JP3205366B2 - ２次空気供給装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気系に２
次空気を供給する２次空気供給装置の改良に関し、特に
その排気浄化性能の向上対策に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば実開昭６１−１３４５
１５号公報に開示されるように、排気通路の途中に、排
気流れに沿って上流側に３元触媒を、下流側に酸化触媒
を各々配置し、上記３元触媒の上流側に第１の２次空気
導入口を設けると共に、上記酸化触媒と３元触媒との間
の空間，つまり酸化触媒の直上流側に第２の２次空気導
入口を設け、エンジン冷間時には第１の２次空気導入口
から２次空気を導入する一方、エンジン暖機完了後は第
２の２次空気導入口から２次空気を導入するようにした
ものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く触媒装置の上流側に２次空気導入口を設ける場合
に、その２次空気の導入を電動式のエアポンプで行う場
合には、その２次空気の導入開始時には、電動式エアポ
ンプの停止状態からの起動に起因してその２次空気の供
給量が不安定であり、その後の所定時間を経過して初め
て所望量となるため、その導入開始時での燃料の未燃成
分量と２次空気量とが良好に対応せず、その結果、２次
空気導入開始時では触媒装置の所期の排気浄化性能が得
られない憾みがある。

【０００４】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、電動式エアポンプを用いて２次空気
の導入を行う場合に、２次空気の導入開始時に、その当
初の２次空気供給量を所望量に制御し得ない場合であっ
ても、触媒装置での所期の浄化性能を確保して、排気浄
化性能の向上を図ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、２次空気の導入当初では触媒装置に依
存せず、導入初期の２次空気を排気温度の高い上流側の
排気通路に供給することにより、２次空気導入当初であ
っても未燃成分を良好に燃焼させ、その後、２次空気の
導入量が安定する段階になって初めて触媒装置に供給し
て、その排気浄化性能を所期通り確保することとする。

【０００６】つまり、請求項１記載の発明の具体的な解
決手段は、図１に示すように、排気通路６に配置された
触媒装置２０の上流側に、排気流れに沿って上流側及び
下流側の２つの２次空気導入口３５ａ，３６ａを設ける
と共に、上記上流側及び下流側の２次空気導入口に２次
空気を導入する電動式エアポンプ３３を設ける。そし
て、エンジン運転状態が２次空気を供給すべき２次空気
供給領域に入った時を検出する検出手段６５と、該検出
手段６５の出力を受け、エンジン運転状態が上記２次空
気供給領域に入った２次空気の非導入状態から導入状態
への移行時に、上記電動式エアポンプ３３を電圧の非印
加状態から印加状態に制御すると共に、上記上流側の２
次空気導入口３５ａから排気通路６に２次空気を導入
し、その後、設定時間経過後に上記下流側の２次空気導
入口３６ａから２次空気を排気通路６に導入する制御手
段６６とを設ける構成とする。

【０００７】また、請求項２記載の発明では上記請求項
１記載の制御手段６６を特定し、燃料の増量を行う加速
状態において２次空気を排気通路に導入するものに限定
する。

【０００８】更に、請求項３記載の発明では、請求項１
又は請求項２記載の発明を更に限定し、排気通路に対
し、排気流れに沿って上流側及び下流側の２つの触媒装
置を配置し、該上流側の触媒装置の直上流側に上流側の
２次空気導入口３５ａを設けると共に、下流側の触媒装
置の直上流側に下流側の２次空気導入口３６ａを設ける
構成としている。

【０００９】

【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、
電動式エアポンプ３３が起動し始めた２次空気の導入初
期では、その初期導入される２次空気の供給量は不安定
であるものの、その２次空気が上流側の２次空気導入口
３５ａから排気通路６に導入されるので、温度の高い排
気に対して２次空気が供給されて、その排気中に存在す
る燃料の未燃成分が良好に燃焼する。

【００１０】そして、その後に設定時間が経過し２次空
気量が安定した段階になると、触媒装置２０に近い側の
下流側の２次空気導入口３６ａから２次空気が導入され
るので、触媒装置２０での燃料の未燃成分量と必要２次
空気量とが良好に対応して、触媒装置２０での排気浄化
性能が所期通り発揮される。その結果、２次空気導入初
期での２次空気の排気通路上流側導入による未燃成分の
燃焼と、その導入後での触媒装置２０による所期の排気
浄化作用とが相俟って、全体として排気浄化性能が効果
的に向上する。

【００１１】その場合、加速状態では、燃料が増量され
る分、未燃成分量が多くなるものの、請求項２記載の発
明では、この加速状態において上記の請求項１記載の制
御手段６６が作動するので、この加速状態でも排気浄化
性能が良好に発揮される。

【００１２】また、請求項３記載の発明では、２次空気
の導入当初では、触媒装置の雰囲気温度は比較的低いも
のの、上流側の２次空気導入口３５ａから２次空気が導
入されて未燃成分が良好に燃焼するので、上流側の触媒
装置の温度が上昇し活性化されて、該上流側触媒装置の
排気浄化性能が良好に発揮される。更に、その導入当初
から設定時間が経過した後は、上記上流側での未燃成分
の燃焼によって排気温度が高く維持され、下流側の触媒
装置の温度もそれに応じて高くなっているので、この状
態で下流側の２次空気導入口３６ａから２次空気が導入
されると、下流側の触媒装置の排気浄化性能が所期通り
良好に発揮されることになる。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の２
次空気供給装置によれば、電動式エアポンプの起動によ
る２次空気の供給量が不安定な導入初期には排気温度の
高い上流側の排気通路に２次空気を導入して未燃成分を
良好に燃焼させた後、２次供給量が安定した段階になっ
て初めて下流側の触媒装置に近い２次空気導入口から２
次空気を導入して、触媒装置での燃料の未燃成分量と２
次空気量とを良好に対応させたので、排気通路上流側で
の未燃成分の燃焼と触媒装置での所期の浄化性能とを確
保して、排気浄化性能を効果的に高めることができる。

【００１４】特に、請求項２記載の発明によれば、燃料
増量を行う加速状態においても、排気通路上流側での未
燃成分の燃焼と、触媒装置での所期の浄化性能とを確保
して、排気浄化性能を効果的に高めることができる。

【００１５】更に、請求項３記載の発明によれば、導入
初期には排気通路上流側に２次空気を導入し、未燃成分
の燃焼により上流側の触媒装置を活性化すると共に、２
次空気量が安定し上記未燃成分の燃焼により下流側の触
媒触媒の温度が安定した後に下流側の２次空気導入口か
ら２次空気を導入して、下流側の触媒装置での排気浄化
性能を所期通り確保したので、排気浄化性能を一層効果
的に高めることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図２以下の図面に基
いて説明する。

【００１７】図２において、１はＶ型エンジンであっ
て、左右のバンク１ａ，１ｂには、所定角度傾斜したシ
リンダ２内に嵌挿したピストン３により容積可変に形成
される燃焼室４が形成されている。該各燃焼室４は、各
々、独立した吸気通路５ａ，５ｂ及びこの両通路をその
上流端で合流させた１本の集合吸気通路５ｃを介して大
気に連通されると共に、独立した排気通路６ａ，６ｂ及
び該各排気通路を集合した集合排気通路６ｃを介して大
気に開放される。上記集合吸気通路５ｃの上流端にはエ
アクリーナ１０が配置されると共に、途中には吸入空気
量を調整するスロットル弁１２が配置され、下流端部に
は負圧チャンバ１１が配置される。また、独立の吸気通
路５ａ，５ｂの下流端には、各々、燃料を噴射供給する
燃料噴射弁１８が配設されている。

【００１８】また、独立排気通路６ａ，６ｂには、排気
ポート直下流の部分に触媒装置７，７が直結されると共
に、集合排気通路６ｃには、上流から順に触媒装置２０
と排気サイレンサ２１とが配設されている。そして、各
独立排気通路６ａ，６ｂの触媒装置７，７の直上流には
上流側の２次空気導入口３５ａ，３５ａが開口し、集合
排気通路６ｃの触媒装置２０の直上流には、下流側の２
次空気導入口３６ａが開口しており、該両２次空気導入
口３５ａ，３６ａにより排気流れに沿って設けた２つの
２次空気導入口を構成している。

【００１９】さらに、２５は燃料タンクであって、該燃
料タンク２５内には、タンク内フィルタ２６、燃料ポン
プ２７、及び燃料フィルタ２８を配置した燃料パイプ３
０の上流端が配置される。該燃料パイプ３０の上記燃料
フィルタ２８の下流側は、上記燃料噴射弁１８に連通接
続されると共に、その更に下流側にはプレッシャーレギ
ュレータ３１及びこれを制御する電磁弁３２が配置さ
れ、その余剰燃料はリターンパイプ３１ａを通じて燃料
タンク２５に戻される。

【００２０】加えて、３３は２次空気を供給する電動式
のエアポンプ（以下、電動ポンプという）であって、該
電動ポンプ３３の空気吸入側は、吸入通路３４を経て上
記集合吸気通路５ｃのエアクリーナ１０直下流に連通
し、空気吐出側は２分岐し、一方は空気供給通路３５を
経て更に２分岐した後、各々独立排気通路６ａ，６ｂ上
流端の触媒装置７，７直上流に開口する上流側２次空気
導入口３５ａ，３５ａに連通する。他方の空気供給通路
３６は集合排気通路６ｃの触媒装置２０の直上流側に開
口する下流側の２次空気導入口３６ａに連通する。

【００２１】上記２つの空気供給通路３５，３６の途中
には、該各通路３５，３６を開閉する開閉弁３７，３８
及びチェック弁４０が介設され、該各開閉弁３７，３８
には電磁弁ＳＯＬ１，ＳＯＬ２が接続され、該各電磁弁
ＳＯＬ１，ＳＯＬ２はＯＮ時に負圧チャンバ１１に連通
する負圧通路３９ａ，３９ｂの負圧を各々対応する開閉
弁３７，３８に導入して、該各開閉弁３７，３８を開動
作させる。

【００２２】また、４１はキャニスタであって、該キャ
ニスタ４１により燃料タンク２５内の蒸発燃料を捕集
し、この捕集燃料はパージコントロールバルブ４２及び
パージ通路４３を経て集合吸気通路５ｃのスロットル弁
１２下流側に供給される。尚、図中、４４はリゾネー
タ、４５はＥＧＲコントロールバルブである。

【００２３】加えて、５１は吸入空気量を検出するエア
フローセンサ、５２はエアクリーナ１０の直下流に配置
された吸気温度センサ、５３はスロットル弁１２の開度
を検出する開度センサ、５４，５５は左右の各バンク１
ａ，１ｂに配置されてエンジンの振動を検出する振動セ
ンサ、５６は冷却水温度センサ、５７はコールドスター
ト用の水温スイッチ、５８，５８は独立の排気通路５
ａ，５ｂに配置されて混合気の空燃比を検出するＯ₂ セ
ンサ、５９はエンジン１のクランクアングルによりエン
ジン回転数を検出するクランクアングルセンサである。

【００２４】そして、上記各センサ及びスイッチ５１〜
５９の信号は、内部にＣＰＵ等を有するコントローラ６
１に入力される。該コントローラ６１は、上記電動ポン
プ３３及び２個の電磁弁ＳＯＬ１，ＳＯＬ２を制御する
ことにより、２個の開閉弁３７，３８を開閉制御して、
２次空気を上流側及び下流側の２次空気導入口３５ａ，
３６ａを経てエンジン１の排気系の独立排気通路６ａ，
６ｂ及び集合排気通路６ｃに供給する構成である。

【００２５】次に、上記コントローラ６１による電動ポ
ンプ３３及び２個の開閉弁３７，３８の制御を図３の制
御フローに基いて説明する。同図において、スタートし
て、ステップＳ１でエアフローセンサ５１からの吸入空
気量Ｑａ、及びクランクアングルセンサ５９からのエン
ジン回転数Ｎｅを読込んだ後、ステップＳ２で上記読込
んだ吸入空気量Ｑａの前回値と今回値との差Ｑａn −Ｑ
ａn-1 を所定の加速時に相当する設定値α以上か否かを
判別し、Ｑａn −Ｑａn-1 ≦αの所定以下の非加速時、
即ち定常時には、ステップＳ３で加速増量の補正係数Ｃ
ａｃｃをＣａｃｃ＝１に設定する一方、Ｑａn −Ｑａn-
1 ＞αの所定以上の加速時には、ステップＳ４で予め記
憶するテーブルからその時の加速の程度Ｑａn −Ｑａn-
1 に応じて加速増量補正係数Ｃａｃｃを読込む。

【００２６】その後、ステップＳ５で燃料噴射弁１８に
出力する燃料噴射パルス幅Ｔｐを、基本パルス幅τｅ、
加速増量補正係数Ｃａｃｃ、及び他の総合補正係数Ｃｔ
ｏｔａｌの乗算により算出し、ステップＳ６でその燃料
噴射パルス幅Ｔｐを燃料噴射弁１８に出力し、ステップ
Ｓ７で上記読込んだ吸入空気量Ｑａ及びエンジン回転数
Ｎｅに基いて図４に示す２次空気の供給領域か否かを判
定する。

【００２７】そして、ステップＳ８で２次空気の供給領
域にある場合には、ステップＳ９でその時の吸入空気量
Ｑａ及びエンジン回転数Ｎｅに応じた電動ポンプ３３へ
の印加電圧Ｖを設定した後、ステップＳ１０で２次空気
の導入初期を示すフラグＦの値を判別し、当初はＦ≠１
であるので、ステップＳ１１で導入初期からの経過時間
としてタイマＴを初期値Ｔ1 にセットする。このタイマ
値Ｔ1 は、電動ポンプ３３が起動し、その空気吐出量が
安定するまでの時間に相当する。そして、ステップＳ１
２で独立排気通路６ａ，６ｂに配置した触媒触媒７，７
直上流側の２次空気導入口３５ａから２次空気を導入す
べく、電磁弁ＳＯＬ１をＯＮし、開閉弁３７を開制御し
て、空気導入通路３５を開く。そして、その後は、ステ
ップＳ１３でフラグＦ＝１に設定して、リターンする。

【００２８】その後は、上記ステップＳ１０でＦ＝１に
なるので、今度は、ステップＳ１４で上記タイマＴの値
を判別し、Ｔ≠０の設定時間の未経過時にはステップＳ
１５で該タイマ値Ｔを減算し、上記上流側の２次空気導
入口３５ａからの２次空気の導入を続行するが、Ｔ＝０
になると、集合排気通路６ｃに配置した触媒触媒２０直
上流側の２次空気導入口３６ａから２次空気を導入すべ
く、ステップＳ１６で電磁弁ＳＯＬ２をＯＮし、開閉弁
３８を開制御して、空気導入通路３６を開くと共に、ス
テップＳ１７で電磁弁ＳＯＬ１をＯＦＦし、開閉弁３７
を閉制御して、空気導入通路３５を閉じ上流側の２次空
気導入口３５ａからの２次空気の導入を停止する。そし
て、その後は、ステップＳ１８でフラグＦ＝０に戻し
て、リターンする。

【００２９】よって、上記図３の制御フローにおいて、
ステップＳ７及びＳ８により、エンジン運転状態が図４
に示す２次空気供給領域に入った，２次空気を供給すべ
き時を検出する検出手段６５を構成している。

【００３０】また、ステップＳ１〜Ｓ６，及びＳ９〜Ｓ
１８により、エンジン１の定常状態及び加速状態におい
て、エンジン運転状態が図４の２次空気供給領域に入っ
た時、つまり２次空気の非導入状態から導入状態への移
行時に、上記電動ポンプ３３に電圧Ｖを印加し始めて該
電動ポンプ３３を電圧の非印加状態から印加状態に制御
すると共に、開閉弁３７の開作動により空気供給通路３
５を開いて上流側の２次空気導入口３５ａから独立排気
通路６ａ，６ｂの触媒装置７，７の直上流に２次空気を
導入し、その後、タイマの設定時間Ｔが経過すると、こ
の時点から開閉弁３８を開いて下流側の２次空気導入口
３６ａから２次空気を集合排気通路６ｃの触媒装置２０
の直上流側に導入するようにした制御手段６６を構成し
ている。

【００３１】したがって、上記実施例においては、エン
ジン運転状態が図４に示す２次空気供給領域に移行した
際には、図５に示すように、それまで停止していた電動
ポンプ３３にエンジン運転状態に対応した電圧Ｖが印加
されて該電動ポンプ３３が起動を開始するものの、その
空気吐出は不安定である。しかし、その不安定な設定時
間Ｔ1 の間は、電磁弁ＳＯＬ１のＯＮ制御による開閉弁
３７の開動作によって上記電動ポンプ３３からの２次空
気が空気供給通路３５を経て上流側の２次空気導入口３
５ａ，３５ａから独立排気通路６ａ，６ｂの触媒装置
７，７の直上流に供給されるので、この２次空気は高温
の排気中の未燃成分と良好に燃焼反応して、排気が良好
に浄化される。

【００３２】しかも、上記起動後の設定時間Ｔ1 を経過
した後は、電動ポンプ３３の２次空気吐出量が安定した
状況であり、この状況で上記上流側の２次空気導入口３
５ａからの２次空気の供給に代えて、電磁弁ＳＯＬ２の
ＯＮ制御による開閉弁３８の開動作によって電動ポンプ
３３からの２次空気が今度は空気供給通路３６を経て下
流側の２次空気導入口３６ａ，３６ａから集合排気通路
６ｃの触媒装置２０の直上流に供給されるので、触媒装
置２０での２次空気量と燃料の未燃成分量とが良好に対
応して、該触媒装置２０での排気浄化作用が所期通り良
好に発揮される。従って、電動ポンプ３３の２次空気供
給量の不安定時での独立排気通路６ａ，６ｂでの排気浄
化と、その設定時間Ｔ1 後の安定時での触媒装置２０で
の所期の排気浄化作用とでもって、排気浄化性能を効果
的に向上させることができる。

【００３３】特に、上記の供給量不安定時での２次空気
の排気上流側への供給と、その後の安定時での触媒装置
２０直上流側への２次空気の供給とが、エンジン１への
燃料増量を行う加速時にも行われるので、燃料の未燃成
分の発生量が多くても、上記の通り排気浄化性能を効果
的に向上させることができる。

【００３４】更に、上記電動ポンプ３３からの２次空気
は、その起動時には、上流側の２次空気導入口３５ａ，
３５ａから独立排気通路６ａ，６ｂの触媒装置７，７の
直上流側に供給されて高温の排気中の未燃成分と燃焼反
応し、この燃焼により高温となった排気が直ちに触媒装
置７，７に流下するので、該触媒装置７，７の温度が低
くても温度上昇し活性化温度付近に至って、その排気浄
化性能が向上する。しかも、上記独立排気通路６ａ，６
ｂでの未燃成分の燃焼によって集合排気通路６ｃに配置
された触媒装置２０の温度も上昇し活性化温度に近くな
るので、該触媒装置２０での排気浄化作用が安定して行
われ、その排気浄化性能が所期通り有効に発揮されるこ
とになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】全体構成を示す図である。

【図３】エンジン排気系への２次空気の供給量制御を示
すフローチャート図である。

【図４】２次空気の供給領域の説明図である。

【図５】作動説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ６ａ，６ｂ 独立排気通路 ６ｃ 集合排気通路 ７，２０ 触媒装置 ３３ 電動ポンプ（電動式エアポンプ） ３５，３６ 空気供給通路 ３５ａ 上流側の２次空気導入口 ３６ａ 下流側の２次空気導入口 ＳＯＬ１，ＳＯＬ２ 電磁弁 ３７，３８ 開閉弁 ６１ コントローラ ６５ 検出手段 ６６ 制御手段

フロントページの続き (72)発明者 財満 久志 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−111024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−103459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−50414（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−249916（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−176427（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭54−53118（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−127813（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/22 F01N 3/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気通路に配置された触媒装置の上流側
   に、排気流れに沿って上流側及び下流側の２つの２次空
   気導入口が設けられるとともに、上記上流側及び下流側の２次空気導入口に２次空気を導
   入する電動式エアポンプと、 エンジン運転状態が ２次空気を供給すべき２次空気供給
   領域に入った時を検出する検出手段と、 該検出手段の出力を受け、エンジン運転状態が上記２次
   空気供給領域に入った２次空気の非導入状態から導入状
   態への移行時に、上記電動式エアポンプを電圧の非印加
   状態から印加状態に制御すると共に、上記上流側の２次
   空気導入口から排気通路に２次空気を導入した後、設定
   時間経過後に上記下流側の２次空気導入口から２次空気
   を排気通路に導入する制御手段とを備えたことを特徴と
   する２次空気供給装置。
2. 【請求項２】 制御手段は、燃料の増量を行う加速状態
   において２次空気を排気通路に導入するものであること
   を特徴とする請求項１記載の２次空気供給装置。
3. 【請求項３】 排気通路には排気流れに沿って上流側及
   び下流側の２つの触媒装置が配置され、 該上流側の触媒装置の直上流側に上流側の２次空気導入
   口が設けられ、 下流側の触媒装置の直上流側に下流側の２次空気導入口
   が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項
   ２記載の２次空気供給装置。