JP4312133B2

JP4312133B2 - 二次空気供給装置

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Publication number: JP4312133B2
Application number: JP2004256866A
Authority: JP
Inventors: 康広大井; 郁大塚; 真也近藤; 裕靖小山; 永田　　哲治
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: US7222483B2; JP2006070835A; US20060048504A1

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。

内燃機関においては、排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、排気ガス中の一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称する）、ハイドロカーボン（以下、「ＨＣ」と称する）、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）成分を低減して浄化を図るようにした排気浄化装置を設けることが知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁を有する二次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することによって、排気管内に二次空気を供給して酸素濃度を高くし、これにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させて排気ガスの浄化を促進する技術が知られている。

特許文献１には、二次空気の流れる方向に対して上流側から順番にエアポンプ、開閉弁および逆止弁が設けられている二次空気供給通路を備えた二次空気供給装置が開示されている。特許文献１における二次空気供給装置はエアポンプと開閉弁との間、または開閉弁と逆止弁との間に圧力センサが設けられている。このような二次空気供給装置においてエアポンプまたは開閉弁などの構成部品に異常が生じる場合には、排気ガスの浄化効率が低下してエミッションが悪化するので、圧力センサにより検出される圧力値および／または圧力変化量に応じて構成部品に異常があるか否かを診断している（特許文献１を参照されたい）。
特開２００３−８３０４８号公報（第１図）

ところで、内燃機関が搭載される車両は、通常はバッテリを含んでいる。このバッテリは車両の照明装置のために使用されるだけでなく、内燃機関を駆動するためにも使用されている。例えば、バッテリは内燃機関の点火装置に接続され、点火装置を始動するのに使用されている。さらに、バッテリは二次空気供給装置の構成部品、例えばエアポンプおよび／または開閉弁を駆動するためにも使用されている。

このようなバッテリの電圧は、バッテリに接続された上記部品、つまり、照明装置、点火装置、エアポンプおよび開閉弁などの使用時に一時的に低下し、これら部品の使用を停止すると再び上昇する。このようなバッテリ電圧の低下傾向および上昇傾向は一定ではなく、照明装置などの電気負荷量、点火装置の使用頻度に基づく機関回転数変化、内燃機関に搭載された発電機の容量およびバッテリの容量および劣化度合などに応じて変化する。なお、当然のことながら、バッテリの電圧はこれら部品の使用を繰り返すことにより次第に低下する。

バッテリの電圧が或る程度低くなると二次空気供給装置の異常検出が誤検出となる可能性が高まることが知られているので、バッテリ電圧が所定の値よりも小さくなった後は通常は構成部品に関する異常検出は行われていない。

しかしながら、バッテリ電圧が所定の値よりも小さくなったとしても、バッテリはまだ他の用途、例えば点火装置などに利用できるので、当該バッテリは前記所定の値よりもさらに小さい他の所定の値になるまでそのまま使用される。そして、バッテリの電圧が他の所定の値を下回るとバッテリの交換および／または充電が行われ、構成部品の異常検出が再び行われるようになる。つまり、バッテリの電圧が前記所定の値と他の所定の値との間に在る間は構成部品の異常検出は行われないので、バッテリ電圧の値に応じて異常検出が行われるか否かが決定される場合には、構成部品の異常検出の機会が制限される。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、誤検出の発生を抑制しつつ、構成部品の異常検出の機会向上を図ることのできる二次空気供給装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気通路と、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、該ポンプを駆動するのに用いられるバッテリと、該バッテリの電圧値を検出するバッテリ電圧検出手段と、前記二次空気通路を開閉する少なくとも一つの開閉手段と、前記ポンプと前記開閉手段との間に配置されていて前記二次空気通路の圧力を検出する圧力センサと、前記開閉手段の開放時と閉鎖時とにおいて前記圧力センサにより検出された圧力値と圧力変化量とに基づいて前記ポンプおよび／または前記開閉手段の異常を検出する異常検出手段とを具備し、前記開閉手段の開放時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値と、前記開閉手段の閉鎖時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値との間の電圧変化量が所定の電圧変化量よりも大きい場合には、前記異常検出手段による前記ポンプおよび／または前記開閉手段の異常検出を停止するようにした二次空気供給装置が提供される。

電圧変化量が所定の値よりも大きい場合には二次空気通路を流れる空気についての流量変化量も大きくなり、従って、圧力変化量も大きくなる。前記ポンプおよび／または開閉手段が異常であるか否かの判断は、二次空気通路内の圧力値および／または圧力変化量に基づいて行われるので、電圧変化量が所定の値よりも大きい場合に圧力変化量が、異常検出の結果に影響を与えるのに十分に大きいと判断できる。このため、１番目の発明において、電圧変化量が所定の値よりも大きい場合には、異常検出を停止し、それにより、誤検出が生じるのを抑制することができる。また、１番目の発明においては、バッテリの電圧自体が比較的小さい場合であっても、バッテリの電圧変化量が所定の値よりも小さいのであれば、異常検出を行うことが可能であるので、前記ポンプおよび／または開閉手段に関する異常検出の機会向上を図ることも可能である。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記所定の電圧変化量は、前記二次空気供給装置が設けられた内燃機関の機関回転数と、該内燃機関の機関負荷と、前記バッテリの電圧値とのうちの少なくとも一つに応じて定められる。
すなわち２番目の発明においては、所定の電圧変化量を比較的簡単な構成で定めることができる。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記開閉手段の開放時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値と、前記開閉手段が開放する直前における前記開閉手段の閉鎖時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値との間の電圧変化量が所定の電圧変化量よりも大きい場合には、前記異常検出手段は前記ポンプおよび前記開閉手段のうちの少なくとも一方の異常検出を停止するようにした。

各発明によれば、誤検出の発生を抑制しつつ、構成部品の異常検出の機会向上を図ることができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、所定の電圧変化量を比較的簡単な構成で定めることができるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

図１は、本発明に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。本発明の二次空気供給装置３０は内燃機関１、例えば多気筒Ｖ型ガソリンエンジンに取付られている。図１に示されるように内燃機関１の左右両バンクの気筒は相互に独立した排気マニホルド４ａ、４ｂを介して排気管７ａ、７ｂにそれぞれ連結されている。また、排気管７ａ、７ｂには酸化機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ５ａ、５ｂがそれぞれ設けられている。後述するように、これら触媒コンバータ５ａ、５ｂは排気浄化装置としての役目を果たす。さらに、排気管７ａ、７ｂの触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流側には二次空気供給口８ａ、８ｂがそれぞれ設けられている。これら二次空気供給口８ａ、８ｂは後述する二つの分岐管２３ａ、２３ｂにそれぞれ接続されている。さらに、排気管７ａ、７ｂにおいてはＯ_２センサ６ａ、６ｂが触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流にそれぞれ設けられると共に、Ｏ_２センサ１６ａ、１６ｂが触媒コンバータ５ａ、５ｂの下流にそれぞれ設けられている。従って、触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流および下流のＯ_２濃度を測定することによって、触媒コンバータ５ａ、５ｂにおいて消費されたＯ_２量を算出することが可能となる。一方、内燃機関の左右両バンクの気筒に吸気ガスを供給する吸気管３にはスロットル弁３ａが設けられており、この吸気管３はエアクリーナ２に接続されている。エアクリーナ２とスロットル弁３ａとの間には空気量（一次空気量）を測定するためのエアフロメータ３ｂが設けられている。さらに、吸気温度を測定するための温度センサ３ｃが吸気管３に設けられている。

二次空気供給装置３０はエアクリーナ２０から延びる空気取入管２１を有している。空気取入管２１は電動エアポンプ９に接続されており、二次空気供給管２２が電動エアポンプ９から延びている。図示されるように二次空気供給管２２は二つの分岐管２３ａ、２３ｂに分岐しており、これら分岐管２３ａ、２３ｂは排気管７ａ、７ｂの二次空気供給口８ａ、８ｂにそれぞれ接続している。図１に示されるように、二次空気供給管２２には制御弁Ｖ０が設けられている。さらに、分岐管２３ａには制御弁Ｖ１が設けられており、分岐管２３ｂには制御弁Ｖ２が設けられている。図１に示される上流側の制御弁Ｖ０は後述するＥＣＵ５０によって二次空気供給管２２および分岐管２３ａ、２３ｂ内を流れる二次空気量を制御するよう開閉する電磁弁である。また、下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２は、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）またはバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）である。当然のことながら、上流側の制御弁Ｖ０がＡＳＶまたはＶＳＶであってもよく、下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２が電磁弁であってもよい。さらに、圧力センサ３３が二次空気供給管２２において制御弁Ｖ０の上流に設けられている。すなわち、図１に示される実施形態においては、圧力センサ３３は電動エアポンプ９と制御弁Ｖ０との間に配置されている。

一方、図１に示される実施例では機関の出力軸に変速機３５が連結され、変速機３５の出力軸３６に電気モータ３７が連結されている。この場合、変速機３５としては、トルクコンバータを具えた通常の自動変速機、各種の無段変速機、或いはクラッチを具えた手動変速機におけるクラッチ操作および変速操作を自動的に行うようにした形式の自動変速機等を用いることができる。

また、変速機３５の出力軸３６に連結された電気モータ３７は機関の駆動力とは別個に駆動力を発生する駆動力発生装置を構成している。図１に示される実施例ではこの電気モータ３７は変速機３５の出力軸３６上に取付けられかつ外周面に複数個の永久磁石を取付けたロータ３８と、回転磁界を形成する励磁コイルを巻設したステータ３９とを具備した交流同期電動機からなる。ステータ３９の励磁コイルはモータ駆動制御回路４０に接続され、このモータ駆動制御回路４０は直流高電圧を発生するバッテリ４１に接続される。このため、図示される内燃機関をハイブリッドエンジンとして使用することが可能である。なお、図１等には示さないものの、バッテリ４１は内燃機関１が搭載された車両の照明装置、内燃機関１の点火装置（図示しない）、スロットル弁３ａを制御するためのステップモータ（図示しない）、上流側の制御弁Ｖ０、および電磁弁である場合には下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２に接続されている。

電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。図１に示されるように触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流に設けられたＯ_２センサ６ａ、６ｂおよび触媒コンバータ５ａ、５ｂの下流に設けられたＯ_２センサ１６ａ、１６ｂの出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、エアフロメータ３ｂの出力信号も、対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。さらに、二次空気供給管２２に設けられた圧力センサ３３の出力信号も、対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。さらに、吸気通路に設けられた温度センサ３ｃ、および機関冷却水の温度センサ（図示しない）からの出力信号も、対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。アクセルペダル４４にはアクセルペダル４４の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４５が接続され、負荷センサ４５の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ、いわゆる回転数センサ４６が接続される。一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介して内燃機関１の燃料噴射弁（図示しない）、スロットル弁３ａを制御するためのステップモータ（図示しない）、二次空気供給管２２の制御弁Ｖ０、分岐管２３ａ、２３ｂの制御弁Ｖ１、Ｖ２および電動エアポンプ９に接続される。また、入力ポート５５には変速機３５の変速比又は変速段、および出力軸３６の回転数等を表わす種々の信号が入力される。さらに、バッテリ４１の電圧を検出する電圧計４２も対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に接続されている。

電気モータ３７のステータ３９の励磁コイルへの電力の供給は通常停止せしめられており、このときロータ３８は変速機３７の出力軸３６と共に回転している。一方、電気モータ３７を駆動せしめるときにはバッテリ４１の直流高電圧がモータ駆動制御回路４０において周波数がｆｍで電流値がＩｍの三相交流に変換され、この三相交流がステータ３９の励磁コイルに供給される。この周波数ｆｍは励磁コイルにより発生する回転磁界をロータ３８の回転に同期して回転させるのに必要な周波数であり、この周波数ｆｍは出力軸３６の回転数に基づいてＣＰＵ５４で算出される。モータ駆動制御回路４０ではこの周波数ｆｍが三相交流の周波数とされる。

一方、電気モータ３７の出力トルクは三相交流の電流値Ｉｍにほぼ比例する。この電流値Ｉｍは電気モータ３７の要求出力トルクに基づきＣＰＵ５４において算出され、モータ駆動制御回路４０ではこの電流値Ｉｍが三相交流の電流値とされる。また、外力により電気モータ３７を駆動する状態にすると電気モータ３７は発電機として作動し、このとき発生した電力がバッテリ４１に回生される。外力により電気モータ３７を駆動すべきか否かはＣＰＵ５４において判断され、外力により電気モータ３７を駆動すべきであると判別されたときにはモータ制御回路４０により電気モータ３７に発生した電力がバッテリ４１に回生されるように制御される。

触媒コンバータ５ａ、５ｂ内に配置されていて酸化機能を有する触媒としては、酸化触媒、三元触媒、または吸蔵されたＮＯｘを放出し還元浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いることができる。なお、ＮＯｘ触媒は燃焼室における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。ＮＯｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。

この二次空気供給装置３０は、主に冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比が小さく、かつ排気浄化装置としての触媒コンバータ５ａ、５ｂが十分に昇温しておらず、その機能が十分に発揮されにくい状況において使用される。そして、本発明の二次空気供給装置３０は二次空気を二次空気供給口８ａ、８ｂから排気管７ａ、７ｂに供給するように始動するとき、特に二次空気の供給を一旦停止し、再び二次空気供給のために始動するときに使用されるものである。

図２は、本発明に基づく二次空気供給装置の構成部品のタイムチャートなどを示す図である。二次空気供給装置３０に備えられた構成部品とは、電動エアポンプ９、上流側の制御弁Ｖ０、下流側の第一の制御弁Ｖ１および下流側の第二の制御弁Ｖ２のことを意味している。以下、図２を参照しつつ、二次空気供給装置３０に備えられた構成部品が正常な場合の挙動について簡単に説明する。

図２の左方に示されるように、エアポンプ９が停止していると共に上流側の制御弁Ｖ０ならびに下流側の第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖している状態、つまり二次空気が二次空気供給管２２に流れていない場合に、二次空気供給装置３０の構成部品の異常判別が開始される。そして、図２に示されるように構成部品の異常判別をする際には、はじめに時刻ｔ１においてエアポンプ９を駆動する。上流側の制御弁Ｖ０は閉鎖しているので、圧力センサ３３により検出される二次空気供給管２２内の圧力は圧力Ｐ０から圧力Ｐ１まで上昇する。次いで、時刻ｔ２において上流側の制御弁Ｖ０のみを開放する。これにより、圧力は一旦低下するものの、下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖されているために、圧力はしばらくした後に再び圧力Ｐ１まで上昇する。

そして、時刻ｔ３において分岐管２３ａに設けられた下流側の第一の制御弁Ｖ１を開放する。二次空気は分岐管２３ａを通って流れるようになるので、二次空気供給管２２内の圧力は圧力Ｐ１から圧力Ｐ２まで低下する。さらに、時刻ｔ４において分岐管２３ｂに設けられた下流側の第二の制御弁Ｖ２を開放すると、二次空気供給管２２内の圧力は圧力Ｐ２から圧力Ｐ３まで低下する。制御弁Ｖ２開放時には制御弁Ｖ１が既に開放されていて二次空気が触媒コンバータ５ａまで流れているので、圧力Ｐ２と圧力Ｐ３との間の圧力変化量ΔＰ’は、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間の圧力変化量ΔＰよりも小さい。

さらに、時刻ｔ５において下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方を閉鎖すると、圧力は圧力Ｐ１まで再び上昇する。次いで、時刻ｔ６において上流側の制御弁Ｖ０を閉鎖するが、下流側のＶ１、Ｖ２が閉鎖しているために、圧力変化は生じない。その後、エアポンプ９を不作動にすると、二次空気供給管２２内の圧力は圧力Ｐ０まで低下する。

図２に示されるバッテリ４１の電圧に着目すると、バッテリ４１の電圧は時刻ｔ１においてエアポンプ９を駆動することにより初期値Ｅ０から大幅に低下する。図１に示される実施形態においては、上流側の制御弁Ｖ０が電磁弁であるので、時刻ｔ２において制御弁Ｖ０を開放することにより電圧は電圧Ｅ０’までさらに低下する。その後は、バッテリ４１の電圧は時間の経過に伴って徐々に上昇し、時刻ｔ６において制御弁Ｖ０を閉鎖すると共に時刻ｔ７においてエアポンプ９を停止することにより電圧Ｅ０付近まで戻る。図２においては、時刻ｔ７以降における電圧が電圧Ｅ０まで戻っているように示されているが、実際には時刻ｔ７以降における電圧は初期値Ｅ０よりもわずかながら低い。

前述したように上記説明は、二次空気供給装置３０の構成部品が正常な場合の動作である。従って、実際に検出された圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３および圧力変化量ΔＰ、ΔＰ’が、実験などにより予め定められた所定の値よりも大きいか否か、または小さいか否かを判定することにより、これら構成部品のそれぞれが異常であるか否かを判断することができる。

ここで、エアポンプ９の異常は、エアポンプ９がＯＮ状態のまま不作動にできないＯＮ固着と、エアポンプ９がＯＦＦ状態のまま起動できないＯＦＦ固着とを含んでいる。また、制御弁Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の異常は、制御弁Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２のそれぞれが開放状態のまま閉鎖できない開固着と、これら制御弁のそれぞれが閉鎖状態のまま開放できない閉固着とを含んでいる。

このようなエアポンプ９および制御弁Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の前述した異常のそれぞれを診断するために、これら異常のそれぞれに関する診断プログラムが電子制御ユニット５０のＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に予め格納されている。これら診断プログラムの詳細については説明を省略するが、いずれの場合も前述した圧力Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３および圧力変化量ΔＰ、ΔＰ’に基づいて二次空気供給装置３０の構成部品の異常を判定しているものとする。

図３および図４は、本発明に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。この動作ルーチン１００は、下流側の第一の制御弁Ｖ１についての異常、この場合は開固着検出を行うことを望む際に、その異常検出を実際に行うか否かを判定するプログラムである。

図３における動作ルーチン１００のステップ１０１においては、下流側の第一の制御弁Ｖ１が開固着であるかを検出する診断プログラムによる異常の検出が終了していないか否かが判定される。異常の検出が終了していない場合にはステップ１０２に進む。つまり、図３および図４に示される動作ルーチン１００は下流側の第一の制御弁Ｖ１に関する診断プログラムと並行して実行されるものとする。

ステップ１０２においては、二次空気供給制御（添付図面および以下の説明では、単に「ＡＩ」と省略する）が現在実行されているか否かが判別される。二次空気供給制御に関するプログラムも別途、電子制御ユニット５０のＲＯＭ５２またはＲＡＭ５３に格納されているものとする。ここで、ＡＩが実行されている場合とは、下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放していると共に上流側の制御弁Ｖ０も開放しており、さらにエアポンプ９が駆動しているために、二次空気が触媒コンバータ５ａ、５ｂに供給されている状態を意味している。そして、ステップ１０２においてＡＩ実行中であると判定された場合にはステップ１０３に進む。なお、ステップ１０１において異常検出が終了していると判定された場合、およびステップ１０２において、ＡＩ実行中でないと判定された場合には処理を終了する（図４を参照されたい）。

次いで、ステップ１０３においては、上流側の第一の制御弁Ｖ１が閉鎖しているか否かが判定される。ステップ１０３を行うのは、動作ルーチン１００は制御弁Ｖ１に関する診断プログラムの異常検出を実際に行うか否かを判断するプログラムであるので、制御弁Ｖ１の開放状態および閉鎖状態の両方におけるバッテリ４１の電圧および二次空気供給管２２内の圧力が必要なためである。下流側の第一の制御弁Ｖ１が閉鎖している場合には、制御弁Ｖ２も閉鎖しているものとする（図２を参照されたい）。ステップ１０３においては、制御弁Ｖ１が閉鎖している場合にはステップ１０４に進み、制御弁Ｖ１が開放している場合には処理を終了する。

ステップ１０４においては、電圧計４２により検出されるバッテリ４１の現在の電圧Ｅを閉鎖時電圧Ｅ１として取得する。次いで、ステップ１０５に進み、圧力センサ３３により検出される二次空気供給管２２内の現在の圧力Ｐを閉鎖時圧力Ｐ１として同様に取得する。閉鎖時電圧Ｅ１および閉鎖時圧力Ｐ１の取得は下流側の第一の制御弁Ｖ１が閉鎖しているときに行うのであるから、図２における時刻ｔ２と時刻ｔ３との間のいずれかの時刻において行われる。ただし、上流側の制御弁Ｖ０の開放直後においては空気取入管２１内の圧力Ｐは完全に安定していないので、これら閉鎖時電圧Ｅ１および閉鎖時圧力Ｐ１の取得は時刻ｔ３の直前に行うのが好ましい。これにより、動作ルーチン１００に基づく正確な判断を行うことができる。また、より正確な判断を行うためにこれら閉鎖時電圧Ｅ１および閉鎖時圧力Ｐ１の取得は同時に行うことが望まれる。

次いで、ステップ１０６において下流側の第一の制御弁Ｖ１を開放する。このことは、図２に示される時刻ｔ３に対応する。次いで、ステップ１０７においてタイマ（図示しない）を用いて制御弁Ｖ１開放後の時間Ｔ１を算出する。そして、ステップ１０８に進んで、制御弁Ｖ１開放後の時間Ｔ１が所定の時間Ｔ０よりも大きいか否かが判定される。

所定の時間Ｔ０は制御弁Ｖ１の診断プログラムに応じて予め実験等により定められる値であり、制御弁Ｖ１が開放してから圧力Ｐが安定するのに十分な時間であるものとする。図５（ａ）は、所定の時間Ｔ０のマップを示す図である。図５（ａ）に示されるように、この所定の時間Ｔ０は機関負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として電子制御ユニット５０のＲＯＭ５２またはＲＡＭ５２に格納されている。

ステップ１０８において、制御弁Ｖ１開放後の時間Ｔ１が所定の時間Ｔ０よりも大きい場合にはステップ１０９（図４）に進み、また、時間Ｔ１が時間Ｔ０よりも大きくない場合には処理を終了する。なお、ステップ１０８において時間Ｔ１が時間Ｔ０よりも大きくない場合には、ステップ１０７に戻り、時間Ｔ１が時間Ｔ０よりも大きくなるまで処理を繰り返すようにしてもよい。

下流側の第一の制御弁Ｖ１が開放した後のステップ１０９においては、電圧計４２により検出されるバッテリ４１の現在の電圧Ｅを開放時電圧Ｅ２として取得する。開放時電圧Ｅ２を取得するときの時刻は、図２における時刻ｔ３よりも後の時刻であり、好ましくは時刻ｔ３と時刻ｔ４との間である。次いで、ステップ１１０において、閉鎖時電圧Ｅ１（ステップ１０４）から開放時電圧Ｅ２を減じることによりバッテリの電圧変化量ΔＥを算出する。

ここで、図６を参照すると、図６は、内燃機関に搭載されるバッテリの電圧と二次空気供給通路の流量との関係を示す図である。図６における横軸はバッテリの電圧を示しており、縦軸は二次空気供給通路を通る空気の流量を示している。空気の流量は、二次空気供給通路に設けられた圧力センサからの圧力値と、二次空気供給通路の断面積などを用いることにより算出されるものとする。

図６に示されるように、例えばバッテリの電圧が、図６において比較的大きな電圧ＥＡから電圧ＥＢまで低下した場合には、空気流量は流量ＱＡから流量ＱＢまでわずかながら低下する。一方、バッテリの電圧が比較的小さい電圧ＥＣから電圧ＥＤまで低下した場合には、空気の流量は流量ＱＣから流量ＱＤまで大幅に低下する。図６から分かるように、電圧ＥＣと電圧ＥＤとの間の電圧変化量ＥＣ−ＥＤと電圧ＥＡと電圧ＥＢとの間の電圧変化量ＥＡ−ＥＢとは等しいものの、電圧変化量ＥＣ−ＥＤに対応する流量変化量ＱＣ−ＱＤは、電圧変化量ＥＡ−ＥＢに対応する流量変化量ＱＡ−ＱＢよりもかなり大きくなっている。

また、図７は、二次空気供給通路における二次空気の流量と二次空気の圧力との関係を示す図である。図７においては、横軸は二次空気の圧力を示しており、縦軸は二次空気の流量を示している。図７から分かるように、二次空気の流量は圧力が大きくなるほど指数関数的に増加している。そして、二次空気の流量が流量ＱＡから流量ＱＢまで変化したときには、二次空気の圧力は圧力ＰＡから圧力ＰＢまで低下するものの、その圧力変化量ＰＡ−ＰＢは比較的小さいので、圧力変化量に基づく異常検出の結果に影響を与えない。一方、バッテリ電圧が比較的低い場合において、二次空気の流量が流量ＱＣから流量ＱＤまで変化したときにの二次空気の圧力変化量ＰＣ−ＰＤは、圧力変化量ＰＡ−ＰＢよりもかなり大きく、異常検出の結果に影響を与え、誤検出となる可能性がある。

ところが、バッテリ電圧が比較的低い場合に相当する流量ＱＤから流量ＱＥまで流量がわずかながら低下したとすると、圧力は圧力ＰＤから圧力ＰＥまで低下する。図示されるように、圧力ＰＤと圧力ＰＥとの間の圧力変化量ＰＤ−ＰＥは比較的小さいので、このような場合には、バッテリ電圧が比較的低い状態であっても、圧力値および圧力変化量に基づいて行われる構成部品の異常判定に影響を与えることはない。つまり、バッテリ電圧が比較的低い状態であっても、電圧変化量が異常判定に影響を与えない程度に小さいのであれば、構成部品の異常判定を行うようにしてもよい。

再び図４を参照すると、ステップ１１１において、電圧変化量ΔＥ（＝Ｅ１−Ｅ２）が所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さいか否かが判定される。所定の電圧変化量ΔＥ０は実験などにより予め求められている。図５（ｂ）は所定の電圧変化量ΔＥ０のマップを示す図であり、図５（ｂ）に示されるように、所定の電圧変化量ΔＥ０は、機関負荷Ｌおよび電圧Ｅ（特に閉鎖時電圧Ｅ１）との関数として、電子制御ユニット５０のＲＡＭ５２またはＲＡＭ５３にマップの形で記憶されている。なお、機関負荷Ｌおよび電圧Ｅ以外のパラメータ、例えば機関回転数Ｎを用いた関数から所定の電圧変化量ΔＥ０を求めても良く、また機関負荷Ｌ、電圧Ｅおよび機関回転数Ｎの三つのパラメータについてのマップから所定の電圧変化量ΔＥ０を求めても良い。

そして、ステップ１１１において電圧変化量ΔＥが所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さくない、つまりΔＥ≧ΔＥ０と判定された場合には、ステップ１１７に進む。この場合には、電圧変化量ΔＥに対応する圧力変化量が異常判定に影響を与えるのに十分に大きいと考えられるので、異常検出自体を停止する。つまり、ステップ１１７においては、二次空気供給装置３０の下流側の第一の制御弁Ｖ１に関する異常判定を行わないようにする。電圧変化量ΔＥが所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さくない場合には電圧変化量ΔＥに対応する圧力変化量が異常判定に影響を与え、それにより、誤検出が生じるの可能性があるが、本発明においてはこのような場合に異常判定を行わないようにすることにより、誤検出の発生を抑制している。

一方、ステップ１１１において、電圧変化量ΔＥが所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さいと判定された場合にはステップ１１２に進む。ステップ１１２においては、制御弁Ｖ１が開放した後における二次空気供給管２２内の圧力、すなわち開放時圧力Ｐ２を圧力センサ３３により検出する。つまり、本発明においては、電圧変化量ΔＥが所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さく、従って、対応する圧力変化量が異常判定に影響を与えないことを確認した後で、開放時圧力Ｐ２を検出している。これにより、制御弁Ｖ１に関する異常判定を行わないことが確定した場合（ステップ１１７）にまで、開放時圧力Ｐ２を検出することを避けられる。

次いで、ステップ１１３に進み、制御弁Ｖ１の閉鎖時と開放時とにおける圧力変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）を算出する。次いで、ステップ１１４において、圧力変化量ΔＰが所定の圧力変化量ΔＰ０よりも大きいか否かが判定される。所定の圧力変化量ΔＰ０は実験などにより予め求められている。図５（ｃ）は所定の圧力変化量ΔＰ０のマップを示す図であり、図５（ｃ）に示されるように、所定の圧力変化量ΔＰ０は、機関負荷Ｌおよび電圧Ｅ（特に閉鎖時電圧Ｅ１）との関数として、電子制御ユニット５０のＲＡＭ５２またはＲＡＭ５３にマップの形で記憶されている。なお、機関負荷Ｌおよび電圧Ｅ以外のパラメータ、例えば機関回転数Ｎを用いた関数から所定の圧力変化量ΔＰ０を求めても良く、また機関負荷Ｌ、電圧Ｅおよび機関回転数Ｎの三つのパラメータについてのマップから所定の圧力変化量ΔＰ０を求めても良い。

前述したように下流側の第一の制御弁Ｖ１が正常である場合には、図２に示される圧力変化量ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）は下流側の第二の制御弁Ｖ２の開閉時における圧力変化量ΔＰ’（＝Ｐ２−Ｐ３）よりも大きい。従って、圧力変化量ΔＰが所定の圧力変化量ΔＰ０よりも大きくないのであれば、ステップ１１６において下流側の第一の制御弁Ｖ１に異常、例えば開固着が生じているものと判定することができる。一方、圧力変化量ΔＰが所定の圧力変化量ΔＰよりも大きい場合には、ステップ１１５において制御弁Ｖ１を正常判定する。

次いで、ステップ１１８に進み、異常検出を終了する。その後は、ステップ１０１に再び戻り、図３および図４に示される動作ルーチン１００を繰り返し処理するようにしてもよい。

動作ルーチン１００においては、下流側の第一の制御弁Ｖ１が開固着であるか否かの異常判定のみが行われる。他の異常判定、つまり第一の制御弁Ｖ１についての閉固着、上流側の制御弁Ｖ０および下流側の第二の制御弁Ｖ２についての開固着および閉固着、ならびにエアポンプ９のＯＮ固着およびＯＦＦ固着については、動作ルーチン１００と同様な別のプログラムによって異常検出されるものとする。

これらのプログラムについては詳述しないが、制御弁Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の異常を検出するときにはこれら各制御弁の開放時および閉鎖時の圧力ならびに開放時と閉鎖時との間の圧力変化量を算出し、これらをそれぞれの所定の値と比較することにより、異常検出をそれぞれ行うものとする。同様に、エアポンプ９の異常を検出する際には、いずれかの制御弁の開放時および閉鎖時における圧力ならびに開放時と閉鎖時との間の圧力変化量を算出し、これらをそれぞれの所定の値と比較することにより、異常検出を行うものとする。

このように本発明の動作ルーチン１００におけるステップ１１１においては電圧変化量ΔＥが所定の値ΔＥ０よりも小さいか否かのみを検出しており、閉鎖時電圧Ｅ１および／または開放時電圧Ｅ２自体が所定の値よりも大きいか否かまでは判別していない。つまり、閉鎖時電圧Ｅ１および／または開放時電圧Ｅ２が比較的小さい場合であっても、電圧変化量ΔＥが対応する所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さければ、制御弁Ｖ１に関する異常判定は行われる。前述したように従来技術においては電圧Ｅが所定の値よりも小さい場合には異常判定を行わないようにしていたので、二次空気供給装置３０の構成部品に異常があるか否かを検出すること自体ができなかった。ところが、本発明においては、電圧変化量ΔＥが所定の範囲内に在れば電圧Ｅが比較的小さい場合であっても異常判定が行われ、それにより、異常検出の機会を向上させることが可能となる。

また、本発明の動作ルーチン１００におけるステップ１１１においては閉鎖時電圧Ｅ１および／または開放時電圧Ｅ２が比較的大きい場合であっても、電圧変化量ΔＥが対応する所定の電圧変化量ΔＥ０よりも小さくないときには、異常検出を停止するようにしている。電圧変化量ΔＥが対応する所定の電圧変化量ΔＥ０以上である場合には圧力変化量ΔＰが大きくなって異常検出が誤検出となる可能性があるものの、本発明においては閉鎖時電圧Ｅ１および／または開放時電圧Ｅ２が比較的大きい場合に生じうる誤検出も同時に抑制することが可能である。

図１を参照して本発明の二次空気供給装置３０について説明したが、二次空気供給装置３０を搭載できる内燃機関は図１に示されるような左右両バンクに分けられる多気筒Ｖ型ガソリンエンジンに限定されない。図８は、本発明の二次空気供給装置を搭載可能な他の内燃機関を示す図である。図８に示されるように、この場合の内燃機関１は単一のバンクとなる構成であり、吸気管３から延びる吸気マニホルド３ｄが内燃機関１の一側に接続されていると共に排気マニホルド４が内燃機関１の他側に接続されている。

図８における二次空気供給装置３０’は空気取入管２１と電動エアポンプ９と二次空気供給管２２とを備えており、二次空気供給管２２には圧力センサ３３と制御弁Ｖ０とが上流側から順番に設けられている。さらに、二次空気供給管２２には制御弁Ｖ３が制御弁Ｖ０の下流に設けられており、二次空気供給管２２は内燃機関１の排気管７に接続している。図示されるように排気管７には酸化機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ５が設けられており、Ｏ_２センサ６、１６が触媒コンバータ５の上流および下流に設けられている。

図８においては理解を容易にするためにＥＣＵ５０’を省略しているが、ＥＣＵ５０’は図１に示されるＥＣＵ５０と同様の構成であるものとする。また、圧力センサ３３の位置および制御弁Ｖ０、Ｖ３の数については問わず、例えば制御弁Ｖ３が存在しない場合であっても、圧力センサ３３により検出される二次空気供給管２２内の圧力値および圧力変化量に基づいて、二次空気供給装置３０’の構成部品、つまりエアポンプ９、制御弁Ｖ０の異常検出を行うことのできる構成であれば、本発明を適用できるものとする。

そして、このような構成の二次空気供給装置３０’においても、バッテリ４１（図８には示さない）の電圧を電圧計４２（図８には示さない）により検出し、電圧変化量が所定の電圧変化量よりも大きい場合に異常検出を停止することは、本発明の範囲に含まれる。

本発明に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。本発明に基づく二次空気供給装置の構成部品のタイムチャートなどを示す図である。本発明に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。本発明に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。（ａ）所定の時間Ｔ０のマップを示す図である。（ｂ）所定の電圧変化量ΔＥ０のマップを示す図である。（ｃ）所定の圧力変化量ΔＰ０のマップを示す図である。内燃機関に搭載されるバッテリの電圧と二次空気供給通路の流量との関係を示す図である。二次空気供給通路における二次空気の流量と二次空気の圧力との関係を示す図である。本発明の二次空気供給装置を搭載可能な他の内燃機関を示す図である。

符号の説明

１内燃機関
５ａ、５ｂ触媒コンバータ
７ａ、７ｂ排気管
２１空気取入管
２２二次空気供給管
２３ａ、２３ｂ分岐管
３０、３０’ 二次空気供給装置
Ｅ１開放時電圧
Ｅ２閉鎖時電圧
ΔＥ電圧変化量
ΔＥ０所定の電圧変化量

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気通路と、
前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、
該ポンプを駆動するのに用いられるバッテリと、
該バッテリの電圧値を検出するバッテリ電圧検出手段と、
前記二次空気通路を開閉する少なくとも一つの開閉手段と、
前記ポンプと前記開閉手段との間に配置されていて前記二次空気通路の圧力を検出する圧力センサと、
前記開閉手段の開放時と閉鎖時とにおいて前記圧力センサにより検出された圧力値と圧力変化量とに基づいて前記ポンプおよび前記開閉手段のうちの少なくとも一方の異常を検出する異常検出手段とを具備し、
前記開閉手段の開放時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値と、前記開閉手段の閉鎖時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値との間の電圧変化量が所定の電圧変化量よりも大きい場合には、前記異常検出手段は前記ポンプおよび前記開閉手段のうちの少なくとも一方の異常検出を停止するようにした二次空気供給装置。
前記所定の電圧変化量は、前記二次空気供給装置が設けられた内燃機関の機関回転数と、該内燃機関の機関負荷と、前記バッテリの電圧値とのうちの少なくとも一つに応じて定められる請求項１に記載の二次空気供給装置。
前記開閉手段の開放時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値と、前記開閉手段が開放する直前における前記開閉手段の閉鎖時において前記バッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリの電圧値との間の電圧変化量が所定の電圧変化量よりも大きい場合には、前記異常検出手段は前記ポンプおよび前記開閉手段のうちの少なくとも一方の異常検出を停止するようにした請求項１に記載の二次空気供給装置。