(57)【要約】【課題】多気筒エンジンの二次空気供給装置において、二次空気供給量の制御を行ない、二次空気を駆動する時期や二次空気供給弁の開き駆動時間（噴射パルス）を管理する手段である二次空気供給弁の駆動用回路を省略しつつ、その回路を備えているのと同様の駆動を実現することにある。【解決手段】制御手段は、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能を備え、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調する機能を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給状態を制御可能な燃料供給手段を備えた多気筒エンジンの排気通路の途中に触媒を設け、この触媒の上流側の前記排気通路に二次空気供給手段の二次空気配管を臨ませて設け、この二次空気配管に供給する二次空気の供給状態を制御するとともに前記多気筒エンジンの排気行程に同期して二次空気を供給可能な制御手段を設けた多気筒エンジンの二次空気供給装置において、前記制御手段は、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能を備え、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調する機能を備えていることを特徴とする多気筒エンジンの二次空気供給装置。
【請求項２】
前記排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給との同調は、二次空気及び燃料の各供給量を決定する機械的性能を予め設定することにより、供給開始時から供給終了時までの時間を一致させることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの二次空気供給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、二次空気の供給圧を、二次空気ポンプの駆動することにより昇圧して、二次空気レギュレータにより所定の圧力に調整して保持し、二次空気供給弁の供給時間により噴射供給するよう制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の多気筒エンジンの二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒エンジンの二次空気供給装置に係り、特に排気通路に二次空気を導入する多気筒エンジンの二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両においては、エンジンの冷機始動等による暖機時に、排気ポート内に二次空気を導入して未燃ＨＣやＣＯの酸化反応を促進し、この酸化反応によって未燃ＨＣやＣＯを浄化しつつ、排気温度を上昇させて触媒を早期活性化させる二次空気供給装置が設けられているものがある。
【０００３】
従来、エンジンの二次空気供給装置には、エンジンの暖機時に、エンジン温度等に応じて二次空気導入時間を設定し、この二次空気供給時間が経過するまでの間、所定量の二次空気を連続的に排気ポート内に供給するものがある。
しかし、このように連続的な二次空気導入は、排気弁の閉中に導入された二次空気の停留により、排気温度の低下を招いてしまい、触媒の早期昇温を阻害することになる。
このため、エンジンの二次空気供給装置としては、排気行程に同期した二次空気の導入が有効とされ、排気行程に限って空気導入を行うことで、未燃ＨＣやＣＯの浄化に有効的に作用し、二次空気を過剰に導入することの弊害をなくすものがある。
【特許文献１】特公平４−３５６０６号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来、多気筒エンジンの二次空気供給装置において、上記の排気行程の同期の方法は、気筒数分の二次空気供給弁と同じように、気筒数分の供給弁駆動回路（ドライバ）が必要になり、よって、制御回路の複雑化と高コスト化が余儀なくされ、また、個別の回路では過渡状態等の同調が難しくなるという不都合があった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、制御回路の複雑化と高コスト化を回避しつつ、二次空気の供給を適正に行わせることができる多気筒エンジンの二次空気供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、燃料の供給状態を制御可能な燃料供給手段を備えた多気筒エンジンの排気通路の途中に触媒を設け、この触媒の上流側の前記排気通路に二次空気供給手段の二次空気配管を臨ませて設け、この二次空気配管に供給する二次空気の供給状態を制御するとともに前記多気筒エンジンの排気行程に同期して二次空気を供給可能な制御手段を設けた多気筒エンジンの二次空気供給装置において、前記制御手段は、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能を備え、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調する機能を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の多気筒エンジンの二次空気供給装置は、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調させ、制御回路の複雑化と高コスト化を回避しつつ、二次空気の供給を適正に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明は、制御回路の複雑化と高コスト化を回避しつつ、二次空気の供給を適正に行わせる目的を、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調させて実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
【実施例】
【０００９】
図１〜図６は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１は車両に搭載される多気筒エンジン（４気筒エンジン：♯１〜♯４）、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４は吸気ポート、５は排気ポート、６はピストン、７は燃焼室、８は吸気弁、９は吸気カム軸、１０は排気弁、１１は排気カム軸、１２は点火コイル、１３は点火栓である。
【００１０】
多気筒エンジン１には、吸気装置１４が設けられる。
この吸気装置１４において、シリンダヘッド３には吸気ポート４に連通して吸気通路１５を形成する吸気マニホルド１６が接続され、この吸気マニホルド１６の上流側にサージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７にはスロットルボディ１８が取り付けられ、このスロットルボディ１８に吸気管１９が接続され、そして、この吸気管１９の上流側にエアクリーナ２０が取り付けられている。
スロットルボディ１８は、スロットル弁２１を備え、また、バイパス空気通路２２を形成するとともにこのバイパス空気通路２２を開閉するバイパス空気制御弁２３を備えている。
多気筒エンジン１には、排気装置２４が設けられる。
この排気装置２４において、シリンダヘッド３には排気ポート５に連通して排気通路２５を形成する排気マニホルド２６が接続され、この排気マニホルド２６には排気管２７が接続され、また、この排気管２７には排気マニホルド２６側の上流側触媒２８とこの上流側触媒２８よりも下流側で下流側触媒２９とが設けられている。
また、吸気マニホルド１６には、ＥＧＲ装置３０として、排気マニホルド２６に形成したＥＧＲガス入口３１とエアクリーナ２０に形成したＥＧＲガス出口３２とを連通するＥＧＲ還流通路３３が設けられ、また、このＥＧＲ還流通路３３を開閉するＥＧＲ制御弁３４が取り付けられている。
【００１１】
多気筒エンジン１には、燃料の供給状態を制御可能な燃料供給手段３５が設けられる。
この燃料供給手段３５は、シリンダヘッド３の吸気ポート４に臨むように取り付けられた燃料噴射弁（インジェクタ）３６と、燃料を貯留する燃料タンク３７と、この燃料タンク３７と燃料噴射弁３６とを連結する燃料供給管３８と、燃料タンク３７内の燃料を燃料噴射弁３６側に圧送する燃料ポンプ３９と、燃料供給管３８の途中に設けた燃料フィルタ４０と、この燃料フィルタ４０よりも燃料噴射弁３６側で燃料供給管３８の途中に設けた燃料レギュレータ４１と、この燃料レギュレータ４１の圧力室４２に連絡するとともにサージタンク１７内に連通する圧力管４３と、燃料レギュレータ４１に連通するとともに燃料タンク３７に開放した燃料戻り管４４とを備えている。
【００１２】
シリンダヘッド３には、ＰＣＶ弁４５を介してサージタンク１７に連通するＰＣＶ管４６と、スロットル弁２１の上流側のスロットルボディ１８内に連通するブローバイガス管４７とが接続している。
【００１３】
多気筒エンジン１の排気通路２５の途中には、二次空気供給手段４８が設けられる。
この二次空気供給手段４８において、シリンダヘッド３には、触媒である上流側触媒２８の上流側の排気通路２５としての排気ポート５に二次空気配管（導入路）４９が臨んで設けられる。
この二次空気配管４９の途中には、二次空気供給弁（インジェクタ）５０が取り付けられている。また、二次空気供給管４９には、二次空気供給弁５０よりも上流側で二次空気レギュレータ５１及び空気フィルタ５２を備えた二次空気ポンプ５３が設けられている。
【００１４】
点火コイル１２と燃料噴射弁３６と二次空気供給弁５０と二次空気レギュレータ５１と二次空気ポンプ５３とは、制御手段（ＥＣＭ）５４に連絡している。この制御手段５４は、燃料噴射弁３６からの燃料の噴射を制御する燃料噴射制御手段５５と、二次空気供給弁５０からの二次空気の供給を制御する二次空気供給制御手段５６とを備えている。また、制御手段５４は、前記ＥＧＲ制御弁３４と、シリンダブロック２に取り付けられた水温センサ５７と、排気マニホルド２６に取り付けられた排ガスセンサであるＯ２センサ５８と、サージタンク１７に取り付けられた吸気圧センサ５９と、エアクリーナ２０に取り付けられた吸気温センサ６０及びエアフローメータ６１とに連絡している。
制御手段５４の燃料噴射制御手段５５は、燃料噴射弁３６から噴射される燃料噴射時期及び燃料噴射時間（燃料噴射量）を制御して、最適な量の燃料を噴射するものである。この燃料噴射時期及び燃料噴射時間（燃料噴射量）は、多気筒エンジン１の始動時に実行される始動時噴射制御、通常運転時に実行される始動後噴射制御により決定される。また、燃料噴射制御手段５５は、運転状態に応じて燃料カット制御を実行する。
また、制御手段５４の二次空気供給制御手段５６は、二次空気配管４９に供給する二次空気の供給状態を制御するとともに、多気筒エンジン１の排気行程に同期して二次空気を供給可能なものである。
【００１５】
制御手段５４の燃料噴射制御手段５５は、図２に示すように、基本噴射時間設定部５５Ａと、始動時基本噴射時間設定部５５Ｂと、補正部５５Ｃと、噴射時間設定部５５Ｄとを備えている。
基本噴射時間設定部５５Ａは、エアフローメータ６１とクランク角センサ６２とに連絡するとともに、噴射時間設定部５５Ｄに接続している。
始動時基本噴射時間設定部５５Ｂは、水温センサ５７に連絡するとともに、噴射時間設定部５５Ｄに接続している。
補正部５５Ｃは、水温センサ５７とＯ２センサ５８とエアフローメータ６１とクランク角センサ６２との他に、吸気温センサ６０とスロットルセンサ６３とＥＳＰコントローラ６４とＡＴコントローラ６５とＡ／Ｆセンサ６６とＪ／Ｂアッシスイッチ６７とバッテリ６８とに連絡し、さらに、大気圧センサ６９とパージ信号センサ７０とに連絡している。
噴射時間設定部５５Ｄは、燃料噴射弁３６に連絡している。
燃料噴射弁３６の供給量は、
供給量＝燃料噴射弁の弁口＊供給圧＊弁開時間
で求められる。この場合、この供給量は、燃料噴射弁３６の弁口と供給圧とを設計時に予め設定し、弁開時間によって一致される。
そして、燃料噴射制御手段５５において、始動時噴射制御の場合に、燃料噴射時期であっては、始動時の冷却水温度に応じた噴射時期を定め、クランク角センサ６２の信号に同期したシーケンシャル噴射をし、また、燃料噴射時間にあっては、冷却水温度により決定される始動時基本噴射時間にスロットル開度補正、エンジン回転数補正、大気圧補正を加えて決定し、冷却水温度が低い程噴射時間を長くして始動性を向上する。
また、始動後噴射制御の場合に、燃料噴射時期にあっては、同期噴射として、通常時、設定した噴射終了時期となるように噴射開始時期を算出し、シーケンシャル噴射を行い、非同期噴射として、減速時燃料カット復帰時、急加速時等にクランク角センサ６２の信号に同期せず、一時的に全気筒同時噴射を行い、また、燃料噴射時間にあっては、吸入空気量とエンジン回転数とにより基本噴射時間を決定し、この基本噴射時間に各センサからの信号による補正（電圧補正、暖機補正、始動後増量補正、高温再始動補正、加速増量減速減量補正、空燃比フィードバック補正、空燃比学習補正、パージ濃度補正、Ｄレンジシフト補正等）を加えて運転状態に応じた最適な燃料噴射時間を決定する。
【００１６】
また、二次空気供給弁５０の供給量は、上記の燃料噴射弁３６の供給量と同様に、
供給量＝二次空気供給弁の弁口＊供給圧＊弁開時間
で求められる。この場合、供給量は、二次空気供給弁５０の弁口と供給圧とを設計時に予め設定し、弁開時間によって一致される。
【００１７】
制御手段５４の二次空気供給制御手段５６は、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能を備え、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給を同調する機能を備え、このため、図１に示すように、気筒判別手段５６Ａと同調手段５６Ｂとを備えている。
上記の排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給を同調は、二次空気及び燃料の各供給量を決定する機械的性能を予め設定、つまり、上記のように、燃料噴射弁３６の弁口と供給圧とを設計時に予め設定することにより、供給開始時から供給終了までの時間を一致させる。
また、二次空気供給制御手段５６は、二次空気の供給圧を、二次空気ポンプ５３の駆動することにより昇圧して、二次空気レギュレータ５１により所定の圧力に調整して保持し、二次空気供給弁５０の供給時間により噴射供給するよう制御する。
【００１８】
図５は、一般的な４気筒エンジン（♯１〜♯４）における気筒毎の各行程と噴射（弁通電期間）のタイムチャートを示す。
現在の燃料噴射制御手段５５における最も一般的なシーケンシャル噴射においては、気筒毎の噴射時期制御がなされ、この図５の場合、排気行程に同期した燃料の噴射が行われている。
上述したように、二次空気導入（インジェクション）の効率を向上させるためには、気筒別に排気行程に同期した二次空気導入を行うべきであり、そのため、この実施例においては、燃料噴射弁３６の駆動信号（通電パルス）を用い、この駆動信号（通電パルス）をそのまま（排気行程に応じた）各気筒の二次空気供給弁５０の駆動信号として用いる。つまり、図５の例において、燃料噴射気筒と二次空気供給とが一致するものであり、各気筒の燃料噴射は、排気行程に同期しており、第１の気筒の二次空気導入はそのまま第１の気筒の燃料噴射弁３６の駆動パルス、第２の気筒の２次空気導入はそのまま第２の気筒の燃料噴射弁３６の駆動パルスを用いることで、排気行程に同期した二次空気供給弁５０の駆動をすることができる。
また、図６に示すタイムチャートのように、吸気行程に同期した燃料噴射を行っている４気筒エンジン（♯１〜♯４）において、燃料噴射気筒と二次空気供給とが一致しないものであり、第１の気筒の二次空気導入は第２の気筒の燃料噴射弁３６のの駆動パルス、第２の気筒の二次空気導入は第４の気筒の燃料噴射弁３６の駆動パルスを用いること等で、各気筒とも、排気行程に同期した二次空気供給弁５０の駆動をすることができる。
更に、エンジンの状態や、運転条件によって、図５の噴射モードと図６の噴射モードとを切り替え、燃料噴射弁３６の噴射時期を大きく変えるようなエンジンにあっても、噴射時期の切り替え時に同期して、排気行程に対応する他の気筒の燃料噴射弁３６の駆動パルスを拾って二次空気供給弁５０を駆動することで、常に排気行程に同期させた二次空気導入の制御を行うことができる。
【００１９】
図３は、二次空気制御のフローチャートを示す。
図３に示すように、制御手段５４のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、先ず、冷却水温度を取り込み（ステップＡ０２）、そして、エンジン始動後か否かを判断する（ステップＡ０３）。
このステップＡ０３がＹＥＳの場合には、冷却水温度が所定値以下か否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、エンジン回転数が所定値以内か否かを判断する（ステップＡ０５）。
このステップＡ０５がＹＥＳの場合には、二次空気空気ポンプ５３をオンとし（ステップＡ０６）、前記ステップＡ０２に戻す。
前記ステップＡ０３、前記ステップＡ０４、前記ステップＡ０５が夫々ＮＯの場合には、二次空気ポンプ５３をオフとし（ステップＡ０７）、プログラムをエンドとする（ステップＡ０８）。
【００２０】
図４は、排気行程に同期した二次空気供給弁５０の駆動パルスを選択するためのフローチャートを示す。
図４に示すように、制御手段５４のプログラムがスタートすると（ステップＢ０１）、先ず、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能として、二次空気供給弁５０の制御の問い合わせを行うとともに（ステップＢ０２）、各気筒の排気行程に対応の気筒番号を取得する（ステップＢ０３）。
そして、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し、且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給を同調する機能として、排気行程に対応した弁駆動信号を二次空気供給弁５０の駆動信号に切り替えるとともに（ステップＢ０４）、二次空気供給弁５０を駆動する（ステップＢ０５）。
このステップＢ０５の処理後は、プログラムをエンドとする（ステップＢ０６）。
【００２１】
即ち、制御手段５４の二次空気供給制御手段５６において、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能とし、排気行程の燃料噴射の供給と二次空気の供給を同調させる。この同調は、供給開始時から供給終了までの時間を一致させる。そして、二次空気の供給圧を二次空気ポンプ５３の駆動により昇圧して、所定の圧力に保持し、二次空気供給弁５０により噴射供給する。
燃料噴射が排気行程にある気筒を判別する機能は、複数備えた噴射モードの選択状態に基づいて、排気行程にある気筒と燃料噴射時期にある気筒との組合せを一義に決めている。これにより、図５のような通常時のシーケンシャル噴射モードでは、排気行程にある気筒と燃料噴射時期にある気筒とが、共に一の気筒に定まる。図６のような吸気行程時の同期シーケンシャル噴射モードでは、排気行程にある一の気筒と燃料噴射時期にある他の気筒との組合せが定まる。これらを、一の気筒及び他の気筒の中から対応する特定の気筒の組み合せを選んでいる。
また、二次空気ポンプ５３を駆動する制御量と二次空気レギュレータ５１を駆動する制御量とを、二次空気供給制御手段５６によって可変制御することにより、二次空気供給弁の開き駆動時間（噴射パルス）によって供給量を増減する変更状態を管理できる。
更に、二次空気及び燃料の各供給量を決定する機械的性能とは、各燃料噴射弁３６、二次空気供給弁５０の各弁開口径と、供給圧力とを基本にし、これらを予め相関させて定めることにより、二次空気供給弁の開き駆動時間（噴射パルス）によって供給量を管理できるだけでなく、相関性も確保できる。
【００２２】
以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明において、制御手段５４は、燃料噴射が排気行程にある気筒を一の気筒及び他の気筒の中から判別する機能を備え、一の気筒について排気行程に二次空気を供給し且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調する機能を備える。
これにより、二次空気供給量の制御を行ない、二次空気を駆動する時期や二次空気供給弁の開き駆動時間（噴射パルス）を管理する手段である二次空気供給弁の駆動用回路を省略しつつ、その回路を備えているのと同様の駆動を実現できる。
請求項２に係る発明において、排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給との同調は、二次空気及び燃料の各供給量を決定する機械的性能を予め設定することにより、供給開始時から供給終了時までの時間を一致させる。
これにより、二次空気供給弁の開き駆動時間（噴射パルス）を、燃料噴射の駆動時間と一致させることができる。
請求項３に係る発明において、制御手段５４は、二次空気の供給圧を、二次空気ポンプ５３の駆動することにより昇圧して、二次空気レギュレータ５１により所定の圧力に調整して保持し、二次空気供給弁５０の供給時間により噴射供給するよう制御する。
これにより、二次空気供給弁５０の開き駆動時間（噴射パルス）を、燃料噴射の駆動時間と一致させつつ、二次空気の供給量を変更することができる。
【００２３】
なお、この発明は、上述の実施例に限定されず、種々応用改変が可能であることは勿論である。
例えば、上述の実施例では、各々の気筒が吸入・圧縮・膨張・排気と違った行程となる示す４気筒エンジンが基本となるが、８気筒エンジンでもよく、一般的なシーケンシャル噴射であれば、排気行程に同期した燃料噴射を行うので、４気筒エンジン以外での多気筒エンジンでも、排気行程に同期した二次空気導入を行うことが可能である。
また、二次空気導入量を可変にしたい場合は、二次空気の導入圧を二次空気レギュレータにより可変にし、空気噴射圧を調整することで、連続的に二次空気噴射量を可変にすることができる。
更に、燃料噴射制御手段と二次空気供給制御手段とを、共にに一つの制御手段（ＥＣＭ）に備わる機能としたが、それぞれの機能に対し個別の制御手段（ＥＣＭ）を設けて互いに通信できるように構成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
一の気筒について排気行程に二次空気を供給し、且つ排気行程の二次空気の供給と燃料噴射の供給とを同調させる制御を、他の制御と併用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】多気筒エンジンの二次空気供給装置のシステム構成図である。
【図２】制御手段の燃料噴射制御手段のブロック図である。
【図３】二次空気導入のフローチャートである。
【図４】排気行程に同期した二次空気供給弁の駆動パルスを選択するためのフローチャートである。
【図５】一般的な４気筒エンジンにおける気筒毎の各行程と噴射（弁通電期間）のタイムチャートである。
【図６】吸気行程での噴射のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２６】
１  多気筒エンジン
３  シリンダヘッド
５  排気ポート
２６  排気マニホルド
２８  上流側触媒
３５  燃料供給手段
３６  燃料噴射弁
４８  二次空気供給手段
４９  二次空気配管
５０  二次空気供給弁
５１  二次空気レギュレータ
５３  二次空気ポンプ
５４  制御手段
５５  燃料噴射制御手段
５６  二次空気供給制御手段
５７  水温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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