JP2005351198A - 二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の二次空気供給装置においてエアポンプ下流の弁が閉じなくなった場合に排気ガスが逆流しないようにすること。
【解決手段】 エアポンプ（２０）をＯＦＦにし、制御弁（２１）に閉指令が出されているときに圧力センサ（３１）の検出した信号が脈動している場合は排気ガスが制御弁と逆止弁（２２）がともに開故障(閉じない）であり、これはエアポンプにＯＦＦ指令、制御弁に閉指令が送られる二次空気供給停止時に排気ガスが逆流し得る状態である。その場合には制御弁に連続開閉指令（例えば、２秒ＯＮ＋２秒ＯＦＦを３回）を送る。それでも排気ガスが逆流し得る状態が続いた場合は排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧よりも低くなるように電子スロットル弁（３ａ）を制御してエンジン（１）の負荷を低下させる。エアポンプが故障の場合はアイドルまたはアイドル近傍の極低負荷まで負荷を低下させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。

内燃機関、特に車両用の内燃機関において排気ガスの浄化のためにエアポンプと制御弁を備える二次空気供給管によって排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置が公知である。二次空気の供給は排気エミッションに影響を与えるために最適な二次空気を精度よく供給することが必要である。しかし、二次空気供給装置が故障すると最適な二次空気を精度よく供給することができなくなる。

そこで、特許文献１の装置では圧力センサをエアポンプと制御弁の間に配置し、排気脈動による変化を用いてエアポンプ、および、制御弁の故障が検出できるようにされている。ところが、上記特許文献１の装置では故障の検出はできるが、それに対する処置が示されていない。
したがって、制御弁が開故障（完全に閉じない）した場合についても、それに対する処置は示されておらず、エアポンプＯＦＦ、制御弁閉とされる二次空気供給停止時に排気ガスが制御弁より上流側まで逆流し、その結果、制御弁より上流側の二次空気供給管に樹脂系の部品が使用されている場合にはこれらが腐食され、また、エアポンプまで逆流した場合には、その構成部品が腐食されるおそれがある。

特開２００３−８３０４８号公報

本発明は、上記問題に鑑み、内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置においてエアポンプの下流に配置される弁が閉じなくなった場合に排気ガスが逆流しないようにすることを目的とする。

請求項１の発明によれば、内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
二次空気供給管のエアポンプの下流に配設され、制御弁開閉指令手段からの開指令信号と閉指令信号により、二次空気供給管の空気流路の開、閉をおこなう制御弁と、あるいは、さらに、制御弁の下流に設けられ排気管からエアポンプへの排気ガスの流れを阻止するための人為的制御不能な逆止弁、を有するものにおいて、
制御弁に閉指令信号を与えるにも係らず制御弁が閉じない開故障状態であるか、否か、を判定する制御弁開故障状態判定手段と、を具備し、
制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であると判定された場合には、エアポンプを作動させた状態で、制御弁開閉指令手段が、連続する開指令信号と閉指令信号を、少なくとも１回、制御弁に送る、連続開閉指令を実行する、二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、制御弁が開故障状態であると判定された場合には、エアポンプを作動させた状態で、制御弁開閉指令手段が、連続する開指令信号と閉指令信号を、少なくとも１回、制御弁に送られる。その結果、制御弁に異物が挟まって制御弁が開故障状態となっていた場合に、異物が外れて開故障状態が解除されることが期待できる。

請求項２の発明の二次空気供給装置では、請求項１の発明において、制御弁開閉指令手段が連続開閉指令を実行した後に、制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であるか、否か、が再判定される。
このように構成される二次空気供給装置では、連続開閉指令の実行により制御弁の開故障状態が解除されたかどうかを確認することができる。

請求項３の発明の二次空気供給装置では、請求項２の発明において、制御弁開閉指令手段が連続開閉指令を実行した後の、制御弁開故障状態判定手段による制御弁の開故障状態の再判定により、制御弁が開故障状態であると判定された場合に、排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧力よりも低くなるように内燃機関の負荷が調整される。
このように構成される二次空気供給装置では、連続開閉指令を実行しても制御弁の開故障状態が解除されない場合に、排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧力よりも低くされてエアポンプに排気ガスが逆流することが防止される。

請求項４の発明の二次空気供給装置では、請求項１の発明において、エアポンプが故障して作動しないか、否か、を判定するエアポンプ故障判定手段を具備し、制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であると判定され、さらに、エアポンプ故障判定手段によってエアポンプが故障していると判定された場合には、内燃機関の負荷をアイドル、または、アイドル近傍の極低負荷になるように調整される。
このように構成される二次空気供給装置では、制御弁が開故障しており、さらに、エアポンプが故障している場合には、内燃機関の負荷がアイドル、または、アイドル近傍の極低負荷に低下せしめられて、排気ガスのエアポンプまで逆流することが防止される。

請求項５の発明の二次空気供給装置では、請求項１の発明において、内燃機関が空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装置を有しており、
内燃機関の前記負荷の調整を実行する間は、空燃比フィードバック制御装置による空燃比のフィードバック制御を停止する、ようにされている。

請求項６の発明の二次空気供給装置では、請求項１の発明において、制御弁開閉指令手段が、複数回の連続開閉指令を実行する、ようにされている。
このように構成される二次空気供給装置では、複数回の連続開閉指令が実行されるので、制御弁に異物が挟まっていた場合には、これが外れる可能性が高くなる。

各請求項に記載の発明によれば、開故障状態と判定された場合に、エアポンプを作動させた状態で制御弁に連続する開指令信号と閉指令信号が送られる。その結果、異物が外れて開故障状態が解除され、制御弁の上流へ排気ガスが逆流してエアポンプ等の制御弁の上流側にある二次空気供給装置の構成部品の腐食が防止されることが期待できる。
特に請求項２の発明のようにすれば、エアポンプを作動させた状態で制御弁に連続する開指令信号と閉指令信号を送ったことで開故障状態が解除されたかどうかを確認することができる。
特に請求項３の発明のようにすれば、エアポンプを作動させた状態で制御弁に連続する開指令信号と閉指令信号を送って開故障状態が解除されない場合には、排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧力よりも低くなるように内燃機関の負荷が調整されるので、制御弁の上流へ排気ガスが逆流し、エアポンプ等の制御弁の上流側にある二次空気供給装置の構成部品の腐食が防止されることが期待できる。
特に請求項４の発明のようにすれば、制御弁が開故障で、かつ、エアポンプが故障している場合に、排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧力よりも低くなるように内燃機関の負荷がアイドルまたはアイドル近傍の極低負荷に調整されるので、制御弁の上流へ排気ガスが逆流し、エアポンプ等の制御弁の上流側にある二次空気供給装置の構成部品の腐食が防止される。
特に請求項６の発明のようにすれば、複数回の連続開閉指令が実行されるので、制御弁に異物が挟まっていた場合に、異物が外れる可能性が高い。

以下、添付の図面を参照して本発明の各実施の形態を説明する。
初めに、図１を参照して、各実施の形態に共通のハード構成について説明する。１は車両用の機関を示し、機関１は２つのバンクを有するＶ型機関である。機関１には吸気管３が取付けられ、吸気管３の入口にはエアクリーナ２が配設され、エアクリーナ２の下流側には電子スロットル弁３ａが配設されている。

アクセルペダルセンサ３２の検出したアクセルペダル踏込み量がＥＣＵ（電子制御ユニット）３０に送られ、ＥＣＵ３０から電子スロットル弁３ａにアクセルペダル踏込み量に基いた弁開度信号が電子スロットル弁３ａに送られる。しかし、ＥＣＵ３０はアクセルペダル踏込み量と関係なく電子スロットル弁３ａの弁開度を制御することもできる。

機関１の左バンク、右バンクの各気筒のそれぞれが排気マニホールド４を介して排気管７に接続されている。また、排気管７には三元触媒を用いた触媒コンバータ５が介装され、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xの浄化をおこなっている。そのために排気ガス中の空燃比を検出する空燃比センサ６が触媒コンバータ５の上流側の排気管７に取付けられ空燃比センサ６の出力に基いて空燃比のフィードバック制御をおこなっている。

二次空気供給管１０がエアクリーナ２と排気マニホールド４を結んで配設されている。二次空気供給管１０には上流側から電動式のエアポンプ２０、制御弁２１、逆止弁２２が介装されている。エアポンプ２０はエアクリーナ２から吸い込んだ二次空気を加圧する。制御弁２１はＥＣＵ３０からの指令により二次空気供給管１０の通路を開、閉する。

逆止弁２２は排気マニホールド４から排気ガスが制御弁２１、エアポンプ２０の方へ逆流するのを防止するためのものであって例えばリード弁とされ、人為的制御不能に形成されている。エアポンプ２０と制御弁２１の間には圧力センサ３１が取付けられている。圧力センサ３１はエアポンプ２０と制御弁２１の間の圧力に応じた信号を発生する。

ＥＣＵ３０はマイクロコンピュータであって、図示しないが、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力インターフェイス、出力インターフェイスを共通のバスで接続して成る。
そして、ＥＣＵ３０には圧力センサ３１の信号が入力される他、電子スロットル弁３ａ、空燃比センサ６、および、その他の図示しない、運転、および、排気ガス制御のための多くのセンサ類からの信号が入力される。またＥＣＵ３０からは電子スロットル弁３ａ，エアポンプ２０、制御弁２１へ制御信号が送られる他、その他の図示しない機器類へ信号が送られる。

そして、予めさだめた運転条件、例えば始動直後等、において、予め定めた順序で、エアポンプ２０のＯＮ、ＯＦＦ、制御弁２１の開、閉をおこなって、排気ガス浄化に寄与するが、その内容は本発明のポイントとは関係がないので詳細な説明は省略する。

以下、上記のようにハード構成される本発明の実施の形態の制御について説明する。
初めにその考え方を説明すると、
（１）制御弁２１が開故障状態であるか、否か、を判定する。
（２）制御弁２１が開故障であって、エアポンプ２０が正常である場合には、エアポンプ２０をＯＮにした状態で制御弁２１に連続した開指令と閉指令を複数回送る。これにより制御弁２１に挟まっているかもしれない異物の除去を試みる。
（３）再度、制御弁２１が開故障状態であるか、否か、の判定をおこない、（２）により異物が除去されたか、否か、を確かめる。
（４）（３）で異物が除去されず制御弁２１の開故障状態が解除されない場合は、排気ガスの圧力がエアポンプ２０の圧力よりも低くなるよう機関１の負荷を調整して排気ガスがエアポンプへ逆流することを防止する。
（５）また、制御弁２１が開故障状態で、エアポンプ２０も故障している場合には、排気ガスがエアポンプ２０へ逆流しないように機関１の負荷をアイドル、あるいはアイドル近傍の極低負荷に調整する。

なお、この実施の形態では機関１はＶ型であって、２つの排気系を有し、それに応じて２つの二次空気供給装置を有しているので、そのそれぞれについて同時に、または、時期をずらして実行される。

図２が上記の制御をおこなうフローチャートである。
ステップＳ１では排気ガスが制御弁２１が開故障状態であるか、否か、の判定、をおこなう。この判定は、例えば、図３に示すように制御弁２１に弁体２１ａが閉になった時に信号を発し得る弁ポジションセンサ２１ｂを取付けておき、この信号が発せられたか、否か、によっておこなう。

ステップＳ１で肯定判定された場合はステップＳ２に進み、否定判定された場合はそのまま終了する。ステップＳ２ではエアポンプ２０が正常か、否か、を判定する。これは、例えば、エアポンプ２０にＯＮ指令を出した場合に圧力センサ３１の検出している圧力が上昇するか、否か、によって判定することができる。
ステップＳ２で肯定判定された場合、すなわち、エアポンプ２０が正常の場合にはステップＳ３に進み、ステップＳ２で否定判定された場合、すなわち、エアポンプ２０が故障の（作動しない）場合にはステップＳ１０に進む。

ステップＳ３に進んだ場合は、ステップＳ３でエアポンプ２０をＯＮにして、ステップＳ４で制御弁２１に制御弁２１を連続開閉せしめる連続開閉指令の信号を送る。具体的には、制御弁２１を２秒ＯＮにし、続いて、２秒ＯＦＦにする信号を、３回送る。このステップＳ４の制御弁２１への連続開閉指令により、制御弁２１に異物が挟まっていた場合に、これが外れることが期待できる。そして、ステップＳ５でエアポンプ２０をＯＦＦにする。このステップＳ３〜ステップＳ６で実行しているのは、異物が除去できるかどうかは不明であるが、異物除去操作である。

ステップＳ６ではステップＳ１と同様にして、制御弁２１が開故障であるか、否か、を判定する。すなわち、ステップＳ３〜ステップＳ５でおこなった異物除去操作が効果を奏したか、否か、を判定する。ステップＳ６で否定判定された場合は、異物除去操作が効果を奏した場合であるのでそのまま終了する。

一方、ステップＳ６で肯定判定された場合は、ステップＳ３〜ステップＳ５でおこなった異物除去操作が効果を奏さず制御弁２１の開故障が持続していることを示している。
したがって、この場合は、対策を施さないと、逆止弁２２が開故障していた場合には排気ガスがエアポンプ２０へ逆流してしまう。
そこで、この場合は、ステップＳ７〜Ｓ９、Ｓ１２、Ｓ１３で制御弁２１の開故障でもエアポンプ２０に排気ガスが逆流しないようにする。

上述のようにステップＳ７に進んだということは制御弁２１が開故障の場合であるが、ステップＳ２で肯定判定されておりエアポンプ２０は正常である。そこで、エアポンプ２０を作動させて、エアポンプ２０が吐出する空気の圧力で排気ガスの逆流を阻止する。
そのために、まずステップＳ７でエアポンプ２０をＯＮにする。エアポンプ２０をＯＮにすると排気ガスの空燃比はリーンになり、空燃比センサ６からＥＣＵ３０にリーンを示す信号が送られると空燃比をリッチにすべく燃料が増量され排気ガスが悪化する。そこで、ステップＳ８で空燃比のフィードバック制御を停止して上記の排気ガスの悪化を防止する。

そしてステップＳ９に進み、エアポンプ２０の吐出圧で阻止できる排気ガス圧力となる機関１の上限の負荷値（スロットル開度）を読み込む。なお、この負荷値は予めＥＣＵ３０に記憶しておく。
その後、ステップＳ１２で現在の負荷値がステップＳ９で読み込んだ上限の負荷値より小さいか、否か、を判定する。ステップＳ１２で肯定判定された場合はステップＳ１３で電子スロットル弁３’の開度を上限値に制御してから終了し、否定判定された場合はそのまま終了する。

次に、ステップＳ２で否定判定されステップＳ１０に進んだ場合について説明する。ステップＳ１０に進むのは、制御弁２１が開故障であって、かつ、エアポンプ２０が故障、すなわち空気を加圧して吐出することができない場合である。この場合は、逆止弁２２が開故障していると、エアポンプ２０の吐出圧で排気ガスの逆流を阻止することはできない。そこで、この場合には、前述したように、エアポンプ２０が作動していなくても排気ガスがエアポンプ２０へ逆流しないように、機関１をアイドル、あるいはアイドル近傍の極低負荷にすることで対応する。

そこで、ステップＳ１０で、ステップＳ９と同様に、空燃比のフィードバック制御を停止してステップＳ１１に進み、ステップＳ１１でエアポンプ２０が故障していても排気ガスが逆流しない上限の負荷値（スロットル開度）を読み込む。なお、この負荷値も予めＥＣＵ３０に記憶しておくが、この負荷値はアイドル、または、アイドル近傍の極低い値である。

その後、ステップＳ９からステップＳ１２へ進んだ場合と同様に、ステップＳ１２で現在の負荷値がステップＳ１１で読み込んだ上限の負荷値より小さいか、否か、を判定する。そして、ステップＳ１２で肯定判定された場合はステップＳ１３で電子スロットル弁３’の開度を上限値に制御してから終了し、否定判定された場合はそのまま終了する。
これにより、制御弁２１、逆止弁２２がともに開故障であっても、排気ガスの逆流の発生を防止することができる。

本発明の実施の形態は上記のように構成され作用し、逆止弁２２が開故障しているか、否か、に係らずに制御弁２１が開故障であるか、否か、を判定することができ、開故障と判定された場合には異物除去操作がおこなわれる。この異物除去操作はエアポンプ２０を作動させながら制御弁２１に連続する開指令、閉指令の信号を与えるものであるので効果を奏する可能性が高い。
そして、異物除去操作が効果を奏したか、否か、が判定され、効果を奏さない場合には機関１の負荷が調整されて排気ガスがエアポンプ２０へ逆流することが防止される。

もし、逆止弁２２を有していない場合には、図３に示したような弁開度センサ２１ｂを使用しなくても、エアポンプ２０をＯＦＦにし、制御弁２１に閉信号を送った時の圧力センサ３１の検出した圧力から、制御弁２１が開故障状態であるか、否か、を以下のようにして正確に判定することができる。

制御弁２１が開故障状態であれば排気ガスの脈動が圧力センサ３１の部分に伝わるので、圧力センサ３１が脈動を検出すれば制御弁２１は開故障であるということができる。一方、制御弁２１が正常で閉信号によって閉じていれば脈動は伝わらないので、センサ３１が脈動を検出しない場合は制御弁２１は開故障状態ではなく正常であるということができる。

また、逆止弁２２を有する場合に、このような方法で開故障状態と判定された場合は、逆止弁２２と制御弁２１の両方が開故障状態であることを意味するので、逆止弁２２と制御弁２１の両方が開故障状態であることは検出できるが、制御弁２１のみが開故障状態である場合は検出できない。したがって、実害の発生が予想される逆止弁２２と制御弁２１の両方が開故障状態であることが判定できればよいのであれば、このような方法で開故障状態を判定してもよい。

本発明は、内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置に適用できる。

本発明の実施の形態のハード構成を示す図である。 本発明の実施の形態の制御のフローチャートである。 制御弁の開故障状態を判定するための弁開度センサを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
３’ 電子スロットル弁
４ 排気マニホールド
８ 二次空気供給口
１０ 二次空気供給管
２０ エアポンプ
２１ 制御弁
２１ｂ 弁開度センサ
２２ 逆止弁
３０ ＥＣＵ
３１ 圧力センサ
３２ アクセル開度センサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
   二次空気供給管のエアポンプの下流に配設され、制御弁開閉指令手段からの開指令信号と閉指令信号により、二次空気供給管の空気流路の開、閉をおこなう制御弁と、あるいは、さらに、制御弁の下流に設けられ排気管からエアポンプへの排気ガスの流れを阻止するための人為的制御不能な逆止弁と、を有するものにおいて、
   制御弁に閉指令信号を与えるにも係らず制御弁が閉じない開故障状態であるか、否か、を判定する制御弁開故障状態判定手段と、を具備し、
   制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であると判定された場合には、エアポンプを作動させた状態で、制御弁開閉指令手段が、連続する開指令信号と閉指令信号を、少なくとも１回、制御弁に送る、連続開閉指令を実行する、
   ことを特徴とする二次空気供給装置。
2. 制御弁開閉指令手段が連続開閉指令を実行した後に、制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であるか、否か、を再判定する、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
3. 制御弁開閉指令手段が連続開閉指令を実行した後の、制御弁開故障状態判定手段による制御弁の前記開故障状態の再判定で、制御弁が開故障状態であると判定された場合に、排気ガスの圧力がエアポンプの吐出圧力よりも低くなるように内燃機関の負荷を調整する、ことを特徴とする請求項２に記載の二次空気供給装置。
4. エアポンプが故障して作動しないか、否か、を判定するエアポンプ故障判定手段を具備し、
   制御弁開故障状態判定手段により制御弁が開故障状態であると判定され、さらに、エアポンプ故障判定手段によってエアポンプが故障していると判定された場合には、内燃機関の負荷をアイドル、または、アイドル近傍の極低負荷になるように調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
5. 内燃機関が空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装置を有しており、
   内燃機関の前記負荷の調整を実行する間は、空燃比フィードバック制御装置による空燃比のフィードバック制御を停止する、
   ことを特徴とする前記請求項３または４に記載の二次空気供給装置。
6. 制御弁開閉指令手段が、前記連続開閉指令を複数回実行する、ことを特徴とする、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。

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