JP3757735B2 - ２次空気供給システムの異常診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次空気供給システムの異常診断装置に係り、詳しくはエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載内燃機関から排出される排気ガス中の有害ガス成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを、触媒コンバータを用いて清浄化する装置が従来より知られている。この触媒コンバータを用いることで、ＣＯ及びＨＣが酸化され、またＮＯxが還元されて、それぞれＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＮ2に浄化される。
【０００３】
ただし、この触媒コンバータは、当該機関の低温運転時に浄化率が低下する。そこで従来より、同低温運転時に、触媒コンバータに供給される排気の温度を上昇させるべく、排気系へ空気（２次空気）を供給する２次空気供給システムが用いられてきた。すなわち、この排気系へ供給された空気は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣと反応することで、触媒コンバータへ供給される排気ガスの温度を上昇させ、同触媒の浄化率を向上させる。
【０００４】
この２次空気供給システムには、大別して、排気系の圧力脈動を利用して空気を供給するエアサクション方式と、エアポンプを用いて空気を供給するエアインジェクション方式との２つの方式がある。
【０００５】
このうち、上記エアサクション方式を用いたシステムでは、排気の圧力脈動を利用するために、排気系に十分な脈動が発生しない場合、必要とする量の２次空気を確保することができなくなるおそれがある。こういった事情を考慮すると、２次空気供給システムとしては、エアポンプによって正確且つ十分な２次空気を供給することのできるエアインジェクション方式を用いたシステムがより好ましい。
【０００６】
一方、上記２次空気供給システムの故障の有無を診断する装置も従来より提案されてきた。例えば、特許第２５７０２８７号公報に記載の装置においては、触媒コンバータの上流に設けられた空燃比センサが、２次空気の供給停止後も所定期間にわたってリーン信号を出力する場合に、同２次空気供給システムに異常があると判断するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記異常診断装置によれば、確かに２次空気供給システムの異常の有無を診断することはできる。しかしながら、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにおいては、その構造上、以下に示す不都合も避けられないものとなっている。
【０００８】
すなわち、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにおいては通常、空気を供給するエアポンプ及び、該エアポンプによって空気が供給されるときのみ排気系と２次空気供給通路とを連通する開閉弁を備えるために、上記装置を通じてシステムが異常である旨診断されたものとしても、それがエアポンプによるものか開閉弁によるものかを判断することはできない。
【０００９】
ちなみに、このエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにあっては、その異常として、エアポンプの作動が止まらなくなるといった作動停止異常が特に深刻である。というのも、エアポンプの停止制御がなされているにも拘わらずエアポンプが作動し続けると、同ポンプの高温化を招くのみならず、このポンプの電源である車載バッテリが不必要に消費される、又は同ポンプとバッテリとの間に設けられたリレーに過電流が流れるなどの問題が生ずるからである。
【００１０】
したがって、こうしたエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムの異常診断装置としては、エアポンプの作動が止まらないといった異常についてもその旨を的確に診断することのできる装置が求められているが、従来、そのような装置は存在しなかった。なお、このエアポンプの作動にかかる異常を診断する方法としては、例えば、エアポンプに流れる電流を常時計測する方法や、エアポンプの下流に流量計を設ける方法などが考えられるが、いずれも新たな部品を備えなければならないなど、コストや機関の軽量化等の観点から採用されるには至っていない。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにあって、エアポンプの作動停止異常を的確に、しかも簡易な構成にて診断することのできる２次空気供給システムの異常診断装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気系に２次空気を供給する通路と、該通路を介して前記排気系に２次空気を供給するエアポンプと、該エアポンプと前記排気系との間に介在して前記通路を開閉する開閉手段とを備える２次空気供給システムの異常の有無を前記排気系に設けられた空燃比センサを用いて診断する２次空気供給システムの異常診断装置であって、前記エアポンプに作動指令を出すとともに前記開閉手段に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリッチ状態が検出された場合に、前記エアポンプの作動異常及び前記開閉手段の閉固着異常の少なくとも一方の異常有りと診断する異常診断手段と、前記異常診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記エアポンプに作動停止指令を出すとともに前記開閉手段に一時的に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記エアポンプに作動停止異常有りと診断するポンプ診断手段を備えることをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、エアポンプに作動指令を出すとともに開閉手段に開指令を出し、開指令期間内に空燃比センサによって所定異常のリッチ状態が検出されなかった場合において、エアポンプに作動停止指令を出し、且つ開閉手段に閉指令が出されている条件下、すなわち２次空気の供給が停止され、通常の空燃比制御に伴って空燃比センサからはリッチ状態を示す信号とリーン状態を示す信号とが交互に出力されていると予想される条件下において、開閉手段に一時的に開指令が出される。このとき、エアポンプの作動停止指令が正常に実行、すなわちエアポンプが正常に停止されているなら、開閉手段に開指令を出したところで、２次空気が多量に排気系へ供給されることはないため、空燃比センサは上述のように、通常の空燃比制御に伴ってリッチ状態とリーン状態とを交互に検出する。しかし、エアポンプの作動停止指令が正常に実行されていない場合、すなわちエアポンプが作動停止異常である場合には、開閉手段が一時的に開制御されることで、その期間、排気系には多量の２次空気が供給される。したがってこのときには、上記空燃比センサによってリーン状態のみが検出されるようになり、この開制御期間内に同空燃比センサより所定以上のリーン状態が検出されることに基づいて、エアポンプが上記作動停止異常異常である旨を診断することができるようになる。また、この異常診断は、新たな装置等を何ら追加することなく、２次空気供給システムそのものと、通常の空燃比制御に用いられる空燃比センサとを用いた、信号処理態様の変更のみで実現することができ、極めて簡易且つ低コストに装置を構成することもできる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次空気供給システムの異常診断装置において、前記ポンプ診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記開閉手段に閉指令を出すとともに前記エアポンプを一時的に作動させ、該作動期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記開閉手段に開固着異常有りと診断する開閉診断手段とを備えることをその要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、請求項１記載の発明の作用効果に加えて、以下の作用効果を有することになる。
請求項１記載の発明に関して述べたように、エアポンプに作動停止指令が出され、且つ開閉手段に閉指令が出されている条件下では、これらの指令が正常に実行されているなら、通常の空燃比制御に伴って空燃比センサからはリッチ状態を示す信号とリーン状態を示す信号とが交互に出力されていると予想される。このとき、上記構成のようにエアポンプに一時的に作動指令が出されると、開閉手段の閉指令が正常に実行されているか否かによって、空燃比センサの検出結果に以下のような差異が存在する。すなわち、開閉手段の閉指令が正常に実行されている場合には、エアポンプを一時的に作動制御したところで排気系へ２次空気が多量に供給されることはないため、空燃比センサは上述のように、通常の空燃比制御に伴ってリッチ状態とリーン状態とを交互に検出する。一方、開閉手段に閉指令が正常に実行されていない場合、すなわち開固着異常を生じている場合には、エアポンプを一時的に作動制御することで、その期間、排気系には２次空気が多量に供給される。したがってこのときには、上記空燃比センサによってリーン状態のみが検出されるようになり、この作動制御期間に同空燃比センサにより、所定以上のリーン状態が検出されるときに、開閉手段の開固着制御にかかる異常有りと判断することができるようになる。また、この異常診断は、新たな装置等を何ら追加することなく、２次空気供給システムそのものと、通常の空燃比制御に用いられる空燃比センサとを用いた、信号処理態様の変更のみで実現することができ、極めて簡易且つ低コストに装置を構成することもできる。
【００１６】
ところで、通常、当該機関が所定の条件を満たしたときに、これらの診断を行うようにするために、機関運転状態において、これらの診断を早期に行うことができない懸念がある。この際、上述した理由のみならず、例えば、２次空気供給システムの停止制御時、すなわち開閉手段の閉制御時に、エアポンプの作動停止異常が生じていると、同エアポンプの急激な高温化を招くなど、エアポンプの作動停止異常は特に深刻である。そこで、上記構成では、ポンプ診断手段による診断を、開閉診断手段による診断よりも先に行うことで、その診断の機会が増すとともに、エアポンプに作動作動異常があった場合、その旨を早期に検知することができるようにもなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる２次空気供給システムの異常診断装置を具体化した一実施形態について図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる２次空気供給システム及びその異常診断装置の概略構成図である。同図に示すように、機関出力軸としてのクランクシャフト２に動力を伝えるエンジン１には、吸気通路３及び排気通路１０がそれぞれ接続されている。
【００１９】
このうち、吸気通路３の途中には、エンジン１に供給される吸入空気量を調整するスロットルバルブ（ここでは電子制御式のものを想定）４が設けられ、更に、このスロットルバルブ４の上流には、エンジン１への吸入空気量（負荷率）を検出するためのエアフローメータ５が設けられている。
【００２０】
また、排気通路１０には、同排気通路１０へ２次空気を供給する２次空気供給通路１１が接続され、この２次空気供給通路１１には、弁１２を介してエアポンプ１３が接続されている。このエアポンプ１３にはエアクリーナ１４を介して外気が吸入される。
【００２１】
ここで、上記弁１２は、２次空気供給通路１１を開閉するものであり、この弁１２が開とされることで、エアポンプ１３から２次空気が上記排気通路１０に供給され、同弁１２が閉とされることで、こうした２次空気の供給が禁止される。
【００２２】
一方、排気通路１０の下流側には、同排気通路１０内の酸素濃度を検出する酸素センサ（空燃比センサ）１５が設けられ、更にその下流側には、排気ガスの有害成分を浄化する前述した触媒コンバータ１６が設けられている。
【００２３】
また、上記弁１２、エアポンプ１３及び酸素センサ１５等は、電子制御装置(以下ＥＣＵという)２０に接続されている。このＥＣＵ２０は、上述した酸素センサ１５やエアフローメータ５の他、クランクシャフト２の近傍に設けられてエンジン１の回転数を検出するためのクランク角センサ２１、エンジン１の冷却水温を検出する温度センサ２２、及びスロットルバルブ４の開度を検出するスロットルセンサ２３等から各検出信号を受け、これらの信号に基づいて上記弁１２やエアポンプ１３等を制御する。
【００２４】
次に、このＥＣＵ２０による２次空気供給にかかる制御について説明する。
先にも述べたように、エンジン１から排気通路１０へ排出される排気ガス中の有害成分は、触媒コンバータ１６で浄化されることで、無害なガスとして大気に放出される。
【００２５】
ただし、エンジン１の冷間始動時等においてはその浄化特性が低下することから、そのような場合、２次空気供給通路１１から排気通路１０へ２次空気を供給することで、同触媒コンバータ１６の浄化特性の向上を図るようにしていることも前述した。
【００２６】
すなわち具体的には、上記温度センサ２２等の検出結果に基づき、ＥＣＵ２０においてエンジン１の冷間始動時等、２次空気供給制御の開始が必要である旨の判断がなされると、同ＥＣＵ２０では、エアポンプ１３に作動指令を与えた後、弁１２に開弁指令を与える。これにより、エアポンプ１３によって２次空気供給通路１１に供給された２次空気が排気通路１０に供給される。
【００２７】
一方、ＥＣＵ２０においてこうした２次空気の供給制御が不要と判断されるときには、同ＥＣＵ２０からエアポンプ１３に対し作動停止指令が送られるとともに、上記弁１２に対しては閉弁指令が送られる。
【００２８】
次に、本実施形態の２次空気供給システムの異常診断にかかる診断態様について図２に基づいて説明する。
本実施形態においては、まずエンジン１の冷間始動後の安定運転時に第１の診断（診断Ａ）が行われる。この始動後においては、まず時刻ｔａ１において、２次空気の供給開始指令（２次空気供給実行フラグ：オン、図２（ａ））が出されることで、エアポンプ１３の作動が開始され、それから多少遅延された時刻ｔａ２に弁１２が開制御される。これにより、排気通路１０へ２次空気が供給されるようになる。
【００２９】
このとき空燃比のフィードバック制御は禁止されており（図２（ｆ））、２次空気供給システムに異常がない場合には、酸素センサ１５からは、リーン状態（Ｌ）のみが検出される（図２（ｇ））。一方、同２次空気供給システムに異常がある場合には、換言すれば、エアポンプ１３が作動制御されているにもかかわらず停止状態となっているか（作動異常）、弁１２が開制御されているにもかかわらず閉状態となっているか（閉固着異常）、あるいはそれらの両方である場合には、排気通路１０に２次空気が供給されることはない。したがってこの場合、酸素センサ１５からは、リッチ状態（Ｒ）が検出される可能性が高くなる。そこで本実施形態においては、エンジン１の始動後の２次空気供給制御時に、図２（ｈ）に示されるように酸素センサ１５から所定期間以上のリッチ状態が検出されることに基づいて、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常の可能性がある旨を診断して、空燃比のフィードバック制御を開始するようにしている（図２（ｆ）の破線参照）。
【００３０】
なお、本実施形態においては、この診断Ａにより２度異常の可能性ありと診断されると、異常有りとの判定がなされ、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。
【００３１】
また、この診断Ａも含め、本実施形態において診断を行う期間は、例えばスロットルセンサ２３からの開度信号によってアイドル状態でないと判断されている期間に設定している。これはアイドル時においては、エンジン１に供給される燃料も少なく、その空燃比もリッチ状態になり難いためである。アイドル制御が解除されれば、エンジン１に供給される燃料の量も増大し、その空燃比もリッチな状態となり易くなるために、２次空気の供給の有無が酸素センサ１５の出力に顕著に現れ易くなる。したがって、この状態においては、酸素センサ１５の出力によって２次空気供給システムの異常の有無を高い精度をもって診断することができるようになる。
【００３２】
エンジン１の冷間始動後における２次空気の供給制御が終わると、ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態が安定した時期に第２の検出(診断Ｂ)を開始すべく、エアフローメータ５によって検出される吸入空気の量が変化せず安定する時期を探して待機する。なお、２次空気の供給制御が終了すると、図２（ｆ）に示すように空燃比フィードバック制御が開始されるため、酸素センサ１５からはリッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とにそれぞれ対応した検出信号が周期的に出力されるようになる（図２（ｇ）〜（ｊ））。
【００３３】
そして、エンジン１の運転状態が安定したと判断されると、ＥＣＵ２０は、診断Ｂを開始する。この診断Ｂでは、図２（ｂ）及び図２（ｄ）に示されるように、弁１２が時刻ｔｂ１において一時的に強制開弁され、時刻ｔｂ２で再び閉弁される。ここで弁１２が一時的に強制開弁されても、エアポンプ１３に対する作動停止指令が正常に実行されていれば、すなわちエアポンプ１３が正常に停止していれば、排気通路１０に２次空気が供給されることはなく、酸素センサ１５からは、図２（ｇ）に示されるようにリッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とが交互に検出され続ける。
【００３４】
一方、エアポンプ１３に作動停止指令が出されているにも関わらず、同エアポンプ１３が作動状態にある場合には、弁１２が強制開弁されることで、排気通路１０へ２次空気が供給されることとなる。そして、この場合、図２（ｉ）に示されるように、酸素センサ１５からは、２次空気の流入による応答遅れの後、時刻ｔｂ１’以降、リーン状態（Ｌ）のみが検出されるようになる。このリーン状態の検出は、上記弁１２の閉弁時刻ｔｂ２に対応した時刻ｔｂ２’まで続く。
【００３５】
こうして弁１２の強制開弁に伴って酸素センサ１５により所定期間以上にわたってリーン状態の検出がなされると、エアポンプ１３の作動停止異常の可能性があるとして、ＥＣＵ２０はその後の時刻ｔｂ３〜ｔｂ４の期間に再度、弁１２に対する強制開弁指令を与えて同弁１２を開弁する。そして、この場合も再度、酸素センサ１５により所定期間以上にわたってリーン状態（Ｌ）が検出されると、エアポンプ１３の作動停止異常があると判定され、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。なお、こうしたエアポンプ１３の作動停止異常にかかる診断を１度の診断期間に２度行うように設定しているのは、前述したように、エアインジェクション方式の２次空気供給システムにあっては、エアポンプ１３の作動停止異常が特に深刻なものであるからである。
【００３６】
こうして診断Ｂが終了すると、同診断Ｂにおいて正常判定されることを条件に、また、同じくエンジン１の運転状態が安定であることを条件として、第３の検出（診断Ｃ）がおこなわれる。この診断Ｃでは、図２（ｃ）及び（ｅ）に示すように、時刻ｔｃ１においてエアポンプ１３が一時的に強制作動され、時刻ｔｃ２において同エアポンプ１３が再び停止される。このとき、弁１２の閉指令が正常に実行されている場合、すなわち弁１２が正常に閉弁されている場合には、エアポンプ１３が作動制御されても、排気通路１０に２次空気が供給されることはなく、酸素センサ１５からは、やはり図２（ｇ）に示されるように、リッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とが交互に検出され続ける。
【００３７】
一方、弁１２に閉指令が出されているにも関わらず、同弁１２が開状態（開固着）に有る場合には、エアポンプ１３の作動制御により２次空気が排気通路１０内に供給されることとなる。そして図２（ｊ）に示されるように、酸素センサ１５からは、２次空気の排気通路１０への流入による応答遅れの後、時刻ｔｃ１’以降、リーン状態（Ｌ）のみが検出されるようになる。このリーン状態の検出は、上記エアポンプ１３の作動停止時刻ｔｃ２に対応した時刻ｔｃ２’まで続く。そこで、本実施形態では、この診断Ｃでのエアポンプ１３の強制作動に伴い、酸素センサ１５から所定期間以上にわたってリーン状態が検出されることに基づき、弁１２の開固着異常の可能性ありと診断するようにしている。なお、本実施形態においては、上記異常の可能性ありとの診断が２回なされると、弁１２の開固着異常ありと判定され、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。
【００３８】
なお、上記診断Ｃを上記診断Ｂの後に行うように設定したのは、弁１２の閉弁時において、エアポンプ１３の作動停止異常が生じていると、エアポンプ１３の急激な高温化を招くなどの理由から、このエアポンプ１３の作動停止異常の早期発見が望まれるからである。
【００３９】
以上説明した本実施形態における２次空気供給システムの異常診断態様を図３にまとめて示す。すなわち同図３に示されるように、本実施形態にあって、エアポンプ１３の作動停止異常（常時オン異常）は上記診断Ｂで診断され、エアポンプ１３の作動異常(常時オフ異常)は、上記診断Ａで判断される。また、弁１２の開固着異常(常時開異常)は上記診断Ｃで診断され、弁１２の閉固着異常(常時閉異常)は、上記エアポンプ１３の作動異常（常時オフ異常）と併せて診断Ａで判断される。
【００４０】
以下、本実施形態にかかる２次空気供給システムの異常診断手順について、図４〜図７を用いて更に詳述する。
図４は、本実施形態の２次空気供給システムの異常診断について、上述した診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃにかかる各診断の実行手順を示す。
【００４１】
すなわち、エンジン１が始動時の所定条件を満たしているときに、ステップ１００の処理として診断Ａを行う。診断Ａが異常なく終了すると、２次空気の供給停止後の上述したエンジン１の運転が安定状態にあるときに、ステップ２００の処理として診断Ｂを行う。更に、診断Ｂが異常なく終了すると、同じくエンジン１の運転が安定状態にあるときに、ステップ３００の処理として診断Ｃを行う。なお、このルーチンは、車両の１トリップ、すなわち始動から車両停止までの間に一回実行される。
【００４２】
次に、診断Ａの具体手順について図５に基づいて説明する。
診断Ａでは、２次空気の供給制御の実行に伴い、まずステップ１１０において、酸素センサ１５の検出信号に基づき空燃比が所定期間以上リッチ状態にあるか否かが判断される。そして、空燃比がリーン状態のままであると判断されると、診断Ａにかかる異常はないとして、空燃比制御禁止フラグをオフとした上で、このルーチンが終了される。
【００４３】
一方、上記ステップ１１０において、空燃比が所定期間以上リッチ状態であると判断されると、ステップ１２０へ移行する。ステップ１２０では、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常の可能性があるとして、カウンタＣａが「１」だけインクリメントされ、ステップ１３０に移行する。
【００４４】
ステップ１３０においては、カウンタＣａの値が「２」であるか否かが判断される。そして、このカウンタＣａの値が「２」であるときには、ステップ１４０において、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着の少なくとも一方の異常（エアポンプ常時オフ異常及び弁常時閉異常の少なくとも一方）がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、空燃比制御禁止フラグをオフとしてこのルーチンは終了される。
【００４５】
一方、ステップ１３０において、カウンタＣａの値が「２」でないと判断されると、このルーチンを終了する。
次に、診断Ｂについて、図６に基づいて説明する。
【００４６】
診断Ｂでは、まずステップ２１０において、弁１２が一時的に強制開弁され、ステップ２２０に移行する。
ステップ２２０においては、所定の応答遅れをみこして、酸素センサ１５により検出される空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態を維持しているか否かが監視される。そして、空燃比の所定期間以上のリーン状態での維持が検出されない場合には、診断Ｂにかかる異常はないとして、このルーチンを終了する。
【００４７】
一方、ステップ２２０において、空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態にあることが検出されると、エアポンプ１３の作動停止異常の可能性があると判断され、ステップ２３０へ移行する。
【００４８】
ステップ２３０においては、カウンタＣｂを「１」だけインクリメントして、ステップ２４０へ移行する。ステップ２４０においては、カウンタＣｂの値が「２」であるか否かが判断され、カウンタＣｂの値が「２」でないと判断されると、ステップ２１０に戻り、再度、弁１２が強制的に開弁制御される。すなわち、上記処理が繰り返される。そして、同じくステップ２４０において、カウンタＣｂの値が「２」である旨判断される場合には、ステップ２５０に移行し、エアポンプ１３の作動停止異常(エアポンプ常時オン異常)がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、このルーチンが終了される。
【００４９】
次に、診断Ｃについて図７に基づいて説明する。
診断Ｃではまず、ステップ３１０において、エアポンプ１３を一時的に強制作動させ、ステップ３２０に移行する。そしてステップ３２０において、所定の応答遅れを見込んで酸素センサ１５により検出される空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態を維持しているか否かが監視される。そして、空燃比の所定期間以上のリーン状態での維持が検出されない場合には、診断Ｃにかかる異常はないとしてこのルーチンが一旦終了される。
【００５０】
一方、ステップ３２０において、空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態にあることが検出されると、弁１２の開固着異常の可能性があるとして、ステップ３３０に移行する。ステップ３３０においては、カウンタＣｃの値を「１」だけインクリメントし、ステップ３４０へ移行する。
【００５１】
ステップ３４０では、カウンタＣｃの値が「２」であるか否かが判断され、「２」でないときには、このルーチンが一旦終了される。
一方、上記ステップ３４０において、カウンタＣｃの値が「２」であると判断された場合には、ステップ３５０に移行し、弁１２の開固着異常（弁常時開異常）がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、このルーチンが終了される。
【００５２】
以上説明した態様、並びに手順でもって異常診断が実行される本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）診断Ｂによって、エアポンプ１３の作動停止異常の有無を診断することができる。またこの診断Ｂが診断Ｃよりも先になされることで、エアポンプの高温化やバッテリ電圧の低下等につながる故障の早期発見をすることができる。
【００５３】
（２）診断Ｂをエンジン１の運転状態が安定なときに行うことで、診断Ｂにかかる診断の精度を向上させることができる。
（３）診断Ｃによって、弁１２の開固着異常を検出することができる。
【００５４】
（４）診断Ｃをエンジン１の運転状態が安定なときに行うことで、診断Ｃにかかる診断の精度を向上させることができる。
（５）診断Ａによって、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常を検出することができる。また、この診断Ａは２次空気の供給制御中に実行されることから、ＥＣＵ２０による診断処理数の増大を伴うこともない。
【００５５】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態においては、診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃの順に異常診断を実行したが、この順序については任意である。また、上記３つの診断のうちのいくつかを除いて実施することもできる。更に、他の診断処理を付け加えてもよい。
【００５６】
・上記実施形態においては、異常と診断されるための条件として異常の可能性ありと２回判断されることを条件としたが、この回数についてはＡ〜Ｃの各診断共に、適宜変更して設定してもよい。
【００５７】
・車両の１トリップ、すなわち始動から車両停止の間に行われる診断回数についても、上記実施形態のものに限られず適宜変更して実施してもよい。
・上記実施形態においては、診断を行う条件の一つをアイドル状態でない時期としたが、アイドル状態であってもよい。
【００５８】
・上記実施形態においては、診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃを行う条件の一つを、エンジン１の運転状態が安定な時期と設定したが、例えば、同エンジン１のアイドル時のみとするなど、エンジン１の運転状態が比較的安定した状態の中から更に限定してもよい。また、エンジン１の安定状態をエアフローメータ５の検出結果に基づき判定したが、他にクランク角センサ２１の検出結果、また吸気圧センサを備えるものにあってはその検出結果等、エンジン１の負荷の変化量を検出することのできる任意の手段を用いることができる。
【００５９】
・上記実施形態では、スロットルバルブ４として電子制御式のもの（電子スロットル）を想定し、アイドル時においてもその開度制御を通じてアイドルスピードコントロールが行われるものとしたが、同スロットルバルブ４としてはリンク式のものを用い、これを迂回するバイパス通路とアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）とを別途に設けてもよい。
【００６０】
・上記実施形態においては、空燃比センサとして、空燃比がリーン状態かリッチ状態かを２段階に検出する酸素センサを採用したが、それらリーン状態からリッチ状態までを連続的に検出するタイプのセンサも同様に採用することができる。なお、この場合には上記実施形態のように所定期間にわたってリーン状態かリッチ状態かによって診断する方法以外に、所定値以上のリーン状態かリッチ状態かに基づいて診断する方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる２次空気供給システムの異常診断装置についてそのいち実施形態を示す概略構成図。
【図２】同実施形態の異常診断態様を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態の異常診断態様を総括して示す図。
【図４】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…クランクシャフト、３…吸気通路、４…スロットルバルブ、５…エアフローメータ、１０…排気通路、１１…２次空気供給通路、１２…弁、１３…エアポンプ、１４…エアクリーナ、１５…酸素センサ（空燃比センサ）、１６…触媒コンバータ、２０…ＥＣＵ（電子制御装置）、２１…クランク角センサ、２２…温度センサ、２３…スロットルセンサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は２次空気供給システムの異常診断装置に係り、詳しくはエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムの異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車載内燃機関から排出される排気ガス中の有害ガス成分であるＣＯ、ＨＣ、ＮＯxを、触媒コンバータを用いて清浄化する装置が従来より知られている。この触媒コンバータを用いることで、ＣＯ及びＨＣが酸化され、またＮＯxが還元されて、それぞれＣＯ2、Ｈ2Ｏ及びＮ2に浄化される。
【０００３】
ただし、この触媒コンバータは、当該機関の低温運転時に浄化率が低下する。そこで従来より、同低温運転時に、触媒コンバータに供給される排気の温度を上昇させるべく、排気系へ空気（２次空気）を供給する２次空気供給システムが用いられてきた。すなわち、この排気系へ供給された空気は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣと反応することで、触媒コンバータへ供給される排気ガスの温度を上昇させ、同触媒の浄化率を向上させる。
【０００４】
この２次空気供給システムには、大別して、排気系の圧力脈動を利用して空気を供給するエアサクション方式と、エアポンプを用いて空気を供給するエアインジェクション方式との２つの方式がある。
【０００５】
このうち、上記エアサクション方式を用いたシステムでは、排気の圧力脈動を利用するために、排気系に十分な脈動が発生しない場合、必要とする量の２次空気を確保することができなくなるおそれがある。こういった事情を考慮すると、２次空気供給システムとしては、エアポンプによって正確且つ十分な２次空気を供給することのできるエアインジェクション方式を用いたシステムがより好ましい。
【０００６】
一方、上記２次空気供給システムの故障の有無を診断する装置も従来より提案されてきた。例えば、特許第２５７０２８７号公報に記載の装置においては、触媒コンバータの上流に設けられた空燃比センサが、２次空気の供給停止後も所定期間にわたってリーン信号を出力する場合に、同２次空気供給システムに異常があると判断するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記異常診断装置によれば、確かに２次空気供給システムの異常の有無を診断することはできる。しかしながら、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにおいては、その構造上、以下に示す不都合も避けられないものとなっている。
【０００８】
すなわち、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにおいては通常、空気を供給するエアポンプ及び、該エアポンプによって空気が供給されるときのみ排気系と２次空気供給通路とを連通する開閉弁を備えるために、上記装置を通じてシステムが異常である旨診断されたものとしても、それがエアポンプによるものか開閉弁によるものかを判断することはできない。
【０００９】
ちなみに、このエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにあっては、その異常として、エアポンプの作動が止まらなくなるといった作動停止異常が特に深刻である。というのも、エアポンプの停止制御がなされているにも拘わらずエアポンプが作動し続けると、同ポンプの高温化を招くのみならず、このポンプの電源である車載バッテリが不必要に消費される、又は同ポンプとバッテリとの間に設けられたリレーに過電流が流れるなどの問題が生ずるからである。
【００１０】
したがって、こうしたエアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムの異常診断装置としては、エアポンプの作動が止まらないといった異常についてもその旨を的確に診断することのできる装置が求められているが、従来、そのような装置は存在しなかった。なお、このエアポンプの作動にかかる異常を診断する方法としては、例えば、エアポンプに流れる電流を常時計測する方法や、エアポンプの下流に流量計を設ける方法などが考えられるが、いずれも新たな部品を備えなければならないなど、コストや機関の軽量化等の観点から採用されるには至っていない。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エアインジェクション方式を用いた２次空気供給システムにあって、エアポンプの作動停止異常を的確に、しかも簡易な構成にて診断することのできる２次空気供給システムの異常診断装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気系に２次空気を供給する通路と、該通路を介して前記排気系に２次空気を供給するエアポンプと、該エアポンプと前記排気系との間に介在して前記通路を開閉する開閉手段とを備える２次空気供給システムの異常の有無を前記排気系に設けられた空燃比センサを用いて診断する２次空気供給システムの異常診断装置であって、前記エアポンプに作動指令を出すとともに前記開閉手段に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリッチ状態が検出された場合に、前記エアポンプの作動異常及び前記開閉手段の閉固着異常の少なくとも一方の異常有りと診断する異常診断手段と、前記異常診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記エアポンプに作動停止指令を出すとともに前記開閉手段に一時的に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記エアポンプに作動停止異常有りと診断するポンプ診断手段を備えることをその要旨とする。
【００１３】
上記構成によれば、エアポンプに作動指令を出すとともに開閉手段に開指令を出し、開指令期間内に空燃比センサによって所定異常のリッチ状態が検出されなかった場合において、エアポンプに作動停止指令を出し、且つ開閉手段に閉指令が出されている条件下、すなわち２次空気の供給が停止され、通常の空燃比制御に伴って空燃比センサからはリッチ状態を示す信号とリーン状態を示す信号とが交互に出力されていると予想される条件下において、開閉手段に一時的に開指令が出される。このとき、エアポンプの作動停止指令が正常に実行、すなわちエアポンプが正常に停止されているなら、開閉手段に開指令を出したところで、２次空気が多量に排気系へ供給されることはないため、空燃比センサは上述のように、通常の空燃比制御に伴ってリッチ状態とリーン状態とを交互に検出する。しかし、エアポンプの作動停止指令が正常に実行されていない場合、すなわちエアポンプが作動停止異常である場合には、開閉手段が一時的に開制御されることで、その期間、排気系には多量の２次空気が供給される。したがってこのときには、上記空燃比センサによってリーン状態のみが検出されるようになり、この開制御期間内に同空燃比センサより所定以上のリーン状態が検出されることに基づいて、エアポンプが上記作動停止異常異常である旨を診断することができるようになる。また、この異常診断は、新たな装置等を何ら追加することなく、２次空気供給システムそのものと、通常の空燃比制御に用いられる空燃比センサとを用いた、信号処理態様の変更のみで実現することができ、極めて簡易且つ低コストに装置を構成することもできる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の２次空気供給システムの異常診断装置において、前記ポンプ診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記開閉手段に閉指令を出すとともに前記エアポンプを一時的に作動させ、該作動期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記開閉手段に開固着異常有りと診断する開閉診断手段とを備えることをその要旨とする。
【００１５】
上記構成によれば、請求項１記載の発明の作用効果に加えて、以下の作用効果を有することになる。
請求項１記載の発明に関して述べたように、エアポンプに作動停止指令が出され、且つ開閉手段に閉指令が出されている条件下では、これらの指令が正常に実行されているなら、通常の空燃比制御に伴って空燃比センサからはリッチ状態を示す信号とリーン状態を示す信号とが交互に出力されていると予想される。このとき、上記構成のようにエアポンプに一時的に作動指令が出されると、開閉手段の閉指令が正常に実行されているか否かによって、空燃比センサの検出結果に以下のような差異が存在する。すなわち、開閉手段の閉指令が正常に実行されている場合には、エアポンプを一時的に作動制御したところで排気系へ２次空気が多量に供給されることはないため、空燃比センサは上述のように、通常の空燃比制御に伴ってリッチ状態とリーン状態とを交互に検出する。一方、開閉手段に閉指令が正常に実行されていない場合、すなわち開固着異常を生じている場合には、エアポンプを一時的に作動制御することで、その期間、排気系には２次空気が多量に供給される。したがってこのときには、上記空燃比センサによってリーン状態のみが検出されるようになり、この作動制御期間に同空燃比センサにより、所定以上のリーン状態が検出されるときに、開閉手段の開固着制御にかかる異常有りと判断することができるようになる。また、この異常診断は、新たな装置等を何ら追加することなく、２次空気供給システムそのものと、通常の空燃比制御に用いられる空燃比センサとを用いた、信号処理態様の変更のみで実現することができ、極めて簡易且つ低コストに装置を構成することもできる。
【００１６】
ところで、通常、当該機関が所定の条件を満たしたときに、これらの診断を行うようにするために、機関運転状態において、これらの診断を早期に行うことができない懸念がある。この際、上述した理由のみならず、例えば、２次空気供給システムの停止制御時、すなわち開閉手段の閉制御時に、エアポンプの作動停止異常が生じていると、同エアポンプの急激な高温化を招くなど、エアポンプの作動停止異常は特に深刻である。そこで、上記構成では、ポンプ診断手段による診断を、開閉診断手段による診断よりも先に行うことで、その診断の機会が増すとともに、エアポンプに作動作動異常があった場合、その旨を早期に検知することができるようにもなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる２次空気供給システムの異常診断装置を具体化した一実施形態について図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる２次空気供給システム及びその異常診断装置の概略構成図である。同図に示すように、機関出力軸としてのクランクシャフト２に動力を伝えるエンジン１には、吸気通路３及び排気通路１０がそれぞれ接続されている。
【００１９】
このうち、吸気通路３の途中には、エンジン１に供給される吸入空気量を調整するスロットルバルブ（ここでは電子制御式のものを想定）４が設けられ、更に、このスロットルバルブ４の上流には、エンジン１への吸入空気量（負荷率）を検出するためのエアフローメータ５が設けられている。
【００２０】
また、排気通路１０には、同排気通路１０へ２次空気を供給する２次空気供給通路１１が接続され、この２次空気供給通路１１には、弁１２を介してエアポンプ１３が接続されている。このエアポンプ１３にはエアクリーナ１４を介して外気が吸入される。
【００２１】
ここで、上記弁１２は、２次空気供給通路１１を開閉するものであり、この弁１２が開とされることで、エアポンプ１３から２次空気が上記排気通路１０に供給され、同弁１２が閉とされることで、こうした２次空気の供給が禁止される。
【００２２】
一方、排気通路１０の下流側には、同排気通路１０内の酸素濃度を検出する酸素センサ（空燃比センサ）１５が設けられ、更にその下流側には、排気ガスの有害成分を浄化する前述した触媒コンバータ１６が設けられている。
【００２３】
また、上記弁１２、エアポンプ１３及び酸素センサ１５等は、電子制御装置(以下ＥＣＵという)２０に接続されている。このＥＣＵ２０は、上述した酸素センサ１５やエアフローメータ５の他、クランクシャフト２の近傍に設けられてエンジン１の回転数を検出するためのクランク角センサ２１、エンジン１の冷却水温を検出する温度センサ２２、及びスロットルバルブ４の開度を検出するスロットルセンサ２３等から各検出信号を受け、これらの信号に基づいて上記弁１２やエアポンプ１３等を制御する。
【００２４】
次に、このＥＣＵ２０による２次空気供給にかかる制御について説明する。
先にも述べたように、エンジン１から排気通路１０へ排出される排気ガス中の有害成分は、触媒コンバータ１６で浄化されることで、無害なガスとして大気に放出される。
【００２５】
ただし、エンジン１の冷間始動時等においてはその浄化特性が低下することから、そのような場合、２次空気供給通路１１から排気通路１０へ２次空気を供給することで、同触媒コンバータ１６の浄化特性の向上を図るようにしていることも前述した。
【００２６】
すなわち具体的には、上記温度センサ２２等の検出結果に基づき、ＥＣＵ２０においてエンジン１の冷間始動時等、２次空気供給制御の開始が必要である旨の判断がなされると、同ＥＣＵ２０では、エアポンプ１３に作動指令を与えた後、弁１２に開弁指令を与える。これにより、エアポンプ１３によって２次空気供給通路１１に供給された２次空気が排気通路１０に供給される。
【００２７】
一方、ＥＣＵ２０においてこうした２次空気の供給制御が不要と判断されるときには、同ＥＣＵ２０からエアポンプ１３に対し作動停止指令が送られるとともに、上記弁１２に対しては閉弁指令が送られる。
【００２８】
次に、本実施形態の２次空気供給システムの異常診断にかかる診断態様について図２に基づいて説明する。
本実施形態においては、まずエンジン１の冷間始動後の安定運転時に第１の診断（診断Ａ）が行われる。この始動後においては、まず時刻ｔａ１において、２次空気の供給開始指令（２次空気供給実行フラグ：オン、図２（ａ））が出されることで、エアポンプ１３の作動が開始され、それから多少遅延された時刻ｔａ２に弁１２が開制御される。これにより、排気通路１０へ２次空気が供給されるようになる。
【００２９】
このとき空燃比のフィードバック制御は禁止されており（図２（ｆ））、２次空気供給システムに異常がない場合には、酸素センサ１５からは、リーン状態（Ｌ）のみが検出される（図２（ｇ））。一方、同２次空気供給システムに異常がある場合には、換言すれば、エアポンプ１３が作動制御されているにもかかわらず停止状態となっているか（作動異常）、弁１２が開制御されているにもかかわらず閉状態となっているか（閉固着異常）、あるいはそれらの両方である場合には、排気通路１０に２次空気が供給されることはない。したがってこの場合、酸素センサ１５からは、リッチ状態（Ｒ）が検出される可能性が高くなる。そこで本実施形態においては、エンジン１の始動後の２次空気供給制御時に、図２（ｈ）に示されるように酸素センサ１５から所定期間以上のリッチ状態が検出されることに基づいて、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常の可能性がある旨を診断して、空燃比のフィードバック制御を開始するようにしている（図２（ｆ）の破線参照）。
【００３０】
なお、本実施形態においては、この診断Ａにより２度異常の可能性ありと診断されると、異常有りとの判定がなされ、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。
【００３１】
また、この診断Ａも含め、本実施形態において診断を行う期間は、例えばスロットルセンサ２３からの開度信号によってアイドル状態でないと判断されている期間に設定している。これはアイドル時においては、エンジン１に供給される燃料も少なく、その空燃比もリッチ状態になり難いためである。アイドル制御が解除されれば、エンジン１に供給される燃料の量も増大し、その空燃比もリッチな状態となり易くなるために、２次空気の供給の有無が酸素センサ１５の出力に顕著に現れ易くなる。したがって、この状態においては、酸素センサ１５の出力によって２次空気供給システムの異常の有無を高い精度をもって診断することができるようになる。
【００３２】
エンジン１の冷間始動後における２次空気の供給制御が終わると、ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態が安定した時期に第２の検出(診断Ｂ)を開始すべく、エアフローメータ５によって検出される吸入空気の量が変化せず安定する時期を探して待機する。なお、２次空気の供給制御が終了すると、図２（ｆ）に示すように空燃比フィードバック制御が開始されるため、酸素センサ１５からはリッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とにそれぞれ対応した検出信号が周期的に出力されるようになる（図２（ｇ）〜（ｊ））。
【００３３】
そして、エンジン１の運転状態が安定したと判断されると、ＥＣＵ２０は、診断Ｂを開始する。この診断Ｂでは、図２（ｂ）及び図２（ｄ）に示されるように、弁１２が時刻ｔｂ１において一時的に強制開弁され、時刻ｔｂ２で再び閉弁される。ここで弁１２が一時的に強制開弁されても、エアポンプ１３に対する作動停止指令が正常に実行されていれば、すなわちエアポンプ１３が正常に停止していれば、排気通路１０に２次空気が供給されることはなく、酸素センサ１５からは、図２（ｇ）に示されるようにリッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とが交互に検出され続ける。
【００３４】
一方、エアポンプ１３に作動停止指令が出されているにも関わらず、同エアポンプ１３が作動状態にある場合には、弁１２が強制開弁されることで、排気通路１０へ２次空気が供給されることとなる。そして、この場合、図２（ｉ）に示されるように、酸素センサ１５からは、２次空気の流入による応答遅れの後、時刻ｔｂ１’以降、リーン状態（Ｌ）のみが検出されるようになる。このリーン状態の検出は、上記弁１２の閉弁時刻ｔｂ２に対応した時刻ｔｂ２’まで続く。
【００３５】
こうして弁１２の強制開弁に伴って酸素センサ１５により所定期間以上にわたってリーン状態の検出がなされると、エアポンプ１３の作動停止異常の可能性があるとして、ＥＣＵ２０はその後の時刻ｔｂ３〜ｔｂ４の期間に再度、弁１２に対する強制開弁指令を与えて同弁１２を開弁する。そして、この場合も再度、酸素センサ１５により所定期間以上にわたってリーン状態（Ｌ）が検出されると、エアポンプ１３の作動停止異常があると判定され、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。なお、こうしたエアポンプ１３の作動停止異常にかかる診断を１度の診断期間に２度行うように設定しているのは、前述したように、エアインジェクション方式の２次空気供給システムにあっては、エアポンプ１３の作動停止異常が特に深刻なものであるからである。
【００３６】
こうして診断Ｂが終了すると、同診断Ｂにおいて正常判定されることを条件に、また、同じくエンジン１の運転状態が安定であることを条件として、第３の検出（診断Ｃ）がおこなわれる。この診断Ｃでは、図２（ｃ）及び（ｅ）に示すように、時刻ｔｃ１においてエアポンプ１３が一時的に強制作動され、時刻ｔｃ２において同エアポンプ１３が再び停止される。このとき、弁１２の閉指令が正常に実行されている場合、すなわち弁１２が正常に閉弁されている場合には、エアポンプ１３が作動制御されても、排気通路１０に２次空気が供給されることはなく、酸素センサ１５からは、やはり図２（ｇ）に示されるように、リッチ状態（Ｒ）とリーン状態（Ｌ）とが交互に検出され続ける。
【００３７】
一方、弁１２に閉指令が出されているにも関わらず、同弁１２が開状態（開固着）に有る場合には、エアポンプ１３の作動制御により２次空気が排気通路１０内に供給されることとなる。そして図２（ｊ）に示されるように、酸素センサ１５からは、２次空気の排気通路１０への流入による応答遅れの後、時刻ｔｃ１’以降、リーン状態（Ｌ）のみが検出されるようになる。このリーン状態の検出は、上記エアポンプ１３の作動停止時刻ｔｃ２に対応した時刻ｔｃ２’まで続く。そこで、本実施形態では、この診断Ｃでのエアポンプ１３の強制作動に伴い、酸素センサ１５から所定期間以上にわたってリーン状態が検出されることに基づき、弁１２の開固着異常の可能性ありと診断するようにしている。なお、本実施形態においては、上記異常の可能性ありとの診断が２回なされると、弁１２の開固着異常ありと判定され、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどして、乗員（運転者）に知らせるようにしている。
【００３８】
なお、上記診断Ｃを上記診断Ｂの後に行うように設定したのは、弁１２の閉弁時において、エアポンプ１３の作動停止異常が生じていると、エアポンプ１３の急激な高温化を招くなどの理由から、このエアポンプ１３の作動停止異常の早期発見が望まれるからである。
【００３９】
以上説明した本実施形態における２次空気供給システムの異常診断態様を図３にまとめて示す。すなわち同図３に示されるように、本実施形態にあって、エアポンプ１３の作動停止異常（常時オン異常）は上記診断Ｂで診断され、エアポンプ１３の作動異常(常時オフ異常)は、上記診断Ａで判断される。また、弁１２の開固着異常(常時開異常)は上記診断Ｃで診断され、弁１２の閉固着異常(常時閉異常)は、上記エアポンプ１３の作動異常（常時オフ異常）と併せて診断Ａで判断される。
【００４０】
以下、本実施形態にかかる２次空気供給システムの異常診断手順について、図４〜図７を用いて更に詳述する。
図４は、本実施形態の２次空気供給システムの異常診断について、上述した診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃにかかる各診断の実行手順を示す。
【００４１】
すなわち、エンジン１が始動時の所定条件を満たしているときに、ステップ１００の処理として診断Ａを行う。診断Ａが異常なく終了すると、２次空気の供給停止後の上述したエンジン１の運転が安定状態にあるときに、ステップ２００の処理として診断Ｂを行う。更に、診断Ｂが異常なく終了すると、同じくエンジン１の運転が安定状態にあるときに、ステップ３００の処理として診断Ｃを行う。なお、このルーチンは、車両の１トリップ、すなわち始動から車両停止までの間に一回実行される。
【００４２】
次に、診断Ａの具体手順について図５に基づいて説明する。
診断Ａでは、２次空気の供給制御の実行に伴い、まずステップ１１０において、酸素センサ１５の検出信号に基づき空燃比が所定期間以上リッチ状態にあるか否かが判断される。そして、空燃比がリーン状態のままであると判断されると、診断Ａにかかる異常はないとして、空燃比制御禁止フラグをオフとした上で、このルーチンが終了される。
【００４３】
一方、上記ステップ１１０において、空燃比が所定期間以上リッチ状態であると判断されると、ステップ１２０へ移行する。ステップ１２０では、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常の可能性があるとして、カウンタＣａが「１」だけインクリメントされ、ステップ１３０に移行する。
【００４４】
ステップ１３０においては、カウンタＣａの値が「２」であるか否かが判断される。そして、このカウンタＣａの値が「２」であるときには、ステップ１４０において、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着の少なくとも一方の異常（エアポンプ常時オフ異常及び弁常時閉異常の少なくとも一方）がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、空燃比制御禁止フラグをオフとしてこのルーチンは終了される。
【００４５】
一方、ステップ１３０において、カウンタＣａの値が「２」でないと判断されると、このルーチンを終了する。
次に、診断Ｂについて、図６に基づいて説明する。
【００４６】
診断Ｂでは、まずステップ２１０において、弁１２が一時的に強制開弁され、ステップ２２０に移行する。
ステップ２２０においては、所定の応答遅れをみこして、酸素センサ１５により検出される空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態を維持しているか否かが監視される。そして、空燃比の所定期間以上のリーン状態での維持が検出されない場合には、診断Ｂにかかる異常はないとして、このルーチンを終了する。
【００４７】
一方、ステップ２２０において、空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態にあることが検出されると、エアポンプ１３の作動停止異常の可能性があると判断され、ステップ２３０へ移行する。
【００４８】
ステップ２３０においては、カウンタＣｂを「１」だけインクリメントして、ステップ２４０へ移行する。ステップ２４０においては、カウンタＣｂの値が「２」であるか否かが判断され、カウンタＣｂの値が「２」でないと判断されると、ステップ２１０に戻り、再度、弁１２が強制的に開弁制御される。すなわち、上記処理が繰り返される。そして、同じくステップ２４０において、カウンタＣｂの値が「２」である旨判断される場合には、ステップ２５０に移行し、エアポンプ１３の作動停止異常(エアポンプ常時オン異常)がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、このルーチンが終了される。
【００４９】
次に、診断Ｃについて図７に基づいて説明する。
診断Ｃではまず、ステップ３１０において、エアポンプ１３を一時的に強制作動させ、ステップ３２０に移行する。そしてステップ３２０において、所定の応答遅れを見込んで酸素センサ１５により検出される空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態を維持しているか否かが監視される。そして、空燃比の所定期間以上のリーン状態での維持が検出されない場合には、診断Ｃにかかる異常はないとしてこのルーチンが一旦終了される。
【００５０】
一方、ステップ３２０において、空燃比が所定期間以上にわたってリーン状態にあることが検出されると、弁１２の開固着異常の可能性があるとして、ステップ３３０に移行する。ステップ３３０においては、カウンタＣｃの値を「１」だけインクリメントし、ステップ３４０へ移行する。
【００５１】
ステップ３４０では、カウンタＣｃの値が「２」であるか否かが判断され、「２」でないときには、このルーチンが一旦終了される。
一方、上記ステップ３４０において、カウンタＣｃの値が「２」であると判断された場合には、ステップ３５０に移行し、弁１２の開固着異常（弁常時開異常）がある旨診断される。そして前述のように、その旨をＥＣＵ２０内の不揮発性メモリに記憶するとともに、例えば車室内計器パネルの異常ランプを点灯するなどした後、このルーチンが終了される。
【００５２】
以上説明した態様、並びに手順でもって異常診断が実行される本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）診断Ｂによって、エアポンプ１３の作動停止異常の有無を診断することができる。またこの診断Ｂが診断Ｃよりも先になされることで、エアポンプの高温化やバッテリ電圧の低下等につながる故障の早期発見をすることができる。
【００５３】
（２）診断Ｂをエンジン１の運転状態が安定なときに行うことで、診断Ｂにかかる診断の精度を向上させることができる。
（３）診断Ｃによって、弁１２の開固着異常を検出することができる。
【００５４】
（４）診断Ｃをエンジン１の運転状態が安定なときに行うことで、診断Ｃにかかる診断の精度を向上させることができる。
（５）診断Ａによって、エアポンプ１３の作動異常及び弁１２の閉固着異常の少なくとも一方の異常を検出することができる。また、この診断Ａは２次空気の供給制御中に実行されることから、ＥＣＵ２０による診断処理数の増大を伴うこともない。
【００５５】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態においては、診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃの順に異常診断を実行したが、この順序については任意である。また、上記３つの診断のうちのいくつかを除いて実施することもできる。更に、他の診断処理を付け加えてもよい。
【００５６】
・上記実施形態においては、異常と診断されるための条件として異常の可能性ありと２回判断されることを条件としたが、この回数についてはＡ〜Ｃの各診断共に、適宜変更して設定してもよい。
【００５７】
・車両の１トリップ、すなわち始動から車両停止の間に行われる診断回数についても、上記実施形態のものに限られず適宜変更して実施してもよい。
・上記実施形態においては、診断を行う条件の一つをアイドル状態でない時期としたが、アイドル状態であってもよい。
【００５８】
・上記実施形態においては、診断Ａ、診断Ｂ及び診断Ｃを行う条件の一つを、エンジン１の運転状態が安定な時期と設定したが、例えば、同エンジン１のアイドル時のみとするなど、エンジン１の運転状態が比較的安定した状態の中から更に限定してもよい。また、エンジン１の安定状態をエアフローメータ５の検出結果に基づき判定したが、他にクランク角センサ２１の検出結果、また吸気圧センサを備えるものにあってはその検出結果等、エンジン１の負荷の変化量を検出することのできる任意の手段を用いることができる。
【００５９】
・上記実施形態では、スロットルバルブ４として電子制御式のもの（電子スロットル）を想定し、アイドル時においてもその開度制御を通じてアイドルスピードコントロールが行われるものとしたが、同スロットルバルブ４としてはリンク式のものを用い、これを迂回するバイパス通路とアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）とを別途に設けてもよい。
【００６０】
・上記実施形態においては、空燃比センサとして、空燃比がリーン状態かリッチ状態かを２段階に検出する酸素センサを採用したが、それらリーン状態からリッチ状態までを連続的に検出するタイプのセンサも同様に採用することができる。なお、この場合には上記実施形態のように所定期間にわたってリーン状態かリッチ状態かによって診断する方法以外に、所定値以上のリーン状態かリッチ状態かに基づいて診断する方法を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる２次空気供給システムの異常診断装置についてそのいち実施形態を示す概略構成図。
【図２】同実施形態の異常診断態様を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態の異常診断態様を総括して示す図。
【図４】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態の異常診断手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、２…クランクシャフト、３…吸気通路、４…スロットルバルブ、５…エアフローメータ、１０…排気通路、１１…２次空気供給通路、１２…弁、１３…エアポンプ、１４…エアクリーナ、１５…酸素センサ（空燃比センサ）、１６…触媒コンバータ、２０…ＥＣＵ（電子制御装置）、２１…クランク角センサ、２２…温度センサ、２３…スロットルセンサ。
Claims (2)
- 内燃機関の排気系に２次空気を供給する通路と、該通路を介して前記排気系に２次空気を供給するエアポンプと、該エアポンプと前記排気系との間に介在して前記通路を開閉する開閉手段とを備える２次空気供給システムの異常の有無を前記排気系に設けられた空燃比センサを用いて診断する２次空気供給システムの異常診断装置であって、
前記エアポンプに作動指令を出すとともに前記開閉手段に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリッチ状態が検出された場合に、前記エアポンプの作動異常及び前記開閉手段の閉固着異常の少なくとも一方の異常有りと診断する異常診断手段と、
前記異常診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記エアポンプに作動停止指令を出すとともに前記開閉手段に一時的に開指令を出し、該開指令期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記エアポンプに作動停止異常有りと診断するポンプ診断手段を備える
ことを特徴とする２次空気供給システムの異常診断装置。 - 請求項１に記載の２次空気供給システムの異常診断装置において、
前記ポンプ診断手段によって前記異常有りと診断されなかった場合において、前記開閉手段に閉指令を出すとともに前記エアポンプを一時的に作動させ、該作動期間内に前記空燃比センサによって所定以上のリーン状態が検出された場合に、前記開閉手段に開固着異常有りと診断する開閉診断手段とを備える
ことを特徴とする２次空気供給システムの異常診断装置。
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