(57)【要約】【課題】排気系に二次空気を供給する通路を開閉する開閉弁が開放したまま閉じず固着してしまう異常が生じた場合に、排気エミッションの悪化を防止することが可能な二次空気供給装置を提供する。【解決手段】エアポンプ４１がＥＣＵの指令信号に基づいて作動し、圧送通路４３を通じて主供給管４４に空気を圧送することにより二次空気供給制御が行われる。ＥＣＵは、二次空気供給制御を行っていない場合であって、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測することにより二次空気制御弁４６が開故障状態にあると診断した場合に、エアポンプ４１に吸引動作をさせて、リード弁４６ｅに対して負圧を発生させて主供給管４４（排気系側）に向かう空気の流れを規制する。【選択図】　図４
2004100648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の圧送動作と吸引動作とを切替可能に制御されるエアポンプと、
前記エアポンプにより圧送される空気を内燃機関の排気系に導く空気通路と、
前記空気通路を開閉可能に制御される開閉手段と、
前記空気通路に設けられ、前記エアポンプにより前記排気系へ向けて圧送される空気の流れを許容し、その逆向きの流れを規制する逆止弁と、
前記開閉手段が前記空気通路を開いたまま閉じない開故障状態を検出する故障検出手段と、
前記開閉手段により前記空気通路を開放して、二次空気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給制御を行う制御手段と、
を備えた二次空気供給装置であって、
前記制御手段は、前記二次空気供給制御を行っていない場合であって、前記故障検出手段により前記開閉手段の開故障状態が検出された場合に、前記エアポンプに吸引動作をさせて、前記逆止弁に対して負圧を発生させて前記排気系に向かう空気の流れを規制することを特徴とする二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気系においては、排気ガス浄化用触媒を備えた排気浄化装置を排気通路に設けることにより、該排気ガス浄化用触媒によって排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質を無害な水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）等に変換して、排気ガスを浄化している。
【０００３】
しかし、かかる排気ガス浄化用触媒は所定の活性化温度（例えば、３５０℃）以上にならなければ十分な排気ガス浄化力が得られない。よって、エンジンの冷間始動時等においては、排気ガス浄化用触媒は排気ガスによって徐々に暖められることから、エンジン始動後におけるある程度の期間（例えば１０秒）は十分な排気ガス浄化力を備えていないことになる。
【０００４】
その結果、排気ガス浄化用触媒が活性化温度に達するまでの間は、排気ガスが十分に浄化されず、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等の大気汚染物質を含んだまま大気中に排出されてしまう。
【０００５】
そのため、エンジン始動直後等に排気ガス浄化用触媒を迅速に活性化温度まで高めるために、排気浄化装置の上流側の排気通路に接続された、開閉手段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で、排気通路内に二次空気を供給して酸素濃度を高くして、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させることにより排気ガスの浄化を促進している。
【０００６】
ここで、二次空気供給通路に設けられた開閉手段としては、制御弁とリード弁とから構成されたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１２８３２０号公報
【特許文献２】
特開平９−２１３１２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術において、二次空気供給通路に設けられた制御弁が開放したまま閉じないという異常が生じてしまった場合には、排気系で発生する排気の圧力脈動によるエアサクション効果によって、脈動の負圧期間にリード弁が排気系方向に引かれてしまい、エンジン暖機後、二次空気の供給が必要とされていない場合において、二次空気の供給が停止できなくなってしまう。これにより、排気ガスが二次空気により希釈され空燃比センサは常時リーン信号を出力することとなるので、空燃比のフィードバック制御が不正確となり、排気エミッションが悪化してしまう。
【０００９】
また、空燃比の学習制御値が狂ってしまうので、オープン制御時の空燃比が過濃となり、特に、冷間時の二次空気供給量が不足することとなり排気エミッションが悪化する。
【００１０】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気系に二次空気を供給する通路を開閉する開閉弁が開放したまま閉じず固着してしまう異常が生じた場合に、排気エミッションの悪化を防止することが可能な二次空気供給装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、排気系に二次空気を供給する通路に、該通路を開閉する開閉手段と逆止弁とを備え、前記開閉手段が開放したまま閉じず固着してしまう開故障状態が検出された場合であって、二次空気供給制御が行われていない場合に、二次空気供給制御時に圧送動作を行うエアポンプに吸引動作を行わせることにより、前記逆止弁に対して負圧を生じさせて該逆止弁を常に閉弁状態として、排気脈動によって排気系側に吸引される空気の流れを規制するものである。
【００１２】
すなわち、本発明は、空気の圧送動作と吸引動作とを切替可能に制御されるエアポンプと、前記エアポンプにより圧送される空気を内燃機関の排気系に導く空気通路と、前記空気通路を開閉可能に制御される開閉手段と、前記空気通路に設けられ、前記エアポンプにより前記排気系へ向けて圧送される空気の流れを許容し、その逆向きの流れを規制する逆止弁と、前記開閉手段が前記空気通路を開いたまま閉じない開故障状態を検出する故障検出手段と、前記開閉手段により前記空気通路を開放して、二次空気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給制御を行う制御手段と、を備えた二次空気供給装置であって、
前記制御手段は、前記二次空気供給制御を行っていない場合であって、前記故障検出手段により前記開閉手段の開故障状態が検出された場合に、前記エアポンプに吸引動作をさせて、前記逆止弁に対して負圧を発生させて前記排気系に向かう空気の流れを規制することを要旨とする。
【００１３】
ここで、二次空気とは、内燃機関の燃焼室において燃焼行程を経たガスに対して再度供給される空気を意味する。
【００１４】
また、エアポンプとしては、空気の圧送動作と吸引動作とが可能であり、その動作が制御手段により切替可能であればよい。例えば、エアポンプの圧送動作が回転体の回転によるものであれば回転体を逆回転させればよい。この場合に、エアポンプが電動式であればモータを逆回転させる制御を行えばよい。また、回転体の回転軸に駆動を伝達する駆動伝達部（例えばギアで構成される）を正逆回転制御可能な構成にしておけば、エアポンプ本体は電動式であっても機械式であってもよい。
【００１５】
また、開閉手段としては、空気通路の流路を択一的に開閉するものであってもよいし、当該流路の面積を多段階に、或いは無段階に調整するようなものであってもよい。そして、制御手段による開閉手段の開閉制御は、例えば、内燃機関の吸気系から負圧を供給可能な切替弁を制御手段が制御することにより該切替弁を介して該吸気系からの負圧により開閉手段を制御するような間接的な制御であってもよく、また、電磁駆動式の制御弁により開閉手段を制御するような直接的な制御であってもよい。
【００１６】
また、逆止弁としては、エアポンプにより排気系の上流側へ向けて圧送される空気の流れを許容し、その逆向きの流れを規制する機能を有するものであればよく、すなわち、開閉手段が空気通路を開放したまま閉じない開故障時に、排気系からエアポンプ側への排気ガスの逆流を防止する機能を有するものであればよい。逆止弁は、エアポンプに圧送される空気の流れにより容易に空気通路を開放するものであって、逆止弁の配設によってエアポンプに負荷がかかることのないことが好ましく、例えば薄い鋼板から構成されるリード弁や、チェック弁であるとよい。
【００１７】
また、故障検出手段としては、例えば、エアポンプと開閉手段との間の空気通路内の圧力を検出する圧力センサを備えているとよく、圧力センサにより空気通路内の圧力を観測することにより、開閉手段の開故障状態を検出することができる。また、故障検出手段として空燃比センサを設け、空燃比センサがリーン信号を出力していたら二次空気が供給されているものとして開閉手段の開固着状態を検出してもよく、また、故障検出手段としてリフトセンサを設けることにより、開閉手段を構成する弁体が弁座から離間したか否かを検知してもよい。
【００１８】
上記構成による二次空気供給装置は、内燃機関の排気系に二次空気を導入することにより、当該機関の排気特性を最適化する機能を有する。特に機関温度が比較的低い条件下（冷間時）で機関始動の直後（暖機期間）には、機関燃焼のために供給される燃料の増量に伴い当該燃料の未燃成分が排気系に多量に排出されるため、そのような未燃成分の酸化反応を促すために、二次空気供給制御によりエアポンプを圧送動作させて二次空気を排気系に導入する。
【００１９】
そして、内燃機関の排気系に二次空気を導入する空気通路に設けられた開閉手段が該空気通路を開いたまま閉じない開故障状態となった場合でも、二次空気供給制御が行われていない場合に、エアポンプに吸引動作をさせることにより、空気通路内の空気を吸引することにより逆止弁に対して負圧を発生させる。この負圧により逆止弁は常に空気通路を閉じる方向に吸引されて弁座に吸い付けられることとなり、エアポンプ側から排気系側への空気の流れを規制する。
【００２０】
これにより、排気系で発生する排気の圧力脈動によるエアサクション効果によって、脈動の負圧期間に逆止弁が排気系方向に引かれてしまい、エアポンプ側から排気系へ空気が流れてしまうことを、簡易な構成で確実に防止することができる。
【００２１】
従って、開閉手段が開固着の故障状態で、内燃機関が運転された場合でも、排気ガスが二次空気により希釈されるようなことはないので、排気ガスが二次空気により希釈されて空燃比センサが常時リーン信号を出力するようなこともない。すなわち、空燃比のフィードバック制御が不正確となるようなこともなく、排気エミッションの悪化を防止することができる。また、空燃比の学習制御値が狂うこともないので、オープン制御時の空燃比が過濃となることもなく、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
【００２３】
まず、図１を参照してエンジンの基本構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、ガソリンエンジンシステム（以下、エンジンと称する）１は、直列配置された４つの燃焼室（気筒）１１を形成するエンジン本体（内燃機関）１０の他、吸気系２０、排気系３０、二次空気供給系４０及び電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）５０等を主要部として構成される。
【００２５】
エンジン本体１０は、シリンダブロックおよびシリンダヘッドを外郭部材とし、直列する４つの燃焼室１１を内部に備える。シリンダヘッドには、各燃焼室１１に空気及び燃料の混合気を導入するための吸気ポート２３と、各燃焼室１１から排気ガスを排出するための排気ポート３１とが形成されている。各燃焼室１１に対応する吸気ポート２３には燃料噴射弁１２が備えられている。燃料噴射弁１２は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、ＥＣＵ５０の指令信号に応じて適宜開弁し、燃焼室１１内に燃料を噴射供給する。
【００２６】
吸気系２０は、各燃焼室１１に導入される吸入空気の通路（吸気通路）をなし、空気流路の上流から下流にかけて、吸気管２１、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２３が順次連結されて形成される。
【００２７】
吸気管２１に設けられたスロットル弁２４は、ＥＣＵ５０の指令信号に応じてその開度を変更し、吸入空気の流路面積（流量）を調整する電子制御式のバタフライ弁である。スロットル弁２４の開度は、アクセルペダル（図示略）の踏込量に、エンジン１の運転状態を反映する各種パラメータを加味して決定される。同じく吸気管２１において、スロットル弁２４の上流に設けられたエアクリーナ２５は、吸入空気に含まれる埃等を除去するフィルタである。
【００２８】
排気系３０は、各燃焼室１１から排出される排気ガスの通路（排気通路）をなし、排気通路の上流から下流にかけて、排気ポート３１、排気マニホールド３２及び排気管３３が順次連結されて形成される。排気管３３には、触媒ケーシング３４が設けられている。触媒ケーシング３４は、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する機能を備えた周知の三元触媒を内蔵する。
【００２９】
二次空気供給系４０は、エンジン１の外部から取り入れた空気を二次空気として各排気ポートに供給する機能を備える。
【００３０】
電動式エアポンプ（以下、エアポンプと称する）４１は、ＥＣＵ５０からの指令信号を受けて回転駆動するモータ部と、モータ部により回転駆動されて吸入した空気を加圧するポンプ部とから構成されている。そして、ＥＣＵ５０の指令信号に基づいて作動し、導入通路４２を通じて吸気管２１の途中（スロットル弁２４の上流で、且つ、エアクリーナ２５の下流にあたる部位）から空気を吸入し、圧送通路４３を通じて主供給管４４に圧送する。主供給管４４に圧送された空気は、４本の分配管４５を通じて各排気ポート３１に供給される。ここで、モータ部は、ＥＣＵ５０からの指令信号に基づいて、逆回転可能に構成されている。ＥＣＵ５０からの指令信号に基づいてモータ部が逆回転した場合、すなわちエアポンプが逆転制御された場合には、圧送通路４３内の空気の流れは逆となり、エアポンプ４１は圧送通路４３内の空気を吸入することとなる。すなわち、エアポンプ４１は圧送通路４３内の空気を吸引する機能をも有している。
【００３１】
圧送通路４３及び主供給管４４の連結部位には、圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を開閉する二次空気制御弁４６が設けられている。ここで、本実施の形態において二次空気制御弁４６は開閉手段を構成しており、圧送通路４３と主供給管４４と分配管４５とは空気通路を構成している。
【００３２】
二次空気制御弁４６の内部には、ダイアフラム４６ａ及びこのダイアフラム４６ａの変形によって動作する弁体４６ｂが設けられている。弁体４６ｂは、ダイアフラム４６ａが変形した場合にのみ圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を解放する。
【００３３】
また、二次空気制御弁４６には、吸気系２０において発生する負圧（吸引力）をダイアフラム４６ａに作用させるための負圧通路４７が接続されている。負圧通路４７は、吸気マニホールド２２及び二次空気制御弁４６の間を連絡し、吸気マニホールド２２の側から二次空気制御弁４６の側に向かって、その通路途中に、逆止弁４７ａ、負圧タンク４７ｂ及び負圧制御弁４７ｃを順次備える。逆止弁４７ａは、負圧タンク４７ｂから吸気マニホールド２２に向かう空気の流れのみを許容し、吸気マニホールド２２から負圧タンク４７ｂに向かう空気の流れを規制する。負圧タンク４７ｂは、その内部を大気圧よりも低いガス圧に保持し得る耐圧性の容器である。負圧制御弁４７ｃは、電磁駆動式の開閉弁である。負圧制御弁４７ｃは、通常は閉弁状態にあるが、ＥＣＵ５０の指令信号に応じて適宜開弁する。
【００３４】
エンジン１の運転中、吸気マニホールド２２内に負圧が発生するため、負圧タンク４７ｂ内の圧力が低下し、大気圧を下回る（負圧に保持される）。このような条件下でＥＣＵ５０が負圧制御弁４７ｃを開くと、負圧タンク４７ｂ内の負圧（吸引力）が二次空気制御弁４６内のダイアフラム４６ａを変形させる。このダイアフラム４６ａの変形によって弁体４６ｂが動作し、圧送通路４３及び主供給管４４の間を流れる空気の流路を解放する。このときエアポンプ４１を作動させると、エンジン１外部から導入された空気（二次空気）がエアポンプ４１から主供給管４４に圧送され、分配管４５を通じて排気ポート３１に供給される。
【００３５】
また、エンジン１の各部位には、各種センサ６１〜６６が取り付けられており、当該部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３６】
例えば、吸気管に設けられたエアフロメータ６１は、吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ６２はスロットル弁２４に取り付けられ、同弁２４の開度に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ６３は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。また排気管３３の触媒ケーシング３４上流及び下流に設けられた酸素濃度センサ６４，６５は、各々の配設部位において排気中の酸素濃度に応じ連続的に変化する検出信号を出力する。酸素濃度センサ６４，６５の検出信号は、機関燃焼に供される混合気の空燃比を反映し、排気中の酸化成分（酸素（Ｏ２）等）と還元成分（炭化水素（ＨＣ）等）の量を直接的に示す指標となる。また、圧力センサ６６は、二次空気供給系４０における圧送通路４３内の圧力Ｐに応じた検出信号を出力する。これら各センサ６１〜６６は、ＥＣＵ５０と電気的に接続されている。ここで、本実施の形態において圧力センサ６６は故障検出手段を構成している。
【００３７】
ＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ及びタイマーカウンタ等の他、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路や、外部出力回路等を備える。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びタイマカウンタ等と、外部入力回路や外部出力回路等とは、双方向性バスにより接続され、全体として論理演算回路を構成する。
【００３８】
このように構成されたＥＣＵ５０は、上記各種センサ６１〜６６の検出信号に基づき、燃料噴射弁１２の開閉弁動作を通じて各吸気ポート２３に燃料を噴射供給する制御（燃料噴射制御）や、負圧制御弁４７ｃの開閉弁動作及びエアポンプ４１の駆動を通じて各排気ポート３１に二次空気を供給する制御（二次空気供給制御）等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実施する。ここで、本実施の形態においてＥＣＵ５０は、故障検出手段及び制御手段を構成している。
【００３９】
次に、二次空気供給制御について、詳しく説明する。
【００４０】
エンジン１では、機関始動時等、エンジン本体１０の温度が十分に高くなっていない条件下で（冷間時に）機関運転を行う場合、燃料噴射弁１２を通じて燃焼室１１内に供給する燃料の量を増量し（機関燃焼に供する混合気をリッチ化し）、機関燃焼の安定化や暖機の促進を図る。ところが、機関燃焼に供する混合気をリッチ化すれば、排気中の未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）の量が増大することになる。しかも、このような燃料の増量が要求される条件下では、排気系３０に設けられた三元触媒の温度も低く、当該触媒が十分に活性化する温度（活性温度）に達していないのが通常である。
【００４１】
このためエンジン１では、冷間始動時等、三元触媒の温度が活性温度に達していない条件下で機関燃焼に供する混合気をリッチ化する場合には、二次空気供給制御を実施することにより、各燃焼室１１から排出された直後の排気ガスに空気を混入し、排気中に含まれる未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）の酸化反応を促す。これにより、三元触媒の上流において未燃燃料成分の浄化が促進され、またその反応熱によって三元触媒の活性化が早められる。
【００４２】
このように、二次空気供給制御は、触媒の浄化効率を向上させる（触媒の暖機性を向上させる）ために行われるものであり、エンジン１の減速運転時等において実施される場合もある。
【００４３】
図２は、二次空気供給系４０を構成する二次空気制御弁４６，リード弁４６ｅ，負圧制御弁４７ｃ及びエアポンプ４１の機能を説明する模式図である。
【００４４】
二次空気制御弁４６の内部は、３つの空間Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に区画されている。第１空間Ｓ１は負圧通路４７に、第２空間Ｓ２は圧送通路４３に、第３空間Ｓ３は主供給管４４に各々連通している。第１空間Ｓ１及び第２空間の間を仕切るダイアフラム４６ａは、弁体４６ｂと一体に形成されている。また、第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３の境界には、両空間Ｓ２，Ｓ３を相互に連通させる連通孔４６ｄが設けられている。第１空間Ｓ１側に収容されたスプリング４６ｃは、弁体４６ｂが連通孔４６ｄを塞ぐように、ダイアフラム４６ａを第２空間Ｓ２側に付勢する。
【００４５】
このため、図２（ａ）に示すように、負圧制御弁４７ｃが閉弁状態にある場合、第２空間Ｓ２（圧送通路４３）及び第３空間Ｓ３（主供給管４４）は相互に遮断され、二次空気制御弁４６は閉弁状態にある。
【００４６】
他方、図２（ｂ）に示すように、負圧制御弁４７ｃが開弁状態にある場合、第１空間Ｓ１内が負圧になることで（大気圧を下回ることで）、ダイアフラム４６ａを第１空間Ｓ１側に吸引する力が発生する。そして、このダイアフラム４６ａを第１空間Ｓ１側に吸引する力がスプリング４６ｃの付勢力を上回り、弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間する。この結果、二次空気制御弁４６は開弁状態となり、第２空間Ｓ２（圧送通路４３）及び第３空間Ｓ３（主供給管４４）が相互に連通するようになる。
【００４７】
二次空気供給制御の実施に際しては、ＥＣＵ５０の指令信号に基づき負圧制御弁４７ｃの開弁とエアポンプ４１の作動とが同時に行われることで、エアポンプ４１から圧送される空気が圧送通路４３から主供給管４４へ移送され、さらに各分配管４５を通じて各排気ポート３１に供給される。
【００４８】
なお、第３空間Ｓ３に設けられたリード弁４６ｅは、薄い鋼板から構成されるもので、一端が固定されて他端が弁座４６ｆに接離することにより、第２空間Ｓ２から第３空間Ｓ３を経て主供給管４４に向かう空気の流れを許容する一方、主供給管４４から第３空間Ｓ３を経て第２空間Ｓ２へ向かう空気の流れを規制する。弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したまま固着してしまうような開故障が生じた場合、このリード弁４６ｅが弁座４６ｆに接触して閉弁状態となり、主供給管４４から圧送通路４３へのガスの逆流を防止する（図２（ｃ））。ここで、本実施の形態においてリード弁４６ｅは逆止弁を構成している。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、二次空気供給制御として、上述したようにエアポンプを用いて二次空気を供給する、いわゆるエアインジェクション（ＡＩ）方式の装置を適用しているが、この装置においては、エアポンプ４１を停止させた状態で排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動を利用して吸気通路（圧送通路４３）から空気を直接吸引する、いわゆるエアサクション（ＡＳ）方式によって二次空気を供給することもできる。
【００５０】
ここで、二次空気制御弁４６においては、二次空気制御弁４６内に侵入した異物のかみ込みや二次空気制御弁４６の機械系統の故障（スプリング４６ｃの破損等）、負圧制御弁４７ｃの機械系統や電気系統の故障により、弁が閉じず、すなわち弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したまま固着してしまい、第２空間Ｓ２（圧送通路４３）と第３空間Ｓ３（主供給管４４）との間を連通したまま作動しなくなる異常が発生する可能性がある。
【００５１】
ＥＣＵ５０は、二次空気供給系において発生するこのような機能の異常を検出することができる。
【００５２】
以下に、ＥＣＵ５０による二次空気供給系４０の異常診断について説明する。
【００５３】
ＥＣＵ５０は、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移をモニタし、この圧力推移に基づいて、二次空気供給系４０の異常の状態を診断する。
【００５４】
図３は、二次空気制御弁４６やエアポンプ４１の動作状態に応じて異なる圧送通路４３内の圧力推移を示す。
【００５５】
二次空気制御弁４６が開弁状態にある場合には、二次空気制御弁４６内の第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３が連通する（図２（ｂ）参照）。そして、エアポンプ４１が作動することによって、空気が圧送通路４３から主供給管４４に向かって流動するためリード弁４６ｅも開弁状態になる（図２（ｂ）参照）。この結果、圧送通路４３及び主供給管４４が相互に連通し、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動が圧送通路４３まで伝播する。
【００５６】
このため、二次空気制御弁４６が開弁状態にあり、エアポンプ４１が作動している状態では、所定値（平均値）Ｐ１を変動幅の中心とする規則的な圧力変動が圧送通路４３内において観測される。この状態が図３に示す圧力推移パターン１である。
【００５７】
また、二次空気制御弁４６は開弁状態にあるが、エアポンプ４１が停止しているか又は正常に機能していない場合には、圧送通路４３内の圧力が閾値Ｐ０を下回る値で、所定値（平均値）Ｐ２を変動幅の中心とする規則的な圧力変動が圧送通路４３内で観測されることになる。図３に示す圧力推移パターン２は、二次空気制御弁４６が開弁状態にあり、エアポンプ４１が停止している状態を示している。
【００５８】
また、二次空気制御弁４６が閉弁状態にある場合には、二次空気制御弁４６内の第２空間Ｓ２及び第３空間Ｓ３が相互に遮断されるため（図２（ａ）参照）、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動が圧送通路４３にまで伝播することはない。
【００５９】
このような条件下でエアポンプ４１が作動したとすると、圧送通路４３内の圧力Ｐは閾値Ｐ０を越えて所定値Ｐ３まで上昇し、この値Ｐ３を保持する。この状態が図３に示す圧力推移パターン３である。
【００６０】
二次空気制御弁４６が閉弁状態にあり、エアポンプ４１が停止しているか又は正常に機能していない場合には、圧送通路４３内の圧力Ｐが閾値Ｐ０を下回る値までしか上昇せず、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動が圧送通路４３にまで伝播することもない。図３に示す圧力推移パターン４は、二次空気制御弁４６が閉弁状態にあり、エアポンプ４１が停止している状態を示している。
【００６１】
ここで、ＥＣＵ５０にあっては、二次空気供給制御時において、二次空気制御弁４６を開弁状態とするために負圧制御弁４７ｃを開弁状態とし、エアポンプ４１を作動させる指令信号を出力する。また、二次空気供給制御終了後には、二次空気制御弁４６を閉弁状態とするために負圧制御弁４７ｃを閉弁状態とし、エアポンプ４１を停止させる指令信号を出力する。
【００６２】
そして、ＥＣＵ５０は、二次空気供給制御時及び二次空気供給制御終了後の圧送通路４３内の圧力推移を観測することにより、ＥＣＵ５０が出力している指令信号に対する二次空気供給系４０の動作状態を観測して、表１に示されるように、エアポンプ４１、二次空気制御弁４６の機能について異常発生の有無を診断することができる。
【００６３】
表１は、エアポンプ（ＡＰ）４１、二次空気制御弁（ＡＳＶ）４６のそれぞれの機能が正常であるか異常であるかの組み合わせと、二次空気供給制御時及び二次空気供給制御終了後の圧力推移とを対応させた表である。表１において、○は正常に機能していることを表し、×は異常が発生していることを表している。
【００６４】
【表１】
2004100648.tif 000003
【００６５】
例えば、二次空気供給制御時の圧力推移パターンがパターン１であり、二次空気供給制御終了後の圧力推移パターンがパターン４であった場合には、エアポンプ４１、二次空気制御弁４６ともに正常に機能していると診断する。そして、二次空気供給制御時の圧力推移パターンがパターン１であり、二次空気供給制御終了後の圧力推移パターンがパターン２であった場合には、エアポンプ４１は正常に機能しているが、二次空気制御弁４６は正常に機能しておらず開固着の状態にあると診断する。すなわち、この場合には二次空気制御弁４６において弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したまま固着している状態にあると診断する。
【００６６】
ここで、二次空気制御弁４６の開固着状態の診断については、二次空気供給制御時における圧力推移の観測は行わず、二次空気供給制御が行われていない場合についてのみ、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測し、この圧力推移に基づいて診断するものであってもよい。二次空気供給制御が行われていない場合とは、二次空気制御弁４６を閉弁状態とするために負圧制御弁４７ｃを閉弁状態とし、エアポンプ４１を停止させる指令信号がＥＣＵ５０により出力された場合である。この二次空気供給制御が行われていない場合、すなわち二次空気制御弁４６を閉弁状態とする指令信号がＥＣＵ５０により出力されているのに、圧送通路４３内の圧力推移が図３に示すパターン１又は２であると観測されれば、これは二次空気制御弁４６が開弁状態にあるとされ、二次空気制御弁４６は開固着の故障状態であると診断される。
【００６７】
これまでは、二次空気制御弁４６の開固着状態の診断について、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測し、この圧力推移に基づくものとして説明したが、これに限らず、周知の方法を適用することができる。
【００６８】
例えば、二次空気供給制御が行われていない場合に、空燃比センサがリーン信号を出力していたら、二次空気が供給されているものとして二次空気制御弁４６の開固着状態と診断してもよい。また、リフトセンサを設けることにより、弁体４６ｂが連通孔（弁座）４６ｄから離間したか否かを検知してもよい。
【００６９】
そして、二次空気供給系においてこのような機能の異常が検出された場合には、ＥＣＵ５０は運転者に対し、二次空気供給系に不具合がある旨の通知を警告ランプの点灯等を通じて行う。
【００７０】
しかし、二次空気制御弁４６が開固着状態のまま、エンジン１が運転されると、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動によるエアサクション効果によって、脈動の負圧期間にリード弁４６ｅが開弁してしまい、圧送通路４３から空気が吸引されてしまう。
【００７１】
そこで、本実施の形態では、このような場合に、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動によるエアサクション効果によってリード弁４６ｅが開弁してしまうことを防止し、圧送通路４３から主供給管４４（排気系側）へ空気が吸引されることを防止している。
【００７２】
以下に、本実施の形態の特徴であるＥＣＵ５０の制御について説明する。
【００７３】
本実施の形態において、ＥＣＵ５０は、二次空気供給制御が行われていない場合であって、弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したまま固着しており、二次空気制御弁４６は開固着の故障状態にあると診断した場合に、エアポンプ４１に吸引動作をさせる指令信号を出力してエアポンプ４１を逆転制御するものである。
【００７４】
図４は、二次空気制御弁４６の開固着の故障状態において、エアポンプ４１が逆転制御されている状態を説明するための模式図である。
【００７５】
ＥＣＵ５０から出力された指令信号によって、モータ部が逆回転し、エアポンプ４１は圧送通路４３内の空気を吸引する。圧送通路４３においては、二次空気制御弁４６は開固着の状態にあるので、リード弁４６ｅに対して常に負圧がかかることとなる。したがって、リード弁４６ｅはエアポンプ４１の吸引作用によって生ずる負圧により常に弁座４６ｆに引き付けられた閉弁状態となる。
【００７６】
このような場合に、排気ポート３１内で発生する排気の圧力脈動によるエアサクション効果によって、脈動の負圧期間にリード弁４６ｅを開弁させるような負圧Ｂ（図４において矢印で示している）がかかっても、リード弁４６ｅはエアポンプ４１の吸引作用によって生ずる負圧Ａ（図４において矢印で示している）により常に弁座４６ｆに引き付けられているので、リード弁４６ｅが開弁することはない。ここで、エアポンプ４１の吸引作用によって生ずる負圧Ａは、排気の圧力脈動により生ずる負圧Ｂよりも大きくなるように設定されている。
【００７７】
従って、二次空気制御弁４６に開固着の故障が生じた場合であって、二次空気を排気系に供給する必要がない場合に、リード弁４６ｅを介して圧送通路４３から主供給管４４（排気系側）へ二次空気が自動的に吸引されてしまうことを、簡易な構成で確実に防止することができる。これにより、二次空気制御弁４６が開固着の故障状態のまま、エンジン１の運転が継続された場合でも、排気ガスが二次空気により希釈されることはない。従って、従来のように、排気ガスが二次空気により希釈されて空燃比センサが常時リーン信号を出力するようなこともなく、空燃比のフィードバック制御が不正確となるようなこともないので、排気エミッションの悪化を防止することができる。また、空燃比の学習制御値が狂うこともないので、オープン制御時の空燃比が過濃となることもなく、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【００７８】
以下に、エアポンプの逆転制御の具体的な手順について、フローチャートを参照して説明する。図５は、エンジン１が実施するエアポンプの逆転制御の処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、基本的には、エンジン１の運転中、ＥＣＵ５０を通じて所定周期で繰り返し実行される。
【００７９】
ＥＣＵ５０は、まずステップＳ１０１において、エンジンが始動されてから所定時間Ｔ経過したか否かを判断する。ここで、所定時間Ｔとは、エンジン始動後バッテリー等が安定しバッテリー等に負荷がかからなくなるまでの時間であって、エンジンの冷間時に限るものではなく、エンジンの温間時であってもよい。また、エンジンの冷間時にエンジンが始動された場合や、例えばエンジンが停止されエンジンが温まっている状態で再び始動された場合（すなわち二次空気供給制御が実行されない場合）や、また、それぞれの場合において既に開故障と判断された後にエンジンが始動された場合、など状況に応じて異なった時間が設定されていてもよい。
【００８０】
ステップＳ１０１での判断が肯定である場合、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０２に移行し、その判断が否定である場合、本ルーチンを一旦抜ける。
【００８１】
ステップＳ１０２においては、二次空気供給制御（ＡＩ）が実行されているか否かを判断する。二次空気供給制御は、エンジン本体１０の温度が所定値を下回っている状態でエンジン１を始動した直後等、触媒ケーシング３４内の三元触媒が十分に活性していないにも関わらず、機関燃焼に供される燃料の増量が見込まれるような条件であれば実施される。二次空気供給制御の実行条件が成立していれば、二次空気供給制御が実行されるが、この時点で既に二次空気制御弁４６に開固着故障が生じていたとしても、二次空気供給制御時において二次空気制御弁４６は開弁状態であるので正常に二次空気供給が実施される。なお、二次空気供給制御の実行条件は、エンジン冷却水温、吸気温、始動経過時間、バッテリー電圧、負荷条件等により決定される。ステップＳ１０２での判断が否定である場合、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０３に移行し、その判断が肯定である場合、本ルーチンを一旦抜ける。
【００８２】
ステップＳ１０３においてＥＣＵ５０は、上述した方法により二次空気制御弁（ＡＳＶ）４６が開弁状態のまま固着してしまう開故障の状態であるか否かを診断する。
【００８３】
すなわち、ＥＣＵ５０は、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測し、この圧力推移に基づいて診断する。ここで、ＥＣＵ５０による診断は、二次空気供給制御が行われていない場合についてのみ圧力推移を観測して診断するものであっても、二次空気供給制御時及び二次空気供給制御終了後の圧力推移を観測して診断するものであってもよい。
【００８４】
そして、二次空気供給制御時及び二次空気供給制御終了後の圧力推移を観測する場合には、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２において、二次空気供給制御が実行されていると判断した場合に、二次空気供給時において圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測し、この時の圧力推移パターンを記憶しておく。その後、ステップＳ１０２で二次空気供給制御が実行されていないと判断して、ステップＳ１０３に移行した場合に、圧力センサ６６の検出信号に基づいて圧送通路４３内の圧力推移を観測する。そして、二次空気供給制御時及び二次空気供給制御終了後の圧送通路４３内の圧力推移を観測することにより、ＥＣＵ５０が出力している指令信号に対する二次空気供給系４０の動作状態を観測して、二次空気供給系４０、特に二次空気制御弁４６の機能について異常発生の有無を診断する。
【００８５】
また、二次空気供給制御が行われていない場合に、空燃比センサがリーン信号を出力していたら、二次空気が供給されているものとして二次空気制御弁４６の開固着状態と診断してもよい。また、リフトセンサを設けることにより、弁体４６ｂが連通孔４６ｄから離間したままの状態を検知して、二次空気制御弁４６が開固着状態と診断してもよい。
【００８６】
ステップＳ１０３での判断が肯定である場合、ＥＣＵ５０は運転者に対し、二次空気供給系に不具合がある旨の通知を警告ランプの点灯等を通じて行うとともに、ＥＣＵ５０はその処理をステップＳ１０４に移行し、その判断が否定である場合、本ルーチンを一旦抜ける。
【００８７】
そして、ステップＳ１０４においてＥＣＵ５０は、エアポンプ４１に吸引動作をさせる指令信号を出力することによりエアポンプ４１を逆転制御する。エアポンプ４１は、ＥＣＵ５０からの指令信号によりモータ部が逆回転することにより、圧送通路４３内の空気を吸引し、リード弁４６ｅに対して負圧Ａを生じさせる。これにより、リード弁４６ｅはエアポンプ４１の吸引作用によって生ずる負圧Ａにより常に弁座４６ｆに引き付けられた閉弁状態となる。
【００８８】
ステップＳ１０４での処理を経た後、ＥＣＵ５０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００８９】
このような手順に従い、ＥＣＵ５０は、二次空気制御弁４６が開弁状態のまま固着してしまう開故障の状態であった場合に、エアポンプ４１に吸引動作をさせて、リード弁４６ｅを弁座４６ｆに引き付けることにより、リード弁４６ｅを介して圧送通路４３から主供給管４４（排気系側）へ二次空気が自動的に吸引されてしまうことを防止する。
【００９０】
なお、ステップＳ１０３において開故障判断が否定である場合に、エアポンプ４１が逆転制御されているか否かを判断するステップを設けてもよい。その場合には、その判断が否定である場合、そのままルーチンを一旦抜けるようにし、エアポンプ４１が逆転制御されている場合にはエアポンプ４１の動作を停止させた後、ルーチンを一旦抜けるようにするとよい。このようにすることで、開故障判断の誤検知があった場合や、二次空気制御弁４６に引っ掛かっていた異物が取れた場合、すなわち、二次空気制御弁４６が異常であると判断されてエアポンプ４１が逆転制御された後、二次空気制御弁４６が正常であると判断された場合に、エアポンプ４１の逆転制御を停止することができる。
【００９１】
また、エアポンプ４１の逆転制御を行うステップＳ１０４での処理を経た後に、二次空気供給制御を実行するか否かを判断するステップを設けてもよい。その場合には、その判断が否定である場合、そのままルーチンを一旦抜けるようにし、二次空気供給制御を実行する場合には逆転制御されているエアポンプの動作を停止させた後、ルーチンを一旦抜けるようにするとよい。このようにすることで、エアポンプの逆転制御中に排気系に二次空気を導入する必要がある場合、例えばエンジンの温間時に二次空気供給制御が行われることがあっても、エアポンプ４１を正常に機能させることができる。
【００９２】
また、ステップＳ１０３において二次空気制御弁４６が開故障の状態であると判断されて、ステップＳ１０４においてエアポンプ４１の逆転制御が実行された時点で、本ルーチンが実行されないようにしてもよい。
【００９３】
なお、上述した実施の形態では、エアポンプ４１から圧送される空気を排気ポート３１に供給するための通路を開閉する開閉手段として、二次空気制御弁４６のように、吸気系２０で発生する負圧（吸引力）を必要に応じて利用することで、通路を開閉する構成を適用した。しかし、例えば二次空気制御弁４６に替え、ＥＣＵ５０等の指令信号に基づいて動作する電磁駆動式の制御弁を圧送通路４３と主供給管４４との間に設けるようにしてもよい。
【００９４】
また、上述した実施の形態では、ガソリンエンジンに本発明を適用することとしたが、これに限らず、例えばディーゼルエンジンに本発明を適用してもよい。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気系に二次空気を供給する通路を開閉する開閉手段が開放したまま閉じずに固着してしまう異常が生じた場合に、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るエンジンの基本構成を模式的に示す略図。
【図２】二次空気制御弁の機能を模式的に示す略図。
【図３】負圧制御弁やエアポンプへの通電状態に応じて異なる圧送通路内の圧力推移を示すタイムチャート。
【図４】エアポンプが逆転制御されてリード弁に対して負圧が生じている状態を模式的に示す略図。
【図５】エアポンプの逆転制御の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１　エンジン
１０　エンジン本体
１１　燃焼室
１２　燃料噴射弁
２０　吸気系
２１　吸気管
２２　吸気マニホールド
２３　吸気ポート
２４　スロットル弁
２５　エアクリーナ
３０　排気系
３１　排気ポート
３３　排気管
３４　触媒ケーシング
４０　二次空気供給系
４１　エアポンプ
４２　導入通路
４３　圧送通路（空気通路）
４４　主供給管（空気通路）
４５　分配管（空気通路）
４６　二次空気制御弁（開閉手段）
４６ａ　ダイアフラム
４６ｂ　弁体
４６ｃ　スプリング
４６ｄ　連通孔
４６ｅ　リード弁（逆止弁）
４６ｆ　弁座
４７　負圧通路
４７ａ　逆止弁
４７ｂ　負圧タンク
４７ｃ　負圧制御弁
５０　ＥＣＵ（制御手段、故障検出手段）
６１　エアフロメータ
６２　スロットル開度センサ
６３　クランク角センサ
６４，６５　酸素濃度センサ
６６　圧力センサ（故障検出手段）
Ｓ１　第１空間
Ｓ２　第２空間
Ｓ３　第３空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004100648.tif 000006
【図４】
2004100648.tif 000007
【図５】
2004100648.tif 000008