(57)【要約】【課題】  ブラシモータのブラシ温度が許容温度を確実に超えないようにして電動エアポンプの寿命低下を防止することができる二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置を提供する。【解決手段】  電動エアポンプのブラシモータのブラシ温度をブラシモータの作動中における各時刻の推定温度上昇量を加算して推定し（ステップ１１２）、推定されたブラシ温度が許容温度を超える時にブラシモータの作動を強制的に停止する（ステップ１１４）電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほど各時刻の推定温度上昇量を大きくするように補正する（ステップ１１０）。【選択図】      図４
2006112333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動エアポンプのブラシモータのブラシ温度を前記ブラシモータの作動中における各時刻の推定温度上昇量を加算して推定し、推定された前記ブラシ温度が許容温度を超える時に前記ブラシモータの作動を強制的に停止する電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほど各時刻の推定温度上昇量を大きくするように補正することを特徴とする二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置。
【請求項２】
前記ブラシ温度を前記ブラシモータの停止中における各時刻の推定温度下降量を減算して推定し、大気圧が低いほど各時刻の推定温度下降量を小さくするように補正することを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置に電動エアポンプ制御装置。
【請求項３】
電動ポンプのブラシモータの作動時間が設定時間に達する時に前記ブラシモータの作動を強制的に停止する電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほど前記設定時間を短くするように補正することを特徴とする二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスの浄化のために機関排気系に二次空気を供給することが必要とされることがあり、このための二次空気供給装置が公知である。二次空気供給装置は、一般的に、安価なブラシモータを備えた電動エアポンプを具備している。このような電動エアポンプにおいて、ブラシモータのブラシの磨耗は、ブラシモータの寿命、すなわち、電動エアポンプの寿命を決定する要因であるために、摩擦熱によりブラシが高温となってブラシが激しく磨耗することを防止しなければならない。
【０００３】
電動エアポンプの吸入空気がブラシモータのブラシ近傍を通過するようにして、ブラシを冷却することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０２８８９号公報
【特許文献２】特開平９−１３７７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように吸入空気によってブラシモータのブラシを冷却しても、ブラシ温度が激しい磨耗を防止する許容温度より低く維持されるとは限らず、許容温度を超えればブラシの激しい磨耗が発生して電動エアポンプの寿命を著しく低下させる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、ブラシモータのブラシ温度が許容温度を確実に超えないようにして電動エアポンプの寿命低下を防止することができる二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置は、電動エアポンプのブラシモータのブラシ温度を前記ブラシモータの作動中における各時刻の推定温度上昇量を加算して推定し、推定された前記ブラシ温度が許容温度を超える時に前記ブラシモータの作動を強制的に停止する電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほど各時刻の推定温度上昇量を大きくするように補正することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置は、請求項１に記載の二次空気供給装置に電動エアポンプ制御装置において、前記ブラシ温度を前記ブラシモータの停止中における各時刻の推定温度下降量を減算して推定し、大気圧が低いほど各時刻の推定温度下降量を小さくするように補正することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置は、電動ポンプのブラシモータの作動時間が設定時間に達する時に前記ブラシモータの作動を強制的に停止する電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほど前記設定時間を短くするように補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置によれば、ブラシモータの作動中における各時刻の推定温度上昇量を加算してブラシ温度が推定される際に、大気圧が低いほどブラシからの放熱量が減少するために各時刻の推定温度上昇量が大きくなるように補正され、正確なブラシ温度の推定が可能となる。それにより、推定されたブラシ温度が実際より低く、実際のブラシ温度が許容温度を超えているにも係らずにブラシモータが作動し続けてブラシが激しく磨耗するようなことはない。
【００１１】
また、本発明による請求項２に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置によれば、ブラシモータの停止中における各時刻の推定温度下降量を減算してブラシ温度が推定され、大気圧が低いほどブラシからの放熱量が減少するために各時刻の推定温度下降量が小さくなるように補正され、正確なブラシ温度の推定が可能となる。それにより、推定されたブラシ温度が実際より低くてブラシモータの作動を再開すると直に実際のブラシ温度が許容温度を超えるようなことはない。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の二次空気供給装置の電動エアポンプ制御装置によれば、電動エアポンプのブラシモータの作動時間が設定時間に達する時にブラシモータの作動を強制的に停止する電動エアポンプ制御装置において、大気圧が低いほどブラシからの放熱量が減少するために設定時間が短くなるように補正され、それにより、実際のブラシ温度が許容温度を超えているにも係らずにブラシモータが作動し続けてブラシが激しく磨耗するようなことはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明による電動エアポンプ制御装置により制御される二次空気供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。同図において、１は二つのバンクを有するＶ型内燃機関ある。３は各バンク共通の吸気系であり、最上流部にはエアクリーナ２が配置され、各バンク共通のサージタンクの直上流側にはスロットル弁３’が配置されている。また、エアクリーナ２とスロットル弁３’との間には、吸気温度を検出するための吸気温センサ３１が配置されている。７はエキゾーストマニホルド４を介して各バンクに接続される独立した排気系であり、それぞれの排気系７には、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯXを浄化するための三元触媒装置５が配置され、最下流部にはマフラ９が配置されている。また、三元触媒装置５の直上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ６が配置されている。
【００１４】
三元触媒装置５は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である時に、ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯXを良好に浄化することができるが、排気ガスの空燃比がリッチになると、ＨＣ及びＣＯの酸化浄化が不十分となる。それにより、この時には、三元触媒装置５の上流側に二次空燃比を供給して、排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍とすることが好ましい。本実施形態においては、各排気系５へ二次空燃比を供給するための独立した二次空気供給装置が設けられている。
【００１５】
各二次空気供給装置は、ブラシモータを備える電動エアポンプ１０と、電動エアポンプ１０の吸入側とエアクリーナ２とを連通する吸入管１１と、空気制御弁２０と、電動エアポンプ１０の吐出側と空気制御弁２０とを連通する吐出管１２と、空気制御弁２０と排気系における三元触媒装置５の直上流側の二次空気供給口８とを連通する供給管１３とを具備している。吐出管１２には圧力センサ２１が配置されている。３０は電子制御装置であり、吸気温センサ３１及び酸素センサ６の出力等に基づき、電動エアポンプ１０及び空気制御弁２０を制御する。
【００１６】
図２は電動エアポンプに使用されるブラシモータを示す概略図である。同図において、１０１はエアポンプを駆動するモータ軸であり、モータ軸１０１にはコイル１０２及び整流子１０４が取り付けられている。コイル１０２の回りには磁石１０３が離間配置されており、整流子１０４にはブラシ１０５が接触している。このようなブラシモータは安価であるが、ブラシ１０５は整流子１０４との摩擦によって温度上昇し、ブラシ温度が許容温度を超えるとブラシ１０５が激しく磨耗してブラシモータの寿命を著しく低下させる。それにより、ブラシ温度が許容温度を超えないようにブラシモータを作動させなければならない。
【００１７】
図３に示すように、ブラシ温度ＴＢは、初期温度ＴＢ0から電動エアポンプ作動中の各時刻ｔiの温度上昇量ＴＢａｄｄiを加算し、また、電動エアポンプ停止中の各時刻ｔiの温度下降量ＴＢｄｅｃiを減算することにより推定することができる。図４は、この考え方に基づき現時刻のブラシ温度ＴＢを推定し、ブラシ温度ＴＢが許容温度を超えているにも係らずに電動エアポンプを作動させることを防止するための第一フローチャートである。
【００１８】
先ず、ステップ１０１において、圧力センサ２１、水温センサ(図示せず)、及び吸気温センサ３１によって、現時刻の電動エアポンプ１０の吐出圧Ｐ、冷却水温Ｔｗ、及び、吸気温度Ｔａをそれぞれ検出する。吐出圧Ｐを検出する際には、空気制御弁２０を閉弁しても良い。次いで、ステップ１０２において、これら冷却水温Ｔｗ及び吸気温度Ｔａに基づき現時刻のブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍを算出する。ブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍは、冷却水温Ｔｗ及び吸気温度Ｔａの少なくとも一方が高いほど高くなり、図５に示すマップのように冷却水温Ｔｗ及び吸気温度Ｔａに対して設定しておいても良い。
【００１９】
次いで、ステップ１０３では、ブラシ温度の初期値が設定されたか否かが判断される。本フローチャートは機関始動と同時に開始されるものであり、開始当初は、ブラシ温度の初期値は設定されておらず、ステップ１０３の判断は否定されてステップ１０４へ進む。ステップ１０４では、冷却水温Ｔｗと吸気温度Ｔａとの差が設定値Ａａｔｍより小さいか否かが判断される。この判断が肯定される時には、今回の機関始動において機関停止から十分な時間が経過しており、この時には、ブラシ温度の初期値は、すなわち、現時刻のブラシ温度ＴＢは、ブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとすることができる。それにより、ステップ１０５において、ブラシ温度の初期値ＴＢとしてブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍを設定する。一方、ステップ１０４の判断が否定される時には、今回の機関始動は機関停止直後の再始動であり、ステップ１０６において、機関停止直前に記憶されているブラシ温度ＴＢをブラシ温度の初期値ＴＢとして設定する。ステップ１０５又は１０６においてブラシ温度の初期値ＴＢが設定されれば、次回以降の処理において、ステップ１０３の判断が肯定され、ステップ１０４から１０６のブラシ温度の初期値設定は行われないようになっている。
【００２０】
ステップ１０７においては、電動エアポンプ１０が作動されているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１０８において、現時刻の電動エアポンプ１０の吐出圧Ｐと現時刻のブラシ温度ＴＢとに基づき現時刻の温度上昇量ＴＢａｄｄを算出する。温度上昇量ＴＢａｄｄは、吐出圧Ｐが高いほどブラシの摩擦力が増大するために大きくなり、また、ブラシ温度ＴＢが高いほどブラシは温度上昇し難くなるために小さくなり、図６（Ａ）に示すマップのように吐出圧Ｐ及びブラシ温度ＴＢに対して設定しておいても良い。しかしながら、こうして得られる温度上昇量ＴＢａｄｄは、標準的な値であり、補正が必要である。ステップ１０９では、そのための補正係数Ｋａｄｄを算出する。この補正係数Ｋａｄｄは、ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆに基づき算出される。この差Ｔｄｉｆが大きいほどブラシからの放熱量が多くなるために、ブラシは温度上昇し難くなり、補正係数Ｋａｄｄは図７（Ａ）に示すマップのように差Ｔｄｉｆに対して設定しておいても良い。
【００２１】
また、ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆは、電動エアポンプの作動経過時間が長くなるほど大きくなる値であるために、前述の補正係数Ｋａｄｄは、この作動経過時間に対してマップ化することも可能である。ところで、車両が高地を走行している時には大気圧が低く、大気圧が低いとブラシから放熱され難くなる。それにより、前述のように得られた補正係数Ｋａｄｄは、ステップ１１０において、大気圧に基づき補正される。このための第一大気圧補正係数ｋ１は、大気圧が低いほど大きくなり、図８（Ａ）に示すようにマップ化されている。次いで、ステップ１１１において、現時刻の電動エアポンプ１０の吐出圧Ｐと現時刻のブラシ温度ＴＢとに基づく標準的な現時刻の温度上昇量ＴＢａｄｄは、第一大気圧補正係数ｋ１によって乗算補正された補正係数Ｋａｄｄ（ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆに基づく）によって補正される。
【００２２】
次いで、ステップ１１２において、こうして算出された現時刻の正確な温度上昇量ＴＢａｄｄが現時刻のブラシ温度ＴＢに加算されて直後の時刻のブラシ温度ＴＢが算出される。次いで、ステップ１１３では、こうして算出されたブラシ温度ＴＢが激しい磨耗を引き起こさない許容温度ＴＢ１を超えているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１１４において電動エアポンプを強制停止させてブラシの激しい磨耗を防止する。
【００２３】
一方、電動エアポンプを作動する必要がない時又はステップ１１４において強制停止された時には、エアポンプが停止されているために、ステップ１０７の判断が否定されてステップ１１５へ進む。ステップ１１５では、現時刻のブラシ温度ＴＢに基づき現時刻の温度下降量ＴＢｄｅｃを算出する。温度下降量ＴＢｄｅｃは、ブラシ温度ＴＢが高いほどブラシから放熱され易くなるために大きくなり、図６（Ｂ）に示すマップのようにブラシ温度ＴＢに対して設定しておいても良い。しかしながら、こうして得られる温度下降量ＴＢｄｅｃは、標準的な値であり、補正が必要である。ステップ１１６では、そのための補正係数Ｋｄｅｃを算出する。この補正係数Ｋｄｅｃは、ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆに基づき算出される。この差Ｔｄｉｆが小さいほどブラシからの放熱量が少なくなるために、ブラシは温度低下し難くなり、補正係数Ｋｄｅｃは図７（Ｂ）に示すマップのように差Ｔｄｉｆに対して設定しておいても良い。
【００２４】
また、ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆは、電動エアポンプの停止経過時間が長くなるほど小さくなる値であるために、前述の補正係数Ｋｄｅｃは，停止経過時間に対してマップ化することも可能である。ところで、車両が高地を走行している時には大気圧が低く、大気圧が低いとブラシから放熱され難くなる。それにより、前述のように得られた補正係数Ｋｄｅｃは、ステップ１１７において、大気圧に基づき補正される。このための第二大気圧補正係数ｋ２は、大気圧が低いほど小さくなり、図８（Ｂ）に示すようにマップ化されている。次いで、ステップ１１８において、現時刻のブラシ温度ＴＢに基づく標準的な現時刻の温度下降量ＴＢｄｅｃは、第二大気圧補正係数ｋ２によって乗算補正された補正係数Ｋｄｅｃ（ブラシ温度ＴＢとブラシ雰囲気温度Ｔａｔｍとの差Ｔｄｉｆに基づく）によって補正される。
【００２５】
次いで、ステップ１１９において、こうして算出された現時刻の正確な温度下降量ＴＢｄｅｃが現時刻のブラシ温度ＴＢから減算されて直後の時刻のブラシ温度ＴＢが算出される。次いで、ステップ１２０では、こうして算出されたブラシ温度ＴＢが十分に低い温度ＴＢ２を下回っているか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１２１において電動エアポンプ１０の作動を許可する。こうして、ブラシ温度ＴＢが十分に低い温度とならない限り電動エアポンプの作動を許可しないようにしている。それにより、電動エアポンプ１０の作動直後にブラシ温度が許容温度を超えて電動エアポンプ１０を強制停止させるようなことは防止される。本フローチャートにおいて、第一及び第二大気圧補正係数ｋ１及びｋ２は、対応する補正係数Ｋａｄｄ及びＫｄｅｃではなく、それぞれ、温度上昇量ＴＢａｄｄ及び温度下降量ＴＢｄｅｃを直接的に補正するようにしても良い。
【００２６】
図９は、ブラシ温度ＴＢが許容温度を超えているにも係らずに電動エアポンプを作動させることを防止するための第二フローチャートである。本フローチャートも機関始動と同時に開始される。先ず、ステップ２０１において、電動エアポンプの作動を許可するフラグＸＡＰが０であるか否かが判断される。この判断が肯定される時には、電動エアポンプ１０の作動が許可されており、ステップ２０２において、電動エアポンプ１０の作動が要求されているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ２０３において電動エアポンプ１０は作動される。
【００２７】
次いで、ステップ２０４では、電動エアポンプ１０の作動経過時間に対応する第一カウント値ｎ１が１だけ増加され（本フローチャートの実行間隔に第一カウント値を乗算すれば作動経過時間となる）、ステップ２０５において、電動エアポンプ１０の停止経過時間に対応する第二カウント値ｎ２は０にリセットされる。次いで、ステップ２０６において、第一値Ｎ１が第三大気圧補正係数ｋ３によって乗算補正される。第一値Ｎ１は、ブラシモータのブラシ温度が許容温度を超えないように設定された電動エアポンプ１０の最大作動時間に対応する値であるが、前述したように、車両が高地を走行して大気圧が低くなると、ブラシから放熱され難くなってブラシ温度が上昇し易くなるために、第一値Ｎ１は、第三大気圧補正係数ｋ３によって大気圧が低いほど短くなるように補正される。第三大気圧補正係数ｋ３は、第一大気圧補正係数ｋ１と同様な傾向を示し、図１０（Ａ）のようにマップ化されている。第一値Ｎ１は、定数としても良いが、機関始動時の吸気温度Ｔａが高いほど短くするように設定しても良い。
【００２８】
次いで、ステップ２０７では、第一カウント値ｎ１が大気圧補正された第一値Ｎ１を超えたか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ２０８において、前述のフラグＸＡＰは１とされる。それにより、次回の処理において、ステップ２０１の判断が否定され、ステップ２０９において電動エアポンプ１０は停止される。こうして、ブラシ温度が許容温度を超えても電動エアポンプが作動されて、ブラシが激しく磨耗することは防止される。電動エアポンプ１０の作動が要求されていない時にも、ステップ２０２の判断が否定されて、ステップ２０９において電動エアポンプ１０は停止される。
【００２９】
電動エアポンプ１０が停止されると、ステップ２１０において、電動エアポンプ１０の停止経過時間に対応する第二カウント値ｎ２が１だけ増加され（本フローチャートの実行間隔に第二カウント値を乗算すれば停止経過時間となる）、ステップ２１１において、電動エアポンプ１０の作動経過時間に対応する第一カウント値ｎ１は０にリセットされる。次いで、ステップ２１２において、第二値Ｎ２が第四大気圧補正係数ｋ４によって乗算補正される。第二値Ｎ２は、電動エアポンプ１０の作動が停止されてからブラシ温度を十分に低下させ、電動エアポンプ１０の大気圧補正された最大作動時間ではブラシ温度が許容温度を超えないようにするための最小非作動時間に対応する値である。この最小非作動時間も、車両が高地を走行して大気圧が低くなると、ブラシから放熱され難くなってブラシ温度が下降し難くなるために、第二値Ｎ２は、第四大気圧補正係数ｋ４によって大気圧が低いほど長くなるように補正される。第四大気圧補正係数ｋ４は、第二大気圧補正係数ｋ２と同様な傾向を示し、図１０（Ｂ）のようにマップ化されている。第二値Ｎ２は、定数としても良いが、機関始動時の吸気温度Ｔａが高いほど長くするように設定しても良い。
【００３０】
次いで、ステップ２１３では、第二カウント値ｎ２が第二値Ｎ２を超えたか否かが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ２１４において、前述のフラグＸＡＰは０とされて電動エアポンプ１０の作動が許可される。それにより、次回の処理において、ステップ２０１の判断が肯定され、電動エアポンプ１０の作動が要求される時にはステップ２０３において電動エアポンプ１０は作動される。こうして、電動エアポンプの大気圧補正された最大作動時間ではブラシ温度が許容温度を超えるようなことはない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による電動エアポンプ制御装置により制御される二次空気供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。
【図２】電動エアポンプのブラシモータを示す概略図である。
【図３】ブラシ温度の推定の考え方を説明する図である。
【図４】ブラシ温度が許容温度を超えないように電動エアポンプの作動を制御するための第一フローチャートである。
【図５】ブラシ雰囲気温度を設定するためのマップである。
【図６】各時刻の温度上昇量及び温度下降量を設定するためのマップである。
【図７】各時刻の温度上昇量及び温度下降量の補正係数を設定するためのマップである。
【図８】図７の補正係数を補正するための大気圧補正係数を設定するためのマップである。
【図９】ブラシ温度が許容温度を超えないように電動エアポンプの作動を制御するための第二フローチャートである。
【図１０】図９の第二フローチャートにおいて使用される大気圧補正係数を設定するためのマップである。
【符号の説明】
【００３２】
１    内燃機関
５    三元触媒装置
７    排気系
１０    電動エアポンプ
【図１】
2006112333.tif 000003
【図２】
2006112333.tif 000004
【図３】
2006112333.tif 000005
【図４】
2006112333.tif 000006
【図５】
2006112333.tif 000007
【図６】
2006112333.tif 000008
【図７】
2006112333.tif 000009
【図８】
2006112333.tif 000010
【図９】
2006112333.tif 000011
【図１０】
2006112333.tif 000012