JP5556623B2 - 二次空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置に係る。特に、本発明は、二次空気供給装置の内部に滞留する水を排出するための動作の改良に関する。

従来より、自動車等に搭載される内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ場合もある）においては、排気通路に触媒（例えば三元触媒）を配置し、排気ガス中のＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（ハイドロカーボン）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を低減して、排気ガスの浄化を行うようにしている。

上記触媒は、例えばエンジンの冷間始動時等であって排気ガス温度が比較的低い場合には排気浄化性能が低下する。そこで、従来より、触媒に導入される排気ガスの温度を上昇させるべく、排気系に空気（二次空気）を供給する二次空気供給装置が採用されている。即ち、排気系へ二次空気を供給することで、二次空気中の酸素と排気ガス中のＣＯ及びＨＣとを反応（酸化反応）させて排気ガスの温度を上昇させ、これによって触媒の排気浄化性能の向上を図るようにしたものである（例えば下記の特許文献１及び特許文献２を参照）。

上記二次空気供給装置の具体構成としては、例えば、シリンダヘッドの排気ポート内に向けて二次空気を供給するための二次空気供給路と、この二次空気供給路に空気を圧送するためのエアポンプと、二次空気供給路におけるエアポンプの下流側に配置されて二次空気供給路の開閉状態を切り換える開閉弁（以下、「エアスイッチングバルブ」と呼ぶ）とを備えている。そして、エアスイッチングバルブを開状態にすると共にエアポンプを駆動することにより、二次空気を二次空気供給路を通じて排気ポート内に供給する。これにより、排気系内の酸素濃度が高くなり、排気ガス中のＨＣ、ＣＯの酸化反応が促進されることによって排気ガスの温度を上昇させることができる。

ところで、この種の二次空気供給装置にあっては、排気系から二次空気供給路内に流れ込んだ排気ガス中に含まれる水分が結露することにより生じる結露水や、外部（二次空気供給路の外気導入側）から侵入した水が二次空気供給路内に滞留する可能性がある。このような水（以下、「滞留水」と呼ぶ）が発生した状態でエンジンが停止し、その後、外気温度が氷点下に達するなどして、この滞留水が凍結してしまうと、二次空気供給路が閉塞してしまったり、エアポンプやエアスイッチングバルブの作動に支障を来してしまう可能性がある。これでは、次回のエンジン駆動時に、二次空気供給装置からの二次空気の供給による排気浄化性能が十分に発揮されなくなり、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。

このような滞留水を排出するための対策として特許文献２に開示されているものがある。この特許文献２では、エンジンの停止後に上記エアスイッチングバルブを開放すると共にエアポンプを駆動し、このエアポンプから圧送される空気によって滞留水をエンジンの排気系に排出するようにしている。

特開２００９−１６２１５０号公報 特開２０１０−１７５８号公報

ところが、上記特許文献２の如くエンジンの停止後に滞留水排出動作を行う場合、この滞留水排出動作の終了時にエアスイッチングバルブを閉鎖する際、異音（以下、「バルブ締め切り音」という）が発生し、乗員に違和感を与えてしまう可能性がある。以下、具体的に説明する。

一般に、エンジンの冷間始動時等に実行される二次空気供給動作では、その動作終了時において、二次空気供給路内への排気ガスの流入を防止するために、エアスイッチングバルブの閉鎖後にエアポンプを停止させている。つまり、排気管内の圧力に対して二次空気供給路内の圧力が高い状態でエアスイッチングバルブを閉鎖させることにより、二次空気供給路内への排気ガスの流入を阻止している。

そして、このような二次空気の供給停止動作（エアポンプ及びエアスイッチングバルブの制御ルーチン）を、滞留水排出動作の終了時にも適用した場合、エンジン停止状態で且つエアポンプ駆動状態でエアスイッチングバルブが閉鎖されることになるため、このエアスイッチングバルブの開度が小さくなったタイミング（エアスイッチングバルブが全閉となる直前のタイミング）で、エアスイッチングバルブの周囲を流れる二次空気の流速が急速に高くなる、或いはエアスイッチングバルブを閉じた時に空気の慣性で管内に衝撃・振動波が発生することに起因するバルブ締め切り音（所謂、風切り音）が発生することになる。このバルブ締め切り音は、通常の二次空気供給動作（冷間始動時の排気温上昇のための二次空気供給動作等）の終了時においても発生しているが、この場合、エンジンが駆動しており、そのエンジン駆動音の方が大きいため、バルブ締め切り音は乗員には殆ど聞こえない。ところが、滞留水排出動作の終了時にあっては、エンジンが停止しているため、このバルブ締め切り音が乗員に聞こえることになり、違和感を与えてしまうことになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、二次空気供給路内の滞留水を排出する動作の終了時においてエアスイッチングバルブが閉鎖する際のバルブ締め切り音を抑制可能とする二次空気供給装置を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、二次空気供給路内の滞留水を排出する動作（滞留水排出動作）の実行時において、内燃機関の停止状態で滞留水排出動作を終了するに際し、エアポンプを停止させて二次空気供給路内の圧力を低下させた後にエアスイッチングバルブを閉鎖するようにしている。これにより、エアスイッチングバルブ閉鎖時における二次空気（滞留水を排出するための空気）の流量を低減または「０」とするようにしてバルブ締め切り音の発生を防止している。

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の排気系に繋がる二次空気供給路と、この二次空気供給路に配設されたエアポンプ及び弁機構とを備え、内燃機関の駆動中に、上記エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより上記二次空気供給路を経て排気系に二次空気を供給する二次空気供給動作と、内燃機関の停止指令信号が入力されたことに伴って、上記エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより上記二次空気供給路に空気を流通させ、この空気により、二次空気供給路に滞留した水を排出する滞留水排出動作とが実行可能とされた二次空気供給装置を前提とする。この二次空気供給装置に対し、上記二次空気供給路の内部圧力を検出する圧力検出手段と、上記滞留水排出動作を終了させる際、エアポンプを停止させた後に弁機構を閉鎖させる滞留水排出動作終了手段とを備えさせている。そして、この滞留水排出動作終了手段は、エアポンプを停止させた後、所定時間経過後に弁機構を閉鎖させるものであって、エアポンプを停止させる直前において上記圧力検出手段によって検出された二次空気供給路の内部圧力が高いほど、弁機構を閉鎖させる上記所定時間を長く設定する構成としている。

この特定事項により、二次空気供給路に滞留した水を排出する滞留水排出動作の実行時には、エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより二次空気供給路に空気を流通させ、この空気により、滞留水を排気系に排出する。そして、この滞留水排出動作を終了させる際には、先ず、エアポンプを停止させる。これにより、弁機構を開放させたまま二次空気供給路の内部圧力を低下させる。そして、この二次空気供給路の内部圧力が十分に低下した時点で弁機構を閉鎖させる。つまり、エアポンプを停止させる直前における二次空気供給路の内部圧力に応じて弁機構を閉鎖させるまでの所定時間を設定する。エアポンプを停止させる直前における二次空気供給路の内部圧力が高い場合には、エアポンプ停止後に二次空気供給路の内部圧力が上記バルブ締め切り音が発生しない程度まで低下するのに要する時間が長くなる。このため、エアポンプを停止させる直前における二次空気供給路の内部圧力が高いほど上記所定時間を長く設定し、二次空気供給路の内部圧力が十分に低下するのを待って弁機構を閉鎖させる。これにより、弁機構の閉鎖時における空気の流量は低減または「０」となっているため、弁機構の閉鎖に伴う上記バルブ締め切り音の発生は防止されることになる。つまり、内燃機関の停止状態でバルブ締め切り音が発生することによる乗員の違和感を招くことがなくなる。

上記滞留水排出動作の開始タイミングとして具体的には、内燃機関の停止指令信号が入力されて内燃機関が停止した後の所定時間経過後に滞留水排出動作が開始される構成としている。

この構成により、内燃機関の停止後、排気系の内部圧力が低下し、弁機構を開放しても排気ガスが二次空気供給路内に流れ込むことのない圧力としたうえで、上記エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより滞留水排出動作を開始させることになる。このため、滞留水排出動作の開始時に排気ガスが二次空気供給路内に流れ込むことがなく、二次空気供給路での滞留水の発生原因を解消することができる。

また、他の滞留水排出動作の開始タイミングとしては、内燃機関の停止指令信号が入力された際に内燃機関の駆動を継続した状態でエアポンプを駆動させ、その後に弁機構を開放することで滞留水排出動作を開始させる。そして、この滞留水排出動作が開始された後に、内燃機関を停止させる内燃機関停止遅延手段を備えさせ、上記滞留水排出動作終了手段が、上記内燃機関停止遅延手段によって内燃機関が停止した後に、エアポンプを停止させ、その後に弁機構を閉鎖させるものであって、エアポンプを停止させる直前において上記圧力検出手段によって検出された二次空気供給路の内部圧力が高いほど、弁機構を閉鎖させる上記所定時間を長く設定する構成としている。

これによれば、エアポンプの駆動開始時には内燃機関が駆動状態であるため、エアポンプの起動音が内燃機関の駆動音によって掻き消されることになり、エアポンプの起動音が乗員に聞こえることによる違和感を招くことがなくなる。また、エアポンプを駆動させた後に弁機構を開放して滞留水排出動作を開始させるようにしているため、滞留水排出動作の開始時に排気ガスが二次空気供給路内に流れ込むことがなく、二次空気供給路での滞留水の発生原因を解消することができる。

上記二次空気供給動作の終了時と、滞留水排出動作の終了時とでは、弁機構の閉鎖タイミング及びエアポンプの停止タイミングを互いに異ならせている。つまり、上記二次空気供給動作を終了させる際には、弁機構を閉鎖させた後にエアポンプを停止させる一方、滞留水排出動作を終了させる際には、上記滞留水排出動作終了手段により、エアポンプを停止させた後、上記所定時間経過後に弁機構を閉鎖させるようにしている。このように、同一の二次空気供給装置において、その動作状況に応じて（二次空気供給動作の終了時であるのか、滞留水排出動作の終了時であるのかに応じて）弁機構の閉鎖タイミング及びエアポンプの停止タイミングを互いに異ならせている。つまり、二次空気供給動作では、その動作終了時において、二次空気供給路内への排気ガスの流入を防止するために、弁機構の閉鎖後にエアポンプを停止させている。一方、滞留水排出動作では、上述した如く、その動作終了時において、バルブ締め切り音の発生を防止するために、エアポンプを停止させた後に弁機構を閉鎖させている。

本発明では、二次空気供給路内の滞留水を排出する滞留水排出動作を終了するに際し、エアポンプを停止させた後に弁機構を閉鎖させるようにしている。このため、エアポンプの停止により二次空気供給路内の圧力を低下させた後に弁機構が閉鎖することになり、この弁機構の閉鎖時におけるバルブ締め切り音の発生を防止することができる。

実施形態に係るエンジンの吸排気系及び二次空気供給装置の概略構成を示す図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 第１実施形態における滞留水排出動作の手順を示すフローチャート図である。 第１実施形態における、イグニッションキー操作、エンジン運転状態、二次空気供給実行フラグ、エアポンプの作動状態、エアスイッチングバルブの開閉状態、二次空気供給路内圧力それぞれの変化を示すタイミングチャート図である。 第２実施形態における滞留水排出動作の手順を示すフローチャート図である。 第２実施形態における、イグニッションキー操作、エンジン運転状態、二次空気供給実行フラグ、エアポンプの作動状態、エアスイッチングバルブの開閉状態、二次空気供給路内圧力それぞれの変化を示すタイミングチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンに設けられる二次空気供給装置に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジン−
図１は、本実施形態に係る二次空気供給装置１を備えたエンジンシステムの概略構成を示す図である。この図１に示すように、本実施形態に係る二次空気供給装置１は、多気筒（４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、このエンジン２の排気系に外気を二次空気として供給するものである。

エンジン２には、吸気管２１及び排気管２２が接続されている。吸気管２１には、スロットルバルブ２３が設けられており、エアフィルタ２４によって浄化された空気の気筒内に向けての吸気量がスロットルバルブ２３の開度に応じて調整可能となっている。また、上記エアフィルタ２４とスロットルバルブ２３との間には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３１が配置されている。

上記排気管２２には、排気を浄化するための触媒（三元触媒）２５が配置されている。この触媒２５の上流側には、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３２が配置されている。この空燃比センサ３２としては、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。

また、上記触媒２５の下流側には、酸素センサ（Ｏ₂センサ）３３が配置されている。この酸素センサ３３としては、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されており、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化する構成となっている。

また、エンジン２には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ３４、及び、エンジン回転数を検出するためのクランクポジションセンサ３５が設けられている。

−二次空気供給装置−
上記二次空気供給装置１は、二次空気供給路１１、エアポンプ１２、エアスイッチングバルブ（弁機構）１３、圧力センサ（圧力検出手段）３６等を備えている。また、上記二次空気供給路１１には、エアフィルタ１４、上記エアポンプ１２、エアスイッチングバルブ１３が外気吸入側からエンジン排気系側（排気ポート２６側）に向けて順次配設されている。

上記エアポンプ１２は、外気を吸引し、二次空気供給路１１を通じてエンジン２の排気系に、この外気を二次空気として供給する。具体的に、このエアポンプ１２は、電動式エアポンプであって、後述するＥＣＵ５０からの駆動指令信号に従って図示しないバッテリ（蓄電池）からの給電によりインペラ１２ａが回転し、二次空気供給路１１内に空気（二次空気）を圧送するようになっている。また、上記二次空気供給路１１は各気筒（４気筒）に対応するように分岐されており、それぞれが各気筒の排気ポート２６，２６，…に接続されている。このため、エアポンプ１２から圧送された二次空気は二次空気供給路１１から各排気ポート２６，２６，…に向けて分流されるようになっている。

上記エアスイッチングバルブ１３は、電磁駆動式の開閉弁で構成されており、二次空気供給路１１を開閉する機能を有している。このエアスイッチングバルブ１３が開状態にある場合には二次空気供給路１１における二次空気の流通を許容する。一方、このエアスイッチングバルブ１３が閉状態にある場合には二次空気供給路１１における二次空気の流通を禁止する。尚、このエアスイッチングバルブ１３は、通常状態では閉弁状態となっており、ＥＣＵ５０からの開放指令信号に従って開弁状態となる常閉型電磁開閉弁である。

また、このエアスイッチングバルブ１３には、二次空気供給路１１における空気の逆流を防止するための逆止弁（リードバルブ）１７が内蔵されている。

上記二次空気供給路１１におけるエアポンプ１２とエアスイッチングバルブ１３との間には上記圧力センサ３６が配設されている。この圧力センサ３６は、二次空気供給路１１の内部圧力を検出する。この圧力センサ３６の配設位置としては、エアポンプ１２とエアスイッチングバルブ１３との間に限らず、エアスイッチングバルブ１３と排気ポート２６との間であってもよい。

−制御系−
上記エンジン２の運転状態及び二次空気供給装置１の作動状態はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０によって制御される。このＥＣＵ５０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５３及びバックアップＲＡＭ５４などを備えている。

ＲＯＭ５２は、各種制御プログラム（例えば二次空気供給装置１におけるエアポンプ１２及びエアスイッチングバルブ１３の制御プログラム等）や、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ＲＡＭ５３は、ＣＰＵ５１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ５４は、エンジン２の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

これらＲＯＭ５２、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５３及びバックアップＲＡＭ５４は、バス５７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路５５及び外部出力回路５６と接続されている。

外部入力回路５５には、上記エアフローメータ３１、空燃比センサ３２、酸素センサ３３、水温センサ３４、クランクポジションセンサ３５、圧力センサ３６の他、上記エアフローメータ３１に内蔵され吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３７、上記スロットルバルブ２３の開度を検出するスロットル開度センサ３８、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３９、図示しないイグニッションキーのＯＮ／ＯＦＦ操作に連動してＯＮ／ＯＦＦ信号を出力するイグニッションスイッチ３Ａ、外気温度を検出する外気温センサ３Ｂ等が接続されている。各センサの構成及び機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。

一方、外部出力回路５６には、上記スロットルバルブ２３を駆動するスロットルモータ２７、エンジン２の気筒内に向けて燃料を噴射するインジェクタ２８、図示しない点火プラグの点火タイミングを調整するイグナイタ２９、上記エアポンプ１２、上記エアスイッチングバルブ１３等が接続されている。

−二次空気供給処理の基本動作−
次に、上述した二次空気供給装置１における二次空気供給処理の基本動作について説明する。二次空気供給装置１は、例えば、車両の冷間始動時等であって、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、触媒２５が十分に昇温しておらずその機能（排気浄化機能）が十分に発揮されにくい状態において、エアスイッチングバルブ１３を開放すると共に、エアポンプ１２を駆動する。具体的には、エアポンプ１２を駆動して二次空気供給路１１の内部圧力を排気管２２の内部圧力よりも高めた状態でエアスイッチングバルブ１３を開放する。つまり、エアポンプ１２を駆動した後、所定時間経過後にエアスイッチングバルブ１３を開放する。これにより、エアフィルタ１４を通過した外気を二次空気として二次空気供給路１１を介して排気ポート２６，２６，…に導く。この二次空気の供給により、排気中の酸素濃度が上昇し、排気管２２内でのＨＣ、ＣＯの二次燃焼が促進される。その結果、排気温度を上昇させることで触媒２５の昇温を促進することができ、排気ガスの浄化率の向上を図ることができる。

また、触媒２５が十分に昇温し、二次空気供給動作を停止する場合には、エアスイッチングバルブ１３を閉鎖した後、所定時間経過後にエアポンプ１２を停止させる。つまり、排気管２２の内部圧力に対して二次空気供給路１１内の圧力が高い状態でエアスイッチングバルブ１３を閉鎖させる。これにより、二次空気供給路１１内への排気ガスの流入を阻止しながら二次空気供給動作を停止させることができる。つまり、二次空気供給路１１内に排気ガスが流入し、この排気ガス中に含まれる水分が二次空気供給路１１内で結露してしまうことを防止するようにしている。

−滞留水排出動作−
次に、本実施形態の特徴とする動作である滞留水排出動作について説明する。

上記二次空気供給装置１にあっては、排気ポート２６から二次空気供給路１１内に流れ込んだ排気ガス中に含まれる水分が結露することにより生じる結露水や、エアフィルタ１４を通過して外部から侵入した水が二次空気供給路１１内に滞留する可能性がある。このような滞留水が発生した状態でエンジン２が停止し、その後、外気温度が氷点下に達するなどして、この滞留水が凍結してしまうと、二次空気供給路１１が閉塞してしまったり、エアポンプ１２やエアスイッチングバルブ１３の作動に支障を来してしまう可能性がある。これでは、次回のエンジン駆動時に、二次空気供給装置１からの二次空気の供給による排気浄化性能が十分に発揮されなくなり、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。

本実施形態では、この滞留水をエンジン２の停止時に排気系に排出するための滞留水排出動作を実行するようにしている。

また、この滞留水排出動作の終了時にエンジン２が停止していると、エアスイッチングバルブ１３の開度が小さくなったタイミング（エアスイッチングバルブ１３が全閉となる直前のタイミング）で、エアスイッチングバルブ１３の周囲を流れる二次空気の流速が急速に高くなる、或いはエアスイッチングバルブを閉じた時に空気の慣性で管内に衝撃・振動波が発生することに起因するバルブ締め切り音が発生し、乗員に違和感を与えてしまう可能性がある。

本実施形態では、この滞留水排出動作の終了時におけるバルブ締め切り音の発生を抑制するための動作を実行するようにしている。

以下、滞留水排出動作についての複数の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
先ず、第１実施形態について説明する。

本実施形態では、エンジン２の停止後に、上記エアポンプ１２を駆動すると共にエアスイッチングバルブ１３を開放することによって滞留水排出動作を開始する。そして、滞留水排出動作を所定期間実行した後に、この滞留水排出動作を停止する際には、エアポンプ１２を停止した後にエアスイッチングバルブ１３を閉鎖するようにしている（滞留水排出動作終了手段によるエアポンプ１２及びエアスイッチングバルブ１３の制御動作）。以下、具体的に説明する。

図３は、本実施形態における滞留水排出動作の手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、エンジン２の始動後、数ｍｓｅｃ毎またはクランクシャフトの所定回転角度毎に実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、イグニッションキーがＯＦＦ操作（内燃機関の停止指令信号が入力）されたか否かを判定する。この判定は、上記イグニッションスイッチ３Ａからの出力信号に基づいて行われる。つまり、イグニッションキーのＯＦＦ操作に連動してイグニッションスイッチ３ＡからＯＦＦ信号がＥＣＵ５０に出力された場合にイグニッションキーがＯＦＦ操作されたと判定する。

イグニッションキーがＯＦＦ操作されておらず、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合にはエンジン２が駆動状態にあり、滞留水排出動作を非実行とするべくリターンされる。

イグニッションキーがＯＦＦ操作され、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、エンジン２が停止状態になったか否かを判定する。この判定は、上記クランクポジションセンサ３５からの出力信号に基づいて行われる。つまり、図示しないクランクシャフトの回転に伴うクランクポジションセンサ３５からのパルス信号の出力が停止した場合にエンジン２が停止状態になったと判定する。

エンジン２が未だ停止状態にはなく、ステップＳＴ２でＮＯ判定されている場合には、エンジン２が停止状態となるまで待つ。

エンジン２が停止状態になり、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、エンジン停止後の経過時間が所定時間ｔ１に達したか否かを判定する。この所定時間ｔ１は、エンジン停止後、排気管２２の内部圧力が大気圧程度まで低下（エアスイッチングバルブ１３を開放しても排気ガスが二次空気供給路１１内に流れ込むことのない圧力まで低下）するのに要する時間であって、例えば「０．５ｓｅｃ」に設定されている。この所定時間ｔ１はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、イグニッションキーがＯＦＦ操作される直前における排気管２２の内部圧力を検出しておき、この内部圧力が高いほど所定時間ｔ１を長く設定するようにしてもよい。

エンジン停止後の経過時間が所定時間ｔ１に達しておらず、ステップＳＴ３でＮＯ判定されている場合には、この経過時間が所定時間ｔ１に達するまで待つ。

エンジン停止後の経過時間が所定時間ｔ１に達し、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、二次空気供給実行フラグがＯＮとなっているか否かを判定する。この二次空気供給実行フラグは、上記経過時間が所定時間ｔ１に達している状態において、上記外気温センサ３Ｂによって検出された外気温度が氷点下である場合や、前回の滞留水排出動作の実行後のエンジン運転時間（積算運転時間）が所定時間（例えば１０時間）に達している場合にＯＮとなるフラグである。つまり、二次空気供給路１１内に滞留水が存在している場合にその滞留水が凍結しやすい状況にある場合、または、二次空気供給路１１内に所定量以上（排出動作を必要とする量以上）の滞留水が存在している可能性がある場合に二次空気要求フラグはＯＮとなる。

二次空気要求フラグがＯＦＦとなっており、ステップＳＴ４でＮＯ判定された場合には、滞留水排出動作は必要ないとして、リターンされる。

一方、二次空気要求フラグがＯＮとなっており、ステップＳＴ４でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ５に移り、上記エアポンプ１２を駆動すると共にエアスイッチングバルブ１３を開放する。これにより、滞留水排出動作が開始される。つまり、エアフィルタ１４を通過した外気を二次空気供給路１１から排気ポート２６，２６，…に向けて圧送する。これにより、二次空気供給路１１内に存在していた滞留水は、空気によって押し流され、排気ポート２６を経て排気管２２に排出されることになる。

ステップＳＴ６では、上記滞留水排出動作の開始後の経過時間が所定時間ｔ２に達したか否かを判定する。この所定時間ｔ２は、二次空気供給路１１内に存在していた滞留水の殆どを排気管２２に押し流すために必要とされる時間であって、例えば「１．０ｓｅｃ」に設定される。この所定時間ｔ２はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、二次空気供給路１１内に存在する滞留水の量を推定し、その量が多いほど上記所定時間ｔ２を長く設定するようにしてもよい。この二次空気供給路１１内に存在する滞留水の量の推定動作としては、例えば前回の滞留水排出動作の実行後のエンジン運転時間（積算運転時間）に基づき、このエンジン運転時間が長いほど滞留水の量が多いと推定するものなどが挙げられる。

滞留水排出動作の開始後の経過時間が所定時間ｔ２に達しておらず、ステップＳＴ６でＮＯ判定されている場合には、この経過時間が所定時間ｔ２に達するまで待つ。

そして、滞留水排出動作の開始後の経過時間が所定時間ｔ２に達し、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、エアポンプ１２を停止させると共に、上記二次空気要求フラグをＯＦＦに設定する。

その後、ステップＳＴ８に移り、このエアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ３に達したか否かを判定する。この所定時間ｔ３は、エアポンプ１２の停止後、二次空気供給路１１の内部圧力が大気圧程度まで低下（エアスイッチングバルブ１３の周囲に空気が流れることのない圧力まで低下）するのに要する時間であって、例えば「１．０ｓｅｃ」に設定されている。この所定時間ｔ３はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、エアポンプ１２が停止する直前における二次空気供給路１１の内部圧力を上記圧力センサ３６によって検出しておき、この内部圧力が高いほど所定時間ｔ３を長く設定するようにしてもよい。また、エアポンプ１２の停止後、圧力センサ３６によって二次空気供給路１１の内部圧力を継続的に検出（モニタ）しておき、その内部圧力が所定圧力（排気管２２の内部圧力以下の圧力（例えば大気圧程度））まで低下した時点でステップＳＴ８でＹＥＳ判定するようにしてもよい。更には、エアポンプ１２の駆動中における二次空気供給路１１の内部圧力はエアポンプ１２への印加電圧に応じて変化するため、上記バッテリの蓄電量を検出し、この蓄電量が多いほど（エアポンプ１２への印加電圧が高いほど）上記所定時間ｔ３を長く設定するようにしてもよい。

エアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ３に達しておらず、ステップＳＴ８でＮＯ判定されている場合には、この経過時間が所定時間ｔ３に達するまで待つ。

エアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ３に達し、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、エアスイッチングバルブ１３を閉鎖し、滞留水排出動作を終了する。このエアスイッチングバルブ１３の閉鎖時には、既に、エアポンプ１２は停止しており、且つ二次空気供給路１１の内部圧力は十分に低下しているため、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖時における空気の流量を低減または「０」にすることができ、上記バルブ締め切り音の発生は防止されることになる。

図４は、本実施形態における、イグニッションキー操作、エンジン運転状態、二次空気供給実行フラグ、エアポンプの作動状態、エアスイッチングバルブの開閉状態、二次空気供給路内圧力それぞれの変化を示すタイミングチャート図である。

このタイミングチャートでは、タイミングＴ１で、イグニッションキーがＯＦＦ操作されると共にエンジン２が停止している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ１及びステップＳＴ２でＹＥＳ判定された状態）。また、タイミングＴ２で、二次空気供給実行フラグがＯＮされて、エアポンプ１２が駆動すると共に、エアスイッチングバルブ１３が開放され、滞留水排出動作が開始している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ３及びステップＳＴ４でＹＥＳ判定されることに伴い滞留水排出動作が開始された状態）。また、タイミングＴ３で、二次空気供給実行フラグがＯＦＦされて、エアポンプ１２が停止している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ６でＹＥＳ判定されることに伴いエアポンプ１２が停止された状態）。更に、タイミングＴ４で、エアスイッチングバルブ１３が閉鎖している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ８でＹＥＳ判定されることに伴いエアスイッチングバルブ１３が閉鎖された状態）。

以上説明したように、本実施形態では、滞留水排出動作を終了させる際には、先ず、エアポンプ１２を停止させ、二次空気供給路１１の内部圧力を低下させた状態で、エアスイッチングバルブ１３を閉鎖させている。このため、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖時における空気の流量は低減または「０」となっており、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖に伴う上記バルブ締め切り音の発生を防止することができる。その結果、エンジン２の停止状態でバルブ締め切り音が発生することによる乗員の違和感を招くことがなくなる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。

本実施形態では、エンジン２の駆動中に、上記エアポンプ１２を駆動すると共にエアスイッチングバルブ１３を開放することによって滞留水排出動作を開始させる。その後、エンジン２を停止させ、滞留水排出動作を所定期間実行した後、滞留水排出動作を停止させる際に、エアポンプ１２を停止した後にエアスイッチングバルブ１３を閉鎖するようにしている（滞留水排出動作終了手段によるエアポンプ１２及びエアスイッチングバルブ１３の制御動作）。以下、具体的に説明する。

図５は、本実施形態における滞留水排出動作の手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、エンジン２の始動後、数ｍｓｅｃ毎またはクランクシャフトの所定回転角度毎に実行される。

先ず、ステップＳＴ１１において、イグニッションキーがＯＦＦ操作されたか否かを判定する。この判定は、上述した第１実施形態において図３で示したフロチャートのステップＳＴ１と同様にして行われる。

イグニッションキーがＯＦＦ操作されておらず、ステップＳＴ１１でＮＯされた場合にはエンジン２が駆動状態にあり、滞留水排出動作を非実行とするべくリターンされる。

イグニッションキーがＯＦＦ操作され、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、二次空気供給実行フラグがＯＮとなっているか否かを判定する。本実施形態における二次空気供給実行フラグは、イグニッションキーがＯＦＦ操作されている状態において、上記外気温センサ３Ｂによって検出された外気温度が氷点下である場合や、前回の滞留水排出動作の実行後のエンジン運転時間（積算運転時間）が所定時間（例えば１０時間）に達している場合にＯＮとなるフラグである。

二次空気供給実行フラグがＯＦＦとなっており、ステップＳＴ１２でＮＯ判定された場合には、滞留水排出動作は必要ないとして、ステップＳＴ１３に移り、直ちにエンジン２を停止させた後（エンジン２の停止を遅延させることなく、燃料噴射及び点火プラグの点火を停止することによりエンジン２を停止させた後）、リターンされる。

一方、二次空気供給実行フラグがＯＮとなっており、ステップＳＴ１２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１４に移り、上記ＥＣＵ５０に予め備えられた第１タイマのカウントを開始する。この第１タイマは、エンジン停止用のタイマであって例えば「０．５ｓｅｃ」でタイムアップする。つまり、二次空気供給実行フラグがＯＮとなっている場合には、エンジン２はイグニッションキーがＯＦＦされた後、「０．５ｓｅｃ」経過後に停止されることになる（後述するステップＳＴ２０）。尚、この第１タイマのタイムアップ時間は上記のものには限定されないが、後述する第２タイマ（エアポンプ１２の停止タイミングを設定するためのタイマ）のタイムアップ時間よりも短く設定する必要がある。

第１タイマのカウントを開始した後、ステップＳＴ１５に移り、上記エアポンプ１２を駆動する。この際、エアスイッチングバルブ１３は未だ開放していない（閉鎖している）ため、このエアポンプ１２の駆動に伴って二次空気供給路１１の内部圧力は次第に上昇していくことになる。このように、エンジン２の駆動状態でエアポンプ１２の駆動を開始することにより、このエアポンプ１２の起動音がエンジン２の駆動音によって掻き消されることになり、エアポンプ１２の起動音が乗員に聞こえることによる違和感を招くことはない。

上記エアポンプ１２の駆動開始後、ステップＳＴ１６に移り、上記ＥＣＵ５０に予め備えられた第２タイマのカウントを開始する。この第２タイマは、エアポンプ停止用のタイマであって例えば「１．０ｓｅｃ」でタイムアップする。つまり、エアポンプ１２は駆動開始後、「１．０ｓｅｃ」経過後に停止されることになる（後述するステップＳＴ２２）。尚、この第２タイマのタイムアップ時間は上記のものには限定されないが、二次空気供給路１１内の滞留水の大部分を排出するのに必要な時間に設定する必要がある。この時間は実験やシミュレーションによって適宜設定される。

第２タイマのカウントを開始した後、ステップＳＴ１７に移り、上記エアポンプ１２の駆動開始後の経過時間が所定時間ｔ４に達したか否かを判定する。この所定時間ｔ４は、二次空気供給路１１の内部圧力が排気管２２の内部圧力以上に達するために必要とされる時間であって、例えば「０．１ｓｅｃ」に設定される。この所定時間ｔ４はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、エアポンプ１２の駆動開始後、圧力センサ３６によって二次空気供給路１１の内部圧力を継続的に検出（モニタ）しておき、その内部圧力が所定圧力以上（排気管２２の内部圧力以上）に達した時点でステップＳＴ１７でＹＥＳ判定するようにしてもよい（圧力センサ３６がエアポンプ１２とエアスイッチングバルブ１３との間に配設されている場合）。

エアポンプ１２の駆動開始後の経過時間が所定時間ｔ４に達しておらず、ステップＳＴ１７でＮＯ判定されている場合には、この経過時間が所定時間ｔ４に達するまで待つ。

そして、エアポンプ１２の駆動開始後の経過時間が所定時間ｔ４に達し、ステップＳＴ１７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１８に移り、エアスイッチングバルブ１３を開放する。これにより、滞留水排出動作が開始される。つまり、エアフィルタ１４を通過した外気を二次空気供給路１１から排気ポート２６，２６，…に向けて圧送する。これにより、二次空気供給路１１内に存在していた滞留水は、空気によって押し流され、排気ポート２６を経て排気管２２に排出されることになる。

このような滞留水排出動作の実行中に、ステップＳＴ１９において、上記第１タイマがタイムアップしたか否か（イグニッションキーがＯＦＦ操作された後、「０．５ｓｅｃ」が経過したか否か）が判定される。

第１タイマがタイムアップしておらず、ステップＳＴ１９でＮＯ判定されている場合には、第１タイマがタイムアップするまで待つ。

第１タイマがタイムアップし、ステップＳＴ１９でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ２０に移り、エンジン２を停止する。つまり、インジェクタ２８からの燃料噴射及び点火プラグの点火を停止することによりエンジン２を停止する（内燃機関停止遅延手段によるエンジン２の停止遅延動作）。

その後、ステップＳＴ２１に移り、上記第２タイマがタイムアップしたか否か（エアポンプ１２の駆動開始後、「１．０ｓｅｃ」が経過したか否か）が判定される。

第２タイマがタイムアップしておらず、ステップＳＴ２１でＮＯ判定されている場合には、第２タイマがタイムアップするまで待つ。

第２タイマがタイムアップし、ステップＳＴ２１でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ２２に移り、エアポンプ１２を停止させると共に、上記二次空気要求フラグをＯＦＦに設定する。

その後、ステップＳＴ２３に移り、このエアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ５に達したか否かを判定する。この所定時間ｔ５は、エアポンプ１２の停止後、二次空気供給路１１の内部圧力が大気圧程度まで低下（エアスイッチングバルブ１３の周囲に空気が流れることのない圧力まで低下）するのに要する時間であって、例えば「１．０ｓｅｃ」に設定されている。この所定時間ｔ５はこれに限定されるものではなく、適宜設定可能である。また、本実施形態にあっても、エアポンプ１２が停止する直前における二次空気供給路１１の内部圧力を上記圧力センサ３６によって検出しておき、この内部圧力が高いほど所定時間ｔ５を長く設定するようにしてもよい。また、エアポンプ１２の停止後、圧力センサ３６によって二次空気供給路１１の内部圧力を継続的に検出（モニタ）しておき、その内部圧力が所定圧力（排気管２２の内部圧力以下の圧力（例えば大気圧程度））まで低下した時点でステップＳＴ２３でＹＥＳ判定するようにしてもよい。更には、エアポンプ１２の駆動中における二次空気供給路１１の内部圧力はエアポンプ１２への印加電圧に応じて変化するため、上記バッテリの蓄電量を検出し、この蓄電量が多いほど（エアポンプ１２への印加電圧が高いほど）上記所定時間ｔ５を長く設定するようにしてもよい。

エアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ５に達しておらず、ステップＳＴ２３でＮＯ判定されている場合には、この経過時間が所定時間ｔ５に達するまで待つ。

エアポンプ１２の停止後の経過時間が所定時間ｔ５に達し、ステップＳＴ２３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２４に移り、エアスイッチングバルブ１３を閉鎖し、滞留水排出動作を終了する。このエアスイッチングバルブ１３の閉鎖時には、既に、エアポンプ１２は停止しており、且つ二次空気供給路１１の内部圧力は十分に低下しているため、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖時における空気の流量を低減または「０」にすることができ、上記バルブ締め切り音の発生は防止されることになる。

図６は、本実施形態における、イグニッションキー操作、エンジン運転状態、二次空気供給実行フラグ、エアポンプの作動状態、エアスイッチングバルブの開閉状態、二次空気供給路内圧力それぞれの変化を示すタイミングチャート図である。

このタイミングチャートでは、タイミングＴ５で、イグニッションキーがＯＦＦ操作されていると共に、二次空気供給実行フラグがＯＮされて、エアポンプ１２の駆動が開始している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ１１及びステップＳＴ１２でＹＥＳ判定されることに伴いエアポンプ１２の駆動が開始された状態）。また、タイミングＴ６で、エアスイッチングバルブ１３が開放され、滞留水排出動作が開始している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ１７でＹＥＳ判定されることに伴い滞留水排出動作が開始された状態）。また、タイミングＴ７で、エンジン２が停止している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ１９でＹＥＳ判定されることに伴いエンジン２が停止された状態）。また、タイミングＴ８で、二次空気供給実行フラグがＯＦＦされて、エアポンプ１２が停止している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ２１でＹＥＳ判定されることに伴いエアポンプ１２が停止された状態）。更に、タイミングＴ９で、エアスイッチングバルブ１３が閉鎖している（上記フロチャートにおけるステップＳＴ２３でＹＥＳ判定されることに伴いエアスイッチングバルブ１３が閉鎖された状態）。

このように、本実施形態においても、滞留水排出動作を終了させる際には、先ず、エアポンプ１２を停止させ、二次空気供給路１１の内部圧力を低下させた状態で、エアスイッチングバルブ１３を閉鎖させている。このため、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖時における空気の流量は低減または「０」となっており、エアスイッチングバルブ１３の閉鎖に伴う上記バルブ締め切り音の発生を防止することができる。その結果、エンジン２の停止状態でバルブ締め切り音が発生することによる乗員の違和感を招くことがなくなる。

また、本実施形態では、エアポンプ１２の駆動開始時にはエンジン２が駆動状態であるため、エアポンプ１２の起動音がエンジン２の駆動音によって掻き消されることになり、エアポンプ１２の起動音が乗員に聞こえることによる違和感を招くこともなくなる。

−他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、自動車用エンジン２に設けられる二次空気供給装置１に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車以外に使用されるエンジンに対しても適用可能である。

また、上記各実施形態では、二次空気供給実行フラグがＯＮである場合に限り滞留水排出動作を実行するようにしていた。本発明は、これに限らず、エンジン２の停止時、常に滞留水排出動作を実行するようにしてもよい。

本発明は、二次空気供給路内の滞留水を排出する動作において、その動作終了時におけるバルブ締め切り音の発生を防止可能とする二次空気供給装置に適用可能である。

１ 二次空気供給装置
１１ 二次空気供給路
１２ エアポンプ
１３ エアスイッチングバルブ（弁機構）
２ エンジン（内燃機関）
２２ 排気管
３６ 圧力センサ（圧力検出手段）

Claims (4)

1. 内燃機関の排気系に繋がる二次空気供給路と、この二次空気供給路に配設されたエアポンプ及び弁機構とを備え、内燃機関の駆動中に、上記エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより上記二次空気供給路を経て排気系に二次空気を供給する二次空気供給動作と、内燃機関の停止指令信号が入力されたことに伴って、上記エアポンプを駆動すると共に弁機構を開放することにより上記二次空気供給路に空気を流通させ、この空気により、二次空気供給路に滞留した水を排出する滞留水排出動作とが実行可能とされた二次空気供給装置において、
   上記二次空気供給路の内部圧力を検出する圧力検出手段と、
   上記滞留水排出動作を終了させる際、エアポンプを停止させた後に弁機構を閉鎖させる滞留水排出動作終了手段とを備えており、
   上記滞留水排出動作終了手段は、エアポンプを停止させた後、所定時間経過後に弁機構を閉鎖させるものであって、エアポンプを停止させる直前において上記圧力検出手段によって検出された二次空気供給路の内部圧力が高いほど、弁機構を閉鎖させる上記所定時間を長く設定するよう構成されていることを特徴とする二次空気供給装置。
2. 請求項１記載の二次空気供給装置において、
   上記滞留水排出動作は、内燃機関の停止指令信号が入力されて内燃機関が停止した後の所定時間経過後に開始される構成となっていることを特徴とする二次空気供給装置。
3. 請求項１記載の二次空気供給装置において、
   上記滞留水排出動作は、内燃機関の停止指令信号が入力された際に内燃機関の駆動を継続した状態でエアポンプを駆動させ、その後に弁機構を開放することで開始される一方、
   上記滞留水排出動作が開始された後に、内燃機関を停止させる内燃機関停止遅延手段を備えており、
   上記滞留水排出動作終了手段は、上記内燃機関停止遅延手段によって内燃機関が停止した後に、エアポンプを停止させ、その後、所定時間経過後に弁機構を閉鎖させるものであって、エアポンプを停止させる直前において上記圧力検出手段によって検出された二次空気供給路の内部圧力が高いほど、弁機構を閉鎖させる上記所定時間を長く設定するよう構成されていることを特徴とする二次空気供給装置。
4. 請求項１、２または３記載の二次空気供給装置において、
   上記二次空気供給動作を終了させる際には、弁機構を閉鎖させた後にエアポンプを停止させる一方、滞留水排出動作を終了させる際には、上記滞留水排出動作終了手段により、エアポンプを停止させた後、上記所定時間経過後に弁機構を閉鎖させるよう構成されていることを特徴とする二次空気供給装置。

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