用於內燃發動機的排氣控制設備的製作方法

2023-04-30 02:41:16 1

專利名稱：用於內燃發動機的排氣控制設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於內燃發動機的排氣控制設備。
背景技術：
當啟動內燃發動機時，發動機溫度和進氣溫度低而且燃料汽化的可能性較小。相 應地，執行一種用於使空燃比濃於化學計量空燃比的控制。因此，產生缺氧情況並且從內燃 發動機排出大量的作為一種未燃燒燃料成分的碳氫化合物(HC)。在啟動內燃發動機之後的 短暫時長內，因為排氣催化劑的溫度低，所以排氣催化劑不會去除如此大量的HC。因此，已 經研發了用於處理這種問題的技術。根據這些技術，在排氣通道中設置了暫時吸附HC的吸 附件，排氣中的HC被捕集在該吸附件上直至排氣催化劑的溫度上升至足夠高的溫度為止。
隨著將排氣引入到吸附件中，吸附件的溫度逐漸上升。隨後，當吸附件的溫度變為 等於或高於預定的脫附溫度時，已被吸附在吸附件上的HC的脫附開始。相應地，為了防止 HC被釋放到大氣中，需要排氣催化劑易於去除HC， S卩，需要排氣催化劑的溫度在吸附件的 溫度達到脫附溫度之前上升至活化溫度。 根據現有技術，將用於氧化(燃燒)排氣中的HC的二次空氣供給至排氣系統以便 在啟動內燃發動機之後快速升高催化劑的溫度。如果將二次空氣供給至排氣系統，則HC在 排氣系統中燃燒(發生HC的後燃)且排氣溫度上升。因而，催化劑快速變暖。
日本專利申請公開No. 10-169434(JP-A-10-169434)(參考第0017段)描述了一 種排氣控制設備，所述設備包括吸附件和設置在該吸附件上遊的催化劑，其中，在從啟動內 燃發動機時直至催化劑得以活化時為止的時長期間，在催化劑的上遊部分處將二次空氣引 入到排氣系統。但是，在JP-A-10-169434中所描述的技術具有以下問題。如果吸附件的吸 附能力是固定的，則隨著經過吸附件的排氣的流量增大，HC吸附率減小。因此，如果經過吸 附件的排氣的流量由於二次空氣引入到排氣系統中而增大，則HC吸附率減小。如上所述， 在啟動內燃發動機之後的短暫時長內，從內燃發動機排出大量HC。在這種情況下，如果HC 吸附率已由於二次空氣的供給而減小，則在未被吸附在吸附件上的情況下被釋放到大氣中 的HC的量會增加。 如果當啟動發動機時開始二次空氣的供給，則因為排氣口的溫度仍舊低，所以發 生HC後燃的可能性較小。日本專利申請公開No. 2004-124824(JP-A-2004-124824)描述了 一種用於處理這種問題的技術。根據JP-A-2004-124824，在發動機的啟動期間，禁止二次空 氣的供給直至排氣口的溫度變為等於或高於預定的溫度為止，以防止排氣口被二次空氣冷 卻。 JP-A-2004-124824中描述如果當排氣口的溫度變為等於或高於預定的溫度時 開始二次空氣的供給，則會可靠地發生HC後燃並防止排氣口被二次空氣冷卻。
但是，當考慮HC的吸附狀態時，如果開始供給二次空氣的時間是基於排氣口的溫 度來確定的，則所確定的時間並不總是最適當的。即，如果從發動機排出的HC的量在排氣 口的溫度上升至預定的溫度並開始二次空氣的供給之後達到其峰值，則大量的HC在HC吸附率已由於排氣的流量增大而減小的狀態下流入吸附件。因此，HC更有可能在未被吸附到 吸附件上的情況下被釋放到大氣中。 根據JP-A-2004-124824描述的技術，如果排氣口溫度的上升延遲，則開始二次空 氣的供給的時間將延遲與溫度上升的延遲相對應的量。在這種情況下，由於有效促進催化 劑預熱的時間延遲(起因於二次空氣的供給)，因此催化劑活化的時間也延遲。這使得難以 在吸附件的溫度超過脫附溫度之前將催化劑的溫度上升至等於或高於活化溫度的溫度。因 而，被釋放到大氣中的HC的量可能增大。

發明內容
本發明提供一種用於內燃發動機的排氣控制設備，所述排氣控制設備使得啟動內
燃發動機時釋放到大氣中的碳氫化合物的量最小化。 發明的一方面涉及一種用於內燃發動機的排氣控制設備，所述排氣控制設備包 括第一催化劑，其設置在內燃發動機的排氣系統中；吸附件，其設置在排氣系統中第一催 化劑的下遊位置處，而且吸附件具有吸附排氣中的碳氫化合物的作用；二次空氣供給裝置， 其在第一催化劑的上遊部分處將二次空氣供給至排氣系統；供給禁止單元，當啟動內燃發 動機時，供給禁止單元禁止二次空氣的供給；以及供給開始時間控制單元，其基於從內燃發 動機排出的碳氫化合物的量或者與從內燃發動機排出的碳氫化合物的量相關的值來控制 在啟動內燃發動機之後開始供給二次空氣的時間。 根據本發明的上述方面，當啟動內燃發動機時禁止二次空氣的供給。因而，當在內 燃發動機啟動之後不久所排出的且其中碳氫化合物的濃度高的排氣經過吸附件時，可以防 止可能由二次空氣所引起的經過吸附件的排氣的流量的增大。因此，當其中的碳氫化合物 的濃度高的排氣經過吸附件時，以高的吸附率將碳氫化合物吸附在吸附件上。因此，可以可 靠地使釋放到大氣中的碳氫化合物的量最小化。根據本發明的上述方面，在啟動內燃發動 機之後開始供給二次空氣的時間是基於從內燃發動機排出的碳氫化合物的量或者與從內 燃發動機排出的碳氫化合物的量相關的值來控制的。因而，在引入吸附件中的排氣中的碳 氫化合物濃度變為相對較低的值之後，在沒有延遲的情況下開始二次空氣的供給並促進第 一催化劑的預熱。因此，可以在碳氫化合物的吸附期間可靠地將第一催化劑的溫度上升至 等於或高於活化溫度的值。相應地，可以在碳氫化合物的吸附結束之後通過使用第一催化 劑可靠地去除碳氫化合物。因而，可以防止碳氫化合物釋放到大氣中。 在以上所述的發明方面中，當自內燃發動機啟動時直至燃燒空燃比超過接近化學 計量空燃比的預定值時的期間從內燃發動機排出的排氣結束通過吸附件時，供給開始時間 控制單元可以開始供給二次空氣。 在上述構造中，二次空氣的供給是在從啟動內燃發動機時直至燃燒空燃比超過接 近化學計量空燃比的預定值時為止的時長期間從內燃發動機排出的排氣結束通過吸附件 時開始的。在此時長期間從內燃發動機排出的排氣中的碳氫化合物的濃度高。因此，如果 禁止二次空氣的供給直至碳氫化合物的濃度高的排氣結束通過吸附件為止，則可以將以高 濃度存在於排氣中的碳氫化合物可靠地吸附在吸附件上。 在以上所述的發明方面中，內燃發動機啟動期間的碳氫化合物排出特性在啟動內 燃發動機之後不久達到峰值，而且，當在或大約在從內燃發動機排出具有峰值碳氫化合物排出特性的碳氫化合物時從內燃發動機排出的排氣結束通過吸附件時，供給開始時間控制 單元可以開始供給二次空氣。 在上述構造中，二次空氣的供給是在當或大約當從內燃發動機排出具有峰值碳氫 化合物排出特性的碳氫化合物時從該內燃發動機排出的排氣結束通過吸附件時開始的。禁 止二次空氣的供給直至碳氫化合物的濃度高的排氣結束通過吸附件為止。因此，可以將以 高濃度存在於排氣中的碳氫化合物可靠地吸附在吸附件上。 在本發明的上述方面中，與從所述內燃發動機排出的碳氫化合物的量相關的值可 以是噴射到所述內燃發動機中的燃料的量。 在上述構造中，開始二次空氣的供給的時間是基於噴射到內燃發動機中的燃料的 量來控制的。因此，可以將開始二次空氣的供給的時間準確地調節至最適當的時間。
在本發明的上述方面中，與從所述內燃發動機排出的碳氫化合物的量相關的值可 以是基於噴射至內燃發動機中的燃料的量和進入內燃發動機中的空氣的量估算出的估算 空燃比。 在上述構造中，開始二次空氣的供給的時間是基於估算空燃比來控制的，所述估 算空燃比是基於噴射到所述內燃發動機中的所述燃料的量以及進入所述內燃發動機的空 氣的量來估算的。因此，可以將開始二次空氣的供給的時間準確地調節至最適當的時間。
在本發明的上述方面中，碳氫化合物的量可以是通過累加在啟動內燃發動機之後 從內燃發動機排出的碳氫化合物的量所獲得的值。 在上述構造中，開始二次空氣的供給的時間是基於通過對在啟動所述內燃發動機 之後從所述內燃發動機排出的碳氫化合物的量進行累加所獲得的值來控制的。因此，可以 將開始二次空氣的供給的時間準確地調節至最適當的時間。 根據本發明的上述方面的所述排氣控制設備可以包括基於所述內燃發動機的代 表性溫度來估算碳氫化合物的量的碳氫化合物量估算單元。 在上述構造中，碳氫化合物的量是基於所述內燃發動機的代表性溫度來估算的。 因此，可以簡單的結構來準確控制開始二次空氣的供給的時間。 根據本發明的上述方面的所述排氣控制設備可以包括選擇閥，其在將從所述內 燃發動機排出的排氣引入所述吸附件中的狀態與不將從所述內燃發動機排出的排氣引入 所述吸附件中的狀態之間切換排氣引入狀態；選擇閥故障判定單元，其判定所述選擇閥是 否故障；以及供給開始單元，如果判定由於所述選擇閥的故障而未將排氣引入所述吸附件 中，則所述供給開始單元立即開始所述二次空氣的供給。 在上述構造中，如果在啟動內燃發動機時由於選擇閥的故障而未將碳氫化合物吸
附在吸附件上，則立即開始二次空氣的供給。由此，可以儘可能快速地加熱第一催化劑。因
而，可以使如果未將碳氫化合物吸附在吸附件上而可能發生的排放的惡化最小化。 根據本發明的上述方面的所述排氣控制設備可以包括選擇閥，其在將從所述內
燃發動機排出的排氣引入所述吸附件中的狀態與不將從所述內燃發動機排出的排氣引入
所述吸附件中的狀態之間切換排氣引入狀態；吸附結束時間控制單元，當啟動所述內燃發
動機之後預定的碳氫化合物吸附結束條件滿足時，所述吸附結束時間控制單元通過操作所
述選擇閥以將所述排氣引入狀態切換至不將從所述內燃發動機排出的排氣引入所述吸附
件中的狀態來結束碳氫化合物的吸附；以及二次空氣供給裝置故障判定單元，其判定所述
6二次空氣供給裝置是否故障。所述吸附結束時間控制單元可包括吸附結束時間延遲單元， 如果確定所述二次空氣供給裝置故障，則所述吸附結束時間延遲單元相對於常規的碳氫化 合物吸附結束時間延遲所述碳氫化合物的吸附結束時間。 在上述構造中，如果在啟動內燃發動機時二次空氣供給裝置故障，則碳氫化合物 吸附時長延長。因此，可以盡最大可能利用吸附件的性能以將大量的碳氫化合物吸附在吸 附件上。因此，可以使由於二次空氣供給裝置的故障所引起的排放的惡化最小化。
根據本發明的上述方面的所述排氣控制設備可以包括檢測供給到所述內燃發動 機的燃料特性的燃料特性檢測單元。所述供給開始時間控制單元可以包括基於由所述燃料 特性檢測單元所獲得的檢測結果來校正二次空氣的供給開始的時間的開始時間校正單元。
在上述構造中，檢測供給至內燃發動機的燃料的特性，並基於檢測結果校正二次 空氣的供給開始的時間。因此，即使供給至內燃發動機的燃料的特性改變，也可以基於燃料 的特性將二次空氣的供給開始的時間調節至最適當的時間。 根據本發明上述方面的所述排氣控制設備可以包括第二催化劑，所述第二催化劑 設置在所述吸附件的下遊或者與所述吸附件一體形成。


本發明的特徵、優點、以及技術和工業意義將參考附圖在本發明的示例實施方式 的以下詳細說明中進行說明，在附圖中，相同或相應的部分將由相同參考標號來表示，且其 中 圖1是圖示根據本發明第一示例實施方式的系統的構造的視圖； 圖2是用於說明根據本發明第一示例實施方式的HC吸附控制和二次空氣供給控
制的時序圖； 圖3是示出在本發明第一示例實施方式中執行的例程的流程圖； 圖4是示出在本發明第一示例實施方式中執行的例程的流程圖； 圖5是示出自從內燃發動機啟動時始，每單位時間HC排出量的時間變化的映射
圖； 圖6是用於計算基準值13的映射圖； 圖7是示出在本發明第一示例實施方式中執行的例程的流程圖； 圖8是示出在本發明第二示例實施方式中執行的例程的流程圖； 圖9是示出在本發明第二示例實施方式中執行的例程的流程圖； 圖10是用於說明在本發明第三實施方式中控制開始二次空氣的供給的時間的方
式的曲線圖；以及 圖11是在本發明第三示例實施方式中執行的例程的流程圖。
具體實施例方式
以下將參考附圖描述本發明的實施方式。注意，圖中的相同元件由相同的參考標 號表示且其描述將只提供一次。 圖1是圖示根據本發明第一實施方式的系統的構造的視圖。如圖1所示，根據本 發明第一實施方式的系統包括四衝程火花點火式內燃發動機10。內燃發動機10安裝在車輛(汽車)中。根據本發明第一實施方式的內燃發動機10是直列四缸內燃發動機。但是，
氣缸的數目和設置這些氣缸的方式並不局限於本發明第一實施方式中的這一種。 內燃發動機IO的每個氣缸30都設置有活塞、燃燒室、進氣門、排氣門、火花塞等
(所有這些元件在圖1中都未示出)以及燃料噴射器12。進氣系統40、排氣系統50以及二
次空氣供給裝置60連接至內燃發動機10。 進氣系統40包括進氣通道41和進氣歧管26，通過所述進氣歧管26將進氣從進氣 通道41供給至氣缸30。節氣門42設置在進氣通道41中。空氣濾清器43設置在進氣通道 41的入口處。檢測進氣量的空氣流量計44設置在空氣濾清器43與節氣門42之間。
排氣系統50包括排氣通道54，從氣缸30排出的排氣流經所述排氣通道54。第一 催化劑51設置在排氣通道54的中部。第一催化劑51用作為同時從排氣去除HC(碳氫化 合物)、CO(—氧化碳)以及NOx(氮氧化物)的三元催化劑。 在排氣系統50中，HC吸附件52設置在第一催化劑51的下遊。HC吸附件52包括 例如沸石且具有暫時吸附HC的作用。根據本發明第一實施方式的HC吸附件52具有圓筒 形的形狀。來自排氣通道54的排氣可以通過通道53流入HC吸附件52中。
旁通通道55形成於HC吸附件52的內側。在旁通通道55的入口處，設置打開和 關閉該入口的吸附選擇閥56。吸附選擇閥56是這樣的閥其選擇排氣所流經的通道使得排 氣流入HC吸附件52和旁通通道55中的一個中。即，當吸附選擇閥56關閉旁通通道55的 入口時，排氣經過通道53流入HC吸附件52中。另一方面，如果吸附選擇閥56是打開的， 則排氣流入流動阻力小的旁通通道55中而不流入HC吸附件52中。 吸附選擇閥56由膜片機構14打開和關閉。膜片機構14由從負壓供給通道16供 給的負壓驅動。負壓供給通道16自進氣通道41中的節氣門42的下遊位置延伸。三通電 磁閥18設置在負壓供給通道16的中部。三通電磁閥18具有通向大氣的開口。三通電磁 閥18從負壓和大氣壓力中選擇供給至膜片機構14的壓力，並將所選擇的壓力供給至膜片 機構14。當以大氣壓力供給時，膜片機構14工作以打開吸附選擇閥56。另一方面，當以負 壓供給時，膜片機構14工作以關閉吸附選擇閥56。 第二催化劑57設置在HC吸附件52和旁通通道55的下遊。第二催化劑57用作 為同時去除排氣中的HC、CO以及NOx的三元催化劑。 二次空氣供給裝置60構造成用於將從外部吸入的空氣供給至內燃發動機10的氣 缸30的排氣口作為二次空氣。在二次空氣供給通道61中，空氣泵68、空氣開關閥62、以及 作為一種單向閥的導向閥63從上遊依這種順序設置。壓力傳感器64設置在空氣泵68與 空氣開關閥62之間。自進氣通道41中的節氣門42的下遊位置延伸的負壓供給通道65連 接至空氣開關閥62。電磁閥66設置在負壓供給通道65中。二次空氣供給通道61的下遊 側部分通過多個分配管67連接至氣缸30的排氣口 。 空氣泵68由電動機驅動。空氣泵68包括基於外部提供的指令旋轉的馬達，以及 由該馬達轉動以對進氣加壓的泵。空氣濾清器69設置在空氣泵68的空氣入口處。當電磁 閥66打開時，進氣通道41中的負壓被引入到空氣開關閥62中，且空氣開關閥62打開。隨 後，在壓力下從空氣泵68輸送的空氣流經二次空氣供給通道61 ，並經過分配管67流入氣缸 30的排氣口中。 內燃發動機10設有曲柄位置傳感器47和檢測用於內燃發動機10的冷卻劑的溫度的冷卻劑溫度傳感器46，所述曲柄位置傳感器47包括安裝至曲軸端部的正時轉子和電 磁式傳感器。 根據本發明第一實施方式的系統進一步包括電子控制單元(ECU) 20。上述各種傳 感器和致動器電連接至該ECU 20。 圖2是用於說明根據本發明第一實施方式的HC吸附控制和二次空氣供給控制的 時序圖。在圖2中，時間軸(橫坐標軸)的原點表示啟動內燃發動機10的時間點。圖2中 的HC吸附為"開"的狀態表示這樣的狀態關閉吸附選擇閥56，即，將排氣引入HC吸附件 52中。圖2中的HC吸附為"關"的狀態表示這樣的狀態打開吸附選擇閥56，即，將排氣引 入旁通通道55中。圖2中的二次空氣為"開"的狀態表示由二次空氣供給裝置60供給二 次空氣的狀態。圖2中的二次空氣為"關"的狀態表示二次空氣供給裝置60不供給二次空 氣的狀態。 當啟動內燃發動機10時而且在內燃發動機10啟動之後短暫的時長內，因為內燃 發動機10的溫度和進氣的溫度低，所以燃料汽化的可能性較小。因此，執行用於增大從燃 料噴射器12噴射的燃料的量以使空燃比濃於化學計量空燃比的控制。隨著空燃比變得較 濃，從內燃發動機10排出的排氣中的HC的濃度增大。在啟動內燃發動機10之後的短暫時 長內，第一催化劑51的溫度低且未達到活化溫度。因此，不可能利用第一催化劑51來充分 地淨化從內燃發動機10排出的碳氫化合物濃度高的排氣。 因此，根據本發明第一實施方式，當啟動內燃發動機10時而且在內燃發動機10啟 動之後短暫的時長內，排氣被引入HC吸附件52中而且HC吸附在HC吸附件52上，如圖2 所示。因而，可使釋放到大氣中的HC的量最小化。 如果將排氣連續地引入HC吸附件52中，則HC吸附件52的溫度因排氣的熱量而 上升。如果HC吸附件52的溫度變高，則HC吸附件52具有使已吸附在HC吸附件52上的 HC脫附的特性。因此，為了防止已吸附在HC吸附件52上的HC被脫附並釋放到大氣中，需 要在HC吸附件52的溫度超過HC的脫附開始的溫度(以下稱為"脫附溫度")之前打開吸 附選擇閾56以結束HC的吸附。 在圖2示出的示例中，吸附選擇閥56在^時刻打開以結束HC的吸附。此時，HC 吸附件52的溫度低於脫附溫度(在本發明第一實施方式中為IO(TC )。如果吸附選擇閥56 是打開的，則因為排氣流入旁通通道55，所以HC吸附件52的溫度停止上升。因此，HC吸附 件52的溫度維持成低於脫附溫度以便防止HC的脫附。 當將排氣引入HC吸附件52中時，第一催化劑51的溫度也因例如排氣的熱量而上 升。因為第一催化劑51設置在靠近內燃發動機10的位置(排氣系統50的上遊)，所以第 一催化劑51的溫度的上升速率高於HC吸附件52的溫度的上升速率。為了防止將HC釋放 到大氣中，需要將第一催化劑51預備用於去除HC，即，需要在結束HC在HC吸附件52上的 吸附之前將第一催化劑51的溫度上升至等於或高於活化溫度(35(TC)的值。S卩，為了防止 將HC釋放到大氣中，需要在HC吸附件52的溫度達到脫附溫度之前將第一催化劑51的溫 度可靠地上升至等於或高於活化溫度的值。 在內燃發動機IO啟動之後的短暫時長內，燃料噴射量增加而且在燃燒室中燃燒 的空氣-燃料混合氣的空燃比(以下稱為"燃燒空燃比")濃於化學計量空燃比。因此，大 量HC包含在從內燃發動機10排出的排氣中，而排氣中的氧的量不足。根據本發明第一實施方式，二次空氣供給裝置60在內燃發動機IO啟動之後將二次空氣供給至排氣口中。以
此方式，在排氣口中發生從內燃發動機排出的排氣中的HC的後燃。因為流入第一催化劑51
中的排氣的溫度因HC的後燃而上升，所以促進了第一催化劑51的溫度的上升。 如果排氣口的溫度過低，則即使供給二次空氣，發生HC的後燃的可能性也較小。
因此，二次空氣的供給有助於升高排氣的溫度的可能性較小。除了這種情況之外，基本上，
因為第一催化劑51的溫度上升更快，所以應當在內燃發動機10啟動之後儘快開始二次空
氣的供給。 但是，如果在啟動內燃發動機10的同時開始二次空氣的供給，則可能發生以下不 便。隨著HC吸附件52的吸附力增大，HC的吸附率增大。但是，因為在車輛中用於HC吸附 件52的空間是有限的，所以HC吸附件52的吸附力是有限的。如果HC吸附件52的吸附力 是固定的，則隨著經過HC吸附件52的排氣的流量增大，HC的吸附率減小。因此，如果經過 HC吸附件52的排氣的流量由於二次空氣的供給而增大，則HC的吸附率減小且經過HC吸附 件52的HC的量與HC的總量的比率增大。 圖2中最下面的曲線圖示出了從內燃發動機IO排出的排氣中HC的濃度的時間變 化。如該曲線圖所示，從內燃發動機10排出的排氣中HC的濃度(即，從內燃發動機10排 出的HC的量)在內燃發動機10啟動之後不久顯著增加並達到其峰值。這是因為以下原因 而發生。當在內燃發動機IO啟動之後所經歷的時間較短時，因為內燃發動機10的燃燒室 和進氣口的溫度較低，所以從燃料噴射器12噴射的燃料汽化的可能性較小。因此，當在內 燃發動機10啟動之後所經歷的時間較短時，大量增加燃料噴射量。不能汽化的燃料以液態 形式附著至進氣口和燃燒室的壁面。已附著至壁面的燃料稍後汽化。在內燃發動機10啟 動之後不久，因為從燃料噴射器12噴射的燃料量增加而且已附著至壁面的燃料大量汽化 並流入氣缸內，所以燃燒空燃比變為顯著濃於化學計量空燃比。因此，在內燃發動機10啟 動之後不久，從內燃發動機10排出的HC的量顯著增加並達到其峰值。隨後，當在內燃發動 機10啟動時已增加並使用的燃料噴射量減小時，燃燒空燃比接近化學計量空燃比，而且附 著至壁面的燃料的量減少，從內燃發動機10排出的HC的量減小至相對較少的量並維持於 該相對較少的量。 如上所述，在內燃發動機10啟動之後不久，從內燃發動機10排出的HC的量顯著 增加並達到其峰值。為了使釋放到大氣中的HC的量最小化，需要可靠地將當或大約當從內 燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機10排出的排氣中HC吸附在HC吸附件52上。 但是，如上所述，如果經過HC吸附件52的排氣的量由於二次空氣的供給而增加，則吸附率 減小而且經過HC吸附件52而未被吸附在HC吸附件52上的HC的量增加。因此，為了以高 的吸附率將當或大約當從內燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機IO排出的排氣 中的大量HC吸附在HC吸附件52上，二次空氣的供給不應當開始而且經過HC吸附件52的 排氣的量不應當增加直至當或大約當從內燃發動機IO排出HC的峰值量時從內燃發動機10 排出的排氣結束通過HC吸附件52為止。 因此，根據本發明第一實施方式，開始二次空氣的供給的時間是基於從內燃發動 機10排出的HC的量來控制的。S卩，根據本發明第一實施方式，如圖2所示，在當或大約當從 內燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機10排出的排氣結束通過HC吸附件52時 (圖2中的^時刻)開始二次空氣的供給。因此，當緊隨內燃發動機10啟動之後從內燃發動機10排出的且包含大量HC的排氣流入HC吸附件52中時，將經過HC吸附件52的排氣 的流量保持成低的流量以便將HC的吸附率保持成高的吸附率。相應地，將緊隨內燃發動機 10啟動之後從內燃發動機10排出的大量的HC可靠地吸附在HC吸附件52上。因而，可以 使釋放到大氣中的HC的量最小化。 根據本發明第一實施方式，在當或大約當從內燃發動機10排出HC的峰值量時從 內燃發動機10排出的排氣結束通過HC吸附件52之後，在不延遲的情況下開始二次空氣的 供給。因而，可以促進第一催化劑51的溫度的上升。相應地，第一催化劑51的溫度在HC 吸附件52的溫度達到脫附溫度(圖2中的t2時刻)之前上升至等於或高於活化溫度的溫 度。相應地，在t2時刻結束將HC吸附在HC吸附件52上的吸附之後，HC由第一催化劑51 充分去除。因此，即使在將HC吸附在HC吸附件52上的吸附結束之後，也可以可靠地防止 將HC釋放到大氣中。 如上所述，在越過緊隨內燃發動機10啟動之後達到的峰值之後，從內燃發動機10 排出的HC的量減少至相對較少的量並維持於該相對較少的量(見圖2中的最下面的曲線 圖)。因此，在從內燃發動機10排出的HC的量越過其峰值之後，即使HC吸附率由於二次 空氣的供給而降低，經過HC吸附件52而未被吸附在HC吸附件52上的HC的絕對量小。因 此，在從圖2中的^時刻到t2時刻的時長期間，可以使釋放到大氣中的HC的量最小化。
不同於本發明第一實施方式，如果二次空氣的供給開始的時間不是基於從內燃發 動機10排出的HC的量來控制，則二次空氣的供給開始的時間可能晚於最適當的時間。在 這種情況下，可能發生以下不便。如圖2中虛線所示，當延遲開始二次空氣的供給時，第一 催化劑51的溫度上升延遲。因此，當HC的吸附在t2時刻結束時，第一催化劑51的溫度尚 未達到活化溫度。相應地，HC被釋放到大氣中。如果HC連續地吸附在HC吸附件52上直 至第一催化劑51的溫度達到活化溫度的t3時刻為止，則HC吸附件52的溫度超過脫附溫 度並開始HC的脫附。因此，在這種情況下同樣會將HC釋放到大氣中。
圖3和圖4示出了為了執行上述控制而由本發明第一實施方式中的ECU 20執行 的例程的流程圖。以預定的時間間隔周期性地執行這些例程。 圖3示出了 HC吸附控制的例程。在該例程中，首先，判定車輛的點火開關是否接 通(步驟(以下稱為"S")100)。如果判定點火開關未接通，即，內燃發動機IO尚未啟動， 則打開吸附選擇閥56(S106)。即，排氣不流入HC吸附件52中。 另一方面，如果在S100中判定點火開關是接通的，則判定由冷卻劑溫度傳感器46 檢測到的用於內燃發動機10的冷卻劑的溫度ethw(以下稱為"冷卻劑溫度ethw")是否低 於基準值a (S102)。如果冷卻劑溫度ethw等於或高於基準值a ，則確定內燃發動機IO已 預熱。在這種情況下，確定第一催化劑51的溫度或第二催化劑57的溫度等於或高於活化 溫度。相應地，因為HC由第一催化劑51或第二催化劑57去除，所以不需要將排氣引入HC 吸附件52中。因此，在這種情況下，打開吸附選擇閥56使得排氣不被引入HC吸附件52中 (S106)。 另一方面，如果在S102中判定冷卻劑溫度ethw低於基準值a ，則確定因為第一催 化劑51的溫度和第二催化劑57的溫度低，所以需要將HC吸附在HC吸附件52上。在這種 情況下，判定累計進氣量是否小於基準值A(S104)。累計進氣量是通過對在內燃發動機10 啟動之後由空氣流量計44檢測到的進氣量進行累加所獲得的值。基準值A是預先設定的
11並用於確定HC的吸附應當結束的時間。如果在S104中判定累計進氣量尚未達到基準值A， 則關閉吸附選擇閥56(S108)。即，將排氣引入HC吸附件52中使得HC可靠地吸附在HC吸 附件52上。 如上所述，如果將排氣連續地引入HC吸附件52中，則HC吸附件52的溫度上升。 隨後，如果HC吸附件52的溫度超過脫附溫度，則從HC吸附件52脫附HC的脫附開始。因 此，HC的吸附應當在HC吸附件52的溫度達到脫附溫度之前結束。HC吸附件52的溫度與 引入HC吸附件52的累計排氣量相關。該累計排氣量與累計進氣量相關。將基準值A預先 設定為這樣的值用於判定HC吸附件52的溫度是否上升至接近於脫附溫度的值。因此，如 果在S104中判定累計進氣量已達到基準值A，則確定HC吸附件52的溫度上升至接近於脫 附溫度的值。因此，打開吸附選擇閥56以結束HC的吸附。 圖4示出了二次空氣供給控制的例程。在該例程中，首先，判定內燃發動機10是 否已啟動(S120)。更具體地，如果基於來自曲柄位置傳感器47的信號計算出的發動機轉速 超過400rpm(轉/分)，則確定內燃發動機10的啟動已完成，S卩，內燃發動機10已經啟動。 如果在S120中判定內燃發動機10尚未啟動，則不供給二次空氣(S126)。
另一方面，如果在S120中判定內燃發動機10已經啟動，則判定通過對從內燃發動 機10排出的HC的量進行累加所獲得的累計的HC排出量是否已超過基準值13 (S122)。累 計的HC排出量是通過對內燃發動機10啟動之後每單位時間從內燃發動機10排出的HC的 量進行累加所獲得的值。根據本發明第一實施方式，累計的HC排出量計算如下。圖5是示 出在內燃發動機10啟動之後每單位時間的HC排出量的時間變化的映射圖。如上所述，HC 排出量緊隨內燃發動機10啟動之後達到其峰值。如圖5所示，HC排出量隨著內燃發動機 10的溫度(在本發明第一實施方式中，使用冷卻劑溫度作為內燃發動機10的代表性溫度) 降低而增加。這是因為隨著內燃發動機10的溫度降低，燃料汽化的可能性較小。因此，燃料 噴射量增加與不能汽化的燃料量相對應的量。在內燃發動機10啟動之後的短暫時長內，內 燃發動機10通常以預定的發動機轉速和預定的負荷係數(進氣量)空轉。因此，將HC排 出量表示在這樣的映射圖中該映射圖表示在多個冷卻劑溫度中的每個溫度處所獲得的、 與內燃發動機IO啟動之後所經歷的時間之間的關係。S卩，根據本發明第一實施方式，每單 位時間的HC排出量是根據圖5中示出的映射圖基於冷卻劑溫度和內燃發動機10啟動之後 所經歷的時間來計算的。ECU 20繼而通過對根據圖5中示出的映射圖計算出的每單位時間 的HC排出量進行累加來計算累計的HC排出量。 圖6是用於計算基準值13的映射圖。如圖6所示，基準值13隨著冷卻劑溫度降 低而增大。例如，當冷卻劑溫度為4(TC時，基準值13計算為與圖5中的陰影部分的面積相 對應的值。基準值P包括與為使排氣結束通過HC吸附件52所需延遲時長相對應的值。如 果使用由此計算出的基準值P ，則可以準確判定當或大約當從內燃發動機10排出HC的峰 值量時從內燃發動機10排出的排氣是否已結束通過HC吸附件52。 相應地，如果在S122中判定累計的HC排出量尚未超過基準值13 ，則確定當或大約 當從內燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機IO排出的排氣尚未結束通過HC吸附 件52。在這種情況下，因為包含HC的峰值量的排氣被引入HC吸附件52中，所以應當獲得 高的HC吸附率。因此，確定不應當開始二次空氣的供給。在這種情況下，不供給二次空氣 (S126)。
另一方面，如果在S122中判定累計的HC排出量已經超過基準值13 ，則確定當或大 約當從內燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機IO排出的排氣已經結束通過HC吸 附件52。 S卩，確定流入HC吸附件52中的排氣中的HC的濃度降低至相對較低的值。因此， 確定可以供給二次空氣。在這種情況下，判定累計進氣量是否小於基準值B(S124)。基準 值B是預先設定並用於確定二次空氣的供給應當結束的時間的值。如果在S124中判定累 計進氣量尚未達到基準值B，則通過二次空氣供給裝置60將二次空氣供給至內燃發動機10 的氣缸30的排氣口 (S128)。因為排氣中的HC通過二次空氣中的氧得以燃燒，所以排氣的 溫度上升而且第一催化劑51迅速變暖。 基準值B是預先設定並用於判定第一催化劑51是否充分預熱的值。因此，如果在 S124中判定累計進氣量已經達到基準值B，則判定第一催化劑51已充分預熱。因此，在這 種情況下，結束二次空氣的供給(S126)。 通過根據本發明第一實施方式的控制，禁止二次空氣的供給直至當或大約當從內 燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機10排出的排氣，即，其中的HC的濃度高的排 氣結束通過HC吸附件52為止。因此，直至當或大約當從內燃發動機10排出HC的峰值量 時從內燃發動機10排出的排氣結束通過HC吸附件52為止，將經過HC吸附件52的排氣的 流量保持成低流量，並獲得高的HC吸附率。因此，可以通過使用HC吸附件52來充分淨化 HC的濃度高的排氣。因而，可以可靠地使釋放到大氣中的HC的量最小化。
通過根據本發明第一實施方式的控制，在當或大約當從內燃發動機10排出HC的 峰值量時從內燃發動機10排出的排氣結束通過HC吸附件52之後，在不延遲的情況下開始 二次空氣的供給以促進第一催化劑51的預熱。因此，第一催化劑51的溫度在結束HC的吸 附之前(在HC吸附件52的溫度超過脫附溫度之前)可靠地上升至等於或高於活化溫度的 值。因此，當用於去除HC的構件從HC吸附件52改變為第一催化劑51時，可靠地抑制了將 HC釋放到大氣中。 在本發明第一實施方式中，開始二次空氣的供給的時間是基於S122中的累計的 HC排出量來控制的。但是，開始二次空氣的供給的時間可以基於每單位時間的HC排出量來 控制。即，可以在確定根據圖5中示出的映射圖計算出的每單位時間的HC排出量經歷其峰 值並減小至預定的值之後，開始二次空氣的供給。 根據本發明第一實施方式，HC排出量是根據圖5中示出的映射圖來計算的。但是， 計算HC排出量的方法並不局限於此。例如，可以預先準備用於基於發動機轉速、負荷係數 (進氣量)以及冷卻劑溫度來確定HC排出量(HC濃度)的映射圖，並可以根據該映射圖來 計算HC排出量。 在本發明第一實施方式中，不特別限制從HC吸附件52脫附HC的方法和從排氣至 去除HC的方法。下面將對所述方法的示例進行描述。在打開吸附選擇閥56以結束HC的吸 附之後，HC吸附件52的溫度的上升近乎停止。但是，HC吸附件52的溫度因流經旁通通道 55的排氣的熱量而上升(儘管只是略微上升)。當HC吸附件52的溫度超過脫附溫度時， HC逐步從HC吸附件52脫附。當HC從HC吸附件52脫附時，第二催化劑57的溫度逐步上 升至等於或高於活化溫度的溫度。因此，從HC吸附件52脫附的HC由第二催化劑57去除， 並得以防止被釋放到大氣中。已吸附在HC吸附件52上的HC通過這種方式清除。S卩，下一 次當內燃發動機10啟動時，HC再次吸附在HC吸附件52上。
如上所述，當內燃發動機10啟動時，燃料噴射量增加與不能汽化的燃料的量相對 應的量，使得燃料在燃燒室中得以可靠燃燒。在本發明第一實施方式中，獨立於這種燃料噴 射量的增加，可以獲得燃料量的另外的增加。獲得這種燃料量的增加以便在供給二次空氣 時供給由二次空氣燃燒的HC。以此方式，大量的HC由二次空氣通過後燃來燃燒。相應地， 可以進一步升高流入第一催化劑51的排氣的溫度以進一步促進第一催化劑51的預熱。以 下，將用於增加燃料量以供給由二次空氣燃燒的HC的控制稱作為"催化劑預熱用燃料量增 加控制"。 引入到排氣口中的二次空氣的量是基於對從內燃發動機10排出的排氣所施加的 背壓以及空氣泵68的性能來確定的。因此，當打開吸附選擇閥56以結束HC在HC吸附件 52上的吸附時，引入到排氣口中的二次空氣的量增加。這是因為當排氣流經旁通通道55時 的流動阻力低於當排氣流經HC吸附件52時的流動阻力，且因此，在結束HC的吸附之後，對 從內燃發動機10排出的排氣所施加的背壓降低。如果引入到排氣口中的二次空氣的量增 加，則通過後燃燃燒的HC的量會增加與二次空氣的增加量相對應的量。因此，在本發明第 一實施方式中，通過催化劑預熱用燃料量增加控制所獲得的燃料的增加量在結束HC的吸 附之後比在發生HC的吸附時大。 圖7示出了為執行上述催化劑預熱用燃料量增加控制而由本發明第一實施方式 中的ECU 20執行的例程的流程圖。在圖7中示出的例程中，判定是否供給了二次空氣 (S130)。如果判定未供給二次空氣，則因為未執行催化劑預熱用燃料量增加控制，所以該例 程結束。另一方面，如果判定為供給了二次空氣，則基於冷卻劑溫度等來計算應當通過催化 劑預熱用燃料量增加控制獲得的燃料增加的量(S132)。 在完成S132之後，判定吸附選擇閥56是否是關閉的，即，是否正在發生HC的吸附 (S134)。如果在S134中判定吸附選擇閥56是關閉的，S卩，正在發生HC的吸附，則在未經校 正的情況下設定在S132中計算出的燃料增加的量(S138)。由此，基於燃料增加的量來計算 燃料噴射量，並執行催化劑預熱用燃料量增加控制。 另一方面，如果在S134中判定吸附選擇閥56是打開的，即，HC的吸附已結束，則
增大在S132中計算出的燃料增加的量(S136)，並設定燃料增加的校正量(S138)。由此，基
於燃料增加的校正量來計算燃料噴射量，並執行催化劑預熱用燃料量增加控制。 在S136中，將應當通過催化劑預熱用燃料量增加控制獲得的燃料增加的量校正
至這樣的值所述值大於當正在發生HC的吸附時應當通過催化劑預熱用燃料量增加控制
獲得的燃料增加的量。在這種情況下使用的校正量設定為與當結束HC的吸附時所獲得的
二次空氣增加的量相對應的值。 在圖7中的例程中，在結束HC的吸附之後，燃料噴射量增加的量隨著流入排氣口 中的二次空氣的量的增加而增加。因而，大量的HC通過後燃而得以燃燒。因此，可以更快 速地預熱第一催化劑51。 在本發明第一實施方式中，使用包括吸附選擇閥56的結構。但是，可以使用不包 括吸附選擇閥56的結構。HC吸附件52和第二催化劑57可以與彼此一體形成。S卩，代替包 括HC吸附件52和第二催化劑57的結構，可以使用包括吸收還原催化劑的結構，所述吸收 還原催化劑具有由吸附件形成的下層和由三元催化劑形成的上層。 本發明第一實施方式中的第一催化劑51、HC吸附件52、以及冷卻劑溫度可以分別用作為本發明中的"第一催化劑"、"吸附件"、以及"代表性溫度"。當ECU 20執行圖4中的 例程時，ECU 20可以用作為本發明中的"供給禁止單元"。當ECU 20執行圖4中的例程時， ECU 20可以用作為本發明中的"供給開始時間控制單元"。當ECU 20根據圖5中示出的映 射圖計算HC排出量時，ECU 20可以用作為本發明中的"碳氫化合物量估算單元"。
將參考圖8和圖9來描述本發明的第二實施方式。將主要描述與本發明第一實施 方式中的特徵不同的特徵，而且將簡化或省略涉及與本發明第一實施方式中的特徵相同的 特徵的描述。在根據本發明第二實施方式的系統中，使用圖1中示出的硬體結構，而且ECU 20執行圖8和圖9中的例程。 如在本發明第一實施方式中所述，通過圖1中示出的系統，可以通過將HC在HC吸 附件52上的吸附與由二次空氣的供給所引起的催化劑預熱的促進相結合，可靠地使在內 燃發動機10啟動之後釋放到大氣中的HC的量最小化。在本發明第二實施方式中，如果吸附 HC的作用和供給二次空氣的作用中的一個由於故障而未得以執行，則最大限度地利用另一 個作用。與此方式，使排放的惡化最小化。 更具體地，如果二次空氣供給裝置60故障，則HC吸附時長被延長。如果由於二次 空氣供給裝置60的故障而不能供給二次空氣，則結束第一催化劑51的預熱的時間被延遲。 因此，如果HC吸附在常規時間結束，則存在這樣的高可能性當HC的吸附結束時，第一催化 劑51的預熱尚未完成，而且HC可能被釋放到大氣中。根據本發明第二實施方式，在這種情 況下，延長HC吸附時長以最大限度利用HC吸附件52的性能，使得大量的HC吸附在HC吸 附件52上。 在本發明第二實施方式中，如果確定由於吸附選擇閥56的故障而不能將HC吸附 在HC吸附件52上，則在不控制開始二次空氣的供給的時間的情況下立即開始二次空氣的 供給。另外，使應當通過催化劑預熱用燃料量增加控制獲得的燃料的增加量大於通常情況。 通過執行這些控制，第一催化劑51得以儘快預熱以儘快獲得第一催化劑51能夠去除HC的 狀態。 圖8和圖9示出了為了執行上述控制而由本發明第二實施方式中的ECU 20執行 的例程的流程圖。以預定的時間間隔周期性地執行這些例程。在涉及圖8和圖9中的步驟 的描述中，與圖3和圖4中的步驟相同的步驟將由相同的步驟標號來表示，並且將省略或簡 化這些步驟的描述。 圖8示出了本發明第二實施方式中的HC吸附控制的例程。該例程除了在S102與 S104之間設置S140和S142之外與圖3中的例程相同。如果在圖8中的例程中的S100中 判定車輛的點火開關是接通的，並在S102中判定冷卻劑溫度ethw低於基準值a ，則判定二 次空氣供給裝置60是否正確工作(S140) 。 ECU 20基於例如用於空氣泵68的驅動電流來 判定二次空氣供給裝置60是否正確工作。 如果在S104中判定二次空氣供給裝置60正確工作，則如同在本發明第一實施方 式中一樣執行S104及隨後的步驟。即，連續地將HC吸附在HC吸附件52上直至累計進氣 量達到基準值A為止(S108)。當累計進氣量達到基準值A時，打開吸附選擇閥56以結束 HC在HC吸附件52上的吸附(S106)。 另一方面，如果在S104中判定二次空氣供給裝置60故障，則基準值A增加預定的 值C(S142)。隨後，利用校正後的基準值A來執行S104及隨後的步驟。在這種情況下，因為基準值A被校正為較大的值，所以延遲了結束HC的吸附的時間。SP，延長了HC吸附時長。
根據圖8示出的例程，如果第一催化劑51的預熱由於二次空氣供給裝置60的故 障而被延遲，則HC吸附時長延長。因而，可以最大限度利用HC吸附件52的性能使得大量 的HC吸附在HC吸附件52上。因此，即使二次空氣供給裝置60故障，也能使排放的惡化最 小化。 圖9示出了本發明第二實施方式中的二次空氣供給控制的例程。該例程除了在 S120與S122之間設置S144和S146之外與圖4中示出的例程相同。如果在S120中判定內 燃發動機10已經啟動，則判定HC的吸附是否正在正確地發生(S144) 。 S144可以如下方式 執行。設置對吸附選擇閥56的操作進行檢測的行程傳感器(未示出)。如果行程傳感器檢 測到吸附選擇閥56處於關閉的狀態，則判定HC的吸附正在正確地發生。另一方面，如果行 程傳感器檢測到吸附選擇閥56處於打開的狀態，則判定吸附選擇閥56故障而且不能發生 HC的吸附。 如果在S144中判定HC的吸附正在正確地發生，則如同在本發明第一實施方式中 一樣執行S122及隨後的步驟。S卩，直至累計的HC排出量、即從內燃發動機10排出的HC的 累計量超過基準值P為止，禁止二次空氣的供給(S126)。在累計的HC排出量超過基準值 P之後，開始二次空氣的供給(S128)。 另一方面，如果在S144中判定HC的吸附由於故障而不能發生，則設定用於增加應 當通過催化劑預熱用燃料量增加控制獲得的燃料的增加量的標記(S146)。隨後，即使累計 的HC排出量尚未超過基準值13 ，也立即開始二次空氣的供給(S128)。
在任一情況下，都如同在本發明第一實施方式中一樣，連續地供給二次空氣直至 累計的進氣量達到基準值B為止。 根據圖9中示出的例程，如果在啟動內燃發動機10時判定HC的吸附由於故障而 不能發生，則立即開始二次空氣的供給以促進第一催化劑51的預熱。因此，第一催化劑51 得以儘快預熱。因而，使得由於不能發生HC的吸附的事實而引起的排放的惡化最小化。另 外，根據本發明第二實施方式，如果不能發生HC的吸附，則增大應當通過催化劑預熱用燃 料量增加控制獲得的燃料的增加量以增大通過後燃得以燃燒的HC的量。因而，可以進一步 升高排氣溫度並更迅速地預熱第一催化劑51。 本發明第二實施方式中的吸附選擇閥56可用作為本發明中的"選擇閥"。當ECU 20執行S144時，ECU 20可用作為本發明中的"選擇閥故障判定單元"。當ECU 20執行圖9 中示出的例程時，ECU 20可用作為本發明中的"供給開始單元"。當ECU 20執行S104時， ECU 20可用作為本發明中的"吸附結束時間控制單元"。當ECU 20執行S140時，ECU 20可 用作為本發明中的"二次空氣供給裝置故障判定單元"。當ECU 20執行圖8中示出的例程 時，ECU 20可用作為本發明中的"吸附結束時間延遲單元"。 接下來，將參考圖10和圖11描述本發明的第三實施方式。將主要描述與本發明 的上述實施方式中的特徵不同的特徵，而且將簡化或省略與本發明上述實施方式中的特徵 相同的特徵。 本發明第三實施方式中的硬體結構與本發明第一實施方式中的硬體結構基本相 同。但是本發明第三實施方式中的內燃發動機10可以利用通過以既定的混合比混合汽油 和酒精(例如，乙醇)形成的混合燃料來工作。根據本發明第三實施方式的系統包括檢測
16供給至內燃發動機10的燃料中的酒精濃度的燃料特性傳感器72。燃料特性傳感器72通過 檢測例如燃料的電容、折射率、以及吸收率來檢測由汽油和酒精形成的混合燃料中的酒精 濃度。燃料特性傳感器72設置在燃料箱或燃料供給通道中。 因為本發明第三實施方式中的HC吸附控制與本發明第一實施方式中的HC吸附控 制相同，所以以下將不提供涉及HC吸附控制的描述。以下將對根據本發明第三實施方式的 二次空氣供給控制進行描述。 圖10是用於說明根據本發明第三實施方式的對二次空氣的供給開始的時間進行 控制的曲線圖。在圖10中，上部曲線示出了在內燃發動機10啟動之後估算空燃比A/F的 暫時變化，而下部曲線示出了燃料的總增加量R(以下稱為"總燃料增加量R")的暫時變 化。估算空燃比A/F是通過將由空氣流量計44檢測到的進氣量除以燃料噴射量所獲得的 值。即，估算空燃比A/F是通過計算內燃發動機10中的燃燒空燃比獲得的。總燃料增加量 R是應當通過各種控制獲得的燃料的增加量的總和。 如上所述，當啟動內燃發動機10時，增加燃料量以補償燃料汽化中的不足。當啟 動內燃發動機10時，作為燃料增加量的總和的總燃料增加量R呈現最大值，並逐漸減小。如 果總燃料增加量R減小，則燃料噴射量減小。因此，如圖IO所示，當啟動內燃發動機IO時， 估算空燃比A/F顯著低於化學計量空燃比(顯著濃於化學計量空燃比)，隨後，估算空燃比 A/F增大並接近化學計量空燃比。 從內燃發動機10排出的排氣中的HC濃度與燃燒空燃比相關。因此，從內燃發動 機10排出的排氣中的HC濃度與估算空燃比A/F準確地相關。在較低的(較濃的)估算空 燃比A/F處，確定從內燃發動機10排出的排氣中的HC濃度是較高的。另一方面，如果估算 空燃比A/F超過預定的值(例如，當燃料為汽油時為從大約13到大約14的值)，則確定從 內燃發動機10排出的排氣中的HC濃度相對較低。圖10中的基準值D是設定用於判定從 內燃發動機IO排出的排氣中的HC濃度是否相對較低的值。S卩，如果估算空燃比A/F在內 燃發動機10啟動之後超過基準值D，則判定從內燃發動機10排出的排氣中的HC濃度經歷 在內燃發動機10啟動之後不久達到的HC濃度的峰值，並且減小至相對較低的值且保持於 該相對較低的值。因此，在本發明第三實施方式中，在比估算空燃比A/F達到基準值D的時 間(圖10中的t。時刻)晚預定的延遲時長d的時間(圖10中的^時刻)處開始二次空 氣的供給。 延遲時長d是基於為了在工作氣體經歷了進氣行程、壓縮行程、膨脹行程以及排 氣行程之後將內燃發動機10中的工作氣體從內燃發動機10排出所需的行程延遲時長，以 及從自內燃發動機10排出排氣時始直至排氣結束通過HC吸附件52為止的傳送延遲時長 來預先設定的值。當在估算空燃比A/F達到基準值D之後已經歷了延遲時長d時，確定當 或大約當從內燃發動機10排出HC的峰值量時從內燃發動機10排出的排氣已結束通過HC 吸附件52。相應地，如果在估算空燃比A/F達到基準值D之後已經歷了延遲時長d時開始 二次空氣的供給，則獲得與本發明第一實施方式中的效果一樣的效果。
在本發明第三實施方式中，基準值D是基於由燃料特性傳感器72檢測到的酒精濃 度來校正的。化學計量空燃比在汽油與酒精之間是不同的。因此，由汽油和酒精形成的混 合燃料的化學計量空燃比依據酒精濃度而改變。相應地，基準值D的適當值依據燃料中的 酒精濃度而改變。根據本發明第三實施方式，基準值D是基於由燃料特性傳感器72檢測到的酒精濃度來校正的。因而，可以在最適當的時間開始二次空氣的供給而不管供給至內燃 發動機10的燃料中的酒精濃度。 圖ll是據本發明第三實施方式的二次空氣供給控制的例程。當ECU 20執行圖11 中示出的例程而不是圖4中示出的例程時，實施所述第三實施方式。圖11中的例程與圖4 中示出的例程不同在於，刪除了 S122並增加了 S150至S156。 如果在圖11中的例程中的S120中判定內燃發動機10已經啟動，則由燃料特性 傳感器72檢測供給至內燃發動機10的燃料中的酒精濃度(S150)。然後，基於檢測到的酒 精濃度來執行用於對用於判定是否應當開始二次空氣的供給的基準值D進行校正的處理 (S152)。酒精的化學計量空燃比(在乙醇的情況下大約為9)低於汽油的化學計量空燃比 (14. 7)。因此，在S152中，基準值D是以如下方式基於預定的映射圖來校正的使得基準值 D隨著燃料中的酒精濃度增大而減小。 在完成S152之後，判定估算空燃比A/F是否已超過校正後的基準值D (S154)。如 果判定估算空燃比A/F尚未超過所述基準值D，則確定尚未達到開始二次空氣的供給的最 適當時間。在這種情況下，不開始二次空氣的供給(S126)。 另一方面，如果在S154中判定估算空燃比A/F已經超過所述基準值D，則判定在估 算空燃比A/F超過所述基準值D之後是否已經歷了以上所述的預定的延遲時長d(S156)。 如果判定在估算空燃比A/F超過所述基準值D之後尚未經歷延遲時長d，則確定尚未達到開 始二次空氣的供給的最適當時間。在這種情況下，不開始二次空氣的供給(S126)。
另一方面，如果在S156判定在估算空燃比A/F超過所述基準值D之後已經經歷了 遲時長d，則確定已經達到開始二次空氣的供給的最適當時間。在這種情況下，如果在S124 中做出肯定的判定，則開始二次空氣的供給(S128)。當累計進氣量達到基準值B時結束二 次空氣的供給。 如在本發明第三實施方式中所述，可以基於與從內燃發動機10排出的HC的量相 關的值(在本發明第三實施方式中為估算空燃比A/F)而不是從內燃發動機10排出的HC 的量來控制開始二次空氣的供給的時間。在這種情況下同樣獲得與在本發明第一實施方式 中的效果一樣的效果。 根據本發明第三實施方式，檢測燃料特性(在本發明第三實施方式中為酒精濃 度)，並基於檢測到的燃料特性來校正基準值D。以此方式來校正開始二次空氣的供給的時 間。因此，即使供給至內燃發動機10的燃料的特性改變，也能夠基於燃料特性的變化將開 始二次空氣的供給的時間調節至最適當的時間。 在本發明第三實施方式中，燃料特性是由燃料特性傳感器72直接檢測的。可替代 地，可以基於通過空燃比反饋控制得到的學習值來檢測燃料特性。作為燃料特性，可以使用 燃料的質量密度來代替酒精濃度。 在本發明第三實施方式中，開始二次空氣的供給的時間是基於估算空燃比A/F來 控制的。可替代地，可以基於燃料噴射量(總燃料增加量R)來控制開始二次空氣的供給的 時間。即，如圖10所示，當總燃料增加量R在啟動內燃發動機10之後下降成低於基準值E 時，確定從內燃發動機10排出的排氣中的HC的濃度經歷了在內燃發動機10啟動之後不久 達到的HC濃度的峰值，並且減小至相對較低的值且保持於該相對較低的值。相應地，如果 以如下方式來控制開始二次空氣的供給的時間當總燃料增加量R下降成低於基準值E之後已經歷了延遲時長d時開始二次空氣的供給，則獲得與上述效果相同的效果。 本發明第三實施方式中的估算空燃比A/F或總燃料增加量R(燃料噴射量)以及
燃料特性傳感器72可以分別用作為本發明中的"與從內燃發動機排出的碳氫化合物的量
相關的值"以及"燃料特性檢測單元"。當ECU20執行S152和S154時，ECU 20可用作為本
發明中的"校正單元"。
權利要求
一種用於內燃發動機的排氣控制設備，其特徵在於，包括第一催化劑(51)，其設置在內燃發動機(10)的排氣系統(50)中；吸附件(52)，其設置在所述排氣系統(50)中所述第一催化劑(51)的下遊位置處，而且所述吸附件(52)具有吸附排氣中的碳氫化合物的作用；二次空氣供給裝置(60)，其在所述第一催化劑(51)的上遊部分處將二次空氣供給至所述排氣系統(50)；供給禁止單元，當啟動所述內燃發動機(10)時，所述供給禁止單元禁止所述二次空氣的供給；以及供給開始時間控制單元，其基於從所述內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量或者與從所述內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量相關的值來控制在啟動所述內燃發動機(10)之後開始供給所述二次空氣的時間。
2. 如權利要求l所述的排氣控制設備，其中，當自所述內燃發動機(10)啟動時直至燃 燒空燃比超過接近化學計量空燃比的預定值時的期間從所述內燃發動機(10)排出的排氣 結束通過所述吸附件(52)時，所述供給開始時間控制單元開始供給所述二次空氣。
3. 如權利要求l所述的排氣控制設備，其中，所述內燃發動機(10)啟動期間的碳氫化合物排出特性在啟動所述內燃發動機(10)之 後不久達到峰值，而且當在或大約在從所述內燃發動機(10)排出具有峰值碳氫化合物排出特性的碳氫化合 物時從所述內燃發動機(10)排出的排氣結束通過所述吸附件(52)時，所述供給開始時間 控制單元開始供給所述二次空氣。
4. 如權利要求3所述的排氣控制設備，其中，所述碳氫化合物排出特性是從所述內燃 發動機(10)排出的排氣中的碳氫化合物的濃度。
5. 如權利要求3所述的排氣控制設備，其中，所述碳氫化合物排出特性是從所述內燃 發動機(10)排出的碳氫化合物的量。
6. 如權利要求l所述的排氣控制設備，其中，所述的與從所述內燃發動機(10)排出的 碳氫化合物的量相關的值是噴射至所述內燃發動機(10)中的燃料的量。
7. 如權利要求l所述的排氣控制設備，其中，所述的與從所述內燃發動機(10)排出的 碳氫化合物的量相關的值是基於噴射至所述內燃發動機(10)中的燃料的量和進入所述內 燃發動機(10)中的空氣的量估算出的估算空燃比。
8. 如權利要求1所述的排氣控制設備，其中，所述碳氫化合物的量是通過累加在啟動 所述內燃發動機(10)之後從所述內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量所獲得的值。
9. 如權利要求1所述的排氣控制設備，其中，所述碳氫化合物的量是每單位時間從所 述內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量。
10. 如權利要求1所述的排氣控制設備，進一步包括碳氫化合物量估算單元，其基於所述內燃發動機(10)的代表性溫度來估算所述碳氫 化合物的量。
11. 如權利要求1至10中任一項所述的排氣控制設備，進一步包括選擇閥(56)，其在將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀 態與不將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀態之間切換排氣引入狀態；以及催化劑預熱用燃料量增加控制單元，當供給所述二次空氣時，所述催化劑預熱用燃料 量增加控制單元增加燃料的量以供給由所述二次空氣燃燒的碳氫化合物，其中，所述催化劑預熱用燃料量增加控制單元在所述選擇閥(56)選擇不將排氣引入所述吸 附件(52)中的狀態時比在所述選擇閥(56)選擇將排氣引入所述吸附件(52)中的狀態時 以更大的量增加燃料的量。
12. 如權利要求1至10中任一項所述的排氣控制設備，進一步包括選擇閥(56)，其在將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀 態與不將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀態之間切換排氣 引入狀態；選擇閥故障判定單元，其判定所述選擇閥(56)是否故障；以及供給開始單元，如果判定由於所述選擇閥(56)的故障而未將排氣引入所述吸附件 (52)中，則所述供給開始單元立即開始所述二次空氣的供給。
13. 如權利要求1至10中任一項所述的排氣控制設備，進一步包括選擇閥(56)，其在將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀 態與不將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀態之間切換排氣 引入狀態；以及吸附結束時間控制單元，當在啟動所述內燃發動機之後滿足預定的碳氫化合物吸附結 束條件時，所述吸附結束時間控制單元通過操作所述選擇閥(56)以將所述排氣引入狀態 切換至不將從所述內燃發動機(10)排出的排氣引入所述吸附件(52)中的狀態來結束碳氫 化合物的吸附。
14. 如權利要求13所述的排氣控制設備，進一步包括二次空氣供給裝置故障判定單元，其判定所述二次空氣供給裝置(60)是否故障，其中，所述吸附結束時間控制單元包括吸附結束時間延遲單元，如果判定所述二次空氣供給 裝置故障，則所述吸附結束時間延遲單元相對於常規的碳氫化合物吸附結束時間延遲碳氫 化合物吸附結束時間。
15. 如權利要求1至10中任一項所述的排氣控制設備，進一步包括 燃料特性檢測單元(72)，其檢測供給到所述內燃發動機(10)的燃料的特性，其中， 所述供給開始時間控制單元包括開始時間校正單元，所述開始時間校正單元基於由所述燃料特性檢測單元(72)獲得的檢測結果來校正開始供給所述二次空氣的時間。
16. 如權利要求1所述的排氣控制設備，進一步包括第二催化劑(57)，其設置在所述吸附件(52)的下遊或者與所述吸附件(52) —體形成。
全文摘要
一種用於內燃發動機的排氣控制設備，包括催化劑(51)，其設置在內燃發動機(10)的排氣系統(50)中；HC吸附件(52)，其在催化劑(51)的下遊位置處設置在排氣系統(50)中，而且其具有吸附排氣中的碳氫化合物的作用；二次空氣供給裝置(60)，其在催化劑(51)的上遊部分處將二次空氣供給至排氣系統(50)；供給禁止單元，當啟動內燃發動機(10)時，供給禁止單元禁止二次空氣的供給；以及供給開始時間控制單元，其基於從內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量或者與從內燃發動機(10)排出的碳氫化合物的量相關的值來控制在啟動內燃發動機(10)之後開始供給二次空氣的時間。
文檔編號F01N3/20GK101713316SQ20091017454
公開日2010年5月26日 申請日期2009年9月28日 優先權日2008年9月30日
發明者田中比呂志 申請人:豐田自動車株式會社