(57)【要約】【課題】二次空気を供給するポンプ側への排気の逆流を抑制する。【解決手段】空気を吐出するポンプと、ポンプの出口を内燃機関の排気通路へ接続する二次空気供給管と、二次空気供給管内の圧力を検出する二次空気圧力検出装置と、排気通路内の圧力を検出する排気圧力検出装置と、二次空気圧力検出装置により検出される二次空気供給管内の圧力が、排気圧力検出装置により検出される排気通路内の圧力以上となるように、ポンプから吐出される空気の量を調整する吐出量制御装置と、を備える。【選択図】図２
2012225309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を吐出するポンプと、
前記ポンプの出口を内燃機関の排気通路へ接続する二次空気供給管と、
前記二次空気供給管内の圧力を検出する二次空気圧力検出装置と、
前記排気通路内の圧力を検出する排気圧力検出装置と、
前記二次空気圧力検出装置により検出される前記二次空気供給管内の圧力が、前記排気圧力検出装置により検出される前記排気通路内の圧力以上となるように、前記ポンプから吐出される空気の量を調整する吐出量制御装置と、
を備える二次空気供給システム。
【請求項２】
前記二次空気供給管が接続される箇所よりも下流側の排気通路に排気浄化触媒を備え、
前記吐出量制御装置は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合には、必要のない場合よりも、前記ポンプから吐出される空気の量を多くする請求項１に記載の二次空気供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次空気供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒よりも上流側に二次空気を供給するポンプを備え、該排気浄化触媒へ酸素を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような二次空気を供給するシステムでは、排気通路からポンプへ排気が逆流しないように、ポンプから排気通路までの間の二次空気供給管に逆止弁を備えている。このため、二次空気を供給する際に、逆止弁を開弁させるための余計なポンプ仕事が必要となり、ポンプが電動の場合には消費電力が増加する虞がある。また、内燃機関のクランクシャフトにより駆動されるポンプの場合には、逆止弁を開くために内燃機関に供給する燃料を増加する必要があるため、燃費が悪化する虞がある。また、ポンプの仕事が増加することによりポンプが発熱して、劣化する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０３９３９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６４８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次空気を供給するポンプ側への排気の逆流を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による二次空気供給システムは、
空気を吐出するポンプと、
前記ポンプの出口を内燃機関の排気通路へ接続する二次空気供給管と、
前記二次空気供給管内の圧力を検出する二次空気圧力検出装置と、
前記排気通路内の圧力を検出する排気圧力検出装置と、
前記二次空気圧力検出装置により検出される前記二次空気供給管内の圧力が、前記排気圧力検出装置により検出される前記排気通路内の圧力以上となるように、前記ポンプから吐出される空気の量を調整する吐出量制御装置と、
を備える。
【０００７】
二次空気供給管内の圧力が排気通路内の圧力以上となるようにポンプからの空気の吐出量を制御することにより、二次空気供給管に逆止弁を設けなくても、排気通路からポンプへ排気が逆流することを抑制できる。そして、逆止弁を開くための仕事が必要なくなるので、燃費の悪化または消費電力の増加、ポンプ負荷の増加を抑制できる。
【０００８】
本発明においては、前記二次空気供給管が接続される箇所よりも下流側の排気通路に排気浄化触媒を備え、
前記吐出量制御装置は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合には、必要のない場合よりも、前記ポンプから吐出される空気の量を多くすることができる。
【０００９】
排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合は、排気浄化触媒の温度が活性温度よりも低下する虞のあるときとしてもよい。これは、内燃機関から排出される排気の温度が低いために、排気浄化触媒の温度が低下する運転領域で運転されている場合とすることもできる。このような運転領域では、内燃機関の燃焼状態が不安定になるため、排気中に多くの未燃燃料が含まれている。このような未燃燃料は排気浄化触媒にて浄化される。そして、未燃燃料が酸化させるときに発熱するため、該排気浄化触媒の温度が上昇する。しかし、酸素の量が不足すると未燃燃料が浄化されず、且つ、排気浄化触媒の温度が低下してしまう。これに対し、二次空気の供給量を増加させることで、酸素が不足することを抑制できる。これにより、発熱量を増加させることができるため、排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。
【００１０】
一方、排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のない場合には、二次空気供給管内の圧力が排気通路内の圧力以上となっていればよく、二次空気供給管内において排気が逆流しない程度の圧力差があればよい。すなわち、排気浄化触媒へ空気を供給する必要がないため、排気が逆流しない程度に空気を吐出させればよい。
【００１１】
このように、必要に応じてポンプからの空気の吐出量を変化させることで、ポンプの仕事が減少するので、燃費の悪化または消費電力の増加、ポンプ負荷の増加を抑制できる。また、逆止弁を廃止することにより、逆止弁を設けたときに課題となる逆止弁へのデポジットの付着による該逆止弁の固着や、逆止弁のシールが不十分なことに起因する二次空気供給管への煤の堆積といったことがなくなる。その他、逆止弁を備えるものと比べて、逆止弁を介さない分、応答性が向上するといった効果も見込まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、二次空気を供給するポンプ側への排気の逆流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係る二次空気供給システムの概略構成を示す図である。
【図２】実施例１に係る二次空気供給装置の制御フローを示したフローチャートである。
【図３】機関回転数と、物理量と、ポンプの作動領域との関係を示した図である。
【図４】実施例２に係る二次空気供給装置の制御フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る二次空気供給システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００１５】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る二次空気供給システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関であっても、また、ガソリン機関であってもよい。
【００１６】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２の途中には、排気浄化触媒３が設けられている。排気浄化触媒３は、たとえば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型
ＮＯx触媒、三元触媒、酸化触媒などを例示できる。排気浄化触媒３は、酸化機能を有す
る触媒、または、還元剤と空気とを供給することで発熱する触媒としてもよい。
【００１７】
また、排気浄化触媒３よりも上流側の排気通路２には、二次空気供給装置４が備えられている。この二次空気供給装置４は、排気通路２内に開口する開口部４１、二次空気供給
管４２、およびポンプ４３を備えて構成されている。開口部４１は、排気通路２の内径よりも小さな外径となるように、且つ、排気通路２の中心軸と同軸の筒状となるように形成されている。この開口部４１は、二次空気供給管４２を介してポンプ４３に接続されている。ポンプ４３はたとえば電動モータを備えて構成され、その回転数に応じた空気を吐出する。そして、ポンプ４３が作動して空気を吐出することにより、排気通路２へ空気が供給される。なお、ポンプ４３は、内燃機関１のクランクシャフトから駆動力を得てもよい。また、ポンプ４３は、回転数を制御することで空気の吐出量を制御するものであってもよく、作動する時間と停止する時間とを調整することにより空気の吐出量を制御するものであってもよい。
【００１８】
二次空気供給管４２には、該二次空気供給管４２内の圧力を検出する二次空気圧力センサ１１が設けられている。また、開口部４１と排気浄化触媒３との間の排気通路２には、該排気通路２内の圧力を検出する排気圧力センサ１２が設けられている。また、排気浄化触媒３よりも下流側の排気通路２には、該排気通路２を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ１３が取り付けられている。この排気温度センサ１３の出力信号に基づいて排気浄化触媒３の温度が検出される。なお、本実施例では二次空気圧力センサ１１が、本発明における二次空気圧力検出装置に相当する。また、本実施例においては排気圧力センサ１２が、本発明における排気圧力検出装置に相当する。
【００１９】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２０】
ＥＣＵ１０には、上記センサが電気配線を介して接続され、該センサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、ポンプ４３が電気配線を介して接続され、このポンプ４３はＥＣＵ１０により制御される。
【００２１】
そして本実施例では、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるように、ＥＣＵ１０がポンプ４３を制御する。すなわち、二次空気圧力センサ１１により検出される圧力と、排気圧力センサ１２により検出される圧力と、を比較して、二次空気圧力センサ１１により検出される圧力が、排気圧力センサ１２により検出される圧力以上となるように、ポンプ４３を制御する。
【００２２】
たとえば、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２よりも低ければ、ポンプ４３から吐出される空気の量を増加させるか又はポンプ４３を作動させ、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上であればポンプ４３から吐出される空気の量を減少させるか又はポンプ４３を停止させる。
【００２３】
図２は、本実施例に係る二次空気供給装置４の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例では図２に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における吐出量制御装置に相当する。
【００２４】
ステップＳ１０１では、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上であるか否か判定される。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流しない状態であるか否か判定される。
【００２５】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２では、ポンプ４３が停止される。本ステップでは、ポンプ４３からの空気の吐出量を減少させてもよい。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流しない状態であるた
め、ポンプ４３を停止させるか、空気の吐出量を減少させることにより、ポンプ４３の仕事を減少させる。
【００２６】
一方、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では、ポンプ４３が作動される。本ステップでは、ポンプ４３からの空気の吐出量を増加させてもよい。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流する虞があるため、該排気が逆流しないようにポンプ４３から空気を吐出させる。
【００２７】
このようにして、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１を、排気通路２内の圧力Ｐ２以上に維持することで、二次空気供給管４２を排気が逆流することを抑制できる。これにより、逆止弁を廃止することができるため、燃費を向上させることができる。また、消費電力を低減させることができる。さらに、ポンプ４３が劣化することを抑制できる。
【００２８】
なお、本実施例では、二次空気圧力センサ１１と、排気圧力センサ１２と、設けているが、これに代えて、二次空気供給管４２内の圧力と排気通路２内の圧力との差を検出する差圧センサを設けてもよい。このような差圧センサによっても、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１と、排気通路２内の圧力Ｐ２と、を比較することができるため、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるようにポンプ４３を制御することができる。
【００２９】
また、本実施例では、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるように、ポンプ４３を制御しているが、これに代えて、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が０よりも大きくなるようにポンプ４３を制御してもよい。また、二次空気供給管４２内を排気が逆流しない程度にポンプ４３を制御してもよい。ここで、排気の流量や排気の温度、背圧などに基づいて、二次空気供給管４２内を排気が逆流するか否か判定することができる。また、予め実験等により求めたマップを用いてポンプ４３を制御することもできる。
【００３０】
＜実施例２＞
本実施例では、燃費の悪化を抑制しつつポンプ４３を作動させる。その他の装置などは実施例１と同じため説明を省略する。
【００３１】
本実施例では、排気浄化触媒３の温度を上昇させる必要がないときには、二次空気供給管４２内を排気が逆流しないように必要最低限の空気をポンプ４３から吐出させる。すなわち、排気浄化触媒３へ空気を供給する必要がないときには、ポンプ４３からの空気の吐出量を制限する。また、ポンプ４３を停止させても二次空気供給管４２内を排気が逆流しない場合には、該ポンプ４３を停止させてもよい。
【００３２】
たとえば、機関回転数ＮＥ、機関トルクＴＲＱ、燃料噴射量Ｑ、吸入空気量Ｇａ、排気流量Ｇｅｘ（＝Ｇａ＋Ｑ）、アクセル開度ＡＣＣＰ、排気圧力Ｐ６、単位時間当たりのアクセル開度の変化量（＝ＡＣＣＰ／ｓｅｃ）など、排気の圧力と相関関係にある物理量を用いてポンプ４３を制御する。これら物理量と、ポンプ４３の作動状態と、の関係を予め実験等により求めてマップ化しておいてもよい。なお、機関回転数ＮＥは、内燃機関１のクランクシャフトが所定角度回転する毎に信号を出力するクランクポジションセンサを設けることにより検出することができる。機関トルクＴＲＱは、燃料噴射量Ｑ又は吸入空気量Ｇａ、アクセル開度ＡＣＣＰに基づいて算出することができる。燃料噴射量ＱはＥＣＵ１０により算出される指令値を用いることできる。吸入空気量Ｇａは、吸気の流量を検出するエアフローメータを吸気通路に設けることにより検出することができる。排気流量Ｇｅｘは、吸入空気量Ｇａと燃料噴射量Ｑとを加算して算出することができる。アクセル開度ＡＣＣＰは、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサを設けることにより
検出することができる。排気圧力Ｐ６は、排気圧力センサ１２の検出値としてもよい。
【００３３】
また、内燃機関１から排出される未燃燃料（例えばＨＣ）の量が多く、且つ、排気浄化触媒３が活性状態にある場合には、ポンプ４３を作動させてもよい。これにより、排気浄化触媒３にて未燃燃料を浄化することができると共に、該排気浄化触媒３の活性を維持することができる。未燃燃料が排出されるか否かは、内燃機関１の運転状態により判断することができる。また、排気浄化触媒３が活性状態にあるか否かは、排気温度センサ１３により判断することができる。
【００３４】
図３は、機関回転数と、前記物理量と、ポンプ４３の作動領域との関係を示した図である。横軸は機関回転数ＮＥであり、縦軸は機関トルクＴＲＱ、又は、燃料噴射量Ｑ、吸入空気量Ｇａ、排気流量Ｇｅｘ、アクセル開度ＡＣＣＰ、排気圧力Ｐ６である。
【００３５】
ポンプ４３を作動させる領域を「作動」で示し、ポンプ４３を停止させる領域を「停止」で示している。図３の右上の「作動」で示される領域は、前記物理量及び機関回転数が大きな運転領域であり、高回転高負荷の運転領域である。この領域は、排気の圧力が比較的高くなる領域であり、このために二次空気供給管４２を排気が逆流する虞がある領域である。したがって、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるように、ポンプ４３を作動させる。
【００３６】
また、図３の「停止」の領域では、排気の圧力が比較的低いために二次空気供給管４２を排気が逆流する虞がなく、且つ、内燃機関１から未燃燃料が排出される虞のない領域である。この領域は、中回転中負荷の運転領域である。この領域では、ポンプ４３を停止させることにより、ポンプ４３の仕事を減少させることができる。なお、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるように、ポンプ４３を作動させてもよい。
【００３７】
また、図３の左下の「作動」で示される領域は、排気の圧力が比較的低いために、二次空気供給管４２を排気が逆流する虞はないが、内燃機関１からの未燃燃料の排出が多くなる領域である。この領域は、低回転低負荷の運転領域であり、排気浄化触媒３の温度が低下する虞のある領域である。すなわち、排気浄化触媒３の温度を上昇させる必要のある領域である。この領域では、排気中に未燃燃料が多く含まれるため、排気浄化触媒３が活性状態にあれば、二次空気を供給することで、排気浄化触媒３の温度上昇をはかることができる。したがって、図３の左下の領域では、排気浄化触媒３が活性状態にある場合に限り、ポンプ４３を作動させる。この場合、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１を、排気通路２内の圧力Ｐ２以上とするために必要となる空気量よりも多くの空気量を必要とする。このため、ポンプ４３からの空気の吐出量を、他の領域（排気浄化触媒３の温度を上昇させる必要のない領域）よりも多くする。
【００３８】
図４は、本実施例に係る二次空気供給装置４の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０により所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本実施例では図４に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における吐出量制御装置に相当する。
【００３９】
ステップＳ２０１では、図３に示したマップの「作動」領域内であるか否か判定される。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流する状態であるか否か、又は二次空気を供給して未燃燃料を酸化させることができるか否か判定される。
【００４０】
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。ステップＳ２０２では、ポンプ４３が作動される。本ステップでは、ステップＳ２０１で否定判定が
なされた場合よりも、ポンプ４３からの空気の吐出量を増加させてもよい。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流する虞があるため、該排気が逆流しないようにポンプ４３から空気を吐出させる。または、排気浄化触媒３に二次空気を供給することで、未燃燃料が酸化されるようにポンプ４３から空気を吐出させる。本ステップでは、二次空気供給管４２内の圧力Ｐ１が、排気通路２内の圧力Ｐ２以上となるようにポンプ４３から空気を吐出させる。その後、ステップＳ２０４へ進む。
【００４１】
一方、ステップＳ２０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３では、ポンプ４３が停止される。本ステップでは、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合よりも、ポンプ４３からの空気の吐出量を減少させてもよい。すなわち、二次空気供給管４２内を排気が逆流しない状態であるため、ポンプ４３を停止させるか、空気の吐出量を減少させることにより、仕事を減少させる。
【００４２】
ステップＳ２０４では、排気浄化触媒３の温度上昇が必要か否か判定される。すなわち、図３の左下の「作動」の運転領域であるか否か判定される。合わせて、排気浄化触媒３の温度が活性温度に達しているか否か判定してもよい。ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進み、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００４３】
ステップＳ２０５では、ポンプ４３からの空気の吐出量が増加される。このときには、排気浄化触媒３にて未燃燃料が酸化されるようにポンプ４３が制御される。このときの空気の吐出量は、予め設定された固定値としてもよく、推定される未燃燃料の量に応じて多くしてもよい。
【００４４】
このようにして、ポンプ４３から空気を吐出する必要のある場合には、必要に応じてポンプ４３を作動させることにより、燃費を向上させることができ、消費電力を減少させることができ、ポンプ４３の故障を抑制することができる。
【００４５】
なお、本実施例では、排気浄化触媒３の温度を上昇させる必要があるときに、内燃機関１から未燃燃料を排出させつつ二次空気を供給させてもよい。また、排気浄化触媒３の温度を上昇させる必要があるときに、排気浄化触媒３よりも上流側に還元剤を供給しつつ二次空気を供給してもよい。このように供給される未燃燃料や還元剤が空気により排気浄化触媒３にて発熱するために、排気浄化触媒３の温度を上昇させることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     排気浄化触媒
４     二次空気供給装置
１０   ＥＣＵ
１１   二次空気圧力センサ
１２   排気圧力センサ
１３   排気温度センサ
４１   開口部
４２   二次空気供給管
４３   ポンプ
【図１】
2012225309.tif 000003
【図２】
2012225309.tif 000004
【図３】
2012225309.tif 000005
【図４】
2012225309.tif 000006