(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路に配置される排気浄化装置より上流側に連なる２次空気供給通路を介して２次空気を供給する２次空気供給システムにおいて、前記２次空気供給通路内に配置される逆止弁より上流側で該２次空気供給通路の開閉状態を切り替える２次空気供給通路開閉弁であって、
開閉弁本体は、弁体の上流室内に開口して圧力センサへと連なる導通路を入口ポートとは別に備えている２次空気供給通路開閉弁。
【請求項２】
前記導通路は、前記上流室内で前記弁体をはさんで前記入口ポートとは略反対の位置に開口している請求項１記載の２次空気供給通路開閉弁。
【請求項３】
前記導通路は、前記開閉弁の取付状態において前記開閉弁本体から水平よりも上向きに延びている請求項１または２に記載の２次空気供給通路開閉弁。
【請求項４】
前記導通路の先端が前記弁体近傍へ突出して配置されている請求項２または３に記載の２次空気供給通路開閉弁。
【請求項５】
前記逆止弁がさらに一体化されている請求項１〜４のいずれかに記載の２次空気供給通路開閉弁。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の２次空気供給通路開閉弁と、前記導通路に接続される圧力センサと、前記開閉弁の上流に配置されるエアポンプと、前記開閉弁の下流に配置される逆止弁からなる２次空気供給システムの故障診断装置であって、
前記エアポンプ停止かつ前記開閉弁の閉止制御時において前記圧力センサによって検出した圧力脈動を基にして前記開閉弁の異常を検出する異常検出部を備えている２次空気供給システムの故障診断装置。
【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配置される排気浄化装置の上流側に２次空気を供給する２次空気供給システムで用いられる開閉弁とこれを用いた２次空気供給システムの故障診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、排気系に三元触媒を配置し、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分を低減して浄化を図る装置が知られている。さらに、排気管に接続された開閉弁を有する２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、排気管内に２次空気を供給して酸素濃度を高くして、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させることにより排気ガスの浄化を促進する技術が知られている。
【０００３】
このような２次空気供給システムにおいて、エアポンプや開閉弁といった構成部品に異常が生じると、排気ガスの浄化効率が低下してしまい、エミッションが悪化するため、その異常を早期に判定する必要がある。そこで、この種の異常を検出する技術として、特開平９−２１３１２号公報や特開平９−１２５９４５号公報に開示されている技術が知られている。
【０００４】
前者は、２次空気供給通路のエアポンプと開閉弁との間に圧力センサを配置し、検出した圧力値を基にして２次空気供給装置の異常を検出するものである。また、後者は、２次空気供給通路に圧力センサを配置し、検出した圧力脈動の最大値と最小値との差を基にして２次空気供給装置の異常を検出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようにエアポンプと開閉弁との間に圧力センサを配置する場合、開閉弁が全開のままで閉じなくなったような大開故障については、検出が容易であるが、開閉弁の弁体に比較的小さな異物が挟まったような小開故障の場合には、検出が困難である。なぜなら、小開故障においては、正常時（閉止時）との圧力差が小さいためであり、このような小開故障を判定するために閾値を小さくすると、エアポンプの吐出圧の変動によっては開閉弁が正常であるにもかかわらず、開閉弁を異常と誤判定してしまうおそれがあるからである。
【０００６】
そこで本発明は、こうした小開故障についても正確な検出を可能とした構成の２次空気供給通路開閉弁およびそれを用いた２次空気供給システムの故障診断装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る２次空気供給通路開閉弁は、内燃機関の排気経路に配置される排気浄化装置より上流側に連なる２次空気供給通路を介して２次空気を供給する２次空気供給システムにおいて、２次空気供給通路内に配置される逆止弁より上流側でこの２次空気供給通路の開閉状態を切り替える２次空気供給通路開閉弁であって、開閉弁本体は、弁体の上流室内に開口して圧力センサへと連なる導通路を入口ポートとは別に備えているものである。
【０００８】
本発明に係る２次空気供給システムの故障診断装置は、本発明に係る２次空気供給通路開閉弁と、その導通路に接続される圧力センサと、開閉弁の上流に配置されるエアポンプと、開閉弁の下流に配置される逆止弁からなる２次空気供給システムの故障診断装置であって、圧力センサによって検出したエアポンプ停止時の圧力脈動を基にして開閉弁の異常を検出する異常検出部を備えているものである。
【０００９】
開閉弁の弁体に小異物を挟み込んだような小開異常の場合、弁体近傍の上流室部分内部の圧力は、上流側と下流側とが導通したことにより、下流側の排気脈動の影響を受けるが、この脈動は弁体から離れるにしたがって減衰するため、開閉弁の外部においては検出が困難であった。本発明に係る開閉弁は、上流室から圧力センサへと連なる導通路を入口ポートとは別に設けることで、この圧力脈動を検出することを可能としているので、従来検出が困難であった小開異常の場合も正確に検出することができる。さらに、脈動の大きさによって開弁の異常レベルの判定も可能となる。
【００１０】
導通路は、上流室内で弁体をはさんで入口ポートとは略反対の位置に開口していることが好ましい。開閉弁の入口ポートから弁体に至る流路から離れた位置に導通路を開口させることで、上流室内の流動に左右されない圧力検出が可能となり、正確な判定が可能となる。
【００１１】
導通路は、開閉弁の取付状態において開閉弁本体から水平よりも上向きに延びていることが好ましい。このように構成すると、導通路内への凝縮水の侵入を抑制するとともに、侵入した場合は排出しやすくなるため、寒冷時の機関停止時における凝縮水の導通路内での凍結を抑制して、誤判定を効果的に防止することができる。
【００１２】
この導通路の先端は、弁体近傍へ突出して配置されていることが好ましい。これにより、より小さい脈動の検出を可能として、判定可能な異常レベルを拡大することができる。
【００１３】
逆止弁をさらに一体化させると、システムの組み立てが容易になるほか、圧力脈動の個体差が少なくなるので検出精度を向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係る２次空気供給通路開閉弁を備える２次空気供給システムの概略構成図であり、図２は、本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第１の実施形態を示す断面図である。
【００１６】
この２次空気供給装置（以下ＡＩ供給装置と呼ぶ。）１は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）２に取り付けられるものである。ここで、エンジン２には吸気管２０と排気管２１とが接続されており、吸気管２０上には、スロットル２４が配置され、吸気フィルタ２５へと接続されている。一方、排気管２１下流には、三元触媒からなる排気浄化装置２２が配置されてている。
【００１７】
ＡＩ供給装置１は、吸気管２０の吸気フィルタ２５とスロットル２４との間の位置と排気管２１のエンジン２と排気浄化装置２２との間を接続する２次空気（ＡＩ）供給通路１１を備えており、このＡＩ供給通路１１上に電気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）１２が配置され、その下流に本発明に係る２次空気供給通路開閉弁（以下、端に開閉弁と称する）１３が配置される。この開閉弁１３には圧力センサ１５が接続されている。この開閉弁１３には、吸気管２０のスロットル２４下流から延びる配管１６が接続されており、この配管１６にはさらに電磁式の三方弁１７が配置されている（説明の便宜上、配管１６を三方弁１７部分で二分し、吸気管２０側を符号１６ａで、開閉弁１３側を符号１６ｂで表す）。三方弁１７は通路１８、エアフィルタ１９を介して外気へと接続される。
【００１８】
ここで、開閉弁１３は逆止弁を一体化させたもので、図２に示されるように、本体１３０内が４つの空気室１３０ａ〜１３０ｄに区分されている。空気室１３０ａと空気室１３０ｂの間には、ダイヤフラム１３１が、空気室１３０ｂの空気室１３０ｃとの連結穴部分には弁体１３３が、空気室１３０ｄの空気室１３０ｃとの連結穴部分には逆止弁となるリード弁体１３４がそれぞれ配置されており、弁体１３３はロッド１３３ａによってダイヤフラム１３１に直結されている。リード弁体１３４は、板バネ部１３４ａと弁本体１３４ｂからなり、板バネ部１３４ａが弁本体１３４ｂを所定の力で本体１３０の弁座部分に押しつけている。
【００１９】
空気室１３０ａは、接続ポート１３５を介して配管１６ｂに接続され、その内部には、ダイヤフラム１３１を空気室１３０ｂ側へと押しつけるスプリング１３２が配置されている。空気室１３０ｂの側面には入口ポート１３６が設けられ、ＡＰ１２に繋がるＡＩ供給通路１１に接続される。そして、これと対向する側面には、導通路１３７が設けられ、チューブ１３８を介して圧力センサ１５が取り付けられている。チューブ１３８は車両搭載時に水平から上向きに屈曲するよう配置される。空気室１３０ｄの下端には出口ポート１３９が設けられ、排気管２１へ繋がるＡＩ供給通路１１に接続される。
【００２０】
ＡＩ供給装置１の動作を制御する制御装置１０は、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２３と相互に情報をやりとりできるよう電気的に接続されているほか、圧力センサ１５の出力信号が入力されるとともに、ＡＰ１２のモータ駆動と三方弁１７の開閉を制御する。この制御装置は、本発明に係る２次空気供給システムの故障診断装置の異常検出部を兼ねる。なお、制御装置１０は、エンジンＥＣＵ２３の一部をなしていてもよい。
【００２１】
このＡＩ供給装置１は、主として冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、排気浄化装置２２が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態において、制御装置１０がエアポンプ１２を駆動させるとともに、三方弁１７により配管１６ａと配管１６ｂを連通させて吸気管２０内の負圧を開閉弁１３の空気室１３０ａへと導く。開閉弁１３においては、空気室１３０ｂ側の圧力が空気室１３０ａ側の圧力より高くなり、ダイヤフラム１３１が空気室１３０ａ側へ移動することで、これに接続された弁体１３３が図２の上方向へと移動し、空気室１３０ｂと１３０ｃとを連通させる。さらに、排気管２１側も負圧となるため、空気室１３０ｃ側の圧力が空気室１３０ｄ側の圧力より高くなるため、リード弁体１３４が空気室１３０ｄ側へと押し出され、空気室１３０ｃと１３０ｄも連通される。この結果、吸気フィルタ２５を通過した空気の一部（２次空気）がＡＩ供給通路１１を介して排気管２１内へと導かれる。これにより、排気中の酸素濃度を上昇させて、そのＡ／Ｆを上げ、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２１における２次燃焼を促して排気の浄化を図るとともに、排気温度を上昇させることで排気浄化装置（三元触媒）２２の昇温を促進することによりエミッションの悪化を抑制する。
【００２２】
ＡＩ供給停止時には、制御装置１０は、ＡＰ１２を停止させ、開閉弁１３を閉弁する。具体的には、三方弁１７が通路１８と配管１６ｂとを連通させるよう制御することで、エアフィルタ１９、通路１８、配管１６ｂを介して開閉弁１３の空気室１３０ａに外気を導入し、空気室１３０ａ内の圧力を大気圧とし、スプリング１３２によって弁体１３３を本体１３０の弁座に押しつけて空気室１３０ｂと１３０ｃとの連通を遮断する。
【００２３】
このＡＩ供給装置１は、構成部品すなわち、ＡＰ１２、開閉弁１３等の異常を圧力センサ１５で検出した圧力挙動を用いて検出する機能を備えている。具体的にはまず、ＡＩシステム停止時、つまりＡＰ１２を停止させ、開閉弁１３が閉じた状態で圧力センサ１５で圧力値Ｐの脈動量を検出する。図３はこの脈動を示すグラフである。以下、ＡＰ１２については制御した通りに作動しているものとする。
【００２４】
開閉弁１３の弁体１３３が空気室１３０ｂと１３０ｃとの連通を完全に遮断していれば、圧力センサ１５で検出される圧力はほぼ大気圧になるはずである。これに対して、図２に示されるように異物１４が弁体１３３と弁座との間に存在するいわゆる噛み込みが起こった場合には、空気室１３０ｂと空気室１３０ｃとが連通されるため、排気管２１内の脈動が伝えられる。リード弁体１３４が正常に機能していれば、排気管２１側、つまり空気室１３０ｄの圧力が空気室１３０ｃより高い場合には、空気室１３０ｃと１３０ｄの連通が遮断されるので、異物１４の大きさによって圧力センサ１５で検出される圧力値Ｐは図３（ａ）で示されるように脈動する。
【００２５】
さらに、リード弁体１３４が故障して、空気室１３０ｃと１３０ｄが常時連通する開故障が起こった場合には、排気管２１内の脈動が空気室１３０ｂへと伝えられるため、圧力センサ１５で検出される圧力値Ｐは図３（ｂ）で示されるように脈動する。このようにして圧力値Ｐの脈動の状態から弁体１３３およびリード弁体１３４の異常を判別することができる。特に、従来は判別しにくかった小さな異物の詰まりを正確に判定できるほか、脈動の大きさによって開異常の程度、つまり異物の大小まで推定することができる。
【００２６】
排気管２１内の脈動は排気管２１から遠ざかるに連れて減衰する。本発明に係る開閉弁１３は、空気室１３０ｂ部分から導通路１３７を直接引き出して圧力センサ１５で圧力を測定しているので、開閉弁１３より上流側の配管１１内の圧力を検出する場合に比べて、脈動幅の大きいまま圧力を測定することができ、高精度で脈動を検出することができる。特に、弁体１３３をはさんで入口ポート１３６に対向する側から圧力を取り出すことで正確な検出が可能となる。さらに、車両に搭載した際に、圧力センサ１５に至る導通路１３７とチューブ１３８が水平から上向きになるよう配置することで排気管２１側から凝縮水がこの導通路１３７およびチューブ１３８内に侵入した場合でも、その排出を容易にし、エンジン２停止時における凍結を予防して正確な測定が行える。
【００２７】
図４〜図６は、本発明に係る開閉弁１３の第２〜第４の実施形態をそれぞれ示す構成図である。いずれの実施形態も図２に示される第１の実施形態と基本構成は同一であって、導通路１３７およびチューブ１３８の構成のみが相違する。
【００２８】
図４に示される第２の実施形態では、導通路１３７自体を、車両に搭載した際に水平ではなく斜め上向きに延びるよう形成するとともに、チューブ１３８への接続部分にテーパー部１３７ａを設けることで、凝縮水の導通路１３７への侵入を抑制し、万一侵入した際でもその排出が容易な構成としている。
【００２９】
図５に示される第３の実施形態では、導通路１３７を、Ｌ字型に形成し、上向きに延びる部分でチューブ１３８と接続している。この形態でも第２の実施形態と同様に、チューブ１３８への接続部分にテーパー部１３７ａを設けている。これにより、導通路１３７とチューブ１３８のつなぎ目部分へ凝縮水がたまりにくくなり、万一侵入した際の排出が容易になる。
【００３０】
図６に示される第４の実施形態では、第２の実施形態における導通路１３７を空気室１３０ｂ内へ延ばし、その先端１３７ｂを弁体１３３の近傍に配置している。このように配置すると、弁体１３３の近傍付近の圧力脈動を把握することができるため、微小な異物の噛み込みでも検出することが可能となる。
【００３１】
また、図７に示されるように、開閉弁１３の上流側の弁をダイヤフラム式ではなく、電磁弁とする構成をとってもよい。この場合には、弁体１３３を空気室１３０ｂ部分に配置して、図で上に移動するときに開く構成とするほか、弁体１３３を空気室１３０ｃ部分に配置して、下に移動するときに開く構成としてもよい。さらに、逆止弁を一体化するのではなく、開閉弁１３と別に設けてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、２次空気供給システム中の開閉手段である開閉弁の弁体の上流側の空気室内の圧力をより正確に測定できるので、エアポンプ停止、開閉弁閉制御時におけるこの部分の圧力脈動を基にして、例えば弁体への異物の詰まりといった従来は判別しにくかった異常も正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁を備える２次空気供給システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第１の実施形態を示す断面図である。
【図３】異常検出で用いる圧力脈動を示すグラフである。
【図４】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第３の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第４の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る２次空気供給通路開閉弁の第５の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１…２次空気供給装置、２…エンジン、１０…制御装置、１１…２次空気供給通路、１２…エアポンプ、１３…２次空気供給通路開閉弁、１４…異物、１５…圧力センサ、１６…配管、１７…三方弁、１８…通路、１９…エアフィルタ、２０…吸気管、２１…排気管、２２…排気浄化装置、２３…エンジンＥＣＵ、２４…スロットル、２５…吸気フィルタ、１３０…本体、１３０ａ〜１３０ｄ…空気室、１３１…ダイヤフラム、１３２…スプリング、１３３…弁体、１３４…リード弁体、１３５…接続ポート、１３６…入口ポート、１３７…導通路、１３８…チューブ、１３９…出口ポート。
【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】
0004075446.tif 000006
【図６】
0004075446.tif 000007
【図７】
0004075446.tif 000008