JP4052255B2 - 二次空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次空気供給装置に関する。

内燃機関の始動時に排気浄化触媒の上流から二次空気を供給すると、排気中のＨＣ、ＣＯを該触媒にて酸化することができ、そのときに発生する熱を利用して該触媒の温度を速やかに上昇させることができる。そして、内燃機関の始動時からの吸入空気量を積算し、この積算値が所定値以上となった場合に触媒が活性化したとして二次空気の供給を停止する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１７２１３１号公報 特開平５−２４８２３０号公報 特開平１０−１８４３４４号公報 特開平５−３３６３３号公報 特開平７−８３０４０号公報

しかし、例えば排気中の未燃燃料割合によっても排気浄化触媒の温度は変化する。そのため、吸入空気量の単なる積算値のみで二次空気の供給停止を判定すると、該触媒の過熱若しくは温度上昇不足が生じる虞がある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、二次空気供給装置において、適量の二次空気を供給することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による二次空気供給装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気系に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の上流の排気中へ二次空気を供給する二次空気供給手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記排気浄化触媒に流入する排気中の未燃燃料の割合と関係する値である排気特性関連値を検出する排気特性関連値検出手段と、
前記排気特性関連値検出手段により検出された排気特性関連値により得られる排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量よりも多い量となるように、検出された吸入空気量の値を変更する検出値変更手段と、
前記検出値変更手段により変更された後の吸入空気量を前記内燃機関の始動後から積算する吸入空気量積算手段と、
前記吸入空気量積算手段により得られる積算吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止する二次空気供給停止手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、二次空気の供給時間
が短くなるように、検出されたよりも多い値に変更した吸入空気量を積算することで、二次空気供給停止の判定に用いる積算吸入空気量を早期に所定値に到達させ排気浄化触媒の過熱を抑制することにある。

ここで、二次空気の供給は、内燃機関の始動時からの積算吸入空気量が所定量に達したときに終了される。しかし、排気中の未燃燃料割合により排気浄化触媒の温度上昇度合いは異なる。従って、実際の積算吸入空気量により二次空気の供給停止時期を判断すると、二次空気供給停止時の排気浄化触媒の温度が適切な温度とならない虞がある。

例えば、気筒内での燃焼が不安定となるほど吸入空気量が少ない状態では、吸入空気量が少なくなるほど気筒内での燃焼が不安定となる。そのため、内燃機関から未燃燃料が多く排出されるようになるので排気中の未燃燃料割合が大きくなる。そして、未燃燃料割合が大きくなるほど、排気浄化触媒において未燃燃料の反応熱が多く発生するため、該排気浄化触媒がより早く温度上昇する。

そうすると、吸入空気量が少なくなることにより、排気浄化触媒が目標温度まで到達するまでの時間は短くなるのにも関わらず、実際の積算吸入空気量が所定値となるまでの時間が長くなる、すなわち、二次空気供給停止までの時間が長くなるので、実際の積算吸入空気量のみを基準として二次空気の供給の停止時期を決定していたのでは排気浄化触媒が過熱する虞がある。

そこで、本発明では、排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、吸入空気量検出手段により検出された実際の吸入空気量よりも多い量に検出値を変更する。そして、この変更後の値を積算して二次空気供給停止の判断要素となる積算吸入空気量を求める。この積算吸入空気量は、排気浄化触媒の温度の上昇が大きくなるほど、所定値に早く到達するようになる。これにより、二次空気の供給停止時期を早めることができる。その結果、排気浄化触媒の過熱を抑制することが可能となる。

なお、気筒内で一定の空燃比となるように該気筒内への燃料供給量が制御されている場合には、積算吸入空気量に代えて積算燃料供給量を用いて二次空気供給停止時期を判定しても良い。この場合も同様に、排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、実際の燃料供給量よりも多い量に変更した値を積算し、この積算値が予め定めておいた所定値に達したときに二次空気の供給を停止する。

また、積算する吸入空気量を多くするのではなく、前記所定値を小さく変更しても良い。すなわち、前記排気特性関連値検出手段により検出された排気特性関連値により得られる排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、前記所定値を小さく変更するようにしても良い。

なお、「未燃燃料割合」は、排気浄化触媒へ単位時間あたりに流入する未燃燃料の質量割合としても良い。
本発明においては、前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、吸入空気量を検出することができる。

ここで、吸入空気量が少なくなると、気筒内での燃焼が不安定となり排気中の未燃燃料割合が大きくなる。従って、排気特性関連値として、吸入空気量を用いることができる。なお、吸入空気量は、単位時間あたりに内燃機関に吸入される空気質量としても良い。

本発明においては、前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、排気浄化触媒を通過する排気の流量を検出することができる。
ここで、排気の流量が少なくなるほど、排気中の未燃燃料割合が大きくなる。すなわち、排気の流量が少ないということは、それだけ吸入空気量も少ないということであり、その分燃焼状態が不安定となり未燃燃料割合が大きくなる。従って、排気特性関連値として、排気浄化触媒を通過する排気の流量を用いることができる。なお、排気浄化触媒を通過する排気の流量は、吸入空気量と二次空気の供給量とを加えた量としても良い。

本発明においては、前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、内燃機関の負荷を検出することができる。
すなわち、内燃機関の負荷が低くなると、気筒内での燃焼が不安定となり、排気中の未燃燃料割合が大きくなる。一方、内燃機関の負荷が高くなると、燃料の揮発性が低下するため、燃焼が不安定となり、排気中の未燃燃料割合が大きくなる。従って、排気特性関連値として、内燃機関の負荷を用いることができる。なお、内燃機関の負荷は、内燃機関への燃料供給量としても良く、スロットル開度としても良い。

本発明においては、前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、内燃機関の燃料性状を検出することができる。
ここで、重質燃料が内燃機関へ供給されると気筒内での燃焼状態が悪化し、排気中の未燃燃料割合が大きくなる。そして、供給される燃料が重質となるほど、排気中の未燃燃料割合が大きくなるので、排気特性関連値として、内燃機関の燃料性状を用いることができる。

本発明に係る二次空気供給装置では、排気特性関連値に基づいて二次空気の供給停止時期が変更されるので、適量の二次空気を供給することができる。

以下、本発明に係る二次空気供給装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る二次空気供給装置を車両駆動用のガソリン機関に適用した場合を例に挙げて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系及び二次空気供給装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ガソリン機関である。

内燃機関１には、吸気枝管３が接続されており、吸気枝管３の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート１ａを介して連通している。
前記吸気枝管３は、吸気管４に接続されている。前記吸気管４における吸気枝管３の直上流に位置する部位には、該吸気管４内を流通する吸気の流量を調節するスロットル弁５が設けられている。このスロットル弁５には、スロットル開度に応じた電気信号を出力するスロットルセンサ６が取り付けられている。このスロットルセンサ６の出力信号により、スロットル弁５の開度を求めることができる。スロットル弁５の上流の吸気管４には、該吸気管４内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ７が取り付けられている。

また、吸気枝管３には、各気筒２に流入する吸気中へ燃料を噴射する燃料噴射弁８が備えられている。各燃料噴射弁８は、燃料を分配する燃料分配管９に接続されている。
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管４を介して吸気枝管３に流入する。吸気枝管３に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配される。この際に燃料噴射弁８に駆動電流が印加されて燃料噴射弁８が開弁し、その結果、燃料噴射弁８から
吸気枝管３内若しくは吸気ポート１ａ内へ燃料が噴射される。吸気枝管３内に噴射された燃料は吸気とともに混合気となって各気筒２に流入する。気筒２内では点火プラグ（図示省略）により点火された混合気が燃焼する。

一方、内燃機関１には、排気枝管１０が接続され、排気枝管１０の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
前記排気枝管１０は、排気管１１と接続されている。排気管１１の途中には、排気浄化触媒１２が設けられている。この排気浄化触媒１２は、少なくとも未燃燃料であるＨＣおよび／またはＣＯを酸化させる能力を有する触媒である。

この排気浄化触媒１２より上流の排気管１１には、該排気管１１内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１３が取り付けられている。この空燃比センサ１３により、排気浄化触媒１２へ流入する排気の空燃比をフィードバック制御することができる。一方、排気浄化触媒１２より下流の排気管１１には、該排気管１１内を流通する排気の酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ１４が取り付けられている。この酸素濃度センサ１４により、大気中へ放出される排気が排気浄化触媒１２により実際に浄化されているか否か検出することが可能となる。

また、内燃機関１には、各気筒２からの排気中に二次空気を供給するための二次空気供給装置が備えられている。
二次空気供給装置は、各気筒２の排気ポート１ｂから排気枝管１０へ流入する排気中へ二次空気を噴射する二次空気噴射弁２０、空気分配管２１、空気導入管２２、エアポンプ２３、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）２４、負圧導入管２５、バキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）２６を備えて構成されている。各二次空気噴射弁２０は、空気分配管２１に接続されている。空気分配管２１には、空気導入管２２を介してエアポンプ２３が接続されている。また、空気導入管２２の途中には、吸気枝管３の負圧を導入して開閉するエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）２４が備えられている。このＡＳＶ２４は、負圧導入管２５を介して吸気枝管３と接続されている。負圧導入管２５の途中には、駆動電圧の印加により開閉するバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）２６が設けられている。

このように構成された二次空気供給装置では、エアポンプ２３に電力を供給すると該エアポンプ２３が回転し、その回転に応じた空気が吐出される。一方、ＶＳＶ２６に駆動電圧が印加されると、該ＶＳＶ２６が開弁して、負圧により、ＡＳＶ２４が開弁状態となる。その結果、各二次空気噴射弁２０から排気ポート１ｂ若しくは排気枝管１０内に二次空気が噴射される。

尚、本実施の形態では、ＡＳＶ２４の開閉をＶＳＶ２６により制御しているが、これに代えて電磁弁を用いても良い。
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２８が併設されている。このＥＣＵ２８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ２８には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号のほか、内燃機関１に取り付けられ該内燃機関１の冷却水温度を検出する冷却水温センサ２９の出力信号が該ＥＣＵ２８に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２８には、燃料噴射弁８、エアポンプ２３、ＶＳＶ２６等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２８は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。

ここで、二次空気供給装置により二次空気が供給されると、排気浄化触媒１２の温度を速やかに上昇させることができる。この温度上昇は、ほぼ排気の量に比例するが、排気中の未燃燃料により変動する。

図２は、内燃機関の負荷と排気中の未燃燃料割合との関係を示した図である。低負荷（Ｘ）では、気筒２内での燃焼温度が低いために排気中の未燃燃料割合（以下、「排気中の未燃燃料割合」を単に「未燃燃料割合」という。）が多くなる。そして、中負荷（Ｙ）では、燃焼状態が安定し未燃燃料割合が一定の割合で安定し、高負荷（Ｚ）となると、気筒内の圧力が高くなるため燃料の揮発性が低下し、未燃燃料割合が増加する。

図３は、内燃機関の始動後からの積算吸入空気量と排気浄化触媒の温度との関係を示した図である。図３中、（Ｘ）、（Ｙ）、および（Ｚ）は、夫々図２中の（Ｘ）、（Ｙ）、および（Ｚ）と対応している。

ここで、未燃燃料割合が多くなるほど排気浄化触媒１２での反応熱が多く発生し、該排気浄化触媒１２の温度が高くなる。また、内燃機関１の始動後からの積算吸入空気量が多くなるほど排気浄化触媒１２の温度が高くなることが分かる。

次に、本実施例による二次空気供給制御について説明する。
本実施例による二次空気供給制御では、内燃機関１の冷間始動時に二次空気の供給を開始する。そして、エアフローメータ７から得られる内燃機関１の吸入空気量を積算し、積算吸入空気量が所定値となったときに二次空気の供給を停止する。この所定値とは、排気浄化触媒１２が活性化し得る積算吸入空気量の値である。

そして、本実施例では、実際に検出された吸入空気量に応じて、積算する吸入空気量の値を変更する。
ここで、図４は、実際に検出される吸入空気量と未燃燃料割合との関係を示した図である。このように、実際に検出された吸入空気量がある値よりも小さくなると、気筒２内での燃焼が不安定となり、排気中の未燃燃料割合が増加する。このように、排気中の未燃燃料割合が増加すると、排気浄化触媒１２において発生する反応熱が増加し、該排気浄化触媒１２の温度上昇の速度が速くなるため、該排気浄化触媒１２は早期に活性化する。そのため、二次空気の供給時間を短くしたほうが良い。一方、仮に二次空気の供給時間を短くしなければ、排気浄化触媒１２が過熱する虞がある。

その点、本実施例では、内燃機関１の吸入空気量がある値よりも少ない場合であって、実際に検出される吸入空気量（以下、「実際の吸入空気量」という。）が少なくなるほど、吸入空気量が多くなるように検出された値を変更し、この変更された吸入空気量（以下、「変更吸入空気量）という。）を積算する。つまり、実際に吸入空気量を変更するのではなく、検出値のみを変更して積算する。具体的には、実際の吸入空気量が少なくなるほど大きくなる係数を該実際の吸入空気量に乗じて変更吸入空気量を算出する。

ここで、図５は、本実施例による実際の吸入空気量と変更吸入空気量を算出するための係数ｋｇａとの関係を示した図である。
次に、本実施例による二次空気供給制御のフローについて説明する。

図６は、本実施例による二次空気供給制御のフローチャート図である。
本ルーチンは、内燃機関の始動直後から規定時間毎に実行される。
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２８は、内燃機関１が低温状態で始動されたか否か判定する。ここでは、例えば、内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ（図示省略）により得られる冷却水温が規定温度以下である場合に低温状態で始動されたと判定する。また
、排気浄化触媒１２の温度を検出する温度センサ（図示省略）により得られる該排気浄化触媒１２の温度が規定温度以下である場合に低温状態で始動されたと判定しても良い。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２８は、フラグＸＴＧＡが０であるか否か判定する。ここで、フラグＸＴＧＡの初期値は０である。

ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２８は、エアフローメータ７からの出力信号に基づいて吸入空気量Ｇａを取り込む。このときに取り込まれるのは、実際の吸入空気量である。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２８は、吸入空気量Ｇａが所定値Ａよりも多いか否か判定する。この所定値Ａは、気筒２内での燃焼状態が不安定となる吸入空気量の上限であり、吸入空気量Ｇａが所定値Ａよりも多ければ気筒２内での燃焼状態が安定していることを示している。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２８は、図５より求まる係数を吸入空気量Ｇａに乗じたものを新たな吸入空気量Ｇａとして記憶する。なお、図５に示す関係は予め実験等により求めＥＣＵ２８に記憶させておく。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２８は、積算吸入空気量ＴＧａを算出する。ここでは、前ルーチンで算出された積算吸入空気量ＴＧａに吸入空気量Ｇａを加えたものを新たな積算吸入空気量ＴＧａとして記憶する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２８は、積算吸入空気量ＴＧａ以外の条件による二次空気供給条件（ＡＩ−ＯＮ条件）が成立しているか否か判定する。ここでは、例えば、冷却水温が規定の範囲内にあるか否か、内燃機関１が高負荷で運転されていないか否かにより判定される。

ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１０へ進む。
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２８は、積算吸入空気量ＴＧａが所定値Ｂよりも多いか否か判定する。ここで、所定値Ｂは、二次空気の供給が必要な積算吸入空気量の上限である。積算吸入空気量ＴＧａが所定値Ｂよりも多い場合には、排気浄化触媒１２が活性化したとして二次空気の供給を停止する。

ステップＳ１０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進む。
ステップＳ１０９では、フラグＸＴＧＡに１が代入される。なお、フラグＸＴＧＡは、内燃機関１の始動時に０が代入される。

ステップＳ１１０では、二次空気の供給が停止される（ＡＩ−ＯＦＦ）。
ステップＳ１１１では、二次空気が供給される（ＡＩ−ＯＮ）。
このようにして、実際の吸入空気量に基づいて、積算する吸入空気量を変更することができる。これにより、二次空気の供給停止の判定条件となる積算吸入空気量を排気浄化触媒１２の温度に応じた値とすることができ、適量の二次空気が供給された後に二次空気の
供給を停止することができる。

なお、本ルーチンにおいては、積算吸入空気量を二次空気供給停止の条件として用いているが、内燃機関１は一定の空燃比となるように制御されていることが一般的であるため、積算吸入空気量に代えて内燃機関１に供給される燃料量を積算し、積算供給燃料量を二次空気供給停止の条件として用いても良い。

一方、図２により示される内燃機関の負荷と未燃燃料割合との関係は、図４で示される吸入空気量と未燃燃料割合との関係と同様に、負荷がある値よりも低い場合であって、負荷が低くなるほど未燃燃料割合が増加する。そのため、図６に示したフロー中のステップＳ１０４において、吸入空気量Ｇａが所定値Ａよりも多いか否か判定することに代えて、内燃機関の負荷ｋｌが所定値Ｃよりも大きいか否か判定するようにしても良い。

図７は、変更吸入空気量を算出するか否かを内燃機関の負荷により決定する場合のフローであり、図６中のステップＳ１０４およびステップＳ１０５に変わる部分のみを示した図である。他の部分については、図６に示すフローと同様の処理がなされる。

すなわち、ステップＳ１０４に代えてステップＳ２０１を実行し、ステップＳ１０５に代えてステップＳ２０２を実行する。
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２８は、内燃機関の負荷ｋｌが所定値Ｃよりも大きいか否か判定する。この所定値Ｃは、気筒２内での燃焼状態が不安定となる内燃機関の負荷の上限であり、内燃機関の負荷ｋｌが所定値Ｃよりも大きければ気筒２内での燃焼状態が安定していることを示している。

ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ２８は、係数ｋｋｌ１を吸入空気量Ｇａに乗じたものを新たな吸入空気量Ｇａとして記憶する。

ここで、図８は、内燃機関１の負荷と係数ｋｋｌ１との関係を示した図である。この図は予め実験等により求めＥＣＵ２８に記憶させておく。
このようにして、内燃機関１の負荷に基づいて、積算する吸入空気量を変更するか否か判定し、さらには、変更吸入空気量を算出しても良い。同様に、吸入空気量若しくは内燃機関の負荷に代えて、スロットル開度に基づいて、積算する吸入空気量を変更するか否か判定し、さらには、変更吸入空気量を算出しても良い。

また、図６に示したフロー中のステップＳ１０４において、吸入空気量Ｇａが所定値Ａよりも多いか否か判定することに代えて、排気浄化触媒１２を通過する排気の流量が所定値よりも大きいか否か判定するようにしても良い。すなわち、排気浄化触媒１２を通過する排気の流量によっても該排気浄化触媒１２の温度の上昇度合いが変化するため、この排気の流量に基づいて、積算する吸入空気量を変更し、該排気浄化触媒１２の過熱および昇温不足を抑制することができる。

ここで、排気浄化触媒１２を通過する排気の流量は、内燃機関の吸入空気量と、二次空気の供給量と、から求まる。二次空気の供給量は、エアフローメータ１１と同様のものを空気導入管２２に取り付けることで検出可能である。

なお、本実施例においては、積算する吸入空気量を算出することにより、積算吸入空気量を変更しているが、これに代えて、所定値Ｂを変更するようにしても良い。すなわち、未燃燃料割合が増加するほど、所定値Ｂが小さくなるように変更することにより、積算吸
入空気量がより早期に所定値Ｂに到達するようになれば、二次空気の供給停止がより早期に行われるので排気浄化触媒１２の過熱を抑制することが可能となる。

以上説明したように、本実施例によれば、排気浄化触媒１２に適量の二次空気を供給することができ、該排気浄化触媒１２の過熱および昇温不足を抑制することができる。

本実施例においては、内燃機関１の高負荷領域において増加する未燃燃料割合の増加をも考慮して積算吸入空気量を算出する。
ここで、図２中（Ｚ）に示すように、内燃機関１が高負荷となるほど、燃料の揮発性が低下し、未燃燃料割合が増加する。従って、高負荷領域においても、未燃燃料割合の増加による排気浄化触媒１２の温度上昇度合いが大きくなる。従って、高負荷領域では、負荷が高くなるほど、積算する吸入空気量を実際の吸入空気量よりも大きい値となるように変更する。これにより、高負荷領域で運転される時間が長くなるほど、若しくは、負荷が高くなるほど、積算吸入空気量が早期に二次空気供給停止の条件となる値まで増加し、早期に二次空気の供給を停止することができる。

次に、本実施例による二次空気供給制御のフローについて説明する。
図９は、本実施例による二次空気供給制御のフローチャート図である。
本ルーチンは、内燃機関の始動直後から規定時間毎に実行される。なお、ステップＳ１０６以降の処理については、図６に示すフローと同一なので省略する。また、前述のフローと同一の処理が行われるステップについては、同一の符号を付し、説明を省略する。

ステップＳ３０１では、ＥＣＵ２８は、内燃機関の負荷ｋｌを取り込む。内燃機関の負荷ｋｌは、燃料噴射弁８からの燃料噴射量により得ることができる。
ステップＳ３０２では、ＥＣＵ２８は、負荷補正係数ｋｋｌ２を算出する。

ここで、図１０は、負荷と未燃燃料割合および負荷補正係数ｋｋｌ２との関係を示した図である。この関係は予め実験等により求め、ＥＣＵ２８に記憶させておく。ＥＣＵ２８は、図１０に内燃機関の負荷を代入して負荷補正係数ｋｋｌ２を得る。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ２８は、内燃機関の負荷ｋｌが所定値Ｃよりも大きいか否か判定する。ここで、所定値Ｃは、内燃機関の低負荷領域であって、未燃燃料割合の増加による排気浄化触媒１２の温度の上昇度合いが大きくなる負荷の上限である。この所定値Ｃと図１０に示すＣとは同一の値である。

ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進む。
ステップＳ３０４では、ＥＣＵ２８は、内燃機関の負荷ｋｌが所定値Ｄよりも大きいか否か判定する。ここで、所定値Ｄは、内燃機関の高負荷領域であって、未燃燃料割合の増加による排気浄化触媒１２の温度の上昇度合いが大きくなる負荷の下限である。この所定値Ｄと図１０に示すＤとは同一の値である。

ステップＳ３０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進む。
ステップＳ３０５では、ＥＣＵ２８は、負荷補正係数ｋｋｌ２を吸入空気量Ｇａに乗じたものを新たな吸入空気量Ｇａとして記憶する。

このようにして、低負荷領域および高負荷領域では、負荷に応じて、積算する吸入空気量を変更することができる。これにより、二次空気の供給停止の判定条件となる積算吸入
空気量を排気浄化触媒１２の温度に応じた値とすることができ、適量の二次空気が供給された後に二次空気の供給を停止することができる。

なお、図１０の関係を予めマップ化しておき、図９に示すフローを簡略化することができる。
ここで、図１１は、本実施例による二次空気供給制御を簡略化したフローチャート図である。図９と同じ処理が行われるステップについては、図９と同じ符号を付している。

このように、内燃機関の負荷と所定値Ｃ、Ｄとの関係を判断せずに吸入空気量を積算することもできる。

本実施例においては、燃料性状を考慮して積算吸入空気量を算出する。
ここで、燃料噴射弁８から重質燃料が供給されると、気筒２内での燃焼状態が悪化し、排気中の未燃燃料割合が増加する。このようにして排出された未燃燃料が排気浄化触媒１２で反応し、該排気浄化触媒１２の温度を上昇させる。従って、重質燃料が供給された場合には、積算する吸入空気量を実際の吸入空気量よりも多い量に変更する。これにより、重質燃料が供給されると積算吸入空気量が早期に二次空気供給停止の条件となる値まで増加し、早期に二次空気の供給を停止することができる。

次に、本実施例による二次空気供給制御のフローについて説明する。
図１２は、本実施例による二次空気供給制御のフローチャート図である。
本ルーチンは、内燃機関の始動直後から規定時間毎に実行される。なお、ステップＳ１０６以降の処理については、図６に示すフローと同一なので説明を省略する。また、前述のフローと同一の処理が行われるステップについては、同一の符号を付し、説明を省略する。

ステップＳ４０１では、ＥＣＵ２８は、燃料噴射弁８から供給される燃料が軽質燃料であるか否か判定する。
ここで、重質燃料は揮発性が低いために、燃料噴射弁８から噴射されてからの蒸発が緩慢となる。そのため、気筒２内での混合気は実質的にリーン空燃比側へずれ、発生トルクが減少するので、機関回転数が低下する。そこで、燃料供給量と機関回転数との関係から供給された燃料の性状を判定することができる。また、燃料タンク（図示省略）内の燃料の蒸発量を検出して、この蒸発量が多いときに軽質燃料であると判定しても良い。

ステップＳ４０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０２へ進む。
ステップＳ４０２では、ＥＣＵ２８は、冷却水温ＴＨＷを取り込む。冷却水温ＴＨＷは、冷却水温センサ２９の出力信号から得る。

ステップＳ４０３では、ＥＣＵ２８は、重質燃料補正係数ｋｆｕを算出する。
ここで、図１３は、冷却水温ＴＨＷと重質燃料補正係数ｋｆｕとの関係を示した図である。重質燃料による燃焼状態の悪化は、冷却水温ＴＨＷが低いほど顕著に現れるため、冷却水温ＴＨＷに応じて重質燃料補正係数ｋｆｕを変更する。なお、図１３の関係は予め実験等により求めＥＣＵ２８に記憶させておく。ＥＣＵ２８は、図１３に冷却水温ＴＨＷを代入して、重質燃料補正係数ｋｆｕを得ることができる。

ステップＳ４０４では、ＥＣＵ２８は、重質燃料補正係数ｋｆｕを吸入空気量Ｇａに乗じたものを新たな吸入空気量Ｇａとして記憶する。
このようにして、内燃機関１に重質燃料が供給された場合には、積算する吸入空気量が
多くなるように変更することができる。これにより、二次空気の供給停止の判定条件となる積算吸入空気量を排気浄化触媒１２の温度に応じた値とすることができ、適量の二次空気が供給された後に二次空気の供給を停止することができる。

本実施例においては、排気浄化触媒１２内の２点間の温度差が大きい場合には、二次空気の供給を停止する。
ここで、図１４は、排気浄化触媒内部の位置と温度との関係を示した図である。図１４の横軸は、排気浄化触媒１２内の位置を示し、図１４中「Ｆｒ」は排気浄化触媒１２の上流側、「Ｒｒ」は下流側を示している。また、図１４中のａ、ｂ、ｃ、ｄは、夫々、図３中の積算吸入空気量であるａ、ｂ、ｃ、ｄと対応している。また、図１４中の破線、および実線は、夫々図２中の内燃機関の負荷であるＸ、Ｙと対応している。

二次空気供給中は、排気浄化触媒１２の上流側、すなわち「Ｆｒ」側から未燃燃料の酸化反応が始まるので、排気浄化触媒１２の上流側の温度が下流側の温度よりも高くなり、上流側と下流側とで温度差が生じる。

そして、積算吸入空気量が多くなるほど、上流側と下流側との温度差が大きくなる。また、内燃機関１の負荷が小さくなるほど、排気の流量が減少するため、上流側で反応する未燃燃料が多くなり、より上流側と下流側との温度差が大きくなる。

次に、図１５は、排気浄化触媒内部の最高温度と排気浄化触媒内部の距離あたりの温度差ΔＴとの関係を示した図である。
ここで、排気浄化触媒１２内部の距離あたりの温度差ΔＴ（以下、単に「温度差ΔＴ」という。）とは、排気浄化触媒１２内部の任意の２点間の温度差を表している。また、排気浄化触媒１２の最高温度Ｔｍａｘとは、前記２点で一番温度の高い箇所の温度を表している。また、「許容範囲」とは、排気浄化触媒１２が破損する虞のない範囲を表し、「割れ」とは、排気浄化触媒１２が破損する虞のある範囲を表している。

このように、最高温度Ｔｍａｘが高いと、温度差ΔＴが小さくても「割れ」が生じる虞があり、反対に最高温度Ｔｍａｘが低いと温度差ΔＴが大きくなければ「割れ」は生じないことになる。

そして、二次空気を供給する場合には、図１５中の「許容範囲」内で行うことが必要となる。
その点、本実施例においては、この「許容範囲」内でのみ二次空気の供給を行うため排気浄化触媒１２の破損を抑制することができる。

ここで、本実施例においては、図１６に示すように、排気浄化触媒１２の上流側の温度を検出する上流側温度センサ３０および下流側の温度を検出する下流側温度センサ３１を備えている。これらセンサの出力信号は、ＥＣＵ２８に入力される。

次に、本実施例による二次空気供給制御のフローについて説明する。
図１７は、本実施例による二次空気供給制御のフローチャート図である。
本ルーチンは、内燃機関の始動直後から規定時間毎に実行される。なお、ステップＳ１０６以前の処理については、図６に示すフローと同一なので省略する。また、前述のフローと同一の処理が行われるステップについては、同一の符号を付し、説明を省略する。

ステップＳ５０１では、ＥＣＵ２８は、上流側温度センサ３０から得られる温度ＥｘＴ１を取り込む。
ステップＳ５０２では、ＥＣＵ２８は、下流側温度センサ３１から得られる温度ＥｘＴ２を取り込む。

ステップＳ５０３では、ＥＣＵ２８は、上流側温度センサ３０から得られる温度ＥｘＴ１が下流側温度センサ３１から得られる温度ＥｘＴ２よりも高いか否か判定する。
ステップＳ５０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ５０５へ進む。

ステップＳ５０４では、ＥＣＵ２８は、最高温度Ｔｍａｘに上流側温度センサ３０から得られる温度ＥｘＴ１を代入する。
ステップＳ５０５では、ＥＣＵ２８は、最高温度Ｔｍａｘに下流側温度センサ３１から得られる温度ＥｘＴ２を代入する。

ステップＳ５０６では、ＥＣＵ２８は、次式により温度差ΔＴを算出する。
ΔＴ＝｜ＥｘＴ１−ＥｘＴ２｜
ステップＳ５０７では、ＥＣＵ２８は、許容温度差ｋΔＴを算出する。

ここで、許容温度差ｋΔＴは、図１５中の「許容範囲」と「割れ」との境界線で示される。すなわち、図１５の「最高温度」にステップＳ５０４若しくはステップＳ５０５で得られた最高温度Ｔｍａｘを代入して得られる温度差が許容温度差ｋΔＴとなる。

ステップＳ５０８では、ＥＣＵ２８は、ステップＳ５０６で算出した温度差ΔＴがステップＳ５０７で算出した許容温度差ｋΔＴよりも小さいか否か判定する。
ステップＳ５０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

このようにして、排気浄化触媒１２内の２点間の温度差および最高温度が許容範囲内であるときに限り二次空気の供給を行うことが可能となり、排気浄化触媒１２の破損を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関とその吸排気系及び二次空気供給装置の概略構成を示す図である。 内燃機関の負荷と未燃燃料割合との関係を示した図である。 内燃機関の始動後からの積算吸入空気量と排気浄化触媒の温度との関係を示した図である。 実際に検出される吸入空気量と未燃燃料割合との関係を示した図である。 実施例１による実際の吸入空気量と変更吸入空気量を算出するための係数ｋｇａとの関係を示した図である。 実施例１による二次空気供給制御のフローチャート図である。 変更吸入空気量を算出するか否かを内燃機関の負荷により決定する場合のフローであり、図６中のステップＳ１０４およびステップＳ１０５に変わる部分のみを示した図である。 内燃機関の負荷と係数ｋｋｌ１との関係を示した図である。 実施例２による二次空気供給制御のフローチャート図である。 負荷と未燃燃料割合および負荷補正係数ｋｋｌ２との関係を示した図である。 実施例２による二次空気供給制御を簡略化したフローチャート図である。 実施例３による二次空気供給制御のフローチャート図である。 冷却水温ＴＨＷと重質燃料補正係数ｋｆｕとの関係を示した図である。 排気浄化触媒内部の位置と温度との関係を示した図である。 排気浄化触媒の最高温度と排気浄化触媒内部の距離あたりの温度差ΔＴとの関係を示した図である。 実施例４による排気浄化触媒のセンサ取り付け状態を示した図である。 実施例４による二次空気供給制御のフローチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
１ａ 吸気ポート
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 吸気枝管
４ 吸気管
５ スロットル弁
６ スロットルセンサ
７ エアフローメータ
８ 燃料噴射弁
９ 燃料分配管
１０ 排気枝管
１１ 排気管
１２ 排気浄化触媒
１３ 空燃比センサ
１４ 酸素濃度センサ
２０ 二次空気噴射弁
２１ 空気分配管
２２ 空気導入管
２３ エアポンプ
２４ エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）
２５ 負圧導入管
２６ バキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）
２８ ＥＣＵ
２９ 冷却水温センサ
３０ 上流側温度センサ
３１ 下流側温度センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設けられ排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒の上流の排気中へ二次空気を供給する二次空気供給手段と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記排気浄化触媒に流入する排気中の未燃燃料の割合と関係する値である排気特性関連値を検出する排気特性関連値検出手段と、
   前記排気特性関連値検出手段により検出された排気特性関連値により得られる排気中の未燃燃料割合が大きくなるほど、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量よりも多い量となるように、検出された吸入空気量の値を変更する検出値変更手段と、
   前記検出値変更手段により変更された後の吸入空気量を前記内燃機関の始動後から積算する吸入空気量積算手段と、
   前記吸入空気量積算手段により得られる積算吸入空気量が所定値よりも大きくなった場合に前記二次空気供給手段による二次空気の供給を停止する二次空気供給停止手段と、
   を具備することを特徴とする二次空気供給装置。
2. 前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、吸入空気量を検出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。
3. 前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、排気浄化触媒を通過する排気の流量を検出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。
4. 前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、内燃機関の負荷を検出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。
5. 前記排気特性関連値検出手段は排気特性関連値として、内燃機関の燃料性状を検出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。

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