JP2008031968A - エンジンの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアポンプを作動させることなく高い頻度で、制御弁の開故障診断を精度よく行うことができるエンジンの故障診断装置を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ３０は、制御弁２７が閉弁制御され且つ空燃比フィードバック制御が実行中のエンジン１の定常運転時に制御弁２７の開故障診断の実行を許可判定する。そして、この開故障診断の実行許可判定時に、二次空気導入通路２５の配管圧Ｐの変化を検出した際には、配管圧Ｐの変化に基づいて大気流入量Ｑｓを演算すると共に、空燃比λ及び燃料噴射量Ｔｉの変化に基づいて大気流入量Ｑｇを演算し、これら大気流入量Ｑｓ，Ｑｇの差が設定値以内であるとき、制御弁２７が開故障していることを判定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、排気管に対する二次空気導入通路の連通、遮断を行う制御弁の開故障を検出するエンジンの故障診断装置に関する。

従来より、エンジンにおいては、冷態始動等による暖機時に、排気通路内に二次空気を導入して未燃ＨＣやＣＯ等の酸化反応を促進し、この酸化反応によって未燃ＨＣやＣＯを浄化しつつ、排気温度を上昇させて触媒を早期活性化させる二次空気供給装置が提案されている。この二次空気供給装置は、一般に、二次空気導入通路内に二次空気を圧送するエアポンプと、排気通路に対する二次空気導入通路の開閉（連通、遮断）を行う制御弁とを有し、エンジンの冷態始動時等に、エアポンプを駆動するとともに制御弁を開弁することによって、排気通路内に二次空気を導入する。

ところで、この種の二次空気供給装置において、例えば、異物の噛み込み等によって制御弁が開弁したまま保持されると（すなわち、制御弁が開故障されると）、排気通路内の排気が二次空気導入通路に流入して各部の故障を誘発する虞がある。

そこで、例えば、特許文献１には、制御弁（エアカット弁）が二次空気導入通路を遮断している遮断状態と、エアポンプが二次空気導入通路に二次空気を供給している供給状態とを所定の短時間だけ重複させ、この重複時に排気通路内で検出される空燃比に基づいて制御弁の開故障を判定する技術が開示されている。
特開平８−２４６８５１号公報

しかしながら、制御弁の開故障診断にエアポンプの作動を必要とする上述の特許文献１の技術において、エアポンプの作動頻度を低減するためには、開故障診断を二次空気供給制御と併せて実施する等の対策が必要となる。その一方で、開故障診断を二次空気供給制御時に限定的に行うと、例えば、二時空気供給制御後に制御弁の開故障が事後的に発生した場合等に、次回の二次空気供給制御が行われるまで開故障が検出されず、その間、二次空気導入通路が排気に晒される虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、エアポンプを作動させることなく高い頻度で、制御弁の開故障診断を精度よく行うことができるエンジンの故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、触媒の上流で排気管に接続された二次空気導入通路と、前記二次空気導入通路に設けられ当該二次空気導入通路を開閉する制御弁と、前記制御弁を開閉制御する開閉制御手段と、前記二次空気導入通路の下流側且つ前記触媒の上流側で前記排気管内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比を目標空燃比に収束させるよう燃料噴射量のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック手段とを備えたエンジンの故障診断装置であって、前記二次空気導入通路内の配管圧を検出する配管圧検出手段と、少なくとも前記制御弁が閉弁制御され且つ前記空燃比フィードバック制御が実行中のエンジンの定常運転時に診断実行の許可判定を行う診断実行判定手段と、前記診断実行の許可判定時に予め設定された前記配管圧の変化を検出したとき、前記配管圧の変化に基づいて大気流入量を演算するとともに、前記空燃比及び前記燃料噴射量の変化に基づいて大気流入量を演算する大気流入量演算手段と、前記大気流入量演算手段で演算した２つの大気流入量の差が設定値以内であるとき前記制御弁が開故障していることを判定する開故障判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のエンジンの故障診断装置によれば、エアポンプを作動させることなく高い頻度で、制御弁の開故障診断を精度よく行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１は二次空気供給装置を備えたエンジンの概略構成図、図２は開故障診断許可判定ルーチンのフローチャート、図３は開故障診断ルーチンのフローチャート、図４は制御弁に開故障が発生した際の各パラメータの挙動の一例を示すタイムチャートである。

図１において符号１はエンジンを示し、本実施形態では水平対向型エンジンを示す。このエンジン１のシリンダブロック１ａの左右両バンクには、シリンダヘッド２がそれぞれ設けられ、各シリンダヘッド２に吸気ポート２ａと排気ポート２ｂとが形成されている。

シリンダヘッド２の各吸気ポート２ａにはインテークマニホルド３が連通され、インテークマニホルド３の集合部に、エアチャンバ４を介してスロットルボディ５が連通されている。また、スロットルボディ５の上流には吸気管６を介してエアクリーナ７が連通され、エアクリーナ７の上流にエアインテークチャンバ８が連通されている。

また、スロットルボディ５には、電子制御スロットルシステムを構成する電子制御スロットル弁５ａが配設されている。電子制御スロットル弁５ａは、併設する電子制御スロットルモータ５ｂにて弁開度（スロットル開度）が制御される。また、電子制御スロットル弁５ａにはスロットル開度センサ５ｃが併設されており、このスロットル開度センサ５ｃにて、電子制御スロットル弁５ａの実際の弁開度が検出される。さらに、インテークマニホルド３には、各気筒の吸気ポート２ａの直上流側に、噴射方向を吸気弁側へと指向するインジェクタ１１が配設されている。

また、エンジン１の吸入空気量Ｑを検出するためのセンサ類として、吸気管６のエアクリーナ７の直下流にエアフロセンサ１２が介装され、エアチャンバ４に吸入管圧力センサ１３が臨まされている。

一方、シリンダヘッド２の各排気ポート２ｂには、エキゾーストマニホルド２１ａを介して排気管２１ｂが連通され、これらにより、排気通路２０が構成されている。また、排気管２１ｂには、エキゾーストマニホルド２１ａの集合部の下流側に触媒２２が介装され、この触媒２２が、排気通路２０の下流端に連設するマフラ２３に連通されている。さらに、排気管２１ｂには、触媒２２の直上流側に空燃比検出手段としての空燃比センサ２４が臨まされ、空燃比センサ２４の直上流側に、二次空気導入通路２５の下流端が連通されている。

本実施形態において、空燃比センサ２４は、理論空燃比を含むリッチからリーンにかけての空燃比を連続的に検出可能なリニア空燃比センサで構成されている。

また、二次空気導入通路２５は、例えば、上流端が大気取入口２５ａとして開放する管路で構成されている。この二次空気導入通路２５の中途には、大気取入口２５ａから大気を取り込んで排気管２１ｂ側に二次空気として圧送するためのエアポンプ２６と、エアポンプ２６の下流側で排気管２１ｂに対する二次空気導入通路２５の開閉（連通、遮断）を行う制御弁２７とが介装されている。さらに、制御弁２７の下流側には、逆止弁としてのフラップ２８が配設されている。

制御弁２７は、例えば、二次空気導入通路２５に介装されたチャンバ２７ａと、このチャンバ２７ａの弁座２７ｂに着座して二次空気導入通路２５を閉鎖する常閉の弁体２７ｃと、弁体２７ｃを開弁側に駆動する電磁ソレノイド２７ｄとを備えて要部が構成されている。すなわち、本実施形態において、制御弁２７は、図示しないリターンスプリング等によって弁体２７ｃが着座方向に付勢されたノーマルクローズの制御弁で構成され、電磁ソレノイド２７ｄへの通電時に弁体２７ｃが弁座２７ｂから離間することにより、二次空気導入通路２５を排気管２１ｂに開放する。さらに、制御弁２７のチャンバ２７ａ内には、二次空気導入通路２５の配管圧Ｐを検出するための配管圧検出手段としての配管圧力センサ２９が臨まされている。

また、フラップ２８は、排気管２１ｂの配管圧と二次空気導入通路２５の配管圧との差圧に応じて二次空気導入通路２５を機械的に開閉する。具体的には、フラップ２８は、排気管２１ｂ側の配管圧が二次空気導入通路２５側の配管圧よりも相対的に高いとき二次空気導入通路２５を閉鎖し、排気管２１ｂ側の配管圧が二次空気導入通路２５側の配管圧よりも相対的に低いとき開放する。従って、一般に、エンジン１の運転状態が高負荷、高回転状態にある場合には、排気管２１ｂの配管圧が高圧となるため、フラップ２８は二次空気導入通路２５を閉鎖する。一方、エアポンプ２６がＯＮされ、制御弁２７が開弁された二次空気供給制御時には、二次空気導入通路２５の配管圧が高圧となるため、フラップ２８は二次空気導入通路２５を開放する。さらに、例えば、制御弁２７が開故障している場合等に、エンジン１の運転状態が低負荷、低回転状態となって排気管２１ｂの配管圧が低下すると、フラップ２８は排気脈動等によって二次空気導入通路２５を適宜開放する。

電子制御スロットルモータ５ｂに対するスロットル開度制御、インジェクタ１１に対する燃料噴射制御、エアポンプ２６に対する駆動制御、及び、制御弁２７に対する開閉制御等は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３０にて行われる。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを中心として要部が構成されている。ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１の運転状態を検出するセンサ類として、スロットル開度センサ５ｃ、エアフロセンサ１２、吸入管圧力センサ１３、空燃比センサ２４、配管圧力センサ２９、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ３１、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ３２、車速Ｖを検出する車速センサ３３等が接続されている。さらに、ＥＣＵ３０には、図示しないイグニッションスイッチ及び電源リレー等を介してバッテリ電圧が入力され、当該バッテリ電圧がモニタされる。

ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３１で検出したアクセル開度に応じた駆動信号を電子制御スロットルモータ５ｂに出力して電子制御スロットル弁５ａの開度制御を行うとともに、各センサ類から出力される情報に基づいて空燃比制御や二次空気供給制御等の各種制御を行う。

すなわち、ＥＣＵ３０は、エンジン回転数Ｎｅやエアフロセンサ１２及び吸入管圧力センサ１３からの検出信号に基づく吸入空気量Ｑ等に基づいて基本燃料噴射量を演算し、演算した基本燃料噴射量に対して、空燃比センサ２４で検出した排気ガス中の実際の空燃比λを目標空燃比に収束させるフィードバック制御等を行う。これにより、ＥＣＵ３０は、インジェクタ１１へ出力する実際の燃料噴射量を設定し、設定した燃料噴射量に対応する燃料噴射信号を、対応気筒のインジェクタ１１に所定タイミングで出力する。また、エンジン１の冷態始動等を判定すると、ＥＣＵ３０は、エアポンプ２６を作動させるとともに、電磁ソレノイド２７ｄを通電させて制御弁２７を開弁制御し、排気管２１ｂ内に二次空気を供給する。このように、ＥＣＵ３０は、開閉制御手段、空燃比フィードバック手段としての各機能を有する。

さらに、ＥＣＵ３０は、エンジン１の故障診断として、制御弁２７の開故障診断を行う。この開故障診断は予め設定された開故障診断実行条件の成立時に繰り返し実行されるもので、ＥＣＵ３０は、開故障診断実行条件の成立を判定すると、配管圧力センサ２９で検出される二次空気導入通路２５の配管圧Ｐを監視する。そして、予め設定された配管圧Ｐの変化を検出すると、ＥＣＵ３０は、二次空気導入通路２５から排気管２１ｂへと流入する大気の流入量を配管圧Ｐの変化に基づいて演算すると共に（大気流入量Ｑｓ）、空燃比λ及び燃料噴射量Ｔｉの変化に基づいて演算し（大気流入量Ｑｇ）、これら大気流入量Ｑｓ，Ｑｇの差が設定値以内であるとき、制御弁２７が開故障であると判定する。

ここで、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、少なくとも、制御弁２７が閉弁制御され、空燃比フィードバック制御が実行され、且つ、エンジン１が定常運転状態にあるとき、開故障診断実行条件が成立したことを判定して開故障診断の実行を許可する。また、開故障診断の実行許可時において、ＥＣＵ３０は、配管圧Ｐの監視として、例えば、配管圧Ｐのなまし値Ｐａｖｅ、及び、配管圧Ｐの変動の振幅Ｗｐを監視する。そして、ＥＣＵ３０は、なまし値Ｐａｖｅが閾値ΔＰａｖｅ０よりも大きな変化量で変化した場合、或いは、振幅Ｗｐが閾値Ｗｐ０よりも大きくなった場合の少なくとも何れかの場合に、制御弁２７が開故障している可能性があると判定して各大気流入量Ｑｓ，Ｑｇを演算する。そして、異なるパラメータを用いて演算した大気流入量Ｑｓ，Ｑｇの差が設定値以内であるとき、制御弁２７が開故障していることを判定する。このように、ＥＣＵ３０は、診断実行判定手段、大気流入量演算手段、開故障判定手段としての各機能を有する。

次に、ＥＣＵ３０で行われる開故障診断の実行判定について、図２に示す開故障診断実行判定ルーチンのフローチャートに従って説明する。

このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０１において、各種センサ類についての異常を検出したか否かを調べる。その結果、センサ異常を検出したと判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。一方、センサ異常を検出していないと判定した場合には、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、ＥＣＵ３０は、バッテリ異常を検出したか否かを調べる、その結果、バッテリ異常を検出したと判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。一方、バッテリ異常を検出していないと判定した場合には、ステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進むと、ＥＣＵ３０は、二次空気導入通路２５に介装された制御弁２７が閉弁制御されているか否かを調べる。その結果、制御弁２７が閉弁制御されていないと判定した場合には（すなわち、制御弁２７が開弁制御されている場合には）、そのままルーチンを抜ける。一方、制御弁２７が閉弁制御されていると判定した場合には、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、ＥＣＵ３０は、燃料噴射制御のフィードバック制御が実行中であるか否かを調べる。その結果、フィードバック制御が実行されていないと判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。一方、フィードバック制御の実行中であると判定した場合には、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、ＥＣＵ３０は、以下のステップＳ１０７までの判定によって、エンジン１が定常運転状態にあるか否かを調べる。すなわち、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ３０は、空燃比センサ２４で検出される空燃比λの変化量が予め設定された設定値以下であるか否かを調べる。その結果、空燃比λの変化量が設定値よりも大きいと判定した場合には、エンジン１が定常運転状態にないと判定し、そのままルーチンを抜ける。一方、空燃比λの変化量が設定値以下であると判定した場合には、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５からステップＳ１０６に進むと、ＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ３２で検出されるエンジン回転数Ｎｅの変化量が予め設定された設定値以下であるか否かを調べる。その結果、エンジン回転数Ｎｅの変化量が設定値よりも大きいと判定した場合には、エンジン１が定常運転状態にないと判定し、そのままルーチンを抜ける。一方、エンジン回転数Ｎｅの変化量が設定値以下であると判定した場合には、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６からステップＳ１０７に進むと、ＥＣＵ３０は、エアフロセンサ１２及び吸入管圧力センサ１３からの検出信号に基づく吸入空気量Ｑの変化量が予め設定された設定値以下であるか否かを調べる。その結果、吸入空気量Ｑの変化量が設定値よりも大きいと判定した場合には、エンジン１が定常運転状態にないと判定し、そのままルーチンを抜ける。一方、吸入空気量Ｑの変化量が設定値以下であると判定した場合には、ステップＳ１０８に進む。

すなわち、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、空燃比λ、エンジン回転数Ｎｅ、及び吸入空気量Ｑの各変化量の何れもが予め設定された各設定値以下で安定している場合に、エンジン１が定常運転状態にあると判定する。なお、これらの判定に代えて、例えば、エンジン１の暖機後に、スロットル開度、或いは、アクセル開度等に基づいてエンジン１のアイドル状態を判定したとき、エンジン１が定常運転状態にあると判定してもよい。

ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進むと、ＥＣＵ３０は、車速センサ３３で検出される車速Ｖに基づいて、車両が停止状態にあるか否かの判定を行う。すなわち、本実施形態においては、配管圧力センサ２９で検出される配管圧Ｐの値が走行風の影響を受けることを防止するため、開故障診断の実行判定条件として、車両が停止状態にあることが加えられている。そして、ステップＳ１０８において、車両が走行中であると判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。

その一方で、ステップＳ１０８において、車両が停止状態であると判定すると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０９に進み、開故障診断実行条件が成立したと判定した後、ルーチンを抜ける。

次に、ＥＣＵ３０で行われる制御弁２７の開故障診断について、図３に示す開故障診断ルーチンのフローチャートに従って説明する。

このルーチンは、開故障診断実行条件の成立時に、設定時間毎に繰り返し実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０１において、配管圧Ｐのなまし値Ｐａｖｅの単位時間当たりの変化量ΔＰａｖｅが、予め設定された閾値ΔＰａｖｅ０よりも大きいか否かを調べる。その結果、配管圧なまし値の変化量ΔＰａｖｅが閾値ΔＰａｖｅ０よりも大きい場合には、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂに開放されている可能性が高いと判定して、ステップＳ２０３に進む。一方、配管圧なまし値の変化量ΔＰａｖｅが閾値ΔＰａｖｅ０以下である場合には、ステップＳ２０２に進む。

ステップＳ２０１からステップＳ２０２に進むと、ＥＣＵ３０は、配管圧Ｐの振幅Ｗｐが、予め設定された閾値Ｗｐ０よりも大きいか否かを調べる。その結果、配管圧Ｐの振幅Ｗｐが閾値Ｗｐ０よりも大きい場合には、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂに開放されている可能性が高いと判定して、ステップＳ２０３に進む。一方、配管圧Ｐの振幅Ｗｐが閾値Ｗｐ０以下である場合には、そのままルーチンを抜ける。

ここで、上述のステップＳ２０１，２０２で用いる閾値ΔＰａｖｅ，Ｗｐ０として所定の固定値を設定することも可能であるが、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、閾値ΔＰａｖｅ０，Ｗｐ０を、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて可変設定する。すなわち、ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとする閾値ΔＰａｖｅ０のマップが予め設定されており、ＥＣＵ３０は、このマップに基づいて閾値ΔＰａｖｅ０を可変設定する。同様に、ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとする閾値Ｗｐ０のマップが予め設定されており、ＥＣＵ３０は、このマップに基づいて閾値Ｗｐ０を可変設定する。

ステップＳ２０１或いはステップＳ２０２からステップＳ２０３に進むと、ＥＣＵ３０は、配管圧Ｐの変化を検出した現タイミングｔ１よりも設定時間Ｔ１前のタイミングｔ０（図４参照）における配管圧Ｐ、空燃比λ、及び燃料噴射量Ｔｉを、それぞれ診断値Ｐａ，λａ，Ｔｉａとしてセットした後、ステップＳ２０４に進む。すなわち、本実施形態において、ＥＣＵ３０には、各センサ２４，２９から随時入力されるセンサ値やインジェクタ１１に対する燃料噴射量等の各種制御情報が過去所定時間に亘って保持されるようになっており、ＥＣＵ３０は、配管圧Ｐの変動を判定すると、当該判定のタイミングｔ１から設定時間Ｔ１遡ったタイミングｔ０（すなわち、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂと遮断されているタイミング）での配管圧Ｐ、空燃比λ、及び燃料噴射量Ｔｉを診断値Ｐａ，λａ，Ｔｉａとしてセットする。

ここで、時間Ｔ１として所定の固定値を設定することも可能であるが、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、時間Ｔ１を、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて可変設定する。すなわち、ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとする時間Ｔ１のマップが予め設定されており、ＥＣＵ３０は、このマップに基づいて時間Ｔ１を可変設定する。

ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進むと、ＥＣＵ３０は、診断値λａに対する現在の空燃比λのリーン側への変化量Δλ（＝λ−λａ）が、予め設定された閾値λ０よりも大きいか否かを調べる。その結果、空燃比の変化量Δλが閾値λ０以下であると判定すると、ステップＳ２０５に進む。一方、空燃比の変化量Δλが閾値λ０よりも大きいと判定すると、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０４からステップＳ２０５に進むと、ＥＣＵ３０は、配管圧Ｐの変化を判定してからの経過時間が設定時間Ｔ２以上であるか否かを調べる。その結果、経過時間が設定時間Ｔ２よりも短いと判定すると、ステップＳ２０４に戻る。一方、経過時間が設定時間Ｔ２以上であると判定すると、そのままルーチンを抜ける。

ここで、閾値λ０は、例えば、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂに開放された際に、二次空気導入通路２５を通じて排気管２１ｂ内に導入される大気によって、空燃比λが一時的にリーン側へとシフトすることが想定される最低限の変化量に設定されている。また、設定時間Ｔ２は、例えば、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂに開放された際に、二次空気導入通路２５を通じて排気管２１ｂ内に導入される大気の影響が空燃比センサ２４のセンサ値に反映されるまでに必要であると想定される最大限の時間に設定されている。従って、設定時間Ｔ２が経過しても、空燃比λのリーン側への変化量がλ０以下である場合には、上述のステップＳ２０１或いはステップＳ２０２で判定した配管圧Ｐの変化が配管圧力センサ２９による単なる誤検出等である可能性が高いと判定して、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２０４からステップＳ２０６に進むと、ＥＣＵ３０は、リーン側にシフトした空燃比λが、燃料噴射量Ｔｉのフィードバック制御によって目標空燃比近傍に収束したか否かを調べる。その結果、空燃比λが未だ収束しておらず、各センサ値等が安定していないと判定した場合には、そのまま待機する。

その一方で、ステップＳ２０６において、空燃比λが目標空燃比近傍に収束したと判定すると、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０７に進み、現在（空燃比λが目標空燃比に収束したタイミングｔ２：図４参照）の配管圧Ｐ、空燃比λ、燃料噴射量Ｔｉを、それぞれ診断値Ｐｂ，λｂ，Ｔｉｂとしてセットした後、ステップＳ２０８に進む。

そして、ステップＳ２０８において、ＥＣＵ３０は、配管圧の診断値Ｐａ，Ｐｂに基づいて、二次空気導入通路２５から排気管２１ｂに流入される単位時間当たりの大気流入量Ｑｓを、例えば、以下の（１）式を用いて演算する。
Ｑｓ＝Ｃｄ・Ａ・（２・（Ｐａ−Ｐｂ）／ρ）^１／２ …（１）
ここで、（１）式において、Ｃｄは流量係数、Ａは二次空気導入通路２５の有効断面積、ρは空気密度である。

続くステップＳ２０９において、ＥＣＵ３０は、空燃比の診断値λａ，λｂ及び燃料噴射量の診断値Ｔｉａ，Ｔｉｂに基づいて、二次空気導入通路２５から排気管２１ｂに流入される単位時間当たりの大気流入量Ｑｇを、例えば、以下の（２）〜（４）式を用いて演算する。
Ｑａ＝λａ・Ｔｉａ …（２）
Ｑｂ＝λｂ・Ｔｉｂ …（３）
Ｑｇ＝Ｑｂ−Ｑａ …（４）
ここで、（２），（３）式で求まるＱａ，Ｑｂは、各タイミングｔ０，ｔ１に排気管２１ｂを通過する空気量である。

そして、ステップＳ２０９からステップＳ２１０に進むと、ＥＣＵ３０は、各パラメータに基づいて演算した大気流入量Ｑｓ，Ｑｇを比較し、これらの差｜Ｑｓ−Ｑｇ｜が予め設定された閾値Ｑｄ以下であるか否かを調べる。その結果、２つの大気流入量の差｜Ｑｓ−Ｑｇ｜が閾値Ｑｄよりも大きいと判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２１０において、２つの大気流入量の差｜Ｑｓ−Ｑｇ｜が閾値Ｑｄ以下である場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１１に進み、制御弁２７が開故障状態にあると判定し、続くステップＳ２１２で、燃料噴射量のフィードバック制御を禁止した後、ルーチンを抜ける。

ここで、上述のステップＳ２１０で用いる閾値Ｑｄとして所定の固定値を設定することも可能であるが、本実施形態において、ＥＣＵ３０は、閾値Ｑｄを、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷に応じて可変設定する。すなわち、ＥＣＵ３０には、例えば、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとする閾値Ｑｄのマップが予め設定されており、ＥＣＵ３０は、このマップに基づいて閾値Ｑｄを可変設定する。

このような実施形態によれば、制御弁２７が閉弁制御され且つ空燃比フィードバック制御が実行中のエンジン１の定常運転時に制御弁２７の開故障診断の実行を許可判定することにより、高い頻度で開故障診断を行うことができる。そして、この開故障診断の実行許可判定時に、二次空気導入通路２５の配管圧Ｐの変化を検出した際には、配管圧Ｐの変化に基づいて大気流入量Ｑｓを演算すると共に、空燃比λ及び燃料噴射量Ｔｉの変化に基づいて大気流入量Ｑｇを演算し、これら大気流入量Ｑｓ，Ｑｇの差が設定値以内であるとき、制御弁２７が開故障していることを判定することにより、エアポンプ２６を作動させることなく、高い精度での開故障診断を実現することができる。

すなわち、二次空気導入通路２５の配管圧Ｐの変化を検出した際には、二次空気導入通路２５の配管圧Ｐを用いて大気流入量Ｑｓを直接的に演算するとともに、排気管２１ｂの空燃比λと燃料噴射量Ｔｉを用いて大気流入量Ｑｇを間接的に演算し、これらが設定範囲内で一致している場合に制御弁２７が開故障していることを判定することにより、高い精度での開故障診断を実現することができる。換言すれば、二次空気導入通路２５側で得られるパラメータ（配管圧Ｐ）と、排気管２１ｂ側で得られるパラメータ（空燃比λ）との異なる２通りのパラメータを用いてそれぞれ演算した大気流入量Ｑｓ，Ｑｇを用いて、制御弁２７の開故障診断を行うことにより、エアポンプ２６を強制作動することなく、高い精度での診断を実現することができる。

ここで、排気管２１ｂの配管圧と二次空気導入通路２５の配管圧との差圧に応じて二次空気導入通路２５を機械的に開閉するフラップ２８を設けることにより、制御弁２７に開故障が発生した場合にも、排気管２１ｂから二次空気導入通路２５への排気の流入を抑制することができる。しかも、フラップ２８は、排気管２１ｂと二次空気導入通路２５との差圧に応じて開閉するので、既に制御弁２７が開固着されたままの状態にある場合にも、エンジン１の運転状態の変化等によって、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂと遮断されているときの各診断値Ｐａ，λａ，Ｔｉａと、二次空気導入通路２５が排気管２１ｂに開放されているときの各診断値Ｐｂ，λｂ，Ｔｉｂとを得ることができる。従って、万が一、制御弁２７の開故障が検出されることなく当該開故障状態が保持されている場合にも、エンジン１の運転状態が低負荷、定回転状態となり、フラップ２８が二次空気導入通路２５を開放した場合には、その時点で、制御弁２７の開故障状態を速やかに検出することができる。

また、故障診断実行許可判定時において、配管圧Ｐの変化を、なまし値Ｐａｖｅ及び振幅Ｗｐに基づいて監視することにより、高い精度で配管圧の変化を検出することができる。

また、診断値Ｐａ，λａ，Ｔｉａをセットするタイミングを、配管圧Ｐの変動を検出する前のタイミングに設定するとともに、診断値Ｐｂ，λｂ，Ｔｉｂをセットするタイミングを、一旦リーン側にシフトした空燃比λが目標空燃比近傍に収束するタイミングに設定することにより、安定した診断値を得ることができ、高精度な開故障診断を実現することができる。

また、高い診断頻度を確保することができるので、二次空気供給制御時に発生した制御弁２７の開故障のみならず、例えば、二次空気供給制御後等に事後的に発生し得る、ＥＣＵ３０による電磁ソレノイド２７ｄの誤制御や地絡等による制御弁２７の開故障をも精度良く検出することができる。

また、二次空気導入通路２５の開故障状態を判定した場合には、燃料噴射制御のフィードバック制御を禁止することにより、インジェクタ１１によって過剰に燃料が噴射されることを防止できる。

なお、上述の実施形態においては、空燃比λが目標空燃比近傍に収束したとき、各診断値Ｐｂ，λｂ，Ｔｉｂをセットする一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、配管圧Ｐの変動を検出してから設定時間経過後の各値を診断値Ｐｂ，λｂ，Ｔｉｂとしてセットしてもよい。

二次空気供給装置を備えたエンジンの概略構成図 開故障診断許可判定ルーチンのフローチャート 開故障診断ルーチンのフローチャート 制御弁に開故障が発生した際の各パラメータの挙動の一例を示すタイムチャート

符号の説明

１ … エンジン
１１ … インジェクタ
１２ …エアフロセンサ
１３ … 吸入管圧力センサ
２０ … 排気通路
２１ａ … エキゾーストマニホルド
２１ｂ … 排気管
２２ … 触媒
２４ … 空燃比センサ（空燃比検出手段）
２５ … 二次空気導入通路
２５ａ … 大気取入口
２６ … エアポンプ
２７ … 制御弁
２７ａ … チャンバ
２７ｂ … 弁座
２７ｃ … 弁体
２７ｄ … 電磁ソレノイド
２８ … フラップ（逆止弁）
２９ … 配管圧力センサ（配管圧検出手段）
３０ … エンジン制御ユニット（空燃比フィードバック手段、診断実行判定手段、大気流入量演算手段、開故障判定手段）

Claims (7)

1. 触媒の上流で排気管に接続された二次空気導入通路と、前記二次空気導入通路に設けられ当該二次空気導入通路を開閉する制御弁と、前記制御弁を開閉制御する開閉制御手段と、前記二次空気導入通路の下流側且つ前記触媒の上流側で前記排気管内の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比を目標空燃比に収束させるよう燃料噴射量のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック手段とを備えたエンジンの故障診断装置であって、
   前記二次空気導入通路内の配管圧を検出する配管圧検出手段と、
   少なくとも前記制御弁が閉弁制御され且つ前記空燃比フィードバック制御が実行中のエンジンの定常運転時に診断実行の許可判定を行う診断実行判定手段と、
   前記診断実行の許可判定時に予め設定された前記配管圧の変化を検出したとき、前記配管圧の変化に基づいて大気流入量を演算するとともに、前記空燃比及び前記燃料噴射量の変化に基づいて大気流入量を演算する大気流入量演算手段と、
   前記大気流入量演算手段で演算した２つの大気流入量の差が設定値以内であるとき前記制御弁が開故障していることを判定する開故障判定手段とを備えたことを特徴とするエンジンの故障診断装置。
2. 前記二次空気導入通路は、前記制御弁の下流側に、前記二次空気導入通路側と前記排気管側との差圧に応じて機械的に開閉する逆止弁を有することを特徴とする請求項１記載のエンジンの故障診断装置。
3. 前記診断実行判定手段は、さらに、車両が停車中であることを前記診断実行の許可判定を行う条件として具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの故障診断装置。
4. 前記大気流入量演算手段は、前記配管圧のなまし値の変化量が設定値よりも大きい場合、或いは、前記配管圧の変化の振幅が設定値よりも大きい場合の少なくとも何れかの場合に、前記各大気流入量を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のエンジンの故障診断装置。
5. 前記大気流入量演算手段は、前記配管圧の変化を検出後の設定時間内に、空燃比が設定値以上リーン側に変化しない場合には、前記大気流入量の演算をキャンセルすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のエンジンの故障診断装置。
6. 前記大気流入量演算手段は、前記配管圧の変化を判定する前の所定タイミングから当該配管圧の変化を判定後に一旦リーン側に変化した前記空燃比が前記目標空燃比に収束するまでの期間の前記配管圧の変化に基づいて大気流入量を演算するとともに、前記期間の前記空燃比及び前記燃料噴射量の変化に基づいて大気流入量を演算することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のエンジンの故障診断装置。
7. 前記空燃比フィードバック手段は、前記開故障判定手段で開故障を判定した場合には、フィードバック制御を禁止することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のエンジンの二次空気供給装置の故障診断装置。

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