(57)【要約】【課題】  内燃機関の二次空気供給装置において、圧力センサが正常に機能しているか否かを判断するための開閉弁閉弁時のエアポンプ作動の機会を減少して、エアポンプの寿命を延長する。【解決手段】  エアポンプ１１ａと、エアポンプと機関排気系７ａとを接続する二次空気供給通路１１ｂと、二次空気供給通路に配置された開閉弁１１ｄと、エアポンプと開閉弁との間において二次空気供給通路に配置された圧力センサ１１ｅとを具備する内燃機関の二次空気供給装置において、開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを二次空気供給通路の開閉弁の上流側へ導き入れ、この時の圧力センサの出力に基づき圧力センサが正常に機能しているか否かを判断する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアポンプと、前記エアポンプと機関排気系とを接続する二次空気供給通路と、前記二次空気供給通路に配置された開閉弁と、前記エアポンプと前記開閉弁との間において前記二次空気供給通路に配置された圧力センサとを具備する内燃機関の二次空気供給装置において、前記開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを前記二次空気供給通路の前記開閉弁の上流側へ導き入れ、この時の前記圧力センサの出力に基づき前記圧力センサが正常に機能しているか否かを判断す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】
始動完了直後に二次空気を機関排気系に供給する必要のない場合には、前記開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを前記二次空気供給通路の前記開閉弁の上流側へ導き入れ、この時の前記圧力センサの出力に基づき前記圧力センサが正常に機能しているか否かを判断す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。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関始動完了直後において、早期に排気ガスの浄化を可能とするためには、機関排気系の触媒装置の早期暖機することが必要である。このために、機関始動完了直後のリッチ空燃比の排気ガスに二次空気を供給し、触媒装置において排気ガス中に含まれる未燃燃料等を燃焼させ、この燃焼熱を触媒装置の暖機に利用することが提案されている。二次空気供給装置は、エアポンプと、機関排気系の触媒装置の上流側とエアポンプとを接続する二次空気供給通路と、二次空気供給通路に配置された開閉弁とを具備している。二次空気供給装置による二次空気の供給は、機関始動完了直後に常に実施されるのではなく、再始動のように触媒装置の暖機が不必要な場合や、エアポンプ及び開閉弁が凍結等により作動しない可能性がある極低温始動の場合等には、一般的に実施されないようになっている。
【０００３】
ところで、二次空気供給装置の故障判断には、エアポンプと開閉弁との間に配置された圧力センサの出力が利用される。開閉弁が開弁したまま固着するような故障が発生すると、エアポンプによる二次空気の供給が行われていない場合に、排気ガスが二次空気供給管通路へ流入し、排気ガスのような高温の気体を通過させることが意図されていない二次空気供給通路の構成部材を溶損させることがある。
【０００４】
それにより、二次空気供給装置の故障を正確に判断して、早急に故障箇所を修理しなければならず、そのためには、圧力センサ自身が正常に機能していなければならない。こうして、圧力センサ自身が正常に機能しているか否かを機関始動から停止までの間に一回は判断することが好ましい。
【０００５】
機関始動完了直後に二次空気供給装置により二次空気が供給される場合には、開閉弁を開弁する前にエアポンプを作動させ、この時の圧力センサの出力に基づき圧力センサ自身が正常に機能しているか否かを判断することができる。また、機関始動完了直後に二次空気供給装置により二次空気が供給されない場合にも、同様に、エアポンプを作動させて圧力センサが正常に機能しているか否かを判断することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９３４２６
【特許文献２】特開２００４−１１５８５
【特許文献３】特公平３−５６４１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このように開閉弁を閉弁してエアポンプを作動させると、エアポンプにとっては過負荷運転となり、エアポンプの寿命を低下させる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、内燃機関の二次空気供給装置において、圧力センサが正常に機能しているか否かを判断するための開閉弁閉弁時のエアポンプ作動の機会を減少して、エアポンプの寿命を延長することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置は、エアポンプと、前記エアポンプと機関排気系とを接続する二次空気供給通路と、前記二次空気供給通路に配置された開閉弁と、前記エアポンプと前記開閉弁との間において前記二次空気供給通路に配置された圧力センサとを具備する内燃機関の二次空気供給装置において、前記開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを前記二次空気供給通路の前記開閉弁の上流側へ導き入れ、この時の前記圧力センサの出力に基づき前記圧力センサが正常に機能しているか否かを判断することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置は、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、始動完了直後に二次空気を機関排気系に供給する必要のない場合には、前記開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを前記二次空気供給通路の前記開閉弁の上流側へ導き入れ、この時の前記圧力センサの出力に基づき前記圧力センサが正常に機能しているか否かを判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置によれば、開閉弁を開弁して機関始動中又は始動完了直後の排気ガスを二次空気供給通路内へ導き入れ、この時に圧力センサが正常に機能していれば、圧力センサは二次空気供給通路の開閉弁の上流側へ導き入れられた排気ガスの圧力に対応する出力を発するはずであり、この圧力センサの出力に基づき圧力センサが正常に機能しているか否かを判断することができる。この判断に際しては、開閉弁を閉弁してエアポンプを過負荷運転させることはなく、エアポンプの寿命を延長することができる。
【００１２】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の二次空気供給装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の二次空気供給装置において、始動完了直後に二次空気を機関排気系に供給する必要のない場合には、二次空気供給通路の開閉弁の上流側へ排気ガスを導き入れて圧力センサが正常に機能しているか否かが判断されるようになっており、それ以外の場合に、開閉弁の閉弁によりエアポンプを過負荷運転させて圧力センサが正常に機能しているか否かが判断されても、エアポンプの過負荷運転の機会は減少され、エアポンプの寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明による二次空気供給装置が取り付けられた内燃機関示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は燃焼室であり、３はピストンである。４は吸気弁５を介して燃焼室２へ通じる吸気通路であり、吸気通路４には、気筒毎に燃料噴射弁６が配置されている。７は排気弁８を介して燃焼室２へ通じる排気通路であり、各気筒の排気通路７は合流部７ａにおいて合流して単一の触媒装置９へ通じている。１０は点火プラグである。
【００１４】
触媒装置９（例えば、三元触媒装置）は、担持する触媒が活性化温度となれば、排気ガスを良好に浄化することができる。それにより、機関始動直後から排気ガスを浄化するためには、触媒装置を早期に触媒の活性化温度に暖機することが必要である。触媒装置の暖機のためには、機関始動直後のリッチ空燃比の排気ガスに二次空気が供給される。こうして、酸化機能を有する触媒装置９において、排気ガス中に含まれる未燃燃料等を燃焼させ、この燃焼熱が触媒装置の暖機に利用される。
【００１５】
排気ガスに二次空気を供給するための二次空気供給装置１１は、エアポンプ１１ａと、エアポンプ１１ａと排気通路７の触媒装置９の上流側、例えば、合流部７ａとを接続する二次空気供給通路１１ｂと、二次空気供給通路１１ｂに配置された開閉弁１１ｄと、エアポンプ１１ａと開閉弁１１ｄとの間において二次空気供給通路１１ｂ内の圧力を検出する圧力センサ１１ｅとを具備している。
【００１６】
このような二次空気供給装置１１に故障が発生することがある。例えば、開閉弁１１ｄが開弁した状態で固着すると、エアポンプ１１ａを停止した時に、排気ガスが二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入する。二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側は、排気ガスのような高温の気体を通過させることが意図されておらず、ゴム等の材料が使用されている場合があり、高温の排気ガスによって二次空気供給通路１１ｂの構成材料が溶損したりする。また、エアポンプ１１ａに比較的多量の排気ガスが流入すると、排気ガス中の微粒子等によって作動不良を引き起こすこともある。もちろん、エアポンプ１１ａが作動不良を起こしたり、また、開閉弁１１ｄが閉弁した状態で固着したりすれば、二次空気の供給が不可能となる。
【００１７】
本二次空気供給装置１１は、エアポンプ１１ａ側に開閉弁１１ｄと直列にもう一つの予備開閉弁１１ｃを有しており、この予備開閉弁１１ｃは常時開弁されており、開閉弁１１ｄが開弁状態で固着した時には、開閉弁１１ｄに代えて使用されるものである。予備開閉弁１１ｃの開閉制御を開始する際には、開閉弁１１ｄの開弁固着等の二次空気供給装置１１の故障を判断する必要があり、そのために、本二次空気供給装置１１では、圧力センサ１１ｅの出力が利用される。例えば、開閉弁１１ｄの閉弁時においてエアポンプ１１ａを作動させれば、圧力センサ１１ｅにより検出される圧力は、かなりの高圧となるはずである。それにも係わらずに、圧力センサ１１ｅにより検出される圧力が大気圧近傍であれば、エアポンプ１１ａが実際には作動していないことが考えられる。また、圧力センサ１１ｅにより検出される圧力が大気圧より高いがそれほどの高圧とならなければ、開閉弁１１ｄが実際には開弁固着していることが考えられる。
【００１８】
このように、圧力センサ１１ｅの出力に基づき二次空気供給装置の故障を判断するためには、当然であるが、圧力センサ１１ｅ自身が正常に機能していなければならない。それにより、圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かを、機関始動から停止までの間に一回は判断することが好ましい。本二次空気供給装置では、図２に示すフローチャートに従って、二次空気を供給すると共に、圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かを判断している。
【００１９】
まず、ステップ１０１において、スタータスイッチがオンされた時の冷却水温Ｔが水温センサ（図示せず）により検出され、この冷却水温Ｔが第一設定温度Ｔ１以上であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、今回は機関停止直後の再始動ではなく、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、冷却水温Ｔが第二設定温度Ｔ２以下であるか否かが判断される。この判断が否定される時には、今回は極低温時の始動ではなく、ステップ１０３へ進む。
【００２０】
このような通常の始動時においては、触媒装置９の早期暖機が必要であり、ステップ１０３において、エアポンプ１１ａが作動される。この時点では、開閉弁１１ｄは閉弁されており、ステップ１０４において圧力センサ１１ｅにより検出された圧力Ｐが第一圧力Ｐ１として記憶される。次いで、ステップ１０５において開閉弁１１ｄが開弁され、ステップ１０６において圧力センサ１１ｅにより検出された圧力Ｐが第二圧力Ｐ２として記憶される。
【００２１】
開閉弁１１ｄの開弁によって、エアポンプ１１ａにより圧送される二次空気が二次空気供給通路１１ｂを介して排気通路７の合流部７ａへ供給される。この時点では、機関始動が完了して、理論空燃比よりリッチな空燃比での燃焼が実施されており、このリッチ空燃比の排気ガスと二次空気とが混合して、触媒装置９へ流入する。それにより、触媒装置９では、排気ガス中に比較的多く含まれる未燃燃料及び一酸化炭素が、触媒装置９の酸化機能によって二次空気中の酸素を使用して燃焼し、この燃焼熱によって触媒装置９が暖機される。
【００２２】
第一圧力Ｐ１は、エアポンプ１１ａを作動して開閉弁１１ｄが開弁される以前の圧力である。エアポンプ１１ａと開閉弁１１ｄとの間の二次空気供給通路１１ｂの容積はそれほど大きくなく、エアポンプ１１ａの作動から数秒後に測定された第一圧力Ｐ１は比較的高い圧力となる。一方、第二圧力Ｐ２は、開閉弁１１ｄの開弁後の圧力であり、排気通路７の合流部７ａ内の圧力を僅かに超える程度の圧力である。それにより、ステップ１０７では、第一圧力Ｐ１と第二圧力Ｐ２との差に基づき圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かが判断される。
【００２３】
すなわち、この圧力差が第一設定圧力差より大きければ、圧力センサ１１ｅは正常に機能していると判断することができ、また、この圧力差が第一設定圧力差以下であれば、圧力センサ１１ｅは正常に機能していないと判断することができる。もちろん、第一圧力Ｐ１が第一設定圧力より大きければ、圧力センサ１１ｅが正常に機能していると判断しても良く、この場合には、第一圧力Ｐ１が第一設定圧力以下であれば、圧力センサ１１ｅが正常に機能していないと判断される。
【００２４】
次いで、ステップ１０８において、触媒装置９の暖気が完了した時に、エアポンプ１１ａを停止して開閉弁１１ｄが閉弁される。触媒装置９の暖機完了の判断には、開閉弁１１ｄを開弁してからの経過時間を利用することができ、また、温度センサによって実際に触媒装置９の温度を監視するようにしても良い。
【００２５】
一方、始動時の冷却水温Ｔが第二設定温度Ｔ２以下である時には、極低温時の始動であり、ステップ１０２の判断が肯定されてステップ１０９へ進む。この時には、凍結により開閉弁１１ｄを開弁させることができない可能性があり、また、エアポンプ１１ａも凍結により作動しない可能性もある。それにより、この時には、二次空気の供給は断念される。ステップ１０９では、機関始動が完了して、車両が設定車速以上での走行を開始すれば、この時に、エアポンプ１１ａを作動する。この時には、機関温度も上昇してエアポンプ１１ａが凍結している可能性はない。こうして、設定車速以上の時にエアポンプ１１ａが作動されるために、運転者がエアポンプ１１ａの作動音を気にすることはない。
【００２６】
この時、開閉弁１１ｄは閉弁されたままであり、ステップ１１０において圧力センサ１１ｅにより検出された圧力Ｐが第三圧力Ｐ３として記憶される。第三圧力Ｐ３も第一圧力Ｐ１と同様に、エアポンプ１１ａの作動から数秒後に測定された比較的高い圧力である。それにより、ステップ１１１において、第三圧力Ｐ３が第二設定圧力（第一圧力Ｐ１と比較される第一設定圧力とほぼ同じとしても良い）より大きければ、圧力センサ１１ｅが正常に機能していると判断され、第三圧力Ｐ３が第二設定圧力以下であれば、圧力センサ１１ｅが正常に機能していないと判断される。
【００２７】
一方、始動時の冷却水温Ｔが第一設定温度Ｔ１以上である時には、機関停止直後の再始動であり、触媒装置９の温度も高いために、触媒装置９の暖機は必要ない。この時には、ステップ１０１の判断が肯定されてステップ１１２へ進む。ステップ１１２では、機関始動中又は始動完了直後に圧力センサ１１ｅにより検出された圧力Ｐが第四圧力Ｐ４として記憶される。この時点では開閉弁１１ｄは閉弁されている。
【００２８】
次いで、ステップ１１３において、第四圧力Ｐ４が検出された後で機関始動完了直後に開閉弁１１ｄを開弁し、ステップ１１４では、この時に圧力センサ１１ｅにより検出された圧力Ｐが第五圧力Ｐ５として記憶される。次いで、ステップ１１５において開閉弁１１ｄを閉弁する。開閉弁１１ｄが閉弁中であれば、圧力センサ１１ｅにより検出された第四圧力Ｐ４はほぼ大気圧であり、一方、圧力センサ１１ｅにより開閉弁１１ｄの開弁後に検出された第五圧力Ｐ５は、機関始動完了直後に二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入した排気ガスの圧力となる。それにより、ステップ１１６では、第五圧力Ｐ５と第四圧力Ｐ４との差に基づき圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かが判断される。
【００２９】
すなわち、この圧力差が第二設定圧力差（第一圧力Ｐ１と第二圧力Ｐ２との差と比較される第一設定圧力差より小さく設定される）より大きければ、圧力センサ１１ｅは正常に機能していると判断することができ、また、この圧力差が第二設定圧力差以下であれば、圧力センサ１１ｅは正常に機能していないと判断することができる。もちろん、第五圧力Ｐ５が第三設定圧力（第一圧力Ｐ１と比較される第一設定圧力より小さく設定される）より大きければ、圧力センサ１１ｅが正常に機能していると判断しても良く、この場合には、第五圧力Ｐ５が第三設定圧力以下であれば、圧力センサ１１ｅが正常に機能していないと判断される。
【００３０】
もし、開閉弁１１ｄを開弁させる以前に検出された第四圧力Ｐ４が大気圧より高い排気ガス圧力となっていれば、閉弁されているはずの開閉弁１１ｄが実際には開弁されていると考えられ、開閉弁１１ｄの開弁固着と判断することができる。
【００３１】
ステップ１１３では、開閉弁１１ｄを機関始動完了直後に開弁させるようにしたが、機関始動完了前の始動中、すなわち、クランキング時において開閉弁１１ｄを開弁させて、圧力センサ１１ｅによってクランキング時の排気ガスの圧力を検出するようにしても良い。機関始動完了直後の排気ガス圧力の方が高くなるが、クランキング時の排気ガス圧力も大気圧よりは高く、この圧力が検出されるか否かによって、圧力センサ１１ｄが正常に機能しているか否かを判断することができる。
【００３２】
二次空気が供給される通常の始動時及び二次空気の供給を断念する極低温始動時では、開閉弁１１ｄの閉弁時にエアポンプ１１ａを作動して圧力センサ１１ａにより圧力を検出するようになっている。これはエアポンプ１１ａの過負荷運転となり、エアポンプ１１ａの寿命を低下させる。もちろん、二次空気を供給する必要のない再始動時においても、極低温始動時のように設定車速以上となった時にエアポンプ１１ａを作動させて、圧力センサ１１ｅにより開閉弁１１ｄの閉弁時の圧力を検出し、この圧力に基づき圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かを判断することも可能である。しかしながら、こうして、全ての機会でエアポンプ１１ａの過負荷運転を実施すると、エアポンプ１１ａの寿命が極端に短くなってしまう。
【００３３】
これに対して、本実施形態では、二次空気を供給する必要のない再始動時には、エアポンプ１１ａを作動させることなく、開閉弁１１ｄを開弁して、二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入した排気ガスの圧力を圧力センサ１１により検出し、この圧力に基づき圧力センサ１１ｅが正常に機能しているか否かを判断している。それにより、エアポンプ１１ａの過負荷運転の機会を減少させることができ、エアポンプ１１ａの寿命を延長することが可能となる。
【００３４】
開閉弁１１ｄの開弁により二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入させる排気ガスは、機関始動完了直後の排気ガスであり、それほど高温度とはなっていない。また、圧力センサ１１ｅによって圧力が検出された後には、直ぐに開閉弁１１ｄが閉弁されるために、二次空気供給通路１１ｂを構成する材料が溶損したり、また、エアポンプ１１ａが排気ガス中の微粒子によって故障したりする等の問題が発生することはない。
【００３５】
本実施形態において、極低温始動時には、凍結によって開閉弁１１ｄを開弁させることができないことがあり、機関始動完了直後の排気ガスを二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入させることは難しい。しかしながら、通常の始動時には、開閉弁１１を開弁させて機関始動完了直後の排気ガスを二次空気供給通路１１ｂの開閉弁１１ｄの上流側へ流入させ、圧力センサ１１ｅにより圧力を検出した後に、開閉弁１１を開弁させたままエアポンプ１１ａを作動して二次空気の供給を開始するようにしても良い。それにより、さらに、エアポンプ１１ａの過負荷運転の機会を減少させることができ、エアポンプ１１ａの寿命をさらに延長することができる。
【００３６】
図２に示すフローチャートにおいて、ステップ１０３のエアポンプ１１ａの作動を開始する前の始動中又は始動完了直後に圧力センサ１１ｅにより圧力を検出するようにし、また、極低温始動時においても始動中又は始動完了直後に圧力センサ１１ｅにより圧力を検出するようにしても良い。この時には、開閉弁１１ｄは閉弁されているはずであり、検出される圧力はいずれも大気圧近傍となるはずであるが、それにも係わらずに、検出された圧力が大気圧より高い排気ガス圧力となっていれば、閉弁されているはずの開閉弁１１ｄが実際には開弁されており、開閉弁１１ｄの開弁固着と判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による二次空気供給装置が取り付けられた内燃機関を示す概略図である。
【図２】二次空気の供給及び圧力センサが正常に機能しているか否かの判断のためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１    機関本体
４    吸気通路
７    排気通路
１１    二次空気供給装置
１１ａ    エアポンプ
１１ｄ    開閉弁
１１ｅ    圧力センサ
【図１】
2006348824.tif 000003
【図２】
2006348824.tif 000004