JP2006257944A - 内燃機関の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高価な部品を使用した複雑な構成を採用することなく、既存のセンシング信号を活用して精度良く異常を検出できる内燃機関の異常検出装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路１６の触媒１７の上流側に設置された空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ１８と、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１５の噴射量を調整してストイキ制御を行なう空燃比制御手段２０と、前記触媒１７への酸素吸蔵量を演算導出する酸素吸蔵量演算手段２１と、前記酸素吸蔵量演算手段２１によって演算導出される酸素吸蔵量に基づいて燃料制御系の異常の有無を検出する異常検出手段２２とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量の調整を行なう空燃比制御手段と、燃料噴射弁等の燃料系システムの異常の有無を検出する内燃機関の異常検出装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路の触媒の上流側に設置された空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチとリーンを繰り返すように目標空燃比を設定して燃料噴射弁の噴射量を調整する空燃比制御手段を備えた制御システムが知られている。
特開２０００−１９５４２号公報

しかし、上述の燃料噴射弁においては、断線や目詰まり、或いは燃料噴射弁に対する駆動回路のショート等の異常が生じると、噴射量が適性量から外れて空燃比が大きく変化して、機関の停止やその出力の低下によるドライバビリティの悪化を招くという問題点があるため、燃料噴射系のシステムの異常を精度良く検出する異常検出装置が必要とされているが、そのために個々の異常を検出する複雑な異常検出装置を構成すると、却って誤検出を招く虞もある。

本発明の目的は、上述の従来の問題点に鑑み、高価な部品を使用した複雑な構成を採用することなく、既存のセンシング信号を活用して精度良く異常を検出できる内燃機関の異常検出装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による内燃機関の異常検出装置の第一の特徴構成は、検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量の調整を行なう空燃比制御手段と、触媒への酸素吸蔵量を演算導出する酸素吸蔵量演算手段と、前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量に基づいて燃料制御系の異常の有無を検出する異常検出手段とを備えてなる点にある。

上述の構成によれば、例えば、排ガスに含まれるＨＣやＣＯ_２を浄化するために触媒に吸蔵されている酸素が消費されているリッチ状態から、触媒により排ガスに含まれるＮＯ_Ｘが還元されて余剰の酸素が吸蔵されるリーン状態になるように燃料噴射量が制御されると、酸素吸蔵量演算手段により演算導出される酸素吸蔵量は、触媒に吸蔵される酸素の増加量として演算導出されるが、演算導出された酸素吸蔵量が過剰に増加しているか、逆に減少しているときに燃料噴射弁やエアフロメータ等の燃料噴射システムに異常が生じていると判断できるのである。例えば、触媒により排ガスに含まれるＮＯ_Ｘが還元されて余剰の酸素が吸蔵されているリーン状態から、排ガスに含まれるＨＣやＣＯ_２を浄化するために触媒に吸蔵されている酸素が消費されるリッチ状態になるように燃料噴射量が制御されると、酸素吸蔵量演算手段により演算導出される酸素吸蔵量は、触媒に吸蔵されている酸素の減少量として演算導出されるが、演算導出された酸素吸蔵量が過剰に減少しているか、逆に増加しているときに燃料噴射システムに異常が生じていると判断できるのである。

同第二の特徴構成は、上述の第一特徴構成に加えて、前記異常検出手段は、前記空燃比制御手段によるリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において前記酸素吸蔵量
演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準酸素吸蔵量とを比較して異常の有無を判断する点にあり、リッチ状態からリーン状態に遷移したときに増加するであろう当該触媒に対する基準酸素吸蔵量と、リーン状態からリッチ状態に遷移したときに減少するであろう当該触媒に対する基準酸素吸蔵量を予め定めておき、その基準酸素吸蔵量と、そのときに前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量とを比較して夫々の基準酸素吸蔵量と所定量以上異なるか否かによって異常が生じているか否かが的確に判断できるようになるのである。

同第三の特徴構成は、上述の第二特徴構成に加えて、前記異常検出手段は、前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量と前記基準酸素吸蔵量との比較の結果、異常と判断される状態が設定回数検出されたときに異常と出力する点にあり、このように構成することによって、誤検出を防止して精度良く異常を検出することができるようになるのである。

同第四の特徴構成は、検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量の調整を行なう空燃比制御手段と、燃料噴射弁から供給され吸気管壁面に付着する壁面付着燃料量を演算導出する壁面付着燃料量演算手段と、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量に基づいて燃料制御系の異常の有無を検出する異常検出手段とを備えてなる点にある。

エンジンのシリンダ内壁面や吸気管壁面には供給された燃料が付着する。このとき、理論空燃比よりも燃料が多いリッチ状態では、壁面へ付着する燃料量と、壁面に付着した燃料が壁面から揮発する燃料量とでは、壁面へ付着する燃料量の方が多く、結果として壁面へ付着する燃料量が増加する。一方、理論空燃比よりも空気が多いリーン状態では、壁面へ付着する燃料量と、壁面に付着した燃料が壁面から揮発する燃料量とでは、壁面から揮発する燃料量の方が多く、結果として壁面へ付着する燃料量が減少する。つまり、燃料噴射システムが正常に作動しているときには、リッチ状態からリーン状態に遷移すると壁面付着量は減少し、リーン状態からリッチ状態に遷移すると壁面付着量は増加する。従って、上述の構成によれば、例えば、リッチ状態からリーン状態に空燃比が制御されると、壁面付着燃料量が減少することになるが、このときに壁面付着燃料量演算手段によって演算導出された壁面付着燃料量が減少していないか、或いは、減少していてもその減少量が低いときに燃料噴射弁やエアフロメータ等からなる燃料噴射システムに異常が生じていると判断でき、例えば、リーン状態からリッチ状態に空燃比が制御されると、壁面付着燃料量が増加することになるが、このときに壁面付着燃料量演算手段によって演算導出された壁面付着燃料量が増加していないか、或いは、増加していてもその増加量が低いときに燃料噴射システムに異常が生じていると判断できるのである。

同第五の特徴構成は、上述の第四特徴構成に加えて、前記異常検出手段は、前記空燃比制御手段によるリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準壁面付着燃料量とを比較して異常の有無を判断する点にあり、リッチ状態からリーン状態に遷移したときに減少するであろう基準壁面付着燃料量と、リーン状態からリッチ状態に遷移したときに増加するであろう基準壁面付着燃料量とを予め定めておき、その基準壁面付着燃料量と、そのときに前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量とを比較して夫々の基準壁面付着燃料量より多いか少ないかによって異常が生じているか否かが的確に判断できるようになるのである。

同第六の特徴構成は、上述の第五特徴構成に加えて、前記異常検出手段は、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量と前記基準壁面付着燃料量の比較の結果、異常と判断される状態が設定回数検出されたときに異常と出力する点にあり、
このように構成することによって、誤検出を防止して精度良く異常を検出することができるようになるのである。

以上説明した通り、本発明によれば、高価な部品を使用した複雑な構成を採用することなく、既存のセンシング信号を活用して精度良く異常を検出できる内燃機関の異常検出装置を提供することができるようになった。

以下に本発明による内燃機関の異常検出装置の第一の実施形態について説明する。内燃機関の異常検出装置を用いた内燃機関の全体構成は図１に示すように、内燃部０１と、内燃部０１に連通した吸気部０２と、同じく排気部０３と、制御部０４とを備えて構成されている。

前記内燃部０１は、前記吸気部から吸気部０２から噴射した燃料を燃焼することにより得られるエネルギーを動力に変換するように構成されている。

前記吸気部０２は、前記内燃部０１に燃料と前記燃料を燃焼するために必要な空気を吸気するためのもので、空気或いは燃料の通路となる吸気管１０と、吸入口１１から吸入する空気を浄化するエアフィルタ１２と、前記吸入された空気の吸入量及び吸気管１０での圧力を検出するエアフロメータ１３と、前記吸入する空気量を制御するスロットバルブ１４と、前記内燃部０１の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁１５とを備えて構成されている。

前記排気部０３は、前記内燃部０１で燃焼されたガスを排気するためのもので、前記排気されたガスの通路となる排気通路１６と、前記排気されたガスを浄化する触媒１７と、前記触媒１７の上流側に設置された酸素濃度センサとなる空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ１８とを備えて構成されている。

前記触媒１７は、ある程度の酸素を吸蔵することができ、排気ガス中にＮＯｘが含まれている場合は、それらを還元することで排気ガスを浄化すると共に、その還元の過程で放出された酸素を吸蔵し、また、排気ガス中にＨＣやＣＯなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出しながらそれらを酸化することで、排気ガスを浄化するように構成されている。

前記制御部０４は制御用ＣＰＵ、制御プログラムが格納されたＲＯＭ、データ処理用のＲＡＭと、各機能ブロックに対する制御用信号入出力回路を備えて構成され、前記制御プログラムに基づいて各機能ブロックが統合制御されるように構成されている。また、前記内燃機関の異常検出にかかる機能ブロック構成は図２に示すように、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出された空燃比が目標空燃比となるように前記燃料噴射弁１５の噴射量を調整してストイキ制御を行なう空燃比制御手段２０と、前記触媒１７への酸素吸蔵量を演算導出する酸素吸蔵量演算手段２１と、前記空燃比制御手段２０による制御状態がリッチ状態とリーン状態の間で遷移したときに前記酸素吸蔵量演算手段２１によって演算導出される酸素吸蔵量に基づいて異常の有無を検出する異常検出手段２２とを備えて構成されている。

前記空燃比制御手段２０は、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出される空燃比に基づいて、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチ状態とリーン状態を繰り返すように、つまり、理論空燃比（ストイキ）近傍に維持されるように、前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量を制御するもので、前記理論空燃比とするた
めに前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量から燃料噴射量を求めるための燃料噴射量情報を記憶する燃料噴射量情報記憶部２４と、前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量と前記燃料噴射量情報とに基づいて前記燃料噴射弁１８により燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部２３とを備えて構成されている。

前記燃料噴射量情報記憶部２４に記憶されている前記燃料噴射量情報は、前記燃料噴射量制御手段２３が前記空気吸入量に基づいた燃料噴射量を求めるための情報であるとともに、例えば、図３に示すように、前記触媒１７における酸素吸蔵量が所定の増減幅ＲＦで増減するように、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチ状態とリーン状態を繰り返すための遷移タイミングを燃料噴射量から求めることが可能なように構成されている。

前記燃料噴射量制御部２３は、前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量と前記燃料噴射量情報とに基づいて前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量を制御するもので、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチとリーンを繰り返すように、つまり、前記触媒１７における酸素吸蔵量が所定の範囲で増減するように制御する構成となっている。また、前記燃料噴射量制御部２３は、例えば、その制御状態をリッチ状態で行なっているときには、制御状態フラッグＸＲＡＦに０をセットし、また、リーン状態で行なっているときには、制御状態フラッグＸＲＡＦに１をセットするように構成されている。

前記酸素吸蔵量演算手段２１は、前記触媒１７に単位時間に酸素が吸蔵される酸素吸蔵量を演算導出するもので、前記Ａ／Ｆセンサ１８で検出された空燃比から酸素濃度を算出する酸素濃度算出部２５と、前記算出された酸素濃度と前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量とに基づいて単位時間に酸素が前記触媒１７に吸蔵される酸素吸蔵量を算出する酸素吸蔵量算出部２６とを備えて構成されている。

前記酸素濃度算出部２５における酸素濃度Ｆｏ（ｔ）の算出は、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出された空燃比λ（ｔ）から、例えば、図４に示す酸素濃度マップに基づいて算出する。排気ガス中の有害成分としては、空燃比λ（ｔ）がリーン側に偏った場合にはＮＯｘ とＯ₂ が増大し、リッチ側に偏った場合にはＣＯとＨＣが増大するため、前記酸素
濃度マップでは酸素濃度を基準として定めることにより、リーン側ではＯ₂ の過剰分を直接表し、正の値として設定されている。また、リッチ側ではＣＯやＨＣにより要求されるＯ₂ の不足分を表し、負の値として設定。尚、符号中ｔはサンプリング番号（時間）を示すものである。

前記酸素吸蔵量算出部２６は、〔数１〕に示すように、前記酸素濃度Ｆｏ（ｔ）と、前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量ＱＡ（ｔ）とから単位時間に前記触媒１７に吸蔵される酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ） を算出するように構成されている。

但し、前記エアフロメータ１３は、空燃比λ（ｔ）を検出したＡ／Ｆセンサ１８より上流側に位置するため、吸入空気量ＱＡ（ｔ）は空気流の遅れを考慮し、前記第一の酸素濃度の基礎となる空燃比λ（ｔ） が検出された空気流を対象とした検出値とすることが好
ましい。例えば、現在の前記第一の酸素濃度Ｆｏ（ｔ）と、前記内燃部０１の回転数に応じた時間だけ以前に計測した吸入空気量ＱＡ（ｔ−α）とを用いて酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ
）を算出することが好ましい。

尚、前記〔数１〕における空気吸入量ＱＡ（ｔ）は、エンジン回転数とスロットルバルブの開度に基づいて算出することも可能である。

前記異常検出手段２２は、前記空燃比制御手段２０による制御状態がリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において前記酸素吸蔵量演算手段２１によって演算導出される酸素吸蔵量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準酸素吸蔵量とを比較して異常の有無を検出するもので、前記空燃比制御手段２０の制御状態を判定する制御状態判定部２８と、前記空燃比制御手段２０による制御状態が遷移してから前記触媒１７に酸素が吸蔵される酸素吸蔵量の積算値である蓄積酸素吸蔵量を算出する蓄積酸素吸蔵量算出部２７と、前記蓄積酸素吸蔵量に基づいて前記空燃比制御手段２０と前記燃料噴射弁１５と前記エアフロメータ１３等からなる燃料噴射制御システムの異常を判定する異常判定部３１とを備えて構成されている。

前記制御状態判定部２８は、前記燃料噴射制御部２３によりセットされた制御フラッグＸＲＡＦにより前記空燃比制御手段２０の制御状態を判定するもので、現在の制御状態を判定するとともに、現在の制御フラッグＸＲＡＦをフラッグメモリＸＲＭに記憶させ、次回の判定時において、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）と現在の制御状態を示す制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）とを比較することによって、前記空燃比制御手段２０の制御状態が遷移したか否かの判定が可能なように構成されている。つまり、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）が０で、現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）が１であれば、リッチからリーンに遷移したと判定され、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）が１で、現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）が０であれば、リーンからリッチに遷移したと判定され、更に、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）と現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）とが等しければ、制御状態の遷移が行なわれていないと判定されるように構成されている。

前記蓄積酸素吸蔵量算出部２７は、前記空燃比制御手段２０による制御状態がリッチ状態とリーン状態の間で遷移したときからの前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値を蓄積酸素吸蔵量として算出するもので、前記空燃比制御手段２０による制御状態がリッチ状態からリーン状態に遷移したときの前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値である蓄積酸素吸蔵量ＲＬを〔数２〕により、また、前記空燃比制御手段２０による制御状態がリーン状態からリッチ状態に遷移したときの前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値である蓄積酸素吸蔵量ＬＲを〔数３〕により算出する構成となっている。

前記異常判定部３１は、前記燃料噴射量情報として記憶されている酸素吸蔵量の所定の増減幅ＲＦを基準酸素吸蔵量ＲＦとし、前記基準酸素吸蔵量ＲＦと前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬ、或いは、ＬＲとに基づいて、前記燃料噴射制御システムの異常を判定するように構成
されている。即ち、前記燃料噴射量情報として記憶されている前記触媒１７への酸素吸蔵量の増減範囲ＲＦ、つまり、前記基準酸素吸蔵量ＲＦとなるように、前記空燃比制御手段２０によって燃料噴射量を制御されているにもかかわらず、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬ、或いは、ＬＲとして算出された実際の前記触媒１７への酸素吸蔵量の増減幅ＴＦが、前記基準酸素吸蔵量ＲＦと大きく異なっている状態が所定時間検出されたときに、異常の判定を行なうように構成されている。

例えば、リッチ状態からリーン状態に遷移した場合には、前記触媒１７の酸素吸蔵量は増加するため、図５（ａ）に示すように、リッチ状態からリーン状態に遷移した後、リーン状態からリッチ状態に遷移するまでの間の前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値、つまり、蓄積酸素吸蔵量ＲＬは、正の値となるため、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬと、前記基準酸素吸蔵量ＲＦの正の値とを比較して、正常であると判断される上限値ＲＦａよりも大きく検出される回数が、或いは、正常であると判断される下限値ＲＦｂよりも小さく検出される回数が、所定の回数連続して検出された場合に異常と判定される。また、リーン状態からリッチ状態に遷移した場合には、前記触媒１７の酸素吸蔵量は減少するため、図５（ｂ）に示すように、リーン状態からリッチ状態に遷移した後、リッチ状態からリーン状態に遷移するまでの間の前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値、つまり、蓄積酸素吸蔵量ＬＲは、負の値となるため、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲと、前記基準酸素吸蔵量ＲＦの負の値とを比較し、このとき、正常であると判断される負の上限値ＲＦｃよりも大きく検出される回数が、或いは、正常であると判断される負の下限値ＲＦｄよりも小さく検出される回数が、所定の回数連続して検出された場合に異常と判定される。尚、前記検出回数は、例えば、前記異常判定部３１に備えた異常カウンタにより計測することができ、所定の閾値を超えたときに異常判定を行なう構成とすればよい。更に、前記異常カウンタは、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲの異常を検出する異常カウンタＪと、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬの異常を検出する異常カウンタＫとを備え、夫々所定の閾値Ｊｔｈ、Ｋｔｈを個別に設定する構成としてもよい。

以下、前記内燃機関の異常検出の動作について、図５のフローチャートに基づいて説明する。前記内燃機関が始動されると、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬ、ＬＲや異常カウンタＫ、Ｊ等の値が初期化される（ＳＡ１）。

前記エアフロメータ１３は空気吸収量の検出を開始し（ＳＡ２）、前記Ａ／Ｆセンサ１８は、空燃比の検出を開始する（ＳＡ３）。前記燃料噴射量制御部２３は、前記エアフロメータ１３によって検出された空気吸入量と、前記Ａ／Ｆセンサ１８によって検出された空燃比と、前記燃料噴射量情報とに基づいて、前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量の制御を開始する（ＳＡ４）。また、その制御状態を制御フラッグＸＲＡＦにセットする（ＳＡ５）。

前記酸素濃度算出部２５は、前記Ａ／Ｆセンサ１８によって検出された空燃比と、前記酸素濃度マップから得られる酸素濃度を算出する（ＳＡ６）。前記酸素吸蔵量算出部２６は、前記酸素濃度算出部２５によって算出された酸素濃度と、前記エアフロメータ１３によって検出された空気吸入量とから、単位時間における酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）を算出する（ＳＡ７）。

前記制御状態判定部２８は、前記制御フラッグＸＲＡＦにより、前記空燃比制御手段２０の制御状態を判定し、その制御状態がリーン状態であり（ＳＡ８）、前回からリーン状態が継続されていると判定された場合には（ＳＡ９）、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬに前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）を加えることによって前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬを更新する（ＳＡ１０）。一方、リッチ状態からリーン状態に遷移した直後と判定された場合には（ＳＡ９）、前記異常判定部３１により前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬと前記基準酸素吸蔵量とが比較され
、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬが前記上限値ＲＦａから前記下限値ＲＦｂの範囲内であれば（ＳＡ１１）、前記異常カウンタＫ、及び、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬをリセットし（ＳＡ１２、ＳＡ１３）、ステップ２へ戻る。また、範囲外であった場合には、前記異常カウンタＫをインクリメントし（ＳＡ１４）、前記異常カウンタＫが所定の閾値Ｋｔｈを超えた場合に（ＳＡ１５）、リーン状態での異常と判定し異常を通知する（ＳＡ１６）。所定の閾値Ｋｔｈ以下である場合には（ＳＡ１５）、前記蓄積酸素吸蔵量ＲＬをリセットし（ＳＡ１３）、ステップＳＡ２へ戻る。

前記制御状態判定部２８は、前記制御フラッグＸＲＡＦにより、前記空燃比制御手段２０の制御状態を判定し、その制御状態がリッチ状態であり（ＳＡ８）、前回からリッチ状態が継続されていると判定された場合には（ＳＡ１７）、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲに前記酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）を加えることによって前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲを更新する（ＳＡ１８）。一方、リーン状態からリッチ状態に遷移した直後と判定された場合には（ＳＡ１７）、前記異常判定部３１により前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲと前記基準酸素吸蔵量とが比較され、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲが前記負の上限値ＲＦｃから前記負の下限値ＲＦｄの範囲内であれば（ＳＡ１９）、前記異常カウンタＪ、及び、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲをリセットし（ＳＡ２０、ＳＡ２１）、ステップＳＡ２へ戻る。また、範囲外であった場合には、前記異常カウンタＪをインクリメントし（ＳＡ２２）、前記異常カウンタＪが所定の閾値Ｊｔｈを超えた場合に（ＳＡ２３）、リーン状態での異常と判定し異常を通知する（ＳＡ２４）。所定の閾値Ｊｔｈ以下である場合には（ＳＡ２３）、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲをリセットし（ＳＡ２１）、ステップＳＡ２へ戻る。

以下、別の実施の形態について説明する。上述では、前記燃料噴射量制御部２３は、燃料噴射量情報における酸素吸蔵量情報に基づいてリッチ状態とリーン状態とを遷移させる構成について説明したが、前記燃料噴射量制御部２３は、必ずしも、燃料噴射量情報における酸素吸蔵量情報に基づいてリッチ状態とリーン状態とを遷移させる必要はなく、予め燃料噴射システムが正常動作した場合におけるリッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでの酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値である蓄積酸素吸蔵量の増減幅を基準酸素吸蔵量として設定すればよい。

上述では前記燃料噴射システムが正常に動作した場合におけるリッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでの酸素吸蔵量ＯＳＴ（ｔ）の積算値である蓄積酸素吸蔵量の増減幅を基準酸素吸蔵量として、前記基準酸素吸蔵量に基づいて異常検出を行なったが、前記基準酸素吸蔵量を設定する基となる期間は、リッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでに限定するものではなく、予め基準酸素吸蔵量を設定できる期間であればよい。

上述では、触媒１７への酸素吸蔵量に基づいて異常の有無を検出する場合について説明したが、前記吸気管１０への壁面付着燃料量に基づいて異常の有無を検出する第二の実施形態について説明する。前記内燃機関の異常検出にかかる機能ブロック構成は図７に示すように、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出された空燃比が目標空燃比となるように前記燃料噴射弁１５の噴射量を調整してストイキ制御を行なう空燃比制御手段５０と、前記吸気管１０への壁面付着燃料量を演算導出する壁面付着燃料量演算手段５１と、前記空燃比制御手段５０による制御状態がリッチ状態とリーン状態の間で遷移したときに前記壁面付着燃料量演算手段５１によって演算導出される壁面付着燃料量に基づいて異常の有無を検出する異常検出手段５２とを備えて構成されている。

前記空燃比制御手段５０は、前記Ａ／Ｆセンサ１８により検出される空燃比に基づいて
、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチ状態とリーン状態を繰り返すように、つまり、理論空燃比（ストイキ）近傍に維持されるように、前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量を制御するもので、前記理論空燃比とするために前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量から燃料噴射量を求めるための燃料噴射量情報を記憶する燃料噴射量情報記憶部５４と、前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量と前記燃料噴射量情報とに基づいて前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部５３とを備えて構成されている。

前記燃料噴射量情報記憶部５４に記憶されている前記燃料噴射量情報は、前記空気吸入量に基づいた燃料噴射量を求めるための情報であるとともに、図８に示すように、前記吸気管１０における壁面付着燃料量が所定の増減幅ＮＦで増減するように、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチ状態とリーン状態を繰り返すための遷移タイミングを燃料噴射量から求めることが可能なように構成されている。

前記燃料噴射量制御部５３は、前記エアフロメータ１３により検出された空気吸入量と前記燃料噴射量情報とに基づいて前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量を制御するもので、前記内燃部０１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチとリーンを繰り返すように、つまり、前記吸気管１０への壁面付着燃料量が所定の範囲で増減するように制御する構成となっている。また、前記燃料噴射量制御部５３は、例えば、その制御状態をリッチ状態で行なっているときには、制御状態フラッグＸＲＡＦに０をセットし、また、リーン状態で行なっているときには、制御状態フラッグＸＲＡＦに１をセットするように構成されている。

前記壁面付着燃料量演算手段５１は、前記吸気管１０の壁面に単位時間に燃料が付着される壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）を演算導出するもので、予め前記内燃機関の動作状態と燃料付着量とのマップを記憶しておき、現在の動作状態から現在の燃料付着量を算出するように構成されている。例えば、前記内燃機関の動作状態としては、前記エアフロメータ１３により検出される吸気管圧力と、前記吸気管１０の壁面温度或いは前記壁面温度に対応している冷却水温度センサ０９により検出される冷却水温度との関係から前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）を演算導出することができる。また、内燃機関の回転数及びスロットバルブの開度と、冷却水温度との関係からも前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）を演算導出することができる。尚、符号中ｔはサンプリング番号（時間）を示すものである。

前記異常検出手段５２は、前記空燃比制御手段５０による制御状態がリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において前記壁面付着燃料量演算手段５１によって演算導出される壁面付着燃料量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準壁面付着燃料量とを比較して異常の有無を検出するもので、前記空燃比制御手段５０の制御状態を判定する制御状態判定部５８と、前記空燃比制御手段５０による制御状態が遷移してから前記吸気管１０の壁面に燃料が付着される壁面付着燃料量の積算値である蓄積壁面付着燃料量を算出する蓄積壁面付着燃料量算出部５７と、前記蓄積壁面付着燃料量に基づいて前記空燃比制御手段５０と前記燃料噴射弁１５と前記エアフロメータ１３等からなる燃料噴射制御システムの異常を判定する異常判定部６１とを備えて構成されている。

前記制御状態判定部５８は、前記燃料噴射制御部５３によりセットされた制御フラッグＸＲＡＦにより前記空燃比制御手段５０の制御状態を判定するもので、現在の制御状態を判定するとともに、現在の制御フラッグＸＲＡＦをフラッグメモリＸＲＭに記憶させ、次回の判定時において、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）と現在の制御状態を示す制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）とを比較することによって、前記空燃比制御手段５０の制御状態が遷移したか否かの判定が可能なように構成さ
れている。つまり、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）が０で、現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）が１であれば、リッチからリーンに遷移したと判定され、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）が１で、現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）が０であれば、リーンからリッチに遷移したと判定され、更に、前記フラッグメモリＸＲＡＭに記憶されている制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ−１）と現在の制御フラッグＸＲＡＦ（ｔ）とが等しければ、制御状態の遷移が行なわれていないと判定されるように構成されている。

前記蓄積壁面付着燃料量算出部５７は、前記空燃比制御手段５０による制御状態がリッチ状態とリーン状態の間で遷移したときからの前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値を蓄積壁面付着燃料量として算出するもので、前記空燃比制御手段５０による制御状態がリッチ状態からリーン状態に遷移したときの前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値である蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬを〔数４〕により、また、前記空燃比制御手段５０による制御状態がリーン状態からリッチ状態に遷移したときの前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値である蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲを〔数５〕により算出する構成となっている。

前記異常判定部６１は、前記燃料噴射量情報として記憶されている壁面付着燃料量の所定の増減幅ＮＦを基準壁面付着燃料量ＮＦとし、基準壁面付着燃料量ＮＦと前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬ、或いは、ＦＬＲとに基づいて、前記燃料噴射制御システムの異常を判定するように構成されている。即ち、前記燃料噴射量情報として記憶されている前記吸気管１０への壁面付着燃料量の増減範囲ＮＦ、つまり、前記基準壁面付着燃料量ＮＦとなるように、前記空燃比制御手段５０によって燃料噴射量を制御されているにもかかわらず、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬ、或いは、ＦＬＲとして算出された実際の前記吸気管１０への壁面付着燃料量の増減幅ＦＦが、前記基準壁面付着燃料量ＮＦと大きく異なっている状態が所定時間検出されたときに、異常の判定を行なうように構成されている。

例えば、リーン状態からリッチ状態に遷移した場合には、前記吸気管１０の壁面付着燃料量は増加するため、図９（ａ）に示すように、リーン状態からリッチ状態に遷移した後、リッチ状態からリーン状態に遷移するまでの間の前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値、つまり、蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲは、正の値となるため、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲと、前記基準壁面付着燃料量ＮＦの正の値とを比較して、正常であると判断される上限値ＮＦａよりも大きく検出される回数が、或いは、正常であると判断される下限値ＮＦｂよりも小さく検出される回数が、所定の回数連続して検出された場合に異常と判定される。また、リッチ状態からリーン状態に遷移した場合には、前記吸気管１０の壁面付着燃料量は減少するため、図９（ｂ）に示すように、リッチ状態からリーン状態に遷移した後、リーン状態からリッチ状態に遷移するまでの間の前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値、つまり、蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲは、負の値となるため、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲと、前記基準壁面付着燃料量ＮＦの負の値とを比較し、このとき、正常であると判断される負の上限値ＮＦｃよりも大きく検出される回数が、或いは、正常であると判断される負の下限値ＮＦｄよりも小さく検出される回数が、所定の回数連続して検出された
場合に異常と判定される。尚、前記検出回数は、例えば、前記異常判定部６１に備えた異常カウンタにより計測することができ、所定の閾値を超えたときに異常判定を行なう構成とすればよい。更に、前記異常カウンタは、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲの異常を検出する異常カウンタＫと、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬの異常を検出する異常カウンタＪとを備え、夫々所定の閾値Ｋｔｈ、Ｊｔｈを個別に設定する構成としてもよい。

以下、前記内燃機関の異常検出について、図１０のフローチャートに基づいて説明する。前記内燃機関が始動されると、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬ、ＦＬＲや異常カウンタＫ、Ｊ等の値が初期化される（ＳＢ１）。

前記エアフロメータ１３は空気吸収量及び吸気管圧の検出を開始し（ＳＢ２、ＳＢ３）、前記Ａ／Ｆセンサ１８は空燃比の検出を開始し（ＳＢ４）、前記冷却水温度センサ０９は冷却水温度の検出を開始する（ＳＢ５）。前記燃料噴射量制御部５３は、前記エアフロメータ１３によって検出された空気吸入量と、前記Ａ／Ｆセンサ１８によって検出された空燃比と、前記燃料噴射量情報とに基づいて、前記燃料噴射弁１５により燃料噴射量の制御を開始する（ＳＢ６）。また、その制御状態を制御フラッグＸＲＡＦにセットする（ＳＢ７）。

前記壁面付着燃料量演算手段５１は、前記エアフロメータ１３によって検出された吸気管圧と冷却水温度とに基づいて燃料付着量マップから単位時間における壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）を算出する（ＳＢ８）。

前記制御状態判定部５８は、前記制御フラッグＸＲＡＦにより、前記空燃比制御手段５０の制御状態を判定し、その制御状態がリッチ状態であり（ＳＢ９）、前回からリッチ状態が継続されていると判定された場合には（ＳＢ１０）、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲに前記酸素吸蔵量ＦＥ（ｔ）を加えることによって前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲを更新する（ＳＢ１１）。一方、リーン状態からリッチ状態に遷移した直後と判定された場合には（ＳＢ１０）、前記異常判定部６１により前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲと前記基準壁面付着燃料量ＮＦの正の値とが比較され、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲが前記上限値ＮＦａから前記下限値ＮＦｂの範囲内であれば（ＳＢ１２）、前記異常カウンタＫ、及び、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲをリセットし（ＳＢ１３、ＳＢ１４）、ステップＳＢ２へ戻る。また、範囲外であった場合には、前記異常カウンタＫをインクリメントし（ＳＢ１５）、前記異常カウンタＫが所定の閾値Ｋｔｈを超えた場合に（ＳＢ１６）、リッチ状態での異常と判定し異常を通知する（ＳＢ１７）。所定の閾値Ｋｔｈ以下である場合には（ＳＢ１６）、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＬＲをリセットし（ＳＢ１３）、ステップＳＢ２へ戻る。

前記制御状態判定部５８は、前記制御フラッグＸＲＡＦにより、前記空燃比制御手段５０の制御状態を判定し、その制御状態がリーン状態であり（ＳＢ９）、前回からリーン状態が継続されていると判定された場合には（ＳＢ１８）、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬに前記壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）を加えることによって前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬを更新する（ＳＢ１９）。一方、リッチ状態からリーン状態に遷移した直後と判定された場合には（ＳＢ１８）、前記異常判定部６１により前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬと前記基準壁面付着燃料量ＮＦの負の値とが比較され、前記蓄積酸素吸蔵量ＬＲが前記負の上限値ＲＦｃから前記負の下限値ＲＦｄの範囲内であれば（ＳＢ２０）、前記異常カウンタＪ、及び、前記蓄積壁面付着燃料量ＦＲＬをリセットし（ＳＢ２１、ＳＢ２２）、ステップＳＢ２へ戻る。また、範囲外であった場合には、前記異常カウンタＪをインクリメントし（ＳＢ２３）、前記異常カウンタＪが所定の閾値Ｊｔｈを超えた場合に（ＳＢ２４）、リーン状態での異常と判定し異常を通知する（ＳＢ２５）。所定の閾値Ｊｔｈ以下である場合には（ＳＢ２４）、前記壁面付着燃料量ＦＲＬをリセットし（ＳＢ２２）、ステップＳＢ
２へ戻る。

上述では、前記燃料噴射量制御部５３は、燃料噴射量情報における壁面付着燃料量情報に基づいてリッチ状態とリーン状態とを遷移させる構成について説明したが、前記燃料噴射量制御部５３は、必ずしも、燃料噴射量情報における燃料噴射量情報に基づいてリッチ状態とリーン状態とを遷移させる必要はなく、予め燃料噴射システムが正常動作した場合におけるリッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでの壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値である蓄積壁面付着燃料量の増減幅を基準壁面付着燃料量として設定すればよい。

上述では前記燃料噴射システムが正常に動作した場合におけるリッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでの壁面付着燃料量ＦＥ（ｔ）の積算値である蓄積壁面付着燃料量の増減幅を基準壁面付着燃料量として、前記基準壁面付着燃料量に基づいて異常検出を行なったが、前記基準壁面付着燃料量を設定する基となる期間は、リッチ状態に遷移したときからリーン状態に遷移するときまで、或いは、リーン状態に遷移したときからリッチ状態に遷移するときまでに限定するものではなく、予め基準壁面付着燃料量を設定できる期間であればよい。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

内燃機関の異常検出装置を用いた内燃機関の全体構成の説明図 第一の実施形態における前記内燃機関の異常検出にかかる機能ブロック構成の説明図 第一の実施形態における燃料噴射量情報の説明図 酸素濃度マップの説明図 第一の実施形態における異常判定領域の説明図であり、（ａ）はリッチ状態からリーン状態に遷移してからの蓄積酸素吸蔵量に基づく異常判定領域、（ｂ）はリーン状態からリッチ状態に遷移してからの蓄積酸素吸蔵量に基づく異常判定領域 第一の実施形態における内燃機関の異常検出の動作について説明するためのフローチャート 第二の実施形態における前記内燃機関の異常検出にかかる機能ブロック構成の説明図 第二の実施形態における燃料噴射量情報の説明図 第二の実施形態における異常判定領域の説明図であり、（ａ）はリーン状態からリッチ状態に遷移してからの蓄積壁面付着燃料量に基づく異常判定領域、（ｂ）はリッチ状態からリーン状態に遷移してからの蓄積壁面付着燃料量に基づく異常判定領域 第二の実施形態における内燃機関の異常検出の動作について説明するためのフローチャート

符号の説明

０１：内燃部
０２：吸気部
０３：排気部
０４：制御部
０９：冷却水温度センサ
１３：エアフロメータ
１５：燃料噴射弁
２０、５０：空燃比制御手段
２１：酸素吸蔵量演算手段
２２、５２：異常検出手段
２３、５３：燃料噴射量制御部
２４、５４：燃料噴射量情報記憶部
２５：酸素濃度算出部
２６：酸素吸蔵量算出部
２７：蓄積酸素吸蔵量算出部
２８、５８：制御状態判定部
３０：酸素吸蔵量情報記憶部
３１、６１：異常判定部
５１：壁面付着燃料量演算手段
５７：蓄積壁面付着燃料量算出部
６０：壁面付着燃料量情報記憶部

Claims (6)

1. 検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量の調整を行なう空燃比制御手段と、触媒への酸素吸蔵量を演算導出する酸素吸蔵量演算手段と、前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量に基づいて燃料制御系の異常の有無を検出する異常検出手段とを備えてなる内燃機関の異常検出装置。
2. 前記異常検出手段は、前記空燃比制御手段によるリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準酸素吸蔵量とを比較して異常の有無を判断する請求項１記載の内燃機関の異常検出装置。
3. 前記異常検出手段は、前記酸素吸蔵量演算手段によって演算導出される酸素吸蔵量と前記基準酸素吸蔵量との比較の結果、異常と判断される状態が設定回数検出されたときに異常と出力する請求項２記載の内燃機関の異常検出装置。
4. 検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁の噴射量の調整を行なう空燃比制御手段と、燃料噴射弁から供給され吸気管壁面に付着する壁面付着燃料量を演算導出する壁面付着燃料量演算手段と、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量に基づいて燃料制御系の異常の有無を検出する異常検出手段とを備えてなる内燃機関の異常検出装置。
5. 前記異常検出手段は、前記空燃比制御手段によるリッチ状態またはリーン状態の何れかの制御状態において、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量と、前記制御状態に応じて予め設定された基準壁面付着燃料量とを比較して異常の有無を判断する請求項４記載の内燃機関の異常検出装置。
6. 前記異常検出手段は、前記壁面付着燃料量演算手段によって演算導出される壁面付着燃料量と前記基準壁面付着燃料量の比較の結果、異常と判断される状態が設定回数検出されたときに異常と出力する請求項５記載の内燃機関の異常検出装置。

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