二次空気供給装置
【課題】二次空気の供給通路に対する排気ガスの逆流を好適に抑制することのできる二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路２に接続された二次空気の供給通路４に二次空気を供給するエアポンプ５と、二次空気の供給通路４途中にあってこの供給される二次空気の流通を制御する制御弁６と、これらエアポンプ５および制御弁６の作動を制御する制御部７とを備えて二次空気供給装置を構成する。そして、制御部７は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、制御弁６を開弁状態に維持したまま所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのち、同エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁制御する。
【解決手段】内燃機関の排気通路２に接続された二次空気の供給通路４に二次空気を供給するエアポンプ５と、二次空気の供給通路４途中にあってこの供給される二次空気の流通を制御する制御弁６と、これらエアポンプ５および制御弁６の作動を制御する制御部７とを備えて二次空気供給装置を構成する。そして、制御部７は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、制御弁６を開弁状態に維持したまま所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのち、同エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、暖機運転中など内燃機関が冷えた状態にあるときには、触媒コンバータよりも上流の排気ガス中に空気（二次空気）を供給することにより、排気ガスを再燃焼（酸化反応）させて浄化したり、その再燃焼の熱で触媒コンバータの活性化を促すなどの処理が行われている。
【０００３】
このような二次空気の供給を制御する二次空気供給装置は通常、内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路、この供給通路に二次空気を供給するエアポンプ、そして上記排気通路との境界部にあってこの供給される二次空気の流通を制御する制御弁を備えている。そして、こうした二次空気供給装置にあって、所定の条件に基づいて二次空気を供給した後、二次空気の供給を停止する際には、例えば特許文献１に記載の装置のように、エアポンプの駆動停止後に制御弁を閉じるようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した二次空気供給装置にあって、エアポンプの停止直後に上記制御弁を閉じると、エアポンプの慣性力により供給通路内を遅れて圧送されてくる二次空気が閉弁途中にある制御弁の流路を通ることになるため、笛のような異音が生じることがある。そのため、こうした慣性力により遅れて圧送されてくる二次空気がなくなるまでの所定時間経過後、すなわちエアポンプの停止後から所定時間経過後に上記制御弁を閉弁することが望ましい。しかしこの場合、制御弁の閉弁直前には、二次空気の供給通路内の圧力が内燃機関の排気通路内の圧力とほぼ等しくなることから、このような圧力バランスのもとで制御弁を閉じると、供給通路内の圧力が排気通路内の圧力に対して一時的に負圧になることが発明者によって確認されている。そしてこのように、供給通路内の圧力が排気通路内の圧力に対して相対的に負圧になると、排気通路から供給通路へ排気ガスの逆流が起こり、制御弁のシール部分に排気ガス中に含まれる凝縮水が付着して凍結し、制御弁が固着するなどの虞がある。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次空気の供給通路に対する排気ガスの逆流を好適に抑制することのできる二次空気供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記二次空気の供給通路途中にあって前記供給される二次空気の流通を制御する制御弁と、これらエアポンプおよび制御弁の作動を制御する制御手段とを備える二次空気供給装置において、前記制御手段は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、前記制御弁を開弁状態に維持したまま所定の時間だけ前記エアポンプの駆動を停止したのち、同エアポンプを一時的に駆動させて前記制御弁を閉弁制御することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、エアポンプの一時的な駆動によって、制御弁の閉弁時に制御弁よりもエアポンプ側の供給通路内に相対的な負圧が生じることを抑え、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。また、所定の時間だけエアポンプの駆動を停止したのちにエアポンプの一時的な駆動を行うことで、制御弁の閉弁時に笛のような異音が生じることも抑制することができるようになる。なお、エアポンプを停止する所定の時間とは、供給通路内の制御弁よりもエアポンプ側の圧力と制御弁よりも排気通路側の圧力とが均衡状態もしくは均衡状態に近い状態となるために要する時間である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次空気供給装置において、前記制御弁の閉弁制御に先立つ前記エアポンプの一時的な駆動が、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件のもとに実行されることを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、エアポンプの一時的な駆動を適切に制御して、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することをより的確に抑制することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件が時間情報として駆動時間マップに登録されており、このマップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの一時的な駆動が行われることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の二次空気供給装置において、前記駆動時間マップに登録された時間情報は、
ａ．内燃機関の回転数が高いほど長い時間に、かつ
ｂ．内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧が高いほど短い時間に、
なる傾向にて設定されていることを要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、内燃機関の負荷、すなわち回転数が供給通路内の制御弁よりも排気通路側の圧力に及ぼす影響、およびエアポンプの駆動能力、すなわちバッテリ電圧が供給通路内の制御弁よりもエアポンプ側の圧力に及ぼす影響を適切に加味して、エアポンプの一時的な駆動をより適切に行うことができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づき前記排気の逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値を超えるまで前記エアポンプの一時的な駆動が行われることを要旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、２つのセンサを用いた差圧を測定することで、エアポンプを一時的に駆動する時間をその都度の実情に応じて的確に判断することができるようになる。したがって、排気ガスの逆流についても、これをより好適に抑制することができるようになる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置において、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、時間情報として停止時間マップに登録されており、該マップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの駆動が停止されることを要旨とする。
【００１９】
上記構成によっても、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、エアポンプの駆動を停止する時間を判断することができるようになる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記停止時間マップに登録された時間情報は、内燃機関の負荷、すなわち回転数が高いほど長い時間になる傾向にて設定されていることを要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、内燃機関の回転数が供給通路内の制御弁よりも排気通路側の圧力に及ぼす影響を適切に加味して、エアポンプの駆動を停止する時間をより適切に判断することが可能となる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づいた閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値以下になるまで前記エアポンプの駆動が停止されることを要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、２つのセンサを用いた差圧を測定することで、エアポンプの駆動を停止する時間をその都度の実情に応じて的確に判断することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明にかかる二次空気供給装置の第１の実施の形態について、同二次空気供給装置と共にその適用対象となる内燃機関の構成を模式的に示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態の二次空気供給装置による二次空気供給の制御手順を示すフローチャート。
【図３】閾値ｔＰａと閾値ｔＰｂの関係を模式的に示すグラフ。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態の二次空気供給装置による主に二次空気の供給停止時の動作態様を示すタイミングチャート。
【図５】この発明にかかる二次空気供給装置の第２の実施の形態について、同二次空気供給装置と共にその適用対象となる内燃機関の構成を模式的に示すブロック図。
【図６】第２の実施の形態の二次空気供給装置による二次空気供給の制御手順を示すフローチャート。
【図７】（ａ）は、マップ演算される内燃機関の回転数と時間Ｔａあるいは時間Ｔｂとの関係を示すグラフ。（ｂ）は、同じくマップ演算されるバッテリ電圧と時間Ｔｂとの関係を示すグラフ。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の二次空気供給装置による主に二次空気の供給停止時の動作態様を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施の形態）
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第１の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２６】
まず、この実施の形態にかかる二次空気供給装置が二次空気を供給する内燃機関の排気系、および二次空気供給装置の構成について説明する。
【００２７】
図１に示すように、内燃機関では、シリンダー内の燃焼室１において燃料と空気の混合気の燃焼が行われ、その排気ガスが排気通路２へ排出される。排気ガスは排気通路２を通って触媒コンバータ３で浄化された後、外部へ排出される。
【００２８】
一方、排気通路２には、排気ガスに二次空気を供給するための通路である供給通路４が接続されている。この供給通路４には、当該通路４に二次空気を供給するエアポンプ５が設けられているとともに、その通路途中には、エアポンプ５から供給される二次空気の流通を制御する制御弁６が設けられている。そして、制御部７がこれらエアポンプ５と制御弁６の作動を制御することによって、所定の条件のもとに排気ガスに二次空気を供給する。なお、この実施の形態において、制御部７は、マイクロコンピュータを備えて内燃機関の運転の制御等も並行して行う電子制御装置（ＥＣＵ）からなっている。
【００２９】
また一方、この実施の形態では、上記供給通路４内に、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２を測定する排気側圧力センサ９とが設けられている。そして、これらポンプ側圧力センサ８および排気側圧力センサ９の出力は共に制御部７に取り込まれ、特に二次空気の供給を停止する際に、同制御部７によって参照される。
【００３０】
次に、この実施の形態の二次空気供給装置の制御手順として、主に二次空気の供給停止処理を中心とした処理手順について、図２を参照して説明する。
【００３１】
図２に示すルーチンは、内燃機関の運転中に制御部７を通じて行われる処理であり、まず、ステップＳ１１においては、内燃機関の運転状態が二次空気を供給すべき領域であるか否かが判断される。そして、二次空気の供給が必要であると判断されると（例えば暖機運転中）、ステップＳ１２に進み、所定の条件に基づいた通常の二次空気供給制御が行われる。
【００３２】
こうした二次空気供給制御の実行に際しては、ステップＳ１３で二次空気の供給終了条件を満たすか否かが常時監視され、二次空気の供給終了条件が満たされると（例えば暖機運転終了）、ステップＳ１４〜ステップＳ１８に示す二次空気の供給停止処理に移行する。
【００３３】
この二次空気の供給停止処理では、まず、ステップＳ１４で、エアポンプ５の駆動が停止される。そして、ステップＳ１５で、ポンプ側圧力センサ８と排気側圧力センサ９の出力から、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１と制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が閾値ｔＰａ以下であるかどうかが判断される。なお、この実施の形態において、閾値ｔＰａは、図３に示すように、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２が平衡状態となる値（ΔＰ＝０）と、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉じたときの前述した相対的な負圧による排気ガスの逆流の発生の有無を判断し得る値である閾値ｔＰｂとの間に設定されている。
【００３４】
このステップＳ１５の処理において、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰａを超えると判断される場合には、時間の経過に伴ってポンプ側圧力Ｐ１が下がり、差圧ΔＰが閾値ｔＰａ以下になるまで待つ。その後、同ステップＳ１５の処理として、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰａ以下になったことが判断されると、ステップＳ１６へ進み、エアポンプ５の駆動（再駆動）が開始される。
【００３５】
こうしてエアポンプ５が駆動（再駆動）されると、ステップＳ１７で、同様にポンプ側圧力センサ８と排気側圧力センサ９の出力から、今度は差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えるかどうかが判断される。なお、この実施の形態において、閾値ｔＰｂは、前述のように、そして図３に示すように、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉じたときの排気ガスの逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されている。すなわち、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超える値であれば、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉弁しても排気ガスの逆流は起こらない。
【００３６】
こうした条件のもと、ステップＳ１７の処理において、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂ以下であると判断される場合には、エアポンプ５の駆動状態を維持する。すなわち、時間の経過に伴ってポンプ側圧力Ｐ１が上がり、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えるまで待つ。その後、同ステップＳ１７の処理として、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰｂを超えたことが判断されると、ステップＳ１８へ進み、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁する。これによって二次空気の供給停止処理は終了し、内燃機関が再び二次空気供給が必要とされる運転領域となるまで待機する。
【００３７】
次に、図４を参照しつつ、この実施の形態の二次空気供給装置の主に上述した供給停止時の動作についてさらに詳述する。
【００３８】
いま、図４（ａ）に示すように、排気ガスへの二次空気の供給中であるとするときに供給終了条件が満たされ、時刻ｔ１１に、エアポンプ５の駆動停止指令が発せられたとする。このとき、エアポンプ５の駆動信号がオフ（ＯＦＦ）となっても、供給通路４にはエアポンプ５の慣性力により二次空気が供給されるため、図４（ｃ）に示されるように、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１はすぐには下がらず、徐々に低下していく。そして、その後のポンプ側圧力Ｐ１の低下により、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２の差圧ΔＰが閾値ｔＰａ以下となる時刻ｔ１２で、図４（ａ）に示すように、エアポンプ５を再び駆動すべく駆動信号がオン（ＯＮ）とされる。これにより、供給通路４内の圧力も、図４（ｃ）に示すように、低下傾向にあったものが一時的に高まるようになる。その後、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２の差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えた時刻ｔ１３で、図４（ａ）に示すように、エアポンプ５の再駆動が停止されるとともに、図４（ｂ）に示すように、制御弁６が閉弁される。
【００３９】
なお、図４（ｃ）に示す排気側圧力Ｐ２は内燃機関の機関負荷により変動するため、二次空気の供給が行われる運転領域において予測される機関負荷による変動幅を考慮したうえで、上記閾値ｔＰａおよび閾値ｔＰｂを設定することとなる。あるいは、その時々の機関負荷に応じて、閾値ｔＰａおよび閾値ｔＰｂを変更するようにしてもよい。
【００４０】
このように、エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁する制御を行うことにより、制御弁６の閉弁時には、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰが上記閾値ｔＰｂを超えるようになる。このため、図４（ｃ）に領域Ａとして示すような現象、すなわちポンプ側圧力Ｐ１が排気側圧力Ｐ２に対して相対的に負圧になるような現象は生じない。したがって、排気ガスが制御弁６からエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００４１】
またこのとき、差圧ΔＰが一旦閾値ｔＰａ以下に低下してから、エアポンプ５を再駆動して差圧ΔＰを閾値ｔＰｂまで上げるようにしている。エアポンプ５の特性上、その駆動初期にはポンプ側圧力Ｐ１は緩やかに上昇することから、このような制御を行えば、差圧ΔＰが必要以上に上昇して制御弁６の閉弁時に前述した笛のような異音が生じることもなくなる。
【００４２】
以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
【００４３】
（１）内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、制御弁６を開弁状態に維持したまま所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのち、同エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁制御するようにした。これにより、制御弁６の閉弁時に供給通路４内に負圧が生じることを抑えることができ、ひいては排気ガスが制御弁６よりもエアポンプ５側に逆流することを抑制することができる。すなわち、排気ガスの逆流により、制御弁６に排気ガス中に含まれる凝縮水が付着して凍結し、制御弁６が固着する等の不都合の発生を未然に抑制することができる。また、所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのちにエアポンプ５の一時的な駆動を行うことで、制御弁６の閉弁時に笛のような異音が生じることも同時に抑制することができる。
【００４４】
（２）エアポンプ５の一時的な駆動を、二次空気の供給通路４に対する排気ガスの逆流を防ぎ得る条件のもと実行するようにした。より詳しくは、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも下流側の圧力を測定する排気側圧力センサ９とによる測定圧力の差圧ΔＰが、排気の逆流を判断し得る逆流閾値として設定された閾値ｔＰｂを超えるまでエアポンプ５の一時的な駆動を行うようにした。このように、２つのセンサを用いて差圧ΔＰを測定するようにしたことで、エアポンプ５を一時的に駆動する期間を的確に判断することができ、ひいては排気ガスの逆流をより好適に抑制することができる。
【００４５】
（３）制御弁６を開弁状態に維持したままエアポンプ５の駆動を停止するにあたり、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも下流側の圧力を測定する排気側圧力センサ９とによる測定圧力の差圧ΔＰが、閾値ｔＰａ以下になるまでエアポンプ５の駆動を停止するようにした。これにより、エアポンプ５の駆動を停止する期間についても、２つのセンサによる差圧ΔＰによって適切に管理することができる。
（第２の実施の形態）
次に、この発明にかかる二次空気供給装置の第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に、図５〜図８を参照して説明する。なお、この実施の形態にかかる二次空気供給装置も、その基本的な構成は第１の実施の形態と同等であり、図５においても第１の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
【００４６】
図５に示すように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置には、その二次空気の供給通路４に、圧力を測定するためのセンサ等は設けられていない。ただしこれに代えて、制御部７には、ＲＯＭ等からなる不揮発性の記憶装置に、停止時間マップ７ａおよび駆動時間マップ７ｂといった時間情報マップが記憶されており、二次空気の供給を停止する際には、制御部７によりこれら停止時間マップ７ａおよび駆動時間マップ７ｂが参照される。
【００４７】
次に、この実施の形態の二次空気供給制御装置の制御手順として、ここでも主に二次空気の供給停止処理を中心とした処理手順について、図６を参照して説明する。
【００４８】
図６に示すルーチンも、内燃機関の運転中に制御部７を通じて行われる処理であり、まず、ステップＳ２１において、内燃機関の運転状態が二次空気を供給すべき領域であると判断されると、ステップＳ２２、ステップＳ２３で二次空気の供給終了条件を満たすか否かが常時監視されつつ、所定の条件に基づいた通常の二次空気供給制御が行われる。そして、二次空気の供給終了条件が満たされたところで、ステップＳ２４〜ステップＳ２８に示す二次空気の供給停止処理に移行する。
【００４９】
この二次空気の供給停止処理では、まず、ステップＳ２４で、エアポンプ５の駆動が停止される。そして、ステップＳ２５の処理として、エアポンプ５の停止後、時間Ｔａが経過したか否かが判断される。この時間Ｔａは、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が、制御弁６よりも排気通路２側の圧力とほぼ等しくなる程度にまで低下するために要する時間である。ここでは、二次空気の供給が行われる運転領域において予測される内燃機関の回転数等をパラメータとした時間情報として制御部７の記憶装置（停止時間マップ７ａ）に予め記憶されている。なお、この時間Ｔａは、図７（ａ）に参考までに示すように、内燃機関の回転数が高いほど長くなる時間として設定されている。
【００５０】
このステップＳ２５の処理において、時間Ｔａが経過したことが判断されると、ステップＳ２６に進み、エアポンプ５の駆動（再駆動）が開始される。そして、ステップＳ２７の処理として、今度はエアポンプ５の駆動（再駆動）開始後、時間Ｔｂが経過したか否かが判断される。この時間Ｔｂは、エアポンプ５の駆動により、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が、制御弁６を閉弁したとしても排気ガスの逆流が起こらない圧力になるまでに要する時間である。この時間Ｔｂも、時間情報として制御部７の記憶装置（駆動時間マップ７ｂ）に予め記憶されており、当該ステップの処理に入る都度、制御部７によって読み出され、確認される。なお、この実施の形態において、駆動時間マップ７ｂは、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、内燃機関の回転数と内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧をパラメータとして作成されている。ちなみに、上記時間Ｔｂは、内燃機関の回転数が高いほど、すなわち排気通路２内の圧力が高いほど長い時間に、また、車両のバッテリ電圧が高いほど、すなわちエアポンプ５の圧力を上昇させる能力が高いほど短い時間になる傾向がある。したがって、駆動時間マップ７ｂにも、このような傾向に基づいて設定された時間情報が登録されており、その時々の運転状態に応じた時間情報が時間Ｔｂとして読み出される。
【００５１】
そして、このステップＳ２７の処理において、上記時間Ｔｂが経過したことが判断されると、ステップＳ２８へ進み、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁する。これによって二次空気の供給停止処理は終了し、そしてここでも、内燃機関が再び二次空気供給が必要とされる運転領域となるまで待機する。
【００５２】
次に、図８を参照しつつ、この実施の形態の二次空気供給装置の主に上述した供給停止時の動作についてさらに詳述する。
【００５３】
いま、図８（ａ）に示すように、排気ガスへの二次空気の供給中であるとするときに供給終了条件が満たされ、時刻ｔ２１に、エアポンプ５の駆動停止指令が発せられたとする。このとき、先の第１の実施の形態でも述べたように、エアポンプ５の駆動信号がオフ（ＯＦＦ）となっても、供給通路４にはエアポンプ５の慣性力により二次空気が供給されるため、図８（ｃ）に示されるように、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１はすぐには下がらず、徐々に低下していく。そして、時刻ｔ２１から時間Ｔａだけ経過した時刻ｔ２２で、図８（ａ）に示すように、エアポンプ５を再び駆動するべく駆動信号がオン（ＯＮ）とされる。この時刻ｔ２２の時点では、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１は、制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２とほぼ等しい圧力まで下がっている。しかし、こうしたエアポンプ５の再駆動により、図８（ｃ）に示すように、低下傾向にあったエアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１が一時的に高まるようになる。そして、エアポンプ５を再駆動した時刻ｔ２２から時間Ｔｂだけ経過した時刻ｔ２３で、図８（ａ）に示すように、エアポンプ５の再駆動が停止されるとともに、図８（ｂ）に示すように、制御弁６が閉弁される。このとき、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１は、制御弁６を閉弁したとしても排気ガスの逆流が起こらないバランスになる圧力まで上がっている。
【００５４】
このように、エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁する制御を行うことにより、制御弁６の閉弁時には、ここでも図８（ｃ）に領域Ａとして示すような現象、すなわちエアポンプ５と制御弁６との間の圧力が制御弁６よりも排気通路２側の圧力に対して相対的に負圧になるような現象は生じない。したがって、排気ガスが制御弁６からエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００５５】
またこのとき、時間Ｔａが経過して、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が制御弁６よりも排気通路２側の圧力とほぼ等しい状態まで下がってから、エアポンプ５を再駆動するようにしている。これも前述のように、エアポンプ５の特性上、その駆動初期にはエアポンプ５と制御弁６との間の圧力は緩やかに上昇することから、このような制御を行えば、制御弁６よりエアポンプ５側の圧力が必要以上に上昇して制御弁６の閉弁時に前述した笛のような異音が生じることもなくなる。
【００５６】
以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、先の第１の実施の形態の前記（１）の効果に加え、以下のような効果が得られるようになる。
【００５７】
（４）エアポンプ５の一時的な駆動に関し、二次空気の供給通路４に対する排気ガスの逆流を防ぎ得る条件を時間情報として駆動時間マップに登録し、このマップから読み出した時間情報に対応する時間Ｔｂだけエアポンプ５の一時的な駆動を行うようにした。これにより、実際の圧力を測定せずとも、すなわち圧力センサを設けない簡易な構成によって、排気ガスが制御弁６よりもエアポンプ５側に逆流することを抑制することができる。
【００５８】
（５）制御弁６を開弁状態に維持したままエアポンプ５の駆動を停止する所定の時間を、時間情報として停止時間マップ７ａに登録し、該マップから読み出される時間情報に対応する時間Ｔａだけエアポンプ５の駆動を停止するようにした。これにより、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、エアポンプ５の駆動を停止する時間を判断することができる。
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
【００５９】
・上記第１の実施の形態では、エアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間の両方を、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２を測定してその差圧ΔＰに基づき決定した。また、上記第２の実施の形態では、エアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間の両方を、制御部７の記憶装置に記憶された情報に基づき決定した。しかし、これらの実施の形態は組み合わせ可能である。すなわち、エアポンプ５を停止する時間を記憶装置に記憶された情報に基づき決定し、エアポンプ５を一時的に駆動する時間をポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰに基づき決定するようにしてもよい。あるいは、エアポンプ５を停止する時間をポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰに基づき決定し、エアポンプ５を一時的に駆動する時間を記憶装置に記憶された情報に基づき決定するようにしてもよい。
【００６０】
・上記第２の実施の形態では、時間Ｔｂが時間情報として登録される駆動時間マップ７ｂを、内燃機関の回転数と内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧をパラメータとして作成するようにしたが、この時間Ｔｂの時間情報を、供給通路４の配管長および配管断面積や、排気量、エアポンプ５の吐出能力によって設定するようにしてもよい。
【００６１】
・上記第２の実施の形態では、時間Ｔａを、時間Ｔｂと同様に、時間情報としてマップ（停止時間マップ７ａ）に登録するようにしたが、この時間Ｔａについては、これを規定値として制御部７の記憶装置に予め記憶するようにしてもよい。
【００６２】
・上記第１の実施の形態では、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも排気通路２側の圧力を測定する排気側圧力センサ９の２つのセンサを設けて圧力を測定するようにした。しかし、二次空気供給時の運転条件等によって制御弁６よりも排気通路２側の圧力が予測可能であれば、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８の出力のみに基づいてエアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間を決定するようにしてもよい。
【００６３】
・上記各実施の形態では、エアポンプ５を一時的に駆動したのち、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁した。しかし、排気ガスの逆流を防ぎ得る条件を満たす状態になっていれば、エアポンプ５の停止と制御弁６の閉弁を同時に行う必要はない。すなわち、エアポンプ５の駆動を停止する直前もしくは直後に制御弁６を閉弁するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…燃焼室、２…排気通路、３…触媒コンバータ、４…供給通路、５…エアポンプ、６…制御弁、７…制御部、７ａ…停止時間マップ、７ｂ…駆動時間マップ、８…ポンプ側圧力センサ、９…排気側圧力センサ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、暖機運転中など内燃機関が冷えた状態にあるときには、触媒コンバータよりも上流の排気ガス中に空気（二次空気）を供給することにより、排気ガスを再燃焼（酸化反応）させて浄化したり、その再燃焼の熱で触媒コンバータの活性化を促すなどの処理が行われている。
【０００３】
このような二次空気の供給を制御する二次空気供給装置は通常、内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路、この供給通路に二次空気を供給するエアポンプ、そして上記排気通路との境界部にあってこの供給される二次空気の流通を制御する制御弁を備えている。そして、こうした二次空気供給装置にあって、所定の条件に基づいて二次空気を供給した後、二次空気の供給を停止する際には、例えば特許文献１に記載の装置のように、エアポンプの駆動停止後に制御弁を閉じるようにしたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した二次空気供給装置にあって、エアポンプの停止直後に上記制御弁を閉じると、エアポンプの慣性力により供給通路内を遅れて圧送されてくる二次空気が閉弁途中にある制御弁の流路を通ることになるため、笛のような異音が生じることがある。そのため、こうした慣性力により遅れて圧送されてくる二次空気がなくなるまでの所定時間経過後、すなわちエアポンプの停止後から所定時間経過後に上記制御弁を閉弁することが望ましい。しかしこの場合、制御弁の閉弁直前には、二次空気の供給通路内の圧力が内燃機関の排気通路内の圧力とほぼ等しくなることから、このような圧力バランスのもとで制御弁を閉じると、供給通路内の圧力が排気通路内の圧力に対して一時的に負圧になることが発明者によって確認されている。そしてこのように、供給通路内の圧力が排気通路内の圧力に対して相対的に負圧になると、排気通路から供給通路へ排気ガスの逆流が起こり、制御弁のシール部分に排気ガス中に含まれる凝縮水が付着して凍結し、制御弁が固着するなどの虞がある。
【０００６】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次空気の供給通路に対する排気ガスの逆流を好適に抑制することのできる二次空気供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記二次空気の供給通路途中にあって前記供給される二次空気の流通を制御する制御弁と、これらエアポンプおよび制御弁の作動を制御する制御手段とを備える二次空気供給装置において、前記制御手段は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、前記制御弁を開弁状態に維持したまま所定の時間だけ前記エアポンプの駆動を停止したのち、同エアポンプを一時的に駆動させて前記制御弁を閉弁制御することを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、エアポンプの一時的な駆動によって、制御弁の閉弁時に制御弁よりもエアポンプ側の供給通路内に相対的な負圧が生じることを抑え、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。また、所定の時間だけエアポンプの駆動を停止したのちにエアポンプの一時的な駆動を行うことで、制御弁の閉弁時に笛のような異音が生じることも抑制することができるようになる。なお、エアポンプを停止する所定の時間とは、供給通路内の制御弁よりもエアポンプ側の圧力と制御弁よりも排気通路側の圧力とが均衡状態もしくは均衡状態に近い状態となるために要する時間である。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次空気供給装置において、前記制御弁の閉弁制御に先立つ前記エアポンプの一時的な駆動が、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件のもとに実行されることを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、エアポンプの一時的な駆動を適切に制御して、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することをより的確に抑制することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件が時間情報として駆動時間マップに登録されており、このマップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの一時的な駆動が行われることを要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、排気ガスが制御弁よりもエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の二次空気供給装置において、前記駆動時間マップに登録された時間情報は、
ａ．内燃機関の回転数が高いほど長い時間に、かつ
ｂ．内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧が高いほど短い時間に、
なる傾向にて設定されていることを要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、内燃機関の負荷、すなわち回転数が供給通路内の制御弁よりも排気通路側の圧力に及ぼす影響、およびエアポンプの駆動能力、すなわちバッテリ電圧が供給通路内の制御弁よりもエアポンプ側の圧力に及ぼす影響を適切に加味して、エアポンプの一時的な駆動をより適切に行うことができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づき前記排気の逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値を超えるまで前記エアポンプの一時的な駆動が行われることを要旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、２つのセンサを用いた差圧を測定することで、エアポンプを一時的に駆動する時間をその都度の実情に応じて的確に判断することができるようになる。したがって、排気ガスの逆流についても、これをより好適に抑制することができるようになる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置において、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、時間情報として停止時間マップに登録されており、該マップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの駆動が停止されることを要旨とする。
【００１９】
上記構成によっても、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、エアポンプの駆動を停止する時間を判断することができるようになる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記停止時間マップに登録された時間情報は、内燃機関の負荷、すなわち回転数が高いほど長い時間になる傾向にて設定されていることを要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、内燃機関の回転数が供給通路内の制御弁よりも排気通路側の圧力に及ぼす影響を適切に加味して、エアポンプの駆動を停止する時間をより適切に判断することが可能となる。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置において、前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づいた閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値以下になるまで前記エアポンプの駆動が停止されることを要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、２つのセンサを用いた差圧を測定することで、エアポンプの駆動を停止する時間をその都度の実情に応じて的確に判断することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明にかかる二次空気供給装置の第１の実施の形態について、同二次空気供給装置と共にその適用対象となる内燃機関の構成を模式的に示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態の二次空気供給装置による二次空気供給の制御手順を示すフローチャート。
【図３】閾値ｔＰａと閾値ｔＰｂの関係を模式的に示すグラフ。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施の形態の二次空気供給装置による主に二次空気の供給停止時の動作態様を示すタイミングチャート。
【図５】この発明にかかる二次空気供給装置の第２の実施の形態について、同二次空気供給装置と共にその適用対象となる内燃機関の構成を模式的に示すブロック図。
【図６】第２の実施の形態の二次空気供給装置による二次空気供給の制御手順を示すフローチャート。
【図７】（ａ）は、マップ演算される内燃機関の回転数と時間Ｔａあるいは時間Ｔｂとの関係を示すグラフ。（ｂ）は、同じくマップ演算されるバッテリ電圧と時間Ｔｂとの関係を示すグラフ。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態の二次空気供給装置による主に二次空気の供給停止時の動作態様を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（第１の実施の形態）
以下、この発明にかかる二次空気供給装置の第１の実施の形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２６】
まず、この実施の形態にかかる二次空気供給装置が二次空気を供給する内燃機関の排気系、および二次空気供給装置の構成について説明する。
【００２７】
図１に示すように、内燃機関では、シリンダー内の燃焼室１において燃料と空気の混合気の燃焼が行われ、その排気ガスが排気通路２へ排出される。排気ガスは排気通路２を通って触媒コンバータ３で浄化された後、外部へ排出される。
【００２８】
一方、排気通路２には、排気ガスに二次空気を供給するための通路である供給通路４が接続されている。この供給通路４には、当該通路４に二次空気を供給するエアポンプ５が設けられているとともに、その通路途中には、エアポンプ５から供給される二次空気の流通を制御する制御弁６が設けられている。そして、制御部７がこれらエアポンプ５と制御弁６の作動を制御することによって、所定の条件のもとに排気ガスに二次空気を供給する。なお、この実施の形態において、制御部７は、マイクロコンピュータを備えて内燃機関の運転の制御等も並行して行う電子制御装置（ＥＣＵ）からなっている。
【００２９】
また一方、この実施の形態では、上記供給通路４内に、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２を測定する排気側圧力センサ９とが設けられている。そして、これらポンプ側圧力センサ８および排気側圧力センサ９の出力は共に制御部７に取り込まれ、特に二次空気の供給を停止する際に、同制御部７によって参照される。
【００３０】
次に、この実施の形態の二次空気供給装置の制御手順として、主に二次空気の供給停止処理を中心とした処理手順について、図２を参照して説明する。
【００３１】
図２に示すルーチンは、内燃機関の運転中に制御部７を通じて行われる処理であり、まず、ステップＳ１１においては、内燃機関の運転状態が二次空気を供給すべき領域であるか否かが判断される。そして、二次空気の供給が必要であると判断されると（例えば暖機運転中）、ステップＳ１２に進み、所定の条件に基づいた通常の二次空気供給制御が行われる。
【００３２】
こうした二次空気供給制御の実行に際しては、ステップＳ１３で二次空気の供給終了条件を満たすか否かが常時監視され、二次空気の供給終了条件が満たされると（例えば暖機運転終了）、ステップＳ１４〜ステップＳ１８に示す二次空気の供給停止処理に移行する。
【００３３】
この二次空気の供給停止処理では、まず、ステップＳ１４で、エアポンプ５の駆動が停止される。そして、ステップＳ１５で、ポンプ側圧力センサ８と排気側圧力センサ９の出力から、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１と制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が閾値ｔＰａ以下であるかどうかが判断される。なお、この実施の形態において、閾値ｔＰａは、図３に示すように、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２が平衡状態となる値（ΔＰ＝０）と、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉じたときの前述した相対的な負圧による排気ガスの逆流の発生の有無を判断し得る値である閾値ｔＰｂとの間に設定されている。
【００３４】
このステップＳ１５の処理において、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰａを超えると判断される場合には、時間の経過に伴ってポンプ側圧力Ｐ１が下がり、差圧ΔＰが閾値ｔＰａ以下になるまで待つ。その後、同ステップＳ１５の処理として、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰａ以下になったことが判断されると、ステップＳ１６へ進み、エアポンプ５の駆動（再駆動）が開始される。
【００３５】
こうしてエアポンプ５が駆動（再駆動）されると、ステップＳ１７で、同様にポンプ側圧力センサ８と排気側圧力センサ９の出力から、今度は差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えるかどうかが判断される。なお、この実施の形態において、閾値ｔＰｂは、前述のように、そして図３に示すように、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉じたときの排気ガスの逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されている。すなわち、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超える値であれば、その差圧ΔＰのもとで制御弁６を閉弁しても排気ガスの逆流は起こらない。
【００３６】
こうした条件のもと、ステップＳ１７の処理において、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂ以下であると判断される場合には、エアポンプ５の駆動状態を維持する。すなわち、時間の経過に伴ってポンプ側圧力Ｐ１が上がり、差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えるまで待つ。その後、同ステップＳ１７の処理として、差圧ΔＰが上記閾値ｔＰｂを超えたことが判断されると、ステップＳ１８へ進み、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁する。これによって二次空気の供給停止処理は終了し、内燃機関が再び二次空気供給が必要とされる運転領域となるまで待機する。
【００３７】
次に、図４を参照しつつ、この実施の形態の二次空気供給装置の主に上述した供給停止時の動作についてさらに詳述する。
【００３８】
いま、図４（ａ）に示すように、排気ガスへの二次空気の供給中であるとするときに供給終了条件が満たされ、時刻ｔ１１に、エアポンプ５の駆動停止指令が発せられたとする。このとき、エアポンプ５の駆動信号がオフ（ＯＦＦ）となっても、供給通路４にはエアポンプ５の慣性力により二次空気が供給されるため、図４（ｃ）に示されるように、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１はすぐには下がらず、徐々に低下していく。そして、その後のポンプ側圧力Ｐ１の低下により、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２の差圧ΔＰが閾値ｔＰａ以下となる時刻ｔ１２で、図４（ａ）に示すように、エアポンプ５を再び駆動すべく駆動信号がオン（ＯＮ）とされる。これにより、供給通路４内の圧力も、図４（ｃ）に示すように、低下傾向にあったものが一時的に高まるようになる。その後、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２の差圧ΔＰが閾値ｔＰｂを超えた時刻ｔ１３で、図４（ａ）に示すように、エアポンプ５の再駆動が停止されるとともに、図４（ｂ）に示すように、制御弁６が閉弁される。
【００３９】
なお、図４（ｃ）に示す排気側圧力Ｐ２は内燃機関の機関負荷により変動するため、二次空気の供給が行われる運転領域において予測される機関負荷による変動幅を考慮したうえで、上記閾値ｔＰａおよび閾値ｔＰｂを設定することとなる。あるいは、その時々の機関負荷に応じて、閾値ｔＰａおよび閾値ｔＰｂを変更するようにしてもよい。
【００４０】
このように、エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁する制御を行うことにより、制御弁６の閉弁時には、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰが上記閾値ｔＰｂを超えるようになる。このため、図４（ｃ）に領域Ａとして示すような現象、すなわちポンプ側圧力Ｐ１が排気側圧力Ｐ２に対して相対的に負圧になるような現象は生じない。したがって、排気ガスが制御弁６からエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００４１】
またこのとき、差圧ΔＰが一旦閾値ｔＰａ以下に低下してから、エアポンプ５を再駆動して差圧ΔＰを閾値ｔＰｂまで上げるようにしている。エアポンプ５の特性上、その駆動初期にはポンプ側圧力Ｐ１は緩やかに上昇することから、このような制御を行えば、差圧ΔＰが必要以上に上昇して制御弁６の閉弁時に前述した笛のような異音が生じることもなくなる。
【００４２】
以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
【００４３】
（１）内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、制御弁６を開弁状態に維持したまま所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのち、同エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁制御するようにした。これにより、制御弁６の閉弁時に供給通路４内に負圧が生じることを抑えることができ、ひいては排気ガスが制御弁６よりもエアポンプ５側に逆流することを抑制することができる。すなわち、排気ガスの逆流により、制御弁６に排気ガス中に含まれる凝縮水が付着して凍結し、制御弁６が固着する等の不都合の発生を未然に抑制することができる。また、所定の時間だけエアポンプ５の駆動を停止したのちにエアポンプ５の一時的な駆動を行うことで、制御弁６の閉弁時に笛のような異音が生じることも同時に抑制することができる。
【００４４】
（２）エアポンプ５の一時的な駆動を、二次空気の供給通路４に対する排気ガスの逆流を防ぎ得る条件のもと実行するようにした。より詳しくは、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも下流側の圧力を測定する排気側圧力センサ９とによる測定圧力の差圧ΔＰが、排気の逆流を判断し得る逆流閾値として設定された閾値ｔＰｂを超えるまでエアポンプ５の一時的な駆動を行うようにした。このように、２つのセンサを用いて差圧ΔＰを測定するようにしたことで、エアポンプ５を一時的に駆動する期間を的確に判断することができ、ひいては排気ガスの逆流をより好適に抑制することができる。
【００４５】
（３）制御弁６を開弁状態に維持したままエアポンプ５の駆動を停止するにあたり、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも下流側の圧力を測定する排気側圧力センサ９とによる測定圧力の差圧ΔＰが、閾値ｔＰａ以下になるまでエアポンプ５の駆動を停止するようにした。これにより、エアポンプ５の駆動を停止する期間についても、２つのセンサによる差圧ΔＰによって適切に管理することができる。
（第２の実施の形態）
次に、この発明にかかる二次空気供給装置の第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に、図５〜図８を参照して説明する。なお、この実施の形態にかかる二次空気供給装置も、その基本的な構成は第１の実施の形態と同等であり、図５においても第１の実施の形態と実質的に同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。
【００４６】
図５に示すように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置には、その二次空気の供給通路４に、圧力を測定するためのセンサ等は設けられていない。ただしこれに代えて、制御部７には、ＲＯＭ等からなる不揮発性の記憶装置に、停止時間マップ７ａおよび駆動時間マップ７ｂといった時間情報マップが記憶されており、二次空気の供給を停止する際には、制御部７によりこれら停止時間マップ７ａおよび駆動時間マップ７ｂが参照される。
【００４７】
次に、この実施の形態の二次空気供給制御装置の制御手順として、ここでも主に二次空気の供給停止処理を中心とした処理手順について、図６を参照して説明する。
【００４８】
図６に示すルーチンも、内燃機関の運転中に制御部７を通じて行われる処理であり、まず、ステップＳ２１において、内燃機関の運転状態が二次空気を供給すべき領域であると判断されると、ステップＳ２２、ステップＳ２３で二次空気の供給終了条件を満たすか否かが常時監視されつつ、所定の条件に基づいた通常の二次空気供給制御が行われる。そして、二次空気の供給終了条件が満たされたところで、ステップＳ２４〜ステップＳ２８に示す二次空気の供給停止処理に移行する。
【００４９】
この二次空気の供給停止処理では、まず、ステップＳ２４で、エアポンプ５の駆動が停止される。そして、ステップＳ２５の処理として、エアポンプ５の停止後、時間Ｔａが経過したか否かが判断される。この時間Ｔａは、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が、制御弁６よりも排気通路２側の圧力とほぼ等しくなる程度にまで低下するために要する時間である。ここでは、二次空気の供給が行われる運転領域において予測される内燃機関の回転数等をパラメータとした時間情報として制御部７の記憶装置（停止時間マップ７ａ）に予め記憶されている。なお、この時間Ｔａは、図７（ａ）に参考までに示すように、内燃機関の回転数が高いほど長くなる時間として設定されている。
【００５０】
このステップＳ２５の処理において、時間Ｔａが経過したことが判断されると、ステップＳ２６に進み、エアポンプ５の駆動（再駆動）が開始される。そして、ステップＳ２７の処理として、今度はエアポンプ５の駆動（再駆動）開始後、時間Ｔｂが経過したか否かが判断される。この時間Ｔｂは、エアポンプ５の駆動により、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が、制御弁６を閉弁したとしても排気ガスの逆流が起こらない圧力になるまでに要する時間である。この時間Ｔｂも、時間情報として制御部７の記憶装置（駆動時間マップ７ｂ）に予め記憶されており、当該ステップの処理に入る都度、制御部７によって読み出され、確認される。なお、この実施の形態において、駆動時間マップ７ｂは、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、内燃機関の回転数と内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧をパラメータとして作成されている。ちなみに、上記時間Ｔｂは、内燃機関の回転数が高いほど、すなわち排気通路２内の圧力が高いほど長い時間に、また、車両のバッテリ電圧が高いほど、すなわちエアポンプ５の圧力を上昇させる能力が高いほど短い時間になる傾向がある。したがって、駆動時間マップ７ｂにも、このような傾向に基づいて設定された時間情報が登録されており、その時々の運転状態に応じた時間情報が時間Ｔｂとして読み出される。
【００５１】
そして、このステップＳ２７の処理において、上記時間Ｔｂが経過したことが判断されると、ステップＳ２８へ進み、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁する。これによって二次空気の供給停止処理は終了し、そしてここでも、内燃機関が再び二次空気供給が必要とされる運転領域となるまで待機する。
【００５２】
次に、図８を参照しつつ、この実施の形態の二次空気供給装置の主に上述した供給停止時の動作についてさらに詳述する。
【００５３】
いま、図８（ａ）に示すように、排気ガスへの二次空気の供給中であるとするときに供給終了条件が満たされ、時刻ｔ２１に、エアポンプ５の駆動停止指令が発せられたとする。このとき、先の第１の実施の形態でも述べたように、エアポンプ５の駆動信号がオフ（ＯＦＦ）となっても、供給通路４にはエアポンプ５の慣性力により二次空気が供給されるため、図８（ｃ）に示されるように、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１はすぐには下がらず、徐々に低下していく。そして、時刻ｔ２１から時間Ｔａだけ経過した時刻ｔ２２で、図８（ａ）に示すように、エアポンプ５を再び駆動するべく駆動信号がオン（ＯＮ）とされる。この時刻ｔ２２の時点では、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１は、制御弁６よりも排気通路２側の圧力Ｐ２とほぼ等しい圧力まで下がっている。しかし、こうしたエアポンプ５の再駆動により、図８（ｃ）に示すように、低下傾向にあったエアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１が一時的に高まるようになる。そして、エアポンプ５を再駆動した時刻ｔ２２から時間Ｔｂだけ経過した時刻ｔ２３で、図８（ａ）に示すように、エアポンプ５の再駆動が停止されるとともに、図８（ｂ）に示すように、制御弁６が閉弁される。このとき、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力Ｐ１は、制御弁６を閉弁したとしても排気ガスの逆流が起こらないバランスになる圧力まで上がっている。
【００５４】
このように、エアポンプ５を一時的に駆動させて制御弁６を閉弁する制御を行うことにより、制御弁６の閉弁時には、ここでも図８（ｃ）に領域Ａとして示すような現象、すなわちエアポンプ５と制御弁６との間の圧力が制御弁６よりも排気通路２側の圧力に対して相対的に負圧になるような現象は生じない。したがって、排気ガスが制御弁６からエアポンプ側に逆流することを抑制することができるようになる。
【００５５】
またこのとき、時間Ｔａが経過して、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力が制御弁６よりも排気通路２側の圧力とほぼ等しい状態まで下がってから、エアポンプ５を再駆動するようにしている。これも前述のように、エアポンプ５の特性上、その駆動初期にはエアポンプ５と制御弁６との間の圧力は緩やかに上昇することから、このような制御を行えば、制御弁６よりエアポンプ５側の圧力が必要以上に上昇して制御弁６の閉弁時に前述した笛のような異音が生じることもなくなる。
【００５６】
以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、先の第１の実施の形態の前記（１）の効果に加え、以下のような効果が得られるようになる。
【００５７】
（４）エアポンプ５の一時的な駆動に関し、二次空気の供給通路４に対する排気ガスの逆流を防ぎ得る条件を時間情報として駆動時間マップに登録し、このマップから読み出した時間情報に対応する時間Ｔｂだけエアポンプ５の一時的な駆動を行うようにした。これにより、実際の圧力を測定せずとも、すなわち圧力センサを設けない簡易な構成によって、排気ガスが制御弁６よりもエアポンプ５側に逆流することを抑制することができる。
【００５８】
（５）制御弁６を開弁状態に維持したままエアポンプ５の駆動を停止する所定の時間を、時間情報として停止時間マップ７ａに登録し、該マップから読み出される時間情報に対応する時間Ｔａだけエアポンプ５の駆動を停止するようにした。これにより、圧力センサ等を要しない簡易な構成によって、エアポンプ５の駆動を停止する時間を判断することができる。
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態は、以下のような形態にて実施することもできる。
【００５９】
・上記第１の実施の形態では、エアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間の両方を、ポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２を測定してその差圧ΔＰに基づき決定した。また、上記第２の実施の形態では、エアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間の両方を、制御部７の記憶装置に記憶された情報に基づき決定した。しかし、これらの実施の形態は組み合わせ可能である。すなわち、エアポンプ５を停止する時間を記憶装置に記憶された情報に基づき決定し、エアポンプ５を一時的に駆動する時間をポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰに基づき決定するようにしてもよい。あるいは、エアポンプ５を停止する時間をポンプ側圧力Ｐ１と排気側圧力Ｐ２との差圧ΔＰに基づき決定し、エアポンプ５を一時的に駆動する時間を記憶装置に記憶された情報に基づき決定するようにしてもよい。
【００６０】
・上記第２の実施の形態では、時間Ｔｂが時間情報として登録される駆動時間マップ７ｂを、内燃機関の回転数と内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧をパラメータとして作成するようにしたが、この時間Ｔｂの時間情報を、供給通路４の配管長および配管断面積や、排気量、エアポンプ５の吐出能力によって設定するようにしてもよい。
【００６１】
・上記第２の実施の形態では、時間Ｔａを、時間Ｔｂと同様に、時間情報としてマップ（停止時間マップ７ａ）に登録するようにしたが、この時間Ｔａについては、これを規定値として制御部７の記憶装置に予め記憶するようにしてもよい。
【００６２】
・上記第１の実施の形態では、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８と、制御弁６よりも排気通路２側の圧力を測定する排気側圧力センサ９の２つのセンサを設けて圧力を測定するようにした。しかし、二次空気供給時の運転条件等によって制御弁６よりも排気通路２側の圧力が予測可能であれば、エアポンプ５と制御弁６との間の圧力を測定するポンプ側圧力センサ８の出力のみに基づいてエアポンプ５を停止する時間およびエアポンプ５を一時的に駆動する時間を決定するようにしてもよい。
【００６３】
・上記各実施の形態では、エアポンプ５を一時的に駆動したのち、エアポンプ５の駆動を停止するとともに制御弁６を閉弁した。しかし、排気ガスの逆流を防ぎ得る条件を満たす状態になっていれば、エアポンプ５の停止と制御弁６の閉弁を同時に行う必要はない。すなわち、エアポンプ５の駆動を停止する直前もしくは直後に制御弁６を閉弁するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…燃焼室、２…排気通路、３…触媒コンバータ、４…供給通路、５…エアポンプ、６…制御弁、７…制御部、７ａ…停止時間マップ、７ｂ…駆動時間マップ、８…ポンプ側圧力センサ、９…排気側圧力センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記二次空気の供給通路途中にあって前記供給される二次空気の流通を制御する制御弁と、これらエアポンプおよび制御弁の作動を制御する制御手段とを備える二次空気供給装置において、
前記制御手段は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、前記制御弁を開弁状態に維持したまま所定の時間だけ前記エアポンプの駆動を停止したのち、同エアポンプを一時的に駆動させて前記制御弁を閉弁制御する
ことを特徴とする二次空気供給装置。
【請求項２】
前記制御弁の閉弁制御に先立つ前記エアポンプの一時的な駆動が、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件のもとに実行される
請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件が時間情報として駆動時間マップに登録されており、このマップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの一時的な駆動が行われる
請求項２に記載の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記駆動時間マップに登録された時間情報は、
ａ．内燃機関の回転数が高いほど長い時間に、かつ
ｂ．内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧が高いほど短い時間に、
なる傾向にて設定されている
請求項３に記載の二次空気供給装置。
【請求項５】
前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づき前記排気の逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値を超えるまで前記エアポンプの一時的な駆動が行われる
請求項２に記載の二次空気供給装置。
【請求項６】
前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、時間情報として停止時間マップに登録されており、該マップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの駆動が停止される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
【請求項７】
前記停止時間マップに登録された時間情報は、内燃機関の回転数が高いほど長い時間になる傾向にて設定されている
請求項６に記載の二次空気供給装置。
【請求項８】
前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づいた閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値以下になるまで前記エアポンプの駆動が停止される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に接続された二次空気の供給通路に二次空気を供給するエアポンプと、前記二次空気の供給通路途中にあって前記供給される二次空気の流通を制御する制御弁と、これらエアポンプおよび制御弁の作動を制御する制御手段とを備える二次空気供給装置において、
前記制御手段は、内燃機関の排気系への二次空気の供給停止に際し、前記制御弁を開弁状態に維持したまま所定の時間だけ前記エアポンプの駆動を停止したのち、同エアポンプを一時的に駆動させて前記制御弁を閉弁制御する
ことを特徴とする二次空気供給装置。
【請求項２】
前記制御弁の閉弁制御に先立つ前記エアポンプの一時的な駆動が、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件のもとに実行される
請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件が時間情報として駆動時間マップに登録されており、このマップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの一時的な駆動が行われる
請求項２に記載の二次空気供給装置。
【請求項４】
前記駆動時間マップに登録された時間情報は、
ａ．内燃機関の回転数が高いほど長い時間に、かつ
ｂ．内燃機関が搭載された車両のバッテリ電圧が高いほど短い時間に、
なる傾向にて設定されている
請求項３に記載の二次空気供給装置。
【請求項５】
前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記二次空気の供給通路に対する排気の逆流を防ぎ得る条件は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づき前記排気の逆流の発生の有無を判断し得る閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値を超えるまで前記エアポンプの一時的な駆動が行われる
請求項２に記載の二次空気供給装置。
【請求項６】
前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、時間情報として停止時間マップに登録されており、該マップから読み出される時間情報に対応する時間だけ前記エアポンプの駆動が停止される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
【請求項７】
前記停止時間マップに登録された時間情報は、内燃機関の回転数が高いほど長い時間になる傾向にて設定されている
請求項６に記載の二次空気供給装置。
【請求項８】
前記二次空気の供給通路の前記エアポンプと前記制御弁との間の圧力を測定する第１の圧力センサと、同供給通路の前記制御弁よりも下流側の圧力を測定する第２の圧力センサとを備え、前記制御弁を開弁状態に維持したまま前記エアポンプの駆動を停止する所定の時間は、それら第１の圧力センサおよび第２の圧力センサによる測定圧力の差圧に基づいた閾値として設定されており、前記差圧がこの閾値以下になるまで前記エアポンプの駆動が停止される
請求項１〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２９６７１（Ｐ２０１２−２２９６７１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９２１２（Ｐ２０１１−９９２１２）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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