(57)【要約】【課題】  リード弁を排除したとしても、排気ガスが逆流するのを防止する。【解決手段】  二次空気を取出して、内燃機関（１）の排気通路（７）に設けられた排気浄化装置（５）よりも上流側に供給する二次空気通路（２１、２２、２３ａ〜２３ｄ）と、二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプ（９）と、ポンプの下流に設けられていて二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段（Ｖ１）と、二次空気通路開閉手段とポンプとの間に設けられていて二次空気通路の圧力を測定する圧力センサ（３３）とを具備し、ポンプの作動時でかつ二次空気通路開閉手段の閉鎖時に圧力センサにより計測される二次空気通路の圧力が所定の値（Ａ）以上の場合にのみ二次空気通路開閉手段を開放して二次空気を供給するようにした二次空気供給装置（３０）が提供される。【選択図】      図１
2005226569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次空気を取出して、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に供給する二次空気通路と、
前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、
前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、
前記二次空気通路開閉手段と前記ポンプとの間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサとを具備し、
前記ポンプの作動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより計測される前記二次空気通路の圧力が所定の値以上の場合にのみ前記二次空気通路開閉手段を開放して二次空気を供給するようにした二次空気供給装置。
【請求項２】
さらに、前記二次空気通路開閉手段を閉鎖させた後で、前記ポンプを不作動にすることにより二次空気の供給を停止するようにした請求項１に記載の二次空気供給装置。
【請求項３】
二次空気を取出して、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に供給する二次空気通路と、
前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、
前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する上流側の二次空気通路開閉手段と、
該上流側二次空気通路開閉手段の下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する下流側二次空気通路開閉手段と、
前記上流側二次空気通路開閉手段と前記ポンプとの間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサとを具備し、
前記ポンプの作動時でかつ前記上流側および下流側二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより計測される前記二次空気通路の圧力が所定の値以上の場合にのみ前記上流側二次空気通路開閉手段を開放し、次いで前記下流側二次空気通路開閉手段を開放して二次空気を供給するようにした二次空気供給装置。
【請求項４】
さらに、前記下流側の二次空気通路開閉手段を閉鎖させ、次いで上流側の二次空気通路開閉手段を閉鎖させた後で、前記ポンプを不作動にすることにより二次空気の供給を停止するようにした請求項３に記載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、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関においては、排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、排気ガス中の一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称する）、ハイドロカーボン（以下、「ＨＣ」と称する）、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）成分を低減して浄化を図るようにした排気浄化装置を設けることが知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁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によって、排気管内に二次空気を供給して酸素濃度を高くし、これにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させて排気ガスの浄化を促進する二次空気供給装置が知られている。このような二次空気供給装置においてエアポンプまたは開閉弁などの構成部品に異常が生じる場合には、排気ガスの浄化効率が低下してエミッションが悪化するので、二次空気供給通路に圧力センサを配置し、圧力センサにより計測された圧力値等に基づいて構成部品の異常を検出している。
【０００３】
図１０は従来技術に基づく二次空気供給装置３０００の略図である。図１０に示される内燃機関の機関本体１００はエアクリーナ２００を備えた吸気通路３９０と触媒コンバータ５００を備えた排気通路７００とに接続されている。また、図示されるように別のエアクリーナ２０００を介する空気取入管２１００がエアポンプ１９００に接続されている。さらに、エアポンプ１９００から延びる二次空気供給管２２００が四つの分岐管２３００ａ〜２３００ｄに分岐している。そして、これら分岐管２３００ａ〜２３００ｄは、機関本体１００の各気筒と排気通路７００とを接続する排気マニホルド４００の各通路に接続されている。また、図示されるように通路４１００を通じて吸気通路３９０に接続されたバキュームスイッチングバルブＶ００により開閉操作される制御弁Ｖ０が二次空気供給管２２００に設けられている。さらに制御弁Ｖ０の下流には逆止弁としてのリード弁ＶＲが設けられている。また、二次空気供給管２２００の圧力を計測する圧力センサ３３００がエアポンプ１９００と制御弁Ｖ０との間に設けられている。そして、二次空気を触媒コンバータ５００に供給する必要がある場合には、エアポンプ１９００を駆動させると共に制御弁Ｖ０を開放することにより二次空気を二次空気供給管２２００および分岐管２３００ａ〜２３００ｄに通して触媒コンバータ５００の上流まで供給している（例えば、特許文献１および特許文献２を参照されたい。）。
【特許文献１】特開２００３−２３９７３３号公報
【特許文献２】特開平８−１０５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、制御弁Ｖ０の下流に設けられたリード弁ＶＲは、制御弁Ｖ０が故障して開固着した場合に、排気マニホルド４００からの高温の排気ガスがエアポンプ１９００側に逆流するのを防止する役目を果たしている。その一方で、リード弁ＶＲを設置することにより、二次空気供給通路の流路が狭くなるので圧損が生じる。このため、リード弁ＶＲを設置した場合には、ポンプに対する負荷を高めて二次空気の流量を維持するか、またはポンプの容量を大きくする必要がある。
【０００５】
また、内燃機関の各気筒における排気弁の開弁期間に対応して排気脈動が生ずる。特にアイドリング時などの低回転運転時には、脈動の影響により排気系の内圧が周期的に負圧化する場合がある。そして、排気脈動は分岐管２３００ａ〜２３００ｄを通じて二次空気供給装置３０００に伝達されるので、このような場合には、リード弁ＶＲの前後において開弁方向の差圧が生じ、リード弁ＶＲが開放しうる。このため、特に内燃機関の低回転運転時にはリード弁ＶＲが絶え間なくばたついて騒音となったり、リード弁ＶＲ自体が疲労して破損する可能性がある。
【０００６】
前述したようなリード弁ＶＲに基づく種々の問題を防止するするためにはリード弁ＶＲ自体を排除するのが好ましいが、エアポンプ１９００および制御弁Ｖ０を高温の排ガスから保護するためには排気ガスがエアポンプ側に逆流するのを防止する必要もある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、リード弁を排除したとしても、排気ガスが逆流するのを防止することのできる二次空気供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、二次空気を取出して、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に供給する二次空気通路と、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記二次空気通路開閉手段と前記ポンプとの間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサとを具備し、前記ポンプの作動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより計測される前記二次空気通路の圧力が所定の値以上の場合にのみ前記二次空気通路開閉手段を開放して二次空気を供給するようにした二次空気供給装置が提供される。
【０００９】
すなわち１番目の発明においては、二次空気通路開閉手段よりも上流側の圧力が所定の値、すなわち二次空気通路開閉手段よりも下流側の圧力に相当する圧力よりも大きいときにのみ、二次空気通路開閉手段を開放するようにしているので、二次空気は必ず高圧側から低圧側に流れるようになっている。従って、リード弁を排除した場合であっても、二次空気供給時に内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのを防止することが可能となる。また、１番目の発明においてはリード弁を排除しているために、ポンプ容量が小さくてもよく、それにより、二次空気供給装置全体を小型化できるので二次空気供給装置を自動車などに容易に搭載することが可能となると共に、従来技術の場合よりも大幅なコストダウンを図ることも可能となる。
【００１０】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記二次空気通路開閉手段を閉鎖させた後で、前記ポンプを不作動にすることにより二次空気の供給を停止するようにした。
ポンプを不作動にする際にはポンプと二次空気通路開閉手段との間の圧力が二次空気通路開閉手段よりも下流側の圧力よりも低下して排ガスが逆流する可能性があるが、２番目の発明においては二次空気通路開閉手段を閉鎖した後でポンプを不作動にしているので、ポンプを不作動にするときに内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのを防止することができる。
【００１１】
３番目の発明によれば、二次空気を取出して、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に供給する二次空気通路と、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する上流側の二次空気通路開閉手段と、該上流側二次空気通路開閉手段の下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する下流側二次空気通路開閉手段と、前記上流側二次空気通路開閉手段と前記ポンプとの間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサとを具備し、前記ポンプの作動時でかつ前記上流側および下流側二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより計測される前記二次空気通路の圧力が所定の値以上の場合にのみ前記上流側二次空気通路開閉手段を開放し、次いで前記下流側二次空気通路開閉手段を開放して二次空気を供給するようにした二次空気供給装置が提供される。
【００１２】
すなわち３番目の発明においては、上流側の二次空気通路開閉手段よりも上流側の圧力が所定の値、例えば下流側の二次空気通路開閉手段よりも下流側の圧力に相当する圧力よりも大きいときにのみ、二次空気通路開閉手段を開放するようにしているので、二次空気は必ず高圧側から低圧側に流れるようになっている。従って、リード弁を排除した場合であっても、二次空気供給時に内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのを防止することが可能となる。また、３番目の発明においてはリード弁を排除しているために、ポンプ容量が小さくてもよく、それにより、二次空気供給装置全体を小型化できるので二次空気供給装置を自動車などに容易に搭載することが可能となると共に、従来技術の場合よりもコストダウンを図ることも可能となる。さらに、３番目の発明においては、一方の二次空気通路開閉手段、例えば下流側二次空気通路開閉手段が故障した場合であっても、二次空気供給時に他方の二次空気通路開閉手段、すなわち上流側二次空気通路開閉手段によって内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのをさらに防止することができる。
【００１３】
４番目の発明によれば、３番目の発明において、さらに、前記下流側の二次空気通路開閉手段を閉鎖させ、次いで上流側の二次空気通路開閉手段を閉鎖させた後で、前記ポンプを不作動にすることにより二次空気の供給を停止するようにした。
ポンプを不作動にする際にはポンプと二次空気通路開閉手段との間の圧力が二次空気通路開閉手段よりも下流側の圧力よりも低下して排ガスが逆流する可能性があるが、４番目の発明においては二次空気通路開閉手段を閉鎖した後でポンプを不作動にしているので、ポンプを不作動にするときに内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのを防止することができる。また、一方の二次空気通路開閉手段、例えば下流側二次空気通路開閉手段が故障した場合であっても、ポンプを不作動にするときに他方の二次空気通路開閉手段、すなわち上流側二次空気通路開閉手段によって内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのをさらに防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
各発明によれば、リード弁を排除したとしても、排気ガスが逆流するのを防止することができるという共通の効果を奏しうる。
【００１５】
さらに、２番目の発明によれば、ポンプを不作動にするときに内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのを防止することができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、一方の二次空気通路開閉手段が故障した場合であっても、二次空気供給時に他方の二次空気通路開閉手段によって内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのをさらに防止することができるという効果を奏しうる。
【００１６】
さらに、４番目の発明によれば、一方の二次空気通路開閉手段が故障した場合であっても、ポンプを不作動にするときに他方の二次空気通路開閉手段によって内燃機関からの排ガスがポンプ側に逆流するのをさらに防止することができるという効果を奏しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。本発明の二次空気供給装置３０は内燃機関１、例えば多気筒Ｖ型ガソリンエンジンに取付られている。図１に示されるように内燃機関１の各気筒は排気マニホルド４を介して排気管７に連結されている。また、排気管７には酸化機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ５が設けられている。触媒コンバータ５は排気浄化装置としての役目を果たす。さらに、排気管７においてはＯ２センサ６が触媒コンバータ５の上流に設けられると共に、Ｏ２センサ１６が触媒コンバータ５の下流に設けられている。従って、触媒コンバータ５の上流および下流のＯ２濃度を測定することによって、触媒コンバータ５において消費されたＯ２量を算出することが可能となる。一方、内燃機関の各気筒に吸気ガスを供給する吸気管３にはスロットル弁３ａが設けられており、この吸気管３はエアクリーナ２に接続されている。エアクリーナ２とスロットル弁３ａとの間には空気量（一次空気量）を測定するためのエアフロメータ３ｂが設けられている。さらに、吸気温度を測定するための温度センサ３ｃが吸気管３に設けられている。
【００１８】
二次空気供給装置３０はエアクリーナ２０を介して空気を取り入れる空気取入管２１を有している。空気取入管２１は電動エアポンプ９に接続されており、二次空気供給管２２が電動エアポンプ９から延びている。図１においては二次空気供給管２２は四つの分岐管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに分岐しており、これら分岐管２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは排気マニホルド４の各通路にそれぞれ接続している。図１に示されるように二次空気供給管２２には制御弁Ｖ１が設けられている。図１に示される制御弁Ｖ１はエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）であり、制御弁Ｖ１に接続されたバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）Ｖ１０が通路４１により内燃機関の吸気マニホルド３ｄに接続されている。制御弁Ｖ１はバキュームスイッチングバルブＶ１０により負圧が供給されることにより開放し、負圧が供給されない場合には閉鎖状態に維持される。つまり、バキュームスイッチングバルブＶ１０を開放することにより制御弁Ｖ１は開放し、バキュームスイッチングバルブＶ１０を閉鎖することにより制御弁Ｖ１は閉鎖する。この動作は後述するＥＣＵ４０によって制御され、それにより、二次空気供給管２２内を流れる二次空気量を調節することができる。なお、バキュームスイッチングバルブＶ１０および通路４１を排除すると共に制御弁Ｖ１として電磁弁を採用することにより、制御弁Ｖ１が後述するＥＣＵ４０により制御されるようにしてもよい。さらに、図示されるように、圧力センサ３３が二次空気供給管２２において電動エアポンプ９と制御弁Ｖ１との間に設けられている。なお、空気取入管２１が吸気管３に接続されていて、二次空気を吸気管３から取り入れるようにしてもよい。
【００１９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。図１に示されるように触媒コンバータ５の上流に設けられたＯ２センサ６および触媒コンバータ５の下流に設けられたＯ２センサ１６の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、エアフロメータ３ｂの出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、二次空気供給管２２に設けられた圧力センサ３３の出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、吸気通路に設けられた温度センサ３ｃ、および機関冷却水の温度センサ（図示しない）からの出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。さらに、入力ポート４５には車速を表す車速センサ５３からの出力パルスが入力される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して内燃機関１の燃料噴射弁（図示しない）、スロットル弁３ａを制御するためのステップモータ（図示しない）、二次空気供給管２２の制御弁Ｖ１および電動エアポンプ９に接続されている。
【００２０】
触媒コンバータ５内に配置されていて酸化機能を有する触媒としては、酸化触媒、三元触媒、または吸蔵されたＮＯｘを放出し還元浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いることができる。なお、ＮＯｘ触媒は燃焼室における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。ＮＯｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００２１】
この二次空気供給装置３０は、主に冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比が小さく、かつ排気浄化装置としての触媒コンバータ５が十分に昇温しておらず、その機能が十分に発揮されにくい状況において使用される。そして、二次空気を触媒コンバータ５に供給することにより触媒コンバータ５における酸素濃度が高くなるので、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化することができるようになる。
【００２２】
この二次空気供給装置３０の動作ルーチンは後述するように行われるが、この動作ルーチンは二次空気供給管２２の制御弁Ｖ１が閉鎖していることが前提となっているの。このため、制御弁Ｖ１が閉鎖しているか否かがはじめに判定される。図２（ａ）は本発明における制御弁の第一の閉鎖判定動作を示すフローチャートである。この第一の閉鎖判定処理１２０のステップ１２１においては圧力センサ３３によって二次空気供給管２２内の圧力Ｐを所定時間ＴＡにわたって計測する。次いで、ステップ１２２に進んで、ステップ１２１で計測された圧力ＰからＥＣＵ４０を用いて偏差ΔＰＡを算出する。以下、時間と圧力との関係を示す概念図である図２（ｂ）を参照しつつ、偏差ΔＰＡについて説明する。図２（ｂ）においては横軸は時間を示すものとし、また縦軸は圧力センサ３３により計測される圧力Ｐを示している。図２（ｂ）に示されるように、圧力Ｐは時間に対して略正弦波を描くように変動しうる。そして、所定時間ＴＡにおける圧力Ｐの最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとすると、偏差ΔＰＡは最大値Ｐｍａｘから最小値Ｐｍｉｎを引いた差分（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）に相当する。また、圧力Ｐが振幅変動のない正弦波を描く場合には振幅の２倍の値を偏差ΔＰＡとしてもよい。次いで、ステップ１２３に進み、偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さいか否か、つまりΔＰＡ＜ＰＡＸであるか否かが判定される。制御弁Ｖ１が開放しているのであれば、内燃機関１の各気筒の排気弁の動作により排気管７に生じうる排気ガスの圧力脈動が制御弁Ｖ１を通じて圧力センサ３３により計測される。従って、圧力脈動が計測されない場合、つまり偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さい場合には、ステップ１２４に進んで、制御弁Ｖ１が閉鎖しているものと判定して処理を終了する。一方、ステップ１２３において偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さくないと判定された場合には、ステップ１２５に進み、制御弁Ｖ１は開放していると判断して処理を終了する。
【００２３】
図３（ａ）は本発明の第二の閉鎖判定処理のフローチャートである。この第二の閉鎖判定処理１３０のステップ１３１においては、前述した処理１２０のステップ１２１と同様に、圧力センサ３３によって二次空気供給管２２内の圧力Ｐを所定時間ＴＡにわたって計測する。次いで、ステップ１３２に進んで、ステップ１３１で計測された圧力ＰからＥＣＵ４０を用いて圧力面積ΣＦｎを算出する。以下、時間と圧力との関係を示す図２（ｂ）と同様の概念図である図３（ｂ）を参照しつつ、圧力面積ΣＦｎについて説明する。図３（ｂ）に示されるように、所定時間内において圧力Ｐの振動の中心と圧力Ｐの軌跡とにより囲まれた領域を順番にＦ１、Ｆ２、…、Ｆｎとする。そして、これら領域Ｆ１からＦｎの面積を算出して、これら面積を合計する。すなわちΣＦｎは、Ｆ１からＦｎの面積の和（Ｆ１＋Ｆ２＋…＋Ｆｎ）に相当する。次いで、ステップ１３３に進み、面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さいか否か、つまりΣＦｎ＜Ｆ０であるか否かが判定される。前述した場合と同様に、制御弁Ｖ１が開放している場合には排気ガスの圧力脈動が制御弁Ｖ１を通じて圧力センサ３３により計測されるので、圧力脈動が計測されない場合、つまり面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さい場合には、ステップ１３４に進んで、制御弁Ｖ１は閉鎖していると判定して処理を終了する。一方、ステップ１３３において面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さくないと判定された場合には、ステップ１３５に進んで、制御弁Ｖ１は開放していると判断して処理を終了する。
【００２４】
このような閉鎖判定処理により制御弁Ｖ１が閉鎖されていると判定された場合に、図４および図５に示される本発明の第一の実施形態の動作ルーチン３００に基づいて二次空気供給装置３０を動作させる。動作ルーチン３００のステップ３０１においては、温度センサ３ｃにより計測される吸気温度および／または図示しない温度センサにより計測される内燃機関１の冷却水温などから内燃機関１が低温始動しているか否かが判定される。内燃機関１が低温始動でなくて高温始動している場合にはステップ３１４に進む。そして、ステップ３１４では二次空気供給制御（以下、明細書および図面において適宜「ＡＩ」と称する）動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。
【００２５】
一方、ステップ３０１において内燃機関１が低温始動であると判定された場合にはステップ３０２に進んで、ＡＩ制御が未完了であるか否かが判定される。ＡＩ制御が既に完了している場合には、ＡＩ制御をさらに行う必要がないので、ステップ３１４に進み、ＡＩ動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。一方、ステップ３０２においてＡＩ制御が未完了である場合にはステップ３０３に進む。なお、ステップ３０１とステップ３０２との間において、始動経過時間、負荷条件などの他の条件からＥＣＵ４０によりＡＩ制御実行条件が成立しているか否かを判定するようにしてもよい。
【００２６】
次いで、ステップ３０３においては、電動エアポンプ９を作動させる条件が成立しているか否かが判定される。所定の電動エアポンプ９の作動条件が成立している場合にはステップ３０４に進んで、電動エアポンプ９を作動させる。次いで、ステップ３０５においては、所定時間経過した後で電動エアポンプ９と閉鎖状態にある制御弁Ｖ１との間の圧力ＰＡＩが圧力センサ３３により所定時間にわたって計測される。次いで、ステップ３０６において計測された圧力ＰＡＩが所定の圧力Ａよりも大きいか否かが判定される。ここで、圧力Ａは、内燃機関の動作時に二次空気供給管２２の制御弁Ｖ１よりも下流において生じうる値の圧力である。圧力Ａは実験などにより予め求められていて、ＥＣＵ４０のＲＯＭ４２などに予め記憶されている。そして、ステップ３０６において圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きい場合には、制御弁Ｖ１よりも上流における圧力、つまり圧力ＰＡＩが、制御弁Ｖ１よりも下流における実際の圧力よりも大きいと考えられるので、ステップ３０７に進んで、制御弁Ｖ１を開放する。二次空気は高圧側から低圧側に流れるので、二次空気供給管２２内の二次空気は必ず電動エアポンプ９側から排気マニホルド４に向かって流れるようになり、それにより、二次空気を内燃機関の触媒コンバータ５の上流に供給することができる。次いで、後述するステップ３１０に進む。
【００２７】
一方、ステップ３０６において圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくない場合には、ステップ３１２に進む。ステップ３１２においてはステップ３０４において電動エアポンプ９が作動してから所定の時間Ｂが経過しているか否かが判定される。図１に示されるように、電動エアポンプ９と制御弁Ｖ１との間には或る程度の距離があるので、電動エアポンプ９が駆動することにより圧送される空気が制御弁Ｖ１まで到達して圧力Ａに達するまでには或る程度の時間が必要とされる。ステップ３１２における時間Ｂは電動エアポンプ９と制御弁Ｖ１との間における二次空気供給管２２内の空気が制御弁Ｖ１に到達して圧力Ａに達するのに十分な時間であり、実験などにより予め求められていてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２などに予め記憶されている。そして、ステップ３０６で圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないと判定されたのが時間Ｂ経過後のことであると判定された場合には、圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないのは電動エアポンプ９の故障により空気が十分に圧送されていないためであると判断することができる。つまり、この場合には、電動エアポンプ９が出力不足などで故障していると判断してＡＩ制御を中止し（ステップ３１３）、次いでステップ３１０に進む。ステップ３１０においては、電動エアポンプ９を不作動にし、次いでステップ３１１においてＡＩ制御完了のフラグを出して処理を終了する。なお、ステップ３０６における圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないのが時間Ｂ経過前であるとステップ３１２において判定された場合には、ステップ３０３まで戻る。
【００２８】
ところで、ステップ３０３において電動エアポンプ９の作動条件が成立していないと判定された場合には、ステップ３１５に進み、この時点において電動エアポンプ９が作動しているか否かが判定される。ステップ３１５において電動エアポンプ９が作動していないと判定された場合にはステップ３２２に進む。ステップ３２２においては、エアポンプ作動条件が成立していなくて電動エアポンプ９自体も作動していないので、二次空気の内燃機関１に供給することができない。従って、ステップ３２２においてＡＩ動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。
【００２９】
一方、ステップ３１５において電動エアポンプ９が作動している場合にはステップ３１６に進んで、電動エアポンプ９を不作動にする条件、つまり電動エアポンプ９を停止させる条件が成立しているか否かが判定される。ここで、電動エアポンプ９を不作動にする条件とは、例えば内燃機関１が始動してから所定時間が経過していることであり、このときには電動エアポンプ９は安定動作していると考えられる。そして、電動エアポンプ９を不作動にする条件が成立していない場合には、再びステップ３１６に戻るようにし、電動エアポンプ９を不作動にする条件が成立するまで処理を繰り返す。そして、電動エアポンプ９の不作動条件が成立した場合には、ステップ３１９に進んで、制御弁Ｖ１が開放しているか否かが判定される。制御弁Ｖ１が開放している場合にはステップ３２０に進んで制御弁Ｖ１を閉鎖し、再びステップ３１９に戻る。この場合には制御弁Ｖ１が閉鎖しているので、ステップ３１９においてＮＯ判定されてステップ３２１に進む。そして、ステップ３２１においては電動エアポンプ９が不作動にされる。ステップ３２１において電動エアポンプ９を不作動にした場合には、空気取入管２１が大気開放しているために電動エアポンプ９と制御弁Ｖ１との間の圧力は制御弁Ｖ１と排気マニホルド４との間の圧力よりも低下する。しかしながら、このときには、制御弁Ｖ１が閉鎖しているために二次空気が排気マニホルド４側から逆流することはなく、比較的高温の排ガスが制御弁Ｖ１を超えて電動エアポンプ９側に流入するのを避けることができる。次いで、ステップ３１１においてＡＩ制御を完了して処理を終了する。
【００３０】
図６はエアポンプの電圧と流量との関係を示す図である。図６において横軸は電動エアポンプ９の電圧を示しており、縦軸は電動エアポンプ９によって流れる二次空気の流量を示している。図６における実線Ｘ０は従来技術のように制御弁Ｖ１とリード弁ＶＲとを使用した場合（図１０を参照されたい）を示しており、実線Ｘ１は図１に示される本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置３０のようにリード弁ＶＲを排除すると共に制御弁Ｖ１を採用した場合を示している。図６に示されるように、第一の実施形態に基づく二次空気供給装置３０を使用した場合（Ｘ１）には、同一の電圧に対する流量が、リード弁ＶＲを搭載した従来技術の場合（Ｘ０）よりも大幅に高くなっていることが分かる。つまり、本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置３０を採用した場合には、電動エアポンプ９の容量が比較的小さいもので足りる。そして、本実施形態の場合にはリード弁ＶＲを排除しているために部品点数も少なくなっている。このようなことにより、本発明においては、二次空気供給装置３０全体を小型化できるので二次空気供給装置３０を自動車などに容易に搭載することが可能となると共に、本実施形態の二次空気供給装置３０の場合には従来技術の場合よりも大幅なコストダウンを図ることも可能となる。また、リード弁ＶＲを排除している本発明の場合には、排気脈動に基づくリード弁ＶＲのばたつきおよびこのことにより騒音の発生を回避することができる。
【００３１】
図７は、本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。図７において図１と同一の部材は、冗長になるのを避けるために記載を省略する。図７に示されるように二次空気供給管２２には制御弁Ｖ１の下流に位置していて制御弁Ｖ１と同様の制御弁Ｖ２が設けられている。また、図７においては制御弁Ｖ２に接続されたバキュームスイッチングバルブＶ２０が通路４１から延びる別の通路４２に接続されている。制御弁Ｖ２の動作は制御弁Ｖ１と同様であるので説明を省略する。なお、バキュームスイッチングバルブＶ１０、Ｖ２０および通路４１、４２を排除すると共に制御弁Ｖ１、Ｖ２０をそれぞれ電磁弁にし、制御弁Ｖ１、Ｖ２をＥＣＵ４０により制御するようにしてもよい。さらに、圧力センサ３３は図１の場合と同様に二次空気供給管２２において電動エアポンプ９と制御弁Ｖ１との間に設けられている。
【００３２】
図８および図９は本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。これら図面に示される動作ルーチン６００は図２および図３を参照して説明したように、上流側の制御弁Ｖ１が閉鎖していると判定された場合にＥＣＵ４０により実行される。なお、図２および図３に示されるような同様の判定から下流側の制御弁Ｖ２が閉鎖しているときに動作ルーチン６００を実行してもよいが、このときにも上流側の制御弁Ｖ１が閉鎖していることが必要とされる。
【００３３】
図８に示されるように、動作ルーチン６００のステップ６０１においては、温度センサ３ｃにより計測される吸気温度および／または図示しない温度センサにより計測される内燃機関１の冷却水温などから内燃機関１が低温始動しているか否かが判定される。内燃機関１が低温始動でなくて高温始動している場合にはステップ６１４に進む。そして、ステップ６１４ではＡＩ動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。
【００３４】
一方、ステップ６０１において内燃機関１が低温始動であると判定された場合にはステップ６０２に進んで、ＡＩ制御が未完了であるか否かが判定される。ＡＩ制御が既に完了している場合には、ＡＩ制御をさらに行う必要がないので、ステップ６１４に進み、ＡＩ動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。一方、ステップ６０２においてＡＩ制御が未完了である場合にはステップ６０３に進む。なお、ステップ６０１とステップ６０２との間において、始動経過時間、負荷条件などの他の条件からＥＣＵ４０によりＡＩ制御実行条件が成立しているか否かを判定するようにしてもよい。
【００３５】
次いで、ステップ６０３においては、電動エアポンプ９を作動させる条件が成立しているか否かが判定される。所定の電動エアポンプ９の作動条件が成立している場合にはステップ６０４に進んで、電動エアポンプ９を作動させる。次いで、ステップ６０５において所定時間経過した後で電動エアポンプ９と閉鎖状態にある上流側の制御弁Ｖ１との間の圧力ＰＡＩが圧力センサ３３によって所定時間にわたって計測される。次いで、ステップ６０６において計測された圧力ＰＡＩが所定の圧力Ａよりも大きいか否かが判定される。ここで、圧力Ａは、内燃機関の動作時に二次空気供給管２２の上流側の制御弁Ｖ１よりも下流、特に下流側の制御弁Ｖ２よりも下流において生じうる値の圧力である。圧力Ａは実験などにより予め求められていて、ＥＣＵ４０のＲＯＭ４２などに予め記憶されている。そして、ステップ６０６において圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きい場合には、上流側の制御弁Ｖ１よりも上流における圧力、つまり圧力ＰＡＩが、上流側の制御弁Ｖ１よりも下流における実際の圧力、特に下流側の下流側の制御弁Ｖ２よりも下流における実際の圧力よりも大きいと考えられる。従って、ステップ６０７に進んで、上流側の制御弁Ｖ１を開放する。次いで、ステップ６０８に進み、ステップ６０７で上流側の制御弁Ｖ１を開放してから所定の時間Ｃが経過しているか否かが判定される。図７に示されるように、上流側の制御弁Ｖ１と下流側の制御弁Ｖ２との間には或る程度の距離がある。従って、電動エアポンプ９により圧送される空気が、上流側の制御弁Ｖ１を通過して制御弁Ｖ２に到達し、上流側の制御弁Ｖ１と下流側の制御弁Ｖ２との間の圧力が前述した圧力Ａに到達するまでにはいくらかの時間が必要である。ステップ６０８における時間Ｃは上流側の制御弁Ｖ１開放後に上流側の制御弁Ｖ１と下流側の制御弁Ｖ２との間の圧力が圧力Ａに達するのに十分な時間であり、実験などにより予め求められてＲＯＭ４２などに記憶されている。ステップ６０８において上流側の制御弁Ｖ１開放後に時間Ｃが経過していない場合にはステップ６０８の処理を繰り返す。そして、時間Ｃが経過した後にステップ６０９に進み、下流側の制御弁Ｖ２を開放する。二次空気は高圧側から低圧側に流れるので、二次空気供給管２２内の二次空気は必ず電動エアポンプ９側から排気マニホルド４に向かって流れるようになり、それにより、二次空気を内燃機関の触媒コンバータ５の上流に供給することができる。
【００３６】
一方、ステップ６０６において圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくない場合には、ステップ６１２に進む。ステップ６１２においてはステップ６０４において電動エアポンプ９が作動してから前述した所定の時間Ｂが経過しているか否かが判定される。ステップ６１２における時間Ｂは電動エアポンプ９と上流側の制御弁Ｖ１との間における二次空気供給管２２内の空気が制御弁Ｖ１に到達して圧力センサ３３により計測される圧力が圧力Ａに達するのに十分な時間である。そして、ステップ６０６で圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないと判定されたのが時間Ｂ経過後のことであると判定された場合には、圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないのは電動エアポンプ９の故障により空気が十分に圧送されてないためであると判断できる。つまり、この場合には、電動エアポンプ９が出力不足などで故障していると判断してＡＩ制御を中止し（ステップ６１３）、次いでステップ６１０に進む。ステップ６１０において電動エアポンプ９を不作動にし、次いでステップ６１１においてＡＩ制御完了のフラグを出して処理を終了する。なお、ステップ６０６における圧力ＰＡＩが圧力Ａよりも大きくないのが時間Ｂ経過前であるとステップ６１２において判定された場合には、ステップ６０３まで戻る。
【００３７】
ところで、ステップ６０３において電動エアポンプ９の作動条件が成立していないと判定された場合には、ステップ６１５に進み、この時点において電動エアポンプ９が作動しているか否かが判定される。ステップ６１５において電動エアポンプ９が作動していないと判定された場合にはステップ６２２に進む。ステップ６２２においては、エアポンプ作動条件が成立していなくて電動エアポンプ９自体も作動していないので、二次空気の内燃機関１に供給することができない。従って、ステップ６２２においてＡＩ動作を禁止するフラグを出して処理を終了する。
【００３８】
一方、ステップ６１５において電動エアポンプ９が作動している場合にはステップ６１６に進んで、電動エアポンプ９を不作動にする条件が成立しているか否かが判定される。ここで、電動エアポンプ９を不作動にする条件とは、例えば内燃機関１が始動してから所定時間が経過していることであり、このときには電動エアポンプ９は安定動作していると判断できる。そして、電動エアポンプ９を不作動にする条件が成立していない場合には、再びステップ６１６に戻るようにし、電動エアポンプ９を不作動にする条件が成立するまで処理を繰り返す。そして、電動エアポンプ９の不作動条件が成立した場合には、ステップ６１７に進んで、下流側の制御弁Ｖ２が開放しているか否かが判定される。下流側の制御弁Ｖ２が開放している場合にはステップ６１８に進んで下流側の制御弁Ｖ２を閉鎖し、再びステップ６１７に戻る。この場合には下流側の制御弁Ｖ２が閉鎖しているので、ステップ６１７においてＮＯ判定されてステップ６１９に進む。
【００３９】
ステップ６１９においては、上流側の制御弁Ｖ１が開放しているか否かが判定される。上流側の制御弁Ｖ１が開放している場合にはステップ６２０に進んで上流側の制御弁Ｖ１を閉鎖し、再びステップ６１９に戻る。この場合には上流側の制御弁Ｖ１が閉鎖しているので、ステップ６１９においてＮＯ判定されてステップ６２１に進む。そして、ステップ６２１においては電動エアポンプ９が不作動にされる。ステップ６２１において電動エアポンプ９を不作動にした場合には、空気取入管２１が大気開放しているために電動エアポンプ９と上流側の制御弁Ｖ１との間の圧力は排気マニホルド４側の圧力よりも低下する。しかしながら、このときには上流側の制御弁Ｖ１および下流側の制御弁Ｖ２が閉鎖しているために二次空気が排気マニホルド４側から逆流することはなく、比較的高温の排ガスが下流側の制御弁Ｖ２を超えて電動エアポンプ９側に流入するのを避けることができる。次いで、ステップ６１１においてＡＩ制御を完了して処理を終了する。
【００４０】
本実施形態の場合には、上流側の制御弁Ｖ１に加えて下流側の制御弁Ｖ２を採用しているために、二次空気供給装置３０がフェールセーフとしての機能を有することが可能となる。すなわち、本実施形態における図９のステップ６１８において制御弁Ｖ２閉鎖命令を出したものの、実際には制御弁Ｖ２が閉鎖されていない場合もありうる。ところが、本発明においては、このような場合であっても、上流側の制御弁Ｖ１をステップ６２０において閉鎖してから、ステップ６２１において電動エアポンプ９を不作動にしているので、排ガスが二次空気供給装置３０に逆流するのを確実に防止することができる。制御弁Ｖ１が実際に閉鎖されていない場合にも同様に、制御弁Ｖ２によって排ガスが二次空気供給装置３０に逆流するのを防止することができる。
【００４１】
再び図６を参照すると、図６における実線Ｘ２は図７に示される第二の実施形態に基づく二次空気供給装置３０を使用した場合を示している。図６に示されるように、第二の実施形態に基づく二次空気供給装置３０を使用した場合には、同一の電圧に対する流量が、第一の実施形態に基づく実線Ｘ１の場合よりは低いものの、リード弁ＶＲを搭載した従来技術の場合よりは高くなっていることが分かる。つまり、第二の実施形態に基づく二次空気供給装置３０を採用した場合には、電動エアポンプ９の容量が従来技術の場合よりも小さいもので足りる。そして、本発明の場合にはリード弁ＶＲを排除しているために部品の種類も少なくなっている。このようなことにより、本発明においては、二次空気供給装置３０全体を小型化できるので二次空気供給装置３０を自動車などに容易に搭載することが可能となると共に、本発明の二次空気供給装置３０の場合には従来技術の場合よりもコストダウンを図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。
【図２】（ａ）本発明における制御弁の第一の閉鎖判定動作を示すフローチャートである。（ｂ）時間と圧力との関係を示す概念図である。
【図３】（ａ）本発明における制御弁の第二の閉鎖判定動作を示すフローチャートである。（ｂ）時間と圧力との関係を示す概念図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】エアポンプの電圧と流量との関係を示す図である。
【図７】本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置の動作ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】従来技術に基づく二次空気供給装置の概念図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…内燃機関
２…エアクリーナ
３…吸気管
４…排気マニホルド
５…触媒コンバータ
７…排気管
９…電動エアポンプ
２１…空気取入管
２２…二次空気供給管
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ…分岐管
３０…二次空気供給装置
３３…圧力センサ
Ａ…圧力
Ｖ１…制御弁
Ｖ１、Ｖ２…制御弁
【図１】
2005226569.tif 000003
【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】
2005226569.tif 000008
【図７】
2005226569.tif 000009
【図８】
2005226569.tif 000010
【図９】
2005226569.tif 000011
【図１０】
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