JP2009287536A - 排気装置の故障診断方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置の故障診断と酸素センサの故障診断とを互いに影響し合わない適正なタイミングで行うことにより、エンジンの排気装置に対する故障診断の精度を効果的に向上させる。
【解決手段】減速時に燃料カットが実行されたときに、酸素センサ２０，２２の検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断処理（Ｓ７）を実行するとともに、ＥＧＲバルブ２６を開放または閉鎖し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）を実行する。そして、上記酸素センサ診断処理（Ｓ７）における診断期間中（ｔ１〜ｔ４）に、上記ＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）時のＥＧＲバルブ２６の開度変化が起きないように、上記２つの診断処理の実行タイミングを設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの排気通路を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記排気通路と吸気通路とをＥＧＲバルブの開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置とを備えたエンジンの排気装置が故障しているか否かを診断する方法および装置に関する。

従来、下記特許文献１に示されるように、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通させる排気還流通路と、この排気還流通路の途中部に介設されたＥＧＲバルブ（排気還流制御バルブ）とを備えたＥＧＲ装置（排気還流装置）の故障を診断するために、上記ＥＧＲバルブをエンジンの減速中に一時的に開閉させ、その開閉前後の吸気圧の変動が設定範囲内にあるか否かを検出し、その検出結果に基づいて上記ＥＧＲ装置が故障しているか否かを判定することが行われている。
特開平２−９９３７号公報

ところで、エンジンの排気通路には、例えば空燃比の算出等のために、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが設けられることがある。この酸素センサが故障しているか否かを診断するには、酸素濃度が変化すると予想される所定のタイミングで、当該センサにより検出される酸素濃度の変化をモニタリングすればよいが、このような故障診断動作を、上記ＥＧＲ装置の故障診断のタイミングと関係なくむやみに行ってしまうと、上記ＥＧＲバルブの開閉による外乱が酸素濃度の変化に影響し、酸素センサの故障を適正に診断できなくなるおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置の故障診断と酸素センサの故障診断とを互いに影響し合わない適正なタイミングで行うことにより、エンジンの排気装置に対する故障診断の精度を効果的に向上させることを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本願の請求項１にかかる発明は、エンジンの排気通路を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記排気通路と吸気通路とをＥＧＲバルブの開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置とを備えたエンジンの排気装置が故障しているか否かを診断する方法であって、減速時に燃料カットが実行されたときに、上記酸素センサの検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断処理と、減速時にＥＧＲバルブを開放または閉鎖し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理とを含み、上記酸素センサ診断処理における診断期間中に、上記ＥＧＲ装置診断処理時のＥＧＲバルブの開度変化が起きないように、上記２つの診断処理の実行タイミングを設定したことを特徴とするものである。

本発明によれば、酸素センサの故障診断期間中に、ＥＧＲ装置の故障診断のために開放または閉鎖されるＥＧＲバルブの開度変化が起きないように、両者の故障診断をタイミングをずらして実行するようにしたため、ＥＧＲバルブの開度が変化することによる圧力変動が上記酸素センサの検出値に影響してその故障診断の精度が悪化するのを効果的に防止でき、エンジンの排気装置に対する故障診断の精度を向上させてその信頼性をより高めることができる。

本発明において、少なくともエンジンの始動直後は、上記２つの診断処理のうち酸素センサ診断処理を優先的に実行することが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、燃料カット後の比較的短い時間で診断する必要のある上記酸素センサの故障を確実に診断できるという利点がある。

この場合、上記酸素センサ診断処理が所定回数実行されると、当該処理と上記ＥＧＲ装置診断処理との間で優先度を入れ替えることが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、酸素センサの故障ばかりが多く診断されてＥＧＲ装置の故障診断回数が極端に少なくなるといった事態を有効に回避でき、エンジンの継続運転中に、酸素センサおよびＥＧＲ装置の故障をそれぞれ適正な頻度で確実に診断できるという利点がある。

また、本願の請求項４にかかる発明は、エンジンの排気通路を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記排気通路と吸気通路とをＥＧＲバルブの開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置とを備えたエンジンの排気装置が故障しているか否かを診断する装置であって、減速時に燃料カットが実行されたときに、上記酸素センサの検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断手段と、減速時にＥＧＲバルブを開放または閉鎖し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置の故障を診断するＥＧＲ装置診断手段と、上記酸素センサ診断手段による診断期間中に、上記ＥＧＲ装置診断手段により開閉されるＥＧＲバルブの開度変化が起きないように、上記２つの診断手段の動作タイミングを設定する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

この場合、上記制御手段は、少なくともエンジンの始動直後において、上記２つの診断手段のうち酸素センサ診断手段による診断動作を優先的に実行させることが好ましく（請求項５）、さらにこの場合、上記制御手段は、上記酸素センサ診断手段による診断動作が所定回数実行されると、当該動作と上記ＥＧＲ装置診断手段による診断動作との間で優先度を入れ替えることが好ましい（請求項６）。

これら請求項４〜請求項６にかかる発明によれば、上記請求項１〜請求項３にかかる発明と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ＥＧＲ装置の故障診断と酸素センサの故障診断とを互いに影響し合わない適正なタイミングで行うことができ、エンジンの排気装置に対する故障診断の精度を効果的に向上させることができる。

図１は、本発明にかかる排気装置の故障診断方法および装置が適用されるエンジン１の全体構成を示す図である。本図に示されるエンジン１は、ガソリンを燃料とする火花点火式の直噴エンジンであり、そのエンジン本体１Ａの各気筒には、燃焼用の空気を取り込むための吸気通路３と、燃焼によって生じた排気ガスを外部に排出するための排気通路９とがそれぞれ接続されている。なお、図１において符号１１は、クランク軸１０の回転数（つまりエンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサ、符号１２はエンジン用冷却水の水温を検出する水温センサである。

上記吸気通路３は、各気筒に共通の共通吸気通路１３と、その下流側端部に設けられたサージタンク１７と、そこから下流側に分岐して各気筒に接続される独立吸気通路１９とを有している。なお、独立吸気通路１９は、各気筒に対応して複数設けられており、例えば紙面に垂直な方向に並ぶように配置されている。

上記エンジン本体１Ａには、各独立吸気通路１９の出口（吸気ポート）を開閉するための吸気弁２が設けられており、この吸気弁２が開かれるのに応じて、上記独立吸気通路１９から燃焼室４内に燃焼用の空気が吸入されるようになっている。そして、この燃焼室４内に吸入された空気中に、所定のタイミングで燃料噴射弁５から燃料（ガソリン）が直接噴射されることにより、混合気が形成されるようになっている。ただし、アクセル開度が０％でかつエンジン回転数が所定値以上であるとき（つまり減速時）には、燃費向上の観点から、燃料噴射弁５が閉じられることにより、燃料の供給がストップされるようになっている。なお上記燃料噴射弁５に供給される燃料は、図外の高圧燃料ポンプから所定の燃料供給通路を介して供給される。

上記燃焼室４内に形成された混合気は、ピストン６によって圧縮されるとともに、所定のタイミングで実行される点火プラグ７の点火に伴い燃焼する。なお、上記燃料噴射弁５は、おおむね点火プラグ７の火花発生部に向けて燃料を噴射するように配置されている。これにより、燃料ないし混合気が火花発生部の周囲で層状化され、混合気の着火性が高められるようになっている。このため、低負荷時には、空燃比を大幅にリーンにすることができ、燃費性能が高められる。

上記共通吸気通路１３には、各気筒の燃焼室４に吸入される空気（燃焼用空気）の流れ方向上流側から順に、その空気に含まれるダスト等の異物を除去するエアクリーナ１４と、その空気の流量を検出するエアフローセンサ１５（例えばホットワイヤ式エアフローセンサ）と、燃焼室４への吸入空気量を調節するためのスロットルバルブ１６とが設けられている。なお、当実施形態では、スロットルバルブ１６についていわゆるドライブ・バイ・ワイヤー方式が採用されており、図外のアクセルペダルの開度に応じた所定の制御信号が後述するコントロールユニットＣから出力され、この制御信号に基づき作動する電気式のアクチュエータ１６ａがスロットルバルブ１６を開閉することにより、燃焼室４への吸入空気量が調節されるようになっている。

上記サージタンク１７は、上記共通吸気通路１３を通じて導入される燃焼用空気の脈動を低減してその流れを安定化させるためのものであり、このサージタンク１７には、その内部の燃焼用空気の圧力、つまり吸気圧力を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。そして、上記サージタンク１７に導入された燃焼用空気は、そこから分岐しつつ下流側に延びる上記独立吸気通路１９を通じてエンジン本体１Ａの各燃焼室４へと流入する。なお、各独立吸気通路１９には、スワールを生成するために燃焼室４への空気の流入方向を調整する空気流動制御弁２９が設けられている。

上記エンジン本体１Ａには、上記排気通路９の入口（排気ポート）を開閉するための排気弁８が設けられており、この排気弁８が開かれるのに応じて、上記燃焼室４で生成された燃焼ガス（排気ガス）が排気通路９側に排出されるようになっている。

上記排気通路９には、排気ガスの流れ方向上流側から順に、第１酸素センサ２０、第１触媒コンバータ２１、第２酸素センサ２２、第２触媒コンバータ２３が設けられている。そして、上記排気通路９と、その途中部に設けられた上記酸素センサ２０，２２や触媒コンバータ２１，２３と、後述するＥＧＲ装置２４等により、エンジン１の排気系としての排気装置２７が構成されている。

上記第１および第２の酸素センサ２０，２２は、それぞれ、例えば空燃比等を算出するために排気ガス中の酸素濃度を検出するものであり、酸素濃度の変化を電圧値の変化として検出し、その電圧信号を後述するコントロールユニットＣに出力するいわゆるリニア酸素センサとして構成されている（なお、一方または両方が、空気過剰率λ＝１近傍で信号出力が逆転するいわゆるラムダ酸素センサであってもよい）。

上記第１触媒コンバータ２１は、詳細な図示は省略するが、いわゆる１ベッドタイプの触媒コンバータであって、その内部にＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを浄化するための三元触媒が装填されている。また、第２触媒コンバータ２３は、直列２ベッドタイプのものであって、その上流側のベッドにはＮＯｘ吸蔵触媒が装填され、下流側のベッドにはＮＯｘ浄化触媒が装填されている。

上記排気装置２７には、排気通路９内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３に還流させるＥＧＲ装置２４が設けられている。具体的に、ＥＧＲ装置２４は、排気通路９とサージタンク１７とを連通させるＥＧＲ通路２５と、このＥＧＲ通路２５の途中部に設けられ、その内部を通過するＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２６とを有している。このＥＧＲ装置２４は、主として、燃焼ガス温度を低下させてＮＯｘ発生量を低減するとともに、低負荷時におけるポンピング損失を低減して燃費性能を高めるために設けられている。

ただし、当実施形態では、エンジン１がアイドル状態になると、燃焼室４での混合気の燃焼が不安定になるのを防止するため、ＥＧＲバルブ２６が閉じられてＥＧＲガスの還流がストップされる。また、エンジン１の高回転時または高負荷時にも、エンジン出力を高めるためにＥＧＲバルブ２６が閉じられる。さらには、スロットルバルブ１６が全閉にされる減速時にも、ＥＧＲバルブ２６が閉じられる。

次に、エンジン１の制御系について説明する。エンジン１には、周知のＣＰＵや各種メモリ等からなるコントロールユニットＣが設けられており、このコントロールユニットＣによりエンジン１の動作が統括的に制御されるようになっている。

具体的に、コントロールユニットＣには、エンジン回転数センサ１１によって検出されるエンジン回転数（またはクランク角）、水温センサ１２によって検出される冷却水の水温、エアフローセンサ１５によって検出される燃焼用空気の流量、吸気圧センサ１８によって検出される吸気圧力、第１および第２の酸素センサ２０、２２によって検出される排気ガスの酸素濃度（空燃比）、図外のスロットルセンサによって検出されるアクセルペダルの開度等の種々の制御情報が入力される。そして、コントロールユニットＣは、これら各種制御情報に基づいて、燃料噴射弁５の燃料噴射量および噴射タイミングの制御、点火プラグ７の点火時期の制御、スロットルバルブ１６の開度の制御、ＥＧＲバルブ２６の開度の制御、空気流動制御弁２９の開度の制御、吸気弁２の開閉タイミングの制御等の、種々の制御動作を実行するように構成されている。

また、コントロールユニットＣは、その機能要素として、主制御部Ｃ１、酸素センサ診断部Ｃ２、ＥＧＲ装置診断部Ｃ３を有している。このうち、酸素センサ診断部Ｃ２およびＥＧＲ装置診断部Ｃ３は、上記酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４が故障しているか否かを診断する処理を実行するものであり、上記主制御部Ｃ１は、上記酸素センサ診断部Ｃ２およびＥＧＲ装置診断部Ｃ３の診断動作のタイミング等を制御するものである。

次に、これら各部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３によって行われる制御動作の概要について、図２を参照しながら説明する。図２は、エンジン１の運転状態や制御用の各種信号の経時変化を示すタイムチャートである。具体的に、図２中では、燃料カットの実行状態を示す燃料カット信号xzfc、酸素センサ２０，２２の検出値のモニタリング時間を示すディレイカウンタ信号ccutc、酸素センサ２０，２２の検出電圧値を示す酸素センサ電圧信号rox、ＥＧＲ装置２４に対するモニタリングの実行状態を示すＥＧＲモニタ実行信号xegrex、そのモニタリングの完了を示すＥＧＲモニタ完了信号xegrcp、ＥＧＲバルブ２６の開度を示すバルブ開度信号pt、吸気圧センサ１８の検出値に基づく吸気圧力の実測値を示す実測値信号mapb、上記ＥＧＲモニタ実行信号xegrexがＯＮになってからＥＧＲバルブ２６が全閉状態に維持されている時間をカウントする閉時間信号cegrof、ＥＧＲバルブ２６が開かれた時点からの経過時間をカウントする開時間信号cegron、上記吸気圧力の実測値mapbを積算した値を示す検出積算値信号dltmapsm、この検出積算値信号dltmapsmのうちＥＧＲバルブ２６が閉のときの検出値の平均を示すＯＦＦ時吸気圧平均値信号dltmapfdc、ＥＧＲバルブ２６が開のときの検出値の平均を示すＯＮ時吸気圧平均値信号dltmapodc、これら２つの吸気圧の差を示す差圧平均値信号dltmapadcが示されている。なお、酸素センサ２０，２２の検出値を示す酸素センサ電圧信号roxは、各酸素センサ２０，２２に対応して本来２種類存在するが、両者の電圧信号は概ね同様の波形となるため、図中では１種類の波形のみを代表して示している。

まず、ＥＧＲ装置診断部Ｃ３によって行われるＥＧＲ装置２４の故障診断の概要について説明する。この故障診断は、ＥＧＲバルブ２６が全閉となる運転状態にあるときに、このＥＧＲバルブ２６を一時的に所定の故障判定用開度まで開いてＥＧＲガスを吸気通路３に還流させ、それによって生じる吸気圧力の変化を検出することで行う。具体的に、ＥＧＲ装置診断部Ｃ３は、ＥＧＲバルブ２６を開く前（バルブ全閉時）に吸気圧センサ１８によって検出される燃焼用空気の圧力（吸気圧力）と、ＥＧＲバルブ２６を開いたときに同じく吸気圧センサ１８によって検出される吸気圧力とを比較し、その差圧が所定の閾値以上であればＥＧＲ装置は正常であると判定し、閾値未満であればＥＧＲ装置は異常であると判定する。

すなわち、図２中のＥＧＲバルブ開度信号ptに示すように、全閉状態にあるＥＧＲバルブ２６が時点ｔ４において一時的に開かれると、吸気通路３に所定量のＥＧＲガスが供給され、その分だけ吸気圧センサ１８による検出圧力値（吸気圧実測値mapb）が高くなる。したがって、ＥＧＲバルブ２６が正常であれば、当該バルブ２６が指定通りの開度まで開いてＥＧＲガスの還流が起きることにより、その還流量に応じた吸気圧力差（差圧平均値dltmapadcにおけるΔＰ）が生じることになる。

これに対し、例えばＥＧＲガス中の固体成分ないしは粘着成分等がＥＧＲバルブ２６の可動部に付着するなどして、ＥＧＲバルブ２６が閉塞しまたは正常に開弁しない場合は、ＥＧＲガスの還流量が正常時よりも減少するので、上記吸気圧力差ΔＰは小さくなる。そこで、ＥＧＲ装置診断部Ｃ３は、この吸気圧力差ΔＰの大小を調べることにより（つまり吸気圧力差ΔＰの大きさを所定の閾値ΔＰｔと比較することにより）、上記ＥＧＲバルブ２６が正常に作動したか否かを判定し、その結果、上記ＥＧＲバルブ２６を含んだＥＧＲ装置２４の正常・異常を診断する。

ところで、上記ＥＧＲ装置２４の故障診断は、ＥＧＲバルブ２６の全閉時に行われるため、この故障診断を行い得るタイミングとしては、上述したように、アイドル時、高回転時もしくは高負荷時、減速時の３つのタイミングがあり得る。しかしながら、アイドル時にＥＧＲガスを還流させると混合気の燃焼安定性が損なわれ、また、高回転時もしくは高負荷時にＥＧＲガスを還流させるとエンジンの出力トルクの変動ないしはサージングが発生する。このため、上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３は、このような事態を回避すべく、より不具合の少ない減速時にＥＧＲ装置２４の故障診断を実行する。

以上のように、当実施形態では、減速時にＥＧＲバルブ２６を一時的に開放し、そのときの吸気圧力の変化に基づいてＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断手段が、上記コントロールユニットＣのＥＧＲ装置診断部Ｃ３によって構成されている。

次に、上記酸素センサ診断部Ｃ２によって行われる酸素センサ２０，２２の故障診断の概要について説明する。この故障診断は、上記ＥＧＲ装置２４の故障診断を行う場合と同じく、減速時に行われる。すなわち、減速時には、燃料の供給をストップする燃料カットが実行されるため、その燃料カットにより生じる排気ガス中の酸素濃度の変化を正常に検出することができるか否かにより、酸素センサ２０，２２の故障の有無を判定する。

具体的に、上記酸素センサ診断部Ｃ２は、減速時に燃料カットが実行されてから所定期間の間（図２の時点ｔ１からｔ４までの間）、上記酸素センサ２０，２２から入力される検出信号（当実施形態では電圧値）をモニタリングしてその波形の勾配を算出することにより、上記排気通路９を通る排気ガス中の酸素濃度の変化を特定し、その変化率（電圧変化率）が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、上記酸素センサ２０，２２の故障の有無をそれぞれ診断するように構成されている。

すなわち、減速時に燃料カットが実行されると、燃焼に用いられる酸素の消費量がゼロになり、排気ガス中に含まれる酸素の濃度が急激に上昇するため、上記酸素センサ２０，２２が正常であれば、その検出値（電圧値）は所定値以上の変化率（勾配）をもって変化する。なお、当実施形態における酸素センサ２０，２２は、酸素濃度が濃くなるほど電圧値が低くなるように構成されている。このため、図２に示すように、燃料カット後の酸素センサ２０，２２の検出値（酸素センサ電圧信号rox）は、燃料カットが実行されてから所定のタイムラグの後に急激に低下することになる（図中のＡ部）。そこで、上記酸素センサ診断部Ｃ２は、燃料カットが実行される時点ｔ１から、モニタリング用ディレイカウンタccutcによるカウントが終了する（カウント値がゼロになる）時点ｔ４までの間、上記酸素センサ２０，２２の検出値をモニタリングすることにより、上記Ａ部における電圧変化率を算出し、その絶対値が所定の閾値以上であるか否かに基づいて、上記酸素センサ２０，２２の故障の有無を判定する。

以上のように、当実施形態では、減速時に燃料カットが実行されたときに、酸素センサ２０，２２の検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断手段が、上記コントロールユニットＣの酸素センサ診断部Ｃ２によって構成されている。

ところで、当実施形態において、上記酸素センサ診断部Ｃ２による酸素センサ２０，２２の故障診断と、上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３によるＥＧＲ装置２４の故障診断とは、ともに減速時に行われる。しかしながら、減速時にこれら２つの故障診断を略同時に開始してしまうと、上記酸素センサ診断部Ｃ２による診断期間中に、上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３により一時的に開放されるＥＧＲバルブ２６の開度変化が起きることにより、このＥＧＲバルブ２６の開度変化による外乱が酸素センサ２０，２２の検出値に影響し、その故障の有無を適正に判断できなくなるおそれがある。

すなわち、ＥＧＲバルブ２６が一時的に開放されて吸気通路３と排気通路９とが連通すると、排気通路９内の排気ガスが吸気通路３側の負圧の影響で逆流する等により、燃料カット後に燃焼室４から排出される酸素濃度の濃い空気が酸素センサ２０，２２の設置部まで速やかに到達しなくなり、その結果として酸素センサ２０，２２の検出値の変化が緩やかになる。したがって、上記酸素センサ診断部Ｃ２により酸素センサ２０，２２の検出値がモニタリングされている期間中（つまり燃料カットの実行直後からディレイカウンタccutcのカウントが終わるまでの期間中；ｔ１〜ｔ４）に、上記ＥＧＲバルブ２６が開放されてしまうと、上記酸素センサ２０，２２の検出値の変化が通常よりも緩やかになることにより、当該センサ２０，２２が誤って故障と診断されるおそれがある。

そこで、上記コントロールユニットＣの主制御部Ｃ１は、上記酸素センサ診断部Ｃ２が酸素センサ２０，２２の検出値をモニタリングしている期間（ｔ１〜ｔ４）の間、ＥＧＲバルブ２６を開放する旨の制御信号が上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３から出されるのを禁止することにより、上記ＥＧＲバルブ２６の開放期間（ｔ４〜ｔ６）が上記モニタリング期間（ｔ１〜ｔ４）からずれるように制御する。すなわち、当実施形態では、上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３がＥＧＲバルブ２６を一時的に開放させる期間（ｔ４〜ｔ６）と、上記酸素センサ診断部Ｃ２による故障診断の期間（ｔ１〜ｔ４）とが重複しないように、上記酸素センサ診断部Ｃ２およびＥＧＲ装置診断部Ｃ３の動作タイミングを設定することにより、上記酸素センサ診断部Ｃ２による診断期間中（ｔ１〜ｔ４）に、上記ＥＧＲ装置診断部Ｃ３により開閉されるＥＧＲバルブ２６の開度変化が起きないように制御する制御手段が、上記コントロールユニットＣの主制御部Ｃ１によって構成されている。

次に、以上のような主制御部Ｃ１、酸素センサ診断部Ｃ２、およびＥＧＲ装置診断部Ｃ３を含んだコントロールユニットＣによる制御動作の具体的内容を、図３のフローチャートに基づき説明する。エンジン１が始動してこのフローチャートがスタートすると、コントロールユニットＣは、まず、酸素センサ２０，２２の故障診断の回数を示す酸素センサ診断回数Ｎをゼロにリセット（Ｎ＝０）する処理を実行する（ステップＳ１）。そして、次のステップＳ３において、現在の運転状態が減速中でかつ燃料カット（Ｆ／Ｃ）中であるか否かを判定する。具体的に、コントロールユニットＣは、図外のアクセルペダルの開度が０％であること、および、エンジン１の回転数が所定回転数（例えば１０００ｒｐｍ）以上であることの２つの条件が成立したときに減速中であると判定し、さらに、燃料噴射弁５からのガソリンの噴射量がゼロ（つまり燃料噴射弁５の開度が０％）であるときに燃料カット中であると判定する。

上記ステップＳ３でＹＥＳと判定されて減速中かつ燃料カット中であることが確認された場合、コントロールユニットＣは、酸素センサ２０，２２の故障診断回数Ｎがあらかじめ定められた所定回数Ｎｔより小さいか否かを判定し（ステップＳ５）、ここでＹＥＳと判定されてＮ＜Ｎｔであることが確認された場合には、次のステップＳ７に移行して、酸素センサ２０，２２の故障を診断する酸素センサ診断処理を実行する。一方、上記ステップＳ５でＮＯと判定されて故障診断回数Ｎが上記所定回数Ｎｔに達していることが確認された場合には、上記酸素センサ診断処理（ステップＳ７）を実行せずにステップＳ１１までジャンプして、ＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理を実行する。

以上のように、これまでのフローによると、少なくともエンジン１の始動直後においては、上記ステップＳ７およびＳ１１の２つの診断処理のうち、酸素センサ２０，２２の故障を診断する酸素センサ診断処理（Ｓ７）から先に開始され、ＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）はその後で開始される。一方、その後酸素センサ診断処理（Ｓ７）がＮｔ回実行されると（ステップＳ５でＮＯ）、上記２つの診断処理の優先度が入れ替えられ、ＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）から優先的に実行されるようになっている。

ただし、図３のフローチャートでは、ＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）が優先される後者の状態になると、もう一方の酸素センサ診断処理（Ｓ７）は省略され、酸素センサ２０，２２の故障診断は実行されない。すなわち、酸素センサ２０，２２の故障診断を行うには、燃料カット後の比較的短い期間で変化するセンサ出力値の変化をモニタリングする必要があるため、先にＥＧＲ装置２４の診断を行ってしまうと、酸素センサ２０，２２の故障診断を後で行うのは時間的に難しいと考えられる。そこで、当実施形態では、上記酸素センサ診断処理（Ｓ７）が所定回数（Ｎｔ回）実行された場合、その時点で既に何度も診断されている上記酸素センサ２０，２２の故障診断を無理に実行することなく、もう一方のＥＧＲ装置２４の診断処理（ＥＧＲ装置診断処理）のみを優先的に実行するようにしている。

なお、上記のようにＥＧＲ装置診断処理（Ｓ１１）が優先される状態になったときのタイムチャートを図６に示している。このタイムチャートによると、燃料カットの実行時点ｔ１でＥＧＲ装置２４に対するモニタリングが開始され、その分、図２のタイムチャートの場合よりも早い時点からＥＧＲバルブ２６の開閉動作等が行われていることが分かる（なお、図６では、図２中のｔ３〜ｔ６に対応する時点をｔ３’〜ｔ６’としている）。また、図６では酸素センサ２０，２２をモニタリングするためのディレイカウンタccutcが働いておらず、酸素センサ２０，２２の故障診断が行われていないことが分かる。

次に、上記ステップＳ７で実行される酸素センサ診断処理の具体的手順について、図４のサブルーチンを用いて説明する。このサブルーチンがスタートすると、コントロールユニットＣは、まず、図２の時点ｔ１（燃料カットの実行直後）から酸素センサ２０，２２のモニタリングを開始し（ステップＳ２１）、次のステップＳ２３でＹＥＳと判定されて所定のモニタ所要時間が経過するまで（つまり図２中のディレイカウンタccutcのカウント値がゼロになる時点ｔ４まで）モニタリングを継続することにより、上記酸素センサ２０，２２の検出電圧の変化を調べる。そして、モニタリングが終了すると、その電圧値の波形（図２中の信号rox）に基づいて、電圧値が急激に変化している箇所（Ａ部）の電圧変化率の絶対値Ｇａを算出する処理を実行する（ステップＳ２５）。

次いで、コントロールユニットＣは、上記ステップＳ２５で算出した電圧変化率Ｇａが、あらかじめ定められた閾値Ｇａｔ以上であるか否かを判定することにより、上記酸素センサ２０，２２の故障の有無を判定する処理を実行する（ステップＳ２７）。そして、ここでＹＥＳと判定されてＧａ≧Ｇａｔであることが確認された場合、つまり、酸素センサ２０，２２の検出電圧の変化率が燃料カット後の酸素濃度の増大に見合った適正な値であることが確認された場合には、酸素センサ２０，２２が正常であると判定し、その故障の有無を示す酸素センサ故障フラグＦ１に「０」を入力（Ｆ１＝０）する処理を実行する（ステップＳ２９）。一方、これとは逆にステップＳ２７でＮＯと判定されてＧａ＜Ｇａｔであることが確認された場合には、酸素センサ２０，２２は故障していると判定し、上記酸素センサ故障フラグＦ１に「１」を入力（Ｆ１＝１）する処理を実行する（ステップＳ３１）。

なお、ここでは２つの酸素センサ２０，２２の故障診断についてまとめて記載したが、その処理は酸素センサ２０，２２ごとに個別に行われる。すなわち、酸素センサ２０，２２ごとに個別に電圧変化率Ｇａが算出され、その大小に基づいて、各センサに対応した故障フラグＦ１にそれぞれ「０」または「１」が入力される。

以上のような処理を経て酸素センサ診断処理（ステップＳ７）が終了すると、コントロールユニットＣは、図３のステップＳ９に移行して、酸素センサ２０，２２に対する故障診断回数Ｎをインクリメント（Ｎ＝Ｎ＋１）する処理を実行した後に（ステップＳ９）、次のステップＳ１１において、ＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理を実行する。

なお、図３のフローチャートでは、酸素センサ診断処理（ステップＳ７）の後にＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）が実行される手順になっているが、図２のタイムチャートにおいて、酸素センサ２０，２２に対するモニタリング期間（ｔ１〜ｔ４）と、ＥＧＲ装置２４に対するモニタリング期間（ｔ２〜ｔ６）とが一部重複していることからも分かるように、上記２つの診断処理（Ｓ７，Ｓ１１）は、部分的に並行して実行することが可能である。要は、ＥＧＲバルブ２６の開放期間（ｔ４〜ｔ６）と、酸素センサ２０，２２の診断期間（ｔ１〜ｔ４）との重複さえ避けるようにすれば、上記２つの診断処理の開始時期は適宜設定可能である。

次に、上記ステップＳ１１で実行されるＥＧＲ装置診断処理の具体的手順について、図５のサブルーチンを用いて説明する。このサブルーチンがスタートすると、コントロールユニットＣは、まず、吸気圧センサ１８の検出値に基づいて、ＥＧＲバルブ２６が全閉のときの吸気圧力Ｐ１を取得する処理を実行する（ステップＳ４１）。具体的には、ＥＧＲ装置２４に対するモニタリングの開始時点（図２の時点ｔ２）より所定時間遅れた時点ｔ３から、ＥＧＲバルブ２６が開かれる時点ｔ４までの間、上記吸気圧センサ１８の実測値を積算してその平均をとることにより、上記バルブ閉時の吸気圧力Ｐ１を算出する。

次いで、コントロールユニットＣは、図２の時点ｔ４において、ＥＧＲバルブ２６を所定の故障判定用開度まで開く処理を実行した後に（ステップＳ４３）、そのバルブ開放状態における吸気圧センサ１８の検出値に基づいて、ＥＧＲバルブ２６が開かれたときの吸気圧力Ｐ２を取得する処理を実行する（ステップＳ４５）。具体的には、ＥＧＲバルブ２６を開いた時点ｔ４より所定時間遅れた時点ｔ５から、ＥＧＲモニタの完了時点ｔ６までの間、上記吸気圧センサ１８の実測値を積算してその平均をとることにより、上記バルブ開時の吸気圧力Ｐ２を算出する。なお、上記ステップＳ４１，Ｓ４５で吸気圧力Ｐ１，Ｐ２を所得する際に、実測値の積算を、時点ｔ２またはｔ４より所定時間遅れた時点ｔ３またはｔ５から開始するのは、吸気圧力が安定するのを待つためである。

以上のようにしてＥＧＲバルブ２６の全閉時および開放時の吸気圧力Ｐ１，Ｐ２が取得されると、コントロールユニットＣは、次のステップＳ４７に移行して、上記両吸気圧力Ｐ１，Ｐ２の差圧ΔＰ（＝Ｐ２−Ｐ１）を算出する処理を実行するとともに、その差圧ΔＰが、あらかじめ定められた閾値ΔＰｔ以上であるか否かを判定することにより、ＥＧＲ装置２４の故障の有無を判定する処理を実行する（ステップＳ４９）。そして、ここでＹＥＳと判定されてΔＰ≧ΔＰｔであることが確認された場合、つまり、吸気圧力差ΔＰがＥＧＲバルブ２６の開度変化に見合った適正な値であることが確認された場合には、このＥＧＲバルブ２６を含むＥＧＲ装置２４が正常であると判定し、その故障の有無を示すＥＧＲ装置故障フラグＦ２に「０」を入力（Ｆ２＝０）する処理を実行する（ステップＳ５１）。一方、これとは逆にステップＳ４９でＮＯと判定されてΔＰ＜ΔＰｔであることが確認された場合には、ＥＧＲ装置２４は故障していると判定し、上記ＥＧＲ装置故障フラグＦ２に「１」を入力（Ｆ２＝１）する処理を実行する（ステップＳ３１）。

以上のような処理を経てＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）が終了すると、コントロールユニットＣは、図３のステップＳ１３に移行して、上記酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４の故障診断結果を、上記各故障フラグＦ１，Ｆ２の値に基づき所定の記憶媒体等に記憶させる処理を実行する。なお、ここで記憶された故障診断結果は、例えば車両の整備時等にその異常の有無を確認するための診断データとして利用される。

その後、コントロールユニットＣは、エンジン１が停止しているか否かを判定し（ステップＳ１５）、ここでＮＯと判定されてエンジン１が稼働中であることが確認された場合に、上記ステップＳ３（減速中かつ燃料カット中かを判定するステップ）に戻り、その後の処理を上記と同様に繰り返すことにより、エンジン１が継続運転されている間、上記酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４の故障を繰り返し診断する。

以上説明したように、上記実施形態では、エンジン１の排気通路９を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ２０，２２と、上記排気通路９と吸気通路３とをＥＧＲバルブ２６の開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置２４とを備えたエンジン１の排気装置２７が故障しているか否かを診断するために、減速時に燃料カットが実行されたときに、上記酸素センサ２０，２２の検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断処理（ステップＳ７）と、減速時にＥＧＲバルブ２６を一時的に開放し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置２４の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）とを行うようにした。そして、上記酸素センサ診断処理における診断期間中（図２中の時点ｔ１〜ｔ４）に、上記ＥＧＲ装置診断処理時のＥＧＲバルブ２６の開度変化が起きないように、上記２つの診断処理の実行タイミングを設定した。このような構成によれば、ＥＧＲ装置２４の故障診断と酸素センサ２０，２２の故障診断とを互いに影響し合わない適正なタイミングで行うことができ、排気装置２７に対する故障診断の精度を効果的に向上させることができるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、酸素センサ２０，２２の故障診断期間中に、ＥＧＲ装置２４の故障診断のために一時的に開放されるＥＧＲバルブ２６の開度変化が起きないように、両者の故障診断をタイミングをずらして実行するようにしたため、ＥＧＲバルブ２６の開度が変化することによる圧力変動が上記酸素センサ２０，２２の検出値に影響してその故障診断の精度が悪化するのを効果的に防止でき、エンジン１の排気装置２７に対する故障診断の精度を向上させてその信頼性をより高めることができる。

また、上記実施形態では、図３のフローチャートに示したように、少なくともエンジン１の始動直後は、上記２つの診断処理のうち酸素センサ診断処理（ステップＳ７）から先に実行することにより、酸素センサ２０，２２の故障を優先的に診断するようにしたため、燃料カット後の比較的短い時間で診断する必要のある上記酸素センサ２０，２２の故障を確実に診断できるという利点がある。

すなわち、減速時に燃料カットが実行されると、燃焼に用いられる酸素の消費量がゼロになり、排気ガス中の酸素濃度が比較的速やかに上昇するため、このときの酸素センサ２０，２２の検出値の変化に基づいて同センサの故障を診断する上記酸素センサ診断処理は、燃料カット後の比較的短い時間の間に実行する必要がある。このため、上記構成のように、少なくともエンジン１の始動直後において上記酸素センサ診断処理を優先的に実行する（つまりＥＧＲ装置診断処理よりも先に開始する）ようにすれば、上記のように時間的制約のある酸素センサ２０，２２の故障診断を確実に実行ことができる。

ただし、上記酸素センサ診断処理を常に優先的に実行すると、その後に行われるＥＧＲ装置診断処理でＥＧＲ装置２４の故障を診断する回数が相対的に少なくなってしまうおそれがある。すなわち、ＥＧＲ装置診断処理ではＥＧＲバルブ２６を一時的に開放する必要があるが、このＥＧＲバルブ２６の開放動作は、上記酸素センサ２０，２２の診断期間（図２の時点ｔ１〜ｔ４）が終了してからでないと行うことができないため、減速状態（アクセル開度が０％でかつエンジン回転数が所定値以上である状態）の継続時間が短く、燃料カットがわずかな時間しか実行されなかった場合には、上記ＥＧＲバルブ２６を一時的に開放するための時間が足りず、ＥＧＲ装置２４の故障診断が行えなくなる。このため、ＥＧＲ装置診断処理を常に酸素センサ診断処理の後に行うと、ＥＧＲ装置２４の故障診断回数が、酸素センサ２０，２２の故障診断回数よりも少なくなり、エンジン１の運転時間が長くなるにつれ、その回数の差が徐々に拡大していくと考えられる。

このような問題に対し、上記実施形態では、酸素センサ診断処理（ステップＳ７）が所定回数（Ｎｔ回）実行されると、次からは先ずＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）から実行して酸素センサ診断処理は省略することにより、これら２つの診断処理の優先度を入れ替えるようにしたため、酸素センサ２０，２２の故障ばかりが多く診断されてＥＧＲ装置２４の故障診断回数が極端に少なくなるといった事態を有効に回避でき、エンジン１の継続運転中に、酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４の故障をそれぞれ適正な頻度で確実に診断できるという利点がある。

また、上記のように酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４に対する故障診断の頻度をそれぞれ適正に保つことは、法的規制を遵守する上でも有効である。例えば、車載コンピュータが行う自己故障診断（On-board diagnostics）に関する法的規制として、ＯＢＤIIと称される規制が存在するが、このＯＢＤIIでは、例えば排気ガスに関するセンサー類やＥＧＲシステム等の故障を診断する際の実行比率を一定値以上にすべき旨が定められている。したがって、酸素センサ２０，２２およびＥＧＲ装置２４の故障診断の優先度を途中で入れ替えることで両者の実行頻度をそれぞれ適正に維持するようにした上記実施形態の構成は、上記のような法的規制を確実に遵守できるという点で有利である。

なお、上記実施形態では、酸素センサ診断処理（ステップＳ７）が所定回数実行されると、もう一方のＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）を優先的に実行（酸素センサ診断処理は省略）するようにし、その状態をエンジン停止まで継続するようにしたが、上記のように優先度を入れ替えた後に、ＥＧＲ装置診断処理が所定回数実行されると、再び元の状態、つまり酸素センサ診断処理から先に開始される状態に復帰させるようにしてもよい。このようにすれば、エンジン１の継続運転時間にかかわらず、上記２つの診断処理の頻度に大きさ差が生じるのを確実に回避できるという利点がある。

また、上記実施形態では、酸素センサ診断処理（ステップＳ７）が所定回数実行されると、もう一方のＥＧＲ装置診断処理（ステップＳ１１）のみを実行して上記酸素センサ診断処理は省略するようにしたが、例えばＥＧＲ装置２４の故障診断に要する時間を図２の例よりもかなり短縮できるような場合には、上記ＥＧＲ装置診断処理の実行後に、さらに酸素診断処理を実行することも可能である。

また、上記実施形態では、減速時に閉鎖されるＥＧＲバルブ２６を一時的に開放し、そのときの圧力変化に基づいてＥＧＲ装置２４の故障を診断するようにしたが、車両の種類や運転状況によっては、減速時にＥＧＲバルブ２６が開放される場合もあり得るため、このような場合には、ＥＧＲバルブ２６を一時的に閉鎖してそのときに生じる圧力変化に基づき故障診断を行うようにすればよい。

本発明にかかる排気装置の故障診断方法および装置が適用されるエンジンの全体構成を示す図である。 エンジンの運転状態や制御用の各種信号の経時変化を示すタイムチャートである。 エンジンのコントロールユニットにより実行される故障診断の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いて行われる酸素センサ診断処理の具体的手順を示すサブルーチンである。 図３のフローチャートにおいて行われるＥＧＲ装置診断処理の具体的手順を示すサブルーチンである。 ＥＧＲ装置診断処理が優先される状態になったときのタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
３ 吸気通路
９ 排気通路
２０，２２ 酸素センサ
２４ ＥＧＲ装置
２６ ＥＧＲバルブ
２７ 排気装置
Ｃ１ 主制御部（制御手段）
Ｃ２ 酸素センサ診断部（酸素センサ診断手段）
Ｃ３ ＥＧＲ装置診断部（ＥＧＲ装置診断手段）
Ｓ７ 酸素センサ診断処理
Ｓ１１ ＥＧＲ装置診断処理

Claims (6)

1. エンジンの排気通路を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記排気通路と吸気通路とをＥＧＲバルブの開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置とを備えたエンジンの排気装置が故障しているか否かを診断する方法であって、
   減速時に燃料カットが実行されたときに、上記酸素センサの検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断処理と、
   減速時にＥＧＲバルブを開放または閉鎖し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置の故障を診断するＥＧＲ装置診断処理とを含み、
   上記酸素センサ診断処理における診断期間中に、上記ＥＧＲ装置診断処理時のＥＧＲバルブの開度変化が起きないように、上記２つの診断処理の実行タイミングを設定したことを特徴とする排気装置の故障診断方法。
2. 請求項１記載の排気装置の故障診断方法において、
   少なくともエンジンの始動直後は、上記２つの診断処理のうち酸素センサ診断処理を優先的に実行することを特徴とする排気装置の故障診断方法。
3. 請求項２記載の排気装置の故障診断方法において、
   上記酸素センサ診断処理が所定回数実行されると、当該処理と上記ＥＧＲ装置診断処理との間で優先度を入れ替えることを特徴とする排気装置の故障診断方法。
4. エンジンの排気通路を通る排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、上記排気通路と吸気通路とをＥＧＲバルブの開閉に応じて連通させるＥＧＲ装置とを備えたエンジンの排気装置が故障しているか否かを診断する装置であって、
   減速時に燃料カットが実行されたときに、上記酸素センサの検出値の変化に基づきその故障を診断する酸素センサ診断手段と、
   減速時にＥＧＲバルブを開放または閉鎖し、そのときの吸気圧力の変化に基づいて上記ＥＧＲ装置の故障を診断するＥＧＲ装置診断手段と、
   上記酸素センサ診断手段による診断期間中に、上記ＥＧＲ装置診断手段により開閉されるＥＧＲバルブの開度変化が起きないように、上記２つの診断手段の動作タイミングを設定する制御手段とを備えたことを特徴とする排気装置の故障診断装置。
5. 請求項４記載の排気装置の故障診断装置において、
   上記制御手段は、少なくともエンジンの始動直後において、上記２つの診断手段のうち酸素センサ診断手段による診断動作を優先的に実行させることを特徴とする排気装置の故障診断装置。
6. 請求項５記載の排気装置の故障診断装置において、
   上記制御手段は、上記酸素センサ診断手段による診断動作が所定回数実行されると、当該動作と上記ＥＧＲ装置診断手段による診断動作との間で優先度を入れ替えることを特徴とする排気装置の故障診断装置。

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