JP2007262895A - 排気系の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転状態に依存することなく、排気系の故障を診断する。
【解決手段】内燃機関の第１気筒群からの第１排気通路と、該第１排気通路に設けられた第１排気浄化手段とを含む第１排気系と、該内燃機関の第２の気筒群からの第２排気通路と該第２排気通路に設けられた第２排気浄化手段とを含む第２排気系と、を有する排気系の故障を診断する装置は、該第１排気系および第２排気系の圧力差（ΔＰ）を検出し、該圧力差の絶対値が、所定のしきい値（第１、第２の判定値）より大きければ、該第１および第２排気系のいずれかに故障があると判定する。
【選択図】図４

Description

この発明は、排気系の故障を診断する装置に関する。

従来、内燃機関の排気系に二次空気供給系を設け、該排気系に設けられた触媒装置の上流に空気（二次空気と呼ばれる）を導入して、未燃焼成分を低減することが行われている。

二次空気供給系を含む排気系に破損などの故障が生じると、エミッションの低下を招くおそれがあるので、故障を診断する手法が提案されている。下記の特許文献１には、水平対向４気筒エンジンに設けられた二次空気供給系において、二次空気を導入する通路内の圧力脈動の最大値および最小値の差が、所定のしきい値以下の場合には、二次空気供給系に漏れ等が生じて圧力脈動が正常値より小さくなっており、故障が生じたと判定している。
特許第３４４４４５８号公報

しかしながら、上記の従来手法によると、圧力脈動の最大値および最小値の差が、内燃機関の運転状態に従って変動する。故障診断の精度を上げるためには、様々な運転状態に対応したしきい値を複数用意しておく必要がある。もしくは、予め用意したしきい値に合わせて、所定の運転状態に至った時のみ、故障診断を許可するようにしなければならない。

本願発明の一つの目的は、内燃機関の運転状態に依存することなく、二次空気供給系を含む排気系に故障が生じたかどうかを診断することのできる装置を提供することである。

この発明の一つの側面によると、内燃機関の第１気筒群からの第１排気通路と、該第１排気通路に設けられた第１排気浄化手段とを含む第１排気系と、該内燃機関の第２の気筒群からの第２排気通路と該第２排気通路に設けられた第２排気浄化手段とを含む第２排気系と、を有する排気系の故障を診断する装置は、該第１排気系および第２排気系の圧力差を検出する圧力差検出手段と、該圧力差検出手段により検出された圧力差の絶対値が、所定のしきい値より大きければ、該第１および第２排気系のいずれかに故障があると判定する故障判定手段と、を備える。

この発明によれば、第１および第２の排気系の圧力差に基づいて故障を診断するので、内燃機関の運転状態に制限されることなく、故障診断を実施することができる。様々な運転状態に従って複数のしきい値を設定する必要がない。

この発明の一実施形態によると、上記の故障判定手段は、さらに、圧力差検出手段により検出された圧力差が、負のしきい値を下回っているならば、第１排気系に故障があると判定し、該圧力差が、正のしきい値を超えているならば、第２排気系に故障があると判定する。

この発明によれば、第１および第２排気系のどちらに故障があるかを判断することができる。

この発明の一実施形態によると、故障診断装置は、さらに、第１排気系に設けられ、内燃機関に連通する吸気通路および第１排気通路の間に接続された第１の二次空気通路と、第２排気系に設けられ、内燃機関に連通する吸気通路および第２排気通路の間に接続された第２の二次空気通路と、第１の二次空気通路に設けられ、吸気通路からの空気の、第１排気通路への流れを開閉する第１開閉手段と、第２の二次空気通路に設けられ、吸気通路からの空気の、第２排気通路への流れを開閉する第２開閉手段と、第１開閉手段および第２開閉手段を制御する開閉制御手段と、を備える。圧力差検出手段は、該第１開閉手段および第２開閉手段の下流側に設けられ、第１の二次空気通路および第２の二次空気通路の圧力差を検出するよう構成されている。故障判定手段は、該開閉制御手段によって第１および第２の開閉手段が共に閉状態にされた場合に、圧力差検出手段によって検出された圧力差の絶対値が、所定のしきい値より大きければ、第１排気系および第２排気系のいずれかに故障があると判定する。

この発明によれば、第１および第２開閉手段を制御することによって、第１および第２の二次空気通路を含む第１および第２排気系のどちらに故障があるかを判断することができる。

この発明の一実施形態によると、故障診断装置は、第１の二次空気通路における第１開閉手段および第２の二次空気通路における第２開閉手段の上流側に設けられた少なくとも１つのエアポンプと、該エアポンプを制御するエアポンプ制御手段と、をさらに備える。エアポンプ制御手段は、故障判定手段によって第１および第２排気系のいずれかに故障があると判断されなかった場合に、該エアポンプを作動させる。開閉制御手段は、エアポンプ制御手段によるエアポンプの作動に応答して、第１および第２の開閉手段のいずれかを開状態にする。故障判定手段は、圧力差検出手段によって検出された圧力差の絶対値が、所定のしきい値より小さければ、第１および第２排気系の両方に故障があると判定する。

この発明によれば、第１および第２の排気系の両方に故障がある場合を検出することができる。

本発明の実施するための最良の形態

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態に従う、排気系の故障を診断する装置の全体的な構成を概略的に示す。

エンジン１０は、多気筒内燃機関（以下、エンジンとよぶ）であり、この実施例では、一例として、４サイクルのＶ型６気筒のＤＯＨＣエンジンが示されている。エンジン１０は、右バンク１０Ｒに、＃１、＃２および＃３の３個の気筒（シリンダ）１２を備え、左バンク１０Ｌに、＃４、＃５および＃６の３個の気筒１２を備える。

バンク毎に設けられる構成要素は、図では、参照番号にＲおよびＬの文字が付されている。但し、以下の説明においては、Ｒ構成要素とＬ構成要素に共通する事項については、ＲおよびＬの文字が付されることなく参照番号のみで構成要素を参照する点に注意されたい。

エアクリーナ１４から吸入された空気は、吸気通路１６を介して、吸気マニホルド（図示せず）を介して各気筒１２に至る。吸気マニホルドには、燃料を噴射するインジェクタ（図示せず）が設けられている。燃料と空気の混合気は、各気筒１２の吸気バルブ（図示せず）が開かれたときに、燃焼室（図示せず）に取り込まれ、点火プラグ（図示せず）によって点火されて燃焼する。各気筒に導入される空気の量は、スロットルバルブ２０によって調整されることができる。

気筒における燃焼により生じた排出ガスは、該気筒の排気バルブ（図示せず）が開かれたときに、排気マニホルド２２に出される。その後、排出ガスは、排気マニホルド２２の集合部を経て排気通路２４に流れ、触媒装置２６によって不所望な成分が除去された後、エンジンの外に排出される。

排気マニホルド２２および触媒装置２６が設けられた排気通路２４を含む排気系には、二次空気供給装置３０が設けられている。二次空気供給装置３０は、それぞれのバンクの排気系について、空気供給管（デリバリパイプ）３２と、エアバルブ３６と、エアポンプ３４とを備える。二次空気供給装置３０は、２つの排気系について、同量の空気を供給するよう構成されている。

スロットルバルブ２０の上流において吸気通路１６が分岐した分岐管１６ａは、さらに分岐して、第１および第２のエアポンプ３４Ｒおよび３４Ｌの吸入側にそれぞれ接続される。第１および第２のエアポンプ３４Ｒおよび３４Ｌの吐出側は、第１および第２の空気供給管３２Ｒおよび３２Ｌにそれぞれ接続される。第１および第２のエアバルブ３６Ｒおよび３６Ｌは、第１および第２の空気供給管３２Ｒおよび３２Ｌ上にそれぞれ設けられている。

第１および第２のエアポンプ３４Ｒおよび３４Ｌは、電動モータ（図示せず）により駆動されると、エアクリーナ１４から吸入された空気を吸引して、該空気を、対応する空気供給管３２に圧送する。エアバルブ３６は、負圧ダイアフラムおよびリードバルブ（逆止弁）を備え、図示しない負圧導入機構を介して負圧が導入されるときに開く。エアバルブ３６が開くと、エアバルブ３６は、その吸入ポートから、ポンプ３４により圧送された空気を導入し、これを、その排気ポートを介して排気マニホルド２２に向けて送り出す。

差圧センサ３７が、第１のエアバルブ３６Ｒの下流の排気系の圧力（第１の排気系の第１の圧力と呼ぶ）と、第２のエアバルブ３６Ｌの下流の排気系の圧力（第２の排気系の第２の圧力と呼ぶ）との差を検出するよう設けられる。この実施例では、差圧センサ３７は、第１のエアバルブ３６Ｒの排気ポートと第２のエアバルブ３６Ｌの排気ポートとの間を連通する通路３８に設けられる。

代替的に、図２に示すように、差圧センサ３７を、第１のエアバルブ３６Ｒの下流側の第１の空気供給管３２Ｒ上の或る位置と、第２のエアバルブ３６Ｌの下流側の第２の空気供給管３２Ｌ上の或る位置とを連通する通路３８上に設けてもよい。

さらに、代替の実施形態では、第１のエアバルブ３６Ｒの下流側の空気供給管３２Ｒ上に第１の圧力センサを設けると共に、第２のエアバルブ３６Ｌの下流側の空気供給管３２Ｌ上に第２の圧力センサを設けてもよい。差圧は、第１の圧力センサの出力と第２の圧力センサの出力との差から求めることができる。

エンジン１０には、クランク角センサ４２が設けられており、クランクシャフト（図示せず）の回転に従ってＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を生成する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角ごとに出力される。ＴＤＣ信号は、エンジンのピストン（図示せず）のＴＤＣ位置（上死点）に関連したクランク角度で出力される。

スロットルバルブ２０の下流には、絶対圧センサ４４が設けられており、吸気通路１６内の絶対圧（エンジン負荷）に応じた信号を出力する。また、エンジン１０の冷却水通路には水温センサ４６が設けられており、エンジンの冷却水の温度に応じた信号を出力する。

大気圧センサ４８が、ＥＣＵ５４に設けられており（または接続されており）、該大気圧センサ４８は、大気圧に応じた信号を出力する。

触媒装置２６の上流には、第１の空燃比センサ５０が設けられるとともに、触媒装置２６の下流には、第２の空燃比センサ５２が設けられる。それぞれの空燃比センサは、排出ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する。

これらのセンサの出力は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）５４に送られる。ＥＣＵ５４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータである。該メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータプログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータが記憶される。

ＥＣＵ５４は、クランク角センサ４２からの出力に基づいてエンジン回転数を算出し、インジェクタを介して噴射すべき燃料噴射量を算出し、イグナイタによる点火時期を決定する。

ＥＣＵ５４は、電動モータに通電指令を発して、エアポンプ３４を駆動させ、二次空気を、対応する排気系に供給する。これにより、燃料の未燃焼成分は、排気マニホルド２２およびその下流の排気通路２４において燃焼し、触媒装置２６を加熱させ、大気に放出させる。触媒装置２６の活性化が促進されると共に、大気への未燃焼成分の放出が低減される。

また、ＥＣＵ５４は、差圧センサ３７の出力に基づいて、エアバルブ３６の下流側の排気系における破損等の故障を診断する。この診断手法について、以下に説明する。この発明の一実施例によると、故障診断は、第１および第２の段階を含む。

図３の（ａ）および（ｂ）を参照して、この発明の一実施形態に従う、第１の段階における故障診断を説明する。第１の段階では、第１および第２のエアバルブ３６Ｒおよび３６Ｌを閉じる。安定待ち時間Ｔ０が経過した後、所定の判定時間Ｔ１にわたって、差圧センサ３７の値を監視する。エアバルブ３６Ｒおよび３６Ｌが閉じているので、エアバルブ３６Ｒの下流の第１の排気系は、エアバルブ３６Ｌの下流の第２の排気系と同様、排出ガスによる圧力がかかった状態である。第１および第２の排気系に破損等の故障がなければ、符号６１および６２によりそれぞれ示されるように、第１の排気系の第１の圧力と第２の排気系の第２の圧力との間に差が生じないので、差圧センサの値（第１の圧力−第２の圧力）は、符号６５に示されるように、ほぼゼロ付近で推移する。

しかしながら、第２の排気系に破損等による故障が生じた場合には、符号７１に示されるように、第２の圧力は上昇しない。したがって、第１の圧力６１は、第２の圧力７１よりも大きくなり、差圧センサ３７の値は、符号７２に示されるように、正の値を取る。差圧センサ３７の値が、故障判定時間Ｔ１にわたって、正の値を持つ所定の第１の判定値（符号７３で示される）を超えるならば、第２の排気系に故障があると判断することができる。

他方、第１の排気系に破損等による故障が生じた場合には、符号７５に示されるように、第１の圧力は上昇しない。したがって、第２の圧力６２は、第１の圧力７５よりも大きくなり、差圧センサ３７の値は、符号７６に示されるように、負の値を取る。差圧センサ３７の値が、故障判定時間Ｔ１にわたって、負の値を持つ所定の第２の判定値（符号７７で示される）を下回るならば、第１の排気系に故障があると判断することができる。

図４は、上記の第１の段階の故障診断処理を示すフローチャートである。この実施例では、該処理は、エンジンが始動した後、所定の時間間隔で、ＥＣＵ５４により実施される。

ステップＳ１において、第１の判定値および第２の判定値を、大気圧センサ４８によって検出された大気圧に従って補正する。これは、大気圧により、故障が生じた時の差圧に変動が生じるおそれがあるためである。

ステップＳ２において、安定待ち時間Ｔ０が経過するのを待つ。ステップＳ３において、差圧センサ３７により検出された差圧ΔＰが、正の値を持つ第１の判定値より大きいかどうか判断する。図３の（ａ）に示したように、ステップＳ４において、故障判定時間Ｔ１にわたって、差圧ΔＰが第１の判定値より大きければ、ステップＳ５において、第２の排気系に破損等の故障があると判断する。

ステップＳ３の判断がＮｏならば、ステップＳ６において、差圧ΔＰが、負の値を持つ第２の判定値より低いかどうかを判断する。図３の（ｂ）に示したように、ステップＳ７において、故障判定時間Ｔ１にわたって、差圧ΔＰが第２の判定値より低ければ、ステップＳ８において、第１の排気系に破損等の故障があると判断する。

ステップＳ３は、差圧ΔＰの絶対値が、第１の判定値より大きいかどうかを判断することと同様であり、ステップＳ６は、差圧ΔＰの絶対値が、第２の判定値の絶対値より大きいかどうかを判断することと同様である点に注意されたい。

こうして、第１の段階では、第１および第２の排気系のどちらに故障が生じているかを判断することができる。しかしながら、第１の段階では、第１および第２の排気系の両方に故障が生じている状態を検出することはできない。このような状態を検出するため、第２の段階を実施することができる。

図５の（ａ）および（ｂ）を参照して、この発明の一実施例に従う、故障診断の第２の段階を説明する。図の例では、第１の段階による故障診断を終えた後に（時間Ｔ０およびＴ１が経過した後に）、第２の段階の故障診断を実施している。第２の段階では、第１および第２のエアポンプの一方を作動させると共に、該作動させたエアポンプに対応するエアバルブを開く。この例では、第１のエアポンプ３４Ｒを作動させ、第１のエアバルブ３６Ｒを開いている。安定待ち時間Ｔ２が経過した後、所定の故障判定時間Ｔ３にわたって、差圧センサ３７の値を監視する。

第１および第２の排気系の両方が正常ならば、第１のエアポンプ３４Ｒにより圧送された空気により、第１の排気系の第１の圧力８１が、第２の排気系の第２の圧力８２よりも高くなる。両者の圧力差は大きい。結果として、差圧センサ３７の出力は、符号８３に示されるように、判定時間Ｔ３にわたって、正の値を持つ第３の判定値（符号８４により示される）を超える。

第１および第２の排気系の両方に故障があれば、符号９１に示されるように、第１のエアポンプ３４Ｒによって圧送される空気で第１の圧力は多少上がるが、破損等の故障があるために、上がり方が小さい。また、第２の圧力は、符号９２に示されるように、破損等の故障により上がらない。両者の圧力差は小さい。符号９３に示されるように、差圧センサ３７の出力は、故障判定時間Ｔ３にわたって、第３の判定値８４を超えることができない。

こうして、第１および第２の排気系の両方が故障していることを検出することができる。

この例では、判定時間Ｔ３が経過した後、第２のエアポンプ３４Ｌを作動させて第２のエアバルブ３６Ｌを開いて、故障診断を終えている。これは、故障診断に必要な処理ではない点を注意されたい。

図６は、上記の第２の段階の故障診断処理を示すフローチャートである。この実施例では、該処理は、第１の故障診断を終えた後、所定の時間間隔で、ＥＣＵ５４により実施される。

ステップＳ１１において、大気圧センサ４８により検出された大気圧に従い、第３の判定値を補正する。この理由は、図４のステップＳ１を参照して述べた理由と同じである。ステップＳ１２において、第１および第２のエアポンプ３４Ｒおよび３４Ｌのうちの一方を駆動させ、駆動したエアポンプに対応するエアバルブを開く。この実施例では、第１のエアポンプ３４Ｒを駆動させ、第１のエアバルブ３６Ｒを開いている。ステップＳ１３において、安定待ち時間Ｔ２が経過するのを待つ。

ステップＳ１４において、差圧センサ３７により検出された差圧ΔＰの絶対値を、正の値を持つ第３の判定値と比較する。ステップＳ１５において、判定時間Ｔ３にわたって、差圧ΔＰの絶対値が第３の判定値より大きければ、図５の（ａ）に示したように、第１および第２の排気系の両方が正常と判断する（Ｓ１６）。ステップＳ１７において、判定時間Ｔ３にわたって、差圧ΔＰの絶対値が第３の判定値より小さければ、図５の（ｂ）に示したように、第１および第２の排気系の両方に故障があると判断する（Ｓ１８）。

ステップＳ１９において、第２のエアポンプ３４Ｌを作動させると共に、第２のエアバルブ３６Ｌを開くことにより、故障診断を終える。

代替的に、エアポンプを１つにしてもよい。この場合、エアポンプの吐出を、第１の空気供給管３２Ｒおよび第２の空気供給管３２Ｌの間で切り換えるようにすることができる。

なお、エアバルブ３６の下流の排気系の圧力には、脈動が生じるおそれがある。脈動の影響を防ぐために、差圧センサ３７の出力をフィルタリングし、該フィルタリングされた出力に基づいて、第１および第２の排気系の故障を診断するようにしてもよい。たとえば、移動平均およびローパスフィルタなどのフィルタリングを実施することができる。

この発明の一実施例に従う、排気系の故障を診断する装置の構成を概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、差圧センサの配置の他の例を示す図。 この発明の一実施例に従う、故障診断の第１の段階を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、故障診断の第１の段階の処理のフローチャート。 この発明の一実施例に従う、故障診断の第２の段階を説明するための図。 この発明の一実施例に従う、故障診断の第２の段階の処理のフローチャート。

符号の説明

１０ エンジン
１６ 吸気通路
２２ 排気マニホルド
２４ 排気通路
２６ 触媒装置
３０ 二次空気供給装置
３２ 空気供給管
３４ エアポンプ
３６ エアバルブ
３７ 差圧センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の第１気筒群からの第１排気通路と、該第１排気通路に設けられた第１排気浄化手段とを含む第１排気系と、該内燃機関の第２気筒群からの第２排気通路と該第２排気通路に設けられた第２排気浄化手段とを含む第２排気系と、を有する排気系の故障を診断する装置であって、
   前記第１排気系および前記第２排気系の圧力差を検出する圧力差検出手段と、
   前記圧力差検出手段により検出された圧力差の絶対値が、所定のしきい値より大きければ、前記第１および第２排気系のいずれかに故障があると判定する故障判定手段と、
   を備える、装置。
2. 前記故障判定手段は、さらに、
   前記圧力差検出手段により検出された圧力差が、負のしきい値を下回っているならば、前記第１排気系に故障があると判定し、該圧力差が、正のしきい値を超えているならば、前記第２排気系に故障があると判定する、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記第１排気系に設けられ、前記内燃機関に連通する吸気通路と、前記第１排気通路との間に接続された第１の二次空気通路と、
   前記第２排気系に設けられ、前記内燃機関に連通する吸気通路と、前記第２排気通路との間に接続された第２の二次空気通路と、
   前記第１の二次空気通路に設けられ、前記吸気通路からの空気の、前記第１排気通路への流れを開閉する第１開閉手段と、
   前記第２の二次空気通路に設けられ、前記吸気通路からの空気の、前記第２排気通路への流れを開閉する第２開閉手段と、
   前記第１開閉手段および前記第２開閉手段を制御する開閉制御手段と、をさらに備え、
   前記圧力差検出手段は、前記第１開閉手段および前記第２開閉手段の下流側に設けられ、前記第１の二次空気通路および前記第２の二次空気通路の圧力差を検出するよう構成されており、
   前記故障判定手段は、前記開閉制御手段によって前記第１および第２の開閉手段が共に閉状態にされた場合に、前記圧力差検出手段によって検出された圧力差の絶対値が、前記所定のしきい値より大きければ、前記第１排気系および前記第２排気系のいずれかに故障があると判定するよう構成される、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 前記第１の二次空気通路における前記第１開閉手段および前記第２の二次空気通路における前記第２開閉手段の上流側に設けられた少なくとも１つのエアポンプと、
   前記エアポンプを制御するエアポンプ制御手段と、をさらに備え、
   前記エアポンプ制御手段は、前記故障判定手段によって前記第１および第２排気系のいずれかに故障があると判定されなかった場合に、前記エアポンプを作動させ、
   前記開閉制御手段は、前記エアポンプ制御手段によるエアポンプの作動に応答して、前記第１および第２の開閉手段のいずれかを開状態にし、
   前記故障判定手段は、前記圧力差検出手段によって検出された圧力差の絶対値が、所定のしきい値より小さければ、前記第１および第２排気系の両方に故障があると判定する、
   請求項１から３のいずれかに記載の装置。
   
   

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