JP4412057B2

JP4412057B2 - 内燃機関の二次空気供給装置

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Publication number: JP4412057B2
Application number: JP2004153529A
Authority: JP
Inventors: 和宏横田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-05-24
Also published as: JP2005337033A

Description

本発明は、内燃機関の二次空気供給装置に関するものである。

自動車等の車両に搭載される従来の内燃機関には、該内燃機関が暖機未完了の状態であるときに排ガス中に混じり込む一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）を浄化すべく、排気通路に空気を供給する二次空気供給装置が設けられたものがある。このような従来の二次空気供給装置は、排気通路に接続された供給路と、同供給路内の空気の流通を許可又は禁止すべく開閉する開閉弁と、供給路に空気を供給するエアポンプ・内燃機関の吸気系等のような空気供給体とを備えている。そして、開閉弁を開いた状態で空気供給体が駆動されることにより、排気通路に空気が供給される。すると、排気触媒において、前記一酸化炭素や前記炭化水素が空気中の酸素（Ｏ₂）によって酸化されて二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）となり、一酸化炭素や炭化水素が浄化されることとなる。

一方、内燃機関であるＶ型エンジンは、複数の気筒が第１及び第２のバンクに割り振られることにより、気筒群を２つ有している。このＶ型エンジンにおいては、各気筒群毎に排気通路（排気マニホールド）がそれぞれ設けられており、２つの排気通路を有している。このように２つの排気通路を有するＶ型エンジンでは、排ガス中に混じり込む一酸化炭素や炭化水素を浄化するため、各排気通路へ空気を供給する必要がある。そこで、特許文献１に示す二次空気供給装置は、吸気管等の空気供給体から空気を各排気通路へ分岐して供給する多岐供給路（二次空気供給管及び分岐管）を有している。また、特許文献１の二次空気供給装置は、多岐供給路から各排気通路へ空気を交互に供給するよう構成されている。
特開平５−８６８４８号公報

ところが、上記従来の二次空気供給装置をＶ型エンジンに設ける場合、各排気通路に対する空気の供給圧はそれぞれ等しくなるものの、各排気通路の内圧はそれぞれ等しくなってはいない。このため、各排気通路へ空気が均等に供給され難く、一部の排気通路或いは多岐供給路で空気又は排ガスが逆流等することにより、空気同士、排ガス同士又は空気と排ガスの干渉（排気干渉）が生じる蓋然性が高い。そして、このような排気干渉が生じた場合、排気マニホールド、二次空気供給装置を構成する管体等が振動したり、排気干渉によって生じた音波（干渉波）が共鳴したり等することにより、耳障りな異音が発生していた。

一方、特許文献１のように、各排気通路へ空気を交互に供給した場合、一部の排気通路へ空気が供給されている間、他の排気通路に空気は供給されておらず、前述の排気干渉が生じにくく、耳障りな異音は発生し得ないと推測される。だがしかし、各排気通路へ空気を交互に供給する構成は、各排気通路への空気の供給量を半分以下とする構成とも捉えられる。一般に、排気通路への空気の供給は始動直後にトータルで約８０秒程度という非常に短い時間しか行われない。従って、各排気通路へ空気を交互に供給する場合、限られた短い供給時間がさらに半分となり、一酸化炭素や炭化水素に対する十分な浄化能力を発揮し得る程度に十分な量の空気が各排気通路へそれぞれ供給されるとは限らず、浄化能力を低下させる蓋然性が高い。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、排気干渉に起因する異音の発生を抑制しつつ、排ガスに対する浄化能力の低下を抑制することが可能な内燃機関の二次空気供給装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置の発明は、複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、各排気通路への空気の供給の開始時期に一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動するとともに、前記空気の供給に制限を加えた後、前記空気供給体から各排気通路へ供給される単位時間当たりの空気量の総和が前記制限時の総和よりも大きくなるように前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備えることを要旨とする。

上記構成の発明においては、供給制限手段によって一部の排気通路で空気の供給に制限を加えている。このため、供給の開始時期に空気は他の排気通路へ流通しやすくなっており、多岐供給路内における分岐が抑制されている。即ち、当該開始時期に空気は、一部の排気通路に比べて他の排気通路へと優先して供給されることから、一部の排気通路と他の排気通路との間で空気や排気ガス等による排気干渉が生じにくく、異音の発生を抑制することが可能となる。また、空気の供給に制限を加えた後、空気供給体から各排気通路へ供給する単位時間当たりの空気量の総和が上記制限時の総和よりも大きくなるようにしているため、空気の供給量の大幅な低下を抑制することが可能である。これらの結果、排気干渉に起因する異音の発生を抑制しつつ、排ガスに対する浄化能力の低下を抑制することが可能となる。

請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置の発明は、複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、各排気通路への空気の供給の開始時期に限って一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備えることを要旨とする。

上記構成の発明においては、各排気通路への空気の供給の開始時期に限って一部の排気通路で空気の供給に制限を加えている。このため、供給の開始時期に限って空気は他の排気通路へ流通しやすくなっており、多岐供給路内における分岐が抑制されている。即ち、当該開始時期に空気は、一部の排気通路に比べて他の排気通路へと優先して供給されることから、一部の排気通路と他の排気通路との間で空気や排気ガス等による排気干渉が生じにくく、異音の発生を抑制することが可能となる。また、空気の供給に制限を加える時期を当該開始時期に限ることにより、空気の供給量の大幅な低下を抑制することが可能である。これらの結果、排気干渉に起因する異音の発生を抑制しつつ、排ガスに対する浄化能力の低下を抑制することが可能となる。

請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置の発明は、複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、各排気通路への空気の供給の開始時期に、一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備え、前記供給制限手段は前記空気の供給に制限を加えるに際して、一部の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する一部の開閉弁の開弁開始時を、他の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する他の開閉弁の開弁開始時よりも遅らせることを要旨とする。

また、請求項４に記載の内燃機関の二次空気供給装置の発明は、複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、各排気通路への空気の供給の開始時期に、一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備え、前記供給制限手段は前記空気の供給に制限を加えるに際して、一部の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する一部の開閉弁の開度を、他の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する他の開閉弁の開度よりも小さくすることを要旨とする。

上記請求項３及び４に記載の構成を備える発明においては、供給制限手段によって一部の排気通路で空気の供給に制限を加えている。このため、供給の開始時期に空気は他の排気通路へ流通しやすくなっており、多岐供給路内における分岐が抑制されている。即ち、当該開始時期に空気は、一部の排気通路に比べて他の排気通路へと優先して供給されることから、一部の排気通路と他の排気通路との間で空気や排気ガス等による排気干渉が生じにくく、異音の発生を抑制することが可能となる。また、例えば、空気の供給に制限を加える時期を当該開始時期に限ることにより、空気の供給量の大幅な低下を抑制することが可能である。これらの結果、排気干渉に起因する異音の発生を抑制しつつ、排ガスに対する浄化能力の低下を抑制することが可能となる。

特に、請求項３に記載の構成を備える発明においては、一部の開閉弁と他の開閉弁との間で開弁開始時がずれており、空気の供給の開始時期において、一部の排気通路では空気が供給されない状態とされる一方、他の排気通路では空気が供給される。このため、当該開始時期において空気は、一部の排気通路へ流通されることなく、他の排気通路へ収束して供給される。従って、一部の排気通路と他の排気通路との間で排気干渉が生じ得ず、異音の発生を抑制することが可能となる。
また、請求項４に記載の構成を備える発明においては、空気の供給の開始時期において、一部の開閉弁と他の開閉弁との間で開度に差が生じることから、一部の排気通路における空気の供給圧は、他の排気通路における空気の供給圧に比べて低くなる。この場合、当該開始時期において、例えば他の排気通路から多岐供給路へ空気又は排ガスの逆流等が発生しようとも、他の排気通路から逆流した空気等の圧力は一部の排気通路へ流通する空気の圧力よりも高く、一部の排気通路へ流通する空気は圧し負けることとなる。従って、多岐供給路の内部で排気干渉が生じにくく、異音の発生を抑制することが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る二次空気供給装置を自動車用のエンジンに適用した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すエンジン１１は、第１バンク１２及び第２バンク１３のそれぞれに気筒が割り振られて配列された２つの気筒群を備えるＶ型気筒配列のものであり、各気筒群毎に吸気通路及び排気通路が設けられている。このエンジン１１においては、吸気通路を形成する第１吸気管マニホールド１４ａ及び第２吸気マニホールド１４ｂを介して吸気管１５から吸入された空気（新気）と、燃料とからなる混合気が気筒の燃焼室内に送り込まれ、燃焼されるようになっている。尚、吸気管１５内にはスロットルバルブ１６が配置されている。一方、燃焼後の混合気は、排気通路を形成する第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ送られ、第１触媒装置１８ａ及び第２触媒装置１８ｂで浄化されるとともに、第３排気管１９へと送り出されるようになっている。

当該エンジン１１には二次空気供給装置として、空気供給体２１と、この空気供給体２１に接続された供給管２２と、供給管２２に連結された第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４とが設けられている。

前記空気供給体２１は、エアクリーナ等から空気（二次空気）を引き込む引込管３１と、この引込管３１に接続された電動式のエアポンプ３２と、このエアポンプ３２に一端が接続された導入管３３と、この導入管３３の他端に接続された弁体３４とを備えている。この弁体３４は、電気式のバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）であり、エアポンプ３２から前記供給管２２への空気の供給を許可又は禁止すべく開閉するものである。そして、当該空気供給体２１は、弁体３４が開かれた状態でエアポンプ３２が駆動されることにより、このエアポンプ３２から吐出された空気を前記供給管２２へと送り込むよう構成されている。なお、当該弁体３４は、供給管２２から引込管３１への空気等の逆流を規制する逆止弁としての機能を備えている。

前記供給管２２は、その中間部で第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂの二股に分岐されることにより、前記エンジン１１の各気筒群毎に設けられた排気通路に分岐して繋がる多岐供給路を形成している。即ち、供給管２２は、一端が前記弁体３４に接続され、他端となる第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂが前記第１排気管１７ａ及び前記第２排気管１７ｂにそれぞれ接続されている。この供給管２２は、前記空気供給体２１から送り込まれた空気を第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂで分岐させ、同空気を第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂから第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ供給するよう構成されている。そして、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ供給された当該空気は、第１触媒装置１８ａ及び第２触媒装置１８ｂにおいて排気中の一酸化炭素及び炭化水素を酸化し、二酸化炭素及び水とすることで排気を浄化する。尚、第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂは、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂのそれぞれに対し、第１触媒装置１８ａ及び第２触媒装置１８ｂよりもエンジン１１側、換言すれば排気通路の上流側から空気を供給するように接続されている。

前記第１開閉弁２３は、供給管２２において第１供給管２２ａに連結されており、第２開閉弁２４は、供給管２２において第２供給管２２ｂに連結されている。第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４は、負圧式のエアースイッチングバルブ（ＡＳＶ）である。これら第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４は、前記第１供給管２２ａ及び前記第２供給管２２ｂから前記第１排気管１７ａ及び前記第２排気管１７ｂへの空気の供給を許可又は禁止すべく、伝わる負圧に応じて開閉する。また、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４の周囲には、第１調整弁４１及び第２調整弁４２がそれぞれ設けられている。第１調整弁４１及び第２調整弁４２は、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）である。これら第１調整弁４１及び第２調整弁４２は、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４に伝わる負圧を調整し、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４を開閉駆動すべくそれぞれ作動する。尚、当該二次空気供給装置においては、第１供給管２２ａ、第２供給管２２ｂ等に逆止弁が設けられておらず、第１排気管１７ａから第１供給管２２ａ又は第２排気管１７ｂから第２供給管２２ｂへの排ガス等の逆流は規制されていない。

当該エンジン１１には、その運転状態を検出するために各種のセンサが設けられている。例えば、エンジン１１には、スロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサ５１や、クランク軸の回転速度（エンジン回転速度）を検出するための回転速度センサ５２が設けられている。また、前記空気供給体２１において導入管３３には、この導入管３３の内部の圧力（内圧）を検出するための圧力センサ５３が設けられている。尚、弁体３４が開弁された状態であれば、同圧力センサ５３によって多岐供給路の内圧を検出することが可能となる。その他にも、アクセルペダル５４の近傍には、その踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５５が設けられている。

次に、当該二次空気供給装置の電気的構成を説明する。
この二次空気供給装置は、自動車に搭載されて前記エンジン１１の各種運転制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）６１を備えている。

電子制御装置６１は、前記エアポンプ３２の駆動を通じて前記導入管３３へ空気を送るとともに、前記弁体３４の開閉駆動を通じて導入管３３から供給管２２へ空気を送り込む。また、電子制御装置６１は、前記第１調整弁４１及び前記第２調整弁４２の作動を通じて前記第１開閉弁２３及び前記第２開閉弁２４の開閉駆動する。そして、電子制御装置６１は、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４の開閉駆動を通じて前記第１供給管２２ａ及び前記第２供給管２２ｂから前記第１排気管１７ａ及び前記第２排気管１７ｂへの空気の供給を行う。加えて、電子制御装置６１には、前記スロットルセンサ５１、前記回転速度センサ５２、前記圧力センサ５３及び前記アクセル開度センサ５５からの検出信号が入力される。

この電子制御装置６１は、エンジン１１の機関始動後、同エンジン１１の運転状況に応じて、第２排気管１７ｂに対する空気の供給を制限すべく供給制限処理を行う。ここで、同供給制限処理について、図２のタイムチャートを併せ参照して説明する。なお、ここで実施される供給制限処理は供給制限手段を構成している。

図２に示されるように、まず時刻ｔ０において機関始動が行われると、回転速度センサ５２によってエンジン回転速度が検出され、スロットルセンサ５１によってスロットル開度が検出される。この後、時刻ｔ１においてエンジン回転速度が所定値まで高まり、スロットル開度が０（ゼロ）であるとき、エンジン１１は暖機運転等の運転状況にあり、排気中の一酸化炭素量及び炭化水素量が増大する。このため、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を許可すべく、弁体３４（電気式ＶＳＶ）が開弁（ＯＮ）され、エアポンプ３２が駆動（ＯＮ）される。尚、機関始動直後、暖機運転等の運転状況にあるエンジン１１においては、気筒の燃焼室内が低温且つ低圧の状態となっていることから、混合気の空撚比をリッチとすることでエンジン性能を維持している。このように、混合気の空撚比をリッチとした場合、同混合気が完全燃焼されにくく、排気中の一酸化炭素量及び炭化水素量が増大する。

この時刻ｔ１においては、機関始動の直後であることから、エンジン回転速度が高められたり、ファンが回転したり等することにより、エンジン１１から様々な音が発生する。このとき第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂから第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂへ排ガスが逆流し、排ガスや空気等の干渉が生じて耳障りな異音が発生しようとも、当該異音はエンジン１１から発生した音によって打ち消される。このため、機関始動直後は、空気の供給に起因して生じた耳障りな異音が聞こえにくいことから、当該異音を抑制することより、むしろ排ガスを浄化することが重要視される。従って、時刻ｔ１では空気の供給制限が行われず、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）が全開状態へと同時に開弁（ＯＮ）される。そして、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給が行われ、排気中の一酸化炭素量及び炭化水素量が空気中の酸素によって酸化され、排気の浄化が行われる。

ここで、時刻ｔ２において、アクセルペダル５４を操作する等してスロットル開度が高まったとき、このまま第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ空気を供給し続けると、一酸化炭素量及び炭化水素量のみならず、空気中の窒素まで酸化され、排気中の窒素酸化物（ＮＯ_x）量が増大してしまう虞がある。このため、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を一時的に禁止すべく、弁体３４（電気式ＶＳＶ）、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）が閉弁（ＯＦＦ）された後、エアポンプ３２が停止（ＯＦＦ）される。尚、エンジン１１においては、気筒の燃焼室内が低温且つ低圧の状態では窒素の酸化反応は起こりにくいものの、燃焼室内が高温、或いは高圧となるにつれ、窒素の酸化反応が起こりやすくなり、排気中の窒素酸化物量が増大する。

その後、時刻ｔ３において、アクセルペダル５４の操作を止める等してスロットル開度の増大が停止したとき、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を再び許可すべく、弁体３４（電気式ＶＳＶ）が開弁（ＯＮ）され、エアポンプ３２が駆動（ＯＮ）される。この時刻ｔ３においては、スロットル開度が増大した直後であり、各気筒群からの排気量が不均一であることから、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの内部では流量、圧力等が不安定な状態のまま排気が流通している。この状態で第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ等量且つ等圧の空気を同時に供給しようとも、当該空気が第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの内部を流通する排ガスに圧し負けたり等してしまう。すると、第１排気管１７ａ又は第２排気管１７ｂから第１供給管２２ａ又は第２供給管２２ｂへ排ガスや空気等が逆流したり等する。そして、供給管２２等の内部で空気同士、排ガス同士、或いは空気と排ガスの干渉（排気干渉）が生じてしまう。また、時刻ｔ３では、エンジン回転速度が高まって大きな音が発生した後にエンジン回転速度が低下した直後であることから、エンジン１１から発生する音が静まっている。従って、排気干渉によって生じた異音は、エンジン１１から発生する音によって打ち消されず、はっきりと聞こえるようになり、耳障りなものとなる。

そこで本実施形態では、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給を一時的に禁止した後に再び許可したことを条件として、供給制限処理を行うことにより、排気干渉に起因する耳障りな異音の発生を抑制する。即ち、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）は、時刻ｔ３を開弁開始時として、全開状態へと開弁（ＯＮ）されるよう、前記電子制御装置６１によって駆動される。一方、第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）は、時刻ｔ３よりも遅れた時刻ｔ４を開弁開始時として、全開状態へと開弁（ＯＮ）されるよう、供給制限手段である前記電子制御装置６１によって駆動される。

空気の供給が再び許可される（再供給段階）ときの開始時となる時刻ｔ３では、第１排気管１７ａにのみ空気が供給される。その後、再供給段階の開始時期となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間では、第２排気管１７ｂには空気が供給されず、空気の供給という行為が制限される。そして、再供給段階の制限解除時となる時刻ｔ４では、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４の双方が全開状態へと開弁され、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの双方に等量且つ等圧の空気が供給される。

このように耳障りな異音がはっきりと聞こえるようになる再供給段階においては、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂ内で排気の流通が不安定となる開始時期に第２排気管１７ｂへの空気の供給が制限される。これにより、供給管２２等の内部における排気干渉の発生、或いは排気干渉による干渉波の発生等が起こりにくく、耳障りな異音の発生が抑制される。また、再供給段階においては、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂ内で排気の流通が安定する制限解除時から第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの双方に空気を供給することにより、排ガスに対する浄化能力の低下が抑制される。

尚、時刻ｔ４よりも後にアクセルペダル５４の操作等が行われた場合には、上記の時刻ｔ２で述べたように空気の供給が禁止される。さらに後、アクセルペダル５４の操作等を止め、且つエンジン１１が未だ暖機運転等の運転状況（混合気の空撚比がリッチ）である場合には、供給制限処理を行いつつ空気の供給が行われる。また、混合気の空撚比がストイキ、或いはリーンの運転状況となった後は、排気通路への空気の供給が停止される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給を一時的に禁止した後に再び許可するとき、第１開閉弁２３のみが開弁されて第２開閉弁２４は閉弁されたままとされる。これにより、第２排気管１７ｂに対する空気の供給という行為が制限されるため、排気干渉が起こりにくく、異音の発生を抑制することができる。また、この空気の供給の制限は排気干渉の虞が低減した時点で解除されるため、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへ十分な空気を送り込むことができ、一酸化炭素や炭化水素に対する十分な浄化能力を維持することができる。

（２）制限解除時からは第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４の双方を全開状態として、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの双方へ空気が供給される。これにより、空気の供給の制限を開始時期のみに留め、該供給の制限による第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給量の低下を極僅かなものに抑えることができる。

（第２実施形態）
以下、本発明に係る二次空気供給装置の第２実施形態を図面に基づいて説明する。尚、第２実施形態においては、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

本実施形態で電子制御装置６１は、再供給段階の開始時期において、第２調整弁４２をデューティ制御し、このデューティ制御された第２調整弁４２の作動を通じ、開度を徐変させるように第２開閉弁２４を開閉駆動する。具体的には、電子制御装置６１からデューティ信号が出力され、そのデューティ信号に基づいて、第２調整弁４２に供給される電力が調節される。そして、第２調整弁４２は電力に応じて開閉し、第２開閉弁２４に伝わる負圧を適宜変化させることにより、第２開閉弁２４の開度を変化させる。デューティ信号は、予め定められたごく短い単位時間にあって、第２調整弁４２に電力が供給される時間と同電力が供給されない時間との比（デューティ比）を規定する信号であり、同デューティ比が高くなるほど、第２調整弁４２に供給される電力が多くなり、第２開閉弁２４の開度が大きくなる。

ここで、デューティ制御を用いて第２開閉弁２４の開度を徐変させる空気供給制限処理について、図４のタイムチャートを併せ参照して説明する。なお、ここで実施される空気供給制限処理は供給制限手段を構成している。

電子制御装置６１は、時刻ｔ１において、弁体３４（電気式ＶＳＶ）を開弁（ＯＮ）し、エアポンプ３２を駆動（ＯＮ）する。そして、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）を、その開度が全開となるように開弁し、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給を行う。

一方、時刻ｔ２において、スロットル開度が高まったとき、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を一時的に禁止すべく、電子制御装置６１は、弁体３４（電気式ＶＳＶ）を閉弁（ＯＦＦ）し、その後、電子制御装置６１は、エアポンプ３２を停止（ＯＦＦ）する。また、電子制御装置６１は、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）を、その開度が全閉となるように、弁体３４（電気式ＶＳＶ）と同時に閉弁する。

その後、時刻ｔ３において、スロットル開度の増大が停止したとき、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を再び許可すべく、弁体３４（電気式ＶＳＶ）が開弁（ＯＮ）され、エアポンプ３２が駆動（ＯＮ）される。この再供給段階で本実施形態の電子制御装置６１は、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）の開弁開始時を同時としつつ、供給制限処理を行うことにより、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）に比べ、第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）を遅れて全開とする。

即ち、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）及び第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）は、再供給段階の開始時となる時刻ｔ３で開度が全閉の状態から開閉駆動される。この後、第１開閉弁２３は、再供給段階の開始時期となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で開度が全開となり、この状態のまま保持される。一方、第２開閉弁２４は、開始時期となる時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で開度が半開となり、この状態のまま保持されることにより、第２排気管１７ｂへの空気の供給量が制限される。この後、第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）は、第１開閉弁２３（第１ＡＳＶ）に遅れて、再供給段階の制限解除時となる時刻ｔ４で全開となる。つまり、第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間にその開度を全閉、半開、全開と徐変させる。そして、時刻ｔ４からは、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４の双方の開度が全開とされ、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの双方に等量の空気が供給される。

次に、供給制限処理の手順を図３に示す。なお、本処理は、電子制御装置６１を通じ、空気の供給を再び許可する際の開始時期にて実行される。
本処理が開始されると、まず第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）が作動される（ステップＳ１０１）。次いで、第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）がデューティ比５０％となるようにデューティ制御され（ステップＳ１０２）、第２排気管１７ｂへの空気の供給量を減量させるように第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）の開度を調節する。

次いで、弁体３４が開弁されていることから、多岐供給路の内圧を監視する監視手段となる圧力センサ５３からの検出信号により導入管３３の内圧が読み込まれ、同導入管３３の内圧変化ΔＰが算出されるとともに、内圧変化ΔＰが判定値以上か否かが判定される（ステップＳ１０３）。この判定値は、内圧変化ΔＰが排気干渉を起こすか、或いは排気干渉を起こさないかを判定するための値であり、排気干渉を起こさないときの内圧変化ΔＰを超える値（数ｋＰａ程度）が予め設定されている。

まず、内圧変化ΔＰが判定値以上である場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、排気干渉を起こすと診断され、第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）がデューティ比５０％のまま保持される。その後、所定時間が経過した後、内圧変化ΔＰが判定値以上か否かが再び判定される（ステップＳ１０３）。一方、内圧変化ΔＰが判定値未満である場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、排気干渉を起こさないと診断され、第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）がデューティ比１００％となるようにデューティ制御される（ステップＳ１０４）。そして、第２調整弁４２により、第２排気管１７ｂへの空気の供給量を増量させるように、第２開閉弁２４（第２ＡＳＶ）が全開状態で開弁され（ステップＳ１０５）、本処理が終了される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（３）第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂへの空気の供給を一時的に禁止した後に再び許可するとき、第１開閉弁２３及び第２開閉弁２４は、開弁開始時を同時としつつ、第１開閉弁２３が全開とされ、第２開閉弁２４は第１開閉弁２３との間で開度に差が生じるよう開度が絞られる。そして、第２開閉弁２４は排気干渉を起こさないと診断されたときに第１開閉弁２３に遅れて全開とされる。これにより、第２排気管１７ｂに対する空気の供給量が制限されるため、供給管２２、第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂの内部で排気干渉が起こりにくく、異音の発生を抑制することができる。

（４）また、再供給段階の開始時に第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂの双方へ空気を供給することができ、排気の浄化に必要且つ十分な量の空気を供給することが可能である。さらに、導入管３３の内圧変化の大きさに応じて第２排気管１７ｂへの空気の供給量を制限することができ、排気干渉による異音の発生を抑制しつつも、空気の供給量を制限することによる当該供給量の低下を極僅かに留めることが可能である。

（変更例）
なお、本実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・各実施形態において、スロットル開度に限らず、アクセル開度センサ５５によって検出されたアクセル開度が増大したとき、第１排気管１７ａ及び第２排気管１７ｂに対する空気の供給を一時的に禁止してもよい。

・各実施形態で二次空気の供給終了時において、第１排気管１７ａへの空気の供給量と、第２排気管１７ｂへの空気の供給量とを、必ずしも同じとする必要はない。
・各実施形態で圧力センサを導入管３３に限らず、第１排気管１７ａ、第２排気管１７ｂ、供給管２２、第１供給管２２ａ及び第２供給管２２ｂのうち少なくとも何れか１つに設けてもよい。そして、これらのうち少なくとも何れか１つの内圧変化に基づき第２開閉弁２４の開度調節を行ってもよい。

・図３に示す供給制限処理の手順において、内圧変化ΔＰが判定値以上である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、Ｓ１０２で第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）を再びデューティ制御し、内圧変化ΔＰの大小に応じてデューティ比を適宜調整するように構成してもよい。例えば、内圧変化ΔＰが増大している旨判定される場合、第２排気管１７ｂへの空気の供給量を減量させるように、Ｓ１０２で第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）をデューティ比５０％未満となるようにデューティ制御してもよい。或いは、内圧変化ΔＰが減少している旨判定される場合、第２排気管１７ｂへの空気の供給量を増量又は維持するように、Ｓ１０２で第２調整弁４２（第２ＶＳＶ）をデューティ比５０％以上、１００％未満となるようにデューティ制御してもよい。このように内圧変化ΔＰの値に応じて第２開閉弁２４の開度調節を行う場合、空気の供給量を適宜調整することができ、空気の供給量の低下を極僅かなものとすることができる。

・第２実施形態では、第２開閉弁２４の開度を徐変させずとも、内圧変化ΔＰが判定値未満か否かで第２開閉弁２４を全開又は全閉してもよい。
・各実施形態において、排気の浄化に十分な量の空気を供給することが可能であれば、エアポンプ３２を省略して空気供給体２１を構成してもよい。

・内燃機関は車両用のエンジンに限らず、船舶用、飛行機用のエンジンであってもよい。また、複数の気筒群を有するものであれば、Ｗ型であってもよい。
次に、上記実施の形態及び変更例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記供給制限手段は、前記空気の供給の終了時期にそれぞれの排気通路で当該空気の供給量が同じとなるよう前記各開閉弁を駆動制御することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。

（ロ）前記供給制限手段は、前記開閉弁によりそれぞれの排気通路への前記空気の供給を一時的に禁止した後に再び許可したことを条件として、前記空気の供給に制限を加えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の二次空気供給装置。

二次空気供給装置を備える実施形態のエンジン全体を示す概略図。第１実施形態における空気供給制限処理に伴うエンジン回転速度の変化態様、スロットル開度の変化態様、エアポンプの駆動態様、弁体の開閉態様、第１及び第２開閉弁の開閉態様を示すタイムチャート。第２実施形態の空気供給制限処理の実行手順を示すフローチャート。第２実施形態における空気供給制限処理に伴うエンジン回転速度の変化態様、スロットル開度の変化態様、エアポンプの駆動態様、弁体の開閉態様、第１及び第２開閉弁の開閉態様を示すタイムチャート。

符号の説明

１１…内燃機関であるエンジン、１７ａ…排気通路を形成する第１排気管、１７ｂ…排気通路を形成する第２排気管、２１…空気供給体、２２ａ…多岐供給路を形成する第１供給路、２２ｂ…多岐供給路を形成する第２供給路、２３…第１開閉弁、２４…第２開閉弁、５３…監視手段を構成する圧力センサ。

Claims

複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、
各排気通路への空気の供給の開始時期に一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動するとともに、前記空気の供給に制限を加えた後、前記空気供給体から各排気通路へ供給される単位時間当たりの空気量の総和が前記制限時の総和よりも大きくなるように前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、
各排気通路への空気の供給の開始時期に限って一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、
各排気通路への空気の供給の開始時期に、一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備え、
前記供給制限手段は前記空気の供給に制限を加えるに際して、一部の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する一部の開閉弁の開弁開始時を、他の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する他の開閉弁の開弁開始時よりも遅らせる
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
複数の気筒群毎にそれぞれ排気通路を設けた内燃機関に適用され、それぞれの排気通路に分岐して繋がる多岐供給路と、当該多岐供給路を介してそれぞれの排気通路へ空気の供給を行う空気供給体と、当該空気供給体からそれぞれの排気通路への前記空気の供給を許可又は禁止すべく開閉する複数の開閉弁とを備える内燃機関の二次空気供給装置であって、
各排気通路への空気の供給の開始時期に、一部の排気通路で当該空気の供給に制限を加えるよう前記各開閉弁を開閉駆動する供給制限手段を備え、
前記供給制限手段は前記空気の供給に制限を加えるに際して、一部の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する一部の開閉弁の開度を、他の排気通路へ空気の供給を行うべく開弁する他の開閉弁の開度よりも小さくする
ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。