(57)【要約】【課題】  二次空気供給装置が、複数の電動エアポンプを駆動する場合の電圧降下を抑制しつつ、複数の触媒の活性化を最適に制御する。【解決手段】  複数本の排気管５，６を備え、各排気管内に触媒８，９がそれぞれ配置されている。触媒上流の排気管内に空気を供給するための電動エアポンプＰ１，Ｐ２を各排気管に対応して具備し、各電動エアポンプＰ１，Ｐ２の駆動タイミングを所定時間ずらして調整する。また、先に駆動する電動エアポンプは触媒８，９の温度の低い側から駆動するように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が配置された複数本の排気管内への空気の供給を制御する内燃機関の二次空気供給制御装置であって、
各排気管の触媒の上流に空気を供給する複数の二次空気供給手段の制御を行う二次空気供給制御手段と、
検出した各排気管の触媒温度の差が所定値以上のとき、触媒温度が低い排気管に対応する二次空気供給手段を、他の排気管に対応する二次空気供給手段よりも先に駆動させるように、前記二次空気供給制御手段に制御を行わせる駆動順序制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の二次空気供給制御装置。
【請求項２】
前記各排気管に対応する二次空気供給手段の作動時間を二次空気供給手段毎に積算する積算手段と、
前記駆動順序制御手段は、検出した各排気管の触媒温度の差が所定値以内のとき、前記積算された作動時間が短い二次空気供給手段を他の二次空気供給手段よりも先に作動させるように、前記二次空気供給制御手段に制御を行わせ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管内へ二次空気を供給する二次空気供給装置を制御する二次空気供給制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を浄化するために排気通路の途中に三元触媒などが設けられているが、このような触媒は、所定の活性化温度にならないと十分な浄化性能を発揮できない。
【０００３】
そこで近年では、エンジンの冷間始動時などのように触媒が低温状態のときに、触媒を早期に活性化させるために二次空気供給装置が用いられている。この二次空気供給装置は、触媒の上流側の排気管に二次空気を供給する配管を配置して構成され、触媒へ二次空気を供給するものである。すなわちエンジンに供給する燃料の量を通常より多くして、シリンダから未燃成分を排気させる一方、二次空気供給配管を介して触媒の上流側に二次空気を供給してその未燃成分を反応させる。これにより、その反応によって発生した反応熱で触媒を短時間で温めることができる。
一方、エンジンには、複数の気筒を直列に配置して排気ガスを１つの排気管から排出するもののほか、Ｖ型エンジンのように、吸気管につながる複数の気筒をグループに分割して左右のバンクに配置したものがある。このようなエンジンでは、各バンクに対応して複数の排気管が設けられ、各排気管に触媒が設けられる。したがって、このような場合には、それぞれの触媒に対して別個に二次空気を供給する必要がある。
【０００４】
しかし、電動エアポンプを複数設置すると消費電力が大きくなる。このため、これらの電動エアポンプを同時に駆動すると、その起動時に電源を供給するバッテリの電圧降下が著しく大きくなってしまい、車両を制御する電子制御装置に十分な作動電流が供給されなくなるおそれがあるという問題がある。
【０００５】
こうした事情に鑑み、特許文献１には、複数の電動エアポンプの通電開始タイミングを異ならせる発明が開示されている。
また、上記従来装置では、先に通電する電動エアポンプを電動エアポンプの駆動履歴に基づいて決定し、電動エアポンプの劣化の偏りを防止している。
【特許文献１】特開２００７−２７０７３０
【特許文献２】特開２００７−２４０３４
【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、上記従来装置では、先に駆動する電動エアポンプを各触媒の活性化状態を考慮せずに設定しているため、排ガス特性が一時的に悪化するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、この点に着目してなされたものであり、特に内燃機関始動時における触媒の活性化を適切に行うことができる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】
【０００８】
本発明では上記問題を解決するために、触媒が配置された複数本の排気管内への空気の供給を制御する内燃機関の二次空気供給制御装置であって、各排気管の触媒の上流に空気を供給する複数の二次空気供給手段の制御を行う二次空気供給制御手段と、検出した各排気管の触媒温度の差が所定値以上のとき、触媒温度が低い排気管に対応する二次空気供給手段を、他の排気管に対応する二次空気供給手段よりも先に駆動させるように、前記二次空気供給制御手段に制御を行わせる駆動順序制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の二次空気供給制御装置を提供する。
また、本発明では、前記各排気管に対応する二次空気供給手段の作動時間を二次空気供給手段毎に積算する積算手段と、前記駆動順序制御手段は、検出した各排気管の触媒温度の差が所定値以内のとき、前記積算された作動時間が短い二次空気供給手段を他の二次空気供給手段よりも先に作動させるように、前記二次空気供給制御手段に制御を行わせ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を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の二次空気供給装置によれば、触媒の温度が低い側から電動エアポンプを作動させ、二次空気を供給するので、触媒の活性状態が悪い側から適切に暖機でき、エミッションを向上させることができる。
また、各触媒の温度差が所定値以内のときは、各電動エアポンプの駆動積算時間の少ない方から先に作動させるので、電動エアポンプの劣化の偏りを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の二次空気供給装置を備えた内燃機関を示している。図１において、１は内燃機関の本体を示し、＃１〜＃４はそれぞれ第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒を示している。各気筒には、それぞれ対応して、燃料噴射弁２１、２２、２３、２４が設けられている。また、各気筒には、それぞれに対応する吸気枝管３を介して吸気管４が接続されている。また、第１気筒および第４気筒には、第１の排気枝管５が接続されており、第２気筒および第３気筒には、第２の排気枝管６が接続されている。すなわち、第１気筒と第４気筒とをまとめて第１気筒群と称し、第２気筒と第３気筒とをまとめて第２気筒群と称したとき、第１気筒群には、第１の排気枝管５が接続されており、第２気筒群には、第２の排気枝管６が接続されている。そして、これら排気枝管５，６は、下流側において合流し、共通の１つの排気管７に接続されている。
なお、第１の排気枝管５は、下流側では１つの排気枝管であるが、上流側では２つに分岐しており、これら２つに分岐した排気枝管がそれぞれ第１気筒および第４気筒に接続されている。同様に、第２の排気枝管６も、下流側では１つの排気枝管であるが、上流側では２つに分岐しており、これら２つに分岐した排気枝管がそれぞれ第２気筒および第３気筒に接続されている。
【００１１】
各排気枝管５，６の集合部分には、それぞれ、三元触媒８，９が配置されており、排気管７には、排気ガス中の特定成分を浄化する触媒１０が配置されている。三元触媒８，９は、その温度が或る温度（いわゆる、活性温度）以上であって、且つ、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）を高い浄化率にて浄化する。
また、三元触媒８、９には図示していないが触媒温度センサが取り付けれている。
また、各三元触媒８，９上流の排気枝管５，６の集合部分には、それぞれ、空気管１１，１２が取り付けられている。各空気管１１，１２には、それぞれ、排気枝管５，６の集合部分から離れる方向へ順に、逆止弁１３，１４、制御弁１５，１６、電動エアポンプＰ１ 、Ｐ２ 、エアフィルタ１７ ， １８ が配置されている。また、制御弁１５，１６ と電動エアポンプＰ１ 、Ｐ２ との間の空気管１１，１２ には、それぞれ、空気管内の空気の圧力を検出するための圧力センサ１９，２０が取り付けられている。また、電動エアポンプＰ１、Ｐ２ には、共通の１つのバッテリＢ から電力が供給され、電動エアポンプはこの電力でもって作動する。
【００１２】
電動エアポンプＰ１、Ｐ２は、エアフィルタ１７，１８ を介して空気を取り込んで排気枝管５，６の集合部分に向かって空気を吐出するものであって、それぞれ、独立してその作動が制御可能なものである。また、制御弁１５，１６は、電動エアポンプＰ１、Ｐ２ から吐出された空気を排気枝管５，６の集合部分に供給するか否かを切り換えるためのものである。制御弁１５，１６が開弁されると、空気が電動エアポンプＰ１、Ｐ２から排気枝管５，６の集合部分に供給され、制御弁１５，１６が閉弁されると、電動エアポンプＰ１、Ｐ２から排気枝管５，６の集合部分への空気の供給が遮断される。逆止弁１３，１４は、排気枝管５，６から電動エアポンプＰ１、Ｐ２へと流体が逆流することを防止するためのものである。
【００１３】
このように、それぞれ独立してその作動が制御可能な電動エアポンプＰ１、Ｐ２ を各三元触媒８，９に対応して設けたことにより、様々な要求に応じて各三元触媒８、９ 毎に適した流量の空気を供給することができる。
【００１４】
なお、図１において、電子制御装置（ＥＣＵ）１００ は、双方向性バス１０ １によって相互に接続された入力ポート１０２ 、出力ポート１０３ 、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１０４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１０５、および、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１０６を有する。ＥＣＵ１００の入力ポート１０２には、圧力センサ１９，２０が接続されており、該圧力センサ１９，２０の出力信号が入力される。また、ＥＣＵ１００の出力ポート１０３は、制御弁１５，１６、燃料噴射弁２１〜２４、および、電動エアポンプＰ１、Ｐ２に接続されている。
【００１５】
ところで、本実施形態では、各電動エアポンプＰ１、Ｐ２を作動すべきときには、図２のフローようにして作動せしめられる。すなわち、各電動エアポンプＰ１、Ｐ２を作動すべきときには、まず始めに、ステップＳ１で触媒８、９の温度差が所定値以上かをチェックし、所定値以上であればステップＳ２に移行し、所定値以内であればステップＳ１０に移行する。
【００１６】
ステップＳ２で、触媒８の温度のほうが低いと判断すると、ステップＳ３で電動エアポンプＰ１を駆動し、ステップＳ４で電動エアポンプＰ１の駆動が所定時間計時すれば、ステップＳ５で電動エアポンプＰ２を駆動する。
【００１７】
また、ステップＳ２で、触媒８の温度のほうが高いと判断すると、ステップＳ７で電動エアポンプＰ２を駆動し、ステップＳ８で電動エアポンプＰ２の駆動が所定時間計時すれば、ステップＳ９で電動エアポンプＰ１を駆動する。
【００１８】
また、ステップＳ１０で、電動エアポンプＰ１、Ｐ２の積算駆動時間をチェックし、電動エアポンプＰ１の積算駆動時間のほうが短ければ、ステップＳ１１で電動エアポンプＰ１を先に駆動させ、ステップＳ１２で電動エアポンプＰ１の駆動が所定時間計時すれば、ステップＳ１３で電動エアポンプＰ２を駆動する。
【００１９】
また、ステップＳ１０で、電動エアポンプＰ２の積算駆動時間のほうが短いと判断すると、ステップＳ１４に移行し、電動エアポンプＰ２を先に駆動させ、ステップＳ１５で電動エアポンプＰ２の駆動が所定時間計時すれば、ステップＳ１６で電動エアポンプＰ１を駆動する。
【００２０】
また、ステップＳ６で電動エアポンプＰ１と電動エアポンプＰ２それぞれの駆動時間を積算し、例えばＥＥＰＲＯＭ１０７に記憶する。
【００２１】
このように、電動エアポンプの作動を制御することには、以下のような利点がある。すなわち、本実施形態のように、各排気管内に触媒が配置されている場合、各触媒の温度上昇が運転状態によって異なるため、それぞれの触媒の暖機を適切に行わなければ、エミッションの悪化に繋がる。また、共通の１つのバッテリＢから各電動エアポンプに電力が供給されるようになっているため、各電動エアポンプの作動を同時に開始させると、バッテリＢの電圧が一時的に急激に下がってしまう。
ところが、本実施形態のように、各触媒の温度（触媒の活性化状態）によって、各電動エアポンプの作動開始タイミングをずらすようにすれば、こうしたバッテリ電圧の急激な降下を避けつつ、適切に触媒の活性化を行うことができる。
【００２２】
このように、本実施形態において、各電動エアポンプＰ１、Ｐ２を作動すべきときとは、例えば、内燃機関が始動されたとき等、三元触媒８，９の温度が予め定められた温度（特に、三元触媒がその浄化能力を発揮するいわゆる活性温度）よりも低いときである。すなわち、内燃機関の運転中に、電動エアポンプから三元触媒に空気が供給されると（もちろん、このように三元触媒に空気を供給するときには、対応する制御弁１５，１６は開弁されており、以下同様である）、この供給された空気は、三元触媒に流入したときに排気ガス中の未燃炭化水素と燃焼反応するので、三元触媒の温度が上昇することになる。したがって、三元触媒の温度が活性温度よりも低いときに、電動エアポンプから三元触媒に空気が供給されれば、三元触媒の温度を活性温度にまで上昇させることができる。
【００２３】
また、本実施形態において、例えば、先に駆動した電動エアポンプがＰ１であった場合、第１電動エアポンプＰ１を作動させてから第２電動エアポンプＰ２を作動させるまでの上記所定の時間は、例えば、バッテリＢの電圧や内燃機関を冷却するための冷却水の温度や外気温などに基づいて決められる。すなわち、第１電動エアポンプＰ１を作動した後において、バッテリＢの電圧が通常予定されている値よりも低いときには、バッテリＢの電圧が通常予定されている値に回復するまで第２電動エアポンプＰ２の作動の開始を待つべきである。したがって、上記所定の時間を決めるに当たってバッテリＢの電圧を考慮する場合には、バッテリＢの電圧が通常予定されている値よりも低いほど上記所定の時間を長く設定するとよい。
【００２４】
また、図３に示したように、複数の気筒（図３の例では、３つの気筒）からなる気筒群を複数（図３の例では、２つ）有する内燃機関にも本発明を適用可能である。次に、図３に示した実施形態について説明する。図３において、１Ａ、１Ｂは内燃機関の本体をそれぞれ示し、♯１〜♯６は第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒、第５気筒、第６気筒をそれぞれ示している。各気筒には、それぞれ対応して、燃料噴射弁３１，３２，３３，３４，３５，３６が設けられている。また、第１気筒、第２気筒、および、第３気筒には、それぞれ対応する吸気枝管３Ａを介して吸気管４が接続されている。また、第４気筒、第５気筒、および、第６気筒には、それぞれ対応する吸気枝管３Ｂを介して吸気管４が接続されている。また、第１気筒、第２気筒、および、第３気筒には、第１の排気枝管５が接続されており、第４気筒、第５気筒、および、第６気筒には、第２の排気枝管６が接続されている。すなわち、第１気筒、第２気筒、および、第３気筒をまとめて第１気筒群と称し、第４気筒、第５気筒、および、第６気筒をまとめて第２気筒群と称したとき、第１気筒群には、第１の排気枝管５が接続されており、第２気筒群には、第２の排気枝管６が接続されている。そして、これら排気枝管５，６は、下流側において合流し、共通の１つの排気管７に接続されている。
【００２５】
各排気枝管５，６には、それぞれ、三元触媒８，９が配置されており、排気管７には、排気ガス中の特定成分を浄化する触媒１０が配置されている。
【００２６】
また、各三元触媒８，９上流の排気枝管５，６には、それぞれ、空気管１１，１２が取り付けられている。各空気管１１，１２には、それぞれ、排気枝管５，６から離れる方向へ順に、逆止弁１３，１４、制御弁１５，１６、エアポンプＰ１、Ｐ２、エアフィルタ１７，１８が配置されている。また、制御弁１５，１６とエアポンプＰ１、Ｐ２との間の空気管１１，１２には、それぞれ、圧力センサ１９，２０が取り付けられている。また、エアポンプＰ１、Ｐ２には、共通の１つのバッテリＢから電力が供給され、エアポンプはこの電力でもって作動せしめられる。
【００２７】
また、図３に示した実施形態においても、電子制御装置（ＥＣＵ）１００は、双方向性バス１０１によって相互に接続された入力ポート１０２、出力ポート１０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）１０４、ＲＯＭ（リードオンリメモリ） １０５、および、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１０６を有する。そして、ＥＣＵ１００の入力ポート１０２には、圧力センサ１９，２０が接続されており、該圧力センサ１９，２０の出力信号が入力される。また、ＥＣＵ１００の出力ポート１０３は、制御弁１５，１６、燃料噴射弁３１〜３６、および、エアポンプＰ１、Ｐ２に接続されている。
【００２８】
また、図３に示した実施形態の内燃機関は、いわゆるＶ 型内燃機関である。図３に示したＶ 型内燃機関は、２つのバンク１Ａ、１Ｂを有し、各バンク１Ａ、１Ｂにそれぞれ気筒群が設けられている。各気筒群は、３つの気筒（これらは、図３に示した実施形態の気筒♯１〜♯３、♯４〜♯６に相当する）からなる。Ｖ型内燃機関では、一方の気筒群の気筒の中心軸線と他方の気筒群の気筒の中心軸線とがＶ字をなすように各バンク１Ａ、１Ｂが配置されている。
【００２９】
このように、本発明をＶ 型内燃機関に適用すれば、各バンクに対応してエアポンプが設けられることになるので、各エアポンプが小型のエアポンプであっても、各三元触媒にその温度を上昇させるのに十分な量の空気を供給することができる。また、両エアポンプを作動させるべきときに各エアポンプの作動開始タイミングがずらされるので、バッテリ電圧の急激な降下も避けられる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の空気供給装置を備えた内燃機関の一例を示す図である。
【図２】二次空気供給制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適応可能なＶ型内燃機関の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１Ａ、１Ｂ：内燃機関本体
３：吸気枝管
４：吸気管
５、６：排気枝管
７：排気管
８、９：三元触媒
１０：排気浄化触媒
１１、１２：空気管
１３、１４：逆止弁
１５、１６：制御弁
１７、１８：エアフィルタ
１９、２０：圧力センサ
２１〜２４、３１〜３６：燃料噴射弁
１００：電子制御装置（ＥＣＵ）
１０１：双方向性バス
１０２：入力ポート
１０３：出力ポート
１０４：ＣＰＵ
１０５：ＲＯＭ
１０６：ＲＡＭ
１０７：ＥＥＰＲＯＭ
Ｂ：バッテリ
Ｐ１、Ｐ２：エアポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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