JP2005171919A - 内燃機関の二次空気制御装置 - Google Patents
内燃機関の二次空気制御装置Info
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Abstract
【課題】内燃機関の二次空気制御装置として、触媒の早期活性化を損なうことなく、触媒担体の劣化や信頼性の低下を好適に抑制する。
【解決手段】電子制御ユニット105は、コンビバルブ104のデューティ制御を通じて内燃機関11の排気管24に設けられた触媒25の活性を促すための二次空気の供給量を制御する。この制御に先立ち、電子制御ユニット105は、機関回転数と機関負荷とに基づいて二次空気の基本流量を求めるとともに、この求めた基本流量と機関温度とに基づいて触媒25の床温を推定する。そして、この推定した床温からこれと略比例関係となる触媒25の前後端に生じる温度差をさらに推定し、この温度差が触媒25の劣化を抑制し得る所定の範囲に収まる値、すなわち最適値となる二次空気の供給量を予め演算する。
【選択図】 図1
【解決手段】電子制御ユニット105は、コンビバルブ104のデューティ制御を通じて内燃機関11の排気管24に設けられた触媒25の活性を促すための二次空気の供給量を制御する。この制御に先立ち、電子制御ユニット105は、機関回転数と機関負荷とに基づいて二次空気の基本流量を求めるとともに、この求めた基本流量と機関温度とに基づいて触媒25の床温を推定する。そして、この推定した床温からこれと略比例関係となる触媒25の前後端に生じる温度差をさらに推定し、この温度差が触媒25の劣化を抑制し得る所定の範囲に収まる値、すなわち最適値となる二次空気の供給量を予め演算する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、内燃機関の排気系に対して、排気ガスの酸化を促進するための二次空気を供給するシステムにあって、その二次空気の供給量を制御する内燃機関の二次空気制御装置に関する。
この種の装置は通常、例えば特許文献1に見られるように、エアフローセンサなどの各種センサから入力する検出信号に基づいて、二次空気用のエアクリーナなどの吸気側から内燃機関の排気ポートに通じる二次空気の流通路の途中に配設される二次空気制御弁の開閉制御を行う構成となっている。
すなわち、この二次空気制御装置は、内燃機関の排気系に配設される触媒が活性化しており、同触媒にて排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)などの未燃成分が十分に燃焼される状態では、上記二次空気制御弁の開閉制御を通じてこれを閉弁状態に保ち、上記排気ポートに対して二次空気を供給しない。他方、この二次空気制御装置は、内燃機関の始動時など、上記触媒が活性化されていない期間には、上記二次空気制御弁の開閉制御を通じてこれを開弁状態に保ち、上記排気ポートに対して二次空気を供給する。
このように、内燃機関の二次空気制御装置として、触媒が活性化されていない期間には排気ポートに対して積極的に二次空気を供給する制御を行うことで、内燃機関の始動時を含めた運転領域の全域にわたって、その排気ガス中の未燃成分の酸化反応が促進されるようになる。そしてこれにより、それら未燃成分の外部への放出が抑制されて内燃機関としての排気エミッションが改善されるようになることはもとより、こうした排気ガスの酸化反応に基づく燃焼熱によって上記触媒が早期に活性化するようにもなる。ただしこの場合、二次空気の供給に伴う上記排気ガスの酸化反応が異常に進行すると、上記燃焼熱が過大となり、ひいては上記触媒が異常な温度にまで上昇してその性能が劣化するなどの影響が生ずることとなる。そこで、この二次空気制御装置では、上記各種センサから現在の触媒温度を演算し、該触媒が異常な温度領域にあると判断されるときには二次空気の供給量を減少するように上記二次空気制御弁の開閉制御を行うこととしている。これによって、排気ガスの酸化反応が抑制され、ひいては触媒の温度として望ましい温度領域まで低下するようになる。
特開平9−125942号公報
ところで、このような内燃機関の二次空気制御装置において、二次空気は排気ポートに供給されることから、上記排気ガスの酸化反応は触媒の上流側で進行する。このため、二次空気が供給されることにより上記触媒の床温が上昇する場合には、該触媒における排気ガスの流入側および流出側の前後部で著しい温度差が発生し、この温度差に起因する熱応力が触媒担体に生じるようになる。このような熱応力の発生は、触媒担体の劣化や信頼性の低下にも繋がり、その影響が無視できないものとなる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒の早期活性化を損なうことなく、触媒担体の劣化や信頼性の低下を好適に抑制することのできる内燃機関の二次空気制御装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段およ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、内燃機関の排気系に設けられた触媒の活性を促すべく、同機関の排気系に供給する二次空気の流量を制御する内燃機関の二次空気制御装置において、前記触媒の前後端に生じる温度差を求め、該求めた温度差が前記触媒の劣化を抑制し得る所定の範囲に収まる値となるように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する二次空気量演算手段と、この演算された流量にて前記排気系に供給する二次空気量を制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒の活性を促すべく、同機関の排気系に供給する二次空気の流量を制御する内燃機関の二次空気制御装置において、前記触媒の前後端に生じる温度差を求め、該求めた温度差が前記触媒の劣化を抑制し得る所定の範囲に収まる値となるように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する二次空気量演算手段と、この演算された流量にて前記排気系に供給する二次空気量を制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
上記構成によれば、触媒の前後端の温度差に基づいて上記排気系に供給すべき二次空気の流量が制御されることとなるため、触媒における排気ガスの流入側および流出側の前後部での著しい温度差の発生についてもこれを抑制することができるようになる。このため、内燃機関の二次空気制御装置として、触媒の早期活性化を損なうことなく、触媒担体の劣化や信頼性の低下を好適に抑制することができるようになる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記内燃機関の回転数と負荷とに基づき前記二次空気の基本流量を求める基本流量演算手段と、この求められた二次空気の基本流量と機関温度とに基づき前記触媒の床温を推定する触媒床温推定手段とを備え、この推定される触媒の床温からこれと略比例関係にある前記触媒の前後端の温度差を演算推定して前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算するものであることをその要旨とする。
上記触媒の前後端に生じる温度差と同触媒の床温とは略比例関係にあることが発明者によって確認されている。このため、内燃機関の回転数と負荷とに基づき上記二次空気の基本流量を求め、この流量をもって上記二次空気を供給するとした場合において上記触媒の床温がどの程度の温度となるか、さらには同触媒の前後端にどれだけの温度差が生じるかについてもこれを、その都度の機関温度をもとに演算推定することも可能となる。これにより、内燃機関の二次空気制御装置として、上記触媒担体の劣化や信頼性の低下を抑制するために最適な二次空気量を予め予測(演算)することができるようになり、この予測(演算)した流量をもって上記二次空気を供給することで、上述した触媒担体の劣化や信頼性の低下を抑制するための二次空気の流量制御を容易かつ高い信頼性のもとに行うことができるようになる。なお、上記機関温度としては、例えば当該機関の冷却を行う冷却水の温度を用いることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記推定される触媒の床温に対し、当該触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して許容領域を設定し、前記演算推定する触媒の前後端の温度差がこの設定した許容領域に入るように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算することをその要旨とする。
上記構成によれば、上記演算推定する触媒の前後端の温度差が、当該触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る上記所定の範囲に対応して設定された許容領域に入るように、上記二次空気の流量が演算される。すなわち、上記演算推定した触媒の前後端の温度差が上記許容領域から外れることがあったとしても、該許容領域を目標値(領域)とするフィードバック補正が行われることとなり、上記演算される二次空気の流量の値もより信頼性の高いものとなる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係から前記演算推定した触媒の前後端の温度差を検証する検証手段をさらに備え、前記演算推定する触媒の前後端の温度差が前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係に対して別途設定される許容領域に入ることが前記検証手段により検証されるように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算することをその要旨とする。
触媒の前後端に生じる温度差が、同触媒の床温と略比例関係にあるとはいえ、実際には、対象となる触媒の個体差やその周囲の環境によってこうした関係も変化することがある。この点、上記構成によれば、内燃機関の二次空気制御装置として、上記演算推定した触媒の前後端の温度差が、例えば実験等に基づき別途設定される許容領域に入るか否かが検証手段によって検証される。そして、同検証手段によって上記温度差がこの別途設定される許容領域に入ることが検証されるように上記排気系に供給すべき二次空気の流量が演算される。このため、上記触媒の早期活性化を損なうことなく触媒担体の劣化や信頼性の低下を抑制する流量としてこうして演算される二次空気の流量も、触媒の実状に即したより精度の高いものとなる。
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記演算推定した触媒の前後端の温度差が前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係に対して別途設定される許容領域を超えることが前記検証手段により検証されるとき、前記触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して設定した許容領域を縮小する方向に当該領域を再設定し、前記演算推定する触媒の前後端の温度差がこの再設定した許容領域に入るように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算することをその要旨とする。
上記構成によれば、上記検証の結果が、上記演算推定した触媒の前後端の温度差に対するフィードバック補正に際してその目標とする値(領域)の修正に反映されることとなり、二次空気量演算手段を通じて最終的に演算される二次空気の流量も、上記目的を達成する上で極めて信頼性の高いものとなる。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記演算推定する触媒の前後端の温度差が前記再設定した許容領域に入るように前記排気系に供給する二次空気の流量を制御することによって前記触媒の活性化温度を満たさなくなることが判断されるとき、前記触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して設定した許容領域の再設定、および前記検証手段による検証を禁止する禁止手段をさらに備えることをその要旨とする。
上記構成によれば、二次空気の流量として、触媒を活性化温度とする流量は最低限確保されるようになり、ひいては排気エミッションの悪化についてもこれを確実に抑制することができるようになる。
請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、前記二次空気量演算手段は、前記触媒の前後端に各々設けられた温度センサによる検出値に基づいて前記触媒の前後端に生じる温度差を求めるものであることをその要旨とする。
上記触媒の前後端に生じる温度差についてはこのように、上記2つの温度センサによる検出値に基づいて直接モニタすることもできる。この場合、上記モニタする温度差に基づき、リアルタイムにて上記二次空気の流量を制御することも可能となり、応答性並びに信頼性の面でのさらなる向上が期待される。
請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか一項に記載の内燃機関の二次空気制御装置において、当該二次空気制御装置は、前記内燃機関の排気系に供給する二次空気の流量を制御する電磁制御弁を備えて構成され、前記制御手段は、前記二次空気量演算手段にて演算された流量に対応する前記電磁制御弁のデューティ値を決定し、該決定したデューティ値にて前記電磁制御弁を制御することをその要旨とする。
上記構成によれば、制御手段によって上記電磁制御弁がいわゆるデューティ制御されることとなり、上記供給する二次空気の流量を調量することも容易となる。このため、内燃機関の二次空気制御装置として、予め予測(演算)した流量をもって上記二次空気を供給する場合はもとより、触媒の前後端の温度差を温度センサにより直接モニタしつつ上記二次空気の流量を例えば目標値に追従させるかたちで制御するような場合であっても、上記二次空気の流量を容易かつ的確に制御することができるようになる。
以下、この発明にかかる内燃機関の二次空気制御装置の一実施の形態について、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
この実施の形態の装置は、4気筒のガソリン機関の排気系に対して、排気ガスの酸化を促進するための二次空気を供給するシステムに適用される内燃機関の二次空気制御装置を想定しており、図1に、当該システムの全体構成を模式的に示す。
この実施の形態の装置は、4気筒のガソリン機関の排気系に対して、排気ガスの酸化を促進するための二次空気を供給するシステムに適用される内燃機関の二次空気制御装置を想定しており、図1に、当該システムの全体構成を模式的に示す。
同図1に示されるように、このシステムにあって、二次空気の供給を受けることとなる内燃機関11(便宜上、1気筒分のみ図示する)は、シリンダブロック12、およびシリンダヘッド13を備えて構成されている。
シリンダブロック12の内部には、クランクシャフト14の回転を通じて往復動するピストン15が設けられ、このピストン15の上面と上記シリンダヘッド13とにより囲まれる空間によって燃焼室16が形成されている。また、このシリンダブロック12には、ウォータジャケット17が設けられ、これによって上記燃焼室16内の温度が内燃機関の運転に適した温度として維持されている。
シリンダヘッド13には、上記燃焼室16に通じる吸気ポート18、および排気ポート19がそれぞれ設けられている。このうち、吸気ポート18には、該ポート18を開閉するための吸気バルブ20が設けられ、これによって該ポート18と接続される吸気マニホールド21から、上記燃焼室16に空気が導入されるタイミングなどが制御されるようになっている。一方、排気ポート19には、該ポート19を開閉するための排気バルブ22が設けられ、これによって該排気ポート19と接続される排気マニホールド23へ、上記燃焼室16から燃焼後の燃料(排気ガス)が排出されるタイミングなどが制御されるようになっている。なお、こうして上記燃焼室16から排出された排気ガスは、上記排気マニホールド23を通じて排気管24に至り、その途中に配設される触媒(例えば三元触媒)25にて浄化(酸化)された後、外部へ放出される。
また、このシリンダヘッド13の下部には、燃焼室16に導入される空気と噴射燃料との混合気に対して点火を行うための点火プラグ26がその一部(電極部)を上記燃焼室16に露出するようにして設けられている。この噴射燃料は、吸気マニホールド21の上記吸気ポート18の近傍に設けられるインジェクタ27により、該吸気ポート18を介して燃焼室16に導入される。
そして、このシステムでは、上記内燃機関11の排気ポート19に通じる二次空気の流通路101をさらに備えている。すなわち、この二次空気の流通路101において上流(吸気)側には二次空気用のエアクリーナ102が設けられている。また、該通路101においてその途中には電動式エアポンプ103が配設されている。そして、同ポンプ103により上記エアクリーナ102から二次空気が吸入されることで、上記排気ポート19に対して二次空気が供給されるようになっている。なお、この二次空気の流通路101の途中にはさらに、上記二次空気の流量を調量するためのコンビバルブ(電磁制御弁)104が配設されている。
こうしたシステムにあって、内燃機関の二次空気制御装置は、同図1に示されるように、電子制御ユニット(ECU)105を中心として構成され、上記電動式エアポンプ103の駆動制御および上記コンビバルブ104の開閉制御等は、この電子制御ユニット105を通じて行われる。ちなみにこの実施の形態において、電子制御ユニット105は、インジェクタ27による燃料噴射量や燃料噴射時期の制御など、内燃機関の運転状態全体の制御を司り、それら制御の一環として、上記電動式エアポンプ103およびコンビバルブ104に対する制御を併せ行う。
すなわち、電子制御ユニット105には、例えばクランク角センサ14a、水温センサ17a、吸気圧センサ21a、O2センサ24aなどの各種センサからの検出信号が取り込まれる。そして、この電子制御ユニット105は、これらセンサの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を示す各種パラメータを演算する。他方、該電子制御ユニット105の出力には、インジェクタ27や電動式エアポンプ103、コンビバルブ104などが接続されており、この電子制御ユニット105から出力される信号を通じてそれら各部の駆動、あるいは開閉などの制御が実行される。そして、内燃機関の二次空気制御装置として、上記触媒25がまだ活性化されていない期間には、上記電動式エアポンプ103およびコンビバルブ104の制御を通じて排気ポート19に対し積極的に二次空気を供給することで、内燃機関11の始動時を含めた運転領域の全域にわたって、その排気ガス中の未燃成分の酸化反応が促進されるようにしている。ただしこの際、上記触媒25における排気ガスの流入側および流出側の前後部で温度差が発生し、この温度差に起因する熱応力が触媒担体25aに生じてその劣化を促すようになることは前述した通りである。
そこで、この実施の形態では、内燃機関の二次空気制御装置を構成する電子制御ユニット105として、上記触媒25の前後端に生じる温度差を求め、該求めた温度差に基づいて上記排気ポート19に供給すべき二次空気の流量を制御することとしている。そしてこれにより、触媒25の早期活性化を損なうことなく、触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制するようにしている。なお、この実施の形態においては、この電子制御ユニット105が、二次空気量演算手段や制御手段、さらには二次空気量演算手段を構成する基本流量演算手段、触媒床温推定手段、触媒の前後端の温度差を検証する検証手段、等々に相当する。
図2は、この電子制御ユニット105による上記二次空気の流量制御手順をフローチャートとして示したものであり、次に、この図2に基づいて、同制御手順について詳述する。
同制御に際し、電子制御ユニット105はまず、ステップS1の処理として、上記O2センサ24aからの検出信号に基づく空燃比のフィードバック制御を実施しているかどうかを判断する。この結果、上記フィードバック制御を実施していると判断された場合には、既に触媒25は活性化状態にあり、排気ガスの未燃成分は該触媒25にて十分に燃焼されているとして、内燃機関11の排気ポート19に対して二次空気を供給することなくこの制御を終了する。
他方、このステップS1の処理において、上記フィードバック制御を実施していないと判断された場合、電子制御ユニット105は、次にステップS10の処理として、最適二次空気量を求めるための演算処理を実行する。この演算処理の詳細については、後に図3を参照して説明するが、ここでは基本的に、上述した触媒25の早期活性化を損なうことなく、触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制し得る上記二次空気量としての最適値を求めるための処理が行われる。
こうして最適二次空気量の値が求まると、電子制御ユニット105は次に、ステップS20の処理として、この求められた最適二次空気量の値をもとに、例えば上記コンビバルブ(電子制御弁)104の開度(デューティ値)を決定する。そして、この決定したコンビバルブ104の開度をもって、上記排気ポート19に対し供給する二次空気量を制御する。なお、このコンビバルブ104の開度(制御デューティ値)の決定態様についても、後に図7を参照して詳述する。
図3、並びに図4〜図6は、上記ステップS10の処理として実行される最適二次空気量の演算処理について、その演算手順並びに演算態様の詳細をフローチャートあるいはマップ特性図として示したものである。以下、これら図3、並びに図4〜図6に基づいて、この最適二次空気量の演算処理をさらに詳述する。
いま、上記ステップS1(図2)において、空燃比のフィードバック制御が実施されていないと判断されたとすると、電子制御ユニット105は上述のように、ステップS10の処理として、この最適二次空気量の演算処理を開始する。
この最適二次空気量の演算処理に際して、電子制御ユニット105はまず、ステップS11の処理として、上記クランク角センサ14a、水温センサ17a、吸気圧センサ21aからの検出信号を取り込み、これら検出信号に基づいて内燃機関11の機関回転数を演算するとともに、水温、吸気圧(機関負荷)についての値を得る。その後、ステップS12の処理として、電子制御ユニット105は、図4に例示するマップM1を用いて、上記演算した機関回転数および検出された吸気圧から上記排気ポート19に供給すべき二次空気の基本流量AFを演算する。
そして次に、ステップS13の処理として、電子制御ユニット105は、上記演算した基本流量AFをもって上記二次空気を供給するとした場合、上記触媒25の床温がどの程度の温度となるかについて、上記検出された水温をもとに推定演算する。すなわち、この電子制御ユニット105は、二次空気の基本流量AFおよび水温に対応して触媒25の床温Tを関連付けした図5に例示するマップM2を備えている。そして、同マップM2に基づいて、上記演算した二次空気の基本流量AFおよび水温に対応する触媒の床温Tを推定演算する。
そして次に、ステップS14の処理として、電子制御ユニット105は、上記推定した触媒の床温Tが、当該触媒25の活性化温度から同触媒25の劣化を抑制し得る許容領域(所定の範囲)に入るか否かを判断する。すなわち、上記マップM2(図5)においては、上記推定される触媒の床温Tに対し、上記触媒25の活性化温度に相当する下限温度TL、および同触媒25の劣化を抑制し得る上限温度TUからなる許容領域が予め設定されている。そして、上記推定した触媒の床温Tがこの許容領域にないと判断される場合には、電子制御ユニット105は、次にステップS15の処理として、上記推定演算する触媒の床温Tがこの許容領域に入るように二次空気の基本流量AFを補正する。
ここで、このステップS15の処理について詳述すると、例えば、図5に示されるように、例えば水温が0℃の環境下において、上記排気ポート19に対し、二次空気を基本流量AF1をもって供給するとした場合、これら水温0℃および二次空気の基本流量AF1によって推定演算される触媒の床温T1は、上記上限温度TUよりも高い。したがってこの場合、電子制御ユニット105は、排気ポート19に対して供給するとした上記二次空気の基本流量AF1に対し、上記推定した触媒の床温T1と上記上限温度TUとの温度差に相当する二次空気の流量分を減量補正する。また逆に、例えば水温が同じく0℃の環境下において、上記排気ポート19に対し、二次空気を基本流量AF2をもって供給するとした場合には、これら水温0℃および二次空気の基本流量AF2によって推定される触媒の床温T2は、上記下限温度TLよりも低い。したがってこの場合、電子制御ユニット105は、排気ポート19に対して供給するとした上記二次空気の基本流量AF2に対し、上記推定した触媒の床温T2と上記下限温度TLとの温度差に相当する二次空気の流量分を増量補正する。上記ステップS15の処理ではこのように、上記推定した触媒の床温Tが上記許容領域から外れている場合には、該推定した触媒の床温Tに対し、同許容領域を目標値(領域)とするフィードバック補正が行われることとなる。
そして、このステップS15の処理が終了すると、電子制御ユニット105は、次に上記ステップS13の処理に戻り、ここで再度、上記触媒25の床温Tを推定演算する。そして、この推定演算する触媒25の床温Tが上記許容領域に入るようになるまで、これらステップS13〜S15の処理を繰り返し実行する。他方、例えば、図5に示されるように、水温が0℃であり、二次空気が上記排気ポート19に対して基本流量AF3をもって供給されるとした場合には、上記推定される触媒25の床温T3は上記許容領域に入っている。この場合には、上記ステップS14の処理において、上記推定演算した触媒25の床温Tが許容領域に入っていると判断され、電子制御ユニット105は、この判断のもとに次のステップS16の処理を行う。
このステップS16の処理においては、上記触媒25の前後端に生じる温度差が演算推定される。すなわち、触媒の前後端に生じる温度差TGは、同触媒25の床温Tと略比例関係にあるとはいえ、実際には、対象となる触媒25の個体差やその周囲の環境によってこうした関係も変化することがある。そこでこの実施の形態においては、上記電子制御ユニット105は、触媒25の床温Tと触媒25の前後端の温度差TGとの実際の関係を予め実験等に基づいて定めた図6に例示するマップM3も併せ備えることとしている。そして、このマップM3に基づいて、上記推定した触媒の床温Tに対応する触媒の前後端の温度差TGをさらに演算推定する。このため、この実施の形態では、上記触媒25の前後端の温度差TGに基づいて演算される二次空気の流量AFが、同触媒25の実状に即したより精度の高いものとなっている。なお、この図6では便宜上、触媒の前後端の温度差TGが触媒の床温Tに対し、線形的に現われるかの如く表記しているが、実際には、例えば触媒25の個体としての特性、あるいはその周囲の環境などに基づく様々の補正が加えられている。
そして次に、電子制御ユニット105は、ステップS17の処理として、上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが、上記触媒の床温Tと触媒の前後端の温度差TGとについて予め定めた関係に対して別途設定した許容領域に入るかどうかを検証する。すなわち、上記マップM3(図6)においては、上記触媒25の前後端の温度差TGに対し、触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制し得る上限温度差TGUが別途に設定されている。そして、例えば図6において示される触媒の床温T4に対応する触媒の前後端の温度差TG1のように、上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが、上記上限温度差TGUを超えることが検証される場合、電子制御ユニット105は、次にステップS18の処理を行う。
このステップS18の処理においてはまず、上記マップM3(図6)に基づいて上記上限温度差TGUを触媒の床温T5に変換する。そして、先のマップM2(図5)において上限温度TUを該変換した触媒の床温T5とする補正を行い、同マップM2における許容領域を再設定する。そして次に、この電子制御ユニット105は、上記推定する触媒の床温Tが上記マップM2において再設定された許容領域に入るまで再度、上記ステップS13〜S15の処理を行う。この結果、上記推定する触媒の床温Tが、上記再設定された許容領域に入ると判断されると、電子制御ユニット105はさらに、上記ステップS16、S17の処理についてもこれを再度実行する。このように、電子制御ユニット105では、上記演算推定する温度差TGが上記別途設定した許容領域に入ることが検証されるようになるまで、上記排気ポート19に供給すべき二次空気の流量AFを補正する。これにより、該最適二次空気量の演算処理を通じて最終的に演算される二次空気の流量AFも、触媒25の早期活性化を損なうことなく、触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制する上で極めて信頼性の高い値に最適化されるようになる。
なお、上記ステップS17の処理において、例えば図6に例示する触媒の床温T6に対応する触媒の前後端の温度差TG2のように、上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが上記補正を行わずとも上記上限温度差TGU以下であることが検証される場合には、上記求めた二次空気の流量AFが既に最適化されているとして、この演算処理を終了する。
そして、電子制御ユニット105は、先の図2に示したように、こうした一連の処理を通じて最適二次空気流量AFの値が演算されると、この最終的に演算された最適二次空気流量AFの値をもって上記排気ポート19に対する二次空気の供給が行われるように、上記コンビバルブ104の開度をデューティ制御する。すなわち、電子制御ユニット105は、上記最適二次空気流量AFの値と上記コンビバルブ104の開度をデューティ制御する際のデューティ比とを関連付けした図7に例示するマップM4をさらに備えており、このマップM4に基づいて決定されるデューティ比にて上記電磁制御弁からなるコンビバルブ104の開度を制御する。例えば、同図7に示すように、上記一連の演算処理を通じて最終的に得られた最適二次空気流量の値が流量AF4であったとすると、この流量AF4に対応するデューティ比xにて上記コンビバルブ104の開度が制御される。
以上説明したように、この実施の形態にかかる内燃機関の二次空気制御装置によれば、以下に記載するような優れた効果が得られるようになる。
(1)内燃機関の二次空気制御装置として、触媒25の活性化温度はもとより、その前後端の温度差に基づいて上記排気ポート19に供給すべき二次空気の流量を制御することとした。このため、触媒25の早期活性化を損なうことなく、同触媒25の前後端での著しい温度差に起因する触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を好適に抑制することができるようになる。
(1)内燃機関の二次空気制御装置として、触媒25の活性化温度はもとより、その前後端の温度差に基づいて上記排気ポート19に供給すべき二次空気の流量を制御することとした。このため、触媒25の早期活性化を損なうことなく、同触媒25の前後端での著しい温度差に起因する触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を好適に抑制することができるようになる。
(2)しかも、上記触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制するために最適な二次空気量AFを予め予測(演算)し、この予測(演算)した流量AFをもって上記二次空気の供給を制御することとした。このため、触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制するための二次空気の流量AFの制御自体が容易かつ高い信頼性のもとに行われるようになる。
(3)上記演算推定する触媒の前後端の温度差TGが、上記マップM2(図5)における許容領域に入るように、上記二次空気の基本流量AFを演算することとした。すなわち、上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが上記許容領域から外れることがあったとしても、該許容領域を目標値(領域)とするフィードバック補正が行われることとなり、上記演算される二次空気の流量AFの値もより信頼性の高いものとなる。
(4)さらには、上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが、上記マップM3(図6)において別途設定される許容領域に入るか否か検証することとした。そして、同温度差TGが上記別途設定される許容領域に入ることが検証されるように上記排気系に供給すべき二次空気の流量AFを演算することとした。このため、上記触媒25の早期活性化を損なうことなく触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制する流量としてこうして演算される二次空気の流量AFも、触媒25の実状に即したより精度の高いものとなる。
(5)上記演算推定した触媒の前後端の温度差TGが、上記マップM3(図6)において上限温度差TGUを超えると検証される場合には、該検証結果を反映して再設定されたマップM2(図5)の許容領域を満たすように、二次空気の流量AFを演算することとした。これにより、上記触媒25の早期活性化を損なうことなく触媒担体25aの劣化や信頼性の低下を抑制する流量として最終的に演算される二次空気の流量AFが、極めて信頼性の高いものとなる。
(6)内燃機関の二次空気制御装置として、最終的に演算された基本流量AFに対応するコンビバルブ104の制御デューティ比を決定し、該決定したデューティ比にて上記コンビバルブ104の開度を制御することとしたため、上記供給する二次空気の流量を調量することも容易となる。
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、図3に示した最適二次空気量の演算処理のステップS18の処理において、上記マップM2(図5)において上限温度TUを上記変換した触媒の床温T5とする補正を行ってステップS13〜S17の処理を繰り返すこととした。ただし、この補正した上限温度TUがマップM2(図5)の上記下限温度TL未満となるような場合には、該補正を禁止してそのままこの演算処理を終了するようにしてもよい。これにより、触媒25の活性化温度についてはこれを最低限確保することができるようになり、排気エミッションの悪化も確実に抑制されるようになる。なおこの場合、電子制御ユニット105は、上記マップM2(図5)における許容領域の再設定、および上記触媒25の前後端の温度差の検証についてこれらを禁止する禁止手段としても機能する。
・上記実施の形態では、図3に示した最適二次空気量の演算処理のステップS18の処理において、上記マップM2(図5)において上限温度TUを上記変換した触媒の床温T5とする補正を行ってステップS13〜S17の処理を繰り返すこととした。ただし、この補正した上限温度TUがマップM2(図5)の上記下限温度TL未満となるような場合には、該補正を禁止してそのままこの演算処理を終了するようにしてもよい。これにより、触媒25の活性化温度についてはこれを最低限確保することができるようになり、排気エミッションの悪化も確実に抑制されるようになる。なおこの場合、電子制御ユニット105は、上記マップM2(図5)における許容領域の再設定、および上記触媒25の前後端の温度差の検証についてこれらを禁止する禁止手段としても機能する。
・上記触媒25の前後端に生じる温度差については、例えば同触媒25の前後端に各々設けられた2つの温度センサによる検出値に基づいて直接モニタすることもできる。この場合、リアルタイムにて上記二次空気の流量を制御することも可能となり、応答性並びに信頼性の面でのさらなる向上が期待される。ちなみに、このように温度センサを備える二次空気制御装置が二次空気の流量に対して実行する制御態様としては、例えば上記触媒25の前後端の温度差を直接モニタしつつ上記二次空気の流量を例えば目標値に追従させる形で制御する態様が考えられる。
・内燃機関の二次空気制御装置として、上記コンビバルブ104の開閉制御を通じて上記二次空気の流量を制御することとしたが、この二次空気の流量の制御については、電動式エアポンプ103の駆動制御を通じて行うことも可能である。
・二次空気は、吸気マニホールド21側から吸入されるものであってもよい。
・上記マップM2(図5)において、触媒25の床温Tに対する上記演算した水温による補正は、吸気温と併せて行うこともできる。
・上記マップM2(図5)において、触媒25の床温Tに対する上記演算した水温による補正は、吸気温と併せて行うこともできる。
・上記マップM3(図6)を用いて触媒25の前後端に生ずる温度差TGを推定演算することとしたが、該温度差TGが同触媒25の床温Tと略比例関係にあることに鑑みれば、上記マップM2において推定演算される触媒25の床温Tから直接、この温度差TGを推定することもできる。この場合、該温度差TGの推定精度は多少低下するものの、電子制御ユニット105としての演算負荷は軽減されるようになる。
11…内燃機関、12…シリンダブロック、13…シリンダヘッド、14…クランクシャフト、14a…クランク角センサ、15…ピストン、16…燃焼室、17…ウォータジャケット、17a…水温センサ、18…吸気ポート、19…排気ポート、20…吸気バルブ、21…吸気マニホールド、21a…吸気圧センサ、22…排気バルブ、23…排気マニホールド、24…排気管、25…触媒、26…点火プラグ、27…インジェクタ、101…流通路、102…エアクリーナ、103…電動式エアポンプ、104…コンビバルブ、105…電子制御ユニット。
Claims (8)
- 内燃機関の排気系に設けられた触媒の活性を促すべく、同機関の排気系に供給する二次空気の流量を制御する内燃機関の二次空気制御装置において、
前記触媒の前後端に生じる温度差を求め、該求めた温度差が前記触媒の劣化を抑制し得る所定の範囲に収まる値となるように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する二次空気量演算手段と、この演算された流量にて前記排気系に供給する二次空気量を制御する制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記内燃機関の回転数と負荷とに基づき前記二次空気の基本流量を求める基本流量演算手段と、この求められた二次空気の基本流量と機関温度とに基づき前記触媒の床温を推定する触媒床温推定手段とを備え、この推定される触媒の床温からこれと略比例関係にある前記触媒の前後端の温度差を演算推定して前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算するものである
請求項1に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記推定される触媒の床温に対し、当該触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して許容領域を設定し、前記演算推定する触媒の前後端の温度差がこの設定した許容領域に入るように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する
請求項2に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係から前記演算推定した触媒の前後端の温度差を検証する検証手段をさらに備え、前記演算推定する触媒の前後端の温度差が前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係に対して別途設定される許容領域に入ることが前記検証手段により検証されるように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する
請求項3に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記演算推定した触媒の前後端の温度差が前記推定される触媒の床温と前記触媒の前後端の温度差とについての予め定めた関係に対して別途設定される許容領域を超えることが前記検証手段により検証されるとき、前記触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して設定した許容領域を縮小する方向に当該領域を再設定し、前記演算推定する触媒の前後端の温度差がこの再設定した許容領域に入るように前記排気系に供給すべき二次空気の流量を演算する
請求項4に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記演算推定する触媒の前後端の温度差が前記再設定した許容領域に入るように前記排気系に供給する二次空気の流量を制御することによって前記触媒の活性化温度を満たさなくなることが判断されるとき、前記触媒の活性化温度から同触媒の劣化を抑制し得る前記所定の範囲に対応して設定した許容領域の再設定、および前記検証手段による検証を禁止する禁止手段をさらに備える
請求項5に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 前記二次空気量演算手段は、前記触媒の前後端に各々設けられた温度センサによる検出値に基づいて前記触媒の前後端に生じる温度差を求めるものである
請求項1に記載の内燃機関の二次空気制御装置。 - 当該二次空気制御装置は、前記内燃機関の排気系に供給する二次空気の流量を制御する電磁制御弁を備えて構成され、前記制御手段は、前記二次空気量演算手段にて演算された流量に対応する前記電磁制御弁のデューティ値を決定し、該決定したデューティ値にて前記電磁制御弁を制御する
請求項1〜7のいずれか一項に記載の内燃機関の二次空気制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003414975A JP2005171919A (ja) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | 内燃機関の二次空気制御装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010025005A (ja) * | 2008-07-22 | 2010-02-04 | Nissan Motor Co Ltd | 排気浄化装置 |
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-
2003
- 2003-12-12 JP JP2003414975A patent/JP2005171919A/ja active Pending
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WO2011086678A1 (ja) | 2010-01-14 | 2011-07-21 | トヨタ自動車株式会社 | 触媒温度制御装置 |
US8763380B2 (en) | 2010-01-14 | 2014-07-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalyst temperature control device |
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