(57)【要約】【課題】外気の湿度を考慮して凍結を防ぐことができる内燃機関の二次空気供給装置を提供できる。【解決手段】本実施例に係るエンジンシステムは、外気を吸引して吐出するエアポンプ４２と、エアポンプ４２から吐出された外気をエンジン１０の排気系に供給する二次空気供給路４１と、外気の絶対湿度を検出するための外気温センサ３６、湿度センサ３７と、検出された外気の絶対湿度に応じてエアポンプ４２の作動を制御するＥＣＵ５０とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を吸引して吐出するエアポンプと、
前記エアポンプから吐出された外気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給路と、
外気の湿度に関する情報を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段の検出結果に応じて前記エアポンプの作動を制御する制御手段とを備えている、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】
前記制御手段は、前記湿度が所定値以上の場合には前記エアポンプを作動させない、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】
前記制御手段は、前記湿度検出手段の検出結果に応じて前記エアポンプを作動させることにより該エアポンプ及び二次空気供給路を掃気する掃気処理を実行する、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】
凍結した前記エアポンプが解凍したことを検出する解凍検出手段を備え、
前記制御手段は、前記解凍検出手段が前記エアポンプの解凍を検出した場合に前記掃気処理を実行する、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５】
前記湿度検出手段は、外気の絶対湿度に関する情報を検出する、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか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に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系には、排気を浄化するための触媒が設けられている。このような排気浄化触媒は、通常、所定の温度領域でその排気浄化触媒の能力を発揮する。従って、触媒の温度が低いときには、外気を排気系に流すことによって、排気中に含まれる有害成分を再燃焼させて触媒の活性化を促進し、有害成分の排出の低減を図る二次空気供給装置が知られている。特許文献１には、二次空気供給装置の凍結を診断する技術が開示されている。
【０００３】
また、二次空気供給装置の凍結は、二次空気供給装置内に発生した凝縮水が凍結することによって起こるものと考えられる。特許文献２には、凝縮水が蒸発するまで、エアポンプの運転を継続する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０１８３４号公報
【特許文献２】特開平５−１８７２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二次空気供給装置内に発生する凝縮水の量は、二次空気供給装置内に導入される外気の湿度によって変動する。発生する凝縮水の量が多いと、凝縮水が凍結して氷となり、二次空気供給装置の作動に支障をきたす恐れがある。しかしながら上記特許文献では、二次空気供給装置内に導入される外気の湿度を考慮して、二次空気供給装置の凍結を防止する技術については開示されていない。
【０００６】
したがって本発明の目的は、外気の湿度を考慮して凍結を防ぐ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である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、外気を吸引して吐出するエアポンプと、前記エアポンプから吐出された外気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給路と、外気の湿度に関する情報を検出する湿度検出手段と、前記湿度検出手段の検出結果に応じて前記エアポンプの作動を制御する制御手段とを備えている、ことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置によって達成できる。
【０００８】
外気の湿度は、二次空気供給路又はエアポンプ内に発生し得る凝縮水の量と関係するため、外気の湿度に関する情報に応じてエアポンプの作動を制御することにより、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【０００９】
上記構成において、前記制御手段は、前記湿度が所定値以上の場合には前記エアポンプを作動させない、構成を採用できる。これにより、湿度の高い外気が二次空気供給路又はエアポンプ内に導入されることによって凝縮水が発生することを防止できる。これにより、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【００１０】
上記構成において、前記制御手段は、前記湿度検出手段の検出結果に応じて前記エアポンプを作動させることにより該エアポンプ及び二次空気供給路を掃気する掃気処理を実行する、構成を採用できる。この構成により、エアポンプ及び二次空気供給経路を掃気することができるので、内部に溜まった凝縮水を排出することができる。これにより、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【００１１】
上記構成において、凍結した前記エアポンプが解凍したことを検出する解凍検出手段を備え、前記制御手段は、前記解凍検出手段が前記エアポンプの解凍を検出した場合に前記掃気処理を実行する、構成を採用できる。凍結したエアポンプが解凍した後は、エアポンプ又は二次空気供給経路内に凝縮水が溜まっている可能性が高いが、直ちに掃気処理を実行することにより、凝縮水をエアポンプ又は二次空気供給経路内から排出でき、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【００１２】
上記構成において、前記湿度検出手段は、外気の絶対湿度に関する情報を検出する、構成を採用できる。外気の絶対湿度に関する情報を検出するので、エアポンプ又は二次空気供給路内に凝縮水が発生して凍結し得るか否かに基づいて、エアポンプの作動を制御することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、外気の湿度を考慮して凍結を防ぐことができる内燃機関の二次空気供給装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【００１５】
図１は、二次空気供給装置を含むエンジンシステムの構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る二次空気供給装置は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）１０に取り付けられ、エンジン１０の排気系に二次空気を供給するものである。エンジン１０には、吸気管２０と排気管２１とが取り付けられている。吸気管２０には、スロットル２４が配置され、吸気フィルタ２５に接続されている。吸気フィルタ２５とスロットル２４との間には、吸入空気量を測定するためのエアフロメータ３３が配置されている。
【００１６】
排気管２１下流には、排気を浄化する触媒２２が配置されており、触媒２２の上流と下流の双方に排気中の酸素濃度を検出するためのＯ２センサ３１、３２が配置されている。また、エンジン１０には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ３４が設けられている。また、エンジン１０の回転数を検出するクランク角センサ３５が設けられている。
【００１７】
二次空気供給装置は、二次空気供給路４１、エアポンプ４２、エアスイッチングバルブ４３、圧力センサ４５などから構成される。エアポンプ４２は、外気を吸引して、二次空気供給路４１を通じてエンジン１０の排気系に、外気を二次空気として吐出する。エアポンプ４２は、ＥＣＵ５０から制御信号を受けて駆動する。二次空気供給路４１は、エンジン１０の排気系における触媒２２より上流側に接続され、二次空気を供給可能に構成されている。
【００１８】
二次空気供給路４１には、エアフィルタ４８、エアポンプ４２、エアスイッチングバルブ４３が外気吸入側からエンジン排気系側に向けて順次配設されている。エアスイッチングバルブ４３は、二次空気供給路４１を開閉する機能を有する。開状態時に二次空気の流通を許容し、閉状態時に二次空気の流通を禁止する。エアスイッチングバルブ４３の開閉制御は、例えば電磁弁４７の開閉を通じて行われる。
【００１９】
電磁弁４７は、吸気管２０とエアスイッチングバルブ４３との間を接続する配管４６上に配設されている。この電磁弁４７が開状態となることにより、配管４６を通じてエアスイッチングバルブ４３がエア吸引される。このエア吸引により、エアスイッチングバルブ４３が開状態となる。一方、電磁弁４７が閉状態となることにより、エアスイッチングバルブ４３のエア吸引が停止する。これにより、エアスイッチングバルブ４３が閉状態となる。このエアスイッチングバルブ４３には、エンジン排気系側からエア吸入側へのエアの逆流を防止するエア逆止弁４４が内蔵されている。
【００２０】
二次空気供給路４１におけるエアポンプ４２とエアスイッチングバルブ４３の間には、圧力センサ４５が設けられている。圧力センサ４５は、エアポンプ４２の吐出圧を検出する。
【００２１】
二次空気供給装置は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などから構成され、二次空気供給装置を含む、エンジンシステム全体の制御を行うものである。ＲＯＭには、後述する二次空気供給処理、掃気処理を実行するためのプログラムが格納されている。ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２に接続され、エアポンプ４２に作動制御信号を出力し、エアポンプ４２の作動を制御する制御手段として機能する。また、ＥＣＵ５０は、電磁弁４７に接続され、電磁弁４７に作動制御信号を出力し、電磁弁４７の作動を制御する。
【００２２】
本実施例に係る二次空気供給装置には、外気温センサ３６、湿度センサ３７が設けられている。ＥＣＵ５０は、外気温センサ３６、湿度センサ３７と接続され、各センサから出力信号が入力される。外気温センサ３６、湿度センサ３７は、それぞれ、二次空気としてエンジン１０の排気系に供給される、外気の温度、外気の相対湿度を検出する。また、ＥＣＵ５０は、外気温センサ３６、湿度センサ３７からの出力信号に基づいて、外気の絶対湿度を検出する。絶対湿度とは、温度に無関係に外気中に蒸気として溶け込んでいる水分量である。単位はｇ／l、つまり空気１リットル当たりに含まれる水の重さである。従って、ＥＣＵ５０、外気温センサ３６、湿度センサ３７は、外気の絶対湿度を検出する湿度検出手段に相当する。また、ＥＣＵ５０は、外気の絶対湿度の検出結果に応じて、エアポンプ４２の作動を制御する制御手段に相当する。
【００２３】
ＥＣＵ５０は、Ｏ２センサ３１、３２、エアフロメータ３３、水温センサ３４、クランク角センサ３５、外気温センサ３６、湿度センサ３７、圧力センサ４５とそれぞれ接続され、各センサから出力信号を入力される。
【００２４】
次に、二次空気供給装置における二次空気供給処理の基本動作について説明する。二次空気供給装置は、例えば、車両の冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、触媒２２が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態において、電磁弁４７を開くことで吸気管２０内の負圧をエアスイッチングバルブ４３に導いてエアスイッチングバルブ４３の開制御を行う。
【００２５】
その際、エアポンプ４２を駆動させることでエアフィルタ４８を通過した外気を二次空気として二次空気供給路４１を介し排気管２１内に導く。これにより、排気中の酸素濃度が上昇し、そのＡ／Ｆが上がり、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２１における二次燃焼が促進される。従って、排気ガスの浄化向上が図れる。また、排気温度を上昇させることで触媒２２の昇温を促進することによりエミッションの悪化が抑制できる。
【００２６】
但し、ＥＣＵ５０は、所定条件成立時には、排気系に二次空気を供給すべき場合であっても、エアポンプ４２の作動を禁止し、二次空気の供給を行わない。詳しくは後述する。
【００２７】
またＥＣＵ５０は、排気系に二次空気を供給する必要がない場合であっても、所定条件成立時には、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内を掃気するための掃気処理を実行する。例えば、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に凝縮水が溜まっていると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２を作動させて、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内の凝縮水を排気系へと排出する。これにより、二次空気供給装置の凍結を防止することができる。詳しくは後述する。
【００２８】
次に、ＥＣＵ５０が実行する二次空気供給処理について説明する。図２は、ＥＣＵ５０が実行する二次空気供給処理の一例を示したフローチャートである。尚、二次空気供給処理は、一定周期で繰り返し実行される。図２に示すように、ＥＣＵ５０は、二次空気を供給する条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン冷却水温、外気温、始動経過時間、バッテリー電圧、負荷条件、二次空気供給路４１内の圧力などにより判定する。条件不成立の場合には、排気系に二次空気を供給する必要はないとして、本処理を終了する。
【００２９】
条件成立時には、ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２の作動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ＥＣＵ５０は、外気温センサ３６、湿度センサ３７からの出力により、外気の絶対湿度を検出し、この絶対湿度が所定値未満であるか否かを検出する。絶対湿度を検出することにより、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に外気を導入した場合に、導入された外気が露点温度以下に達することによって、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内で発生しうる凝縮水の量を推定することができるからである。
【００３０】
ここで所定値とは、外気が二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に導入されて、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内で発生した凝縮水が氷になった場合に、二次空気供給処理に支障をきたすか否かの基準となる値である。即ち、外気の絶対湿度が所定値以上の場合には、外気を導入することにより二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に凝縮水が発生し、この凝縮水が氷になることより、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２が凍結する恐れがあると判定される。また、外気の絶対湿度が所定値未満の場合には、導入された外気によって二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に凝縮水が発生して、この凝縮水が氷になったとしても、発生する氷の量が少ないと考えられるので、二次空気供給装置の作動等には影響を与えないと判定される。
【００３１】
エアポンプ４２の作動条件が成立しなかった場合、即ち、外気の絶対湿度が所定値以上の場合には、ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２を作動させずにこの処理を終了する。これにより、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内で凝縮水が発生し、この凝縮水が氷になることによって、二次空気供給装置が凍結することを防止できる。
【００３２】
エアポンプ４２の作動条件が成立した場合、即ち、外気の絶対湿度が所定値未満の場合には、ＥＣＵ５０は、二次空気供給処理を実行する（ステップＳ３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、電磁弁４７を開くことで、吸気管２０内の負圧をエアスイッチングバルブ４３に導いて、エアスイッチングバルブ４３を開制御すると共に、エアポンプ４２を作動させる。これにより、外気を二次空気として排気系に供給することができる。
【００３３】
次に、ＥＣＵ５０は、二次空気供給処理の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、二次空気供給処理を実行してからの経過時間、排気系に供給された外気の累積推定量、または、外気温センサ３６、湿度センサ３７からの出力によって検出した外気の絶対湿度などにより、判定する。終了条件が成立していない場合には、ＥＣＵ５０は、二次空気供給処理を継続する。終了条件が成立した場合には、ＥＣＵ５０は、二次空気供給処理を終了させる（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアスイッチングバルブ４３を閉制御すると共に、エアポンプ４２を停止させる。例えば、二次空気供給処理実行中に、外気の絶対湿度が、前述した所定値未満から所定値以上に変動した場合には、ＥＣＵ５０は、終了条件が成立したと判定する。
【００３４】
以上のようにして、ＥＣＵ５０は二次空気供給処理を実行する。このように、本実施例に係る二次空気供給装置は、外気の絶対湿度を検出するために、外気温センサ３６、湿度センサ３７を設けるだけで、二次空気供給装置の凍結を防止できる。尚、既に外気温センサが設けられているエンジンシステムにおいては、湿度センサのみを設けるだけで、二次空気供給装置の凍結を防止することができる。
【００３５】
尚、上述した二次空気供給処理は、外気温が氷点下以下の場合に実行するようにしてもよい。外気温が氷点下以下の場合には、二次空気供給路４１の内壁も冷却されており、二次空気供給路４１内に外気が導入されると、二次空気供給路４１内に凝縮水が発生してその凝縮水が氷となる可能性が高いからである。
【００３６】
次に、ＥＣＵ５０が実行する掃気処理について説明する。図３は、ＥＣＵ５０が実行する掃気処理の一例を示したフローチャートである。尚、掃気処理は、一定周期で繰り返し実行される。図３に示すように、ＥＣＵ５０は、掃気処理条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１１）。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２の解凍された直後であるか、エンジン１０の回転数、又はエンジン１０への吸入空気量などに基づいて、判定する。条件不成立の場合には、ＥＣＵ５０は、この処理を終了する。
【００３７】
ここでエアポンプ４２の解凍に基づいて、掃気処理の実行の可否を判定する理由は、エアポンプ４２の解凍直後にあっては、解凍によって解けた水分が二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に溜まっている可能性が高いからである。エアポンプ４２が解凍状態にあるか否かの判定は、ＥＣＵ５０がエアポンプ４２へ作動指令を出して圧力センサ４５からの出力が適切に変動する場合には、エアポンプ４２が凍結状態にはないと判定でき、圧力センサ４５からの出力が適切に変動しない場合には、エアポンプ４２が凍結によって適切に作動していないと判定できる。従って、ＥＣＵ５０、圧力センサ４５は、凍結したエアポンプ４２が解凍したことを検出する解凍検出手段に相当する。
【００３８】
例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の始動時において凍結していたエアポンプ４２が、所定期間経過後に解凍したことを検出できる。このようにエアポンプ４２が解凍し、その他の、エンジン回転数などの所定条件を満たす場合には、ＥＣＵ５０は、以下の処理を実行する。
【００３９】
ＥＣＵ５０は、エアポンプ４２の作動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１２）。具体的な判定方法は、前述したステップＳ２における方法と略同様である。即ち、ＥＣＵ５０は、外気温センサ３６、湿度センサ３７からの出力により、外気の絶対湿度を検出し、この絶対湿度が所定値未満であるか否かを検出する。尚、所定値とは、ステップＳ２において基準となる所定値と同様の値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【００４０】
エアポンプ４２の作動条件が成立しなかった場合、即ち、外気の絶対湿度が所定値以上の場合には、ＥＣＵ５０はこの処理を終了する。これにより、掃気処理によって、湿度の高い外気が二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に再び導入されることを防止できる。これにより、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【００４１】
エアポンプ４２の作動条件が成立した場合、即ち、外気の絶対湿度が所定値未満の場合には、ＥＣＵ５０は、掃気処理を実行する（ステップＳ１３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、前述したステップＳ３での処理と同様の処理を行う。これにより、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に外気を供給することができ、二次空気供給路４１又はエアポンプ４２内に溜まった凝縮水を排気系へと排出することができる。排気系へと排出された凝縮水は、排気の熱によって蒸発する。これにより、二次空気供給装置の凍結を防止できる。
【００４２】
次に、ＥＣＵ５０は、掃気処理の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、掃気処理を実行してからの経過時間、排気系に供給された外気の累積推定量、又は、外気の絶対湿度などに基づいて、判定する。
【００４３】
掃気処理の終了条件が成立していない場合には、ＥＣＵ５０は、掃気処理を継続させる。終了条件が成立した場合には、ＥＣＵ５０は、４３を閉制御すると共にエアポンプ４２を停止させることによって、掃気処理を終了させる（ステップＳ１５）。
【００４４】
以上のように、掃気処理においても、外気の絶対湿度に基づいてその実行の可否を判断する。
【００４５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００４６】
上記実施例では、外気温を検出する外気温センサ３６と、外気の相対湿度を検出する湿度センサ３７との出力に基づいて、ＥＣＵ５０が外気の絶対湿度を検出するが、このような構成に限定されず、例えば、外気の絶対湿度を直接検出するセンサを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】二次空気供給装置を含むエンジンシステムの構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する二次空気供給処理の一例を示したフローチャートである。
【図３】ＥＣＵが実行する掃気処理の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１０  エンジン
２０  吸気管
２１  排気管
２２  触媒
２４  スロットル
２５  吸気フィルタ
３１、３２  Ｏ２センサ
３３  エアフロメータ
３４  水温センサ
３５  クランク角センサ
３６  外気温センサ（湿度検出手段）
３７  湿度センサ（湿度検出手段）
４１  二次空気供給経路
４２  エアポンプ
４３  エアスイッチングバルブ
４４  エア逆止弁
４５  圧力センサ（解凍検出手段）
４６  配管
４７  電磁弁
４８  エアフィルタ
５０  ＥＣＵ（制御手段、湿度検出手段、解凍検出手段）
【図１】
2009162150.tif 000003
【図２】
2009162150.tif 000004
【図３】
2009162150.tif 000005