JP2006170016A

JP2006170016A - エンジン排気系の異常検出装置

Info

Publication number: JP2006170016A
Application number: JP2004361631A
Authority: JP
Inventors: Koichi Terada; 浩市寺田; Takahiro Abe; 貴洋阿部; Koji Miyamoto; 浩二宮本; Hiroyuki Takebayashi; 広行竹林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】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。
【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（１）のシリンダ（３）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第１センサ（２８）と、エンジンの運転状態に対応して予め設定された燃料の基本量を、第１センサによって検出された値に基づいて修正することにより、混合気に混入させる燃料の量を決定する燃料制御手段（５０）と、この燃料制御手段において、エンジンの複数の運転状態に夫々対応して行われた各修正の傾向に基づいて、エンジン排気系の異常を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第１センサと、エンジンの運転状態に対応して予め設定された燃料の基本量を、第１センサによって検出された値に基づいて修正することにより、混合気に混入させる燃料の量を決定する燃料制御手段と、この燃料制御手段において、エンジンの複数の運転状態に夫々対応して行われた各修正の傾向に基づいて、エンジン排気系の異常を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、燃料制御手段は、エンジンの運転状態に対応して予め設定された燃料の基本量を、エンジン排気系に設けられた第１センサの検出値によって修正して決定している。燃料の基本量の修正は、第１センサの検出値を直接フィードバックすること、第１センサの検出値を基に補正量を学習すること等によって行われる。異常判定手段は、燃料制御手段によって行われた、エンジンの複数の運転状態における燃料の基本量の修正の傾向を基に、エンジン排気系の異常を判定する。異常判定手段がエンジン排気系に異常有りと判定すると、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、異常判定手段が、単に燃料制御手段による燃料の基本量の修正の傾向によって異常を判定しているので、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。

また、本発明において好ましくは、異常判定手段は、低回転、低負荷の運転状態になるほど、混合気をリッチ側に大きく補正する傾向のある修正が、燃料制御手段によって行われている場合に、エンジン排気系の異常ありと判定する。

このように構成された本発明においては、異常判定手段は、エンジン排気系に異常がある場合には、運転状態が低回転、低負荷であるほど排気系に外気が侵入しやすく、燃料制御手段が混合気をリッチ側に大きく修正するという性質を利用して、エンジン排気系の異常を判定する。
このように構成された本発明によれば、異常判定手段が、単に燃料制御手段による燃料の基本量の修正の傾向によって異常を判定しているので、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。

また、本発明において好ましくは、さらに、エンジン排気系に設けられた排気浄化用の触媒よりも下流側に配置され、混合気の空燃比に対応する量を検出する第２センサを有し、第１センサは触媒よりも上流側に配置され、異常判定手段が、燃料制御手段による修正の傾向と第２センサによる検出値に基づいて、エンジン排気系の異常の有無及び異常個所を判定する。

このように構成された本発明においては、異常判定手段は、第１センサの上流側にエンジン排気系の異常がある場合には、第１センサ及び第２センサの検出値に異常の影響が現れ、第１センサの下流側に異常がある場合には、第２センサの検出値のみに異常の影響が現れるという性質を利用して、異常個所を判定している。
このように構成された本発明によれば、エンジン排気系の異常の有無及び異常個所を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、第１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の途中には排気浄化用の触媒である触媒コンバータ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、第２センサであるラムダ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、リニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２の検出結果に基づいて、燃料噴射量を修正する燃料制御手段５０と、エンジンの制御状態に基づいて、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、燃料制御手段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１２ａ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の燃料制御手段５０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。

次に、図３乃至５を参照して、エンジン制御ユニット４４による燃料噴射量の決定手順を説明する。図３は、燃料噴射量を決定する手順を示すフローチャートであり、図４は、図３のフローチャートにおける燃料噴射量の補正量を決定する手順を示すブロック図であり、図５は、エンジンの運転状態を区分する領域を示すグラフである。

まず、図３を参照して、エンジン制御ユニット４４の燃料制御手段５０による燃料噴射量の決定手順を説明する。図３のステップＳ３１において、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。次に、ステップＳ３２において、エンジン制御ユニット４４の燃料制御手段５０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燃料の基本量である基本燃料噴射量を求める。さらに、燃料制御手段５０は、ステップＳ３３において、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、基準燃料噴射量を修正するための補正量及び学習値を算出する。これらの値の詳細な算出手順については後述する。次に、ステップＳ３４において、エンジンの運転モード等、リニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２の測定値以外の要因に基づく補正量を算出する。さらに、ステップＳ３５において、ステップＳ３２で決定した基本燃料噴射量を、ステップＳ３３及びステップＳ３４で算出した補正量で修正して、最終的な燃料噴射量を決定する。最後に、ステップＳ３６において、エンジン制御ユニット４４は、ステップＳ３５において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４を参照して、図３のステップＳ３３における補正量の算出手順を説明する。まず、図４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、基本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において各運転状態に対応する学習値マップとしてメモリ（図示せず）に記憶される。なお、ステップＳ５においては、エンジン１が定常運転されている場合の補正量のみを平均し、定常運転時以外の補正量については平均を計算する際に採用されない。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。ステップＳ５において平均値を計算する各運転状態の区分については、図５を参照して後述する。ステップＳ６において記憶された学習値マップは、図３のステップＳ３５において、基本燃料噴射量を修正して最終的な燃料噴射量を算出する際に使用される。このように、補正量の平均値が運転状態毎に学習値マップとして記憶され、最終的な燃料噴射量を決定する際に加味されるので、基本燃料噴射量及び学習値によって目標空燃比に近い空燃比が得られるようになり、ステップＳ４において計算されるフロントＦ／Ｂ補正量は減少していく。

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において各運転状態における学習値マップとしてメモリ（図示せず）に記憶される。なお、ステップＳ１０においては、エンジン１が定常運転されている場合の補正量のみを平均し、定常運転時以外の補正量については平均を計算する際に採用されない。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。ステップＳ１１において学習値マップとして平均値を記憶させる各運転状態の区分については、図５を参照して後述する。なお、ステップＳ１１において記憶された学習値は、後述するエンジン排気系の異常検出においてのみ使用される。

次に、図５を参照して、エンジンの運転状態の区分及び学習値マップについて説明する。本実施形態においては、燃料制御手段５０はエンジンの運転状態を、図５に示すような横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷としたグラフ上の６つの領域Ａ１乃至Ａ６に区分して、学習値マップを作成している。各領域の境界は、単位時間あたりにエンジンに吸入される空気量が等しくなる等吸気線によって区切られている。各区分のうち、グラフの原点に近い領域Ａ１が、最もエンジン負荷が小さく、回転数が少ない低負荷、低回転の領域であり、グラフの原点から離れるにつれてエンジン負荷及び回転数が増大し、領域Ａ６が、最もエンジン負荷が大きく、回転数が多い高負荷、高回転の領域となる。

図４のステップＳ５においては、燃料制御手段５０は、まず、ステップＳ４において計算されたフロントＦ／Ｂ補正量が、図５のどの領域に属する運転状態に対応したものであるかを判断する。次に、過去に入力されたその領域に属する定常運転状態に対応したフロントＦ／Ｂ補正量を合計し、その領域のフロントＦ／Ｂ補正量の平均値を計算する。計算されたフロントＦ／Ｂ補正量の平均値は、ステップＳ６において、その領域に対応した学習値としてメモリ（図示せず）に記憶させ、学習値マップが作成される。記憶された学習値マップは、図３のステップＳ３５において、最終的な燃料噴射量を算出する際に加算される。

例えば、エンジン１が、図５の領域Ａ３の状態で定常運転されている際に、図４のステップＳ４で計算されたフロントＦ／Ｂ補正量は、領域Ａ３における補正量としてメモリ（図示せず）に記憶され、領域Ａ３における補正量が、メモリ（図示せず）内に所定数蓄積されると、ステップＳ５において、それらの平均値が計算される。計算された平均値は、ステップＳ６において、領域Ａ３に対する学習値としてメモリ（図示せず）に記憶される。同様に、各領域に対する学習値がメモリ（図示せず）に記憶され、学習値マップが作成される。各領域に対する学習値の更新は、フロントＦ／Ｂ補正量が所定数蓄積される毎に行っても良いし、フロントＦ／Ｂ補正量の移動平均を計算することによって行っても良い。

このように、フロントＦ／Ｂ補正量を学習することにより、エンジンを制御するための各種センサの経年変化による誤差等は学習値により補正される。例えば、エアフローセンサ１８に誤差が生じ、実際の空気量よりも常に少ない空気量として測定されている場合には、予め設定されている基本燃料噴射量の燃料を噴射すると、混合気は理論空燃比よりもリーンになる。この誤差をリニアＯ₂センサ２８等によりフィードバックし、燃料噴射量を増加させるように修正すると、理論空燃比の混合気が得られる。さらに、その補正量が学習され、学習値マップに記憶されると、基本燃料噴射量を学習値によって修正するだけで理論空燃比の混合気が得られるようになる。このため、学習によりフロントＦ／Ｂ補正量は減少される。

同様に、図４のステップＳ１０及びＳ１１におけるリヤＦ／Ｂ補正量に基づく学習値も、図５に示すエンジンの運転状態の各領域について計算され、学習値マップとして記憶される。

次に、図６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６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フローチャートである。

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６に示す異常検出アルゴリズムが起動される。
まず、図６のステップＳ６１では、異常判定手段５２によって、図５に示すエンジンの運転状態の複数の領域について、学習値が記憶されているか否かが判断される。即ち、学習値マップの複数の領域に学習値が記憶されているか否かが判断される。学習値が単一の領域のみについて記憶されている場合には、異常検出を行うことなく図６に示すフローチャートの１回の処理を終了する。二以上の領域について学習値が記憶されている場合には、ステップＳ６２に進む。

ステップＳ６２においては、異常判定手段５２によって、学習値マップとして記憶されている学習値の傾向と、排気管リーク閾値マップが比較される。排気管リーク閾値マップは、エンジン排気系に異常がある場合に、学習値が呈する典型的な傾向である。即ち、エンジン排気系に異常があり、排気管に漏れがある場合には、漏れ部分から排気系に侵入する空気により、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度が上昇する。特に、エンジン１が低負荷、低回転で運転されている場合には、図２に示すように、排気管内が負圧になる瞬間があるため、多くの外気が排気系内に侵入し、酸素濃度が大きく上昇する。リニアＯ₂センサ２８によって高い酸素濃度が測定されると、燃料制御手段５０は、混合気が理論混合比よりもリーンであると判断し、燃料噴射量が多くなるように補正を行い、それが学習される。

一方、エンジン１が高負荷、高回転で運転されている場合には、排気管内が負圧になる瞬間はないので、外気はあまり排気系内には侵入せず、酸素濃度が大きく上昇することはない。従って、高負荷、高回転の領域では、排気系に漏れがあっても、それにより燃料噴射量があまり多くなるように補正されることは少ない。このため、エンジン排気系に異常がある場合には、低負荷、低回転の領域である図５の領域Ａ１において、混合気をリッチ側に補正する学習値が最も大きくなり、高負荷、高回転の領域Ａ６に近づくにつれて、混合気をリッチ側に補正する学習値が小さくなる傾向が現れる。この傾向が、排気管リーク閾値マップとして異常判定手段５２に記憶されている。

ステップＳ６３においては、学習値マップとして記憶されている学習値の傾向が、排気管リーク閾値マップと一致しているか否かが判断される。ステップＳ６３において、傾向が一致していると判断された場合には、ステップＳ６４に進み、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも上流の部分に異常ありと判断される。一方、ステップＳ６３において、傾向が一致していないと判断された場合には、ステップＳ６５に進み、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも上流の部分には異常なしと判断される。ステップＳ６４において、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも上流の部分に異常ありと判断された場合には、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。

一方、図６に示す異常検出アルゴリズムが起動されると、ステップＳ６６以下の処理も開始される。まず、ステップＳ６６では、図４のステップＳ１１におけるリヤＦ／Ｂ補正量平均値が、複数の領域について記憶されているか、また、上述したフロントＦ／Ｂ補正量の学習値が、複数の領域で記憶されているか否かが判断される。リヤＦ／Ｂ補正量平均値が二以上の領域について記憶されていない場合、又はフロントＦ／Ｂ補正量の学習値が二以上の領域で記憶されていない場合には、排気系の異常検出を行わず、図６のアルゴリズムの１回の処理を終了する。これは、リヤＦ／Ｂ補正量平均値が複数の領域について記憶されていない場合には、リヤＦ／Ｂ補正量平均値の各運転状態に対する傾向を把握することができないためである。また、フロントＦ／Ｂ補正量の学習値が二以上の領域で記憶されていない場合には、後述するように、エンジン排気系の異常個所を把握することができないためである。

次に、ステップＳ６７では、学習値マップとして記憶されているリヤＦ／Ｂ補正量平均値の傾向が排気管リーク閾値マップと比較される。排気管リーク閾値マップの傾向は、フロントＦ／Ｂ補正量の学習値と同様である。さらに、ステップＳ６８では、リヤＦ／Ｂ補正量平均値の傾向が排気管リーク閾値マップと一致しているか否かが判断される。ステップＳ６８において、傾向が一致していると判断され、且つ、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも上流の部分に異常なしと判断されている場合には、ステップＳ６９に進み、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも下流の部分に異常ありと判断される。一方、ステップＳ６８において、傾向が一致していないと判断された場合には、ステップＳ７０に進み、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８の上流及び下流の部分とも異常なしと判断される。ステップＳ６９において、エンジン排気系のリニアＯ₂センサ２８よりも下流の部分に異常ありと判断された場合には、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、リニアＯ₂センサの上流及び下流の部分に配置されたセンサによって異常検出を行っているので、エンジン排気系の異常個所を特定することができる。

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、補正量を所定回数平均した値を基に、基本燃料噴射量の修正の傾向を把握していたが、基本燃料噴射量の修正に関連した他の量に基づいて、異常検出を行うこともできる。
さらに、上述した実施形態では、触媒コンバータの上流にリニアＯ₂センサ、下流にラムダＯ₂センサを配置していたが、センサの種類及び配置は、適宜変更することができる。

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。燃料噴射量を算出する手順を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおける燃料噴射量の補正量を決定する手順を示すブロック図である。エンジンの運転状態を区分する領域を示すグラフである。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フローチャートである。

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燃料制御手段
５２異常判定手段
５４警告手段

Claims

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第１センサと、
エンジンの運転状態に対応して予め設定された燃料の基本量を、上記第１センサによって検出された値に基づいて修正することにより、混合気に混入させる燃料の量を決定する燃料制御手段と、
この燃料制御手段において、エンジンの複数の運転状態に夫々対応して行われた各修正の傾向に基づいて、エンジン排気系の異常を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。
上記異常判定手段は、低回転、低負荷の運転状態になるほど、混合気をリッチ側に大きく補正する傾向のある修正が、上記燃料制御手段によって行われている場合に、エンジン排気系の異常ありと判定する請求項１記載のエンジン排気系の異常検出装置。
さらに、エンジン排気系に設けられた排気浄化用の触媒よりも下流側に配置され、混合気の空燃比に対応する量を検出する第２センサを有し、上記第１センサは上記触媒よりも上流側に配置され、上記異常判定手段が、上記燃料制御手段による修正の傾向と上記第２センサによる検出値に基づいて、エンジン排気系の異常の有無及び異常個所を判定する請求項１又は２記載のエンジン排気系の異常検出装置。