(57)【要約】    【課題】  電動式のエアポンプを用いた２次空気の供給に伴って、機関回転の収束安定性が大きく損なわれることを抑止する。    【解決手段】  ２次空気供給管内の圧力が目標圧力になるように、電動式エアポンプの駆動信号のデューティ比をフィードバック制御する。ここで、エアポンプの起動時には、前記デューティ比の増大を制限して突入電流を抑制する。更に、前記デューティ比に応じてアイドル空気量及び燃料噴射量を増量補正する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられる触媒装置の上流側の排気通路内に、電動式のエアポンプによって２次空気を供給する２次空気供給装置であって、
前記エアポンプの駆動信号がデューティ制御される構成とし、前記エアポンプの起動時に、前記駆動信号のデューティ比を制限することで、突入電流を抑制することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられる触媒装置の上流側の排気通路内に、電動式のエアポンプによって２次空気を供給する２次空気供給装置であって、
前記エアポンプの駆動信号のデューティ比を制御すると共に、前記デューティ比に応じて、前記内燃機関の燃料供給量及び／又は吸入空気量を補正することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項３】
前記エアポンプによる２次空気の供給量を測定し、測定供給量と要求量とから前記エアポンプの駆動信号のデューティ比をフィードバック制御することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる触媒装置の上流側の排気通路内に２次空気を供給する２次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、流量の異なる２つのエアポンプのオン・オフの組み合わせによって、運転状態に見合う２次空気量に制御する２次空気供給装置が開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−１７６６１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、エアポンプの起動時には大きな突入電流が発生し、これによる電気負荷の急増によって大きな回転落ちが発生すると共に、その後に、エアポンプによる２次空気の供給量を可変に制御すると、エアポンプによる負荷が変動するため、機関回転速度に基づきアイドル運転時の吸入空気量を制御するアイドル回転速度制御では、充分な応答性で機関回転速度を収束安定させることが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、電動式のエアポンプを用いた２次空気の供給に伴って、機関回転の収束安定性が大きく損なわれることを抑止できる内燃機関の２次空気供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明では、電動式のエアポンプの駆動信号がデューティ制御される構成とし、エアポンプの起動時に、前記駆動信号のデューティ比を制限することで、突入電流を抑制する構成とした。
かかる構成によると、エアポンプを起動させるときに、大きな突入電流が発生し、大きな電気負荷がステップ的に立ち上がることがないように、エアポンプの駆動デューティを制限する。
【０００６】
従って、エアポンプの起動時に、急激な電気負荷の増大によって機関回転速度が大きく落ち込むことを回避でき、２次空気の供給開始に伴ってアイドル運転の安定性が大きく低下することを抑止できる。
請求項２記載の発明では、電動式のエアポンプの駆動信号のデューティ比を制御すると共に、前記デューティ比に応じて、内燃機関の燃料供給量及び／又は吸入空気量を補正する構成とした。
【０００７】
かかる構成によると、エアポンプの駆動デューティ、即ち、エアポンプによる電気負荷に応じて、内燃機関の燃料供給量及び／又は吸入空気量を補正し、エアポンプによる電気負荷に見合うトルクを機関において発生させる。
従って、エアポンプの駆動による電気負荷の変動に対して、応答良く機関発生トルクを補正することができ、エアポンプによる２次空気の供給状態において、高い収束安定性でアイドル運転させることが可能になる。
【０００８】
請求項３記載の発明では、電動式のエアポンプによる２次空気の供給量を測定し、測定供給量と要求量とからエアポンプの駆動信号のデューティ比をフィードバック制御する構成とした。
かかる構成によると、２次空気の要求量に実際の供給量が一致するように、エアポンプの駆動デューティがフィードバック制御される。
【０００９】
従って、エアポンプの吐出量にばらつきがあっても、要求量の２次空気を精度良く供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における２次空気供給装置を備えた内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関１は、車両の駆動源として用いられるエンジンであって、左右バンクからなるＶ型機関である。
【００１１】
前記右バンク１Ａ，左バンク１Ｂの各気筒からの排気は、それぞれに独立して設けられる排気マニホールド２Ａ，２Ｂによって導出される。
各排気マニホールド２Ａ，２Ｂそれぞれの集合部には排気ダクト３Ａ，３Ｂが接続され、前記排気ダクト３Ａ，３Ｂの下流側端部が集合して集合ダクト４に接続される。
前記集合ダクト４には、三元触媒を備えた触媒コンバータ５（触媒装置）が介装されている。
【００１２】
一方、前記内燃機関１には、エアクリーナ６を通過した空気が吸気管７を介して各バンクの気筒それぞれに分配供給され、機関１の吸入空気量は、電制式のスロットルバルブ８で調整される。
また、各気筒それぞれに燃料噴射弁９が設けられており、この燃料噴射弁９により各気筒の吸気ポート或いはシリンダ内に燃料が供給される。
【００１３】
ここで、前記燃料噴射弁９から各気筒に噴射される燃料と、各気筒に分配される空気とによって燃焼室内に混合気が生成され、前記混合気は点火プラグ１０による火花点火によって着火燃焼し、ピストンを押し下げる仕事を行う。
そして、各気筒におけるピストンを押し下げる仕事がクランク軸の回転に変換されて、該クランク軸の回転を外部に取り出して車両の駆動に用いる。
【００１４】
また、本実施形態の内燃機関１には、左バンク１Ｂ側の排気マニホールド２Ｂ内に２次空気を供給する２次空気供給装置が設けられている。
前記２次空気供給装置は、エアポンプ１１、２次空気吸込管１２、２次空気供給管１３、２次空気制御弁１４から構成される。
前記エアポンプ１１は、モータによって駆動されるポンプ部によって２次空気を強制的に排気系に送り込む電動式のポンプであり、前記モータへの電源供給をスイッチングするスイッチング手段のオン・オフを制御する駆動信号のデューティ比を制御することで、モータ印加電圧を制御し、エアポンプ１１の吐出量を可変に制御できるようになっている。
【００１５】
前記２次空気吸込管１２は、前記エアポンプ１１の吸込口と、エアクリーナ６とスロットルバルブ８との間の吸気管７とを連通させる配管である。
前記２次空気供給管１３は、前記エアポンプ１１の吐出口と排気マニホールド２Ｂの各ブランチ部とを連通させる配管である。
前記２次空気制御弁１４は、前記２次空気供給管１３の途中に介装され、前記２次空気供給管１３を開閉する電磁弁であり、２次空気の供給を行なわないときに閉制御されて、エアポンプ１１側への排気の逆流を防止する。
【００１６】
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサからの検出信号を入力して、内燃機関１の運転条件を検出し、該検出結果に応じて燃料噴射弁９による燃料噴射及び点火プラグ１０による点火時期を制御すると共に、前記電制式のスロットルバルブ８の開度を制御して機関１の吸入空気量を制御し、更に、前記エアポンプ１１（モータ）及び２次空気制御弁１４を制御して２次空気の供給を制御する。
【００１７】
前記各種センサとしては、２次空気吸込管１２の接続部位よりも下流側でスロットルバルブ８よりも上流側の吸気管７に設けられ、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２１、クランク軸の角度位置を検出するクランク角センサ２２、機関１の冷却水温度を検出する水温センサ２３、右バンク１Ａ側の排気マニホールド２Ａの集合部に設けられ、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する第１の空燃比センサ２４、前記触媒コンバータ５の直前（排気ダクト３Ａ，３Ｂの集合部と触媒コンバータ５との間）に設けられ、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する第２の空燃比センサ２５、前記２次空気供給管１３内の圧力を検出する圧力センサ２６が設けられている。
【００１８】
前記エンジンコントロールユニット２０は、エアフローメータ２１で検出される吸入空気量と、クランク角センサ２２からの信号に基づいて算出される機関回転速度とから基本燃料噴射量Ｔｐを演算する。
また、始動時の水温に応じて設定され始動後徐々に減算される始動後増量係数Ｋasを少なくとも含む各種補正係数ＣＯ、第１の空燃比センサ２４又は第２の空燃比センサ２５で検出される空燃比を目標空燃比に一致させるべく演算される空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ、更に、バッテリ電圧による電圧補正分Ｔｓを求める。
【００１９】
そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐ，各種補正係数ＣＯ，空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ及び電圧補正分Ｔｓに基づいて最終的な燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔｉに基づいて燃料噴射弁９の開弁時間を制御する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯ×ＬＭＤ＋Ｔｓ
また、前記ＥＣＵ２０は、図２のフローチャートに示すようにして、２次空気の供給制御を行う。
【００２０】
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１で内燃機関１が始動されると、ステップＳ２へ進み、２次空気の供給開始条件が成立しているか否かを判別する。
前記２次空気の供給開始条件としては、例えば、アイドル運転状態であること、始動時における水温が所定温度以下であること、始動後増量係数Ｋasが所定値にまで低下した始動後の安定運転状態であることなどを判別する。
【００２１】
前記２次空気の供給開始条件が成立していない場合には、ステップＳ３へ進んで、エアポンプ１１をＯＦＦに保持し、２次空気の供給は行なわない。
一方、２次空気の供給開始条件が成立している場合には、ステップＳ４以降へ進んで、２次空気の供給制御を行なう。
ステップＳ４では、２次空気の要求量に相当する２次空気圧力の目標値を、機関回転速度などから設定する。
【００２２】
次のステップＳ５では、エアポンプ１１の起動時（起動から所定時間内）であるか否かを判別する。
エアポンプ１１の起動時であるときには、ステップＳ６へ進み、前記エアポンプ１１の起動に伴う突入電流を抑制すべく、エアポンプ１１の駆動デューティの前回値と今回値との偏差であるステップ変化量を、所定値以下に制限する処理を行う（図３参照）。
【００２３】
具体的には、前記２次空気圧力の目標値と前記圧力センサ２６で検出される実際の圧力との差に基づき駆動信号のデューティ比を算出すると、この最新のデューティ比と前回のデューティ比との偏差が所定値を越えているか否かを判別し、前記偏差が前記所定値を超えている場合には、前回値＋所定値を今回のデューティ比として出力し、前記偏差が前記所定値以下であれば、最新に演算したデューティ比を今回のデューティ比として出力する。
【００２４】
上記のように、エアポンプ１１の起動時におけるデューティ比（ＯＮデューティ比）の増大変化を制限すれば、大きな突入電流が発生することを抑止でき、電気負荷の急増による機関回転速度の落ち込みを抑制できる。
一方、ステップＳ５で、エアポンプ１１の起動時ではないと判断されると、ステップＳ７へ進む。
【００２５】
ステップＳ７では、前記２次空気圧力の目標値と前記圧力センサ２６で検出される実際の圧力との差に基づき算出されるデューティ比をそのままエアポンプ１１の駆動デューティとして出力する。
上記のように、２次空気圧力の目標値と実際の圧力との差に基づいて、エアポンプ１１の駆動デューティをフィードバック制御すれば、エアポンプ１１の吐出量にばらつきがあっても、要求量の２次空気を精度良く供給することができる。
【００２６】
尚、前記圧力センサ２６に代えて、前記２次空気供給管１３内を流れる２次空気の流量を検出する流量計を設け、該流量計で検出した実際の２次空気流量と要求の２次空気流量との偏差に基づいて、エアポンプ１１の駆動信号のデューティ比をフィードバック制御することができる。
ステップＳ６又はステップＳ７でエアポンプ１１の駆動信号のデューティ比を決定し、該決定したデューティ比に基づいてエアポンプ１１を駆動制御すると、ステップＳ８へ進み、そのときのデューティ比に応じて、アイドル空気量及び／又は燃料噴射量を増量補正する（図３参照）。
【００２７】
前記エアポンプ１１を駆動すると、これが機関１の電気負荷になり、機関回転速度を低下させることになるので、フィードホワード的に機関出力トルクを増大させるべく、アイドル空気量及び／又は燃料噴射量を増量補正する。
前記アイドル空気量の増量は、アイドル時の基本空気量を、エアポンプ１１の駆動信号のデューティ比（負荷の大きさ）に応じて設定される増量補正分で増大補正して行われる。
【００２８】
前記基本空気量を、アイドル回転速度を目標速度に一致させるためのフィードバック分で補正することで最終的な目標空気量が設定され、前記電制式のスロットルバルブ８の開度を前記目標空気量に基づいて制御させる。
また、燃料噴射量の増量補正は、エアポンプ１１の駆動信号のデューティ比に基づいて設定した２次空気用の増量分で、前記各種補正係数ＣＯを補正して、基本燃料噴射量Ｔｐを増量補正することで行われる。
【００２９】
前記燃料噴射量の増量補正においては、例えば、始動後増量係数Ｋasとエアポンプ１１の駆動デューティに応じた増量分（２次空気用増量補正係数）との大きい方を選択させるなどして、過剰に増量補正されることを回避することが好ましい（図３参照）。
上記のように、エアポンプ１１による負荷を示す駆動信号のデューティ比に応じてアイドル空気量及び／又は燃料噴射量を増量補正すれば、エアポンプ１１の負荷に見合った分だけ機関発生トルクを補正でき、エアポンプ１１による負荷変化に対してアイドル回転を安定化させることができる。
【００３０】
ステップＳ８で、アイドル空気量及び／又は燃料噴射量の増量補正を行うと、ステップＳ９では、エアポンプ１１による２次空気の供給開始から所定時間が経過したか否かを判別する。
そして、２次空気の供給開始から所定時間が経過していないときには、ステップＳ４へ戻る。
【００３１】
一方、２次空気の供給を前記所定時間だけ行なったときには、ステップＳ１０へ進み、エアポンプ１１を停止させ（駆動信号のデューティ比を０にし）、かつ、２次空気制御弁１４を閉制御する。
次のステップＳ１１では、前記アイドル空気量及び／又は燃料噴射量の増量補正をキャンセルする。
【００３２】
尚、前記２次空気の供給停止を、冷却水温度などの温度条件から判断させることができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項３記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記エアポンプによる２次空気の供給量に相関する状態量として、２次空気供給管内の圧力を検出することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００３３】
かかる構成によると、２次空気供給管内の圧力が要求の圧力になるように、デューティ比をフィードバック制御することで、２次空気の供給量を精度良く要求量に制御できる。
（ロ）請求項３記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記エアポンプによる２次空気の供給量に相関する状態量として、２次空気供給管内を流れる２次空気の流量を検出することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００３４】
かかる構成によると、２次空気供給管内の流量が要求の流量になるように、デューティ比をフィードバック制御することで、２次空気の供給量を精度良く要求量に制御できる。
（ハ）請求項１記載の内燃機関の２次空気供給装置において、
前記駆動信号のデューティ比の前回値と今回値との偏差を所定以下に制限することで、前記エアポンプの突入電流を抑制することを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【００３５】
かかる構成によると、デューティ比の増大変化を制限することで、エアポンプの突入電流が抑制され、機関回転速度の落ち込みを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム図。
【図２】実施形態における２次空気の供給制御を示すフローチャート。
【図３】実施形態における２次空気供給時の制御特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１…内燃機関、１Ａ…右バンク、１Ｂ…左バンク、２Ａ，２Ｂ…排気マニホールド、３Ａ，３Ｂ…排気ダクト、４…集合ダクト、５…触媒コンバータ、６…エアクリーナ、７…吸気管、８…スロットルバルブ、９…燃料噴射弁、１０…点火プラグ、１１…エアポンプ、１２…２次空気吸込管、１３…２次空気供給管、１４…２次空気制御弁、２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２１…エアフローメータ、２２…クランク角センサ、２３…水温センサ、２４…第１の空燃比センサ、２５…第２の空燃比センサ、２６…圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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