JP2001349240A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】排気系のリークを検出し、リークによる有害排
気ガスの増加や誤診断等を防止する。リーク検出手段に
より排気系のリークを検出し、リークを検出した場合に
は空燃比フィードバック制御や触媒等の診断を中止また
は、補正する。 【解決手段】リークの場所や量を検出し、その結果に応
じて各種制御や診断等を中止、補正することができるの
で、触媒の過熱や有害排気ガスの増加、触媒等の誤診断
を適切に防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中の特定成分
例えば、酸素濃度等を測定し空燃比を調整したり触媒等
排気浄化装置の診断を行う装置に関し、特に、排気系の
リークを検出し、リークによる有害排気ガスの増加や誤
診断等を防止するのに好適な内燃機関の排気ガス制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、排気ガス中の酸素濃度を測定
し空燃比をフィードバック制御する装置が知られてい
る。特に、空燃比を理論空燃比に調整し、かつ排気系に
三元触媒を設けることにより有害排気ガスであるＨＣ、
ＣＯやＮＯｘを浄化する排気浄化装置は自動車の排気ガ
ス浄化装置として広く普及している。

【０００３】また、排気浄化装置の構成部品である三元
触媒や酸素濃度センサが劣化または故障した場合に有害
排気ガスが大気に放出されてしまうため、これらの部品
の劣化や故障を診断する診断装置も広く普及している。
例えば触媒の診断装置として特開平４−２９２５５４
（ＵＳＰ５２３７８１８）がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの装
置では、排気系にリークが発生した場合の事を考慮して
いない。排気系にリークが発生(例えば排気管に穴が開
いたり、接合個所の締結が緩んだり)すると、例えば内
燃機関の負荷が低く回転速度が低い場合、排気ガス圧力
が脈動する際に負圧を発生する。このため大気側から排
気系に空気が吸入されてしまう。

【０００５】このようにリークが発生した場合の影響
は、リークの発生個所により異なる。例えば、空燃比制
御用の酸素濃度センサと触媒の間でリークが発生した場
合、酸素濃度センサの位置では排気ガスが理論空燃比に
なるように空燃比がフィードバック制御されるが、触媒
位置においては空気が吸入されているため酸素過剰状態
となる。このため有害ガスであるＮＯｘが触媒において
転換されず大気へ放出されてしまう。また、特開平４−
２９２５５４に提案されている様に、触媒の後流にも酸
素濃度センサを配置し、触媒前後の酸素濃度センサの出
力により触媒の診断を行う場合には、触媒後流の酸素濃
度センサが常にリーン（酸素過剰）状態を示してしまう
ため、触媒の診断ができなくなったり、誤診断したりし
てしまう。

【０００６】また、空燃比制御用の酸素濃度センサより
上流でリークが発生した場合、通常は酸素濃度センサ位
置で理論空燃比になるようリークにより吸入された酸素
に見合う量の燃料を増量するようにフィードバック制御
されるため、燃料消費量が増大してしまう。さらに酸素
濃度センサ出力が排気ガス圧力の脈動による負圧発生に
対応してリーン出力を発生するため、酸素センサの診断
で誤診断を発生したり、空燃比が通常の空燃比制御時の
変動以上に変動して、結果的に有害ガスの大気への放出
が増大してしまうことがある。

【０００７】さらに、リークの発生個所が触媒より上流
の場合、排気ガス圧力が正圧の時は浄化されていない排
気ガスが大気に放出されることになる。

【０００８】本発明は、リークによる有害排気ガスの大
気への放出の増加や触媒等排気浄化装置の誤診断等を抑
えることができる内燃機関の排気ガス制御装置を提供す
ることを目的とする。

【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、リークを検出するリーク検出手段と、リークを検出
した場合に空燃比フィードバック制御や触媒等排気浄化
装置の診断を中止する中止手段または補正する補正手段
を設けた。さらに、運転者へ警告したり、リークの検出
結果を記憶するようにした。

【００１０】本発明は、具体的には排気ガスセンサと、
該排気ガスセンサの出力信号を入力して、排気系のリ−
クを検出し、リ−クがあると検出された場合に、前記排
気ガスセンサから入力された信号を用いた排気ガス中の
少なくとも１つの特定成分の演算を中止または、演算結
果を補正する手段を有し、排気ガス中の少なくとも１つ
の特定成分の演算は、空燃比をフィ−ドバックする制御
をするための演算および該排気ガスセンサの出力に基づ
き、排気系に配置された排気浄化装置の診断をするため
の演算であることを特徴とする内燃機関の排気ガス制御
装置を提供する。

【００１１】

【作用】上記の本発明からなる内燃機関の排気ガス制御
装置によれば、リークを検出した場合には、例えば触媒
等排気浄化装置の診断を中止し、誤診断しないようにす
る。また、酸素濃度センサによる空燃比のフィードバッ
ク制御を中止し、例えばフィードバック制御による補正
を行わない状態で空燃比制御を行うことにより、燃料消
費の増大を抑えることができる。さらに、運転者に警告
することによってディーラー等での修理を促し、有害ガ
スの大気への放出を抑えることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。図１は本発明の一実施例の全体構成を示している。
内燃機関４への吸入空気量Ｑａは絞り弁２により調整さ
れ空気流量センサ１により計測される。また、内燃機関
４の回転速度Ｎｅは回転速度センサ３により計測され
る。排気ガスは排気管５を経て、触媒６に至りさらに排
気管７を経て大気に放出される。排気管５および７には
それぞれ酸素濃度センサ８、９が配置されている。これ
ら各種センサの出力は制御装置１０に入力される。

【００１３】空燃比フィードバック制御手段１１へは空
気流量センサ１と回転速度センサ３および酸素濃度セン
サ８の出力が入力され、下式により燃料噴射パルス幅Ｔ
ｉが計算され、このＴｉに基づき図示しないインジェク
タに駆動パルスが出力され、燃料が供給される。

【００１４】Ｔｉ＝Ｋ×Ｔｐ×α＋Ｔｂ Ｋ ：係数（冷却水温や加減速による補正） Ｔｐ：基本噴射パルス幅 α ：フィードバック補正係数 Ｔｂ：無効噴射パルス幅 ここに Ｔｐ＝ｋ×Ｑａ／Ｎｅ ｋ ：係数（インジェクタの特性等による） さらにフィードバック補正係数αは、酸素濃度センサ８
が空燃比リーンを示している場合徐々に大きく、すなわ
ち燃料供給量が多くなるように、空燃比リッチを示して
いる場合には徐々に小さく、すなわち燃料供給量が少な
くなるように計算され、燃料供給量を補正している。通
常は１付近の値となっている。

【００１５】触媒性能診断手段１２には触媒６の上下流
に配置された酸素濃度センサ８および９の出力が入力さ
れ、この２つの酸素濃度センサの出力波形の相互相関関
数により触媒６の性能すなわち有害ガスの転換効率が推
定される。この方式では触媒の性能と触媒前後酸素濃度
センサの出力波形の相互相関関数とに相関関係が有ると
いうことを利用して触媒６の性能を推定している。この
ようにして推定された触媒性能が所定の値より悪化した
場合には、運転者への警告等を行うことにより、修理を
促している。これにより有害ガスを大量に大気へ放出し
ているような状態での運転を防止しようとしている。

【００１６】リーク検出手段２０にも触媒６の上下流に
配置された酸素濃度センサ８および９の出力が入力さ
れ、この２つの酸素濃度センサの出力からリークを検出
している。

【００１７】リーク検出手段２０によりリークが検出さ
れると、中止または補正手段（１）２１により空燃比フ
ィードバック制御が中止または補正され、中止または補
正手段（２）２２により触媒性能診断が中止または補正
される。

【００１８】以下、リーク検出方法および空燃比フィー
ドバック制御と触媒性能診断の中止、補正方法について
説明する。

【００１９】まず、リーク検出方法について説明する。

【００２０】リークの発生個所により検出方法が異なる
ため、図１のＡ部（酸素濃度センサ８より上流）とＢ部
（酸素濃度センサ８と９との間）にそれぞれリークがあ
る場合に分けて説明する。

【００２１】まずＡ部にリークがある場合、比較的低
速、低負荷時に１回毎の燃焼に同期して排気脈動により
負圧が発生し、空気が吸入され、酸素濃度センサ８の出
力波形にリーンスパイクがのる。

【００２２】従って図２に示すように酸素濃度センサ８
の出力波形をフィルタ手段３１によりフィルタリングす
ることによって燃焼同期の成分を抽出し、比較的低速、
低負荷時であるということを特定運転状態検出手段３３
で検出し、そのような運転状態である場合に、フィルタ
リングされた抽出成分が所定値よりも大きい場合にはリ
ーク判定手段３２によりリークが有ると判定する。さら
には抽出成分の大きさによりリーク量を推定することも
可能である。

【００２３】あるいは前述したように空燃比フィードバ
ック制御手段１１で計算されるフィードバック補正係数
αによってもリークの検出が可能である。すなわちリー
クがある場合には、酸素濃度センサ８の位置において空
燃比が理論空燃比となるように、リークにより吸入され
た酸素に見合う分αが大きな値となる。従って、図３に
示すようにα計算手段の計算結果を用い、先程の場合同
様に特定運転状態の時のαの値が大きい場合リークが有
ると判定する。さらにはαの値の大きさによりリーク量
を推定することも可能である。

【００２４】これらの例では排気脈動に負圧が発生しな
いような領域における値と比較することによってリーク
以外のバラツキ等の要因を排除するようにした方がさら
に好ましい。

【００２５】次にＢ部にリークがある場合について説明
する。この場合酸素濃度センサ８の位置においては空燃
比は理論空燃比にフィードバック制御される。ところ
が、Ａ部にリークがある場合と同様に、比較的低速、低
負荷時には空気が吸入されるため酸素濃度センサ９の位
置では酸素過剰状態となる。

【００２６】リーク検出のフローの例を図４に示す。先
ずステップＳ１０１において特定運転状態かどうかを調
べる。Ｎｏならフローを終了し、Ｙｅｓの場合だけステ
ップＳ１０２に進み、触媒６の後流に配置されている酸
素濃度センサ９の出力を調べる。リッチを示している場
合ステップＳ１０３は進みリーク無しと判定する。リッ
チを示していない場合、ステップＳ１０４からステップ
Ｓ１０６のフローによりリミッタの範囲内で徐々に酸素
濃度センサ９がリッチを示すまでリッチシフトを行う。
リッチシフトは例えば酸素濃度センサ８による空燃比フ
ィードバック制御を行う場合の酸素濃度センサ８の出力
のリッチ／リーン判定電圧を上げていくことにより可能
である。ステップＳ１０７で酸素濃度センサ９がリッチ
に反転したときのリッチシフト量からリーク量を推定す
る。ステップＳ１０８からステップＳ１１０では、この
推定リーク量が所定値を超えていればリーク有りと判定
し、そうでなければリーク無しと判定する。この様な方
式の場合、例えば触媒上流の空燃比をリッチシフトして
も触媒がその影響をなまらせてしまうため、触媒後流の
酸素濃度センサ９に影響が現れるまでかなりの時間を要
すことがある。従ってリッチシフト時には結果を調べる
までに所定の時間をおいた方が良い。また、このような
リッチシフトは場合によっては排気ガス中の有害成分を
多少なりとも増大する可能性がある。従って、リーク検
出の頻度は所定回以内に制限した方が良い。

【００２７】また、他の方法として触媒が活性化する前
に酸素濃度センサ８と９との出力を比較するようにして
も良い。この場合リーク検出の頻度は少なくなるが、触
媒の影響を受けにくく、リッチシフトを行う必要がない
という利点がある。

【００２８】以上説明したように、リークの発生位置お
よびリーク量を推定することが可能である。

【００２９】次にリーク検出時の空燃比フィードバック
制御と触媒性能診断等の中止、補正方法について説明す
る。

【００３０】まず、リーク発生個所が図１のＡ部の場
合、前述のようにαが大きな値となって燃料を増量して
しまうため、燃料消費量の増大を招いてしまう。また、
増量された燃料は、酸素が不足しているため内燃機関の
燃焼室内では燃焼せず、リーク発生個所より後流の排気
管や触媒で燃焼する。このため触媒の温度が上がり過ぎ
て性能が劣化してしまう可能性がある。

【００３１】従って、空燃比フィードバック制御の中
止、補正方法については、リークを検出したら基本的に
は空燃比フィードバック制御を中止し、フィードバック
補正係数αを１に固定するようにすることが好ましい。
ただし、この場合触媒６では排気ガスは酸素過剰状態と
なるのでＮＯｘの転換効率が落ち、大気に放出される量
は増えてしまう。従って、運転者への警告を併せて行う
ようにすることが好ましい。

【００３２】さらにはリークの量に応じてリーク量が比
較的少ないときは図５に示すようにαの固定値をよりも
多少大きめにして、触媒の温度をあまり上げ過ぎない範
囲で燃料を増量し、ＮＯｘの転換効率をある程度確保す
るようにしても良い。

【００３３】また、フィードバック制御を中止せずに、
リーンシフトをかけることにより触媒等で燃焼する燃料
量を少なくし、触媒の温度上昇を抑えることも可能であ
る。次に、触媒の性能診断の中止、補正方法について説
明する。前述のような触媒前後の酸素濃度センサ出力の
相関関数により触媒の性能を推定する方式においては、
リークの量が比較的少ないときには、リークの無い場合
に比べ、触媒温度が高い等の理由により相関関数が小さ
め、すなわち触媒性能が実際よりも良い側に判定される
傾向がある。また、リークの量が所定値以上になってく
ると空燃比変動幅が通常より大きくなるため、今度は相
関関数が大きめとなってしまう。従って、例えば図６に
示すような補正係数を相関関数にかけて触媒の性能診断
を行うようにすれば良い。また、リーク量が所定量を超
えるような場合、診断の精度が確保できなくなるので、
診断を中止する。

【００３４】次に、酸素濃度センサ診断の中止、補正方
法については、例えば出力波形から応答速度を診断する
場合に、前述のように出力波形にリーンスパイクがのる
ため、応答性を速い側（応答時間を短い側）に判定して
しまう。従って、例えば図７に示すような補正係数を応
答時間にかけて酸素濃度センサの応答性診断を行うよう
にすれば良い。また、リーク量が所定量を超えるような
場合、診断結果がばらつき精度が確保できなくなるの
で、診断を中止する。

【００３５】次にリーク発生個所が図１のＢ部の場合に
ついて説明する。

【００３６】この場合、特に触媒の上流の場合、前述の
ように、酸素濃度センサ８の位置では理論空燃比になる
ようフィードバック制御されるが、触媒６位置において
は酸素過剰状態となる。このため、ＮＯｘの転換されず
大気に放出される。また、酸素濃度センサ９が常にリー
ン状態を示してしまうため、触媒６の性能診断ができな
くなったり、誤診断したりしてしまう。さらには酸素濃
度センサ９の信号も利用して空燃比をフィードバック制
御するような装置の場合、Ａ位置にリークがある場合同
様に燃料消費料の増大、触媒の過熱等が発生する。

【００３７】従って、（酸素濃度センサ８による）空燃
比フィードバック制御については、例えば、リークを検
出したらＮＯｘの大気への放出を抑えるためにリッチシ
フトをかけながら空燃比フィードバック制御を行うか、
空燃比フィードバック制御を中止し、αを１より大きめ
の値に固定する。いずれにしても、リーク量が所定量を
超えると急激にＮＯｘの転換効率が落ち、大気に放出さ
れる量が急増するので、運転者への警告を併せて行うよ
うにすることが好ましい。

【００３８】酸素濃度センサ９を用いた空燃比フィード
バック制御については、触媒の過熱を防ぐためフィード
バックを中止する。

【００３９】触媒の性能診断については、前述のような
触媒前後の酸素濃度センサ出力の相関関数により触媒の
性能を推定する方式においては、リークの量が比較的少
ない場合でも触媒後の酸素濃度センサ９の出力が常にリ
ーンを示すので相関関数は非常に小さい値となり。劣化
している触媒でも劣化していないと判定してしまう。従
って、リーク量が少ない場合であっても触媒の診断を中
止する。

【００４０】酸素濃度センサ９の診断についても、出力
が常にリーンを示すので診断を中止する。

【００４１】以上説明した、中止および補正方法はあく
までも例を示したものであって、当然のことながら、元
々の制御方法診断方法等により、最適な方法が異なる。
例えば触媒の耐熱性が高い場合には多少温度を上げても
排気ガスの悪化を抑える方を重視することも可能であ
る。

【００４２】また、内燃機関の運転状態によっても影響
を受ける。例えば吸気脈動に負圧が発生しないような運
転領域においては、特に、中止および補正は必要無いの
で、例えば診断のための運転領域をそのような領域に限
定あるいは変更するようにしても良い。

【００４３】図８に他の実施例を示す。触媒６の前後に
排気ガス温度センサ４１および４２を配置し、触媒性能
診断手段１２により検出された温度差から触媒６の性能
を診断する。この場合も上述の様に、リークにより触媒
の温度が異常に上昇する場合が有るので、このような場
合、診断を中止または補正する。酸素濃度センサに代え
てＨＣセンサ使用してＨＣ濃度を計ることによっても排
気制御装置を実現することができる。また、酸素濃度セ
ンサに代えてＮｏｘセンサを使用してＮｏｘ濃度を計る
ことによっても、排気制御装置を実現することができ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系のリークの場所と量を検出し、その結果に基づき
空燃比フィードバック制御や触媒、酸素濃度センサの診
断を中止または補正することができる。これによって、
触媒の過熱による劣化や、排気ガスの悪化、排気浄化系
部品の誤診断を抑えることが可能である。これらは全て
有害ガスの大気への放出を防止することにつながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す図面。

【図２】リーク検出手段の一例を示す図面。

【図３】リーク検出手段の一例を示す図面。

【図４】リーク検出のフローの例を示す図面。

【図５】リーク量とαの固定値との関係を示す図面。

【図６】リーク量と触媒診断用補正係数との関係を示す
図面。

【図７】リーク量と酸素濃度センサ診断用補正係数との
関係を示す図面。

【図８】他の実施例を示す図面。

【符号の説明】

８、９…酸素濃度センサ、１１…空燃比フィードバック
制御手段、１２…触媒性能診断手段、２０…リーク検出
手段、２１、２２…中止または補正手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスセンサと、該排気ガスセンサの出
   力信号を入力して、排気系のリ−クを検出し、リ−クが
   あると検出された場合に、前記排気ガスセンサから入力
   された信号を用いた排気ガス中の少なくとも１つの特定
   成分の演算を中止または、演算結果を補正する手段を有
   し、 排気ガス中の少なくとも１つの特定成分の演算は、空燃
   比をフィ−ドバックする制御をするための演算および該
   排気ガスセンサの出力に基づき、排気系に配置された排
   気浄化装置の診断をするための演算であることを特徴と
   する内燃機関の排気ガス制御装置。