JP2008038706A

JP2008038706A - ２次空気供給装置

Info

Publication number: JP2008038706A
Application number: JP2006212500A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kondo; 真也近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】内燃機関の冷間始動時に、水分の凍結により不作動となり又は故障させることを抑制し、凍結による不作動が故障診断で故障と判定されることを抑制できる２次空気供給装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置より上流側の排気管８に接続する送気管１２を設け、送気管１２内に外気を吸入し加圧して圧送する正方向へ駆動可能とし、送気管１２内の空気を吸引して外へ放出させる逆方向へ駆動可能としたエアポンプ１０を設ける。制御手段に内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、制御手段が、送気管１２に設けたエアスイッチングバルブ１３を閉弁状態にセットし、エアポンプ１０を逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の冷間始動時に、エアポンプを適正に作動させることによってエギゾーストマニホールド等の排気系に２次空気を圧送し、未燃焼ガスを燃焼させると共に触媒の暖機性を早めることで、低エミッション化を図るために用いられる２次空気供給装置に関する。

一般に、内燃機関の排気系においては、排気ガス浄化用触媒を備えた排気浄化装置を排気通路に設けることにより、この排気ガス浄化用触媒によって排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質を無害な水（Ｈ₂Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、窒素（Ｎ₂）等に変換して、排気ガスを浄化するのが普通である。

このように用いられる排気ガス浄化用触媒は、所定の活性化温度（例えば、３５０℃）以上にならなければ十分な排気ガス浄化能力を発揮できないという特性を持つ。このため、例えば、内燃機関としてのエンジンを寒冷地で冷間始動させる場合においては、排気ガス浄化用触媒が排気ガスによって徐々に暖められるものであるため、エンジン始動後におけるある程度の期間（例えば１０秒）の間は十分な排気ガス浄化能力を発揮できないことになる。

すなわち、エンジンの冷間始動時における排気ガス浄化用触媒が活性化温度に達するまでの間は、排気ガス中の、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質が十分に浄化されずに残されたまま大気中に排出されてしまい排気エミッションが悪化してしまうことになる。

そこで、エンジンの始動直後等に排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化温度まで高めるため、２次空気供給装置によって、エンジンの排気系における排気ガス浄化用触媒よりも上流側に接続した２次空気供給通路から２次空気を供給し、酸素濃度を高めて排気ガス中のＨＣ、ＣＯを２次燃焼させ、さらに２次燃焼の熱により排気ガス浄化用触媒の暖機を早めることで排気ガスの浄化を促進する技術が知られている。

このように用いられる２次空気供給装置は、２次空気供給通路上に設けた弁であるエアスイッチングバルブを開いてからエアポンプを駆動することにより、圧搾空気をエンジンの排気系に供給するよう構成されている。

このような２次空気供給装置では、外気温度が低いほど、２次空気供給通路内又は弁やポンプのような複雑な構成部品に凝縮水が付着したり、凝縮水が溜まったりし易い。さらに、２次空気供給装置では、エンジンの停止後に２次空気供給装置が低温状態で放置されると、２次空気供給通路内で凝縮水が凍結して閉塞したり、弁やポンプのような複雑な構成部品内に残存した凝縮水が凍結したりして、再始動時に２次空気供給が行えず、排気エミッションが悪化してしまうおそれがある。

このため、従来の２次空気供給装置では、２次空気供給装置に凍結可能性がある場合に、エンジンの完全暖機後に２次空気供給装置を強制駆動して掃気することで、２次空気供給通路及び構成部品に付着した凝縮水や管内に残存する水分を排気管へと排出し、機関停止後に２次空気供給装置が低温環境下におかれた場合でも構成部品や供給通路の凍結による閉塞、故障を抑制する手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上述のような従来の２次空気供給装置で、強制掃気により凝縮水や残存する水分を排気管へ排出する手段では、２次空気の吸入口の付近に水分（雨水や雪等の水分）があると、これらの水分が強制掃気の動作によって２次空気供給通路の内部へ浸入し、外気温度が氷点下となったときに凍結して２次空気供給通路が塞がれたり、エアスイッチングバルブの弁体の周囲で水分が凍結して弁体が閉じた状態で動かなくなったり、エアポンプにおけるインペラとケースとの間で水分が凍結しインペラが回動不能となってエアポンプが不作動となったりする。

このため、外気温が氷点下の環境で、エンジンを冷間始動させるときに２次空気供給装置が不作動となり２次空気供給が行えない場合には、排気エミッションが悪化してしまうことになる。

また、電動エアポンプにおけるインペラとケースとの間で水分が凍結しインペラが回動不能となった状態で電動エアポンプに電力を供給して駆動しようとすると、電動エアポンプに長時間、大電流が流れることとなって電動エアポンプが故障する可能性がある。

さらに、このような２次空気供給装置を利用したエアインジェクションシステムにおける故障診断では、例えば、エアポンプ内で水分が凍結し不作動となった場合に、エアポンプの凍結部分が氷解すれば機能を回復するという一時的な障害であるにも関わらず、エアポンプの故障と判定されてしまうという問題がある。

特開２００３−２２７３３１号公報特開２００４−１００５４８号公報特開２００４−１００６４８号公報特開２００５−６９０４７号公報特開２００４−２８５８７７号公報特開２００２−１９２９５９号公報

本発明は上述した点に鑑み、気温の低い冷間で使用しても水分の凍結により不作動となることを抑制し、水分の凍結により動作不能の状態となった機器を駆動しようとして故障させることを抑制し、故障診断において水分が凍結し不作動となり故障と判定されてしまうことを抑制できる２次空気供給装置を新たに提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の２次空気供給装置は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に、２次空気を供給して未燃焼ガスを燃焼させ暖機を早める２次空気供給装置において、排気浄化装置より上流側の排気系に接続した管口から２次空気を吹き出すための２次空気供給通路を構成する送気管と、送気管内に吸入した空気を加圧して供給する正方向へ駆動可能とすると共に、送気管内の空気を吸引して外気へ放出させるように逆方向へ駆動可能としたエアポンプと、送気管を通じて２次空気が排気系へ供給されるようにする開弁状態又は送気管を通じて２次空気が排気系へ供給されることを遮断する閉弁状態となるように制御されるエアスイッチングバルブと、内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットし、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させるように制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

上述のように構成することにより、内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、制御手段が、エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットし、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる動作により、外気を吸気する部分に付着した水分等を吹き飛ばして乾燥させることにより、水分がエアポンプ側へ侵入して凍結し動作不能となることを抑制できる。さらに、エアスイッチングバルブを閉弁状態としてからエアポンプを逆方向へ駆動させるので、排気系側の排気ガスに含まれる水分がエアポンプ側へ侵入することを防止できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次空気供給装置において、制御手段が、内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットした状態で、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させてから所定時間エアポンプを停止させるという一連の動作を所定複数回繰り返すように制御することを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１に記載の発明の作用、効果に加えて、エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットし、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる動作を複数回行うことにより、外気を吸気する部分に付着した水分等を吹き飛ばして乾燥させる効果を増大させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の２次空気供給装置において、制御手段が、内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、少なくともエアスイッチングバルブを閉弁状態にセットした状態で、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる制御を行った後に、エアスイッチングバルブを開弁状態にセットした状態で、エアポンプを正方向へ駆動させて強制掃気させるよう制御することを特徴とする。

上述のように構成することにより、請求項１又は請求項２に記載の発明の作用、効果に加えて、エアポンプを逆方向へ駆動させて送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる動作により外気を吸気する部分に付着した水分等を吹き飛ばして乾燥させた後にエアポンプで吸引した空気は、乾燥しているので、この乾燥した空気によりエアスイッチングバルブの部分及び排気系を強制掃気して水分を吹き飛ばし乾燥させるので、２次空気供給装置から排気系にかけての２次空気の流路を乾燥させて凍結を抑制することができる。

本発明の２次空気供給装置によれば、気温の低い冷間で使用しても水分の凍結により不作動となることを抑制でき、水分の凍結により動作不能の状態となった機器を駆動しようとして故障させることを抑制でき、故障診断において水分が凍結し不作動となり故障と判定されてしまうことを抑制できるという効果がある。

本発明の２次空気供給装置に関する実施の形態について、図１乃至図４により説明する。

図１は、内燃機関としてのガソリンエンジンを対象としたエアインジェクションシステムの基本構成を示す概略構成図である。

このエンジン本体は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを外郭部材として燃焼室（気筒）１を構成する。なお図示しないが、エンジン本体には、例えば４気筒エンジンの場合には燃焼室１を４個というように、所定個数（単数又は複数）の燃焼室を設ける。

このエアインジェクションシステムでは、エンジンにおける各燃焼室１に対応して、吸気系（インテーク側）と、排気系（エギゾースト側）と、２次空気供給系とを設け、これらを制御手段を構成するエンジンコントロールコンピュータ２（電子制御装置）であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）で制御するように構成する。

この制御手段を構成するためのエンジンコントロールコンピュータ２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ及びタイマーカウンタ等の他、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路や、外部出力回路等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びタイマーカウンタ等と、外部入力回路や外部出力回路等とは、双方向性バスにより接続され、全体として論理演算回路を構成する。

また、エンジンコントロールコンピュータ２は、各種センサの検出信号に基づき、後述するように、スロットル６の開閉制御により各吸気ポートに燃料を噴射供給する制御（燃料噴射制御）、制御手段を構成するエアインジェクションドライバ１６等を利用して行うエアスイッチングバルブ１３の開閉制御及びエアポンプ１０の駆動を通じて各排気ポートに２次空気を供給する制御（２次空気供給制御）、故障検出に関わる制御等、内燃機関（エンジン）の運転状態に関する各種制御を実施可能に構成する。

なお、本明細書で２次空気というときは、内燃機関の燃焼室において燃焼行程を経たガスに対して再度供給される空気を意味する。

このエンジンの燃焼室１のシリンダヘッド部分には、空気及び燃料の混合気を導入するために吸気バルブ３部分に接続する吸気系（インテーク側）と、排気ガスを排出するために排気バルブ４部分に接続する排気系（エキゾースト側）とを設ける。

この吸気系における各燃焼室１に導入される吸入空気の通路（吸気通路）を構成する吸気管５には、スロットル６、エアフローメータ７等を設置する。このスロットル６は、エンジンコントロールコンピュータ２の指令信号に応じてその開度を変更し、吸入空気の流路面積（流量）を調整する電子制御式のバタフライ弁として構成することができる。このスロットル６の開度は、アクセルペダル（図示略）の踏込量に、エンジンの運転状態を反映する各種パラメータを加味して決定される。また、エアフローメータ７は、吸入空気の流量（一次空気量）に応じた検出信号を出力し、エンジンコントロールコンピュータ２へ検出信号を伝達する。

この排気系における各燃焼室１から排出される排気ガスの通路（排気通路）を構成する排気管８の一部には、排気浄化装置である触媒装置９を配置する。この触媒装置９は、ケーシングの内部に排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する機能を備えた周知の三元触媒を内蔵する。

この排気管８には、排気バルブ４と排気浄化装置である触媒装置９との間位置（排気浄化装置である触媒装置９より排気ガスの流れの上流側で排気バルブ４に接近した所定位置）に２次空気を導入するよう接続する２次空気供給系を設ける。

この２次空気供給系は、外部から取り入れた空気を２次空気として排気ポートに供給するため、エアポンプ（ＡＰ）１０がエアフィルタ１１を通して吸気した空気を、２次空気供給通路（送気通路）を構成する送気管１２で送気し、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１３とリードバルブ（ＲＶ）１４とを介して、排気管８における排気バルブ４に接近した所定位置に開口する送気管１２の管口から吹き出すように構成する。

このエアポンプ１０は、電動式エアポンプとして構成し、モータ部によりポンプ部のインペラ１５を所定の正転方向へ回転駆動（正方向へ駆動）することにより、エアフィルタ１１を通して吸入した空気を加圧して送気管１２を通じて排気管８（エキゾーストマニホールド）内へ送気するよう構成する。

また、エアポンプ１０のモータ部は、逆回転可能（逆方向へ駆動可能）に構成する。このエアポンプ１０を逆転させた場合には、２次空気供給通路を構成する送気管１２内の空気の流れが逆となり、エアポンプ１０が送気管１２内の空気を吸引してエアフィルタ１１を通して外気へ放出させるように逆噴射する。

このエアポンプ１０を備えたエアインジェクションシステムでは、制御手段を構成するエンジンコントロールコンピュータ２が、例えばエアポンプ１０を正方向へ駆動させる制御信号を、制御手段を構成するエアインジェクションドライバ１６へ送信し、この正方向へ駆動させる制御信号に対応してエアインジェクションドライバ１６が正転駆動用の電力をモータ部へ供給することにより、２次空気をエンジンの排気管８（エキゾーストマニホールド）へ送気させるよう駆動制御する。

これと共に、このエアインジェクションシステムでは、制御手段を構成するエンジンコントロールコンピュータ２が、例えばエアポンプ１０を逆転（逆方向へ駆動）させる制御信号をエアインジェクションドライバ１６へ送信し、この逆方向へ駆動させる制御信号に対応して制御手段を構成するエアインジェクションドライバ１６が逆転駆動用の電力をモータ部へ供給することにより、送気管１２内の空気がエアフィルタ１１を通して外気へ放出される逆噴射がされるよう駆動制御する。

なお、エアポンプ１０は、空気の圧送動作と吸引動作とを切り替えて実行可能であり、これらの動作をエンジンコントロールコンピュータ２で制御可能なものであれば良い。例えば、インペラ１５を機械式の動力伝達機構で他の駆動源に接続し、インペラ１５の正逆回転を切り替えて制御可能に構成した機械式のエアポンプ等として構成しても良い。

２次空気供給通路を構成する送気管１２の途中に配置するエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１３は、弁体１７を、空気の流路を解放する開弁状態と空気の流路を遮蔽する閉弁状態とに移動操作可能な電磁駆動式の開閉弁として構成する。なお、エアスイッチングバルブ１３は、通常状態で閉弁状態となり、駆動制御されて開弁状態となるように構成することができる。

このエアスイッチングバルブ１３を備えたエアインジェクションシステムでは、エンジンコントロールコンピュータ２が開弁状態又は閉弁状態とするための制御信号をエアインジェクションドライバ１６へ送信することにより、エアインジェクションドライバ１６が駆動用の電流を出力してエアスイッチングバルブ１３の弁体１７を、送気管１２を通じて２次空気が排気管８へ供給されるようにする開弁状態又は送気管１２を通じて２次空気が排気管８へ供給されることを遮断する閉弁状態となるように移動制御する。

このエアスイッチングバルブ１３には、リードバルブ１４を一体的に構成する。このリードバルブ１４は、エアスイッチングバルブ１３からエンジンの排気管８（エキゾーストマニホールド）に向かう空気の流れのみを許容し、排気管８からエアスイッチングバルブ１３に向かう空気の流れを制止する逆止弁として構成する。このリードバルブ１４は、例えば薄い鋼板から構成されるいわゆるリード弁や、いわゆるチェック弁で構成することができる。

また、エアインジェクションシステムでは、エンジンコントロールコンピュータ２に、水温センサ１８を接続してエンジン冷却水温を検知可能に構成すると共に、クランクポジションセンサ１９を接続してエンジンの回転状態（始動状態）を検知可能に構成する。このクランクポジションセンサ１９は、内燃機関（エンジン）の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。

なお、エンジンコントロールコンピュータ２は、出力している制御用の指令信号に対して２次空気供給系の動作状態を検出して、エアポンプ１０若しくはエアスイッチングバルブ１３又はリードバルブ１４等の異常発生の有無を周知の方法で診断するよう構成する。

この２次空気供給系の異常検出手段としては、例えば、送気管１２又は排気管８内の圧力推移から検出する手段、エアスイッチングバルブ１３にリフトセンサを設けて、弁体１７が連通孔（弁座）から離間したか否かを検知する手段等を利用できる。

なお、２次空気供給系において異常が検出されたときにエンジンコントロールコンピュータ２は、運転者に対し、２次空気供給系に不具合がある旨の通知を警告ランプの点灯等を通じて行うように構成する。

また、このエンジンコントロールコンピュータ２には、イグニションスイッチ２０を接続し、イグニッションキーがＯＮ又は０ＦＦ操作されたときのＯＮ又は０ＦＦの指令信号が入力されるように構成する。

次に、上述のように構成したエアインジェクションシステムにおける内燃機関（エンジン）の冷間始動時の通常の制御動作について説明する。

この内燃機関では、機関始動時等、内燃機関本体の温度が十分に高くなっていない条件下で（冷間時に）機関運転を行う場合、スロットル６を通じて燃焼室１内に供給する燃料の量を増量し（機関燃焼に供する混合気をリッチ化し）、機関燃焼の安定化や暖機の促進を図るよう制御する。

ここで、内燃機関では、機関燃焼に供する混合気をリッチ化すれば、排気中の未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）の量が増大することになる。しかも、このような燃料の増量が要求される条件下では、排気系に設けられた触媒装置９が十分に活性化する温度（活性温度）に達していない低い温度であるのが通常である。

そこで、このような内燃機関の冷間始動時等では、エアインジェクションシステムにより、燃焼室１から排出された直後の排気ガスに２次空気を混入し、排気ガス中に含まれる未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）の酸化反応を促す。これにより、排気浄化装置である触媒装置９の上流において未燃燃料成分の浄化が促進され、さらに、その反応熱によって触媒の活性化を早めて浄化効率を向上させる（触媒の暖機性を向上させる）。

このため、エアインジェクションシステムでは、内燃機関の冷間始動時等においてエンジンコントロールコンピュータ２が、水温センサ１８の検出値よりエンジン冷却水温が冷間始動を規定する範囲内にあると判定し、さらにクランクポジションセンサ１９からの出力信号によってエンジンの始動を確認する。

するとエンジンコントロールコンピュータ２は、エアインジェクションドライバ１６に制御信号を送信してエアポンプ１０を作動すると共に、エアスイッチングバルブ１３を開弁状態に操作し、エアフィルタ１１から吸気した２次空気をエアポンプ１０で送気管１２内へ圧送し、エアスイッチングバルブ１３とリードバルブ１４とを通して送気管１２の管口から排気管８（排気ポート部分）へ供給する。

これによりエアインジェクションシステムは、排気管８内の未燃焼ガスを燃焼させると共に、触媒装置９の暖機性を早めることで、低エミッション化を図る。

次に、このエアインジェクションシステムにおける、内燃機関停止時に行う凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作について説明する。

このエアインジェクションシステムでは、エンジンコントロールコンピュータ２が、イグニションスイッチ２０のイグニションキーが０ＦＦ操作されたときの内燃機関（エンジン）を停止させる指令信号が入力されると、エアスイッチングバルブ１３を閉弁状態にセットする。なお、エアスイッチングバルブ１３が閉弁状態である場合には、これを確認して次の制御動作へ移行する。

次に、エンジンコントロールコンピュータ２は、エアポンプ１０を逆転してエアスイッチングバルブ１３に接続している送気管１２内の空気をエアフィルタ１１から逆噴射させる。

これにより、車両の走行中にエンジンルーム内に舞い込んだ雪や雨水等がエアフィルタ１１に付着していた場合には、エアポンプ１０によって逆噴射された空気によってエアフィルタ１１から雪や雨水等を吹き飛ばし、エアフィルタ１１を乾燥させる。

なお、エアポンプ１０の空気取入口にエアフィルタ１１が装着していない場合には、エアポンプ１０の空気取入口付近に付着している雪や雨水等を吹き飛ばすと共に、空気取入口付近を乾燥させる。

このエンジンコントロールコンピュータ２は、エアポンプ１０を所定時間逆転させてからエアポンプ１０を停止し、エアインジェクションシステムを含む内燃機関（エンジン）の動作を停止する。

このエアインジェクションシステムでは、エアスイッチングバルブ１３からエアフィルタ１１へ至る空気通路内にある空気をエアポンプ１０で逆噴射させるので、エアスイッチングバルブ１３からエアフィルタ１１へ至る空気通路内が負圧になるが、エアポンプ１０を停止すると、空気通路内が大気圧に復帰するまで自然に空気が送気管１２内にもどる。

さらに、このエアインジェクションシステムでは、エアポンプ１０を逆転させて空気をエアフィルタ１１から逆噴射させる動作を一回行っただけでは十分に雪や雨水等を吹き飛ばし乾燥させることができない場合に、エンジンコントロールコンピュータ２が、エアポンプ１０を所定時間逆転させてから停止させ、所定時間の停止後にエアポンプ１０を再度逆転させるという、逆転と停止の動作の組を複数回実行するように制御しても良い。

また、このエアインジェクションシステムでは、エアスイッチングバルブ１３より外気を取り入れる吸気側を乾燥させて凍結による動作不良の発生を防止する制御に加えて、エアスイッチングバルブ１３よりも排気管８側を強制掃気させることにより乾燥させて凍結による動作不良の発生を防止する制御を行うようにしても良い。

この場合にエンジンコントロールコンピュータ２は、上述のようにエアスイッチングバルブ１３を閉弁状態にしてからエアポンプ１０を逆転させて逆噴射させる動作により、エアスイッチングバルブ１３よりエアフィルタ１１側（外気を取り入れる吸気側）の部分を乾燥状態とする。

これに続けてエンジンコントロールコンピュータ２は、エアインジェクションドライバ１６を介して、エアスイッチングバルブ１３を開弁状態に制御してからエアポンプ１０を正転させる制御を行う。

これにより、このエアインジェクションシステムでは、エアフィルタ１１から乾燥した空気を取り入れて送気管１２を圧送しエアスイッチングバルブ１３の開いた弁体１７の部分を吹き抜けさせてリードバルブ１４を通過させ、送気管１２の端部管口から排気管８内へ吹き込んで、排気ガスと同様に外気へ放出させる強制掃気を行う。

このエアインジェクションシステムでは、強制掃気の動作で乾燥された状態のエアフィルタ１１から取り入れた乾燥した空気を、２次空気供給系から排気系へと通気させることにより、エアポンプ１０のインペラ１５、エアスイッチングバルブ１３の弁体１７及びリードバルブ１４の部分にある水分を吹き飛ばして乾燥させると共に、この乾燥した空気で排気系内部を乾燥させる。

この強制掃気によりエアインジェクションシステムでは、２次空気供給系と、排気系の内部が乾燥された状態で氷点下以下の温度にさらされても凍結する水分がないので、エアポンプ１０におけるインペラ１５とケースとの間で水分が凍結してインペラ１５が回転不能となり、又はエアスイッチングバルブ１３における弁体１７とこれに当接する開口周囲（弁座）との間で水分が凍結して弁体１７が開動作不能となることを抑制できる。

さらに、このエアインジェクションシステムでは、その凍結による動作不良の発生を防止する制御動作のはじめに、エアポンプ１０を逆転させて逆噴射させることによりエアフィルタ１１に付着していた雪や雨水等を吹き飛ばすので、このエアフィルタ１１に付着していた雪や雨水等がエンジンの停止後に解けてエアフィルタ１１から染み込んでエアポンプ１０内に浸入してケースとインペラ１５との間等に溜まり、凍結することを抑制できる。

よって、このエアインジェクションシステムを備えた内燃機関（エンジン）では、外気温が氷点下の環境でエンジンを冷間始動させるときに２次空気供給装置を適切に作動させて低エミッション化を図ることができる。

また、エアポンプ１０におけるインペラ１５とケースとの間の水分を除去して凍結によりインペラ１５が回動不能となることを防止し、エアポンプ１０に駆動電力を供給したときにインペラ１５を良好に回動させるようにして、エアポンプ１０を故障させることを抑制できる。

さらに、このエアインジェクションシステムでは、これに対する故障診断を行う場合に、エアポンプ１０におけるインペラ１５とケースとの間の水分を除去して凍結によりインペラ１５が回動不能となることを防止し、エアポンプ１０の凍結による一時的な障害であるにも関わらず、故障診断でエアポンプの故障と判定されてしまうことを抑制できる。

次に、本実施の形態に関わるエアインジェクションシステムにおいて、凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作の具体的手順の一例について、図２のフローチャートにより説明する。

このエアインジェクションシステムにおける凍結による動作不良の発生を防止する制御では、エンジンが始動されたときにスタートし、ステップＳ１で、エンジン停止の指令（ここでは、イグニションキーが０ＦＦ位置に操作されたときにイグニションスイッチ２０からエンジンコントロールコンピュータ２へ送信されるエンジン停止用の指令）があるまで待機し、エンジンコントロールコンピュータ２がイグニションスイッチ２０からエンジン停止の指令を受けたときにステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作が既に実行済みか否かを判断し、制御動作を実行済みの場合に、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了し、この制御動作が未実行の場合に、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３で、エアスイッチングバルブ１３が閉弁状態であるか否かを確認し、閉弁状態にあると判定した場合には、次のステップＳ５へ進む。また、エアスイッチングバルブ１３が開弁状態である場合には、ステップＳ４へ進んでエアスイッチングバルブ１３を閉じる制御を行ってからステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、エアポンプ１０の逆回転動作を開始し、次のステップＳ６でエアポンプ１０の逆回転動作を所定時間継続させてから、次のステップＳ７へ進む。

このステップＳ７では、エアポンプ１０を停止してから、ステップＳ８へ進み、このエアインジェクションシステムを含む所定の電気系統に電力を供給するためのメインリレーの動作を停止して、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了する。

次に、エアインジェクションシステムにおいて、凍結による動作不良の発生を防止するためエアポンプ１０による逆噴射を複数回行う制御動作について、図３のフローチャートにより説明する。

このエアインジェクションシステムにおける凍結による動作不良の発生を防止するためエアポンプ１０による逆噴射を複数回行う制御では、エンジンが始動されたときにスタートし、ステップＳ１０で、エンジン停止の指令（ここでは、イグニションキーが０ＦＦ位置に操作されたときにイグニションスイッチ２０からエンジンコントロールコンピュータ２へ送信されるエンジン停止用の指令）があるまで待機し、エンジンコントロールコンピュータ２がイグニションスイッチ２０からエンジン停止の指令を受けたときにステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、イニシャライズ処理により、逆噴射の実行回数ｎに０を代入してステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作が既に実行済みか否かを判断し、制御動作を実行済みの場合に、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了し、この制御動作が未実行の場合に、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３で、エアスイッチングバルブ１３が閉弁状態であるか否かを確認し、閉弁状態にあると判定した場合には、次のステップＳ１５へ進む。また、エアスイッチングバルブ１３が開弁状態である場合には、ステップＳ１４へ進んでエアスイッチングバルブ１３を閉じる制御を行ってからステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、エアポンプ１０の逆回転動作を開始し、次のステップＳ１６でエアポンプ１０の逆回転動作を所定時間継続させてから、次のステップＳ１７へ進む。

このステップＳ１７では、エアポンプ１０を停止してから、ステップＳ１８へ進み、所定時間待機することにより内部が負圧になった送気管１２内へエアフィルタ１１から外気が自然に逆流して定常化するのを待ち、次のステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１９では、逆噴射の実行回数ｎに１を加算するインクリメントを実行し、次のステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、逆噴射の実行回数ｎが予め定めた所定回数Ｋに至ったかを判断し、所定回数Ｋ未満のときにステップＳ１５へ戻って上述した一連の逆噴射させる動作を繰り返す。また、ステップＳ２０で逆噴射の実行回数ｎが予め定めた所定回数Ｋに至ったと判定された場合には、次のステップＳ２１へ進み、このエアインジェクションシステムを含む所定の電気系統に電力を供給するためのメインリレーの動作を停止して、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了する。

次に、本実施の形態に関わるエアインジェクションシステムにおいて、凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作に続けて、エアスイッチングバルブ１３よりも排気管８側を乾燥させて凍結による動作不良の発生を防止する制御を行う場合の具体的手順の一例について、図４のフローチャートにより説明する。

このエアインジェクションシステムにおける凍結による動作不良の発生を防止し排気管８側を乾燥させる制御では、エンジンが始動されたときにスタートし、ステップＳ３１で、エンジン停止の指令（ここでは、イグニションキーが０ＦＦ位置に操作されたときにイグニションスイッチ２０からエンジンコントロールコンピュータ２へ送信されるエンジン停止用の指令）があるまで待機し、エンジンコントロールコンピュータ２がイグニションスイッチ２０からエンジン停止の指令を受けたときにステップＳ３２へ進む。

ステップＳ３２では、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作が既に実行済みか否かを判断し、制御動作を実行済みの場合に、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了し、この制御動作が未実行の場合に、ステップＳ３３へ進む。

ステップＳ３３で、エアスイッチングバルブ１３が閉弁状態であるか否かを確認し、閉弁状態にあると判定した場合には、次のステップＳ３５へ進む。また、エアスイッチングバルブ１３が開弁状態である場合には、ステップＳ３４へ進んでエアスイッチングバルブ１３を閉じる制御を行ってからステップＳ３５へ進む。

ステップＳ３５では、エアポンプ１０の逆回転動作を開始し、次のステップＳ３６でエアポンプ１０の逆回転動作を所定時間継続させてから、次のステップＳ３７へ進む。

このステップＳ３７では、エアポンプ１０を停止してから、排気管側を乾燥させる制御のためステップＳ３８へ進む。

ステップＳ３８では、エンジンコントロールコンピュータ２がエアインジェクションドライバ１６を介してエアスイッチングバルブ１３を開弁状態に操作して、次のステップＳ３９へ進む。

ステップＳ３９では、エアポンプ１０を正転させるよう駆動を開始し、次のステップＳ４０でエアポンプ１０の正転方向の駆動を所定時間持続させてから、次のステップＳ４１へ進む。

このステップＳ４１では、エアポンプ１０を停止してから、ステップＳ４２へ進み、このエアインジェクションシステムを含む所定の電気系統に電力を供給するためのメインリレーの動作を停止して、この凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作を終了する。

なお、上述した図４に例示するフローチャートでは、ステップＳ３１からステップＳ３７までの手順を図３に例示するステップＳ１０からステップＳ２１までの手順と置き換えて実行するようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、内燃機関としてのガソリンエンジンに本発明を適用したものについて説明したが、本発明は、これに限らず、例えばディーゼルエンジン等に適用できることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る２次空気供給装置を備えた内燃機関であるエンジン要部の基本構成を模式的に示す概略構成図である。本発明の実施の形態に係る２次空気供給装置を備えた内燃機関であるエンジンのエアインジェクションシステムにおける、凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作の具体的手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る２次空気供給装置を備えた内燃機関であるエンジンのエアインジェクションシステムにおける、凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作の他の具体的手順を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る２次空気供給装置を備えた内燃機関であるエンジンのエアインジェクションシステムにおける、凍結による動作不良の発生を防止するための制御動作の、さらに他の具体的手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１燃焼室
２エンジンコントロールコンピュータ
８排気管
９触媒装置
１０エアポンプ
１１エアフィルタ
１２送気管
１３エアスイッチングバルブ
１４リードバルブ
１５インペラ
１６エアインジェクションドライバ
１７弁体

Claims

内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に、２次空気を供給して未燃焼ガスを燃焼させ暖機を早める２次空気供給装置において、
前記排気浄化装置より上流側の前記排気系に接続した管口から２次空気を吹き出すための２次空気供給通路を構成する送気管と、
前記送気管内に吸入した空気を加圧して供給する正方向へ駆動可能とすると共に、前記送気管内の空気を吸引して外気へ放出させるように逆方向へ駆動可能としたエアポンプと、
前記送気管を通じて２次空気が前記排気系へ供給されるようにする開弁状態又は前記送気管を通じて２次空気が前記排気系へ供給されることを遮断する閉弁状態となるように制御されるエアスイッチングバルブと、
前記内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、前記エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットし、前記エアポンプを逆方向へ駆動させて前記送気管内の空気を吸引して外気へ放出させるように制御する制御手段と、
を有することを特徴とする２次空気供給装置。
前記制御手段が、前記内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、前記エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットした状態で、前記エアポンプを逆方向へ駆動させて前記送気管内の空気を吸引して外気へ放出させてから所定時間前記エアポンプを停止させるという一連の動作を所定複数回繰り返すように制御することを特徴とする請求項１に記載の２次空気供給装置。
前記制御手段が、前記内燃機関を停止させる指令信号が入力された際に、少なくとも前記エアスイッチングバルブを閉弁状態にセットした状態で、前記エアポンプを逆方向へ駆動させて前記送気管内の空気を吸引して外気へ放出させる制御を行った後に、前記エアスイッチングバルブを開弁状態にセットした状態で、前記エアポンプを正方向へ駆動させて強制掃気させるよう制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の２次空気供給装置。