
【００２９】
ステップＳ１０２において、コントローラ５０は、エアポンプ１２を駆動するとともに、カットバルブ１３を開いて排気通路３０へ２次空気を供給する。
【００３０】
ステップＳ１０３において、コントローラ５０は、エンジン運転状態に応じた２次空気の燃焼室５への逆流量（以下「吹き戻し空気量」という）を算出する。
【００３１】
吹き戻しの割合は、２次空気の供給量に関わらず、エンジン運転状態に応じてほぼ一定となる。したがって、吹き戻し空気量は、例えばＲＯＭに、予め実験を通じて設定したエンジン運転状態に応じた２次空気の吹き戻しの割合のマップを格納しておき、この特性に基づいて決定すればよい。マップの一例を図５に示す。本発明では、エンジン回転速度及びエンジン負荷から２次空気の吹き戻しの割合を決定しているが、これに限らず、吹き戻しに影響を与える排気脈動などの種々のパラメータから２次空気の吹き戻し割合を決定してもよい。
【００３２】
ステップＳ１０４において、コントローラ５０は、ステップＳ１０３で算出した吹き戻し空気量に対する点火時期の設定テーブルから、点火時期のリタード量を算出する。図６は、この吹き戻し空気量に対する点火時期の設定テーブルである。これに示すように、吹き戻し空気量が多いほどトルク段差も大きくなるため、点火時期のリタード量は大きくなる。点火時期のリタード量は、この設定テーブルによって、先に図３を参照して説明したように、２次空気の供給開始直前の軸トルクを維持できる値に設定される。
【００３３】
なお、点火時期のリタード量は、さらに燃焼安定性を考慮して設定してもよい。図７は安定燃焼の領域を示した特性図である。燃焼安定性を考慮する場合には、点火時期のリタード量を、図７に示した安定燃焼の領域内（燃焼安定限界内）の値に設定する。吹き戻し空気量が多いときなど、点火時期のリタード量によっては、安定燃焼の領域外に出てしまう場合、すなわち燃焼安定性の限界を超えてしまう場合がある。このような場合には、同時に燃料噴射量を制御して安定燃焼の領域内に入るように制御することもできる。例えば、図７のＡ点からＢ点までリタードしても、リタード量がまだ不足するときは、同時に空燃比を変更してＣ点へ制御する。
【００３４】
ステップＳ１０５において、コントローラ５０は、ステップＳ１０４で算出したリタード量に基づいて、点火栓６の点火時期を通常値よりもリタードする。これにより、吹き戻しによって２次空気の供給開始及び停止時に発生するトルク段差を抑制する。
【００３５】
ステップＳ１０６において、コントローラ５０は、エアポンプ１２の駆動を中止するとともに、カットバルブ１３を閉じて排気通路３０への２次空気の供給を停止する。
【００３６】
ステップＳ１０７において、コントローラ５０は、点火時期を通常値に戻して抑制制御から通常のエンジン制御に処理を移行する。
【００３７】
図８はコントローラ５０で実行される第１実施形態による抑制制御のタイムチャートである。なお、フローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。
【００３８】
イグニッションキーがオンされ、時間ｔ1でエンジンが始動されると、コントローラ５０は制御を開始する。まず初めに、コントローラ５０は、エンジン水温が所定温度以下であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。所定温度以下であれば（図８（Ａ））、コントローラ５０は、エアポンプ１２を駆動するとともに、カットバルブ１３を開いて２次空気を供給する（図７（Ｂ）のｔ1；Ｓ１０２）。コントローラ５０は、このとき三元触媒３２の入口の排気空燃比が理論空燃比となるように（図８（Ｃ））、燃料噴射量を増量する（図８（Ｄ））。
【００３９】
このとき、コントローラ５０は、２次空気の吹き戻し空気量を算出し（Ｓ１０３）、トルク段差が発生しないように（図８（Ｅ））、点火時期をリタードする（図８（Ｆ）；Ｓ１０５）。
【００４０】
時間ｔ2でエンジン水温が所定温度に達すると（図８（Ａ）；Ｓ１０１でＮＯ）、コントローラ５０は、エアポンプ１２の駆動を中止するとともに、カットバルブ１３を閉じて２次空気の供給を停止する（図８（Ａ）のｔ2；Ｓ１０６）。その後、コントローラ５０は、抑制制御を終了して（Ｓ１０７）、通常のエンジン制御に移行する。
【００４１】
以上説明した本実施形態では、２次空気の吹き戻しによって２次空気の供給開始及び停止時の発生するトルク段差を、点火時期を制御することで抑制できる。そのため、トルク段差によりドライバが感じる不快感を解消し、運転性能の向上を図れる。
【００４２】
また、カットバルブ１３が故障して、排気通路３０に２次空気が逆流しているときにも、上述した抑制制御によりトルク段差を抑制でき、運転性能の悪化を防止できる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による２次空気供給時のトルク段差の抑制制御について説明する。本発明の第２実施形態は、２次空気の吹き戻しによって発生するトルク段差を、吸入空気量及び燃料噴射量を制御して抑制する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００４４】
図９はコントローラ５０で実行される第２実施形態による抑制制御を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳ２０４において、コントローラ５０は、ステップＳ２０３において算出した２次空気の吹き戻し空気量に相当する量の吸入空気量を減らす。これにより、吹き戻しによって２次空気の供給開始及び停止時に発生するトルク段差を抑制する。トルク段差は、２次空気の吹き戻しによりリッチに設定した筒内空燃比が理論空燃比側にずれて軸トルクが増加することによって発生する。そこで、この吹き戻し空気量分の吸入空気量を減らすことで、軸トルクの増加を抑え、トルク段差を抑制する。
【００４６】
なお、吹き戻し空気量だけ２次燃焼に使用される２次空気が減少する。そのため、２次空気の供給量に対して燃料噴射量の増量が多くなって、三元触媒２１の入口での排気空燃比がリッチとなる。したがって、これを防止するために、コントローラ５０は、吸入空気量を減らすと同時に、吹き戻し空気量だけ燃料噴射量の増量を抑えている。
【００４７】
ステップＳ２０６において、コントローラ５０は、吸入空気量及び燃料噴射量を通常値に戻して、抑制制御から通常のエンジン制御に処理を移行する。
【００４８】
図１０はコントローラ５０で実行される第２実施形態による抑制制御のタイムチャートである。
【００４９】
イグニッションキーがオンされ、時間ｔ1でエンジンが始動されると、コントローラ５０は抑制制御を開始する。コントローラ５０は、エンジン水温が所定温度以下のときに（図１０（Ａ））、エアポンプ１２を駆動するとともに、カットバルブ１３を開いて２次空気を供給する（図１０（Ｂ）のｔ1；Ｓ２０２）。そして、コントローラ５０は、吹き戻し空気量に応じて吸入空気量を減少する（図１０（Ｇ）；Ｓ２０４）。これにより、２次空気の吹き戻しによるトルク段差の発生を防止する（図１０（Ｅ））。
【００５０】
また、ｔ1で排気通路３０へ２次空気の供給が開始されると、コントローラ５０は、三元触媒３２の入口の排気空燃比が理論空燃比となるように（図１０（Ｃ））、燃料噴射量を増量する（図８（Ｄ））。本実施形態では吹き戻し空気量分の吸入空気量を減らすため、コントローラ５０は、第１実施形態と比べて、吹き戻し空気量分の燃料を減量する（図１０（Ｄ）；Ｓ２０４）。
【００５１】
時間ｔ2でエンジン水温が所定温度に達すると（図１０（Ａ））、コントローラ５０は、エアポンプ１２の駆動を中止するとともに、カットバルブ１３を閉じて２次空気の供給を停止する（図１０（Ａ）のｔ2；Ｓ２０５）。その後、コントローラ５０は、抑制制御を終了して（Ｓ２０６）、通常のエンジン制御に処理を移行する。
【００５２】
以上説明した本実施形態によれば、２次空気の吹き戻しによって２次空気の供給開始及び停止時の発生するトルク段差を、吸入空気量及び燃料噴射量を制御することで抑制できる。そのため、トルク段差によりドライバが感じる不快感を解消し、運転性能の向上を図れる。
【００５３】
また、カットバルブ１３が故障して、排気通路３０に２次空気が逆流しているときにも、上述した抑制制御によりトルク段差を抑制でき、運転性能の悪化を防止できる。
【００５４】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。例えば、第１実施形態では、点火時期のリタード量を一定にしているが、２次空気供給時のトルク段差を抑えた後は、徐々にリタード量を少なくしてもよい。また、２次空気の供給停止条件をエンジン水温によって判定しているが、三元触媒２１に与えた熱量や空気量などのパラメータから活性状態を判定して供給停止を判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】２次空気供給装置を有するエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】２次空気供給量に対する軸トルクの変動を表した図である。
【図３】２次空気供給量に対する軸トルクの変動を表した図である。
【図４】第１実施形態による２次空気供給時のトルク段差の抑制制御を示すフローチャートである。
【図５】２次空気の吹き戻しの割合のマップである。
【図６】吹き戻し空気量に対する点火時期の設定テーブルである。
【図７】安定燃焼の領域を示した特性図である。
【図８】第１実施形態による抑制制御のタイムチャートである。
【図９】第２実施形態による２次空気供給時のトルク段差の抑制制御を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態による抑制制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１  エンジン（内燃機関）
１０  ２次空気供給装置
３０  排気通路
３２  三元触媒（触媒装置）
Ｓ１０３  吹き戻し空気量算出手段
Ｓ１０５  トルク変動抑制手段
【図１】
2007285279.tif 000003
【図４】
2007285279.tif 000004
【図５】
2007285279.tif 000005
【図６】
2007285279.tif 000006
【図７】
2007285279.tif 000007
【図８】
2007285279.tif 000008
【図９】
2007285279.tif 000009
【図１０】
2007285279.tif 000010
【図２】
2007285279.tif 000011
【図３】
2007285279.tif 000012