JP2004308491A

JP2004308491A - ２次空気供給装置の故障診断装置

Info

Publication number: JP2004308491A
Application number: JP2003100625A
Authority: JP
Inventors: Shigemasa Hirooka; 重正広岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】圧力サージングや圧力ノイズに起因する圧力脈動による誤判定を抑制することが可能な２次空気供給装置の故障診断装置を提供する。
【解決手段】圧力脈動の周期に基づいて、例えば、この圧力脈動が排気脈動に基づく脈動だと仮定した場合の推定エンジン回転数を求め、これと実際のエンジン回転数とを比較して、それが略一致しない場合には、この圧力脈動は排気脈動によるものでないと判定して圧力脈動の判定に用いる積算値をクリアすることで、排気脈動ありと誤判定することにより、構成部品の故障の誤判定を防止する。
【選択図】図１０

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配置される排気浄化装置の上流側に２次空気を供給する２次空気供給装置に関し、特に、その構成部品の異常検出が可能な２次空気供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気浄化装置として、排気系に三元触媒を配置し、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分を低減して浄化を図る装置が知られている。さらに、排気管に接続された開閉弁を有する２次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することで、排気管内に２次空気を供給して酸素濃度を高くして、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させることにより排気ガスの浄化を促進する技術が知られている。
【０００３】
このような２次空気供給装置において、エアポンプや開閉弁といった構成部品に異常が生じると、排気ガスの浄化効率が低下してしまい、エミッションが悪化するため、その異常を早期に判定する必要がある。そこで、この種の異常を検出する技術として、特許文献１に開示されている技術が知られている。
【０００４】
この技術は、２次空気供給装置の作動制御時と非作動制御時における２次空気供給通路内の圧力挙動をそれぞれ検出し、圧力と圧力脈動の組み合わせに応じて故障個所の診断を行うものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００３−８３０４８号公報（段落００１９〜００５８、図１〜図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術の判定ロジックは、開閉手段が閉止されている場合には、圧力脈動は発生しないことを前提としているが、エアポンプの構造によっては、開閉手段が閉止されている場合に、エアポンプが作動すると、圧力サージングを発生させて、圧力脈動を生じさせる場合がある。また、圧力センサ自体の出力ノイズを圧力脈動と誤判定してしまう可能性もある。このような場合には、上記技術では、圧力脈動ありとして開閉手段が正常であるにもかかわらず、開異常と誤判定してしまう可能性がある。
【０００７】
そこで本発明は、このような圧力サージングや圧力ノイズに起因する圧力脈動による誤判定を抑制することが可能な２次空気供給装置の故障診断装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る２次空気供給装置の故障診断装置は、内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に２次空気を供給するための２次空気供給通路と、この２次空気供給通路の上流側に配置されるエアポンプと、このエアポンプより下流側の２次空気供給通路上に配置される圧力センサと、を備える２次空気供給装置の構成部品の異常状態を、エアポンプの作動時と非作動時における圧力センサの出力に基づいて異常検出部により検出するものであって、圧力センサで得られた圧力値の脈動の周期を基にして該脈動が排気脈動によるものか否かを判定する脈動判定部をさらに備えている。
【０００９】
排気脈動の周期は、機関回転数と、気筒配置に依存して変化する。これに対して、センサのノイズや、ポンプの圧力サージングによる圧力変動は、これと異なる周期を有する。したがって、圧力脈動の周期を調べることで、それが排気脈動によるものか否かを判定することが可能である。
【００１０】
２次空気供給装置は、圧力センサより下流側に２次空気供給通路の連通・遮断状態を切り替える開閉手段を備えており、脈動判定部は、開閉手段を閉制御している場合に、圧力値の脈動が排気脈動によるものか否かの判定を行うことが好ましい。
【００１１】
圧力センサより下流側に開閉手段が設けられている場合、この開閉手段を閉じている場合には、本来、排気脈動は圧力センサ側へと伝播しない。しかしながら、開閉手段が開故障をしている場合には、排気脈動が伝播する可能性がある。また、正常に閉弁している場合に、エアポンプが停止せず作動し続ける故障をしている場合には、サージングによる圧力変動が発生する可能性がある。したがって、開閉手段を閉制御している場合に、圧力変動を検出した場合、これが排気脈動か否かを判定することにより、エアポンプの故障か開閉手段の故障かを判別することができる。
【００１２】
圧力変動測定を所定範囲の機関回転数で行えば、排気脈動の周期は一定の範囲に限られるため、圧力変動の周期から排気脈動であるか否かは判定可能である。脈動判定部が、内燃機関の回転数情報を受信し、受信した情報による回転数と圧力値の脈動周期との比較により、圧力値の脈動が排気脈動によるものか否かを判定すれば、広い範囲の回転数に対応することができ、より正確な排気脈動とそれ以外の理由による脈動とを判別することができ、好ましい。
【００１３】
異常検出部は、２次空気供給装置の２次空気供給制御時および供給停止制御時の圧力挙動パターンに基づいて各構成部品の故障状態を検出することが好ましい。これにより、各構成部品の故障状態を正確に判別することができる。
【００１４】
異常検出部は、圧力脈動の積算値を求める積算手段を備え、脈動判定部によって圧力脈動が排気脈動によるものと判定された場合にのみ、この積算値を利用して圧力挙動パターンを判定することが好ましい。排気脈動の有無を判定するには、圧力脈動の積算値から求める手法が好ましいが、圧力脈動が排気脈動でない場合には、積算値を要せず、排気脈動なしと判定しうる。これにより、正確な判定を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明に係る２次空気供給装置の故障診断装置を含む２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。この２次空気供給装置１は、内燃機関である多気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンと呼ぶ。）２に取り付けられるものである。このエンジン２は、４サイクルエンジンである。ここで、エンジン２には吸気管２０と排気管２１とが取り付けられており、吸気管２０には、スロットル２４が配置され、吸気フィルタ２５に接続されている。吸気フィルタ２５とスロットル２４の間には、空気量（一次空気量）を測定するためのエアフローメータ２６が配置されている。一方、排気管２１下流には、３元触媒からなる排気浄化装置２２が配置されており、排気浄化装置の上流と下流の双方に排気中の酸素濃度を検知するためのＯ_２センサ３１、３２が配置されている。なお、Ｏ_２センサに代えて、Ａ／Ｆセンサ、リニアＯ_２センサを用いてもよい。また、エンジン２には、その回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２７が取り付けられ、その出力は、エンジンＥＣＵ２３に入力されている。
【００１７】
２次空気供給装置１は、吸気管２０の吸気フィルタ２５とスロットル２４との間の位置と排気管２１のエンジン２と上流側Ｏ_２センサ３１との間を接続する２次空気供給通路１１を備えており、この２次空気供給通路１１上に吸気管２０側から電気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）１２、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）１３、逆止弁であるリード弁（ＲＶ）１４が配置される。そして、ＡＰ１２とＡＳＶ１３との間に圧力センサ１５が配置されている。このＡＳＶ１３には、吸気管２０のスロットル２４下流から延びる配管１６が接続されており、この配管１６上には三方弁１７が配置されている。三方弁１７の他のポートは、配管１８、フィルタ１９を介して外気へと接続されている。
【００１８】
２次空気供給装置１の動作を制御する制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等で構成されており、エンジンを制御するエンジンＥＣＵ２３と相互に情報をやりとりできるよう接続されているほか、圧力センサ１５、Ｏ_２センサ３１、３２の出力信号が入力されるとともに、ＡＰ１２のモータ駆動と三方弁１７の開閉を制御する。なお、制御装置１０は、エンジンＥＣＵ２３の一部をなしていてもよい。この制御装置１０は、本発明に係る故障診断装置を含んでいる。なお、故障診断部を制御装置１０から独立させることも可能であり、また、別のシステム、例えば、車両の故障診断装置に組み込んでもよい。
【００１９】
この２次空気供給装置１は、所定の条件を満たしたときに、２次空気供給制御（以下、ＡＩ制御と称する。）を実行する。この所定の条件とは、例えば、冷間始動時等の燃料濃度が高く、空燃比（Ａ／Ｆ）が小さく、かつ、排気浄化装置２２が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態が挙げられる。このような条件を満たしたときには、制御装置１０は三方弁１７を制御して、配管１６を吸気管２０へと連通させることにより、吸気管２０内の負圧をＡＳＶ１３に導いて、ＡＳＶ１３を開制御するとともに、ＡＰ１２を駆動させる。これにより、エアフィルタ２５を通過した空気の一部が２次空気供給通路１１を介して排気管２１内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、そのＡ／Ｆが上がり、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２１における２次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化装置２２の３元触媒の昇温が促進されてエミッションの悪化が抑制される。なお、ＡＳＶ１３と三方弁１７の組み合わせに代えて、ＡＳＶ１３部分に直接、電磁弁を使用することもできる。
【００２０】
本発明に係る２次空気供給装置の故障診断装置は、構成部品すなわち、ＡＰ１２、ＡＳＶ１３、ＲＶ１４等の異常を検出するものである。具体的には、制御装置１０が、２次空気供給通路１１上に配置される圧力センサ１５で検出される圧力挙動に基づいて構成部品の故障検出を行う。
【００２１】
まず、検出原理を簡単に説明する。図２は、図１における圧力センサ部分における圧力挙動として考えられるパターンを模式的に示したグラフである。ここでは、ＲＶ１４は正常に機能しているものとする。表１にＡＰ１２とＡＳＶ１３の作動状態の組み合わせに対する圧力変動パターンをまとめて示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１から圧力挙動パターンから逆にＡＰ１２、ＡＳＶ１３の作動状況を推定することができることが分かる。
【００２４】
続いて、図３〜図９を参照して、実際の故障検出ルーチンを説明する。図３はこのルーチンのメインフロー図であり、図４は、この故障検出ルーチンで用いられる圧力のなまし値Ｐｓｍと圧力脈動の積算値ΔＰｓｕｍの計算方法を説明する図であり、図５、図７〜図９は、図３の処理のサブルーチンを詳細に示すフローチャートであり、図６は、図５の処理において圧力脈動周期の求め方を説明する図である。図３に示される処理は、この内燃機関を搭載した車両のイグニッションスイッチがオンにされてから、オフにされるまでの間、制御装置１０によって、所定のタイミングで定期的に実行される。図５、図７〜図９の処理は、図３のメイン処理からそれぞれ一度ずつ呼び出される。
【００２５】
なお、後述する各フラグＦ１１、Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ２３、Ｆ２４、Ｘｓｔｅｐ１、Ｘｓｔｅｐ２は、起動時に初期値０に設定される。
【００２６】
まず、圧力なまし値Ｐｓｍが読み込まれる（ステップＳ２）。この圧力なまし値Ｐｓｍは、今回のタイムステップで検出した圧力値をＰｓ、前回のタイムステップにおける圧力なまし値の計算結果をＰｓｍ＿ｏｌｄとするとき、Ｐｓｍ＝｛（ｎ−１）×Ｐｓｍ＿ｏｌｄ＋Ｐｓ｝／ｎで表せる。図４は、こうして求められるＰｓｍとＰｓの時間変化を合わせて示している。ここで、圧力変動の周期の長さＴに対して、タイムステップΔｔが十分に短く（例えば、４×Δｔ≦Ｔ）、かつ、なまし値を求める際の係数ｎが十分に大きい（例えば、ｎ×Δｔ≧２×Ｔ）ときには、Ｐｓｍはサンプリング期間（ｎ×Δｔ）内における圧力値Ｐｓの平均値に近似した値となる。なお、処理開始後のタイムステップ数がｎに満たない場合には、ｎの代わりにタイムステップ数を用いればよい。このようになまし値を用いて計算を行うことで、過去のタイムステップにおける圧力値を記憶しておく必要がなく、必要なメモリ量を軽減することができるともに、計算が簡略化され、制御装置１０内の計算機資源を有効に活用することができる。
【００２７】
次に、圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍを読み込む（ステップＳ４）。この圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍは、前回のタイムステップにおける圧力脈動積算値をΔＰｓｕｍ＿ｏｌｄとするとき、ΔＰｓｕｍ＝（ｎ−１）／ｎ×ΔＰｓｕｍ＿ｏｌｄ＋｜Ｐｓ−Ｐｓｍ｜で表せる。これは、圧力値Ｐｓと平均値（正確には、圧力なまし値Ｐｓｍ）との差分の絶対値をｎ回分のタイムステップについて積算した値（正確には、そのなまし値。）である。ｎ回分のタイムステップの積算値を正確に求めるためには、ｎ回分の各差分値を記憶しておく必要があるが、このようになまし値を用いることで、上述の圧力なまし値の計算の場合と同様に、過去のｎ回分のタイムステップにおける計算結果を記憶しておく必要がなく、必要なメモリ量を軽減することができるともに、計算が簡略化され、制御装置１０内の計算機資源を有効に活用することができる。
【００２８】
なお、計算機資源に余裕がある場合には、ｎ回分のタイムステップの値を格納しておいて、平均値や積算値を正確に計算することも可能である。また、本実施形態では、圧力脈動の判定に圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍを用いているが、Ｐｓを時間ｔ−圧力ｐの座標軸にプロットした際のプロットされた線の軌跡の長さＬｐｓの所定区間内の積算値を用いてもよい（実際の計算ではなまし値を用いてもよい。）。このＬｐｓは、１タイムステップについては、√（Δｔ^２＋（Ｐｓ−Ｐｓ＿ｏｌｄ）^２）で表せる（Ｐｓ＿ｏｌｄは圧力Ｐｓの前回値である）。もちろん、圧力脈動を所定期間内における実際の圧力の振幅値（最大圧力値と最小圧力値の差）により求めてもよい。
【００２９】
次に、圧力脈動の周期を判定する。（ステップＳ６）。図５にこの圧力脈動周期判定処理の処理フローを示す。図６は、この圧力脈動周期の求め方を説明する図である。まず、回転数センサ２７の出力を基にエンジンＥＣＵ２３が求めた回転数なまし値Ｎｅｓｍを読み込む。回転数センサ２７の出力Ｎｅからのなまし値の求め方は、圧力センサ１５の出力Ｐからの圧力なまし値Ｐｓｍの場合と同様である。
【００３０】
次に、時刻カウンタｔｘの値をタイムステップΔｔだけ増分してカウントアップする（ステップＳ５４）。そして、圧力値の前回値Ｐｏｌｄと今回の圧力なまし値Ｐｓｍの差分が０以下か正かを判定する（ステップＳ５６）。判定結果が０以下、つまり、ＰｓｍがＰｏｌｄ以上の場合にはステップＳ５８へと移行して今回の圧力値Ｐと圧力なまし値Ｐｓｍとの差分が正であるか否かを判定する。一方、判定結果が正、つまり、ＰｓｍがＰｏｌｄ未満の場合にはステップＳ６０へと移行して今回の圧力値Ｐと圧力なまし値Ｐｓｍとの差分が０以下であるか否かを判定する。
【００３１】
ステップＳ５８で、判定結果が正、つまり、ＰがＰｓｍより大きい場合と、ステップＳ６０で、判定結果が０以下、つまり、ＰがＰｓｍ以下の場合には、ステップＳ６２へと移行し、圧力交差カウンタＣＰｃｌｏｓｓの値を１増加させる。このＣＰｃｌｏｓｓは、図６（ａ）に示されるように、横軸に時間軸、縦軸にＰをとってプロットした場合に、Ｐの時間変化曲線がＰｓｍと交差する、つまり、ＰがＰｓｍより大きい状態から小さい状態へと移行したとき、あるいは、その逆の場合に、図６（ｂ）に示されるように、１増分されていく。ステップＳ５８、Ｓ６０で条件を満たさない場合は、このステップＳ６２の処理はスキップされる。
【００３２】
次に、圧力値の前回値Ｐｏｌｄに現在の圧力値Ｐを格納し（ステップＳ６４）、圧力交差カウンタＣＰｃｌｏｓｓの値をしきい値ＣＰｔｈと比較する（ステップＳ６６）。このＣＰｔｈは、例えば、各気筒の行程をずらして行う場合には、気筒数×２として設定される。ＣＰｃｌｏｓｓがＣＰｔｈ未満の場合には、その後の処理をスキップして終了する。一方、ＣＰｃｌｏｓｓがＣＰｔｈ以上の場合には、圧力脈動が排気脈動であると仮定したときの推定機関回転数Ｎｐを求める（ステップＳ６８、図６（ｂ）参照）。このＮｐは２×６０／ｔｘで求められる。なぜなら、エンジン２は４サイクル式であるから、エンジン２が２回転する間に、各気筒は４つの行程を行う。排気脈動はこのうちの排気行程に起因するため、２回転の間に気筒の数だけ排気脈動が発生し、これに伴う圧力交差は脈動の数１回に対して２回発生することになる。したがって、１分間あたりの回転数は、その周期（ｔｘ）の逆数の２×６０倍として求められる。２つの気筒ずつが同一のタイミングで行程を実施するような場合には、ＣＰｔｈは、気筒数×２ではなく、気筒数に一致させればよい。
【００３３】
推定回転数Ｎｐを算出したら、カウンタ値ＣＰｃｌｏｓｓ、ｔｘをいずれも０にリセットする（ステップＳ７０）。そして、回転数のなまし値Ｎｅｓｍと求めた推定回転数Ｎｐとの差分の絶対値をしきい値Ｂと比較する。絶対値がしきい値Ｂを超える場合、つまり、ＮｐとＮｅｓｍとの差が±Ｂ以上である場合には、機関回転数に対して圧力脈動の周期が一致しておらず、この圧力脈動は排気脈動によるものではないと判定し、ΔＰｓｕｍをリセットする（ステップＳ７４）。一方、絶対値がしきい値Ｂ未満の場合、つまり、ＮｐとＮｅｓｍとの差が±Ｂ未満で一致している場合には、圧力脈動は機関回転数に対応しており、排気脈動による可能性が高いと判定し、ステップＳ７４の処理をスキップすることにより、ΔＰｓｕｍを保持する。
【００３４】
ここでは、圧力交差から周期を求める例を説明したが、極大値、極小値、変化量の増減傾向の反転状態等を基にして周期を求めてもよい。
【００３５】
こうして圧力脈動周期を判定した後、故障判定済みか否かを判定する（ステップＳ８）。これは、後述する故障判定フラグＸＡＩの値を調べることにより判定することができる。なお、故障が検出された場合には、各故障判定フラグはイグニッションスイッチがオフにされた場合でも保持され、整備・点検後でないとリセットされない構成とするすることが好ましい。
【００３６】
故障判定が完了していない場合には、ステップＳ１０へと移行して、所定のＡＩ実行条件が成立しているか否かを判定する。この実行条件は、エンジンＥＣＵ２３から送られるエンジン冷却水温、吸気温、始動経過時間、バッテリー電圧、負荷条件等により決定される。なお、ＡＩ実行中に終了条件が満たされた場合にも、実行条件不成立とされる。
【００３７】
ＡＩ実行条件が成立した場合には、ステップＳ１２へと移行して、ＡＩ制御中であれば、ＡＩ制御を継続し、ＡＩ制御中でない場合には、ＡＩ制御を開始する。具体的には、三方弁１７を制御して、配管１６を吸気管２０へと連通させることにより、吸気管２０内の負圧をＡＳＶ１３に導いて、ＡＳＶ１３を開制御するとともに、ＡＰ１２を駆動させる。これにより、機器が正常に作動していれば、エアフィルタ２５を通過した空気の一部が２次空気供給通路１１を介して排気管２１内へと導かれる。
【００３８】
続く、ステップＳ１４では、すでに供給制御時の圧力挙動判定が終了しているか否かを調べる。これは、後述するフラグＸｓｔｅｐ１の値を調べることにより、判定することができる。判定が終了している場合は、その後の処理をスキップして終了する。
【００３９】
供給制御時の圧力挙動判定が終了していない場合には、ステップＳ１６へと移行して、供給制御時の圧力挙動判定を行う。図７にこの供給制御時の圧力挙動判定の処理フローを示す。
【００４０】
まず、判定条件が成立しているか否かをチェックする（ステップＳ１０２）。この判定条件とは、ＡＩ実行から所定の時間が経過してＡＰ１２の作動が安定した状態にあり、エンジン２の回転数、負荷や車両の車速条件からエンジンがアイドル状態にあり、圧力挙動を安定的に判定できる状態にあることを示す条件を指す。判定条件が満たされていない場合には、以降の判定処理をスキップして処理を終了する。
【００４１】
判定条件が満たされている場合には、圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍを判定しきい値βと比較する（ステップＳ１０４）。ΔＰｓｕｍがβ以上の場合には、排気脈動による圧力脈動ありと判定し、図２で示される脈動の大きなパターン１、２のいずれかであると判定して、ステップＳ１０６へと移行する。このステップＳ１０６では、圧力なまし値Ｐｓｍと閾値Ｐ０とを比較する。ＰｓｍがＰ０以上の場合には、圧力挙動パターンはパターン１であり、２次空気供給が行われていると判定して、ステップＳ１０８へと移行して空気流量Ｑを算出する。
【００４２】
ここで、ＡＰ１２の供給空気量は、吐出圧力が大きいほど増大する関係がある。そこで、吐出圧力（実際には、圧力センサ１５の出力から求めた圧力なまし値Ｐｓｍ）から供給空気量を推定することができる。供給空気量が所定のしきい値Ｑｘより少ないと、排気中の燃料濃度が高いまま維持され、エミッションが悪化するおそれがある。そこで、推定供給空気量がこのＱｘを上回っているか否かをチェックする（ステップＳ１１０）。なお、圧力なまし値ＰｓｍをＱｘに対応する吐出圧力に該当する圧力しきい値Ｐｘと比較してもよい。この場合は、ステップＳ１０８とＳ１１０の処理を一度の処理で行うことができる。
【００４３】
ステップＳ１１０で供給空気量が少ないと判定された場合には、ステップＳ１１２へと移行して、流量状態を示すフラグＸｆａｉｌｄｏｗｎに流量低下を示す１をセットし、ステップＳ１２０へと移行する。供給空気量が充分な場合にはステップＳ１２０へと直接移行する。そして、ステップＳ１２０では、供給時の圧力挙動パターンがパターン１であるか否かを示すフラグＦ１１にパターン１であることを示す１をセットし、ステップＳ１３０へと移行して供給制御時の圧力挙動パターンの判定状態を示すフラグＸｓｔｅｐ１に判定終了を示す１をセットし、このサブルーチンを終了する。
【００４４】
ステップＳ１０６でＰｓｍがＰ０未満であった場合には、圧力挙動パターンはパターン２であると判定し、ステップＳ１４０へと移行して、供給時の圧力挙動パターンがパターン２であるか否かを示すフラグＦ１２にパターン２であることを示す１をセットし、ステップＳ１３０の処理を行った後、このサブルーチンを終了する。
【００４５】
ステップＳ１０４でΔＰｓｕｍがβ未満であった場合には、図２で示される脈動のないパターン３、４のいずれかであると判定して、ステップＳ１５０へと移行する。そして、ステップＳ１５０では、ステップＳ１０６と同様に圧力なまし値Ｐｓｍと閾値Ｐ０とを比較する。ＰｓｍがＰ０以上の場合には、圧力挙動パターンはパターン３であると判定し、ステップＳ１６０へと移行して、供給時の圧力挙動パターンがパターン３であるか否かを示すフラグＦ１３にパターン３であることを示す１をセットし、ステップＳ１３０の処理を行った後、このサブルーチンを終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ１５０でＰｍがＰ０以下であった場合には、圧力挙動パターンはパターン４であると判定し、ステップＳ１７０へと移行して、供給時の圧力挙動パターンがパターン１であるか否かを示すフラグＦ１４にパターン４であることを示す１をセットし、ステップＳ１３０の処理を行った後、このサブルーチンを終了する。
【００４７】
図７のサブルーチン終了後は、処理を終了し、イグニッションスイッチがオンの状態であれば、再び、ステップＳ２に戻る。
【００４８】
ステップＳ１０でＡＩ条件が成立していないと判定された場合には、ステップＳ１８へと移行して、ＡＩ待機中、つまり、エンジン始動後、ＡＩ条件が成立していない場合か、すでに実行済みかを判定する。実際には、Ｘｓｔｅｐ１の値が判定終了を示す１にセットされているか否かにより判定を行えばよい。Ｘｓｔｅｐ１の値が判定未了を示す初期値０に設定されている場合には、待機中と判定してその後の処理をスキップして終了する。一方、判定完了を示す１にセットされている場合には、ステップＳ２０へと移行し、現在ＡＩ制御中か否かを判定する。制御中、つまり現在ＡＩ制御継続中の場合には、ＡＩ制御の終了処理を行う（ステップＳ２２）。具体的には、三方弁１７を制御して、三方弁１７よりＡＳＶ１３側の配管１６を配管１８側へと連通させることで、フィルタ１９を通過した外気をＡＳＶ１３に導いて、ＡＳＶ１３を閉制御するとともに、ＡＰ１２を停止させてＡＩ制御を停止する。
【００４９】
ＡＩ制御停止後、停止制御時の圧力挙動判定処理を実行する（ステップＳ２４）。図８に、この停止制御時の圧力挙動判定の処理フローを示す。
【００５０】
まず、判定条件が成立しているか否かをチェックする（ステップＳ２０２）。この判定条件とは、ＡＩ停止から所定の時間が経過して、正常に機能している場合のＡＰ１２が停止するのに必要な時間が経過しており、エンジン２の回転数、負荷や車両の車速条件からエンジンがアイドル状態にあり、圧力挙動を安定的に判定できる状態にあることを示す条件を指す。判定条件が満たされていない場合には、以降の判定処理をスキップして処理を終了する。
【００５１】
判定条件が満たされている場合には、圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍを判定しきい値βと比較する（ステップＳ２０４）。ΔＰｓｕｍがβ以上の場合には、排気脈動による圧力脈動ありと判定し、図２で示される脈動の大きなパターン１、２のいずれかであると判定して、ステップＳ２０６へと移行する。このステップＳ２０６では、圧力なまし値Ｐｓｍと閾値Ｐ０とを比較する。ＰｓｍがＰ０以上の場合には、パターン１であると判定して、ステップＳ２２０へと移行し、停止時の圧力挙動パターンがパターン１であるか否かを示すフラグＦ２１にパターン１であることを示す１をセットする。
【００５２】
ステップＳ２０６でＰｓｍがＰ０未満であった場合には、圧力挙動パターンはパターン２であると判定し、ステップＳ２４０へと移行して、停止時の圧力挙動パターンがパターン２であるか否かを示すフラグＦ２２にパターン２であることを示す１をセットする。
【００５３】
ステップＳ２０４でΔＰｓｕｍがβ未満であった場合には、図２で示される脈動のないパターン３、４のいずれかであると判定して、ステップＳ２５０へと移行する。そして、ステップＳ２５０では、ステップＳ２０８と同様にＰｓｍとＰ０とを比較する。ＰｓｍがＰ０以上の場合には、圧力挙動パターンはパターン３であると判定し、ステップＳ２６０へと移行して、停止時の圧力挙動パターンがパターン３であるか否かを示すフラグＦ２３にパターン３であることを示す１をセットする。
【００５４】
一方、ステップＳ２５０でＰｓｍがＰ０未満であった場合には、圧力挙動パターンはパターン４であると判定し、ステップＳ２７０へと移行して、停止時の圧力挙動パターンがパターン４であるか否かを示すフラグＦ２４にパターン４であることを示す１をセットする。
【００５５】
フラグＦ２１〜Ｆ２４をセットした後は、いずれの場合もステップＳ２３０へと移行して停止制御時の圧力挙動パターンの判定状態を示すフラグＸｓｔｅｐ２に判定終了を示す１をセットし、このサブルーチンを終了する。
【００５６】
図８のサブルーチンが終了したら、図３に示されるメインフローのステップＳ２６へと移行する。ステップＳ２６では、フラグＸｓｔｅｐ２の値をチェックすることで、停止時の圧力挙動判定が終了しているか否かをチェックする。Ｘｓｔｅｐ２が１以外の場合には、停止制御時の圧力挙動パターンの判定が未了のため、その後の処理をスキップして終了する。一方、Ｘｓｔｅｐ２が１の場合には、停止制御時の圧力挙動パターンの判定も完了しているので、次の処理ステップＳ２８へと移行する。
【００５７】
ステップＳ２８では、ステップＳ１６とＳ２４における圧力挙動パターンの判定結果を基にして構成部品の故障モードを判定する。ＡＰ１２、ＡＳＶ１３のそれぞれの正常、異常モードの組み合わせに対する供給・停止制御時の圧力挙動パターンの組み合わせを表２にまとめて示す。
【００５８】
【表２】

【００５９】
この表において、○は正常を、×は機器の故障を表す。
【００６０】
このステップＳ２８における判定処理はこの表２を基にして行われる。図９にこの判定処理ルーチンの処理フローを示す。まず、フラグＦ１１が１であるか否かをチェックする（ステップＳ３００）。１の場合は供給制御時の圧力挙動パターンがパターン１であることを示しているので、次にステップＳ３０２へと移行し、フラグＦ２４が１であるか否かをチェックする。１の場合は停止制御時の圧力挙動パターンがパターン４であることを示すから、表２から明らかなようにこの組み合わせは表２におけるモード１であり、ＡＰ１２、ＡＳＶ１３とも正常であることを示す。そこで、ステップＳ３０４へと移行して流量状態を示すフラグＸｆａｉｌｄｏｗｎの値をチェックすることで、流量低下が起こっていないか否かをチェックする。Ｘｆａｉｌｄｏｗｎが１でない場合には、流量低下が引き起こされておらず、機器がいずれも正常であるから、ステップＳ３０６へと移行して、故障診断フラグＸＡＩに正常であることを示す１をセットしてサブルーチンを終了する。一方、Ｘｆａｉｌｄｏｗｎが１の場合には、流量低下があることから、ＡＰ１２の作動不良の可能性があり、ステップＳ３１８へと移行して、故障診断フラグＸＡＩに異常であることを示す−１をセットしてサブルーチンを終了する。
【００６１】
ステップＳ３０２でＦ２４が１でない場合には、表２におけるモード２、４、５のいずれかであるから、ステップＳ３１０へと移行する。このステップＳ３１０では、まずフラグＦ２２が１であるか否かをチェックする。Ｆ２２が１でない場合、つまり停止制御時の圧力挙動パターンがパターン２ではなく、パターン１、３であるモード４、５の場合には、ＡＰ１２が常時作動している故障状態にあることから、ステップＳ３１２へと移行して、エアポンプの故障診断フラグＸＦＡＰに常時作動故障であることを示す１をセットしてステップＳ３１４へと移行する。一方、Ｆ２２が１、つまり停止制御時の圧力挙動パターンがパターン２の場合、つまりモード２の場合には、ＡＰ１２は正常であるから、ステップＳ３１２をスキップしてステップＳ３１４へと移行する。
【００６２】
続く、ステップＳ３１４では、フラグＦ２３が１であるか否かをチェックする。Ｆ２３が１でない場合、つまり停止制御時の圧力挙動パターンがパターン３ではなく、パターン１、２であるモード２、５の場合には、ＡＳＶ１３が常時開弁している開固着状態にあることから、ステップＳ３１６へと移行して、ＡＳＶの故障診断フラグＸＦＡＳＶに開固着であることを示す１をセットしてステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。一方、Ｆ２３が１、つまり停止制御時の圧力挙動パターンがパターン３、つまりモード４の場合には、ＡＳＶ１３は正常であるから、ステップＳ３１６をスキップしてステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。
【００６３】
一方、ステップＳ３００でＦ１１が１でないと判定された場合には、モード３、６〜９のいずれかであることを示す。この場合には、ステップＳ３２０へと移行してフラグＦ１２が１であるか否かをチェックする。Ｆ１２が１、つまり供給制御時の圧力挙動パターンがパターン２の場合はモード７、８のいずれかであり、いずれの場合にもＡＰ１２は不作動状態であることから、エアポンプの故障診断フラグＸＦＡＰに不作動故障であることを示す−１をセットしてステップＳ３２４へと移行する。このステップＳ３２４では、フラグＦ２２が１であるか否かをチェックする。Ｆ２２が１、つまり停止制御時の圧力挙動パターンがパターン２の場合はモード８であり、ＡＳＶ１３が常時開弁している開固着状態にあることから、ステップＳ３２６へと移行して、ＡＳＶの故障診断フラグＸＦＡＳＶに開固着であることを示す１をセットしてステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。一方、Ｆ２２が１でない場合はモード７であって、ＡＳＶ１３は正常であるから、ステップＳ３２６をスキップしてステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ３２０でＦ１２が１でないと判定された場合には、モード３、６、９のいずれかであることになる。いずれの場合もＡＳＶ１３は常時閉弁状態である閉固着状態にあることから、ステップＳ３３０へと移行して、ＡＳＶの故障診断フラグＸＦＡＳＶに閉固着であることを示す−１をセットする。続いて、ステップＳ３３２ではフラグＦ１３が１であるか否かをチェックする。Ｆ１３が１の場合には、供給制御時の圧力挙動パターンがパターン３であり、モード３、６のいずれかであることを示す。この場合は、ステップＳ３３４へと移行してフラグＦ２３が１であるか否かをチェックする。１である場合には、停止制御時の圧力挙動パターンもパターン３であり、モード６であって、ＡＰ１２が常時作動している故障状態にあることになる。そこで、ステップＳ３３６へと移行して、エアポンプの故障診断フラグＸＦＡＰに常時作動故障であることを示す１をセットした後、ステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。一方、Ｆ２３が１でない場合はモード３であって、ＡＰ１２は正常であるから、ステップＳ３３６をスキップしてステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。
【００６５】
ステップＳ３３２でＦ１３が１でないと判定された場合には、モード９であってＡＰ１２が不作動の故障状態にあることを示す。そこで、ステップＳ３３８へと移行してエアポンプの故障診断フラグＸＦＡＰに不作動故障であることを示す−１をセットした後、ステップＳ３１８へと移行し、故障診断フラグＸＡＩに−１をセットしてサブルーチンを終了する。図９のサブルーチンが終了したら、メインルーチンの処理も終了し、イグニッションスイッチがオン状態であれば、再度ステップＳ２から処理を行う。
【００６６】
判定処理が終了していた場合（すでに故障が検出され、整備・点検によりリセットされていない場合を含む。）には、前述したステップＳ８において、故障診断フラグＸＡＩが初期値０以外に設定されていることから、ステップＳ３０へと移行する。ステップＳ３０では、さらに故障診断フラグＸＡＩが故障状態を示す−１に設定されているか否かを調べることで、故障ありか否かを判定する。その値がシステムが正常であることを示す１の場合には、ステップＳ３２をスキップして処理を終了する。一方、その値がシステムに故障があることを示す−１である場合には、ステップＳ３２へと移行して図示していない表示装置やアラームを利用して運転者に対して２次空気供給装置に故障・異常がある旨を通知する警告処理を行い、処理を終了する。
【００６７】
本発明に係るこの異常検出ルーチンによれば、エアポンプ、ＡＳＶのいずれがどのような故障をしているのかを正確に検知することが可能である。図１０は、２次空気供給装置の作動制御から停止制御に切り替えた前後の各状態量の変化を示すタイミングチャートの一例である。ここでは、ＡＳＶ１３は正常であるが、ＡＰ１２が常時作動故障をしている場合、つまり、表２におけるモード４の状態を表している。
【００６８】
この場合、図１０（ａ）に示されるように、停止制御を行った場合、これに伴い、図１０（ｂ）に示されるように、ＡＰ１２による圧力サージングによって圧力値に脈動が発生する。従来の判定方法によれば、図１０（ｃ）に破線で示されるように、圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍ’がしきい値βを超えているため、圧力挙動をパターン１と誤判定し、その結果、ＡＳＶ１３も開固着していると誤判定する可能性がある。しかしながら、本発明によれば、圧力の脈動周期（具体的には、この脈動が排気脈動であると仮定した場合に推定されるエンジン回転数Ｎｐ）と実際のエンジン回転数のなまし値Ｎｅｓｍとを比較することにより、図１０（ｄ）に示されるように、両者の差の絶対値がしきい値Ｂの範囲内で一致しない場合には、圧力脈動は排気脈動ではないと判定して、図１０（ｃ）に示されるように、圧力脈動積算値ΔＰｓｕｍを０にリセットするため、ΔＰｓｕｍがしきい値βを超えることはない。これにより、圧力サージングのように排気脈動によらない圧力脈動の場合には、排気脈動のあるパターン１ではなく、排気脈動のないパターン３であると判定して、ＡＳＶ１３を開固着と誤判定することがなく、正確な判定が可能となる。
【００６９】
また、圧力センサ１５の出力にノイズが載っている場合も、このノイズの周期と排気脈動の周期の違いから、排気脈動がなくノイズのみによって見かけの圧力脈動が発生している場合には脈動なしであるパターン４またはパターン３であると正確に判定することができるので、構成部品の異常を正確に判定することができる。
【００７０】
以上の説明では、ＡＩ終了後に停止制御時の圧力挙動判定処理を行い、その後で異常判定処理を行う例を説明したが、ＡＩ供給中に強制的に一時供給を停止することにより停止制御時の圧力挙動判定を行うことで、ＡＩ供給制御の条件成立中にその異常判定を行ってもよい。このようにすると、ＡＩ制御中に故障診断を行うことが可能となる。
【００７１】
また、表２に示されるように、機器正常時におけるＡＩ供給制御時の圧力挙動パターンはパターン１に限られることから、供給制御時の圧力挙動パターンがパターン１以外であった場合には、直ちにＡＩ制御を停止して、停止時の圧力挙動パターン判定に移行してもよい。特に、供給制御時の圧力挙動パターンがパターン４であった場合には、表２に示されるモード９であることは明らかであるから、停止時の圧力挙動パターン判定を省略することも可能である。
【００７２】
圧力センサ１５としては大気圧との差圧を出力する相対圧センサのほか、絶対圧センサを用いることもできる。この場合、２次空気系の作動停止時には、大気圧の検出が可能な構成である必要があるが、一般的なＡＰ１２では、ハウジングとポンプ回転体とが密着しておらず、非作動時にはその前後が連通する構成となっているため、このようなＡＰ１２においては、大気圧検出が可能である。このような構成の場合には、エンジン始動前の出力値を大気圧として用い、その差から相対圧を演算すればよい。これにより、２次空気系の異常検出時および２次空気供給中以外には、圧力センサ１５を大気圧センサとして用いることが可能となる。ただし、ＡＰ１２の常時作動故障時には吐出圧分だけ大気圧を高めに見積もる可能性があるので、この場合はＡＰ１２の使用電力、電圧、電流等をチェックして補正すればよい。また、ＡＳＶ１３の開固着時には、エンジン２による排気脈動が伝達される可能性があるが、この場合、平均圧力は大気圧近傍となるので平均化処理により大気圧を検出することが可能である。
【００７３】
以上の説明では、圧力脈動が排気脈動と仮定したときの推定機関回転数と実際の機関回転数とを比較して圧力脈動が排気脈動であるか否かを判定する例を説明したが、本発明はこの形態に限られるものではない。例えば、実際の機関回転数から発生する排気脈動の周期を求めて、これと圧力脈動とを比較してもよい。また、圧力脈動を用いた２次空気供給装置の故障判定に際しては、一定の機関回転数の範囲内にある場合の圧力脈動値を用いていることから、推定機関回転数がこの所定範囲内に一致しているか否かや、所定範囲の機関回転数から予想される圧力脈動の周期と実際の圧力脈動の周期が一致しているか否かによって判定してもよい。さらに、周期そのものではなく、所定時間内における圧力交差の発生回数等によって判定を行うこともできる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧力脈動の周期を基にして、この圧力脈動が排気脈動によるものか否かを判定するため、排気脈動によらないエアポンプの圧力サージングや圧力センサのノイズを排気脈動と誤判定することにより、特に、開閉手段の正常・異常状態を誤判定することがなく、正確な判定を行うことが可能となる。ここで、圧力脈動が排気脈動によるものか否かはその周期と、機関回転数との関係を調べれば、正確な判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る２次空気供給装置の故障診断装置を含む２次空気供給装置を搭載した内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図１の圧力センサ位置における圧力挙動パターンを模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る２次空気供給装置の故障診断装置における故障検出ルーチンのメインフロー図である。
【図４】図３の処理に用いられる圧力のなまし値Ｐｓｍと圧力脈動の積算値ΔＰｓｕｍの計算方法を説明する図である。
【図５】図３の処理における圧力脈動周期判定処理の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】図５の処理における圧力脈動周期の求め方を説明する図である。
【図７】図３の処理における供給制御時の圧力挙動判定の処理フローを示すフローチャートである。
【図８】図３の処理における停止制御時の圧力挙動判定の処理フローを示すフローチャートである。
【図９】図３の処理における判定処理の処理フローを示すフローチャートである。
【図１０】２次空気供給装置の作動制御から停止制御に切り替えた前後の各状態量の変化を示すタイミングチャートの一例である。
【符号の説明】
１…２次空気供給装置、２…エンジン、１０…制御装置、１１…２次空気供給通路、１２…エアポンプ（ＡＰ）、１３…エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）、１４…リード弁（ＲＶ）、１５…圧力センサ、１６…配管、１７…三方弁、１８…配管、１９…フィルタ、２０…吸気管、２１…排気管、２２…排気浄化装置、２３…エンジンＥＣＵ、２４…スロットル、２５…吸気フィルタ、２６…エアフローメータ、２７…回転数センサ、３１、３２…Ｏ_２センサ。

Claims

内燃機関の排気系の排気浄化装置より上流側に２次空気を供給するための２次空気供給通路と、前記２次空気供給通路の上流側に配置されるエアポンプと、前記エアポンプより下流側の前記２次空気供給通路上に配置される圧力センサと、を備える２次空気供給装置の構成部品の異常状態を、前記エアポンプの作動時と非作動時における前記圧力センサの出力に基づいて検出する異常検出部を備えている２次空気供給装置の故障診断装置であって、
前記圧力センサで得られた圧力値の脈動の周期を基にして該脈動が排気脈動によるものか否かを判定する脈動判定部を備えている２次空気供給装置の故障診断装置。
前記２次空気供給装置は、前記圧力センサより下流側に前記２次空気供給通路の連通・遮断状態を切り替える開閉手段を備えており、前記脈動判定部は、前記開閉手段を閉制御している場合に、圧力値の脈動が排気脈動によるものか否かの判定を行う請求項１記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
前記脈動判定部は、内燃機関の回転数情報を受信し、受信した情報による回転数と圧力値の脈動周期との比較により、圧力値の脈動が排気脈動によるものか否かを判定する請求項１または２に記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
前記異常検出部は、前記２次空気供給装置の２次空気供給制御時および供給停止制御時の圧力挙動パターンに基づいて各構成部品の故障状態を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の２次空気供給装置の故障診断装置。
前記異常検出部は、圧力脈動の積算値を求める積算手段を備え、前記脈動判定部によって圧力脈動が排気脈動によるものと判定された場合にのみ、この積算値を利用して前記圧力挙動パターンを判定する請求項４記載の２次空気供給装置。