JP2005264879A - 二次空気供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次空気の供給に何らかの不都合が生じる場合であれ、排気エミッションの悪化を好適に抑制することのできる二次空気供給装置を提供する。
【解決手段】二次空気供給装置は、内燃機関１の排気管３に通じる二次空気供給路１１を備えている。この二次空気供給路１１には、二次空気用のエアクリーナ１２、エアポンプ１３、エアスイッチングバルブ１４がそれぞれ配設されている。そして、この二次空気供給装置は、電子制御装置１５を通じて上記エアポンプ１３の駆動制御、エアスイッチングバルブ１４の開閉制御等を行って排気管３に二次空気を供給する。この際、電子制御装置１５は、排気管３内への二次空気供給態様に応じて、エアポンプ１３を各々トルクの異なる２つの動作モードにて駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気系に対して、排気ガスの酸化を促進するための二次空気を供給する二次空気供給装置に関する。

周知のように、二次空気供給装置は、例えば内燃機関の始動時など、内燃機関の排気系に配設される触媒が活性化されるまでの特定の期間において、同排気系に対して二次空気（酸素）を供給する装置である。そして、このような二次空気の供給によって、上記特定の期間における内燃機関の排気エミッションの改善、さらには上記触媒の早期活性化を図るようにしている。

ところで、こうした二次空気供給装置が内燃機関の排気系に対して二次空気を供給している特定の期間は、同排気系の酸素濃度が、内燃機関の燃焼室に導入される空気と燃料との比（空燃比）によることなく変化する。このため、この特定の期間、内燃機関にあっては、上記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を行うことなく、いわゆるオープンループ制御によって上記空燃比を制御するようにしている。

このため、上記二次空気供給装置によって二次空気の供給が行われる上記特定の期間中に、二次空気供給装置自体に何らかの異常が生じ、内燃機関の排気系に対する二次空気の供給が十分に行われない場合には、内燃機関の排気エミッションが著しく低下することにもなる。すなわちこの場合、まず第１に、内燃機関の排気系に対する二次空気の供給が十分に行われないため、二次空気の供給による排気エミッションの改善が期待できなくなる。第２に、触媒が活性化されていないため、同触媒による排気エミッションの改善も期待できない。さらには第３として、内燃機関における空燃比制御もこれがオープンループ制御により行われるため、やはり内燃機関としての排気エミッションの低下が避けられない。

そこで従来は、例えば特許文献１、あるいは特許文献２にみられるように、内燃機関の排気系の酸素濃度に基づいて自らの異常を自己検出する二次空気供給装置なども提案されている。すなわち、この二次空気供給装置では、内燃機関の排気系に二次空気を供給している上記特定の期間にあるにもかかわらず、同機関の排気系の酸素濃度が許容値未満に維持されるような場合に、当該装置自らの異常であるとしてこれを検出するようにしている。
特開平９−１３７１７１７号公報 特開平４−３０８３１２号公報

このように、上記従来の二次空気供給装置によれば、当該装置自らの異常を検出することはできる。しかし、これによって内燃機関としての排気エミッションの悪化が改善される訳ではない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二次空気の供給に何らかの不都合が生じる場合であれ、排気エミッションの悪化を好適に抑制することのできる二次空気供給装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、吸入される空気を加圧して吐出するエアポンプと、このエアポンプの駆動に基づき吐出される空気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給路と、この二次空気供給路を開閉するバルブ手段とを備え、前記エアポンプの駆動および前記バルブ手段の開弁操作を通じて内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置として、前記エアポンプの駆動を各々トルクの異なる複数の動作モードにて制御する制御手段を備えることとした。

前述のように、二次空気供給装置は、内燃機関の排気系（排気管など）に配設された触媒の早期活性化を図るべく、同機関の始動初期などに、同排気系に対して二次空気を供給する装置である。このため、このような二次空気供給装置にあっては、上記触媒が活性化されて以降は、内燃機関の排気系に対して二次空気を供給する必要がなくなり、上記二次空気供給路に二次空気が流れることもなくなる。ただし、このときには逆に、内燃機関の運転に伴い、高温の排気ガスが上記二次空気供給路に流れ込むようになる。そして、こうして排気ガスが上記二次空気供給路に流れ込む際、この二次空気供給路と排気管との接続部などに異物が付着することがある。そしてこのことが、上記二次空気供給路における二次空気の流通を妨げ、ひいては内燃機関の排気系に対する二次空気の適正な供給を困難とする一因となっている。

この点、各々トルクの異なる複数の動作モードにて上記エアポンプの駆動を制御する制御手段を備える上記構成によれば、たとえ上記異物が付着するようなことがあったとしても、例えば通常時よりもトルクの高い動作モードにて上記エアポンプを駆動させることで、この付着した異物を取り除くことができるか、あるいは、上記異物を取り除くまではいかないにしろ、上記異物付着時などにおけるいわばフェールセーフとして、内燃機関の排気系（排気管）に対し、十分な量の二次空気を供給することができるようになる。そして、こうした態様で二次空気の供給量が制御されることで、前述した排気エミッションの悪化なども好適に抑制されるようになる。

また、この場合には特に、請求項２に記載のように、前記制御手段として、前記内燃機関の排気系への二次空気供給態様を検出するセンサによる検出出力に基づいて前記エアポンプの動作モードを選択し、この選択した動作モードにて前記エアポンプの駆動を制御することが望ましい。

すなわち通常、上記接続部などに異物が付着している場合と異物が付着していない場合とでは、内燃機関の排気系に対して供給される二次空気の流量も自ずと異なったものとなる。この点、内燃機関の排気系への二次空気供給態様を検出するセンサの検出出力、すなわち実際の二次空気供給態様（供給量）に基づいてエアポンプの動作モード（駆動トルク）を使い分ける上記構成によれば、上記異物の付着の有無、あるいはその付着量などに応じて上記エアポンプの動作モード（駆動トルク）が選択制御されることとなり、特に異物付着時におけるより適切なフェールセーフが図られるようになる。

さらに、上記接続部などに付着する異物の量が多いほど内燃機関の排気系に供給される上記二次空気の流量（供給量）が減少することに鑑みれば、上記制御手段としては、請求項３に記載のように、上記複数の動作モードとして、第１の動作モードと、該第１の動作モードよりもトルクの高い第２の動作モードとを備えて、上記第１の動作モードにてエアポンプを駆動したときの上記センサによる検出出力が上記二次空気を供給したことによる空気量の基準値未満であるとき、上記第２の動作モードを選択し、この選択した第２の動作モードにてエアポンプの駆動を制御することが、同制御の簡便性および実用性の面でより望ましい。

これらの構成において、請求項４に記載のように、前記制御手段として、前記第２の動作モードによる前記エアポンプの駆動に際し、内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量の積算値が同機関の排気系に設けられている触媒の活性状態を示す所定の値となること、および前記センサによる検出出力が前記二次空気を供給したことによる空気量の基準値以上となること、の論理積条件が満たされるまで、前記エアポンプを前記第２の動作モードにて駆動するようにすれば、上記フェールセーフも的確に実現されるようになる。

すなわち、触媒の温度は吸入空気量の積算値に相関する。この点、上記構成によれば、内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量の積算値が上記触媒の活性状態を示す所定の値となって、かつ、上記センサによる検出出力が二次空気を供給したことによる空気量の基準値以上となったと判断されるまで上記二次空気を供給するようにしているため、触媒の活性化、および排気エミッションの悪化抑制のいずれも的確に図られるようになる。

これらの構成において、請求項５に記載のように、前記制御手段として、前記第２の動作モードによる前記エアポンプの駆動に際し、前記エアポンプの連続駆動時間がフェールセーフに必要とされる上限時間に達するまで、前記エアポンプを前記第２の動作モードにて駆動することによっても、上記フェールセーフは的確に実現される。

すなわち、高トルクにてエアポンプが連続駆動される場合、同エアポンプには過大な負荷がかかる。そしてこのことは、エアポンプの信頼性の低下にも繋がり、その影響が無視できない。この点、制御手段としてのこのような構成によれば、エアポンプとしての信頼性の低下を抑制しつつ、内燃機関の排気系に対する上記二次空気の供給を最大限確保することができるようになる。

これらの構成において、請求項６に記載のように、前記制御手段として、前記エアポンプを駆動しているにもかかわらず前記センサによる検出出力が変化しないとき、その旨を示すダイアグコードを記憶手段に記憶するようにすれば、当該二次空気供給装置の構成部品のいずれかが故障していることを容易に認識することができるようになる。

また、これらの構成において、請求項７に記載のように、前記二次空気供給路における前記エアポンプと前記バルブ手段との間の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御手段は、前記圧力センサによって検出される圧力値の推移に基づき当該二次空気供給装置の故障内容を特定し、この特定した故障内容に対応するダイアグコードを記憶手段に記憶するようにすれば、当該二次空気供給装置を構成する部品のいずれが故障しているのかを特定することもできるようになる。

これらの構成において、請求項８に記載のように、前記制御手段として、当該二次空気供給装置の起動時、前記記憶手段にダイアグコードが記憶されているとき、前記エアポンプの駆動を非実行とすれば、当該二次空気供給装置としての劣化の進行を抑制することができるようにもなる。

なお、前記内燃機関の排気系への二次空気供給態様を検出するセンサとしては、請求項９に記載のように、排気系の酸素濃度の変化に対して、リニアに検出出力が変化する空燃比センサ、および２値的に検出出力が変化する酸素センサの一方であることが望ましい。これらいずれのセンサであれ、通常の空燃比フィードバック制御に用いられるセンサを流用して二次空気の供給態様を検出することが可能であり、何ら特別なセンサを新たに設ける必要がない。

以下、この発明にかかる二次空気供給装置の一実施の形態について、図１〜図４を参照しつつ詳細に説明する。
この実施の形態の装置は、車載ガソリン機関の排気系に適用される二次空気供給装置を想定しており、図１に、この内燃機関も含めて、当該二次空気供給装置の全体構成を模式的に示す。

同図１に示されるように、内燃機関１は、その燃焼室（図示略）を境に、吸気管（吸気系）２および排気管（排気系）３が接続される構造となっている。
このうち、吸気管２には、内燃機関１の吸気ポートに対して燃料を噴射するためのインジェクタ４が配設されており、このインジェクタ４から噴射される燃料が空気との混合気となって、内燃機関１の燃焼室に導入される。そして、この混合気が同燃焼室内にて点火プラグ５により点火されて燃焼される。なお、この実施の形態において、吸気管２に吸入される、正確にはスロットルバルブ（図示略）を介して燃焼室に取り込まれる空気量（吸入空気量）は、同吸気管２に配設されているエアフローセンサＧＡによって検出されることとなる。

一方、排気管３には、内燃機関１の燃焼室から燃焼後の混合気（排気ガス）が排出される。そして、こうして燃焼室から排出された排気ガスは、排気管３の途中に設けられている触媒（例えば三元触媒）６にて浄化された後、外部へ放出される。なお、この排気管３には、上記排気ガスからその燃焼に供された混合気の空燃比を検出するためのＡ／Ｆ（空燃比）センサＡＦＳが図示の態様で配設されている。

このような内燃機関１に対して、この実施の形態の二次空気供給装置は、上記排気管３に通じる二次空気供給路１１を備えている。この二次空気供給路１１には、その上流側から、二次空気浄化用のエアクリーナ１２、この浄化されて吸入される空気を加圧して吐出するエアポンプ１３、そして同供給路１１を開閉するエアスイッチングバルブ１４（バルブ手段）が順に設けられている。また、この二次空気供給路１１の上記エアポンプ１３とエアスイッチングバルブ１４との間には、同供給路１１内の圧力を検出するための圧力センサＰＳが配設されている。そして、この二次空気供給装置において、上記エアポンプ１３の駆動制御、並びに上記エアスイッチングバルブ１４の開閉制御（開閉操作）等は、電子制御装置１５を通じて行われる。

ちなみにこの実施の形態において、この電子制御装置１５は、上記インジェクタ４による燃料噴射時期や燃料噴射量（空燃比）の制御、さらには点火プラグ（図示略）による点火時期の制御など、内燃機関１の運転全体にかかる制御を司る装置である。そして、それら制御の一環として、上記エアポンプ１３やエアスイッチングバルブ１４に対する制御を併せて実行する。

すなわち、この電子制御装置１５では、上記エアフローセンサＧＡをはじめ、Ａ／ＦセンサＡＦＳ、圧力センサＰＳなどの各種センサから取り込まれる信号に基づいて現在の機関運転状態を認識する。そして、この認識した機関運転状態に基づいて、上記インジェクタ４や点火プラグ５、エアポンプ１３、エアスイッチングバルブ１４などの駆動を制御する。この実施の形態の電子制御装置１５としては、機関始動時など、上記触媒６が未だ活性化されていない特定の期間に、上記エアポンプ１３を駆動するとともに、エアスイッチングバルブ１４を開として、上記排気管３に二次空気を供給する。そして、これによって該特定の期間における内燃機関１の排気エミッションの改善、さらには上記触媒６の早期活性化を図るようにしている。

ところで、このような二次空気供給装置にあっては、上記触媒６が活性化されて以降は、排気管３に対して二次空気を供給する必要がなくなり、上記二次空気供給路１１に二次空気が流れることもなくなる。ただし、このときには逆に、内燃機関の運転に伴い、高温の排気ガスが上記二次空気供給路１１に流れ込むようになり、この際、図１に示されるように、二次空気供給路１１と排気管３との接続部などに異物（未燃成分など）Ｆが付着することがある。そして、このような異物Ｆの付着が、上記二次空気供給路１１における二次空気の流通を妨げ、ひいては内燃機関の排気管３に対する二次空気の適切な供給を困難とする一因となる。

そこで、この実施の形態では、当該二次空気供給装置の制御手段でもある上記電子制御装置１５に、各々トルクの異なる２つの動作モードにて上記エアポンプ１３の駆動制御を行う機能を持たせるようにしている。これにより、上記接続部などに異物Ｆが付着しているような場合であれ、通常時よりもトルクの高い動作モードにて上記エアポンプを駆動することで、排気管３に対し十分な量の二次空気を供給することができるようになる。

図２は、この電子制御装置１５によるエアポンプ１３の駆動制御についてその制御手順をフローチャートとして示したものであり、次に、この図２に基づいて、同エアポンプ１３の駆動制御について詳述する。

同制御に際し、電子制御装置１５はまず、ステップＳ１の処理として、上記排気管３に対する二次空気の供給要求があるか否かを判断する。そしてこの結果、上記触媒６が既に活性化されているなど、二次空気の供給要求がないと判断される場合には、電子制御装置１５は、次にステップＳ２の処理として、エアポンプ１３の駆動を停止する（行わない）とともにエアスイッチングバルブ１４を閉弁し、この制御を終了する。

一方、このステップＳ１の処理において、内燃機関１の始動時など、触媒６が未活性状態にあって二次空気の供給要求があると判断される場合、電子制御装置１５は、次のステップＳ３の処理として、当該二次空気供給装置に故障があったか否かを判断する。

すなわち、この電子制御装置１５は、過去の処理において、当該二次空気供給装置に故障がある旨判断した場合、その旨を示すダイアグコードを不揮発生メモリからなる自身の記憶装置（記憶手段）に記憶するようにしている。そして、この記憶装置からそれらダイアグコードが読み出された場合、電子制御装置１５は、上記排気管３に対する二次空気供給のための処理を行うことなく、上記ステップＳ２の処理を行った後、この制御を終了する。

また一方、このステップＳ３の処理において、上記記憶装置からダイアグコードが読み出されなかった場合、すなわち当該二次空気供給装置に故障がない旨判断される場合、電子制御装置１５は、排気管３に対して二次空気を供給し、これによって上記触媒５の早期活性化を図るべく、次のステップＳ４以降の処理を実行する。

すなわち、まず、ステップＳ４の処理として、空燃比のフィードバック制御を停止してこれをオープンループ制御による空燃比制御に切り替える。その後、ステップＳ５の処理として、内燃機関の排気管３に対し、二次空気の供給を開始する。具体的には、電子制御装置１５は、エアポンプ１３の動作モードを通常時の動作モード（第１の動作モード）に選択し、この選択した動作モードにて上記エアポンプ１３の駆動制御を行う。またこのとき、電子制御装置１５は、エアスイッチングバルブ１４の開弁制御（開弁操作）を併せて行う。

そして次に、ステップＳ６の処理として、電子制御装置１５は、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳによるセンサ出力（排気管３内の酸素濃度に対応）を取り込み、この取り込んだセンサ出力に基づいて排気管３に対する二次空気の供給態様が正常か否かを判断する。

すなわち、図３に、二次空気の供給開始以降の上記Ａ／ＦセンサＡＦＳによるセンサ出力の推移例を示すように、排気管３に対して二次空気が正常に供給されている場合、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力（図３ではセンサ出力ＡＦ１）は、二次空気の供給開始からの時間が経過するにつれてリーン側に変化する。そして、このセンサ出力ＡＦ１は、上記二次空気の供給開始から所定時間の経過後には飽和する。

一方、上記接続部に異物Ｆが付着しているなど、上記排気管３に対して二次空気が十分供給されない場合、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力（図３ではセンサ出力ＡＦ２）は、二次空気の供給開始からの時間が経過するにつれてリーン側に変化する。ただし、このセンサ出力ＡＦ２は、上記センサ出力ＡＦ１よりもリーン側に変化する動きが鈍く、また上記所定時間の経過後に飽和するレベルも上記センサ出力ＡＦ１よりリッチ側となる。

また一方、上記エアポンプ１３自体、あるいは上記エアスイッチングバルブ１４自体が故障している場合、さらには上記接続部が異物Ｆによって完全に塞がれている場合などには、上記排気管３には二次空気が導入されない。したがってこの場合、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力（図３ではセンサ出力ＡＦ３）は変化しない。

そこで、電子制御装置１５では、同図３に併せて示すように、上記センサ出力ＡＦ１（正常の場合）の飽和レベルと上記センサ出力ＡＦ２（二次空気が十分供給されない場合）の飽和レベルとの間に基準値ＳＬを予め設定している。そして、この基準値ＳＬと、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力の飽和レベルとを比較することで、上記二次空気の供給態様が正常か否かを判断する。

すなわち、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が基準値ＳＬよりもリーン側にあると判断される場合には、上記二次空気の供給態様も正常であると判断することができる。したがってこの場合、電子制御装置１５は、次のステップＳ７およびＳ８の処理として、触媒６が活性状態となったことが判断されるまで、エアポンプ１３を上記通常時の動作モードにて継続してその駆動を制御する。

ここで、電子制御装置１５は、触媒６の温度が上記吸入空気量の積算値に相関することに鑑み、同触媒６の活性化のために必要な空気量の積算値を、規定値ＧＡ１として予め設定している。そして、電子制御装置１５は、上記エアフローセンサＧＡを通じて検出される吸気管２への吸入空気量を取り込み、この取り込んだ吸入空気量の積算値と上記規定値ＧＡ１との比較により上記触媒６の活性化の有無を判断する。そして、ステップＳ８の処理において、上記吸入空気量の積算値が上記規定値ＧＡ１以上であると判断されるとき、上記触媒６が活性化されたとして、電子制御装置１５は上記ステップＳ２の処理を行ってこの制御を終了する。

他方、上記ステップＳ６の処理において、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が上記基準値ＳＬ（図３）よりもリッチ側にあると判断される場合には、上記二次空気の供給態様は異常であることになる。そこでこのとき、電子制御装置１５は、ステップＳ９の処理として、エアポンプ１３を上記通常時の動作モードにて駆動制御したことで、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が変化しているか否かを判断する。

すなわち、例えば先の図３に示したセンサ出力ＡＦ２のように、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力にリーン側への変化がある場合には、内燃機関１の排気エミッションの改善には不十分であるものの、排気管３にはある程度の流量の二次空気が導入されていることとなる。そしてこのような場合、上記二次空気供給路１１における二次空気の流通が、上記接続部などに付着する異物Ｆにより妨げられている可能性が高い。そこで、電子制御装置１５は、次にステップＳ１０の処理として、エアポンプ１３の駆動モードを、上記通常時の動作モードに対して高トルクの動作モード（第２の動作モード）に切り替え、この高トルクの動作モードにてエアポンプ１３を駆動する。これにより、上記接続部などに付着した異物Ｆが除去されるようになるか、あるいは異物Ｆが除去されないにしろ、排気管３に対して十分な量の二次空気が供給されるようになる。

排気管３内にこうして十分な量の二次空気を供給しつつ、電子制御装置１５は、次にステップＳ１１の処理として、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が上記基準値ＳＬ（図３）以上、リーン側へ変化していること、および上記触媒６が活性化されたこと、の論理積条件が成立されたか否かを判断する。

ちなみに、上記触媒６が活性化したか否かについては、上述したように、エアフローセンサＧＡを通じて検出される吸入空気量の積算値と規定値ＧＡ１との比較により判断される。

そして、電子制御装置１５は、このステップＳ１１の処理において、上記論理積条件が満たされたと判断されるようになるまで、エアポンプ１３を高トルクの動作モードにて継続（連続）して駆動制御する。

ただし、このようにエアポンプ１３が高トルクにて連続駆動する場合、同エアポンプ１３には過大な負荷がかかる。そしてこのことは、エアポンプ１３の信頼性の低下にも繋がり、その影響が無視できない。そこで、この実施の形態において、電子制御装置１５は、高トルクにてエアポンプ１３を連続駆動させた場合に同エアポンプ１３の信頼性に影響が生じ得る限界時間、換言すればこうしたいわばフェールセーフに必要とされる限界時間を、上限時間として予め設定している。そして、上記ステップＳ１１の処理においてエアポンプ１３を連続駆動する場合には、次のステップＳ１２の処理と併せて、この上限時間と、高トルクの動作モードによる上記エアポンプ１３の連続駆動時間とを比較するようにしている。そしてその後、電子制御装置１５は、同エアポンプ１３の連続駆動時間が上記上限時間に達したと判断された時点で、同エアポンプ１３の駆動を停止するようにしている。これにより、エアポンプ１３の信頼性の低下を抑制しつつ、同エアポンプ１３を高トルクにて駆動して、上記異物Ｆの付着などに対するフェールセーフを行うことができるようになる。

なお、上記ステップＳ１２の処理において、エアポンプ１３の連続駆動時間が上記上限時間に達したと判断される以前に、上記ステップＳ１１の処理において、上記論理積条件が満たされたと判断される場合には、その時点で上記ステップＳ２の処理を行ってこの制御を終了する。

ところで、上記ステップＳ９の処理において、例えば先の図３に示したセンサ出力ＡＦ３のように、エアポンプ１３を駆動したにもかかわらず、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力に変化がなかったと判断されることがある。そしてこの場合には、上述のように、エアポンプ１３やエアスイッチングバルブ１４自体が故障している、あるいは上記接続部が異物Ｆによって完全に塞がれていると考えられる。このため、このような場合、電子制御装置１５は、ステップＳ１３の処理として、まず、Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が変化しない原因を上記圧力センサＰＳの出力に基づいて特定する。具体的には、電子制御装置１５は、圧力センサＰＳによる図４に例示するような出力値の推移に基づいて同原因を特定する。すなわち、同図４に示されるように、エアポンプ１３が故障しており、同ポンプ１３が駆動しない場合にあっては、上記圧力センサＰＳから出力される圧力値（図４では圧力値ＰＳ１）は変化しない。

これに対し、エアポンプ１３は正常であっても、エアスイッチングバルブ１４が故障しており、同バルブ１４が開弁しない場合には、上記圧力センサＰＳから出力される圧力値（図４では圧力値ＰＳ２）は、エアポンプ１３の駆動に伴って急激に高くなる。そして、上記エアポンプ１３の駆動開始から比較的短い時間にて所定の所定値に飽和する。

また一方、上記接続部が異物Ｆによって完全に塞がれているような場合、エアポンプ１３、エアスイッチングバルブ１４が正常である限り、上記圧力センサＰＳから出力される圧力値は、同図４に示されるように、上記二次空気供給路１１の長さ分だけ遅れるものの、やはりエアポンプ１３の駆動開始に伴って徐々にその値が高くなる。そしてついには、所定の圧力値にて飽和するようになる。なお、同図４には、正常時の圧力値の推移を圧力値ＰＳ０として参考までに図示している。

以上より、このステップＳ１３の処理においては、電子制御装置１５は、上記圧力センサＰＳによる圧力値が変化しない場合には、上記エアポンプ１３の故障を特定する。また、同圧力センサＰＳによる圧力値が変化した場合には、例えば上記エアポンプ１３の駆動開始からの圧力値の推移が急激であるか否かの判断に基づいて上記エアスイッチングバルブ１４自体の故障、あるいは異物Ｆの付着による装置異常を特定する。

こうして排気管３内の空燃比が変化しない原因を特定した電子制御装置１５は次いでこの特定した原因に対応するダイアグコードを自身の記憶装置に記憶する。そして、ステップＳ１４の処理として、車室内の計器パネルなどに設けられているとする警告灯を点灯した後、上記ステップＳ２の処理を行ってこの制御を終了する。

以上説明したように、この実施の形態にかかる二次空気供給装置によれば、以下に記載するような多くの優れた効果が得られるようになる。
（１）通常時の動作モードにてエアポンプ１３を駆動した際、排気管３に設けられたＡ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が基準値ＳＬよりもリッチ側にある場合には、上記通常時の動作モードよりもトルクの高い動作モードにて上記エアポンプ１３を駆動制御するようにした。このため、異物Ｆなどの付着によって二次空気の供給が適正に行われなくなったような場合であれ、いわばフェールセーフとして排気管３に十分な量の二次空気を供給することができるようになり、ひいては排気エミッションの悪化なども好適に抑制されるようになる。

（２）Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が基準値ＳＬよりもリーン側となってかつ、エアフローセンサＧＡを通じて検出される吸入空気量の積算値が規定値ＧＡ１以上となることが判断されるまで、エアポンプ１３を高トルクにて駆動制御するようにした。このため、上記フェールセーフとしての排気エミッションの悪化抑制もより的確に実現されるようになる。

（３）高トルクの動作モードによる上記エアポンプ１３の連続駆動時間が上記フェールセーフに必要とされる上限時間に達したと判断される場合には、エアポンプ１３の駆動を停止することとした。これにより、上記フェールセーフを最大限に図りつつ、エアポンプ１３の信頼性の低下についてもこれを好適に抑制することができるようになる。

（４）エアポンプ１３を駆動したにもかかわらず、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が変化しないときには、エアポンプ１３とエアスイッチングバルブ１４の間に設けた圧力センサＰＳの出力に基づいてその原因を特定し、この特定した原因に対応するダイアグコードを記憶するようにした。このため、エアポンプ１３の故障、エアスイッチングバルブ１４の故障、さらには異物Ｆの付着による装置異常などを容易に判断することができるようになる。

（５）しかも、上記ダイアグコードが記憶されているときには、エアポンプ１３の駆動を行わない、すなわちエアポンプ１３の駆動を非実行とするようにしたため、当該二次空気供給装置としての劣化の進行を抑制することができるようになる。

（６）二次空気の供給態様を検出するセンサとして、センサ出力が排気管３内の酸素濃度の変化に対してリニアに変化するＡ／ＦセンサＡＦＳを採用することとした。このため、排気管３に対する二次空気の供給態様を容易に検出することができるようになる。しかも、このＡ／ＦセンサＡＦＳは、空燃比のフィードバック制御において通常に用いられるセンサであり、こうしたセンサを同フィードバック制御の禁止期間に流用するようにしたことで、何ら特別なセンサを追加することなく、二次空気の供給態様が検出可能ともなる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記Ａ／ＦセンサＡＦＳのセンサ出力が変化しなかった場合、必ずしもその原因を特定せずとも、単にその旨（二次空気供給異常）を示すダイアグコードを記憶するようにしてもよい。これによっても、当該二次空気供給装置の故障についてもその旨を認識することはできる。

・また、二次空気供給異常の原因を特定する場合、その特定にかかる処理（図２のステップＳ１３）は、図２に例示した処理（制御）とは独立して行うようにしてもよい。
・排気管３に対する二次空気の供給態様を検出するセンサとしては、上記Ａ／ＦセンサＡＦＳに限らず、流量センサなど、任意のセンサを用いることができる。もっとも、機関運転の制御に通常に用いられているセンサを流用するという意味では、例えばＯ２センサのように、センサ出力が酸素濃度の変化に対して２値的に変化するセンサなども適宜採用することができる。この場合にはまず、二次空気の供給の開始時において、同センサのセンサ出力がリッチ側となるように設定する。そして、二次空気の供給開始から同センサのセンサ出力がリーン側に変化するまでの時間を測定することにより、排気管３に対する二次空気の供給態様を検出する。

・上記吸入空気量の積算値に基づく触媒６の活性化の判断については、機関温度も併せて参照するようにしてもよい。これにより、より正確に触媒６の活性化を判断することができるようになる。なお、機関温度としては、例えば内燃機関の冷却を行う冷却水の温度を用いることができる。

・また、上記吸入空気量の積算値に限らず、内燃機関１の負荷や機関回転速度に基づいて上記触媒６の活性化を判断することもできる。さらには、上記触媒６の温度を直接モニタするようにしてもよい。

・上記実施の形態では、エアポンプ１３の動作モードとして２つのモードを持ち、これらを選択的に使い分ける構成としたが必ずしもこのような構成である必要はない。要は、各々トルクの異なる複数の動作モードにてエアポンプ１３の駆動を制御するようにすれば、上記実施の形態に準じたフェールセーフを実現することはできる。

この発明にかかる二次空気供給装置の一実施の形態についてその構成を示すブロック図。 同実施の形態の二次空気制御装置によるエアポンプの駆動制御についてその制御手順を示すフローチャート。 Ａ／Ｆセンサによるセンサ出力の推移例を示すタイムチャート。 圧力センサによる出力値の推移例を示すタイムチャート。

符号の説明

１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、４…インジェクタ、５…点火プラグ、６…触媒、１１…二次空気供給路、１２…エアクリーナ、１３…エアポンプ、１４…エアスイッチングバルブ、１５…電子制御装置、ＧＡ…エアフローセンサ、ＡＦＳ…Ａ／Ｆセンサ、ＰＳ…圧力センサ。

Claims (9)

1. 吸入される空気を加圧して吐出するエアポンプと、このエアポンプの駆動に基づき吐出される空気を内燃機関の排気系に供給する二次空気供給路と、この二次空気供給路を開閉するバルブ手段とを備え、前記エアポンプの駆動および前記バルブ手段の開弁操作を通じて内燃機関の排気系に二次空気を供給する二次空気供給装置において、
   前記エアポンプの駆動を各々トルクの異なる複数の動作モードにて制御する制御手段を備える
   ことを特徴とする二次空気供給装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関の排気系への二次空気供給態様を検出するセンサによる検出出力に基づいて前記エアポンプの動作モードを選択し、この選択した動作モードにて前記エアポンプの駆動を制御する
   請求項１に記載の二次空気供給装置。
3. 前記複数の動作モードが、第１の動作モードと、該第１の動作モードよりもトルクの高い第２の動作モードとからなり、前記制御手段は、前記第１の動作モードにて前記エアポンプを駆動したときの前記センサによる検出出力が前記二次空気を供給したことによる空気量の基準値未満であるとき、前記第２の動作モードを選択し、この選択した第２の動作モードにて前記エアポンプの駆動を制御する
   請求項２に記載の二次空気供給装置。
4. 前記制御手段は、前記第２の動作モードによる前記エアポンプの駆動に際し、内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量の積算値が同機関の排気系に設けられている触媒の活性状態を示す所定の値となること、および前記センサによる検出出力が前記二次空気を供給したことによる空気量の基準値以上となること、の論理積条件が満たされるまで、前記エアポンプを前記第２の動作モードにて駆動する
   請求項３に記載の二次空気供給装置。
5. 前記制御手段は、前記第２の動作モードによる前記エアポンプの駆動に際し、前記エアポンプの連続駆動時間がフェールセーフに必要とされる上限時間に達するまで、前記エアポンプを前記第２の動作モードにて駆動する
   請求項３に記載の二次空気供給装置。
6. 前記制御手段は、前記エアポンプを駆動しているにもかかわらず前記センサによる検出出力が変化しないとき、その旨を示すダイアグコードを記憶手段に記憶する
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の二次空気供給装置において、
   前記二次空気供給路における前記エアポンプと前記バルブ手段との間の圧力を検出する圧力センサをさらに備え、前記制御手段は、前記圧力センサによって検出される圧力値の推移に基づき当該二次空気供給装置の故障内容を特定し、この特定した故障内容に対応するダイアグコードを記憶手段に記憶する
   ことを特徴とする二次空気供給装置。
8. 前記制御手段は、当該二次空気供給装置の起動時、前記記憶手段にダイアグコードが記憶されているとき、前記エアポンプの駆動を非実行とする
   請求項６または７に記載の二次空気供給装置。
9. 前記内燃機関の排気系への二次空気供給態様を検出するセンサは、同排気系の酸素濃度の変化に対して、リニアに検出出力が変化する空燃比センサ、および２値的に検出出力が変化する酸素センサの一方である
   請求項２〜８のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。

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