JP2007016606A - ２次空気供給装置の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次空気供給装置の故障を診断する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブを備え、排気通路への２次空気供給条件にて開閉バルブを開き、非供給条件にて開閉バルブを閉じる内燃機関の２次空気供給装置において、排気通路に供給する２次空気量ＱＡＩを検出し（Ｓ５）、開閉バルブを閉じる非供給条件にて、検出された２次空気量ＱＡＩが所定値α以上である時に開閉バルブが開故障であると診断する（Ｓ６）。開故障を診断した後は、吸入空気量、実空燃比を検出する一方（Ｓ８，１０，１４）、目標空燃比、推定２次空気量を算出し（Ｓ９，１１，１５）、推定された２次空気量と検出された２次空気量とに基づいて各開閉バルブのどちらかが開故障しているかを特定する（Ｓ１２，１６）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブを備える２次空気供給装置の故障診断装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、内燃機関の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブを備え、排気通路への２次空気供給条件にて開閉バルブを開き、非供給条件にて開閉バルブを閉じる内燃機関の２次空気供給装置において、排気通路にて２次空気供給位置より下流側に空燃比センサ（酸素濃度検出センサ）を配設し、この空燃比センサによる出力信号が急変した時における内燃機関の吸入空気量等に基づいて実際の２次空気供給量を算出する一方、正常時の運転条件に基づいて２次空気供給量（異常検出判定値）を算出し、これらの２次空気供給量の偏差が所定値よりも大きい時に２次空気供給装置の開閉バルブが故障していると診断することが知られている。

また、２次空気供給装置の開閉バルブの故障を、２次空気供給通路に設けられた圧力センサの出力信号に基づいて診断することが知られている。この場合、２次空気供給通路を開閉する開閉バルブを閉めた状態でエアポンプを作動させて２次空気供給通路内の圧力が上昇すること、その後に開閉バルブを開いて圧力を減少させ２次空気供給通路から空気の漏れがないこと、及び開閉バルブが正常に作動することを全て確認することで診断する。
特開平６−１４６８６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の２次空気供給装置の故障診断装置では、排気マニホールドのフランジ面やＥＧＲ管の取り付け口などの接合不良により排気通路内に空気を吸入した場合においても、排気通路内の酸素濃度が急激にリーン側に変化してしまうため、２次空気供給装置の開閉バルブが故障していると誤診してしまうおそれがあった。
この場合、酸素センサが空燃比リーン時の信号を出力するため、該出力に基づいて燃料噴射弁が燃焼室内の空燃比を過度にリッチ化してしまい、エンジンストールを起こすおそれがあった。更に、排気空燃比が過度にリッチ化された状態で２次空気供給通路から排気通路内に空気を吸い込むため、排気通路に配設された触媒の温度が上昇して耐熱許容温度を超えてしまうおそれや、触媒性能劣化が進行するおそれがあった。

また、２次空気供給通路とエアポンプとの接合部分などに不良がある場合には、２次空気供給通路内の圧力が低下してしまうため、２次空気供給装置の開閉バルブが故障していると誤診してしまうおそれがあった。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、２次空気供給装置の開閉バルブの開故障を的確に診断することを目的とする。

そのため本発明では、内燃機関の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブを備え、排気通路への２次空気供給条件にて開閉バルブを開き、非供給条件にて開閉バルブを閉じる内燃機関の２次空気供給装置において、排気通路に供給する２次空気量を検出し、開閉バルブを閉じる非供給条件にて、検出される２次空気量が所定値以上である時に開閉バルブが開故障であると診断することを特徴とする。

本発明によれば、開閉バルブを閉じる非供給条件であるにも関わらず、実際には開閉バルブが開故障している場合には、２次空気供給通路から排気通路内に２次空気が供給されてしまうため、この量を検出することで開閉バルブが開故障しているか否かを的確に診断することができるという効果を奏する。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明による２次空気供給装置の故障診断装置を示す概略構成図である。図１では、２次空気供給装置の故障診断装置が６気筒のＶ型内燃機関１（以下、「エンジン」と称する）に適用されている例を示している。
エンジン１の左右のバンク２，３には、各気筒内に空気を導入する吸気通路４が形成されている。なお、図１では、バンク２，３近傍における吸気通路４については図示を省略している。

吸気通路４の上流側には、吸入空気量を制御する電制スロットルバルブ５が配設され、このバルブ５の上流側の吸気通路４には、吸入空気用エアクリーナ６が配設されている。電制スロットルバルブ５とエアクリーナ６との間の吸気通路４には、エンジン１に吸入される空気量（１次空気量）を検出するエアフロメータ７が配設されている。エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ６、電制スロットルバルブ５を通過して、図示しない吸気マニホールドから吸気ポートを介して各気筒に導入される。

エンジン１は、６つの気筒を左バンク２と右バンク３との２つのグループに分割されており、各気筒に導入された空気に燃料噴射弁（図示せず）から燃料を噴射して燃焼を行う。なお、エンジン１では、左バンク２側の燃焼と、右バンク３側の燃焼とが交互に行われる。
エンジン１の排気通路８は、左バンク２に接続された第１排気通路８ａと、右バンク３に接続された第２排気通路８ｂとを含んで構成されており、これらの排気通路８ａ，８ｂは下流側にて合流している。

第１排気通路８ａには、２次空気供給位置より下流側にて、排気中の実空燃比（酸素濃度）を検出する第１空燃比センサ９ａが配設されている。第２排気通路８ｂには、２次空気供給位置より下流側にて、排気中の実空燃比を検出する第２空燃比センサ９ｂが配設されている。第１排気通路８ａと第２排気通路８ｂとの合流部分より下流側の排気通路８には、排気浄化装置の触媒１０が配設されている。

また、エンジン１のシリンダヘッドに形成された各排気ポートも排気通路８ａ，８ｂを構成するものであり、図１では、各排気ポート（排気通路８ａ，８ｂ）に、２次空気供給装置１３から２次空気を供給する２次空気供給通路１４が接続されている。
２次空気供給通路１４には、エア吸入側からエンジン１の排気通路８側に向けて２次空気用エアクリーナ１５、エアポンプ１６、開閉バルブ１７（エアスイッチングバルブ）の順に配設されている。エアクリーナ１５とエアポンプ１６との間の２次空気供給通路１４には、エアポンプ１６から排気通路８へ供給する２次空気量を検出する装置１８（例えば、エアフロメータ、または、オリフィスと差圧センサや温度センサなどを組み合わせた装置）が配設されている。

エアポンプ１６は、２次空気供給通路１４を通じてエンジン１の各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂにそれぞれ２次空気を圧送する。なお、エアポンプ１６は、エアポンプ駆動装置１６ａにより２次空気量が制御される。エアポンプ駆動装置１６ａは、エアポンプ作動用スイッチ２０がエンジンコントロールユニット４０（以下、「ＥＣＵ」と称する）からの作動信号を受け、バッテリ３１からの電流が流れることでエアポンプ１６を駆動する。

２次空気供給通路１４は、エアポンプ１６の下流側にて、第１排気通路８ａに２次空気を供給する第１分岐通路１４ａと、第２排気通路８ｂに２次空気を供給する第２分岐通路１４ｂとに分割されている。
第１分岐通路１４ａには、第１排気通路８ａに２次空気を供給若しくは遮断可能な第１開閉バルブ１７ａが配設されている。第２分岐通路１４ｂには、第２排気通路８ｂに２次空気を供給若しくは遮断可能な第２開閉バルブ１７ｂが配設されている。図１では、第１分岐通路１４ａは、シリンダヘッドに形成された第１排気通路８ａと連通しており、第２分岐通路１４ｂは、第２排気通路８ｂと連通している。

これらの開閉バルブ１７ａ，１７ｂは、ＥＣＵ４０から開閉バルブ作動用スイッチ３０に開信号若しくは閉信号が出力されることにより、バッテリ３１からの電流を通電若しくは遮断することで開閉状態が制御される。
開閉バルブ１７ａ，１７ｂは、エンジン始動直後に触媒１０が活性していない時には開状態に制御されると共に、エアポンプ１６を駆動させて排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給する。これにより、２次空気供給通路１４の分岐通路１４ａ，１４ｂを介して２次空気を各排気通路８ａ，８ｂに供給し、触媒１０が活性温度に達するよう温度上昇を促進する。

一方、触媒１０が所定温度以上になった時には、エアポンプ１６の駆動を停止すると共に、開閉バルブ１７ａ，１７ｂを閉状態にすることで、排気通路８ａ，８ｂへの２次空気を遮断し、触媒１０の酸化反応を抑制し、触媒温度の過剰な上昇を防止する。
開閉バルブ１７ａ，１７ｂは大別して、図２に示すように、カットバルブ２１が配置される第１作動室２２と、リードバルブ２７が配置される第２作動室２８とを含んで構成されている。これらのバルブ２１，２７の開閉状態により排気通路８ａ，８ｂに２次空気の供給若しくは遮断が行われる。なお、第１開閉バルブ１７ａと第２開閉バルブ１７ｂとは、構造は同じであるため、ここでは第１開閉バルブ１７ａについてのみ説明する。

第１作動室２２には、エアポンプ１６側の分岐通路１４ａに接続され２次空気の導入を行う導入部２３と、この導入部２３から導入された２次空気を第２作動室２８側に供給する供給部２４とが形成されている。供給部２４には、第１作動室２２を介して第２作動室２８に２次空気を供給する貫通孔２５が形成されている。
カットバルブ２１は、例えば電磁弁などを用いており、軸方向に移動可能な状態で第１作動室２２内に配置されている。カットバルブ２１の基端部２１ａは、スプリング２６により軸方向基端側（図の上側）に付勢される。カットバルブ２１の先端部２１ｂには、供給部２４に形成された貫通孔２５より大きな径を有する円盤状の弁体が形成されている。カットバルブ２１は、排気通路８ａへの２次空気供給条件若しくは非供給条件に応じてＥＣＵ４０により開閉制御が行われる。

ＥＣＵ４０は、２次空気供給条件では、開閉バルブ１７ａの開信号を出力し、開閉バルブ作動用スイッチ３０をオンにしてバッテリ３１からの電流をコイルに流し、カットバルブ２１の弁体２１ｂをカットバルブ２１の軸方向先端側（図の下側）に移動させ、排気通路８ａに２次空気を供給可能にする。またＥＣＵ４０は、２次空気供給条件となった時にエアポンプ１６を駆動させることで２次空気を排気通路８ａに供給する。

一方、２次空気の非供給条件ではカットバルブ２１の基端部２１ａがスプリング２６によりカットバルブ２１の基端側（図の上側）に付勢された状態となり、弁体２１ｂが貫通孔２５を気密に閉じることでエアポンプ１６側から排気通路８ａ側への２次空気を遮断する。またＥＣＵ４０は、非供給条件となった時にエアポンプ１６を停止させことで２次空気の供給を停止する。

第２作動室２８には、第１作動室２２側からの２次空気を排気通路８ａ側の分岐通路１４ａに供給する通路２９が形成されており、この通路２９内にリードバルブ２７が配設されている。
リードバルブ２７は、エアポンプ１６側から排気通路８ａ側への２次空気の流れのみを許容するものである。このバルブ２７は、排気通路８ａ側の圧力Ｐ２がエアポンプ側の圧力Ｐ１より高くなり（Ｐ２＞Ｐ１）、これらの差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が所定値以上になった時に作動することで、排気通路８ａからエアポンプ１６側への空気の逆流を自動的に防止する。

また、ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転条件を検出して各種の処理を行うため、図１に示すように、例えば、前述の吸入空気用エアフロメータ７、空燃比センサ９ａ，９ｂ、２次空気量検出装置１８などからの信号が入力される。これらの他にも、ＥＣＵ４０には、例えばエンジン１の運転状態を検出するために、エンジン回転数、燃料噴射量、エンジンの冷却水温度などの信号が入力される。ＥＣＵ４０は、これらの入力信号に基づいて各種の演算を行い、電制スロットルバルブ５の開度、燃料噴射弁の燃料噴射量、エアポンプ１６の駆動、開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開閉などの制御を行う。

次に、２次空気供給装置１３の動作について説明する。
２次空気供給装置１３は、例えば、触媒１０が排気浄化機能を発揮する程度まで昇温していない状態や、空燃比センサ９ａ，９ｂが排気中の空燃比を検出可能な程度まで活性していない状態において、ＥＣＵ４０からの信号により開閉バルブ１７ａ，１７ｂ（カットバルブ２１）を開く制御を行う。

その際、ＥＣＵ４０によりエアポンプ１６を駆動させることで、エアクリーナ１５を通過したエアを２次空気として、２次空気供給通路１４の各分岐通路１４ａ，１４ｂを介し各排気通路８ａ，８ｂ内に供給する。これにより、排気中の酸素濃度が上昇し、排気中の未燃焼成分であるＨＣ、ＣＯの燃焼が促進され、触媒１０の昇温を促進することにより触媒機能を早期に発揮できるようにし、エミッションの悪化を抑制する。

また、エンジン１の始動直後は、空燃比センサ９ａ，９ｂの活性が不十分であるため空燃比が正確に検出できないが、排気温度を上昇させることで空燃比センサ９ａ，９ｂを早期に活性させることができる。なお、ＥＣＵ４０は、２次空気の供給の際に、排気空燃比をリッチ側にして触媒１０及び空燃比センサ９ａ，９ｂを早期に活性するため、例えば燃料噴射弁からの燃料噴射量を多くするように制御することが好ましい。

次に、２次空気供給装置１３の故障診断として開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障した場合における診断ついて図３のフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートによる処理は、所定時間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し行われる。
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、エンジン１が運転状態である時に開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開故障を診断するため、エンジン回転中であるか否かを判定する。この判定は、例えばクランク角センサの出力信号に基づいて算出したエンジン回転数が所定値以上であるか否かにより行う。

ステップ２では、エアポンプ１６が停止中であるか否かを判定する。この判定は、例えばＥＣＵ４０からエアポンプ駆動信号が出力されているか否か、または、エアポンプ１６の回転数が所定値以上であるか否かにより行う。
ステップ３では、空燃比センサ９ａ，９ｂが活性した状態であるか否かを判定する。この判定は、例えばエンジン始動後の経過時間が所定値以上であるか否か、または、エンジン水温が所定温度以上であるか否かにより行う。

ステップ４では、２次空気の非供給条件であるか否かを判定する。この判定は、例えば図２では、ＥＣＵ４０から開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開信号が無い場合に、排気通路８ａ，８ｂへの２次空気を遮断する構成となっているため、開信号が無いか否かを判定する。
ステップ１〜４の条件を全て満たした場合、すなわち、エンジン１の回転中であり、エアポンプ１６が停止中であり、空燃比センサ９ａ，９ｂが活性しており、且つ２次空気の非供給条件であると判定した場合には、ステップ５以降の処理を行う。

ステップ５では、２次空気供給装置１３が排気通路８ａ，８ｂに供給する実際の２次空気量ＱＡＩを検出する。２次空気量ＱＡＩの検出は、２次空気量検出装置１８、例えば熱線式のエアフロメータや、オリフィスと差圧センサと温度センサ等を用いて行う。これが２次空気量検出手段に相当する。
ステップ６では、排気通路８ａ，８ｂに２次空気が供給されているか否かを判定するため、ステップ５にて検出した２次空気量ＱＡＩが所定の故障判定値α以上であるか否かを判定する（ＱＡＩ≧α）。２次空気量ＱＡＩが故障判定値α以上である（ＱＡＩ≧α）と判定した場合には、ステップ７にて、開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障していると判定する。一方、２次空気量ＱＡＩが故障判定値α未満である（ＱＡＩ＜α）と判定した場合には、ステップ１８にて、開閉バルブ１７ａ，１７ｂが正常である（閉状態になっている）と判定する。

次に、ステップ８〜ステップ１７，ステップ１９，ステップ２０にて、図１に示す２次空気供給通路１４の分岐通路１４ａ，１４ｂにそれぞれに配設された開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障しているかを診断する処理について説明する。
ステップ８では、エンジン１の運転状態を検出する。エンジン運転状態としては、例えば吸入空気量ＱＡＦＭ、エンジン回転数、エンジン水温などを検出する。吸入空気量ＱＡＦＭは、吸入空気用エアフロメータ７の出力信号に基づいて算出した値を用いる。エンジン回転数は、クランク角センサの出力信号に基づいて算出した値を用いる。水温は、水温センサの出力信号に基づいて算出した値を用いる。

ステップ９では、エンジン１の運転状態に基づいて目標空燃比を算出する。この目標空燃比は、燃焼室内の目標空燃比であり、例えば吸入空気量ＱＡＦＭから全気筒の燃料噴射量の総量Ｔｐを除算することにより算出する（ＱＡＦＭ／Ｔｐ）。
ステップ１０では、Ｖ型エンジンの片バンク側の実空燃比として、左バンク２側の排気通路８ａにて２次空気供給位置より下流側の実空燃比（以下、「第１空燃比」と称する）を検出する。この検出は、第１空燃比センサ９ａの出力信号に基づいて行う。

ステップ１１では、２次空気供給通路１４の第１分岐通路１４ａを流れる２次空気量の推定を行う。この推定は、エアフロメータ７により検出した吸入空気量ＱＡＦＭと、運転状態（例えば、吸入空気量ＱＡＦＭ、総燃料噴射量Ｔｐ）に基づいて算出した目標空燃比と、第１空燃比センサ９ａにより検出した第１空燃比とから、下記の（１）式により算出した値を用いる。

（（第１空燃比／目標空燃比）−１）・ＱＡＦＭ／２ ・・・（１）
この処理が２次空気量推定手段に相当する。
ステップ１２では、ステップ１１にて推定した２次空気量を、ステップ５にて検出した２次空気量ＱＡＩで減算し、この値の絶対値が所定の故障判定値β未満であるか否かを判定する（｜推定２次空気量−実ＱＡＩ｜＜β）。これが故障バルブ特定手段に相当する。

ステップ１２にて、絶対値が所定の故障判定値β未満である（｜推定２次空気量−実ＱＡＩ｜＜β）場合には、ステップ１９にて第１開閉バルブ１７ａが開故障していると特定する。すなわち、第１開閉バルブ１７ａが開故障している場合には第１排気通路８ａに２次空気が供給される結果、前述の（１）式において第１空燃比の値が大きくなり、推定した２次空気量の値が、ステップ５にて検出した２次空気量の値に近づくため、第１開閉バルブ１７ａが開故障していることを特定できる。

一方、絶対値が所定の故障判定値β以上である（｜推定ＱＡＩ−実ＱＡＩ｜≧β）場合には、ステップ１３にて第１開閉バルブ１７ａが正常に閉状態になっていると診断する。
これらの処理により、開閉バルブ１７を閉じる非供給条件にて、第１開閉バルブ１７ａが開故障しているか否かを診断することができる。更に、２次空気量の検出値ＱＡＩと推定値との整合性から故障診断の精度向上を図ることができる。

次に、ステップ１３〜ステップ１７，ステップ２０において、第１開閉バルブ１７ａが閉状態であると診断された場合に、第２開閉バルブ１７ｂが開故障しているか否かを診断する処理について説明する。
ステップ１４では、Ｖ型エンジンの片バンク側の実空燃比として、右バンク３側の排気通路８ｂにて２次空気供給位置より下流側の実空燃比（以下、「第２空燃比」と称する）を検出する。この検出は、第２空燃比センサ９ｂの出力信号に基づいて行う。

ステップ１５では、２次空気供給通路１４の第２分岐通路１４ｂを流れる２次空気量の推定を行う。この推定は、吸入空気量ＱＡＦＭと、運転状態（例えば、吸入空気量ＱＡＦＭ、総燃料噴射量Ｔｐ）に基づいて算出した目標空燃比と、第２空燃比センサ９ｂにより検出した第２空燃比とから、下記の（２）式により算出した値を用いる。
（（第２空燃比／目標空燃比）−１）・ＱＡＦＭ／２ ・・・（２）
この処理が２次空気量推定手段に相当する。

ステップ１６では、ステップ１５にて推定した２次空気量を、ステップ５にて検出した２次空気量ＱＡＩで減算し、この値の絶対値が所定の故障判定値β未満であるか否かを判定する（｜推定２次空気量−実ＱＡＩ｜＜β）。これが故障バルブ特定手段に相当する。絶対値が所定の故障判定値β未満である（｜推定ＱＡＩ−実ＱＡＩ｜＜β）場合には、ステップ２０にて第２開閉バルブ１７ｂが開故障していると特定する。一方、絶対値が所定の故障判定値β以上である（｜推定ＱＡＩ−実ＱＡＩ｜≧β）場合には、ステップ１７にて第２開閉バルブ１７ｂが正常に閉状態になっていると診断する。これにより、第２開閉バルブ１７ｂが開故障しているか否かを特定することができる。

なお、第１開閉バルブ１７ａ若しくは第２開閉バルブ１７ｂのいずれか一方が開故障していると特定した場合には、第１空燃比センサ９ａ及び第２空燃比センサ９ｂの出力信号に基づいて燃料噴射弁からの噴射量を制御する空燃比フィードバック制御を停止する。これにより、燃焼室内の空燃比が過剰にリッチ化されるために発生するエンジンストールを防止すると共に、排気中の未燃焼性分であるＨＣ、ＣＯが多い状態で排気通路８ａ，８ｂに２次空気が供給されることを防止し、触媒温度が過剰に上昇してしまうことを防止でき、触媒劣化を防止することができる。

なお、ステップ６にて、開閉バルブ１７が開故障していると診断した場合に、それ以降の処理において、第１開閉バルブ１７ａ若しくは第２開閉バルブ１７ｂのいずれかが開故障しているかを特定しているが、例えばステップ７にて開閉バルブ１７が開故障していると診断し、且つステップ１２にて第１開閉バルブ１７ａが故障していないと診断した場合には、第２開閉バルブ１７ｂが開故障していると特定するようにしてもよい。

なお、Ｖ型エンジンの片バンクの排気通路にのみ２次空気を供給する構造の場合であっても開閉バルブの故障を診断するようにできる。
本実施形態によれば、内燃機関１の排気通路８に２次空気を供給する２次空気供給通路１４に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブ１７を備え、排気通路８への２次空気供給条件（ステップ４）にて開閉バルブ１７を開き、非供給条件にて開閉バルブ１７を閉じる内燃機関の２次空気供給装置において、排気通路８に供給する２次空気量を検出する２次空気量検出手段（ステップ５）と、開閉バルブ１７を閉じる非供給条件にて、２次空気量検出手段により検出される２次空気量が所定値以上である時に開閉バルブ１７が開故障であると診断する故障診断手段（ステップ６）と、を備える。このため、開閉バルブ１７を閉じる非供給条件であるにも関わらず、実際には開閉バルブ１７が開故障している場合には、２次空気供給通路１４から排気通路８内に２次空気が供給されてしまうため、この量を検出することで開閉バルブ１７が開故障しているか否かを的確に診断することができる。

また本実施形態によれば、２次空気供給通路１４は、Ｖ型内燃機関１の各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂに連通する分岐通路１４ａ，１４ｂのそれぞれに開閉バルブ１７ａ，１７ｂを備える。このため、開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障している場合には、排気通路８ａ，８ｂに供給される２次空気量を検出することで開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開故障の診断ができる。

また本実施形態によれば、内燃機関１に吸入される空気量ＱＡＦＭを検出する吸入空気量検出手段（ステップ８）と、内燃機関１の運転条件（例えば、吸入空気量ＱＡＦＭ、総燃料噴射量Ｔｐ）に基づいて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段（ステップ９）と、各排気通路８ａ，８ｂにて２次空気供給位置より下流側の実空燃比を検出する実空燃比検出手段（ステップ１０，ステップ１４）と、少なくとも一方のバンクの排気通路について、吸入空気量ＱＡＦＭ、目標空燃比及び実空燃比に基づいて２次空気量を推定する２次空気量推定手段（ステップ１１，ステップ１５）と、推定された２次空気量と検出された２次空気量ＱＡＩとに基づいて各開閉バルブ１７ａ，１７ｂのいずれかの開故障を特定する故障バルブ特定手段（ステップ１２，ステップ１６，ステップ１９，ステップ２０）と、を備える。このため、２つの開閉バルブ１７ａ，１７ｂのどちらかが開故障しているのかを特定できる。

また本実施形態によれば、故障バルブ特定手段は、推定された２次空気量と、検出された２次空気量との差が所定値未満（｜推定２次空気量−実ＱＡＩ｜＜β）となる方の排気通路８ａ，８ｂに２次空気を供給可能な開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障であると特定する（ステップ１２，ステップ１６，ステップ１９，ステップ２０）。このため、開閉バルブ１７ａ，１７ｂの一方が開故障している場合には、開故障している開閉バルブを介して排気通路に供給される２次空気量と、検出した２次空気量とが近づくことから、的確に開故障を特定できる。

次に、本発明の第２の実施形態について図４のフローチャートを用いて説明する。
本実施形態では、推定空燃比と実空燃比とに基づいて２次空気供給装置１３の開閉バルブ１７ａ，１７ｂの開故障を診断し、開故障があれば、どちらの開閉バルブ１７ａ，１７ｂが開故障しているか否かを特定するものである。なお、ステップ１〜ステップ１０までは、前述の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

ステップ２１では、排気空燃比の推定を行う。この空燃比は、各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂの一方に全ての２次空気（ステップ５にて検出された２次空気量ＱＡＩ）が供給される時の排気通路内の推定空燃比であり、２次空気量ＱＡＩ、吸入空気量ＱＡＦＭ及び目標空燃比から、下記の（３）式により算出した値を用いる。
（２×ＱＡＩ／ＱＡＦＭ＋１）・目標空燃比 ・・・（３）
ステップ２２では、ステップ２１にて推定した空燃比を、ステップ１０にて検出した第１空燃比で減算し、この値の絶対値が所定の故障判定値γ未満であるか否かを判定する（｜推定空燃比−第１空燃比｜＜γ）。これが故障バルブ特定手段に相当する。

ステップ２２にて、絶対値が所定の故障判定値γ未満である（｜推定空燃比−第１空燃比｜＜γ）場合には、ステップ２７にて第１開閉バルブ１７ａが開故障していると特定する。これは、第１開閉バルブ１７ａが開故障している場合には、第１排気通路８ａに２次空気が供給されて排気空燃比がリーンとなるので、推定空燃比と第１空燃比との差が小さくなるため、これらの空燃比から第１開閉バルブ１７ａが開故障しているか否かを特定可能であることを意味する。

一方、絶対値が所定の故障判定値γ以上である（｜推定ＱＡＩ−実ＱＡＩ｜≧γ）場合には、第１開閉バルブ１７ａが正常に閉状態になっていると診断する。
ステップ２４では、第２空燃比センサ９ｂの出力信号に基づいて第２空燃比を検出する。
ステップ２５では、ステップ２１にて推定した空燃比を、ステップ２４にて検出した第２空燃比で減算し、この値の絶対値が所定の故障判定値γ未満であるか否かを判定する（｜推定空燃比−第２空燃比｜＜γ）。これが故障バルブ特定手段に相当する。絶対値が所定の故障判定値γ未満である（｜推定空燃比−第２空燃比｜＜γ）場合には、第２開閉バルブ１７ｂが開故障していると特定する。一方、絶対値が所定の故障判定値γ以上である（｜推定ＱＡＩ−実ＱＡＩ｜≧γ）場合には、第２開閉バルブ１７ｂが正常に閉状態になっていると診断する。

本実施形態によれば、各排気通路８ａ，８ｂにて２次空気供給位置より下流側の実空燃比を検出する実空燃比検出手段（ステップ１０，ステップ２４）と、各バンク２，３の排気通路８ａ，８ｂの一方に全ての２次空気が供給される時の排気空燃比を推定する空燃比推定手段（ステップ２１）と、少なくとも一方の各バンクの排気通路について、推定空燃比及び実空燃比に基づいて各開閉バルブ１７ａ，１７ｂのいずれかの開故障を特定する故障バルブ特定手段（ステップ２２，ステップ２５，ステップ２７，ステップ２８）と、を備える。このため、推定空燃比と実空燃比とに基づいて開閉バルブ１７ａ，１７ｂのどちらが開故障しているのかを特定することができる。

また本実施形態によれば、故障バルブ特定手段は、推定された空燃比と、実空燃比との差が所定値未満となる方の排気通路（８ａ若しくは８ｂ）に２次空気を供給可能な開閉バルブ（１７ａ若しくは１７ｂ）が開故障であると特定する（ステップ２２，ステップ２５，ステップ２７，ステップ２８）。開故障している方の開閉バルブを介して排気通路に２次空気が供給されれば、排気空燃比がリーンとなるので、推定空燃比と、第１空燃比若しくは第２空燃比との差が小さくなるため、これらの空燃比から開故障している開閉バルブを特定できる。

２次空気供給装置の故障診断装置を示す概略構成図 開閉バルブの断面図 第１の実施形態における開閉バルブの開故障診断のフローチャート 第２の実施形態における開閉バルブの開故障診断のフローチャート

符号の説明

１ エンジン
７ エアフロメータ
８ 排気通路
８ａ 第１排気通路
８ｂ 第２排気通路
９ａ 第１空燃比センサ
９ｂ 第２空燃比センサ
１３ ２次空気供給装置
１４ ２次空気供給通路
１４ａ 第１分岐通路
１４ｂ 第２分岐通路
１６ エアポンプ
１７ 開閉バルブ
１７ａ 第１開閉バルブ
１７ｂ 第２開閉バルブ
１８ ２次空気量検出装置
２１ カットバルブ
２７ リードバルブ
４０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給通路に、２次空気を供給若しくは遮断可能な開閉バルブを備え、前記排気通路への２次空気供給条件にて前記開閉バルブを開き、非供給条件にて前記開閉バルブを閉じる内燃機関の２次空気供給装置において、
   前記排気通路に供給する２次空気量を検出する２次空気量検出手段と、
   前記開閉バルブを閉じる非供給条件にて、前記２次空気量検出手段により検出される２次空気量が所定値以上である時に前記開閉バルブが開故障であると診断する故障診断手段と、
   を備えることを特徴とする２次空気供給装置の故障診断装置。
2. 前記２次空気供給通路は、Ｖ型内燃機関の各バンクの排気通路に連通する分岐通路のそれぞれに前記開閉バルブを備えることを特徴とする請求項１記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
3. 前記内燃機関に吸入される空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記内燃機関の運転条件に基づいて目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
   前記各排気通路にて２次空気供給位置より下流側の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
   少なくとも一方のバンクの排気通路について、前記吸入空気量、前記目標空燃比及び前記実空燃比に基づいて２次空気量を推定する２次空気量推定手段と、
   前記推定された２次空気量と前記検出された２次空気量とに基づいて前記各開閉バルブのいずれかの開故障を特定する故障バルブ特定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
4. 前記故障バルブ特定手段は、前記推定された２次空気量と、前記検出された２次空気量との差が所定値未満となる方の排気通路に２次空気を供給可能な前記開閉バルブが開故障であると特定することを特徴とする請求項３記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
5. 前記各排気通路にて２次空気供給位置より下流側の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
   前記各バンクの排気通路の一方に全ての２次空気が供給されるときの排気空燃比を推定する空燃比推定手段と、
   少なくとも一方の各バンクの排気通路について、前記推定空燃比及び前記実空燃比に基づいて前記各開閉バルブのいずれかの開故障を特定する故障バルブ特定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
6. 前記故障バルブ特定手段は、前記推定空燃比と、前記実空燃比との差が所定値未満となる方の排気通路に２次空気を供給可能な前記開閉バルブが開故障であると特定することを特徴とする請求項５記載の２次空気供給装置の故障診断装置。

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