(57)【要約】【課題】電動ポンプがオンになったとき、突入電流による電源の電圧の変化を低減し、それにともなう違和感を低減する電動ポンプ制御装置およびこれを用いた内燃機関システムを提供する。【解決手段】電動エアポンプ４０の突入電流が大きな通電開始の初期にあるとき、ＰＷＭ制御部５６によってバッテリ１５から電動エアポンプ４０にはパルス状の電流が供給される。これにより、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流がバッテリ１５の電圧降下を招く前に、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電は停止される。電動エアポンプ４０への通電の停止によってバッテリ１５の電圧が回復すると、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電は再開される。これを繰り返すことにより、電動エアポンプ４０の運転は維持されつつ、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への突入電流の低減、およびバッテリ１５の電圧降下の低減が図られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から電動ポンプへ供給する電力を制御する電動ポンプ制御装置であって、
前記電動ポンプを始動するとき、前記電源から前記電動ポンプへ加えられる電圧の変化量を所定値以内に維持する電圧制御手段を備える電動ポンプ制御装置。
【請求項２】
前記電圧制御手段は、前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流を、前記電動ポンプが始動してから所定の期間、周期的に断続することにより前記電源から前記電動ポンプへ加えられる電圧の変化量を前記所定値以内に維持する請求項１記載の電動ポンプ制御装置。
【請求項３】
前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流を断続する周期は、予め設定されている請求項２記載の電動ポンプ制御装置。
【請求項４】
前記電圧制御手段は、前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流をＰＷＭ制御する請求項３記載の電動ポンプ制御装置。
【請求項５】
前記電圧制御手段は、
前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出した前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流が所定上限値に達すると前記電源から前記電動ポンプへの電流の供給を停止し、電流の供給の停止により前記電源から前記電動ポンプへ供給される電流が所定下限値に達すると前記電源から前記電動ポンプへの電流の供給を再開する電流制御部と、
を有する請求項１記載の電動ポンプ制御装置。
【請求項６】
内燃機関から排出された排気に空気を供給する電動エアポンプと、
前記電源から前記電動エアポンプへ供給する電力を制御する請求項１から５のいずれか一項記載の電動ポンプ制御装置と、
を備える内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動ポンプ制御装置および内燃機関システムに関し、特に電動ポンプの作動にともなう電圧降下を低減する電動ポンプ制御装置およびこれを用いた内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両は、複数の電装品を備えている。電装品は、バッテリなどの電源から供給される電力によって作動する。このような電装品には、例えばヘッドライト、燃料ポンプ、エアコンディショナー、あるいはラジエータ冷却ファンなどが含まれている。特に近年では、車両に搭載されている内燃機関に、二次エアシステムを搭載することが提案されている（特許文献１参照）。二次エアシステムは、電動ポンプで内燃機関からの排気に新鮮な空気を供給することにより、排気に含まれる未燃焼の燃料を燃焼させている。未燃焼の燃料を燃焼させることにより、内燃機関の排気系に設けられている触媒は迅速に加熱される。その結果、例えば始動直後のように内燃機関およびその排気系に設けられている触媒の温度が低いときでも、触媒の活性を高めることができ、排気中に含まれる例えば未燃焼ガスなどが低減される。
【０００３】
しかしながら、二次エアシステムを含め、電動ポンプを含む電装品はモータによって駆動される。そのため、電動ポンプがオンになると、電動ポンプにはいわゆる突入電流として瞬間的に大きな電流が供給される。その結果、電動ポンプの作動とともに、瞬間的な電源の電圧降下が生じる。これにより、例えば点灯されているヘッドライトが瞬間的に暗くなったり、作動しているエアコンディショナーのファンの音が瞬間的に変化したりするなど、車両の搭乗者に違和感を生じさせるおそれがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７０５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、電動ポンプがオンになったとき、突入電流による電源の電圧の変化を低減し、それにともなう違和感を低減する電動ポンプ制御装置およびこれを用いた内燃機関システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明では、電圧制御手段を備えている。電圧制御手段は、電動ポンプを始動するとき、電源から電動ポンプへ加えられる電圧の変化量を所定値以内に維持する。これにより、電動ポンプの作動にともない電源から電動ポンプへ突入電流が流れるときでも、電源の電圧降下は低減される。したがって、突入電流による電源の電圧の変化を低減することができ、電源の電圧の変化にともなう違和感を低減することができる。
【０００７】
請求項２、３または４記載の発明では、電圧制御手段は、電源から電動ポンプへ供給される電流を周期的に断続する。すなわち、電動ポンプがオンされたとき、電源から電動ポンプへ電流を供給するものの、電源の電圧が降下する前に電流の供給を停止する。そして、電源の電圧が回復すると、電源から電動ポンプへの電流の供給を再開する。これを周期的に所定の期間繰り返すことにより、電源の電圧を維持しつつ電動ポンプを駆動する。電動ポンプが始動して所定の期間が経過すると、電動ポンプは定常的な運転状態へ移行する。そのため、電源から電動ポンプへ供給される電流は安定する。電圧制御手段は、電動ポンプの運転が安定するまでの所定の期間、電源から電動ポンプへ供給される電流を周期的に断続する。電源から電動ポンプへ供給される電流の断続は、例えば電動ポンプの特性などに応じて予め設定されており、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御が採用される。したがって、電動ポンプの電源がオンになっても、突入電流による電源の電圧の変化を低減することができ、電源の電圧の変化にともなう違和感を低減することができる。
【０００８】
請求項５記載の発明では、電圧制御手段は電流検出部を有している。電流検出部は、電源から電動ポンプへ供給される電流を検出する。電圧制御手段は、電流検出部で検出した電流に基づいて、電動ポンプへ供給される電流を断続する。具体的には、電圧制御手段は、検出した電流が所定上限値に達すると電源から電動ポンプへの電流の供給を停止し、検出した電流が所定下限値に達すると電流の供給を再開する。これを繰り返すことにより、電源の電圧を維持しつつ電動ポンプを駆動する。したがって、電動ポンプの電源がオンになっても、突入電流による電源の電圧の変化を低減することができ、電源の電圧の変化にともなう違和感を低減することができる。
【０００９】
請求項６記載の発明では、電動エアポンプは請求項１から５のいずれか一項記載の電動ポンプ制御装置によって電力が制御される。そのため、消費電力および突入電流の大きな電動ポンプが始動するときでも、電源の電圧の変化は低減される。したがって、電源の電圧の変化にともなう違和感を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による電動ポンプ制御装置を適用した内燃機関システム（以下、内燃機関システムを「エンジンシステム」という。）を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
【００１１】
図２は、本発明の第１実施形態によるエンジンシステム１０の構成の概略を示す。エンジンシステム１０は、エンジン本体１１、吸気系２０、排気系３０および電動エアポンプ４０および電動ポンプ制御装置（以下、「制御装置」と省略する。）５０を備えている。エンジン本体１１は、シリンダブロック１２を有している。シリンダブロック１２は、複数のシリンダ１３を形成している。シリンダ１３には、軸方向へ往復移動可能なピストン１４が収容されている。
【００１２】
吸気系２０は、吸気管２１、エアクリーナ２２、インジェクタ２３および吸気バルブ２４を有している。吸気管２１は、エアクリーナ２２とエンジン本体１１とを接続している。エアクリーナ２２から導入された空気は、吸気管２１を経由してエンジン本体１１へ吸入される。エアクリーナ２２は、導入される空気に含まれる異物を除去する。インジェクタ２３は、吸気管２１を流れる空気に燃料を噴射する。吸気バルブ２４は、吸気管２１からシリンダ１３への吸気の流れを断続する。
【００１３】
排気系３０は、排気管３１、触媒３２および排気バルブ３３を有している。排気管３１は、エンジン本体１１と排出口３４とを接続している。エンジン本体１１から排出された燃焼ガスは、排気管３１を経由して排出口３４から外部へ排出される。触媒３２は、例えばモノリス三元触媒などで構成されている。排気が触媒３２を通過することにより、排気に含まれるＮＯｘは還元され、ＣＯは酸化され、未燃焼の燃料は燃焼する。排気バルブ３３は、エンジン本体１１から排気管３１への排気の流れを断続する。
【００１４】
電動エアポンプ４０は、エンジン本体１１から排出された排気に空気を補給する。電動エアポンプ４０は、ポンプ通路４１および開閉弁４２を経由して排気管３１へ空気を供給する。ポンプ通路４１は、電動エアポンプ４０と排気管３１とを接続している。開閉弁４２は、ポンプ通路４１の電動エアポンプ４０とは反対側の端部を開閉する。電動エアポンプ４０は、制御装置５０からの指示によって作動が制御される。電動エアポンプ４０は、図示しない電動のモータ、およびモータによって駆動される回転部材を有している。モータの回転によって回転部材が回転すると、電動エアポンプ４０に吸入された空気が加圧され、加圧された空気が排気管３１へ供給される。
【００１５】
制御装置５０は、図１に示すようにＥＣＵ５１を有している。ＥＣＵ５１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ５１は、ＲＯＭに記録されているコンピュータプログラムにしたがって電動エアポンプ４０だけでなく、エンジンシステム１０の全体を制御する。ＥＣＵ５１は、入力部５２、空燃比センサ５３および温度センサ５４に接続している。入力部５２は、例えばエンジンシステム１０の各部へ操作を入力するためのスイッチ類などを有している。空燃比センサ５３は、図２に示すように排気管３１に設けられている。空燃比センサ５３は、排気中の酸素および未燃焼の燃料の濃度から排気の空燃比を検出する。空燃比センサ５３は、検出した空燃比を電気信号としてＥＣＵ５１へ出力する。温度センサ５４は、触媒３２に設けられている。温度センサ５４は、触媒３２の温度を検出する。温度センサ５４は、検出した触媒３２の温度を電気信号としてＥＣＵ５１へ出力する。ＥＣＵ５１は、入力部５２からの入力、ならびに空燃比センサ５３および温度センサ５４から入力された電気信号に基づいて電動エアポンプ４０などエンジンシステム１０の各部を制御する。
【００１６】
制御装置５０のＥＣＵ５１には、ヘッドライト５５およびＰＷＭ制御部５６が接続している。ヘッドライト５５は、エンジンシステム１０が搭載されている車両に設けられている。ＥＣＵ５１は、電源としてのバッテリ１５からヘッドライト５５への電力の供給を断続する。入力部５２のスイッチがオンされると、ＥＣＵ５１はバッテリ１５からヘッドライト５５へ電力を供給する。これにより、ヘッドライト５５は点灯する。
【００１７】
ＰＷＭ制御部５６は、ＥＣＵ５１からの指令にしたがってバッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流を制御する。ＰＷＭ制御部５６は、例えばリレーやスイッチング素子などを有しており、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流を制御する。ＰＷＭ制御部５６でバッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給する電流を制御することにより、電動エアポンプ４０の作動が制御される。また、ＰＷＭ制御部５６でバッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流を制御することにより、バッテリ１５の電圧降下が低減される。そのため、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ電力の供給が開始されたとき、バッテリ１５の電圧の変化量は所定値以内に維持される。ここで、ＥＣＵ５１およびＰＷＭ制御部５６は、特許請求の範囲の電圧制御手段を構成している。
【００１８】
電動エアポンプ４０は、例えばエンジン本体１１の始動直後などのように、エンジン本体１１および触媒３２の温度が低いとき作動する。エンジン本体１１の始動直後のように触媒３２の温度が低いとき、触媒３２は十分に機能しない。そのため、排出口３４から排出される排気は、触媒３２によって十分に浄化されない。そこで、エンジン本体１１の始動から短期間に触媒３２を加熱するため、電動エアポンプ４０により排気へ空気を供給する。これにより、エンジン本体１１からの排気に含まれる未燃焼の燃料は、電動エアポンプ４０から供給された空気によって燃焼する。その結果、燃料の燃焼熱によって触媒３２が加熱されるとともに、触媒３２の活性が低いときでも排出口３４から排出される排気に含まれる未燃焼の燃料は低減される。
【００１９】
次に、上述の構成によるエンジンシステム１０における電動エアポンプ４０の作動について説明する。
図３に示すように、所定の時期になると、電動エアポンプ４０は作動を開始する。すなわち、電動エアポンプ４０への電力の供給がオンになる。電動エアポンプ４０は、例えばエンジン本体１１の始動から１秒以内に作動を開始する。また、例えば触媒３２の温度が十分に高いエンジン本体１１の運転中であっても、電動エアポンプ４０の作動確認を行うために、電動エアポンプ４０への電力の供給をオンしてもよい。電動エアポンプ４０への電力の供給がオンになると、電動エアポンプ４０の端子間の電圧は上昇し、電動エアポンプ４０に供給される電流は迅速に立ち上がる。これにより、電動エアポンプ４０は作動を開始する。電動エアポンプ４０が作動を開始すると、電動エアポンプ４０からの空気の吐出圧力は徐々に上昇する。
【００２０】
上述のように電動エアポンプ４０への電力の供給がオンされたとき、電動エアポンプ４０には瞬間的に大きな電流、いわゆる突入電流が供給される。そのため、従来の電動エアポンプの場合、突入電流によるバッテリ電圧の低下、すなわち電圧降下を生じる。そこで、第１実施形態では、ＥＣＵ５１は、ＰＷＭ制御部５６により電動エアポンプ４０へ供給する電流を制御する。具体的には、ＥＣＵ５１は、ＰＷＭ制御部５６により電動エアポンプ４０へ供給する電流を周期的に断続する。これにより、電動エアポンプ４０への電力の供給がオンされたとき、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流は図４に示すようにパルス状となる。このパルス状に供給する電流の周期およびデューティ比を制御、すなわちＰＷＭ制御することにより、電動エアポンプ４０へ供給される電流は制限され、バッテリ１５の電圧降下は低減される。なお、電流の周期およびデューティ比は、例えば適用するエンジンシステム１０の要求および電動エアポンプ４０の特性などに応じて任意に設定することができる。
【００２１】
電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間、電動エアポンプ４０にはパルス状の電流が供給される。電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間が経過すると、電動エアポンプ４０の図示しないモータの回転が安定する。モータの回転が安定することにより、モータの逆起電力などによってバッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流は小さくなる。そのため、電流を継続的に供給しても、バッテリ１５の電圧降下は招かない。したがって、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間が経過したｔ１になると、パルス状の電流の供給を停止し、所定の電流を継続的に電動エアポンプ４０へ供給する。ＥＣＵ５１が電動エアポンプ４０へ電流を供給する期間、すなわち電動エアポンプ４０を作動させる期間は、ＥＣＵ５１が温度センサ５４から入手した排気の温度に基づいて変化する。すなわち、触媒３２が機能を発揮できる程度に十分に加熱されると、ＥＣＵ５１は電動エアポンプ４０による空気の供給を停止する。第１実施形態の場合、電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってからｔ１までの期間は、数分の１秒から数秒程度である。また、ＥＣＵ５１は、空燃比センサ５３から入手した排気の空燃比に基づいて、電動エアポンプ４０の回転数を制御する。すなわち、排気中の燃料の割合が大きくなると、ＥＣＵ５１は電動エアポンプ４０の回転数を高め空気の供給量を増加させる。
【００２２】
第１実施形態では、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０へ大きな突入電流が供給されるおそれのある通電開始の初期に、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流をＰＷＭ制御し、パルス状の電流を供給する。これにより、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流は制限される。すなわち、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流がバッテリ１５の電圧降下を招く前に、ＥＣＵ５１はバッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電を停止する。そして、電動エアポンプ４０への通電の停止によってバッテリ１５の電圧が回復すると、ＥＣＵ５１はバッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電を再開する。これを繰り返すことにより、電動エアポンプ４０の運転は維持されつつ、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への突入電流が低減される。したがって、バッテリ１５の電圧降下が低減され、例えばヘッドライト５５が瞬間的に暗くなるなどの違和感を低減することができる。
【００２３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるエンジンシステムの制御装置を図５に示す。
第２実施形態では、図５に示すように制御装置５０はスイッチ部５７および電流計５８を有している。スイッチ部５７は、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電力を断続する。スイッチ部５７は、例えばリレーやスイッチング素子などから構成されている。スイッチ部５７は、ＥＣＵ５１とともに特許請求の範囲の電圧制御手段を構成している。電流計５８は、スイッチ部５７と電動エアポンプ４０との間に設けられている。電流計５８は、スイッチ部５７を経由してバッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流を検出する。電流計５８は、検出した電流を電気信号としてＥＣＵ５１へ出力する。
【００２４】
第２実施形態では、ＥＣＵ５１は、電流計５８で検出した電流に基づいてスイッチ部５７を制御する。ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０の作動がオンになっているとき、電流計５８で検出した電流が予め設定されている上限値Ｉｍａｘに達すると、スイッチ部５７によりバッテリ１５から電動エアポンプ４０への電力の供給を遮断する。一方、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０の作動がオンになっているとき、電流計５８で検出した電流が予め設定されている下限値Ｉｍｉｎに達すると、スイッチ部５７によりバッテリ１５から電動エアポンプ４０への電力の供給を再開する。
【００２５】
第２実施形態による制御装置５０の作動について説明する。
図６に示すように、所定の時期になると、電動エアポンプ４０は作動を開始する。第２実施形態では、ＥＣＵ５１は、スイッチ部５７により電動エアポンプ４０へ供給する電流を断続する。これにより、電動エアポンプ４０への電力の供給がオンされたとき、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流は上限値Ｉｍａｘと下限値Ｉｍｉｎとの間で変化する。このように電流の供給を断続することにより、電動エアポンプ４０へ供給される電流はＩｍａｘ以下に制限され、バッテリ１５の電圧降下は低減される。なお、上限値Ｉｍａｘおよび下限値Ｉｍｉｎは、例えば適用するエンジンシステム１０の要求および電動エアポンプ４０の特性などに応じて任意に設定することができる。
【００２６】
電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間、電動エアポンプ４０に供給される電流は断続される。電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間が経過すると、電動エアポンプ４０の図示しないモータの回転が安定する。モータの回転が安定することにより、電流を継続的に供給しても、バッテリ１５の電圧降下は招かない。したがって、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０への電流の供給がオンになってから所定の期間が経過すると、スイッチ部５７による電流の断続を停止し、所定の電流を継続的に電動エアポンプ４０へ供給する。
【００２７】
第２実施形態では、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０へ大きな突入電流が供給されるおそれのある通電開始の初期に、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流を上限値Ｉｍａｘと下限値Ｉｍｉｎとの間に制御する。これにより、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流は制限される。すなわち、バッテリ１５から電動エアポンプ４０へ供給される電流がバッテリ１５の電圧降下を招く上限値Ｉｍａｘに到達すると、ＥＣＵ５１はバッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電を停止する。そして、ＥＣＵ５１は、電動エアポンプ４０への通電の停止によってバッテリ１５の電圧が回復すると、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への通電を再開する。これを繰り返すことにより、電動エアポンプ４０の運転は維持されつつ、バッテリ１５から電動エアポンプ４０への突入電流が低減される。したがって、バッテリ１５の電圧降下が低減され、例えばヘッドライト５５が瞬間的に暗くなるなどの違和感を低減することができる。
【００２８】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、エンジンシステム１０の電動ポンプとして、エンジン本体１１から排出された排気に空気を供給する電動エアポンプ４０を適用する例について説明した。しかし、本発明の電動ポンプには、電動エアポンプ４０に限らず、例えば燃料ポンプなど他の電動ポンプを適用することもできる。
【００２９】
以上のように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態によるエンジンシステムの制御装置を示すブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態によるエンジンシステムを示す模式図。
【図３】本発明の第１実施形態によるエンジンシステムにおいて、経過時間と、バッテリの電圧、電動エアポンプの端子間の電圧、電動エアポンプの供給電流、および電動エアポンプの吐出圧力との関係を示す概略図。
【図４】本発明の第１実施形態によるエンジンシステムにおいて、バッテリから電動エアポンプへ供給される電流波形を示す概略図。
【図５】本発明の第２実施形態によるエンジンシステムの制御装置を示すブロック図。
【図６】本発明の第１実施形態によるエンジンシステムにおいて、経過時間と、バッテリの電圧、電動エアポンプの供給電流、および電動エアポンプの吐出圧力との関係を示す概略図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：エンジンシステム（内燃機関システム）、１１：エンジン本体（内燃機関）、１５：バッテリ（電源）、４０：電動エアポンプ（電動ポンプ）、５０：制御装置（電動ポンプ制御装置）、５１：ＥＣＵ（電圧制御手段）、５６：ＰＷＭ制御部（電圧制御手段）、５７：スイッチ部（電圧制御手段）、５８：電流計（電流検出部、電圧制御手段）
【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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