JP5783207B2

JP5783207B2 - 内燃機関の二次空気供給装置

Info

Publication number: JP5783207B2
Application number: JP2013126061A
Authority: JP
Inventors: 有輔川村; 近藤　真也; 真也近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: US20140366857A1; US9316179B2; JP2015001194A

Description

本発明は、排気浄化触媒が配設された内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置に関し、特に、該二次空気の流量を算出しうる手段を有する内燃機関の二次空気供給装置に関する。

内燃機関において、その排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、排気ガス中の一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称する）、ハイドロカーボン（以下、「ＨＣ」と称する）、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）成分を低減して浄化を図るようにした排気浄化装置を設けることが知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁を有する二次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することによって、排気管内に二次空気を供給して酸素濃度を高くし、これにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させて排気ガスの浄化を促進する二次空気供給装置も知られている。

内燃機関が長期間にわたって使用される際には、内燃機関の吸気系から取り入れられた吸気ガスに混入した微粒子などが二次空気供給通路の内壁等に付着し、堆積物として堆積する。また、排気ガス中の微粒子も二次空気供給通路の内壁等に付着し、堆積物として堆積する場合がありうる。このような堆積物の堆積が二次空気供給通路に生じると二次空気供給通路の配管抵抗が増大して、二次空気供給通路内の圧力は、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じていない場合とは異なる挙動を示すことになる。そして、二次空気供給通路内に配設された圧力センサにて二次空気の流量を算出するような場合においては、実際には二次空気の流量は低下しているにもかかわらず、二次空気の流量が増加したものと誤って判断される可能性があり、このことに起因して内燃機関の排気エミッションに支障をきたす場合がある。そのため、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じた場合においても、二次空気供給装置が排気通路に供給する実際の二次空気の流量を精度良く把握することの要望がある。

特許文献１においては、エアポンプ（ＡＰ）とエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）との間の二次空気供給通路に圧力センサを有し、エアスイッチングバルブの開放時で且つエアポンプの駆動時に圧力センサが検出する圧力と、エアスイッチングバルブの閉鎖時で且つエアポンプの駆動時に圧力センサが検出する圧力と、に基づいて二次空気の流量を算出することで、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じた場合においても、二次空気供給装置が排気通路に供給する実際の二次空気の流量を把握するように構成された二次空気供給装置が開示されている。

特開２００５−１６３７０９号公報

ところで、特許文献１に開示される二次空気供給装置は、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じている場合には、二次空気供給通路の配管抵抗が増加することによって二次空気供給通路内に配設された圧力センサにて検出される圧力が、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じていない場合と比較して上昇することを前提として、該前提に基づいて二次空気供給装置による排気通路への実際の二次空気の流量を導くように構成されるものである。

しかしながら、二次空気供給通路内に配設された圧力センサにて検出される圧力は、該圧力センサの上流側に堆積物の堆積が生じている場合と、圧力センサの下流側に堆積物の堆積が生じている場合とでは異なる挙動となる。すなわち、二次空気供給通路内の圧力センサの下流側に堆積物の堆積が生じている場合には、二次空気供給通路の配管抵抗が増加することによって該圧力センサにて検出される圧力は、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じていない場合と比較して上昇することになる。一方で二次空気供給通路内の圧力センサの上流側に堆積物の堆積が生じている場合には、二次空気供給通路の配管抵抗が増加することによって該圧力センサにて検出される圧力が、二次空気供給通路に堆積物の堆積が生じていない場合と比較して低下することになる。従って、特許文献１に開示される構成は、二次空気供給通路内の圧力センサの上流側に堆積物の堆積が生じている場合における二次空気供給装置による排気通路への実際の二次空気の流量の算出には適しないものとなる。

本発明は上記のような課題に鑑み、二次空気供給通路内に配設された圧力センサにて検出される圧力に基づいて、排気通路への二次空気の流量を算出する手段を有する二次空気供給装置であって、二次空気供給通路内の圧力センサの上流側に堆積物の堆積が生じている場合にも、より精度良く排気通路への実際の二次空気の流量を算出しうるような手段を有して構成される二次空気供給装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、排気浄化触媒が配設された内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給通路と、前記二次空気供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記エアポンプよりも下流側に配設されて前記二次空気供給通路を開閉する制御弁と、前記エアポンプと前記制御弁との間に配設されて前記二次空気供給通路内の圧力を検出する圧力センサとを備える、内燃機関の二次空気供給装置であって、
前記排気通路に供給される二次空気の流量を算出する二次空気流量算出手段を有し、
前記二次空気流量算出手段は、前記二次空気供給通路が開放されていて且つ前記エアポンプが駆動されている運用状態にある際に、前記エアポンプの駆動は維持しつつ前記二次空気供給通路を前記制御弁により閉鎖し、前記二次空気供給通路の閉鎖直後からの前記二次空気供給通路内の圧力変動の推移を前記圧力センサにて検知し、前記二次空気供給通路の閉鎖直後からの前記圧力センサにより検出された最大圧力と収束圧力との差圧を算出し、該差圧に基づいて前記排気通路に供給される二次空気の流量を算出する、内燃機関の二次空気供給装置が提供される。

すなわち、請求項１に記載の発明では、二次空気供給通路が開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態にある際に、該エアポンプの駆動は維持しつつ二次空気供給通路を制御弁により閉鎖し、エアポンプと制御弁との間に配設された圧力センサにて、該閉鎖直後にもたらされる最大圧力を検出することで、エアポンプの性能に比例した静圧と、制御弁を通過する二次空気の流量に比例する動圧との合算分の圧力（全圧）を検出する。一方で、該最大圧力が生じた後における圧力低下変動を経てもたらされる圧力変動収束状態の収束圧力を上記圧力センサにて検出することで、エアポンプの性能分のみに比例した静圧、すなわち、二次空気の流量に比例する動圧分を含まないエアポンプの性能分に比例した静圧分のみの圧力を検出する。そして、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧を算出することで、二次空気の流量に比例する動圧分のみの圧力を算出し、該差圧に基づいて排気通路に供給される二次空気の実際の流量を算出することを可能とするものである。このような本発明によれば、圧力センサよりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積が生じている場合にも、より精度良く排気通路への実際の二次空気の流量を算出することを可能とする。

請求項２に記載の発明によれば、前記二次空気流量算出手段は、前記圧力変動の推移において、前記圧力センサにより検出された前記最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定期間における平均変化率が所定範囲内となった場合に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第2所定期間に続く第3所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、前記二次空気流量算出手段は、前記圧力変動の推移において、前記圧力センサにより検出される前記最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定時間における平均変化率が、負の変化率からゼロあるいは正の変化率へと転じた場合に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第2所定期間に続く第3所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置が提供される。

請求項４に記載の発明によれば、前記二次空気流量算出手段は、前記二次空気供給通路の閉鎖直後から第4所定時間経過時に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第4所定期間経過後に続く第5所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置が提供される。

各請求項に記載の発明によれば、二次空気供給通路内に配設された圧力センサにて検出される圧力に基づいて、排気通路への二次空気の流量を算出する手段を有する二次空気供給装置であって、圧力センサの上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積が生じている場合にも、より精度良く排気通路への実際の二次空気の流量を算出しうるような二次空気流量算出手段を有して構成される二次空気供給装置を提供することを可能にする、という共通の効果を奏する。

本発明に基づく内燃機関の二次空気供給装置を示す概略図である。エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積などが生じていない通常時の静圧分布の一例を示す図である。エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも上流側、特にエアポンプよりも上流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗発生時の静圧分布の一例を示す図である。本発明における二次空気流量算出手段による二次空気流量算出のフローチャートの一例を示す図である。二次空気供給通路が開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態にある際に、該エアポンプの駆動は維持しつつ二次空気供給通路を制御弁により閉鎖した直後からの、圧力センサにより検出される圧力変動の推移の一例を示す図である。最大圧力と収束圧力との差圧に基づいて二次空気流量を算出するために使用されるマップの一例を示す図である。エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも下流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗発生時の静圧分布の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。各図面において同様の部材は同一の参照符号が付されている。本実施形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。

図１は、本発明に基づく内燃機関の二次空気供給装置を示す概略図である。本実施形態における内燃機関は、火花点火式である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、ピストン３が配置されている。ピストン３は、シリンダブロック２の内部で往復運動する。尚、図１に示される実施形態は、本発明に基づく二次空気供給装置が適用されうる内燃機関の一実施形態を示すものであり、これに限定されるものではない。例えば、別の実施形態においては、図１に示される実施形態のように、火花点火式の内燃機関である必要はなく、また、筒内燃料噴射弁と吸気通路燃料噴射弁との両方の燃料噴射弁を備える必要もなく、さらには、エアクリーナの下流側から二次空気を吸気するような構成である必要もない。ちなみに、本発明に基づく二次空気供給装置は、内燃機関のみならず、圧送装置と圧力センサとバルブとを備える装置に対しても適用可能である。

本実施形態においては、ピストン３が上死点に到達したときのピストン３の冠面およびシリンダヘッド４により囲まれる空間を燃焼室という。燃焼室５は、それぞれの気筒ごとに形成されている。燃焼室５には、吸気通路および排気通路が接続されている。吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気を供給するための通路である。排気通路は、燃料の燃焼により生じた排気ガスを燃焼室５から排出するための通路である。

シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には、点火装置としての点火プラグ１０が固定されている。

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５の内部に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁としての燃料噴射弁１１を備える。燃料噴射弁１１は、直接的に気筒内に燃料を噴射する。ピストン３の頂面には、燃料噴射弁１１の下方から点火プラグ１０の下方まで延びるキャビティ３ａが形成されている。圧縮行程において燃料噴射弁１１から燃料を噴射することにより、キャビティ３ａに沿って燃料を含む混合気が流動する。燃料が点火プラグ１０の近傍に集まって成層度を高めることができる。また、本実施の形態における内燃機関は、吸気通路に燃料を噴射する吸気通路燃料噴射弁としての燃料噴射弁１２を備える。本実施形態における燃料噴射弁１２は、吸気ポート７の内部に燃料を噴射するように配置されている。

本実施形態の内燃機関は、燃料タンク内に貯蔵されている燃料を燃料ポンプによって燃料噴射弁１１，１２に供給する。さらに、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１に燃料を供給する流路には燃料の圧力を上昇させるための高圧ポンプが配置されている。

各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５を介してエアクリーナ２３に連結されている。吸気ダクト１５の内部には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が配置されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、排気通路１９に連結されている。排気通路１９は、排気管２２を介して排気処理装置２１に連結されている。本実施形態における排気処理装置２１は、排気浄化触媒２０を含む。排気浄化触媒２０としては、所定の浄化率を達成するための活性化温度を有する任意の触媒を採用することができる。たとえば三元触媒、酸化触媒、またはＮＯ_X浄化触媒等の触媒を採用することができる。

本実施形態における内燃機関は、制御装置として機能する電子制御ユニット３１を備える。本実施形態における電子制御ユニット３１は、デジタルコンピュータを含む。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。

エアフローメータ１６の出力信号は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

クランク角センサ４２は、例えば、クランクシャフトが所定の角度を回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。また、クランク角センサ４２の出力により、任意の時刻におけるクランク角度を検出することができる。

燃焼室５にて燃焼した気体を含み、排気処理装置２１より上流の排気通路等に供給された気体において、空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、排気通路には、燃焼室５から流出する気体の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４４が取り付けられている。また、排気浄化触媒２０の上流側の端部には、排気浄化触媒２０の上流側の端部の温度（以下、「前端温度」と称する）を検出する温度検出器として、温度センサ４３が配置されている。温度センサ４３は、前端温度を取得する温度取得手段として機能する。これらの空燃比センサ４４の出力および温度センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１，１２および点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料の噴射量が電子制御ユニット３１により制御される。

本実施形態においては、燃料噴射弁１１および燃料噴射弁１２が独立して制御されている。すなわち、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量および噴射時期と、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量および噴射時期は、互いに個別に制御されている。

更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３１により制御されている。

本実施形態の内燃機関は、排気浄化触媒２０よりも上流側の排気通路に空気を供給する二次空気供給装置２５を備える。二次空気供給装置２５は、吸気ダクト１５と排気通路１９とを接続する二次空気供給通路２６を含む。二次空気供給通路２６は、吸気ダクト１５において、エアクリーナ２３の下流側およびエアフローメータ１６の上流側に接続されていてもよく、また、二次空気を大気から直接取り込む様に構成されていてもよい。また、二次空気供給装置２５は、電気モータ駆動式のエアポンプ２７および制御弁となるエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）２８を含む。エアポンプ２７は、吸気ダクト１５の内部の空気を加圧して排気通路１９に供給する。また、二次空気供給通路２６には、空気の逆流を防止するための逆止弁２９が配置されている。エアポンプ２７とエアスイッチングバルブ２８との間には二次空気供給通路２６内の圧力を検出する圧力センサ３０が配置されている。

圧力センサ３０の出力は、電子制御ユニット３１に入力される。また、電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介してエアポンプ２７およびエアスイッチングバルブ２８に接続されている。このように、二次空気供給装置２５は、電子制御ユニット３１に制御されている。

本実施形態における二次空気供給装置２５は、例えば、内燃機関の冷間始動時等に排気浄化触媒２０が十分に昇温していない状況にて用いられる。すなわち排気浄化触媒２０が活性化温度に到達していない場合に用いられる。

内燃機関の冷間始動時等には、エアスイッチングバルブ２８が開かれると共にエアポンプ２７が駆動する。エアクリーナ２３を通過した空気の一部が二次空気供給通路２６を通って排気通路１９内に供給される。排気通路１９を流れる排気ガスに酸素が供給される。燃焼室５から流出する排気ガスには、未燃の炭化水素や一酸化炭素が含まれる。燃焼室５から流出する排気ガスは高温であり、二次空気供給装置により酸素を供給することにより、未燃の炭化水素や一酸化炭素を酸化させることができる。このときの酸化熱により排気ガスの温度を上昇させることができる。

高温の排気ガスを排気浄化触媒２０に供給することができて、排気浄化触媒２０の昇温を促進することができる。この結果、排気浄化触媒２０を短時間で活性化温度以上に昇温することができる。すなわち、排気浄化触媒２０にて十分に浄化できない状態で大気中に排気ガスが放出されることを抑制できる。

また、排気浄化触媒２０が酸化機能を有する場合には、排気ガスに空気を供給することにより排気ガスの空燃比をリーンにして排気浄化触媒２０に供給することができる。排気浄化触媒２０において未燃の炭化水素および一酸化炭素を酸化することができて、排気浄化触媒２０の昇温を促進することができる。

ところで、二次空気供給通路内２６に配設された圧力センサ３０にて検出される圧力は、該圧力センサ３０の上流側に堆積物の堆積が生じている場合と、圧力センサ３０の下流側に堆積物の堆積が生じている場合とでは異なる挙動を示す。

図２は、エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積などが生じていない通常時の静圧分布の一例を示す図である。一方で、図３は、エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも上流側、特にエアポンプよりも上流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗発生時の静圧分布の一例を示す図である。

図３から理解されうるごとく、エアポンプ２７よりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積が生じている場合には、堆積が生じていない場合と比較して、エアポンプ２７に至るまでの圧力低下が大きなものとなり、これに伴い、エアスイッチバルブ２８が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態において圧力センサ３０にて検出される圧力は、堆積が生じていない場合と比較して、堆積が生じている場合には低下したものとして検出されることになる。

本発明は、圧力センサ３０にて検出される圧力の挙動が、このような挙動を示す場合であっても、排気通路１９への実際の二次空気の流量を精度良く算出しうるような手段を有して構成される内燃機関の二次空気供給装置を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、二次空気供給通路２６内に配設された圧力センサ３０にて検出される圧力に基づいて、排気通路１９への二次空気の流量を算出する手段を有する二次空気供給装置であって、二次空気供給通路２６内の圧力センサ３０の上流側に堆積物の堆積が生じている場合であっても、排気通路への実際の二次空気の流量を、より精度良く算出しうるような手段を有して構成される二次空気供給装置を提供することを目的とする。

このような二次空気供給装置の提供を実現すべく、本発明の内燃機関の二次空気供給装置は、排気通路に供給される二次空気の流量を算出する二次空気流量算出手段を有し、該二次空気流量算出手段は、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にある際に、エアポンプ２７の駆動は維持しつつ二次空気供給通路２６を制御弁すなわちエアスイッチングバルブ２８により閉鎖し、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの二次空気供給通路２６内の圧力変動の推移を圧力センサ３０にて検知し、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの圧力センサ３０により検出された最大圧力と収束圧力との差圧を算出し、該差圧に基づいて排気通路１９に供給される二次空気の流量を算出する。

すなわち、本発明における二次空気流量算出手段は、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にある際に、該エアポンプ２７の駆動は維持しつつ二次空気供給通路２６をエアスイッチングバルブ２８により閉鎖し、エアポンプ２７とエアスイッチングバルブ２８との間に配設された圧力センサ３０にて、該閉鎖直後にもたらされる最大圧力を検出することで、エアポンプ２７の性能に比例した静圧と、エアスイッチングバルブ２８を通過する二次空気の流量に比例する動圧との合算分の圧力（全圧）を検出する。一方で、該最大圧力が生じた後における圧力低下変動を経てもたらされる圧力変動収束状態の収束圧力を圧力センサ３０にて検出することで、エアポンプ２７の性能分のみに比例した静圧、すなわち、二次空気の流量に比例する動圧分を含まないエアポンプ２７の性能分に比例した静圧分のみの圧力を検出する。

そして、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧を算出することで、二次空気の流量に比例する動圧分のみの圧力を算出し、該差圧に基づいて排気通路１９に供給される二次空気の実際の流量を算出することを可能とするものである。このような本発明によれば、圧力センサ３０よりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積が生じている場合にも、排気通路１９への実際の二次空気の流量を、より精度良く算出することを可能とする。

図４は、本発明における二次空気流量算出手段による二次空気流量算出のフローチャートの一例を示す図である。図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、まず、二次空気供給装置の作動状態が、排気通路１９に供給される二次空気の流量を算出すべく、圧力センサ３０による圧力検出を行うのに適した状態にされたか否かの判定がなされる。

このような判定を実行すべく、ステップ１０１において、エアポンプ２７が駆動しているか否かの判定がなされ、続くステップ１０２において、制御弁となるエアスイッチングバルブ２８により二次空気供給通路２６が閉鎖されたか否かの判定がなされる。そして、続くステップ１０３において、二次空気供給実施履歴フラッグ（ＡＩ実施履歴フラグ）がＯＮであるか否か、すなわち、ステップ１０１及び１０２の判定が実行される前の状態が、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にあったか否かの判定がなされる。

ちなみに、ステップ１０１にてエアポンプ２７が作動していないと判定されるとステップ１１１に進み、ＡＩ実施履歴フラッグがＯＦＦとされ、また、ステップ１０２にてエアスイッチングバルブ２８が開放されているとステップ１１２に進み、ＡＩ実施履歴フラッグがＯＮとされる。また、ステップ１０３にて、ステップ１０１及び１０２の判定が実行される前の状態が、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にないと判定されると、続くステップ１０４に進むことが阻止され、ステップ１０１及び１０２の判定が実行される前の状態が、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にあったと判定されるまで繰り返し上記一連のプロセスが実行される。

そして、ステップ１０１においてエアポンプ２７の駆動が維持されていると判定され、ステップ１０２においてエアスイッチングバルブが閉鎖されたと判定され、さらに、ステップ１０３にて、ステップ１０１及び１０２の判定が実行される前の状態が、二次空気供給通路２６が開放されていて且つエアポンプ２７が駆動されている運用状態にあったと判定されると、続くステップ１０４に進む。

ステップ１０４においては、エアポンプ２７とエアスイッチングバルブ２８との間に配設された圧力センサ３０による、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの二次空気供給通路２６内の圧力変動の推移の検知を開始する。

図５は、二次空気供給通路が開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態にある際に、該エアポンプの駆動は維持しつつ二次空気供給通路を制御弁により閉鎖した直後からの、圧力センサにより検出される圧力変動の推移の一例を示す図である。エアスイッチングバルブ２８による二次空気供給通路２６の閉鎖直後においては、先にも説明したように、圧力センサ３０は、エアポンプ２７の性能に比例した静圧と、エアスイッチングバルブ２８を通過する二次空気の流量に比例する動圧との合算分の圧力（全圧）を検出することとなる。すなわち、図５から理解されうるごとく、圧力センサ３０にて検出される圧力は、二次空気供給通路２６の閉鎖直後において急激に上昇変動し、ある程度の脈動を伴いながら上記のような静圧と動圧との合算分の圧力（全圧）に対応する最大圧力に達し、その後に圧力低下変動を経て圧力変動が収束する状態へと向かうことになる。

このことに基づいて、図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、二次空気供給通路の閉鎖直後からの二次空気供給通路内の圧力変動の推移を圧力センサにて検知し、ステップ１０４に続くステップ１０５にて、圧力センサ３０による前回の検出値と今回の検出値との比較を行い、今回の検出値の方が大きい場合には、ステップ１０５に続くステップ１０６にて、今回の検出値を最大圧力値に更新するようにして、エアスイッチングバルブ２８による二次空気供給通路２６の閉鎖直後において、圧力センサ３０にもたらされる二次空気供給通路内の最大圧力を判定する。このように圧力センサ３０にもたらされる二次空気供給通路内の最大圧力を判定することで、エアポンプ２７の性能に比例した静圧と、エアスイッチングバルブ２８を通過する二次空気の流量に比例する動圧との合算分の圧力（全圧）を精度良く把握することを可能とする。

ステップ１０６に続く、ステップ１０７及び１０８においては、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの圧力センサ３０にて検出される圧力変動が、最大圧力が生じた後の圧力低下変動を経てもたらされる収束状態にあるか否かの判定がなされる。

図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、圧力変動の推移において、圧力センサ３０により検出された最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定期間における平均変化率が所定範囲内となった場合に圧力変動が収束したと判定する。すなわち、図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、ステップ１０５及び１０６において判定される最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定期間において圧力センサ３０にて検出される圧力の平均変化率（圧力勾配）が所定範囲内となった場合に圧力変動が収束したと判定する。ちなみに、ここでの第1所定期間、第2所定期間及び所定範囲は、予めに実行される評価試験や解析評価などに基づいて、検出データのバラツキの影響を低減することが可能であるような範囲にて適宜設定されるものとする。

ちなみに、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの圧力センサ３０にて検出される圧力変動が、最大圧力が生じた後の圧力低下変動を経てもたらされる収束状態にあるか否かの判定は、このようなプロセスに限られるものではなく、他のプロセスにて実行されてもよい。先にも説明したように、圧力センサ３０にて検出される圧力は、二次空気供給通路２６の閉鎖直後において急激に上昇変動し、ある程度の脈動を伴いながら最大圧力に達し、その後に圧力低下変動を経て圧力変動が収束する状態へと向かうことになり、最大圧力が生じた後の圧力の平均変化率は負の変化率にて推移することになる。そして、圧力低下変動状態から圧力変動収束状態へと移行する局面においては、圧力の平均変化率が負の変化率から、ゼロへと、場合によってはバラツキにより正の変化率へと移行することとなる。

このことに基づいて、別の二次空気流量算出のプロセスにおいては、例えば、圧力変動の推移において、圧力センサ３０により検出される最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定時間における平均変化率が、負の変化率からゼロへと、場合によってはバラツキにより正の変化率へと転じた場合に圧力変動が収束したと判定されてもよい。

また、図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、ステップ１０５及び１０６において判定される最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定期間において圧力センサ３０にて検出される圧力の平均変化率（圧力勾配）が所定範囲内となった場合に圧力変動が収束したと判定するが、エアポンプ性能や配管抵抗の状態に起因して、このような判定プロセスでは圧力変動の収束の判定が困難な場合もありうる。

このことに基づいて、更に別の二次空気流量算出のプロセスにおいては、予めの評価試験や解析結果に基づいて、二次空気の圧力変動の収束に要する時間を第4所定時間として予め設定し、二次空気供給通路の閉鎖直後から第4所定時間経過時に圧力変動が収束したと判定するようにしてもよい。

ステップ１０７及び１０８において、二次空気供給通路２６の閉鎖直後からの圧力センサ３０にて検出される圧力変動が、最大圧力が生じた後の圧力低下変動を経てもたらされた圧力変動収束状態にあると判定されると、続くステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、先にも説明したように、最大圧力が生じた後における圧力低下変動を経てもたらされる圧力変動収束状態の収束圧力を圧力センサ３０にて検出することで、エアポンプ２７の性能分のみに比例した静圧、すなわち、二次空気の流量に比例する動圧分を含まないエアポンプ２７の性能分に比例した静圧分のみの圧力を検出する。

図４に示される二次空気流量算出手段による二次空気流量算出プロセスにおいては、圧力変動が収束状態にあるか否かを判定するための期間となった第2所定期間に続く第3所定期間における平均圧力を収束圧力とする。そして、ステップ１０９に続くステップ１１０においては、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧を算出することで、二次空気の流量に比例する動圧分のみの圧力を算出し、該差圧に基づいて排気通路１９に供給される二次空気の実際の流量を算出することを可能とする。より具体的には、予めの試験評価や解析評価などに基づいて作成されたマップであって、該差圧と二次空気流量とが関連づけられたマップを使用して、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧に基づいて、排気通路１９に供給される二次空気の実際の流量を算出する。

図６は、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧に基づいて二次空気流量を算出するために使用されるマップの一例を示す図である。図６から理解されうるごとく、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧を算出することで、二次空気の流量に比例する動圧分のみの圧力を算出し、該差圧に基づいて排気通路１９に供給される二次空気の実際の流量を算出する本発明の二次空気供給装置における二次空気流量算出手段によれば、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧が小さくなるほど、排気通路に供給される二次空気の流量が小さくなるものとして算出されることとなる。

以上、このような本発明によれば、圧力センサよりも上流側の二次空気供給通路内に堆積物の堆積が生じている場合にも、より精度良く排気通路への実際の二次空気の流量を算出することを可能とする。

ちなみに、図７は、エアスイッチングバルブが開放されていて且つエアポンプが駆動されている運用状態における二次空気供給通路内の長手方向における静圧分布であって、圧力センサよりも下流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗発生時の静圧分布の一例を示す図である。上記のような本発明の二次空気供給装置における二次空気流量算出手段によれば、圧力センサよりも上流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗が発生する場合のみならず、圧力センサよりも下流側の二次空気供給通路内の堆積物の堆積に起因した管路抵抗が発生する場合にも、上記のような最大圧力と収束圧力との差圧を算出することで、二次空気の流量に比例する動圧分のみの圧力を算出することができ、より精度良く排気通路への実際の二次空気の流量を算出することを可能とする。

１機関本体
１９排気通路
２０排気浄化触媒
２５二次空気供給装置
２６二次空気供給通路
２７エアポンプ
２８エアスイッチングバルブ（制御弁）
３０圧力センサ

Claims

排気浄化触媒が配設された内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給通路と、前記二次空気供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記エアポンプよりも下流側に配設されて前記二次空気供給通路を開閉する制御弁と、前記エアポンプと前記制御弁との間に配設されて前記二次空気供給通路内の圧力を検出する圧力センサとを備える、内燃機関の二次空気供給装置であって、
前記排気通路に供給される二次空気の流量を算出する二次空気流量算出手段を有し、
前記二次空気流量算出手段は、
前記二次空気供給通路が開放されていて且つ前記エアポンプが駆動されている運用状態にある際に、前記エアポンプの駆動は維持しつつ前記二次空気供給通路を前記制御弁により閉鎖し、
前記二次空気供給通路の閉鎖直後からの前記二次空気供給通路内の圧力変動の推移を前記圧力センサにて検知し、
前記二次空気供給通路の閉鎖直後からの前記圧力センサにより検出された最大圧力と収束圧力との差圧を算出し、該差圧に基づいて前記排気通路に供給される二次空気の流量を算出する、
内燃機関の二次空気供給装置。
前記二次空気流量算出手段は、
前記圧力変動の推移において、前記圧力センサにより検出された前記最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定期間における平均変化率が所定範囲内となった場合に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第2所定期間に続く第3所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、
請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
前記二次空気流量算出手段は、
前記圧力変動の推移において、前記圧力センサにより検出される前記最大圧力の更新が第1所定期間以上ない状態が継続し、且つ、第2所定時間における平均変化率が、負の変化率からゼロあるいは正の変化率へと転じた場合に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第2所定期間に続く第3所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、
請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
前記二次空気流量算出手段は、前記二次空気供給通路の閉鎖直後から第4所定時間経過時に前記圧力変動が収束したと判定し、前記第4所定期間経過後に続く第5所定期間における平均圧力を前記収束圧力とする、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。