JP2005036674A

JP2005036674A - 内燃機関の二次空気供給装置

Info

Publication number: JP2005036674A
Application number: JP2003197971A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 茂樹宮下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】二次空気の導入を触媒の暖機時と冷却時に行い、かつ精度よい空燃比制御を行って、排気エミッションを良好にする二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】機関１の排気通路３内に配設されたＮＯ_ｘ触媒３２よりも上流側の排気通路３における、上流側に第１の二次空気導入口（二次空気通路６１に接続）を、下流側に第２の二次空気導入口（二次空気通路６２に接続）を設けた内燃機関の二次空気供給装置であって、ＮＯ_ｘ触媒３２の暖機時に、排気空燃比をリッチに制御すると共に第１の二次空気導入口から二次空気を排気通路３内に供給し、ＮＯ_ｘ触媒３２の冷却時に、第２の二次空気導入口から二次空気を排気通路３内に供給する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の二次空気供給装置に関し、特に、触媒の温度を好適に制御して排気エミッションを良好にする内燃機関の二次空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の排気ガス規制対策として、自動車の内燃機関（以下、機関と記す）の排気通路内に触媒を設置して排ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯ_ｘ（窒素酸化物）等を浄化するのが一般的である。機関始動時には触媒は暖機しておらず未活性状態であり排気の浄化ができない。このため、機関始動後に触媒の早期暖機が必要であり、触媒上流側の排気通路内に外気を二次空気として導入する二次空気導入装置を設け、触媒内で排ガス中のＨＣ、ＣＯ等のリッチ成分を二次空気中の酸素と反応させ、その反応熱で触媒を早期に暖機するようにしたものや、触媒の上流側で排ガス中のＨＣ、ＣＯ等のリッチ成分を二次空気中の酸素との燃焼（後燃え）を自然に発生させ、その燃焼熱で触媒を早期に暖機するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６３０５０号公報（明細書、段落番号［０００３］〜［０００８］参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示の内燃機関の制御装置は、リーン空燃比運転を行ういわゆるリーンバーンエンジンに適用され触媒にＮＯ_ｘ吸蔵還元触媒が使用されると、触媒の温度を許容範囲（ウインドウ）内に維持するため、触媒を冷却する必要が生じ、この装置において、上記二次空気導入装置を触媒の暖機と冷却に兼用しようとした場合、次のような問題が生じる。すなわち、触媒の暖機のためには、排ガス中のＨＣ、ＣＯ等と二次空気を十分反応させるために二次空気導入口は触媒から離れた上流側の方が好ましいが、触媒の冷却のためには、二次空気をその導入口から供給すると排気管等の放熱効果を十分に利用することができないために二次空気導入口は触媒に近い下流側の方が好ましい。
【０００５】
換言すれば、触媒暖機（加熱）時には、二次空気導入口の位置を触媒から極力離さないと、排ガス中に含まれる燃料と空気が触媒到達までに十分混合されないことから、触媒上流側での後燃え、触媒内での酸化時の反応が排ガス中に含まれる燃料の一部に対してだけ行なわれ未燃ＨＣが排出されてしまう。また、燃料と空気が十分混合されていないと、サブ空燃比（Ｏ_２）センサで正確な空燃比が検出できず、触媒早期暖機のための排ガス昇温制御に必要な触媒上流の空燃比を精度よく制御できない。それゆえ、触媒暖機時には、二次空気導入口の位置を触媒から極力離す必要がある。
【０００６】
ところが、触媒の冷却時に、二次空気をその導入口から供給すると、高温の排ガスと低温の二次空気が混合することにより、排ガスの温度が低下するため、排気管等の放熱効果を十分に利用できない。ここで、放熱効果とは、排気管内の排ガスの温度と外気の温度との差が大きい程、排ガスから排気管への熱伝導率が高くなるため、排気管内を通過する排ガスの熱量をより多く奪い、排ガスの温度を低下させる度合いが大きくなることを意味する。また、排ガスが排気管内を通過する時間あるいは距離が長い程、上記放熱効果の影響は大きい。
【０００７】
したがって、二次空気を触媒から極力離れた導入口から供給する場合、触媒にできるだけ近い導入口から供給する場合と比べて、排気管内を流れるガスの温度と外気の温度との差が小さいので、放熱効果が小さくなり、その結果排気管内を通過する間の排ガスの温度低下がより小さくなり、触媒流入時の排ガスの温度がより高くなる。また、二次空気を触媒から極力離れた導入口から供給し、その導入口より下流の排気管内に冷却装置を配設した場合には、ガス流速が上昇し、冷却装置を通過する排ガスの時間が短かくなり、排ガスから奪われる熱量が少なくなるので、二次空気を触媒から極力離れた導入口から供給する場合、触媒にできるだけ近い導入口から供給する場合と比べて、排気管内を通過する間の排ガスの温度低下がより小さくなり、触媒流入時の排ガスの温度がより高くなる。
【０００８】
それゆえ、本発明は、上記問題を解決し、すなわち触媒の暖機時に触媒内での酸化反応を促進して触媒を早期に活性化させ、かつ触媒の冷却時に触媒の過昇温を早期にウィンドウ内に低下させるように二次空気を排気通路内に導入する内燃機関の二次空気供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、触媒内を含む排気通路内での酸化反応を促進し、未燃ＨＣの排出を抑制して排気エミッションを良好にする内燃機関の二次空気供給装置を提供することを他の目的とする。
また、本発明は、触媒の直前の空燃比センサに十分に混合された排ガスが通過し、空燃比を正確に検出して精度よい空燃比制御を行い排気エミッションを良好にする内燃機関の二次空気供給装置を提供することを他の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する内燃機関の二次空気供給装置は、内燃機関の排気通路内に配設された触媒よりも上流側の該排気通路における、上流側に第１の二次空気導入口を、下流側に第２の二次空気導入口を設けた内燃機関の二次空気供給装置であって、前記触媒の暖機時は、排気空燃比をリッチに制御すると共に前記第１の二次空気導入口から二次空気を前記排気通路内に供給し、前記触媒の冷却時は、前記第２の二次空気導入口から二次空気を前記排気通路内に供給する、ことを特徴とする。
【００１１】
上記二次空気供給装置において、前記第１の二次空気導入口と前記触媒との間の前記排気通路内に混合手段を設ける。
上記二次空気供給装置において、前記混合手段と前記触媒との間の前記排気通路内に空燃比センサを設ける。
上記二次空気供給装置において、前記第２の二次空気導入口よりも上流側の前記排気通路内に冷却手段を設ける。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は本発明による内燃機関の二次空気供給装置の一実施形態の概略構成図である。図１に示す内燃機関（以下、機関と記す）１は、自動車用内燃機関を示し、４気筒ガソリン機関とされる。また、機関１は、運転領域の大部分の領域でリーン空燃比運転が可能な、いわゆるリーンバーンエンジンとされている。
図１において、吸気通路２に接続されたサージタンク２０は吸気枝管を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。各気筒の吸気ポートにはそれぞれの燃料噴射弁２１から機関１の１回転毎に燃料が噴射される。各気筒の排気ポートに接続された排気マニホルド３０は排気通路３に接続されている。
【００１３】
機関１のシリンダブロックのウォータジャケット内には機関１の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ１１が設けられ、機関１のクランク軸１２近傍にはクランク軸一定回転角毎にパルス信号を出力する回転数センサ１３が配置されている。
【００１４】
吸気通路２には、エアクリーナ２２を介して機関１に流入する吸入空気量を検出するエアフローメータ２３が設けられている。本実施形態では、エアフローメータ２３としてはベーン式、超音波式、熱線式などの公知の形式のエアフローメータの何れかが使用される。
【００１５】
排気マニホルド３０に接続される排気通路３には、その上流側に三元触媒からなるスタートキャタリスト（以下、ＳＣと記す）３１が配設されており、その下流側にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＯ_Ｘ触媒と記す）３２が配設されている。また、排気通路３内のＳＣ３１とＮＯ_ｘ触媒３２の中間には混合／冷却装置３３が配設されている。
【００１６】
一方、機関１に接続された排気マニホルド３０には機関１の排ガスにおける空燃比を検出するメイン空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３４が配設され、排気通路３には、ＳＣ３１の下流かつＮＯ_ｘ触媒３２の上流にはＮＯ_ｘ触媒３２への入りガスにおける空燃比を検出するサブ空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３５が、ＮＯ_ｘ触媒３２の下流にはＮＯ_ｘ触媒３２の温度を推定するためＮＯ_ｘ触媒３２の排気温度を検出する排気温センサ３６がそれぞれ配設されている。
【００１７】
ＳＣ３１は、機関始動後短時間で活性化温度まで昇温するように比較的小容量のものとされ、機関始動直後の排気浄化を行う。
ＮＯ_Ｘ触媒３２は、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を吸着、吸収またはその両方で吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに吸蔵したＮＯ_Ｘを還元浄化する触媒である。
【００１８】
本実施形態では、機関１は大部分の運転領域でリーン空燃比運転が可能な機関であり、機関１がリーン空燃比運転される状態では、排気中のＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ触媒３２に吸蔵される。
【００１９】
なお、ＮＯ_Ｘ触媒３２に吸蔵されたＮＯ_Ｘは、リーン空燃比運転中に短時間機関１をリッチ空燃比で運転するリッチスパイク操作を行い、ＮＯ_Ｘ触媒３２にリッチ空燃比の排気を供給することにより還元浄化される。
【００２０】
しかし、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒３２には排気中に含まれる微量の硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）もＮＯ_Ｘと同様に吸蔵されるが、ＮＯ_Ｘ触媒に吸蔵されたＳＯ_Ｘは安定した硫酸塩を形成するためＮＯ_Ｘのように単にリッチスパイク操作を行っただけではＮＯ_Ｘ触媒から放出させることはできない。このため、運転中徐々にＮＯ_Ｘ触媒３２のＳＯ_Ｘ吸蔵量が増大し、吸蔵されたＳＯ_Ｘの分だけ吸蔵可能なＮＯ_Ｘ量が低下する、いわゆる硫黄被毒が生じる。
【００２１】
硫黄被毒を解消するためには、前述したように排気空燃比をリッチにするとともにＮＯ_Ｘ触媒３２に二次空気を供給し、排ガス中のＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２等の可燃成分は、ＮＯ_Ｘ触媒３２上流側で後燃えし、次いでＮＯ_Ｘ触媒３２内で酸化する昇温操作が必要となる。ここで、「後燃え」とは、機関１内で燃焼した後における排気通路内での継続的な酸化反応を言う。よって、ＮＯ_Ｘ触媒３２内での酸化も後燃えである。
【００２２】
混合／冷却装置３３は、排気通路３内でＳＣ３１からの出ガスをＮＯ_Ｘ触媒３２に流入するまでの間に混合かつ冷却するための装置である。混合はサブ空燃比センサ３５の排ガスに対するガス当たりを良くして空燃比の検出精度を向上させるとともに、ＮＯ_Ｘ触媒３２内での上記後燃えを促進するために行われ、冷却はＮＯ_Ｘ触媒３２に流入するガスの温度を下げでＮＯ_Ｘ触媒３２の温度を許容範囲（ウィンドウ）内に維持するために行われる。混合／冷却装置３３は、排ガス冷却のため例えば冷却水を排気通路３周囲に循環させる構成にし、かつスパイラル形状やコイル状の特殊形状にした構成にする。排気通路３は、排ガスの混合または冷却のためＳＣ３１と混合／冷却装置３３との間で湾曲部をもたせた構成とする。また、混合／冷却装置３３とＮＯ_Ｘ触媒３２との間で排ガスの混合または冷却のため長さ１ｍ以上の直線部を有する構成にする。
【００２３】
次に、本実施形態における二次空気導入部について以下に説明する。
機関１の排気系に二次空気としての外気を供給するためエアポンプ４０が設けられている。エアポンプ４０の上流の二次空気導入管４１内の二次空気流入部にはエアフィルタ４２が設けられており、エアポンプ４０の下流の二次空気導入管４１内にはコンビネーションバルブ５１が設けられている。コンビネーションバルブ５１は、二次空気導入管４１の上流側に設けられ開閉弁５２と、二次空気導入管４１の下流側に設けられた逆止弁５３とを一体化して構成されている。
【００２４】
コンビネーションバルブ５１の開閉弁５２は、二次空気導入管４１を開閉する圧力駆動型の開閉弁であり、吸気導入管４３を介して吸気通路２に接続されている。吸気導入管４３の途中には電磁駆動型の切換弁５４が設けられ、この切換弁５４により開閉弁５２の駆動圧力を大気圧と吸気管２内スロットルバルブ２４下流側の吸気圧との間で切換えるようにしている。
【００２５】
二次空気を導入する場合は、電磁駆動型の切換弁５４をオン（吸気圧導入位置）に切換えて圧力駆動型の開閉弁５２に吸気圧を導入することで開閉弁５２を開弁する。これによりエアポンプ４０から吐出された二次空気が開閉弁５２を通過して逆止弁５３側に流れ、その圧力で逆止弁５３が開弁されて二次空気が排気通路３内に導入される。
【００２６】
一方、二次空気の導入を停止する場合は、切換弁５４をオフ（大気圧位置）に切換えて開閉弁５２に大気圧を導入することで開閉弁５２を閉弁する。これにより、排気通路３内への二次空気の導入が停止されるとともに、逆止弁５２に二次空気の圧力が作用しなくなって排気通路３側の圧力が高くなるため、逆止弁５３が自動的に閉弁して排気通路３内の排ガスがエアポンプ４０側に逆流することが防止される。
【００２７】
逆止弁５３と排気系との間には二次空気通路６０、６１、６２、６３が配設されており、逆止弁５３側に接続された二次空気通路６０は、二次空気通路６１、６２を介して排気通路３の２つの位置で接続され、二次空気通路６３を介して排気マニホルド３０で接続される。二次空気通路６１、６２内には排気通路３への二次空気の導入またはその停止を行う開閉弁６４、６５が配設されており、二次空気通路６３内には排気マニホルド３０への二次空気の流入量を制御する流量制御弁６６が配設されている。
【００２８】
図２は図１に示す二次空気供給装置に装備されたＥＣＵの説明図である。図２に示すエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）８０は、一般的なディジタルコンピュータからなり、図示しない双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに入力ポートに接続されたＡＤ変換器および出力ポートに接続された駆動回路を具備する。
【００２９】
入力ポートには、ＥＣＵ８０を搭載する車両の各部に設置された上述した各種センサからのアナログ電圧出力がＡＤ変換器を介して入力されるか、あるいは各種センサからのディジタル信号が直接入力される。入力ポートには、水温センサ１１、回転数センサ１３、エアフローメータ２３、メイン空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３４、サブ空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３５、排気温センサ３６が接続されている。出力ポートから駆動回路へのＥＣＵ８０による制御信号に応じて、図示しないバッテリまたはオルタネータから燃料噴射弁２１、エアポンプ４０、切換弁５４、開閉弁６４、６５および流量制御弁６６等の電気的負荷に電力が供給される。
【００３０】
図３は図１に示す二次空気供給装置における機関冷間時の二次空気制御のフローチャートである。本ルーチンのステップ３００では、水温センサ１１により機関１の水温ＴＨＷを検出して、水温ＴＨＷ＜８５°Ｃのときは機関１は冷間時であり、ＳＣ３１およびＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していると判定してステップ３０１に進み、水温ＴＨＷ≧８５°Ｃのときは機関１は暖機しており、ＳＣ３１およびＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していないと判定してステップ３２１に進む。
【００３１】
ステップ３０１〜３１２は機関冷間時にＮＯ_ｘ触媒３２を早期活性化するため排気系へ二次空気を供給するための処理であり、ステップ３２１〜３２４は機関暖機後の排気系へ二次空気を供給することなく機関１の排気空燃比を目標空燃比に制御する機関通常運転時の処理である。
【００３２】
ステップ３０１では、ＳＣ３１およびＮＯ_ｘ触媒３２を早期に暖機し活性化して早期に排気の浄化を行うためＳＣ３１およびＮＯ_ｘ触媒３２に二次空気を供給すべくエアポンプ４０をオンにし、ステップ３０２では、切換弁５４をオンにし、ステップ３０３では、開閉弁６４を開弁し、開閉弁６５を閉弁し、流量制御弁６６を開弁して、二次空気を排気系に導入できるようにする。
【００３３】
この場合、すなわち、ＮＯ_ｘ触媒３２の暖機時には、二次空気通路６１を介して第１の二次空気導入口から二次空気を排気通路３内に供給するとともに、二次空気通路６３を介して第３の二次空気導入口から二次空気を排気マニホルド３０内に供給する。
【００３４】
ステップ３０４では、回転数センサ１３から出力されるパルス信号を読取り機関１の回転数ＮＥを算出する。
ステップ３０５ではエアフローメータ１３により計測された吸入空気量Ｑを読取る。
ステップ３０６ではＮＯ_ｘ触媒３２の直前のサブ空燃比センサ３５の出力値を読取る。
【００３５】
ステップ３０７では読取った機関１の吸入空気量Ｑと回転数ＮＥとから機関１の一回転当たりの吸気量Ｑ／ＮＥを算出し、理論空燃比よりリッチな空燃比を目標空燃比とする各気筒の燃料噴射量ＦＩＪ＝（Ｑ／ＮＥ）×ＢＡＦを算出する。ここで、ＢＡＦは機関一回転当たりに単位量（例えば１リットル／回転）の吸気が吸入された場合に機関１の燃焼空燃比を目標のリッチ空燃比にするために必要とされる燃料量である。
ステップ３０８では、所定のクランク角周期に各燃料噴射弁２１からステップ３０７で算出した燃料噴射量ＦＩＪを噴射し、機関１をリッチ燃焼させる。
【００３６】
ステップ３１０では、サブ空燃比センサ３５の出力値（実空燃比）と目標空燃比とを比較し、サブ空燃比センサ３５の出力値≧目標空燃比（リーン）のときはＳＣ３１の燃焼反応を増大すべきであると判定しステップ３１１に進み、サブ空燃比センサ３５の出力値＜目標空燃比（リッチ）のときはＳＣ３１の燃焼反応を減少すべきであると判定してステップ３１２に進む。
【００３７】
ステップ３１１では流量制御弁６６の開弁度を増やしてＳＣ３１がオーバーヒートしない程度にＳＣ３１への二次空気流入を増加する。
ステップ３１２では流量制御弁６６の開弁度を減らしてＳＣ３１への二次空気流入を減少する。
【００３８】
一方、ステップ３２１では、ＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していないので、エアポンプ４０をオフにし、ステップ３２２では、切換弁５４をオフにし、ステップ３２３では、開閉弁６４、６５および流量制御弁６６を閉弁して、二次空気を排気系に導入できないようにする。
ステップ３２４では、通常時の空燃比制御を実行する。
【００３９】
図４は図１に示す二次空気供給装置における触媒の硫黄被毒回復時の二次空気制御のフローチャートである。本ルーチンのステップ４００では、ＮＯ_ｘ触媒３２の吸蔵ＳＯ_ｘ量を推定し、その推定量が、所定量より大のときはＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒回復要求有り、すなわちＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していると判定してステップ４０１に進み、上記推定量が所定量以下のときはＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒回復要求無し、すなわちＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していないと判定してステップ４２１に進む。
上記ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒３２に吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）が所定量より大きいか否かの判定は次のように行う。まず、ＮＯ_Ｘ触媒３２に吸蔵されたＳＯ_Ｘの量を測る。このＳＯ_Ｘ量の測定は排気温センサ３６により検出される機関１の排気温ＥＸＨＴが所定温度、例えば６５０℃より小であり、かつサブ空燃比センサ３５により検出される空燃比が機関１をリーン空燃比運転を行うときの空燃比であるときに、機関１の走行距離またはリーン空燃比運転時間を積算して、この積算値をＮＯ_Ｘ触媒３２に吸蔵されたＳＯ_Ｘ量と推定する。次に、この積算値を所定値と比較して上記判定を行う。また、この積算値は触媒の硫黄被毒回復要求が有りから無しに変わった時点でリセットされる。
【００４０】
ステップ４０１〜４１２はＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒回復時にＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒を回復させるため排気系へ二次空気を供給するための処理であり、ステップ４２１〜４２４はＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒回復後の排気系へ二次空気を供給することなく機関１の排気空燃比を目標空燃比に制御する機関通常運転時の処理である。ステップ４０１〜４１２はステップ３０１〜３１２に、ステップ４２１〜４２４はステップ３２１〜３２４に同一な処理であるので説明は省略する。
【００４１】
図３と図４に示す二次空気制御の場合、機関冷間始動時に、あるいはＮＯ_ｘ触媒３２の被毒回復時に、ＮＯ_ｘ触媒３２を早期に活性化温度まで到達させるための、あるいはＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒を回復させるための触媒昇温操作では、ＥＣＵ８０は機関１をリッチ空燃比で運転するとともに、二次空気通路６１を介して第１の二次空気導入口から二次空気を排気通路３内に供給する。
これにより、機関冷間始動時や触媒被毒回復時のリッチ空燃比運転により発生しＳＣ３１から排出される比較的多量のＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２等の可燃成分は二次空気と共に混合／冷却装置３３で混合冷却された後、ＮＯ_ｘ触媒３２上流側で後燃えし、次いでＮＯ_ｘ触媒３２上で燃焼するため、ＮＯ_ｘ触媒３２内で良好な反応熱が得られ短時間で、ＮＯ_ｘ触媒３２の温度が活性化温度に到達し、あるいはＮＯ_ｘ触媒３２の硫黄被毒が回復する。ここで、「後燃え」とは、機関１内で燃焼した後における排気通路内での継続的な酸化反応を言う。よって、ＮＯ_Ｘ触媒３２内での酸化も後燃えである。
【００４２】
また、ＮＯ_Ｘ触媒３２の直前の空燃比センサ３５に十分に混合された排ガスを通過させることにより空燃比センサは正確に排気空燃比を検出でき、その結果精度よい空燃比制御を行うことができ、排気エミッションが良好になる。
【００４３】
図５は図１に示す二次空気供給装置における排気冷却時の二次空気制御のフローチャートである。本ルーチンのステップ５００では、排気温センサ３６により機関１の排気温ＥＸＨＴを検出して、ＥＸＨＴが、所定温度、例えば５００°Ｃより大のときはＮＯ_ｘ触媒３２を早期に冷却してＮＯ_ｘ触媒３２の温度を許容範囲（ウインドウ）内にするためのＮＯ_ｘ触媒３２の排気冷却要求有りと判定してステップ５０１に進み、５００°Ｃ以下のときはＮＯ_ｘ触媒３２の排気冷却要求無しと判定してステップ５２１に進む。
【００４４】
ステップ５０１〜５０８はＮＯ_ｘ触媒３２の温度を許容範囲（ウインドウ）内にするためのＮＯ_ｘ触媒３２の排気を冷却する時の排気系への二次空気供給制御のための処理であり、ステップ５２１〜５２４はＮＯ_Ｘ触媒３２の温度がウィンドウ内に戻った後の排気系へ二次空気を供給することなく機関１の排気空燃比を目標空燃比に制御する機関通常運転時の処理である。
【００４５】
ステップ５０１では、ＮＯ_ｘ触媒３２を早期に冷却し触媒３２の温度を許容範囲（ウインドウ）内にするためＮＯ_ｘ触媒３２に二次空気を供給すべくエアポンプ４０をオンにし、ステップ５０２では、切換弁５４をオンにし、ステップ５０３では、開閉弁６４を閉弁し、開閉弁６５を開弁し、流量制御弁６６を閉弁して、二次空気を排気系に導入できるようにする。
この場合、すなわち、ＮＯ_ｘ触媒３２の冷却時には、二次空気通路６２を介して第２の二次空気導入口からのみ二次空気を排気通路３内に供給する。
【００４６】
ステップ５０４では、回転数センサ１３から出力されるパルス信号を読取り機関１の回転数ＮＥを算出する。
ステップ５０５ではエアフローメータ１３により計測された吸入空気量Ｑを読取る。
【００４７】
ステップ５０７では読取った機関１の吸入空気量Ｑと回転数ＮＥとから機関１の一回転当たりの吸気量Ｑ／ＮＥを算出し、理論空燃比よりリーンな空燃比を目標空燃比とする各気筒の燃料噴射量ＦＩＪ＝（Ｑ／ＮＥ）×ＢＡＦを算出する。ここで、ＢＡＦは機関一回転当たりに単位量（例えば１リットル／回転）の吸気が吸入された場合に機関１の燃焼空燃比を目標のリーン空燃比にするために必要とされる燃料量である。
ステップ５０８では、所定のクランク角周期に各燃料噴射弁２１からステップ５０７で算出した燃料噴射量ＦＩＪを噴射し、機関１をリーン燃焼させる。
【００４８】
一方、ステップ５２１では、ＮＯ_ｘ触媒３２が二次空気を要求していないので、エアポンプ４０をオフにし、ステップ５２２では、切換弁５４をオフにし、ステップ５２３では、開閉弁６４、６５および流量制御弁６６を閉弁して、二次空気を排気系に導入できないようにする。
ステップ５２４では、通常時の空燃比制御を実行する。
【００４９】
図５に示す二次空気制御の場合、機関の排気冷却時に、ＮＯ_ｘ触媒３２の温度を早期に許容範囲（ウインドウ）内に下げる触媒冷却操作では、ＥＣＵ８０は機関１をリーン空燃比で運転するとともに、二次空気通路６１、６３を介さずに６２を介して第２の二次空気導入口から二次空気を排気通路３内に供給する。
【００５０】
第１、３の二次空気導入口からでなく第２の二次空気導入口からのみ二次空気を排気通路３内に供給することにより、排気通路３内を通過する排ガスの温度と外気の温度差を高く維持できるので排気通路３による冷却効率を阻害することなく最大限に生かした上で冷却された排ガスとＮＯ_ｘ触媒３２に近い第２の二次空気導入口から供給された二次空気とをＮＯ_ｘ触媒３２に供給でき、ＮＯ_ｘ触媒３２の温度を許容範囲（ウインドウ）内に早くに下げることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の内燃機関の二次空気供給装置によれば、排気通路内に配設された触媒よりも上流側の排気通路における、上流側に第１の二次空気導入口を、下流側に第２の二次空気導入口を設け、機関冷間始動時あるいは触媒の被毒解消操作時のような触媒の暖機時には、機関をリッチ空燃比で運転することにより排気中のＨＣやＣＯ成分量を増大させると共に、第１の二次空気導入口から触媒に二次空気を供給することにより燃焼に必要な酸素を触媒に供給して効率的に触媒を昇温し、短時間で触媒温度を活性化温度に到達させて早期に排気浄化を開始でき、あるいは触媒の被毒を早期に解消でき、一方、触媒の温度が許容範囲（ウインドウ）より高温である触媒の冷却時には、触媒の直前の第２の二次空気導入口から二次空気を排気通路内に供給して触媒過昇温を短時間にウインドウ内に低下させることができる。
【００５２】
また、本発明の内燃機関の二次空気供給装置によれば、第１の二次空気導入口と触媒との間の排気通路内に混合手段を設けたので、排ガス中のＨＣ、ＣＯ等が二次空気と混合し、触媒内を含む排気通路内での酸化反応が促進され、未燃ＨＣの排出が抑制され排気エミッションを良好にすることができる。
また、本発明の内燃機関の二次空気供給装置によれば、混合手段と触媒との間の排気通路内に空燃比センサを設けたので、触媒の直前に配設されたこの空燃比センサに十分混合された排ガスが通過し、空燃比を正確に検出して精度よい空燃比制御を行うことができ排気エミッションを良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の二次空気供給装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示す二次空気供給装置に装備されたＥＣＵの説明図である。
【図３】図１に示す二次空気供給装置における機関冷間時の二次空気制御のフローチャートである。
【図４】図１に示す二次空気供給装置における触媒の硫黄被毒回復時の二次空気制御のフローチャートである。
【図５】図１に示す二次空気供給装置における排気冷却時の二次空気制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…吸気通路
３…排気通路
１１…水温センサ
１２…クランク軸
１３…回転数センサ
２０…サージタンク
２１…燃料噴射弁
２２…エアクリーナ
２３…エアフローメータ
２４…スロットルバルブ
３０…排気マニホルド
３１…スタートキャタリスト（ＳＣ）
３２…ＮＯ_ｘ吸蔵還元触媒
３３…混合／冷却装置
３４…メイン空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
３５…サブ空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
３６…排気温センサ
４０…エアポンプ
４１…二次空気導入管
４２…エアフィルタ
４３…吸気導入管
５１…コンビネーションバルブ
５２…開閉弁
５３…逆止弁
５４…切換弁
６０、６１、６２、６３…二次空気通路
６４、６５…開閉弁
６６…流量制御弁
８０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

内燃機関の排気通路内に配設された触媒よりも上流側の該排気通路における、上流側に第１の二次空気導入口を、下流側に第２の二次空気導入口を設けた内燃機関の二次空気供給装置であって、
前記触媒の暖機時は、排気空燃比をリッチに制御すると共に前記第１の二次空気導入口から二次空気を前記排気通路内に供給し、前記触媒の冷却時は、前記第２の二次空気導入口から二次空気を前記排気通路内に供給する、
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
前記第１の二次空気導入口と前記触媒との間の前記排気通路内に混合手段を設けた、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
前記混合手段と前記触媒との間の前記排気通路内に空燃比センサを設けた、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
前記第２の二次空気導入口よりも上流側の前記排気通路内に冷却手段を設けた、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。