JPH06129244A - ２次空気導入装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２次空気導入装置の主としてエアポンプ側の
異常発生を機関始動の当初から確実に診断する。 【構成】 内燃機関の排気通路に２次空気を圧送する電
動エアポンプを備えた２次空気導入装置において、エア
ポンプの回転数を検出する回転数検出手段１０１と、エ
アポンプ回転数の基準値を記憶した基準値記憶手段１０
２と、エアポンプの検出回転数と基準回転数とを比較す
る比較手段１０３と、この比較結果に基づき、検出回転
数が基準回転数よりも低下したときに異常と判定する異
常判定手段１０４とを備え、２次空気の吐出量を代表す
るエアポンプ回転数を監視することにより、エアポンプ
及び電動機の劣化、潤滑不良、固着等を診断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の２次空気導
入装置の異常診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気エミッション対策として排気系統に
触媒を設けた内燃機関では、暖機が完了して触媒が十分
な転換作用を開始するまでは所期の排気浄化機能が発揮
されず、特に冷間始動時のように燃焼状態が不安定で燃
料が多めに供給される条件下においては排気組成が悪化
しがちである。

【０００３】この対策として、２次空気導入装置を設け
て、触媒上流の排気通路に新気を送り込み、不足する酸
素を補い触媒の立上りを早めて排気中の未燃成分の処理
を促すようにしたものがある。

【０００４】従来の２次空気導入装置は２次空気通路の
途中にリード弁を設け、排気脈動波の低圧部分を利用し
て新気を導入するようにしているが、この方式では機関
によってはアイドル付近の低負荷運転域で十分な量の２
次空気を導入することができない。この場合、アイドル
運転域で２次空気を導入するためにはエンジン駆動また
は電動式のエアポンプを設けて強制的に２次空気を圧送
する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
エアポンプを設けて２次空気を供給するようにした装置
の場合、エアポンプや２次空気通路の途中に設けられる
弁装置が故障すると排気通路にまったく空気が供給され
なくなるおそれがあるので、その異常の診断を確実に行
いたいという要請がある。

【０００６】このため、例えば特開昭５２−５７４２１
号公報に見られるように、エアポンプの吐出圧を計測す
る吐出圧計を設けて、２次空気の流量を調整するための
エアコントロールバルブの開弁時と閉弁時の吐出圧力差
を測定し、該圧力差の有無に応じて故障診断を行うよう
にしたものが提案されている。

【０００７】しかしながら、この装置によると始動の当
初から２次空気を供給するためにエアコントロールバル
ブを開いていると、このバルブが閉じる時点（一般には
暖機完了時）に達しなければ異常を判定することができ
ず、またエアポンプ自体の異常は診断することができな
いという問題があった。

【０００８】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたもので、エアポンプ側の異常を機関始動の当
初から診断することのできる２次空気導入装置の診断装
置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１の発明として、内燃機関の排気通路に２次空気を
圧送する電動エアポンプを備えた２次空気導入装置にお
いて、図１に示したように、エアポンプの回転数を検出
する回転数検出手段１０１と、エアポンプ回転数の基準
値を記憶した基準値記憶手段１０２と、エアポンプの検
出回転数と基準回転数とを比較する比較手段１０３と、
この比較結果に基づき、検出回転数が基準回転数よりも
低下したときに異常と判定する異常判定手段１０４を備
える。

【００１０】また、第２の発明として、内燃機関の排気
通路に２次空気を圧送する電動エアポンプを備えた２次
空気導入装置において、図５に示したように機関のアイ
ドル運転付近の低負荷運転状態を検出する負荷検出手段
２０１と、前記エアポンプの吐出圧を検出する手段２０
２と、前記低負荷運転状態でのエアポンプ吐出圧の基準
値を記憶した基準値記憶手段２０３と、前記低負荷運転
状態が検出されたときに前記検出圧力と基準値とを比較
する比較手段２０４と、この比較結果に基づき、検出圧
力が基準値から外れたときに異常と判定する異常判定手
段２０５とを設ける。

【００１１】

【作用】エアポンプの吐出量はその回転数と強い相関が
あり、エアポンプやこれを駆動する電動機の劣化、潤滑
不良、固着、配線劣化等により回転数が低下すれば２次
空気吐出量も低下する。したがって第１の発明の構成に
基づき、エアポンプ回転数を監視してこれが２次空気流
量として必要な量に相当する基準値よりも低下したとき
には直ちに異常発生と診断される。

【００１２】また、第２の発明の構成に基づき、排気圧
力の平均値がほぼ一定となるアイドル付近の低負荷運転
域にて吐出圧を検出するとき、このときの吐出圧はエア
ポンプが正常であればほぼ一定値を示すはずであるか
ら、該一定値を基準値として実際の検出値と比較するこ
とによりエアポンプ側の異常が診断可能となる。一般に
エアポンプ側の異常は吐出圧低下となって診断される
が、エアポンプ下流に弁装置を備えた２次空気制御装置
において当該弁装置が閉弁付近で固着したり２次空気通
路が塵埃により閉塞したときには吐出圧の異常上昇が起
こる。したがって第２の発明において、吐出圧が低下し
たときは主としてエアポンプ側の異常、吐出圧が上昇し
たときは主として弁装置もしくは２次空気通路側の異常
であると診断可能である。

【００１３】

【実施例】図２に第１の発明の一実施例の機械的構成を
示す。この２次空気導入装置は、図示したように、電動
のエアポンプ１１、このエアポンプ１１から吐出される
２次空気を排気通路１２に導入する２次空気通路１３、
排気通路１２から２次空気通路１３への排気の逆流を防
止するためのチェック弁１４、このチェック弁１４とエ
アポンプ１１との間に位置するように２次空気通路１３
の途中に設けられる遮断弁１５、この遮断弁１５の作動
室１５ａに吸気通路１６からの吸気管負圧または大気圧
のいずれかを選択的に導入するソレノイド弁１７、エア
ポンプ１１の電動機に駆動電流を供給する駆動回路１８
等からなる。駆動回路１８は、バッテリ２０、常開リレ
ー２１、フュージブルリンク２２を前記電動機に直列に
接続してなり、制御回路２３を介して前記リレー２１に
通電して回路を閉ざすと共に、ソレノイド弁１８にＯＮ
信号を出力して作動室１５ａに負圧を導くと、スプリン
グ１５ｂに抗して遮断弁１５が開かれ、エアポンプ１１
から所定流量の２次空気が排気通路１２の触媒（図示せ
ず）よりも上流の部分へと導入される。

【００１４】制御回路２３は、図１に示した回転数検出
手段１０１を除く各手段１０２〜１０４の機能を包含す
るものであり、上述したようにアイドル運転時をはじめ
として２次空気を導入すべき所定の運転条件を検出した
ときにリレー２１及びソレノイド弁１７へと通電して２
次空気導入を行わせると共に、エアポンプ１１の異常発
生の有無をその回転数から検出して診断する機能を備え
ている。なお２４は異常と診断したときにこれを警告す
る警告灯である。

【００１５】上記異常診断のために、エアポンプ１１に
は回転数検出手段として回転数センサ２５が設けられ、
その信号が制御回路２３に入力されている。前記回転数
センサ２５としては、例えば電動機へと駆動電流を供給
する導線に生じる逆起電力を検知する磁気ピックアップ
や、一般に機関回転数の検出に用いられるクランク角セ
ンサと同様の構成の回転数検出装置を用いることができ
る。

【００１６】図３はその異常診断のための流れ図で、一
定周期で実行される。診断の手法は図示した通りであ
り、検出したエアポンプ回転数Ｎａを基準値Ｎｏと比較
し、Ｎａ≦Ｎｏであれば異常と判定して警告灯を点灯さ
せる。

【００１７】図４はエアポンプの回転数Ｎと吐出量Ｑの
関係を示した特性線図であり、図示したようにＮとＱは
強い相関関係がある。いまアイドル運転時の正常時の吐
出量をＱｎとすると、このＱｎを達成するのに必要なエ
アポンプ回転数はＮｎであり、実際の回転数ＮａがＮｎ
より小であれば吐出量はＱｎよりも少なくなる。

【００１８】ただし、基準値として定めるべき回転数Ｎ
ｏは、機関の仕様に応じて異なるのであり、Ｎａ＜Ｎｎ
となったからといってただちに不都合を生じるとは限ら
ない。すなわち実際的には排気組成の悪化が許容限度を
超える流量域の上限値がＱｏであれば、これに対応する
回転数Ｎｏを基準値として比較を行えば診断の目的を達
成することができる。

【００１９】ところで、図４に示したように機関負荷ま
たは回転数の上昇に伴って吐出圧が増大するとエアポン
プ回転数が同一であっても吐出量Ｑが低下する。また、
機関運転状態によって異常判定領域の上限回転数（吐出
量）が異なる場合がある。したがって、アイドル運転状
態に限らず診断を行いたい場合には機関運転状態（負荷
及び回転数）毎に基準値Ｎｏを設定するのが好ましい。
なお図中の破線はポンプ端子電圧による特性であり、バ
ッテリや配線の劣化により端子電圧が低下すると回転数
が低下することを示している。

【００２０】図６に第２の発明の実施例の機械的構成を
示す。図２に示した実施例と異なるのは２次空気通路１
３に電動エアポンプ１１の吐出圧を検出する検出手段と
して圧力センサ３０を設けた点であり、その他の機械的
構成要素については図２のものと同一であるので同一の
部分に同一の符号を付してその説明を省略することにす
る。

【００２１】この実施例における制御回路２３は、図５
の負荷検出手段２０１及び吐出圧検出手段２０２を除く
各手段２０３〜２０５の機能を包含するもので、前記吐
出圧検出手段に当たる圧力センサ３０からの検出圧力に
基づいて異常診断を行う部分に関する働きが図２のもの
とは異なり、具体的には図７の流れ図に示したような処
理を行う。なお、図６には負荷検出手段に相当する構成
要素を示していないが、これは燃料噴射量、機関回転
数、絞弁位置等に基づく周知の手法により検出すること
ができる。

【００２２】診断の手法は図７に示した通りであり、所
定の低負荷運転状態でエアポンプ１１が作動する２次空
気導入時において吐出圧Ｐａを圧力センサ３０からの出
力値として読み込み、これを基準値Ｐｏと比較する。こ
のときＰａ＜ＰｏまたはＰａ＞Ｐｏであれば異常と判定
して警告灯２４を点灯させる。

【００２３】なお、診断をアイドル付近の低負荷運転域
に行うことにより、排圧変動等に原因するＰａの変化を
回避すると共に、基準値Ｐｏを一義的に決定して精度の
高い診断を可能にしているのである。ただし基準値Ｐｏ
は説明の便宜上固定値としてあるが、実際にはある幅を
持った許容範囲を示すものである。

【００２４】このようにして、アイドル付近の低負荷運
転域での正常時の吐出圧であるＰｏとの比較に基づき、
実際の吐出圧Ｐａを測定することにより、例えば次のよ
うな診断が可能となる。

【００２５】すなわち、エアポンプ１１側に何らかの故
障が生じると吐出圧Ｐと流量Ｑの特性は図８に示したよ
うに低圧・低流量側に移動してアイドル時の吐出圧低下
が示される。エアポンプ１１側での吐出圧低下の原因と
しては、油脂不足等に原因するポンプの固着や駆動トル
クの増大、電動機不良による出力低下、配線の劣化やリ
ークによる電流の減少、エアポンプ１１の吸込側通路の
閉塞などが考えられる。つまり、Ｐａ＜Ｐｏの判定に基
づき、前記何れかの故障原因のあることが推定可能とな
る。

【００２６】なお、エアポンプ１１と遮断弁１５を連結
する部分の２次空気通路１３を構成するホースが抜ける
と、エアポンプ１１側が正常であっても、図９に示した
ように吐出圧は大幅に低下する。したがって、吐出圧低
下の原因としてはこのホース抜けも考えられる。

【００２７】一方、エアポンプ１１よりも下流側の通路
や弁装置に関する故障はＰａ＞Ｐｏの判定により推定さ
れることになる。つまり、一般にエアポンプ１１下流の
故障としては、油脂や塵埃による２次空気通路１３の閉
塞、遮断弁１５のリフト不足または固着、チェック弁１
４の固着等が考えられるが、これらのケースでは図９に
示したようにエアポンプＰ−Ｑ特性線上でアイドル時の
吐出圧が上昇してＰａ＞Ｐｏとなることから故障が診断
されることになる。

【００２８】

【発明の効果】第１の発明によれば、エアポンプの吐出
量を最も直接的に代表するエアポンプ回転数を検出し、
検出回転数が必要２次空気量に相当する基準値よりも低
下したときに異常と判定するものとしたので、エアポン
プまたはこれを駆動する電動機の劣化、潤滑不良、固着
などエアポンプ側に故障の原因があるときは、これを機
関始動の当初から速やかに検知することができる。

【００２９】第２の発明によれば、排気圧力の平均値が
ほぼ一定となるアイドル付近の低負荷運転域にて吐出圧
を検出し、これと正常時に得られるべき吐出圧に相当す
る基準値との比較に基づいて異常診断を行うようにした
ので、エアポンプ側に原因する異常に加えてエアポンプ
下流の通路閉塞や遮断弁のスティックなどの異常もアイ
ドル運転開始の当初から速やかに検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明のクレーム対応図。

【図２】第１の発明の一実施例の機械的構成図。

【図３】図２の実施例の作用を説明するための流れ図。

【図４】エアポンプの回転数と吐出量の関係を示す特性
線図。

【図５】第２の発明のクレーム対応図。

【図６】第２の発明の一実施例の機械的構成図。

【図７】図６の実施例の作用を説明するための流れ図。

【図８】エアポンプ側故障時の特性の変化を説明するた
めのＰ−Ｑ特性線図。

【図９】エアポンプ下流側故障時の吐出圧変化を説明す
るためのＰ−Ｑ特性線図。

【符号の説明】

１１ 電動のエアポンプ １２ 排気通路 １３ ２次空気通路 １５ 遮断弁 ２３ 制御回路 ２４ 警告灯 ２９ 圧力センサ ３０ 制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に２次空気を圧送す
   る電動エアポンプを備えた２次空気導入装置において、
   エアポンプの回転数を検出する回転数検出手段と、エア
   ポンプ回転数の基準値を記憶した基準値記憶手段と、エ
   アポンプの検出回転数と基準回転数とを比較する比較手
   段と、この比較結果に基づき、検出回転数が基準回転数
   よりも低下したときに異常と判定する異常判定手段とを
   備えたことを特徴とする２次空気導入装置の診断装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路に２次空気を圧送す
   る電動エアポンプを備えた２次空気導入装置において、
   機関のアイドル運転を含む低負荷運転状態を検出する負
   荷検出手段と、前記エアポンプの吐出圧を検出する手段
   と、前記低負荷運転状態でのエアポンプ吐出圧の基準値
   を記憶した基準値記憶手段と、前記低負荷運転状態が検
   出されたときに前記検出圧力と基準値とを比較する比較
   手段と、この比較結果に基づき、検出圧力が基準値から
   外れたときに異常と判定する異常判定手段とを備えたこ
   とを特徴とする２次空気導入装置の診断装置。