(57)【要約】【課題】エアポンプ等の空気供給手段が空気を供給している際に供給された空気が下流において遮断されることに起因して発生する脈動音を低減することができる空気供給装置を提供する。【解決手段】空気が流通する空気通路に備えられた空気供給手段４１と、空気供給手段４１の下流の空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する下流側開閉手段４６と、を備えた空気供給装置において、空気供給手段４１の上流の空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する上流側開閉手段４８を更に備え、上流側開閉手段４８は、下流側開閉手段４６が空気通路を閉じている状態で空気供給手段４１が空気を供給する際に、前記空気通路を閉じる。その結果、下流側開閉手段４６が閉じられたまま空気供給手段４１が空気を供給することに起因して発生する脈動音が外部に伝わるのを低減する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気が流通する空気通路に備えられた空気供給手段と、
当該空気供給手段の下流の前記空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する下流側開閉手段と、を備えた空気供給装置において、
前記空気供給手段の上流の前記空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する上流側開閉手段を更に備え、
当該上流側開閉手段は、前記下流側開閉手段が前記空気通路を閉じている状態で前記空気供給手段が空気を供給する際に、前記空気通路を閉じることを特徴とする空気供給装置。
【請求項２】
少なくとも前記空気供給手段と前記下流側開閉手段との間の前記空気通路内の圧力を検出する下流側圧力センサあるいは前記空気供給手段と前記上流側開閉手段との間の前記空気通路内の圧力を検出する上流側圧力センサのいずれかを備え、
前記空気通路に備えられた下流側圧力センサあるいは上流側圧力センサの少なくともいずれかの検出値に基づいて前記上流側開閉手段が故障しているか否かの判断を行う故障判断手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の空気供給装置。
【請求項３】
前記故障判断手段にて前記上流側開閉手段が故障していると判断された場合は、前記空気供給手段の駆動を停止することを特徴とする請求項２に記載の空気供給装置。
【請求項４】
内燃機関の運転状態が予め定めた所定状態以外のときに排気系に空気を供給し、前記所定状態のときには排気系への空気の供給を停止する二次空気供給装置として、請求項１から３のいずれかに記載の空気供給装置を用いたことを特徴とする内燃機関の二次空気供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気供給装置に係り、特に内燃機関の排気系に空気を供給する二次空気供給装置に好適な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷間始動時等、内燃機関の温度が十分に高くなっていない条件下で運転を行う場合、燃焼室内に供給する燃料の量を増量して（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が、このように機関燃焼に供する混合気をリッチ化すると、排気ガス中の未燃燃料成分の量が増大することになる。また、このような燃料の増量が要求される条件下では、排気系に設けられた触媒の温度も低く、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。
【０００３】
これに対して、内燃機関の冷間始動時等、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、燃焼室から排出された直後の排気ガスに空気を供給し、排気ガス中に含まれる未燃燃料成分の酸化反応を促し、触媒の上流で未燃燃料成分を浄化するとともに、その反応熱によって触媒の活性化を早める、二次空気供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この二次空気供給装置は、大気からエアクリーナを介して吸入した空気を排気ガス中に供給する空気供給手段たるエアポンプを備え、当該エアポンプによって空気が供給されるときのみ排気系と二次空気供給通路とを連通する開閉弁を前記エアポンプの下流に備えている。そして、排気ガスに二次空気を供給する必要があると判断された場合には、エアポンプが作動させられるとともに開閉弁が開弁されるように制御される。
【０００５】
また、同時に特許文献１には、この二次空気供給装置の異常を判断するための装置が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２２７３２８号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２６４４号公報
【特許文献３】
特開平９−１４４９１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した二次空気供給装置の異常判断装置においては、エアポンプの下流に備えられた開閉弁を閉じたままエアポンプを一時的に強制作動し、当該開閉弁の異常を判断する手法が用いられている。
【０００８】
また、二次空気を供給するために、開閉弁を開弁、エアポンプの電源をＯＮに制御した状態から、二次空気の供給を停止するために、開閉弁の閉弁とエアポンプの電源ＯＦＦとをほぼ同時に制御した場合、エアポンプは慣性でしばらくは回転し続けるため、かかる場合も、開閉弁が閉じられたままエアポンプが回転し、空気を吐出する。
【０００９】
このように、開閉弁が閉じられたままエアポンプが空気を吐出する場合、エアポンプによる吐出流量が遮断されて吐出圧が上昇し、脈動音が発生するおそれがある。そして、当該脈動音が空気通路を伝わりエアポンプの上流側に設けられたエアクリーナ等から広がるおそれがある。
【００１０】
以上は、内燃機関に備えられている二次空気供給装置を例示して述べたが、エアポンプを用いて空気を供給する装置自体は、その他多種多様な用途に用いられており、かかる場合においても、エアポンプの下流に、当該エアポンプから供給される空気の流れを遮断可能な開閉弁が備えられている場合、当該開閉弁が閉ざされたままで、エアポンプが空気を吐出すると、上述したのと同様に、脈動音が発生するおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エアポンプ等の空気供給手段が空気を供給している際に供給された空気が下流において遮断されることに起因して発生する脈動音を低減することができる空気供給装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る空気供給装置にあっては、空気が流通する空気通路に備えられた空気供給手段と、当該空気供給手段の下流の前記空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する下流側開閉手段と、を備えた空気供給装置において、前記空気供給手段の上流の前記空気通路に備えられ、当該空気通路を開閉する上流側開閉手段を更に備え、当該上流側開閉手段は、前記下流側開閉手段が前記空気通路を閉じている状態で前記空気供給手段が空気を供給する際に、前記空気通路を閉じることを特徴とする。
【００１３】
機械的エネルギを気体に伝えてその圧力、速度などを高めるエアポンプ等の空気供給手段が空気通路に空気を供給している場合に、当該空気供給手段の下流に備えられた下流側開閉手段が空気通路を閉じている場合には、空気供給手段が供給した空気流量が遮断され、空気通路内に脈動音が発生するおそれがある。そして、当該脈動音が空気通路を伝わり空気供給装置外部へ漏れるおそれがある。
【００１４】
これに対して、本発明に係る空気供給装置は、空気供給手段の上流の空気通路を開閉する上流側開閉手段を備え、上述のように脈動音が外部に漏れるような場合に、上流側開閉手段が空気通路を閉じることで、脈動音が外部に漏れることを防止することができる。
【００１５】
また、少なくとも前記空気供給手段と前記下流側開閉手段との間の前記空気通路内の圧力を検出する下流側圧力センサあるいは前記空気供給手段と前記上流側開閉手段との間の前記空気通路内の圧力を検出する上流側圧力センサのいずれかを備え、前記空気通路に備えられた下流側圧力センサあるいは上流側圧力センサの少なくともいずれかの検出値に基づいて前記上流側開閉手段が故障しているか否かの判断を行う故障判断手段を更に備えることが好適である。
【００１６】
上述のように、空気供給手段の上流側の空気通路を開閉する上流側開閉手段が備えられている場合、当該上流側開閉手段が正常に作動することが重要となる。当該上流側開閉手段が開いたまま閉じない場合は、脈動音を遮断することができなくなるためであり、また当該上流側開閉手段が閉じたまま開かない場合は、空気供給手段を駆動したとしても、所望の空気流量を供給できなくなるためである。
【００１７】
一方、空気通路内の圧力推移をみることで上流側開閉手段が正常に開閉動作を行っているかを判断することができるので、本発明に係る空気供給装置においては、空気通路に備えられた下流側圧力センサあるいは上流側圧力センサの少なくともいずれかの検出値に基づいて前記上流側開閉手段が故障しているか否かの判断を行う故障判断手段を備えるようにした。
【００１８】
そして、前記故障判断手段にて前記上流側開閉手段が故障していると判断された場合は、前記空気供給手段の駆動を停止することが好適である。
【００１９】
上述したように当該上流側開閉手段が閉じたまま開かない場合に、空気供給手段を駆動させると、当該空気供給手段の負荷が高くなり、当該空気供給手段自体が故障に至る等の不具合が生じるおそれがある。そのため、故障判断手段にて上流側開閉手段が故障していると判断された場合に、空気供給手段の駆動を停止するようにすることで、かかる不具合の発生を防止することができる。
【００２０】
また、本発明に係る内燃機関の二次空気供給装置にあっては、内燃機関の運転状態が予め定めた所定状態以外のときに排気系に空気を供給し、前記所定状態のときには排気系への空気の供給を停止する二次空気供給装置として、本発明に係る空気供給装置を用いたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
（第１の実施の形態）
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。
【００２３】
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（図示省略）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。
【００２４】
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等が順次連結されて形成される。
【００２５】
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（図示省略）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。また、スロットル弁２４の上流の吸気管２１にはエアクリーナ２５が設けられている。
【００２６】
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、排気流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等が順次連結されて形成される。排気管３３には、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排気浄化触媒３４が設けられている。
【００２７】
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。電動式エアポンプ（以下、「エアポンプ」と称する。）４１は、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。また、弁体４６ｂの下流にはリード弁４６ｅが設けられており、圧送通路４３から主供給管４４に向かう空気の流れを許容する一方、主供給管４４から圧送通路４３へ向かう空気の流れを規制する。何らかの理由で弁体４６ｂが空気の流路を開放したまま固着したような場合、このリード弁４６ｅが、主供給管４４から圧送通路４３へのガスの逆流を防止する。
【００３０】
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の間を連結し、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り、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。
【００３１】
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から二次空気制御弁４６を介して主供給管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。
【００３２】
エンジン１の各部位には、各種センサ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。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。クランクポジションセンサ６２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、下流側圧力センサ６３は、二次空気供給系４０における圧送通路４３内の圧力に応じた検出信号を出力する。
【００３３】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等からなる算術論理演算回路であり、エアフロメータ６１、クランクポジションセンサ６２、下流側圧力センサ６３等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。
【００３４】
そして、ＥＣＵ５０は、例えばクランクポジションセンサ６２からの出力信号に基づいて機関回転数を算出する等、入力された各種センサからの出力信号に基づいて所定の演算処理を行って、吸気通路に設けられ吸入空気量を制御するスロットル弁２４の開度を制御するスロットル制御、燃料噴射弁１２による燃料噴射量及び噴射時期を制御する燃料噴射制御，後述する二次空気供給制御等を実行することが可能になっている。
【００３５】
次に、二次空気供給制御について、詳しく説明する。
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、排気中の未燃燃料成分（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に設けられた排気浄化触媒３４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。
【００３６】
このためエンジン１では、冷間始動時等、排気浄化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、排気浄化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排気浄化触媒の活性化が早められる。
【００３７】
図２は、二次空気供給系４０を構成する二次空気制御弁４６、負圧制御弁４７ｃ及びエアポンプ４１の機能を概略的に説明する模式図である。
【００３８】
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、上述したように弁体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。
【００３９】
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）は相互に遮断される。
【００４０】
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、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。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。
【００４１】
また、ＥＣＵ５０は、下流側圧力センサ６３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エアポンプ４１の異常の有無を判断する。
【００４２】
負圧制御弁４７ｃを閉弁状態にしておくと、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。このような条件下でエアポンプ４１の電源がＯＮとなり作動すると、圧送通路４３内の圧力は初期値から所定値まで上昇し、この所定値を保持する。ここで、エアポンプ４１が正常に機能していなかったり、機能低下をきたしている場合、エアポンプ４１への通電が行われているにもかかわらず、圧送通路４３内の圧力が初期値から変化しなかったり、所定値を下回る値までしか上昇しないことになる。ＥＣＵ５０は、このような圧力推移の異常から、エアポンプ４１の不具合を判断することができる。
【００４３】
このように、エアポンプ４１の異常発生の有無を判断する際に、負圧制御弁４７ｃを閉弁、つまり弁体４６ｂを閉じたままエアポンプ４１を作動させる場合がある。また、二次空気を供給するために、負圧制御弁４７ｃを開弁、エアポンプ４１の電源をＯＮに制御した状態から、二次空気の供給を停止するために、負圧制御弁４７ｃの閉弁とエアポンプ４１の電源ＯＦＦとをほぼ同時に制御した場合、エアポンプ４１は慣性でしばらくは回転し続けるため、かかる場合も、負圧制御弁４７ｃが閉弁、つまり弁体４６ｂが閉じられたままエアポンプ４１が回転し、空気を供給する。
【００４４】
このように、弁体４６ｂが閉じられたままエアポンプ４１が回転し、空気を吐出する場合、エアポンプ４１による吐出流量が遮断されて吐出圧が上昇し、脈動音が発生してしまい、当該脈動音が導入通路４２を介してエアポンプ４１の上流側に設けられたエアクリーナ等から広がるおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施の形態においては、かかる弊害を是正するために、エアポンプ４１の上流側に導入通路４２を開閉するための上流側開閉弁４８を備えるようにした。この上流側開閉弁４８はリード弁であり、吸気通路２１からエアポンプ４１に向かう空気の流れを許容する一方、エアポンプ４１から吸気系へ向かう空気の流れを規制する。そして、負圧制御弁４７ｃが閉弁され弁体４６ｂが閉じることに伴い、排気系への空気流動がない場合、上流側開閉弁４８も閉じることにより、上述したように弁体４６ｂが閉じている間にエアポンプ４１が回転して空気を吐出することにより発生する脈動音が、導入通路４２を介してエアクリーナ等へ広がるのも防止する。
【００４６】
エアポンプ４１の下流に設けられている二次空気制御弁４６内のリード弁４６ｅは、排気ガスがダイアフラム４６ａ、弁体４６ｂへ漏れて熱による不具合を発生させないようにしなければならないのに対して、上流側開閉弁４８は、前記脈動音を低減すればよく、脈動音が漏れたとしてもその他特に問題となることがない。一方、エアポンプ４１作動時は流量抵抗が大きいとポンプ流量低下に繋がってしまう。
【００４７】
以上のことより、上流側開閉弁４８は、エアポンプ４１下流側のリード弁４６ｅと比較して以下の特性を満足するものであることが望ましい。すなわち、開弁圧はリード弁４６ｅより小さく、流量抵抗もリード弁４６ｅより小さく、締切漏れ量（弁が閉じた状態でのガスあるいは圧力の漏れ量）はリード弁４６ｅより大きくすることが望ましい。言い換えれば、図３に示したように、リード弁全開ストッパの位置としては、上流側開閉弁４８の方がリード弁４６ｅよりも高く、リード弁の剛性としては、上流側開閉弁４８の方がリード弁４６ｅよりも低く、リード弁による開口面積としては、上流側開閉弁４８の方がリード弁４６ｅよりも大きくする方が望ましい。
【００４８】
［上流側開閉弁の故障判断の第１実施例］
このようにエアポンプ４１の上流の導入通路４２に上流側開閉弁４８を設けた場合、当該上流側開閉弁４８の故障を検出することが重要である。すなわち、当該上流側開閉弁４８に、閉じたまま開かないといういわゆる閉弁異常が発生している場合には、エアポンプが回転しても十分な空気を排気ガスへ供給することができなくなるからであり、一方、当該上流側開閉弁４８に、開いたまま閉じないといういわゆる開弁異常が発生している場合には、上述した脈動音を低減することができなくなるからである。
【００４９】
それゆえ、本実施の形態においては、以下のような手順を用いて、当該上流側開閉弁４８が故障しているか否かを判断する。概略としては、ＥＣＵ５０が、下流側圧力センサ６３の検出信号に基づいてエアポンプ４１下流の圧送通路４３内の圧力（以下、「下流圧力」という。）の推移をモニタし、この圧力推移に基づいて故障の有無を判断するものである。
【００５０】
上流側開閉弁４８が正常に開閉している場合の下流圧力と上流側開閉弁４８が故障している場合の下流圧力を示したものが図４のようになる。本図の曲線（１）に示すように、上流側開閉弁４８が正常である場合、エアポンプ４１をＯＮにするとともに負圧制御弁４７ｃを開弁させると、エアポンプ４１による吸引圧力で上流側開閉弁４８も開く。その後、エアポンプの回転が上昇して空気の流量が多くなるのに応じて徐々に圧力が高くなる。その後、所定時間経過してエアポンプ４１の回転が所定の回転数まで上昇し、当該回転数で維持されると、下流圧力も一定となる。この状態からエアポンプ４１をＯＦＦにするとともに負圧制御弁４７ｃを閉弁させると、上流側開閉弁４８も閉じる。しかし、エアポンプ４１は慣性で回転し続けるため、一時的に圧力が上昇し、当該上昇圧力が抜けていくのに応じて下降していく。
【００５１】
一方、上流側開閉弁４８に、閉じたまま開かないといういわゆる閉弁異常が発生している場合には、曲線（２）に示すように、エアポンプ下流に十分な空気が送られてこないため、下流圧力がＰ２までしか上昇しない。また、上流側開閉弁４８に、開いたまま閉じないといういわゆる開弁異常が生じている場合には、曲線（３）に示すように、二次空気供給開始時においては曲線（１）と同様になるが、エアポンプ４１をＯＦＦにするとともに負圧制御弁４７ｃを閉弁させた場合でも上流側開閉弁４８は閉じないため、エアポンプ４１が慣性で回転して一時的に圧力が上昇するものの、上流側開閉弁４８が閉じている場合と比較すると、当該上昇圧力が抜け易く、早期に下降する。
【００５２】
かかる点に鑑み、本実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、図５のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって上流側開閉弁４８が故障しているか否かを判断する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいは上述したクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ５０が実行するルーチンである。
【００５３】
本ルーチンでは、先ず、ステップ１０１にて、ＸＡＩ＝０か否かが判別される。ＸＡＩは、初期値は「０」に設定されており、後述するように、二次空気供給開始からＴ１時間が経過したら「１」に切り替えられ、二次空気供給終了後Ｔ２時間が経過したら再度「０」に切り替えられるものである。そして、本ステップにおいて、ＸＡＩ＝０と判別されたらステップ１０２へ進み、ＸＡＩ＝０ではないと判別されたらステップ１０９へ進む。
【００５４】
ステップ１０２においては、二次空気を供給する条件（ＡＩ−ＯＮ条件）が成立しているか否かが判別される。かかる条件としては、冷間始動時等で触媒が活性温度に達していない等を例示することができる。そして、ＡＩ−ＯＮ条件成立であると判別された場合はステップ１０３へ進み二次空気を供給開始（ＡＩ−ＯＮ実行）し、ステップ１０４へ進む。一方、ＡＩ−ＯＮ条件成立ではないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００５５】
ステップ１０４においては、二次空気供給開始（ＡＩ−ＯＮ実行）後Ｔ１時間が経過したか否かが判別される。そして、Ｔ１時間が経過したと判別された場合はステップ１０５へ進み、ＸＡＩ＝１として、ステップ１０６へ進む。一方、Ｔ１時間が経過していないと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００５６】
ステップ１０６においては、下流圧力が基準値Ｐ１以下であるか否かを判別する。これは、下流圧力センサ６３の検出値を基に判別するものである。そして、下流圧力が基準値Ｐ１以下と判別された場合は、図４の曲線（２）に示すように上流側開閉弁４８は開弁していないと判定できるため、ステップ１０７へ進み、上流側開閉弁閉弁異常判定を行い本ルーチンの実行を終了する。一方、下流圧力が基準値Ｐ１より大きいと判別された場合は、図４（１），（３）に示すように上流側開閉弁４８は開弁していると判定できるため、ステップ１０８へ進み、上流側開閉弁開弁判定を行う。
【００５７】
ステップ１０１において、ＸＡＩ＝０ではないと判別されたらステップ１０９へ進むが、ステップ１０９においては、二次空気供給を終了する条件（ＡＩ−ＯＦＦ条件）が成立しているか否かが判別される。かかる条件としては、触媒が活性温度に達したこと等を例示することができる。そして、ＡＩ−ＯＦＦ条件成立であると判別された場合はステップ１１０へ進み二次空気供給を終了（ＡＩ−ＯＦＦ実行）し、ステップ１１１へ進む。一方、ＡＩ−ＯＦＦ条件が成立していないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００５８】
ステップ１１１においては、二次空気供給終了（ＡＩ−ＯＦＦ実行）後Ｔ２時間が経過したか否かが判別される。そして、Ｔ２時間が経過したと判別された場合はステップ１１２へ進み、ＸＡＩ＝０として、ステップ１１３へ進む。一方、Ｔ２時間が経過していないと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００５９】
ステップ１１３においては、下流圧力が基準値Ｐ２以下であるか否かを判別する。これは、下流圧力センサ６３の検出値を基に判別するものである。そして、下流圧力が基準値Ｐ２以下と判別された場合は、図（３）に示すように上流側開閉弁４８は閉弁していないと判定できるため、ステップ１１４へ進み、上流側開閉弁開弁異常判定を行い本ルーチンの実行を終了する。一方、下流圧力が基準値Ｐ２より大きいと判別された場合は、ステップ１１５へ進む。
【００６０】
ステップ１１５においては、上流側開閉弁開弁判定が有るか否かを判別する。これは、上述したステップ１０８において上流側開閉弁開弁判定が既に行われたか否かを判別するものである。そして、上流側開閉弁開弁判定が既に行われていると判別された場合は、ステップ１１６へ進み、上流側開閉弁開弁判定が行われていないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００６１】
ステップ１１６には、ステップ１１３にて下流圧力が基準値Ｐ２より大きいと判別された場合に進むことから、図４から判別して正常に上流側開閉弁４８が閉弁していると判断でき、また、ステップ１１５にて上流側開閉弁開弁判定有りである場合に本ステップへ進むので、本ステップにて上流側開閉弁開閉正常判定を行う。
【００６２】
このように、かかる手法を用いれば、上流側開閉弁４８の故障判断を簡易に正確に行うことができる。
【００６３】
［エアポンプの２次故障を防止する方法］
以上は、上流側開閉弁４８の故障判断の手法について述べたが、以下に、上流側開閉弁４８の故障に伴うエアポンプ４１の高負荷運転による２次故障を防止する方法について説明する。
【００６４】
上流側開閉弁４８に、閉じたまま開かないといういわゆる閉弁異常が発生している場合に、エアポンプ４１を駆動させると、上流側開閉弁４８は閉じたままであることから空気を十分に吸入することができずに、エアポンプ４１が高負荷となり過剰に電流が流れることに起因するブラシ部の溶損、バッテリ電力の早期消耗に至るおそれがある。
【００６５】
そのため、本実施の形態においては、ＥＣＵ５０が、図６，７のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって上流側開閉弁４８の閉弁異常に伴うエアポンプ４１の２次故障を防止する制御を実行する。
【００６６】
この制御ルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいは上述したクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ５０が実行するルーチンである。
【００６７】
本ルーチンにおいては、先ず、ステップ２００にて「ＸＡＩＯＦＦ＝０」であるか否かが判別される。「ＸＡＩＯＦＦ」は、二次空気供給を強制的に停止するためのフラグであり、「１」である場合に強制的に停止すべきであることを意味する。なお、初期設定は「０」となっている。
【００６８】
そして、本ステップで「ＸＡＩＯＦＦ＝０」であると判別された場合はステップ２０１へ進み、「ＸＡＩＯＦＦ＝０」ではない、つまり、「ＸＡＩＯＦＦ＝１」であると判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００６９】
ステップ２０１からステップ２１６までは図５のフローチャートにおけるステップ１０１からステップ１１６までと各々同一なのでその詳細な説明は終了する。
【００７０】
ただ、本ルーチンにおいては、ステップ２０７にて上流側開閉弁４８が閉弁異常であると判定されたら、ステップ２１７へ進む。そして、ステップ２１７にて、二次空気供給を強制的に停止（ＡＩ−ＯＦＦ強制実行）する。つまり、エアポンプ４１をＯＦＦとし、負圧制御弁４７ｃを閉弁させる。
【００７１】
その後、ステップ２１８へ進み、「ＸＡＩＯＦＦ＝１」として、本ルーチンの実行を終了する。また、ステップ２１８にて二次空気供給を強制的に停止する旨をＥＣＵ５０内の不揮発生メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯する等して、エンジン１が搭載された車両等の乗員（運転者）に知らせるようにしてもよい。
【００７２】
このようにすることで、上流側開閉弁４８の故障に伴うエアポンプ４１の高負荷運転による２次故障を防止することができる。
【００７３】
［上流側開閉弁の故障判断の第２実施例］
上流側開閉弁の故障診断の第１実施例は、エアポンプ４１の下流に設けられた下流側圧力センサ６３の出力値に基づく下流圧力を用いて上流側開閉弁４８の故障を判断する手法であるが、本実施例は、上流側開閉弁４８とエアポンプ４１との間に導入通路４２内の圧力に応じた検出信号を出力する上流側圧力センサ（図示省略）を備え、当該上流側圧力センサの出力値に基づく導入通路４２内の圧力（以下、「上流圧力」という。）を用いて上流側開閉弁４８の故障を判断する手法である。
【００７４】
上流側開閉弁４８が正常に開閉している場合の上流圧力と上流側開閉弁４８が故障している場合の上流圧力の推移を示したものが図８のようになる。本図の曲線（１）に示すように、上流側開閉弁４８が正常である場合、エアポンプ４１をＯＮにするとともに負圧制御弁４７ｃを開弁させると、上流側開閉弁４８も開き、エアポンプの回転が上昇して空気の流量が多くなるのに応じて徐々に負圧が大きくなる。その後、所定時間経過してエアポンプ４１の回転が所定の回転数まで上昇し、当該回転数で維持されると、上流圧力も一定となる。この状態からエアポンプ４１をＯＦＦにするとともに負圧制御弁４７ｃを閉弁させると、上流側開閉弁４８も閉じる。しかし、エアポンプ４１は慣性で回転し続けるため、逆流し、一時的に正圧となり、当該圧力が抜けていくのに応じて上流圧力も下降していく。
【００７５】
一方、上流側開閉弁４８に、閉じたまま開かないといういわゆる閉弁異常が発生している場合には、図８の曲線（２）に示すように、エアポンプ４１は駆動するが空気が外部から流入されないため、エアポンプ４１の回転数が高くなるのに応じて徐々に負圧が大きくなり、その後、所定時間経過してエアポンプ４１の回転が所定の回転数まで上昇、当該回転数で維持されると、上流圧力も一定となる。また、上流側開閉弁４８に、開いたまま閉じないといういわゆる開弁異常が生じている場合には、曲線（３）に示すように、二次空気供給開始時においては曲線（１）と同様になるが、エアポンプ４１をＯＦＦにするとともに負圧制御弁４７ｃを閉弁させた場合でも上流側開閉弁４８は閉じないため、エアポンプ４１が慣性で回転して一時的に圧力が上昇するものの、上流側開閉弁４８が閉じている場合と比較すると、当該上昇圧力が抜け易く、上流圧力が早期に下降する。
【００７６】
かかる点に鑑み、本実施例においては、ＥＣＵ５０が、図９のフローチャート図に示した制御ルーチンにしたがって上流側開閉弁４８が故障しているか否かを判断する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ５０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいは上述したクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ５０が実行するルーチンである。
【００７７】
本ルーチンでは、先ず、ステップ３０１にて、ＸＡＩ＝０か否かが判別され、ＸＡＩ＝０と判別されたらステップ３０２へ進み、ＸＡＩ＝０ではないと判別されたらステップ３０９へ進む。ステップ３０２においては、ＡＩ−ＯＮ条件が成立しているか否かが判別される。そして、ＡＩ−ＯＮ条件成立であると判別された場合はステップ３０３へ進み二次空気を供給開始（ＡＩ−ＯＮ実行）し、ステップ３０４へ進む。一方、ＡＩ−ＯＮ条件成立ではないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００７８】
ステップ３０４においては、二次空気供給開始（ＡＩ−ＯＮ実行）後Ｔ１時間が経過したか否かが判別される。そして、Ｔ１時間が経過したと判別された場合はステップ３０５へ進み、ＸＡＩ＝１として、ステップ３０６へ進む。一方、Ｔ１時間が経過していないと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００７９】
以上、ステップ３０１から３０５は、上流側開閉弁の故障判断の第１実施例の項で説明した図５のフローチャート図におけるステップ１０１から１０５と同一であるのでその詳細な説明は省略する。
【００８０】
ステップ３０６においては、上流圧力が基準値Ｐ３以下であるか否かを判別する。これは、上流圧力センサの検出値を基に判別するものである。そして、上流圧力が基準値Ｐ３以下と判別された場合は、図８の曲線（２）に示すように上流側開閉弁４８は開弁していないと判定できるため、ステップ３０７へ進み、上流側開閉弁閉弁異常判定を行い本ルーチンの実行を終了する。一方、上流圧力が基準値Ｐ３より大きいと判別された場合は、図８（１），（２）に示すように上流側開閉弁４８は開弁していると判定できるため、ステップ３０８へ進み、上流側開閉弁開弁判定を行う。
【００８１】
ステップ３０９においては、ＡＩ−ＯＦＦ条件が成立しているか否かが判別される。そして、ＡＩ−ＯＦＦ条件成立であると判別された場合はステップ３１０へ進み二次空気供給を終了（ＡＩ−ＯＦＦ実行）し、ステップ３１１へ進む。一方、ＡＩ−ＯＦＦ条件が成立していないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００８２】
ステップ３１１においては、二次空気供給終了（ＡＩ−ＯＦＦ実行）後Ｔ２時間が経過したか否かが判別される。そして、Ｔ２時間が経過したと判別された場合はステップ３１２へ進み、ＸＡＩ＝０として、ステップ３１３へ進む。一方、Ｔ２時間が経過していないと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。
【００８３】
以上、ステップ３０９から３１２は、上流側開閉弁の故障判断の第１実施例の項で説明した図５のフローチャート図におけるステップ１０９から１１２と同一であるのでその詳細な説明は省略する。
【００８４】
ステップ３１３においては、上流圧力が基準値Ｐ２以下であるか否かを判別する。これは、上流圧力センサの検出値を基に判別するものである。そして、上流圧力が基準値Ｐ２以下と判別された場合は、図８に示すように上流側開閉弁４８は閉弁していないと判定できるため、ステップ３１４へ進み、上流側開閉弁開弁異常判定を行い本ルーチンの実行を終了する。一方、上流圧力が基準値Ｐ２より大きいと判別された場合は、ステップ３１５へ進む。
【００８５】
ステップ３１５においては、上流側開閉弁開弁判定が有るか否かを判別する。これは、上述したステップ３０８において上流側開閉弁開弁判定が既に行われたか否かを判別するものである。そして、上流側開閉弁開弁判定が既に行われていると判別された場合は、ステップ３１６へ進み、上流側開閉弁開弁判定が行われていないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。
【００８６】
ステップ３１６には、ステップ３１２にて上流圧力が基準値Ｐ２より大きいと判別された場合に進むことから、図８から判別して正常に上流側開閉弁４８が閉弁していると判断でき、また、ステップ３１５にて上流側開閉弁４８が正常に開弁していると判定されているので、本ステップにて上流側開閉弁開閉正常判定を行う。
【００８７】
このように、かかる手法を用いれば、上流側開閉弁４８の下流であってエアポンプ４１の上流の導入通路４２に備えた上流側圧力センサを用いても上流側開閉弁４８の故障判断を簡易に正確に行うことができる。
【００８８】
また、図９のステップ３０１の前に図６におけるステップ２００の「ＸＡＩＯＦＦ＝０？」を、ステップ３０７の後に図７におけるステップ２１７の「ＡＩ−ＯＦＦ強制実行」及びステップ２１８における「ＸＡＩＯＦＦ＝１」を付加して用いれば、［エアポンプの２次故障を防止する方法］の項で説明したのと同様に、上流側開閉弁４８の故障に伴うエアポンプ４１の高負荷運転による２次故障を防止することができる。
【００８９】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、第１の実施の形態に対して、上流側開閉弁４８の構造のみを変えたものである。その他は第１の実施の形態と同一であるのでその説明は省略する。
【００９０】
本実施の形態に係る上流側開閉弁４８の構造を示したのが図１０である。第１の実施の形態に係る上流側開閉弁４８はリード弁であり、弁自体にばね力（復元力）がある高弾性率の素材で形成されているが、本実施の形態に係る弁は、弁自体にばね力（復元力）のない低弾性率であって軽比重の素材、例えば、樹脂、アルミで形成されている。そして、エアポンプ４１をＯＮ及び負圧制御弁４７ｃを開弁させた時のエアポンプ４１の吸入圧で開弁できる程度の軽重量とする。さらに、図１０に示したように、負圧制御弁４７ｃを閉弁した時に自重で閉じ易くなるように、天地方向に対して多少傾きをもたせて搭載する。
【００９１】
かかる構造の開閉弁を用いても、弁体４６ｂが閉じている間にエアポンプ４１が回転し空気を吐出することにより発生する脈動音が、導入通路４２を介してエアクリーナ等へ広がるのも防止することができる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エアポンプ等の空気供給手段の上流に開閉弁を備えることで、空気供給手段が空気を供給している際に供給された空気が下流において遮断されることに起因して発生する脈動音を低減することができる。
【００９３】
また、空気供給手段の上流に備えられた開閉弁の故障判断を適切に行うことができるとともに、当該開閉弁が故障していると判断した際には空気供給手段の駆動を停止することで、空気供給手段の高負荷運転に起因する２次故障を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係るガソリンエンジンシステムの基本構成を示す概略図である。
【図２】二次空気制御弁の機能の概略を示す模式図である。
【図３】第１の実施の形態に係る上流側開閉弁の構造を示した図である。
【図４】エアポンプ下流の圧力推移を示す図である。
【図５】上流側開閉弁の故障判断の第１実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図６】エアポンプの２次故障を防止する方法に係る制御ルーチンを示すフローチャートの前段部を示す図である。
【図７】エアポンプの２次故障を防止する方法に係る制御ルーチンを示すフローチャートの後段部を示す図である。
【図８】エアポンプ上流の圧力推移を示す図である。
【図９】上流側開閉弁の故障判断の第２実施例に係る制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る上流側開閉弁の構造を示した図である。
【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  排気浄化装置
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
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
４７  負圧通路
４７ａ  逆止弁
４７ｂ  負圧タンク
４７ｃ  負圧制御弁
６１  エアフロメータ
６２  クランクポジションセンサ
６３  圧力センサ
【図１】
2005036688.tif 000003
【図２】
2005036688.tif 000004
【図３】
2005036688.tif 000005
【図４】
2005036688.tif 000006
【図５】
2005036688.tif 000007
【図６】
2005036688.tif 000008
【図７】
2005036688.tif 000009
【図８】
2005036688.tif 000010
【図９】
2005036688.tif 000011
【図１０】
2005036688.tif 000012