JP2012246832A

JP2012246832A - 内燃機関の二次空気供給装置

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Publication number: JP2012246832A
Application number: JP2011119013A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Akisada; 和浩秋貞; Susumu Yaeo; 享八重尾; Shinya Kondo; 真也近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: US20120303241A1; JP5464173B2; US9181836B2

Abstract

【課題】エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することのできる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】第１エアポンプ８と第１エアスイッチングバルブ９を有する第１二次空気供給手段と、第２エアポンプ１１と第２エアスイッチングバルブ１２を有する第２二次空気供給手段とを備える内燃機関において、第１エアポンプ８及び第２エアポンプ１１の作動開始時期に時間差を設ける一方で、第１エアスイッチングバルブ９及び第２エアスイッチングバルブ１２を開く時期を同時とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気中に空気を供給する内燃機関の二次空気供給装置に関するものである。

内燃機関の排気中には、触媒が配置され、その触媒上での酸化、還元反応により、排気の有害成分が浄化されるようになっている。こうした触媒による排気の浄化を活性化するには、触媒をその活性温度以上とする必要がある。そのため、機関始動後に排気の浄化性能を速やかに確保するには、触媒を早期に昇温することが必要となる。

そこで従来、特許文献１に見られるような二次空気供給装置を備えることで、触媒の早期昇温を図った内燃機関が提案されている。二次空気供給装置は、空気を加圧して吐出するエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとが配設された二次空気供給通路を排気通路の触媒上流に接続した構成となっている。こうした二次空気供給置を備える内燃機関では、排気中への二次空気の供給を行うとともに、燃焼される混合気の空燃比をリッチ化して、未燃燃料を触媒上で燃焼させることで、触媒の早期昇温を図ることができる。

なお、特許文献１に記載の二次空気供給装置は、それぞれ触媒が配設された２本の排気管に対して、エアポンプ及びエアスイッチングバルブの設けられた二次空気供給通路をそれぞれ接続した構成とされている。こうした２つの二次空気供給手段を備える二次空気供給装置では、２つのエアポンプが同時に作動を開始すると、エアポンプの突入電流が大きいことから、バッテリーの電圧降下が大きくなり過ぎることがある。そのため、この従来の二次空気供給装置では、２つのエアポンプの作動開始時期に時間差を設けることで、バッテリーの電圧降下を抑えるようにしている。

特開２００７−０２４０３４号公報

ところで、上記のような二次空気供給装置では、エアポンプの作動から一定の時間が経過して、二次空気の供給圧が十分に高まった時点でエアスイッチングバルブを開くようにしている。そのため、２つのエアポンプの作動開始時期に時間差を設ければ、２つのエアスイッチングバルブが開かれる時期にも時間差が生じることになる。エアスイッチングバルブが開かれるときには、バルブ内での圧力変化によって作動音が発生する。そのため、２つのエアスイッチングバルブが開く時期にずれが生じると、そうした音が続けて２回発生することになり、エアスイッチングバルブの作動音が乗員に違和を感じさせるような音色となる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することのできる内燃機関の二次空気供給装置を提供することにある。

内燃機関の二次空気供給装置としての請求項１に記載の発明は、空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した複数の二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されるものとなっている。そして請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するため、各二次空気供給手段のエアポンプの作動開始時期、及びエアスイッチングバルブの開時期にそれぞれ時間差を設ける一方で、エアポンプの作動開始時期の時間差よりもエアスイッチングバルブの開時期の時間差を小さくしている。

上記構成では、各二次空気供給手段のエアポンプの作動時期に時間差を設けることで、エアポンプの作動開始時の突入電流によるバッテリーの電圧低下を抑えることができる。ここで各二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始からエアスイッチングバルブを開くまでの時間を一定とすると、各エアポンプの作動開始時期を、バッテリーの電圧低下を抑制可能な程度までずらすと、各エアスイッチングバルブが開かれる時期のずれが大きくなり、その作動音の音色が違和を感じさせるものとなってしまう。

その点、上記構成では、各二次空気供給手段のエアポンプの作動開始時期の時間差よりも、各二次空気供給手段のエアスイッチングバルブの開時期の時間差を小さくしている。そのため、バッテリーの電圧降下を抑制可能な程度までエアポンプの作動開始時期の時間差を大きく取りながらも、エアスイッチングバルブの作動音の音色が違和を感じさせないものとなるまで、各エアスイッチングバルブの開かれる時期の時間差を小さくすることが可能となる。したがって、上記構成によれば、エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することができる。

内燃機関の二次空気供給装置としての請求項２に記載の発明は、空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した複数の二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されるものとなっている。そして請求項２に記載の発明は、上記課題を解決するため、各二次空気供給手段のエアポンプの作動開始時期に時間差を設ける一方で、各二次空気供給手段のエアスイッチングバルブを開く時期を同時としている。

上記構成では、各二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始時期に時間差を設けながらも、各二次空気供給手段のエアスイッチングバルブの開時期は同時とされるようになる。そのため、バッテリーの電圧降下が抑えられる一方で、各二次空気供給手段のエアスイッチングバルブの作動音が重なって一つの音として聞こえるようになる。したがって、上記構成によれば、エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することができる。

内燃機関の二次空気供給装置としての請求項３に記載の発明は、空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されるものとなっている。そして請求項３に記載の発明は、上記課題を解決するため、第１二次空気供給手段のエアポンプの作動を開始してから規定の時間が経過した時点で第２二次空気供給手段のエアポンプの作動を開始するとともに、第２二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始から同第２二次空気供給手段のエアスイッチングバルブを開くまでの時間を、第１二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始から同第１二次空気供給手段のエアスイッチングバルブを開くまでの時間よりも短くしている。

上記構成では、両二次空気供給手段のエアポンプの作動開始時期に時間差が設けられ、それにより、エアポンプ作動開始時の突入電流によるバッテリーの電圧降下が抑制される。その一方で、両二次空気供給手段のエアスイッチングバルブの開かれる時期の時間差は、エアポンプの作動開始時期の時間差よりも小さくなる。そのため、バッテリーの電圧降下を抑制可能な程度にエアポンプの作動開始時期の時間差を大きくしながらも、エアスイッチングバルブの作動音の音色が違和を感じさせないものとなるまで、エアスイッチングバルブの開かれる時期の時間差を小さくすることが可能となる。したがって、上記構成によれば、エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することができる。

内燃機関の二次空気供給装置としての請求項４に記載の発明は、空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されるものとなっている。そして請求項４に記載の発明は、上記課題を解決するため、第１二次空気供給手段のエアポンプの作動を開始してから規定の時間が経過した時点で第２二次空気供給手段のエアポンプの作動を開始するとともに、第２二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始から同第２二次空気供給手段のエアスイッチングバルブを開くまでの時間を、第１二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始から同第１二次空気供給手段のエアスイッチングバルブを開くまでの時間よりも上記規定の時間だけ短くしている。

上記構成では、両二次空気供給手段のエアポンプの作動の開始時期に時間差を設けつつも、両エアスイッチングバルブの開時期は同時とされるようになる。そのため、バッテリーの電圧降下が抑えられる一方で、両エアスイッチングバルブの作動音が重なって一つの音として聞こえるようになる。したがって、上記構成によれば、エアポンプの突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、エアスイッチングバルブの作動音による違和感を好適に抑制することができる。

なお、請求項３又は４に記載の内燃機関の二次空気供給装置は、例えば請求項５に記載のような、各気筒が２つのバンクに分けて配列された内燃機関に適用されて、第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段が、各バンクの気筒にそれぞれ接続される２つの排気管の一方及び他方に二次空気をそれぞれ供給するように構成されたものとしてその実現が可能である。

本発明の一実施の形態に係る二次空気供給装置の構成を模式的に示す略図。同実施の形態に採用される二次空気供給開始ルーチンの処理手順を示すフローチャート。同実施の形態での二次空気供給開始時の制御態様を示すタイムチャート。

以下、本発明の内燃機関の二次空気供給装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。本実施の形態の二次空気供給装置は、左右のバンクに分かれて気筒が配列されたＶ型気筒配列の内燃機関に適用されるものとなっている。

まず、本実施の形態の二次空気供給装置の構成を、図１を参照して説明する。同図に示すように、本実施の形態の適用される内燃機関の右バンクＲの各気筒は、右バンクＲの各気筒の排気を合流させる排気マニホールド１を介して、排気を浄化するための触媒５が配設された排気管３に接続されている。また左バンクＬの各気筒は、左バンクＬの各気筒の排気を合流させる排気マニホールド２を介して、排気を浄化するための触媒６が配設された排気管４に接続されている。そして排気管３，４は、触媒５，６の下流において、１本に合流されている。

右バンクＲの排気マニホールド１には、排気中に二次空気を供給するための第１二次空気供給通路７が接続されている。第１二次空気供給通路７には、空気を加圧して吐出する電動式の第１エアポンプ８と、その第１エアポンプ８の吐出した空気の排気マニホールド１への導入を開閉に応じて許容、禁止する第１エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ：ＡｉｒＳｗｉｔｃｈｉｎｇＶａｌｖｅ）９とが配設されている。なお、本実施の形態では、これら第１二次空気供給通路７、第１エアポンプ８及び第１ＡＳＶ９により、第１二次空気供給手段が構成されている。

同様に左バンクＬの排気マニホールド２には、排気中に二次空気を供給するための第２二次空気供給通路１０が接続されている。第２二次空気供給通路１０には、空気を加圧して吐出する電動式の第２エアポンプ１１と、その第２エアポンプ１１の吐出した空気の排気マニホールド２への導入を開閉に応じて許容、禁止する第２ＡＳＶ１２とが配設されている。なお、本実施の形態では、これら第２二次空気供給通路１０、第２エアポンプ１１及び第２ＡＳＶ１２により、第２二次空気供給手段が構成されている。

第１エアポンプ８、第１ＡＳＶ９、第２エアポンプ１１及び第２ＡＳＶ１２は、機関制御を司る電子制御ユニット１３により制御されている。電子制御ユニット１３は、機関制御に係る各種の演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、機関制御用のプログラムやデータの記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等を一時的記憶するランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備えている。そして電子制御ユニット１３には、機関運転状況を検出するための各種センサーの検出信号が入力されている。

電子制御ユニット１３は、機関制御の一環として、機関始動時に触媒５，６の昇温制御を実施する。この触媒５，６の昇温制御は、第１二次空気供給通路７及び第２二次空気供給通路１０を通じて排気中への空気（二次空気）の供給を行うとともに、燃料噴射量を増量して、各気筒で燃焼される混合気の空燃比をリッチ化することで行われる。

こうした触媒５，６の昇温制御に際しての二次空気供給の開始は、図２に示される二次空気供給開始ルーチンの処理を通じて行われる。なお、本ルーチンの処理は、触媒５，６の昇温制御の開始後、電子制御ユニット１３により実行されるものとなっている。

さて本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、第１エアポンプ８の作動が開始される。そしてステップＳ１０１において、規定の時間Ａが経過するのを待った後、ステップＳ１０２において、第２エアポンプ１１の作動が開始される。なお、規定の時間Ａは、エアポンプの作動開始に伴う突入電流によるバッテリーの電圧降下を十分に抑えられる程度まで、第１エアポンプ８及び第２エアポンプ１１の作動開始時期の時間差を大きくすることができるようにその値が設定されている。

その後、ステップＳ１０３において、規定の時間Ｂが経過するのを待って、ステップＳ１０４にて、第１ＡＳＶ９及び第２ＡＳＶ１２が同時に開かれる。これにより、第１二次空気供給通路７による排気マニホールド１への二次空気の供給、及び第２二次空気供給通路１０による排気マニホールド２への二次空気の供給を開始させた後、本ルーチンの処理が終了される。なお、規定の時間Ｂは、第２エアポンプ１１の作動の開始から第２二次空気供給通路１０を通じた二次空気の供給圧が十分高くなって、排気中への二次空気の供給を滞りなく行うことが可能となるまでの時間としてその値が設定されている。

続いて、以上説明した本実施の形態の作用を、図３を参照して説明する。
本実施の形態では、触媒５，６の昇温制御が開始された時刻ｔ０において、まず第１エアポンプ８の作動が開始される。そしてその時刻ｔ０から規定の時間Ａが経過した時刻ｔ１に、第２エアポンプ１１の作動が開始される。このように本実施の形態では、第１エアポンプ８及び第２エアポンプ１１は、規定の時間Ａ分の時間差を置いて作動が開始されるため、両エアポンプ８，１１の作動開始に応じた突入電流の発生時期がずれるようになり、バッテリーの電圧降下が抑えられるようになる。

その後、第２エアポンプ１１が作動を開始した時刻ｔ１から規定の時間Ｂが経過した時刻ｔ２において、第１ＡＳＶ９及び第２ＡＳＶ１２が同時に開かれる。すなわち、本実施の形態では、第２エアポンプ１１の作動の開始から第２ＡＳＶ１２を開くまでの時間は、第１エアポンプ８の作動の開始から第１ＡＳＶ９を開くまでの時間よりも上記規定の時間Ａだけ短くされている。

こうした本実施の形態では、第１ＡＳＶ９及び第２ＡＳＶ１２が同時に開かれるため、両ＡＳＶ９，１２の作動音が重なって一つの音として聞こえるようになる。そのため、両ＡＳＶの作動音がずれて発生することによる、違和を感じさせるような音色の作動音の発生は回避されることになる。

以上の本実施の形態の内燃機関の二次空気供給装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、第１エアポンプ８及び第２エアポンプ１１の作動開始時期に時間差を設けつつも、第１ＡＳＶ９及び第２ＡＳＶ１２を同時に開くことで、両ＡＳＶ９，１２の作動音が重なって一つの音として聞こえるようにしている。そのため、エアポンプ８，１１の突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、ＡＳＶ９，１２の作動音による違和感を好適に抑制することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、第１ＡＳＶ９及び第２ＡＳＶ１２を同時に開くようにしていたが、それらの開かれる時期が完全に同時でなくとも、両バルブの作動音が一連なりの音として聞こえる程度まで、両バルブの開時期の時間差を小さくすれば、バルブ作動音による違和をある程度に抑えることができる。したがって、両エアポンプ８，１１の作動開始時期の時間差よりも両ＡＳＶ９，１２の開時期の時間差を十分に小さくすれば、エアポンプ８，１１の突入電流によるバッテリーの電圧降下を抑えながらも、ＡＳＶ９，１２の作動音による違和感を好適に抑制することができる。そしてそのためには、第２エアポンプ１１の作動の開始から第２ＡＳＶ１２を開くまでの時間を、第１エアポンプ８の作動の開始から第１ＡＳＶ９を開くまでの時間よりも短くすれば良い。

・上記実施の形態では、エアポンプ、ＡＳＶを各備える２つの二次空気供給手段を備える構成について説明したが、３つ以上の二次空気供給手段を備える構成についても本発明は適用可能である。その場合にも、各二次空気供給手段のエアポンプの作動開始時期、及びＡＳＶの開時期にそれぞれ時間差を設ける一方で、エアポンプの作動開始時期の時間差よりもＡＳＶの開時期の時間差を小さくすれば、バッテリー電圧降下を抑えつつも、ＡＳＶの作動音による違和感を抑制することができる。また各二次空気供給手段のＡＳＶを開く時期を同時とすれば、ＡＳＶの作動音による違和感をより効果的に抑制することが可能となる。

・上記実施の形態では、Ｖ型気筒配列の内燃機関に本発明の二次空気供給装置を適用した場合を説明したが、エアポンプ、ＡＳＶを各備える複数の二次空気供給手段を備える装置であれば、本発明は上記実施の形態と同様、あるいはそれに準じた態様で適用することができる。例えば、直列気筒配列の内燃機関でも、気筒間の排気干渉を抑えるため、排気管を２つに分け、各排気管にそれぞれ触媒を配設した構成とすることがある。このような内燃機関では、各排気管にそれぞれ個別に二次空気供給手段を設けることがあり、そうした内燃機関にも、本発明の二次空気供給装置を適用することが可能である。

Ｌ…左バンク、Ｒ…右バンク、１…排気マニホールド（右バンク）、２…排気マニホールド（左バンク）、３…排気管（右バンク）、４…排気管（左バンク）、５…触媒（右バンク）、６…触媒（左バンク）、７…第１二次空気供給通路（第１二次空気供給手段を構成する）、８…第１エアポンプ（第１二次空気供給手段を構成する）、９…第１エアスイッチングバルブ（第１ＡＳＶ：第１二次空気供給手段を構成する）、１０…第２二次空気供給通路（第２二次空気供給手段を構成する）、１１…第２エアポンプ（第２二次空気供給手段を構成する）、１２…第２エアスイッチングバルブ（第２ＡＳＶ：第２二次空気供給手段を構成する）、１３…電子制御ユニット。

Claims

空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した複数の二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されて、
各二次空気供給手段の前記エアポンプの作動開始時期、及び前記エアスイッチングバルブの開時期にそれぞれ時間差を設ける一方で、前記エアポンプの作動開始時期の時間差よりも前記エアスイッチングバルブの開時期の時間差を小さくした
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した複数の二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されて、
各二次空気供給手段の前記エアポンプの作動開始時期に時間差を設ける一方で、各二次空気供給手段の前記エアスイッチングバルブを開く時期を同時とした
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されて、
前記第１二次空気供給手段の前記エアポンプの作動を開始してから規定の時間が経過した時点で前記第２二次空気供給手段の前記エアポンプの作動を開始するとともに、
前記第２二次空気供給手段の前記エアポンプの作動の開始から同第２二次空気供給手段の前記エアスイッチングバルブを開くまでの時間を、前記第１二次空気供給手段の前記エアポンプの作動の開始から同第１二次空気供給手段の前記エアスイッチングバルブを開くまでの時間よりも短くした
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
空気を加圧して吐出する電動式のエアポンプと、そのエアポンプの吐出した空気の排気中への導入を開閉に応じて許容、禁止するエアスイッチングバルブとをそれぞれ有した第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段を備える内燃機関に適用されて、
前記第１二次空気供給手段の前記エアポンプの作動を開始してから規定の時間が経過した時点で前記第２二次空気供給手段の前記エアポンプの作動を開始するとともに、
前記第２二次空気供給手段の前記エアポンプの作動の開始から同第２二次空気供給手段の前記エアスイッチングバルブを開くまでの時間を、前記第１二次空気供給手段の前記エアポンプの作動の開始から同第１二次空気供給手段の前記エアスイッチングバルブを開くまでの時間よりも前記規定の時間だけ短くした
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
当該内燃機関は、各気筒が２つのバンクに分けて配列され、前記第１二次空気供給手段及び第２二次空気供給手段は、各バンクの気筒にそれぞれ接続される２つの排気管の一方及び他方に二次空気をそれぞれ供給するように構成されてなる
請求項３又は４に記載の内燃機関の二次空気供給装置。