(57)【要約】【課題】本発明は内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置に関し、異常判定のための判定値を内燃機関の置かれた状況に応じて適宜設定することで判定の精度を高めることを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気系に２次空気を供給するためのエアポンプ３６を設ける。２次空気の供給・停止を制御するバルブユニット３４を設ける。２次空気を含む排気ガスの空燃比を検出することのできる空燃比センサ２６を設ける。２次空気が供給されている状態での排気空燃比Ａ／Ｆ２と、２次空気が供給されていない場合の排気空燃比Ａ／Ｆ１との差ΔＡ／Ｆを求める。ΔＡ／Ｆを判定値と比較して故障の有無を判断する。上記の判定値は、吸入空気量Ｇａに応じて設定する。【選択図】　　　　図１
2004011600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置であって、
前記２次空気を送風するためのエアポンプと、
前記エアポンプにより送風される空気を内燃機関の排気系に導くための空気配管と、
前記２次空気の供給、およびその供給の停止を制御する２次空気供給制御手段と、
前記空気配管との接続部より下流において、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記２次空気が供給されていない場合の排気空燃比を第１排気空燃比として取得する第１排気空燃比取得手段と、
前記２次空気が供給されている状態での排気空燃比を第２排気空燃比として実測する第２排気空燃比実測手段と、
前記第２排気空燃比と前記第１排気空燃比との相違量の特性値を算出する空燃比相違量算出手段と、
前記特性値と判定値との比較に基づいて、当該２次空気供給装置の故障の有無を判断する故障判断手段と、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量に応じて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置であって、
前記２次空気を送風するためのエアポンプと、
前記エアポンプにより送風される空気を内燃機関の排気系に導くための空気配管と、
前記２次空気の供給、およびその供給の停止を制御する２次空気供給制御手段と、
前記空気配管との接続部より下流において、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記２次空気が供給されていない場合の排気空燃比を第１排気空燃比として取得する第１排気空燃比取得手段と、
前記２次空気が供給されている状態での排気空燃比を第２排気空燃比として実測する第２排気空燃比実測手段と、
前記第２排気空燃比と前記第１排気空燃比との相違量の特性値を算出する空燃比相違量算出手段と、
前記特性値と判定値との比較に基づいて、当該２次空気供給装置の故障の有無を判断する故障判断手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧に応じて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項３】
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が実行限界空気量以上である場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第１の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項４】
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧が高いほど前記実行限界空気量を少量に設定する実行限界空気量設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項５】
内燃機関に供給される燃料の性状を判断する燃料性状判断手段と、
前記燃料が重質燃料である場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第２の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項６】
前記２次空気供給制御手段は、前記空気配管内に配置され、内燃機関の吸気負圧と大気圧との差圧を利用して開弁状態となるダイアフラム式の開閉弁を備えると共に、
当該２次空気供給装置は、
大気圧を検出する気圧検出手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記故障判断手段が故障の不存在を判断するのを許容し、かつ、前記故障判断手段が故障の発生を判断するのを禁止する第３の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の２次空気供給装置。
【請求項７】
前記２次空気供給制御手段は、前記空気配管内に配置され、内燃機関の吸気負圧と大気圧との差圧を利用して開弁状態となるダイアフラム式の開閉弁を備えると共に、
当該２次空気供給装置は、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第４の故障判断禁止手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記エアポンプの動作を停止させるポンプ作動禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の２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２次空気供給装置に係り、特に、内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平８−３１２３３７号公報に開示されるように、内燃機関の排気系に２次空気を供給する装置が知られている。排気系に２次空気が導入されると、排気ガスに含まれているＣＯやＨＣなどの未燃成分が２次空気と反応して燃焼する。このため、２次空気供給装置によれば、内燃機関から排出される排気ガス中に未燃成分が含まれている場合に、その未燃成分を適当に燃焼させて排気エミッション特性を向上させることができる。
【０００３】
また、２次空気の導入により排気ガス中の未燃成分が燃焼すると、排気温度が上昇して触媒の暖機が促進される。このため、２次空気供給装置によれば、内燃機関が冷間始動された後、触媒が活性状態に達するまでの時間を短縮することができる。２次空気供給装置は、この点においても、排気エミッション特性の向上を図る上で有効である。
【０００４】
上述した従来の２次空気供給装置は、以下に示す原理で故障を検出する機能を有している。すなわち、内燃機関の排気系に２次空気が供給されている場合、その２次空気を含む排気ガスの空燃比は、２次空気を含まない場合の排気空燃比に比して十分にリーンになるはずである。従って、２次空気供給装置に故障が生じていない場合は、装置の作動中における排気空燃比が、装置の停止中における排気空燃比に比して十分にリーンになるはずである。一方、２次空気供給装置に故障が生じており、装置の作動時に適正に２次空気が供給されない状況下では、装置の動作中における排気空燃比と、装置の停止中における排気空燃比とに大きな差は生じない。
【０００５】
そこで、上記従来の２次空気供給装置は、装置の作動中における排気空燃比と、装置の停止中における排気空燃比とを比較し、前者が後者に対して十分にリーンであるか否かに基づいて、故障の有無を判断することとしている。このため、上記従来の２次空気供給装置によれば、２次空気の適正な供給を妨げるような故障が装置内に生じた場合に、その故障を速やかに検出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、２次空気を含む排気ガスの空燃比（以下、「第２排気空燃比Ａ／Ｆ２」と称す）は、吸入空気量と２次空気量との和である空気量と、内燃機関に供給される燃料量との比である。一方、２次空気を含まない排気ガスの空燃比（以下、「第１排気空燃比Ａ／Ｆ１」と称す）は、吸入空気量と燃料量との比である。これら２つの空燃比Ａ／Ｆ１，　Ａ／Ｆ２の差ΔＡ／Ｆは、吸入空気量に対する２次空気量の割合が大きくなるほど大きくなり、一方、その割合が小さくなるほど小さくなる。
【０００７】
上記従来の２次空気供給装置において、２次空気は、吐出流量をほぼ一定に保って動作するエアポンプによって圧送される。このため、排気系に供給される２次空気の量（質量流量）は、空気の密度が低下することにより、より具体的には、大気圧が低下することにより少量となる。従って、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１と第２排気空燃比Ａ／Ｆ２との差ΔＡ／Ｆは、大気圧の高い低地では大きな値になりやすく、一方、大気圧の低い高地では小さな値になりやすい。
【０００８】
また、上記従来の２次空気供給装置においては、２次空気量がほぼ一定であることから、吸入空気量に対する２次空気量の割合は、吸入空気量が少量であるほど大きくなり、一方、吸入空気量が多量になるほど小さくなる。このため、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１と第２排気空燃比Ａ／Ｆ２との差ΔＡ／Ｆは、吸入空気量が少量となる低負荷運転時に大きな値になりやすく、一方、多量の吸入空気量が生ずる高負荷運転時に小さな値になりやすい。
【０００９】
以上説明した通り、上述した従来の２次空気供給装置においては、２次空気を含まない排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ１と、２次空気を含む排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ２との差ΔＡ／Ｆが、内燃機関を取り巻く環境（大気圧）の変化や、内燃機関の運転状態に応じて変化する。上記従来の２次空気供給装置は、上述した空燃比差ΔＡ／Ｆを、常に一定の判定値と比較して故障の有無を判断する。このため、上記従来の２次空気供給装置は、内燃機関の置かれた状況によっては、故障の有無を誤判断し易いという問題を有していた。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１と第２排気空燃比Ａ／Ｆ２との差ΔＡ／Ｆとの比較に用いる判定値を、内燃機関の置かれた状況に応じて適宜設定することにより、装置内の故障の有無を常に精度良く検出することのできる内燃機関の２次空気供給装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置であって、
前記２次空気を送風するためのエアポンプと、
前記エアポンプにより送風される空気を内燃機関の排気系に導くための空気配管と、
前記２次空気の供給、およびその供給の停止を制御する２次空気供給制御手段と、
前記空気配管との接続部より下流において、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記２次空気が供給されていない場合の排気空燃比を第１排気空燃比として取得する第１排気空燃比取得手段と、
前記２次空気が供給されている状態での排気空燃比を第２排気空燃比として実測する第２排気空燃比実測手段と、
前記第２排気空燃比と前記第１排気空燃比との相違量の特性値を算出する空燃比相違量算出手段と、
前記特性値と判定値との比較に基づいて、当該２次空気供給装置の故障の有無を判断する故障判断手段と、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量に応じて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置であって、
前記２次空気を送風するためのエアポンプと、
前記エアポンプにより送風される空気を内燃機関の排気系に導くための空気配管と、
前記２次空気の供給、およびその供給の停止を制御する２次空気供給制御手段と、
前記空気配管との接続部より下流において、排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記２次空気が供給されていない場合の排気空燃比を第１排気空燃比として取得する第１排気空燃比取得手段と、
前記２次空気が供給されている状態での排気空燃比を第２排気空燃比として実測する第２排気空燃比実測手段と、
前記第２排気空燃比と前記第１排気空燃比との相違量の特性値を算出する空燃比相違量算出手段と、
前記特性値と判定値との比較に基づいて、当該２次空気供給装置の故障の有無を判断する故障判断手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧に応じて前記判定値を設定する判定値設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記吸入空気量が実行限界空気量以上である場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第１の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第４の発明は、第３の発明において、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧が高いほど前記実行限界空気量を少量に設定する実行限界空気量設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第５の発明は、第１乃至第４の何れかの発明において、
内燃機関に供給される燃料の性状を判断する燃料性状判断手段と、
前記燃料が重質燃料である場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第２の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第６の発明は、第１乃至第５の何れかの発明において、
前記２次空気供給制御手段は、前記空気配管内に配置され、内燃機関の吸気負圧と大気圧との差圧を利用して開弁状態となるダイアフラム式の開閉弁を備えると共に、
当該２次空気供給装置は、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記故障判断手段が故障の不存在を判断するのを許容し、かつ、前記故障判断手段が故障の発生を判断するのを禁止する第３の故障判断禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第７の発明は、第１乃至第５の発明において、
前記２次空気供給制御手段は、前記空気配管内に配置され、内燃機関の吸気負圧と大気圧との差圧を利用して開弁状態となるダイアフラム式の開閉弁を備えると共に、
当該２次空気供給装置は、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記故障判断手段による判断の実行を禁止する第４の故障判断禁止手段と、
大気圧が、前記開閉弁の動作が保証された下限の大気圧より低い場合に、前記エアポンプの動作を停止させるポンプ作動禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、冷却水温ＴＨＷを検出するための冷却水温センサ１１、および機関回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１２が組み付けられている。
【００２０】
内燃機関１０には、また、吸気マニホールド１３を介して吸気通路１４が接続されている。吸気通路１４の内部には、スロットルバルブ１６が設けられている。スロットルバルブ１６の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルセンサ１７が配設されている。吸気通路１４の端部近傍には、エアフィルタ１８が設けられている。エアフィルタ１８の下流には、吸入空気量Ｇａ（質量流量）を検出するためのエアフロメータ１９が設けられている。
【００２１】
内燃機関１０には、更に、排気マニホールド２０を介して排気通路２２が接続されている。排気通路２２には、排気ガスを浄化するための触媒２４が配置されている。また、触媒２４の前後には空燃比センサ２６およびＯ２センサ２８が配置されている。ここで、空燃比センサ２６は、排気空燃比に応じたリニアな信号を発生するセンサである。一方、Ｏ２センサ２８は、排気空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた出力を発するセンサである。
【００２２】
排気マニホールド２０には、内燃機関１０の個々の気筒に対応する支管毎に１つの注入孔３０が連通している。注入孔３０は、排気マニホールド２０の支管に２次空気を導入するための管路である。それらの注入孔３０は、空気配管３２に連通している。空気配管３２は、その途中にバルブユニット３４を備えている。と共に、その端部においてエアポンプ３６に接続されている。エアポンプ３６は、エアフィルタ３８を介して空気を吸入し、その空気を２次空気として空気配管３２に送出することができる。
【００２３】
バルブユニット３４は、エアスイッチング弁４２と逆止弁４４を備えている。エアスイッチング弁４２は、ダイアフラム式の負圧駆動弁である。エアスイッチング弁４２は、ＶＳＶ（Ｖａｃｕｕｍ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｖａｌｖｅ）４６を介して吸気通路１６に連通している。また、エアスイッチング弁４２は、ＶＳＶ４６を介して負圧が供給されることにより開弁状態となり、また、その負圧が供給されていない場合に閉弁状態を維持するダイアフラム式の弁機構４８を備えている。従って、本実施形態のシステムでは、ＶＳＶ４６をオン状態（導通状態）とすることで、エアスイッチング弁４２を導通状態とし、また、ＶＳＶ４６をオフ状態（遮断状態）とすることで、エアスイッチング弁４２を遮断状態とすることができる。
【００２４】
逆止弁４４は、エアポンプ３６から排気マニホールド２０へ向かう順方向の流体の流れのみを許容し、逆方向の流れを阻止するための弁機構である。逆止弁４４は、エアスイッチング弁４２に開故障が生じた場合に、高温の排気ガスが、排気マニホールド２０側からエアポンプ３６側へ逆流するのを防ぐために設けられている。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種センサが接続されていると共に、内燃機関１０のイグニッションスイッチ（ＩＧ）５２や、高度センサ５４が接続されている。高度センサ５４は、車両の高度を検知するために、車両を取り巻く大気圧Ｐａを検出するセンサである。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力を受けて、上述したＶＳＶ４６やエアポンプ３６の状態を制御する。
【００２６】
次に、本実施形態のシステムの動作について説明する。
ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の冷間始動時などに、ＶＳＶ４６を開いて、かつ、エアポンプ３６を動作させる処理（以下、「ＡＩ（Ａｉｒ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）処理」と称す）を実行する。ＡＩ処理の実行中は、エアポンプ３６から送出された２次空気が、バルブユニット３４、空気配管３２および注入孔３０を通って排気マニホールド２０に供給される。
【００２７】
内燃機関１０の始動時は、良好な始動性を確保するために燃料の増量補正が行われる。このため、排気マニホールド２０には、ＨＣやＣＯなどの未燃成分を含む排気ガスが排出される。ＡＩ処理の実行に伴って排気マニホールド２０に２次空気が供給されていると、排気ガス中のＨＣやＣＯがその２次空気中の酸素と反応して燃焼する。このため、内燃機関の始動時にＡＩ処理を実行すると、排気エミッション特性を改善することができる。
【００２８】
また、この場合、排気ガス中のＨＣやＣＯが排気マニホールド２０中で燃焼することから、２次空気が存在しない場合に比して、排気ガスの温度を高めることができる。内燃機関１０が冷間始動された後、触媒２４の温度は、排気温度が高いほど早期に活性温度に到達する。このため、内燃機関１０の始動時にＡＩ制御を実行すると、触媒２４を速やかに活性状態として、始動直後の排気エミッション特性を改善することができる。
【００２９】
本実施形態のシステムにおいて、２次空気を供給するための機構が故障して、２次空気が適正に供給できない状態になると、内燃機関１０の排気エミッション特性が悪化する。このため、そのような故障は、速やかに検知できることが望ましい。そこで、本実施形態のシステムでは、ＡＩ処理の実行中に、２次空気が適正に供給されているか否かを見ることで、そのような故障の発生を検出することとしている。以下、この処理を「ＡＩ−ＯＢＤ（Ｏｎ　Ｂｏａｒｄ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）」と称す。
【００３０】
図２は、内燃機関の冷間始動時にＡＩ−ＯＢＤの処理を兼ねたＡＩ処理が実行された場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図２（Ａ）は機関回転数ＮＥの変化を、図２（Ｂ）はＡＩ処理の実行を促すＡＩ実行フラグの状態を、図２（Ｃ）は内燃機関１０に供給される燃料の増量補正割合を、それぞれ示している。また、図２（Ｄ）中に実線で示す波形は、ＡＩ処理の実行中に空燃比センサ２６により実測された排気空燃比の波形、すなわち、２次空気を含む排気ガスの空燃比（第２排気空燃比Ａ／Ｆ２）の波形であり、同図中に一点鎖線で示す波形は、エアフロメータ１９により検出される吸入空気量Ｇａと内燃機関１０に供給される燃料噴射量との比、すなわち、２次空気が混入する前の排気ガスの空燃比（第１排気空燃比Ａ／Ｆ１）の波形である。更に、図２（Ｅ）は、空燃比センサ２６の活性状態を表す活性フラグの状態を示す。
【００３１】
図２（Ａ）に示すように、機関回転数ＮＥは、内燃機関１０が始動された後、一時的なオーバーシュートを経てアイドル回転数に収束する。図２（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の始動が開始された後、所定の実行条件が成立していることを条件に、ＡＩ実行フラグをＯＮとする（時刻ｔ１）。その結果、バルブユニット３４が開いて、エアポンプ３６から吐出される２次空気が、排気マニホールド２０に供給され始める。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、内燃機関１０に供給される燃料噴射量は、始動の直後において最も大きな割合で増量され、その後、適当な期間（時刻ｔ３まで）、適当な割合で増量され続ける。燃料噴射量が増量されている間、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１は、図２（Ｄ）中に一点鎖線で示すように、理論空燃比（λ＝１）に対してリッチ側に偏った値に維持される。この際、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２は、２次空気が適正に供給されていれば、その影響で、図２（Ｄ）中に実線で示すように、理論空燃比（λ＝１）に対してリーン側に偏った値となる。
【００３３】
排気通路２に配置されている空燃比センサ２６は、所定の活性温度に到達した後に空燃比に応じた出力を発する。この空燃比センサ２６は、内燃機関１０の始動が開始されると同時に加熱され始め、その後ある程度の期間が経過した時点で活性温度に達する。ＥＣＵ５０は、空燃比センサ２６が活性状態に到達するのに要する期間を計数し、その期間が経過した時点（時刻ｔ２）で、図２（Ｅ）に示すように活性フラグをＯＮとする。
【００３４】
空燃比センサ２６の活性フラグがＯＮとなった後は、空燃比センサ２６により、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２を実測することができる。このため、ＥＣＵ５０は、時刻ｔ２の後、空燃比センサ２６の出力に基づいて第２排気空燃比Ａ／Ｆ２の実測値を検出する。また、ＥＣＵ５０は、エアフロメータ１９により検出される吸入空気量Ｇａと、内燃機関１０に供給されている燃料噴射量とに基づいて、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１を算出する。
【００３５】
２次空気が適正に供給されていれば、図２（Ｄ）に示すように、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２は第１排気空燃比Ａ／Ｆ１に比して十分にリーン側に偏った値となる。従って、その場合は、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との差ΔＡ／Ｆが、十分に大きな値となる。これに対して、２次空気が適正に供給されていない場合は、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２が第１排気空燃比Ａ／Ｆ１とほぼ同じ値となり、それらの空燃比差ΔＡ／Ｆは、小さな値となる。そこで、ＥＣＵ５０は、時刻ｔ２の後、上記の空燃比差ΔＡ／Ｆを算出し、その値が所定の判定値に比して大きな値であるか否かに基づいて、２次空気が適正に供給されているか否か、すなわち、２次空気を供給するための機構に故障が生じているか否かを判断することとしている。
【００３６】
図２に示すタイミングチャートは、内燃機関１０が冷間始動された後、ＡＩ処理が終了する時刻ｔ３までの間に、機関回転数ＮＥがアイドル回転数を維持した場合を例示している。つまり、このタイミングチャートは、内燃機関１０が始動された後、時刻ｔ３までの間は、吸入空気量Ｇａがほぼ一定に維持された場合を例示している。
【００３７】
図３は、内燃機関１０が始動された後、ＡＩ処理の実行中である時刻ｔ４において、アクセルペダルが踏み込まれることにより、吸入空気量Ｇａが増量され、その結果、機関回転数ＮＥが上昇した場合のタイミングチャートである。この例では、図３（Ｃ）に示すように、吸入空気量Ｇａが増えても、燃料の増量割合は一定に維持されるものとする。この場合、図３（Ｄ）中に一点鎖線で示すように、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１は、時刻ｔ４の前後でほぼ一定値に維持される。
【００３８】
本実施形態のシステムにおいて、エアポンプ３６は、常に一定の能力で２次空気を吐出する。このため、吸入空気量Ｇａの大小に関わらず、排気系に供給される２次空気の流量はほぼ一定である。２次空気を含む排気ガスの空燃比、すなわち、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２は、吸入空気量Ｇａに対する２次空気の割合が大きいほど、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１より大きな値（リーン側の値）になる。換言すると、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２の値は、吸入空気量Ｇａに対する２次空気の割合が小さくなるほど、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１の値に近づく。
【００３９】
エアポンプ３６から一定量の２次空気が吐出されている状況下で、吸入空気量Ｇａが増量されると、吸入空気量Ｇａに対する２次空気の割合は小さくなる。このため、時刻ｔ４の後、吸入空気量Ｇａが増量されると、Ｇａに対する２次空気の量が相対的に減少し、図３（Ｄ）中に実線で示すように、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２の値は、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１の値に近づけられる。その結果、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との差ΔＡ／Ｆは、２次空気が適正に供給されていても、吸入空気量Ｇａが増量された場合、Ｇａが増量されない場合に比して十分に小さな値となることがある。
【００４０】
以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、故障の有無を判断するための物理量である空燃比差ΔＡ／Ｆに吸入空気量Ｇａに応じた変化が生ずる。このため、システムの故障の有無を精度良く判断するためには、空燃比差ΔＡ／Ｆと比較される判定値を、吸入空気量Ｇａに応じた適正な値に設定することが望ましい。
【００４１】
図４は、上記の要求を満たしつつ、ＡＩ処理の実行中に、ＡＩ−ＯＢＤを行うためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。
図４に示すルーチンでは、先ず、ＡＩ処理の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１００）。
本ステップ１００では、上記の実行条件として、具体的には以下に示すそれぞれの条件が成立しているか否かが判別される。
・内燃機関の冷間始動時か
（始動時の冷却水温ＴＨＷが所定範囲内（例えば、−１０℃以上５０℃以下）であり、かつ、始動開始の後一定時間が経過する前か）。
・内燃機関が低負荷運転中か（２次空気の導入が可能な程度に排圧が低圧か）。・バッテリ状態が正常か。
【００４２】
ＡＩ処理の実行条件が成立していないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、ＡＩ処理の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、ＡＩ−ＯＢＤが未完了であるか否かが判別される（ステップ１０２）。
【００４３】
その結果、ＡＩ−ＯＢＤが未完了でないと判別された場合、すなわち、ＡＩ−ＯＢＤの実行が既に完了していると判別された場合は、以後、本ルーチンの処理を進める必要がないため、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００４４】
一方、ＡＩ−ＯＢＤが未完了であると判別された場合は、次に、空燃比センサ２６が活性状態となっているか否かが判別される（ステップ１０４）。
本実施形態では、内燃機関１０の始動開始と同時に、空燃比センサ２６の加熱が開始される。そして、空燃比センサ２６が活性温度に到達すると、他のルーチンにより活性フラグがＯＮとされる。本ステップ１０４では、その活性フラグがＯＮ状態であるか否かに基づいて、空燃比センサ２６の活性状態が判断される。
【００４５】
空燃比センサ２６が活性状態でない場合は、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２を正確に実測することができない。このため、このような判別がなされた場合は、以後、何ら処理が進められることなく今回の処理サイクルが終了される。
【００４６】
一方、空燃比センサ２６が活性状態であると判別された場合は、次に、スロットル開度ＴＡの変化量ΔＴＡ、または吸入空気量Ｇａの変化量ΔＧａが取り込まれる（ステップ１０６）。
スロットル開度ＴＡの変化量ΔＴＡは、前回の処理サイクル時のＴＡと今回の処理サイクル時のＴＡとの差、或いは、所定時間に渡るＴＡの平均値と今回の処理サイクル時のＴＡとの差である。吸入空気量Ｇａの変化量ΔＧａも同様である。これらの変化量ΔＴＡ，ΔＧａは、本ステップ１０６において、内燃機関１０の運転状態の安定度を表す特性値として検出される。
【００４７】
図４に示すルーチンでは、次に、変化量ΔＴＡ（またはΔＧａ）が、所定の判定値Ａより小さいか否かが判別される（ステップ１０８）。
本ステップ１０８の条件が成立しない場合は、内燃機関１０の運転状態が安定していないと判断できる。内燃機関１０の運転状態が安定していない状況下では、排気空燃比Ａ／Ｆにも大きな変動が生ずる。この場合、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて故障の有無を正確に判断することが困難であるため、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００４８】
一方、変化量ΔＴＡ（またはΔＧａ）が判定値Ａより小さいと判別された場合は、内燃機関１０の運転状態が十分に安定していると判断できる。この場合、次に、吸入空気量Ｇａと、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２（空燃比センサ２６の出力）とが取り込まれる（ステップ１１０）。
【００４９】
次に、吸入空気量Ｇａが、所定の判定値Ｂより少ないか否かが判別される（ステップ１１２）。
図２を参照して既に説明した通り、本実施形態のシステムは、排気系に２次空気が導入されるべき状態が形成されることにより、排気空燃比Ａ／Ｆに有意な差ΔＡ／Ｆが生じたか否かに基づいて、２次空気が適正に供給されているか否かを判断する。ここで、２次空気の存在が排気空燃比Ａ／Ｆに与える影響は、吸入空気量Ｇａが多量になるほど小さくなる。従って、吸入空気量Ｇａが多量に存在する場合は、２次空気が適正に供給されているか否かを、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて正確に判断することが困難となる。
【００５０】
上記ステップ１１２で用いられる判定値Ｂは、２次空気が適正に供給されているか否かを、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて正確に判断することのできる吸入空気量Ｇａの上限値として、実験的に定められた値である。このため、上記ステップ１１２において、吸入空気量Ｇａが判定値Ｂより少なくないと判別された場合は、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて故障の有無を正確に判断することが難しいと判断できる。この場合、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００５１】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、判定値Ｂ以上の多量の吸入空気量Ｇａが生じているような場合には、ＡＩ−ＯＢＤの実行を禁止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、多量の吸入空気量Ｇａが生じている状況下で、誤った故障判断が成されるのを有効に防止することができる。
【００５２】
一方、上記ステップ１１２において、Ｇａ＜Ｂが成立すると判別された場合は、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づく正確な故障診断が可能であると判断できる。この場合、図４に示すルーチンでは、次に、使用されている燃料が軽質燃料であるか否かが判別される（ステップ１１４）。
本実施形態のシステムは、他のルーチンにおいて、公知の手法で、使用中の燃料の性状を学習している。本ステップ１１４では、その学習の結果に基づいて、使用中の燃料が軽質燃料であるか否かが判断される。
【００５３】
本実施形態のシステムは、２次空気が存在しないとした場合の排気空燃比、すなわち、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１を、吸入空気量Ｇａと燃料噴射量とに基づいて算出する。この算出は、使用燃料が軽質燃料であることを前提として行われる。このため、重質燃料が使用されている場合は、混合気の実空燃比が、算出により求められる第１排気空燃比Ａ／Ｆ１に比して薄くなる。
【００５４】
本実施形態のシステムは、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２、すなわち、２次空気を含むと想定される排気ガスの空燃比を、実測により取得する。この実測値は、内燃機関１０に供給される混合気の実空燃比が薄くなるほどリーンに偏った値となる。このため、使用燃料が重質燃料であり、混合気の実空燃比が十分に薄い場合は、２次空気が供給されていなくても、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２はある程度リーンな値となる。つまり、使用燃料が重質燃料である場合は、２次空気が適正に供給されていないにも関わらず、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２が、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１に比して、十分にリーンな値になることがある。本実施形態のシステムにおいて、このような事態が生ずると、２次空気を供給するための機構に生じている故障が見落とされ、誤った正常判定がなされる。
【００５５】
そこで、ＥＣＵ５０は、上記ステップ１１４において、使用中の燃料が軽質燃料でないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルを終了して、ＡＩ−ＯＢＤの実行を禁止することとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、重質燃料が使用されることに起因して、誤った正常判定がなされるのを防止することができる。
【００５６】
上記ステップ１１４において、使用中の燃料が軽質燃料であると判別された場合は、次に、燃料の増量割合ｆｗｌが取り込まれる（ステップ１１６）。
燃料の増量割合ｆｗｌは、理論空燃比を実現するための基本燃料噴射量に対する増量割合である。従って、増量割合ｆｗｌが０である場合は、基本燃料噴射量がそのまま燃料噴射量となり、その場合、理論的には混合気の空燃比が理論空燃比となる。また、増量割合ｆｗｌが増えると、その値に比例して混合気の空燃比はリッチ化する。本実施形態において、燃料の増量割合ｆｗｌは、燃料噴射量の演算規則に従って、他のルーチンにより演算される。本ステップ１１６が実行される内燃機関１０の冷間始動時には、始動性を高めるための燃料増量補正が実行されている。このため、本ステップ１１６では、その燃料増量補正の実行に伴って演算された増量割合ｆｗｌが取り込まれる。
【００５７】
図４に示すルーチンでは、次に、燃料の増量割合ｆｗｌに基づいて、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１が求められる（ステップ１１８）。
上記の如く、燃料の増量割合ｆｗｌと、混合気の空燃比とは比例関係にある。つまり、燃料の増量割合ｆｗｌは、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１と比例関係にある。図５は、使用燃料が所定の軽質燃料であるとの前提の下に、それら両者の関係を実験的に定めたマップである。ＥＣＵ５０は、図５に示すマップを記憶しており、このマップを参照することで、増量割合ｆｗｌに対応する第１排気空燃比Ａ／Ｆ１を求める。
【００５８】
次に、上記ステップ１１０で取り込まれた第２排気空燃比Ａ／Ｆ２から、上記ステップ１１８で求められた第１排気空燃比Ａ／Ｆ１を減ずることにより、空燃比差ΔＡ／Ｆが算出される（ステップ１２０）。
【００５９】
次いで、吸入空気量Ｇａに基づいて、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１および異常判定値ΔｋＡ／Ｆが求められる（ステップ１２２）。
図６は、ＥＣＵ５０に記憶されている正異常判定値のマップを示す。このマップには、装置の正常判定を行うための正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１と、装置の異常判定を行うための異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２とが、何れも吸入空気量Ｇａとの関係で定められている。本ステップ１２２において、ＥＣＵ５０は、図６に示すマップを参照して、吸入空気量Ｇａに対応する正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１および異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２を求める。
【００６０】
本実施形態のシステムでは、２次空気が排気系に正常に供給されている場合は、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との間に有意な空燃比差ΔＡ／Ｆが生ずる。図６に示す正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１は、有意と判断できる空燃比差ΔＡ／Ｆの下限値の集合である。正常時の空燃比差ΔＡ／Ｆは、既述した通り吸入空気量Ｇａが多量であるほど小さい値となるため、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１は、Ｇａの増加に伴って小さな値となるように定められている。従って、上記ステップ１２２の処理によれば、Ｇａが大きいほど、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１を小さな値に設定することができる。空燃比差ΔＡ／Ｆを、このようにして設定された正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１と比較することによれば、吸入空気量Ｇａに大小に関わらず、装置が正常と判断できるか否かを、正確に判定することができる。
【００６１】
本実施形態のシステムでは、２次空気が排気系に供給されていない場合は、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との間に有意な空燃比差ΔＡ／Ｆが生じない。図６に示す異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２は、有意でないと判断すべき空燃比差ΔＡ／Ｆの上限値の集合である。正常時の空燃比差ΔＡ／Ｆは、既述した通り吸入空気量Ｇａが少ないほど大きな値となるため、Ｇａが少ない領域では、ある程度大きな値まで、空燃比差ΔＡ／Ｆは異常値として扱うべきである。このため、異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２は、Ｇａが少なくなるに連れてその値が大きくなるように定められている。従って、上記ステップ１２２の処理によれば、Ｇａが少ないほど、異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２を大きな値に設定することができる。空燃比差ΔＡ／Ｆを、このようにして設定された異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２と比較することによれば、吸入空気量Ｇａに大小に関わらず、装置が異常と判断できるか否かを、正確に判定することができる。
【００６２】
尚、図６において、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１の曲線と、異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２の曲線との間に挟まれた領域は、装置が正常であるとも異常であるとも特定すべきでない保留領域である。また、図６中に、符号Ｂを付して示す吸入空気量は、上記ステップ１１２で用いられた判定値、すなわち、装置の異常判定が実行される吸入空気量Ｇａの上限値である。
【００６３】
上記ステップ１２２の処理により、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１および異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２が求められたら、次に、空燃比差ΔＡ／Ｆが、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１より大きいか否かが判別される（ステップ１２４）。
【００６４】
その結果、ΔＡ／Ｆ＞ΔｋＡ／Ｆ１が成立すると判別された場合は、２次空気が排気系に適正に供給されていると判断することができる。この場合、先ず、２次空気の供給システムが正常であるとの判定がなされる（ステップ１２６）。
次いで、ＡＩ−ＯＢＤが完了した旨を表すべくフラグ処理が実行されて（ステップ１２８）、今回の処理サイクルが終了される。
【００６５】
図４に示すルーチン中、上記ステップ１２４において、ΔＡ／Ｆ＞ΔｋＡ／Ｆ１が成立しないと判別された場合は、次に、空燃比差ΔＡ／Ｆが、異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２より小さいか否かが判別される（ステップ１３０）。
【００６６】
その結果、ΔＡ／Ｆ＜ΔｋＡ／Ｆ２が成立すると判別された場合は、２次空気が排気系に適正に供給されていないと判断することができる。この場合、先ず、２次空気の供給システムが異常であるとの判定がなされ（ステップ１３２）、次いで、上記ステップ１２８の処理が実行された後、今回の処理サイクルが終了される。
【００６７】
一方、上記ステップ１３０において、ΔＡ／Ｆ＜ΔｋＡ／Ｆ２が成立しないと判別された場合は、空燃比差ΔＡ／Ｆが、図６に示す保留領域に属していると判断できる。この場合、装置の状態の判定が保留され（ステップ１３４）、上記ステップ１２８の処理が実行されることなく今回の処理サイクルが終了される。
【００６８】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、空燃比差ΔＡ／Ｆが有意であると判断するための正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１、およびそのΔＡ／Ｆが有意でないと判断するための異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２を、吸入空気量Ｇａに基づいて設定することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、吸入空気量Ｇａの大小に関わらず、ＡＩ処理の実行中に２次空気が適正に供給されているか否か、すなわち、２次空気の供給システムが正常であるか否かを、正確に判定することができる。
【００６９】
ところで、上述した実施の形態１においては、バルブユニット３４に内蔵されるエアスイッチング弁４２がダイアフラム式の弁機構に限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、エアスイッチング弁４２は、外部から供給される駆動信号に応じて開閉する電磁式の弁機構、或いは、エアポンプ３６の吐出圧に応じて自動的に開閉する圧力感応式の自動弁機構であってもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態１においては、２次空気が存在しない場合の排気空燃比、すなわち、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１を、吸入空気量Ｇａと燃料噴射量とに基づいて算出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１は、２次空気の供給が停止された状態で、空燃比センサ２６の出力に基づいて実測することとしてもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態１においては、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との差（空燃比差ΔＡ／Ｆ）に基づいて、故障の有無を判断することとしているが、故障の有無を判断するための基礎データは空燃比差ΔＡ／Ｆに限定されるものではない。すなわち、その基礎データは、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１の相違量を表すものであれば足り、例えば、それら２つの空燃比の比に基づいて、故障の有無を判断することとしてもよい。
【００７２】
また、上述した実施の形態１においては、燃料性状が軽質である場合にのみ故障の有無の判断を許可することとしているが、その判断を許可すべき状況は、燃料性状が軽質である場合に限定されるものではない。すなわち、本実施形態において、燃料が軽質燃料である場合に故障の判断を許可しているのは、第１排気判定値Ａ／Ｆ１を求める際に用いるマップ（図５）が、軽質燃料を前提として作成されているからである。従って、そのマップが重質燃料を前提として作成されている場合は、燃料性状が重質である場合にのみ故障の判断を許可することとしてもよい。
【００７３】
尚、上述した実施の形態１においては、バルブユニット３４が前記第１の発明における「２次空気供給制御手段」に、空燃比センサ２６が前記第１の発明における「排気空燃比検出手段」に、空燃比差ΔＡ／Ｆが前記第１の発明における「特性値」に、それぞれ相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１排気空燃比取得手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２排気空燃比実測手段」および「吸入空気量検出手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比相違量算出手段」が、上記ステップ１２４および１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「故障判断手段」が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより前記第１の発明における「判定値設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７４】
また、上述した実施の形態１においては、判定値Ｂが前記第３の発明における「実行限界空気量」に相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「第１の故障判断禁止手段」が実現されている。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、使用中の燃料の性状を判断することにより前記第５の発明における「燃料性状判断手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２の故障判断禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
実施の形態２．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に、上記図４に示すルーチンに代えて、図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７７】
本実施形態のシステムは、実施の形態１の場合と同様に、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２と第１排気空燃比Ａ／Ｆ１との間に有意な空燃比差ΔＡ／Ｆが生じているか否かに基づいて、故障の有無を判断する。
ここで、本実施形態のシステムにおいて、エアポンプ３６は、常に一定の能力で２次空気を吐出する。このため、排気系に供給される２次空気の質量流量は、大気圧Ｐａが低いほど少量となる。一方、冷間始動時における吸入空気量は、ＩＳＣ（Ｉｄｌｅ　Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｖａｌｖｅ）などの機能により、機関回転数ＮＥが所定のアイドル回転数となるように制御される。このため、吸入空気量Ｇａ（質量流量）は、大気圧Ｐａの高低に関わらず、ほぼ一定量となる。その結果、吸入空気量Ｇａに対する２次空気の割合は、大気圧Ｐａが低くなるほど小さくなる。
【００７８】
２次空気が適正に供給されている場合、第２排気空燃比Ａ／Ｆ２の値は、吸入空気量Ｇａに対する２次空気の割合が小さくなるほど、第１排気空燃比Ａ／Ｆ１の値に近づく。このため、ＡＩ−ＯＢＤの実行に伴って算出される正常な空燃比差ΔＡ／Ｆは、大気圧Ｐａが低くなるにつれて小さな値となる。このように、本実施形態のシステムでは、故障の有無を判断するための物理量である空燃比差ΔＡ／Ｆが、大気圧Ｐａに応じた変化を示す。このため、システムの故障の有無を精度良く判断するためには、空燃比差ΔＡ／Ｆとの比較に用いられる判定値が、大気圧Ｐａに応じて適宜設定されることが望ましい。
【００７９】
図７は、上記の要求を満たしつつ、ＡＩ処理の実行中に、ＡＩ−ＯＢＤを行うためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。尚、図７において、上記図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００８０】
すなわち、図７に示すルーチンでは、ステップ１１０の処理に次いで、高度センサ５４の出力に基づいて大気圧Ｐａが取り込まれると共に、その値Ｐａに基づいて高度補正係数ｋＰａが求められる（ステップ１４０）。
図８は、本実施形態において、ＥＣＵ５０が記憶しているｋＰａマップの一例である。このマップにおいて、高度補正係数ｋＰａは、車両が平地に位置する際に上限値１．０となり、車両の高度が上がるに連れて、つまり、大気圧Ｐａが低下するに連れて、その値が小さくなるように設定されている。
【００８１】
図７に示すルーチンでは、次に、吸入空気量Ｇａが、判定値Ｂ＊ｋＰａより少ないか否かが判別される（ステップ１４２）。
その結果、Ｇａ＜Ｂ＊ｋＰａが成立しないと判別された場合は、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて、故障の有無を正確に判断することが難しいと判断され、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００８２】
上記ステップ１４２の処理は、Ｇａとの比較で用いられる判定値に、高度補正係数ｋＰａが乗算されている点を除き、実施の形態１におけるステップ１１２の処理と同様である。このステップ１４２の処理によれば、判定値Ｂ＊ｋＰａを超える多量の吸入空気量Ｇａが生じている場合に、ＡＩ−ＯＢＤが実行されるのを防止することができると共に、その判定値Ｂ＊ｋＰａの値を、大気圧Ｐａが低いほど小さな値とすることができる。
【００８３】
実施の形態１において説明した通り、２次空気の存在が排気空燃比Ａ／Ｆに与える影響は、吸入空気量Ｇａが多量になるほど小さくなる。このため、吸入空気量Ｇａが多量に存在する状況下では、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて故障の有無を正確に判断することができない。上記ステップ１４２の処理によれば、そのような状況下で故障の有無が誤判断されるのを有効に防止することができる。
【００８４】
また、２次空気の存在が排気空燃比Ａ／Ｆに与える影響は、大気圧Ｐａが低く、２次空気の質量密度が低くなるほど小さくなる。このため、空燃比差ΔＡ／Ｆに基づいて故障の有無を正確に判断することのできる吸入空気量Ｇａの上限値は、大気圧Ｐａが低いほど小さな値となる。上記ステップ１４２の処理によれば、その上限値（Ｂ＊ｋＰａ）に大気圧Ｐａの影響を適正に反映させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、大気圧Ｐａに高低に関わらず、常に、故障の有無を正確に判断できる状況下でのみ、ＡＩ−ＯＢＤの実行を許可することができる。
【００８５】
図７に示すルーチンでは、ステップ１２２の処理により、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１および異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２が求められた後に、空燃比差ΔＡ／Ｆが以下の関係を満たすか否かが判別される（ステップ１４４）。
ΔＡ／Ｆ＞ΔｋＡ／Ｆ１＊ｋＰａ
【００８６】
その結果、上記の関係が成立すると判別された場合は、２次空気が排気系に適正に供給されていると判断され、ステップ１２６において、２次空気の供給システムが正常であるとの判定がなされる。
【００８７】
また、図７に示すルーチンでは、上記ステップ１４４の条件が成立しないと判別された場合、次に、空燃比差ΔＡ／Ｆが以下の関係を満たすか否かが判別される（ステップ１４６）。
ΔＡ／Ｆ＜ΔｋＡ／Ｆ２＊ｋＰａ
【００８８】
その結果、上記の関係が成立すると判別された場合は、２次空気が排気系に供給されていないと判断され、ステップ１３２において、２次空気の供給システムが異常であるとの判定がなされる。一方、上記の関係が成立しないと判別された場合は、ステップ１３４において、故障の有無の判断が保留される。
【００８９】
上記ステップ１４４および１４６の処理は、空燃比差ΔＡ／Ｆとの比較で用いられる正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１、或いは異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２に、それぞれ高度補正係数ｋＰａが乗算されている点を除き、実施の形態１におけるステップ１２４および１３０の処理と同様である。
【００９０】
図９は、上述した相違の効果、すなわち、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１や異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２に高度補正係数ｋＰａを乗算することによる効果を説明するための図である。この図に示すように、上記ステップ１４４および１４６の処理によれば、車両の高度が上がり、大気圧が低くなるに連れて、正常判定値および異常判定値を、それぞれ小さな値にシフトさせることができる。尚、図６中に２本の破線で示す２つの吸入空気量は、上記ステップ１４２で用いられるＢ、およびＢ＊ｋＰａを表している。
【００９１】
正常時における空燃比差ΔＡ／Ｆは、上記の如く、大気圧Ｐａが低くなるに連れて小さな値となる。このため、車両が高地に位置する場合は、車両が平地に位置する場合に比して、正常と判断すべき空燃比差ΔＡ／Ｆの下限、および異常と判断すべき空燃比差ΔＡ／Ｆの上限を、それぞれ下げることが好ましい。上記ステップ１４４および１４６の処理によれば、それらの要求に適切に応えることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１の場合に比して、更に精度良く装置内の故障の有無を判断することができる。
【００９２】
ところで、上述した実施の形態２においては、ＡＩ−ＯＢＤの実行を許容する吸入空気量Ｇａの上限値を大気圧Ｐａに基づいて変化させる処理（ステップ１４２の処理）と、正常判定値ΔｋＡ／Ｆ１および異常判定値ΔｋＡ／Ｆ２に大気圧Ｐａに基づく補正を施す処理（ステップ１４４，１４６の処理）とを組み合わせて用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、それら２つの処理は、互いに他の処理から切り離して、単独で実行することとしてもよい。
【００９３】
また、上述した実施の形態２においては、大気圧Ｐａを、高度センサ５４により検出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、大気圧Ｐａは、エアフロメータ１９やスロットルセンサ１７の出力に基づいて、公知の手法で推定することとしてもよい。
【００９４】
尚、上述した実施の形態２においては、バルブユニット３４が前記第２の発明における「２次空気供給制御手段」に、空燃比センサ２６が前記第２の発明における「排気空燃比検出手段」に、空燃比差ΔＡ／Ｆが前記第２の発明における「特性値」に、それぞれ相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第２の発明における「第１排気空燃比取得手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「第２排気空燃比実測手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第２の発明における「空燃比相違量算出手段」が、上記ステップ１４０の処理を実行することにより前記第２の発明における「大気圧検出手段」が、上記ステップ１２２，１４４および１４６の処理を実行することにより前記第２の発明における「故障判断手段」および「判定値設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９５】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１４０の処理を実行することにより前記第４の発明における「大気圧検出手段」が、上記ステップ１４２の処理を実行することにより前記第４の発明における「実行限界空気量設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９６】
実施の形態３．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、実施の形態１または２のシステムにおいて、ＥＣＵ５０に、図１０乃至図１２に示す何れかのルーチンを実行させることにより実現することができる。但し、実施の形態１または２では、既述した通り、エアスイッチング弁４２が、電磁式の弁機構や圧力感応式の自動弁機構であってもよいが、本実施形態では、エアスイッチング弁４２がダイアフラム式の弁機構で構成されているものとする。
【００９７】
［第１の制御例］
ダイアフラム式のエアスイッチング弁４２は、内燃機関１０の吸気負圧と大気圧との差圧を利用して開弁動作を行う。車両が高地を走行している場合は、大気圧が低いことから、上記の差圧が確保し難い。更に、高地走行中は、所望の回転数ＮＥを得るためにスロットル開度ＴＡ（或いはＩＳＣ開度）が平地走行時に比して大きくなる。その結果、吸気負圧が小さくなり、上記の差圧の確保が一層困難となる。このため、高地走行中は、ＡＩ処理の開始に伴ってＶＳＶ４６が開かれても、エアスイッチング弁４２が適正に開かないことがある。
【００９８】
本実施形態のシステムにおいて、エアスイッチング弁４２が閉じたままの状態でＡＩ−ＯＢＤが実行されると、有意な空燃比差ΔＡ／Ｆが生じないことから、装置の異常が判定される。このため、高地走行中にＡＩ−ＯＢＤが実行されると、差圧不足が原因でエアスイッチング弁４２が閉じているに過ぎない状況下で、誤った異常判定が成される事態が生じ得る。このような誤判定は、高地走行中におけるＡＩ−ＯＢＤの実行を禁止することで回避することができる。
【００９９】
図１０は、本実施形態において、ＥＣＵ５０が、上記観点より実行する制御ルーチンのフローチャートである。
図１０に示すルーチンでは、先ず、ＡＩ処理の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１５０）。
本ステップ１５０では、具体的には、図４に示すステップ１００の場合と同様に、内燃機関１０の冷間始動時か、内燃機関１０が低負荷運転中か、或いは、バッテリの状態は正常か、などの条件が判断される。
【０１００】
上記ステップ１５０において、ＡＩ処理の実行条件が成立していないと判別された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。
一方、ＡＩ処理の実行条件が成立していると判別された場合は、次に、高度センサ５４の出力に基づいて大気圧Ｐａが検出されると共に、その大気圧Ｐａに対応した高度補正係数ｋＰａが取り込まれる（ステップ１５２）。
本ステップ１５２では、具体的には、図７に示すステップ１４０の場合と同様に、ＥＣＵ５０に記憶されているｋＰａマップ（図８参照）に基づいて、高度補正係数ｋＰａが取り込まれる。
【０１０１】
図１０に示すルーチンでは、次に、高度補正係数ｋＰａが、所定の判定値Ｃより小さいか否かが判別される（ステップ１５４）。
【０１０２】
その結果、ｋＰａ＜Ｃが成立すると判別された場合は、大気圧が十分に低く、エアスイッチング弁４２が開かない可能性があると判断することができる。この場合、ＡＩ−ＯＢＤの実行が禁止された後（ステップ１５６）、今回の処理が終了される。
【０１０３】
一方、上記ステップ１５４において、ｋＰａ＜Ｃが成立しないと判別された場合は、大気圧がさほど低くないため、差圧不足によるエアスイッチング弁４２の不作動は生じないと判断することができる。この場合、以後、装置の正常異常を判断すべく、通常の手法でＡＩ−ＯＢＤが実行される（ステップ１５８）。
【０１０４】
以上説明した通り、図１０に示すルーチンによれば、車両が高地を走行しており、差圧不足によるエアスイッチング弁４２の不作動が生じ得る状況下では、ＡＩ−ＯＢＤの実行を禁止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、高地走行時に、誤った故障判断が成されるのを有効に防止することができる。
【０１０５】
上記図１０に示すルーチンは、差圧不足によるエアスイッチング弁４２の不作動が発生し得る状況下では、常にＡＩ−ＯＢＤの実行を禁止するものであるが、このルーチンは、高地走行時にＡＩ処理の実行を禁止するものではない。すなわち、本実施形態のシステムは、図１０に示すルーチンによりＡＩ−ＯＢＤの実行が禁止される場合（ｋＰａ＜Ｃが成立する場合）でも、ＡＩ処理自体は実行する。
【０１０６】
ｋＰａ＜Ｃなる条件は、エアスイッチング弁４２を開弁させるに足る差圧が確保できない状態が生じているか否かを判断するための条件である。しかしながら、エアスイッチング弁４２には個体差があり、また、吸気負圧は変動するものであるから、その条件が成立する状況下でも、エアスイッチング弁４２が正常に開弁することもある。
【０１０７】
本実施形態のシステムは、ＡＩ処理自体の実行は禁止しないため、エアスイッチング弁４２が開けば、故障の有無は判断されないが、排気系への２次空気の供給は行われる。このため、本実施形態のシステムによれば、装置の異常が不当に判断されるのを防止しつつ、エアスイッチング弁４２の開弁が可能な全領域で、２次空気の供給に伴うエミッション特性の改善効果、および触媒暖機の促進効果を得ることができる。
【０１０８】
ところで、上述した図１０に示すルーチンでは、大気圧Ｐａを一旦高度補正係数ｋＰａに変換した後、その高度補正係数ｋＰａに基づいてＡＩ−ＯＢＤの実行可否を判断することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ＡＩ−ＯＢＤの実行可否は、大気圧Ｐａから直接的に判断することとしてもよい。
【０１０９】
［第２の制御例］
上記図１０に示すルーチンでは、差圧不足によりエアスイッチング弁４２が開弁しなかった場合に、誤って装置の異常が判断されるのを防ぐべく、ｋＰａ＜Ｃが成立する状況下でのＡＩ−ＯＢＤの実行が禁止されている。しかしながら、既述した通り、ｋＰａ＜Ｃが成立する状況下でも、エアスイッチング弁４２は適正に開弁することがある。また、エアスイッチング弁４２が開けば、ｋＰａ＜Ｃが成立すると否とに関わらず、空燃比差ΔＡ／Ｆには有意な差が生ずる。
【０１１０】
そして、空燃比差ΔＡ／Ｆに有意な差が生じていれば、ｋＰａ＜Ｃの成立に関係なく、排気系に２次空気が適正に供給されていること、つまり、２次空気の供給機構が正常であることを認定することができる。このように、本実施形態のシステムでは、車両が高地を走行している場合、装置の異常を誤判断する可能性はあるが、装置が正常であることを誤って判断することはない。従って、ＡＩ−ＯＢＤの実行頻度を確保する意味で、高地走行時にも、装置の正常判定は許容することが望ましい。
【０１１１】
図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ５０が、上記観点より実行する制御ルーチンのフローチャートである。尚、図１１において、上記図１０に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１１２】
すなわち、図１１に示すルーチンでは、ステップ１５４の処理によりｋＰａ＜Ｃが成立すると判別された場合に、その後、ＡＩ−ＯＢＤの処理自体は実行が許容され、その処理に伴う異常判定のみが禁止される。そして、空燃比差ΔＡ／Ｆが、正常判定値（ΔｋＡ／Ｆ１、或いはΔｋＡ／Ｆ１＊ｋＰａ）より大きいと判断された場合は、装置の正常判定が行われる（ステップ１６０）。
【０１１３】
図１１に示すルーチンによれば、車両が高地を走行している場合にも、エアスイッチング弁４２が適正に開弁し、かつ、２次空気が適正に排気系に供給される限り、ＡＩ−ＯＢＤの結果を取得することができる。このため、ＥＣＵ５０に、図１０に示すルーチンに代えて、図１１に示すルーチンを実行させることによれば、より高い頻度でＡＩ−ＯＢＤの結果を取得することが可能である。
【０１１４】
［第３の制御例］
ＥＣＵ５０が上記図１０または図１１に示すルーチンを実行する場合、エアポンプ３６は、差圧不足によりエアスイッチング弁４２が閉じている状況下で動作することがある。この場合、エアポンプ３６が、最大負荷の掛かった状態で動作し続けることになる。このようなエアポンプ３６に対する過剰な負荷の印加を避けるためには、エアスイッチング弁４２の不作動時には、エアポンプ３６の動作を停止させることが望ましい。
【０１１５】
図１２は、本実施形態において、ＥＣＵ５０が、上記観点より実行する制御ルーチンのフローチャートである。尚、図１２において、上記図１０に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１１６】
すなわち、図１２に示すルーチンでは、ステップ１５４の処理によりｋＰａ＜Ｃが成立すると判別された場合に、その後、ＡＩ−ＯＢＤの実行が禁止されると共に、エアポンプ３６の作動も禁止される（ステップ１６２）。
【０１１７】
図１２に示すルーチンによれば、エアスイッチング弁４２が差圧不足により開弁できない状況下で、エアポンプ３６に対して、高い負荷を伴う不当な動作が強要されることがない。このため、ＥＣＵ５０に、図１０または図１１に示すルーチンに代えて、図１２に示すルーチンを実行させることによれば、エアポンプ３６の負荷を減らすことができ、消費電力の軽減、エアポンプ３６の信頼性向上などの効果を得ることができる。
【０１１８】
尚、上述した実施の形態３においては、エアスイッチング弁４２が前記第６または第７の発明における「開閉弁」に相当していると共に、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１５２の処理を実行することにより前記第６または第７の発明における「気圧検出手段」が、上記ステップ１６０の処理を実行することにより前記第６の発明における「第３の故障判断禁止手段」が、上記ステップ１６２の処理を実行することにより前記第７の発明における「第４の故障判断禁止手段」および「ポンプ作動禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１９】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、２次空気の供給が停止された状態での排気空燃比（第１排気空燃比）と、２次空気が供給されている状態での排気空燃比（第２排気空燃比）との相違量の特性値を判定値と比較することで、装置内の故障の有無を判断することができる。そして、本発明によれば、吸入空気量に応じてその判定値を設定することにより、内燃機関の運転状態に関わらず、正確な故障診断を行うことができる。
【０１２０】
第２の発明によれば、２次空気の供給が停止された状態での排気空燃比（第１排気空燃比）と、２次空気が供給されている状態での排気空燃比（第２排気空燃比）との相違量の特性値を判定値と比較することで、装置内の故障の有無を判断することができる。そして、本発明によれば、大気圧に応じてその判定値を設定することにより、内燃機関を取り巻く環境の変化に関わらず、正確な故障診断を行うことができる。
【０１２１】
第３の発明によれば、吸入空気量が実行限界空気量以上である場合は、故障の判断を禁止することができる。このため、本発明によれば、第１排気空燃比と、第２排気空燃比との間に有意な相違が生じないような環境下で、誤った故障判断が行われるのを有効に防止することができる。
【０１２２】
第４の発明によれば、大気圧が高く、第１排気空燃比と第２排気空燃比との間に有意な相違が生じ難い状況下では、実行限界空気量を少量として、誤った故障判断が実行されるのを有効に防止することができる。
【０１２３】
第５の発明によれば、重質燃料が用いられており、多量のポートウェット量が生じ易い場合、つまり、現実の排気空燃比が理論上の排気空燃比から大きく外れ易い状況下では、装置の故障判断を禁止することができる。このため、本発明によれば、燃料の性状に起因する故障の誤判断を有効に防止することができる。
【０１２４】
第６の発明によれば、２次空気の供給および遮断を、ダイアフラム式の開閉弁で制御することができる。この開閉弁は、吸気負圧と大気圧との差が小さくなる低気圧環境下では、適正に開かないことがある。開閉弁が開かない場合は、第１排気空燃比と、第２排気空燃比との間に有意な相違が生じないため、装置の故障が誤判断される。本発明によれば、このような誤判定を有効に防止することができる。
【０１２５】
第７の発明によれば、２次空気の供給および遮断を、ダイアフラム式の開閉弁で制御することができる。この開閉弁は、吸気負圧と大気圧との差が小さくなる低気圧環境下では、適正に開かないことがある。開閉弁が開かない場合は、第１排気空燃比と、第２排気空燃比との間に有意な相違が生じないため、装置の故障が誤判断されることがある。更に、このような状況下でエアポンプの動作が継続されると、ポンプに過負荷が生ずる。本発明によれば、上記の誤判定を有効に防止すると共に、ポンプに過負荷が加わるのを有効に防止することができる。
【０１２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のシステムの構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１のシステムの動作を説明するためのタイミングチャート（その１）である。
【図３】実施の形態１のシステムの動作を説明するためのタイミングチャート（その２）である。
【図４】実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】図４に示すルーチンの実行に伴って参照される第１排気空燃比のマップである。
【図６】図４に示すルーチンの実行に伴って参照される正常判定値および異常判定値のマップである。
【図７】本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】図７に示すルーチンの実行に伴って参照される高度補正係数のマップである。
【図９】図７に示すルーチンの実行に伴って参照される正常判定値および異常判定値のマップである。
【図１０】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンの第１の例のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンの第２の例のフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンの第３の例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０　内燃機関
２０　排気マニホールド
２２　排気通路
２４　触媒
３２　空気配管
３４　バルブユニット
３６　エアポンプ
４２　エアスイッチング弁
５０　ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）
５４　高度センサ
Ａ／Ｆ１　第１排気空燃比
Ａ／Ｆ２　第２排気空燃比
ΔＡ／Ｆ　空燃比差
ΔｋＡ／Ｆ１　正常判定値
ΔｋＡ／Ｆ２　異常判定値
ｋＰａ　高度補正係数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004011600.tif 000011
【図１０】
2004011600.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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