JPH05195761A

JPH05195761A - 二次空気供給装置

Info

Publication number: JPH05195761A
Application number: JP632592A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sawamoto; 広幸澤本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1992-01-17
Publication date: 1993-08-03

Abstract

(57)【要約】【目的】燃料の増量補正量の増加による未燃焼成分量
の増加を触媒装置に流入する熱量の増加として見積もる
ことにより、触媒装置の過熱を防止する。【構成】内燃機関の冷間始動時に二次空気を排気系の
触媒装置に対して供給する二次空気供給手段を備える二
次空気供給装置において、前記二次空気の供給中に内燃
機関に供給する燃料の増量補正量を算出する増量補正量
算出手段と、前記増量補正量算出手段により算出される
燃料の増量補正量が多いほど前記二次空気供給手段によ
る二次空気の総供給量を減少する供給量制御手段を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気系に放出
される有害成分を低減するための排気浄化装置に関し、
特に排気浄化装置の排気浄化性能を向上すべく排気系に
二次空気を供給するための二次空気供給装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス
中には幾らかの有害成分が含まれるため、排気ガスが流
通する排気通路には排気ガスの浄化装置が設けられてい
る。浄化装置としては排気ガスを化学的に浄化する触媒
担体を排気通路に固定した触媒装置が一般的に使用され
ている。触媒装置は浄化性能を有効に発揮可能となる温
度域が限られており、触媒装置の温度が低いときには浄
化性能を殆ど発揮しない。このため、触媒装置の温度が
低い状態にある内燃機関の冷間始動時には触媒装置の上
流に二次空気を供給し、内燃機関の燃焼室から排出され
る排気ガス中の未燃焼成分と二次空気とを排気通路内で
燃焼反応させて、この反応熱により触媒装置の温度を触
媒装置が有効に浄化性能を発揮可能となる温度域まで短
時間に上昇させている。一方、触媒装置の温度が十分上
昇しているにも関わらず、二次空気を供給して排気ガス
中の未燃焼成分と二次空気を反応させ続けると、触媒装
置が過熱して熱損を起こす虞れがある。このため、触媒
装置の温度を測定し、触媒装置が浄化性能を有効に発揮
可能となる温度域に入った時点で二次空気の供給を停止
する制御を行う必要がある。しかし、触媒装置付近の環
境が熱的に厳しい環境に在ることから、触媒装置の温度
を測定するために触媒装置付近に温度センサを使用する
ことは困難となっている。そこで、触媒装置付近に温度
センサを使用するかわりに、内燃機関の吸入空気量の積
算値を触媒装置の温度の代用値として使用した二次空気
供給装置の構成が実開昭６３−２６７４８号公報に開示
されている。上記構成によれば、吸入空気量が内燃機関
の燃焼室内で発生する発熱量を直接的に表しているた
め、触媒装置に温度センサを取り付けなくても触媒装置
の温度を比較的正確に捉えることが出来る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関が
排気通路に排出する排気ガス中の未燃焼成分の量は燃焼
室に供給する燃料の供給量の増加、特に燃料の増量補正
量に略比例して増加するものである。そして、燃料の増
量補正は内燃機関の冷間始動時においては燃焼室内での
燃焼安定のために行われるものであるが、その増量補正
量は通常外部環境に応じて適宜変更されており、例えば
特開昭６１−６５０３７号公報には機関温度と吸気温度
に応じて増量補正量を変化する燃料供給装置を備えた内
燃機関が開示されている。内燃機関が上記構成を有して
いると、内燃機関がおかれた外部環境によっては、燃料
の増量補正量が比較的多くなる場合があり、増量補正量
に略比例して大量の未燃焼成分が排気通路に排出され
る。この場合には、大量の未燃焼成分と二次空気の反応
により、大量の反応熱が発生することになり、触媒装置
の温度が急速に上昇して触媒装置が過熱する虞れがあ
る。しかしながら、実開昭６３−２６７４８号公報の構
成では、燃料の増量補正量の増加による未燃焼成分と二
次空気の反応熱の増加は考慮されていないため、増量補
正量の大小に関わらず吸入空気量が所定値となるまでは
常に二次空気の供給が行われてしまう。このため、燃料
の増量補正量の増加により触媒装置の温度上昇が早くな
り、極めて短時間に触媒装置の温度が必要な温度に達し
ていても、二次空気の供給が継続されるので触媒装置の
過熱を防止出来ない。本発明は上記問題に鑑み、燃料の
増量補正量の増加による未燃焼成分量の増加を触媒装置
に流入する熱量の増加として見積もることにより、触媒
装置の過熱を防止することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明における二次空気
供給装置は、図１に示すように、内燃機関１の冷間始動
時に二次空気を排気系の触媒装置１０に対して供給する
二次空気供給手段１９を備える二次空気供給装置におい
て、前記二次空気の供給中に内燃機関に供給する燃料の
増量補正量を算出する増量補正量算出手段２１と、前記
増量補正量算出手段により算出される燃料の増量補正量
が多いほど前記二次空気供給手段１９による二次空気の
総供給量を減少する供給量制御手段２０を備える事を特
徴とする。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、燃料の増量補正量の増加に
よる未燃焼成分量の増加を触媒装置１０に流入する熱量
の増加として見積もり、燃料の増量補正量が多いときに
は二次空気の総供給量の減少が行われる。

【０００６】

【実施例】続いて、本発明の一実施例について、図２、
図３、図４に基づいて説明する。図２は実施例の全体構
成図であり、内燃機関１の燃焼室２に新気を供給する吸
気通路３には、吸入空気温度ＴＨＡを検出する吸気温セ
ンサ８、吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ４、
吸入空気量Ｑを規制するスロットル弁５、燃料を燃焼室
２に噴射供給する燃料噴射弁６が、吸気通路３の上流か
ら順に配設されている。一方、内燃機関１からの排気ガ
スを導出する排気通路７には、排気ガスの成分濃度を検
出する空燃比センサ９、三元触媒による触媒装置１０が
排気通路７の上流から順に配設されている。また、内燃
機関１の冷却水通路１１には冷却水温ＴＨＷを検出する
冷却水温センサ１２が配設されている。空燃比センサ９
の上流側の排気通路７には二次空気供給通路１６の下流
端が接続され、この二次空気供給通路１６の上流端は制
御弁１３およびエアポンプ１４を介してエアフローメー
タ４の上流の吸気通路３に接続されている。エアポンプ
１４は図示しない駆動手段により内燃機関１の運転中は
常に運転されている。前述した二次空気供給通路１６と
エアポンプ１４と制御弁１３が特許請求の範囲の二次空
気供給手段１９にあたる。制御弁１３には二次空気供給
通路１６の他にリリーフ通路１５が接続されており、エ
アポンプからの圧縮空気の流れを任意に大気中にリリー
フ可能となっている。吸気温センサ８の出力と、エアフ
ローメータ４の出力と、空燃比センサ９の出力と、冷却
水温センサ１２の出力と、内燃機関１の回転速度Ｎｅを
検出する回転速度センサ１８の出力は総合制御部１７に
入力される。総合制御部１７の出力は燃料噴射弁６と制
御弁１３に入力されており、吸気温センサ８の出力と、
エアフローメータ４の出力と、空燃比センサ９の出力
と、冷却水温センサ１２の出力と、回転速度センサ１８
の出力に基づいて燃料噴射弁６と制御弁１３が総合制御
部１７により制御される。以下に総合制御部１７での動
作を図３、図４のフローチャートに基づいて説明する。
図３は、総合制御部１７での燃料噴射量の演算を表した
フローチャートであって、内燃機関１の所定クランク
角、例えば３６０°CA毎に実行されている。ステップ１
０１では、吸入空気温度ＴＨＡ、冷却水温度ＴＨＷ、回
転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑ、空燃比センサ出力Ｖの出力
値を読みこみステップ１０２に進む。ステップ１０２で
は、基本噴射量Ｔｐを演算する。即ち、吸入空気量Ｑ及
び回転速度Ｎｅのデータから、Ｔｐ←ｋＱ／Ｎｅにより演算してステップ１０３に進む。ステップ１０３
では、冷却水温度ＴＨＷと内燃機関１の暖機終了判定温
度である所定温度Ａ°Ｃとを比較して、ＴＨＷがＡ°Ｃ
以上の場合は空燃比フィードバック制御を行うためにス
テップ１０６に進み、ＴＨＷがＡ°Ｃ以下の場合は暖機
増量を行うためにステップ１０４に進む。ステップ１０
４では、暖機増量係数ＦＷＬを演算する。即ち、吸入空
気温度ＴＨＡ及び冷却水温度ＴＨＷのデータから、ＦＷＬ←１＋ｆ₁（ＴＨＡ）×ｆ₂（ＴＨＷ）により演算してステップ１０５に進む。式中の関数ｆ₁
（ＴＨＡ）は吸入空気温度ＴＨＡが低いほど大きな値を
とる関数であって、最大値は１で最小値は０となってい
る。また、式中の関数ｆ₂（ＴＨＷ）は冷却水温度ＴＨ
Ｗが低いほど大きな値をとる関数であって、最大値は１
で最小値は０となっている。ステップ１０５では、暖機
増量中は内燃機関１の空燃比制御をオープン制御とする
ために、空燃比補正係数ＦＡＦを１としてステップ１０
８に進む。ステップ１０６では、暖機終了後に暖機増量
は不要であるため、暖機増量係数ＦＷＬを１としてステ
ップ１０７に進む。ステップ１０７では、空燃比補正係
数ＦＡＦを演算する。即ち、空燃比センサ出力Ｖのデー
タから、ＦＡＦ←１＋ｆ₃（Ｖ）により演算してステップ１０８に進む。式中の関数ｆ₃
（Ｖ）は空燃比センサ出力Ｖが０．４５ボルト以下の場
合には正の値を取り、空燃比センサ出力Ｖが０．４５ボ
ルト以上の場合には負の値を取る関数であり、最大値は
１で最小値は−１となっている。ステップ１０８では、
燃料噴射量ＴＡＵを演算する。即ち、先のステップで求
められた基本噴射量Ｔｐと空燃比補正係数ＦＡＦと暖機
増量係数ＦＷＬの値から、ＴＡＵ←Ｔｐ×ＦＡＦ×ＦＷＬ×α＋β により演算してステップ１０９に進む。式中のα、βは
その他の補正係数と補正量であって、例えば、過渡時補
正、電源電圧補正等に相当する。ステップ１０９では、
演算された燃料噴射量ＴＡＵの値を燃料噴射弁６の図示
しない駆動装置にセットして燃料噴射量の演算フローを
抜ける。燃料噴射弁６の駆動装置は、燃料噴射量ＴＡＵ
の値がセットされると、すぐに燃料噴射弁６を駆動し
て、燃料噴射量ＴＡＵの値に相当する燃料を燃焼室２に
噴射する。

【０００７】図４は、総合制御部１７での制御弁１３の
制御を表したフローチャートであって、図３の燃料噴射
量の演算フローの終了後、所定クランク角が進んで次の
燃料噴射量の演算フローが始まる前迄の間に行われる。
ステップ２０１では、冷却水温度ＴＨＷの出力値を読み
込みステップ２０２に進む。ステップ２０２では、冷却
水温度ＴＨＷと内燃機関１の暖機終了判定温度である所
定温度Ａ°Ｃとを比較する。ＴＨＷがＡ°Ｃ以上の場合
は内燃機関１が暖機終了状態であるか、又は温間始動時
であるため、ステップ２０３に進み二次空気の供給を停
止状態とする制御弁１３の制御を行う。また、ＴＨＷが
Ａ°Ｃ以下の場合は内燃機関１が冷間始動時であって、
且つ暖機が終了していない状態であるため、ステップ２
０６に進み触媒装置１０の状態に応じた二次空気の供給
制御を行う。ステップ２０６では、二次空気供給状態フ
ラグＦＡＩの値が、二次空気供給状態を示す１であるか
を判定する。１でない、即ち０であれば内燃機関１が冷
間始動時であって、且つ内燃機関１の暖機が終了してい
ない状態であり、しかも内燃機関１の始動開始後に二次
空気の供給が未だ開始されていない状態にある。このた
め、ステップ２０７に進み二次空気の最適な供給開始時
期の判定が行われる。一方、１である場合には内燃機関
１が冷間始動時であって、且つ内燃機関１の暖機が終了
していない状態であり、しかも内燃機関１の始動開始後
に二次空気の供給が既に開始されている状態にある。こ
のため、ステップ２１２に進み二次空気の供給を続けた
場合に触媒装置１０が過熱する状態にあるかどうかの判
定が行われる。ステップ２０７では、吸入空気量Ｑの出
力値を読み込みステップ２０８に進む。ステップ２０８
では、始動後の総吸入空気量ＴＱに吸入空気量Ｑを加え
て新たな総吸入空気量ＴＱを算定し、ステップ２０９に
進む。ステップ２０９では、始動後の総吸入空気量ＴＱ
が、二次空気の最適な供給開始時期を表す所定の総吸入
空気量ＬＴＱ以下であるかどうかを判定する。通常冷間
始動時には内燃機関１の始動後所定の排気ガスが流通し
た後でなければ、二次空気と未燃焼成分は燃焼反応出来
ず、かえって二次空気が触媒を冷やすことになる。この
ため、ＬＴＱ以下であればステップ２０４に進み、二次
空気供給状態フラグＦＡＩの値を０として、ステップ２
０５で制御弁１３を全量リリーフの位置にして二次空気
の供給を停止状態としてフローを抜ける。また、ＬＴＱ
を越えている時はステップ２１０に進み、二次空気供給
状態フラグＦＡＩの値を１として、ステップ２１１で制
御弁１３を非リリーフの位置にして二次空気の供給を開
始してフローを抜ける。ステップ２１２では、燃料噴射
量ＴＡＵの算定値を読み込みステップ２１３に進む。前
述した燃料噴射量の演算フローとこのステップ２１２
が、特許請求の範囲の増量補正量算出手段２１にあた
り、基本噴射量Ｔｐを含む形で燃料の増量補正量を算出
している。ステップ２１３では、二次空気供給開始後の
総燃料噴射量ＴＴＡＵに燃料噴射量ＴＡＵを加えて新た
な総燃料噴射量ＴＴＡＵを算定し、ステップ２１４に進
む。ステップ２１４では、二次空気供給開始後の総燃料
噴射量ＴＴＡＵと、二次空気の供給を続けた場合に触媒
装置１０が過熱する状態を表す所定の総燃料噴射量ＬＴ
ＴＡＵとを比較して、総燃料噴射量ＴＴＡＵが所定の総
燃料噴射量ＬＴＴＡＵ以下であるかどうかを判定する。
ＬＴＴＡＵ以下であればステップ２１０に進み、二次空
気供給状態フラグＦＡＩの値を１として、ステップ２１
１で制御弁１３を非リリーフの位置にして二次空気の供
給を開始してフローを抜ける。ＬＴＴＡＵを越えている
時はステップ２１５に進み、二次空気供給状態フラグＦ
ＡＩの値を０として、ステップ２１６で制御弁１３を全
量リリーフの位置にして二次空気の供給を停止状態とし
てフローを抜ける。前述したステップ２１３、２１４、
２１０、２１１、２１５、２１６は、特許請求の範囲の
供給量制御手段２０にあたる。ステップ２０３では、内
燃機関１が暖機終了状態であるため、ＴＴＡＵ、ＴＱＴ
の値をクリアしてステップ２０４に進み、二次空気供給
状態フラグＦＡＩの値を０として、ステップ２０５で制
御弁１３を全量リリーフの位置にして二次空気の供給を
停止してフローを抜ける。

【０００８】上記実施例の構成によれば、冷却水温度Ｔ
ＨＷあるいは吸入空気温度ＴＨＡが低い程、内燃機関１
の燃焼室２に供給される燃料の増量補正量は多くなる。
このため、極寒状態においても内燃機関１の運転状態は
常に安定する。また、内燃機関１の始動後すぐには二次
空気の供給は行われず、始動後の総吸入空気量ＴＱが所
定の総吸入空気量ＬＴＱ以下の時には二次空気の供給は
行われない。二次空気と未燃焼成分は内燃機関１の始動
後すぐには燃焼反応可能な状態ではなく、かえって二次
空気が触媒装置１０を冷却してしまうため、始動後しば
らくは二次空気の供給を規制することにより有効に触媒
装置１０の温度を上昇出来る。また、二次空気の供給開
始後は燃料噴射量ＴＡＵの算定値を積算した値である総
燃料噴射量ＴＴＡＵが、所定の総燃料噴射量ＬＴＴＡＵ
を越えた時点で二次空気の供給が停止される。燃料噴射
量ＴＡＵの算定値の中には増量補正量の値が含まれてお
り、燃料の増量補正量が多いときには燃料噴射量ＴＡＵ
の算定値は大きくなる。このため、燃料の増量補正量が
多いときには始動後の総燃料噴射量ＴＴＡＵの値は素早
く増加し、短時間に所定の総燃料噴射量ＬＴＴＡＵを越
えるので、二次空気の供給時間は短くなり、結果として
二次空気の総供給量は減少される。二次空気の総供給量
の減少により、排気ガス中の未燃焼成分と二次空気の反
応が抑制されるため、増量補正量が比較的多い場合にも
触媒装置１０の温度が急速に上昇して触媒装置が過熱す
る虞れは無くなる。一方、増量補正量が比較的少ない場
合には、逆に二次空気の総供給量は増大し、排気ガス中
の未燃焼成分と二次空気の反応を促進し、触媒装置１０
の温度を短時間に上昇出来る。

【０００９】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限るものではなく、本発明の
範囲内において、その他種々の実施例が可能なものであ
る。例えば、燃料の増量補正量が多いときに、二次空気
の供給時間を短くする方法ではなく、二次空気の供給時
間は一定で二次空気の単位時間の供給量を減少する方法
により、二次空気の総供給量を減少するようにしてもよ
い。また、二次空気の供給制御は制御弁１３による制御
に限るものではなく、内燃機関１のクランク軸から回転
動力を得ているエアポンプ１４においては、クランク軸
とエアポンプ１４の間の動力伝達経路に配設したクラッ
チのＯＮ、ＯＦＦ制御により行ってもよいし、電動モー
タにより駆動されるエアポンプ１４においては、電動モ
ータの電源のＯＮ、ＯＦＦ制御により行ってもよい。

【００１０】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の二次空気供
給装置においては、燃料の増量補正量の増加による未燃
焼成分量の増加を触媒装置に流入する熱量の増加として
見積もり、燃料の増量補正量が多いときには二次空気の
総供給量の減少が行われる。このため、排気ガス中の未
燃焼成分と二次空気の反応が抑制され、燃料の増量補正
量が比較的多い場合にも、触媒装置の温度が急速に上昇
して過熱する虞れは無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図。

【図２】本発明の一実施例の全体構成図。

【図３】総合制御部での燃料噴射量の演算を表すフロ
ーチャート。

【図４】総合制御部での制御弁の制御を表すフローチ
ャート。

【符号の説明】

１・・・内燃機関２・・・燃焼室３・・・吸気通路４・・・エアフローメータ５・・・スロットル弁６・・・燃料噴射弁７・・・排気通路８・・・吸気温度センサ９・・・空燃比センサ１０・・・触媒装置１１・・・冷却水通路１２・・・冷却水温センサ１３・・・制御弁１４・・・エアポンプ１５・・・リリーフ通路１６・・・二次空気供給通路１７・・・総合制御部１８・・・回転速度センサ１９・・・二次空気供給手段２０・・・供給量制御手段２１・・・増量補正量検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の冷間始動時に二次空気を排気
系の触媒装置に対して供給する二次空気供給手段を備え
る二次空気供給装置において、前記二次空気の供給中に
内燃機関に供給する燃料の増量補正量を算出する増量補
正量算出手段と、前記増量補正量算出手段により算出さ
れる燃料の増量補正量が多いほど前記二次空気供給手段
による二次空気の総供給量を減少する供給量制御手段を
備える事を特徴とする二次空気供給装置。