JP4241211B2 - 2次空気供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に配置される排気浄化装置の上流側に2次空気を供給する2次空気供給装置に関し、特に、その構成部品の異常検出が可能な2次空気供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、排気系に三元触媒を配置し、排気ガス中のCO、HC、NOx成分を低減して浄化を図る装置が知られている。さらに、排気管に接続された開閉弁を有する2次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することで、排気管内に2次空気を供給して酸素濃度を高くして、排気ガス中のHC、COを酸化させることにより排気ガスの浄化を促進する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
この技術では、2次空気の供給を過不足なく行うために、エンジン停止時のエンジン冷却水温と始動時の冷却水温の差からエンジン停止時から始動時までの停止時間の長短を判定し、停止時間が短いと判定した場合には、始動時の冷却水温と吸気温との温度差に応じて、2次空気供給系の作動時間を調整するものである。
【0004】
これにより、停止時間が短く、触媒温度が高い状態では2次空気供給系の作動時間を短くすることで、触媒の過熱を抑制し、適切な活性化を行うことができると記載されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−240434号公報(段落0018〜0030、図3、図7〜図9)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却水温の上昇に比べて触媒温度の上昇のほうが早く、水温が比較的低くとも触媒がすでに活性化済みである場合がある。このような場合に、2次空気供給系の作動時間が長いと、触媒の過熱やエアポンプの連続運転による損傷を招く可能性がある。
【0007】
そこで本発明は、このように水温が比較的低い状態であっても触媒の過熱を抑制して、適切な活性化を行うことができる2次空気供給装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る2次空気供給装置は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に2次空気を供給する2次空気供給手段と、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、吸気温を検出する吸気温検出手段と、所定の2次空気供給条件に応じて2次空気供給手段を作動させる供給制御手段と、を備える2次空気供給装置において、2次空気供給手段の作動時間を積算し記憶するとともに、2次空気供給手段を作動させる前の時点で検出した冷却水温と吸気温の差が第1の所定値以下の場合には保持している積算値をリセットする積算手段をさらに備え、供給制御手段は、積算手段の積算値が所定の上限値に達した場合には、2次空気供給手段の作動を停止させることを特徴とする。
【0009】
吸気温は環境条件であり、機関の運転状態には左右されない。これに対して、冷却水温は前回の機関停止から十分に時間が経過しているときには、吸気温に略一致するが、機関停止から十分に時間が経過していない場合には、その温度低下は小さく、吸気温との差が大きくなる。つまり、冷却水温と吸気温の差から機関停止から時間が経過しているか否かを判定することができる。そして、このように機関停止から時間が経過していないと判定した場合には、記憶していた作動時間の積算結果から積算を開始することにより、2次空気供給装置の作動時間を制限することにより、過剰な2次空気供給を抑制して排気浄化触媒を適切に活性化することができる。
【0010】
この積算手段は、2次空気供給手段の停止後の冷却水温が所定温度以上の場合、または、停止後の冷却水温と吸気温の偏差が第1の所定値より大きい第2の所定値を超える場合には、保持している積算値をリセットするとよい。このような場合には暖機完了と推定されるため、積算値をリセットすることで、暖機中の状態との識別を可能とする。
【0011】
積算手段は、2次空気供給手段の停止後、所定時間以上経過した場合には、保持している積算値をリセットするとよい。これにより、繰り返し始動時との識別を可能とする。
【0012】
積算手段は、検出した冷却水温と吸気温の差が第1の所定値以下の場合でも、2次空気供給装置の作動中に機関が停止させられた場合には、積算値を記憶して保持することが好ましい。供給作動中に機関が停止させられた場合には、積算値を記憶して保持することで、次回始動時の2次空気供給装置の作動時間が短縮され、2次空気の過供給、エアポンプの作動時間の短縮を図ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【0014】
図1は、本発明に係る2次空気供給装置の故障診断装置を含む2次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。この2次空気供給装置1は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン(以下、単にエンジンと呼ぶ。)2に取り付けられるものである。このエンジン2は、4サイクルエンジンである。ここで、エンジン2には吸気管20と排気管21とが取り付けられており、吸気管20には、スロットル24が配置され、吸気フィルタ25に接続されている。吸気フィルタ25とスロットル24の間には、空気量(一次空気量)を測定するためのエアフローメータ26が配置されている。また、冷却水温を測定する水温計28と、吸気温度を測定する吸気温計29も配置される。一方、排気管21下流には、3元触媒からなる排気浄化装置22が配置されており、排気浄化装置22の上流と下流の双方に排気中の酸素濃度を検知するためのO2センサ31、32が配置されている。なお、O2センサに代えて、A/Fセンサ、リニアO2センサを用いてもよい。また、エンジン2には、その回転数Neを検出する回転数センサ27が取り付けられ、その出力は、エアフローメータ26、水温計28、吸気温計29の出力とともにエンジンECU23に入力されている。
【0015】
2次空気供給装置1は、吸気管20の吸気フィルタ25とスロットル24との間の位置と排気管21のエンジン2と上流側O2センサ31との間を接続する2次空気供給通路11を備えており、この2次空気供給通路11上に吸気管20側から電気モータ駆動式のエアポンプ(AP)12、エアスイッチングバルブ(ASV)13、逆止弁であるリード弁(RV)14が配置される。そして、AP12とASV13との間に圧力センサ15が配置されている。このASV13には、吸気管20のスロットル24下流から延びる配管16が接続されており、この配管16上には三方弁17が配置されている。三方弁17の他のポートは、配管18、フィルタ19を介して外気へと接続されている。なお、ASV13と三方弁17の組み合わせに代えて、ASV13部分に直接、電磁弁を使用することもできる。
【0016】
2次空気供給装置1の動作を制御する制御装置10は、CPU、RAM等で構成されており、エンジンを制御するエンジンECU23と相互に情報をやりとりできるよう接続されているほか、圧力センサ15、O2センサ31、32の出力信号が入力されるとともに、AP12のモータ駆動と三方弁17の開閉を制御する。なお、制御装置10は、エンジンECU23の一部をなしていてもよい。この制御装置10は、本発明に係る故障診断装置を含んでいる。なお、故障診断部を制御装置10から独立させることも可能であり、また、別のシステム、例えば、車両の故障診断装置に組み込んでもよい。
【0017】
この2次空気供給装置1は、所定の条件、例えば、冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比(A/F)が小さく、かつ、排気浄化装置22が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態において、2次空気供給制御(以下、AI制御と称する。)を実行する。以下、その制御形態の具体例を説明する。
【0018】
図2、図3は、第1の制御形態を示すフローチャートである。図2は、そのメイン処理のフローチャートであり、図3は、その中のAI実行条件判定処理を示すフローチャートである。図2のメイン処理は、制御装置1がエンジンECU23と協働して車両の電源がオンにされてからオフにされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行されるものであり、図3の処理は図2の処理から呼び出されて実行される。
【0019】
最初に、車両のイグニッション(IG)スイッチがオン状態か否かを判定する(ステップS1)。IGスイッチがオフの場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。IGスイッチがオンの場合には、次に、エンジン2の始動後か否かを判定する(ステップS3)。
【0020】
始動前の場合には、ステップS5へと移行し、水温計28で測定した始動時水温thwstと吸気温計29で測定した始動時吸気温thastを読み込む。そして、両者の差の絶対値としきい値Aとを比較する(ステップS7)。始動時水温thwstと始動時吸気温thastとの差の絶対値がしきい値Aを超えている場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。始動時水温thwstと始動時吸気温thastとの差の絶対値がしきい値A以下の場合には、AI実行積算時間caionsumをクリアして0にする(ステップS9)。
【0021】
そして、このAI実行積算時間caionsumを、制御装置10またはその外部の不揮発性のメモリあるいは記憶媒体からなる記憶手段内に変数CAIONSUMとして格納することで記憶して(ステップS25)処理を終了する。この変数CAIONSUMは、車両の電源がオフにされた状態でもその値が保持される。この記憶手段と制御装置10により本発明に係る積算手段が構成される。
【0022】
ステップS3で、エンジン2の始動後と判定された場合には、ステップS11へと移行し、記憶手段内に変数CAIONSUMとして格納されているAI実行積算時間を変数caionsumに読み込む。そして、AI実行条件を判定する(ステップS11)。
【0023】
このAI実行条件判定処理は、図3に示されるようにステップS41〜S49の5つの条件について判定を行い、全ての条件が満たされた場合に、AI実行条件が満たされたとしてステップS51でAI実行フラグXAIをオンにセットし、いずれかの条件が満たされない場合には、ステップS53でAI実行フラグXAIをオフにセットして処理を終了する。ステップS41〜S49の条件判定順序は図示した順序に限られるものではなく、順序を変更してもよいし、同時に行ってもよい。
【0024】
具体的な条件は、(1)始動時水温thwstがTHWLを超え、THWH未満の所定の範囲内にあること(ステップS41)、(2)エンジン2の始動後の経過時間がしきい値Tを超えていること(ステップS43)、(3)AI制御の継続時間であるAI実行時間caionがしきい値TAI未満であること(ステップS45)、(4)AI実行積算時間caionsumがしきい値TSUM未満であること(ステップS47)、(5)供給した空気量の積算値がしきい値Gasum未満であること(ステップS49)である。
【0025】
このうち、(1)(2)は、AI制御を開始判定条件であって、(1)は、冷間始動の判定条件であり、(2)は、AI制御をエンジン2が確実に始動してから行うための条件であり、(3)〜(5)は、AI制御の終了判定条件であって、いずれも過供給を抑制するための条件である。ここで、TSUM≧TAIに設定される。
【0026】
判定結果設定後は図2に示されるステップS15へと移行してXAIの値により分岐処理を行う。XAIがオン、つまり、AI実行条件が満たされていると判定された場合には、ステップS17へと移行してAI供給を行う。具体的には、三方弁17を制御して、配管16を吸気管20へと連通させることにより、吸気管20内の負圧をASV13に導いて、ASV13を開制御するとともに、AP12を駆動させる。これにより、エアフィルタ25を通過した空気の一部が2次空気供給通路11を介して排気管21内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、そのA/Fが上がり、排気中のHC、COの排気管21における2次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化装置22の3元触媒の昇温が促進されてエミッションの悪化が抑制される。
【0027】
AI供給制御後は、AI停止時間caioffを0にクリアし(ステップS19)、AI実行時間caionにタイムステップΔtを加算するとともに(ステップS21)、AI実行積算時間caionsumにもタイムステップΔtを加算した(ステップS23)後、このAI実行積算時間caionsumを記憶手段内に変数CAIONSUMとして格納して(ステップS25)処理を終了する。
【0028】
一方、XAIがオフ、つまり、AI実行条件が満たされていない(AI開始条件が満たされていない場合とAI終了条件が満たされたときのいずれかに該当する場合)と判定されたときには、ステップS27に移行して、AI供給を停止する。具体的には、三方弁17を制御して、配管16を配管18側へと連通させることにより、フィルタ19を通過した外気をASV13に導いて、ASV13を閉制御するとともに、AP12の駆動を停止させる。これにより、2次空気供給通路11から排気管21内への2次空気供給が遮断される。
【0029】
AI供給停止後は、AI実行時間caionを0にクリアし(ステップS29)、AI停止時間caioffにタイムステップΔtを加算する(ステップS31)。そして、求めたAI停止時間caioffをしきい値αと比較する(ステップS33)。AI停止時間caioffがしきい値α未満でAI供給停止から間がないと判定した場合には、ステップS35へと移行して現在のエンジン冷却水温をしきい値βと比較する。エンジン冷却水温がしきい値β未満の場合には、暖機が十分には完了していないと見てそのまま処理を終了する。この場合には、記憶手段内に格納されているAI実行積算時間CAIONSUMの値は保持されることになる。
【0030】
一方、ステップS33でAI停止時間caioffがしきい値α以上であり、停止から十分な時間が経過したと判定された場合と、ステップS33でエンジン冷却水温がしきい値β以上であり、暖機が十分に完了したと判定された場合には、ステップS9へと移行し、AI実行積算時間caionsumを0にリセットした後、このAI実行積算時間caionsumを記憶手段内に変数CAIONSUMとして格納して(ステップS25)処理を終了する。これにより、記憶手段内に格納されているAI実行積算時間CAIONSUMの値は0にリセットされる。
【0031】
2次空気供給制御において、このようにAI実行時間のほか、停止時間や積算時間を用いた制御を行うことで、AI停止後にエンジン冷却水温が所定温度に達していない場合やAI停止から間がない時点では、AI実行時間を積算して保持しておき(ステップS33、S35)、このAI実行時間が所定時間以上の場合にはAI供給を停止する(ステップS47→S53)ことで2次空気の過供給を抑制し、触媒の過熱を抑えるとともに適切な活性化を図る。また、エアポンプの断続的な連続運転を抑制するので、その損傷を効果的に防止できる。
【0032】
ここでは、水温と吸気温の偏差を始動時に計算する例を説明したが、偏差は始動時に計算するのではなく、2次空気供給停止時から供給開始前(2次空気供給装置の作動開始)までの時点のうち作動時に近い作動前の時点で検出すれば、水温と吸気温の偏差からAI停止後十分に時間が経っていることを判定できる。したがって、車両の電源がオンにされた時点やエンジン始動直後に測定を行ってもよい。
【0033】
次に、図4に示されるフローチャートを参照して第2の制御形態を説明する。この第2の制御形態は第1の制御形態にいくつかの処理を追加することにより、AI制御状態の履歴を利用するようにしたものである。
【0034】
具体的には、ステップS25終了後およびステップS35でエンジン冷却水温がしきい値β未満と判定された場合にすぐに処理を終了するのではなく、現在のAI制御状態を示すフラグ値XAIをAI状態の前回値であるXAIOLDに格納して(ステップS26)処理を終了する。
【0035】
また、第1の制御形態では、ステップS1でIGキーがオフと判定された場合には、そのまま処理を終了したが、本制御形態では、ステップS2へと移行し、このAI状態の前回値XAIOLDの値を調べる。判定したXAIOLDの値に応じてAI状態履歴XAIHISの値をこれと合致するよう設定した(ステップS4、S6)後、設定したXAIHISの値を変数CAIONSUMの場合と同様に記憶手段内に格納して(ステップS8)処理を終了する。これにより、エンジン停止時点におけるAI制御状態がAI状態履歴XAIHISに格納され、車両のエンジンスイッチがオフにされた場合でも保持される。
【0036】
IGスイッチがオンの場合の処理は基本的に第1の制御形態と同一であるが、エンジン停止中でステップS7において、始動時水温thwstと始動時吸気温thastとの差の絶対値がしきい値A以下の場合は、直接ステップS9に移行するのではなく、ステップS10へと移行してAI状態履歴XAIHISがオフの場合にのみステップS9へと移行し、AI状態履歴XAIHISがオンの場合には、ステップS9、S25、S26の処理をスキップして終了することにより、AI実行積算時間CAIONSUMの値をクリアせず前回値のまま維持する。
【0037】
このようにAI実行中にエンジン2が停止された場合には、次回始動時にエンジン冷却水温と吸気温との差が小さい場合でもAI実行積算時間値をクリアせず、前回の積算値からさらに積算を行うことで、AI制御の断続的な実行を抑制し、過供給による触媒22の劣化やAP12の損傷を防止する。
【0038】
図5は、この第2の制御形態を実行した場合のエンジン始動状態、AI制御フラグXAI、AI状態履歴XAIHIS、AI実行時間caion、AI実行積算時間CAIONSUM、水温、吸気温の時間変化例を示すタイミングチャートである。
【0039】
図に示されるように本制御形態によれば、AI作動中にエンジンを停止させたような場合(時刻t1〜t2)や水温と吸気温の差が所定温度以上の場合(時刻t3〜t4)には、AI実行積算時間CAIONSUMの値を保持して、その後のAI作動時に保持した値から積算を行うことで、断続的なAI作動時にAI作動時間が長時間に及ぶのを防止する。これにより、過供給による触媒22の劣化やAP12の損傷を防止する。
【0040】
ここでは、ステップS35では、水温をしきい値と比較したが、冷却水温と吸気温の偏差をしきい値A(第1の所定値)より大きなしきい値C(第2の所定値)と比較し、しきい値Cより大きい場合に、暖機が十分に進んだとみて積算時間をクリアしてもよい。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、2次空気供給の積算時間をカウントし、冷却水温と吸気温の差が第1の所定値を超える場合には積算値を記憶して保持し、積算値が所定値に達したら2次空気供給の作動を停止することにより過供給を抑制して、触媒の過熱やエアポンプの過負荷発生を抑制し、触媒の適切な活性化を図ることができる。
【0042】
さらに、2次空気供給停止後の冷却水温が所定以上の場合や、冷却水温と吸気温の差が第2の所定値以上の場合、供給停止後所定時間以上経過した場合には積算値をリセットすることでさらに適切な活性化と触媒の過熱やエアポンプの過負荷発生の抑制が可能となる。
【0043】
そして、冷却水温と吸気温の差が第1の所定値以下の場合でも、2次空気供給中にエンジンを停止させた場合には積算値のリセットを行わずその値を保持すれば、エアポンプの断続的な連続運転が抑制されるのでその損傷を防止する効果がより高まる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る2次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。
【図2】図1の装置の第1の制御形態の処理を示すフローチャートである。
【図3】図2の処理中のAI実行判定処理を示すフローチャートである。
【図4】図1の装置の第2の制御形態の処理を示すフローチャートである。
【図5】図4の制御時の車両状態量、制御量の変化を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…2次空気供給装置、2…エンジン、10…制御装置、11…2次空気供給通路、12…エアポンプ(AP)、13…エアスイッチングバルブ(ASV)、14…リード弁(RV)、15…圧力センサ、16…配管、17…三方弁、18…配管、19…フィルタ、20…吸気管、21…排気管、22…排気浄化装置、23…エンジンECU、24…スロットル、25…吸気フィルタ、26…エアフローメータ、27…回転数センサ、28…水温計、29…吸気温計、31、32…O2センサ。
Claims (4)
- 内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に2次空気を供給する2次空気供給手段と、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、吸気温を検出する吸気温検出手段と、所定の2次空気供給条件に応じて前記2次空気供給手段を作動させる供給制御手段と、を備える2次空気供給装置において、
前記2次空気供給手段の作動時間を積算し記憶するとともに、前記2次空気供給手段を作動させる前の時点で検出した冷却水温と吸気温の差が第1の所定値以下の場合には保持している積算値をリセットする積算手段をさらに備え、
前記供給制御手段は、前記積算手段の積算値が所定の上限値に達した場合には、前記2次空気供給手段の作動を停止させることを特徴とする2次空気供給装置。 - 前記積算手段は、前記2次空気供給手段の停止後の冷却水温が所定温度以上の場合、または、停止後の冷却水温と吸気温の偏差が前記第1の所定値より大きい第2の所定値を超える場合には、保持している積算値をリセットすることを特徴とする請求項1記載の2次空気供給装置。
- 前記積算手段は、前記2次空気供給手段の停止後、所定時間以上経過した場合には、保持している積算値をリセットすることを特徴とする請求項1または2に記載の2次空気供給装置。
- 前記積算手段は、検出した冷却水温と吸気温の差が第1の所定値以下の場合でも、前記2次空気供給装置の作動中に機関が停止させられた場合には、前記積算値を記憶して保持することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の2次空気供給装置。
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