(57)【要約】【課題】内燃機関１の二次空気供給装置１０において、エアポンプ１３の故障診断を行う際、電磁弁１２を閉状態としてエアポンプ１３を駆動する締切運転を行うが、この締切運転中に、圧力センサ１５による検知出力の信頼性を向上せしめ、故障診断を正確に行えるようにする。【解決手段】締切運転において、締切圧Ｐ1が電磁弁１２の設定開き圧Ｐ0より高い場合に、エアポンプ１３による空気吐出能力を下げる。これにより、締切領域１１ａの圧力上昇を抑制できるから、締切運転中に電磁弁１２から排気通路５への空気漏れを防止することが可能になる。そのため、前記空気漏れが原因となる排気通路５での排気脈動が発生せずに済み、締切運転における圧力センサ１５の検知出力がばらつきにくくなり、安定する。【選択図】図１
2006250052.tif 000002
【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供給通路と、この供給通路を開通または閉塞する弁と、前記供給通路に空気を吐出するエアポンプと、前記エアポンプから前記弁までの供給通路に設けられる圧力センサとを有する二次空気供給装置であって、
前記エアポンプの故障診断に伴う締切運転における締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記エアポンプによる空気吐出能力を下げて前記締切圧を前記弁の開き設定圧と同等以下に調整するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項２】
前記弁は、弁体をコイルスプリングの弾発付勢力で閉じて、必要に応じてコイルスプリングの弾発付勢力に抗して弁体を開く構造であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項３】
前記エアポンプの駆動モータに対して供給する駆動電圧を制御する駆動手段を有し、
前記締切運転における締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記駆動手段で前記エアポンプの駆動モータに対して供給する駆動電圧を下げることにより前記エアポンプの回転数を下げることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の二次空気供給装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の二次空気供給装置を備える内燃機関の動作状況に応じて内燃機関の各種運転制御を行う制御装置であって、
前記二次空気供給装置に備えるエアポンプの故障診断に関する制御を行うものであり、
前記故障診断は、弁を閉状態としたままエアポンプを駆動する締切運転を行った状態で、エアポンプの吐出圧が規定以上あるか否かを判別して異常の有無を調べるものであり、
前記故障診断中において、前記圧力センサで締切圧を検知するとともに、この検知した締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記エアポンプによる空気吐出能力を下げる動作または前記駆動手段の駆動電圧を下げる動作を行い前記締切圧を前記弁の開き設定圧と同等以下に調整する処理を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の二次空気供給装置、ならびに内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、例えば冷えた状態からの始動時など、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）についての浄化を行うために、排気通路に空気を供給する二次空気供給装置を備えたものがある（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００３】
つまり、排気通路に空気が供給されると、空気中の酸素が排気中の一酸化炭素や炭化水素と反応し、それらが二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に酸化されるため、排気中の一酸化炭素や炭化水素について浄化が図られるようになる。
【０００４】
上記二次空気供給装置は、排気通路に接続された供給通路と、この供給通路を開通または閉塞する電磁弁と、供給通路に空気を吐出するエアポンプとを備えている。
【０００５】
ところで、上記エアポンプについて、その背圧（エアポンプの吐出圧）が規定圧以上あるか否かの故障診断を行うことがある。
【０００６】
この故障診断を行う場合には、締切運転、つまり電磁弁を閉じた状態でエアポンプを駆動する動作を行い、エアポンプの背圧が規定圧以上であるか否かをチェックする。
【０００７】
なお、エアポンプの背圧は、供給通路における締切領域に設けられる圧力センサで検知される。また、電磁弁は、非通電時にコイルスプリングの弾発付勢力で弁体を閉じて、通電時にコイルスプリングの弾発付勢力に抗して弁体を開く、ノーマリクローズ構造である。
【０００８】
このような故障診断には、例えば車載機能診断システム（ＯＢＤ：Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ−Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ−Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。
【特許文献１】特開２００４−２９３４２６号公報
【特許文献２】特開２００４−２８５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記エアポンプの故障診断に伴う締切運転において、供給通路における締切領域の締切圧が前記電磁弁の開き設定圧より高い場合、前記締切領域内の空気が前記電磁弁から漏れ出して排気通路に流入することになる。
【００１０】
このような空気漏れが発生すると、排気通路で排気脈動が発生するために、この排気脈動に伴い締切領域内の圧力変動を招いて、圧力センサによる検知出力にばらつきが発生する等、エアポンプの故障診断が正確に行えなくなる。
【００１１】
本発明は、エアポンプの故障診断に伴う締切運転において、閉状態とされる弁からの空気漏れを防止し、圧力センサによる検知出力の信頼性を向上せしめ、故障診断を正確に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置は、内燃機関の排気通路に接続された供給通路と、この供給通路を開通または閉塞する弁と、前記供給通路に空気を吐出するエアポンプと、前記エアポンプから前記弁までの供給通路に設けられる圧力センサとを有するものであって、前記エアポンプの故障診断に伴う締切運転における締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記エアポンプによる空気吐出能力を下げて前記締切圧を前記弁の開き設定圧と同等以下に調整するよう構成されていることを特徴としている。
【００１３】
なお、前記エアポンプの締切運転は、通常、弁を閉状態としたままエアポンプを駆動する動作のことであり、エアポンプの吐出圧が規定以上あるか否かの故障診断を行う際に行われる。
【００１４】
このような構成によれば、締切運転中において締切圧が弁開き設定圧より高くなったときに、供給通路における締切領域への空気供給を低下させて前記締切領域の圧力上昇を抑制するから、弁に対して付加されるエアポンプの吐出圧が軽減されることになり、弁からの空気漏れが防止される。これにより、締切運転中に供給通路から排気通路への空気漏れを防止できるようになるから、排気通路で排気脈動が発生せずに済み、締切運転における圧力センサの検知出力がばらつきにくくなる。
【００１５】
上記二次空気供給装置において、前記弁は、弁体をコイルスプリングの弾発付勢力で閉じて、必要に応じてコイルスプリングの弾発付勢力に抗して弁体を開く構造とすることができる。
【００１６】
この場合、締切運転中において締切圧が弁開き設定圧より高くなると締切領域内の空気が弁をリークして排気通路に漏れ出る。このような構造の弁を二次空気供給装置に用いている場合に、特に前記締切領域内の空気供給抑制動作が有効となる。
【００１７】
上記二次空気供給装置において、前記前記エアポンプの駆動モータに対して供給する駆動電圧を制御する駆動手段を有し、前記締切運転における締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記駆動手段で前記エアポンプの駆動モータに対して供給する駆動電圧を下げることにより前記エアポンプの回転数を下げる構成とすることができる。
【００１８】
このような構成によれば、エアポンプの駆動モータに対する駆動電圧を制御するだけの処理を行えばよくなるから、設備コストの上昇を抑制するうえで有利となる。
【００１９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記二次空気供給装置を備える内燃機関の動作状況に応じて内燃機関の各種運転制御を行うものであって、前記二次空気供給装置に備えるエアポンプの故障診断に関する制御を行うものであり、前記故障診断は、弁を閉状態としたままエアポンプを駆動する締切運転を行った状態で、エアポンプの吐出圧が規定以上あるか否かを判別して異常の有無を調べるものであり、前記故障診断中において、前記圧力センサで締切圧を検知するとともに、この検知した締切圧が前記弁の開き設定圧より高い場合に、前記エアポンプによる空気吐出能力を下げる動作または前記駆動手段の駆動電圧を下げる動作を行い前記締切圧を前記弁の開き設定圧と同等以下に調整する処理を実行することを特徴としている。
【００２０】
このような構成によれば、駆動手段からエアポンプの駆動モータに供給する駆動電圧を制御するだけの簡単な制御で済むから、設備コストの上昇を抑制するうえで有利となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、エアポンプの故障診断に伴う締切運転において圧力センサによる検知出力の信頼性を向上することができるので、正確な診断が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図１から図４に示して説明する。
【００２３】
図１には、内燃機関としての自動車用エンジンの概略構成を示している。この図に示されるエンジン１においては、燃料噴射弁２から噴射された燃料と吸気通路３から吸入された空気とからなる混合気が燃焼室４内で燃焼され、燃焼後の混合気が排気として排気通路５に送り出されて触媒コンバータ６で浄化されるようになっている。
【００２４】
なお、図１において、７は点火プラグ、８はエアクリーナである。
【００２５】
このエンジン１には、二次空気供給装置１０および制御装置（ＥＣＵ）２０が設けられている。
【００２６】
二次空気供給装置１０は、排気通路５に空気を供給することにより、排気中の一酸化炭素や炭化水素の浄化を促進するものであり、供給通路１１と、電磁弁１２と、電動式のエアポンプ１３と、酸素センサ１４と、圧力センサ１５と、駆動回路１６とを有している。
【００２７】
供給通路１１は、排気通路５に接続されており、この供給通路１１の上流にエアポンプ１３が設けられている。この供給通路１１の下流側は、図示していないが、エンジンの燃焼室４の数に応じて分岐されるようになっている。
【００２８】
電磁弁１２は、供給通路１１の下流側に設けられて、供給通路１１を開通または閉塞するものである。この電磁弁１２は、詳細に図示していないが、例えば非通電時にコイルスプリングの弾発付勢力で弁体を閉じて、通電時にコイルスプリングの弾発付勢力に抗して弁体を開く、ノーマリクローズ構造である。
【００２９】
エアポンプ１３は、供給通路１１に空気を供給するものであり、このエアポンプ１３の吸入口にはフィルタ１７が設けられている。
【００３０】
酸素センサ１４は、排気通路５において触媒コンバータ６よりも上流に設けられており、排気通路５中の酸素濃度を検知するものである。
【００３１】
圧力センサ１５は、供給通路１１において電磁弁１２とエアポンプ１３との間に設けられており、そこの圧力を検知するものである。
【００３２】
駆動回路１６は、制御装置２０から受ける信号に基づいて電磁弁１２やエアポンプ１３の駆動モータ（図示省略）を駆動するものである。
【００３３】
このような二次空気供給装置１０は、例えばエンジン１が冷えている状態で始動するとき等のように、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）が多くなるときに、電磁弁１２を開いた状態でエアポンプ１３を駆動することにより、エアポンプ１３から吐出された空気を供給通路１１を経て排気通路５に送り出す。排気通路５においては、供給された空気中の酸素が排気中の一酸化炭素や炭化水素と反応し、それらが二酸化炭素（ＣＯ2
）及び水（Ｈ2Ｏ）に酸化されることになる。
【００３４】
制御装置２０は、主として自動車に搭載されてエンジン１の動作状況に応じてエンジン１の各種運転制御を行うものであるが、少なくとも上記二次空気供給に関する制御と、下記する機能診断に関する制御とを行うようになっている。
【００３５】
まず、上記二次空気供給は、酸素センサ１４や圧力センサ１５等からの検知信号に基づき駆動回路１６に適宜の信号を出力し、駆動回路１６により電磁弁１２やエアポンプ１３を駆動することにより、適宜量の空気を排気通路５に供給する。
【００３６】
また、上記機能診断としては、二次空気供給装置１０におけるエアポンプ１３の故障診断がある。
【００３７】
具体的に、エアポンプ１３の故障診断は、電磁弁１２を閉じた状態でエアポンプ１３を駆動する締切運転を行い、エアポンプ１３の背圧（吐出圧）が所定の規定圧以上であるか否かを調べて、エアポンプ１３の異常の有無を判別するようになっている。
【００３８】
なお、エアポンプ１３の背圧は、供給通路１１における電磁弁１２とエアポンプ１３との間の締切領域１１ａに設けられる圧力センサ１５で検知される。
【００３９】
ちなみに、このような故障診断を行う時期としては、例えば二次空気供給装置１０から排気通路５に空気を供給しなくてもよいエンジン運転状況のときに行うのが好ましい。
【００４０】
この実施形態では、制御装置２０に、例えば従来公知の車載機能診断システム（ＯＢＤ：Ｏｎ−Ｂｏａｒｄ−Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ−Ｓｙｓｔｅｍ）による各種の診断機能のうちの少なくともエアポンプ１３の故障診断機能を装備したようになっている。但し、制御装置２０に、車載機能診断システムによる前記機能を装備せずに、車載機能診断システムを外付けして、エアポンプ１３の故障診断を行わせるように構成してもよい。
【００４１】
このようなエアポンプ１３の故障診断に伴う締切運転を行うと、供給通路１１における締切領域１１ａの締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0よりも高くなるが、その場合、従来例の項目で詳細に説明したが、締切領域１１ａ内の空気が電磁弁１２から漏れ出て排気通路５に流入することになり、好ましくない。
【００４２】
そこで、この実施形態では、締切運転における締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0より高い場合に、エアポンプ１３の空気吐出能力を低下させることにより、締切圧Ｐ1を
電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0と同等以下に調整するように工夫しているので、以下で詳細
に説明する。
【００４３】
具体的に、エアポンプ１３の空気吐出能力を低下させるには、駆動回路１６からエアポンプ１３の駆動モータ（図示省略）へ印加する駆動電圧を制御することで対処するようにしている。
【００４４】
そして、制御装置２０は、エアポンプ１３の故障診断中において圧力センサ１５で締切圧Ｐ1を検知するとともに、この検知した締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0より高
い場合に、駆動回路１６によりエアポンプ１３の駆動モータ（図示省略）に供給する駆動電圧を制御することによって締切圧Ｐ1を電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0と同等以下に調整する処理を実行するように構成されている。
【００４５】
次に、故障診断について図２のフローチャートおよび図３のタイミングチャートを参照して説明する。
【００４６】
ここでは、エアポンプ１３の故障診断を行う時期を、二次空気供給動作の終了時点とする場合を例に挙げて説明する。もちろん、この時期は、エンジン１の稼動中において二次空気供給動作を行っていないときであれば何時でもよい。
【００４７】
まず、例えば図３の（ａ）に示される時刻Ｔ1に、排気通路５に対し二次空気供給装置
１０からの空気の供給が必要になった場合、電磁弁１２を開弁状態とするとともに、エアポンプ１３を駆動することにより、排気通路５に空気を供給する。
【００４８】
この二次空気供給動作を所定時間行うのであるが、図３の（ａ）に示される時刻Ｔ2に
おいて、二次空気の供給が不要になると、引き続いて故障診断を開始するために、図２の制御シーケンスにエントリーし、図２のステップＳ１において締切運転を行う。
【００４９】
このとき、図３の（ａ）に示される時刻Ｔ2において電磁弁１２を閉弁するが、図３の
（ｂ）に示されるようにエアポンプ１３の駆動を継続して供給通路１１への空気吐出を継続させる。
【００５０】
この後、図２のステップＳ２において、図３の（ｃ）に示されるように、供給通路１１におけるエアポンプ１３と電磁弁１２との間の締切領域１１ａ内の圧力が上昇するまでの立ち上げに要する所定時間ｔが経過するのを待つ。
【００５１】
この時間ｔが経過すると、締切領域１１ａの締切圧Ｐ1を圧力センサ１５で検知し、図
２のステップＳ３において、圧力センサ１５で検知した締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設
定圧Ｐ0より高いか否かを比較する。
【００５２】
通常は、締切運転により、図３の（ｃ）に示される時刻Ｔ3において圧力センサ１５で
検知される締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0より高くなると、上記ステップＳ３で「ＹＥＳ」と判断して、図２のステップＳ４において、エアポンプ１３の駆動モータに対する駆動電圧を下げることにより、エアポンプ１３による空気吐出能力を下げる。しかし、このとき、一時的に締切領域１１ａ内の空気が電磁弁１２から排気通路５に漏れ出ることがあるが、これにより、締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0と同等以下に下がることになる。この空気漏洩は、一時的なものであるので、排気通路５において排気脈動が一時的に起こりうるものの、これ以降においては排気通路５への空気漏れが防止されるので、締切領域１１ａにおける圧力変動が発生せずに済み、後の故障診断のための圧力センサ１５による検知出力がばらつかなくなる。
【００５３】
つまり、上記ステップＳ４において設定するエアポンプ１３の空気吐出能力は、締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0より高くならない範囲に設定されるので、図４中の一点鎖線で示すように、エアポンプ１３の故障診断中は、締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定
圧Ｐ0と同等以下に調整されることになって、締切領域１１ａ内の空気が電磁弁１２から
リークして排気通路５へ漏れ出るという不具合の発生を確実に防止できるようになる。
【００５４】
こうして、締切圧Ｐ1が電磁弁１２の開き設定圧Ｐ0と同等以下になると、上記ステップＳ３で「ＮＯ」と判断して、図２のステップＳ５において、エアポンプ１３の故障診断の判別処理を行ってから、このシーケンスを抜け出す。
【００５５】
ちなみに、上記ステップＳ５の判別処理では、圧力センサ１５からの検知出力をエアポンプ１３の背圧（吐出圧）として取り込み、この検知したエアポンプ１３の背圧が規定圧以上であるか否かを比較し、この比較結果が規定圧以上である場合にエアポンプ１３が正常であると判断する一方、比較結果が規定圧未満である場合にはエアポンプ１３が異常であると判断する。この判別が、例えば図３の（ｂ）に示される時刻Ｔ4で終わると、エア
ポンプ１３の駆動を停止し、故障診断を終了する。
【００５６】
なお、上記判別処理において、エアポンプ１３の規定圧は、ステップＳ４で設定したエアポンプ１３の駆動モータに供給する駆動電圧に対応して設定される。一般的に、エアポ
ンプ１３の吐出圧は、エアポンプ１３の駆動モータに供給する駆動電圧とリニアな関係にあるから、使用するエアポンプ１３の種類や仕様によって、予め前記吐出圧と駆動電圧との関係を表すマップデータを制御装置２０に記憶させておけば、故障診断が正確に行えるようになるのである。
【００５７】
以上説明したように、この実施形態によれば、二次空気供給装置１０の締切運転中において電磁弁１２から排気通路５への空気漏れを防止することが可能になるので、前記空気漏れが原因となる排気通路５での排気脈動が発生せずに済む。
【００５８】
これにより、締切運転における圧力センサ１５の検知出力がばらつきにくくなって安定することになるので、この検知出力の信頼性が向上する。したがって、制御装置２０によるエアポンプ１３の故障診断を正確に行うことが可能になる。
【００５９】
しかも、エアポンプ１３の故障診断中において、上記エアポンプ１３の空気吐出能力を下げる動作によってエアポンプ１３の負担が低減されるとともにエアポンプ１３の温度上昇を抑制できるので、エアポンプ１３の耐久性向上に貢献できる結果となる。
【００６０】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。
【００６１】
（１）上記実施形態において、電磁弁１２は、全開状態と全閉状態とを切り替える開閉弁や、開度を任意に調整できる流量調整弁のいずれを用いることができる。
【００６２】
（２）上記実施形態において、エアポンプ１３の締切圧Ｐ1とエアポンプ１３の背圧と
を同一の圧力センサ１５で検知することによって構成の無駄を省いているが、別々の圧力センサで個別に検知するようにしてもよい。
【００６３】
（３）上記実施形態において、圧力センサ１５を設ける位置は締切領域１１ａの中であれば適宜に変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る二次空気供給装置の一実施形態を備えるエンジンの概略構成図である。
【図２】図１に示すエアポンプの故障診断の説明に用いるフローチャートである。
【図３】図１に示す二次空気供給装置の動作説明に用いるタイムチャートである。
【図４】図１のエアポンプの流量特性（ＰＱ特性）を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
１    エンジン
５    排気通路
６    触媒コンバータ
１０    二次空気供給装置
１１    供給通路
１１ａ  供給通路の締切領域
１２    電磁弁
１３    エアポンプ
１５    圧力センサ
１６    駆動回路
２０    制御装置
【図１】
2006250052.tif 000003
【図２】
2006250052.tif 000004
【図３】
2006250052.tif 000005
【図４】
2006250052.tif 000006