JP2010077957A - ２次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアポンプへの負荷を低減しつつ、異常診断を正確に行うことのできる２次空気供給装置を提供する。
【解決手段】排気系にエアインジェクション（ＡＩ）を行う２次空気供給装置１０において、２次空気を供給するためのＡＩ配管１２と、ＡＩ配管１２に配置された電動のエアポンプ（ＡＰ）１４と、ＡＰ１４への印加電流を検出する電流計３２と、ＡＩ配管１２の内部圧力を検出する圧力センサ３４と、を備え、ＡＩ動作が行われている間の印加電流と内部圧力とに基づいて異常診断を実行する。好ましくは、内部圧力が所定値以上であり、且つ、印加電流が所定値以上である場合に、ＡＩ配管１２の詰まりによる異常を判定する。また、内部圧力が所定値以上であり、且つ、印加電流が所定値未満である場合に、２次空気供給装置１０を正常と判定する。また、内部圧力が所定値未満である場合に、ＡＰ１４の異常を判定する。
【選択図】図３

Description

この発明は、２次空気供給装置に関し、特に、当該装置を構成する部品の故障検出が可能な２次空気供給装置に関する。

従来、例えば、特開２００６−７０８３５号公報に開示されているように、２次空気供給装置の異常検出の誤検出を抑制することのできる装置が提案されている。より具体的には、この装置は、排気浄化装置よりも上流側に２次空気を供給する２次空気通路と、ポンプと、ポンプを駆動するバッテリと、バッテリ電圧検出手段と、２次空気通路を開閉する開閉手段と、ポンプと開閉手段との間に配置された圧力センサと、を有している。そして、該開閉手段の開放時と閉鎖時とにおいて検出された２次空気通路の圧力値と圧力変化量に基づいて、構成部品の異常検出が行われる。

また、開閉手段の開放時におけるバッテリの電圧値と閉鎖時におけるバッテリの電圧値との間の電圧変化量が大きい場合には、２次空気通路を流れる空気についての流量変化量も大きくなり、従って圧力変化量も大きくなる。そこで、上記従来の２次空気供給装置では、かかる電圧変化量が所定の値より大きい場合に、異常検出を停止することとしている。これにより、圧力変化量が異常検出の結果に影響を与える程度に大きい場合に異常検出を停止することができるので、誤検出が行われる事態を防止することができる。

特開２００６−７０８３５号公報 特開２００６−８３７９８号公報 特開平８−６１０５１号公報 特開平９−１３７７１８号公報

しかしながら、上記従来の２次空気供給装置のように、異常検出を実施する場合に、エアポンプの下流の通路を閉鎖した状態で当該エアポンプを駆動することとすると、エアポンプに過大な負荷がかかってしまう。このため、このような異常検出動作が繰り返し行われると、エアポンプが早期に故障してしまうおそれがある。このように、上記従来の２次空気供給装置は、エアポンプの保護の観点から十分な装置とは言えず、改善が望まれていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エアポンプへの負荷を低減しつつ、異常診断を正確に行うことのできる２次空気供給装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置において、
２次空気を供給するための供給配管と、
前記供給配管に配置された電動のエアポンプと、
前記エアポンプへの印加電流を検出する印加電流検出手段と、
前記供給配管の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、
２次空気の供給が行われている間に検出された前記印加電流と前記内部圧力とに基づいて、前記２次空気供給装置の異常診断を行う異常診断手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記エアポンプの下流の前記供給配管を開閉するための開閉装置を更に備え、
前記異常診断手段は、前記開閉装置が開き側に制御された状態で前記エアポンプを駆動している間に検出された前記印加電流と前記内部圧力とに基づいて、前記２次空気供給装置の異常診断を行うことを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値以上であり、且つ、前記印加電流が所定値以上である場合に、前記供給配管の詰まりによる異常を判定することを特徴とする。

第４の発明は、第１または第２の発明において、
前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値以上であり、且つ、前記印加電流が所定値未満である場合に、前記２次空気供給装置を正常と判定することを特徴とする。

第５の発明は、第１または第２の発明において、
前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値未満である場合に、前記エアポンプの異常を判定することを特徴とする。

供給配管に詰まり等が発生し、該供給配管を流れる２次空気の流量が減少すると、エアポンプへの印加電流は大きくなる。また、該供給配管を流れる２次空気の流量が減少すると、該供給配管の内部圧力は小さくなる。第１の発明によれば、２次空気の供給が行われている間の内部圧力と印加電流とに基づいて、２次空気供給装置の異常診断が行われる。このため、本発明によれば、エアポンプの負荷を低減しつつ、異常診断を正確に実施することができる。

第２の発明によれば、エアポンプの下流に配置された開閉装置が開き側に制御された状態でエアポンプを駆動している間に、異常診断が実行される。開閉装置が開き側に制御された状態でエアポンプを駆動する場合には、該エアポンプに過大な負荷がかかることはない。このため、本発明によれば、エアポンプの負荷を低減しつつ、異常診断を正確に実施することができる。

第３の発明によれば、内部圧力が所定値以上であり、且つ、印加電流が所定値以上である場合に、供給配管の詰まりによる異常が判定される。印加電流が所定値以上である場合には、供給配管を流通する２次空気の流量が正常時よりも少ないと判断することができる。一方、内部圧力が所定値以上である場合には、少なくとも、エアポンプは正常に動作していると判断することができる。このため、本発明によれば、かかる場合に、供給配管の詰まりによる異常を判定することができる。

第４の発明によれば、内部圧力が所定値以上であり、且つ、印加電流が所定値未満である場合に、２次空気供給装置が正常と判定される。内部圧力が所定値以上である場合には、少なくとも、エアポンプは正常に動作していると判断することができる。また、印加電流が所定値未満である場合には、供給配管を流通する２次空気の流量が正常時と同量と判断することができる。このため、本発明によれば、かかる場合に、２次空気供給装置が正常と判定することができる。

内部圧力が所定値未満である場合には、エアポンプは正常に動作していない可能性が高い。このため、第５の発明によれば、内部圧力が所定値未満である場合に、エアポンプの異常を判定することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態としての２次空気供給装置を備える内燃機関の概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態の２次空気供給装置１０は、内燃機関２に取り付けられるものである。内燃機関２は車両に搭載され、その動力源とされているものとする。

内燃機関２には、吸気管３、および排気管４が接続されている。吸気管３の上流端にはエアフィルタ５が配置され、その下流側には、吸入空気量を調整するためのスロットル６が配置されている。また、排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒７が配置されている。

図１に示すように、本実施の形態の２次空気供給装置１０は、エアインジェクション（ＡＩ）配管１２を備えている。ＡＩ配管１２の一端は、吸気管３におけるエアフィルタ５とスロットル６との間に接続されている。また、ＡＩ配管１２の他端は、排気管４における排気浄化触媒７の上流に接続されている。ＡＩ配管１２の途中には、電気モータの動力で駆動するエアポンプ（ＡＰ）１４が配置されている。また、ＡＰ１４には、当該モータへ印加されている印加電流を検出するための電流計３２が設けられている。

ＡＰ１４の下流側には、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１６が配置され、このＡＳＶ１６には、吸気管３のスロットル６の下流から延びる配管２０が接続されている。配管２０の途中には、電磁弁２２が配置されている。ＡＳＶ１６の下流側には、ＡＩ配管の内部圧力を検出するための圧力センサ３４が配置されている。また、圧力センサ３４の更に下流には、逆止弁１８が配置されている。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述した電流計３２、圧力センサ３４の他、内燃機関２を制御するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述したＡＰ１４、電磁弁２２の他、内燃機関２を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。

［実施の形態の動作］
（エアインジェクション動作）
内燃機関２では、排気浄化触媒７の暖機促進等を目的として、排気管４に新気を導入するエアインジェクション(ＡＩ)動作が行われる場合がある。より具体的には、内燃機関２へのＡＩ動作要求が検出されると、電磁弁２２が開弁されるとともに、ＡＰ１４が駆動される。電磁弁２２が開弁されるとＡＳＶ１６に吸気管３の負圧が導かれて、ＡＳＶ１６が開弁される。これにより、エアフィルタ５を通過した新気を、ＡＩ配管１２を介して排気管４へ導入することができる。

（２次空気供給装置の故障検出動作）
次に、図２を参照して、本実施の形態の２次空気供給装置１０の故障検出動作について説明する。本実施の形態の２次空気供給装置１０は、ＡＩ動作が行われている状態でのＡＰ１４への印加電流Ａ、およびＡＩ配管１２の内部圧力Ｐに基づいて、当該装置の構成部品の異常有無を判定する。

先ず、内部圧力Ｐが低い場合には、ＡＩ配管１２を介して排気管４へ導入される空気流量（以下、「ＡＩ流量」と称する）が低下していると判断することができる。そこで、内部圧力Ｐが所定の判定値よりも小さい場合には、ＡＰ１４に異常が発生していると判断することができる。

一方、内部圧力Ｐが所定の判定値よりも小さい場合には、少なくともＡＰ１４に異常は発生していないと判断することができる。次に、ＡＰ１４への印加電流Ａが高い場合には、ＡＰ１４への負荷が大きいと判断することができる。そこで、印加電流Ａと正常時の印加電流Ａｒｅｆとの偏差が所定の判定値以上に大きい場合には、ＡＩ配管１２に詰まりによる異常が発生していると判断することができる。

ここで、所定の判定値は、ＡＩ流量と印加電流Ａとの関係に従い決定される。図２は、ＡＩ流量Ｑと印加電流Ａとの関係を示す図である。この図に示すとおり、ＡＩ流量Ｑが低下するほど、すなわちＡＩ配管１２が詰まるほど、ＡＰ１４への印加電流Ａは増加する。そこで、ＡＩ流量が、異常を判定する所定のレベル（ＡＩ流量低下判定レベル）まで低下した場合の印加電流と正常時の印加電流Ａｒｅｆとの偏差を判定値とする。これにより、ＡＩ配管１２の詰まりによる異常を正確に判定することができる。

次に、内部圧力Ｐが所定の判定値よりも小さく、且つ、ＡＰ１４への印加電流Ａが所定の判定値未満の場合には、ＡＰ１４の異常およびＡＩ配管１２に詰まりがともに発生していない正常状態であると判断することができる。

このように、本実施の形態の２次空気供給装置１０によれば、ＡＩ動作の実行中に、すなわちＡＳＶ１６を開いた状態で異常診断を行うことができるので、ＡＰ１４への負荷が低減される。このため、エアポンプの寿命を効果的に延ばすことができる。また、エアポンプへの付加を低減することにより、エアポンプへの要求を下げることができるので、コストを効果的に削減することができる。

また、本実施の形態の２次空気供給装置１０によれば、異常診断のためのＡＩ動作が妨げられることがない。このため、排気浄化触媒７の暖機が早くなり、エミッションを効果的に低減することができる。

［実施の形態における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ＥＣＵ３０が、ＡＩ動作の実行中に異常診断を実行するルーチンのフローチャートである。

図３に示すルーチンでは、先ず、ＡＩ作動条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、排気浄化触媒７の暖機要求が出されているか否か、所定の条件が成立しているか否か等が判定される。その結果、ＡＩ作動条件が成立していないと判断された場合には、２次空気供給装置１０の異常診断を行うことができないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１００において、ＡＩ作動条件が成立していると判定された場合には、ＡＩ作動要求が出されていると判断されて、次のステップに移行し、ＡＩ動作が実行中か否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、未だＡＩ動作が実行されていないと判定された場合には、２次空気供給装置１０の異常診断を行うことができないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１０２において、ＡＩ動作が実行中であると判定された場合には、２次空気供給装置１０の異常診断を行うことができると判断されて、次のステップに移行し、所定期間のＡＩ配管１２の内部圧力Ｐが読み込まれる。ここでは、具体的には、所定期間の圧力センサ３４の検出信号が読み込まれる。次に、内部圧力Ｐの平均値Ｐｍが算出される（ステップ１０６）。

次に、所定期間のＡＰ１４への印加電流Ａが読み込まれる（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、所定期間の電流計３２の検出信号が読み込まれる。次に、印加電流Ａの平均値Ａｍが算出される（ステップ１１０）。

次に、内部圧力Ｐの平均値Ｐｍが所定の判定値以上か否かが判定される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６において算出された内部圧力の平均値Ｐｍと予め設定された所定の判定値との大小関係が比較される。その結果、Ｐｍ≧判定値の成立が認められない場合には、ＡＩ流量が異常と判定される程度に低下していると判断されて、次のステップに移行し、ＡＰ１４の異常が判定される（ステップ１１４）。

一方、上記ステップ１１２において、Ｐｍ≧判定値の成立が認められた場合には、ＡＩ流量は正常、すなわちＡＰ１４は正常と判断されて、次のステップに移行し、正常時の印加電流値Ａｒｅｆが読み込まれる（ステップ１１６）。ここでは、具体的には、２次空気供給装置１０に異常が発生していない場合の印加電流として、予め設定された値が読み込まれる。

次に、印加電流Ａの平均値Ａｍと正常時の印加電流Ａｒｅｆとの偏差が所定の判定値よりも小さいか否かが判定される（ステップ１１８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１０において算出された印加電流の平均値Ａｍと上記ステップ１１６において読み込まれた正常時の印加電流Ａｒｅｆとの偏差と、予め設定された所定の判定値と大小関係が比較される。その結果、Ａｍ−Ａｒｅｆ＜判定値の成立が認められない場合には、ＡＩ配管１２に詰まりが発生することにより、ＡＰ１４への負荷が増加していると判断されて、次のステップに移行し、ＡＩ配管１２の詰まりによる異常が判定される（ステップ１２０）。

一方、上記ステップ１１８において、Ａｍ−Ａｒｅｆ＜判定値の成立が認められた場合には、ＡＩ配管１２に詰まりが発生していないと判断されて、次のステップに移行し、２次空気供給装置１０の正常が判定される（ステップ１２２）。

以上説明したとおり、本実施の形態の次空気供給装置１０によれば、ＡＩ動作の実行中に、すなわちＡＳＶ１６を開いた状態で異常診断を行うことができるので、ＡＰ１４への負荷が低減される。このため、エアポンプの寿命を効果的に延ばすことができる。また、エアポンプへの付加を低減することにより、エアポンプへの要求を下げることができるので、コストを効果的に削減することができる。

また、本実施の形態の２次空気供給装置１０によれば、異常診断のためのＡＩ動作が妨げられることがない。このため、排気浄化触媒７の暖機が早くなり、エミッションを効果的に低減することができる。

ところで、上述した実施の形態においては、内部圧力Ｐの所定期間の平均値Ｐｍと所定の判定値とを比較して、２次空気供給装置１０の異常を判定することとしているが、判定に使用する値は平均値Ｐｍに限られない。すなわち、内部圧力Ｐを直接判定に使用することとしてもよい。また、印加電流についても同様で、所定期間の平均値Ａｍに替えて印加電流Ａを直接判定に使用することとしてもよい。

また、上述した実施の形態においては、印加電流Ａの平均値Ａｍと正常時の印加電流Ａｒｅｆとの偏差と所定の判定値とを比較して、２次空気供給装置１０の異常を判定することとしているが、判定に使用する値は偏差（Ａｍ−Ａｒｅｆ）に限られない。すなわち、異常と判定される印加電流の判定値を予め設定し、印加電流Ａあるいはその平均値Ａｍと当該判定値とを比較して異常判定を行うこととしてもよい。

尚、上述した実施の形態においては、ＡＩ配管１２が前記第１の発明における「供給配管」に相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「内部圧力検出手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「印加電流検出手段」が、上記ステップ１１２、または１１６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「異常診断手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、ＡＳＶ１６が前記第２の発明における「開閉装置」に相当している。

また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「異常診断手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより、前記第４の発明における「異常診断手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「異常診断手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施形態のシステムの概略構成を説明するための図である。 ＡＩ流量Ｑと印加電流Ａとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２ 内燃機関
３ 吸気管
４ 排気管
５ エアフィルタ
６ スロットル
７ 排気浄化触媒
１０ ２次空気供給装置
１２ エアインジェクション（ＡＩ）配管
１４ エアポンプ（ＡＰ）
１６ エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）
１８ 逆止弁
２０ 配管
２２ 電磁弁
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ 電流計
３４ 圧力センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に２次空気を供給するための２次空気供給装置において、
   ２次空気を前記排気系へ供給するための供給配管と、
   前記供給配管に配置された電動のエアポンプと、
   前記エアポンプへの印加電流を検出する印加電流検出手段と、
   前記供給配管の内部圧力を検出する内部圧力検出手段と、
   ２次空気の供給が行われている間に検出された前記印加電流と前記内部圧力とに基づいて、前記２次空気供給装置の異常診断を行う異常診断手段と、
   を備えることを特徴とする２次空気供給装置。
2. 前記エアポンプの下流の前記供給配管を開閉するための開閉装置を更に備え、
   前記異常診断手段は、前記開閉装置が開き側に制御された状態で前記エアポンプを駆動している間に検出された前記印加電流と前記内部圧力とに基づいて、前記２次空気供給装置の異常診断を行うことを特徴とする請求項１記載の２次空気供給装置。
3. 前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値以上であり、且つ、前記印加電流が所定値以上である場合に、前記供給配管の詰まりによる異常を判定することを特徴とする請求項１または２記載の２次空気供給装置。
4. 前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値以上であり、且つ、前記印加電流が所定値未満である場合に、前記２次空気供給装置を正常と判定することを特徴とする請求項１または２記載の２次空気供給装置。
5. 前記異常診断手段は、前記内部圧力が所定値未満である場合に、前記エアポンプの異常を判定することを特徴とする請求項１または２記載の２次空気供給装置。

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