JP2008157098A

JP2008157098A - 排気ガス浄化システムの故障診断装置

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Publication number: JP2008157098A
Application number: JP2006346417A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Iwasaki; 靖志岩▲崎▼; Yutaka Sawada; 裕澤田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: JP4716191B2

Abstract

【課題】排気ガス浄化システムの故障診断装置において、温度センサの誤結線がなされた場合においても、誤結線を検出する。
【解決手段】温度センサ３８０，３９０の両検出値の偏差である温度面積差ΔＳが絶対値において予め定められた閾値ΔＳthよりも大きく、かつ正負の符号が切替弁３７０の動作状態に対応していない場合に、複数の３８０，３９０が互いに逆に設置されていると判定する。温度センサ３８０，３９０の誤結線を検出することができ、エミッションの悪化を抑制することが可能になる。
【選択図】図２

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、複数の排気ガス通路を切り替える排気ガス切替弁を有するシステムの故障診断装置に関する。

複数の排気ガス通路を切り替える排気ガス切替弁を有するシステムの故障診断装置として、特許文献１が開示する装置は、複数の排気ガス通路のそれぞれに温度センサを配置し、これら温度センサからの検出値が、排気ガス切替弁への動作指示に対応して変化するかに基づいて、排気ガス切替弁の故障を診断する。

特許文献２が開示する装置は、排気ガス切替弁による流路切替えから一定時間経過後の検出温度に基づいて、排気ガス切替弁の故障を診断する。

特許文献３が開示する装置は、２つの異なる運転安定状態において、運転状態に基づく温度推定と、温度センサによる温度検出とを行い、推定値の変化量と検出値の変化量との偏差が所定の閾値より大きい場合に、温度センサに異常があると判定する。

特開２０００−２３０４１６号公報特開平８−２１０１２０号公報特開２００６−２２７３０号公報

ところで、排気系に設けられる温度センサにあっては、その使用による劣化が避けられないことから、メインテナンスのための定期的な点検や修理ないしは交換が要求される。このようなメインテナンス作業では、複数の排気ガス通路にそれぞれ配設された温度センサへの結線を取り外した後に、それぞれの温度センサの取り外しや再取り付けが行なわれ、さらにその後、当該温度センサへの再結線が行なわれることになる。

このような再結線に際しては、配線の色を異ならせる等の方法により誤結線がなされないように配慮されているものの、人為的なミス等により複数の温度センサへの結線が正しくなされないときがある。このようなときには、温度センサそのものは正常に機能しているにもかかわらず、その検出信号が正しくフィードバックされないことから、制御が正しく行なわれずエミッションが悪化するおそれがある。しかし特許文献１ないし３には、かかる誤結線の検出に関しては何等言及されていない。

そこで、本発明の目的は、かかる誤結線がなされた場合においても、誤結線を検出することのできる診断装置を提供することにある。

本発明の一態様は、複数の排気ガス通路を切り替える排気ガス切替弁と、前記複数の排気ガス通路のそれぞれに配置された温度センサと、を備えた排気ガス浄化システムの故障診断装置であって、前記排気ガス切替弁に対し選択することが指示されている排気ガス通路からの第１の出力値と、選択することが指示されていない排気ガス通路からの第２の出力値との偏差が絶対値において予め定められた閾値よりも大きく、かつ前記偏差の正負の符号が前記排気ガス切替弁の動作状態に対応していない場合に、前記複数の温度センサが互いに逆に設置されていると判定する診断手段を更に備えたことを特徴とする。

排気ガス切替弁に対し選択することが指示されている排気ガス通路からの第１の出力値は、選択することが指示されていない排気ガス通路からの第２の出力値とは大きく離れた値になると考えられる。したがって、両検出値の偏差が絶対値において予め定められた閾値よりも大きく、かつ偏差の正負の符号が排気ガス切替弁の動作状態に対応していない場合には、複数の温度センサが互いに逆に設置されていると判定することによって、誤結線を検出することができ、エミッションの悪化を抑制することが可能になる。

本発明の別の一態様は、前記偏差の絶対値が前記閾値以下である場合に、前記排気ガス切替弁が故障していると判定することを特徴とする。この態様によれば、排気ガス切替弁が故障していることを特定でき、故障原因の特定と修理作業を促進することができる。

本発明の別の一態様は、前記偏差の絶対値が前記閾値よりも大きく、かつ前記偏差の正負の符号が前記排気ガス切替弁の動作状態または動作指示状態に対応している場合に、前記排気ガス切替弁が正常であると判定することを特徴とする。この態様によれば、簡易な構成によって排気ガス切替弁が正常であることを好適に判定できる。

本発明の別の一態様は、前記第１の出力値が、エンジンの加速時に増加せず、且つ減速時に減少しない場合に、当該排気ガス通路に設置された前記温度センサが異常であると判定することを特徴とする。この態様によれば、当該温度センサが異常であると判定できるので、故障原因の特定と修理作業を促進することができる。

なお、本発明において「判定する」とは、排気ガス切替弁または温度センサ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。

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車両用の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続されている。

ＥＣＵｌ００には、車体に設置された気圧センサ２５１から大気圧Ｐａを表す信号、車両の走行速度を検出可能な車速センサ（不図示）から車速ＶＳを表す信号、およびシフト位置センサ（不図示）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。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、各種の制御プログラム、マップ、初期値および閾値が格納され、後述する故障診断処理において参照される。

ＥＣＵ１００のＲＯＭには、大気圧と閾値との関係を予め定めた大気圧−閾値マップ（図５参照）が記憶されている。この大気圧−閾値マップでは、大気圧が低いほど閾値の絶対値が漸減するように設定されている。この大気圧−閾値マップは、後述する故障診断処理において参照される。

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、切替弁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の排気ガス通路」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の排気ガス通路」（以下、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。

切替弁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、バイパス３５０と通常流路３６０との間で選択的に切り替えることが可能に構成されている。切替弁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図示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、ダイヤフラム機構３７６によって動作が制御されている。

ダイヤフラム機構３７６は、ダイヤフラム３７７を有する。ダイヤフラム３７７は、ダイヤフラム機構３７６の内部空間を、変圧室３７６ａと大気圧室３７６ｂとに区画している。ダイヤフラム３７７には、上述したロッド３７４が接続されている。切替弁３７０は、ダイヤフラム３７７が撓んでいない状態では全開状態となることにより通常流路３６０を連通させ、ダイヤフラム３７７が変圧室３７６ａ側へ最大限に撓んだ状態では全閉状態となることにより通常流路３６０を遮断する。

大気圧室３７６ｂ内の圧力は、常時、大気圧に維持されている。変圧室３７６ａには、負圧供給配管３７９の一端が接続され負圧が導入されている。負圧供給配管３７９の他端は、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）３８１に接続されている。ＶＳＶ３８１には、吸気管２０６の吸気マニホールドに連通する負圧通路３８３が接続されている。またＶＳＶ３８１は、大気に開放される大気開放口を備えている。ＶＳＶ３８１は、オフ状態で負圧供給配管３７９を大気開放口に導通させ、一方、ＥＣＵ１００からオン信号が供給された場合に負圧供給配管３７９を大気開放口から遮断すると共に負圧通路３８３に連通させる。ＶＳＶ３８１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、切替弁３７０は吸気管２０６から導入される負圧によって駆動され、かつ主排気ガス浄化装置３００は、ＥＣＵｌ００からの制御信号に応じて、切替弁３７０の開閉状態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の上流側で通常流路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３８０，３９０は、かかる温度を、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と通常流路３６０との間に形成された断熱体であり、バイパス流路３５０と通常流路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、切替弁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において切替弁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において切替弁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、切替弁３７０が閉じているために通常流路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、切替弁３７０が開いているために、排気抵抗の差から通常流路３６０に導かれる。その一方で、通常流路３６０を通過する排気ガスの一部は、通常流路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通常流路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，通常流路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。

冷間始動の場合、所定時間が経過するまでは上流側のスタートアップ触媒２２２および主排気ガス浄化装置３００のアンダーフロア触媒３３０は通常活性化されていない。このため、排気ガスをアンダーフロア触媒３３０に流さずに、バイパス流路３５０に流すこととし（図３における矢印Ｃ）、その結果、排気ガス中の未燃ＨＣ成分はＨＣ吸着材３４０に吸着されることになる。

アンダーフロア触媒３３０が活性化されるタイミングで、切替弁３７０は図４に示す開位置に駆動され、通常流路３６０が開放される。その結果、通常流路３５０と通常流路３６０との排気抵抗差に起因して、排気ガスは主に通常流路３６０を流れ、その排気熱でアンダーフロア触媒３３０が加熱・昇温されることになる。また、このとき通常流路３５０には通気孔３２４を介して矢印Ｄ方向に排気ガスが還流し、これによってＨＣ吸着材３４０からＨＣが徐々に脱離させられる。

ＥＣＵｌ００は、排気ガス浄化システム１０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、切替弁３７０の故障を診断することが可能に構成されている。

次いで、本実施形態における故障診断動作を説明する。図６の処理ルーチンはエンジン２００の動作中にわたり所定時間ごとに繰返し実行される。まずＥＣＵ１００は、故障診断を実行するための前提条件として、エンジンが暖機済みの状態であるかを判断する（Ｓ１０）。この判断は、例えば水温センサ２２０の検出値と所定値との比較によって行われ、検出値が所定値を上回っている場合に肯定される。なお、この暖機済み判断の基準には、エンジン水温が所定値を上回っていること、エンジン始動から一定時間を経過したこと、エンジン回転数やその始動からの累積値が一定値以上であること、のうち１または２以上のものを用いてもよい。暖機済みである場合には、次に、温度センサ診断処理（Ｓ２０）、および弁故障・センサ逆接診断処理（Ｓ３０）が行われる。

ステップＳ２０の温度センサ診断処理は、具体的には図７のサブルーチンに従って行われる。図７において、まずＥＣＵ１００は、所定時間内における吸入空気量増加量が予め定められた閾値ΔＧth1以上であるかを判断し（Ｓ１１０）、肯定すなわちエンジンの加速時の場合には、次に、その所定時間内における温度増加量が閾値ΔＴth1以上であるかを判断する（Ｓ１２０）。ステップＳ１２０で肯定の場合には、ＥＣＵ１００は当該温度センサが正常である旨の出力を行う（Ｓ１３０）。

ステップＳ１１０で否定の場合には、ＥＣＵ１００は、同じ所定時間内における吸入空気量減少量が予め定められた閾値ΔＧth2以上であるかを判断し（Ｓ１４０）、肯定すなわちエンジンの減速時の場合には、次にその所定時間内における温度減少量が閾値ΔＴth2以上であるかを判断する（Ｓ１５０）。ステップＳ１５０で肯定の場合には、ＥＣＵ１００は当該温度センサが正常である旨の出力を行う（Ｓ１３０）。

ステップＳ１４０で否定の場合には、ＥＣＵ１００は、燃料カット運転の継続時間が予め定められた閾値Ｆth以上であるかを判断し（Ｓ１６０）、肯定の場合にはステップＳ１５０に移行し、否定の場合には処理をリターンする。

ステップＳ１２０またはＳ１５０で否定の場合は、加速時であるにもかかわらず温度増加量が小さい、あるいは減速時または燃料カット運転時であるにもかかわらず温度減少量が小さい場合であるから、ＥＣＵ１００は、当該温度センサが異常である旨の出力を行う（Ｓ１７０）。

ステップＳ１３０の正常出力、およびステップＳ１７０の異常出力は、他の処理ルーチンにおいて参照されるフラグのセットによって実行してもよいし、これらの結果に従って行われる所定の処理、例えば所定の走行ログファイルへの記録や、異常判定の場合の所定のインジケータなどによるユーザに対する警報出力によって実行してもよい。なお、以上の温度センサ診断処理は切替弁３７０の動作状態を考慮して、温度センサ３８０，３９０のそれぞれについて個別に行われる。以上の処理の結果、温度センサ３８０，３９０のいずれが異常である場合にもこれを検出することができる。

ステップＳ３０（図６）の弁故障・センサ逆接診断処理は、具体的には図８のサブルーチンに従って行われる。図８において、まずＥＣＵ１００は、排気温度Ｔ１，Ｔ２、および吸入空気量Ｇａの現在値をそれぞれ取得する（Ｓ２１０）。排気温度Ｔ１，Ｔ２は第１および第２温度センサ３８０，３９０の、吸入空気量Ｇａはエアフローメータ２１２の検出信号に基づいてそれぞれ算出される。

次にＥＣＵ１００は、エンジン２００が定常運転状態にあるかを判断する（Ｓ２２０）。この判断は具体的には、（ｉ）吸入空気量Ｇａが所定範囲内にあり、且つ（ｉｉ）吸入空気量Ｇａの所定時間内の変動が所定範囲内にあることを条件とすることができる。

定常運転状態にある場合には、ＥＣＵ１００は切替弁３７０に対し、閉動作をすべき旨の駆動指示出力を行う（Ｓ２３０）。

次にＥＣＵ１００は、温度Ｔ１，Ｔ２および吸入空気量Ｇａの値を個別に積算する（Ｓ２４０）。この積算は、吸入空気量Ｇａの積算値が所定の基準値Ｘ［ｇ］以上になるまでの間（Ｓ２５０）、繰返し実行される。

なお、ステップＳ２２０において定常運転状態にない場合には、閉動作をすべき旨の駆動指示出力が解除され（Ｓ３３０）切替弁３７０が再び開かれると共に、温度Ｔ１，Ｔ２および吸入空気量Ｇａの積算値がクリアされることになる（Ｓ３４０）。

ステップＳ２５０において吸入空気量Ｇａの積算値が基準値Ｘ[g]に達したことを条件に、ＥＣＵ１００は温度面積差ΔＳを算出する（Ｓ２６０）。この温度面積差ΔＳは、温度Ｔ１，Ｔ２の積算値の差として算出される。

ここで、温度面積差を用いた故障判定について説明する。切替弁３７０が正常に閉じられた場合、排ガスが主として通常通路３６０側からバイパス流路３５０側に供給されるようになるために、温度センサ３８０，３９０の検出値Ｔ１，Ｔ２は、概ねそれぞれ図９および図１０に示されるように推移する。その結果、温度面積差ΔＳ（ΔＳ＝Ｂ−Ａ）は絶対値の大きい負の値となる（図１１中曲線ａ）。これに対し、切替弁３７０が開状態で固着している場合や、異物などの外乱因子によって十分に閉じられていない場合には、温度面積Ａ，Ｂの差が比較的小さくなり、温度面積差ΔＳは絶対値の比較的小さい負の値か、あるいは正の値になる（図１１中曲線ｂ）。したがって、温度面積差ΔＳを適切な閾値ΔＳｔｈと比較することにより、切替弁３７０が正常に閉じられたかを判定することができる。

具体的には、ＥＣＵ１００はまず、温度面積差ΔＳが閾値−ΔＳｔｈよりも小さいかを判断する（Ｓ２７０）。肯定の場合は、温度面積差ΔＳの絶対値が閾値ΔＳｔｈよりも大きく、かつ温度面積差ΔＳの正負の符号が排気ガス切替弁の動作状態または動作指示状態に対応している場合であるから、ＥＣＵ１００は温度センサと切替弁３７０の両者が正常と判定し、正常出力を行う（Ｓ２８０）。

ステップＳ２７０で否定の場合には、ＥＣＵ１００は次に、温度面積差ΔＳが閾値−ΔＳｔｈ以上かつΔＳｔｈ以下であるかを判断する（Ｓ２９０）。肯定の場合には、温度面積差ΔＳの絶対値が閾値ΔＳｔｈ以下の異常な場合であるが、ここでは次に先の温度センサ３８０，３９０の診断結果（Ｓ１３０，Ｓ１７０）を参照し、温度センサ３８０，３９０が正常の場合には（Ｓ３００）、ＥＣＵ１００は切替弁３７０が故障していると判定し、弁異常出力を行う（Ｓ３１０）。

ステップＳ２９０で否定の場合には、温度面積差ΔＳの絶対値が閾値ΔＳｔｈより大ではあるが、正負の符号が切替弁３７０の動作状態に対応していない場合であるから、ＥＣＵ１００は、温度センサ３８０，３９０が互いに逆に設置されていると判定し、温度センサ逆接出力を行う（Ｓ３２０）。

ステップＳ２８０の正常出力、ステップＳ３１０の弁異常出力、およびステップＳ３２０の温度センサ逆接出力は、他の処理ルーチンにおいて参照されるフラグのセットによって実行してもよいし、これらの結果に従って行われる所定の処理、例えば所定の走行ログファイルへの記録や、異常判定の場合の所定のインジケータなどによるユーザに対する警報出力によって実行してもよい。

以上の処理の結果、本実施形態では、温度センサ３８０，３９０が異常である場合（Ｓ１７０）、切替弁３７０が故障している場合（Ｓ３１０）、および温度センサ３８０，３９０が互いに逆に設置されている場合（Ｓ３２０）に、これらが検出されることになる。

以上のとおり、本実施形態では、温度センサ３８０，３９０の両検出値の偏差である温度面積差ΔＳが絶対値において予め定められた閾値ΔＳthよりも大きく、かつ正負の符号が切替弁３７０の動作状態に対応していない場合に、複数の温度センサ３８０，３９０が互いに逆に設置されていると判定（Ｓ３２０）することによって、誤結線を検出することができ、エミッションの悪化を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、温度センサ３８０，３９０の診断（Ｓ１３０，Ｓ１７０）と弁故障判定（Ｓ２９０）の両者を行うので、温度センサ３８０，３９０が正常である場合に故障原因が切替弁３７０の故障にあることを検出でき、故障原因の特定と修理作業を促進することができる。

また、本実施形態では、温度面積差ΔＳの絶対値が閾値ΔＳｔｈよりも大きく、かつ正負の符号が切替弁３７０の動作状態または動作指示状態に対応している場合に、切替弁３７０が正常であると判定するので、簡易な構成によって切替弁３７０が正常であることを好適に判定できる。

また、本実施形態では、選択されることが指示されている排気ガス通路の温度センサの出力値が、エンジンの加速時に増加せず、且つ減速時に減少しない場合に、当該温度センサが異常であると判定するので、故障原因の特定と修理作業を促進することができる。

なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、閾値ΔＳｔｈは大気圧に応じて変更してもよい。すなわち、切替弁３７０が負圧によって駆動される機械的構造においては、大気圧が低い環境、例えば高地にいる場合には、大気圧減少に起因する弁の不完全作動時にも、それが故障と判定されてしまうおそれがある。そこで、閾値ΔＳｔｈを大気圧に応じて変更すれば、この問題を抑制することができる。具体的には、気圧センサ２５１から大気圧Ｐａを取得すると共に、予め作成しＥＣＵ１００のＲＯＭに格納した大気圧−閾値マップ（図５参照）を検索し、現在の大気圧Ｐａに対応する閾値を算出する。この大気圧−閾値マップでは、大気圧が低いほど閾値の絶対値が漸減するように設定されている。そしてＥＣＵ１００は、算出された閾値ΔＳｔｈと温度面積差ΔＳとを絶対値で比較する（Ｓ２７０，Ｓ２９０）。このような処理の結果、図１１に示されるように、例えば高地走行時のように大気圧が低い場合には、閾値ΔＳｔｈが高い（負の値であって絶対値が小さい）値ΔＳｔｈ１へと変更される。その結果、高地における大気圧減少に起因する切替弁３７０の不完全作動時（図１１における曲線ｄ）であっても、故障判定時における温度面積差ΔＳが閾値ΔＳｔｈ１を絶対値で下回り、正常判定がされることになる。したがって、このような場合に故障と判定してしまうおそれを抑制することが可能になる。なお、閾値の変更は連続的に行うほか、例えば二段階のように離散的に行ってもよい。また大気圧は気圧センサ２５１によって直接検出するほかＧＰＳ等の地理情報に基づいて推定してもよい。

また、上記実施形態では切替弁３７０または温度センサ３８０，３９０の故障の有無を二値的に検出することとしたが、本発明は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構成を広く含む。また上記実施形態では温度面積差ΔＳを閾値と比較することによってシステムを診断したが、本発明では温度センサ３８０，３９０の検出値の偏差を所定の閾値と比較することによってシステムを診断してもよい。

また、上記実施形態では、第２排気ガス通路（通常流路３６０）の外側を囲むように第１排気ガス通路３５０が形成された二重円筒型の構造に本発明を適用したが、本発明における第１および第２排気ガス通路は、両者が排気経路中で分岐し且つ後段の触媒よりも上流側で合流するものである限り、互いに離間していてもよい。

また、排気ガス切替弁は他の構造のものを任意に採用でき、第１排気ガス通路を閉塞できるものであってもよい。また、ＨＣ吸着材、触媒および温度センサの種類および構造も、実施形態に例示したもの以外のものを任意に採用することができる。さらに、温度センサは各部の温度を直接検出するもののほか、車両の運転状態に関する各種の物理量から温度を推定するものを含むものであって、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

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排気ガス切替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排気ガス切替弁が開いている場合の排気ガス流れの模式図である。大気圧−閾値マップの設定例を示すグラフである。図１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手順の一例を示すフローチャートである。温度センサ診断処理の手順の一例を示すフローチャートである。弁故障・センサ逆接診断処理の手順の一例を示すフローチャートである。第１温度センサの検出値の推移および温度面積の概念を示すグラフである。第２温度センサの検出値の推移および温度面積の概念を示すグラフである。温度面積差の時間変化と閾値との関係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通常通路（第１排気ガス通路）
３６０バイパス流路（第２排気ガス通路）
３７０切替弁
３７６ダイヤフラム機構
３７８第１温度センサ
３８０第２温度センサ

Claims

複数の排気ガス通路を切り替える排気ガス切替弁と、前記複数の排気ガス通路のそれぞれに配置された温度センサと、を備えた排気ガス浄化システムの故障診断装置であって、
前記排気ガス切替弁に対し選択することが指示されている排気ガス通路からの第１の出力値と、選択することが指示されていない排気ガス通路からの第２の出力値との偏差が絶対値において予め定められた閾値よりも大きく、かつ前記偏差の正負の符号が前記排気ガス切替弁の動作状態に対応していない場合に、前記複数の温度センサが互いに逆に設置されていると判定する診断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。
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、前記偏差の絶対値が前記閾値以下である場合に、前記排気ガス切替弁が故障していると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または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、前記偏差の絶対値が前記閾値よりも大きく、かつ前記偏差の正負の符号が前記排気ガス切替弁の動作状態または動作指示状態に対応している場合に、前記排気ガス切替弁が正常であると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、
前記診断手段は、前記第１の出力値が、エンジンの加速時に増加せず、且つ減速時に減少しない場合に、当該排気ガス通路に設置された前記温度センサが異常であると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。