(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの状態で燃焼するように燃料を供給するようにしたエンジンの排気浄化装置において、
排気管に設けた触媒の冷機時に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリーン側の値となるようにリーン化処理を行う手段と、
このリーン化処理後に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるようにリッチ化処理を行う手段と
を設け、
所定のリッチ化処理期間が経過したとき前記リッチ化処理を終了すると共に、
前記リッチ化処理期間を前記リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量が大きくなるほど長くする
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
エンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの状態で燃焼するように燃料を供給するようにしたエンジンの排気浄化装置において、
排気管に設けた触媒の冷機時に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリーン側の値となるようにリーン化処理を行う手段と、
このリーン化処理後に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるようにリッチ化処理を行う手段と
を設け、
前記リッチ化処理中の総排気量を算出する手段と、
この算出されるリッチ化処理中の総排気量が所定の判定値以上となったとき前記リッチ化処理を終了することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記判定値は前記リーン化処理中の二次空気の総供給量に応じた値であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記リーン化処理手段は前記触媒の上流側に二次空気を供給する装置であ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５】
前記リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量を二次空気の総供給量から推定することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記リッチ化処理手段は、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段と、この基本噴射量を増加する手段と、この増加される噴射量の燃料を吸気管に供給する手段とからなることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記リッチ化処理中の総排気量を、前記燃料供給量とエンジン回転数の積を積算した値から推定することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記リッチ化処理手段は、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段と、触媒上流側の排気中の酸素濃度に応じた出力をするセンサと、このセンサ出力に基づいて触媒入口の排気の平均空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるように空燃比フィードバック補正量を算出する手段と、この空燃比フィードバック補正量で前記基本噴射量を補正して燃料噴射量を算出する手段と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段とからなることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
空燃比フィードバック制御条件の非成立時には燃料増量により前記リッチ化処理を行うことを特徴とする請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記触媒の冷機時は、触媒が一部活性化した状態から触媒の活性化が完了するまでであることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
前記触媒が一部活性化した状態から触媒の活性化が完了するまでをエンジンの冷却水温に基づいて判定することを特徴とする請求項１０に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置、詳しくはエンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの雰囲気で燃焼するように燃料を供給する一方で、排気管に設けた触媒の早期活性化を図るため触媒上流に二次空気を供給するようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気の空燃比が理論空燃比付近にあるとき排気中の有害三成分であるＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘをＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2等の無害成分に転化する（つまりＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行なう）三元触媒は活性温度（約３００℃）以下で転化率が急激に低下するため、エンジン冷間時に触媒の早期活性化を図るようにした装置が各種提案されている。
【０００３】
これについて説明すると、エンジン冷間時には燃焼を安定させるために燃料が増量されるので、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になり、燃焼室よりＣＯ、ＨＣが多く排出されてくる。この場合に、触媒でのＣＯ、ＨＣの酸化反応が進むだけのＯ2が存在すればその反応熱により触媒温度が上昇するのであるが、排気の空燃比がリッチ側にあるので、ＣＯ、ＨＣの酸化反応が十分には進まない。そこで、特開平５−７９３２３号公報の技術では、燃料増量によりリッチ雰囲気で燃料が燃やされるエンジン冷間時に、触媒上流に二次空気を導入し、触媒入口での排気空燃比を理論空燃比よりもリーン側に保ってやる（つまり十分なＯ2を供給する）ことで触媒でのＣＯ、ＨＣの酸化反応を促進し触媒の活性化完了までの時間を短縮させるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料には微量であるが硫黄分が存在し、この硫黄分の燃焼によりＳＯ2（二酸化硫黄）が生成されて燃焼室より排出される。この場合にＳＯ2は気体であり、排気管に設けた触媒に付着することなく触媒の下流へと排出される。
【０００５】
しかしながら、上記のように触媒上流において二次空気が導入されるときには、ＳＯ2が二次空気中のＯ2と下式の反応を起こして硫酸塩が生成され、この硫酸塩が触媒の表面に付着して堆積し触媒の転化性能を劣化させてしまうのである。
ＳＯ2＋Ｏ2＋Ｍ−Ｏn→Ｍ−ＳＯ4
【０００６】
そこで本発明は、触媒の活性化を完了した後にリッチ化処理により触媒入口の排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値に保つことにより、触媒に堆積する硫酸塩を除去することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明では、図２０に示すように、エンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの状態で燃焼するように燃料を供給するようにしたエンジンの排気浄化装置において、排気管に設けた触媒の冷機時に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリーン側の値となるようにリーン化処理を行う手段３１と、このリーン化処理後に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるようにリッチ化処理を行う手段３２とを設け、所定のリッチ化処理期間が経過したとき前記リッチ化処理を終了すると共に、前記リッチ化処理期間が前記リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量に応じた値（たとえば堆積量が大きくなるほどリッチ化処理期間を長くする）である。
【００１０】
第２の発明では、エンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの状態で燃焼するように燃料を供給するようにしたエンジンの排気浄化装置において、排気管に設けた触媒の冷機時に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリーン側の値となるようにリーン化処理を行う手段と、このリーン化処理後に触媒入口の排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるようにリッチ化処理を行う手段とを設け、前記リッチ化処理中の総排気量を算出する手段と、この算出されるリッチ化処理中の総排気量が所定の判定値以上となったとき前記リッチ化処理を終了する。
【００１１】
第３の発明では、第２の発明において前記判定値が前記リーン化処理中の二次空気の総供給量に応じた値（たとえば二次空気の総供給量が大きくなるほど判定値を大きくする）である。
【００１２】
第４の発明では、第１の発明において前記リーン化処理手段が前記触媒の上流側に二次空気を供給する装置である。
【００１３】
第５の発明では、第４の発明において前記リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量を二次空気の総供給量から推定する。
【００１４】
第６の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記リッチ化処理手段３２が、図２１に示すように、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段４１と、この基本噴射量を増加する手段４２と、この増加される噴射量の燃料を吸気管に供給する手段４３とからなる。
【００１５】
第７の発明では、第２の発明において前記リッチ化処理中の総排気量を、前記燃料供給量とエンジン回転数の積を積算した値から推定する。
【００１６】
第８の発明では、第１から第５までのいずれか一つの発明において前記リッチ化処理手段３２が、図２２に示すように、ほぼ理論空燃比の得られる基本噴射量を運転条件に応じて算出する手段４１と、触媒上流側の排気中の酸素濃度に応じた出力をするセンサ５１と、このセンサ出力に基づいて触媒入口の排気の平均空燃比が理論空燃比よりリッチ側の値となるように空燃比フィードバック補正量を算出する手段５２と、この空燃比フィードバック補正量で前記基本噴射量を補正して燃料噴射量を算出する手段５３と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段４３とからなる。
【００１７】
第９の発明では、第８の発明において空燃比フィードバック制御条件の非成立時には燃料増量により前記リッチ化処理を行う。
【００１８】
第１０の発明では、第１から第９までのいずれか一つの発明において前記触媒の冷機時が、触媒が一部活性化した状態から触媒の活性化が完了するまでである。
【００１９】
第１１の発明では、第９の発明において前記触媒が一部活性化した状態から触媒の活性化が完了するまでをエンジンの冷却水温に基づいて判定する。
【００２０】
【作用】
触媒の早期活性化のためのリーン化処理により触媒に硫酸塩が堆積するものの、第１の発明では、その後のリッチ化処理により触媒入口の排気空燃比がリッチ側に保持され、リッチ雰囲気で多く発生するＨＣが触媒に導びかれることから、触媒ではこのＨＣにより触媒に堆積した硫酸塩が還元されて気体のＨ2Ｓに変換され、これによって触媒より硫酸塩が除去される。触媒の冷機時に触媒の早期活性化を図る一方で、触媒の転化性能の劣化をも防止できるのである。
【００２１】
触媒の種類、エンジン機種、使用される燃料などが決まり、リーン化処理中の運転条件が同じであれば、リーン化処理中に触媒に堆積する硫酸塩の量がほぼ定まるので、触媒に堆積する硫酸塩のすべてを除去するのに必要な期間（一定値）をリッチ化処理期間として予め実験的に求めておけば、第１の発明によりリッチ化処理期間だけリッチ化処理を行うことで、触媒に堆積する硫酸塩のすべてが除去される。
【００２２】
第１の発明では、リッチ化処理期間がリーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量に応じた値であるので、リーン化処理中に運転条件の相違で硫酸塩の堆積量が変化するときでもリッチ化処理期間を過不足なく与えることができる。
【００２３】
第２の発明では、リッチ化処理中の総排気量が所定の判定値以上となったときリッチ化処理を終了するので、リッチ化処理中に運転条件の相違で排気流量が変化したときでも触媒に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００２４】
第３の発明では、判定値がリーン化処理中の総排気量に応じた値であるので、リーン化処理中に運転条件の相違で排気流量が変化するときでも、触媒に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００２５】
リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量は二次空気の総供給量に比例すると考えられるので、第５の発明により二次空気の総供給量から触媒への硫酸塩の堆積量を推定することができる。
【００２６】
第８の発明では、空燃比フィードバック制御によりリッチ化処理を行うので、経時劣化により燃料供給手段（たとえば燃料噴射弁）の流量特性が変化したときなどでも、リッチ化処理中に触媒入口での排気の平均空燃比をリッチ側の同じ値に保つことができるとともに、触媒入口での排気の平均空燃比が触媒を高転化率に保つ空燃比範囲（ウインドウ）から外れないように空燃比フィードバック制御の制御定数（たとえば比例分）を設定することで、リッチ化処理を行っても排気エミッションの大幅な悪化を招くことなく触媒に堆積した硫酸塩を取り去ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。
【００２８】
コントロールユニット２にはクランク角センサ４からのＲｅｆ信号（４気筒では１８０°ごと、６気筒では１２０°ごとに発生）と１°信号、エアフローメータ６からの吸入空気量信号、排気通路９の三元触媒１０の上流側に設置したＯ2センサ３からの空燃比（酸素濃度）信号、水温センサ１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいてコントロールユニット２では燃料噴射量（空燃比）の制御を行う。
【００２９】
排気通路９には三元触媒１０が設置され、理論空燃比の運転時に最大の転化率をもって排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行う。
【００３０】
ただし、三元触媒１０は活性温度（約３００℃）以下で転化率が急激に低下するので、活性温度以下にある触媒の早期活性化を図るため二次空気供給装置を備える。二次空気供給装置は図２に示すように、電動式エアポンプ２２によりエアクリーナ２１を介して吸入される空気を触媒１０の上流に導入するもので、コントロールユニット２では、触媒１０の早期活性化が必要なエンジン冷間時になると、遮断弁２３を開くとともに、エアポンプ２２を作動させて触媒入口の排気空燃比をリーン側の値に保持する。エンジン冷間時には理論空燃比よりもリッチの雰囲気で燃焼するように燃料を供給する（したがってＣＯ、ＨＣが燃焼室より多く排出される）とともに、二次空気の供給により触媒１０入口の排気空燃比をリーン側に保ってやる（つまり十分なＯ2を供給する）ことで触媒１０でのＣＯ、ＨＣの酸化反応を促進して触媒１０の活性化完了までの時間を短縮させるのである。なお、２４は排気の逆流を阻止するための逆止弁である。
【００３１】
さて、燃料中には微量の硫黄分が存在し、この硫黄分の燃焼によりＳＯ2が生成されるのであるが、上記のように触媒１０上流に二次空気が導入されるときには、このＳＯ2が二次空気中のＯ2と反応を起こして硫酸塩が生成され、この硫酸塩が触媒１０の表面に付着して堆積し触媒１０の転化性能が劣化する。
【００３２】
これに対処するため本発明に対する参照例では、触媒１０の活性化が完了した後に、リッチ化処理により触媒１０入口の排気空燃比を所定の期間だけリッチ側の値に保持させる。リッチ雰囲気で燃焼室内で多く発生するＨＣを用い、下式の反応により硫酸塩を還元して気体のＨ2Ｓに戻してやることで、触媒１０の表面に付着した硫酸塩を除去するのである。
Ｍ−ＳＯ4＋２Ｈ→Ｈ2Ｓ＋Ｍ−Ｏn
【００３３】
ここで、硫化水素Ｈ2Ｓも有害物質であるから、これを放出することは本来好ましいことでない。しかしながら、硫酸塩が引き起こす触媒の劣化による排気エミッションの悪化を考えたとき、硫酸塩をＨ2Ｓとして放出したほうが結果としてはよいのである。
【００３４】
コントロールユニット２で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３５】
まず、図３は二次空気量を制御するためのもので、一定時間（たとえば１０ｍｓ）毎に実行する。
【００３６】
ステップ１、２では触媒１０が一部活性化しているかどうかを冷却水温Ｔｗに基づいて判断する。たとえば、冷却水温Ｔｗが所定の範囲（４０℃≦Ｔｗ≦６０℃）に入っているときに触媒１０が一部活性化した状態にあると判断し、ステップ３以降の二次空気供給によるリーン化処理に進む。
【００３７】
ここで、二次空気供給によるリーン化処理は特開平５−７９３２３号公報に詳しい。本実施形態は二次空気の供給によりリーン化処理を行うものが前提であり、二次空気の供給そのものに特徴があるわけでないので、ステップ３〜８での二次空気供給によるリーン化処理については概略を説明する。
【００３８】
ステップ３では触媒１０入口の排気空燃比（図３においてだけこの触媒入口の排気空燃比を二次空燃比という）を設定する。二次空燃比と触媒１０が活性温度に達するまでの時間（触媒暖機時間）との関係を図４に示すと、触媒暖機時間は理論空燃比よりリーン側の所定の空燃比（最適空燃比）で最短となり、最適空燃比から外れるほど増加するので、最適空燃比を二次空燃比として予め求めておくのである。なお、最適空燃比は触媒１０の種類などによって変わるほか、同一の触媒についても触媒の劣化により経年変化する。
【００３９】
ステップ４ではこの設定二次空燃比を用いて
二次空気流量＝（燃料供給量）・（設定二次空燃比）−（吸入空気流量）…（１）
の式により目標とする二次空気流量を算出する。
【００４０】
（１）式において、吸入空気流量はエアフローメータ６の出力から、また燃料供給量は燃料噴射弁７に与える燃料噴射パルス幅（時間単位）を１燃焼サイクル区間毎に積算することによって求まるので、設定二次空燃比を得るのに必要となる二次空気流量が（１）式より算出できるのである。
【００４１】
なお、（１）式は
二次空燃比＝（吸入空気流量＋二次空気流量）／燃料供給量    …（２）
の式を二次空気流量について変形することによって得ることができる。この場合、エアフローメータ６の出力から得られる吸入空気流量は単位時間当たりの値で求まるため、二次空気量についても単位時間当たりの値として単位をそろえる。また、空気流量が連続値であるのに対し、燃料は間欠的に噴射されため、燃料供給量は１燃焼サイクル区間当たりの値としている。
【００４２】
ステップ５では圧力センサ２５、２６（図２参照）よりの出力を読み込み、ステップ６においてこの出力差からエアポンプ２２の前後差圧（＝吐出圧−吸入圧）ΔＰを算出する。ステップ７ではこの前後差圧ΔＰと（１）式により求めた二次空気流量とから図５を内容とするマップを検索してエアポンプ２２用モータの駆動電圧ＶMを求める。図５はエアポンプの前後差圧ΔＰとモータ駆動電圧ＶMに対するエアポンプの流量特性であり、ポンプ流量（＝二次空気流量）が一定であればポンプ前後差圧ΔＰが小さいほど、また前後差圧ΔＰが一定であればポンプ流量が小さいほどモータ駆動電圧ＶMが小さくなる。このモータ駆動電圧ＶMはステップ８でレジスタに転送する。
【００４３】
このようにして、コントロールユニット２では、２つの圧力センサ２５、２６の出力、吸入空気流量、燃料供給量に基づきエアポンプ用モータの駆動電圧を制御して二次空燃比をリーン側にすることにより触媒１０の活性化を促進する。なお、図示しないが、遮断弁２３についてはエアポンプ２２を作動させるときにだけコントロールユニット２により開かせることはいうまでもない。これで二次空気の供給によるリーン化処理の説明を終える。
【００４４】
一方、触媒１０の一部活性化前（Ｔｗ＜４０℃）と触媒１０の活性化が完了（Ｔｗ＞６０℃）したときにはステップ１、２からステップ９に進み、モータ駆動電圧ＶMを０にしたあとステップ８の操作を実行する（つまりエアポンプの作動を停止）。ここで、触媒１０の一部活性化前（つまり未活性状態）に二次空気を供給しないのは、触媒１０が未活性状態のときには、触媒１０上でＣＯ、ＨＣとＯ2の酸化反応が起こらず、二次空気を供給すると却って触媒１０を冷却することになってしまうからである。
【００４５】
図６のフローチャートはリッチ化処理フラグを設定するためのもので、一定時間毎に実行する。
【００４６】
ステップ１１では二次空気が供給されているかどうかをエアポンプ２２を作動させる信号に基づいて判断する。二次空気が供給されている（エアポンプ２２を作動させる信号が出ている）ときにはステップ１２に進み、二次空気供給フラグを“１”にセットして図６のルーチンを終了する。二次空気供給フラグはエンジンの始動時（イグニッションスイッチがＯＦＦからＯＮへ切換わったとき）に“０”にリセットしている。
【００４７】
二次空気が供給されていないときにはステップ１３に進んで二次空気供給フラグをみる。二次空気供給フラグ＝１のときは始動から現在までに二次空気の供給があったと判断し、ステップ１４でカウンタ（エンジンの始動時に“０”に初期設定）ＲＬＣとリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤを比較する。カウンタＲＬＣは二次空気の供給が終了、つまり触媒の活性化が完了してからの時間を計測するためのものである。
【００４８】
ここで、触媒１０の種類、エンジン機種、使用される燃料などが決まり、二次空気供給中の運転条件が同じであれば、二次空気供給中に触媒１０に堆積する硫酸塩の量がほぼ定まる。また、排気の空燃比をリッチ雰囲気にしてＨＣを多く発生させ、これを触媒１０に導いてやると、このＨＣと触媒１０に堆積した硫酸塩とが還元反応を起こして硫酸塩がＨ2Ｓに変換され触媒１０より硫酸塩が除去される。このときリッチ化処理期間が長くなるほど触媒１０から除去される硫酸塩の量が増えていく。したがって、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを除去するのに必要な期間（一定値）をリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤとして予め実験的に求めておくのである。
【００４９】
当初はＲＬＣ＜ＲＬＣＥＮＤであるので、ステップ１５、１６に進み、リッチ化処理フラグを“１”にセットするとともに、カウンタＲＬＣをインクリメントして今回のルーチンを終了する。ＲＬＣ≧ＲＬＣＥＮＤとなるまでステップ１５、１６の操作を繰り返し、やがてＲＬＣ≧ＲＬＣＥＮＤになると、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてが除去されたと判断し、ステップ１７に進んでリッチ化処理フラグを“０”にリセットする。
【００５０】
図７のフローチャートは、リッチ化処理を行うためのものでエンジンの始動後にＲｅｆ信号に同期して実行する。ここでは、燃料噴射弁７からの噴射量を増量することによってリッチ化処理を行う。
【００５１】
ステップ２１では、エアフローメータ６からの吸入空気量Ｑａとクランク角センサ４により検出されるエンジン回転数Ｎｅとから
Ｔｐ＝（Ｑａ／Ｎｅ）×Ｋ                                  …（３）
ただし、Ｋ：定数
の式によりほぼ理論空燃比の混合気が得られる基本噴射パルス幅Ｔｐを演算し、ステップ２２においてリッチ化処理フラグをみる。リッチ化処理フラグが“０”のときにはステップ２３を飛ばしてステップ２４に進み、ここで
Ｔｉ＝Ｔｐ×α×２＋Ｔｓ                                  …（４）
の式により全気筒共通の燃料噴射パルス幅Ｔｉを算出し、これをステップ２５において出力レジスタに転送する。
【００５２】
（４）式のαは排気の平均空燃比を理論空燃比付近に落ち着けるためＯ2センサ出力に基づいて演算される空燃比フィードバック補正係数、Ｔｓは噴射信号を受けてから燃料噴射弁７が開くまでの作動遅れを考慮するための無効噴射パルス幅である。ただし、リッチ化処理中（リッチ化処理フラグ＝１）には空燃比フィードバック制御を行わない（αをクランプ）。また、（４）式の２は燃料噴射がシーケンシャル噴射（エンジン２回転ごとに１回、各気筒とも排気行程を噴射タイミングとする）の場合に必要となる値で、全気筒同時噴射（エンジン１回転毎に所定のタイミングで噴射）のときは不要である。シーケンシャル噴射方式にはエンジンの始動時を含むすべての運転域でシーケンシャル噴射を行うタイプと、始動時は全気筒同時噴射でその後にシーケンシャル噴射に移行するタイプとがあるが、いずれのタイプでもかまわない。
【００５３】
一方、リッチ化処理フラグ＝１のときにはステップ２２よりステップ２３に進んで、基本噴射パルス幅Ｔｐにリッチ化定数ＫＴＰＲを乗じた値を改めてＴｐとおく。リッチ化定数ＫＴＰＲは１よりも大きな値であり、１よりも大きな値のＫＴＰＲをＴｐに乗算することによって、排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値にするのである。
【００５４】
リッチ化定数ＫＴＰＲは、この値を大きくするほど、ＨＣの発生する量が多くなり、触媒１０に堆積した硫酸塩を早く除去できることになるが、その一方で触媒１０に還元されることなく触媒下流に排出されるＨＣの量も増えてしまう（排気エミッションが悪化する）。したがって、触媒１０に堆積した硫酸塩の除去効率およびリッチ化処理による排気エミッションの悪化との関係からバランスよくＫＴＰＲの値を定めることが必要である。
【００５５】
ここで、本発明に対する参照例の作用を説明する。
【００５６】
本発明に対する参照例では、触媒１０の活性化完了後にリッチ化処理により触媒１０入口の排気空燃比がリッチ側に保持され、リッチ雰囲気で燃焼室に多く発生するＨＣが触媒１０に導びかれることから、触媒１０ではこのＨＣにより触媒１０に堆積した硫酸塩が還元されて気体のＨ2Ｓに変換され、触媒１０から硫酸塩が徐々に除去されていく。
【００５７】
この場合に触媒１０の種類、エンジン機種、使用される燃料などが決まっており二次空気供給中の運転条件が同じであれば二次空気の供給によるリーン化処理中に触媒１０に堆積する硫酸塩の量がほぼ定まる。したがって、触媒１０に堆積する硫酸塩のすべてを除去するのに必要な期間（一定値）をリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤとして予め実験的に求めておき、そのリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤだけリッチ化処理を行うことで、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを除去することができる。
【００５８】
このようにして本発明に対する参照例では、エンジン冷間時に理論空燃比よりもリッチの雰囲気で燃焼するように燃料を供給するとともに、二次空気の供給により触媒１０入口の排気空燃比をリーン側に保ってやることにより触媒でのＣＯ、ＨＣとＯ2の酸化反応による燃焼熱を利用して触媒１０の早期活性化を図る一方で、触媒１０の活性化が完了した後にはリッチ化処理により触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを取り去ることで触媒１０の転化性能の劣化を防止するのである。
【００５９】
図８のフローチャートは本発明の第１実施形態で、図６に対応する。
【００６０】
図６と相違するのはステップ３１、３２、３３である。本発明に対する参照例のリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤが一定値であったのに対し、第１実施形態ではこのリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤを触媒１０への硫酸塩の堆積量に応じた可変値としたものである。なお、図６と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【００６１】
図８において具体的には二次空気が供給されている間、ステップ３１、３２に進み、エアポンプ２２の前後差圧ΔＰとモータ駆動電圧ＶM（ΔＰとＶMは図３のフローチャートにより得ている）とから図５を内容とするマップを検索してポンプ流量（＝二次空気流量）Ｑ２を求め、これを変数ＴＱ２（始動時に０に初期設定）に加算する。二次空気の供給期間にわたってＱ２をＴＱ２に積算すれば、二次空気の総供給量をＴＱ２の値が表す。触媒１０への硫酸塩の堆積量は二次空気の総供給量に比例すると考えられるので、ＴＱ２が触媒１０への硫酸塩の堆積量を推定する目安となるのである。
【００６２】
二次空気の供給が終了、つまり触媒の活性化が完了したときにはステップ３３に進み、二次空気の総供給量ＴＱ２から図９を内容とするテーブルを検索してリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤを求める。なお、図９の特性はマッチングにより求める。
【００６３】
第１実施形態では二次空気の総供給量により触媒１０への硫酸塩の堆積量を推定し、その硫酸塩の堆積値に比例してリッチ化処理期間ＲＬＣＥＮＤを長くするので、運転条件の相違により触媒１０への硫酸塩の堆積量が変化するときでも、リッチ化処理期間を過不足なく与えることができる。
【００６４】
図１０のフローチャートは第２実施形態で、図６に対応する。
【００６５】
図６と相違するのはステップ４１、４２である。第２実施形態は、本発明に対する参照例とリッチ化処理の終了判断方法が異なるもので、リッチ化処理中の総排気量を推定し、そのリッチ化処理中の総排気量が判定値以上となったときリッチ化処理を終了する。触媒１０に堆積した硫酸塩のうちリッチ化処理により除去される硫酸塩の量はリッチ化処理中の排気流量に大きく依存し、排気流量が多くなるほど多くの硫酸塩が除去される。ここで、リッチ化処理中の排気流量を推定するためのパラメータとしては燃料噴射パルス幅Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅの積を用いることができるので、このＴｐとＮｅの積を積算すれば、その積算値がリッチ化処理中の総排気量に相当する。したがって、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを除去するのに必要な総排気量（一定値）を判定値ＴＰＮＥＥＮＤとして予め実験的に求めておけば、リッチ化処理中の総排気量相当の値が判定値ＴＰＮＥＥＮＤ以上となったとき触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてが除去されたと判断できるのである。
【００６６】
なお、Ｒｅｆ信号に同期して排気されるため、図１０はＲｅｆ信号同期で実行する。図６と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【００６７】
図１０のステップ４１ではリッチ化処理中の総排気量相当の値を表す変数（エンジンの始動時に“０”に初期設定）ＴＴＰＮＥと判定値ＴＰＮＥＥＮＤを比較し、ＴＴＰＮＥ＜ＴＰＮＥＥＮＤの場合にはステップ４２で変数ＴＴＰＮＥにＴｐ×Ｎｅを加算し、ＴＴＰＮＥが増加してＴＴＰＮＥ≧ＴＰＮＥＥＮＤになると、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてが除去されたと判断し、ステップ１７に進んでリッチ化処理を終了する（リッチ化処理フラグを“０”にリセット）。
【００６８】
第２実施形態では、リッチ化処理中の総排気量相当の値が判定値ＴＰＮＥＥＮＤ以上となったときリッチ化処理を終了するので、リッチ化処理中に運転条件（つまりＴｐとＮｅ）の相違により排気流量が変化しても、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００６９】
図１１のフローチャートは第３実施形態で、第１実施形態の図８、第２実施形態の図１０にそれぞれ対応する。図８とはステップ５１、４１、４２が、また図１０とはステップ３１、３２、５１が異なる。第２実施形態の判定値ＴＰＮＥＥＮＤが一定値であったのに対し、第３実施形態ではその判定値ＴＰＮＥＥＮＤを触媒１０への硫酸塩の堆積量に応じた可変値としたものである。なお、図８、図１０と同一の部分には同一のステップ番号をつけている。
【００７０】
図１１において、二次空気の供給中にステップ３１、３２で二次空気の総供給量ＴＱ２を求めておき、二次空気の供給が終了（触媒１０の活性化が完了）したときステップ１１からステップ５１に進み、二次空気の総供給量ＴＱ２から図１２を内容とするテーブルを検索して判定値ＴＰＮＥＥＮＤを求める。
【００７１】
図８でも説明したように触媒１０への硫酸塩の堆積量は二次空気の総供給量ＴＱ２に比例すると考えられるので、ＴＱ２が触媒１０への硫酸塩の堆積量を推定する目安となり、この二次空気の総供給量ＴＱ２により第３実施形態でも第１実施形態と同じに触媒１０への硫酸塩の堆積量を推定している。したがって、硫酸塩の堆積量に比例して判定値ＴＰＮＥＥＮＤを大きくすることで、二次空気供給中に運転条件の相違で硫酸塩の堆積量が異なったり、またはリッチ化処理中に運転条件の相違で排気流量が変化するときでも、触媒１０に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００７２】
図１３のフローチャートは第４実施形態で本発明に対する参照例の図７に対応する。図７とはステップ６１だけが相違する。本発明に対する参照例では図７で前述したようにＴｐを増量することによってリッチ化処理を行ったが、第４実施形態ではリッチ化処理フラグ＝１であっても空燃比フィードバック制御条件の成立時にはステップ２３を飛ばし（Ｔｐの増量は行わない）、代わりに空燃比フィードバック制御のほうでリッチ化処理を行うようにしたものである。空燃比フィードバック制御（ＰＩ制御）では、Ｏ2センサ出力のリーン側への反転時に空燃比フィードバック補正係数αを比例分ＰＬだけ増量し、リッチへの反転時にはαを比例分ＰＲだけ減量させているので、Ｏ2センサ出力がリーン側に反転したときに与える比例分ＰＬを、リッチ側に反転したときに与える比例分ＰＲより大きく（ＰＬ＞ＰＲ）すると、排気空燃比のリッチ側へのオーバーシュートが大きくなり、全体として排気の平均空燃比をリッチ側にシフトできるのである。なお、図７と同一部分には同一のステップ番号をつけている。リッチ化処理フラグの設定については第１実施形態から第３実施形態のいずれかを用いる。
【００７３】
ここで、空燃比フィードバック補正係数αの算出を図１４のフローチャートにより説明する。なお、燃料噴射がＲｅｆ信号同期であるためαについてもＲｅｆ信号に同期して実行する。
【００７４】
ステップ７１ではＯ2センサ出力に基づく空燃比フィードバック条件の成立時であるかどうかみて非成立時であればステップ７２で空燃比フィードバック補正係数αを１．０に固定（クランプ）する。ここで、始動時、低水温時、高負荷時、減速時などが空燃比フィードバック条件の非成立時である。
【００７５】
条件の成立時にはステップ７３でＯ2センサ出力ＯＳＲ１を読み込み、これをステップ７４においてスライスレベルＳＬと比較する。ＯＳＲ１＞ＳＬのときはリッチであると判断してステップ７５に進み、前回はリーンであったかどうかをみる。この結果、前回リーンで今回リッチのときはステップ７６、７７に進んで空燃比フィードバック補正係数αから比例分ＰＲだけ減量し、前回、今回ともリッチであるときにはステップ７８に進んでαから積分分ＩＲだけ減量する。ＯＳＲ１≦ＳＬのときにはステップ７４よりステップ７９に進み、前回はリッチであったかどうかをみて、前回リッチで今回リーンのときは、ステップ８０、８１でαを比例分ＰＬだけ増量し、前回、今回ともリーンであるときにはステップ８２でαを積分分ＩＬだけ増量する。
【００７６】
図１５のフローチャートは図１４のステップ７６の処理を行うためのサブルーチンでＯ2センサ出力ＯＳＲ１のリッチ側への反転毎に、また図１６のフローチャートは図１４のステップ８０の処理を行うためのサブルーチンでＯ2センサ出力ＯＳＲ１のリーン側への反転毎に実行する。
【００７７】
各サブルーチンの制御内容はいずれも同様なので、図１５のほうを主に述べると、ステップ８１では比例分の基本値ＰＲ０を読み込む。この基本値ＰＲ０はＯ2センサ３や触媒１０に劣化のない状態でマッチングしたときの比例分ＰＲの値で、図１７に示したように回転数Ｎｅと基本噴射パルス幅Ｔｐとをパラメータとするマップで割り付けており、このマップを検索して求める。
【００７８】
ステップ８２でリッチ化処理フラグをみて、リッチ化処理フラグ＝０のときにはステップ８３に進み、基本値ＰＲ０をそのまま比例分ＰＲに入れて図１５のサブルーチンを終了する。これに対してリッチ化処理フラグ＝１のときにはステップ８４に進み、基本値ＰＲ０に補正係数ＫＲＰＲ（＜１）を乗じた値を比例分ＰＲとおく。
【００７９】
同様にしてもう一つの比例分ＰＬについても、図１６に示したように、リッチ化処理フラグ＝０のときにはステップ９３で比例分ＰＬの基本値ＰＬ０（図１８参照）をそのまま比例分ＰＬとおき、リッチ化処理フラグ＝１になると、ステップ９４で基本値ＰＬ０に補正係数ＫＲＰＬ（＞１）を乗じた値を比例分ＰＬとおく。
【００８０】
このようにして、リッチ化処理フラグ＝１のときには、基本値ＰＲ０を補正係数ＫＲＰＲにより減量し、かつ基本値ＰＬ０を補正係数ＫＲＰＬにより増量することで、ＰＲ＜ＰＬとして排気の平均空燃比をリッチ側へとシフトさせるのである。
【００８１】
ここで、２つの補正係数ＫＲＰＲ、ＫＲＰＬは、図７のリッチ化定数ＫＴＰＲと同様にリッチ化処理による触媒１０からの硫酸塩の除去効率とリッチ化処理による排気エミッションの悪化との関係を考慮してバランスよく定める。なお、第５実施形態では、２つの補正係数ＫＲＰＲ、ＫＲＰＬを用いてリッチ化処理を行っているが、ＫＲＰＲ、ＫＲＰＬのいずれか片方を用いるだけもかまわない。このときには、補正係数ＫＲＰＲまたはＫＲＰＬについてリッチ化処理による触媒１０からの硫酸塩の除去効率とリッチ化処理による排気エミッションの悪化との関係を考慮して定めることはいうまでもない。
【００８２】
第４実施形態では、空燃比フィードバック制御によりリッチ化処理を行うので、経時劣化により燃料噴射弁７やエアフローメータ６の流量特性が変化したときなどでも、リッチ化処理中に触媒１０入口での排気の平均空燃比をリッチ側の同じ値に保つことができるとともに、触媒１０入口での排気の平均空燃比が触媒１０を高転化率に保つ空燃比範囲（ウインドウ）から外れないように、２つの補正係数ＫＲＰＬ、ＫＲＰＲの値を選ぶことで、リッチ化処理を行っても排気エミッションの大幅な悪化を招くことなく触媒１０に堆積する硫酸塩を取り去ることができる。
【００８３】
実施形態では、エアポンプの流量特性が、図５に示すようにエアポンプの前後差圧ΔＰとモータ駆動電圧ＶMにより定まるもので説明したが、二次空気供給装置はこれに限られるものでない。たとえば、エアポンプへの駆動信号ＳＡがポンプ流量（＝二次空気流量）Ｑ２と図１９に示す関係を有するものがあり、このものでは、エアポンプへの駆動信号ＳＡをリーン化処理期間にわたって積算することで、リーン化処理中の二次空気の総空気量ＴＱ２を求めることができる。
【００８４】
【発明の効果】
触媒の早期活性化のためのリーン化処理により触媒に硫酸塩が堆積するものの、第１の発明では、その後のリッチ化処理により触媒入口の排気空燃比がリッチ側に保持され、リッチ雰囲気で多く発生するＨＣが触媒に導びかれることから、触媒ではこのＨＣにより触媒に堆積した硫酸塩が還元されて気体のＨ2Ｓに変換され、これによって触媒より硫酸塩が除去される。
【００８５】
触媒の種類、エンジン機種、使用される燃料などが決まり、リーン化処理中の運転条件が同じであれば、リーン化処理中に触媒に堆積する硫酸塩の量がほぼ定まるので、触媒に堆積する硫酸塩のすべてを除去するのに必要な期間をリッチ化処理期間として予め実験的に求めておけば、第１の発明によりリッチ化処理期間だけリッチ化処理を行うことで、触媒に堆積する硫酸塩のすべてを除去できる。第１の発明では、リッチ化処理期間がリーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量に応じた値であるので、リーン化処理中に運転条件の相違で硫酸塩の堆積量が変化するときでもリッチ化処理期間を過不足なく与えることができる。
【００８６】
第２の発明では、リッチ化処理中の総排気量が所定の判定値以上となったときリッチ化処理を終了するので、リッチ化処理中に運転条件の相違で排気流量が変化したときでも触媒に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００８７】
第３の発明では、判定値がリーン化処理中の総排気量に応じた値であるので、リーン化処理中に運転条件の相違で排気流量が変化するときでも、触媒に堆積した硫酸塩のすべてを過不足なく除去することができる。
【００８８】
リーン化処理中の触媒への硫酸塩の堆積量は二次空気の総供給量に比例すると考えられるので、第５の発明により二次空気の総供給量から触媒への硫酸塩の堆積量を推定することができる。
【００８９】
第８の発明では、空燃比フィードバック制御によりリッチ化処理を行うので、経時劣化により燃料供給手段の流量特性が変化したときなどでも、リッチ化処理中に触媒入口での排気の平均空燃比をリッチ側の同じ値に保つことができるとともに、触媒入口での排気の平均空燃比が触媒を高転化率に保つ空燃比範囲（ウインドウ）から外れないように空燃比フィードバック制御の制御定数（たとえば比例分）を設定することで、リッチ化処理を行っても排気エミッションの大幅な悪化を招くことなく触媒に堆積した硫酸塩を取り去ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一実施形態の制御システム図である。
【図２】  二次空気供給装置の制御システム図である。
【図３】  二次空気量の制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】  エンジン冷間時の二次空燃比の最適値を説明する図である。
【図５】  エアポンプの流量特性図である。
【図６】  リッチ化処理フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図７】  リッチ化処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】  第１実施形態のリッチ化処理フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図９】  第１実施形態のリーン化処理期間ＲＬＣＥＮＤの特性図である。
【図１０】  第２実施形態のリッチ化処理フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図１１】  第３実施形態のリッチ化処理フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図１２】  第３実施形態の判定値ＴＰＮＥＥＮＤの特性図である。
【図１３】  第４実施形態のリッチ化処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】  第４実施形態の空燃比フィードバック補正係数αの算出を説明するためのフローチャートである。
【図１５】  第４実施形態の比例分ＰＲの算出を説明するためのフローチャートである。
【図１６】  第４実施形態の比例分ＰＬの算出を説明するためのフローチャートである。
【図１７】  第４実施形態の比例分の基本値ＰＲ０のマップを表す図である。
【図１８】  第４実施形態の比例分の基本値ＰＬ０のマップを表す図である。
【図１９】  第５実施形態のエアポンプの流量特性図である。
【図２０】  第１の発明のクレーム対応図である。
【図２１】  第６の発明のクレーム対応図である。
【図２２】  第８の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  コントロールユニット
３  Ｏ2センサ
４  クランク角センサ
６  エアフローメータ
７  燃料噴射弁
１０  三元触媒
【図１】
0003879133.tif 000002
【図２】
0003879133.tif 000003
【図３】
0003879133.tif 000004
【図４】
0003879133.tif 000005
【図５】
0003879133.tif 000006
【図６】
0003879133.tif 000007
【図７】
0003879133.tif 000008
【図８】
0003879133.tif 000009
【図９】
0003879133.tif 000010
【図１０】
0003879133.tif 000011
【図１１】
0003879133.tif 000012
【図１２】
0003879133.tif 000013
【図１３】
0003879133.tif 000014
【図１４】
0003879133.tif 000015
【図１５】
0003879133.tif 000016
【図１６】
0003879133.tif 000017
【図１７】
0003879133.tif 000018
【図１８】
0003879133.tif 000019
【図１９】
0003879133.tif 000020
【図２０】
0003879133.tif 000021
【図２１】
0003879133.tif 000022
【図２２】
0003879133.tif 000023