JP2008121509A

JP2008121509A - 排気ガス浄化システムの故障診断装置

Info

Publication number: JP2008121509A
Application number: JP2006305199A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iwasaki; 靖志岩▲崎▼; Yutaka Sawada; 裕澤田; Yasuhiro Oi; 康広大井; Iku Otsuka; 郁大塚; Kenji Shiotani; 賢治塩谷
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-29
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: JP4719129B2

Abstract

【課題】排気ガス流路切替え手段の故障を診断する際に誤診断を抑制する。
【解決手段】エンジンからの排気ガスを触媒に流通させる第１排気ガス通路３６０と、第１排気ガス通路をバイパスして形成されＨＣ吸着材３４０が設置された第２排気ガス通路３５０と、該通路のいずれかに流路を切替える排気ガス流路切替え弁３７０とを備える排気ガス浄化システムにおいて、第１および第２排気ガス通路内の温度を検出可能な温度センサ３８０、３９０と、温度センサにより検出された温度の変化に基づき流路切替え弁３７０の故障を診断する診断手段と、を備え、診断手段は、前トリップ終了時からのエンジン水温の低下量が所定のしきい値以上である場合に、前記診断を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関における排気ガス浄化システム、特に、排気ガス通路をバイパスして形成されＨＣ吸着材が設置されたバイパス通路に所定時に流路を切替えることが可能な排気ガス浄化システムの故障を診断する排気ガス浄化システムの故障診断装置に関する。

この種の排気ガス浄化システムの故障診断装置として、ＨＣ吸着材の上流および下流にそれぞれ設置された第１および第２の温度検出手段を利用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された故障診断装置によれば、排気切り替え弁の開閉に応じて設定される所定の検知期間において、第１の温度検出手段による検出値を所定値または第２の温度検出手段による検出値と比較することにより、排気切り替え弁の故障が検出可能であるとされている。

ところで、排気切り替え弁の故障の検出を排気温度に基づいて行う場合には、エンジンが安定した燃焼状態にあること、検出に適した排気ガス量があること、および排気切り替え弁を駆動するのに十分な負圧が確保されていることが必要である。この目的から、特許文献２の装置は、故障の検出を排気温度、吸入空気量、エンジン回転数および吸気管圧力がいずれも所定値以上である場合に限って、排気切り替え弁の故障検出を行っている。

また、同様の目的から、特許文献３は、エンジン水温が所定値以上であり、空燃比がフィードバック制御域であり、車速、エンジン回転数および基本噴射パルス幅が所定範囲内にある場合に限って、排気切り替え弁の故障検出を行っている。

特開２０００−２３０４１６号公報特開２００５−２４８７３６号公報特許第３３０３６０４号公報

これらの従来技術は、いずれもエンジン暖機後の走行中に故障検出を行うものである。しかし、走行中におけるエンジンの運転状態は一定でないため検出の初期状態を一定にするのは必ずしも容易でない。

また、始動直後の排気温度上昇度合いを利用して故障診断を行い、且つこの故障診断をエンジン水温が所定値以下である場合にのみ許容することとすれば、主に冷間始動時が対象となるため、検出の初期状態をある程度一定にすることができると考えられる。

しかしながら、例えば排気切り替え弁によって一方の排気ガス通路が選択された状態で、短時間の走行のみを繰り返した結果、エンジン水温は低いが一方の排気通路の初期温度が高くなっているような場合には、当該初期温度が高い排気通路ではその状態からの温度上昇が冷間始動時に比べて遅くなる。したがって、これが排気切り替え弁の異常として誤検出される可能性がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みて、排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス流路切替え手段の故障を精度良く診断することが可能な排気ガス浄化システムの故障診断装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための、本発明に係る排気ガス浄化システムの故障診断装置は、エンジンからの排気ガスを流通させる第１排気ガス通路と、該第１排気ガス通路をバイパスして形成されＨＣ吸着材が設置された第２排気ガス通路と、該第１および第２の排気ガス通路のいずれかに流路を切替える排気ガス流路切替え手段とを備える排気ガス浄化システムにおいて、前記第１および第２の排気ガス通路のうち少なくともいずれか一方の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度に基づき前記排気ガス流路切替え弁の故障を診断する診断手段と、を備え、前記診断手段は、前トリップ終了時からのエンジン水温の低下量が所定のしきい値以上である場合に、前記診断を実行することを特徴とする。

第１の本発明では、故障の診断が前トリップ終了時からのエンジン水温の低下量が大きい場合に限って行われる。したがって、上述のように排気切り替え弁によって一方の排気ガス通路が選択された状態で、短時間の走行のみを繰り返した結果、エンジン水温は低いが一方の排気通路の初期温度が高くなっているような場合には、故障の診断が行われず、これによって故障診断における検出の初期状態を最適にすることができ、故障を精度良く診断することが可能になる。

本発明における診断手段は、更に前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを条件として、前記診断を実行してもよい。この形態によれば、短時間走行の場合を診断対象から更に効果的に除外できる。

本発明における診断手段は、前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを、前トリップ終了時における前トリップ中の積算吸入空気量に基づいて判定してもよい。この場合には、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。

本発明の装置は、前記所定のしきい値を、前トリップ終了時のエンジン水温に基づいて設定する設定手段を更に備えてもよい。この場合には、故障の診断を車両の状態に応じて適切に実行することが可能になる。

なお、本発明において「診断する」とは、排気ガス流路切替え手段の故障の有無を二値的に検出する他に、予め定められた基準或いは何らかのアルゴリズムに従って、多段階に故障の程度が特定されることを含む概念である。

また、診断手段が診断を行うタイミングは、好ましくは内燃機関の冷間時などであるが、内燃機関が過渡的な動作条件にある（十分に暖まっている）期間であってもよい。

（第１実施形態）
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンの排気ガス浄化システムの構成について説明する。ここに、図１は、エンジンの排気ガス浄化システムのシステム構成を示す一部断面図である。

図１において、エンジンの排気ガス浄化システムは、電子制御ユニット(ＥＣＵ)１００、エンジン２００および主排気ガス浄化装置３００を備える。ＥＣＵｌ００は，デジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートなどを備え、エンジン２００の動作を制御することが可能である。また、ＥＣＵｌ００は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、後述する故障診断処理を実行することが可能に構成されており、主排気ガス浄化装置３００と共に本発明に係る排気ガス浄化システムの故障診断装置の一例としても機能するように構成されている。

エンジン２００は、シリンダ２０１内において点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成された、本発明に係る内燃機関の一例である。以下に、エンジン２００の要部構成を説明する。

シリンダ２０１内における燃料の燃焼に際し，外部から吸入された空気は吸気管２０６を通過し、インジェクタ２０７から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。インジェクタ２０７には、不図示の燃料タンクから燃料（ガソリン）が供給されており、インジェクタ２０７は、この供給される燃料をＥＣＵ１００の制御に従って、吸気管２０６内に墳射することが可能に横成されている。

シリンダ２０１内部と吸気管２０６とは、吸気バルブ２０８による吸気ポートの開閉によって連通状態が制御される。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２０８の開閉に連動して排気ポートを開閉する排気バルブ２０９を通過して排気管２１０に排気される。

吸気管２０６の上流には、エアクリーナ２１１が配設されており、外部から吸入される空気が浄化される。エアクリーナ２１１のシリンダ側には、エアフローメータ２１２が配設されている。エアフローメータ２１２は、例えば、ホットワイヤー式であり、吸入された空気の質量流量を直接測定することが可能に構成されている。吸気管２０６には更に、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ２１３が設置されている。

吸気管２０６におけるエアフローメータ２１２のシリンダ側には、シリンダ２０１内部への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２１４が配設されている。このスロットルバルブ２１４には、スロットルバルブモータ２１７とスロットルポジションセンサ２１５が配設されており、電子制御式スロットルバルブを構成している。なお、本実施形態においては、該電子制御式スロットルバルブがアイドリング時の吸入空気量を調節するアイドル制御弁を兼用している。一方、アクセルペダル２２３の踏込み量は、アクセルポジションセンサ２１６を介してＥＣＵ１００に入力されており、アクセルポジションセンサ２１６の出力に対応するスロットルバルブ開度を示す信号がＥＣＵｌ００からスロットルバルブモータ２１７に出力され、吸入空気量が制御される。

クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２１８が設置されている。クランクポジションセンサ２１８は、クランクシャフト２０５の位置を検出することが可能に構成されたセンサであり、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２１８の出力信号に基づいてピストン２０３の位置およびエンジン２００の回転数などを取得することが可能に構成されている。このピストン２０３の位置は、前述した点火プラグ２０２における点火時期の制御などに使用される。点火プラグ２０２における点火時期は、例えば、ピストン２０３の位置に対応付けられて予め設定される基本値に対し遅角又は進角制御される。

また、シリンダ２０１を収容するシリンダブロックには、エンジン２００のノック強度を測定することが可能なノックセンサ２１９が配設されており、係るシリンダブロック内のウォータージャケット内には、エンジン２００の冷却水温度を検出するための水温センサ２２０が配設されている。

排気管２１０の集合部には、比較的小容量のスタートアップ触媒２２２が設置されている。スタートアップ触媒２２２は、例えば、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、およびＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な三元触媒である。排気管２１０におけるスタートアップ触媒２２２の上流側には，空燃比センサ２２１が配設されている。空燃比センサ２２１は、排気管２１０から排出される排気ガスから、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。

主排気ガス浄化装置３００は、排気管２１０における，スタートアップ触媒２２２の下流側に設置された触媒装置であり、ＥＣＵｌ００と共に、本発明に係る排気ガス浄化システムの故障診断装置の一例として機能することが可能に構成されている。主排気ガス浄化装置３００とＥＣＵ１００とは、制御用のバスラインを介して電気的に接綾されている。

なお、ＥＣＵｌ００には不図示の車両の走行速度を検出可能な車速センサから車速ＶＳを表す信号、およびシフト位置センサから選択されているレンジ信号ＲＳが入力されるように構成されている。

次に、図２を参照して、主排気ガス浄化装置３００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、主排気ガス浄化装置３００の模式断面図である。なお、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略することとする。

主排気ガス浄化装置３００の外筒３１０の内部には内筒３２０がその端部に一体に形成された鍔部３２２を介して、外筒３１０と同心に且つ互いに径方向に隙間を有して設けられている。内筒３２０は、その上流側が外筒３１０の対応する端部近くまで延在され、主排気ガス浄化装置３００内において開放した状態にして設置されている。また、内筒３２０の下流側端部は、外筒３１０に配置されたアンダーフロア触媒３３０の端面に所定の空間を介して対峙しつつ開放した状態に設置されている。また、内筒３２０の鍔部３２２には複数の通気孔３２４が形成されている。そして、主排気ガス浄化装置３００の外筒３１０と内筒３２０との間に形成された環状空間、すなわち、後述するバイパス流路３５０には環状のＨＣ吸着材３４０が設けられている。なお、主排気ガス浄化装置３００の外筒３１０の上流側および下流側端部には排気管２１０が連結されている。

さらに、図２において、本実施形態の主排気ガス浄化装置３００は、上述のアンダーフロア触媒３３０、ＨＣ吸着材３４０に加えて、切り替え制御弁３７０、第１および第２の温度センサ３８０、３９０および断熱層３９５を備えている。

アンダーフロア触媒３３０は、車両の床下に設置される、例えば、三元触媒であり、前段のスタートアップ触媒２２２（（図２では不図示）を通過し、矢印Ａ方向へ流れる排気ガスを浄化する。

バイパス流路３５０は、本発明に係る「第２排気ガス通路」の一例であり、内筒３２０の内側に形成される本発明に係る「第１排気ガス通路」（以下、被バイパス流路ないしは通常流路３６０と称す）をバイパスして排気ガスをアンダーフロア触媒３３０に導くための流路である。

ＨＣ吸着材３４０は、例えば、ゼオライトで形成されたフィルタであり、低温（概ね１００℃未満）でＨＣ分子を吸着（或いはトラップ）する網目状のフィルタであり、トラップされたＨＣ分子は、高温（概ね１００℃以上）では熱による運動エネルギーの増加に伴って自然に脱離を開始する。

切り替え制御弁３７０は、スタートアップ触媒２２２を通過した排気ガスの流路を、被バイパス流路３６０とバイパス流路３５０との問で選択的に切り替えることが可能に構成されている。切り替え制御弁３７０は、回動可能に支持された軸部３７２がロッド３７４の紙面左右方向への直線運動に伴って矢印Ｂ方向へ回動することによって、排気ガスの流路を切り替えることが可能に構成されている。このロッド３７４は、アクチュエータ３７６によって動作が制御されており、アクチュエータ３７６は、前述した制御用のバスラインを介してＥＣＵｌ００と電気的に接続されている。すなわち、主排気ガス浄化装置３００は、ＥＣＵｌ００からの制御信号に応じて，切り替え制御弁３７０の開閉状熊が変化するように構成されている。

本実施の形態の第１温度センサ３８０は、サーミスタ素子で構成されており、主排気ガス浄化装置３００におけるアンダーフロア触媒３３０の上流側で被バイパス流路３６０の温度Ｔ１を検出することが可能に配置されている。

第２温度センサ３９０は、同じくサーミスタ素子で構成されており、バイパス流路３５０におけるＨＣ吸着材３４０の上流側の温度Ｔ２を検出することが可能に構成されている。なお、第１および第２の温度センサ３８０および３９０は、係る温度を、温度に応じた電圧値として検出すると共にＥＣＵ１００に出力しており、ＥＣＵｌ００によって温度Ｔ１、Ｔ２が特定される。なお、第２の温度センサ３９０はバイパス流路３５０のＨＣ吸着材３４０の下流側に配置され、バイパス流路３５０内の温度を検出できるようにしてもよい。

断熱層３９５は、バイパス流路３５０と被バイパス流路３６０との間に形成された断熱体であり、バイパス流路３５０と被バイパス流路３６０との間の熱交換が抑制されている。

次に、図３および図４を参照して、切り替え制御弁３７０の動作に伴い形成される排気ガス流路について説明する。ここに、図３は、主排気ガス浄化装置３００において切り替え制御弁３７０が閉じている場合の排気ガス流れの模式図であり、図４は、主排気ガス浄化装置３００において切り替え制御弁３７０が開いている場合の排気ガス流れの模式図である。なお、これらの図において、図２と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略することとする。

図３において、矢印Ａ方向に流入する排気ガスは、切り替え制御弁３７０が閉じているために被バイパス流路３６０には流れず、バイパス流路３５０に導かれる。そして、ＨＣ吸着材３４０によってＨＣの吸着が行われた後、ＨＣ吸着材３４０の下流側に形成された通気孔３２４から矢印Ｃ方向へ流出し、アンダーフロア触媒３３０に流入する。

また、図４において、矢印Ａ方向から流入する排気ガスは、切り替え制御弁３７０が開いているために、排気抵抗の差から被バイパス流路３６０に導かれる。その一方で、被バイパス流路３６０を通過する排気ガスの一部は、被バイパス流路３６０の終端部付近で図示矢印Ｄ方向に方向を変え、バイパス流路３５０の終端の鍔部３２２に形成された通気孔３２４を介して下流側からバイパス流路３５０に流入する。そしてバイパス流路３５０の上流側の端部において排気ガスの流れ方向（矢印Ａ方向）へ再び向きを変えて被バイパス流路３６０に導かれる。すなわち、排気ガスの一部は、主排気ガス浄化装置３００の内部を還流する。主排気ガス浄化装置３００では，被バイパス流路３６０とバイパス流路３５０との断面積比率、バイパス流路３５０の終端部分を規定する鍔部３２２の曲率、並びに通気孔３２４の形状および大きさなどが、予めこのような還流現象を生じさせるように決定されている。なお、このような還流現象を生じさせることは、本発明との関連においては必須ではない。

ＥＣＵｌ００は、主排気ガス浄化装置３００の動作中に、ＲＯＭに格納されるプログラムに従って故障診断処理を実行することによって、切り替え制御弁３７０の故障を診断することが可能に構成されている。

次に、図５を参照して、ＥＣＵ１００で実行される処理の一例について説明する。図５において、まず、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が始動を開始したか否かを判別する（Ｓ１０１）。エンジン２００が始動を開始していない場合には処理をリターンする。エンジン２００が始動を開始した場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、所定の故障診断処理完了フラグを参照し、これによって後述する故障診断処理が現在のトリップで実行済みかを判定する（Ｓ１０２）。初期状態では該フラグはリセットされているためステップＳ１０２では否定される。なお、該フラグがセットされている場合には、以下のステップＳ１０３〜Ｓ１０５はスキップされる。

ステップＳ１０３では、前トリップでの積算吸入空気量Ｇａ、前トリップ終了時のエンジン水温Ｔｐ、および現在トリップ始動時のエンジン水温Ｔｓを取得する。現在トリップ始動時のエンジン水温Ｔｓは水温センサ２２０の出力電圧から算出され、前トリップでの積算吸入空気量Ｇａおよび前トリップ終了時のエンジン水温Ｔｐは、ＥＣＵ１００の記憶領域から読み出される。

次にＥＣＵ１００は、故障診断条件が成立しているかを判断する。この判断は、次の（１）〜（３）の条件によって判断される（Ｓ１０４）。
（１）始動時エンジン水温Ｔｐ＜しきい値Ｔａ
（２）水温低下量（Ｔｐ−Ｔｓ）＞しきい値Ｔｂ
（３）前トリップ積算吸入空気量Ｇａ＞しきい値Ｇｔｈ
ステップＳ１０４では、これら（１）〜（３）の全てにおいて肯定される場合に故障診断条件成立と判断され、（１）〜（３）のいずれかにおいて否定される場合には不成立と判断される。

故障診断条件成立の場合には、故障診断処理が実施される（Ｓ１０５）。この故障診断処理は、図６のサブルーチンに従って行われる。図６において、ＥＣＵ１００は、排気ガスの流路を切り替えるべきタイミングであるか否かを判別する（Ｓ２０１）。ＥＣＵｌ００は、アンダーフロア触媒３３０が十分に温まったとみなし得るタイミングで流路を切り替える。この切り替えタイミングは、予めＲＯＭなどに格納される固定値であってもよいし、その都度決定される変動値、例えば、エンジン始動からの吸入空気量Ｇａの累積ないしは積算値であってもよい。

始動時において、エンジン２００は全体的に温まっていないため，スタートアップ三元触媒２２２およびアンダーフロア触媒３３０は、通常、触媒活性温度に達していない。このために、排気ガスに含まれる炭化水素ＨＣを浄化することが難しく、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の冷間始動時には切り替え制御弁３７０を閉状態に制御し、排気ガスをバイパス流路３５０へ導くことによって、排気ガス中の炭化水素ＨＣをＨＣ吸着材３４０に吸着させている。そして、スタートアップ三元触媒２２２およびアンダーフロア触媒３３０が触媒活性温度に達したと見なし得る所定の暖機期間が経過した後、切り替え制御弁３７０を開き、排気ガスを被バイパス流路３６０に導いて、排気浄化能力の低下を防ぐと共に、ＨＣ吸着材３４０にトラップされたＨＣを脱離させ浄化するようにしている。

ステップＳ２０１で否定の場合、ＥＣＵ１００は、エアフローメータ２１２、第１温度センサ３５０および第２温度センサ３６０の出力電圧から、それぞれ、吸入空気量Ｇａ、温度Ｔ１および温度Ｔ２を取得する（Ｓ２０２）。

次にＥＣＵ１００は、取得した温度Ｔｌおよび温度Ｔ２に基づき、診断指標の値（以降、適宜「診断指標値」と称する）を演算する（Ｓ２０３）。

ここで、図７を参照して、本実施形態に係る診断指標について説明する。ここに、図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、診断指標の一例である温度面積の模式図である。なお、温度面積とは各計測時点での検出温度を時間経過に伴い積算した値であり、同図の横軸は時間を表している。

ここで、図７（Ａ）は、切り替え制御弁３７０が正常に作動する場合の温度面積を示している。すなわち、図７（Ａ）の右側には、切り替え制御弁３７０の開状態（図４参照）において、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１Ｏと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２Ｏとが示され、その左側には、切り替え制御弁３７０の正常動作による閉状態(図３参照)において、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１Ｃと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２Ｃとが、それぞれ、示されている。

温度Ｔ２は、切り替え制御弁３７０が閉状態（バイパス流路３５０が選択されている状態）の方が、開状態（被バイパス流路３６０が選択されている状態）よりも高いから、温度面積の値は、切り替え制御弁３７０が閉状態（バイパス流路３５０が選択されている時）の方が相対的に大きくなる（Ｔ２Ｃ＞Ｔ２Ｏ）。温度Ｔ１はその逆に、切り替え制御弁３７０が開状態（被バイパス流路３６０が選択されている状態）の方が、閉状態（バイパス流路３５０が選択されている状態）よりも高いから、温度面積の値は、切り替え制御弁３７０が開状態（バイパス流路３５０が選択されている時）の方が相対的に大きくなる（Ｔ１Ｏ＞Ｔ１Ｃ）。

また、図７（Ｂ）は、切り替え制御弁３７０が閉固着した場合の温度面積を示している。ここで「閉固着」とは、何らかの原因で切り替え制御弁３７０が閉状態に維持され開作動できなくなった状態をいう。図７（Ｂ）の右側に、切り替え制御弁３７０に開指示が与えられた場合に、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１ＯＥと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２ＯＥとが示され、その左側に、切り替え制御弁３７０に閉指示が与えられた場合に、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１Ｃと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２Ｃとが、それぞれ、示されている。切り替え制御弁３７０に開指示が与えられた場合、それが正常に作動すれば、温度面積は図７（Ａ）の右側に示すようになるはずであるが、閉固着の故に切り替え制御弁３７０は指示通りには作動せず、閉状態のままに維持される結果、温度面積Ｔ２ＯＥが温度面積Ｔ１ＯＥよりも大きくないしは広くなる。

さらに、図７（Ｃ）は、切り替え制御弁３７０が開固着した場合の温度面積を示している。ここで「開固着」とは、何らかの原因で切り替え制御弁３７０が開状態に維持され閉作動できなくなった状態をいう。図７（Ｃ）の右側に、切り替え制御弁３７０に開指示が与えられた場合に、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１Ｏと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２Ｏとが示され、その左側に、切り替え制御弁３７０に閉指示が与えられた場合に、第１温度センサ３８０により検出される温度Ｔ１の積算された温度面積Ｔ１ＣＥと、第２温度センサ３９０により検出される温度Ｔ２の積算された温度面積Ｔ２ＣＥとが、それぞれ、示されている。切り替え制御弁３７０に閉指示が与えられた場合、それが正常に作動すれば、温度面積は図７（Ａ）の左側に示すようになるはずであるが、開固着の故に切り替え制御弁３７０は指示通りには作動せず、開状態のままに維持される結果、温度面積Ｔ２ＣＥが温度面積Ｔ１ＣＥよりも小さくないしは狭くなる。

そこで、上述の温度面積を用いることにより、切り替え制御弁３７０が正常か否か、すなわち、故障か否かが診断される。本実施の形態では、アンダーフロア触媒３３０上流側の被バイパス流路３６０についての温度面積（温度Ｔ１に対応）とバイパス流路３５０についての温度面積（温度Ｔ２に対応）との差を求め、この温度面積差が診断指標として利用される。

すなわち、切り替え制御弁３７０の閉時において、温度面積Ｔ２Ｃ−温度面積Ｔ１Ｃ＞α(ここで、αは所定の判定値であり＞０)であるとき、および、切り替え制御弁３７０の開時において、温度面積Ｔ２Ｏ−温度面積Ｔ１Ｏ＜β(ここで、βは所定の判定値であり＜０)のときは、切り替え制御弁３７０が正常であると判定される（図７（Ａ）参照）。一方、切り替え制御弁３７０の開指示時において、温度面積Ｔ２ＯＥ−温度面積Ｔ１ＯＥ＞αのときは、切り替え制御弁３７０の閉固着故障（図７（Ｂ）参照）、切り替え制御弁３７０の閉指示時において、温度面積Ｔ２ＣＥ−温度面積Ｔ１ＣＥ＜βのときは切り替え制御弁３７０の開固着故障（図７（Ｃ）参照）と判定される。これらの判定値αおよびβは、それぞれ、予めＲＯＭに格納されている診断指標値の閾値である。

ここで、図６のフローチャートに戻り、ステップＳ２０３において診断指標値である温度面積を演算すると、ＥＣＵｌ００は、上述の切り替え制御弁３７０の閉時（ないしは閉指示時）における温度面積差と予めＲＯＭに格納される診断指標値の閾値（判定値）とを比較し、切り替え制御弁３７０が故障しているか否かを判別する（Ｓ２０４）。

なお，ここでは、各温度Ｔ１および温度Ｔ２の検出が、ある程度の期間にわたって実行されて温度面積としての積算値が求められ、切り替え制御弁３７０の故障の有無が判別されるが、これは、場合によっては、所定のタイミング（時刻）における温度Ｔ１および温度Ｔ２に直接に基づいてもよい。例えば、エンジン始動直後から切り替え制御弁３７０が閉じられているにも拘わらず温度Ｔ１が上昇傾向にある場合には、排気ガスがバイパス流路３５０に流れていないと推測されるから、切り替え制御弁３７０が故障していると直ちに判別されてもよい。

切り替え制御弁３７０が故障していると判別された場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は，車両の運転者などに、診断の結果として所定のインジケータなどを介して故障を告知し（Ｓ２０９）、故障診断処理を終了する。

一方、ＥＣＵ１００は、排気ガスの流路を切り替えるべきタイミングであると判別された場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、切り替え制御弁３７０を開いて、排気ガスの流路をバイパス流路３５０から被バイパス流路３６０に切り替える（Ｓ２０５）。

流路を切り替えると、ＥＣＵ１００は、所定のタイミングで再び吸入空気量Ｇａ、温度Ｔ１および温度Ｔ２を取得する（Ｓ２０６）。なお、既に述べたように、流路の切り替えが実行されてから所定の期間にわたって係る温度検出が継続される。

吸入空気量Ｇａが取得されると、次にステップＳ２０７において、取得した温度Ｔｌおよび温度Ｔ２に基づき、ＥＣＵｌ００は、切り替え制御弁３７０の開時（ないしは開指示時）における温度面積差を演算する（Ｓ２０７）と共に、予め設定された閾値と比較して切り替え制御弁３７０が故障しているか否かを判別する（Ｓ２０８）。

切り替え制御弁３７０が故障していると判別された場合（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵｌ００は、既に述べたように故障の告知を行って（Ｓ２０９）故障診断処理を終了すると共に、切り替え制御弁３７０が正常に動作していると判別された場合には（Ｓ２０８：Ｎ０）、そのまま故障診断処理を終了する。

なお、この故障診断処理が終了ないしは完了したときには、ＥＣＵｌ００は、その旨を、故障診断処理完了フラグをオンにして記憶する。上述の故障診断処理においては、診断指標として温度面積を用い、それらの差を予め設定された閾値（判定値）と比較して、切り替え制御弁３７０が故障しているか否かを判別するようにしたが、温度面積の比を求めこれを予め設定された閾値（判定値）と比較して故障診断を行うようにしてもよい。

以上のようにして故障診断処理が終了すると、処理は図５のメインルーチンに戻り、ＥＣＵ１００は現在トリップ吸入空気量Ｇａの積算を実施し（Ｓ１０６）、また、現在トリップ吸入空気量Ｇａの積算値、および現在トリップのエンジン水温を記憶して（Ｓ１０７）処理をリターンする。これらの記憶値は、次のサイクルで利用される。

以上の処理の結果、本実施形態における故障診断処理は、上記（１）〜（３）の条件が満足された場合にのみ実行され（Ｓ１０３）、いずれかが満足されない場合には、故障診断処理は回避され、実行されないことになる。

以上のとおり、本実施形態では、故障の診断が前トリップ終了時からのエンジン水温の低下量が大きい場合に限って行われる。したがって、例えば切り替え制御弁３７０によって一方の排気ガス通路が選択された状態で、短時間の走行のみを繰り返した結果、エンジン水温は低いが一方の排気通路の初期温度が高くなっているような場合には、故障の診断が行われず、これによって故障診断における検出の初期状態を最適にすることができ、故障を精度良く診断することが可能になる。

また、本実施形態では、前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを条件として、前記診断を実行することとしたので、短時間走行の場合を診断対象から更に効果的に除外できる。また、本実施形態では、前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを、前トリップ終了時における前トリップ中の積算吸入空気量Ｇａに基づいて判定したので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。なお、前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことは、前トリップ終了時のエンジン水温や、エンジン回転数、連続運転時間など、車両の状態を示す他のパラメータ、およびこのようなパラメータの組み合わせによって判断することも可能である。

また、上記実施形態では、上記条件（２）すなわち水温低下量（Ｔｐ−Ｔｓ）＞しきい値Ｔｂであることに加えて、条件（３）すなわち前トリップ積算吸入空気量Ｇａ＞しきい値Ｇｔｈであることをも故障診断実行の条件としたが、条件（２）のみ、あるいは条件（１）および（２）のみを条件としてもよく、その範囲において本発明における効果を得ることができる。

本発明の装置では、水温低下量（Ｔｐ−Ｔｓ）が大きいか否かを判別するためのしきい値Ｔｂを、前トリップ終了時のエンジン水温に基づいて設定してもよい。すなわち、図８に示されるような前トリップ終了時のエンジン水温としきい値との関係を定めた前トリップ終了時水温−しきい値マップを予め作成してＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶しておき、前トリップ終了時のエンジン水温の検出値によって該マップを参照することにより、しきい値を動的に設定または変更することができる。この場合には、故障の診断を車両の状態に応じて適切に実行することが可能になる。図８の例では、水温が高いほど、閾値が漸増するように設定される。一般に水温が低いときほど所定時間内の水温低下量が小さいと考えられるので、この場合にはしきい値を小さくすることによってむやみに故障診断処理が禁止されることを抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態例に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うシステムの故障診断装置もまた本発明の枝術的範囲に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化システムのシステム構成図である。図１の排気ガス浄化システムにおける主排気ガス浄化装置の模式断面図である。図２の主排気ガス浄化装置において切り替え制御弁が閉じている場合の排気ガス流れの模式図である。図２の主排気ガス浄化装置において切り替え制御弁が開いている場合の排気ガス流れの模式図である。本発明の排気ガス浄化システムにおいてＥＣＵが実行する故障診断可否判定処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明の排気ガス浄化システムにおいてＥＣＵが実行する故障診断処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本発明における診断指標の一例である温度面積の模式図であり、（Ａ）は切り替え制御弁が正常に作動する場合の温度面積、（Ｂ）は切り替え制御弁が閉固着した場合の温度面積、および（Ｃ）は切り替え制御弁が開固着した場合の温度面積を示している。前トリップ終了時水温−しきい値マップの設定例を示すグラフである。

符号の説明

１００電子制御ユニット(ＥＣＵ)
２００エンジン
２１２エアフローメータ
２２２スタートアップ三元触媒
３００主排気ガス浄化装置
３３０アンダーフロア触媒
３４０ＨＣ吸着材
３５０バイパス流路（第２排気ガス通路）
３６０被バイパス流路（第１排気ガス通路、通常流路）
３７０切り替え制御弁
３７６アクチュエータ
３８０第１温度センサ
３９０第２温度センサ

Claims

エンジンからの排気ガスを流通させる第１排気ガス通路と、該第１排気ガス通路をバイパスして形成されＨＣ吸着材が設置された第２排気ガス通路と、該第１および第２の排気ガス通路のいずれかに流路を切替える排気ガス流路切替え手段とを備える排気ガス浄化システムにおいて、
前記第１および第２の排気ガス通路のうち少なくともいずれか一方の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された温度に基づき前記排気ガス流路切替え弁の故障を診断する診断手段と、を備え、
前記診断手段は、前トリップ終了時からのエンジン水温の低下量が所定のしきい値以上である場合に、前記診断を実行することを特徴とする排気ガス浄化システムの故障診断装置。
請求項１に記載の排気ガス浄化システムの故障診断装置であって、
前記診断手段は、更に前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを条件として、前記診断を実行することを特徴とする排気ガス浄化システムの故障診断装置。
請求項２に記載の排気ガス浄化システムの故障診断装置であって、
前記診断手段は、前トリップ終了時にエンジンが暖機済みの状態であったことを、前トリップ終了時における前トリップ中の積算吸入空気量に基づいて判定することを特徴とする排気ガス浄化システムの故障診断装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の排気ガス浄化システムの故障診断装置であって、
前記所定のしきい値を、前トリップ終了時のエンジン水温に基づいて設定する設定手段を更に備えたことを特徴とする排気ガス浄化システムの故障診断装置。