JP4333528B2 - 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技術が知られている。

特許文献１に開示される左右両バンクを備えた内燃機関の二次空気供給装置の二次空気供給通路には、エアポンプおよび開閉弁が二次空気の流れる方向に対して上流側から順番に設けられている。二次空気供給通路は開閉弁の下流の分岐点において二つに分岐し、各分岐通路が内燃機関の各バンクから延びる排気通路に設けられた排気浄化装置の上流側にそれぞれ接続されている。これら分岐通路には、分岐点の下流に位置する下流側の開閉弁がそれぞれ設けられている。

さらに、特許文献１における二次空気供給装置には、圧力センサが分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉弁とエアポンプとの間に設けられている。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、圧力センサにより検出される圧力値および／または圧力変化量に応じてこれら構成部品に異常があるか否かを診断している（特許文献１を参照されたい）。
特開２００３−３１４２６３号公報（第１図）

ところで、特許文献１において構成部品の異常を検出する際には、下流側の二つの開閉弁が開放している状態で上流側の開閉弁を一旦閉鎖し、当該開閉弁の上流における圧力を所定の値にまで高めた後で、上流側の開閉弁を開放する制御が必要とされる場合がある。このように開閉弁を使用して圧力を一旦高めた後で二次空気を流すときの検出をアクティブな検出と呼ぶ。しかしながら、アクティブな検出を行う場合には、本来必要とされている要求量よりも多量の二次空気が二次空気供給通路および分岐通路を通って排気通路に供給されることになり、エミッションの悪化を引き起こしうる。

さらに、エアポンプの吐出能力が経年劣化により低下した場合には、上流側の開閉弁の開放時と閉鎖時との間の圧力変動量も小さくなり、構成部品の異常検出の精度が低下する可能性もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉弁が存在しない場合であっても、構成部品の異常検出を正確に行うことのできる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、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、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、前記ポンプの下流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具備し、前記圧力センサにより検出される排気脈動に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようになっており、前記第一の排気通路から前記第一の分岐通路を通って伝達される第一の排気脈動の減衰量と、前記第二の排気通路から前記第二の分岐通路を通って伝達される第二の排気脈動の減衰量とが互いに異な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、排気系の排気脈動の減衰量が第一の分岐通路と第二の分岐通路とで異なるので、第一および第二の開閉手段の開閉時に圧力センサにより検出される排気脈動の値も異なり、それにより、これら第一および第二の開閉手段の異常を検出することができる。このようにして第一および第二の開閉手段の異常を検出する場合には第一および第二の分岐通路の分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉手段を備える必要がないので、アクティブな検出が行われることもない。従って、１番目の発明においては、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けられる。さらに、第一および第二の開閉手段についての異常を検出するときには、第一および第二の開閉手段を単に開閉すれば足りるので、必ずしもポンプを作動させる必要はない。従って、１番目の発明においては、ポンプの吐出量が低下している場合であっても、これら第一および第二の開閉手段の異常を正確に検出することが可能となる。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第一および第二の排気脈動の減衰量は、前記第一および第二の分岐通路の容積を変えることにより、互いに異なるようにされる。
すなわち２番目の発明においては、比較的簡単な構成によって、第一の排気脈動の減衰量と第二の排気脈動の減衰量とが互いに異なるようにすることができる。

３番目の発明によれば、２番目の発明において、前記第一および前記第二の分岐通路の容積は、これら分岐通路をそれぞれ通って伝達される前記第一および第二の排気脈動が前記二次空気通路において互いに打ち消し合わないように調整されている。
すなわち３番目の発明においては、第一および第二の排気脈動が第一および第二の分岐通路の分岐点で打ち消し合うことにより二次空気通路の圧力センサが排気脈動を正確に検出しなくなることを避けられる。従って、３番目の発明においては、第一および第二の開閉手段の異常をさらに正確に検出することができる。

４番目の発明によれば、１番目の発明において、前記第一および第二の排気脈動の減衰量は、前記第一および第二の分岐通路の長さを変えることにより、互いに異なるようにされる。
すなわち４番目の発明においては、比較的簡単な構成によって、第一の排気脈動の減衰量と第二の排気脈動の減衰量とが互いに異なるようにすることができる。

５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記第一および前記第二の分岐通路の容積は、これら分岐通路をそれぞれ通って伝達される前記第一および第二の排気脈動が前記二次空気通路において互いに打ち消し合わないように調整されている。
すなわち５番目の発明においては、第一および第二の排気脈動が第一および第二の分岐通路の分岐点で打ち消し合うことにより二次空気通路の圧力センサが排気脈動を正確に検出しなくなることを避けられる。従って、５番目の発明においては、第一および第二の開閉手段の異常をさらに正確に検出することができる。

６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する際には、前記ポンプが駆動されるようにした。
すなわち６番目の発明においては、異常検出時にポンプを駆動して二次空気を供給することにより、第一および第二の排気通路の排気ガスが第一および第二の分岐通路ならびに二次空気通路にまで逆流するのを避けられる。従って、圧力センサおよびポンプなどが排気系からの熱により破損することが防止される。

７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、前記ポンプから延び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、前記ポンプと前記第一の分岐通路開閉手段との間に設けられていて前記第一の分岐通路の圧力を測定する第一の圧力センサと、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、前記ポンプと前記第二の分岐通路開閉手段との間に設けられていて前記第二の分岐通路の圧力を測定する第二の圧力センサとを具備し、前記第一の圧力センサにより検出される前記第一の分岐通路における排気脈動ならびに前記第二の圧力センサにより検出される前記第二の分岐通路における排気脈動に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する二次空気供給装置が提供される。

すなわち７番目の発明においては、第一および第二の分岐通路のそれぞれがポンプから独立して延びる構成としているので、第一の開閉手段の開閉時に第一の圧力センサに伝わる排気脈動を検出することにより第一の開閉手段の異常を検出すると共に、第二の開閉手段の開閉時に第二の圧力センサに伝わる排気脈動を検出することにより第二の開閉手段の異常を検出することができる。このようにして第一および第二の開閉手段の異常を検出する場合には第一および第二の分岐通路の分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉手段を備える必要がないので、アクティブな検出が行われることもない。従って、７番目の発明においては、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けられる。さらに、第一および第二の開閉手段についての異常を検出するときには、第一および第二の開閉手段を単に開閉すれば足りるので、必ずしもポンプを作動させる必要はない。従って、７番目の発明においては、ポンプの吐出量が低下している場合であっても、これら第一および第二の開閉手段の異常を正確に検出することが可能となる。

８番目の発明によれば、７番目の発明において、前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する際には、前記ポンプが駆動されるようにした。
すなわち８番目の発明においては、異常検出時にポンプを駆動して二次空気を供給することにより、第一および第二の排気通路の排気ガスが第一および第二の分岐通路ならびに二次空気通路にまで逆流するのを避けられる。従って、圧力センサおよびポンプなどが排気系からの熱により破損することが防止される。

９番目の発明によれば、二次空気を取出す二次空気通路と、前記二次空気通路に設けられていて二次空気を供給するポンプと、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、前記第一の分岐通路において前記第一の分岐通路開閉手段よりも上流に配置された第一の温度センサと、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具備し、前記第二の分岐通路において前記第二の分岐通路開閉手段よりも上流に配置された第二の温度センサと、前記第一の温度センサにより検出される前記第一の分岐通路における温度および前記第二の温度センサにより検出される前記第二の分岐通路における温度に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する二次空気供給装置が提供される。

すなわち９番目の発明においては、排気系からの排気ガスの温度が第一の分岐通路における第一の開閉手段および第二の分岐通路における第二の開閉手段のそれぞれを通過したことを温度センサにより検出することにより、これら第一および第二の開閉手段の異常を検出することができる。このようにして第一および第二の開閉手段の異常を検出する場合には第一および第二の分岐通路の分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉手段を備える必要がないので、アクティブな検出が行われることもない。従って、９番目の発明においては、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けられる。なお、９番目の発明においては、第一および第二の開閉手段についての異常を検出するときには、第一および第二の排気通路から伝達される温度を検出するために、ポンプを不作動にする必要がある。

各発明によれば、分岐点よりも上流に位置する上流側の開閉弁が存在しない場合であっても、構成部品の異常検出を正確に行うことができるという共通の効果を奏しうる。
さらに、２番目および４番目の発明によれば、比較的簡単な構成によって、第一の排気脈動の減衰量と第二の排気脈動の減衰量とが互いに異なるようにすることができるという効果を奏しうる。

さらに、３番目および５番目の発明によれば、第一および第二の開閉手段の異常をさらに正確に検出することができるという効果を奏しうる。
さらに、６番目および８番目の発明によれば、第一および第二の排気通路の排気ガスが第一および第二の分岐通路ならびに二次空気通路にまで逆流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、本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。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はエアクリーナ２０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は分岐点２３において二つの分岐管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と分岐管２３ｂの長さは概ね同じであるが、分岐管２３ａの内径は分岐管２３ｂの内径よりも小さくなっている。すなわち、図１に示される実施形態においては、分岐管２３ａの容積は分岐管２３ｂの容積よりも小さい。

また、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。これら制御弁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）もしくは電磁弁であり、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において分岐点２３と電動エアポンプ９との間に設けられている。なお、図１に示される実施形態においては第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が分岐点２３から概ね等しい距離に配置されているが、分岐管２３ａ、２３ｂにそれぞれ設けられる第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の分岐点２３からの距離が互いに異なっていてもよい。

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、いわゆる回転数センサ５５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）、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（ａ）は本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートである。以下、図２（ａ）を参照しつつ、本発明の二次空気供給装置３０に備えられていて異常判別される構成部品の異常判定について説明する。本発明に基づく二次空気供給装置３０によって異常検出される二次空気供給装置３０の構成部品とは、第一の制御弁Ｖ１および第二の制御弁Ｖ２のことである。なお、本発明においてはエアポンプ９の異常、例えばＯＮ状態のままであるので電源を遮断することのできないＯＮ固着およびＯＦＦ状態のであるので駆動することのできないＯＦＦ固着は検出されない。

図２（ａ）に示されるように、はじめにエアポンプ９が停止していると共に第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖している状態、つまり二次空気が二次空気供給管２２に流れていない状態を形成する。そして、時刻ｔ１においてエアポンプ９の駆動ならびに第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の開放を同時に行う。これにより、二次空気が二次空気供給管２２および分岐管２３ａ、２３ｂを通って触媒コンバータ５ａ、５ｂのそれぞれに供給されるようになる。次いで、所定の時間が経過して二次空気の状態が安定した後で、圧力センサ３３を用いて二次空気供給管２２内における第一回目の圧力Ｐ１の検出（ＣＨＫ１）を行う。

次いで、時刻ｔ２において、エアポンプ９を停止すると共に、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方を同時に閉鎖する。これにより、二次空気の供給が停止される。そして、所定の時間が経過して二次空気の状態が安定した後で、圧力センサ３３を用いて第二回目の圧力Ｐ２の検出（ＣＨＫ２）を行う。

ＣＨＫ１およびＣＨＫ２において圧力センサ３３により検出される二次空気供給管２２内の圧力Ｐ１、Ｐ２は、内燃機関１の燃焼室から排気マニホルド４ａ、４ｂおよび分岐管２３ａ、２３ｂを通じて伝達される排気脈動の成分を含んでいる。このため、電子制御ユニット４０において所定の処理を行うことにより、これら圧力Ｐ１、Ｐ２から排気脈動の成分のみを抽出する。第一の実施形態においては、ＣＨＫ１のときに得られた排気脈動を排気脈動ＰＸ０（１）、ＣＨＫ２のときに得られた排気脈動を排気脈動ＰＸ０（２）とする。圧力センサ３３は分岐点２３よりも上流に設けられているので、これら排気脈動ＰＸ０（１）、ＰＸ０（２）のそれぞれは、分岐管２３ａを通じて伝達される排気脈動と分岐管２３ｂを通じて伝達される排気脈動とを含みうる。なお、図２（ａ）から分かるように、排気脈動ＰＸ０（１）は第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が開放しているときの排気脈動であり、排気脈動ＰＸ０（２）は第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖しているときの排気脈動である。

図２（ｂ）は、抽出された排気脈動と時間との関係を示す図である。図２（ｂ）において縦軸は圧力Ｐ１、Ｐ２からそれぞれ抽出された排気脈動ＰＸ０（１）、ＰＸ０（２）を示しており、また横軸は時間を示している。

図２（ｂ）に示されるように、排気脈動ＰＸ０（ＰＸ０（１）、ＰＸ０（２））は、第一の基準値Ｘ１よりも大きい領域Ｚ１、第一の基準値Ｘ１と該第一の基準値Ｘ１よりも小さい第二の基準値Ｘ２との間の領域Ｚ２、第二の基準値Ｘ２と該第二の基準値Ｘ２よりも小さい第三の基準値Ｘ３との間の領域Ｚ３および第三の基準値Ｘ３よりも小さい領域Ｚ４のいずれかの領域に在りうる。これら基準値Ｘ１〜Ｘ３は実験などにより予め求められる値であり、電子制御ユニット４０のＲＯＭ４２またはＲＡＭ４３に予め組み入れられているものとする。

例えば排気脈動ＰＸ０（１）または排気脈動ＰＸ０（２）が第一の基準値Ｘ１を越えて領域Ｚ１に在る場合（例えば図２（ｂ）における値Ｐ０１）には、排気脈動が最も大きくなっている。このように排気脈動が領域Ｚ１に在る場合には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているために、排気脈動は分岐管２３ａ、２３ｂの両方を通じて伝達されており、それゆえ、排気脈動が大きくなったものと判断できる。

一方、排気脈動ＰＸ０（１）または排気脈動ＰＸ０（２）が第三の基準値Ｘ３を下回って領域Ｚ４に在る場合（例えば図２（ｂ）における値Ｐ０４）には、排気脈動が最も小さい。このように排気脈動が領域Ｚ４に在る場合には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖しているために、排気脈動は分岐管２３ａ、２３ｂのいずれをも通じて伝達されず、従って、排気脈動が小さものと判断できる。

また、排気脈動ＰＸ０（１）または排気脈動ＰＸ０（２）が第一の基準値Ｘ１と第三の基準値Ｘ３との間に在る場合（領域Ｚ２および領域Ｚ３）には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２のうちのいずれか一方の開閉弁が開放しているために、排気脈動は分岐管２３ａ、２３ｂのうちの開放した開閉弁に対応する一方の分岐管のみを通じて伝達されており、従って、排気脈動が第一の基準値Ｘ１と第三の基準値Ｘ３との間に在るようになったものと判断できる。

ここで、内燃機関１の排気系から伝達される排気脈動について考えると、このような排気脈動は分岐管２３ａおよび／または分岐管２３ｂを通過するときに配管抵抗などの影響により或る程度、減衰する。このような排気脈動は分岐管２３ａ、２３ｂが長いほど減衰し、また分岐管２３ａ、２３ｂの容積が大きいほど減衰する傾向がある。すなわち、排気脈動の減衰量は伝達される分岐管２３ａ、２３ｂが長いほど大きく、また分岐管２３ａ、２３ｂの容積が大きいほど大きくなる。

図１に示される実施形態においては、第一の制御弁Ｖ１が設けられる分岐管２３ａの容積は、第二の制御弁Ｖ２が設けられる分岐管２３ｂの容積よりも小さい。すなわち分岐管２３ａを通じて伝達される排気脈動の減衰量は分岐管２３ｂを通じて伝達される排気脈動の減衰量よりも小さいので、分岐管２３ａを通じて伝達される排気脈動の大きさは、分岐管２３ｂを通じて伝達される排気脈動よりも大きい。従って、第一の制御弁Ｖ１のみが開放している場合の排気脈動は、第二の制御弁Ｖ２のみが開放している場合の排気脈動よりも大きくなる。

それゆえ、排気脈動ＰＸ０（１）または排気脈動ＰＸ０（２）が第一および第二の基準値の間の領域Ｚ２に在る場合（例えば図２（ｂ）における値Ｐ０２）には、第一の制御弁Ｖ１が開放していて第二の制御弁Ｖ２が閉鎖しているものと判断することができる。同様に、排気脈動ＰＸ０（１）または排気脈動ＰＸ０（２）が第二および第三の基準値の間の領域Ｚ３に在る場合（例えば図２（ｂ）における値Ｐ０３）には、第二の制御弁Ｖ２が開放していて第一の制御弁Ｖ１が閉鎖しているものと判断することができる。

本実施形態においては、ＣＨＫ１、ＣＨＫ２において検出された排気脈動ＰＸ０（１）、ＰＸ０（２）のそれぞれがこれら四つの領域Ｚ１〜Ｚ４のいずれに在るかに応じて、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常を検出することができる。

ここで、表１は本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置による異常検出結果を示す表である。表１において、記号「正」は対応する制御弁が正常状態にあることを示している。また、記号「開」は対応する制御弁が開固着状態にあることを示しており、記号「閉」は対応する制御弁が閉固着状態にあることを示している。以下、表１を参照しつつ、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常検出について説明する。

表１に示されるパターンＡの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ１に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ４に在る。ＣＨＫ１のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方は開放しているので排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ１に在るのは正常であり、またＣＨＫ２のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖しているので排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ４に在るのは正常である。従って、パターンＡのような挙動が得られる場合には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が正常状態にあると判断される。

表１に示されるパターンＢの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ１に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ２に在る。ＣＨＫ１のときの排気脈動はパターンＡの場合に前述した理由より同様に適切である。ＣＨＫ２のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖しているはずであるが、ＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）は領域Ｚ２に在る。このことは、第一の制御弁Ｖ１に対して閉鎖命令が出された後であっても該第一の制御弁Ｖ１が開放し続けていることが原因である。つまり、パターンＢのような挙動が得られる場合には、第二の制御弁Ｖ２は正常状態にあるものの、第一の制御弁Ｖ１は開固着状態にあるものと判断することができる。

表１に示されるパターンＣの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ１に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ３に在る。ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）はパターンＡの場合に前述した理由より同様に適切である。ＣＨＫ２のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖しているはずであるが、ＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）は領域Ｚ３に在る。このことは、第二の制御弁Ｖ２に対して閉鎖命令が出された後であっても該第二の制御弁Ｖ２が開放し続けていることが原因である。つまり、パターンＣのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１は正常状態にあるものの、第二の制御弁Ｖ２は開固着状態にあるものと判断することができる。

表１に示されるパターンＤの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ３に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ４に在る。ＣＨＫ２のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２は閉鎖されるので、排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ４に在るのは適切である。ＣＨＫ１のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているはずであるが、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）は領域Ｚ３に在る。このことは、第一の制御弁Ｖ１に対して開放命令が出された後であっても該第一の制御弁Ｖ１が閉鎖し続けていることが原因である。つまり、パターンＤのような挙動が得られる場合には、第二の制御弁Ｖ２は正常状態にあるものの、第一の制御弁Ｖ１は閉固着状態にあるものと判断することができる。

表１に示されるパターンＥの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）が領域Ｚ２に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）が領域Ｚ４に在る。ＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）はパターンＤの場合に前述した理由より同様に適切である。ＣＨＫ１のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているはずであるが、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）は領域Ｚ２に在る。このことは、第二の制御弁Ｖ２に対して開放命令が出された後であっても該第二の制御弁Ｖ２が閉鎖し続けていることが原因である。つまり、パターンＥのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１は正常状態にあるものの、第二の制御弁Ｖ２は閉固着状態にあるものと判断することができる。

次いで、表１に示されるパターンＦの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）およびＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）の両方が領域Ｚ１に在る。ＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方で同じ程度の排気脈動が検出されているので第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方に異常が存在することが分かる。ＣＨＫ２のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖しているはずであるが、ＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）は領域Ｚ１に在る。このことは、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２に対して閉鎖命令が出された後であってもこれら第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放し続けていることが原因である。つまり、パターンＦのような挙動が得られる場合には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開固着状態にあるものと判断することができる。

表１に示されるパターンＧの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）およびＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）の両方が領域Ｚ４に在る。ＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方で同じ程度の排気脈動が検出されているので第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方に異常が存在することが分かる。ＣＨＫ１のときには第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているはずであるが、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）は領域Ｚ４に在る。このことは、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２に対して開放命令が出された後であってもこれら第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉鎖し続けていることが原因である。つまり、パターンＧのような挙動が得られる場合には、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が閉固着状態にあるものと判断することができる。

表１に示されるパターンＨの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）およびＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）の両方が領域Ｚ２に在る。ＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方で同じ程度の排気脈動が検出されているので第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方に異常が存在することが分かる。排気脈動がＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方において領域Ｚ２に在ることから、パターンＨのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１は開固着状態にあり、第二の制御弁Ｖ２は閉固着状態にあるものと判断することができる。

最終的に、表１に示されるパターンＩの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）およびＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）の両方が領域Ｚ３に在る。ＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方で同じ程度の排気脈動が検出されているので第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方に異常が存在することが分かる。排気脈動がＣＨＫ１およびＣＨＫ２の両方において領域Ｚ３に在ることから、パターンＩのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１は閉固着状態にあり、第二の制御弁Ｖ２は開固着状態にあるものと判断することができる。

このようにして、本発明の第一の実施形態においては、エアポンプ９が駆動していて第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸ０（１）と、エアポンプ９が停止していて第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖しているＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸ０（２）との挙動を検出することにより、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常状態を検出することが可能となる。このような場合には、分岐点２３よりも上流に別の開閉弁を設ける必要がないので、本発明の第一の実施形態においてはアクティブな検出は行われず、従って、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けることも可能である。

なお、図２を参照しつつ説明した第一の実施形態においては、ＣＨＫ１のときにエアポンプ９を駆動していて、ＣＨＫ２のときにエアポンプ９を停止している。ところが、本発明においては内燃機関１の排気系から分岐管２３ａおよび／または分岐管２３ｂを通じて伝達される排気脈動のみを第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常判断の指標としており、エアポンプ９を駆動することにより供給される二次空気の圧力を考慮していない。このため、エアポンプ９の吐出能力が経年劣化により低下した場合であっても、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２に関する正確な異常検出を行うことが可能である。

さらに、本実施形態の場合には、排気脈動の大きさに基づいて異常検出を行っているので、ＣＨＫ１のときにエアポンプ９が停止している場合および／またはＣＨＫ２のときにエアポンプ９が駆動している場合であっても異常検出を行うことができる。しかしながら、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２のうちの少なくとも一方に対して開放命令を出す場合にはエアポンプ９が駆動していることが好ましい。このような場合には、内燃機関１の排気系からの高温の排ガスが分岐管２３ａおよび／または分岐管２３ｂを通じて圧力センサ３３および／またはエアポンプ９に到達するのを防止でき、従って、圧力センサ３３および／またはエアポンプ９が熱により破損するのを回避することができる。

さらに、図１に示される第一の実施形態においては分岐管２３ａおよび分岐管２３ｂの内径が互いに異なっているが、例えばこれら分岐管２３ａ、２３ｂの内径が互いに等しくて、分岐管２３ｂが分岐管２３ａよりも長いように形成されていてもよい。この場合にも、分岐管２３ｂにおける排気脈動の減衰量は分岐管２３ａにおける排気脈動の減衰量よりも大きくなるので、表１を参照して説明したのと同様な異常検出を行うことが可能となる。当然のことながら、分岐管２３ｂにおける排気脈動の減衰量が分岐管２３ａにおける排気脈動の減衰量よりも大きいのであれば、これら分岐管２３ａ、２３ｂの長さ、内径、形状、内壁の表面粗さなどが互いに異なるようにしてもよい。また、分岐管２３ａ、２３ｂからそれぞれ伝達される排気脈動が分岐点２３において互いに打ち消し合うのを避けるために、これら分岐管２３ａ、２３ｂの長さ、内径、形状、内壁の表面粗さなどは適切に調節されているものとする。

図３は、本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。図３に示される二次空気供給装置３０の構成のうち、図１に示される第一の実施形態に基づく二次空気供給装置３０と同一である部材については説明を省略する。

以下、図３に示される第二の実施形態のうちの第一の実施形態に対する相違点について説明する。図３に示される本発明の第二の実施形態においては二次空気供給管２２は存在しておらず、分岐管２３ａ、２３ｂのそれぞれがエアポンプ９から延びている。これら分岐管２３ａ、２３ｂの一部分は二次空気供給管の役目を果たしているものとする。また、図示されるように、これら分岐管２３ａ、２３ｂの長さおよび内径などは互いに等しい。さらに、図３に示されるように、圧力センサ３３ａが分岐管２３ａにおける第一の制御弁Ｖ１の上流に設けられており、圧力センサ３３ｂが分岐管２３ｂにおける第二の制御弁Ｖ２の上流に設けられている。これら圧力センサ３３ａ、３３ｂの各出力信号は、前述した圧力センサ３３と同様に、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されるものとする。なお、図３に示される実施形態においては、圧力センサ３３ａおよび二次空気供給口８ａの間の距離と、圧力センサ３３ｂおよび二次空気供給口８ｂとの間の距離は互いに等しいものとする。

図４は、図３に示されるエアポンプの内部状態を示す略図である。図４にはエアポンプ９のロータ９Ａが示されている。ロータ９Ａはエアポンプ９内に図４における矢印方向に回転可能に配置されている。図示されるように、ロータ９Ａの周面９Ｃの中央には環状フランジ９Ｂが設けられている。この環状フランジ９Ｂによってロータ９Ａは上方部分と下方部分とに分けられる。

さらに、周面９Ｃにおける環状フランジ９Ｂの上方および下方には複数の羽根９０が周方向に等間隔に設けられている。図５から分かるように、これら羽根９０は互いに等しい湾曲形状であり、二次空気を適切に圧送できるように周面９Ｃに対して所定の角度をなして配置されている。

ところで、図面には示さないものの空気取入管２１はエアポンプ９内部において二つの分岐通路に分岐している。そして、一方の分岐通路を流れる空気は矢印ＸＡ１により示されるようにロータ９Ａの軸線に対して平行にロータ９ａの上方部分に供給される。次いで、この空気はロータ９Ａの回転によりロータ９Ａの上方部分を周方向（矢印ＸＡ２を参照されたい）に流れて、一方の分岐管２３ａに導入される。

同様に、他方の分岐通路を流れる空気は矢印ＹＡ１により示されるように前述した矢印ＸＡ１とは反対方向にロータ９ａの下方部分に供給される。次いで、この空気はロータ９Ａが回転することによりロータ９Ａの下方部分を周方向（矢印ＹＡ２を参照されたい）に流れて、他方の分岐管２３ｂに導入される。

ロータ９Ａの周面９Ｃには環状フランジ９Ｂが設けられているために、分岐管２３ａに供給される空気と分岐管２３ｂに供給される空気とはエアポンプ９内で互いに混合することはない。また、第二の実施形態においては、環状フランジ９Ｂが周面９Ｃの中央に設けられているので、分岐管２３ａに供給される空気量と分岐管２３ｂに供給される空気量とは互いに等しくされる。

図５（ａ）は本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートであり、図２（ａ）の場合と同様のタイミングでＣＨＫ１、ＣＨＫ２が行われる。第二の実施形態においては、圧力センサ３３ａを用いて算出される排気脈動を排気脈動ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２）および圧力センサ３３ｂを用いて算出される排気脈動を排気脈動ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２）と表現する。

また、図５（ｂ）は抽出された排気脈動と時間との関係を示す図２（ｂ）と同様の図である。図５（ｂ）においては縦軸は圧力センサ３３ａを用いて算出される排気脈動ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２）および圧力センサ３３ｂを用いて算出される排気脈動ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２）の大きさを示しており、横軸は時間を示している。

図２（ｂ）に示されるように、排気脈動ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２）、ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２）は、第五の基準値Ｘ５よりも大きい領域Ｚ５、第五の基準値Ｘ５よりも小さい領域Ｚ６のいずれかの領域に在りうる。これら基準値Ｘ５、Ｘ６は実験などにより予め求められる値であり、電子制御ユニット４０のＲＯＭ４２またはＲＡＭ４３に予め組み入れられているものとする。

第二の実施形態においては排気脈動ＰＸＡ（ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２））、ＰＸＢ（ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２））を用いて別個に判定が行われるので、以下、排気脈動ＰＸＡ（ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２））を用いた判定について説明する。例えば排気脈動ＰＸＡが第五の基準値Ｘ５を越えて領域Ｚ５に在る場合（例えば図５（ｂ）における値Ｐ０５）には、排気脈動が大きい。このように排気脈動が領域Ｚ５に在る場合には、第一の制御弁Ｖ１が開放しているために、排気脈動が分岐管２３ａを通じて検出され、それゆえ、排気脈動が大きくなっているものと判断できる。

一方、排気脈動ＰＸＡが第五の基準値Ｘ５を下回って領域Ｚ６に在る場合（例えば図２（ｂ）における値Ｐ０６）には、排気脈動が最も小さい。このように排気脈動が領域Ｚ６に在る場合には、第一の制御弁Ｖ１が閉鎖しているために排気脈動は分岐管２３ａを通じて伝達されず、従って、排気脈動が小さくなっているものと判断できる。

本実施形態においては、ＣＨＫ１、ＣＨＫ２において検出された排気脈動ＰＸＡ（ＰＸＡ（１）、ＰＸＡ（２））、ＰＸＢ（ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２））のそれぞれがこれら領域Ｚ５、Ｚ６のいずれに在るかに応じて、対応する制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常を検出することができる。

ここで、表２は本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置による異常検出結果を示す前述した表１と同様の表である。以下、表２を参照しつつ、本発明の第二の実施形態における第一および第二の制御弁Ｖ１の異常検出について説明する。

表２に示されるパターンＪの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ５に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸＡ（２）が領域Ｚ６に在る。ＣＨＫ１のときには第一の制御弁Ｖ１は開放しているので排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ５に在るのは正常であり、またＣＨＫ２のときには第一の制御弁Ｖ１が閉鎖しているので排気脈動ＰＸＡ（２）が領域Ｚ６に在るのは正常である。従って、パターンＪのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１が正常状態にあると判断される。

表２に示されるパターンＫの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ５に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸＡ（２）も領域Ｚ５に在る。ＣＨＫ１のときには第一の制御弁Ｖ１は開放しているので排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ５に在るのは正常である。ＣＨＫ２のときには第一の制御弁Ｖ１に対して閉鎖命令が出されているにもかかわらず、排気脈動ＰＸＡ（２）が領域Ｚ５に在るのは第一の制御弁Ｖ１が開放し続けているためであると判断できる。従って、パターンＫのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１が開固着状態にあると判断される。

表２に示されるパターンＬの場合には、ＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ６に在ってＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸＡ（２）も領域Ｚ６に在る。ＣＨＫ２のときには第一の制御弁Ｖ１は閉鎖されているので、排気脈動ＰＸＡ（２）が領域Ｚ６に在るのは正常である。ＣＨＫ１のときには第一の制御弁Ｖ１に対して開放命令が出されているにもかかわらず、排気脈動ＰＸＡ（１）が領域Ｚ６に在るのは第一の制御弁Ｖ１が閉鎖し続けているためであると判断できる。従って、パターンＬのような挙動が得られる場合には、第一の制御弁Ｖ１が閉固着状態にあると判断される。

なお、詳細には説明しないが、第二の制御弁Ｖ２の場合にも排気脈動ＰＸＢ（１）、ＰＸＢ（２）を用いて、図５（ｂ）および表２を参照しつつ第一の制御弁Ｖ１の場合と同様の異常判定が行われるものとする。

このようにして、本発明の第二の実施形態においても、エアポンプ９が駆動していて第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方が開放しているＣＨＫ１のときの排気脈動ＰＸＡ（１）、ＰＸＢ（１）と、エアポンプ９が停止している第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖しているＣＨＫ２のときの排気脈動ＰＸＡ（２）、ＰＸＢ（２）の挙動を検出することにより、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常状態を検出することが可能となる。この場合においても、分岐点２３よりも上流に別の開閉弁を設ける必要がないので、本発明の第二の実施形態においてはアクティブな検出は行われず、従って、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けることも可能である。さらに、第二の実施形態の場合にも、排気脈動に基づいて異常検出を行っているので、エアポンプ９の吐出能力が経年劣化により低下した場合であっても、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２に関する正確な異常検出を行うことが可能である。

なお、第一の実施形態の場合と同様に、圧力センサ３３ａおよび圧力センサ３３ｂによる圧力検出時にはエアポンプ９が駆動していることが好ましく、それにより、排気系からの高温の排気ガスが逆流するのを防止することができる。

図６は、本発明の第三の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。図６に示される二次空気供給装置３０の構成のうち、図１に示される第一の実施形態に基づく二次空気供給装置３０と同一である部材については説明を省略する。

以下、図６に示される第三の実施形態のうちの第一の実施形態に対する相違点について説明する。図６に示される本発明の第三の実施形態においては分岐管２３ａ、２３ｂの長さおよび容積などは互いに等しくなっている。そして、二次空気供給管２２には圧力センサ３３は設けられていない。圧力センサ３３の代わりに、熱電対ＴＣ１が分岐管２３ａにおける第一の制御弁Ｖ１の上流に設けられている。同様に、熱電対ＴＣ２が分岐管２３ｂにおける第二の制御弁Ｖ２の上流側に設けられている。これら熱電対ＴＣ１、ＴＣ２の各出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力されるものとする。なお、図６に示される実施形態においては、熱電対ＴＣ１および二次空気供給口８ａの間の距離と、熱電対ＴＣ２および二次空気供給口８ｂとの間の距離は互いに等しくなっているものとする。

図７は、本発明の第三の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートである。さらに、図７の下方には熱電対ＴＣ１、ＴＣ２によりそれぞれ検出される温度の挙動が示されている。以下、図７を参照しつつ、本発明の二次空気供給装置３０に備えられていて異常判別される構成部品（第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２）の異常判定について説明する。

図７に示されるように、はじめにエアポンプ９が停止していると共に第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖している状態、つまり二次空気が二次空気供給管２２に流れていない状態を形成する。そして、図７に示される時刻ｔ３においてエアポンプ９の駆動ならびに第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の開放を同時に行う。これにより、二次空気が二次空気供給管２２および分岐管２３ａ、２３ｂを通って触媒コンバータ５ａ、５ｂのそれぞれに供給されるようになる。このときには、二次空気が流れているので排気系からの排ガスの熱が分岐管２３ａ、２３ｂを通じて伝達されることはない。従って、熱電対ＴＣ１および熱電対ＴＣ２は外部から取入れられた二次空気の温度を検出しており、この温度は常温であるので温度変化は無い。

次いで、時刻ｔ４において、エアポンプ９を停止すると共に、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の両方を同時に閉鎖する。熱電対ＴＣ１、ＴＣ２のそれぞれは第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の上流側に配置されているので、エアポンプ９を停止したとしても、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２が閉鎖されているために分岐管２３ａ、２３ｂ内の温度は上昇しない。

これに対し、図７において破線矢印ＹＡ１により示されるように時刻ｔ４において熱電対ＴＣ１により検出される温度が所定の基準値Ｘ６を越えて上昇する場合には、第一の制御弁Ｖ１は閉鎖命令を出しても開放したままである開固着状態にあると判断することができる。

同様に時刻ｔ４においては第二の制御弁Ｖ２に対しても閉鎖命令を出しているので、時刻ｔ４において熱電対ＴＣ２により検出される温度が所定の基準値Ｘ７を越えて上昇する場合には第二の制御弁Ｖ２は閉鎖命令を出しても開放したままである開固着状態にあると判断することができる（図７の破線矢印ＹＢ１を参照されたい）。なお、基準値Ｘ６、Ｘ７は実験などにより予め求められる値であり、ＲＯＭ４２またはＲＡＭ４３に予め組み入れられているものとする。これら基準値Ｘ６、Ｘ７は互いに等しい値であってもよい。

次いで、時刻ｔ５において第一の制御弁Ｖ１を開放し、第二の制御弁Ｖ２は閉鎖状態のままとする。このときにはエアポンプ９が停止しているので、第一の制御弁Ｖ１を開放することにより排気系の熱が分岐管２３ａを通じて熱電対ＴＣ１により検出され、温度は基準値Ｘ６を越えて上昇する（実線矢印ＹＡ０を参照されたい）。

これに対し、破線矢印ＹＡ２により示されるように時刻ｔ５においても熱電対ＴＣ１により検出される温度が基準値Ｘ６を越えて上昇しない場合には、第一の制御弁Ｖ１は開放命令を出しても閉鎖したままである閉固着状態にあると判断することができる。

次いで、時刻ｔ６において第一の制御弁Ｖ１を再び閉鎖した後で、時刻ｔ７において第二の制御弁Ｖ２を開放し、第一の制御弁Ｖ１は閉鎖状態のままとする。このときにはエアポンプ９が停止しているので、第二の制御弁Ｖ２を開放することにより排気系の熱が分岐管２３ｂを通じて熱電対ＴＣ２により検出され、温度は基準値Ｘ７を越えて上昇する（実線矢印ＹＢ０を参照されたい）。

これに対し、破線矢印ＹＢ２により示されるように時刻ｔ７においても熱電対ＴＣ２により検出される温度が基準値Ｘ７を越えて上昇しない場合には、第二の制御弁Ｖ２は開放命令を出しても閉鎖したままである閉固着状態にあると判断することができる。次いで、時刻ｔ８において第二の制御弁Ｖ２を閉鎖し、処理を終了する。

従って、本発明の第三の実施形態においても、熱電対ＴＣ１、ＴＣ２により検出される分岐管２３ａ、２３ｂの温度を用いることにより、分岐点２３よりも上流に別の開閉弁を設けることなしに、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２の異常状態を検出することが可能となる。従って、第三の実施形態においてもアクティブな検出は行われず、それにより、要求量よりも多量の空気が流れることによりエミッションが悪化することも避けることも可能である。

なお、第三の実施形態においては排気系から伝わる熱を検出する必要があるので、時刻ｔ５および時刻ｔ７において第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２をそれぞれ開放する際にはエアポンプ９が停止していることが要求される。言い換えれば、第三の実施形態においても、エアポンプ９の吐出能力が経年劣化により低下した場合であっても、第一および第二の制御弁Ｖ１、Ｖ２に関する正確な異常検出を行うことが可能である。

本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。 （ａ）本発明の第一の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートである。（ｂ）排気脈動と時間との関係を示す図である。 本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。 図３に示されるエアポンプの内部状態を示す略図である。 （ａ）本発明の第二の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートである。（ｂ）排気脈動と時間との関係を示す図である。 本発明の第三の実施形態に基づく二次空気供給装置を備えた内燃機関の概略図である。 本発明の第三の実施形態に基づく二次空気供給装置の異常判定動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
５ａ、５ｂ 触媒コンバータ
７ａ、７ｂ 排気管
９ 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
Ｖ１ 開閉弁
Ｖ２ 開閉弁

Claims (9)

1. 二次空気を取出す二次空気通路と、
   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、
   前記ポンプの下流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具備し、
   前記圧力センサにより検出される排気脈動に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出するようになっており、
   前記第一の排気通路から前記第一の分岐通路を通って伝達される第一の排気脈動の減衰量と、前記第二の排気通路から前記第二の分岐通路を通って伝達される第二の排気脈動の減衰量とが互いに異なるようにした二次空気供給装置。
2. 前記第一および第二の排気脈動の減衰量は、前記第一および第二の分岐通路の容積を変えることにより、互いに異なるようにされる請求項１に記載の二次空気供給装置。
3. 前記第一および前記第二の分岐通路の容積は、これら分岐通路をそれぞれ通って伝達される前記第一および第二の排気脈動が前記二次空気通路において互いに打ち消し合わないように調整されている請求項２に記載の二次空気供給装置。
4. 前記第一および第二の排気脈動の減衰量は、前記第一および第二の分岐通路の長さを変えることにより、互いに異なるようにされる請求項１に記載の二次空気供給装置。
5. 前記第一および前記第二の分岐通路の容積は、これら分岐通路をそれぞれ通って伝達される前記第一および第二の排気脈動が前記二次空気通路において互いに打ち消し合わないように調整されている請求項４に記載の二次空気供給装置。
6. 前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する際には、前記ポンプが駆動されるようにした請求項１から５のいずれか一項に記載の二次空気供給装置。
7. 二次空気を取出す二次空気通路と、
   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、
   前記ポンプから延び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、
   前記ポンプと前記第一の分岐通路開閉手段との間に設けられていて前記第一の分岐通路の圧力を測定する第一の圧力センサと、
   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、
   前記ポンプと前記第二の分岐通路開閉手段との間に設けられていて前記第二の分岐通路の圧力を測定する第二の圧力センサとを具備し、
   前記第一の圧力センサにより検出される前記第一の分岐通路における排気脈動ならびに前記第二の圧力センサにより検出される前記第二の分岐通路における排気脈動に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する二次空気供給装置。
8. 前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する際には、前記ポンプが駆動されるようにした請求項７に記載の二次空気供給装置。
9. 二次空気を取出す二次空気通路と、
   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、
   前記第一の分岐通路において前記第一の分岐通路開閉手段よりも上流に配置された第一の温度センサと、
   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具備し、
   前記第二の分岐通路において前記第二の分岐通路開閉手段よりも上流に配置された第二の温度センサと、
   前記第一の温度センサにより検出される前記第一の分岐通路における温度および前記第二の温度センサにより検出される前記第二の分岐通路における温度に基づいて前記第一および第二の分岐通路開閉手段の異常を検出する二次空気供給装置。

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