(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエア供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電力の消費量を低減する手段を設けたことを特徴とするエンジンのエア供給制御装置。
【請求項２】
非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエア供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電圧を下げる手段を設けたことを特徴とするエンジンのエア供給制御装置。
【請求項３】
非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエンジン排気系への２次エアの供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電力の消費量を低減する手段を設けたことを特徴とするエンジンのエア供給制御装置。
【請求項４】
エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段として、エアポンプの吐出側に切り替え可能なリリーフ通路を設けるとともに該通路に絞りを設けた請求項１、２または３記載のエンジンのエア供給制御装置。
【請求項５】
エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段として、エアポンプの吸入側に切り替え可能な迂回通路を設けるとともに該通路に絞りを設けた請求項１、２または３記載のエンジンのエア供給制御装置。
【請求項６】
エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段は、サージング域に入らない程度の吐出流量を吐出側の大気リリーフによって維持するものである請求項１、２または３記載のエンジンのエア供給制御装置。
【請求項７】
エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段は、サージング域に入らない程度の吐出流量を吸入側の絞りを備えた迂回通路によって維持するものである請求項１、２または３記載のエンジンのエア供給制御装置。
【請求項８】
前記エアポンプはブラシレスモータによって駆動するものである請求項１、２または３記載のエンジンのエア供給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエンジンに供給する排気系２次エア等のエア供給制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷間始動後は燃焼の安定性を維持するために空燃比を濃くして運転するが、その間、燃料の完全燃焼に必要な酸素量が不足するため、ＨＣおよびＣＯ２の排気系への排出量が増大することから、この冷間始動後のエミッション改善を目的として排気系に２次エアを供給することが従来から行われている。そして、この２次エア供給の制御装置として、例えば特開昭５２−９４９１３号公報に記載されているように、エアポンプの吐出側にリリーフ通路を設け、ポンプ回転数上昇時にリリーフ通路を開くことによってエア供給量を一定に保つようにしたものが知られており、また、特開平５−７１３３６号公報に記載されているように、エアポンプの吐出側に制御バルブを設け、この制御バルブをデューティ制御することにより２次エア供給量を制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来はエンジン排気系への２次エアの供給を上述のように冷間始動後のエミッション対策として行っていたが、最近では、冷間始動後以外にも、温間の加速時や減速時等の領域でＨＣおよびＣＯの排出量を抑制することが重要な課題となっており、そのための対策として、これら温間の加速時や減速時にも排気系に２次エアを供給するようにしたいという要求が高まっている。
【０００４】
ところで、このように加速時や減速時にも排気系に２次エアを供給する場合は、多量のエア供給が必要であり、かつ、レスポンスに優れたものであることが要求されるため、例えば遠心式の速度型（非容積型）電動式エアポンプが用いられる。しかし、このような非容積型の電動式エアポンプの場合は、２次エアの供給が必要な運転域でのみ作動させるというのでは、加減速シフト時のレスポンスが悪化する。また、レスポンスを確保するために常時エアポンプを作動させて排気系に常時２次エアを供給するようにしたのでは、定常時に排気系の触媒上流が酸素量過剰となってＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化率が低下してしまう。そこで、このような非容積型の電動式エアポンプを使用しエンジンの加減速シフト時に排気系に２次エアを供給する場合には、エア供給レスポンスを確保するためエアポンプを常時駆動し、２次エアを必要としない領域では吐出エアをリリーフするような制御が考えられる。ところが、エアポンプを常時駆動し、２次エア供給の必要でない領域で単に吐出量をリリーフするだけでは、２次エア供給を必要としない領域での消費電力の無駄が大きく、そのために燃費が悪化するという問題が生ずる。なお、２次エア供給制御装置には上記公報記載のようなものが知られているが、これら従来の制御装置では上記問題を解決することはできない。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためのものであって、非容積型の電動式エアポンプを用いたエンジンのエア供給制御において、過渡運転時のエア供給レスポンスを確保しつつ、ポンプ駆動のための電力消費を最小限に抑えてエンジンの燃料消費量を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非容積型の電動式エアポンプの特性に着目し、例えば吐出側あるいは吸入側を絞って流路抵抗を大きくしたときに、吐出圧力はさほど上昇せずに吐出流量が大きく落ちるため、吐出圧力と吐出流量の積に比例する流体仕事が激減し、したがって、所定ポンプ回転数を維持するようにした場合でもポンプ駆動電力は大幅に低減できることを見いだしたことによるものであって、その構成はつぎのとおりである。
【０００７】
すなわち、請求項１に係る構成は、非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエア供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電力の消費量を低減する手段を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る構成は、非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエア供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電圧を下げる手段を設けたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る構成は、非容積型の電動式エアポンプを常時駆動しつつ所定運転域でエンジン排気系への２次エアの供給を実行するエンジンのエア供給制御装置であって、エア供給を必要としない運転域か否かを判定する判定手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記エアポンプの吐出側或いは吸入側を絞ることにより該エアポンプの吐出流量を減少させる手段と、前記判定手段によりエア供給を必要としない運転域と判定された時、前記吐出流量が減少してもポンプ回転数が殆ど変化せず、略一定回転数を維持するようにポンプ駆動電力の消費量を低減する手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１、２、または３に係る構成において、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段としては、エアポンプの吐出側に切り替え可能なリリーフ通路を設けるとともに該通路に絞りを設けたものが利用できる。
【００１１】
また、上記構成において、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段として、エアポンプの吸入側に切り替え可能な迂回通路を設けるとともに該通路に絞りを設けたものを利用することもできる。
【００１２】
また、上記構成において、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段は、好ましくは、サージング域に入らない程度の吐出流量を吐出側の大気リリーフによって維持するものとする。
【００１３】
また、上記構成において、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段は、サージング域に入らない程度の吐出流量を吸入側の絞りを備えた迂回通路によって維持するものとすることもできる。
【００１４】
本発明の上記構成は、エアポンプの駆動モータがブラシレスである場合にも適用できる。
【００１５】
【作用】
図１は本発明に係る非容積型の電動式エアポンプの一般的な特性図である。この特性図の（ａ）に示すように、非容積型の電動式エアポンプの場合には、吐出圧力Ｐが高いと吐出流量Ｑが急激に減少し、また、ポンプ駆動電圧Ｖが低いほど吐出流量が少なくなり、また、吐出圧力Ｐの上昇による吐出量の低下勾配が大きくなる。また、（ｂ）に示すように、ポンプ駆動電圧Ｖを上げていくと吐出圧力Ｐが上昇し、電流Ｉも大きくなる。また、（ｃ）に示すように、ポンプ駆動電圧Ｖが高いほどポンプ回転数Ｎｐが高くなり、駆動電圧Ｖが一定であると、ポンプ吐出圧力Ｐが上昇するにつれてポンプ回転数Ｎｐが高くなる。
【００１６】
非容積型の電動式エアポンプの場合には、このような特性を有することにより、例えば吐出側あるいは吸入側を絞って吐出量Ｑを減少させ、同時に例えば電圧を下げてポンプ駆動電力の消費量を低減する方向に制御を行うと、吐出量Ｑの減少とともに吐出圧力Ｐが若干上昇する。そして、例えば図１の（ａ）においてＡの状態からＢの状態へ移行すると、電流Ｉは図１の（ｂ）におけるＡからＢへ移行して減少し、電圧Ｖと電流Ｉの積である消費電力は低減される。また、ポンプ回転数ＮＰは、図１の（ｃ）においてＡからＢへ移行し、この間、略一定回転数に維持される。
【００１７】
したがって、本発明の請求項１に係る構成によれば、上記のような特性を有する非容積型の電動式エアポンプが常時駆動され、所定運転域でのみエア供給が実行される。そして、エア供給を必要としない運転域では例えば上記図１のＡの状態からＢの状態へ移行するよう制御が行われ、それにより、所定ポンプ回転数が維持されて過渡運転時のエア供給レスポンスが確保され、また、ポンプ駆動電力の消費量が低減されて燃費が低減される。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係る構成の場合も同様で、特にこの場合には、エア供給を必要としない運転域で所定ポンプ回転数が維持されると同時にポンプ駆動電圧が下げられ、それにより、所定ポンプ回転数が維持されて過渡運転時のエア供給レスポンスが確保され、また、ポンプ駆動電力の消費量が低減されて燃費が低減される。
【００１９】
また、本発明の請求項３に係る構成によれば、非容積型の電動式エアポンプが常時駆動され、冷間始動直後，加減速シフト時等の所定運転域でのみエンジン排気系への２次エアの供給が実行され、それにより、ＨＣおよびＣＯの排出量が低減される。そして、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量が低減され、また、ポンプ駆動電圧の調整により吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数が維持されて、エア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減が達成される。
【００２０】
また、本発明の請求項４に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域ではポンプ吐出側が絞りを有するリリーフ通路に切り替えられ、それにより、吐出側が絞られてエアポンプの吐出流量が低減され、また、ポンプ駆動電圧の調整により吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数が維持されて、エア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減が達成される。
【００２１】
また、本発明の請求項５に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域ではポンプ吸入側が絞りを有する迂回通路に切り替えられ、それにより、吸入側が絞られてエアポンプの吐出流量が低減され、また、ポンプ駆動電圧の調整により吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数が維持されて、エア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減が達成される。
【００２２】
また、本発明の請求項６に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量が低減され、また、ポンプ駆動電圧の調整により吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数が維持されて、エア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減が達成される。また、その際に、エアポンプの吐出流量はサージング域に入らない程度の吐出流量が吐出側の大気リリーフによって維持され、それにより、ブレードとエアとが剥離しブレードが加振され振動が大きくなって破損に至る恐れもある所謂サージングの発生が防止される。
【００２３】
また、本発明の請求項７に係る構成によれば、エアポンプの吐出流量はサージング域に入らない程度の吐出流量が吸入側の迂回通路によって維持されて、サージングの発生が防止される。
【００２４】
また、本発明の請求項９に係る構成によれば、エアポンプはブラシレスモータによって駆動され、かつ、上記作用が得られる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図２は本発明の一実施例を示すエンジンのエア供給制御装置の全体図である。図２において、１はエンジン本体であり、２はその排気通路である。排気通路２には、排気ガス浄化のための触媒３が配設されている。そして、排気通路２には触媒３の上流に２次エア供給通路４が接続され、２次エア供給通路４はチェック弁５を介してブラシレスモータ駆動型の遠心式電動エアポンプ６に接続されている。また、上記２次エア供給通路４には、エアポンプ６の吐出側でチェック弁５の上流に該通路４を連通・遮断可能とする第１カット弁７が設けられるとともに、この第１カット弁７の上流から分岐するリリーフ通路８が設けられて、このリリーフ通路８には該通路８を連通・遮断可能とする第２カット弁９が設けられ、また、リリーフ通路８には第２カット弁９の下流に所定絞り量の絞り１０が設けられている。この絞り１０の絞り量は、エアポンプ６がサージング域に入らない程度の流量を確保するよう設定される。
【００２７】
この実施例において、エアポンプ６はエンジン運転中常時駆動される。そして、冷間始動直後と加減速シフト時には、コントロールユニットにより第１カット弁７がオン制御されて２次エア供給通路４が開かれ、第２カット弁９はオフ制御されてリリーフ通路が遮断され、その結果、エアポンプ６からの吐出エアが２次エアとしてエンジン排気系に供給される。この２次エアの供給量は、印加される駆動電圧によって決まるもので、例えば、前述の図１のＡの状態に設定される。この時、印加される駆動電圧は例えば１４ボルトである。
【００２８】
また、この実施例では、上記期間以外の領域は２次エアの供給を必要としない運転域とされ、この領域では第１カット弁７がオフ制御されて２次エア供給通路４が遮断され、第２カット弁９はオン制御されてリリーフ通路８が開かれ、その結果、エアポンプ６からの吐出エアはリリーフ通路８を介して大気リリーフされる。また、その際、駆動電圧は例えば１０ボルトに低減される。  このように第１カット弁７がオフ制御され、第２カット弁９がオン制御されて、同時に駆動電圧が低減されると、エアポンプ６の吐出側が絞り１０によって絞られることになり、吐出流量が減少し、吐出圧力が上昇する。この時、吐出流量の減少は比較的大きく、吐出圧力の上昇は比較的小さい。また、駆動電圧は上述のように例えば１４ボルトから１０ボルトに低減されるが、この電圧の低減は、例えば前述の図１に示すＡの状態の設定からＢの状態へ切り替えられ、その切り替えの前後でポンプ回転数が殆ど変化しないよう設定される。その結果、電流は例えば１０アンペアのものが５アンペアとなり、消費電力は例えば１４０ワットが５０ワットへと低減される。
【００２９】
図３はこの実施例における上記２次エア供給制御を説明するタイムチャートであって、（ａ）は吐出流量、（ｂ）は電圧、（ｃ）は電流、（ｄ）は消費電力、（ｅ）は第１カット弁の制御、（ｆ）は第２カット弁の制御をそれぞれ示している。いずれも横軸は時間軸である。図３の（ａ）における斜線範囲は吐出エアを大気リリーフした時のポンプ吐出流量を示す領域である。また、（ｄ）の斜線領域は消費電力が低減された領域であり、その面積が、電力消費の低減量に相当する。
【００３０】
また、図４はこの実施例の上記２次エア供給制御を実行するフローチャートである。この制御のフローは、Ｓ１〜Ｓ４のステップからなり、スタートして、Ｓ１でエアポンプが駆動中かどうかを判定し、駆動中であればＳ２へ進み、駆動中でなければリターンする。
【００３１】
Ｓ２では、冷間始動後の所定期間とか加減速シフト時とかいった２次エア供給が必要な運転領域かどうかを判定する。そして、２次エア供給が必要な運転領域であれば、Ｓ３へ進み、第１カット弁７をオンにし、第２カット弁９をオフにするとともに、例えば図１のＡの設定で目標吐出流量を設定して、その目標吐出量を得る電圧を設定し、それによってエアポンプ６を駆動する。
【００３２】
また、Ｓ２で２次エア供給が必要でない運転領域であれば、Ｓ４へ進み、第１カット弁７をオフ、第２カット弁９をオンにして、例えば図１のＢの設定となるまで吐出流量を低減するとともに、ポンプ回転数を維持するようＢの設定まで電圧を低減する。
【００３３】
また、上記実施例は、２次エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を減少させる手段として、エアポンプの吐出側に切り替え可能なリリーフ通路を設けるとともに該通路に絞りを設けた例であるが、その他に、２次エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出量を減少させるのに、図５に示すようにエアポンプ６の吸入通路１１にカット弁１２を設けるとともに、このカット弁１２を迂回する迂回通路１３を設けて、この迂回通路１３に所定絞り量の絞り１４を設け、カット弁１２のオン・オフ制御によって吸入エアの流れを絞り１４を介する流れと絞り１４を介さない流れとに切り替え可能とするような実施例も可能である。この実施例の場合は、先の実施例における第１カット弁７と第２カット弁９の制御に代えて吸入側の上記カット弁１２をオン・オフ制御し、エア供給を必要としない運転域で吸入側を絞る構成とする。また、エア供給を必要としない運転域ではやはり電圧を下げ消費電力の低減を図る。具体的な制御は図２〜図４で説明した先の実施例に準じたものである。
【００３４】
なお、エアポンプの駆動制御は上記実施例のように電圧制御によって行う以外に、電流制御によって行うこともできる。
【００３５】
また、上記実施例では排気系への２次エア供給の制御に関するものを説明したが、本発明はこのような排気系の２次エア供給に限られるものではなく、必要に応じてエンジンの他のエア供給制御にも適用することができるものである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、非容積型の電動式エアポンプにより過渡運転時のエア供給レスポンスを確保しつつ、ポンプ駆動のための電力消費を最小限に抑えてエンジンの燃料消費量を低減することができる。
【００３７】
特に請求項１に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域で所定回転数を維持しつつポンプ駆動電力の消費量を低減する手段を設けることにより、所定ポンプ回転数を維持して過渡運転時のエア供給レスポンスを確保するとともにポンプ駆動電力の消費量を低減し燃費を低減することができる。
【００３８】
また、請求項２に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域で所定ポンプ回転数を維持しつつポンプ駆動電圧を下げる手段を設けることにより、所定ポンプ回転数を維持し過渡運転時のエア供給レスポンスを確保するとともにポンプ駆動電力の消費量を低減し燃費を低減することができる。
【００３９】
また、請求項３に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域でエアポンプの吐出流量を低減するとともにポンプ駆動電圧を調整する手段を設けることにより、吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数を維持してエア供給レスポンスを確保し、同時に燃費低減を達成することができる。
【００４０】
また、請求項４に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域でポンプ吐出側を絞りを有するリリーフ通路に切り替えることにより、エア供給を必要としない運転域で吐出側を絞ってエアポンプの吐出流量を低減するとともにポンプ駆動電圧を調整して吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数を維持するようにでき、以てエア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減を達成することができる。
【００４１】
また、請求項５に係る構成によれば、エア供給を必要としない運転域でポンプ吸入側を絞りを有する迂回通路に切り替えることにより、エア供給を必要としない運転域で吸入側を絞ってエアポンプの吐出流量が低減するとともにポンプ駆動電圧を調整して吐出流量の変化にかかわらずポンプ回転数を維持するようにでき、以てエア供給レスポンスの確保と同時に燃費低減を達成することができる。
【００４２】
また、請求項６に係る構成によれば、サージング域に入らない程度の吐出流量を吐出側の大気リリーフによって維持するものとすることにより、エア供給を必要としない運転域で吐出流量を下げた時のサージングの発生を防止することができる。
【００４３】
また、本発明の請求項７に係る構成によれば、サージング域に入らない程度の吐出流量を吸入側の迂回通路によって維持するものとすることにより、エア供給を必要としない運転域で吐出流量を下げた時のサージングの発生を防止することができる。
【００４４】
また、本発明の請求項８に係る構成によれば、ブラシレスモータによって駆動するエアポンプを使用して上記効果を達成するようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る非容積型電動式エアポンプの一般的な特性図
【図２】  本発明の一実施例のエンジンのエア供給制御装置の全体図
【図３】  図２の実施例における２次エア供給制御のタイムチャート
【図４】  図２の実施例における２次エア供給制御のフローチャート
【図５】  本発明の他の実施例のエンジンのエア供給制御装置の全体図
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  排気通路
３  触媒
４  ２次エア供給通路
６  エアポンプ
７  第１カット弁
８  リリーフ通路
９  第２カット弁
１０  絞り
１１  吸入通路
１２  カット弁
１３  迂回通路
１４  絞り
【図１】
0003684592.tif 000002
【図２】
0003684592.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003684592.tif 000005
【図５】
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