УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВТОРИЧНОГО ВОЗДУХА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ПОДАЧИ ВТОРИЧНОГО ВОЗДУХА
AUXILIARY AIR SUPPLY DEVICE FOR INNER COMBUSTION ENGINE AND AUXILIARY AIR SUPPLY DEVICE CONTROL METHOD

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания и способу управления устройством подачи вторичного воздуха. В частности, настоящее изобретение относится к устройству подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, которое приводит в действие электрический воздушный насос, чтобы подать вторичный воздух при холодном запуске, и к способу управления устройством подачи вторичного воздуха.
Уровень техники
Некоторые двигатели внутреннего сгорания для транспортных средств, таких как автомобили, снабжены устройством подачи вторичного воздуха, чтобы способствовать дожиганию выхлопного газа, подавая вторичный воздух в верхнюю часть выхлопной трубы во время холодного старта и подобных ситуаций, чтобы уменьшить несгоревшие компоненты (например, CH и CO) в выхлопном газе. Устройство подачи вторичного воздуха может включать в себя, например, насос, который нагнетает воздух и подает воздух под давлением в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания, клапан, расположенный в канале подачи вторичного воздуха, и средство управления для управления запуском электрического воздушного насоса в соответствии, например, с температурой охлаждающей жидкости или другим подходящим параметром для двигателя внутреннего сгорания.
Некоторые традиционные устройства подачи вторичного воздуха этого типа, например, подают свежий атмосферный воздух в выхлопную трубу посредством электрического воздушного насоса. Такие устройства предотвращают чрезмерное потребление электричества, подавая вторичный воздух до тех пор, пока каталитический нейтрализатор отработавших газов для очистки выхлопа впоследствии не будет активирован до определенного уровня (см., например, публикацию японской патентной заявки №6-74028 (JP-A-6-74028)).
Также известна технология для того, чтобы уменьшить размер электрического воздушного насоса, заставляя нагнетаемый воздух всасываться в воздушный насос в двигателе с наддувом (см., например, публикацию японской патентной заявки №7-26946 (JP-A-7-26946)).
Однако в управляющих устройствах для традиционных транспортных средств, описанных выше, пусковой ток в электрический воздушный насос может стать таким большим, что может вызвать временное чрезмерное падение напряжения аккумуляторной батареи, особенно, если температура является низкой, а аккумулятор разряжен. Как результат, нагрузка на генератор переменного тока может внезапно увеличиться, а аккумулятор легко может разрядиться.
В качестве контрмеры, например, можно увеличить размер генератора переменного тока и/или аккумулятора. Однако некоторые транспортные средства не способны разместить большой генератор переменного тока и/или большой аккумулятор. Кроме того, решение оставить управление мощностью в электронном блоке управления (ЭБУ) для управления мощностью, чтобы управлять сильноточной системой (ЭБУ для управления мощностью для системы управления различных ЭБУ, установленных в транспортном средстве, которое потребляет высокий ток, и для определения того, активировать ли каждый ЭБУ, порядок запуска и т.д.), увеличивает стоимость установки ЭБУ для управления мощностью.
Между тем, система управления курсовой устойчивостью транспортного средства или электронно-управляемая тормозная система могут быть перезагружены, либо измерительный прибор или фары могут включиться и выключиться, если рабочее напряжение внутреннего микрокомпьютера ЭБУ для управления устойчивостью транспортного средства, управления торможением, управления отображением и т.д. не сохраняется на должном уровне. Следовательно, необходимо ограничить чрезмерное падение напряжения аккумулятора, питающего электроэнергией ЭБУ.
Кроме того, последним требованием для выполнения высокой очистки выхлопного газа в транспортных средствах стала повышенная необходимость увеличить размер электрического воздушного насоса для подачи вторичного воздуха, и, следовательно, стало важным уменьшение пускового тока в электрический воздушный насос.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предоставляет устройство подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, которое уменьшает пусковой ток к электрическому воздушному насосу.
Первый аспект настоящего изобретения предоставляет устройство подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, которое включает в себя электрический воздушный насос для подачи вторичного воздуха в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания, установленного в транспортном средстве; и средство управления для управления запуском электрического воздушного насоса согласно рабочему состоянию двигателя внутреннего сгорания, дополнительно содержащее средство создания воздушного потока для вращения электрического воздушного насоса, вызывая поток воздуха в электрическом воздушном насосе, в котором средство управления вращает электрический воздушный насос посредством средства создания воздушного потока перед включением напряжения электрического воздушного насоса.
Согласно этой конструкции вращение электрического воздушного насоса инициируется средством создания воздушного потока перед тем, как электрический воздушный насос возбуждается и запускается. Таким образом, становится возможным уменьшить нагрузку, чтобы вращать электрический воздушный насос, когда он запускается, и, следовательно, пусковой ток в электрический воздушный насос, таким образом предотвращая внезапное увеличение нагрузки на генератор переменного тока из-за падения напряжения аккумулятора и разрядку аккумулятора. Также, становится возможным обеспечить рабочее напряжение ЭБУ для других систем. В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, имеющего вышеупомянутую конструкцию, средство создания воздушного потока может подавать воздух под давлением в электрический воздушный насос. Согласно этой конструкции можно осуществить средство создания воздушного потока с низкой стоимостью, используя существующий электрический вентилятор для охлаждения двигателя или подобный.
Устройство подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом может дополнительно включать в себя средство обнаружения запуска двигателя для обнаружения того, что двигатель внутреннего сгорания будет запущен водителем транспортного средства, и средство управления, которое может управлять средством создания воздушного потока на основе информации, обнаруженной средством обнаружения запуска двигателя.
Согласно этой конструкции, двигатель внутреннего сгорания запускается, а вращение электрического воздушного насоса инициируется воздухом, поданным из средства создания воздушного потока перед началом подачи напряжения электрическому воздушному насосу, таким образом уменьшая пусковой ток в электрический воздушный насос, когда двигатель запускается. Здесь "обнаружение того, что двигатель внутреннего сгорания близок к запуску" означает обнаружение конкретной операции, которая должна быть сделана в течение периода после того, как дверь транспортного средства открылась и водитель сел на водительское сиденье, до тех пор, когда водитель совершает операцию запуска, чтобы запустить двигатель внутреннего сгорания, и включает в себя обнаружение того, когда была совершена операция запуска, чтобы запустить двигатель внутреннего сгорания, или когда операция запуска высоковероятна.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом может быть предусмотрен вакуумный переключающий клапан, чтобы переключаться между первым положением переключения, в котором вакуумное отверстие электрического воздушного насоса открыто в атмосферный воздух, и вторым положением переключения, в котором вакуумное отверстие закрыто от атмосферного воздуха, но воздух из средства создания воздушного потока принудительно протекает в вакуумное отверстие, и вакуумный переключающий клапан может управляться средством управления так, чтобы переключаться.
В этом случае, электрический воздушный насос может нагонять воздух из атмосферы, когда вакуумный переключающий клапан переключен в первое положение переключения, в то время как средство создания воздушного потока может подавать воздух под давлением в вакуумное отверстие электрического воздушного насоса, когда вакуумный переключающий клапан переключен во второе положение переключения. Таким образом, электрический воздушный насос плавно переключается к операции подачи вторичного воздуха, переключая вакуумный переключающий клапан в первое положение переключения, как правило, в то же время, когда уменьшается пусковой ток в электрический воздушный насос.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом средство создания воздушного потока может включать в себя электрический вентилятор для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
Согласно этой конструкции можно осуществить средство создания воздушного потока с низкой стоимостью, используя существующий электрический вентилятор для охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом может быть предусмотрен клапан переключения состояния сообщения, чтобы переключаться между открытым положением, в котором выпускное отверстие электрического воздушного насоса сообщается с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания, и закрытым положением, в котором сообщение заблокировано, и клапан переключения состояния сообщения может переключаться средством управления в закрытое положение, когда электрический воздушный насос вращается средством создания воздушного потока.
В этом случае, вторичный воздух необязательно будет подаваться в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым аспектом может быть предусмотрен клапан переключения выпускного канала, чтобы переключаться между первым положением переключения, в котором выпускное отверстие электрического воздушного насоса открыто в атмосферу, и вторым положением переключения, в котором выпускное отверстие закрыто от атмосферы, но сообщается с выхлопной трубой двигателя внутреннего сгорания, и клапан переключения выпускного канала может переключаться средством управления в первое положение переключения, когда электрический воздушный насос вращается средством создания воздушного потока.
В этом случае электрический воздушный насос может вращаться воздухом, подаваемым из средства создания воздушного потока с выпускным отверстием электрического воздушного насоса, открытым в атмосферу. Следовательно, нагрузка, чтобы вращать электрический воздушный насос, когда электрический воздушный насос возбуждается и запускается, всякий раз уменьшается, чтобы увеличить скорость вращения, когда двигатель запускается. Таким образом, становится возможным дополнительно уменьшить пусковой ток электрического воздушного насоса, когда двигатель запускается.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, имеющем средство обнаружения запуска двигателя, средство обнаружения запуска двигателя может обнаружить, что пусковой переключатель для запуска двигателя внутреннего сгорания включен.
Согласно этой конструкции точно обнаруживается, что двигатель внутреннего сгорания скоро должен быть запущен. Включение пускового переключателя включает в себя не только операцию запуска с помощью стартового переключателя, но также такую операцию, которая должна быть сделана непосредственно перед запуском двигателя, такую как, например, вставка ключа в отверстие для ключа или включение электропитания.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, имеющем средство обнаружения запуска двигателя, средство обнаружения запуска двигателя может обнаружить, что дверь, предусмотренная в транспортном средстве, открыта, или устройство обнаружения запуска двигателя может обнаружить, что водитель сел на сиденье, предусмотренное в транспортном средстве.
В этом случае вращение электрического воздушного насоса может быть инициировано средством создания воздушного потока перед тем, как двигатель внутреннего сгорания запускается. Следовательно, можно начать подачу вторичного воздуха вскоре после того, как запускается двигатель внутреннего сгорания, в то же время ограничивая падение напряжения аккумулятора, когда запускается двигатель внутреннего сгорания.
Средство обнаружения запуска двигателя может также обнаружить, когда операция запуска высоковероятна, как, например, когда регулируется ориентация или положение компонентов вокруг сиденья.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения вращение электрического воздушного насоса инициируется средством создания воздушного потока перед тем, как к электрическому воздушному насосу подается питание и он запускается. Следовательно, становится возможным уменьшить нагрузку, чтобы вращать электрический воздушный насос при запуске, и, следовательно, пусковой ток в него, таким образом предотвращая внезапное увеличение нагрузки на генератор переменного тока из-за падения напряжения аккумулятора и разрядку аккумулятора. Также можно обеспечить рабочее напряжение ЭБУ для других систем.
Второй аспект настоящего изобретения предоставляет способ управления устройством подачи вторичного воздуха, включающим в себя электрический воздушный насос, который подает вторичный воздух в выхлопную трубу двигателя внутреннего сгорания, установленный в транспортном средстве, причем способ управления включает в себя вращение электрического воздушного насоса посредством принудительного протекания воздуха в электрический воздушный насос перед подачей питания в электрический воздушный насос.
Краткое описание чертежей
Упомянутые выше и дополнительные цели, признаки и преимущества изобретения станут очевидными из последующего описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые элементы. На чертежах:
фиг.1 - схематическая блок-схема, показывающая конфигурацию двигателя внутреннего сгорания и устройства подачи вторичного воздуха в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг.2 - блок-схема, показывающая схематическую процедуру программы управления для выполнения процесса, который должен быть выполнен перед запуском воздушного насоса устройства подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления;
фиг.3A - график для объяснения эффекта снижения пускового тока при запуске воздушного насоса в устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления;
фиг.3B - график, показывающий изменения в пусковом токе и напряжении источника питания при запуске воздушного насоса, которые происходят в устройстве подачи вторичного воздуха из сравнительного примера, на обоих чертежах вертикальная ось представляет напряжение источника питания и ток воздушного насоса, а горизонтальная ось представляет время;
фиг.4 - схематическая блок-схема, показывающая конфигурацию двигателя внутреннего сгорания и устройства подачи вторичного воздуха в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг.5 - блок-схема, показывающая схематическую процедуру программы управления для выполнения процесса, который выполняется перед запуском воздушного насоса устройства подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым вариантом осуществления.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 и 2 показывают устройство подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Сначала будет описана конфигурация устройства. Двигатель 10, показанный на фиг.1, является многоцилиндровым двигателем внутреннего сгорания, например, рядным четырехцилиндровым четырехтактным двигателем, установленным на автомобиле. Впускной коллектор 11 (впускная труба) и выпускной коллектор 12 (выхлопная труба) соответственно подсоединены к двигателю 10. Каталитический нейтрализатор 15 для очистки выхлопного газа, использующий трехкомпонентный нейтрализатор, установлен в выхлопной трубе 13 после выпускного коллектора 12.
Хотя не показано подробно, камера сгорания, задаваемая поршнем, образована в каждом цилиндре двигателя 10. В верхней части камеры сгорания предусмотрены впускной клапан, выпускной клапан и механизм привода клапанов, а свеча зажигания расположена так, чтобы ее часть выставлялась внутрь камеры сгорания. Дроссельная заслонка предусмотрена во впускном коллекторе 11 двигателя 10. Множество форсунок, например, соответствующих множеству цилиндров, предусмотрены со стороны камеры сгорания относительно дроссельной заслонки. Когда двигатель 10 работает, всасываемый воздух доставляется из расположенной выше по потоку впускной трубы, где установлен воздушный фильтр, через впускной коллектор 11 последовательно в цилиндр двигателя 10, т.е. в такте впуска, в то время как выхлопной газ последовательно выводится из цилиндра, т.е. в такте выпуска, в выпускной коллектор 12. Выхлопной газ затем очищается каталитическим нейтрализатором 15 и выпускается наружу через глушитель (не показан). ЭБУ 30 (средство управления), которое функционирует как так называемый ЭВТ-ЭБУ (электронный блок управления для электронного впрыска топлива), электронным образом управляет впрыском топлива форсунками и зажиганием посредством свечей зажигания.
Двигатель 10 снабжен устройством подачи вторичного воздуха, включающим в себя электрический воздушный насос 21, который подает вторичный воздух в выпускной коллектор 12 (выхлопную трубу), и ЭБУ 30, который управляет запуском электрического воздушного насоса 21 согласно рабочему состоянию двигателя 10.
Электрический воздушный насос 21 имеет встроенный электрический двигатель для всасывания воздуха из атмосферы через воздухопровод 22 и нагнетания и выпуска всосанного воздуха, как известно в данной области техники. Выпущенный воздух может подаваться под давлением через воздухопровод 23, электромагнитный клапан 24 (клапан переключения состояния сообщения) и воздухопровод 25 в выпускной коллектор 12 двигателя 10. Здесь, электромагнитный клапан 24 собран, например, из толкателя клапана типа обратного клапана, поджимаемого пружиной в направлении закрытия, и электромагнитной обмотки возбуждения для приведения в движение толкателя клапана для открытия. Электромагнитный клапан 24 закрывает обратный поток выхлопного газа со стороны выпускного коллектора в сторону электрического воздушного насоса из-за пульсации выхлопного газа. Воздухопровод 25 разветвляется так, чтобы соединяться с электромагнитным клапаном 24 и находящимися выше частями выпускного коллектора 12, например, частями выпускных труб, соединенных с выпускными отверстиями соответствующих цилиндров двигателя 10. Альтернативно, воздухопровод 25 может быть соединен с собирающей частью выпускного коллектора 12 или частью выхлопной трубы 13 перед каталитическим нейтрализатором 15.
ЭБУ 30 и формирователь 33 управляют электрическим воздушным насосом 21 и электромагнитным клапаном 24 так, что каждый из электрического воздушного насоса 21 и электромагнитного клапана 24 запускается в соответствующие заданные моменты времени при запуске двигателя. Формирователь 33 включает в себя релейный переключатель и возбуждающую схему для каждого из электрического воздушного насоса 21 и электромагнитного клапана 24. Формирователь 33 подает питание в электрический воздушный насос 21 согласно сигналу возбуждения насоса от ЭБУ 30 и приводит в действие электромагнитный клапан 24, чтобы открыться, посредством возбуждения согласно сигналу управления клапаном от ЭБУ 30, используя аккумулятор 50 в качестве источника питания. Схема формирователя 33 для возбуждения воздушного насоса и электромагнитного клапана известна в области техники.
Электромагнитный клапан 24 служит в качестве клапана с переключателем состояния сообщения, который переключается между открытым положением, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с внутренностью выпускного коллектора 12 двигателя 10, и закрытым положением, в котором сообщение заблокировано. Когда электрический воздушный насос 21 приводится во вращение воздухом, поданным под давлением от электрического вентилятора 28, который используется, чтобы охладить двигатель 10, как описано позже, электромагнитный клапан 24 переключается в закрытое положение посредством ЭБУ 30 так, что вторичный воздух не будет подаваться в выпускной коллектор 12.
Воздухопровод 22 имеет первую трубку 22a всасывания воздуха, которая служит в качестве впускного канала атмосферного воздуха во время работы электрического воздушного насоса 21, вторую трубку 22b всасывания воздуха, которая проходит вблизи электрического вентилятора 28, и коллектор 22c, который соединяет трубки 22a, 22b всасывания воздуха и соединяется с вакуумным отверстием 21a электрического воздушного насоса 21.
Верхнее отверстие 22d второй трубки 22b всасывания воздуха широко открывается в форме рупора с тем, чтобы принимать воздух, вдуваемый от электрического вентилятора 28. Воздух затем под давлением подается через вторую трубку 22b всасывания воздуха в вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21. Это заставляет нагнетаемый воздух протекать в электрический воздушный насос 21, который вращает ротор (не показан) в электрическом воздушном насосе 21, чтобы создать поток воздуха из выпускного отверстия 21b электрического воздушного насоса 21, позволяющий электрическому воздушному насосу 21 вращаться без подачи электропитания. Т.е., электрический вентилятор 28 составляет средство создания воздушного потока для вращения электрического воздушного насоса 21, создавая воздушный поток через электрический воздушный насос 21 во взаимодействии с второй трубкой 22b всасывания воздуха воздухопровода 22. Средство создания воздушного потока не ограничено средством, которое подает воздух под давлением в электрический воздушный насос 21, может быть использовано любое средство создания воздушного потока, которое подходящим образом вращает ротор электрического воздушного насоса 21 посредством потока воздуха через электрический воздушный насос 21. Например, средство создания воздушного потока может быть таким, которое создает разницу в давлении между вакуумной стороной и нагнетательной стороной электрического воздушного насоса 21, создавая поток воздуха с выпускной стороны электрического воздушного насоса 21 (например, уменьшая давление на выходной стороне).
Электрический вентилятор 28 управляется посредством ЭБУ 30 и контроллера 35 вентилятора. Контроллер 35 вентилятора выполняет управление режимом подачи питания электрического вентилятора 28 согласно сигналу PWM (широтно-импульсной модуляции) насоса от ЭБУ 30. Т.е., контроллер 35 вентилятора переменно управляет током, прикладываемым к электрическому вентилятору 28 в предварительно определенных временных интервалах на основе соотношения периода включения к общему периоду (период включения плюс период выключения), определенному частотой импульсного сигнала от ЭБУ 30 (сигнал запроса вращения воздушного насоса).
Вакуумный переключающий клапан 26, который активируется, например, отрицательным давлением, предусмотрен в ветке воздухопровода 22 в трубках 22a, 22b всасывания воздуха. Вакуумный переключающий клапан 26 является переключаемым между первым положением P1 переключения (указанным пунктирной линией на фиг.1), в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух, и вторым положением P2 переключения (указанным сплошной линией на фиг.1), в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 закрыто от атмосферного воздуха, но сообщается с трубкой 22b всасывания воздуха, в ответ на открытие и закрытие вакуумного электромагнитного клапана 27, управляемого посредством ЭБУ 30, чтобы открываться и закрываться. Вакуумный переключающий клапан 26 необязательно является таким, который использует отрицательное давление всасывания, а может, альтернативно, быть таким, который управляется, чтобы открываться и закрываться другими типами приводов вместо вакуумного электромагнитного клапана 27. Хотя вакуумный переключающий клапан 26 может быть возвращен в любое из второго положения P2 переключения и первого положения P1 переключения, когда отрицательное давление не подается от вакуумного электромагнитного клапана 27, вакуумный переключающий клапан 26 в этом варианте осуществления возвращается в первое положение P1 переключения.
Между тем, ЭБУ 30 составляет ЭВТ-ЭБУ для электронного управления впрыском топлива, моментом зажигания и т.д. двигателя 10, как описано выше. В дополнение к функционированию в качестве ЭВТ-ЭБУ ЭБУ 30 вращает электрический воздушный насос 21 с помощью потока воздуха через электрический воздушный насос 21 (разница в давлении воздуха перед и после насоса), подавая воздух под давлением от электрического вентилятора 28 во вторую трубку 22b для всасывания воздуха перед подачей питания электрическому воздушному насосу 21.
ЭБУ 30, аппаратная конфигурация которого не показана подробно, включает в себя, например, центральный процессор (ЦП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), дублирующее ОЗУ (Д-ОЗУ), в качестве резервной памяти, использующей аккумулятор 50. ЭБУ 30 дополнительно включает в себя входную интерфейсную схему, включающую в себя аналогово-цифровой преобразователь и т.п., выходную интерфейсную схему, включающую в себя релейную схему и т.п., схему стабилизированного источника напряжения и т.д.
ПЗУ в этом варианте осуществления хранит программу управления запуском воздушного насоса, которая должна быть описана позже, в дополнение к программам для управления впрыска топлива, управления моментом зажигания и т.д. двигателя 10. Д-ОЗУ хранит информацию по различным установленным значениям, соответствиям и т.д. Д-ОЗУ может также подходить, чтобы хранить рабочие условия, при которых электрический воздушный насос 21 может быть запущен, чтобы подавать вторичный воздух в выхлопную трубу 12, условия возбуждения электрического вентилятора 28 и электрического воздушного насоса 21 согласно рабочему состоянию двигателя 10 и т.д.
2
Входная интерфейсная схема ЭБУ 30 соединена с переключателем 41 с ключом (средство обнаружения запуска двигателя, переключатель запуска) для обнаружения операции запуска двигателя, чтобы запустить двигатель 10, кислородным датчиком 42 для обнаружения концентрации кислорода (указанный как "O" на фиг.1) в выпускном коллекторе 12 перед каталитическим нейтрализатором 15 и датчиком 43 температуры охлаждающей жидкости для обнаружения температуры охлаждающей жидкости (указанный как "Tw" на фиг.1) в дополнение к датчику скорости двигателя, датчику расхода воздуха, датчику дросселя, датчику скорости транспортного средства, датчику различения цилиндра, датчику температуры всасываемого воздуха и т.д. (не показано). Информация из этих датчиков возвращается в ЭБУ 30.
Переключатель 41 с ключом служит в качестве средства обнаружения запуска двигателя для обнаружения состояния, когда пусковой переключатель для запуска двигателя 10 включен, что может включать в себя, например, вставку ключа водителем, начало работы ключа или нажатие на кнопку стартера. Сигнал включения вводится в ЭБУ 30, когда сделана операция запуска двигателя.
Выходная интерфейсная схема ЭБУ 30 соединяется с вакуумным электромагнитным клапаном 27, формирователем 33 и контроллером 35 вентилятора, кроме того, со схемой релейного переключателя, которая включает напряжение и выключает напряжение двигателя стартера (не показан) для запуска двигателя 10 с помощью аккумулятора 50 в качестве источника питания, электромагнитными движущимися частями форсунок, воспламенителями для возбуждения свечей зажигания, схемой релейного переключателя для включения и выключения топливного насоса и т.д. ЭБУ 30 управляет электрическим вентилятором 28 на основе обнаруженной информации, когда переключатель 41 с ключом включен.
Положительная клемма генератора переменного тока (не показана) соединяется с положительной клеммой 51 аккумулятора 50. Электричество подается с генератора переменного тока к линии питания аккумулятора 50 со стороны положительной клеммы 51 (обозначенной как "B+" на фиг.1), когда двигатель 10 работает.
Теперь будет описана работа.
Фиг.2 является схематической блок-схемой, показывающей ход программы управления, которая выполняется устройством подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления. Эта программа управления выполняется посредством ЭБУ 30 в заданных временных интервалах, вместе с другими управляющими программами для управления впрыском топлива, управления моментом зажигания и т.д.
Сначала ЭБУ 30 определяет, включен ли переключатель 41 с ключом (этап S11). Когда водитель производит операцию запуска, например, вставляя ключ, переключатель 41 с ключом включается, чтобы получить в результате определение ДА.
Если результатом определения является ДА, ЭБУ 30 затем приводит вакуумный электромагнитный клапан 27, чтобы переключить вакуумный переключающий клапан 26 из первого положения P1 переключения, в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух, во второе положение P2 переключения, в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 закрыто от атмосферного воздуха, но сообщается с трубкой 22b всасывания воздуха, которая проходит от электрического вентилятора 28 (если вакуумный переключающий клапан 26 возвращается во второе положение P2 переключения, вакуумный электромагнитный клапан 27 не приводится для того, чтобы сохранять положение вакуумного переключающего клапана 26). Кроме того, как правило, в то же самое время ЭБУ 30 отправляет сигнал PWM контроллеру 35 вентилятора, который заставляет контроллер 35 вентилятора начать подачу питания электрическому вентилятору 28 с током, управляемым до предварительно определенного коэффициента заполнения последовательности импульсов, например, 100%, согласно сигналу PWM (этап S12).
В это время воздух, вдуваемый из электрического вентилятора 28, принимается в верхнее отверстие 22d воздуховода 22, широко открывающееся в форме рупора, и подается под давлением во вторую трубку 22b для всасывания воздуха. В результате, нагнетаемый воздух подается в электрический воздушный насос 21, так что поток воздуха вращает электрический воздушный насос 21, который был неподвижным, когда операция запуска двигателя была выполнена с помощью переключателя 41 с ключом, без необходимости включать напряжение электрического воздушного насоса 21. В этом состоянии электромагнитный клапан 24 закрывается, чтобы заблокировать сообщение между выпускным отверстием 21b электрического воздушного насоса 21 и выпускным коллектором 12, так что ненужный вторичный воздух не будет всасываться в выпускной коллектор 12.
Затем, ЭБУ 30 включает схему релейного переключателя для запуска двигателя, чтобы инициировать запуск стартера, который начинает запуск двигателя 10. ЭБУ 30 также выполняет электронное управление впрыском топлива форсунками и зажиганием посредством свечей зажигания, чтобы запустить двигатель 10. Стартер разъединяется с коленчатым валом двигателя 10, когда скорость двигателя 10 достигает заданной скорости, при которой происходит полное сгорание, чтобы позволить двигателю 10 продолжать вращение самому.
Затем, определяется, был ли инициирован запуск стартера (этап S13). В это время, если запуск стартера не был инициирован, вакуумный переключающий клапан 26 удерживается во втором положении P2 переключения, а к электрическому вентилятору 28 продолжает подаваться напряжение.
С другой стороны, если запуск стартера уже был инициирован (ДА на этапе S13), то ЭБУ 30 останавливает приведение вакуумного электромагнитного клапана 27, чтобы переключить вакуумный переключающий клапан 26 из второго положения P2 переключения в первое положение P1 переключения (этап S14).
Кроме того, ЭБУ 30 проверяет, удовлетворяются ли заданные условия, чтобы предоставить вторичный воздух, например, происходит ли это во время холодного запуска. Если условия удовлетворяются, то ЭБУ 30 включает релейный переключатель, расположенный на пути подачи напряжения от аккумулятора 50 к электрическому воздушному насосу 21, чтобы формирователь 33 начал подачу напряжения к электрическому воздушному насосу 21 в то же время, когда вакуумный переключающий клапан 26 переключается в первое положение P1 переключения. После этого электромагнитный клапан 24 переключается в открытое положение, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с выпускным коллектором 12 двигателя 10, чтобы электрический воздушный насос 21 начал подачу вторичного воздуха в выпускной коллектор 12 (этап S15).
Когда электрический воздушный насос 21 запускается, электрический воздушный насос 21 вращается воздухом в воздухопроводе 22 и инерцией ротора электрического воздушного насоса 21. Следовательно, нагрузка, чтобы вращать электрический воздушный насос 21, значительно уменьшается по сравнению с тем, когда электрический воздушный насос 21 запускается из состояния, в котором воздух в воздухопроводе 22 и роторе электрического воздушного насоса 21 является неподвижным. Таким образом, пусковой ток к электрическому воздушному насосу 21 при запуске уменьшается до тока I (A) воздушного насоса, как указано на фиг.3A, что не ведет к очень резкому падению в уровне B напряжения (например, 12 В) линии питания (линии для подачи напряжения аккумулятора, обозначенной как "B+" на фиг.1). В отличие от этого, если электрический воздушный насос 21 запускается из состояния, в котором воздух в воздухопроводе 22 и роторе электрического воздушного насоса 21 является неподвижным, пик пускового тока электрического воздушного насоса 21, когда он запускается, будет очень высоким, например, около 225 A, что может уменьшить уровень B' напряжения источника питания до 6-7 В.
Когда к электрическому воздушному насосу 21 было подано напряжение, выполняется обычное управление подачей вторичного воздуха. Например, когда выполняется холодный запуск двигателя 10, первый электромагнитный клапан 24 переключается из открытого положения, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с внутренностью выпускного коллектора 12 двигателя 10, в закрытое положение, в котором сообщение блокировано, и затем ЭБУ 30 выключает релейный переключатель, расположенный на пути подачи напряжения к электрическому воздушному насосу 21, чтобы формирователь 33 остановил подачу напряжения электрическому воздушному насосу 21. Кроме того, ЭБУ 30 и контроллер 35 вентилятора управляют током, подаваемым к электрическому вентилятору 28 с коэффициентом заполнения последовательности импульсов в соответствии с рабочим состоянием двигателя 10, температуры охлаждающей жидкости и т.д. Таким образом, увеличившийся ток, подаваемый к электрическому вентилятору 28, чтобы подать вторичный воздух, уменьшается, например, непосредственно после холодного запуска двигателя 10, и затем изменяется согласно рабочему состоянию двигателя 10.
Как описано выше, в первом варианте осуществления переключатель 41 с ключом надежно обнаруживает, что двигатель 10 будет запущен, вращение электрического воздушного насоса 21 начинается от воздуха, подаваемого под давлением от электрического вентилятора 28 перед тем, как к электрическому воздушному насосу 21 будет подано питание и он запустится. Таким образом, становится возможным уменьшить нагрузку, чтобы вращать электрический воздушный насос 21, и, следовательно, пусковой ток электрического воздушного насоса 21, когда запускается двигатель, таким образом предотвращается внезапное увеличение нагрузки на генератор переменного тока из-за падения напряжения аккумулятора и разрядка аккумулятора 50.
Таким образом, становится возможным предохранить датчики или фары от включения и выключения, так же как и перезапуск ЭБУ для систем, которые потребляют больший ток, чем другие системы в транспортном средстве, такие как, например, VSC-система (управление курсовой устойчивостью транспортного средства), или ECB-система (электронно-управляемый тормоз), или ЭБУ для управления отображением и т.д., в результате недостаточного рабочего напряжения.
Также, в первом варианте осуществления электрический вентилятор 28 приводится в действие, чтобы инициировать вращение электрического воздушного насоса 21 перед тем, как к электрическому воздушному насосу 21 подается напряжение, когда двигатель 10 запускается. Следовательно, становится возможным реализовать устройство подачи вторичного воздуха, которое может уменьшить пусковой ток в электрический воздушный насос 21 при запуске, с небольшими затратами, используя существующий электрический вентилятор 28.
Кроме того, электрический воздушный насос 21 нагоняет воздух из атмосферы, когда вакуумный переключающий клапан 26 переключен в первое положение P1 переключения, в то время как электрический вентилятор 28 подает воздух под давлением в вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21, когда вакуумный переключающий клапан 26 переключен во второе положение P2 переключения. Таким образом, электрический воздушный насос 21 плавно переключается к операции подачи вторичного воздуха, переключая вакуумный переключающий клапан 26 в первое положение P1 переключения, по существу, в то же время, когда уменьшается пусковой ток к электрическому воздушному насосу 21 при запуске.
В первом варианте осуществления переключатель 41 с ключом непосредственно определяет, что двигатель 10 скоро должен быть запущен. Однако средство обнаружения запуска двигателя этого варианта осуществления может обнаружить такую подготовительную операцию водителя для запуска двигателя как смещение конкретного элемента рядом с сиденьем водителя, например, открытие двери транспортного средства, или что водитель сел на сиденье водителя. Средство обнаружения запуска двигателя может обнаружить не только состояние, когда операция запуска двигателя была выполнена, но также и состояние, в котором высоковероятна операция запуска двигателя.
Фиг.4 и фиг.5 показывают устройство подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Второй вариант осуществления похож на первый вариант осуществления за исключением того, что вторичный воздух подается из клапана переключения выпускного канала, расположенного на выпускной стороне электрического воздушного насоса, в выхлопную трубу. На фиг.4 тем же компонентам, что и в первом варианте осуществления, показанном на фиг.1, даны одинаковые ссылочные позиции. Отличия описываются далее.
В устройстве подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым вариантом осуществления электромагнитный клапан 64 (клапан переключения выпускного канала), который переключает выпускной канал, предусмотрен между электрическим воздушным насосом 21 и выпускным коллектором 12. Электромагнитный клапан 64 имеет толкатель 64a клапана и электромагнитную катушку 64b, которая перемещает толкатель 64a клапана по направлению оси. Толкатель 64a электромагнитного клапана 64 является переключаемым между первым положением Pv1 переключения, указанным на фиг.4, и вторым положением Pv2 переключения ниже положения, указанного на фиг.4, согласно состоянию подачи напряжения (возбуждения) электромагнитной катушки 64b. Электромагнитный клапан 64 также имеет впускное отверстие 64c, соединенное с воздуховодом 23, отверстие 64d для атмосферного воздуха, открытое для атмосферного воздуха, и выпускное отверстие 64e вторичного воздуха, сообщающееся с внутренностью выпускного коллектора 12. Когда толкатель 64a клапана находится в первом положении Pv1 переключения, выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух. Когда толкатель 64a клапана находится во втором положении Pv2 переключения, выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с внутренностью выпускного коллектора 12 двигателя 10.
Когда электрический воздушный насос 21 вращается воздухом, подаваемым под давлением от электрического вентилятора 28, ЭБУ 30 переключает электромагнитный клапан 64 в первом положении Pv1 переключения, чтобы выпустить воздух, выпускаемый из выпускного отверстия 21b электрического воздушного насоса 21, в атмосферный воздух. Когда электрический воздушный насос 21 возбуждается после того, как удовлетворены заданные условия для подачи вторичного воздуха, ЭБУ 30 переключает электромагнитный клапан 64 во втором положении Pv2 переключения, чтобы подавать вторичный воздух из выпускного отверстия 21b электрического воздушного насоса 21 в выпускной коллектор 12 двигателя 10.
ЭБУ 30 также принимает от ЭБУ кузова сигнал открытия двери от дверного выключателя (средства обнаружения запуска двигателя)(не показан) для обнаружения того, открыта или закрыта дверь (не показана), предусмотренная в транспортном средстве. Когда переключатель 41 с ключом управляется водителем, или дверь к водительскому сиденью открывается при холодном запуске, например, ЭБУ 30 заблаговременно вращает электрический воздушный насос 21 с помощью электрического вентилятора 28 незадолго перед или когда запускается двигатель 10.
Фиг.5 является схематической блок-схемой, показывающей ход программы управления, которая выполняется устройством подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым вариантом осуществления. Программа управления выполняется посредством ЭБУ 30 в предварительно определенных временных интервалах вместе с другими программами управления, такими как управление впрыском топлива, управление моментом зажигания и т.д.
Сначала определяется, включен ли переключатель 41 с ключом или введен ли сигнал открытия двери (этап S21). Если результатом определения является ДА, вакуумный электромагнитный клапан 27 приводится, чтобы переключить вакуумный переключающий клапан 26 из первого положения P1 переключения, в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух, во второе положение P2 переключения, в котором вакуумное отверстие 21a электрического воздушного насоса 21 соединяется с трубкой 22b для всасывания воздуха, которая проходит от электрического вентилятора 28. Кроме того, как правило, в то же самое время ЭБУ 30 отправляет сигнал PWM контроллеру 35 вентилятора, который заставляет контроллер 35 вентилятора начать подачу напряжения электрическому вентилятору 28 с током, управляемым до предварительно определенного коэффициента заполнения последовательности импульсов, например, 100%, согласно сигналу PWM. Кроме того, в электромагнитную катушку 64b подается электропитание (возбуждается), чтобы переключить толкатель 64a электромагнитного клапана 64 в первое положение Pv1 переключения, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух (этап S22).
В это время воздух, вдуваемый из электрического вентилятора 28, принимается в верхнее отверстие 22d воздуховода 22 и подается под давлением во вторую трубку 22b для всасывания воздуха. В результате, нагнетаемый воздух подается в электрический воздушный насос 21 так, что воздух, протекающий в и из электрического воздушного насоса 21, начинает вращение электрического воздушного насоса 21, который был неподвижным в момент, когда запускается двигатель 10, без подачи напряжения электрическому воздушному насосу 21. В этом состоянии электромагнитный клапан 64 находится в первом положении Pv1 переключения, в котором сообщение между выпускным отверстием 21b электрического воздушного насоса 21 и выпускным коллектором 12 закрыто, так что излишний вторичный воздух не будет всасываться в выпускной коллектор 12, а воздух, выходящий из выпускного отверстия 21b электрического воздушного насоса, будет выпускаться в атмосферный воздух.
Затем, ЭБУ 30 включает схему релейного переключателя для запуска двигателя, чтобы запустить стартер, который заводит двигатель 10. ЭБУ 30 также выполняет электронное управление впрыском топлива форсунками и зажиганием посредством свечей зажигания, чтобы запустить двигатель 10.
Затем, определяется, был ли запущен стартер (этап S23). В это время, если стартер не был запущен, вакуумный переключающий клапан 26 удерживается во втором положении P2 переключения, к электрическому вентилятору 28 продолжает подаваться напряжение, а электромагнитный клапан 64 удерживается в первом положении Pv1 переключения.
С другой стороны, если стартер уже был запущен (ДА на этапе S23), тогда ЭБУ 30 останавливает приведение вакуумного электромагнитного клапана 27, чтобы переключить вакуумный переключающий клапан 26 из второго положения P2 переключения в первое положение P1 переключения (этап S24).
Кроме того, ЭБУ 30 проверяет, удовлетворяются ли заданные условия, чтобы подать вторичный воздух, например, является ли это холодным запуском. Если условия удовлетворяются, ЭБУ 30 включает релейный переключатель, расположенный на пути подачи напряжения от аккумулятора 50 к электрическому воздушному насосу 21, чтобы формирователь 33 начал подачу напряжения к электрическому воздушному насосу 21 в то же время, когда вакуумный переключающий клапан 26 переключается в первое положение P1 переключения. После этого, электромагнитный клапан 64 переключается во второе положение Pv2 переключения, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с внутренностью выпускного коллектора 12 двигателя 10, чтобы электрический воздушный насос 21 начал подачу вторичного воздуха в выпускной коллектор 12 (этап S25).
Когда электрический воздушный насос 21 запускается, он вращается воздухом в воздухопроводе 22 и инерцией ротора самого электрического воздушного насоса 21. Следовательно, нагрузка для того, чтобы вращать электрический воздушный насос 21, значительно уменьшается по сравнению с тем, когда электрический воздушный насос 21 запускается, когда воздух в воздухопроводе 22 и роторе самого электрического воздушного насоса 21 был неподвижным. Таким образом, пусковой ток в электрический воздушный насос 21, когда он запускается, может быть уменьшен как и в первом варианте осуществления, что не приведет к значительному падению в уровне напряжения линии питания (линии для подачи напряжения аккумулятора, обозначенного "B+" на фиг.4).
После начала подачи напряжения электрическому воздушному насосу 21 выполняется обычное управление подачей вторичного воздуха. Например, когда выполняется холодный запуск двигателя 10, первый электромагнитный клапан 64 переключается из второго положения Pv2 переключения, в котором выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 сообщается с внутренностью выпускного коллектора 12 двигателя 10, в первое положение Pv1 переключения, в котором сообщение блокировано, но выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух, и затем ЭБУ 30 выключает релейный переключатель, расположенный на пути подачи напряжения к электрическому воздушному насосу 21, чтобы формирователь 33 остановил подачу напряжения электрическому воздушному насосу 21.
Также во втором варианте осуществления электрический воздушный насос 21 вращается посредством электрического вентилятора 28, создающего воздушный поток через электрический воздушный насос 21, в то время как выпускное отверстие 21b электрического воздушного насоса 21 открыто в атмосферный воздух. Следовательно, нагрузка для того, чтобы вращать электрический воздушный насос 21 при запуске посредством подачи напряжения, уменьшается. Таким образом, становится возможным снизить пусковой ток в электрический воздушный насос 21 при запуске посредством подачи напряжения.
Кроме того, ЭБУ 30 переключает электромагнитный клапан 64, как и клапан переключения выпускного канала, в первое положение Pv1 переключения, когда электрический воздушный насос 21 вращается воздухом, подаваемым от электрического вентилятора 28. Следовательно, нагрузка для того, чтобы вращать электрический воздушный насос 21 при начале вращения и при запуске посредством подачи напряжения, уменьшается, что увеличивает вращательную скорость при запуске. Таким образом, становится возможным дополнительно уменьшить пусковой ток при запуске.
Кроме того, вращение электрического воздушного насоса 21 может быть начато электрическим вентилятором 28 до запуска двигателя 10. Следовательно, становится возможным начать подачу вторичного воздуха вскоре после запуска двигателя 10, в то же время ограничивая падение напряжения аккумулятора при запуске двигателя 10, таким образом улучшая характеристику очистки выхлопного газа.
Как было описано выше, в настоящем изобретении вращение электрического воздушного насоса начинается средством создания воздушного потока перед тем, как в электрический воздушный насос будет подано электропитание и он запустится. Следовательно, можно уменьшить нагрузку для того, чтобы вращать электрический воздушный насос, таким образом уменьшая пусковой ток, когда электрический воздушный насос запускается, что предотвращает внезапное увеличение нагрузки на генератор переменного тока из-за падения напряжения аккумулятора и разрядку аккумулятора. Также, можно обеспечить рабочее напряжение блоков ЭБУ для других систем. Настоящее изобретение применимо для устройства подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно, для устройства подачи вторичного воздуха для двигателя внутреннего сгорания, которое активирует электрический воздушный насос для подачи вторичного воздуха во время холодного старта и т.д.