JP2005330929A - ２次空気供給装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次空気の供給条件で２次空気の供給を停止させる必要なく、異常の有無を診断できる診断装置を提供する。
【解決手段】 ２次空気の供給開始タイミングの前に、カットバルブを閉じた状態で電動エアポンプを動作させ、２次空気供給管内の圧力が上昇しない場合には、電動エアポンプの吐出量低下及び／又はカットバルブの開固着が発生していると診断する。一方、所期の圧力上昇を示した場合には、通常の２次空気供給開始タイミングを待ってカットバルブを開制御し、２次空気供給管内の圧力が低下しない場合には、カットバルブの閉固着を診断する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気管に対して加圧手段で空気を加圧して供給する２次空気供給装置の診断装置に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気管に対して２次空気を供給することで、触媒の早期活性や排気管内での後燃えによるＨＣの低減を図る内燃機関の２次空気供給装置を診断する診断装置の開示がある。
前記診断装置は、２次空気の供給を一時的に停止させ、該停止前後における吸気管内圧力又は吸入空気量の変化に基づいて異常の有無を診断する構成である。
特開平０５−３２１６５６号公報

しかし、上記従来の診断装置では、２次空気の供給条件で一時的に２次空気の供給を停止するため、本来の２次空気を供給することで得られる効果（触媒昇温，ＨＣ低減）を損ねることになってしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、２次空気の供給条件で２次空気の供給を停止させる必要なく、異常の有無を診断できる２次空気供給装置の診断装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、内燃機関の排気管に対して加圧手段で空気を加圧して供給する２次空気供給装置の診断装置であって、前記加圧手段と前記排気管との間の２次空気供給管に介装されるカットバルブと、該カットバルブと前記加圧手段との間の２次空気供給管内における圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記カットバルブの閉制御状態で前記加圧手段による加圧を行なわせたときの前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記２次空気供給装置の異常の有無を診断する構成とした。

かかる構成によると、カットバルブを閉じることで、加圧手段からの空気が閉塞空間に供給されることになり、カットバルブ及び加圧手段が正常に機能していれば、加圧手段とカットバルブとの間の２次空気供給管内における圧力が上昇することになり、所期の圧力上昇を示さない場合には、カットバルブの開固着及び／又は加圧手段の故障（吐出流量低下）が推定されることになる。

上記診断装置では、２次空気を実際に機関に供給する必要はなく、２次空気を機関に供給する条件ではないときに、カットバルブを予め閉制御しておいて、その後加圧手段を動作させれば診断を行なえるので、２次空気を通常に供給させつつ診断を行なわせることができる。
請求項２記載の発明では、前記カットバルブの閉制御状態で前記加圧手段による加圧を行なわせたときの前記圧力検出手段の検出結果が正常値を示したときに、前記カットバルブを開制御し、このときの前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記カットバルブにおける異常の有無を診断する構成とした。

かかる構成によると、カットバルブの閉制御状態で加圧手段による加圧を行なわせ、所期の圧力上昇が得られると、続いてカットバルブを開制御することで、圧力低下を発生させるようにするが、圧力が所期の低下を示さない場合には、カットバルブが開制御に対応して開動作しなかったことになり、カットバルブの閉固着が推定されることになる。
従って、加圧手段が正常であっても、カットバルブの閉固着によって機関に２次空気を供給できなくなっている状態を診断できる。

請求項３記載の発明は、内燃機関の排気管に対して加圧手段で空気を加圧して供給する２次空気供給装置の診断装置であって、前記加圧手段と前記排気管との間の２次空気供給管に介装されるカットバルブと、該カットバルブと前記加圧手段との間の２次空気供給管内における圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記カットバルブの閉制御状態でかつ前記加圧手段による加圧を行なわない状態での前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記２次空気供給装置の異常の有無を診断する構成とした。

かかる構成によると、カットバルブを閉制御している状態であっても、加圧手段が正常にその動作を停止している状態であれば圧力上昇を示すことはなく、圧力上昇が発生した場合には、加圧手段が制御状態とは無関係に空気の加圧を行なう異常が発生しているものと判断される。
従って、機関に対する２次空気の供給を停止させることなく、本来の２次空気の供給停止条件で、加圧手段の異常を診断できる。

請求項４記載の発明では、請求項２の構成において、前記カットバルブの閉制御状態での診断を機関の始動から２次空気の供給開始前までの間に行なわせ、前記カットバルブの診断用の開制御を２次空気の供給開始タイミングに同期させて行なう構成とした。
かかる構成によると、正常であれば、機関に対する２次空気の供給が行なわれない診断を、機関の始動から２次空気の供給開始前までの間に行なわせることで、本来の２次空気の供給制御に影響を与えることを回避し、また、診断用にカットバルブを開制御することで機関の２次空気が供給されることになる診断は、本来の２次空気の供給開始に同期して行なわせることで、診断に伴う２次空気の供給が本来の２次空気供給条件で行なわれるようにする。

従って、診断用に２次空気の供給が停止されることがなく、また、２次空気を供給する条件ではないのに、診断のために２次空気が供給されてしまうことを回避できる。
請求項５記載の発明では、請求項１又は２の構成において、機関における減速燃料カット状態において前記診断を行なう構成とした。
かかる構成によると、減速燃料カット状態で、燃焼室からのＨＣの排出がなく、機関が空気ポンプとして作用する条件であれば、診断のための２次空気の供給・停止が排気性状等に大きく影響することがなく行なえる。

図１は、実施形態における内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関１には、スロットルバルブ２，吸気コレクタ３，吸気マニホールド４，吸気ポート５，吸気バルブ６を介して空気が吸引される。
また、各気筒の吸気ポート５には、燃料噴射弁７が設けられており、該燃料噴射弁７から噴射される燃料と空気とによって、燃焼室内に混合気が形成される。

前記燃焼室内の混合気は、点火プラグ８による火花点火によって燃焼し、燃焼排気は、排気バルブ９，排気ポート１０，排気マニホールド１１，排気管１２を介して大気中に排出される。
前記排気管１２には、排気中の有害成分を浄化する触媒コンバータ１３（三元触媒）が介装されている。

また、前記内燃機関１には、２次空気供給装置１５が設けられている。
前記２次空気供給装置１５は、加圧手段としての電動エアポンプ１６と、該電動エアポンプ１６の吐出口と前記触媒コンバータ１３上流側の排気管１２とを連通させる２次空気供給管１７と、該２次空気供給管１７の途中に介装される電制カットバルブ１８と、前記電動エアポンプ１６の吸込口に装着されるエアクリーナ１９とで構成される。

前記電動エアポンプ１６のＯＮ・ＯＦＦ及び前記電制カットバルブ１８の開閉は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと略す）２０によって制御される。
前記ＥＣＵ２０には、機関１の回転速度を検出する機関回転センサ２２，機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ３１，機関１の冷却水温度を検出する温度センサ２４からの検出信号が入力されると共に、イグニッションスイッチ２５のＯＮ・ＯＦＦ信号が入力される。

前記ＥＣＵ２０は、キースイッチのＯＮから所定の遅延時間が経過した時点から所定時間において、前記電動エアポンプ１６をＯＮすると共に、前記電制カットバルブ１８をデューティ制御することで、触媒コンバータ１３の上流側に供給する２次空気量（酸素量）を調整し、これによりＨＣ，ＣＯの酸化を図り、始動直後における排気性能を向上させる。

２次空気の供給を行わない条件では、前記電制カットバルブ１８を全閉に制御することで、排気が電動エアポンプ１６側に逆流することを防止する。
また、前記ＥＣＵ２０は、前記２次空気供給装置１５の故障診断を行うようになっており、該故障診断のために、電動エアポンプ１６と電制カットバルブ１８との間の２次空気供給管１７に、２次空気供給管１７内の圧力を検出する圧力センサ２１（圧力検出手段）が設けられている。

そして、前記ＥＣＵ２０は、前記圧力センサ２１を用いて、図２，図３のフローチャートに示すようにして、前記２次空気供給装置１５の故障診断を行う。
図２，図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、始動時の水温が、２次空気の供給を行なう温度条件になっていたか否かを判別する。
２次空気の供給を行なう始動時水温条件を満たしていた場合には、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、２次空気の供給を開始させるタイミングの所定時間前であるか否かを判別する。
本実施例では、キースイッチのＯＮから所定時間後に２次空気の供給を開始させる構成としてあり、前記ステップＳ２では、キースイッチのＯＮからの経過時間が、２次空気の供給を開始させるタイミングの所定時間前に相当するか否かを判別する。

そして、２次空気の供給を開始させるタイミングの所定時間前になると、ステップＳ３へ進み、カットバルブ１８を閉制御し、更に、次のステップＳ４では、前記電動エアポンプ１６の作動を開始させる。
尚、ステップＳ３でカットバルブ１８を閉制御することで、排気管１２への２次空気の供給が行なえないことになるが、２次空気供給の開始時期よりも前に、カットバルブ１８を閉じた状態の診断を行なわせるので、２次空気の供給が要求される条件で、診断のために２次空気の供給が停止されることがない。

カットバルブ１８を閉じると、電動エアポンプ１６の下流側の２次空気供給管１７が閉塞される結果、電動エアポンプ１６を作動させると、電動エアポンプ１６とカットバルブ１８との間の２次空気供給管１７内が加圧されることになる。
そして、カットバルブ１８が実際に閉じていて、かつ、電動エアポンプ１６が実際に動作していれば、圧力センサ２１で検出される圧力が上昇変化を示すことになる。

そこで、ステップＳ５では、カットバルブ１８を閉制御し、電動エアポンプ１６の作動を開始させた結果、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上になったか否かを判別する。
尚、前記圧力センサ２１で２次空気供給管１７内の圧力を検出する代わりに、電動エアポンプ１６の駆動負荷（駆動電流）を検出し、該駆動負荷から２次空気供給管１７内の圧力を検出させることができる。

ステップＳ５で、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上にならないと判別されたときには、ステップＳ６へ進み、電動エアポンプ１６の吐出量の低下及び／又はカットバルブ１８の開固着異常が発生していると診断する。
電動エアポンプ１６の吐出量の低下には、所期の吐出量よりも低下している状態の他、電動エアポンプ１６が実際には動作せずに吐出量が０である状態を含む。

電動エアポンプ１６の吐出量が低下する異常が発生すると、カットバルブ１８によって２次空気供給管１７が閉塞されていても、圧力センサ２１で検出される圧力の上昇が鈍り、また、カットバルブ１８の開固着している場合には、電動エアポンプ１６が正常な吐出量で動作していても、圧力センサ２１で検出される圧力が上昇しないので、ステップＳ６では、電動エアポンプ１６の吐出量の低下及び／又はカットバルブ１８の開固着異常が発生していると診断する。

一方、ステップＳ５で、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上になったと判別されたときには、ステップＳ７へ進み、少なくとも電動エアポンプ１６は必要な２次空気流量を供給し得る状態であると判断する。
圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上になるためには、カットバルブ１８が閉じていて、かつ、電動エアポンプ１６の吐出量が正常である必要があるが、カットバルブ１８の閉状態は、開動作が不能な閉固着状態である可能性がある。

そこで、カットバルブ１８が閉固着しているか否かを診断するために、ステップＳ８以降へ進む。
まず、ステップＳ８では、２次空気の供給開始タイミングになったか否かを判別し、２次空気の供給開始タイミングになった時点で、ステップＳ９へ進む。
ステップＳ９では、前記カットバルブ１８を開制御する。

カットバルブ１８を閉じた状態で電動エアポンプ１６の作動を開始させた結果、カットバルブ１８と電動エアポンプ１６との間の２次空気供給管１７内の圧力が上昇しているから、カットバルブ１８が実際に開動作すると、２次空気供給管１７の閉塞状態が開放される結果、圧力の低下を生じることになる。
そこで、ステップＳ１０では、カットバルブ１８の開制御に伴って、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）以下に低下したか否かを判別する。

そして、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２以下に低下した場合には、カットバルブ１８が閉じた状態から実際に開いたことになるから、ステップＳ１１へ進んで、カットバルブ１８が正常であると判定する。
ここで、カットバルブ１８が正常に開動作することで、２次空気が排気管１２に供給されることになるが、２次空気の供給開始タイミングに同期してカットバルブ１８が開くので、通常の２次空気供給条件で２次空気が供給され、２次空気の供給を停止すべき条件で２次空気が供給されてしまうことがない。

一方、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２以下に低下せず、カットバルブ１８と電動エアポンプ１６との間の２次空気供給管１７内に圧力が閉じ込められている場合には、カットバルブ１８が開制御に対して実際には開動作せず、閉状態を保持しているものと判断して、ステップＳ１２でカットバルブ１８の閉固着故障を判定する。
ステップＳ１３では、上記診断の結果を記憶する。

尚、診断結果を記憶すると共に、故障診断時には２次空気供給制御を停止するなどのフェイルセーフを実行することができる。
一方、前記ステップＳ１で、２次空気の供給を行なう始動時水温条件を満たしていなかったと判断されたときには、ステップＳ１４へ進む。
ステップＳ１４では、診断を許可する運転領域（機関負荷・機関回転速度）に該当しているか否かを判別する。

そして、診断を許可する運転領域に該当する場合には、ステップＳ１５へ進み、減速燃料カット中であるか否かを判別する。
本実施形態の内燃機関１では、スロットル全閉でかつ機関回転速度が所定回転速度以上である減速運転時に、燃料噴射弁７による燃料噴射を強制的に停止する減速燃料カットを実行するようになっており、前記ステップＳ１５では、前記減速燃料カットによって燃料噴射が停止されている状態であるか否かを判定する。

診断を許可する運転領域でかつ減速燃料カット中であるときには、ステップＳ１６へ進み、前記カットバルブ１８を閉制御する。
次のステップＳ１７では、前記電動エアポンプ１６の作動を開始させる。
尚、ステップＳ１６でカットバルブ１８を閉制御することで、排気管１２への２次空気の供給が行なえないことになるが、減速燃料カット中は２次空気の供給条件ではないので、診断のために２次空気の供給が停止されることがない。

ステップＳ１８では、カットバルブ１８を閉制御し、電動エアポンプ１６の作動を開始させた結果、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上になったか否かを判別する。
ステップＳ１８で、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上にならないと判別されたときには、ステップＳ１９へ進み、電動エアポンプ１６の吐出量の低下及び／又はカットバルブ１８の開固着異常が発生していると診断する。

一方、ステップＳ１８で、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ１以上になったと判別されたときには、ステップＳ２０へ進み、少なくとも電動エアポンプ１６は必要な２次空気流量を供給し得る状態であると判断する。
続いて、カットバルブ１８が閉固着しているか否かを診断するために、ステップＳ２１以降へ進む。

まず、ステップＳ２１では、前記カットバルブ１８を開制御する。
カットバルブ１８を閉じた状態で電動エアポンプ１６の作動を開始させた結果、カットバルブ１８と電動エアポンプ１６との間の２次空気供給管１７内の圧力が上昇しているから、カットバルブ１８が実際に開動作すると、２次空気供給管１７の閉塞状態が開放される結果、圧力の低下を生じることになる。

尚、カットバルブ１８が開くことで、排気管１２に２次空気が供給されることになるが、減速燃料カット中は機関から空気が排出されることになるから、それに２次空気が加わっても運転性に悪影響を与えることはない。
ステップＳ２２では、カットバルブ１８の開制御に伴って、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）以下に低下したか否かを判別する。

そして、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２以下に低下した場合には、カットバルブ１８が閉じた状態から実際に開いたことになるから、ステップＳ２３へ進んで、カットバルブ１８が正常であると判定する。
一方、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ２以下に低下せず、カットバルブ１８と電動エアポンプ１６との間の２次空気供給管１７内に圧力が閉じ込められている場合には、カットバルブ１８が開制御に対して実際には開動作せず、閉状態を保持しているものと判断して、ステップＳ２４でカットバルブ１８の閉固着故障を判定する。

ステップＳ２５では、上記診断の結果を記憶する。
図４のフローチャートは、停止制御が機能せずに電動エアポンプ１６が動作し続ける故障を診断する処理を示す。
図４のフローチャートに示す診断処理は、前記図２，図３のフローチャートに示した診断処理と並行して実行させるようにしても良いし、図４のフローチャートに示す診断処理のみを単独で実行させても良い。

図４のフローチャートにおいて、ステップＳ３１では、２次空気を供給する条件に該当しないか否かを判別する。
そして、２次空気の供給条件でないときに、ステップＳ３２へ進む。
ステップＳ３２では、カットバルブ１８を閉制御する。
次のステップＳ３３では、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ３以下であるか否かを判別する。

ここで、カットバルブ１８を閉制御したが、電動エアポンプ１６の動作（加圧）を開始させていないので、閉塞された２次空気供給管１７内が加圧されることはなく、正常時であれば、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ３以下となる。
従って、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ３以下であると判断されたときには、ステップＳ３４へ進み、２次空気が過剰供給される異常はないと判断する。

一方、圧力センサ２１で検出される圧力が所定圧Ｐ３を超える場合には、電動エアポンプ１６が、停止制御に関わらずに動作し続けているために、閉塞された２次空気供給管１７内が加圧されたものと判断し、ステップＳ３５で、２次空気の過剰供給異常の発生を判定する。
ステップＳ３６では、診断結果を記憶する。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１又は２記載の２次空気供給装置の診断装置において、
前記加圧手段が電動エアポンプであり、前記圧力検出手段が、前記２次空気供給管内の圧力を前記電動エアポンプの駆動電流に基づいて検出することを特徴とする２次空気供給装置の診断装置。

かかる構成によると、電動エアポンプを動作させて加圧したときの圧力を、電動エアポンプの駆動電流から推定するので、圧力センサを用いることなく診断を行なえる。

実施形態における内燃機関のシステム構成図。 ２次空気供給装置の診断の第１実施形態を示すフローチャート。 ２次空気供給装置の診断の第１実施形態を示すフローチャート。 ２次空気供給装置の診断の第２実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１…内燃機関，２…スロットルバルブ，３…吸気コレクタ，４…吸気マニホールド，５…吸気ポート，６…吸気バルブ，７…燃料噴射弁，８…点火プラグ，９…排気バルブ，１０…排気ポート，１１…排気マニホールド，１２…排気管，１３…触媒コンバータ，１５…２次空気供給装置，１６…電動エアポンプ，１７…２次空気供給管，１８…電制カットバルブ，１９…エアクリーナ，２０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ），２１…圧力センサ，２２…機関回転センサ，２４…温度センサ，２５…イグニッションスイッチ，３１…エアフローメータ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気管に対して加圧手段で空気を加圧して供給する２次空気供給装置の診断装置であって、
   前記加圧手段と前記排気管との間の２次空気供給管に介装されるカットバルブと、該カットバルブと前記加圧手段との間の２次空気供給管内における圧力を検出する圧力検出手段とを備え、
   前記カットバルブの閉制御状態で前記加圧手段による加圧を行なわせたときの前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記２次空気供給装置の異常の有無を診断することを特徴とする２次空気供給装置の診断装置。
2. 前記カットバルブの閉制御状態で前記加圧手段による加圧を行なわせたときの前記圧力検出手段の検出結果が正常値を示したときに、前記カットバルブを開制御し、このときの前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記カットバルブにおける異常の有無を診断することを特徴とする請求項１記載の２次空気供給装置の診断装置。
3. 内燃機関の排気管に対して加圧手段で空気を加圧して供給する２次空気供給装置の診断装置であって、
   前記加圧手段と前記排気管との間の２次空気供給管に介装されるカットバルブと、該カットバルブと前記加圧手段との間の２次空気供給管内における圧力を検出する圧力検出手段とを備え、
   前記カットバルブの閉制御状態でかつ前記加圧手段による加圧を行なわない状態での前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記２次空気供給装置の異常の有無を診断することを特徴とする２次空気供給装置の診断装置。
4. 前記カットバルブの閉制御状態での診断を機関の始動から２次空気の供給開始前までの間に行なわせ、前記カットバルブの診断用の開制御を２次空気の供給開始タイミングに同期させて行なうことを特徴とする請求項２記載の２次空気供給装置の診断装置。
5. 機関における減速燃料カット状態において前記診断を行なうことを特徴とする請求項１又は２記載の２次空気供給装置の診断装置。

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