JP2006283705A - Secondary air supply control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の二次エア供給制御装置に関するものである。 The present invention relates to a secondary air supply control device for an internal combustion engine.
内燃機関の排気管には、排気を浄化するための触媒等の排気浄化装置が設けられており、この排気浄化装置の浄化効率を向上させるべく、排気浄化装置の上流側に二次エアを供給する技術が従来から提案されている。具体的には、内燃機関の排気管に二次エア配管が接続され、その二次エア配管の上流部にエアポンプが設けられている。また、二次エア配管においてエアポンプよりも下流側には当該二次エア配管を開閉するための開閉弁が設けられている。そして、例えば内燃機関の始動時において、エアポンプが駆動されるとともに開閉弁が開放されて排気管に二次エアが供給される。 The exhaust pipe of the internal combustion engine is provided with an exhaust purification device such as a catalyst for purifying the exhaust, and secondary air is supplied upstream of the exhaust purification device in order to improve the purification efficiency of the exhaust purification device. The technique to do is proposed conventionally. Specifically, a secondary air pipe is connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine, and an air pump is provided upstream of the secondary air pipe. In addition, an on-off valve for opening and closing the secondary air pipe is provided downstream of the air pump in the secondary air pipe. For example, when the internal combustion engine is started, the air pump is driven, the on-off valve is opened, and secondary air is supplied to the exhaust pipe.
また、排気管から二次エア配管に高温の排気が逆流してくると、排気熱によって二次エア配管やエアポンプ等で損傷が生じるおそれがある。そこで、二次エア配管には逆止弁が設けられている(例えば特許文献1参照)。つまり、二次エアの供給時には二次エアの供給圧により逆止弁が開放されて排気管に対して二次エアが供給される。一方、二次エア配管内の圧力よりも排気管内の圧力が大きくなった場合には逆止弁が閉鎖され、排気の逆流が防止されるようになっていた。 Further, when high-temperature exhaust gas flows backward from the exhaust pipe to the secondary air pipe, the exhaust heat may cause damage to the secondary air pipe or the air pump. Therefore, a check valve is provided in the secondary air piping (see, for example, Patent Document 1). That is, when supplying the secondary air, the check valve is opened by the supply pressure of the secondary air, and the secondary air is supplied to the exhaust pipe. On the other hand, when the pressure in the exhaust pipe becomes larger than the pressure in the secondary air pipe, the check valve is closed to prevent the back flow of the exhaust.
しかしながら、逆止弁の故障等により正常に働かなくなると、排気の逆流を防ぐことができなくなる。故に、高温の排気が二次エア配管の上流部に流れ込み、エアポンプ等の損傷を招くおそれがあった。
本発明は、排気の逆流を好適に防ぎ、ひいては二次エア供給装置の保護を図ることができる内燃機関の二次エア供給制御装置を提供することを主たる目的とするものである。 The main object of the present invention is to provide a secondary air supply control device for an internal combustion engine that can suitably prevent the backflow of exhaust gas and thus protect the secondary air supply device.
本発明において、二次エア供給装置は、二次エア通路、開閉弁及びエアポンプを有しており、該二次エア供給装置により排気通路に二次エアが供給される。そして特に、二次エア供給時において、排気通路から二次エア通路への排気の逆流が生じる状態であるかどうかを判定し、排気逆流が生じる状態であると判定された場合に開閉弁を閉鎖する。かかる構成によれば、仮に二次エア通路に設けられた逆流防止用の逆止弁が故障した場合であっても、又は二次エア通路に逆止弁が設けられていない場合であっても、排気通路から二次エア通路への排気逆流が防止できる。これにより、二次エア供給装置の保護を図ることができる。 In the present invention, the secondary air supply device has a secondary air passage, an on-off valve, and an air pump, and the secondary air is supplied to the exhaust passage by the secondary air supply device. In particular, when secondary air is supplied, it is determined whether or not a backflow of exhaust from the exhaust passage to the secondary air passage occurs. When it is determined that a backflow of exhaust occurs, the on-off valve is closed. To do. According to such a configuration, even if the check valve for preventing the backflow provided in the secondary air passage fails or even if the check valve is not provided in the secondary air passage. The exhaust backflow from the exhaust passage to the secondary air passage can be prevented. Thereby, protection of a secondary air supply apparatus can be aimed at.
本発明のより具体的な実現手段として、排気通路内の圧力又はそれに相関する物理量を検知し、その排気通路内の圧力又はそれに相関する物理量を判定パラメータとして排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定すると良い。例えば、排気通路内の圧力が所定値よりも大きい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、前記開閉弁を閉鎖する。 As a more specific realization means of the present invention, the pressure in the exhaust passage or a physical quantity correlated therewith is detected, and it is determined whether or not the exhaust backflow occurs with the pressure in the exhaust passage or the physical quantity correlated therewith as a determination parameter. It is good to judge. For example, when the pressure in the exhaust passage is larger than a predetermined value, it is determined that exhaust backflow occurs, and the on-off valve is closed.
また、排気通路内の圧力とエアポンプから吐出される二次エアの圧力との相対的な圧力関係によって排気逆流が生じるかどうかが決まると考えられる。故に、エアポンプの運転状態を検知し、エアポンプの運転状態を前記判定パラメータとして加えて排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定すると良い。エアポンプの運転状態としては、ポンプ吐出圧やポンプ回転速度が含まれる。例えば、ポンプ吐出圧と排気圧力との差圧(ポンプ吐出圧−排気圧力)が所定値よりも小さい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、前記開閉弁を閉鎖する。 In addition, it is considered that whether or not exhaust backflow occurs is determined by the relative pressure relationship between the pressure in the exhaust passage and the pressure of the secondary air discharged from the air pump. Therefore, it is preferable to detect the operation state of the air pump and add the operation state of the air pump as the determination parameter to determine whether the exhaust gas backflow occurs. The operating state of the air pump includes pump discharge pressure and pump rotation speed. For example, when the pressure difference between the pump discharge pressure and the exhaust pressure (pump discharge pressure−exhaust pressure) is smaller than a predetermined value, it is determined that an exhaust backflow occurs, and the on-off valve is closed.
吸入空気量や吸入空気圧に応じて排気圧力が変化する。故に、吸入空気量や吸入空気圧に基づいて前記排気通路内の圧力を推定すると良い。 The exhaust pressure changes according to the intake air amount and the intake air pressure. Therefore, the pressure in the exhaust passage may be estimated based on the intake air amount and the intake air pressure.
また、判定パラメータと逆流発生判定値との比較により排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定する構成において、前記逆流発生判定値を、内燃機関の運転状態や外部環境の検出値に基づいて可変設定すると良い。これにより、排気逆流が生じるかどうかの判定の精度が高められる。 Further, in the configuration for determining whether or not the exhaust gas backflow is generated by comparing the determination parameter and the backflow generation determination value, the backflow generation determination value is variable based on the operating state of the internal combustion engine or the detected value of the external environment. It is good to set. As a result, the accuracy of determination as to whether or not exhaust backflow occurs is increased.
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものであり、先ずは、図1を用いて本制御システムの構成の概略を説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an engine control system is constructed for an in-vehicle multi-cylinder gasoline engine that is an internal combustion engine. First, an outline of the configuration of the control system will be described with reference to FIG.
図1に示すエンジン10において、吸気管11には、DCモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ14が設けられており、そのスロットルバルブ14の開度(スロットル開度)によって各気筒ヘの吸入空気量が調節される。スロットル開度はスロットル開度センサ15によって検出される。スロットルバルブ14の下流側にはサージタンク16が設けられ、このサージタンク16には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ17が設けられている。また、サージタンク16には、エンジン10の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド18が接続されており、吸気マニホールド18において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁19が取り付けられている。
In the
エンジン10の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ21及び排気バルブ22が設けられており、吸気バルブ21の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室23内に導入され、排気バルブ22の開動作により燃焼後の排気が排気管24に排出される。エンジン10のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ25が取り付けられており、点火プラグ25には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ25の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室23内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
An
エンジン10のシリンダブロックには、エンジン10の回転に伴い所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ26が取り付けられている。
A
二次エア供給装置として、排気管24の排気ポート近傍には二次エア配管30が接続され、その二次エア配管30の上流部には二次エアポンプ31が設けられている。二次エアポンプ31は例えばDCモータ等より構成され、図示しない車載バッテリからの給電を受けて作動する。また、二次エアポンプ31よりも下流側には、二次エア配管30を開放又は閉鎖するための開閉弁32が設けられている。開閉弁32には、二次エア配管30内の圧力を検出する圧力センサ33が内蔵されている。
As a secondary air supply device, a
二次エア配管30において排気管24と開閉弁32との間には逆止弁34が設けられている。この場合、二次エア供給時において二次エアポンプ31から吐出される二次エアの圧力によって逆止弁34が開き、排気管24に二次エアが導入される。また、排気管24から二次エア配管30への排気の逆流(すなわち開閉弁32よりも上流側への逆流)が逆止弁34によって防止されるようになっている。
A
吸気管11と排気管24との間にはターボチャージャ35が配設されている。ターボチャージャ35は、吸気管11に設けられたコンプレッサインペラ36と、排気管24に設けられたタービンホイール37とを有し、それらが回転軸38にて連結されている。タービンホイール37は、排気管24内を流れる排気のエネルギーによって回転し、その回転エネルギーが回転軸38を介してコンプレッサインペラ36に伝達される。コンプレッサインペラ36は、このエネルギーを利用して吸気管11内を流れる吸入空気を圧縮して過給する。この過給の際、吸入空気の温度が上昇する。コンプレッサインペラ36の下流側には、圧縮された空気を冷却するインタークーラ39が設けられている。また、タービンホイール37の下流側には触媒装置40が設けられている。
A
その他、吸気管11の最上流部には図示しないエアクリーナが設けられ、このエアクリーナの下流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ41と、吸入空気量を検出するエアフロメータ42とが設けられている。
In addition, an air cleaner (not shown) is provided at the most upstream portion of the intake pipe 11, and an intake
ECU(電子制御ユニット)50は、周知の通りCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン10の各種制御を実施する。すなわち、ECU50には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、ECU50は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算し、燃料噴射弁19や点火装置等の駆動を制御する。また、ECU50は、エンジン始動時の触媒40の早期活性化などを図るべく、二次エアポンプ31を作動させることにより二次エア供給を実施する。
As is well known, the ECU (electronic control unit) 50 is mainly composed of a microcomputer composed of a CPU, ROM, RAM, etc., and by executing various control programs stored in the ROM, the engine operating state can be changed each time. In response, various controls of the
ところで、前述のとおり二次エア配管30には逆止弁34が設けられており、二次エア供給時には逆止弁34によって二次エア配管30を通じての排気の逆流が防止されるが、この逆止弁34が故障した場合には排気の逆流が防止できず、高温の排気が二次エアポンプ31側に流れ込んでしまう。そして、排気熱によって二次エア配管30や二次エアポンプ31で損傷が生じることが考えられる。
Incidentally, as described above, the
そこで本実施の形態では、二次エア供給に際して排気管24内の圧力(以下、排気圧力という)をモニタし、排気圧力が所定値よりも高くなった場合に開閉弁32を閉鎖する。これにより、仮に逆止弁34が故障したとしても、排気の逆流(二次エア配管30上流部への流入)を抑制するようにしている。排気圧力は、ECU50によって吸入空気量や吸気管負圧等をパラメータとして推定演算される。ただし、排気管24に圧力センサを設置し、該センサにより排気圧力を計測することも可能である。
Therefore, in the present embodiment, when the secondary air is supplied, the pressure in the exhaust pipe 24 (hereinafter referred to as exhaust pressure) is monitored, and the on-off
次に、ECU50により実施される二次エア供給処理について説明する。図2は、二次エア供給処理を示すフローチャートであり、本処理はECU50により実行される。
Next, the secondary air supply process performed by the
図2において、ステップS101では、二次エア供給の実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば、エンジン始動時でありかつ水温が所定温度域にある場合に実行条件が成立したとされる。実行条件が成立していれば、後続のステップS102に進む。 In FIG. 2, in step S101, it is determined whether or not the execution condition for the secondary air supply is satisfied. For example, the execution condition is established when the engine is started and the water temperature is in a predetermined temperature range. If the execution condition is satisfied, the process proceeds to the subsequent step S102.
ステップS102では、排気圧力が所定値以上であるか否かを判定する。このとき、所定値は、排気の逆流(二次エア配管30上流部への流入)が生じるかどうかを判定するための判定値であり、排気圧力<所定値であれば排気逆流が発生しないと判定され、排気圧力≧所定値であれば排気逆流が発生する可能性があると判定される。 In step S102, it is determined whether the exhaust pressure is equal to or higher than a predetermined value. At this time, the predetermined value is a determination value for determining whether or not exhaust backflow (inflow to the upstream portion of the secondary air pipe 30) occurs. If exhaust pressure <predetermined value, exhaust backflow does not occur. If the exhaust pressure is greater than or equal to a predetermined value, it is determined that exhaust backflow may occur.
前記所定値を、排気圧力の変化要因である下記パラメータに応じて適宜補正することも可能である。すなわち、排気温、大気圧、水温、吸気温、点火時期、燃料噴射量、ターボチャージャの過給圧(他の過給装置でも可)、ターボチャージャに設けられたウエストゲートバルブの開度、排気系における通路切替の状態(触媒を複数直列に設ける構成においていずれかの触媒をバイパスする通路の開閉状態)等を補正パラメータとして前記所定値を補正する。 The predetermined value can be corrected as appropriate according to the following parameter which is a factor for changing the exhaust pressure. That is, exhaust temperature, atmospheric pressure, water temperature, intake air temperature, ignition timing, fuel injection amount, turbocharger supercharging pressure (other supercharging devices are also possible), opening of the wastegate valve provided in the turbocharger, exhaust The predetermined value is corrected using, as a correction parameter, the state of passage switching in the system (opening / closing state of a passage bypassing one of the catalysts in a configuration in which a plurality of catalysts are provided in series).
通常の二次エア供給状態では排気圧力<所定値であり、ステップS103に進む。ステップS103では二次エアポンプ31を作動させ、続くステップS104では開閉弁32を開放する。これにより、排気管24への二次エア供給が実行される。
In the normal secondary air supply state, exhaust pressure <predetermined value, and the process proceeds to step S103. In step S103, the
また、二次エア供給の実行条件が不成立となる場合や排気圧力≧所定値となる場合には、ステップS105に進む。ステップS105では開閉弁32を閉鎖し、続くステップS106では二次エアポンプ31を停止する。
Further, when the execution condition of the secondary air supply is not satisfied or when the exhaust pressure ≧ predetermined value, the process proceeds to step S105. In step S105, the on-off
以上詳述した本実施の形態によれば、二次エア供給時において、排気圧力を判定パラメータとして排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定し、排気逆流が生じる状態であると判定された場合に開閉弁32を閉鎖する構成としたため、仮に逆止弁34が故障した場合であっても、二次エア配管30の上流部側への排気逆流を防止することができる。これにより、エアポンプ31等の保護を図ることができる。
According to the present embodiment described in detail above, when the secondary air is supplied, it is determined whether exhaust backflow occurs in the exhaust air pressure as a determination parameter, and it is determined that exhaust backflow occurs. Since the on-off
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。 In addition, this invention is not limited to the content of description of the said embodiment, For example, you may implement as follows.
上記実施の形態では、排気圧力と所定値との比較により逆流発生の可能性を判定したが、これを以下の(1)〜(4)のように変更する。 In the above embodiment, the possibility of the occurrence of backflow is determined by comparing the exhaust pressure with a predetermined value, but this is changed to the following (1) to (4).
(1)二次エアポンプ31の運転状態としてポンプ吐出圧を推定し、ポンプ吐出圧と排気圧力との差圧(ポンプ吐出圧−排気圧力)が所定値よりも小さい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、開閉弁32を閉鎖する。なお、二次エアポンプ31の運転状態としてポンプ回転速度を用いることも可能である。この場合、その都度の排気圧力をポンプ回転速度に基づいて補正し、該補正後の排気圧力により排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定する。
(1) The pump discharge pressure is estimated as the operation state of the
ここで、ポンプ吐出圧は、圧力センサ33による圧力検出値に基づいて算出される。具体的には、例えば二次エア供給の開始直前や終了直後において二次エアポンプ31が作動しかつ開閉弁32が閉鎖した状態での圧力センサ33による圧力検出値が読み込まれ、その圧力検出値がポンプ吐出圧としてメモリに記憶される。二次エア供給の終了直後にポンプ吐出圧が検出される場合にはその検出値がバックアップRAM等に記憶され、次回トリップにて使用される。ポンプ吐出圧は、バッテリ電圧、吸気温、外気温、ポンプ温度等により適宜補正されると良い。
Here, the pump discharge pressure is calculated based on the pressure detection value by the
(2)ポンプ吐出圧と二次エア配管内の圧力との差圧(ポンプ吐出圧−二次エア配管内圧力)が所定値よりも小さい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、開閉弁32を閉鎖する。二次エア配管内圧力は、二次エア供給中において圧力センサ33によって随時検出される。
(2) When the pressure difference between the pump discharge pressure and the pressure in the secondary air pipe (pump discharge pressure-pressure in the secondary air pipe) is smaller than a predetermined value, it is determined that exhaust backflow occurs. The on-off
(3)吸入空気量又は吸気管負圧に基づいて排気逆流が生じる状態であるかどうかを判定する。つまり、吸入空気量や吸気管負圧は排気圧力に相関する物理量に相当し、吸入空気量や吸気管負圧に応じて排気圧力が変化する。この場合、吸入空気量又は吸気管負圧が所定値よりも大きい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、開閉弁32を閉鎖する。
(3) It is determined whether or not an exhaust backflow occurs based on the intake air amount or the intake pipe negative pressure. That is, the intake air amount and the intake pipe negative pressure correspond to physical quantities that correlate with the exhaust pressure, and the exhaust pressure changes according to the intake air amount and the intake pipe negative pressure. In this case, when the intake air amount or the intake pipe negative pressure is greater than a predetermined value, it is determined that exhaust backflow occurs, and the on-off
(4)大気圧と吸気管負圧との差圧(大気圧−吸気管負圧)が所定値よりも小さい場合に、排気逆流が生じる状態であると判定し、開閉弁32を閉鎖する。
(4) When the pressure difference between the atmospheric pressure and the intake pipe negative pressure (atmospheric pressure−intake pipe negative pressure) is smaller than a predetermined value, it is determined that exhaust backflow occurs, and the on-off
上記(1)〜(4)では、前記同様、仮に逆止弁34が故障した場合であっても、二次エア配管30の上流部側への排気逆流を防止することができる。これにより、エアポンプ31等の保護を図ることができる。
In the above (1) to (4), the exhaust backflow to the upstream portion side of the
上記実施の形態では、二次エア供給時における排気圧力の上昇時に、開閉弁32の閉鎖と二次エアポンプ31の作動停止とを実施したが(図2参照)、開閉弁32の閉鎖のみを実施しても良い。これにより、排気圧力の上昇(排気逆流が生じる状態)が一時的なものであり、その後二次エア供給が再開できるようになる場合において、いち早く二次エア供給が再開できる。
In the above embodiment, the on-off
上記実施の形態では、二次エア配管30に逆止弁34を設ける構成としたが、この逆止弁34を無くした構成であっても良い。かかる構成であっても、上記のとおり排気逆流が生じる状態であると判定された場合に開閉弁32を閉鎖することで、二次エア配管30の上流部側への排気逆流が防止できる。これにより、エアポンプ31等の保護を図ることができる。またこの場合、逆止弁を不要とすることにより、二次エア供給システムとして構成の簡素化を図ることができる。
In the above embodiment, the
10…エンジン、24…排気管、30…二次エア配管、31…二次エアポンプ、32…開閉弁、50…ECU。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
二次エア供給時に、前記排気通路から前記二次エア通路への排気の逆流が生じる状態であるかどうかを判定する判定手段と、
該判定手段により排気逆流が生じる状態であると判定された場合に前記開閉弁を閉鎖する開閉弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の二次エア供給制御装置。 The present invention is applied to an internal combustion engine having a secondary air supply device comprising a secondary air passage connected to an exhaust passage of the internal combustion engine, an on-off valve and an air pump provided in the secondary air passage, In a secondary air supply control device for supplying secondary air to the exhaust passage by a secondary air supply device,
Determining means for determining whether or not a backflow of exhaust gas from the exhaust passage to the secondary air passage occurs when the secondary air is supplied;
An open / close valve control means for closing the open / close valve when it is determined by the determination means that exhaust backflow is occurring;
A secondary air supply control device for an internal combustion engine, comprising:
前記逆流発生判定値を、内燃機関の運転状態や外部環境の検出値に基づいて可変設定することを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載の内燃機関の二次エア供給制御装置。 In the configuration for determining whether the exhaust gas backflow is caused by comparing the determination parameter with a backflow generation determination value, the determination means,
5. The secondary air supply control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the backflow generation determination value is variably set based on an operating state of the internal combustion engine or a detected value of an external environment.
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