JP3815473B2 - 二次空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側に二次空気を供給すると共に構成部品の異常を検出できるようになっている二次空気供給装置に関する。

内燃機関においては、排気通路に酸化機能を有する触媒を配置し、排気ガス中の一酸化炭素（以下、「ＣＯ」と称する）、ハイドロカーボン（以下、「ＨＣ」と称する）、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）成分を低減して浄化を図るようにした排気浄化装置を設けることが知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁を有する二次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することによって、排気管内に二次空気を供給して酸素濃度を高くし、これにより、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させて排気ガスの浄化を促進する二次空気供給装置が知られている。このような二次空気供給装置において、エアポンプまたは開閉弁などの構成部品に異常が生じる場合には、排気ガスの浄化効率が低下してエミッションが悪化するので、二次空気供給通路に圧力センサを配置し、圧力センサにより計測された圧力値に基づいて構成部品の異常を検出している（例えば、特許文献１および特許文献２を参照されたい。）。

特開２００３−８３０４８号公報 特許第３４４４４５８号公報

ところで、内燃機関が例えば二つのバンクを備えている場合には、各バンクから延びる排気通路のそれぞれに排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させて排気ガスを浄化する排気浄化装置が設けられるので、二次空気供給装置の二次空気供給通路から各バンクに接続する二つの分岐通路を分岐させている。そして、このような場合には、分岐点よりも上流の二次空気供給通路にメイン制御弁Ｖ０を設けることに加えて、分岐通路のそれぞれにも第一の制御弁Ｖ１および第二の制御弁Ｖ２をそれぞれ設けている。

図８はこのような二次空気供給装置の動作を示すタイムチャートおよび時間と圧力との関係を示す図である。図示されるように、二次空気供給通路に設けられたエアポンプを駆動させ、次いで所定の時間経過後に上流側のメイン制御弁Ｖ０を開放させると、二次空気供給通路内の圧力Ｐは圧力Ｐ０まで上昇する。次いでさらに所定の時間経過後に一方の分岐通路に設けられた第一の制御弁Ｖ１を開放すると、圧力Ｐは圧力Ｐ１まで低下し、さらに所定の時間経過後に他方の分岐通路に設けられた第二の制御弁Ｖ２を開放すると、圧力Ｐは圧力Ｐ２まで低下する。このときには、二次空気が排気通路の排気浄化装置上流に供給されるようになる。次いで、二次空気供給時の圧力Ｐｏｎを図示される期間ＴＰｏｎにわたって計測する。圧力Ｐｏｎ計測後はポンプを停止させるのと同時に下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２を閉鎖し、二次空気の供給を停止する。次いで、所定時間経過後に二次空気を供給しないときの圧力Ｐｏｆｆを図示される期間ＴＰｏｆｆにわたって計測し、制御弁Ｖ０を閉鎖する。

そして、例えばメイン制御弁Ｖ０開放時と第一の制御弁Ｖ１開放時との間の圧力差ΔＰ１（＝Ｐ０−Ｐ１）、第一の制御弁Ｖ１開放時と第二の制御弁Ｖ２開放時との間の圧力差ΔＰ２（＝Ｐ１−Ｐ２）、二次空気供給時の圧力Ｐｏｎ、および二次空気供給停止時の圧力Ｐｏｆｆから、二次空気供給装置の構成部品が異常であるか否かを診断することができる。

しかしながら、図８に示されるように上流側のメイン制御弁Ｖ０を開放した後に下流側の第一の制御弁Ｖ１を開放したときの圧力差ΔＰ１は比較的大きいので比較的容易に検出することができるが、第一の制御弁Ｖ１を開放した後に第二の制御弁Ｖ２を開放したときの圧力差ΔＰ２は比較的小さいので、圧力差ΔＰ２に基づいて異常判断される構成部品、例えば第二の制御弁Ｖ２についての異常判断は、他の構成部品についての異常判断よりも困難である。

また、二次空気はポンプを駆動することにより二次空気供給通路および各分岐通路を通って内燃機関の排気系に供給されるが、ポンプを長期間使用する際には経年劣化によりポンプの吐出能力が次第に低下する。このようにポンプの吐出能力が低下した場合には、エアポンプを駆動してメイン制御弁Ｖ０を開放した後の圧力値Ｐ０自体が小さくなるので、前述した圧力差ΔＰ１、ΔＰ２もその分だけ小さくなり、これにより、圧力差ΔＰ１、ΔＰ２に基づいて異常判断される構成部品、特に第二の制御弁Ｖ２の異常判断はさらに困難となる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、二次空気供給時に使用される制御弁に関する異常判断の精度を高めることができるようにした二次空気供給装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放する際に、前記第一の分岐通路開閉手段を開放したときの前記二次空気供給通路内の圧力値と前記第二の分岐通路開閉手段を開放したときの前記二次空気供給通路内の圧力値との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第二の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置が提供される。

すなわち１番目の発明においては、例えば二つのバンクから第一および第二の分岐通路が延びている内燃機関において二次空気通路開閉手段の開放時に第一の分岐通路開閉手段を開放したときと第二の分岐通路開閉手段を開放したときとの間のの圧力変化が所定の値よりも小さい場合には、第二の分岐通路開閉手段の異常判断が困難となる。従って、このような場合には、二次空気通路開閉手段および全ての分岐通路開閉手段を開放して二次空気を供給した後に、第一の分岐通路開閉手段が閉鎖していて第二の分岐通路開閉手段と二次空気通路開閉手段とが開放している状態を強制的に形成する。このときには、内燃機関の排気通路における圧力脈動が、第二の分岐通路開閉手段の分岐通路および二次空気通路を通じて伝達されうるので、この圧力脈動が検出されない場合には第二の分岐通路開閉手段が閉固着していると判断できる。すなわち１番目の発明によって、二次空気供給時に最後に開放されるよう使用される制御弁、つまり第二の分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができる。

２番目の発明によれば、二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放した後に前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第二の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置が提供される。

すなわち２番目の発明においては、例えば二つのバンクから第一および第二の分岐通路が延びている内燃機関においてポンプの駆動時でかつ二次空気通路開閉手段の閉鎖時に圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、第一の分岐通路開閉手段を開放したときと第二の分岐通路開閉手段を開放したときとの間の圧力変化も当然に小さくなるので、第二の分岐通路開閉手段の異常判断が困難となる。従って、このような場合には、二次空気通路開閉手段および全ての分岐通路開閉手段を開放して二次空気を供給した後に、第一の分岐通路開閉手段を閉鎖すると共に第二の分岐通路開閉手段および二次空気通路開閉手段を開放させる状態を強制的に形成する。このときには、内燃機関の排気通路における圧力脈動が、第二の分岐通路開閉手段の分岐通路および二次空気通路を通じて伝達されうるので、この圧力脈動が検出されない場合には第二の分岐通路開閉手段が閉固着していると判断できる。すなわち２番目の発明によって、二次空気供給時に最後に開放されるよう使用される制御弁、すなわち第二の分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができる。また、１番目の発明においては、ポンプの駆動時でかつ二次空気通路開閉手段の閉鎖時に圧力センサにより検出される圧力が所定の値以上である場合には必ずしも二次空気供給制御を行う必要はないので、２番目の発明においてはエミッションが極端に悪化するのを避けることができる。

３番目の発明によれば、二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放する際に、前記第一の分岐通路開閉手段を開放する前の前記二次空気供給通路内の圧力値と前記第一の分岐通路開閉手段を開放した後の前記二次空気供給通路内の圧力値との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第一の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第一の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置が提供される。

すなわち３番目の発明においては、例えば二つのバンクから第一および第二の分岐通路が延びている内燃機関において第一の分岐通路開閉手段を開放したときの圧力変化が所定の値よりも小さい場合には、第一の分岐通路開閉手段の異常判断が困難となる。従って、このような場合には、第二の分岐通路開閉手段が閉鎖していて第一の分岐通路開閉手段と二次空気通路開閉手段とが開放している状態を強制的に形成する。このときには、内燃機関の排気通路における圧力脈動が、第一の分岐通路開閉手段の分岐通路および二次空気通路を通じて伝達されうるので、この圧力脈動が検出されない場合には第一の分岐通路開閉手段が閉固着していると判断できる。すなわち３番目の発明によって、二次空気供給時に最初に開放されるよう使用される制御弁、つまり第一の分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができる。

４番目の発明によれば、二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放した後に前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第一の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第一の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置が提供される。

すなわち４番目の発明においては、例えば二つのバンクから第一および第二の分岐通路が延びている内燃機関においてポンプの駆動時でかつ二次空気通路開閉手段の閉鎖時に圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、第一の分岐通路開閉手段を開放したときの圧力変化も当然に小さくなるので、第一の分岐通路開閉手段の異常判断が困難となる。従って、このような場合には、第二の分岐通路開閉手段を閉鎖すると共に第一の分岐通路開閉手段および二次空気通路開閉手段を開放させる状態を強制的に形成する。このときには、内燃機関の排気通路における圧力脈動が、第一の分岐通路開閉手段の分岐通路および二次空気通路を通じて伝達されうるので、この圧力脈動が検出されない場合には第一の分岐通路開閉手段が閉固着していると判断できる。すなわち４番目の発明によって、二次空気供給時に最初に開放されるよう使用される制御弁、つまり第一の分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができる。また、３番目の発明においては、ポンプの駆動時でかつ二次空気通路開閉手段の閉鎖時に圧力センサにより検出される圧力が所定の値以上である場合には必ずしも二次空気供給制御を行う必要はないので、４番目の発明においてはエミッションが極端に悪化するのを避けることができる。

各発明によれば、二次空気供給時に使用される分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、１番目の発明によれば、二次空気供給時に最後に開放するよう使用される分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができるという効果を奏しうる。
さらに、２番目の発明によれば、エミッションが極端に悪化するのを避けられるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、二次空気供給時に最初に開放するよう使用される分岐通路開閉手段に関する異常判断の精度を高めることができるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、エミッションが極端に悪化するのを避けられるという効果を奏しうる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。本発明の二次空気供給装置３０は内燃機関１、例えば多気筒Ｖ型ガソリンエンジンに取付られている。図１に示されるように内燃機関１の左右両バンクの気筒は相互に独立した排気マニホルド４ａ、４ｂを介して排気管７ａ、７ｂにそれぞれ連結されている。また、排気管７ａ、７ｂには酸化機能を有する触媒を担持した触媒コンバータ５ａ、５ｂがそれぞれ設けられている。これら触媒コンバータ５ａ、５ｂは排気浄化装置としての役目を果たす。さらに、排気管７ａ、７ｂの触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流側には二次空気供給口８ａ、８ｂがそれぞれ設けられている。これら二次空気供給口８ａ、８ｂは後述する二つの分岐管２３ａ、２３ｂにそれぞれ接続されている。さらに、排気管７ａ、７ｂにおいてはＯ_２センサ６ａ、６ｂが触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流にそれぞれ設けられると共に、Ｏ_２センサ１６ａ、１６ｂが触媒コンバータ５ａ、５ｂの下流にそれぞれ設けられている。従って、触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流および下流のＯ_２濃度を測定することによって、触媒コンバータ５ａ、５ｂにおいて消費されたＯ_２量を算出することが可能となる。一方、内燃機関の左右両バンクの気筒に吸気ガスを供給する吸気管３にはスロットル弁３ａが設けられており、この吸気管３はエアクリーナ２に接続されている。エアクリーナ２とスロットル弁３ａとの間には空気量（一次空気量）を測定するためのエアフロメータ３ｂが設けられている。さらに、吸気温度を測定するための温度センサ３ｃが吸気管３に設けられている。

二次空気供給装置３０は吸気管３のスロットル弁３ａとエアクリーナ２との間の位置から延びる空気取入管２１を有している。空気取入管２１は電動エアポンプ９に接続されており、二次空気供給管２２が電動エアポンプ９から延びている。図示されるように二次空気供給管２２は二つの分岐管２３ａ、２３ｂに分岐しており、これら分岐管２３ａ、２３ｂは排気管７ａ、７ｂの二次空気供給口８ａ、８ｂにそれぞれ接続している。図１に示されるように分岐管２３ａには制御弁Ｖ１が設けられており、また分岐管２３ｂには制御弁Ｖ２が設けられている。さらに、二次空気供給管２２にも制御弁Ｖ０が設けられている。これら制御弁Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２はエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）またはバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）であり、後述するＥＣＵ４０によって分岐管２３ａ、２３ｂおよび二次空気供給管２２内を流れる二次空気量を制御するよう開閉する。さらに、圧力センサ３３が二次空気供給管２２において制御弁Ｖ０と電動エアポンプ９との間に設けられている。つまり、図示されるように、圧力センサ３３は制御弁Ｖ０の上流に配置されている。なお、図１においては、吸気管３から二次空気を取出すようになっているが、二次空気を大気から直接的に取出すようにしてもよい。

電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。図１に示されるように触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流に設けられたＯ_２センサ６ａ、６ｂおよび触媒コンバータ５ａ、５ｂの下流に設けられたＯ_２センサ１６ａ、１６ｂの出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、エアフロメータ３ｂの出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、二次空気供給管２２に設けられた圧力センサ３３の出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。さらに、吸気通路に設けられた温度センサ３ｃ、および機関冷却水の温度センサ（図示しない）からの出力信号も、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。さらに、入力ポート４５には車速を表す車速センサ５３からの出力パルスが入力される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して内燃機関１の燃料噴射弁（図示しない）、スロットル弁３ａを制御するためのステップモータ（図示しない）、二次空気供給管２２の制御弁Ｖ０、分岐管２３ａ、２３ｂの制御弁Ｖ１、Ｖ２および電動エアポンプ９に接続される。

触媒コンバータ５ａ、５ｂ内に配置されていて酸化機能を有する触媒としては、酸化触媒、三元触媒、または吸蔵されたＮＯｘを放出し還元浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を用いることができる。なお、ＮＯｘ触媒は燃焼室における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。ＮＯｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。

この二次空気供給装置３０は、主に冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比が小さく、かつ排気浄化装置としての触媒コンバータ５ａ、５ｂが十分に昇温しておらず、その機能が十分に発揮されにくい状況において使用される。そして、二次空気を触媒コンバータ５ａ、５ｂに供給することにより触媒コンバータ５ａ、５ｂにおける酸素濃度が高くなるので、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化することができるようになる。

図２は、本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作ルーチンを示すフローチャートである。また、図３は、本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作を示すタイムチャートである。以下、図２および図３を参照しつつ、本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作について説明する。なお、この動作ルーチンにおいて計測される圧力Ｐ００、圧力Ｐ０、圧力Ｐ１、圧力Ｐ２、圧力差ΔＰ１、圧力差ΔＰ２、圧力Ｐｏｎ、圧力Ｐｏｆｆ（いずれも後述する）は他の異常検出ルーチンにおいて適宜使用されるものとする。従って、本発明において必要とされる圧力値および圧力変化値を除く圧力値および圧力変化値については計測しないように適宜ステップを省略するようにしてもよい。

図２における動作ルーチン１００のステップ１００ａにおいては、二次空気供給制御（添付図面および以下の説明では、単に「ＡＩ」と省略する）が現在不実行であるか否かが判別される。ここで、ＡＩが実行されている場合とは、下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放していると共に上流側の制御弁Ｖ０も開放しており、さらに電動エアポンプ９が駆動しているために二次空気が触媒コンバータ５ａ、５ｂに供給されている状態を意味している。

ステップ１００ａにおいてＡＩ不実行であると判定された場合にはステップ１０１に進む。また、ステップ１００ａにおいてＡＩ実行中であると判定された場合には、ステップ１００ｂに進んで、ＡＩ処理が終了するまで待機し、次いでステップ１０１に進む。

ステップ１０１においては、二次空気供給装置３０の電動エアポンプ９が駆動される。図３を参照して分かるように、電動エアポンプ９を駆動したときの時間を時間Ｔ０とする。次いで、ステップ１０２に進み、図３における時間Ｔ１の直前における二次空気供給管２２内の圧力Ｐ０を圧力センサ３３により計測する。次いで、ステップ１０３に進み、圧力Ｐ０が所定の値Ｐ０Ｘよりも小さいか否か、つまりＰ０＜Ｐ０Ｘであるか否かが判定される。圧力Ｐ０が所定の値Ｐ０Ｘよりも小さいと判定された場合には、電動エアポンプ９の吐出能力が経年劣化等により低下しているものと判定してステップ１０４ｂに進む。また、圧力Ｐ０が所定の値Ｐ０Ｘよりも小さくないと判定された場合にはステップ１０４ａに進む。なお、電動エアポンプ９を駆動する前の初期圧力Ｐ００を予め測定し、この初期圧力Ｐ００と圧力Ｐ０との間の差ΔＰ０（＝Ｐ００−Ｐ０）が所定の値よりも小さいか否かを判別するようにしてもよい。

ステップ１０４ａにおいては二次空気供給管２２に設けられた上流側の制御弁Ｖ０を開放する。図３に示されるように、制御弁Ｖ０を開放することにより圧力Ｐは一時的に低下するものの、再び圧力Ｐ０まで上昇する。次いで、ステップ１０５ａに進み、時間Ｔ１から所定時間経過後の時間Ｔ２において、分岐管２３ａに設けられた下流側の第一の制御弁Ｖ１を開放する。これにより、二次空気供給管２２の圧力Ｐは図３に示されるように圧力Ｐ０から圧力Ｐ１まで低下するようになるので、ステップ１０６ａにおいてこの圧力Ｐ１を計測する。次いで、ステップ１０７ａに進み、時間Ｔ２から所定時間経過後の時間Ｔ３において、分岐管２３ｂに設けられた下流側の第二の制御弁Ｖ２を開放する。これにより、圧力Ｐは圧力Ｐ１から圧力Ｐ２までさらに低下するようになるので、ステップ１０８ａにおいて圧力Ｐ２を計測する。次いで、ステップ１０９ａに進み、圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との間の圧力差ΔＰ１（＝Ｐ０−Ｐ１）および圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間の圧力差ΔＰ２（＝Ｐ１−Ｐ２）をそれぞれ算出する。

図３に示されるように、第一の制御弁Ｖ１を開放した後に第二の制御弁Ｖ２を開放する場合には、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間の圧力差ΔＰ２は圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との間の圧力差ΔＰ１よりも小さい。このため、圧力差ΔＰ１および圧力差ΔＰ２がそれぞれの所定の値よりも単に大きいか否かに基づいて制御弁Ｖ１およびＶ２の異常を判定する場合には、比較的大きい圧力差ΔＰ１については適切な判定がされうるものの、比較的小さい圧力差ΔＰ２については圧力差ΔＰ１と比較してそれほど小さくないにもかかわらず所定値よりも小さいために異常判断される可能性が高い。このため、本発明においては、ステップ１１０において圧力差ΔＰ２が所定の値ΔＰ２Ｘよりも小さいか否か、つまりΔＰ２＜ΔＰ２Ｘであるか否かを判定し、圧力差ΔＰ２が所定の値ΔＰ２Ｘよりも大きいと判定された場合にのみ、ステップ１１１ａからステップ１１６ａに移行するようにしている。圧力差ΔＰ２が所定の値ΔＰ２Ｘよりも大きくないと判定された場合にはステップ１１１ｂに進み、ステップ１１１ｂよりも後のステップであるステップ１１３において後述するＯＢＤ０処理を行う。

ステップ１１１ａにおいては、時間Ｔ３から所定時間経過後の所定時間にわたって、二次空気が供給されているときの二次空気供給管２２の圧力Ｐｏｎを計測する（図８における期間ＴＰｏｎを参照されたい）。次いで、ステップ１１４においては、電動エアポンプ９を停止すると共に下流側の制御弁Ｖ１、Ｖ２をほぼ同時に閉鎖する（例えば、図８を参照されたい）。さらに、ステップ１１５ａにおいては、制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖してから所定時間経過後の所定時間にわたって二次空気を供給していないときの二次空気供給管２２の圧力Ｐｏｆｆ（図８における期間ＴＰｏｆｆを参照されたい）を計測する。最終的にステップ１１６ａにおいて制御弁Ｖ０を閉鎖して処理を終了する。圧力Ｐｏｎおよび圧力Ｐｏｆｆ等は他のＯＢＤ処理においてを適宜使用することができる。

一方、ステップ１０３において圧力Ｐ０が所定の値Ｐ０Ｘよりも小さいと判定された場合には図２に示されるステップ１０４ｂに進む。ステップ１０４ｂからステップ１０９ｂは、前述したステップ１０４ａからステップ１０９ａと同様であるので説明を省略する。なお、ステップ１０４ａ〜ステップ１０９ａにおいては通常のＡＩ実行処理を行っているが、ステップ１０４ｂ〜ステップ１０９ｂにおいては制御弁の開放時間を短かくすること等により二次空気の供給量を少なくするようにしてもよい。ステップ１０４ｂに進む場合には、電動エアポンプ９の吐出能力が経年劣化等により低下しているものと判断されているので、ステップ１０９ｂにおいて算出される圧力差ΔＰ１および圧力差ΔＰ２は、ステップ１０９ａにおいて算出される圧力差ΔＰ１および圧力差ΔＰ２よりも小さくなる。従って、圧力差ΔＰ１および圧力差ΔＰ２がそれぞれの所定の値よりも単に大きいか否かに基づいて制御弁Ｖ１およびＶ２の異常を判定する場合には、これら制御弁Ｖ１、Ｖ２が異常でないにもかかわらず、異常であると判断される可能性がある。このため、ステップ１０９ｂにおいて圧力差ΔＰ１および圧力差ΔＰ２を算出した後にステップ１１１ｂに進み、ステップ１１１ｂよりも後のステップであるステップ１１３において後述するＯＢＤ０処理を行う。なお、このように圧力Ｐ０の値に応じてＯＢＤ０処理を行う場合には、必ずしも二次空気供給制御を伴う必要はないので、制御弁Ｖ１および制御弁Ｖ２の開放時間を調節すること等によりエミッションが極端に悪化するのを避けることができる。

一方、ステップ１１０において圧力差ΔＰ２が所定の値ΔＰ２Ｘよりも大きくないと判定された場合にはステップ１１１ｂに進んで、ステップ１１１ａの場合と同様に圧力Ｐｏｎを計測する。次いで、ステップ１１２に進んで、最初に解放した下流側の制御弁Ｖ１のみを時間Ｔ４において閉鎖する。従って、ステップ１１２においては電動エアポンプ９が駆動していると共に上流側の制御弁Ｖ０と下流側の制御弁Ｖ２との両方が開放した状態にある。図３に示されるように、制御弁Ｖ１を閉鎖することによって二次空気供給管２２の圧力Ｐは再び上昇するようになる。次いで、ステップ１１３に進んで本発明に基づくＯＢＤ処理であるＯＢＤ０処理を実行し、このＯＢＤ０処理が終了した後にはステップ１１７に進み、時間Ｔ５において電動エアポンプ９を停止すると共に制御弁Ｖ２を閉鎖する。これにより、圧力Ｐは初期圧力Ｐ００まで低下する。なお、一方の制御弁Ｖ１が閉鎖していると共に他方の制御弁Ｖ２が開放している時間Ｔ４から時間Ｔ５の間を期間ＴＡと適宜称する。次いで、ステップ１１６ｂに進み、時間Ｔ６において制御弁Ｖ０を閉鎖して処理全体を終了する。

ここで本発明に基づくＯＢＤ０処理について説明する。図４（ａ）は本発明における第一のＯＢＤ０処理を示すフローチャートである。この第一のＯＢＤ０処理１２０のステップ１２１においては圧力センサ３３によって期間ＴＡにおける二次空気供給管２２内の圧力Ｐを所定時間にわたって計測する。次いで、ステップ１２２に進んで、ステップ１２１で計測された圧力ＰからＥＣＵ４０を用いて偏差ΔＰＡを算出する。以下、時間と圧力との関係を示す概念図である図４（ｂ）を参照しつつ、偏差ΔＰＡについて説明する。図４（ｂ）においては横軸は時間を示すものとし、また縦軸は圧力センサ３３により計測される圧力Ｐを示している。図４（ｂ）に示されるように、圧力Ｐは時間に対して略正弦波を描くように変動している。そして、所定時間における圧力Ｐの最大値をＰＡｍａｘ、最小値をＰＡｍｉｎとすると、偏差ΔＰＡは最大値ＰＡｍａｘから最小値ＰＡｍｉｎを引いた差分（ＰＡｍａｘ−ＰＡｍｉｎ）に相当する。また、圧力Ｐが振幅変動のない正弦波を描く場合には振幅の２倍の値を偏差ΔＰＡとしてもよい。

次いで、ステップ１２３に進み、偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さいか否か、つまりΔＰＡ＜ＰＡＸであるか否かが判定される。本発明のＯＢＤ０処理を行う際には、下流側の一方の制御弁Ｖ１が閉鎖していると共に他方の制御弁Ｖ２が開放している。そして、上流側の制御弁Ｖ０は開放しているので、内燃機関１の排気管７ａ、７ｂにおいて生じる排気ガスの圧力脈動は下流側の制御弁Ｖ２および上流側の制御弁Ｖ０を通じて圧力センサ３３により計測される。従って、圧力脈動が計測されない場合、つまり偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さい場合には、圧力脈動が下流側の制御弁Ｖ２を通過していないと判断できる。つまり、下流側の制御弁Ｖ２は閉固着の状態にあるものと判断できるので、ステップ１２４に進んで下流側の制御弁Ｖ２が閉固着の状態にあることを示すフラグＦＶ２ｃに１をセットし、処理を終了する。このように本発明においては、二次空気供給時に第一の制御弁Ｖ１よりも後に開放される第二の制御弁Ｖ２に関する異常判断の精度を高めることができる。一方、ステップ１２３において偏差ΔＰＡが所定の値ＰＡＸよりも小さくないと判定された場合には圧力脈動が下流側の制御弁Ｖ２を通過しているので正常状態にあると判断して終了する。

図５（ａ）は本発明の第二のＯＢＤ０処理のフローチャートである。この第二のＯＢＤ０処理１３０のステップ１３１においては、第一のＯＢＤ０処理１２０のステップ１２１と同様に、圧力センサ３３によって期間ＴＡにおける二次空気供給管２２内の圧力Ｐを所定時間にわたって計測する。次いで、ステップ１３２に進んで、ステップ１３１で計測された圧力ＰからＥＣＵ４０を用いて圧力面積ΣＦｎを算出する。以下、時間と圧力との関係を示す図４（ｂ）と同様の概念図である図５（ｂ）を参照しつつ、圧力面積ΣＦｎについて説明する。図５（ｂ）に示されるように、所定時間内において圧力Ｐの振動の中心と圧力Ｐの軌跡とにより囲まれた領域を順番にＦ１、Ｆ２、…、Ｆｎとする。そして、これら領域Ｆ１からＦｎの面積を算出して、これら面積を合計する。すなわちΣＦｎは、Ｆ１からＦｎの面積の和（Ｆ１＋Ｆ２＋…＋Ｆｎ）に相当する。

次いで、ステップ１３３に進み、面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さいか否か、つまりΣＦｎ＜Ｆ０であるか否かが判定される。前述した実施形態と同様に、内燃機関１の排気管７ａ、７ｂにおいて生じる排気ガスの圧力脈動は下流側の制御弁Ｖ２および上流側の制御弁Ｖ０を通じて圧力センサ３３により計測されるので、圧力脈動が計測されない場合、つまり面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さい場合には、圧力脈動が下流側の制御弁Ｖ２を通過していないと判断できる。つまり、下流側の制御弁Ｖ２は閉固着の状態にあるものと判断できるので、ステップ１３４に進んで下流側の制御弁Ｖ２が閉固着の状態にあることを示すフラグＦＶ２ｃに１をセットし、処理を終了する。これにより、前述したのと同様な効果を得ることができる。一方、ステップ１３３において面積合計値ΣＦｎが所定の値Ｆ０よりも小さくないと判定された場合には、圧力脈動が下流側の制御弁Ｖ２を通過しているので正常状態にあると判断して終了する。

図６は、本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の他の動作ルーチンを示すフローチャートであり、図７は、本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作を示す他のタイムチャートである。これら図面を参照して異常検出作用の他の動作ルーチンを説明する。図６に示されるステップのうち、図２のステップと同一の参照符号により示されるステップについては図２のステップと同一であるので説明を省略する。図６のステップ１１０’に示されるように他の動作ルーチンにおいては、圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との間の圧力差ΔＰ１が所定の値ΔＰ１Ｘよりも小さくなる場合を想定している。つまり、他の動作ルーチンにおいては圧力差ΔＰ１が所定の値ΔＰ１Ｘよりも小さい場合に図４および図５を参照して説明したＯＢＤ０処理を実行するようにしている。そして、図６のステップ１１２’および図３から分かるように、ＯＢＤ０処理を実行する際には時間Ｔ４において制御弁Ｖ２のみを閉鎖し、電動エアポンプ９が駆動していて上流側の制御弁Ｖ０および下流側の第一の制御弁Ｖ１が開放している状態を形成する。そして、このときの圧力Ｐについて前述したＯＢＤ０処理を実行し、圧力脈動が検出されない場合には制御弁Ｖ１が閉固着していると判別できるので、制御弁Ｖ１についての異常判断の精度を高めることができる。なお、ステップ１１７’に示されるように時間Ｔ５において電動エアポンプ９を停止すると共に制御弁Ｖ１を閉鎖するようにしている。

なお、図１を参照して説明した内燃機関１は二つのバンクを備えており、分岐管２３ａ、２３ｂはこれらバンクから延びる排気管７ａ、７ｂにそれぞれ接続されている。しかしながら、気筒数が比較的多い内燃機関においては単一のバンクのみしか備えていない場合であっても、一つのバンクに対して二つの排気管（図示しない）が設けられる場合もあり、このような場合にも本発明の異常検出の動作ルーチンが適用できるのは明らかである。

また、内燃機関がｎ個（Ｎ≧３）の排気管（図示しない）を備えている場合もあり、このような場合にはこれら複数の排気管に等しい数の分岐管を二次空気供給管２２から分岐させると共に制御弁ＶＸ１〜ＶＸｎ（図示しない）を各分岐管に設けるようにしてもよい。同様に３以上のバンクを備えた内燃機関においても３以上の制御弁ＶＸ１〜ＶＸｎを各バンクから延びる分岐管に設けるようにしてもよい。このような構成の内燃機関において電動エアポンプ９を駆動させて二次空気供給管２２の制御弁Ｖ０を開放した後に制御弁ＶＸ１〜ＶＸｎをこの順番で開放するようにし、圧力センサ３３によって圧力を順次計測する。最後から２番目に開放される制御弁ＶＸｎ−１開放時の圧力と最後に開放される制御弁ＶＸｎ開放時の圧力との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、電動エアポンプ９を駆動した状態でかつ制御弁ＶＸ０、ＶＸ１〜ＶＸｎ−１を閉鎖しつつ制御弁ＶＸｎのみを開放する。そして、図４および図５を参照して説明したように、このときの圧力脈動が所定の値よりも小さい場合には、前述したのと同様な理由から制御弁ＶＸｎは閉固着にあると判断することができる。また、同様な構成の内燃機関において最初に開放される制御弁ＶＸ１開放時の圧力と２番目に開放される制御弁ＶＸ２開放時の圧力との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、電動エアポンプ９を駆動した状態でかつ制御弁ＶＸ０、ＶＸ２〜ＶＸｎ−１を閉鎖しつつ制御弁ＶＸｎのみを開放する。そして、図４および図５を参照して説明したように、このときの圧力脈動が所定の値よりも小さい場合には、前述したのと同様な理由から制御弁ＶＸ１は閉固着にあると判断することができる。制御弁ＶＸ１〜ＶＸｎのうちの他の制御弁についても同様な異常判断を行うことができるのは明らかである。

本発明に基づく二次空気供給装置を示す概略図である。 本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作を示すタイムチャートである。 （ａ）本発明における第一のＯＢＤ０処理を示すフローチャートである。 （ｂ）時間と圧力との関係を示す概念図である。 （ａ）本発明における第二のＯＢＤ０処理を示すフローチャートである。 （ｂ）時間と圧力との関係を示す概念図である。 本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の他の動作ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に基づく二次空気供給装置の異常検出作用の動作を示す他のタイムチャートである。 一般的な二次空気供給装置の動作を示すタイムチャートおよび時間と圧力との関係を示す図である。

符号の説明

１…内燃機関
３…吸気管
４ａ、４ｂ…排気マニホルド
５ａ、５ｂ…触媒コンバータ
７ａ、７ｂ…排気管
９…電動エアポンプ
２１…空気取入管
２２…二次空気供給管
２３ａ、２３ｂ…分岐管
３０…二次空気供給装置
３３…圧力センサ
Ｖ０…上流側の制御弁
Ｖ１…第一の制御弁
Ｖ２…第二の制御弁

Claims (4)

1. 二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、
   前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放する際に、前記第一の分岐通路開閉手段を開放したときの前記二次空気供給通路内の圧力値と前記第二の分岐通路開閉手段を開放したときの前記二次空気供給通路内の圧力値との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第二の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置。
2. 二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、
   前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放した後に前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第二の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置。
3. 二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、
   前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放する際に、前記第一の分岐通路開閉手段を開放する前の前記二次空気供給通路内の圧力値と前記第一の分岐通路開閉手段を開放した後の前記二次空気供給通路内の圧力値との間の圧力変化値が所定の値よりも小さい場合には、前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第一の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第一の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置。
4. 二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路から分岐する第一および第二の分岐通路とを具備し、これら第一および第二の分岐通路は、内燃機関からそれぞれ延びる第一および第二の排気通路に設けられた排気浄化装置よりも上流側にそれぞれ接続しており、さらに、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、前記ポンプの下流に設けられていて前記二次空気通路を開閉する二次空気通路開閉手段と、前記ポンプと前記二次空気通路開閉手段との間に設けられていて前記二次空気通路の圧力を測定する圧力センサと、前記第一の分岐通路に設けられた第一の分岐通路開閉手段と、前記第二の分岐通路に設けられた第二の分岐通路開閉手段とを備えている二次空気供給装置であって、前記圧力センサにより検出される圧力値と圧力変化値とに基づいて構成部品の異常を検出するようになっている二次空気供給装置において、
   前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の閉鎖時に前記圧力センサにより検出される圧力が所定の値よりも小さい場合には、前記ポンプの駆動時でかつ前記二次空気通路開閉手段の開放時において前記第一および第二の分岐通路開閉手段を前記第一および第二の分岐通路開閉手段の順番で開放した後に前記第一の分岐通路開閉手段の閉鎖タイミングを延長することによる前記第一の分岐通路開閉手段の開放状態でかつ前記第二の分岐通路開閉手段の閉鎖状態における前記二次空気供給通路内の圧力脈動に基づいて前記第一の分岐通路開閉手段の異常を検出するようにした二次空気供給装置。

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