JP2004124824A - Secondary air supply device - Google Patents

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JP2004124824A
JP2004124824A JP2002290336A JP2002290336A JP2004124824A JP 2004124824 A JP2004124824 A JP 2004124824A JP 2002290336 A JP2002290336 A JP 2002290336A JP 2002290336 A JP2002290336 A JP 2002290336A JP 2004124824 A JP2004124824 A JP 2004124824A
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Japan
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secondary air
exhaust port
air supply
internal combustion
combustion engine
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Inventor
Naohisa Watanabe
渡邊 尚央
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary air supply device capable of preventing cooling of an exhaust port of an internal combustion engine with the secondary air by starting the supply of the secondary air after completion of warming-up the exhaust port. <P>SOLUTION: When the supply of the secondary air is started after the completion of the warming-up of the exhaust port, the warming-up of the exhaust port based on surface or the like of the exhaust port is determined. The secondary air supply device comprises a secondary air supply path for supplying the secondary air to the upstream side of an exhaust emission control device arranged in an exhaust system of the internal combustion engine, and an opening/closing means for opening and closing the secondary air supply path. A means for presuming the temperature of the exhaust port which supplies the secondary air is provided. The temperature of the exhaust port inhibits the secondary air from being supplied until the predetermined temperature or more is reached, and the exhaust port controls cooling by the secondary air. The supply of the secondary air is started after completion of the warming-up of the exhaust port, thus effectively promoting afterburning by the secondary air supply. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に設けた排気浄化装置の上流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。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関は、混合気を燃焼させた後、この排気を気筒から排気ポート、排気マフラ側へ排出するが、排気路には排気浄化装置を配置して、排気中の一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)等の有害成分を浄化するようにしている。このような排気浄化装置は、通常、所定の温度領域でその浄化能力を発揮するものである。
【0003】
そこで、排気浄化装置の温度が低いときは、新気を排気ポート側に導入して、排気中に含まれるCO、HCを再燃焼させて排気浄化装置の活性化を促進し、CO、HC及びNOxの排出レベルの低減を図る二次空気供給装置が知られている。
そのために、内燃機関温度が所定温度よりも低いときのみ排気ポートに新気を導入するようにして、かつ内燃機関が所定温度のより高く、暖機運転状態になった場合には、排気ポートへの新気の導入を遮断するものがある(例えば、特許文献1参照)
このように、従来は、内燃機関の始動後は、すぐに二次空気供給装置によって二次空気を排気ポートに送るとともに、燃料噴射量を理論空燃比よりも濃くすることによって、排気浄化装置の暖機をしていた。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−62564号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の状況によっては、内燃機関の始動後にすぐに二次空気を供給すると、二次空気の温度が低いために、排気中のCO、HCの後燃え反応、すなわち再燃焼が行われず、却って排気ポートを低温の二次空気で冷却する結果となり、また、低温の空気及び排気を排気浄化装置に送ることになって排気浄化装置の暖機遅れ、未燃燃料の大気への排出が生じる虞がある。
【0006】
このような事態が生じるのは、二次空気が供給される排気ポートの温度が、内燃機関の始動直後では充分に上昇しておらず、上記のような後燃え反応を生じさせるには未だ低い状態であることに起因する。すなわち、本発明者は、二次空気供給を起動時から効率よく発揮させるためには、排気ポート等を暖機させ、その周辺の空気をある程度、暖める必要があることに着目して、本発明を完成したものである。
【0007】
本発明は、内燃機関の排気ポートの暖機が完了してから二次空空気の供給を開始するようにして、排気ポートが二次空気で冷却されることを抑制可能な二次空気供給装置を提供することを技術的課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、排気ポートの暖機を完了してから二次空気の供給を開始し、その際に、排気ポートの表面積等に基づく排気ポートの暖機判定をするものであって、次のような構成である。
【0009】
すなわち、内燃機関の排気系に設置した排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給通路と、この二次空気供給通路を開閉する開閉手段と、を備える二次空気供給装置において、
二次空気が供給される排気ポートの温度を推定する手段を設け、この排気ポートの温度が所定温度以上になるまでは二次空気の供給を禁止し、排気ポートが二次空気で冷却されることを抑制することを特徴とする。
【0010】
前記排気ポートの温度を推定する手段は、少なくとも、内燃機関の始動時からの積算吸入空気量、内燃機関の始動時からの燃料噴射量の積算噴射量、及び機関水温のうちのいずれか一つ以上と排気ポートの表面積とを考慮し、排気ポートの暖機状態を推定して、二次空気の供給時期を決定することができる。
【0011】
具体的には、内燃機関の始動時からの積算吸気量を排気ポートの表面積で除して得られた値が、予め定めた基準値より大きいと判断されたときには、二次空気の供給を開始するようにしてもよい。
【0012】
また、内燃機関の始動時からの積算燃料噴射量を排気ポートの表面積で除して得られた値が、予め定めた基準値より大きいと判断されたときには、二次空気の供給を開始することができる。
【0013】
このように、内燃機関の始動時からの積算空気量、または/及び積算燃料噴射量が所定量に達すれば、排気ポートの温度が所定温度まで上昇しているものと考えられ、これを排気ポートの表面積で除することで暖機状態を示す値が得られる。この値が予め決められた基準値よりも大きければ、排気ポートの暖機がされたものと判断して、二次空気の供給を開始することが可能である。
【0014】
本発明によれば、排気ポートの暖機を完了してから二次空気の供給を開始するので、二次空気供給による後燃えが有効に促進され、所期の触媒暖機効果を確実に発揮することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次空気供給装置を、図1から図5に示される実施形態について更に詳細に説明する。
【0016】
図1は、本実施の形態に係る内燃機関とその二次空気供給装置の概略構成を示す図である。
【0017】
内燃機関1は、4つのシリンダ30を有する4サイクル・ガソリン機関であり、各シリンダ30のピストンの上方には、ピストンの頂面とシリンダヘッド1aの壁面とに囲まれた燃焼室が形成されている。また、吸気系40、排気系50、二次空気供給系60を備えている。
【0018】
吸気系40では、それぞれの吸気枝管26に接続した吸気管41には、スロットル弁42が設けられており、この吸気管41はエアフィルタ43に接続されている。このエアフィルタ43とスロットル弁42の間には、吸入空気量を測定するためのエアフロメータ44が配設されている。
【0019】
排気系50は、各燃焼室から排出される排気の通路である排気管54が形成され、この排気管54の上流から下流にかけて、排気弁51、排気ポート53排気枝管52、排気管54が順次接続されている。
【0020】
排気管54には排気浄化装置5が設けられ、そのケーシング中には、排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、及び窒素酸化物(NOx)を浄化する機能を備えた三元触媒が配設されている。
【0021】
二次空気供給系60は、内燃機関1の外部から取り入れた空気を二次空気として各排気枝管52に供給するように構成されている。
【0022】
二次空気供給通路61上は、上流側からエアポンプ13、スイッチングバルブ62、逆止弁であるリードバルブ63が配置されている。また、エアポンプ13とエアスイッチングバルブ62の間には圧力センサ64が設けられている。前記エアスイッチングバルブ62には、吸気管41のスロットル弁42の下流から延びる配管65が接続され、この配管65には電磁弁66が設けられている。
【0023】
前記エアポンプ13は電気モータにより駆動され、このエアポンプ13は、外部からの指示に基づいて回転駆動するモータ部と、このモータ部により回転駆動されて吸入した空気を加圧するポンプ部とを備えている。そして、空気導入通路14を通じて吸気管41の途中(スロットル弁の上流で、エアクリーナの下流)から空気を吸入する。エアポンプ13から圧送される空気は、二次通路供給管61と、この供給管61から分岐する分配管67を通じて排気枝管52に供給される。
【0024】
このような二次空気供給装置は、主として、冷間始動時等であって燃料濃度が高く、空燃比が小さく、かつ排気浄化装置が活性温度に達していない状態で、電磁弁66を開くことで、吸気管41内の負圧をエアスイッチングバルブ62に導き、このエアスイッチングバルブ62を開き、エアポンプ13を駆動させることで、エアフィルタ43を通過した吸気の一部を二次空気供給管61及び分配管67を介して、排気管54内に導くことができる。
【0025】
また、内燃機関1は、クランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと電磁ピックアップとからなるクランクポジションセンサ47と、内燃機関1の内部に形成された冷却水路を流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロックに取り付けられた水温センサ46とを備えている。
【0026】
図2には、排気ポート53及び排気枝管52の構造の詳細が示されており、各シリンダ30には、二つずつの吸気弁31及び排気弁51が設けられている。
【0027】
前記排気弁51が設けられた排気ポート53の下流には、それぞれの排気ポート53に接続された排気枝管52が形成され、複数の排気枝管52は下流で一体となって、排気管54となっている。
【0028】
また、排気弁51の下流側には、分配管67に接続された二次空気供給口4が設けられている。
【0029】
このように構成された内燃機関1には、この内燃機関1の運転状態を制御するための電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU、以下ECUと称する)20が併設されている。
【0030】
このECU20には、エアフローメータ44、スロットルポジションセンサ45、水温センサ46、クランクポジションセンサ47、等、の各種センサが電気配線を介して接続され、ECU20は、クランクポジションセンサ47から入力される信号に基づいて、燃料の噴射時期及び点火時期を演算することができる。また、内燃機関1の運転状態に関する各制御や、特にエアポンプ13の駆動やスイッチングバルブ62の開閉駆動を通じて各排気ポート53に二次空気を供給する制御を実施する。
【0031】
ここで、二次空気供給制御について説明する。
【0032】
内燃機関1では、始動時等であって内燃機関1の温度が低い条件(冷間時)において運転をする場合、燃料噴射弁を通じて燃焼室内に供給する燃料の量を増量し、機関燃焼の安定化、暖機の促進を図るのが一般的である。ところが、燃料量を増量して混合気をリッチ化すれば、排気中の未燃燃料(HC、CO等)が増えることになる。その上、冷間時には排気浄化装置の温度が低く、触媒が充分に活性化していない。
【0033】
そのため、冷間始動時等、触媒温度が活性温度に達していないときに混合気をリッチ化する場合には、二次空気供給制御を実施して、各燃焼室から排出された直後の排気に空気を混入させ、排気中に含まれる未燃燃料成分の酸化反応を促す。このようにして、排気浄化装置の上流において未燃燃料成分の浄化が促進さるとともに、その反応熱によて排気浄化装置の触媒の活性化が早められる。
【0034】
次に、本発明における二次空気供給制御について具体的に説明する。
(実施の形態1)
本制御では、最初に内燃機関1を始動させるが、内燃機関1が始動しているか否かは、クランクポジションセンサ47の発する信号により内燃機関1の作動を確認する。その信号から回転数NEを演算して、この回転数NEが、例えば400回転/min.に達していれば始動したものと判断する。図4に、内燃機関1の始動後、二次空気供給の前後における機関回転数、空燃比、排気ポート温度、触媒床温、未燃HCの排出量等の変化をタイムチャートとして示している。
【0035】
図4(a)(b)に示すように、始動直後は暖機のため、燃料噴射量が増大され、内燃機関1の回転数NEも高くなる。ただし、二次空気供給が開始されるまでは、燃料噴射量は一旦減少する。破線で示すものは、始動直後から二次空気を供給する場合のものである(以下、破線は同様)。
【0036】
また、図4(e)に示すように、始動後の一次A/F(シリンダ内の混合気の空燃比)はリッチの状態となるが、その後、理論空燃比となる。
【0037】
一方、二次空燃比(排気ポートにおける排気の空燃比)は、同(f)に示すように、始動後はリッチの状態を経て理論空燃比となる。
【0038】
次に、内燃機関1の温度、少なくとも排気弁53の下流部分の温度、すなわち排気ポート53の暖機状態を判定する。第1に、内燃機関1の始動からの積算吸入空気量(排気ポート53を通過した空気量)を求める。これは、エアフロメータ44によって計測された信号に基づき、ECU20が算出する。エアフロメータ44は、例えば一秒間に吸入した空気量を計測するが、これを積算することで内燃機関1に吸入された総空気量を求める。
【0039】
この積算空気量を排気ポート53の面積で除した値αが、予め決められてROMに記憶されている基準値βと比較される(図4(c)参照)。この基準値βは、実験等により求められたもので排気ポートが暖機したと判断可能な所定値である。このような判定を行うのは、二次空気供給による再燃焼の効果を引き出せるか否かは、排気ポートの表面積に依存するためである。
【0040】
上記の値αが基準値βより大きければ、排気ポート53の暖機がされているものと判断し、二次空気の供給を開始する(図4(c))。
【0041】
図4(d)(e)に示すように、二次空気の供給開始後は、一次空燃比はリッチとなり、二次空燃比はリーンとなる。これはシリンダ内ではHC成分を多く含む混合気が生成されて排出されるが、二次空気の供給によって酸素が供給されてリーンに変化し、再燃焼が可能となることを示す。なお、破線は始動直後から
二次空気を供給した場合に設定される空燃比の変化を示す。
【0042】
図4(g)では、排気ポートの温度変化が示され、本発明によれば、実線で示すように排気ポートの温度上昇の速度が早い。これは、始動直後に、低温の二次空気を供給して排気ポートの温度上昇を妨げることがないからである。
【0043】
図4(h)では、触媒床温の変化を示しており、実線は本発明による場合を示し、破線は始動直後から二次空気を供給した場合を示す(以下、同様)。本発明によれば二次空気供給による再燃焼の効果が効率的に発揮されるので、触媒床温の上昇が早くなる。これに伴い、図4(i)に示すように、触媒で浄化されずに排気中に存在している未燃HCの量が減少する。
【0044】
このように、排気ポート53の暖機が行われてから二次空気の供給を開始することで、触媒床温の上昇が早くなり、また、その浄化率の向上によって未燃HCの排出が大きく減少することがわかる。
【0045】
本実施の形態による制御を、図3に示すフローチャートにより説明する。
【0046】
二次空気供給(AI)使用判定をするための演算用のフローチャートを実行するルーチンは、予めROMに記憶されており、CPUによって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0047】
ステップ101では、内燃機関1が始動される。始動後は、ステップ102に進み、排気ポートの暖機がされているか否かを判定する。ここでは、ECU20は、内燃機関の始動からの積算空気量を排気ポート53の面積で除して得られた値α1と、基準値β1を比較する。値α1が基準値β1よりも小さければ二次空気供給はされずにこのルーチンを終了する。
【0048】
値α1が基準値β1よりも大きければ、ステップ103に進み、エアポンプ13を作動させ、次に、ステップ104に進んで、スイッチングバルブ62を開いて、二次空気の供給を開始し、このルーチンを終了する。
(実施の形態2)
この実施の形態では、前記の実施の形態1と異なる部分のみを説明する。
【0049】
最初に内燃機関1を始動させるが、図5に、内燃機関1の始動後、二次空気供給の前後における機関回転数、空燃比、排気ポート温度、触媒床温、未燃HCの排出量等の変化をタイムチャートとして示している。このタイムチャートは、図3に示すものと同様であるが、排気ポート53の暖機判定をするため、実施の形態1では積算空気量を用いたが、この実施の形態2では積算燃料噴射量に基づいて算出する点が異なる。すなわち、排気ポート53の暖機状態を判定するために、内燃機関1の始動からの積算燃料噴射量を用いる。これは、各燃料噴射弁から噴射された燃料の合計を、ECU20が算出することで求められる。
【0050】
この積算燃料噴射量を排気ポート53の面積で除した値α2が、予め決められてROMに記憶されている基準値β2と比較される(図5(c)参照)。この基準値β2は、実験等により求められたもので排気ポートが暖機したと判断可能な所定値である。上記の値α2が基準値β2より大きければ、排気ポート53の暖機がされているものと判断し、二次空気の供給を開始する(図5(c))。
【0051】
本実施の形態による二次空気供給(AI)判定のための演算を、図5に示すフローチャートにより説明する。
【0052】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めROMに記憶されており、CPUによって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ33がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0053】
ステップ201では、内燃機関1が始動される。始動後は、ステップ202に進み、排気ポート53の暖機がされているか否かを判定する。ここでは、ECU20は、内燃機関の始動からの積算燃料噴射量を排気ポート53の面積で除して得られた値α2と、基準値β2を比較する。値α2が基準値β2よりも小さければ二次空気供給は開始されずに、このルーチンを終了する。
【0054】
反対に、値α2が基準値β2よりも大きければ、ステップ203に進み、エアポンプ13を作動させ、次に、ステップ204に進んで、スイッチングバルブ62を開いて、二次空気の供給を開始し、このルーチンを終了する。
【0055】
上記の実施の形態では、内燃機関1から排出される排気を浄化する浄化装置として、三元触媒を例示したが、これに替えて、他の排気成分の浄化を目的とする浄化装置を用いてもよい。
【0056】
また、上記の各実施の形態では、ガソリンエンジンに本発明を適用する例について述べたが、これに限らず、本発明はディーゼルエンジンに適用するようにしてもよい。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気ポートの暖機が完了してから二次空空気の供給を開始するようにしたので、排気ポートが二次空気で冷却されることが抑制され、排気浄化装置の触媒床温の早期上昇が実現され、排気エミッションの改善がされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略構成図である。
【図2】シリンダ部分の構造を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態1における二次空気使用判定のための演算の流れを示すフローチャート図である。
【図4】本発明の実施の形態1において、二次空気供給制御のタイムチャート図である。
【図5】本発明の実施の形態2における二次空気使用判定のための演算の流れを示すフローチャート図である。
【図6】本発明の実施の形態1において、二次空気供給制御のタイムチャート図である。
【符号の説明】
1 内燃機関
4 二次空気供給口
5 排気浄化装置
13 エアポンプ
20 ECU
51 排気弁
52  排気枝管
54  排気管
62 スイッチングバルブ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary air supply device for supplying secondary air upstream of an exhaust gas purification device provided in an exhaust system of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
After combusting the air-fuel mixture, the internal combustion engine discharges the exhaust gas from the cylinder to an exhaust port and an exhaust muffler side. An exhaust gas purification device is disposed in an exhaust path, so that carbon monoxide (CO) in the exhaust gas, Harmful components such as hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) are purified. Such an exhaust gas purifying device usually exhibits its purifying ability in a predetermined temperature range.
[0003]
Therefore, when the temperature of the exhaust gas purification device is low, fresh air is introduced into the exhaust port side to re-burn CO and HC contained in the exhaust gas to promote the activation of the exhaust gas purification device, and to reduce CO, HC and BACKGROUND ART A secondary air supply device for reducing a NOx emission level is known.
Therefore, fresh air is introduced into the exhaust port only when the internal combustion engine temperature is lower than the predetermined temperature, and when the internal combustion engine is higher than the predetermined temperature and is in a warm-up operation state, the exhaust port is connected to the exhaust port. There is one that blocks the introduction of fresh air (for example, see Patent Document 1)
As described above, conventionally, immediately after the start of the internal combustion engine, the secondary air is supplied to the exhaust port by the secondary air supply device, and the fuel injection amount is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It was warming up.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-62564
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the condition of the internal combustion engine, if the secondary air is supplied immediately after the start of the internal combustion engine, the afterburning reaction of CO and HC in the exhaust gas, that is, the reburning is not performed because the temperature of the secondary air is low. On the contrary, the exhaust port is cooled by the low-temperature secondary air, and the low-temperature air and exhaust gas are sent to the exhaust gas purification device, so that the warm-up of the exhaust gas purification device is delayed and unburned fuel is discharged to the atmosphere. May occur.
[0006]
Such a situation occurs because the temperature of the exhaust port to which the secondary air is supplied is not sufficiently increased immediately after the start of the internal combustion engine, and is still low enough to cause the afterburning reaction as described above. Due to the state. That is, the inventor of the present invention focused on the fact that it is necessary to warm up the exhaust port and the like and to warm up the surrounding air to some extent in order to efficiently exert the secondary air supply from the start. Is completed.
[0007]
The present invention provides a secondary air supply device capable of suppressing the cooling of the exhaust port with the secondary air by starting the supply of the secondary air after the warm-up of the exhaust port of the internal combustion engine is completed. It is a technical task to provide
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention starts the supply of the secondary air after completing the warm-up of the exhaust port, and at that time, makes a warm-up determination of the exhaust port based on the surface area of the exhaust port and the like. And has the following configuration.
[0009]
That is, a secondary air supply including a secondary air supply passage for supplying secondary air upstream of an exhaust gas purification device installed in an exhaust system of an internal combustion engine, and opening / closing means for opening and closing the secondary air supply passage In the device,
A means for estimating the temperature of the exhaust port to which the secondary air is supplied is provided, and the supply of the secondary air is prohibited until the temperature of the exhaust port exceeds a predetermined temperature, and the exhaust port is cooled by the secondary air. It is characterized in that it is suppressed.
[0010]
The means for estimating the temperature of the exhaust port is at least one of an integrated intake air amount from the start of the internal combustion engine, an integrated injection amount of the fuel injection amount from the start of the internal combustion engine, and an engine water temperature. In consideration of the above and the surface area of the exhaust port, the warm-up state of the exhaust port can be estimated, and the supply timing of the secondary air can be determined.
[0011]
Specifically, when it is determined that the value obtained by dividing the integrated intake air amount from the start of the internal combustion engine by the surface area of the exhaust port is larger than a predetermined reference value, the supply of the secondary air is started. You may make it.
[0012]
Further, when it is determined that the value obtained by dividing the integrated fuel injection amount from the start of the internal combustion engine by the surface area of the exhaust port is larger than a predetermined reference value, the supply of the secondary air is started. Can be.
[0013]
As described above, when the integrated air amount and / or the integrated fuel injection amount from the start of the internal combustion engine reaches a predetermined amount, it is considered that the temperature of the exhaust port has risen to the predetermined temperature, and this is considered as the exhaust port temperature. By dividing by the surface area, a value indicating the warm-up state is obtained. If this value is larger than a predetermined reference value, it is possible to determine that the exhaust port has been warmed up and start supplying the secondary air.
[0014]
According to the present invention, since the supply of the secondary air is started after the exhaust port has been warmed up, the afterburning due to the secondary air supply is effectively promoted, and the desired catalyst warming-up effect is reliably exhibited. can do.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the secondary air supply device of the present invention will be described in more detail with reference to the embodiments shown in FIGS. 1 to 5.
[0016]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine and a secondary air supply device thereof according to the present embodiment.
[0017]
The internal combustion engine 1 is a four-cycle gasoline engine having four cylinders 30. Above the piston of each cylinder 30, a combustion chamber surrounded by the top surface of the piston and the wall surface of the cylinder head 1a is formed. I have. Further, an intake system 40, an exhaust system 50, and a secondary air supply system 60 are provided.
[0018]
In the intake system 40, a throttle valve 42 is provided in an intake pipe 41 connected to each intake branch pipe 26, and the intake pipe 41 is connected to an air filter 43. An air flow meter 44 for measuring an intake air amount is provided between the air filter 43 and the throttle valve 42.
[0019]
The exhaust system 50 is provided with an exhaust pipe 54 which is a passage for exhaust gas discharged from each combustion chamber. From an upstream to a downstream of the exhaust pipe 54, an exhaust valve 51, an exhaust port 53, an exhaust branch pipe 52, and an exhaust pipe 54 are formed. They are connected sequentially.
[0020]
The exhaust pipe 54 is provided with an exhaust gas purification device 5, and its casing has a function of purifying hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas. A three-way catalyst is provided.
[0021]
The secondary air supply system 60 is configured to supply air taken in from outside the internal combustion engine 1 to each exhaust branch pipe 52 as secondary air.
[0022]
On the secondary air supply passage 61, an air pump 13, a switching valve 62, and a reed valve 63 as a check valve are arranged from the upstream side. Further, a pressure sensor 64 is provided between the air pump 13 and the air switching valve 62. A pipe 65 extending from the intake pipe 41 downstream of the throttle valve 42 is connected to the air switching valve 62. The pipe 65 is provided with an electromagnetic valve 66.
[0023]
The air pump 13 is driven by an electric motor. The air pump 13 includes a motor unit that is driven to rotate based on an external instruction, and a pump unit that is driven to rotate by the motor unit and pressurizes sucked air. . Then, air is sucked from the middle of the intake pipe 41 (upstream of the throttle valve and downstream of the air cleaner) through the air introduction passage 14. Air pumped from the air pump 13 is supplied to the exhaust branch pipe 52 through the secondary passage supply pipe 61 and the distribution pipe 67 branched from the supply pipe 61.
[0024]
Such a secondary air supply device mainly opens the solenoid valve 66 in a state where the fuel concentration is high, the air-fuel ratio is low, and the exhaust gas purification device has not reached the activation temperature, for example, during a cold start. Then, the negative pressure in the intake pipe 41 is guided to the air switching valve 62, the air switching valve 62 is opened, and the air pump 13 is driven, so that a part of the intake air that has passed through the air filter 43 is removed from the secondary air supply pipe 61. And, it can be guided into the exhaust pipe 54 via the distribution pipe 67.
[0025]
Further, the internal combustion engine 1 detects a temperature of cooling water flowing through a cooling water passage formed inside the internal combustion engine 1 and a crank position sensor 47 including a timing rotor and an electromagnetic pickup attached to an end of the crankshaft. And a water temperature sensor 46 attached to the cylinder block for the purpose.
[0026]
FIG. 2 shows the details of the structure of the exhaust port 53 and the exhaust branch pipe 52. Each cylinder 30 is provided with two intake valves 31 and two exhaust valves 51.
[0027]
An exhaust branch pipe 52 connected to each exhaust port 53 is formed downstream of the exhaust port 53 provided with the exhaust valve 51, and the plurality of exhaust branch pipes 52 are integrated downstream to form an exhaust pipe 54. It has become.
[0028]
The secondary air supply port 4 connected to the distribution pipe 67 is provided downstream of the exhaust valve 51.
[0029]
The thus configured internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (Electronic Control Unit: ECU, hereinafter referred to as ECU) 20 for controlling the operation state of the internal combustion engine 1.
[0030]
Various sensors such as an air flow meter 44, a throttle position sensor 45, a water temperature sensor 46, a crank position sensor 47, and the like are connected to the ECU 20 via electric wiring. Based on this, it is possible to calculate the fuel injection timing and the ignition timing. In addition, it performs various controls related to the operation state of the internal combustion engine 1, and particularly controls the supply of secondary air to each exhaust port 53 through the driving of the air pump 13 and the opening and closing of the switching valve 62.
[0031]
Here, the secondary air supply control will be described.
[0032]
In the internal combustion engine 1, when the internal combustion engine 1 is operated under a low temperature condition (cold state), such as at the time of starting, the amount of fuel supplied to the combustion chamber through the fuel injection valve is increased to stabilize engine combustion. It is common to promote warming and warming up. However, if the mixture is enriched by increasing the fuel amount, unburned fuel (HC, CO, etc.) in the exhaust gas will increase. In addition, when the engine is cold, the temperature of the exhaust gas purification device is low, and the catalyst is not sufficiently activated.
[0033]
Therefore, when the air-fuel mixture is enriched when the catalyst temperature has not reached the activation temperature, such as during a cold start, the secondary air supply control is performed, and the exhaust gas immediately after being discharged from each combustion chamber is Mixing air promotes an oxidation reaction of unburned fuel components contained in exhaust gas. In this way, the purification of the unburned fuel components is promoted upstream of the exhaust purification device, and the activation of the catalyst of the exhaust purification device is accelerated by the reaction heat.
[0034]
Next, the secondary air supply control in the present invention will be specifically described.
(Embodiment 1)
In the present control, the internal combustion engine 1 is first started. Whether the internal combustion engine 1 is started or not is confirmed by the signal generated by the crank position sensor 47. A rotation speed NE is calculated from the signal, and the rotation speed NE is, for example, 400 rotations / min. If it has reached, it is determined that it has started. FIG. 4 is a time chart showing changes in the engine speed, the air-fuel ratio, the exhaust port temperature, the catalyst bed temperature, the amount of unburned HC, and the like before and after the secondary air supply after the start of the internal combustion engine 1.
[0035]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the fuel injection amount is increased and the rotational speed NE of the internal combustion engine 1 is also increased immediately after the start because the engine is warmed up. However, the fuel injection amount temporarily decreases until the secondary air supply is started. The one shown by the broken line is a case where the secondary air is supplied immediately after the start (the same applies to the broken line hereinafter).
[0036]
Further, as shown in FIG. 4 (e), the primary A / F (air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the cylinder) after starting is in a rich state, and thereafter becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
[0037]
On the other hand, the secondary air-fuel ratio (the air-fuel ratio of the exhaust gas at the exhaust port) becomes a stoichiometric air-fuel ratio through a rich state after the start, as shown in (f).
[0038]
Next, the temperature of the internal combustion engine 1, that is, at least the temperature of the downstream portion of the exhaust valve 53, that is, the warm-up state of the exhaust port 53 is determined. First, an integrated intake air amount (air amount passing through the exhaust port 53) since the start of the internal combustion engine 1 is obtained. This is calculated by the ECU 20 based on the signal measured by the air flow meter 44. The air flow meter 44 measures the amount of air taken in for one second, for example, and obtains the total amount of air taken into the internal combustion engine 1 by integrating the measured values.
[0039]
The value α obtained by dividing the integrated air amount by the area of the exhaust port 53 is compared with a predetermined reference value β stored in the ROM (see FIG. 4C). The reference value β is a predetermined value determined by an experiment or the like, and is a predetermined value that can determine that the exhaust port has warmed up. Such a determination is made because whether or not the effect of the reburning by the secondary air supply can be obtained depends on the surface area of the exhaust port.
[0040]
If the value α is larger than the reference value β, it is determined that the exhaust port 53 has been warmed up, and the supply of the secondary air is started (FIG. 4C).
[0041]
As shown in FIGS. 4D and 4E, after the start of the supply of the secondary air, the primary air-fuel ratio becomes rich and the secondary air-fuel ratio becomes lean. This indicates that the air-fuel mixture containing a large amount of HC components is generated and discharged in the cylinder, but oxygen is supplied by the supply of the secondary air to change to a lean state, enabling re-combustion. The broken line indicates a change in the air-fuel ratio set when the secondary air is supplied immediately after the start.
[0042]
FIG. 4 (g) shows a change in the temperature of the exhaust port. According to the present invention, the speed of the temperature rise of the exhaust port is high as shown by the solid line. This is because, immediately after the start, the low-temperature secondary air is supplied to prevent the temperature of the exhaust port from rising.
[0043]
In FIG. 4 (h), the change in the catalyst bed temperature is shown, the solid line shows the case according to the present invention, and the broken line shows the case where secondary air is supplied immediately after starting (the same applies hereinafter). According to the present invention, since the effect of the reburning by the secondary air supply is efficiently exhibited, the catalyst bed temperature rises quickly. Accordingly, as shown in FIG. 4 (i), the amount of unburned HC present in the exhaust gas without being purified by the catalyst decreases.
[0044]
In this way, by starting the supply of the secondary air after the exhaust port 53 is warmed up, the catalyst bed temperature rises quickly, and the emission of unburned HC is greatly increased by improving the purification rate. It can be seen that it decreases.
[0045]
The control according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0046]
A routine for executing a flowchart for calculation for determining use of the secondary air supply (AI) is stored in the ROM in advance, and is executed by the CPU at predetermined time intervals (for example, every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal). ) Is a routine that is repeatedly executed.
[0047]
In step 101, the internal combustion engine 1 is started. After the start, the routine proceeds to step 102, where it is determined whether or not the exhaust port is warmed up. Here, the ECU 20 compares the value α1 obtained by dividing the integrated air amount from the start of the internal combustion engine by the area of the exhaust port 53 with the reference value β1. If the value α1 is smaller than the reference value β1, the secondary air is not supplied and this routine ends.
[0048]
If the value α1 is larger than the reference value β1, the routine proceeds to step 103, in which the air pump 13 is operated. Next, the routine proceeds to step 104, in which the switching valve 62 is opened to start the supply of the secondary air. finish.
(Embodiment 2)
In this embodiment, only portions different from the first embodiment will be described.
[0049]
First, the internal combustion engine 1 is started. FIG. 5 shows the engine speed, the air-fuel ratio, the exhaust port temperature, the catalyst bed temperature, the unburned HC emission amount before and after the secondary air supply after the internal combustion engine 1 is started. Is shown as a time chart. This time chart is the same as that shown in FIG. 3. However, in order to determine whether the exhaust port 53 is warmed up, the integrated air amount is used in the first embodiment, but the integrated fuel injection amount is used in the second embodiment. In that it is calculated based on That is, the integrated fuel injection amount from the start of the internal combustion engine 1 is used to determine the warm-up state of the exhaust port 53. This is obtained by the ECU 20 calculating the total fuel injected from each fuel injection valve.
[0050]
A value α2 obtained by dividing the integrated fuel injection amount by the area of the exhaust port 53 is compared with a predetermined reference value β2 stored in the ROM (see FIG. 5C). The reference value β2 is a predetermined value obtained by an experiment or the like and is a predetermined value that can determine that the exhaust port has warmed up. If the value α2 is larger than the reference value β2, it is determined that the exhaust port 53 has been warmed up, and the supply of the secondary air is started (FIG. 5C).
[0051]
The calculation for secondary air supply (AI) determination according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
[0052]
The routine for executing this flowchart is stored in the ROM in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 33 outputs a pulse signal).
[0053]
In step 201, the internal combustion engine 1 is started. After the start, the routine proceeds to step 202, where it is determined whether or not the exhaust port 53 has been warmed up. Here, the ECU 20 compares the value α2 obtained by dividing the integrated fuel injection amount from the start of the internal combustion engine by the area of the exhaust port 53 with the reference value β2. If the value α2 is smaller than the reference value β2, the secondary air supply is not started and this routine ends.
[0054]
Conversely, if the value α2 is larger than the reference value β2, the process proceeds to step 203, where the air pump 13 is operated, and then the process proceeds to step 204, where the switching valve 62 is opened to start the supply of the secondary air, This routine ends.
[0055]
In the above-described embodiment, a three-way catalyst has been exemplified as a purifying device for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1. However, a purifying device for purifying other exhaust components may be used instead. Is also good.
[0056]
Further, in each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a gasoline engine has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to a diesel engine.
[0057]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the supply of the secondary air is started after the warm-up of the exhaust port of the internal combustion engine is completed, the cooling of the exhaust port with the secondary air is suppressed, and the exhaust gas is purified. An early rise of the catalyst bed temperature of the device is realized, and the exhaust emission is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine including a secondary air supply device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a structure of a cylinder portion.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of a calculation for a secondary air use determination according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart of a secondary air supply control in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of a calculation for a secondary air use determination in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a time chart of secondary air supply control in the first embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 4 Secondary air supply port 5 Exhaust purification device 13 Air pump 20 ECU
51 exhaust valve 52 exhaust branch pipe 54 exhaust pipe 62 switching valve

Claims (4)

内燃機関の排気系に設置した排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給通路と、この二次空気供給通路を開閉する開閉手段と、を備える二次空気供給装置において、
二次空気が供給される排気ポートの温度を推定する手段を設け、この排気ポートの温度が所定温度以上になるまでは二次空気の供給を禁止して、排気ポートが二次空気で冷却されることを抑制することを特徴とする二次空気供給装置。
A secondary air supply device comprising: a secondary air supply passage that supplies secondary air upstream of an exhaust gas purification device installed in an exhaust system of an internal combustion engine; and opening / closing means that opens and closes the secondary air supply passage. ,
A means for estimating the temperature of the exhaust port to which the secondary air is supplied is provided.The supply of the secondary air is prohibited until the temperature of the exhaust port becomes equal to or higher than a predetermined temperature, and the exhaust port is cooled by the secondary air. A secondary air supply device, characterized in that the air supply is suppressed.
少なくとも、内燃機関の始動時からの積算吸入空気量、内燃機関の始動時からの燃料噴射量の積算噴射量、及び機関水温のうちのいずれか一つ以上と排気ポートの表面積とを考慮して、排気ポートの暖機状態を推定し、二次空気の供給時期を決定することを特徴とする請求項1に記載の二次空気供給装置。Considering at least one of the integrated intake air amount from the start of the internal combustion engine, the integrated injection amount of the fuel injection amount from the start of the internal combustion engine, and the engine water temperature and the surface area of the exhaust port. The secondary air supply device according to claim 1, wherein a warm-up state of the exhaust port is estimated, and a supply time of the secondary air is determined. 内燃機関の始動時からの積算吸気量を排気ポートの表面積で除して得られた値が、予め定めた基準値より大きいと判断されたときには、二次空気の供給を開始することを特徴とする請求項1に記載の二次空気供給装置。When the value obtained by dividing the integrated intake air amount from the start of the internal combustion engine by the surface area of the exhaust port is determined to be larger than a predetermined reference value, secondary air supply is started. The secondary air supply device according to claim 1, wherein 内燃機関の始動時からの積算燃料噴射量を排気ポートの表面積で除して得られた値が、予め定めた基準値より大きいと判断されたときには、二次空気の供給を開始することを特徴とする請求項1に記載の二次空気供給装置。When it is determined that the value obtained by dividing the integrated fuel injection amount from the start of the internal combustion engine by the surface area of the exhaust port is larger than a predetermined reference value, secondary air supply is started. The secondary air supply device according to claim 1, wherein
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