JP2009138529A - 内燃機関の二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止できる二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】本実施例に係るエンジンシステムにおいて、ＥＣＵ１００は、排気通路２２に配置された触媒３２に二次空気を供給するエアポンプ５０の凍結状態を判定した場合には、エアポンプ５０を解凍する。具体的には、ＥＣＵ１００は、バルブ７１、７３を開側に制御し、バルブ７２を閉側に制御する。これにより、排気の一部が、エアポンプ５０へと供給され、排熱を有効利用してエアポンプ５０を解凍することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の二次空気供給装置に関する。

内燃機関の排気系には、排気を浄化するための触媒が設けられている。このような排気浄化触媒は、通常、所定の温度領域でその排気浄化触媒の能力を発揮する。従って、触媒の温度が低いときには、新気を排気系に流すことによって、排気中に含まれる有害成分を再燃焼させて触媒の活性化を促進し、有害成分の排出の低減を図る二次空気供給装置が知られている。特許文献１には、二次空気供給装置の凍結を診断する技術が開示されている。

特開２００３−２０１８３４号公報

上記特許文献１には、凍結状態にある二次空気供給装置を、積極的に解凍する技術に関しては開示されていない。二次空気供給装置が凍結した状態のままだと、触媒を暖機することが困難となり、排気エミッションが悪化する。

したがって本発明の目的は、エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止できる二次空気供給装置を提供することである。

上記目的は、内燃機関の排気系に配置された触媒に二次空気を供給するエアポンプの凍結状態を判定する判定手段と、前記エアポンプが凍結状態にあると判定した場合に、前記内燃機関の排熱を利用して前記エアポンプを解凍する解凍処理を実行する解凍手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置によって達成できる。

この構成により、エアポンプが凍結状態にある場合であっても、内燃機関の排熱を利用して解凍することにより、触媒を暖機でき、排気エミッションの悪化を防止できる。

上記構成において、前記解凍手段は、前記内燃機関の排気を前記エアポンプに導く排気供給通路を含む、構成を採用できる。

この構成により、排気を積極的にエアポンプへと導くことができ、排熱を有効利用することができる。また、早期にエアポンプを解凍できる。

上記構成において、前記解凍手段は、前記エアポンプに導かれる排気を冷却する冷却装置を含む、構成を採用できる。

この構成により、排気の温度が高すぎることによる、エアポンプの故障を防止できる。

上記構成において、前記排気供給通路は、前記触媒に二次空気を導くための二次空気供給通路と合流して一本の通路となる合流区間を有している、構成を採用できる。

この構成により、構造の簡略化、装置の小型化を図ることができる。

上記構成において、前記排気供給通路は、前記触媒に二次空気を導くための二次空気供給通路と合流して一本の通路となる合流区間を有し、前記排気供給通路及び二次空気供給通路は、前記合流区間からそれぞれ分岐した分岐区間を有し、前記冷却装置は、前記排気供給通路の前記分岐区間に配置されている、構成を採用できる。

この構成により、排気供給通路及び二次空気供給通路が合流区間を有している場合であっても、エアポンプに導かれる排気を冷却することができる。

上記構成において、前記排気供給通路及び二次空気供給通路を択一的に開状態とする開閉手段を備えている、構成を採用できる。

この構成により、エアポンプに排気が導かれる状態と、触媒に二次空気が導かれる状態とを択一的に切り替えることができる。

上記構成において、前記判定手段は、前記エアポンプに対する作動指示と、前記作動指示に基づく作動が行われたか否かを検出するセンサからの出力とに基づいてエアポンプの凍結状態を判定する、構成を採用できる。

この構成により、エアポンプの凍結状態を判定できる。センサは、具体的には、触媒に二次空気を供給するための二次空気供給通路に設けられたエアフロメータや、圧力センサ、又は、エアポンプの駆動用モータの作動を検出するエンコーダなどである。

本発明によれば、エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止できる二次空気供給装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。

図１は、内燃機関と本実施例に係る二次空気供給装置とを含むエンジンシステムの概略図である。内燃機関であるエンジン１０は、シリンダ（不図示）と、シリンダ内を往復動するピストン（不図示）とを備えている。エンジン１０には、エンジン１０に吸気を供給するための吸気通路２１と、エンジン１０からの排気を排出するための排気通路２２とが連結されている。吸気通路２１には、エアクリーナ３１が設けられている。また、排気通路２２には、排気を浄化するための触媒３２が設けられている。

エアクリーナ３１よりも下流側での吸気通路２１と、触媒３２よりも上流側での排気通路２２とを連通する通路４０が設けられている。通路４０は、吸気通路２１を通過する吸気の一部を、触媒３２へ供給することにより、触媒３２に酸素を供給して、例えば冷間時における触媒３２の浄化作用を促進するためのものである。

通路４０上には、エアポンプ５０、圧力センサ６０、バルブ７１、７２、７３、インタークーラ８０などが配置されている。また、通路４０は、吸気通路２１と連通した吸気側合流通路４１と、吸気側合流通路４１から分岐した二次空気供給用分岐通路４２、解凍処理用分岐通路４３と、二次空気供給用分岐通路４２と解凍処理用分岐通路４３とが再び合流して一本の通路となると共に排気通路２２と連通した排気側合流通路４４とから構成される。

吸気側合流通路４１の途中には、吸気通路２１の吸気を触媒３２へと送るためのエアポンプ５０と、エアポンプ５０の作動によって変動する、エアポンプ５０よりも下流側の圧力変動を検出する圧力センサ６０と、吸気側合流通路４１の連通状態を切り替えるバルブ７１とが設けられている。

二次空気供給用分岐通路４２の途中には、二次空気供給用分岐通路４２の連通状態を切り替えるバルブ７２が設けられている。解凍処理用分岐通路４３には、詳しくは後述するインタークーラ８０と、解凍処理用分岐通路４３の連通状態を切り替えるバルブ７３とが設けられている。通路４０において、吸気通路２１側を上流側とし、排気通路２２側を下流側とすると、吸気側合流通路４１には、上流側から順にエアポンプ５０、圧力センサ６０、バルブ７１が設けられている。

また、解凍処理用分岐通路４３には、上流側から順に、インタークーラ８０、バルブ７３が設けられている。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００、通路４０、エアポンプ５０、バルブ７１、７２、７３、インタークーラ８０などは、吸気の一部を触媒３２に供給する二次空気供給装置に相当する。また、インタークーラ８０は、解凍処理用分岐通路４３を通過する気体と外気とを熱交換することにより、解凍処理用分岐通路４３を通過する気体を冷却する機能を有する。従って、詳しくは後述するが、インタークーラ８０は、冷却装置として機能する。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成され、エンジンシステム全体の作動を制御する。

また、ＥＣＵ１００には、圧力センサ６０などの各種センサからの出力信号が入力される。また、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０、バルブ７１、７２、７３などに作動指令を出力することにより、各装置の作動を制御する。特に、詳しくは後述するが、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０、バルブ７１、７２、７３等の作動を制御することにより、触媒３２へ二次空気を供給するための二次空気供給処理、凍結状態にあるエアポンプ５０を解凍するための解凍処理を実行する。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、二次空気供給処理及び解凍処理を実行するためのプログラムが格納されている。

二次空気供給処理は、エアポンプ５０を作動させ、バルブ７１、７２を開側に制御し、バルブ７３を閉側に制御することにより行われる。これにより、吸気側合流通路４１と、二次空気供給用分岐通路４２と、排気側合流通路４４とが連通状態となり、これら通路が、二次空気供給通路に相当する。

また、解凍処理は、エアポンプ５０が凍結状態にある場合に、バルブ７１、７３を開側に制御し、バルブ７２を閉側に制御することにより行われる。これにより、吸気側合流通路４１と、解凍処理用分岐通路４３と、排気側合流通路４４とが連通状態となり、これら通路が、排気供給通路に相当する。従って、ＥＣＵ１００、吸気側合流通路４１、解凍処理用分岐通路４３、排気側合流通路４４、バルブ７１、７３は、解凍手段に相当する。また、解凍処理用分岐通路４３は、排気供給通路の分岐区間に相当する。

また、バルブ７２、７３を択一的に開状態とすることにより、排気をエアポンプ５０に導くための排気供給通路と、触媒３２に二次空気を導くための二次空気供給通路とを択一的に開状態とすることができる。従って、バルブ７２、７３は、開閉手段に相当する。

また、本実施例に係るエンジンシステムには、ランプ９０が設けられている。ランプ９０は、ダッシュボード付近に設けられており、運転者及び搭乗者が視認可能な位置に設けられている。詳しくは後述するが、ＥＣＵ１００がエアポンプ５０の故障を検出すると、ランプ９０を点灯させる。

次に、ＥＣＵ１００が実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例について説明する。図２は、ＥＣＵ１００が実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例を示したフローチャートである。

図２に示すように、ＥＣＵ１００は、二次空気供給処理を実行するための所定の条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１）。所定の条件とは、例えば、エンジン冷却水を検出する水温センサ（不図示）から信号に基づいて、エンジンが冷間状態である場合をいい、冷間状態であると判定できる場合には、ＥＣＵ１００は、二次空気供給処理を実行する（ステップＳ２）。

具体的には、ＥＣＵ１００は、前述したように、エアポンプ５０を作動させ、バルブ７１、７２を開側に制御し、バルブ７３を閉側に制御する。エアポンプ５０が凍結しておらず、正常に作動する場合には、エアポンプ５０を作動させてバルブ７１を開側に制御することにより、吸気通路２１を通過する吸気の一部が吸気側合流通路４１へと導入され、バルブ７２を開側に制御し、バルブ７３を閉側に制御することにより、吸気側合流通路４１へ導入された吸気を二次空気供給用分岐通路４２へと導くことができる。二次空気供給用分岐通路４２を通過した吸気は、排気側合流通路４４に導入され、触媒３２へと供給される。尚、ステップＳ１において否定判定の場合には、この処理を終了する。

次に、ＥＣＵ１００は、圧力センサ６０からの出力信号に基づいて、エアポンプ５０が作動しているか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０への作動信号を出力しているにもかかわらず、圧力センサ６０からの出力信号が、変化を示していない場合、即ち、エアポンプ５０に対して作動信号を出力する前後で、圧力センサ６０から出力信号が変化を示していない場合には、エアポンプ５０は凍結状態、又は故障状態と判定する。

圧力センサ６０からの出力信号が変化した場合には、エアポンプ５０は正常に作動していると判断して、この処理を終了する。このように、ＥＣＵ１００、圧力センサ６０は、エアポンプ５０の凍結状態を判定する判定手段に相当する。尚、二次空気供給処理は、例えば、冷却水の温度が十分に温まり、暖機が完了したと判断できる場合には、終了する。

圧力センサ６０からの出力信号が変化を示していない場合、ＥＣＵ１００は、二次空気供給処理を停止する（ステップＳ４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０への作動信号の出力を停止し、バルブ７１、７２、７３を閉側に制御する。

次に、ＥＣＵ１００は、解凍処理を実行する（ステップＳ５）。解凍処理は、前述したように、バルブ７１、７３を開側に制御し、バルブ７２を閉側に制御することにより行われる。この場合には、エアポンプ５０は作動していないため、バルブ７３を開側に制御することにより、排気通路２２を通過した排気が、排気側合流通路４４、解凍処理用分岐通路４３へと導かれる。また、解凍処理用分岐通路４３へ導かれた排気の一部は、インタークーラ８０を通過して所定の温度まで冷却される。また、バルブ７１を開側に制御することにより、解凍処理用分岐通路４３からの排気が吸気側合流通路４１へと導かれて、エアポンプ５０へと供給される。

このように、排気の一部が、エアポンプ５０へと供給されることにより、エアポンプ５０が凍結状態にある場合には、排気の熱を有効利用してエアポンプ５０を解凍することができる。これにより、早期にエアポンプ５０を解凍できる。尚、ステップＳ５における解凍処理は、所定期間継続して行われる。

次に、ＥＣＵ１００は、再び二次空気供給処理を実行する（ステップＳ６）。次に、ＥＣＵ１００は、前述した方法と同様の方法で、エアポンプ５０が作動しているか否かを判定する（ステップＳ７）。肯定判定の場合、即ち、エアポンプ５０が正常に作動している場合には、この処理を終了する。否定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、二次空気供給処理を停止し（ステップＳ８）、エアポンプ５０は故障状態にあると判定して、ランプ９０を点灯させる（ステップＳ９）。これにより、ユーザは、エアポンプ５０の故障を認識できる。

以上のように、エアポンプ５０が凍結状態にある場合に、エンジン１０の排熱を積極的に利用して解凍処理を実行することにより、触媒を暖機でき、排気エミッションの悪化を防止できる。また、解凍処理において、排気の一部をインタークーラ８０へと通過させて冷却することにより、過熱された排気がエアポンプ５０へと供給されてエアポンプ５０が故障することを防止できる。

また、二次空気供給処理が実行されている場合には、吸気側合流通路４１、二次空気供給用分岐通路４２、排気側合流通路４４を吸気の一部が通過するのに対して、解凍処理が実行されている場合には、吸気側合流通路４１、解凍処理用分岐通路４３、排気側合流通路４４を排気の一部が通過する。このように、吸気側合流通路４１、排気側合流通路４４は、いずれの場合にも、吸気又は排気が通過する。このように、二次空気を触媒３２へと導くための通路と、排気をエアポンプ５０へと導くための通路とが、合流して一本となる合流区間を有している。このため、構造の簡略化、装置の小型化が図られている。

また、二次空気を触媒３２へと導くための通路と、排気をエアポンプ５０へと導くための通路とは、吸気側合流通路４１、排気側合流通路４４からそれぞれ分岐した、二次空気供給用分岐通路４２、解凍処理用分岐通路４３を有している。インタークーラ８０は、この解凍処理用分岐通路４３に配置されている。従って、二次空気を触媒３２へと導くための通路と、排気をエアポンプ５０へと導くための通路とが上述した合流区間を有している場合であっても、エアポンプ５０に導かれる排気を冷却することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

尚、本実施例においては、圧力センサ６０を採用したが、このような構成に限定されず、例えば、エアポンプ５０よりも下流側の吸気側合流通路４１に設けられたエアフロメータや、モータ５１の作動を検出するエンコーダであってもよい。エアフロメータを採用する場合、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０への作動指示後所定期間内に、エアフロメータからの出力信号に変化がない場合には、エアポンプ５０が凍結状態又は故障状態にあると判定する。エンコーダを採用する場合、ＥＣＵ１００は、エアポンプ５０への作動指示後所定期間内に、エンコーダからの出力信号が入力されない場合には、エアポンプ５０が凍結状態又は故障状態にあると判定する。

内燃機関と本実施例に係る二次空気供給装置とを含むエンジンシステムの概略図である。 ＥＣＵが実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
３１ エアクリーナ
３２ 触媒
４０ 通路
４１ 吸気側合流通路
４２ 二次空気供給用分岐通路
４３ 解凍処理用分岐通路
４４ 排気側合流通路
５０ エアポンプ
５１ モータ
６０ 圧力センサ
８０ インタークーラ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気系に配置された触媒に二次空気を供給するエアポンプの凍結状態を判定する判定手段と、
   前記エアポンプが凍結状態にあると判定した場合に前記内燃機関の排熱を利用して前記エアポンプを解凍する解凍手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
2. 前記解凍手段は、前記内燃機関の排気を前記エアポンプに導く排気供給通路を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
3. 前記解凍手段は、前記エアポンプに導かれる排気を冷却する冷却装置を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
4. 前記排気供給通路は、前記触媒に二次空気を導くための二次空気供給通路と合流して一本の通路となる合流区間を有している、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
5. 前記排気供給通路は、前記触媒に二次空気を導くための二次空気供給通路と合流して一本の通路となる合流区間を有し、
   前記排気供給通路及び二次空気供給通路は、前記合流区間からそれぞれ分岐した分岐区間を有し、
   前記冷却装置は、前記排気供給通路の前記分岐区間に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
6. 前記排気供給通路及び二次空気供給通路を択一的に開状態とする開閉手段を備えている、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
7. 前記判定手段は、前記エアポンプに対する作動指示と、前記作動指示に基づく作動が行われたか否かを検出するセンサからの出力とに基づいてエアポンプの凍結状態を判定する、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の内燃機関の二次空気供給装置。

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