(57)【要約】【課題】エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止できる内燃機関の二次空気供給装置を提供する。【解決手段】本実施例に係るエンジンシステムは、エンジン１０の排気を浄化する触媒３０へ二次空気を供給するエアポンプ４０と、前記排気の一部が導かれる解凍室５０とを備え、エアポンプ４０は、解凍室５０内に配置されている。これにより、解凍室５０内に導かれた排気によって解凍室５０内の温度が上昇して、エアポンプ４０を解凍することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する触媒へ二次空気を供給するエアポンプと、
前記排気の一部が導かれる解凍室とを備え、
前記エアポンプは、前記解凍室内に配置されている、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】
前記排気の一部を前記解凍室へ導いた後に前記触媒へと導く排気供給路を備えている、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。
【請求項３】
前記二次空気を前記触媒に導く二次空気供給路を備え、
前記二次空気供給路は、途中で前記解凍室と連通している、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記排気供給路及び二次空気供給路における前記解凍室及び触媒間の区間では、単一の通路によって兼用されている、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】
前記解凍室に前記排気の一部が導かれる連通状態と、前記解凍室に前記二次空気が導かれる連通状態とを選択的に切り替える切替手段を備えている、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６】
前記排気供給路及び前記二次空気供給路は、前記解凍室よりも上流で合流した合流部を有し、
前記切替手段は、前記合流部に配置された切替弁を含む、ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項７】
前記排気供給路における前記解凍室及び触媒間の区間には、前記解凍室から前記触媒へ流れる排気のみを許容する逆止弁を備えている、ことを特徴とする請求項２乃至６の何れかに記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項８】
前記二次空気供給路には、前記触媒側からの排気の逆流を阻止する逆止弁を備えている、ことを特徴とする請求項３乃至７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、新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】
【特許文献１】特開２００３−２０１８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１には、凍結状態にある二次空気供給装置を、積極的に解凍する技術に関しては開示されていない。二次空気供給装置が凍結した状態のままだと、触媒を暖機することが困難となり、排気エミッションが悪化する。
【０００５】
したがって本発明の目的は、エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止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】
【０００６】
上記目的は、内燃機関の排気を浄化する触媒へ二次空気を供給するエアポンプと、前記排気の一部が導かれる解凍室とを備え、前記エアポンプは、前記解凍室内に配置されている、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。これにより、排気の熱を利用してエアポンプを解凍することができる。エアポンプの解凍により、触媒を暖機でき排気エミッションの悪化を防止できる。また、排気の熱を利用するので、ヒータなどを採用した場合と比較し電力消費の増大を抑制できる。
【０００７】
上記構成において、前記排気の一部を前記解凍室へ導いた後に前記触媒へと導く排気供給路を備えている、構成を採用できる。これにより、解凍室に導かれた排気についても浄化することができる。
【０００８】
上記構成において、前記二次空気を前記触媒に導く二次空気供給路を備え、前記二次空気供給路は、途中で前記解凍室と連通している、構成を採用できる。これにより、解凍室内を二次空気によって掃気することができる。
【０００９】
上記構成において、前記排気供給路及び二次空気供給路における前記解凍室及び触媒間の区間では、単一の通路によって兼用されている、構成を採用できる。これにより、構成の簡略化を図ることができる。
【００１０】
上記構成において、前記解凍室に前記排気の一部が導かれる連通状態と、前記解凍室に前記二次空気が導かれる連通状態とを選択的に切り替える切替手段を備えている、構成を採用できる。例えば、解凍室に排気の一部が導かれているときに、排気よりも温度の低い二次空気が解凍室に導かれると、解凍室内の温度が上昇せず、エアポンプを早期に解凍することができない恐れがある。しかしながら、上記切替手段を採用することにより、解凍室に排気と二次空気とが同時に導かれることを防止でき、解凍室の温度の低下を抑制できる。
【００１１】
上記構成において、前記排気供給路及び前記二次空気供給路は、前記解凍室よりも上流で合流した合流部を有し、前記切替手段は、前記合流部に配置された切替弁を含む、構成を採用できる。これにより、簡易な構成によって、解凍室に排気と二次空気とが同時に導かれることを防止できる。
【００１２】
上記構成において、前記排気供給路における前記解凍室及び触媒間の区間には、前記解凍室から前記触媒へ流れる排気のみを許容する逆止弁を備えている、構成を採用できる。これにより、解凍室内の圧力が所定の圧力となるまで解凍室に排気を滞留させることができ、効果的にエアポンプを解凍できる。
【００１３】
上記構成において、前記二次空気供給路には、前記触媒側からの排気の逆流を阻止する逆止弁を備えている、構成を採用できる。これにより、排気が二次空気供給路を逆流して外部へと排出されることを防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エアポンプが凍結した場合であっても排気エミッションの悪化を防止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】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、内燃機関と本実施例に係る二次空気供給装置とを含むエンジンシステムの概略図である。内燃機関であるエンジン１０は、シリンダ（不図示）と、シリンダ内を往復動するピストン（不図示）とを備えている。エンジン１０には、エンジン１０に吸気を供給するための吸気通路（不図示）と、エンジン１０からの排気を排出するための排気通路２０とが連結されている。排気通路２０の下流側には、排気を浄化するための触媒３０が設けられている。また、エンジンシステムには、電子制御ユニット（Electronic  Control  Unit、以下、ＥＣＵと称する）１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などから構成され、エンジンシステム全体の作動を制御する。
【００１７】
触媒３０に二次空気を供給する二次空気供給装置は、エアポンプ４０、解凍室５０、切替弁６０、エアスイッチングバルブ（以下、ＡＳＶと称する）７０、逆止弁８０などから構成される。エアポンプ４０は、通路９１上に配置されている。通路９１は、一端が外気に触れるように露出しており、他端には切替弁６０が配置されている。また、通路９１は、解凍室５０を貫通するように配置されている。
【００１８】
切替弁６０は、通路９１、９２、９３とが合流する合流部に配置されている。
通路９３は、一端が排気通路２０に連通し他端には切替弁６０が配置されている。また、通路９３上には、ＡＳＶ７０が配置されている。通路９２は、一端には切替弁６０が配置されており、他端は、解凍室５０と連通している。エアポンプ４０は、解凍室５０内に配置されている。解凍室５０は、通路９２と連通すると共に、通路９４とも連通する。通路９４は、一端は解凍室５０と連通し、他端は触媒３０よりも上流側で排気通路２０と連通している。即ち、通路９４は、解凍室５０と触媒３０との間の区間に配置されている。また、通路９４上には、逆止弁８０が配置されている。
【００１９】
逆止弁８０は、解凍室５０側から触媒３０側への気体の流れを許容するように構成されているが、触媒３０側から解凍室５０側への気体の流れは阻止するように構成されている。尚、逆止弁８０は、解凍室５０内が所定の圧力以上になると開弁する。
【００２０】
エアポンプ４０、切替弁６０、ＡＳＶ７０は、ＥＣＵ１００からの指令によってその動作が制御されている。
【００２１】
次に、切替弁６０の構造について詳細に説明する。図２は、切替弁６０の説明図である。切替弁６０には、内部に連通路６１が形成されている。切替弁６０は、図２（Ａ）に示すように、連通路６１を介して、通路９１と通路９３とが連通した状態、図２（Ｂ）に示すように、通路９３と通路９２とが連通した状態、図２（Ｃ）に示すように、通路９１と通路９２とが連通した状態、の３つの状態を選択的に切り替えることができる。通路９１と通路９３とが連通した状態となるように切替弁６０を制御することを、第１制御、通路９３と通路９２とが連通した状態となるように切替弁６０を制御することを、第２制御、通路９１と通路９２とが連通した状態となるように切替弁６０を制御することを、第３制御と称する。このような切替弁６０への制御は、ＥＣＵ１００によって実行される。
【００２２】
まず、触媒３０に二次空気を供給するための制御について説明する。触媒３０に二次空気を供給するためには、ＥＣＵ１００は、切替弁６０に対して第３制御を実行し、次に、エアポンプ４０を作動させる。エアポンプ４０が作動されることにより、二次空気である外気が通路９１、切替弁６０、通路９２を介して解凍室５０内に導かれる。解凍室５０内に導かれた二次空気は、通路９４上に配置された逆止弁８０が開弁することにより、触媒３０の上流側に導かれる。これにより、触媒３０に酸素を供給して、例えば冷間時における触媒３０の浄化作用を促進することができる。従って、通路９１、９２、９４は、二次空気を触媒３０に導くための二次空気供給路に相当する。また、この二次空気供給路は、解凍室５０と連通している。
【００２３】
次に、解凍室５０について詳細に説明する。解凍室５０は、エアポンプ４０が凍結した場合に、エアポンプ４０を解凍する機能を有している。ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０が凍結状態であると判定すると、ＡＳＶ７０を開弁すると共に、切替弁６０に対して第２制御を実行する。これにより、通路９３と通路９２とが連通し、排気通路２０内に排気の一部が、解凍室５０内に導かれる。排気が解凍室５０内に導かれることにより、解凍室５０内の温度が上昇するので、この温度上昇によってエアポンプ４０を解凍することができる。また、解凍室５０内の圧力が所定の圧力以上になると、逆止弁８０が開弁して、解凍室５０内の排気が通路９４を介して触媒３０へと導かれる。従って、通路９３、９２、９４は、エンジン１０から排出された排気の一部を解凍質５０へと導く排気供給路に相当する。
【００２４】
このように、排気の熱を利用してエアポンプ４０を解凍することができる。エアポンプ４０の解凍により、触媒３０を暖機でき排気エミッションの悪化を防止できる。また、排気の熱を利用するので、ヒータなどを採用した場合と比較し電力消費の増大を抑制できる。
【００２５】
また、切替弁６０に対しては、前述したように、第１乃至第３制御が実行される。第２制御を実行されると、解凍室５０に排気の一部が導かれ、第３制御が実行されると、解凍室５０には二次空気が導かれることになる。このように、切替弁６０は、解凍室５０に排気の一部が導かれる連通状態と、解凍室５０に二次空気が導かれる連通状態とを選択的に切り替えることができる。切替弁６０は、切替手段に相当する。例えば、解凍室５０に排気の一部が導かれているときに、排気よりも温度の低い二次空気が解凍室５０に導かれると、解凍室５０内の温度が上昇せず、エアポンプ４０を早期に解凍することができない恐れがある。しかしながら、切替弁６０により連通状態を切り替えることにより、解凍室５０に排気と二次空気とが同時に導かれることを防止でき、解凍室の温度の低下を抑制できる。これによりエアポンプ４０を早期に解凍することができる。
【００２６】
また、図１に示したように、通路９４には逆止弁８０が配置されている。逆止弁８０を配置することにより、エアポンプ４０を解凍する際に、解凍室５０内が所定圧力となるまで排気を解凍室５０内で滞留させることができる。これにより、所定期間解凍室５０内に排気を滞留させることができ、解凍室５０内の温度を早期に上昇させることができる。従って、エアポンプ４０を早期に解凍することができる。
【００２７】
また、逆止弁８０は、触媒３０側からの排気の逆流を防止するので、例えばエアポンプ４０の作動が停止状態の場合であっても、排気が逆流して通路９１を通過して外気へと排出されることを防止できる。
【００２８】
また、通路９４は、解凍室５０内の排気を触媒３０へと導く排気供給路の一部に相当すると共に、二次空気を触媒３０へと導く二次空気供給路の一部にも相当する。このように、単一の通路９４が両者の機能を有することにより、構成の簡略化を図ることができる。
【００２９】
次に、ＥＣＵ１００が実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例について詳細に説明する。図３は、ＥＣＵ１００が実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例を示したフローチャートである。尚、ＥＣＵ１００は、本処理は、一定周期で繰り返し実行する。
【００３０】
図３に示すように、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０が凍結状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０に作動指令を出力し、そのエアポンプ４０のインペラ（不図示）の作動を検出するエンコーダなどから出力信号に基づいて、エアポンプ４０が凍結状態にあるか否かを判定する。尚、これ以外の方法によってエアポンプ４０の凍結状態を判定してもよい。
【００３１】
否定判定の場合にはこの一連の処理を終了する。肯定判定の場合には、エアポンプ４０を解凍するための解凍処理を実行可能な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、エンジンシステムに設けられた各種センサからの出力等に基づいて、以下の解凍処理を実行可能な条件が成立したか否かを判定する。
【００３２】
否定判定の場合には、この処理を終了する。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、切替弁６０に対して第２制御を実行する（ステップＳ３）。これにより、通路９３と通路９２とは連通する。次に、ＥＣＵ１００は、ＡＳＶ７０を開弁させる（ステップＳ４）。これにより、解凍室５０内に排気の一部が導かれ、解凍室５０内の温度が上昇する。次に、ＥＣＵ１００は、この状態で、所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。否定判定の場合には、繰り返しこの処理を実行する。以上のステップＳ２〜Ｓ５までが、エアポンプ４０を解凍するための解凍処理に該当する。
【００３３】
所定時間経過後は、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０が解凍したか否かを判定する（ステップＳ６）。具体的には、前述したステップＳ１での判定方法と同様の方法により行う。エアポンプ４０が解凍されていないと判定した場合には、一連の本処理を終了する。この場合、ＥＣＵ１００は、再度ステップＳ１から本処理を実行して解凍処理を実行する。
【００３４】
肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ＡＳＶ７０を閉弁させ（ステップＳ７）、切替弁６０に対して第３制御を実行する（ステップＳ８）。これにより、通路９１と通路９２とが連通する。次に、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０を作動させる（ステップＳ９）。これにより、二次空気が、エアポンプ４０の作動によって、解凍室５０内に導かれ、解凍室５０内に圧力が所定の圧力以上となると、逆止弁８０が開弁し、触媒３０の上流側に二次空気が供給される。次に、ＥＣＵ１００は、この状態で、所定時間経過したか否かを判定する（ステップＳ１０）。以上のステップＳ７〜Ｓ１０までが、触媒３０に二次空気を供給するための二次空気供給処理に該当する。
【００３５】
また、このように二次空気は、解凍室５０を介して触媒３０へと供給される。このように解凍室５０内に二次空気が導かれることにより、解凍室５０内を掃気することができる。即ち、前述したように、解凍室５０内には、解凍処理によって排気の一部が導かれるので、解凍室５０内に排気を滞留させたまま放置すると、例えばエンジン１０の停止後には、解凍室５０内の排気が露点温度以下にまで冷却され、解凍室５０内に凝縮水が発生する恐れがある。この凝縮水によって解凍室５０が腐食する恐れがある。しかしながら、解凍室５０内に二次空気を導くことにより、解凍室５０内を掃気することができるので、このような問題を防ぐことができる。
【００３６】
また、解凍室５０内に導かれた排気は、触媒３０に供給されるので、解凍室５０内に導かれた排気についても、触媒３０の作用によって浄化することができる。
【００３７】
ステップＳ１０において、所定時間が経過すると、ＥＣＵ１００は、切替弁６０に対して第１制御を実行する（ステップＳ１１）。この際には、ＡＳＶ７０は閉弁状態となるため、通路９１と通路９３とは連通するが、通路９３、通路９１を介して排気が外部へと排出されることはない。次に、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０の作動を停止させる（ステップＳ１２）。
【００３８】
以上のように、ＥＣＵ１００は、エアポンプ４０の解凍処理と触媒３０への二次空気供給処理とを実行する。
【００３９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】内燃機関と本実施例に係る二次空気供給装置とを含むエンジンシステムの概略図である。
【図２】切替弁の詳細な説明図である。
【図３】ＥＣＵが実行する二次空気供給処理及び解凍処理の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  エンジン
２０  排気通路
３０  触媒
４０  エアポンプ
５０  解凍室
６０  切替弁（切替手段）
７０  エアスイッチバルブ
８０  逆止弁
９１、９２、９３、９４  通路
１００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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