JP4158735B2 - 二次空気供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置、特には、その制御弁の異常を検出するようにした二次空気供給装置に関する。

内燃機関、特に車両用の内燃機関においてエアポンプと制御弁を備えて排気管に二次空気を供給する二次空気供給装置が公知である。例えば、特許文献１に記載の装置のようにエアポンプから直列配置された２つの弁を介して二次空気を供給するものがある。
ところで、二次空気の供給は排気エミッションに影響を与えるために最適な二次空気を精度よく供給するために弁の異常を検出する必要がある。そこで、上記特許文献１の装置では圧力センサをエアポンプと制御弁の間に配置し、排気脈動による変化を用いて上流側の弁の異常を判定している。

このような構成では、二次空気を供給していない状態で下流側の弁が先に開くと排気が逆流し、上流側の弁、あるいは、さらに、エアポンプの劣化が懸念される。また、脈動を利用するので異常の診断のためだけに二次空気の供給を必要とし、異常を検出するまでに時間がかかり排気エミッションへの影響が懸念される。

特開２００３−８３０４８号公報

本発明は上記問題に鑑み、部品の劣化を誘起せず、異常の検出に時間がかからず、排気エミッションへ影響を与えることなく制御弁の異常の検出ができる二次空気供給装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明によれば、内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
二次空気供給管のエアポンプの下流に、第１制御弁と第２制御弁を、第１制御弁を上流側に第２制御弁を下流側にして配設し、さらに、エアポンプと第１制御弁の間に圧力検出手段を配設し、
第１制御弁と第２制御弁を閉じた状態でエアポンプを作動せしめて、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時の圧力検出手段が検出したエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動にもとづいて第１制御弁の異常の有無を診断する、
ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
この二次空気供給装置では、エアポンプの下流に第１制御弁が、さらにその下流に第２制御弁が配設され、それを第１制御弁と第２制御弁を閉じた状態でエアポンプを作動せしめて、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時のエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動が圧力検出手段で検出され、その結果にもとづいて第１制御弁の異常の有無が診断される。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、第１制御弁の異常判定が、二次空気の供給を開始するときにおこなわれる。

請求項３の発明によれば、内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
二次空気供給管のエアポンプの下流に、第１制御弁と第２制御弁を、第１制御弁を上流側に第２制御弁を下流側にして配設し、さらに、エアポンプと第１制御弁の間に圧力検出手段を配設し、
第１制御弁と第２制御弁を開きエアポンプを作動せしめて二次空気を供給している状態から二次空気の供給を停止する際に、
第２制御弁を閉じてから、第１制御弁を閉じ、その後に、エアポンプを停止して、第１制御弁と第２制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時の圧力検出手段が検出したエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動にもとづいて第１制御弁の異常の有無を診断する、ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
この二次空気供給装置では、エアポンプの下流に第１制御弁が、さらにその下流に第２制御弁が配設され、それをエアポンプを停止する際に、第２制御弁を閉じてから第１制御弁を閉じ、その後にエアポンプを停止するようにして、第１制御弁と第２制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時のエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動が圧力検出手段で検出され、その結果にもとづいて第１制御弁の異常の有無が診断される。

請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、第１制御弁の異常判定が、二次空気の供給を終了するときにおこなわれる。

請求項５の発明によれば、請求項１の発明において、内燃機関が車両に搭載されており、車両の走行場所の大気圧が変化しても、第１制御弁の異常の有無の診断の精度が低下しないようにする大気圧変化補償手段を具備する、ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では大気圧変化補償手段によって車両の走行場所の大気圧が変化しても、第１制御弁の異常の有無の診断の精度が低下しない。

請求項６の発明によれば、請求項５の発明において、大気圧変化補償手段は、第１制御弁の異常の有無の診断をおこなう前に、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管の残圧を解放し得る残圧解放手段とされる。
このように構成される二次空気供給装置では、第１制御弁と第２制御弁を閉じた状態でエアポンプを作動せしめて、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時に圧力検出手段が検出するエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動が第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管の残圧の影響を受けない。

請求項７の発明では残圧解放手段が第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に配設された大気解放弁とされ、請求項８の発明では残圧解放手段が、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管と、第１制御弁とエアポンプの間の二次空気供給管とを結ぶ、一方弁付きの連通管とされる。
請求項９の発明によれば残圧解放手段は、第１制御弁を所定時間開いて成り、請求項１０では機関始動後、エアポンプを作動させる前に第１制御弁を所定時間開かれ、請求項１１の発明では機関停止時に、第１制御弁を所定時間開かれる。

請求項１２の発明によれば、請求項５の発明において、大気圧変化補償手段は、第１制御弁の異常の有無の診断をおこなう前に、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に負圧を供給し得る負圧供給手段である、ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
このように構成される二次空気供給装置では、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に負圧を供給され、第１制御弁と第２制御弁を閉じた状態でエアポンプを作動せしめて、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時に圧力検出手段が検出するエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動に対する大気圧の影響を除くことができる。

請求項１３の発明では、負圧供給手段は、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管とスロットル弁下流側の吸気管を結ぶ連通管と、該連通管に介装した負圧制御弁とから成り、請求項１４の発明では、負圧供給手段は、機関暖機後に、エアポンプが停止し、第２制御弁を閉じた状態で、第１制御弁を所定時間開いて、第１制御弁と第２制御弁の間に、空気を閉じ込めて成る。

請求項１５の発明によれば、請求項５の発明において、車両の位置における大気圧を検出する大気圧検出手段を具備し、大気圧が所定の値よりも低くなったときに大気圧変化補償手段を作動せしめる、ことを特徴とする二次空気供給装置が提供される。
請求項１６の発明では、エアポンプと第１制御弁の間に配設されている前記圧力検出手段が大気圧検出手段を兼ねており、請求項１７の発明では車両が高度情報を含むナビゲーションシステムを備え、該ナビゲーションシステムの高度情報にもとづき大気圧を検出する、ようにされている。

請求項１８の発明によれば、請求項１から４の発明において、内燃機関が車両用の内燃機関とされ、エアポンプと第１制御弁と第２制御弁が内燃機関と共にエンジンルーム内に配置されている。

請求項１、２に記載の発明では、診断は第２制御弁が閉じた状態で診断はおこなわれ排気の逆流がなく構成部品が排気ガスの影響を受けず信頼性が高い。また、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開くだけであるので診断に時間がかからず、排気エミッションへの影響が少ない。特に、請求項２に記載のように、二次空気の供給を開始する時に、実施すれば、エアポンプを制御弁の診断のためのみに制御する必要がない。

請求項３、４に記載の発明では、診断は第２制御弁が閉じた状態で診断はおこなわれ排気の逆流がなく構成部品が排気ガスの影響を受けず信頼性が高い。また、第１制御弁と第２制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開くだけであるので診断に時間がかからず、排気エミッションへの影響が少ない。特に、請求項４に記載のように、二次空気の供給を終了する時に、実施すれば、エアポンプを制御弁の診断のためのみに制御する必要がない。

請求項５〜１７に記載の発明では、大気圧変化補償手段によって車両の走行場所の大気圧が変化しても、第１制御弁の異常の有無の診断の精度が低下しない。特に、請求項９〜１１の発明、および、請求項１４の発明のようにすれば、第１制御弁の操作のみで大気圧の変化を補償することができ低コストで実現できる。また、請求項１２〜１４の発明のように、大気圧変化補償手段は、第１制御弁の異常の有無の診断をおこなう前に、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に負圧を供給し得る負圧供給手段とすれば、大気圧が変化しないときの第１制御弁の異常の検出性を向上することもできる。

請求項１８に記載の発明では、内燃機関が車両用の内燃機関とされ、エアポンプと第１制御弁と第２制御弁が内燃機関と共にエンジンルーム内に配置されているので、エアポンプと第１制御弁、および、第１制御弁と第２制御弁が距離が短く、空気をエアポンプと第１制御弁の間、あるいは、第１制御弁と第２制御弁の間に蓄圧するのに時間がかからず、より診断時間が短かく、排気エミッションへの影響も少ない。

以下、添付の図面を参照して本発明の各実施の形態を説明する。
初めに、図１を参照して、各実施の形態に共通のハード構成について説明する。１は車両用のエンジンを示し、この実施の形態においてはＶ型の気筒配置を有するＶ型エンジンとされているが、本発明は勿論、直列エンジンその他のタイプのエンジンにも適用できる。エンジン１には吸気管３が取付けられ、吸気管３の入口にはエアクリーナ２が配設され、エアクリーナ２の下流側にはスロットル弁３ａが配設されている。

エンジン１の各気筒は排気マニホールド４ａ、４ｂを介して排気管７ａ、７ｂに接続されている。また、排気管７ａ、７ｂには三元触媒を用いた触媒コンバータ５ａ、５ｂが介装され、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_xの浄化をおこなっている。そのために排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ６ａ、６ｂが触媒コンバータ５ａ、５ｂの上流側の排気管７ａ、７ｂに取付けられている。触媒コンバータ５ａ、５ｂで浄化された排気ガスはマフラー９を通ってから排出される。

電動のエアポンプ１０は吸気管３のエアクリーナ２とスロットル弁３ａの間から空気取入管１１を介して空気を吸入し、第１二次空気供給管１２に空気を送り出し、第１二次空気供給管１２に送り出された空気が二股に分岐されている第２二次空気供給管１３ａ、１３ｂを介して排気管７ａ、７ｂの二次空気供給口８ａ、８ｂから排気管７ａ、７ｂの内部へ供給される。第１二次空気供給管１２には圧力センサ２０と第１制御弁２１が介装され、第２二次空気供給管１３ａ、１３ｂのそれぞれに第２制御弁２２ａ、２２ｂが配設されている。
なお、エアポンプ１０、第１制御弁２１、第２制御弁２２ａ、２２ｂはエンジン１とともに車両のエンジンルーム（図示しない）内に配置されている。

ＥＣＵ３０はマイクロコンピュータであって、図示しないが、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、入力インターフェイス、出力インターフェイスを共通のバスで接続して成る。
そして、ＥＣＵ３０には、本発明に関する圧力センサ２０の信号が入力される他、スロットルバルブ３ａ、Ｏ₂センサ６、イグニッションスイッチ３１、水温センサ３２、吸気温センサ３３、および、その他の図示しない、運転、および、排気ガス制御のための多くのセンサ類からの信号が入力される。またＥＣＵ３０からは本発明に関するエアポンプ１０、第１制御弁２１、第２制御弁２２ａ、２２ｂへ制御信号が送られる他、その他の図示しない機器類へ信号が送られる。

以下、上記のようなハード構成において、第１制御弁２１の異常の有無の診断をおこなう各実施の形態について説明する。
初めに、第１の実施の形態について説明する。この、第１の実施の形態は、二次空気の供給を開始する際におこなわれるものであって、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ、２２ｂをそれぞれ閉じて、エアポンプ１０と第１制御弁２１の間に一つの容積（以下、第１容積Ｖ１という）を形成し、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ、２２ｂの間にも一つの容積（以下、第２容積Ｖ２という）を形成する。

それから、エアポンプ１０を作動せしめると第１容積Ｖ１には空気が蓄圧され第１容積Ｖ１の圧力はエアポンプ１０の締め切り圧まで上昇する。次に、第１制御弁２１を開いて、第１容積Ｖ１に蓄圧されていた空気を第１容積Ｖ１と第２容積Ｖ２の加算された容積内に拡張させる。その結果、第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１は降下し、第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２は上昇し同じ圧力となる。この間、エアポンプ１０は作動し、第２制御弁２２ａ、２２ｂは閉じているので、第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１と第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２は、直ぐに締め切り圧まで上昇する。したがって、第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１は瞬間的にスパイク状に変化（降下）する。

そして、第２容積Ｖ２の圧力Ｐ２は検出されないが第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１は圧力センサ２０により検出されている。そこで、圧力センサ２０の検出した第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１の変化にもとづいて第１制御弁２１に異常があるか、否か、を判定するものである。
図２が上記の手順を説明する図であり、図３が第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１、および、第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２の変化を示す図である。第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２はその時の大気圧に等しく、第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１はエアポンプ１０の吐出口圧力に相当する。そして、図３においてＰ３で示されている第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１と第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２の差はエアポンプ１０の揚程に相当する。
また、スパイクの大きさをＰｓで示してある。Ｐａで示されているのは、後述するようにスパイクの有無を判定するためのしきい値である。

図４は、上記の考え方による第１の実施の形態における第１制御弁の異常の有無の診断をおこなうフローチャートである。なお、このフローチャートは異常の有無の診断をおこなうためだけのものであり、実際の二次空気の供給の制御は図示しない別のフローチャートにしたがっておこなわれる。
ステップＳ１０１では第１制御弁２１、第２制御弁２２ａ、２２ｂを閉にする。この状態でエアポンプ１０と第１制御弁２１の間には第１容積Ｖ１が形成され、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ、２２ｂの間には第２容積Ｖ２が形成されることになる。

ステップＳ１０２ではエアポンプ１０を作動させる。これにより上記の第１容積Ｖ１内に二次空気が蓄圧されて圧力Ｐ１が上昇する。ステップＳ１０３では上記の第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１が所定値以上に達したか、否か、を判定する。ステップＳ１０３で否定判定された場合は、そのままステップＳ１１０に飛んでリターンする。ステップＳ１０３で肯定判定された場合はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では第１制御弁２１の異常の有無を診断を実行する条件が成立しているか、否か、を判定する。この診断を実行する条件とは、以下の２つのことである。
（１）エンジンが二次空気を供給するべき運転条件にあること。
（２）エアポンプが作動していること。
ステップＳ１０４で肯定判定された場合は、ステップＳ１０５に進んで第１制御弁２１を開いて、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、圧力センサ２０が検出する容積Ｖ１の圧力Ｐ１に変動があるか、否か、を判定する。具体的には、例えば、図４における圧力Ｐ１の降下量が予め定めた所定の幅を超えたか、否か、によって判定する。
そして、ステップＳ１０６で肯定判定された場合は、第１制御弁２１が正常に作動しているものとしてステップＳ１０８に進み第１制御弁２１が正常であるとの信号を発生してからステップＳ１１０に進み終了する。

一方、圧力変動が無い場合、すなわち、例えば、図３における圧力Ｐ１の降下量が予め定めた所定の幅を超えない場合には、ステップＳ１０６で否定判定され、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では圧力Ｐ１の降下量が予め定めた所定の幅を超えない状態が所定時間続いたかどうかが判定される。そして、ステップＳ１０７で肯定判定された場合は、異常が発生しているとして、ステップＳ１０９に進み第１制御弁２１が異常であるとの信号を発生してからステップＳ１１０に進み終了する。

上記の第１の実施の形態は上記のように、二次空気の供給開始時に第１容積Ｖ１に空気を蓄圧し、その後、第１の制御弁を開き、その時の第１容積Ｖ１の圧力降下を所定値と比較して第１制御弁２１の異常の有無を判定している。そして、エアポンプ１０と第１制御弁２１の距離は短く第１容積Ｖ１は小さいので診断に時間がかからない。具体的には１０ｍｓ程度で異常の有無を判定することができる。したがって、排気エミッションへの影響は殆どない。また、判定に際して第２制御弁２２ａ、２２ｂは閉じており排気の逆流がないので、第１制御弁２１の耐久性も良い。

なお、上記第１の実施の形態は、二次空気の供給開始時に第１制御弁２１の異常の有無の診断をおこなっているが、その他の運転条件においても判定をおこなうことができる。例えば、二次空気を供給すべき条件において二次空気を供給している途中に、あるいは、二次空気を供給すべきではない条件においても、上述した一連の、エアポンプ１０、第１制御弁２１、第２制御弁２２ａ、２２ｂの制御を実現させることによって診断をおこなうことができる。いずれの場合も、上記のように短時間で判定ができるので排気エミッションには殆ど影響を与えない。

次に、第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では、第１制御弁２１の異常の有無の診断が、第１の実施の形態とは逆に、二次空気の供給を停止する際におこなわれる。
先ず、第２制御弁２２ａ、２２ｂを閉じ、次いで第１制御弁２１を閉じ、次いでエアポンプ１０を停止する。その結果、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ、２２ｂの間の第２容積Ｖ２に空気が蓄圧されるが、エアポンプ１０と第１制御弁２１の間の第１容積Ｖ１の間には殆ど空気は蓄圧されない。したがって、この状態では、第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１と第２容積Ｖ２の圧力Ｐ２を比べると、Ｐ１＜Ｐ２となっている。

次いで、第１制御弁２１を開くと、第２容積Ｖ２に蓄圧されていた空気は第１容積Ｖ１と第２容積Ｖ２の加算された容積内に拡大せしめられる。その結果、第２容積Ｖ２の圧力Ｐ２は減少し、第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１は増大する。第１容積Ｖ１に流入した空気はエアポンプ１０内の隙間から抜けていく。したがって、第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１に注目すれば、スパイク状の圧力降下を示す。そこで、圧力センサ２０が検出する第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１の増大変化にもとづいて第１制御弁２１の異常の有無を判定する。
図５が上記の手順を説明する図であり、図６が第１容積Ｖ１内の圧力Ｐ１、および、第２容積Ｖ２内の圧力Ｐ２の変化を示す図である。

図７が上記の考え方にもとづく第２の実施の形態のフローチャートである。
ステップＳ２０１では圧力センサ２０が検出した第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１が所定値以上であるか否かを判定する。肯定判定された場合、すなわち圧力Ｐ１が所定値以上である場合には、ステップＳ２０２で第２制御弁２２ａ、２２ｂを閉にし、次いで、ステップＳ２０３で第１制御弁２１を閉にし、次いでエアポンプ１０を停止せしめてから、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０１で否定判定された場合は直接ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では制御弁診断の実行条件が成立したか、否か、を判定する。この制御弁診断の実行条件とは以下の２つである。
（１）２次空気を供給すべき運転条件ではないこと。
（２）ステップＳ２０２、２０３、２０４が終了していること。

ステップＳ２０５で肯定判定された場合には、ステップＳ２０６に進み第１制御弁を開いてからステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では圧力センサ２０の検出する第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１に圧力変動（圧力上昇変化）があるか、否か、を判定する。具体的には、予め定めた幅を超える変動があったか、否か、を判定する。ステップＳ２０５で否定判定された場合にはそのままステップＳ２１０に飛んで終了する。

ステップＳ２０７で肯定判定された場合、すなわち、第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１に所定幅以上の圧力変動（圧力上昇変化）があった場合には、ステップＳ２０９に進み、第１の制御弁２１が正常であることを示す信号を発してからステップＳ２１０に進んで終了する。一方、ステップＳ２０７で否定判定された場合、すなわち、第１容積Ｖ１の圧力Ｐ１に所定幅以上の圧力変動（圧力上昇変化）がない場合には、ステップＳ２０８に進み、さらに、圧力変動の無い状態が所定時間以上続いたか、否か、を判定する。そして、ステップ２０８で肯定判定された場合にはステップ２１０で第１の制御弁２１が異常であることを示す信号を発してからステップＳ２１１に進んで終了する。

上記の第２の実施の形態は上記のように、二次空気の供給終了時に第２容積Ｖ２に空気を蓄圧し、その後、第１制御弁２１を開き、その時の第１容積Ｖ１の圧力変化（圧力上昇）が所定幅異常であるかによって第１制御弁２１の異常の有無を診断している。そして、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ、２２ｂの距離は短く第２容積Ｖ２は小さいので、第２容積Ｖ２に空気を蓄圧するために要する時間は少なく、判定に時間がかからない。具体的には１０ｍｓ程度で異常の有無を診断することができる。したがって、排気エミッションへの影響は殆どない。また、第１の実施の形態と同様に、判定に際して第２制御弁２２ａ、２２ｂは閉じており排気の逆流がないので、第１制御弁２１の耐久性も良い。

次に第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は走行開始時の大気圧と走行終了時の大気圧に変化がある場合、特に、走行終了時の大気圧が走行開始時の大気圧よりも低くなる場合、に第１の実施の形態のような異常の診断をおこなう時に起こりうる問題に対応するものである。図８がこの問題を説明する図である。

図８の（Ａ）は図３と同じものであり、低地において走行開始して低地において走行終了し、その後、充分にエンジン１の温度が下がってから、例えば、一晩放置してから、エンジン１を冷間始動する時に、第１の実施の形態の異常の検出をおこなう場合を示している。Ｐ１はエアポンプ出口圧力であり、Ｐ２は第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間の圧力である。Ｐ１はＰ２にエアポンプ１０の揚程Ｐ３を加えたものである。
第１制御弁２１を開いたときに発生する下向きのスパイクの大きさがＰｓで示され、このスパイクを検出するためのしきい値ＰａがＰ１から下向きの値として示されている。

図８の（Ｂ）は、高地において走行開始して高地において走行終了し、その後、充分にエンジン１の温度が下がってから、例えば、一晩放置してから、エンジン１を冷間始動する時に、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなう場合を示している。高地の大気圧は低地の大気圧よりも低いので容積Ｖ２の圧力Ｐ２’は低地の場合のＰ２よりも低い。また、高地では大気圧の低下にともなってエアポンプ１０の揚程も小さくなるので、この高地における揚程Ｐ３’は低地におけるエアポンプ１０の揚程Ｐ３よりも小さい。この高地でのエアポンプ出口の圧力Ｐ１’＝Ｐ２’＋Ｐ３’である。また、この時のスパイクの大きさはＰｓ’で示されており、このＰｓ’はＰ１’とＰ２’の差が小さくなることから低地の場合のスパイクの大きさＰｓよりも小さい。スパイクを検出するためのしきい値Ｐａは低地の場合と同じであるが、むしろ、この高地でのＰｓ’を検出でき、かつ、ノイズは拾わないように設定されている。

図８の（Ｃ）は低地において走行開始したが高地において走行終了し、その後、充分にエンジン１の温度が下がってから、例えば、一晩放置してから、エンジン１を冷間始動する時に、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなう場合を示している。
この場合、エアポンプ１０は高地の大気圧Ｐ２’で高地のポンプ揚程Ｐ３’の仕事をおこなうので、ポンプ出口圧は図８の（Ｂ）の場合と同じＰ１’となるが、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間には低地の大気圧Ｐ２が残存している。
したがって、第１容積Ｖ１と第２容積Ｖ２との圧力差はＰ１’−Ｐ２となり、これは図８の（Ｂ）の場合よりも小さく、それにともなって、スパイクの大きさＰｓ”も図８の（Ｂ）の場合のＰｓ’よりも小さくなる。
しかしスパイクを検出するためのしきい値Ｐａは図８の（Ａ），（Ｂ）の場合と同じとされている。したがって、しきい値Ｐａとスパイクの大きさＰｓ”の差が小さくなるので、誤判定をするおそれがある。

そこで、第３の実施の形態では、図９に示すように、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間の、すなわち第１制御弁２１の下流側の第１空気供給管１２に、大気解放弁２３を介装した大気解放管１４が接続されている。そして、大気解放弁２３をＥＣＵ３０の指令で、エアポンプ１０を作動させる前、あるいは、走行を終了するときに、一旦開き、また閉じる。すると、大気解放弁２３を開くことによって、第１容積Ｖ２の圧力は瞬時に高地の大気圧になる。
したがって、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなった場合、第１制御弁２１を開く前の第２容積Ｖ２の圧力は高地の大気圧になっており、第１制御弁２１を開いた時の圧力変化は図８の（Ｂ）に示されるようになり、しきい値Ｐａはこの場合に発生するスパイクの大きさＰｓ’を充分検出できるように設定されているので検出精度が低下しない。

次に、第３の実施の形態の第１変形例について説明する。図１０がこの第３の実施の形態の第１変形例の構成を示す図である。同図に示されるように、第１制御弁２１の上流側の第１空気供給管１２と第１制御弁２１の下流側の第１空気供給管１２とが、すなわち、第１容積Ｖ１と第２容積Ｖ２とが、連通管１５で連通され、その中間に逆止弁２４が介装されている。

第３の実施の形態の第１変形例では上記のように構成されていることによって、低地から高地へ走行し、高地でエンジン１を停止したときに、第２容積Ｖ２に残存している低地の大気圧の空気は、逆止弁２４を開きながら、第１容積Ｖ１に流入する。その結果、第２容積Ｖ２の圧力は第１容積Ｖ１の圧力と同じになる。第１容積Ｖ１の圧力は、エアポンプ１０が内部隙間を介して大気と連通していることで、高地の大気圧に等しいので、第２容積Ｖ２の圧力も高地の大気圧になる。したがって、この第３の実施の形態の第１の変形例においても、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなった場合、図８の（Ｂ）に示されるようになり検出精度が低下しない。

次に、第３の実施の形態の第２変形例について説明する。この第２変形例では、イグニッションスイッチ３１をＯＮするとき、あるいは、ＯＦＦするときに、第１制御弁２１を一旦開き、また、閉じる。図１１がこの操作を示すタイムチャートであり、（Ａ）がイグニッションスイッチ３１をＯＮするときに第１制御弁２１を一旦開き、また、閉じる場合であり、（Ｂ）がイグニッションスイッチ３１をＯＦＦにするときに第１制御弁２１を一旦開き、また、閉じる場合である。

このようにすることにより、第１容積Ｖ１の圧力は第２容積Ｖ２の圧力と同じになり、前述したように、第１容積Ｖ１の圧力は、エアポンプ１０が内部隙間を介して大気と連通していることで、外部環境の大気圧に等しい。
したがって、低地から高地へ走行してきて、翌朝始動する時に、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなった場合、図８の（Ｂ）に示すようになり、検出精度が低下しない。

次に、第４の実施の形態について説明する。
ところで、第１の実施の形態のような異常の検出では、第１制御弁２１を開く時の第２容積Ｖ２の圧力が低い方がスパイクが大きく出ることが明らかである。
そこで、この第１の実施の形態では、第１制御弁２１を開く前に第２容積Ｖ２に負圧が導かれるようにされている。

図１２に示すのが、この第４の実施の形態の構成を説明する図であって、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間とスロットル弁３ａよりも下流の吸気管３とを連通管１６で接続し、その中間に負圧制御弁２５が介装されている。そして、例えば、エンジン１を停止するとき、あるいは、エンジン１を始動直後のエアポンプ１０を作動せしめる前に一旦負圧制御弁２５を開いて、また閉じる。その結果、第２容積Ｖ２には負圧が蓄積される。

図１３は、この第４の実施の形態で、第３の実施の形態で例示したのと同様に、低地から高地へ走行してきて、翌朝始動するに際して、第１の実施の形態のような異常の検出をおこなう場合の作動を示す図である。
図１３の（Ａ）は、始動後、第１制御弁２１を開く前に、負圧制御弁２５を一旦開いて第２容積Ｖ２に負圧を導入した場合を示している。図示されるように第２容積Ｖ２の圧力は高地大気圧Ｐ２から負圧分だけ低下したＰ２”になっている。その結果、図８の（Ｂ）よりも大きな深さＰ'''を有するスパイクが得られ検出精度が向上する。
図１３の（Ｂ）は、走行後、エンジン１を停止する時に、負圧制御弁２５を一旦開いて第２容積Ｖ２に負圧を導入した場合を示している。図示されるように第２容積Ｖ２の圧力は低地大気圧Ｐ１から負圧分だけ低下したＰ２''''になっており、図８の（Ｂ）よりも大きな深さＰ'''を有するスパイクが得られ検出精度が向上する。
この第４の実施の形態は低地から高地へ走行した場合のみならず、低地のみ、あるいは、高地のみ走行している場合の異常の検出の精度を向上することができる。

次に、第４の実施の形態の変形例について説明する。この第４の実施の形態の変形例は、第２容積Ｖ２に高温の空気を閉じ込め、閉じ込められた高温の空気が温度降下して第２容積Ｖ２の圧力が降下するのを利用するものである。
例えば、エンジン１が充分に暖機されている状態で、エアポンプ１０を停止した状態で、第２制御弁２２ａ，２２ｂを閉じたまま、第１制御弁２１を所定の時間だけ開く。このようにすることにより、第２容積Ｖ２には高温の空気が閉じ込められる。エンジン１が充分に暖機されているどうかは、水温センサ３２が検出する冷却水温、あるいは、吸気温センサ３３が検出する吸気温度、がそれぞれ予め定めた温度に達しているか、否か、によって判断する。

エンジン１が充分に暖機された状態では、エンジンルーム内に配設されている第１空気供給管１２、第２空気供給管１３ａ，１３ｂはエンジン１からの熱伝導、あるいは、排気管からの熱放射等により高温となり、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間に閉じ込められた空気も、勿論、外気温度の影響を受けるが、数十℃、あるいは、１００℃を超えるような温度となる。

一方、外気の温度は高くても４０℃程度である。したがって、例えば、低地から高地へ走行してきて、翌朝始動する時には、第２容積Ｖ２内の空気は、数十℃の温度降下をしている。これだけの温度降下があると、第１制御弁２１と第２制御弁２２ａ，２２ｂの間に閉じ込められた空気の圧力はかなり低下する。

例えば、停止前の上記部分に閉じ込められた空気の温度が１００℃（＝３７３°Ｋ）、翌朝の始動時の温度が３０℃（＝３０３°Ｋ）とすると、圧力の低下度合は絶対温度の低減比の（１／２）乗となり、その値は、（３０３／３７３）^1/2＝０．９である。したがって、大気圧に対して約１０％、すなわち、約１００ｈＰａ、圧力が低下することになる。

したがって、圧力低地から高地へ走行してきて、翌朝始動する時に、第１の実施の形態のような手順で異常の検出をおこなう場合、第１制御弁２１を開く前の第２容積Ｖ２の圧力は、例えば、図１３の（Ｂ）のＰ２'''のような値となっており、前述したように検出精度が向上する。

次に第５の実施の形態について説明する。これは、大気圧が低い場合にのみ、第３の実施の形態（含む各変形例）、第４の実施の形態（含む変形例）をおこなうようにしたものである。
大気圧が低いか否かは、圧力センサ２１の値により判断することもできるし、あるいは、高度情報を含むナビゲーションシステムの情報から高度を得て、それに基き、大気圧を計算して判断してもよい。

本発明は、エンジンの排気管にエアポンプで二次空気を供給する二次空気供給装置に適用することが可能であり、エンジンの形状に依らず適用できる。

本発明の各実施の形態に共通のハード構成を示す図である。 第１の実施の形態の考え方を示す図である。 第１の実施の形態におけるエアポンプと第１制御弁の間の圧力の変化を示す図である。 第１の実施の形態の第１制御弁の異常有無の診断のフローチャートである。 第２の実施の形態の考え方を示す図である。 第２の実施の形態におけるエアポンプと第１制御弁の間の圧力の変化を示す図である。 第２の実施の形態の第１制御弁の異常有無の診断のフローチャートである。 低地から高地へ走行し、高地での冷間始動時に異常の診断をおこなう時の問題点を説明するための図であって、（Ａ）低地のみを走行した後の始動時のエアポンプと第１制御弁の間の圧力の変化を示す図であり、（Ｂ）高地のみを走行した後の始動時のエアポンプと第１制御弁の間の圧力の変化を示す図であり、（Ｃ）低地から高地へ走行した後のエアポンプと第１制御弁の間の圧力の変化を示す図である。 第３の実施の形態の構成を示す図である。 第３の実施の形態の第１変形例の構成を示す図である。 第３の実施の形態の第２変形例における第１制御弁の開閉を説明する図であって、（Ａ）はイグニッションスイッチをＯＮにする時に第１制御弁を開閉するものであり、（Ｂ）はイグニッションスイッチをＯＦＦにする時に第１制御弁を開閉するものある。 第４の実施の形態の構成を示す図である。 第４の実施の形態の作動を説明する図であって、（Ａ）は始動時に負圧を導入する場合を示し、（Ｂ）は停止時に負圧を導入する場合を示している。

符号の説明

１…内燃機関
４ａ、４ｂ…排気マニホールド
７ａ、７ｂ…排気パイプ
８ａ、８ｂ…二次空気供給口
１０…エアポンプ
１２…第１二次空気供給管
１３ａ、１３ｂ…第２二次空気供給管
２０…圧力センサ
２１…第１制御弁
２２ａ、２２ｂ…第２制御弁
３０…ＥＣＵ
３１…イグニッションスイッチ
３２…水温センサ
３３…吸気温センサ

Claims (18)

1. 内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
   二次空気供給管のエアポンプの下流に、第１制御弁と第２制御弁を、第１制御弁を上流側に第２制御弁を下流側にして配設し、さらに、エアポンプと第１制御弁の間に圧力検出手段を配設し、
   第１制御弁と第２制御弁を閉じた状態でエアポンプを作動せしめて、エアポンプと第１制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時圧力検出手段が検出したエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動にもとづいて第１の制御弁の異常の有無を診断する、
   ことを特徴とする二次空気供給装置。
2. 第１制御弁の異常判定を、二次空気の供給を開始するときにおこなう、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
3. 内燃機関の排気管にエアポンプにより二次空気供給管を介して二次空気を供給する二次空気供給装置であって、
   二次空気供給管のエアポンプの下流に、第１制御弁と第２制御弁を、第１制御弁を上流側に第２制御弁を下流側にして配設し、さらに、エアポンプと第１制御弁の間に圧力検出手段を配設し、
   第１制御弁と第２制御弁を開きエアポンプを作動せしめて二次空気を供給している状態から二次空気の供給を停止する際に、
   第２制御弁を閉じてから、第１制御弁を閉じ、その後に、エアポンプを停止して、第１制御弁と第２制御弁の間に空気を蓄圧し、その後に第１制御弁を開いた時の圧力検出手段が検出したエアポンプと第１制御弁の間の圧力変動にもとづいて第１制御弁の異常の有無を診断する、
   ことを特徴とする二次空気供給装置。
4. 第１制御弁の異常判定を、二次空気の供給を終了するときにおこなう、ことを特徴とする請求項３に記載の二次空気供給装置。
5. 内燃機関が車両に搭載されており、
   車両の走行場所の大気圧が変化しても、第１制御弁の異常の有無の診断の精度が低下しないようにする大気圧変化補償手段を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置。
6. 大気圧変化補償手段は、第１制御弁の異常の有無の診断をおこなう前に、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管の残圧を解放し得る残圧解放手段である、ことを特徴とする請求項５に記載の二次空気供給装置。
7. 残圧解放手段が、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に配設された大気解放弁である、ことを特徴とする、請求項６に記載の二次空気供給装置。
8. 残圧解放手段が、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管と、第１制御弁とエアポンプの間の二次空気供給管とを結ぶ、一方弁付きの連通管である、ことを特徴とする、請求項６に記載の二次空気供給装置。
9. 残圧解放手段は、第１制御弁を所定時間開いて成る、ことを特徴とする請求項６に記載の二次空気供給装置。
10. 機関始動後、エアポンプを作動させる前に第１制御弁を所定時間開く、ことを特徴とする請求項９に記載の二次空気供給装置。
11. 機関停止時に、第１制御弁を所定時間開く、ことを特徴とする請求項９に記載の二次空気供給装置。
12. 大気圧変化補償手段は、第１制御弁の異常の有無の診断をおこなう前に、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管に負圧を供給し得る負圧供給手段である、ことを特徴とする請求項５に記載の二次空気供給装置。
13. 負圧供給手段は、第１制御弁と第２制御弁の間の二次空気供給管とスロットル弁下流側の吸気管を結ぶ連通管と、該連通管に介装した負圧制御弁から成ることを特徴とする、請求項１２に記載の二次空気供給装置。
14. 負圧供給手段は、機関暖機後に、エアポンプが停止し、第２制御弁を閉じた状態で、第１制御弁を所定時間開いて、第１制御弁と第２制御弁の間に、空気を閉じ込めて成る、ことを特徴とする請求項１２に記載の二次空気供給装置。
15. 車両の位置における大気圧を検出する大気圧検出手段を具備し、大気圧が所定の値よりも低くなったときに大気圧変化補償手段を作動せしめる、ことを特徴とする請求項５に記載の二次空気供給装置。
16. エアポンプと第１制御弁の間に配設されている前記圧力検出手段が大気圧検出手段を兼ねている、ことを特徴とする請求項１５に記載の二次空気供給装置。
17. 車両が高度情報を含むナビゲーションシステムを備え、該ナビゲーションシステムの高度情報にもとづき大気圧を検出する、ことを特徴とする請求項１５に記載の二次空気供給装置。
18. 内燃機関が車両用の内燃機関であって、エアポンプと第１制御弁と第２制御弁が内燃機関と共にエンジンルーム内に配置されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。

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