JP2007262974A - ２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストをかけることなくリードバルブの異常を速やかに検出することが可能な２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】２次空気供給装置３０の動作を制御する制御装置３７に、エンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域であると判断する判断部３８と、判断部３８の判断結果に基づいて、エアポンプ３１を停止させ、且つピボットバルブ３４を開放すると共に、エアポンプ３１の停止、且つピボットバルブ３４が開状態における２次空気供給通路３２内の圧力センサ３３の検出値に基づいてリードバルブ３５の異常を判定する判定部３９と、を設ける。
【選択図】図３

Description

この発明は、２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置に関する。

一般に、エンジン冷間始動時にあっては、空燃比が理論空燃比よりも濃いために三元触媒の還元作用が活発になる一方で酸化作用が不活発になる。

そこで、排気系へ２次空気を供給してエンジンの排気ガス成分のうち、ＨＣ，ＣＯを酸化反応で浄化させると共に、エンジン排気ガスを筒外で後燃焼させて触媒温度を早く上昇させる２次空気供給装置が知られている。

このような２次空気供給装置にあっては、エアポンプや開閉弁（ピボットバルブ及びリードバルブのこと。これらを一体化したものをカットバルブという）といった構成部品に異常が生じると、排気ガス成分の浄化効率が低下しエミッションが悪化するため、その異常を速やかに検出する必要がある。この種の異常を検出する技術としては、特許文献１，２に開示された技術が知られている。

特許文献１には、エアポンプと開閉弁との間の２次空気供給通路に圧力センサを配設し、検出した圧力値と圧力変動値とに基づいて２次空気供給装置の異常を検出することが示されている。また、特許文献２には、カットバルブ自体に圧力センサを配設し、エアポンプ停止、開閉弁閉制御時における圧力センサが検出した圧力脈動に基づいてカットバルブの異常を検出することが示されている。

しかしながら、特許文献１に示された技術にあっては、２次空気供給装置自体の異常は検出しうるが、構成部品のいずれが異常であるかを正確に判定することは難しい。特に、比較的小さな異物が挟まったようなピボットバルブの小開故障やリードバルブの開故障のように圧力変動が小さい場合には、圧力変動が減衰してノイズに埋もれてしまうために検出が困難である。

また、特許文献２に示された技術にあっては、ピボットバルブの異常を検出したうえでリードバルブの異常を検出するように構成されており、リードバルブのみの故障を検出することはできない。しかも、リードバルブは、それ自体が圧力変動により開閉するように構成されているため、圧力センサが検出した圧力変動が、正常動作によるものであるか、異常によるものなのか正確に検出することはできないという問題もある。

ところで、特許文献３には、リードバルブ動作音をマイクロフォンで検出することによって、リードバルブの異常を検出することが提案されているが、このような方法によると、動作音検出のための検出手段が必要となるため、コストがかかってしまうという問題がある。

特開２００３−８３０４８号公報 特開２００３−３１４２６２号公報 特開平１０−２９９４６２号公報

そこで、この発明は、上記した従来技術が有している問題点を解決するためになされたものであって、コストをかけることなくリードバルブの異常を速やかに検出することが可能な２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため第１の発明は、エアポンプとエンジンの排気系とを連通する２次空気供給通路に、前記２次空気供給通路内の圧力を検出する出力センサと、必要時に応じて前記エアポンプからの２次空気を排気系に供給する電子制御式の開閉弁と、前記開閉弁から前記排気系に向かってのみ流通させるリードバルブとを備えた２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置であって、
前記エンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断する判断手段と、
前記判断手段の判断結果に基づいて、前記エアポンプの駆動を停止し、且つ前記開閉弁を開くと共に、前記エアポンプが停止状態、且つ前記開閉弁が開状態における前記圧力センサの検出値に基づいて前記リードバルブの異常を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、判断手段がエンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域、すなわち正圧領域であると判断すると、判定手段がエアポンプを停止させ、且つ開閉弁を開放すると共に、エアポンプの停止、且つ開閉弁が開状態における２次空気供給通路内の圧力変動を圧力センサにて検出させる。そして、圧力センサにて圧力変動が検出された場合には、エンジンの排気ガスが２次空気供給通路に流れ込んでおり、逆流防止弁としてのリードバルブの機能が損なわれている、すなわち、リードバルブに異常が発生していると判定する。これに対し、２次空気供給通路内における圧力変動が圧力センサにて検出されない場合には、エンジンの排気ガスが２次空気供給通路に流れ込んでおらず、リードバルブは正常に機能を発揮していると判定する。これにより、コストをかけることなくリードバルブの異常を速やかに検出することが可能となる。

上記目的を達成するため第２の発明は、第１の発明の構成に加えて、前記判断手段は、エンジンの空気吸入量に基づいて前記エンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断することを特徴とする。

第２の発明によれば、判断手段は、エンジンの空気吸入量に基づいてエンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断する。これにより、第１の発明の作用効果に加えて、エンジン制御用の既存の車載センサ、例えばエアフローセンサを用いることによって、エンジンの排気系に排気ガス圧力を検出する新たな検出手段を設ける必要はなくなるので、部品点数の増加及びコストの上昇を抑えることができると共に、リードバルブの異常検出装置とエンジン制御装置との回路構成の共用化を図ることができる。

上記目的を達成するため第３の発明は、第１又は第２の発明の構成に加えて、前記判定手段は、前記圧力センサの検出値が予め設定された閾値を超えた場合に前記リードバルブの異常を判定することを特徴とする。

上記目的を達成するため第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明の構成に加えて、前記閾値は、前記開閉弁の閉時における前記圧力センサの検出値に基づいて予め決定されていることを特徴とする。

第３、第４の発明によれば、判定手段は、圧力センサの検出値が予め設定された閾値を超えた場合にリードバルブの異常を判定すると共に、この閾値は、開閉弁の閉時における圧力センサの検出値に基づいて予め決定されている。これにより、第１又は第２の発明の作用効果に加えて、リードバルブの異常判定の成功率、精度を大幅に向上させることができる。

本発明の２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置によれば、判断手段がエンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域であると判断すると、判定手段がエアポンプを停止させ、且つ開閉弁を開放すると共に、エアポンプの停止、且つ開閉弁が開状態における２次空気供給路内の圧力変動を圧力センサによって検出する。圧力変動がある場合には、リードバルブに異常が発生していると判定し、圧力変動がなければ、リードバルブは正常に機能していると判定する。これにより、コストをかけることなくリードバルブの異常を速やかに検出することが可能となる。

以下、本発明の最も好適と思われる実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置の構成を示した概略図、図２は、同例におけるカットバルブの断面図、図３は、同例における制御装置において行われるリードバルブの異常検出フローチャートである。

図１に示されるように、２次空気供給装置３０は、ガソリンエンジン車の排ガス浄化装置の１つとして取り付けられるものである。なお、ガソリンエンジンには、直列型、Ｖ型、水平対向型、等があるが、ここでは、水平対向型のガソリンエンジン（以下、エンジン）１０に取り付けられた２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置について説明する。

まず、エンジン１０の吸気系について説明する。
吸気系は、レゾネータ１１、エアクリーナ１２、エアフローセンサ１３、エンジンＥＣＵ１４、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５Ａ、インタークーラ１６、スロットル１７、インテークマニホールド１８を備えて構成されている。

この吸気系によると、図示しない空気取り入れ口から取り込まれた吸入空気（１次空気）は、レゾネータ１１によって共鳴が防止された状態でエアクリーナ１２に送り込まれてダストが除去される。エアクリーナ１２から排出された吸入空気は、エアフローセンサ１３によってエンジン１０に吸入される吸入空気量（ＧＡ値）が検出される。この吸入空気量ＧＡは、エンジン１０を制御するエンジンＥＣＵ１４に入力されて各種制御に供される。エアフローセンサ１３を経た吸入空気は、排気ガスのエネルギーを用いたターボチャージャ１５のコンプレッサ１５Ａにて急激に圧縮されて発熱、膨張する。この高温となった吸入空気はインタークーラ１６にて冷却され、シリンダへの吸気密度が高められるようになっている。そして、吸入空気は、アクセルの踏み込み量に応じてスロットルバルブ１７Ａを開閉するスロットル１７によって流量制御がなされたのち、インテークマニホールド１８によってエンジン１０の左右バンクの各シリンダに運ばれる。そして、エンジン１０の各シリンダに運ばれた吸入空気は、燃料が混合されたのちシリンダ内で燃焼される。

次に、エンジン１０の排気系について説明する。
排気系は、エキゾーストマニホールド２０、エキゾーストパイプ２１、ターボチャージャ１５の排気タービン１５Ｂ、プリ及びメイン三元触媒２２，２３、マフラ２４を備えて構成されている。

この排気系によると、エンジン１０の各シリンダから排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド２０によってエキゾーストパイプ２１に導かれたのち、ターボチャージャ１５の排気タービン１５Ｂを回転させることにより同軸上のコンプレッサ１５Ａを駆動する。それから、プリ及びメイン三元触媒２２，２３によって排気ガスに含まれるＨＣ，ＣＯが酸化，ＮＯｘが還元による除去がなされると共に、マフラ２４による消音、冷却がなされてから大気に放出される。

次に、２次空気供給装置３０について説明する。
２次空気供給装置３０は、エアポンプ３１、２次空気供給通路３２、圧力センサ３３、ピボットバルブ３４及びリードバルブ３５が一体的に組み込まれたカットバルブ３６、制御装置３７を備えて構成されている。

２次空気を発生させるエアポンプ３１は電気モータ駆動式であり、このエアポンプ３１とエキゾーストマニホールド２０とが２次空気供給通路３２によって連通されている。この２次空気供給通路３２には、２次空気供給通路３２の内圧を検出する圧力センサ３３と、２次空気供給通路３２を開閉する左右バンク側のカットバルブ３６とが、それぞれ左右両バンク毎に等しく介設されている。カットバルブ３６は、圧力センサ３３よりも下流側の２次空気供給通路３２に設けられている。

図２に示されるように、カットバルブ３６内に組み込まれたピボットバルブ（シャットバルブとも言う）３４は、２次空気供給通路３２を開閉可能とする電子制御式の開閉弁である。このピボットバルブ３４の下流側には、薄い金属板を用いた逆流防止弁としてのリードバルブ３５が配設されており、２次空気供給通路３２からエンジン側に向かってのみ２次空気を流すようにその方向性が設定されている。そして、ピボットバルブ３４が開制御されると、エアポンプ３１が発生した２次空気がエンジン側、つまりエキゾーストマニホールド２０に向けて噴出する一方で、ピボットバルブ３４が閉制御されるとリードバルブ３５が閉じてエキゾーストマニホールド２０からエアポンプ側に向けての排気ガスの流れ込みが防止されるようになっている。

２次空気供給装置３０の動作を制御する制御装置３７は、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ１４が兼ねており、左右バンクの圧力センサ３３が検出した検出値が入力されると共に、エアポンプ３１のモータ駆動、各ピボットバルブ３４の開閉を制御する制御信号を出力する。

そして、この制御装置３７は、車両のエンジン１０、冷却系、潤滑系、吸排気系、動力伝達系等に装着されている各種の車載センサ、スイッチの検出値に基づいて、主として冷間始動時、つまり燃料濃度が濃く、Ａ／Ｆが小さく、プリ及びメイン三元触媒２２，２３が十分に暖まっておらずその浄化機能が発揮され難い場合に、エアポンプ３１を駆動すると共に、排気脈動に応じてピボットバルブ３４を開制御することで、２次空気をエキゾーストマニホールド２０に供給する。これにより、エンジン１０の排気ガス成分のうち、ＨＣ，ＣＯが酸化反応で浄化されると共に、エンジン排気ガスが筒外で後燃焼してプリ及びメイン三元触媒２２，２３の温度を早く上昇させることによって、エミッションの悪化が抑制されるようになっている。

さらに、この制御装置３７は、リードバルブ３５の異常検出機能が備わっている。すなわち、この制御装置３７は、２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置も兼ねている。

具体的には、制御装置３７は、エアフローセンサ１３が検出した吸入空気量ＧＡに基づいて、エンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断する判断手段としての判断部３８と、判断部３８の判断結果に基づいて、エアポンプ３１の駆動を停止し、且つピボットバルブ３４を開くと共に、エアポンプ３１が停止状態、且つピボットバルブ３４が開状態における圧力センサ３３の検出値に基づいてリードバルブ３５の異常を判定する判定手段としての判定部３９とを備えている。

以下、制御装置３７にて実行されるリードバルブ３５の異常検出について図３に示されたフローチャートに沿って説明する。

なお、このリードバルブ３５の異常検出は、始めに左バンク、次に右バンクの順で行われると共に、２次空気供給中であれば強制的に行われるように設定されているが、これに限定されるものではない。例えば、リードバルブ３５の異常検出は、２次空気供給終了時に行われるように設定することも可能である。

ステップ１０では、各種の車載センサ、スイッチの検出値に基づいてエンジン１０の冷間始動時か否かを判断する。そして、既に温められたエンジンの再始動時であると判断するとステップ１０を繰り返すようにリターンする。

また、エンジン冷間始動時ならば、２次空気供給装置（図中にあってはＡＩと略す）３０の駆動を決定してステップ１１に移行する。

ステップ１１では、２次空気供給装置３０の駆動を実行すると共に、ステップ１２において、左右バンクの圧力センサ３３の検出値に基づいて、エアポンプ３１、左右バンクのピボットバルブ３４の故障診断を行う。そして、エアポンプ３１、左右バンクのピボットバルブ３４のうち少なくとも何れか１つに故障があると診断した場合には、ステップ１３に移行して、図示しない警告灯の点灯、点滅、或いは警告音の吹聴等によるユーザへの警告処理を行う。また、警告処理の履歴データを制御装置１７に記憶格納させておきデータロガなどで読み出せるように構成することも可能である。

また、エアポンプ３１、左右バンクのピボットバルブ３４に故障がないと診断した場合には、ステップ１４に移行して、エアフローセンサ１３からの検出値に基づいて吸入空気量ＧＡを読み込む。

吸入空気量ＧＡを読み込んだならば、ステップ１５に移行して、吸入空気量ＧＡと予め設定された吸入空気量の下限値ＧＡＬと上限値ＧＡＵとを比較することによって、エンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域か否かを判断する。エンジン１０の吸入空気量ＧＡが予め設定された範囲内に収まっていれは、エンジン１０の排気ガス圧力は負圧にならない領域、つまり、排気ガス圧力は当然、正圧となる。

なお、吸入空気量の下限値ＧＡＬは、カットバルブ３６内の圧力が負圧にならない値に予め設定されていると共に、吸入空気量の上限値ＧＡＵは、リードバルブ３５の信頼性に影響を与えないカットバルブ３６内圧力となるように予め設定されている。

すなわち、ステップ１５においてエンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域とは異なる領域にあると判断すると、ステップ１４にリターンする。

また、負圧にならない領域の場合と判断すると、ステップ１６に移行する。

ステップ１６では、エアポンプ３１の停止、左バンク側のピボットバルブ３４の開制御を行ったのち、ステップ１７に移行して、左バンク側の圧力センサ３３によって予め設定された所定時間の圧力値Ｐ１を読み込む。読み込みが終了すると、ステップ１８に移行して、圧力変動値ΔＰ１を算出する。そして、算出が終了すると、ステップ１９に移行して、左バンク側のピボットバルブ３４を閉制御すると共に、ステップ２０にて、左バンク側の圧力センサ３３が検出した検出値に基づいて算出した圧力変動値ΔＰ１と予め設定されていた閾値ΔＰ１Ａとを比較する。

閾値ΔＰ１Ａは、左バンク側の圧力センサ３３の検出値にノイズがのっている場合があり、そのノイズのみによって発生する見かけ上の圧力脈動が左バンク側のリードバルブ３５の異常によるものであると誤判定するのを防止するためのものである。すなわち、予め左バンク側のピボットバルブ３４を閉状態とした場合の左バンク側の圧力センサ３３の検出値を検出し、その検出値（例えば、最大値）に基づいて閾値ΔＰ１Ａが設定されている。これにより、左バンク側のリードバルブ３５の異常判定の成功率、精度を大幅に向上させることができる。

ここで、圧力変動値ΔＰ１が閾値ΔＰ１Ａよりも大きければ、リードバルブ３５が逆止弁としての機能を満たしていないと判定して、ステップ１３に移行して、左バンク側のリードバルブ３５の異常を判定する警告処理を行う。

これに対し、圧力変動値ΔＰ１が閾値ΔＰ１Ａよりも小さければ、左バンク側の圧力センサ３３が検出した圧力は大気圧に近くということになるので、左バンク側のリードバルブ３５が逆止弁としての機能を満たしていると判定する。

そして、左バンク側のリードバルブ３５の異常検出が終了すると、右バンク側のリードバルブ３５の異常を検出するために、次のステップ２１に移行する。

ステップ２１〜２５は、上述したステップ１６〜２０とほぼ同様の処理が実行されるように構成されている。すなわち、ステップ２１では、右バンク側のピボットバルブ３４の開制御を行ったのち、ステップ２２に移行して、圧力センサ３３によって予め設定された所定時間の圧力値Ｐ２を読み込む。読み込みが終了すると、ステップ２３に移行して、圧力変動値ΔＰ２を算出する。そして、算出が終了すると、ステップ２４に移行して、右バンク側のピボットバルブ３４を閉制御すると共に、ステップ２５にて、圧力センサ３３が検出した検出値に基づいて算出した圧力変動値ΔＰ２と予め設定されていた閾値ΔＰ２Ａとを比較する。

閾値ΔＰ２Ａは、閾値ΔＰ１Ａと同様に、右バンク側の圧力センサ３３の検出値にノイズがのっている場合があり、そのノイズのみによって発生する見かけ上の圧力脈動が右バンク側のリードバルブ３５の異常によるものであると誤判定するのを防止するためのものである。すなわち、予め右バンク側のピボットバルブ３４を閉状態とした場合の右バンク側の圧力センサ３３の検出値を検出し、その検出値（例えば、最大値）に基づいて閾値ΔＰ２Ａが設定されている。これにより、右バンク側のリードバルブ３５の異常判定の成功率、精度を大幅に向上させることができる。

ここで、圧力変動値ΔＰ２が閾値ΔＰ２Ａよりも大きければ、右バンク側のリードバルブ３５が逆止弁としての機能を満たしていないと判定して、ステップ１３に移行して、右バンク側のリードバルブ３５の異常を判定する警告処理を行う。これに対し、圧力変動値ΔＰ２が閾値ΔＰ２Ａよりも小さければ、右バンク側の圧力センサ３３が検出した圧力は大気圧に近いということになるので、右バンク側のリードバルブ３５が逆流逆止弁としての機能を満たしていると判定したのちステップ１０にリターンする。

以上述べたように本発明の２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置によれば、判断部３８がエンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域、すなわち正圧領域であると判断すると、判定部３９がエアポンプ３１を停止させ、且つピボットバルブ３４を開放すると共に、エアポンプ３１の停止、且つピボットバルブ３４が開状態における２次空気供給通路３２内の圧力変動を圧力センサ３３にて検出させる。そして、圧力センサ３３にて圧力変動が検出された場合には、エンジン１０の排気ガスが２次空気供給通路３２に流れ込んでおり、逆流防止弁としてのリードバルブ３５の機能が損なわれている、すなわち、リードバルブ３５に異常が発生していると判定する。これに対し、２次空気供給通路３２内における圧力変動が圧力センサ３３にて検出されない場合には、エンジン１０の排気ガスが２次空気供給通路３２に流れ込んでおらず、リードバルブ３５は正常に機能を発揮していると判定する。これにより、コストをかけることなくリードバルブ３５の異常を速やかに検出することが可能となる。

また、本発明によれば、判断部３８は、エンジン１０の空気吸入量に基づいてエンジン１０の排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断する。これにより、エンジン制御用の既存の車載センサ、例えばエアフローセンサ１３を用いることによって、エンジン１０の排気系に排気ガス圧力を検出する新たな検出手段を設ける必要はなくなるので、部品点数の増加及びコストの上昇を抑えることができると共に、リードバルブ３５の異常検出装置とエンジン制御装置との回路構成の共用化を図ることができる。

また、本発明によれば、判定部３９は、圧力センサ３３の検出値が予め設定された閾値ΔＰ１Ａ，ΔＰ２Ａを超えた場合にリードバルブ３５の異常を判定すると共に、この閾値ΔＰ１Ａ，ΔＰ２Ａは、ピボットバルブ３４の閉時における圧力センサ３３の検出値に基づいて予め決定されている。これにより、リードバルブ３５の異常判定の成功率、精度を大幅に向上させることができる

なお、本発明は、例えば、ターボエンジンのように排気圧力の高いエンジンに適用されるのが好ましいが、それに限定されるものではなく、排気圧力の比較的低い自然吸気エンジンでは実用範囲の診断領域を狭めることによって対応することができるようになっている。

また、本発明は、上述した水平対向型エンジンのみならず、直列型、Ｖ型、等、様々な形式のエンジンにも容易に適用することができる。

さらに、本発明における制御装置３７は、エンジンＥＣＵ１４から独立して設けることも可能である。さらには、制御装置３７をエンジンＥＣＵ１４とは異なる制御装置に兼ねさせることも可能である。

本発明に係る２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置の構成を示した概略図である。 同例におけるカットバルブの断面図である。 同例における制御装置において行われるリードバルブの異常検出フローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１３ エアフローセンサ
１４ エンジンＥＣＵ
２０ エキゾーストマニホールド（排気系）
３０ ２次空気供給装置
３１ エアポンプ
３２ ２次空気供給通路
３３ 圧力センサ
３４ ピボットバルブ（開閉弁）
３５ リードバルブ（逆流逆止弁）
３６ カットバルブ
３７ 制御装置
３８ 判断部（判断手段）
３９ 判定部（判定手段）

Claims (4)

1. エアポンプとエンジンの排気系とを連通する２次空気供給通路に、前記２次空気供給通路内の圧力を検出する出力センサと、必要時に応じて前記エアポンプからの２次空気を排気系に供給する電子制御式の開閉弁と、前記開閉弁から前記排気系に向かってのみ流通させるリードバルブとを備えた２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置であって、
   前記エンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づいて、前記エアポンプの駆動を停止し、且つ前記開閉弁を開くと共に、前記エアポンプが停止状態、且つ前記開閉弁が開状態における前記圧力センサの検出値に基づいて前記リードバルブの異常を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置。
2. 前記判断手段は、エンジンの空気吸入量に基づいて前記エンジンの排気ガス圧力が負圧にならない領域を判断することを特徴とする請求項１に記載の２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置。
3. 前記判定手段は、前記圧力センサの検出値が予め設定された閾値を超えた場合に前記リードバルブの異常を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置。
4. 前記閾値は、前記開閉弁の閉時における前記圧力センサの検出値に基づいて予め決定されていることを特徴とする請求項３に記載の２次空気供給装置のリードバルブの異常検出装置。

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