JP2006170015A - エンジン排気系の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、異常を検出することができるエンジン排気系の異常検出装置を提供する。
【解決手段】 本発明のエンジン排気系の異常検出装置は、エンジン排気系の異常を検出する検出装置であって、エンジン(１)の運転状態が、エンジン排気系の異常の検出に適する状態であるか否かを判断する運転状態判断手段(５０)と、エンジンのシリンダ内で燃焼される混合気の空燃比に対応する量を検出するように、エンジン排気系に設けられたセンサ(２８)と、運転状態判断手段が異常の検出に適する状態であると判断した場合において、センサによって検出された空燃比に対応する量が、エンジンの排気脈動と同期して、リーン空燃比に対応する値に変化しているとき、エンジン排気系に異常があると判定する異常判定手段(５２)と、この異常判定手段が異常ありと判定すると警告を発する警告手段(５４)と、を有することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジン排気系の異常検出装置に係わり、特に、エンジン排気系の漏れ等を検出するエンジン排気系の異常検出装置に関する。

近年、自動車等の排気ガスに関する規制は、益々強化される傾向にあり、排気ガスを浄化するために三元触媒等の装置が広く採用されている。自動車にこれらの排気ガス浄化装置が備えられていたとしても、エンジンの排気系に漏れ等の異常がある場合には、それらの浄化装置を通過しない排気ガスが大気に放出されることになるので、所期の目的を達成することはできない。そこで、エンジン排気系の漏れ等の異常を検出する異常検出装置の必要性が高くなっている。

特開２００２−３１７６７８号公報には、内燃機関の排気系異常検出装置が記載されている。この異常検出装置では、排気系の異常の有無を検出する際に、理論空燃比よりもリッチな混合気を強制的にエンジンに供給し、この時のエンジン排気中の酸素濃度をセンサにより測定する。このように、混合気を強制的にリッチにしたとき、センサにより測定される酸素濃度がリッチな混合気に対応した酸素濃度とならない場合には、エンジン排気系に異常があると判定される。

特開２００２−３１７６７８号公報

しかしながら、特開２００２−３１７６７８号公報に記載された異常検出装置では、異常検出を行う際に混合気を強制的にリッチにする必要があるため、この空燃比のリッチ化により燃料が浪費され、また、排気ガスの清浄性が悪化するという問題がある。さらに、混合気を強制的にリッチにすると、それにより一時的にエンジンの出力トルクが増大するので、トルクショックが発生し、自動車の乗り心地が悪化するという問題がある。
本発明は、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、異常を検出することができるエンジン排気系の異常検出装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明のエンジン排気系の異常検出装置は、エンジン排気系の異常を検出する検出装置であって、エンジンの運転状態が、エンジン排気系の異常の検出に適する状態であるか否かを判断する運転状態判断手段と、エンジンのシリンダ内で燃焼される混合気の空燃比に対応する量を検出するように、エンジン排気系に設けられたセンサと、運転状態判断手段が異常の検出に適する状態であると判断した場合において、センサによって検出された空燃比に対応する量が、エンジンの排気脈動と同期して、リーン空燃比に対応する値に変化しているとき、エンジン排気系に異常があると判定する異常判定手段と、この異常判定手段が異常ありと判定すると警告を発する警告手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、エンジンの運転状態が、異常の検出に適する状態であると運転状態判断手段によって判断されると、エンジン排気系の異常検出が行われる。異常判定手段は、酸素濃度等の、混合気の空燃比に対応する量を検出するセンサによって検出された値が、エンジンの排気脈動と同期して変化しているか否かによって、エンジン排気系の異常の有無を判定する。異常判定手段によって異常ありと判定された場合には、警告手段によって警告が発せられる。
このように構成された本発明によれば、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、エンジン排気系の異常を検出することができる。

本発明において、好ましくは、エンジン排気系には、エンジンの排気を浄化する触媒が配置され、センサは、この触媒の上流側に配置されている。
このように構成された本発明によれば、エンジンの排気脈動の影響が、触媒で減衰されることなくセンサに及びやすいので、排気脈動との同期を正確に検出することができる。

本発明において、好ましくは、センサが、空燃比に対応する量にほぼ比例した信号を出力するリニアセンサである。
このように構成された本発明によれば、空燃比に対応する量の変化を正確に測定することができるので、排気脈動との同期を正確に検出することができる。

本発明のエンジン排気系の異常検出装置によれば、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、エンジン排気系の異常を検出することができる。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を備えたエンジンの概略断面図である。ここでは、４気筒直噴ガソリンエンジンに本実施形態のエンジン排気系の異常検出装置を適用した場合について説明する。図１に示すように、エンジン１は、上方に燃焼室２を構成するシリンダ３と、このシリンダ３内で往復運動するピストン４と、このピストン４に連結されたコネクティングロッド６と、このコネクティングロッド６に連結されたクランクシャフト８と、を有する。さらに、エンジン１は、燃焼室２に開口した吸気ポート１０と、この吸気ポート１０を開閉する吸気弁１２と、吸気ポート１０に接続された吸気マニホールド１４と、吸気マニホールド１４を介して吸気ポート１０から導入される空気量を調整するスロットル弁１６と、導入される空気量を測定するエアフローセンサ１８と、を有する。また、吸気弁１２は、可変動弁機構１２ａによって開閉されるように構成されている。

また、エンジン１は、燃焼室２に開口した排気ポート２０と、この排気ポート２０を開閉する排気弁２２と、排気ポート２０に接続された排気マニホールド２４と、この排気マニホールド２４に接続された排気管２６と、を有する。また、排気弁２２は、可変動弁機構２２ａによって開閉されるように構成されている。さらに、排気マニホールド２４の、各シリンダ３（１つのみ図示）からの排気が集合された部分には、センサであるリニアＯ₂センサ２８が設けられている。また、排気管２６の途中には触媒コンバータ３０が設けられ、この触媒コンバータ３０の下流側の排気管２６には、ラムダＯ₂センサ３２が設けられている。なお、排気ポート２０、排気マニホールド２４、排気管２６、及び触媒コンバータ３０は、エンジン１の排気系を構成する。

また、エンジン１は、燃焼室２内に燃料を噴射するインジェクタ３４と、このインジェクタ３４に燃料を送り込む高圧ポンプ３６と、燃料を燃料タンク（図示せず）から高圧ポンプ３６に送り込む燃料供給系３８と、を有する。さらに、エンジン１は、燃焼室２内の混合気に点火する点火プラグ４０と、この点火プラグ４０に接続された点火回路４２と、を有する。

さらに、エンジン１は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４４を有し、エンジン制御ユニット４４は、エンジン回転数センサ４６、アクセル開度センサ４８、エアフローセンサ１８、リニアＯ₂センサ２８、ラムダＯ₂センサ３２等の検出信号に基づいて、エンジンの作動を制御する。また、エンジン制御ユニット４４は、エンジン排気系の異常の検出の検出に適する状態であるか否かを判断する運転状態判断手段５０と、リニアＯ₂センサ２８の出力信号に基づいて、エンジン排気系の異常の有無を判定する異常判定手段５２と、を内蔵している。さらに、エンジン１は、異常判定手段５２がエンジン排気系に異常ありと判定すると、その旨を使用者に警告する警告手段５４を有する。なお、エンジン１において、リニアＯ₂センサ２８、運転状態判断手段５０、異常判定手段５２、及び警告手段５４は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を構成する。

エンジン制御ユニット４４は、アクセル開度センサ４８によって測定されたアクセル開度に基づいて、スロットル弁１６を開閉させるように構成されている。スロットル弁１６の開閉により増減される吸入空気量は、エアフローセンサ１８によって測定され、測定された信号はエンジン制御ユニット４４に送られる。スロットル弁１６を通って吸入された空気は、吸気マニホールド１４の入口端に形成されたサージタンク１４ａを通って吸気マニホールド１４に入り、吸気マニホールド１４で４つに分岐されて各シリンダ３（１つのみ図示）に導入されるように構成されている。

各燃焼室２（１つのみ図示）内で燃焼された排気ガスは、各燃焼室２の排気ポート２０に接続された排気マニホールド２４の各入口端から排気マニホールド２４に入り、排気マニホールド２４内で合流されて、排気管２６に導かれるように構成されている。リニアＯ₂センサ２８は、排気マニホールド２４の合流部よりも下流の部分に配置されており、排気マニホールド２４内を流れる排気ガス中の酸素濃度を測定するように構成されている。リニアＯ₂センサ２８は、ジルコニア素子（図示せず）をヒーター（図示せず）によって加熱して所定温度に維持し、排気ガス中の酸素濃度に応じた起電力を発生させるように構成されている。リニアＯ₂センサ２８の出力信号は、排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例し、エンジン制御ユニット４４に送られてエンジン制御及びエンジン排気系の異常検出に使用される。

排気マニホールド２４を通過した排気ガスは、排気管２６に入り、排気管２６の途中に配置された触媒コンバータ３０で浄化されて大気に放出されるように構成されている。触媒コンバータ３０は、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを浄化する三元触媒を、排気浄化用触媒として備えている。

ラムダＯ₂センサ３２は、触媒コンバータ３０の下流の排気管２６に設けられており、触媒コンバータ３０によって浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出するように構成されている。ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、所定の酸素濃度を境に急激に変化するように構成されている。即ち、ラムダＯ₂センサ３２は、理論空燃比よりもリッチな混合気を燃焼させた場合に生成される排気ガスの酸素濃度では、約１ボルトの電圧を出力し、理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させた場合に生成される排気ガスの酸素濃度では、約０ボルトの電圧を出力するように構成されている。従って、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号により、シリンダ３に供給されている混合気が、理論空燃比に対してリッチであるか、リーンであるかを判別することができる。

次に、エンジン１の作用を説明する。まず、エンジン１のアイドリング状態において、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏むと、アクセルペダルの動きをアクセル開度センサ４８が検出して、エンジン制御ユニット４４に信号を送る。アクセル開度センサ４８からの信号を受けると、エンジン制御ユニット４４は、開度を大きくする方向にスロットル弁１６を作動させる。吸気弁１２の可変動弁機構２２ａは、吸気工程となる所定のタイミングで、吸気弁１２を開放する。吸気工程では、ピストン４がシリンダ３内で下降し、吸気弁１２の開放により、スロットル弁１６を介して空気がシリンダ３の中に導入される。スロットル弁１６を通過した空気の量は、エアフローセンサ１８によって検出され、エンジン制御ユニット４４に送られる。

また、吸気工程において、燃料供給系３８、高圧ポンプ３６、及びインジェクタ３４を介して、燃料がシリンダ３内に噴射される。通常運転時においては、インジェクタ３４によって噴射される燃料の量は、シリンダ３内の混合気が理論空燃比である１４．７になるように、エンジン制御ユニット４４によって制御される。クランクシャフト８が回転してピストン４が上昇に転じると、吸気工程から圧縮工程に移り、点火回路４２が所定のタイミングで点火プラグ４０に火花を発生させ、燃焼室２内の混合気を燃焼させる。

混合気が燃焼される燃焼行程では、燃焼室２内の混合気が燃焼により膨張して、ピストン４を押し下げ、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト８に回転力を作用させる。クランクシャフト８が回転してピストン４が上昇に転じると、燃焼工程から排気工程に移り、排気工程では、所定のタイミングで排気弁の可変動弁機構２２ａが排気弁２２を開放させる。排気弁２２が開放されると、燃焼室２内での混合気の燃焼によって生成された排気ガスが、排気ポート２０を介して排気マニホールド２４に排出される。排気マニホールド２４内を流れる排気ガス中の酸素濃度は、リニアＯ₂センサ２８によって測定され、出力信号がエンジン制御ユニット４４に送られる。

シリンダ３内にリーン混合気、即ち、理論空燃比よりも燃料が少ない混合気が吸入されていた場合には、燃焼によって消費される酸素量が少ないので、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は高くなる。逆に、シリンダ３内にリッチ混合気が吸入されていた場合には、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は低くなる。従って、排気ガス中の酸素濃度は、エンジンのシリンダ３内で燃焼される混合気の空燃比に対応した量となる。

排気マニホールド２４を通過した排気ガスは、排気管２６の途中に設けられた触媒コンバータ３０に入り、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが除去され、浄化されて、大気に放出される。触媒コンバータ３０を通過した排気ガス中の酸素濃度は、ラムダＯ₂センサ３２によって検出される。ラムダＯ₂センサ３２の検出信号は、エンジン制御ユニット４４に入力される。ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、シリンダ３内にリッチ混合気が吸入されていた場合には、酸素濃度が低いので約１ボルトとなり、シリンダ３内にリーン混合気が吸入されていた場合には、酸素濃度が高いので約０ボルトになる。従って、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、シリンダ３内に理論空燃比の混合気が吸入されていた場合を境界に、ほぼ二値的に変化する。

図２は、点火プラグ４０による点火のタイミングと、リニアＯ₂センサ２８付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフである。上記の説明では、エンジン１の単一のシリンダ３における各工程を説明したが、エンジン１は４気筒であるため、クランクシャフト８が２回転する間に、各気筒で１回ずつ合計４回の燃焼行程が所定の順序で行われる。

図２の上段のグラフは点火信号を示しており、４つのパルス波が、各気筒の点火に対応している。図２の中段のグラフは、リニアＯ₂センサ２８付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフであり、各気筒の点火と同期して圧力が変動していることがわかる。図２に示した圧力変動のグラフは、エンジン１を低負荷、低回転で運転した場合のものであり、この場合には、排気管内の圧力が、大気圧よりも低い負圧になる瞬間があることがわかる。また、エンジン１を高負荷、高回転で運転した場合には、排気管内の圧力は全体に高くなり、負圧となる瞬間も存在しなくなる。図２の下段のグラフは、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度を示すグラフである。なお、図２の下段のグラフは、エンジン排気系に異常がない場合を実線で、漏れ等の異常がある場合を破線で示している。

次に、エンジン制御ユニット４４による空燃比の制御作用を説明する。エンジン回転数センサ４６で測定されたエンジン回転数、アクセル開度センサ４８で測定されたアクセル開度、エアフローセンサ１８で測定された吸入空気量、及びリニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２で測定された酸素濃度の各信号は、エンジン制御ユニット４４に入力される。エンジン制御ユニット４４は、エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量等の情報に基づいて、負荷及び回転数等のエンジンの運転状態を判断し、各運転状態について予め決められている基準燃料噴射量を求める。次に、エンジン制御ユニット４４は、リニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２で測定された酸素濃度等に基づいて、基準燃料噴射量を補正して実際の燃料噴射量を決定する。エンジン制御ユニット４４は、決定された燃料噴射量に基づいてインジェクタ３４に信号を送り、所定量の燃料をシリンダ３内に噴射させる。

次に、図３を参照して、燃料噴射量の補正手順を説明する。図３は、燃料噴射量の補正量を算出する手順を示すブロック図である。まず、図３のステップＳ１において、エンジン制御ユニット４４は、エンジンの運転状態に応じて適切な目標空燃比を設定する。この目標空燃比は、通常の走行状態においては、理論空燃比である１４．７に設定され、高負荷、高回転状態でエンジンが運転されている場合には、理論空燃比よりもリッチな値に設定される。また、減速時、上述した高回転状態よりも更に回転数が高い状態でエンジンが運転されている場合には燃料噴射がカットされる。次に、設定された目標空燃比は、ステップＳ２において、ラムダＯ₂センサ３２の出力等に基づいて補正される。この補正については後述する。ステップＳ３では、ステップＳ２で補正された目標空燃比と、リニアＯ₂センサ２８の出力信号に基づいて求められた実際の混合気の空燃比の偏差が計算される。次いで、ステップＳ４では、ステップＳ３で求めた空燃比の偏差に基づいて、基準燃料噴射量を補正すべき量（フロントＦ／Ｂ補正量）が計算される。

一方、ステップＳ５においては、ステップＳ４で計算された補正量が、エンジンの運転状態毎に所定回数分平均され、各運転状態毎の平均値は、ステップＳ６において運転状態毎に学習値としてメモリ（図示せず）に記憶される。この運転状態毎の学習値は、次に基準燃料噴射量を決定するときに加味され、次に燃料噴射量を決定する際には、学習値を加味した燃料噴射量が、その運転状態における基準燃料噴射量として採用される。即ち、学習値を加味して基準燃料噴射量を決定することにより、補正前の基準燃料噴射量によって得られる空燃比が、目標空燃比に近づくので、ステップＳ４において計算される補正量は減少する。

次に、ラムダＯ₂センサ３２による補正を説明する。まず、ステップＳ８において、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号と、ステップＳ７で設定される理論空燃比である目標空燃比に対応する信号が比較される。ステップＳ９では、ステップＳ８における比較結果に基づいて、先に説明したステップＳ２において目標空燃比を補正する補正量（リヤＦ／Ｂ補正量）が計算される。即ち、ステップＳ８において、ラムダＯ₂センサ３２によって測定された空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判定された場合には、従前のリヤＦ／Ｂ補正量を所定量増加させた量を新たなリヤＦ／Ｂ補正量とする。また、ステップＳ８において、リッチであると判定された場合には、従前のリヤＦ／Ｂ補正量を所定量減少させた量を新たなリヤＦ／Ｂ補正量とする。ステップＳ１０においては、ステップＳ９で計算された補正量が、エンジンの運転状態毎に所定回数分平均され、各運転状態毎の平均値は、ステップＳ１１において運転状態毎に学習値としてメモリ（図示せず）に記憶される。

次に、図２及び図４を参照して、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を示すアルゴリズムである。

本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置による異常検出は、エンジン１の運転中、所定時間毎に繰り返し実行される。即ち、エンジン１の運転中、所定時間毎に、図４に示す異常検出アルゴリズムが起動される。
まず、図４のステップＳ４１において、エンジン制御ユニット４４の運転状態判断手段５０によって、エンジン回転数センサ４６からエンジン回転数が、エアフローセンサ１８から吸入空気量が読み込まれる。次いで、ステップＳ４２において、読み込まれたエンジン回転数及び吸入空気量に基づいて、エンジン排気系の異常を検出することができる運転状態であるか否かが判断される。本実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置では、エンジン１が低負荷、低回転数で運転されている状態が、エンジン排気系の異常検出に適する状態であると判断される。

本実施形態では、運転状態判断手段５０は、（１）エンジン回転数センサ４６によって測定されるエンジン回転数が２０００ｒｐｍ以下であり、（２）吸気充填効率Ｃｅが０．３よりも小さく、（３）エンジンが定常運転されている場合にエンジン排気系の異常検出に適する状態であると判断する。また、エンジン１の定常運転状態は、エンジン回転数の変化、吸入空気量の変化、及びスロットル弁１６開度の変化が、所定値よりも小さいか否かによって判断される。また、本実施形態では、吸気充填効率Ｃｅが０．３よりも小さい場合に異常検出を行っているが、この値は、排気圧力に負圧が現れるように、例えば０．３乃至０．４程度に任意に設定することができる。なお、吸気充填効率Ｃｅとは、ある回転数で運転されているエンジンによって１秒間に実際に吸入された空気の質量を、その回転数のエンジンが標準空気密度の空気を吸入したとすれば１秒間に吸入されるであろう空気の質量で除した値である。

ステップＳ４２において、エンジン排気系の異常検出に適さない運転状態であると判断された場合には、図４のフローチャートの１回の処理を終了する。また、ステップＳ４２において、エンジン排気系の異常検出に適する運転状態であると判断された場合には、ステップＳ４３に進む。ステップＳ４３では、異常判定手段５２によって、リニアＯ₂センサ２８によって検出された酸素濃度が読み込まれる。ステップＳ４３において、異常判定手段５２によって読み込まれる酸素濃度は、図２の下段に示すグラフのように変化する。

ここで、酸素濃度を測定するリニアＯ₂センサ２８付近の排気圧力は、エンジン１が低負荷、低回転状態で運転されている場合には、図２の中段に示すグラフのようになる。このグラフに示すように、低負荷、低回転状態では、排気圧力はエンジン１のサイクルに応じて脈動し、瞬間的に排気圧力が大気圧よりも低くなる。これは、エンジン１が低負荷、低回転の状態では、各排気ポート２０から排気される排気ガスの量が少ないためであり、高負荷、高回転状態では、排気圧力が大気圧よりも低くなることはない。また、エンジン排気系の異常検出に適する運転状態では、エンジン１は定常運転されているため、排気圧力が脈動する周期はほぼ一定になる。

リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は、エンジン排気系に異常がない場合には、排気圧力の脈動とは無関係にほぼ一定の値となる。これに対して、エンジン排気系に漏れ等の異常がある場合には、排気圧力の脈動とほぼ同一の周期で酸素濃度にピーク値（リーン混合比のピーク値に対応する）が現れる。即ち、酸素濃度は、排気圧力の脈動とほぼ同一の周期で、リーン空燃比に対応する値に変化する。これは、エンジン排気系に異常がある場合には、排気圧力が負圧になる瞬間に、エンジン排気系の漏れのある箇所から外気が吸引され、排気マニホールド２４内の酸素濃度が上昇するためである。

この現象を利用してエンジン排気系の異常を検出するために、ステップＳ４４では、異常判定手段５２によって、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度の時系列波形が解析される。即ち、ステップＳ４４においては、酸素濃度の時系列波形に現れるピークが抽出され、このピークが現れる周期が計算される。次に、ステップＳ４５では、異常判定手段５２によって、酸素濃度の時系列波形から抽出されたピークの値が、所定の値よりも大きいか否かが判断される。酸素濃度のピークの値が所定の値よりも小さい場合には、ステップＳ４８に進み、エンジン排気系に異常なしと判断される。酸素濃度のピークの値が所定の値よりも小さい場合には、そのピークは、エンジン排気系の漏れ等に起因するものではなく、測定ノイズ等であると考えられるからである。酸素濃度のピークの値が所定の値よりも大きい場合には、ステップＳ４６に進む。

ステップＳ４６では、異常判定手段５２によって、酸素濃度の時系列波形に現れたピークの周期が、エンジン回転数に応じた所定の周期と近似しているか否かが判断される。図２の中段のグラフに示す排気圧力の脈動周期は、エンジン回転数に応じて変化する。例えば、４気筒４サイクルエンジンが、６００ｒｐｍで回転する場合には５０ｍｓｅｃ周期、１２００ｒｐｍで回転する場合には２５ｍｓｅｃ周期の脈動が現れる。ステップＳ４６では、この脈動の周期と、酸素濃度の時系列波形に現れるピークの周期が比較される。これらの周期の差が所定値以上の場合には、排気圧力の脈動と酸素濃度のピークは無関係であると考えられるため、ステップＳ４８に進み、異常判定手段５２によって、エンジン排気系に異常なしと判断される。一方、排気圧力の脈動の周期と、酸素濃度のピークの周期との差が所定値未満である場合には、酸素濃度のピークは排気圧力の脈動に起因するものであると考えられるため、ステップＳ４７に進み、異常判定手段５２によって、エンジン排気系に漏れ等の異常があると判断される。

エンジン排気系に異常があると判断されると、警告手段５４によって、エンジン排気系に異常があることが運転席の表示パネル（図示せず）に表示され、エンジン排気系の異常が運転者に報知される。

本発明の実施形態のエンジン排気系の異常検出装置によれば、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、エアの吸い込み、排気漏れ等のエンジン排気系の異常を検出することができる。
また、本発明の実施形態のエンジン排気系の異常検出装置によれば、触媒コンバータの上流側に配置されたリニアＯ₂センサによってエンジン排気系の異常を検出しているので、排気圧力の脈動の影響が確実に反映され、酸素濃度の時系列波形に現れるピークを正確に検出することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明のエンジン排気系の異常検出装置をガソリンエンジンに適用していたが、本発明は、ディーゼルエンジン等、種々のエンジンに適用することができる。

また、上述した実施形態では、リニアＯ₂センサによって酸素濃度の時系列波形を測定し、その波形に基づいてエンジン排気系の異常を検出していたが、変形例として、例えば、ラムダＯ₂センサのように、所定の値を境界に出力が二値的に変化するセンサを使用して異常を検出することもできる。この場合には、酸素濃度等の、空燃比に対応する量の波形が、パルス状の時系列波形になるので、このパルス波形の周期に基づいてエンジン排気系の異常を検出することができる。

本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を備えたエンジンの概略断面図である。 点火プラグによる点火のタイミングと、リニアＯ₂センサ付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフである。 燃料噴射量の補正量を算出する手順を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を示すアルゴリズムである。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室
３ シリンダ
４ ピストン
６ コネクティングロッド
８ クランクシャフト
１０ 吸気ポート
１２ 吸気弁
１２ａ 可変動弁機構
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ エアフローセンサ
２０ 排気ポート
２２ 排気弁
２２ａ 可変動弁機構
２４ 排気マニホールド
２６ 排気管
２８ リニアＯ₂センサ
３０ 触媒コンバータ
３２ ラムダＯ₂センサ
３４ インジェクタ
３６ 高圧ポンプ
３８ 燃料供給系
４０ 点火プラグ
４２ 点火回路
４４ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
４６ エンジン回転数センサ
４８ アクセル開度センサ
５０ 運転状態判断手段
５２ 異常判定手段
５４ 警告手段

Claims (3)

1. エンジン排気系の異常を検出する検出装置であって、
   エンジンの運転状態が、エンジン排気系の異常の検出に適する状態であるか否かを判断する運転状態判断手段と、
   エンジンのシリンダ内で燃焼される混合気の空燃比に対応する量を検出するように、エンジン排気系に設けられたセンサと、
   上記運転状態判断手段が異常の検出に適する状態であると判断した場合において、上記センサによって検出された空燃比に対応する量が、エンジンの排気脈動と同期して、リーン空燃比に対応する値に変化しているとき、上記エンジン排気系に異常があると判定する異常判定手段と、
   この異常判定手段が異常ありと判定すると警告を発する警告手段と、
   を有することを特徴とするエンジン排気系の異常検出装置。
2. 上記エンジン排気系には、エンジンの排気を浄化する触媒が配置され、上記センサは、この触媒の上流側に配置されている請求項１記載のエンジン排気系の異常検出装置。
3. 上記センサが、空燃比に対応する量にほぼ比例した信号を出力するリニアセンサである請求項１又は２記載のエンジン排気系の異常検出装置。

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