(57)【要約】【課題】電動式エアポンプの突入電流を低減させることができる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。【解決手段】車両に搭載される内燃機関の排気管内に二次空気を供給する電動式エアポンプ２１と、内燃機関の運転状態に応じて電動式エアポンプ２１の作動を制御するＥＣＵ３０とを備えた内燃機関の二次空気供給装置において、電動式エアポンプ２１を通し空気を流動させて電動式エアポンプ２１を回転させる電動ファン２８が設けられ、ＥＣＵ３０が、電動式エアポンプ２１を通電により始動させるとき、その通電前に電動ファン２８により電動式エアポンプ２１を回転させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関の排気管内に二次空気を供給する電動式エアポンプと、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記電動式エアポンプの作動を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の二次空気供給装置において、
前記電動式エアポンプを通し空気を流動させて前記電動式エアポンプを回転させる空気流動手段が設けられ、
前記制御手段が、前記電動式エアポンプを通電により始動させるとき、その通電前に前記空気流動手段により前記電動式エアポンプを回転させることを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項２】
前記空気流動手段が前記電動式エアポンプに空気を圧送することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記車両の運転者によって前記内燃機関が始動される状態に至ったことを検知する始動検知手段が設けられ、
前記制御手段が、前記始動検知手段の検知情報に基づいて前記空気流動手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記電動式エアポンプの吸入口を大気に開放する第１の切替位置と前記吸入口を大気から遮断して前記吸入口に前記空気流動手段からの空気を流入させる第２の切替位置とに切り替わる吸入経路切替弁が設けられ、
前記吸入経路切替弁が、前記制御手段によって切替え制御されることを特徴とする請求項１ないし３の何れか1項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項５】
前記空気流動手段が、前記内燃機関を冷却する電動ファンを含んで構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか1項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項６】
前記電動式エアポンプの吐出口を前記内燃機関の排気管内に連通させる開弁状態とその連通を遮断する閉弁状態とに切り替わる連通状態切替弁が設けられ、
前記空気流動手段によって前記電動式エアポンプが回転させられるとき、前記連通状態切替弁が前記制御手段によって前記閉弁状態に切り替えられることを特徴とする請求項１ないし５の何れか1項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項７】
前記電動式エアポンプの吐出口を大気に開放する第１の切替位置と前記吐出口を大気から遮断して前記内燃機関の排気管内に連通させる第２の切替位置とに切り替わる吐出経路切替弁が設けられ、
前記空気流動手段によって前記電動式エアポンプが回転させられるとき、前記吐出経路切替弁が前記制御手段によって前記第１の切替位置に切り替えられることを特徴とする請求項１ないし５の何れか1項に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項８】
前記始動検知手段が、前記内燃機関を始動させる始動スイッチがオン状態になることを検知することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項９】
前記始動検知手段が、前記車両に装備されたドアが開放されたことを検知することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項１０】
前記始動検知手段が、前記車両に装備されたシートに運転者が着座した状態を検知することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の二次空気供給装置、特に冷間始動時等に二次空気供給用の電動式エアポンプを作動させる内燃機関の二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両用の内燃機関には、排気中の未燃焼成分（例えばＨＣやＣＯ）を低減させるべく冷間始動時等に排気管の上流部内に二次空気を供給して排気の二次燃焼を促進させる二次空気供給装置を装備したものがあり、その二次空気供給装置は、例えば内燃機関の排気管内に二次空気を加圧しながら供給するポンプと、二次空気供給路に配置されたバルブ、内燃機関の冷却水温度等に応じて電動式エアポンプの作動を制御する制御手段とを備えている。
【０００３】
従来のこの種の二次空気供給装置としては、例えば電動式エアポンプによって大気中の新気を二次空気として排気管内に供給するようにしたものがあり、この装置では、排気浄化用の触媒装置がある程度活性化された後まで二次空気が供給されることによって必要以上の電力が消費されるのを防止するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、過給機付エンジンにおける過給圧の空気をエアポンプに吸入させるようにして、電動式エアポンプの小型化を図ったものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−７４０２８号公報
【特許文献２】特開平７−２９８６４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来の車両の制御装置にあっては、特に低温時でかつバッテリーの劣化が進んでいるような場合に、電動式エアポンプの突入電流が大きいためにバッテリー電圧が一時的に落ち込んで低下し過ぎることがあり、オルタネータの負荷が急増したりバッテリーの劣化が進行し易くなったりするという問題があった。
【０００７】
これに対し、例えばオルタネータやバッテリーのサイズを大きくすることが考えられるものの、車両によっては搭載できない場合があり、大電流システムをマネージメントする電源マネージメントＥＣＵ（車両に搭載された各電子制御ユニットにおける消費電流の大きい制御システムに対して、作動の可否や順番等を決定する電源マネージメント用電子制御ユニット）に電源管理を委ねるのでは、その電源マネージメントＥＣＵ分の設定のためにコストアップを招くという問題がある。
【０００８】
一方、車両の安定性制御や制動制御、表示制御等のためのＥＣＵ（電子制御ユニット）は、内部のマイクロコンピュータの動作保証電圧を確保できないと、マイコンリセットによる車両安定性制御システムや電子制御ブレーキシステムのシステムリセットが生じたり、メータやヘッドライトが明滅してしまったりする可能性があるため、その電源となるバッテリーの過度の電圧低下を確実に防止する必要がある。
【０００９】
また、車両の排気ガス浄化性能に対する近時の高度な要求から、二次空気供給用の電動式エアポンプの大型化が必要になる傾向が強まっているため、二次空気供給用の電動式エアポンプの突入電流を低減させることが重要な課題となってきた。
【００１０】
そこで、本発明は、電動式エアポンプの突入電流を低減させることができ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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内燃機関の二次空気供給装置は、上記目的達成のため、（１）車両に搭載される内燃機関の排気管内に二次空気を供給する電動式エアポンプと、前記内燃機関の運転状態に応じて前記電動式エアポンプの作動を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の二次空気供給装置において、前記電動式エアポンプを通し空気を流動させて前記電動式エアポンプを回転させる空気流動手段が設けられ、前記制御手段が、前記電動式エアポンプを通電により始動させるとき、その通電前に前記空気流動手段により前記電動式エアポンプを回転させることを特徴とする。
【００１２】
この構成により、電動式エアポンプの通電による始動前に空気流動手段によって電動式エアポンプが予め回転させられ、その状態で電動式エアポンプへの通電がなされることになる。したがって、電動式エアポンプの始動時の回転負荷が軽減されることで突入電流が低減され、バッテリー電圧の落込みによるオルタネータの負荷急増やバッテリーの劣化といった問題が解消されるとともに、他システムの電子制御ユニットの動作保証電圧が確保される。
上記構成を有する内燃機関の二次空気供給装置においては、（２）前記空気流動手段が前記電動式エアポンプに空気を圧送するものであるのが好ましい。
この構成により、既存の機関冷却用の電動ファン等を利用することができ、空気流動手段を低コストで実現することができる。
【００１３】
上記（１）又は（２）の構成を有する内燃機関の二次空気供給装置においては、（３）前記車両の運転者によって前記内燃機関が始動される状態に至ったことを検知する始動検知手段が設けられ、前記制御手段が、前記始動検知手段の検知情報に基づいて前記空気流動手段を制御するのが望ましい。
【００１４】
この構成により、内燃機関の始動時において、電動式エアポンプへの通電が開始される前に空気流動手段からの供給空気によって電動式エアポンプが予め回転させられ、電動式エアポンプの始動時の突入電流が低減される。なお、ここで、内燃機関が始動される状態に至ったことを検知するとは、車両のドアが開放され、運転者が運転席のシートに着座し、運転者が内燃機関を始動させる始動操作を実行するまでの間の特定の動作状態を検知することで、内燃機関が始動される始動操作状態若しくはその蓋然性の高い状態を検知することを意味する。
【００１５】
上記（１）〜（３）の何れかの構成を有する内燃機関の二次空気供給装置においては、（４）前記電動式エアポンプの吸入口を大気に開放する第１の切替位置と前記吸入口を大気から遮断して前記吸入口に前記空気流動手段からの空気を流入させる第２の切替位置とに切り替わる吸入経路切替弁が設けられ、前記吸入経路切替弁が、前記制御手段によって切替え制御されるのがより好ましい。
【００１６】
この場合、吸入経路切替弁が第１の切替位置に切り替えられたときには電動式エアポンプにより大気中の空気を吸入することが可能となり、吸入経路切替弁が第２の切替位置に切り替えられたときには空気流動手段から電動式エアポンプの吸入口に空気を圧送供給することが可能となる。したがって、電動式エアポンプの始動時にその突入電流を低減させるのとほぼ同時に、吸入経路切替弁を第１の切替位置に切替えることで、電動式エアポンプによる二次空気供給動作に円滑に移行させることができる。
【００１７】
上記（１）〜（４）の何れかの構成を有する内燃機関の二次空気供給装置においては、（５）前記空気流動手段が、前記内燃機関を冷却する電動ファンを含んで構成されているのが好ましい。
【００１８】
これにより、内燃機関を冷却する既存の電動ファンを用いて空気流動手段を低コストで実現することができる。
【００１９】
上記（１）〜（５）の何れかの構成を有する内燃機関の二次空気供給装置は、（６）前記電動式エアポンプの吐出口を前記内燃機関の排気管内に連通させる開弁状態とその連通を遮断する閉弁状態とに切り替わる連通状態切替弁が設けられ、前記空気流動手段によって前記電動式エアポンプが回転させられるとき、前記連通状態切替弁が前記制御手段によって前記閉弁状態に切り替えられるものであってもよい。
【００２０】
この場合、内燃機関の排気管内に不必要に二次空気が供給されることがない。
【００２１】
上記（１）〜（５）の何れかの構成を有する内燃機関の二次空気供給装置は、あるいはまた、（７）前記電動式エアポンプの吐出口を大気に開放する第１の切替位置と前記吐出口を大気から遮断して前記内燃機関の排気管内に連通させる第２の切替位置とに切り替わる吐出経路切替弁が設けられ、前記空気流動手段によって前記電動式エアポンプが回転させられるとき、前記吐出経路切替弁が前記制御手段によって前記第１の切替位置に切り替えられるものであってもよい。
【００２２】
この場合、電動式エアポンプの吐出口を大気に開放した状態で空気流動手段からの空気供給により電動式エアポンプを回転させることができることから、電動式エアポンプの回転開始時及び通電による始動時の回転負荷がそれぞれ軽減されてその始動時回転数が高まり、始動時突入電流をより低減させることができる。
【００２３】
さらに、上記（３）の構成を有する内燃機関の二次空気供給装置においては、（８）前記始動検知手段が、前記内燃機関を始動させる始動スイッチがオン状態になることを検知するものであるのが好ましい。
【００２４】
これにより、内燃機関が始動される状態になったことが確実に検知される。なお、始動スイッチがオン状態になることには、始動スイッチによる始動操作のみならず、例えば始動キーのキー穴への挿入や電源投入操作等のような始動直前の操作を含む。
【００２５】
上記（３）の構成を有する内燃機関の二次空気供給装置は、（９）前記始動検知手段が、前記車両に装備されたドアが開放されたことを検知するものであってもよいし、あるいは、（１０）前記始動検知手段が、前記車両に装備されたシートに運転者が着座した状態を検知するものであってもよい。
【００２６】
この場合、空気流動手段によって電動式エアポンプを内燃機関の始動に先立って予め回転させることができ、内燃機関の始動時におけるバッテリー電圧の落込みを防止しつつ、内燃機関の始動時の早期から二次空気供給を開始させることが可能となる。
【００２７】
なお、前記始動検知手段は、シート周辺の部材の姿勢や位置の調整がなされている状態等のように、内燃機関の始動の蓋然性が高い他の状態を検知するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電動式エアポンプの通電による始動時に、その通電前に空気流動手段によって電動式エアポンプを予め回転させるようにしているので、電動式エアポンプの始動時にその回転負荷を軽減させて突入電流を低減させることができ、バッテリー電圧の落込みによるオルタネータの負荷急増やバッテリーの劣化といった問題を解消するとともに、他システムの電子制御ユニットの動作保証電圧を確保することができる内燃機関の二次空気供給装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図１及び図２は本発明による内燃機関の二次空気供給装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００３１】
まず、その構成について説明すると、図１に示すエンジン１０は、自動車に搭載される多気筒の内燃機関、例えば直列４気筒の４サイクルエンジンであり、このエンジン１０には吸気マニホルド１１（吸気管）及び排気マニホルド１２（排気管）がそれぞれ接続されている。また、排気マニホルド１２の下流側の排気管１３には三元触媒を用いた排気浄化用の触媒装置１５が装着されている。
【００３２】
詳細は図示しないが、エンジン１０の各気筒内にはピストンにより仕切られた燃焼室が形成され、その上部側に、吸気弁及び排気弁と動弁機構とが装備されるとともに、燃焼室内に露出するよう点火プラグが配置されている。また、エンジン１０の吸気マニホルド１１内にはスロットルバルブが設けられており、スロットルバルブより燃焼室側には複数の気筒に対応する例えば複数のインジェクタが設けられている。そして、エンジン１０の運転時においては、エアクリーナを装着した上流側の吸気管から吸気マニホルド１１を介して、エンジン１０内で吸気行程となる気筒に順次吸気がなされ、排気行程となる気筒から排気マニホルド１２内に順次排気がなされて、その排気ガスは触媒装置１５により浄化され、排気管１３から図示しない消音器を通して外部に排気される。インジェクタによる燃料噴射や点火プラグによる点火は、いわゆるＥＦＩ（Electronic fuel Injection ）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）として機能するＥＣＵ３０に（制御手段）よって電子制御される。
【００３３】
エンジン１０には、排気マニホルド１２（排気管）内に二次空気を供給する電動式エアポンプ２１と、エンジン１０の運転状態に応じて電動式エアポンプ２１の作動を制御する制御手段としてのＥＣＵ３０とを備えた二次空気供給装置が装備されている。
【００３４】
電動式エアポンプ２１は電動モータを内蔵しており、エアパイプ２２を通して大気中の外気を吸入し、加圧して吐出する公知のものであり、吐出した空気をエアパイプ２３、電磁バルブ２４（連通状態切替弁）及びエアパイプ２５を介してエンジン１０の排気マニホルド１２内に圧送することができるようになっている。ここで、電磁バルブ２４は、例えばスプリングで閉弁方向に付勢された逆止弁型のバルブプランジャとそのバルブプランジャを開弁駆動する電磁駆動コイルとからなり、排気脈動によって排気マニホルド１２側から電動式エアポンプ２１側に排気ガスが逆流するのを阻止するようになっている。エアパイプ２５は、電磁バルブ２４と排気マニホルド１２の上流部、例えばエンジン１０の各気筒の排気ポートに接続する気筒毎の排気管部分にそれぞれ接続されるように、分岐管構造を有している。もっとも、エアパイプ２５は排気マニホルド１２の集合管部分や触媒装置１５より上流側で排気管１３に接続されてもよい。
【００３５】
電動式エアポンプ２１及び電磁バルブ２４は、ＥＣＵ３０及びドライバ回路３３によってそれぞれエンジン始動時に所定のタイミングで作動するよう制御されるようになっており、そのドライバ回路３３は電動式エアポンプ２１及び電磁バルブ２４のそれぞれに対応するリレースイッチ及び駆動回路を含み、バッテリー５０を電源として、ＥＣＵ３０からのポンプ駆動信号に応じて電動式エアポンプ２１に通電する機能と、ＥＣＵ３０からのバルブ制御信号に応じて電磁バルブ２４を開弁方向に励磁駆動する機能とを有している。なお、このようなドライバ回路３３におけるエアポンプ駆動及び電磁バルブ駆動のための回路構成自体は公知のものと同様である。
【００３６】
電磁バルブ２４は、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂをエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通させる開弁状態と、その連通を遮断する閉弁状態とに切り替わる連通状態切替弁となっており、後述するように電動ファン２８からの空気の圧送・供給によって電動式エアポンプ２１がポンプ作動方向に付勢されて回転するときには、電磁バルブ２４がＥＣＵ３０によって閉弁状態に切り替えられ、排気マニホルド１２内への二次空気の供給がなされないようになっている。
【００３７】
エアパイプ２２は、電動式エアポンプ２１の運転中の大気導入口となる一方の空気導入管部２２ａと、エンジン１０の冷却用の電動ファン２８の近傍に延びた他方の空気導入管部２２ｂと、これら空気導入管部２２ａ、２２ｂを合流させるとともに電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａに接続された集合管部２２ｃとを有している。
【００３８】
また、他方の空気導入管部２２ｂの上流側の開口部２２ｄは電動ファン２８からの送風を取り込むようフレア状に広く開いており、他方の空気導入管部２２ｂを通して電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａに空気を圧送する。これにより、電動式エアポンプ２１に加圧状態で流入して電動式エアポンプ２１内の図示しないロータ部分を回転させ、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂから流出する空気の流動が生じ、電動式エアポンプ２１を通電の無い状態で回転させることができるようになっている。すなわち、電動ファン２８は、エアパイプ２２の他方の空気導入管部２２ｂと協働して電動式エアポンプ２１を通る空気の流動を生じさせることにより、電動式エアポンプ２１を回転させることができる空気流動手段を構成している。
なお、空気流動手段は、電動式エアポンプ２１を通る空気の流動により、電動式エアポンプ２１のロータ部分を回転させることができるものであればよく、必ずしも電動式エアポンプ２１に空気を圧送するものに限定されるものではない。例えば、電動式エアポンプ２１の吐出側から空気を流出させ（吐出側圧力を低下させ）、電動式エアポンプ２１の吸入側と吐出側の差圧を生じさせるようなものでもよい。
【００３９】
電動ファン２８はＥＣＵ３０及びファンコントローラ３５によって制御されるようになっており、ファンコントローラ３５はＥＣＵ３０からポンプＰＷＭ（Pulse Width Modulation;パルス幅変調）信号に応じて電動ファン２８への通電をデューティ制御する機能を有している。すなわち、ファンコントローラ３５は、ＥＣＵ３０からのエアポンプ回転要求信号であるパルス信号の周期（オン時間＋オフ時間）に対するオン時間の長さの比を基に、電動ファン２８への通電電流を所定時間毎に可変制御することができる。
【００４０】
エアパイプ２２の空気導入管部２２ａ、２２ｂの分岐部には、例えば負圧により作動する吸入経路切替弁２６が設けられており、この吸入経路切替弁２６はＥＣＵ３０により開閉制御されるバキュームソレノイドバルブ２７の開閉に応じて、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを大気に開放する第１の切替位置Ｐ１（図１中に仮想線で示す）と、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを大気から遮断して空気導入管部２２ｂに接続させる第２の切替位置Ｐ２（図１中に実線で示す）とに切り替わるようになっている。なお、吸入経路切替弁２６は必ずしも吸気負圧を利用するものである必要はなく、バキュームソレノイドバルブ２７に代わる他のアクチュエータにより開閉制御されるものであってもよい。また、吸入経路切替弁２６は、バキュームソレノイドバルブ２７からの負圧が供給されないときに第２の切替位置Ｐ２又は第１の切替位置Ｐ１のうち任意の位置に復帰させることができるが、ここでは第１の切替位置Ｐ１に復帰するように付勢されているものとする。
【００４１】
一方、ＥＣＵ３０は、上述のようにエンジン１０の燃料噴射や点火時期等を電子制御する電子制御ユニット（ＥＦＩ−ＥＣＵ）を構成しており、その機能に加えて、電動式エアポンプ２１を通電により始動させるとき、その通電前に電動ファン２８から他方の空気導入管部２２ｂ内に空気を圧送・供給させることで、電動式エアポンプ２１を通る空気の流動（ポンプ前後の空気圧力の差）により回転させる機能を有している。
【００４２】
このＥＣＵ３０については、詳細なハードウェア構成を図示していないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びバッテリー５０を利用するバックアップ用メモリとしてのＢ−ＲＡＭ（Back-up ＲＡＭ）を備え、更に、Ａ／Ｄ変換器等を含む入力インターフェース回路と、リレー回路等を含む出力インターフェース回路と、定電圧電源回路等を含んで構成されている。
【００４３】
ここにいうＲＯＭには、エンジン１０の燃料噴射制御や点火時期制御等の電子制御を行うためのプログラムの他に、後述するエアポンプ始動制御プログラムが格納されている。また、Ｂ−ＲＡＭには各種設定値情報やマップ等が格納されており、電動式エアポンプ２１を作動させて排気管１２内への二次空気供給を行うことのできる運転条件やエンジン１０の運転状態に応じた電動ファン２８や電動式エアポンプ２１の駆動条件等を記憶できるようになっている。
【００４４】
ＥＣＵ３０の入力インターフェース回路には、エンジン１０を始動させる始動操作を検知するキースイッチ４１（始動検知手段、始動スイッチ）、触媒装置１５より上流側の排気マニホルド１２内の酸素濃度（図１中にＯ２で示す）を検知する酸素センサ４２及びエンジン１０の冷却水の温度（図１中にＴｗで示す）を検知する水温センサ４３に加えて、図示しないエンジン回転数センサ、エアフローメータ、スロットルセンサ、車速センサ、気筒判別センサ、吸気温センサ等が接続されており、これらセンサ群からのセンサ情報がＥＣＵ３０に取り込まれるようになっている。
【００４５】
また、キースイッチ４１は、エンジン１０を始動させる始動スイッチがＯＮ（オン）となる状態、例えば運転者によって始動キーが挿入される状態、キー操作が開始された状態、スタータボタンが押下された状態のいずれかを検知する始動検知手段であり、始動操作時にＥＣＵ３０にＯＮ信号が入力されるようになっている。
【００４６】
また、ＥＣＵ３０の出力インターフェース回路には、バキュームソレノイドバルブ２７、ドライバ回路３３及びファンコントローラ３５が接続されており、更に、バッテリー５０を電源としてエンジン１０をクランキングさせるスタータモータ（図示していない）に通電するとともにその通電をＯＮ／ＯＦＦさせるリレースイッチ回路、インジェクタの電磁駆動部、点火プラグを駆動するイグナイタ、燃料ポンプをＯＮ／ＯＦＦさせるリレースイッチ回路等が接続されている。ＥＣＵ３０はキースイッチ４１がオン状態となったとき、検知情報に基づいて電動ファン２８を制御するようになっている。
【００４７】
なお、バッテリー５０のプラス端子５１には図示しないオルタネータのプラス端子が接続されており、エンジン１０の運転時にはそのオルタネータからバッテリー５０のプラス端子５１側の電源ライン（図１中にＢ＋で示す）に給電されるようになっている。
【００４８】
次に、動作について説明する。
【００４９】
図２は、本実施形態の内燃機関の二次空気供給装置で実行される制御プログラムの概略の流れを示すフローチャートであり、この制御プログラムは，ＥＣＵ３０によって燃料噴射制御や点火時期制御等の他の制御プログラムと併行して，所定時間毎に繰り返し実行される。
【００５０】
まず、ＥＣＵ３０によりキースイッチ４１がＯＮ状態となったか否かが判別され（ステップＳ１１）、運転者による始動操作、例えば始動キーの挿入動作がされると、キースイッチ４１がオン状態となって、その判別結果がＹＥＳとなる。
【００５１】
ここでの判別結果がＹＥＳとなれば、次いで、ＥＣＵ３０によりバキュームソレノイドバルブ２７が励磁され、吸入経路切替弁２６が、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを大気に開放する第１の切替位置Ｐ１から、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを大気から遮断して電動ファン２８からの空気導入管部２２ｂに接続させる第２の切替位置Ｐ２に切り替わる（吸入経路切替弁２６が第２の切替位置Ｐ２に復帰するタイプである場合には、このときバキュームソレノイドバルブ２７を励磁することなく、吸入経路切替弁２６の切替位置が維持される）。また、これとほぼ同時に、ＥＣＵ３０からファンコントローラ３５にＰＷＭ信号が送られ、ファンコントローラ３５によって電動ファン２８への通電が開始されるとともに、前記ＰＷＭ信号に応じその通電電流が所定のデューティ比、例えば１００％に制御される（ステップＳ１２）。
【００５２】
このとき、電動ファン２８から送られる空気が、フレア状に広く開いたエアパイプ２２の上流側の開口部２２ｄに取り込まれて他方の空気導入管部２２ｂ内に圧送され、電動式エアポンプ２１に加圧された空気が供給されることになり、キースイッチ４１の始動操作時点で停止していた電動式エアポンプ２１が通電されないままの状態で空気の流動により回転し始める。ただし、この状態においては、電磁バルブ２４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂの排気マニホルド１２内への連通を遮断する閉弁状態にあり、排気マニホルド１２内に不必要な二次空気が導入されることはない。
【００５３】
次いで、ＥＣＵ３０により始動用のリレースイッチ回路がオン状態に切り替えられてスターターモータが起動され、エンジン１０のクランキングが開始されるとともに、インジェクタによる燃料噴射や点火プラグによる点火がＥＣＵ３０による電子制御で実行され、エンジン１０が始動される。なお、スターターモータはエンジン１０の回転数が完爆により自立回転可能な所定回転数に達すると、エンジン１０のクランク軸から切り離される。
【００５４】
次いで、スターターモータが起動されたか否かが判別される（ステップＳ１３）。このとき、スターターモータがまだ起動されていなければ、吸入経路切替弁２６が第２の切替位置Ｐ２に保持されるとともに、電動ファン２８への通電が継続される。
【００５５】
一方、スターターモータが既に起動されていれば（ステップＳ１３でＹＥＳの場合）、次いで、ＥＣＵ３０によりバキュームソレノイドバルブ２７の励磁が停止され、吸入経路切替弁２６が、第２の切替位置Ｐ２から第１の切替位置Ｐ１に切り替えられる（ステップＳ１４）。
【００５６】
また、ＥＣＵ３０内では冷間始動時等の所定の二次空気供給の条件が成立しているか否かがチェックされ、その条件が成立していれば、吸入経路切替弁２６の第１の切替位置Ｐ１への切替えと同時に、ＥＣＵ３０によりバッテリー５０を電源とする電動式エアポンプ２１への通電経路上のリレースイッチがＯＮ状態に切り替えられ、ドライバ回路３３から電動式エアポンプ２１への通電が開始された後、電磁バルブ２４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂをエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通させる開弁状態に切り替えられ、電動式エアポンプ２１により排気マニホルド１２内への二次空気の供給が開始される（ステップＳ１５）。
【００５７】
このときの電動式エアポンプ２１の始動時点には、電動式エアポンプ２１はエアパイプ２２内の空気及び電動式エアポンプ２１自身のロータ部分の慣性により回転を継続している状態にあるから、これらエアパイプ２２内の空気及び電動式エアポンプ２１自身のロータ部分が停止した状態から電動式エアポンプ２１を起動する場合に比べて、電動式エアポンプ２１の回転負荷は大幅に軽減されている。したがって、このとき、電動式エアポンプ２１の始動時の突入電流の立上りが、図３（ａ）に示すエアポンプ電流Ｉ（Ａ）のように低く抑えられることになり、電源ライン（図1中にＢ＋で示すバッテリー電圧の供給ライン）の電圧レベルＢ（例えば１２Ｖ）がさほど急激に落ち込むことはない。これに対し、エアパイプ２２内の空気及び電動式エアポンプ２１自身のロータ部分が停止した状態から電動式エアポンプ２１を起動する場合には、図３（ｂ）に示すように、電動式エアポンプの始動時突入電流の立上りのピークが例えば２２５Ａ程度と非常に大きくなり、電源電圧レベルＢ´が６〜７Ｖまで落ち込むことがある。
【００５８】
電動式エアポンプ２１への通電開始後は、通常の二次空気供給制御が実行され、例えばエンジン１０の冷間始動が完了すると、まず、電磁バルブ２４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂをエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通させる開弁状態からその連通を遮断する閉弁状態に切り替えられた後、ＥＣＵ３０により電動式エアポンプ２１への通電経路上のリレースイッチがＯＦＦ（オフ）状態に切り替えられ、ドライバ回路３３から電動式エアポンプ２１への通電が停止される。
また、電動ファン２８は、エンジン１０の運転状態や冷却水温等に応じ、ＥＣＵ３０及びファンコントローラ３５によってその運転状態に応じたディーティー比で通電電流を制御される。したがって、例えばエンジン１０の冷間始動直後は、二次空気供給用に増やされていた電動ファン２８への通電電流は減少傾向となり、その後はエンジン１０の運転状態等に応じて変化する。
【００５９】
このように、本実施形態においては、キースイッチ４１によりエンジン１０が始動される状態になったことが確実に検知され、電動式エアポンプ２１の始動時に、その電動式エアポンプ２１への通電前に電動ファン２８から圧送・供給される空気の流動によって電動式エアポンプ２１が予め回転させられ、その状態で電動式エアポンプ２１への通電がなされるので、電動式エアポンプ２１の始動時の回転負荷が軽減されることによって、その始動時突入電流が大幅に低減され、バッテリー電圧の落込みによるオルタネータの負荷急増やバッテリー５０の劣化といった問題が確実に解消される。
【００６０】
したがって、車両搭載システムのうち消費電流の大きいＶＳＣシステム（Vehicle Stability Control：車両安定性制御システム）やＥＣＢシステム（Electronically Controlled Brake System：電子制御ブレーキシステム)用の電子制御ユニット、あるいは、表示制御等のための電子制御ユニットが、内部のマイクロコンピュータの動作保証電圧を確保できずにリセットされたり、メータやヘッドライトが明滅してしまったりすることが確実に防止される。
【００６１】
また、本実施形態では、エンジン１０の始動時において、電動式エアポンプ２１への通電が開始される前に電動ファン２８を作動させて電動式エアポンプ２１が予め回転させられるので、既存の電動ファン２８を利用しながらも電動式エアポンプ２１の始動時の突入電流を確実に低減させることができる低コストの二次空気供給装置となる。
【００６２】
さらに、吸入経路切替弁２６が第１の切替位置Ｐ１に切り替えられたときには電動式エアポンプ２１により大気中の空気を吸入することが可能となり、吸入経路切替弁２６が第２の切替位置Ｐ２に切り替えられたときには電動ファン２８から電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａに空気を圧送供給することができるので、電動式エアポンプ２１の始動時にその突入電流を低減させるのとほぼ同時に、吸入経路切替弁２６を第１の切替位置Ｐ１に切替えることで、電動式エアポンプ２１による二次空気供給動作に円滑に移行させることができる。
【００６３】
なお、上述の実施形態においては、エンジン１０が始動される状態に至ったことをキースイッチ４１により直接的に検知していたが、本発明にいう始動検知手段は、車両のドアが開放されたことや、運転者が運転席のシートに着座したこと等といったように、運転者によるエンジン始動のための準備動作を運転席周りの特定の部位の変位等として検知するものであってもよく、始動操作状態のみならずその蓋然性の高い状態を検出するものであってもよい。
【００６４】
（第２の実施の形態）
図４及び図５は本発明による内燃機関の二次空気供給装置の第２の実施の形態を示す図である。
【００６５】
本実施形態は、電動式エアポンプの吐出側に配置する吐出経路切替弁から排気管への二次空気供給部分の態様が上述実施形態とは相違するものの、それ以外は上述の第１の実施の形態と類似するものであるので、図４中において、図１に示した第１の実施の形態の構成要素と同様なものについては、図１中の対応する構成要素と同一の符号で示し、以下、相違点について説明する。
【００６６】
本実施形態の内燃機関の二次空気供給装置では、電動式エアポンプ２１と排気マニホルド１２の間に吐出経路切替用の電磁バルブ６４（吐出経路切替弁）が設けられており、この電磁バルブ６４は、バルブプランジャ６４ａと、このバルブプランジャ６４ａを軸方向変位させる電磁コイル６４ｂとを有している。電磁バルブ６４のバルブプランジャ６４ａは、電磁コイル６４ｂの通電励磁状態に応じて、図４中の図示位置である第１の切替位置Ｐｖ１と、図４中の図示位置より下方に変位した第２の切替位置Ｐｖ２とに切り替わるようになっている。また、電磁バルブ６４は、エアパイプ２３に接続された入口ポート６４ｃと、大気中に開放された大気開放ポート６４ｄと、排気マニホルド１２内に連通する二次空気出口ポート６４ｅとを有しており、バルブプランジャ６４ａが第１の切替位置Ｐｖ１にあるときに電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂが大気に開放され、バルブプランジャ６４ａが第２の切替位置Ｐｖ２にあるときに電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂがエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通する。
【００６７】
ＥＣＵ３０は、電動ファン２８からの空気の圧送・供給によって電動式エアポンプ２１が回転するときには、電磁バルブ６４を第１の切替位置Ｐｖ１に切り替えて、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂから吐出される空気を大気中に排出させ、所定の二次空気供給条件が成立して電動式エアポンプ２１が通電により始動されるときには、電磁バルブ６４を第２の切替位置Ｐｖ２に切り替えて、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂからエンジン１０の排気マニホルド１２内に二次空気を供給させるようになっている。
【００６８】
また、車両に装備されたドア（図示していない）の開閉を検知する図外のドアスイッチ（始動検知手段）からのドア開放信号をＥＣＵ３０がボデー系ＥＣＵから受信するようになっている。そして、ＥＣＵ３０は、例えば冷間始動の場合で、キースイッチ４１が運転者により操作されるか運転席のドアが開放されたとき、電動ファン２８によって、電動式エアポンプ２１をエンジン１０の始動時に又はその始動に先立って予め回転させるようになっている。
【００６９】
図５は、本実施形態の内燃機関の二次空気供給装置で実行される制御プログラムの概略の流れを示すフローチャートであり、この制御プログラムは，ＥＣＵ３０によって燃料噴射制御や点火時期制御等の他の制御プログラムと併行して，所定時間毎に繰り返し実行される。
【００７０】
まず、キースイッチ４１がＯＮ状態となったか若しくはドア開放信号が入力されたか否かが判別され（ステップＳ２１）、その判別結果がＹＥＳであれば、バキュームソレノイドバルブ２７が励磁され、吸入経路切替弁２６が、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを大気に開放する第１の切替位置Ｐ１から、電動式エアポンプ２１の吸入口２１ａを電動ファン２８からの空気導入管部２２ｂに接続させる第２の切替位置Ｐ２に切り替わる。また、これとほぼ同時に、ＥＣＵ３０からファンコントローラ３５にＰＷＭ信号が送られ、ファンコントローラ３５によって電動ファン２８への通電が開始されるとともに、前記ＰＷＭ信号に応じその通電電流が所定のデューティ比、例えば１００％に制御される。さらに、電磁コイル６４ｂの通電励磁によって、電磁バルブ６４のバルブプランジャ６４ａが、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂを大気に開放する第１の切替位置Ｐｖ１に切り替えられる（ステップＳ２２）。
【００７１】
このとき、電動ファン２８から送られる空気が、エアパイプ２２の上流側の開口部２２ｄに取り込まれて他方の空気導入管部２２ｂ内に圧送され、電動式エアポンプ２１に加圧された空気が供給されることで電動式エアポンプ２１に流出入する空気の流動によって、エンジン１０の始動操作時点では停止していた電動式エアポンプ２１が通電されないままの状態で回転し始める。ただし、この状態においては、電磁バルブ６４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂの排気マニホルド１２内への連通を遮断する第1の切替位置Ｐｖ１にあり、排気マニホルド１２内に不必要な二次空気が導入されることがないとともに、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂから出た空気は大気中に排出される。
【００７２】
次いで、ＥＣＵ３０により始動用のリレースイッチ回路がオン状態に切り替えられてスターターモータが起動され、エンジン１０のクランキングが開始されるとともに、インジェクタによる燃料噴射や点火プラグによる点火がＥＣＵ３０による電子制御で実行され、エンジン１０が始動される。
【００７３】
次いで、スターターモータが起動されたか否かが判別される（ステップＳ２３）。このとき、スターターモータがまだ起動されていなければ、吸入経路切替弁２６が第２の切替位置Ｐ２に保持されるとともに、電動ファン２８への通電が継続され、電磁バルブ６４も第１の切替位置Ｐｖ１に保持される。
【００７４】
一方、スターターモータが既に起動されていれば（ステップＳ２３でＹＥＳの場合）、次いで、ＥＣＵ３０によりバキュームソレノイドバルブ２７の励磁が停止され、吸入経路切替弁２６が、第２の切替位置Ｐ２から第１の切替位置Ｐ１に切り替えられる（ステップＳ２４）。
【００７５】
また、ＥＣＵ３０内では冷間始動時等の所定の二次空気供給の条件が成立しているか否かがチェックされ、その条件が成立していれば、吸入経路切替弁２６の第１の切替位置Ｐ１への切替えと同時に、ＥＣＵ３０によりバッテリー５０を電源とする電動式エアポンプ２１への通電経路上のリレースイッチがＯＮ状態に切り替えられ、ドライバ回路３３から電動式エアポンプ２１への通電が開始された後、電磁バルブ６４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂをエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通させる第２の切替位置Ｐｖ２に切り替えられ、電動式エアポンプ２１により排気マニホルド１２内への二次空気の供給が開始される（ステップＳ２５）。
【００７６】
電動式エアポンプ２１の始動時点には、電動式エアポンプ２１はエアパイプ２２内の空気及び電動式エアポンプ２１自身のロータ部分の慣性により回転を継続している状態にあるから、これらエアパイプ２２内の空気及び電動式エアポンプ２１自身のロータ部分が停止した状態から電動式エアポンプ２１を起動する場合に比べて、電動式エアポンプ２１の回転負荷は大幅に軽減されている。したがって、このとき、電動式エアポンプ２１の始動時の突入電流の立上りが、上述の実施形態と同様に低く抑えられ、電源ライン（図４中にＢ＋で示すバッテリー電圧の供給ライン）の電圧レベルがさほど落ち込まずに済む。
【００７７】
電動式エアポンプ２１への通電開始後は、通常の二次空気供給制御が実行され、例えばエンジン１０の冷間始動が完了すると、まず、電磁バルブ６４が電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂをエンジン１０の排気マニホルド１２内に連通させる第２の切替位置Ｐｖ２からその連通を遮断して大気に開放する第１の切替位置Ｐｖ１に切り替えられた後、ＥＣＵ３０により電動式エアポンプ２１への通電経路上のリレースイッチがＯＦＦ状態に切り替えられ、ドライバ回路３３から電動式エアポンプ２１への通電が停止される。
【００７８】
このように構成された本実施形態においても、電動式エアポンプ２１の吐出口２１ｂを大気に開放した状態で電動ファン２８により電動式エアポンプ２１を通して空気を流動させ、電動式エアポンプ２１を回転させることができることから、電動式エアポンプ２１の通電による始動時の回転負荷が軽減する。したがって、電動式エアポンプ２１を通電により始動する際の始動時突入電流を低減させることができる。
【００７９】
また、電動ファン２８からの空気供給により電動式エアポンプ２１を回転させるとき、
吐出経路切替弁である電磁バルブ６４がＥＣＵ３０によって第１の切替位置Ｐｖ１に切り替えられるので、電動式エアポンプ２１の回転開始時及び通電による始動時の回転負荷がそれぞれ軽減されてその始動時回転数が高まることになり、始動時突入電流をより低減させることができる。
【００８０】
さらに、電動ファン２８によって電動式エアポンプ２１をエンジン１０の始動に先立って予め回転させることもできるので、エンジン１０の始動時におけるバッテリー電圧の落込みを確実に防止しつつ、エンジン１０の始動時の早期から二次空気供給を開始させることが可能となり、排気浄化性能を向上させることができる。
【００８１】
以上、説明したように、本発明は、電動式エアポンプの始動時に、その通電前に空気流動手段によって電動式エアポンプを予め回転させるようにしているので、電動式エアポンプの通電による始動時にその回転負荷を軽減させて突入電流を低減させることができ、バッテリー電圧の落込みによるオルタネータの負荷急増やバッテリーの劣化といった問題を解消するとともに、他システムの電子制御ユニットの動作保証電圧を確保することができる内燃機関の二次空気供給装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の二次空気供給装置、特に冷間始動時等に二次空気供給用の電動式エアポンプを作動させる内燃機関の二次空気供給装置全般に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関とその二次空気供給装置を示す概略ブロック構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置におけるエアポンプ始動前処理を実行する制御プログラムの概略処理手順を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は第１の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置におけるエアポンプ始動時の突入電流の低減効果を説明するグラフ、（ｂ）は比較例の二次空気供給装置におけるエアポンプ始動時の突入電流及び電源電圧の変化を示すグラフであり、それぞれ縦軸は電源電圧及びエアポンプ電流、横軸は時間である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関とその二次空気供給装置を示す概略ブロック構成図である。
【図５】第２の実施の形態に係る内燃機関の二次空気供給装置におけるエアポンプ始動前処理を実行する制御プログラムの概略処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  吸気マニホルド（吸気管）
１２  排気マニホルド（排気管）
１３  排気管
１５  触媒装置
２１  電動式エアポンプ
２１ａ  吸入口
２１ｂ  吐出口
２２、２３、２５  エアパイプ
２２ａ  一方の空気導入管部
２２ｂ  他方の空気導入管部
２２ｃ  集合管部
２２ｄ  開口部
２４  電磁バルブ（連通状態切替弁）
２６  吸入経路切替弁
２７  バキュームソレノイドバルブ
２８  電動ファン（空気流動手段）
３０  ＥＣＵ（制御手段）
３３  ドライバ回路
３５  ファンコントローラ
４１  キースイッチ（始動検知手段、始動スイッチ）
４２  酸素センサ
５０  バッテリー
５１  プラス端子
６４  電磁バルブ（吐出経路切替弁）
６４ａ  バルブプランジャ
６４ｂ  電磁コイル
６４ｃ  入口ポート
６４ｄ  大気開放ポート
６４ｅ  二次空気出口ポート
【図１】
2008184936.tif 000003
【図２】
2008184936.tif 000004
【図３】
2008184936.tif 000005
【図４】
2008184936.tif 000006
【図５】
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