JP2004044544A - 排気通路切替装置の故障検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータによる故障だけでなく、アクチュエータと切替バルブを連結するリンク機構による故障をも検知できるとともに、故障個所をアクチュエータとリンク機構に区別して特定できる排気通路切替装置の故障検知装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気系２に設けられ、アクチュエータ１９によりリンク機構２０を介して切替バルブ１５を駆動することによって、排気系２の排気通路を第１通路１３と第２通路１４に切り替える排気通路切替装置８の故障検知装置であって、アクチュエータ１９の作動状態を検出するアクチュエータ作動状態検出手段２８と、第１および第２通路の少なくとも一方を流れる排気ガスの状態ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲを検出する排気ガス状態検出手段２１、２２と、アクチュエータの作動状態および排気ガスの状態に応じて、排気通路切替装置８の故障を検知する故障検知手段２５と、を備えている。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に設けられ、その排気通路を第１および第２の通路に切り替える排気通路切替装置の故障検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気通路切替装置の故障検知装置として、例えば特開２００１−４１０２６号に開示されたものが知られている。この排気通路切替装置は、内燃機関の排気系の排気通路を、メイン通路と、排気ガス中の炭化水素を吸着するための吸着材を配置したバイパス通路とに切り替えるものである。排気通路切替装置は、メイン通路を開閉する切替バルブと、切替バルブを駆動するアクチュエータとしてのダイヤフラム機構を備えている。ダイヤフラム機構は、その内部空間を負圧室と大気室に仕切るダイヤフラムと、ダイヤフラムに取り付けられるとともに切替バルブに連結された駆動ロッドを有している。負圧室は、負圧供給管を介して吸気管に接続されており、負圧供給管の途中には、負圧供給管を吸気管側と大気側に切り替えて接続する負圧供給弁が設けられている。
【０００３】
以上の構成により、負圧供給弁が大気側に切り替えられた状態では、負圧室内が大気圧に保たれることによって、ダイヤフラムは撓まず、切替バルブはメイン通路を全開した状態に維持される。この状態から負圧供給弁が吸気管側に切り替えられると、その吸気負圧が負圧室内に供給されることによって、ダイヤフラムが撓み、これに取り付けた駆動ロッドを介して切替バルブを駆動することによって、切替バルブは、メイン通路を全閉し、バイパス通路側に切り替えられる。
【０００４】
また、負圧供給管には、負圧室と負圧供給弁との間に、負圧室への供給圧を検出する圧力センサが設けられており、この故障検知装置では、吸気負圧の供給中に圧力センサで検出された供給圧に基づいて、負圧供給弁を含む負圧供給系の故障や、切替バルブの全開状態での固着（バイパス通路側への切替不能状態）などが検知される。具体的には、負圧供給弁が吸気管側に切り替えられた後、十分な時間が経過しても、供給圧が所定値以下に低下しない場合には、負圧供給系が故障していると判定される。また、負圧供給弁の吸気管側への切替後、供給圧が所定の基準圧まで低下するのに要した時間が、所定の判定時間よりも短いときに、切替バルブが全開状態で固着していると判定される。この判定手法は、切替バルブが全開状態で固着した場合、吸気負圧が供給されても、切替バルブに駆動ロッドを介して連結されたダイヤフラムは撓むことができず、吸気負圧で吸引される負圧室の容積が変化しないことから、切替バルブが正常な場合よりも供給圧が早く低下するという観点に基づくものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来の故障検知装置は、切替バルブを駆動するダイヤフラム機構の負圧室への供給圧の変化状態に基づいて、故障を検知するにすぎないため、負圧供給系の故障によるダイヤフラム機構側（駆動側）の故障は検知できるものの、ダイヤフラムと切替バルブを連結する駆動ロッドの外れや折損などの故障が発生した場合、これを検知できないという問題がある。すなわち、駆動ロッドの外れや折損などが生じると、切替バルブを適正に駆動できず、排気通路切替装置が故障状態になるのに対し、ダイヤフラム機構自体は正常に作動しているため、供給圧によってはそのような故障を検知できない。このことは、この従来の故障検知装置における切替バルブの全開状態での固着を判定する判定手法についても同様である。前述したように、この判定手法は、ダイヤフラムが切替バルブと連結されていることを前提としており、両者を連結する駆動ロッドが外れなどで故障した場合には、この前提が成り立たなくなる。すなわち、その場合には、ダイヤフラムは、吸気負圧の供給に伴って切替バルブの状態とは無関係に撓み、供給圧は切替バルブが正常な場合と同じように低下するため、排気通路切替装置が故障していないと誤判定してしまう。また、このような誤判定が生じると、切替バルブがバイパス通路側に切り替えられないために排気ガスが吸着材に適正に流れない状態が看過される結果、排気ガス特性にも悪影響を及ぼす。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、アクチュエータによる故障だけでなく、アクチュエータと切替バルブを連結するリンク機構による故障をも検知できるとともに、故障個所をアクチュエータとリンク機構に区別して特定することができる排気通路切替装置の故障検知装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関１の排気系２に設けられ、アクチュエータ１９によりリンク機構２０を介して切替バルブ１５を駆動することによって、排気系２の排気通路を第１通路（実施形態における（以下、本項において同じ）メイン通路１３）と第２通路（バイパス通路１４）に切り替える排気通路切替装置８の故障検知装置であって、アクチュエータ１９の作動状態を検出するアクチュエータ作動状態検出手段（変位センサ２８）と、第１および第２通路の少なくとも一方を流れる排気ガスの状態（上流側検出値ＶＨＵＭＦ、下流側検出値ＶＨＵＭＲ）を検出する排気ガス状態検出手段（上流側湿度センサ２１、下流側湿度センサ２２）と、検出されたアクチュエータの作動状態および排気ガスの状態に応じて、排気通路切替装置８の故障を検知する故障検知手段（ＥＣＵ２５、図５、図７）と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
この故障検知装置によれば、アクチュエータの作動状態を検出し、検出された作動状態に応じて、排気通路切替装置の故障を検知する。アクチュエータは排気通路切替装置の駆動源であるので、その作動状態に応じ、アクチュエータの故障を原因とする排気通路切替装置の故障を直接的に検知することができる。また、この故障検知装置では、排気通路切替装置によって切り替えられる第１および第２通路の一方を流れる排気ガスの状態を検出し、検出された排気ガスの状態に応じて、排気通路切替装置の故障を検知する。第１および／または第２通路を流れる排気ガスの状態は、排気通路切替装置が故障した場合には、正常な場合とは異なる状態になる。したがって、検出された排気ガスの状態に応じ、排気通路切替装置の故障を、アクチュエータと切替バルブとを連結するリンク機構が故障している場合も含めて、間接的に検知することができる。また、排気ガスの状態によって排気通路切替装置の故障が検知され、かつアクチュエータ自体の故障が検知されていない場合には、故障個所がリンク機構であると特定することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１の排気通路切替装置の故障検知装置において、第１および第２通路の一方に、排気ガス中の有害成分を低減するための排気ガス低減手段（炭化水素吸着材１６）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、排気通路切替装置が故障すると、第１または第２通路に設けられた排気ガス低減手段に排気ガスが適正に流れなくなり、排気ガス低減手段による有害成分の低減動作ひいては排気ガス特性に影響を及ぼすおそれがある。本発明の故障検知装置によれば、そのような排気ガス特性に影響を及ぼし得る故障を、適切に検知することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の排気通路切替装置の故障検知装置において、アクチュエータ作動状態検出手段は、アクチュエータ１９の変位を検出する変位センサ２８であることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、アクチュエータの作動状態を変位センサによって直接的に検出でき、アクチュエータの故障を的確に検知することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明による排気通路切替装置の故障検知装置を適用した内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルエンジンである。エンジン１の吸気管１ａには、気筒ごとにインジェクタ１ｂが設けられており、その燃料噴射時間Ｔｏｕｔは、後述するＥＣＵ２５によって制御される。
【００１４】
エンジン１の排気系２は、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有しており、この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６と、炭化水素を吸着するための炭化水素吸着装置７が設けられている。２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、所定温度（例えば３００℃）以上に昇温された活性化状態で、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（ＨＣ（炭化水素）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００１５】
一方、炭化水素吸着装置７は、排気管４の触媒装置６よりも下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性化していない冷間状態でのエンジン１の始動期間（例えば、始動後の約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着することによって、大気中に排出される炭化水素量を低減する。図１および図２に示すように、炭化水素吸着装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、円筒状のケース１１と、このケース１１内に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に配置され、流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状の炭化水素吸着材１６（排気ガス低減手段）と、を備えている。
【００１６】
図２に示すように、ケース１１とバイパス排気管１２との間の断面環状の空間によって、メイン通路１３（第１通路）が構成されるとともに、バイパス排気管１２の内部スペースによって、バイパス通路１４（第２通路）が構成されている。また、ケース１１は、その上流端部が上下に二股に分かれており、上側の開口部１１ａがメイン通路１３と連通する一方、下側の開口部１１ｂがバイパス通路１４と連通している。
【００１７】
バイパス排気管１２は、その上流端部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で連結されている。また、バイパス排気管１２の下流端部には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、周方向に並んで形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、メイン通路１３およびバイパス通路１４の下流端部同士が連通している。
【００１８】
炭化水素吸着材（以下、単に「吸着材」という）１６は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成され、炭化水素とともに水分を吸着する特性を有していて、バイパス通路１４に流入した排気ガスが吸着材１６の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分をゼオライトに吸着する。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）では、吸着した炭化水素を脱離するという特性を有する。
【００１９】
排気通路切替装置８は、触媒装置６の下流側の排気通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、メイン通路１３とバイパス通路１４に選択的に切り替えるためのものである。図２および図３に示すように、この排気通路切替装置８は、円筒状の連結管１８と、この連結管１８内に設けられた回動自在の切替バルブ１５と、切替バルブ１５を駆動するアクチュエータ１９と、切替バルブ１５とアクチュエータ１９を連結するリンク機構２０などを有している。
【００２０】
アクチュエータ１９は、負圧ダイヤフラム式のものであり、負圧ケース３１と、負圧ケース３１内に設けられ、その内部を負圧室３１ａと大気室３１ｂに仕切るダイヤフラム３２と、ダイヤフラム３２に取り付けられ、負圧ケース３１の大気室３１ｂ側を貫通して外方に突出する駆動ロッド３３などを有している。負圧ケース３１の負圧室３１ａは、負圧通路３４によって吸気管１ａに接続されている。負圧通路３４の途中には、負圧ケース３１から順に、ソレノイド弁３５およびチェック弁３６が設けられている。このソレノイド弁３５のＯＮ（励磁）状態では、負圧通路３４が吸気管１ａに連通することによって、負圧室３１ａに吸気管１ａから負圧が導入されるとともに、ＯＦＦ（非励磁）状態では、負圧通路３４が大気通路３７に連通することによって、負圧室３１ａが大気に開放される。ソレノイド弁３５の動作は、ＥＣＵ２５によって制御される。また、駆動ロッド３３には、センサロッド４１を介してその変位ＳＴＫＡＣＴを検出する変位センサ２８（アクチュエータ作動状態検出手段）が取り付けられており、その検出信号はＥＣＵ２５に出力される。
【００２１】
一方、リンク機構２０は、アクチュエータ１９の駆動ロッド３３の一端部に回動自在に連結されたレバーピン４２と、レバーピン４２を一体に設けた回動自在のリンクプレート４３で構成されている。そして、前述の切替バルブ１５は、このリンクプレート４３に連結アーム４３ａを介して一体に設けられている（図２参照）。
【００２２】
排気通路切替装置８の以上の構成によれば、ソレノイド弁３５がＯＦＦの状態では、アクチュエータ１９の負圧室３１ａが大気圧に保たれることによって、駆動ロッド３３およびリンクプレート４３は、図３に示す位置に位置し、リンクプレート４３と一体の切替バルブ１５は、図２の実線位置に位置する。この状態が、排気通路がメイン通路１３側に切り替えられた状態である。一方、ソレノイド弁３５がＯＮされると、負圧室３１ａに吸気管１ａの負圧が導入されることによって、ダイヤフラム３２が撓み、駆動ロッド３３がダイヤフラム３２と一緒に図３の左方に駆動され、それに伴い、リンクプレート４３がリンクピン４２を介して同図の時計方向に駆動されることで、切替バルブ１５は図２の２点鎖線位置に駆動される。これにより、排気通路がバイパス通路１４側に切り替えられる。
【００２３】
また、連結管１８とエンジン１の吸気管１ａとの間には、排気ガスの一部をエンジン１に再循環させるためのＥＧＲ管４５が連結されており、その途中にＥＧＲ制御弁４６が取り付けられている。このＥＧＲ制御弁４６をＥＣＵ２５で制御することによって、ＥＧＲの作動・停止およびＥＧＲ量が制御される。
【００２４】
また、炭化水素吸着装置７のケース１１には、吸着材１６の上流側および下流に、上流側湿度センサ２１（排気ガス状態検出手段）および下流側湿度センサ２２（排気ガス状態検出手段）がそれぞれ取り付けられている。湿度センサ２１、２２のセンサ素子２１ａ、２２ａ（図２参照）は、バイパス通路１４内に臨むように取り付けられており、上流側湿度センサ２１は、吸着材１６に流入する排気ガスの湿度を表す検出値（以下「上流側検出値」という）ＶＨＵＭＦを、下流側湿度センサ２２は、吸着材１６を通過した排気ガスの湿度を表す検出値（以下「下流側検出値」という）ＶＨＵＭＲを、それぞれＥＣＵ２５に出力する。
【００２５】
また、各センサ素子２１ａ、２２ａは、例えばアルミナやチタニアなどから成るポーラス体で構成されており、その細孔に吸着された水分の量に応じて抵抗値が変化するという特性を利用して湿度を検出し、それに対応した電圧値を検出信号として出力するタイプのものである。このため、図９に示すように、上流側検出値ＶＨＵＭＦおよび下流側検出値ＶＨＵＭＲはともに、湿度が高いほど、それに応じたより低い値を示し、すなわち、実際の湿度とは逆の増減特性を示す。また、上流側および下流側湿度センサ２１、２２はともに、温度検出部（図示せず）を備えた温度センサ一体型のものであり、排気ガスの温度ＴＨＵＭＦ、ＴＨＵＭＲを検出し、ＥＣＵ２５に出力する。
【００２６】
また、エンジン１の本体には、エンジン水温センサ２３およびクランク角センサ２４が取り付けられている。エンジン水温センサ２３（温度状態検出手段）は、エンジン１のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。クランク角センサ２４は、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、それぞれの所定のクランク角度ごとにＥＣＵ２５に出力する。ＥＣＵ２５は、このＣＲＫ信号に基づいてエンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＥＣＵ２５には、吸気管１ａに設けられた吸気圧センサ２６から、吸気管１ａ内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを表す検出信号が、吸気温センサ２７から吸気管１ａ内の吸気温ＴＡを表す検出信号が、それぞれ出力される。さらに、ＥＣＵ２５には、吸着材１６が劣化していると判定されたときに点灯する警告ランプ２９が接続されている。
【００２７】
ＥＣＵ２５は、本実施形態において故障検知手段を構成するものである。ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。上述した各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００２８】
ＣＰＵは、各種センサで検出されたエンジンパラメータ信号に基づき、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン１の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じて、切替バルブ１５の開閉制御や排気通路切替装置８の故障検知などを含む炭化水素吸着装置７の制御処理を実行する。
【００２９】
以下、図４〜図９を参照しながら、この炭化水素吸着装置７の制御処理について説明する。図４はそのメインフローを示しており、この処理は、所定の時間間隔（例えば１００ｍｓ）ごとに実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、切替バルブ１５の開閉制御の実行許可フラグＦ＿ＴＲＳＲＵＮが「１」であるか否かを判別する。この実行許可フラグＦ＿ＴＲＳＲＵＮは、エンジン１の始動時のエンジン水温ＴＷが所定の範囲にあるか否かなどに基づいて、炭化水素の吸着制御の実行条件が成立していると判定されたときに「１」にセットされるものである。この答がＮＯで、切替バルブ１５の開閉制御の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する。
【００３０】
ステップ１の答がＹＥＳのときには、切替バルブ１５の開閉制御処理を実行する（ステップ２）。詳細な説明は省略するが、この切替制御処理では、三元触媒５、５が未活性状態にあるエンジン１の冷間始動時において、排気通路切替装置８のソレノイド弁３５をＯＮすることで、切替バルブ１５によって排気通路をバイパス通路１４側に切り替える。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、バイパス通路１４に導かれ、炭化水素が吸着材１６に吸着された後、大気中に排出される。その後、三元触媒５、５が活性化したと判定されたときに、ソレノイド弁３５をＯＦＦすることで、切替バルブ１５によって排気通路をメイン通路１３側に切り替える。これにより、排気ガスは、メイン通路１３に導かれ、大気中に排出される。また、ＥＧＲ制御弁４６を開弁し、ＥＧＲを作動させることによって、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、バイパス通路１４およびＥＧＲ管４５を介して、吸気管１ａに再循環される。吸着材１６から脱離した炭化水素は、このＥＧＲガスによって吸気管１ａに送られ、エンジン１で燃焼される。
【００３１】
次いで、炭化水素の脱離検知処理を実行する（ステップ３）。この脱離検知処理は、吸着材１６からの炭化水素の脱離が完全に行われたか否かを検知するものである。詳細な説明は省略するが、この脱離検知は、例えば、下流側湿度センサ２２の温度検出値ＴＨＵＭＲが吸着材１６の脱離温度（例えば２２０℃）に達したか否か、あるいはＥＧＲ量が所定量に達したか否かに基づいて行われる。
【００３２】
次に、排気通路切替装置８のアクチュエータ１９の故障検知処理を実行する（ステップ４）。図５はそのサブルーチンを示している。まず、そのステップ１０では、図４のステップ２の処理において、切替バルブ１５をバイパス通路１４側へ駆動するためにソレノイド弁３５への駆動信号の出力を指示するソレノイド弁駆動フラグＦ＿ＳＯＬＯＮが「１」に設定されているか否か、すなわちソレノイド弁３５がＯＮ（通電）状態であるか否かを判別する。この答がＮＯで、ソレノイド弁３５がＯＦＦ状態のときには、そのまま本サブルーチンを終了する。ステップ１０の答がＹＥＳのときには、ステップ１１に進み、Ｆ＿ＳＯＬＯＮ＝１が成立した後の経過時間を計時するタイマｔｍ＿ａｓｔの値が、所定時間＃ＴＭ０（例えば３秒）以上であるか否かを判別する。この答がＮＯで、Ｆ＿ＳＯＬＯＮ＝１の成立後、所定時間＃ＴＭ０が経過していないときには、そのまま本サブルーチンを終了する。これは、ソレノイド弁３５への通電開始から、リンク機構２０にアクチュエータ１９の駆動力が確実に伝達されるのに要する時間を考慮したものである。
【００３３】
ステップ１１の答がＹＥＳのときには、変位センサ２８で検出されたアクチュエータ１９の変位ＳＴＫＡＣＴが、そのフルストローク（切替バルブ１５の全開角度）にほぼ相当する所定値＃ＳＴＫ０以上であるか否かを判別する（ステップ１２）。この答がＹＥＳで、ＳＴＫＡＣＴ≧＃ＳＴＫ０のときには、アクチュエータ１９が正常に作動しているとして、アクチュエータ故障フラグＦ＿ＡＣＴＮＧを「０」にセットする（ステップ１３）。一方、ステップ１２の答がＮＯで、ＳＴＫＡＣＴ＜＃ＳＴＫ０のときには、駆動ロッド３３が正常に作動しておらず、アクチュエータ１９が故障しているとして、そのことを表すために、アクチュエータ故障フラグＦ＿ＡＣＴＮＧを「１」にセットし（ステップ１４）、本サブルーチンを終了する。以上のように、アクチュエータ１９の変位ＳＴＫＡＣＴに応じて、アクチュエータ１９の故障を検知でき、それを原因とする排気通路切替装置８の故障を直接的に検知することができる。
【００３４】
図４に戻り、前記ステップ４に続くステップ５では、アクチュエータ故障フラグＦ＿ＡＣＴＮＧが「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、上記の故障検知処理においてアクチュエータ１９の故障が検知されているときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ５の答がＮＯで、アクチュエータ１９の故障が検知されていないときには、排気通路切替装置８のリンク機構２０の故障検知処理を実行する（ステップ６）。この故障検知処理は、リンクピン４２からの駆動ロッド３３の外れなどを含むリンク機構２０の故障を検知するものであり、後述するように、リンク機構２０の故障が検知されたときには、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧが「１」にセットされる。
【００３５】
次いで、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧが「１」であるか否かを判別する（ステップ７）。この答がＮＯで、アクチュエータ１９およびリンク機構２０の故障が検知されていないときには、吸着材１６の劣化判定処理を実行し（ステップ８）、本処理を終了する。詳細な説明は省略するが、この劣化判定処理では、炭化水素の吸着制御中に上流側および下流側湿度センサ２１、２２で検出された上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの変化状態に基づき、下流側検出値ＶＨＵＭＲの高湿度側への変化タイミングが早いときに、吸着材１６の水分および炭化水素の吸着能力が低下しているとして、吸着材１６が劣化していると判定される。一方、ステップ７の答がＹＥＳで、リンク機構２０の故障が検知されているときには、切替バルブ１５が適切に開閉できないことで、吸着材１６の劣化判定を適正に行えないおそれがあるため、ステップ８をスキップし、本処理を終了する。
【００３６】
次に、図４のステップ６で実行されるリンク機構２０の故障検知処理を、図６〜図９を参照して説明する。図６は、この故障検知を実行するか否かを判定するとともに、故障検知用の各種パラメータを初期化する処理を示している。この処理は、エンジン１の始動直後に１回のみ実行される。
【００３７】
本処理ではまず、ステップ２１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン水温ＴＷが所定の下限値ＴＷＴＲＳＬ（例えば０℃）以上でかつ上限値ＴＷＴＲＳＨ（例えば４０℃）以下であるか否かを判別する。この答がＮＯで、始動時のエンジン水温ＴＷが、上下限値ＴＷＴＲＳＬ／Ｈで規定される所定の温度範囲から外れているときには、吸着材１６の劣化判定およびリンク機構２０の故障検知（以下、それぞれ単に「劣化判定」「故障検知」という）の実行条件が成立していないとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳおよび故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫをそれぞれ「０」にセットし（ステップ２２、２３）、本処理を終了する。
【００３８】
前記ステップ２１の答がＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが所定の温度範囲にあるときには、前回のエンジン運転時における脱離検知処理の結果に基づき、前回運転時に吸着材１６から炭化水素が完全に脱離されたか否かを判別する（ステップ２４）。この答がＮＯで、前回運転時に炭化水素の脱離が完全に行われていないときには、吸着材１６に炭化水素が残留しているために、劣化判定および故障検知を適正に行えないおそれがあるとして、前記ステップ２２および２３に進み、これらの実行を禁止する。
【００３９】
上記ステップ２４の答がＹＥＳのときには、エンジン１が完全ソーク状態であるか否か、すなわちエンジン１の前回の停止時から今回の始動時までの停止時間（ソーク時間）が十分に長いか否かを判別する（ステップ２５）。この判別は、例えば、始動時のエンジン水温ＴＷと吸気温ＴＡとの差ＴＷ−ＴＡが、所定温度（例えば５度）以内であるか否かに基づいて行われる。このステップ２５の答がＮＯで、エンジン１が完全ソーク状態でないときには、吸着材１６の温度が十分に低下していないために、やはり劣化判定および故障検知を適正に行えないおそれがあるとして、前記ステップ２２および２３を実行する。
【００４０】
一方、前記ステップ２５の答がＹＥＳのときには、劣化判定および故障検知の実行条件が成立しているとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳおよび故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫをそれぞれ「１」にセットする（ステップ２６、２７）。
【００４１】
次いで、ステップ２８〜３１において、故障検知用のパラメータを初期化する。まず、今回時に上流側および下流側湿度センサ２１、２２で検出された上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲを、エンジン１の始動時における初期値ＶＨＵＭＦ＿ＩＮＩ、ＶＨＵＭＲ＿ＩＮＩとしてそれぞれ設定する（ステップ２８、２９）。次に、上流側検出値ＶＨＵＭＦが高湿度側に変化した（立ち上がった）ことを「１」で表す上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「０」にリセットする（ステップ３０）。同様に、下流側検出値ＶＨＵＭＦに関する下流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＲ＿ＷＥＴを「０」にリセットし（ステップ３１）、本処理を終了する。
【００４２】
図７は、リンク機構２０の故障検知処理を示している。まず、故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫが「１」であるか否かを判別し（ステップ４１）、その答がＮＯで、故障検知の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する。
【００４３】
ステップ４１の答がＹＥＳで、故障検知の実行条件が成立しているときには、上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲが高湿度側に立ち上がったか否かを判定する（ステップ４２）。図８はそのサブルーチンを示している。まず、今回の上流側検出値ＶＨＵＭＦが、図６のステップ２８で設定された初期値ＶＨＵＭＦ＿ＩＮＩと所定の立上がり判定用偏差Ｄ＿ＶＨＵＭＦとの差（＝ＶＨＵＭＦ＿ＩＮＩ−Ｄ＿ＶＨＵＭＦ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ５１）。この答がＮＯのときには、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「０」に維持する（ステップ５２）。一方、上記ステップ５１の答がＹＥＳで、ＶＨＵＭＦ＜（ＶＨＵＭＦ＿ＩＮＩ−Ｄ＿ＶＨＵＭＦ）が成立したときには、上流側検出値ＶＨＵＭＦが高湿度側に立ち上がったとして、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴを「１」にセットする（ステップ５３）。
【００４４】
同様に、ステップ５４では、今回の下流側検出値ＶＨＵＭＲが、図６のステップ２９で設定された初期値ＶＨＵＭＲ＿ＩＮＩと所定の立上がり判定用偏差Ｄ＿ＶＨＵＭＲとの差よりも小さいか否かを判別する。そして、下流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＲ＿ＷＥＴを、ステップ５４の答がＮＯのときには「０」に維持する（ステップ５５）一方、その答がＹＥＳのときには、下流側検出値ＶＨＵＭＲが高湿度側に立ち上がったとして「１」にセットし（ステップ５６）、本サブルーチンを終了する。
【００４５】
図７に戻り、前記ステップ４２に続くステップ４３では、下流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＲ＿ＷＥＴが「１」であるか否かを判定し、その答がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。ステップ４３の答がＹＥＳのときには、上流側立上がりフラグＦ＿ＨＵＭＦ＿ＷＥＴが「１」であるか否かを判定する（ステップ４４）。
【００４６】
この判定は、以下の趣旨に基づくものである。すなわち、例えば図９に示すように、エンジン１が始動され（時刻ｔ１）、炭化水素の吸着制御のためにソレノイド弁３５がＯＮされると、排気通路切替装置８が正常な場合には、切替バルブ１５がバイパス通路１４側に切り替えられ（図２の２点鎖線位置）、排気ガスがバイパス通路１４に流れることで、切替バルブ１５のすぐ下流側に位置する上流側湿度センサ２１の上流側検出値ＶＨＵＭＦが、まず高湿度側に立ち上がる（時刻ｔ２）。その後、吸着材１６への水分の吸着が進み、飽和した吸着材１６で吸着できなくなった水分が下流側に流れるようになることで、下流側検出値ＶＨＵＭＲが高湿度側に立ち上がる（時刻ｔ３）。このように、排気通路切替装置８が正常な場合には、高湿度側への立上がりは、上流側検出値ＶＨＵＭＦ→下流側検出値ＶＨＵＭＲの順序で発生する。
【００４７】
一方、ソレノイド１９またはリンク機構２０の故障により、ソレノイド弁３５がＯＮされても、バイパス通路１４側への切替バルブ１５の切替が不能になる（図２の実線位置）ような排気通路切替装置８の故障が発生した場合には、排気ガスはメイン通路１３側にのみ流れ、下流側湿度センサ２２に達することで、図９に破線で示すように、上流側検出値ＶＨＵＭＦが立ち上がらない状態で、下流側検出値ＶＨＵＭＲが高湿度側に先に立ち上がるようになる。以上から、炭化水素の吸着制御中において、上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの高湿度側への立上がりの順序を監視することによって、上記のような排気通路切替装置８の故障を検知できる。
【００４８】
したがって、前記ステップ４４の答がＹＥＳのとき、すなわち下流側検出値ＶＨＵＭＲが立ち上がった時に上流側検出値ＶＨＵＭＦがすでに立ち上がっているときには、リンク機構２０が正常であると判定して、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧを「０」にセットする（ステップ４５）。次いで、リンク機構２０の故障検知が終了したことを受けて、故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫを「０」にセットし（ステップ４６）、本処理を終了する。
【００４９】
一方、前記ステップ４４の答がＮＯのとき、すなわち下流側検出値ＶＨＵＭＲがすでに立ち上がっているにもかかわらず、上流側検出値ＶＨＵＭＦがまだ立ち上がっていないときには、排気通路切替装置８が故障していることを示す。また、前述したように、このステップ４４を含むリンク機構２０の故障検知処理は、図４のステップ４の故障検知処理でアクチュエータ１９の故障が検知されていないときにのみ実行されるので、この場合の排気通路切替装置８の故障は、リンク機構２０の故障によるものと判定し、そのことを表すために、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧを「１」にセットする（ステップ４７）。次いで、前記ステップ４６を実行し、本処理を終了する。
【００５０】
以上のように、本実施形態によれば、排気通路切替装置８の駆動源であるアクチュエータ１９の変位ＳＴＫＡＣＴを、所定値＃ＳＴＫ０と比較することによって、アクチュエータ１９の故障を原因とする排気通路切替装置８の故障を直接的に且つ的確に検知することができる。また、炭化水素の吸着制御中に、上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲの高湿度側への立上がりの順序を監視することによって、排気通路切替装置８の故障を、アクチュエータ１９が故障している場合だけでなく、リンク機構２０が故障している場合も含めて、検知することができる。また、その場合、アクチュエータ１９の故障が検知されていないときには、故障個所がリンク機構２０であると特定することができる。以上により、吸着材１６に排気ガスが流れなくなることにより炭化水素の吸着動作ひいては排気ガス特性へ悪影響を及ぼすような排気通路切替装置８の故障を、適切に検知することができる。さらに、前述したように、上流側および下流側湿度センサ２１、２２は、吸着材１６の劣化判定のためにもともと設けられているものであるので、既存のセンサを利用しながら、上記の効果を得ることができる。
【００５１】
図１０および図１１は、第２実施形態によるリンク機構２０の故障検知処理を示し、図１２はその動作例を示している。これらの処理は、図４のステップ４において、前述した実施形態の故障検知処理に代えて実行される。また、前述の実施形態では、バイパス通路１４を流れる排気ガスの状態を表すパラメータとして、上流側および下流側湿度センサ２１、２２で検出された上流側および下流側検出値ＶＨＵＭＦ、ＶＨＵＭＲを用いているのに対し、本実施形態の故障検知処理は、これらのパラメータに代えて、上流側湿度センサ２１で検出された温度検出値（以下「上流側温度検出値」という）ＴＨＵＭＦを用いたものである。
【００５２】
図１０は、図６と同様の故障検知の実行判定および初期化のための処理を示しており、この処理もまた、エンジン１の始動直後に１回のみ実行される。本処理では、図６のステップ２１〜２７とまったく同様のステップ６１〜６７を実行する。すなわち、始動時のエンジン水温ＴＷが、上下限値ＴＷＴＲＳＬ／Ｈで規定される温度範囲内にあり、前回運転時に炭化水素の脱離が完全に行われ、かつエンジン１が完全ソーク状態である場合に、劣化判定および故障検知の実行条件が成立しているとして、劣化判定許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＴＲＳおよび故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫを「１」にセットする一方、他の場合には、両フラグを「０」にセットする。また、実行条件の成立時には、今回時に検出された上流側温度検出値ＴＨＵＭＦに、所定の偏差＃ＤＴＬＩＮＫＦ（例えば５０度）を加算した値を、故障判定しきい値ＴＬＩＮＫＦとして設定し（ステップ６８）、本処理を終了する。
【００５３】
図１１は、リンク機構２０の故障検知処理を示している。本処理ではまず、故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫが「１」であるか否かを判別し（ステップ７１）、その答がＮＯで、故障検知の実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了する。ステップ７１の答がＹＥＳのときには、アクチュエータ１９の変位ＳＴＫＡＣＴが前記所定値＃ＳＴＫ０以上であるか否かを判別する（ステップ７２）。この答がＮＯで、アクチュエータ１９がフルストロークに達していないときには、本処理を終了する。
【００５４】
一方、上記ステップ７２の答がＹＥＳのときには（図１２の時刻ｔ２）、ダウンカウント式のディレイタイマＴＭＧの値が０であるか否かを判別する（ステップ７３）。この答がＹＥＳのとき、すなわち今回のループがアクチュエータ１９がフルストロークに達した直後に相当するときには、ディレイタイマＴＭＧに所定値＃ＴＭＧＡＳＤ（例えば５秒相当）をセットする（ステップ７４）。このステップ７４の実行後には、前記ステップ７３の答がＮＯになるので、その場合には、ディレイタイマＴＭＧをデクリメントする（ステップ７５）。次いで、ディレイタイマＴＭＧの値が０であるか否かを再び判別し（ステップ７６）、その答がＮＯのときには、本処理を終了する。
【００５５】
一方、上記ステップ７６の答がＹＥＳのとき、すなわちアクチュエータ１９がフルストロークに達した後に所定時間が経過したときには（時刻ｔ３）、今回時の上流側温度検出値ＴＨＵＭＦが、図１０のステップ６８で設定した故障判定しきい値ＴＬＩＮＫＦよりも大きいか否かを判別する（ステップ７７）。この答がＹＥＳで、ＴＨＵＭＦ＞ＴＬＩＮＫＦのときには、バイパス通路１４内の上流側湿度センサ２１付近の温度が排気ガスの熱によって十分に上昇しており（図１２の実線）、切替バルブ１５がバイパス通路１４側に適正に切り替えられているとして、リンク機構２０が正常であると判定し、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧを「０」にセットする（ステップ７８）。次いで、リンク機構２０の故障検知の終了に伴い、故障検知許可フラグＦ＿ＭＣＮＤＬＩＮＫを「０」にセットし（ステップ７９）、本処理を終了する。
【００５６】
一方、前記ステップ７７の答がＮＯで、ＴＨＵＭＦ≦ＴＬＩＮＫＦのときには、アクチュエータ１９がフルストロークに達した後に所定時間が経過したにもかかわらず、バイパス通路１４内の上流側湿度センサ２１付近の温度が十分に上昇しておらず（図１２の破線）、切替バルブ１５がバイパス通路１４側に適正に切り替えられていないとして、リンク機構２０が故障していると判定し、リンク機構故障フラグＦ＿ＬＩＮＫＮＧを「１」にセットする（ステップ８０）。次いで、前記ステップ７９を実行し、本処理を終了する。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、バイパス通路１４を流れる排気ガスの状態を表すパラメータとして、上流側湿度センサ２１で検出された上流側温度検出値ＴＨＵＭＦを用いることによって、前述した実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、排気通路切替装置８の故障を、アクチュエータ１９が故障している場合だけでなく、リンク機構２０が故障している場合も含めて、検知できるとともに、故障個所をアクチュエータ１９とリンク機構２０に区別して特定することができるなどの効果が得られる。
【００５８】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態の排気通路切替装置は、排気通路をメイン通路と吸着材を配置したバイパス通路とに切り替えるためのものであるが、本発明は、他の用途の任意の排気通路切替装置に適用できる。例えば、メイン通路に配置した三元触媒が高回転高負荷運転状態において過熱するのを防止するために排気通路をバイパス通路に切り替えるものや、互いに異なる通路長さを有する２つの排気通路を運転状態に応じて切り替えるものなどに、本発明を適用することが可能である。また、実施形態では、アクチュエータの作動状態を表すパラメータとして、その駆動ロッドの変位を用いているが、これに代えて、負圧室や負圧通路の圧力などを採用してもよい。
【００５９】
さらに、実施形態では、温度検出手段として、上流側および下流側湿度センサ２１、２２に一体に設けた温度検出部を用いているが、これに代えて、温度センサを別個に設けてもよい。また、実施形態では、排気ガスの状態を表すパラメータとして、排気ガスの湿度や温度を用いているが、他の適当なパラメータを採用してもよいことはもちろんである。実施形態では、その他、細部の構成を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気通路切替装置の故障検知装置は、アクチュエータによる故障だけでなく、アクチュエータと切替バルブを連結するリンク機構による故障をも検知できるとともに、故障個所をアクチュエータとリンク機構に区別して特定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による排気通路切替装置の故障検知装置を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【図３】排気通路切替装置を部分的に破断して示す図である。
【図４】炭化水素吸着装置の制御処理のメインフローである。
【図５】アクチュエータの故障検知処理を示すフローチャートである。
【図６】リンク機構の故障検知の実行判定および初期化処理を示すフローチャートである。
【図７】リンク機構の故障検知処理を示すフローチャートである。
【図８】吸着材の上流側および下流側の湿度立上がりを検出する処理を示すフローチャートである。
【図９】図７の故障検知処理による動作例を示すタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態によるリンク機構の故障検知の実行判定および初期化処理を示すフローチャートである。
【図１１】リンク機構の故障検知処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の故障検知処理による動作例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　排気系
８　排気通路切替装置
１３　メイン通路（第１通路）
１４　バイパス通路（第２通路）
１５　切替バルブ
１６　炭化水素吸着材（排気ガス低減手段）
１９　アクチュエータ
２０　リンク機構
２１　上流側湿度センサ（排気ガス状態検出手段）
２２　下流側湿度センサ（排気ガス状態検出手段）
２５　ＥＣＵ（故障検知手段）
２８　変位センサ（アクチュエータ作動状態検出手段）
ＶＨＵＭＦ　上流側検出値（排気ガスの状態）
ＶＨＵＭＲ　下流側検出値（排気ガスの状態）
ＴＨＵＭＦ　上流側温度検出値（排気ガスの状態）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気系に設けられ、アクチュエータによりリンク機構を介して切替バルブを駆動することによって、前記排気系の排気通路を第１通路と第２通路に切り替える排気通路切替装置の故障検知装置であって、
   前記アクチュエータの作動状態を検出するアクチュエータ作動状態検出手段と、
   前記第１および第２通路の少なくとも一方を流れる排気ガスの状態を検出する排気ガス状態検出手段と、
   前記検出されたアクチュエータの作動状態および排気ガスの状態に応じて、当該排気通路切替装置の故障を検知する故障検知手段と、
   を備えていることを特徴とする排気通路切替装置の故障検知装置。
2. 前記第１および第２通路の一方に、排気ガス中の有害成分を低減するための排気ガス低減手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の排気通路切替装置の故障検知装置。
3. 前記アクチュエータ作動状態検出手段は、当該アクチュエータの変位を検出する変位センサであることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気通路切替装置の故障検知装置。

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