JP2015094301A - 排気温度センサの故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気温度センサを精度よく診断できる排気温度センサの故障診断装置を提供する【解決手段】内燃機関ＥＧの排気通路１２５に設けられる排気温度センサ１３４の故障診断を行う診断装置２１において、前記内燃機関の燃焼が停止した非燃焼状態を検出する非燃焼検出部２１２と、前記非燃焼状態後に前記燃焼が再開した再燃焼状態を検出する再燃焼検出部２１２と、前記排気温度センサの故障を診断する診断部２１５，２１６と、を備え、前記診断部は、前記非燃焼状態を検出した場合には、前記排気温度センサの故障診断を禁止し、前記非燃焼状態後に前記再燃焼状態を検出した場合には、所定の遅延時間を経過したのちに前記排気温度センサの故障診断を許可する。【選択図】 図２

Description

本発明は、排気温度センサの故障診断装置及び故障診断方法に関するものである。

内燃機関の排気温度センサには、低温時の出力が高抵抗値（高出力電圧）を示す出力特性を有するものがある。この種の排気温度センサにあっては、低温時に排気温度センサの出力を診断すると、断線などの不具合による高抵抗値なのか、或いは低温のための高抵抗値なのかを区別することができない。このため、排気温度センサの検出温度が低温である場合の診断を回避するため、エンジン冷却水温度により選択されるエンジン負荷領域に基づいて排気温度センサを診断する条件が成立しているかどうかを判定し、診断条件が成立している場合はエンジン冷却水温度に応じた遅延時間を経過したのち排気温度センサの出力を診断するものが知られている（特許文献１）。すなわち、エンジン冷却水温度が低い場合は低温時の診断を回避するために高負荷領域を診断成立条件とする一方で、一旦走行した後などでエンジン冷却水温度が高いときはエンジン負荷が高くなくても排気ガス温度（以下、排気温度ともいう）が排気温度センサの診断に適している場合があるため、エンジン冷却水温度が高い場合は低負荷領域をも診断成立条件にすることで、診断頻度を増加させている。

特開２００８−１４２２５号公報

上記従来技術では、エンジン冷却水温度のみに基づいて診断を行いエンジン冷却水温度が高ければ排気温度センサの診断を許可するため、たとえばフューエルカット、アイドルストップ、ハイブリッド車のモータ単独走行のように内燃機関に非燃焼期間が存在した後であっても、燃焼を再開した直後には排気温度センサの診断を許可することになる。しかしながら、フューエルカット走行中は、排気通路には非燃焼ガス（すなわち低温の吸入空気）が流れ、アイドルストップ時やハイブリッド車のモータ走行時は、排気通路には排気ガスが流れずに低温の外気に曝されるので、排気通路の各種部品が一時的に降温する。こうした状態で診断を行うと、排気ガスの熱は低温となった排気通路の各種部品に吸熱され、排気ガスが降温するので、出力精度が著しく低くなり、誤診断が生じるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、排気温度センサを精度よく診断できる排気温度センサの故障診断装置及び故障診断方法を提供することである。

本発明は、内燃機関の燃焼が停止した非燃焼状態を検出したら排気温度センサの故障診断を禁止する一方、非燃焼状態を検出したのち燃焼を再開したら、所定の遅延時間が経過した後に排気温度センサの故障診断を許可することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、非燃焼状態の検出から燃焼再開までの間に排気温度センサを含む排気系部品の温度が降下するが、燃焼再開したのち所定の遅延時間が経過するまでの間に適切な温度まで上昇するので、排気温度センサの故障の有無を精度よく診断することができる。

本発明の一実施の形態に係る排気温度センサの故障診断装置を適用した内燃機関を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る排気温度センサの故障診断装置を示すブロック図である。 図２の排気御温度センサの故障診断装置及び方法の故障診断処理手順の一例（フューエルカット時又はアイドルストップ時）を示すフローチャートである。 図３のステップＳＴ９及びＳＴ１３で用いられる非燃焼継続時間と遅延時間との関係を示す制御マップである。 図３のステップＳＴ１３で用いられるエンジン冷却水温度と遅延時間との関係を示す制御マップである。 図２の排気御温度センサの故障診断装置及び方法の故障診断処理手順の他例（ＥＶ走行モード時）を示すフローチャートである。 図５のステップＳＴ２９で用いられる非燃焼継続時間と基本遅延時間との関係を示す制御マップである。 図５のステップＳＴ３０で用いられる再燃焼時初期温度による基本遅延時間の補正αを示す制御マップである。 図５のステップＳＴ３０で用いられる非燃焼時平均車速による基本遅延時間の補正βを示す制御マップである。 図５のステップＳＴ３０で用いられる非燃焼時平均外気温度による基本遅延時間の補正γを示す制御マップである。 図３の故障診断処理のタイムチャート（ｔ＜ｔ_１）である。 図３の故障診断処理のタイムチャート（ｔ≧ｔ_１）である。 図５の故障診断処理のタイムチャートである。 図９の推定排気温度を算出する場合に用いられる制御マップである。 図１の排気温度センサの出力特性を示すグラフである。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本例に係る排気温度センサの故障診断装置２１を適用した内燃機関ＥＧを示すブロック図、図２は本例に係る排気温度センサの故障診断装置２１を示すブロック図である。なお図２は、図１に示す内燃機関ＥＧの構成から故障診断装置２１に関係する構成のみを抽出して示したものである。

本例に係る排気温度センサの故障診断装置２１が適用される車両は、内燃機関ＥＧのみを走行駆動源とする車両と、内燃機関ＥＧとモータとを走行駆動源とするハイブリッド車両の両方を含み、以下の実施形態では主として内燃機関ＥＧのみによる車両の構成を説明し、ハイブリッド車両に特有の構成については特記するものとする。また本例の排気温度センサの故障診断装置２１は、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンのほか軽油を燃料とするディーゼルエンジンにも適用することができ、以下の実施形態では主としてガソリンエンジンの構成について説明し、ディーゼルエンジン特有の構成については特記するものとする。さらに本例に係る排気温度センサの故障診断装置２１は、車両走行中にアクセルペダルを放して負荷が小さくなった場合に燃料噴射を中断するフューエルカット制御や、フットブレーキを踏んで車両が停車した場合に内燃機関が一時的に停止するアイドルストップ制御を実行する車両に適用することができ、以下の実施形態ではその説明を適宜行うものとする。なお、フューエルカット制御はガソリンエンジンにもディーゼルエンジンにも適用することができ、アイドルストップ制御は内燃機関のみによる車両にもハイブリッド車両にも適用することができる。

図１に示すように、内燃機関ＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４、コレクタ１１５及び吸気温度センサ１１７が設けられている。スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、コントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。なお、アクセルペダルにはアクセル開度センサ１３６が設けられ、アクセルペダル操作量の検出信号をコントロールユニット１１へ出力する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１６ａが設けられ、その検出信号をコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１６ａはアイドルスイッチとしても機能させることができる。

コレクタ１１５から各気筒に分岐した吸気通路１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、コントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路１１１の燃料噴射ポート１１１ａに噴射する。このとき、本例の内燃機関ＥＧにおいては、車速、アクセルペダル操作量、エンジン回転速度等のエンジン運転状態に基づいてフューエルカット制御を実行し、フューエルカット条件が成立したら燃料の噴射を一時的に中断し、その後フューエルカット条件が不成立となったら燃料噴射を再開する。

シリンダ１１９と、当該シリンダ１１９内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、コントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。なお、ディーゼルエンジンや圧縮自己着火型ガソリンエンジン（ＨＣＣＩ）にあっては、点火プラグ１２４は省略される。

排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであってもよいし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。さらに、排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけでよい場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。なお、図１において１２９はマフラである。

内燃機関ＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、コントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号により各気筒におけるピストン位置を検出し、点火プラグ１２４の点火時期や吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２のバルブ開閉タイミングにフィードバックする。なお、コントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又はクランク基準角信号の周期を計測することでエンジン回転速度Ｎｅを検出することができる。

内燃機関ＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをコントロールユニット１１へ出力する。また、エンジンルーム内にはサーミスタなどから構成されて車室外の温度を検出する外気温度センサ１３５が設けられ、この検出信号はコントロールユニット１１に出力される。さらに変速機などの駆動系にはリードスイッチやホール素子などから構成されて車両の走行速度を検出する車速センサ１３７が設けられ、その検出信号はコントロールユニット１１に出力される。また図示は省略するが、変速機のコントロールユニットは、変速機のシフトポジション（変速段）をコントロールユニット１１からの要求により出力する。

ハイブリッド車両においては、内燃機関とモータとを走行駆動源とし、車両の運転状態や走行駆動用バッテリの充電状態に応じて、内燃機関のみで走行するモードと、モータのみで走行するモードと、内燃機関及びモータの両方で走行するモードを切り替える。このうち内燃機関のみで走行するモードをＥＧ走行モード、モータのみで走行するモードをＥＶ走行モード、内燃機関及びモータの両方で走行するモードをＨＥＶ走行モードと称するが、これら走行モードの切り替えは、図１に示すコントロールユニット１１とバッテリの充放電等を制御するバッテリコントロールユニット（不図示）とを統括する車両コントロールユニット（不図示）により制御され、ＥＶ走行モードを含む走行モードの制御信号（図１に「ＥＶ走行モード信号」として示す。）がコントロールユニット１１に出力される。

既述したように、各種センサ類からの検出信号は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェース等を含んで構成されるマイクロコンピュータからなるエンジンコントロールユニット１１に入力され、当該エンジンコントロールユニット１１は、センサ類からの信号に基づいて検出される運転状態に応じて、スロットルバルブ１１４の開度を制御し、燃料噴射バルブ１１８を駆動して燃料噴射量と燃料噴射時期を制御する。

さて、排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の上流側であってエキゾーストマニホールドの集合部近傍には、本例に係る排気温度センサ１３４が設けられ、その検出信号はコントロールユニット１１へ出力される。図１１は、本例の排気温度センサ１３４の出力特性の一例を示すグラフである。特に限定はされないが、本例の排気温度センサ１３４は、たとえば０〜１００数十℃の低温範囲では高抵抗を示して高電圧を出力する一方、６００℃以上の高温範囲では低抵抗値を示して低電圧を出力し、その間の温度範囲１００数十℃〜６００℃では温度に略比例した抵抗値を示して温度に略比例した電圧を出力するという特性を有する。

排気温度センサ１３４は、燃焼室１２３からエキゾーストマニホールドを含む排気通路１２５に流下した排気ガスの温度を検出し、排気浄化触媒１２７の昇温や過熱防止のための制御にフィードバックするための温度センサである。このため、コントロールユニット１１は、排気温度センサ１３４に断線や感知不良などの故障が生じていないかどうかを診断する。以下、排気温度センサ１３４の故障診断の制御手順を説明する。

本例の排気温度センサ１３４の故障診断は、図２に示す制御ブロックと、図３（第１実施形態）又は図５（第２実施形態）に示す制御ルーチンによって実行される。本発明の故障診断装置２１及び故障診断方法は、フューエルカット、アイドルストップ又はＥＶ走行などによって内燃機関ＥＧに非燃焼状態が生じたら、排気温度センサ１３４の故障診断を禁止する一方で、当該非燃焼状態が生じたのち、フューエルカットやアイドルストップがリカバーされ又はＥＶ走行モードがＥＧ走行モード若しくはＨＥＶ走行モードに切り替えられて再燃焼状態を検出したら、所定の遅延時間をおいて排気温度センサ１３４の故障診断を許可するものである。以下に具体的な制御の構成を説明する。

本例の故障診断装置２１は、図２に示すように、排気温度推定部２１１と、エンジン駆動検出部２１２と、非燃焼時間計測部２１３と、診断遅延時間算出部２１４と、ラショナリティ診断部２１５と、断線診断部２１６と、を備える。なお図２の再左列は入力パラメータを示し、上述した内燃機関ＥＧの各種構成部品により検出されるものである。

排気温度推定部２１１は、アクセル開度センサ１３６によるアクセル踏込量、スロットルセンサ１１６ａによるスロットルバルブ１１４の開度又はエアフローメータ１１３による吸入空気量のいずれかから求められる内燃機関ＥＧの負荷と、クランク角センサ１３１から求められるエンジン回転速度と、必要に応じて、空燃比センサ１２６から求められる噴射燃料の空燃比と、コントロールユニット１１で演算される排気バルブ１２２の開時期と、点火プラグ１２４の点火時期と、外気温度センサ１３５にて検出される外気温度と、車速センサ１３７により検出される車速と、を含む運転パラメータに基づいて、排気温度センサ１３４が設けられた排気通路１２５の位置における排気ガスの温度を推定する。なお、図２にはエンジン負荷の代表パラメータとしてアクセル踏込量と吸入空気量のみを示すが、上述したとおりスロットルバルブ１１４の開度を含んでもよい。

エンジン駆動検出部２１２は、アクセル開度センサ１３６から求められるアクセル踏込量と、クランク角センサ１３１から求められるエンジン回転速度と、車速センサ１３７にから求められる車速と、変速機コントローラから入力するシフトポジションと、クラッチ付き車両にあってはクラッチセンサから求められるクラッチの入切と、フットブレーキセンサから求められるフットブレーキのＯＮ／ＯＦＦと、ハイブリッド車両にあっては車両コントロールユニットから入力するＥＶ走行モード信号（ＯＮ／ＯＦＦ指令信号）と、に基づいて、内燃機関ＥＧの燃焼室１２３にて燃焼が生じているか否かを検出する。燃焼室１２３にて燃焼が生じている状態を燃焼状態、燃焼が生じていない状態を非燃焼状態という。なお、図２にはエンジン駆動検出の代表パラメータとしてエンジン回転速度とアクセル開度と車速とＥＶ走行モード信号のみを示すが、上述したとおりその他のパラメータを含んでもよい。

フューエルカット制御は、特に限定されないが、たとえばシフトポジションが前進走行段（後退走行段又はニュートラルでない）であって、所定のエンジン回転速度以上の回転速度でアクセル踏込量がゼロである場合に、条件が成立する。フューエルカット制御の条件が成立すると、燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射量をゼロに設定する。これにより、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動は継続されるが内燃機関ＥＧの燃焼室１２３における燃焼は中断し、吸気通路１１１から吸入された外気はそのまま燃焼室１２３を通過し、排気通路１２５を介して排気される。吸入空気の温度は排気ガスの温度に比べて十分低温であるため、シリンダブロックなどのエンジン本体、吸気バルブ１２１、排気バルブ１２２のほか、排気通路１２５の排気温度センサ１３４の上流側に設けられた排気系部品、すなわち、エキゾーストマニホールド、過給機、空燃比センサ１２６、排気温度センサ１３４が冷却されることになる。

アイドルストップ制御は、特に限定されないが、たとえばエンジン回転速度が所定値以下で、シフトポジションがニュートラル又はクラッチペダルが踏込まれている場合又はこれに加えてフットブレーキが踏み込まれている場合に条件が成立する。アイドルストップ制御の条件が成立すると、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動を含めて内燃機関ＥＧを一時的に停止する。これにより、燃焼室１２３における燃焼は中断し、吸気通路１１１から排気通路１２５に至るガスの流れも停止するので、シリンダブロックなどのエンジン本体、吸気バルブ１２１、排気バルブ１２２のほか、排気通路１２５の排気温度センサ１３４の上流側に設けられた排気系部品は、外気によって冷却されることになる。

ハイブリッド車両にあっては、車両コントロールユニットにてＥＶ走行モードの条件が成立すると、ＥＶ走行モードのＯＮ指令が出力される。これにより、ピストン１２０及びクランクシャフト１３０の駆動を含めて内燃機関ＥＧが一時的に停止し、燃焼室１２３における燃焼も、吸気通路１１１から排気通路１２５に至るガスの流れも停止する。したがって、シリンダブロックなどのエンジン本体、吸気バルブ１２１、排気バルブ１２２のほか、排気通路１２５の排気温度センサ１３４の上流側に設けられた排気系部品は、外気によって冷却されることになる。特にハイブリッド車両のＥＶ走行モード時における排気系部品の冷却は、車両が走行中に受ける外気流の熱量に応じて助長されることになる。

エンジン駆動検出部２１２は、上述した内燃機関ＥＧにおける非燃焼状態から燃焼状態へ移行したことも検出する。フューエルカット制御にあっては、たとえばアクセルペダルを踏み込むなどすることでフューエルカット制御の成立条件が不成立となり、燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射が再開したことを検出する。また、アイドルストップ制御にあっては、たとえばフットブレーキを放してアクセルペダルを踏み込むなどすることでアイドルストップ制御の成立条件が不成立となり、内燃機関ＥＧが再始動したことを検出する。またハイブリッド車両にあっては、たとえばアクセルペダルを踏み込んで走行負荷が増加することでＥＶ走行モードの成立条件が不成立となり、ＥＧ走行モード又はＨＥＶ走行モードに切り替わることで内燃機関ＥＧが再始動したことを検出する。ちなみに、エンジン駆動検出部２１２における内燃機関ＥＧの非燃焼状態や燃焼再開の検出は、当該エンジン駆動検出部２１２のみで演算する必要はなく、通常の内燃機関ＥＧの駆動制御を実行しているコントロールユニット１１から、フューエルカットのＯＮ／ＯＦＦフラグ信号やアイドルストップのＯＮ／ＯＦＦフラグ信号を読み込んでもよい。

非燃焼時間計測部２１３は、タイマーカウンタで構成され、エンジン駆動検出部２１２にて検出された非燃焼状態をカウント開始時、再び燃焼状態となったときをカウント終了時とし、非燃焼状態から燃焼再開までの時間を計測する。ここで計測した非燃焼状態から燃焼再開までの時間を非燃焼継続時間ｔと称するが、この値ｔは診断遅延時間算出部２１４に出力される。

診断遅延時間算出部２１４は、非燃焼時間計測部２１３にて計測された非燃焼継続時間ｔと、水温センサ１３３によるエンジン冷却水温度Ｔｗと、排気温度センサ１３４による実排気温度Ｔｇと、外気温度センサ１３５による外気温度Ｔａと、車速センサ１３７による車速Ｖとに基づいて、故障診断が再開された場合の遅延時間Ｔを算出する。具体的な算出方法は後述する。

ラショナリティ（rationality，合理性）診断部２１５と断線診断部２１６は、排気温度センサ１３４の故障の有無を診断するものであり、ラショナリティ診断部２１５では排気温度センサ１３４により検出される実排気温度Ｔｇと、排気温度推定部２１１で推定された推定排気温度Ｔｅとを比較し、その差｜Ｔｇ−Ｔｅ｜が所定範囲内であれば排気温度センサ１３４は正常であると診断し、範囲外であれば異常であると診断する。また、断線診断部２１６では、排気温度センサ１３４の検出信号による抵抗値が所定値以上の高抵抗値である場合は断線故障があると診断し、所定値未満の抵抗値である場合は断線故障がないと診断する。

《第１実施形態》
次に、図３，図４Ａ，図４Ｂ，図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第１実施形態に係る排気温度センサ１３４の故障診断手順を説明する。以下の処理はコントロールユニット１１内にインストールされた故障診断プログラムによって実行される。本発明の第１実施形態に係る故障診断は、図２の診断遅延時間算出部２１４において算出される遅延時間Ｔを、非燃焼時間計測部２１３にて計測される非燃焼状態の継続時間ｔに応じて設定するものである。そしてその際に非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ１未満の比較的短時間である場合には遅延時間Ｔを一定値であるＴ１に設定し、非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ１以上の比較的長時間である場合には遅延時間Ｔをエンジン冷却水温度Ｔｗに応じた変動値であるＴ２に設定する。図８Ａは非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ１未満の比較的短時間である場合のタイムチャート、図８Ｂは非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ１以上の比較的長時間である場合のタイムチャートをそれぞれ示すものである。

図３に示す制御ルーチンは、車速センサ１３７により検出される車速がゼロでない車両走行中に実行される。まずステップＳＴ１にてアクセル開度センサ１３６により検出されるアクセル開度ゼロ（アクセルＯＦＦ）が入力されると、ステップＳＴ２では、変速機のシフトポジションが前進走行段であって、エンジン回転速度が所定の回転速度以上である場合に、フューエルカット制御が実行され、燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射量がゼロになる。これにより内燃機関ＥＧが非燃焼状態になり、排気温度が急降下する。図８Ａのタイムチャートにおける時間ｔ_１１、図８Ｂのタイムチャートにおける時間ｔ_１４がそれぞれこれに相当する。そして続くステップＳＴ３では、排気温度センサ１３４の故障診断を禁止する。図１１の排気温度センサ１３４の出力特性図に示すように、排気温度Ｔｇが低温域になると排気温度センサ１３４の出力が高抵抗（高電圧）を示し、断線時の出力電圧と区別できないので、この非燃焼状態の間は故障診断を禁止する。図８Ａのタイムチャートにおける時間ｔ_１１〜ｔ_１３が、遅延時間Ｔ１を含めた最終的な故障診断の禁止期間であり、時間ｔ_１１〜ｔ_１２が非燃焼継続時間ｔである。また図８Ｂのタイムチャートにおける時間ｔ_１４〜ｔ_１６が、遅延時間Ｔ２を含めた最終的な故障診断の禁止期間であり、時間ｔ_１４〜ｔ_１５が非燃焼継続時間ｔである。

ステップＳＴ４では、非燃焼時間計測部２１３により非燃焼継続時間ｔのカウントを開始する。このタイムカウントはステップＳＴ６のエンジン再燃焼が検出されるステップＳＴ７まで行われる。そのため、ステップＳＴ５では、エンジン駆動検出部２１２により、アクセルペダルを踏み込むなどすることでフューエルカット制御の成立条件が不成立となる（フューエルカットリカバー）か否かを判定し、フューエルカット制御の成立条件を満足する限りステップＳＴ２へ戻ってステップＳＴ２〜ＳＴ５を繰り返す。フューエルカット制御の成立条件が不成立になった場合はステップＳＴ６へ進む。

ステップＳＴ６では、フューエルカットのリカバー指令により、燃料噴射バルブ１１８から燃料を供給し、燃焼室１２３における燃焼を再開する。ステップＳＴ７では、非燃焼時間計測部２１３は、内燃機関ＥＧが再燃焼したことにともない非燃焼継続時間ｔのカウントを停止する。これにより非燃焼継続時間ｔが確定する。そして、ステップＳＴ８では、確定した非燃焼継続時間ｔと、予め設定されている閾値時間ｔ１とを比較し、非燃焼継続時間ｔが閾値時間ｔ１未満である場合（ｔ＜ｔ１）はステップＳＴ９へ進み、非燃焼継続時間ｔが閾値時間ｔ１以上である場合（ｔ≧ｔ１）はステップＳＴ１２へ進む。

ステップＳＴ９では、故障診断を許可するまでの遅延時間Ｔを予め設定されている一定値（固定値）であるＴ１に設定する。この一定値Ｔ１は、上記閾値時間ｔ１とともに、予め実験やシミュレーションにより求められた値であり、非燃焼継続時間Ｔがｔ１未満の場合にこの遅延時間Ｔ１を設けることで排気系部品の温度が排気温度センサ１３４で検出するのに適切な温度まで昇温する値である。そしてステップＳＴ１０では、設定された遅延時間Ｔ１が経過したか否かをタイムカウントし、遅延時間Ｔ１を経過したときにステップＳＴ１１へ進む。ステップＳＴ１１では、排気温度センサ１３４の故障診断を再開（許可）する。図８Ａに示すタイムチャートにおける時間ｔ_１２〜ｔ_１３が遅延時間Ｔ１に相当する。図８Ａの下から２段目の排気温度センサ１３４の出力線図にも示されるとおり、遅延時間Ｔ１の間に、排気通路１２５に燃焼ガスが流下するので、排気温度センサ１３４にて検出される出力温度が上昇し、時間ｔ_１３のときに故障診断の可能温度に達することになる。これにより、排気温度センサ１３４の断線診断を実施しても、排気温度センサ１３４の出力値が、断線時の出力値に比べて十分に区別可能な値になる。

ちなみに、図８Ａのタイムチャートにおいて、時間ｔ_１２にて内燃機関ＥＧの燃焼が再開するが、本例のように遅延時間Ｔ１を設けずに故障診断を許可すると、同図に初期温度として示す排気温度センサ１３４の出力温度が、断線の有無を診断できるほどの温度まで達していない。このため、同図に誤診断領域として示す時間ｔ_１２〜ｔ_１３の間に故障診断を行うと、断線していないにも拘らず断線しているとの誤診断を行うおそれがある。

図３に戻り、ステップＳＴ１２では、水温センサ１３３により現在のエンジン冷却水温度Ｔｗを検出する。そして、ステップＳＴ１３では、図４Ｂに示す制御マップを参照して、ステップＳＴ１２で検出されたエンジン冷却水温度Ｔｗに相当する遅延時間Ｔ２を抽出し、これを遅延時間Ｔとして設定する。ステップＳＴ１４では、設定された遅延時間Ｔ２が経過したか否かをタイムカウントし、遅延時間Ｔ２を経過したときにステップＳＴ１１へ進む。ステップＳＴ１１では、排気温度センサ１３４の故障診断を再開（許可）する。

ステップＳＴ１２〜ＳＴ１４のルーチンは非燃焼時間ｔが比較的長時間である場合の制御を示すものであり、図８Ｂに示すタイムチャートにおける時間ｔ_１５〜ｔ_１６が遅延時間Ｔ２に相当し、図８Ｂの下から２段目の排気温度センサ１３４の出力線図にも示されるとおり、遅延時間Ｔ２の間に、排気通路１２５に燃焼ガスが流下するので、排気温度センサ１３４にて検出される出力温度が上昇し、時間ｔ_１６のときに故障診断の可能温度に達することになる。これにより、排気温度センサ１３４の断線診断を実施しても、排気温度センサ１３４の出力値が、断線時の出力値に比べて十分に区別可能な値になる。

ちなみに、図８Ｂのタイムチャートにおいて、時間ｔ_１５にて内燃機関ＥＧの燃焼が再開するが、本例のように遅延時間Ｔ２を設けずに故障診断を許可すると、同図に初期温度として示す排気温度センサ１３４の出力温度が、断線の有無を診断できるほどの温度まで達していない。このため、同図に誤診断領域として示す時間ｔ_１５〜ｔ_１６の間に故障診断を行うと、断線していないにも拘らず断線しているとの誤診断を行うおそれがある。

なお、図３に示す故障診断ルーチンは車両が走行中である時点からのものであるが、内燃機関ＥＧが長時間停止した状態から始動する場合は、排気系部品の温度が著しく低温であるため、水温センサ１３３により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗに応じた遅延時間を設け、それまでの間は故障診断を禁止するとよい。また、上述した実施形態ではフューエルカット制御について説明したが、アイドルストップ制御を行う場合にも同様の遅延時間を設定することができる。この場合には、ステップＳＴ２のフューエルカット制御の条件成立をアイドルストップ制御の条件成立に代替し、ステップＳＴ５のフューエルカット制御のリカバー条件の成立をアイドルストップ制御のリカバー条件の成立に代替すればよい。

《第２実施形態》
次に、図５，図６，図７Ａ〜図７Ｃ，図９及び図１０を参照して、第２実施形態に係る排気温度センサ１３４の故障診断手順を説明する。以下の処理はコントロールユニット１１内にインストールされた故障診断プログラムによって実行される。本発明の第２実施形態に係る故障診断は、図２の診断遅延時間算出部２１４において、非燃焼時間計測部２１３にて計測される非燃焼状態の継続時間ｔに応じて設定した基本遅延時間Ｔ０に、燃焼再開時の初期排気温度Ｔｇ０と、非燃焼継続時間中の平均車速Ｖａと、非燃焼継続時間中の平均外気温度Ｔａａとによって補正を加え、これを最終的な遅延時間Ｔ３とするものである。特にハイブリッド車両において、走行中にＥＧ走行モード又はＨＥＶ走行モードからＥＶ走行モードに切り替わり、内燃機関ＥＧが非燃焼状態になる期間に車両が走行している場合は、排気系部品の冷却環境が上述した第１実施形態と異なる。このため、ハイブリッド車両に第２実施形態に係る故障診断制御を適用することが好ましい。

図５に示す制御ルーチンは、車速センサ１３７により検出される車速がゼロでない車両走行中に実行される。まずステップＳＴ２１にて車両コントロールユニットからのＥＶ走行モードのＯＮ指令が入力されると、内燃機関ＥＧが停止する。これにより内燃機関ＥＧが非燃焼状態になり、排気温度が急降下する。図９のタイムチャートにおける時間ｔ_１７がこれに相当する。そして続くステップＳＴ２２では、排気温度センサ１３４の故障診断を禁止する。図１１の排気温度センサ１３４の出力特性図に示すように、排気温度Ｔｇが低温域になると排気温度センサ１３４の出力が高抵抗（高電圧）を示し、断線時の出力電圧と区別できないので、この非燃焼状態の間は故障診断を禁止する。図９のタイムチャートにおける時間ｔ_１７〜ｔ_１９が、遅延時間Ｔ３を含めた最終的な故障診断の禁止期間であり、時間ｔ_１７〜ｔ_１８が非燃焼継続時間ｔ（ＥＶ走行モード時間）である。ハイブリッド車両における非燃焼継続時間ｔは、上述した第１実施形態のフューエルカットやアイドルストップの非燃焼継続時間ｔに比べて著しく長時間になることが少なくない。

ステップＳＴ２３では、非燃焼時間計測部２１３により非燃焼継続時間ｔのカウントを開始する。このタイムカウントはステップＳＴ２６のエンジン再始動が実行されるまで行われる。そのため、ステップＳＴ２５では、エンジン駆動検出部２１２により、車両コントロールユニットからＥＶ走行モードのＯＦＦ指令によるエンジン再始動の要求があるか否かを判定し、ＥＶ走行モードのＯＮ指令が継続する限りステップＳＴ２１へ戻ってステップＳＴ２１〜ＳＴ２５を繰り返す。ＥＶ走行モードのＯＦＦ指令が入力された場合はステップＳＴ２６へ進む。なお、ステップＳＴ２４にて、車速センサ１３７から車速Ｖと、外気温度センサ１３５から外気温度Ｔａを入力する。

ステップＳＴ２６では、ＥＶ走行モードのＯＦＦ指令により、内燃機関ＥＧを再始動して燃焼室１２３における燃焼を再開する。これと同時に排気温度センサ１３４からこの時点の排気温度を初期排気温度Ｔｇ０として入力する。ステップＳＴ２７では、非燃焼時間計測部２１３は、内燃機関ＥＧが再燃焼したことにともない非燃焼継続時間ｔのカウントを停止する。これにより非燃焼継続時間ｔが確定する。そして、ステップＳＴ２８では、ステップＳＴ３０にて算出される遅延時間Ｔ３のタイムカウントを開始する。このタイムカウントはステップＳＴ３１にて遅延時間Ｔ３に達するまで繰り返される。

遅延時間Ｔ３のタイムカウントを行っている間に、ステップＳＴ２９では、図６に示す制御マップを参照して、ステップＳＴ２７で確定した非燃焼継続時間ｔに相当する基本遅延時間Ｔ０を抽出する。そして、ステップＳＴ２９では、ステップＳＴ２６で入力した初期排気温度Ｔｇ０と、ステップＳＴ２４で入力した非燃焼継続時間中の平均車速Ｖａと、非燃焼継続時間中の平均外気温度Ｔａａとを用いて基本遅延時間Ｔ０を補正し、最終的な遅延時間Ｔ３を設定する。図７Ａは初期排気温度Ｔｇ０と補正量との関係を示す制御マップであり、図９の下から２段目の排気温度の出力線図において、内燃機関ＥＧが燃焼を再開する時間ｔ_１８の排気温度が初期排気温度である。この初期排気温度Ｔｇ０が高いほど非燃焼継続時間ｔにおける排気系部品の降下温度が小さいので、基本遅延時間Ｔ０の補正量を、マイナスを含めて小さくし、逆に初期排気温度Ｔｇ０が低いほど非燃焼継続時間ｔにおける排気系部品の降下温度が大きいので、基本遅延時間Ｔ０の補正量を大きくする。

図７Ｂは非燃焼継続時間中の平均車速Ｖａと補正量との関係を示す制御マップである。非燃焼継続時間中の車速Ｖａが早いと排気系部品が受ける走行風による冷却熱量が大きいので、平均車速Ｖａが早いほど基本遅延時間Ｔ０の補正量を大きくし、逆に平均車速Ｖａが遅いほど基本遅延時間Ｔ０の補正量を、マイナスを含めて小さくする。また図７Ｃは非燃焼継続時間中の平均外気温度Ｖａａと補正量との関係を示す制御マップである。外気温度Ｔａは車速Ｖと同様に排気系部品が受ける冷却熱量に相関するので、平均外気温度Ｔａａが低いほど基本遅延時間Ｔ０の補正量を大きくし、逆に平均外気温度Ｔａａが高いほど基本遅延時間Ｔ０の補正量を、マイナスを含めて小さくする。なお、図６、図７Ａ〜図７Ｃの制御マップは、予め実験やシミュレーションにより求められたものであり、遅延時間Ｔ３を設けることで排気系部品の温度が排気温度センサ１３４で検出するのに適切な温度まで昇温する値である。

そしてステップＳＴ３１では、設定された遅延時間Ｔ３が経過したか否かをタイムカウントし、遅延時間Ｔ３を経過したときにステップＳＴ３２へ進む。ステップＳＴ３２では、排気温度センサ１３４の故障診断を再開（許可）する。図９に示すタイムチャートにおける時間ｔ_１８〜ｔ_１９が遅延時間Ｔ３に相当する。図９の下から２段目の排気温度センサ１３４の出力線図（実線）にも示されるとおり、遅延時間Ｔ３の間に、排気通路１２５に燃焼ガスが流下するので、排気温度センサ１３４にて検出される出力温度が上昇し、時間ｔ_１９のときに故障診断の可能温度に達することになる。これにより、排気温度センサ１３４の断線診断を実施しても、排気温度センサ１３４の出力値が、断線時の出力値に比べて十分に区別可能な値になる。

ちなみに、図９の下から２段目の推定排気温度Ｔｅ（点線）は、図１０に示す完全暖機条件における回転速度と負荷との制御マップにより演算される値であるため、完全暖機時ではない非燃焼継続時間ｔの推定排気温度Ｔｅは実際の排気温度Ｔｇと大きく乖離する。すなわち、時間ｔ_１７までの期間Ｘや時間ｔ_１８から少し後の期間Ｚでは内燃機関ＥＧが完全暖機となるので図１０に示す推定排気温度の制御マップが適用できるが、時間ｔ_１７から時間ｔ_１８の少し後の期間Ｙでは、図１０に示す極低負荷域及び極低回転速度域（グレーの塗りつぶしの範囲）となって推定排気温度Ｔｅが適切に算出できないこととなる。

また、時間ｔ_１８にて内燃機関ＥＧの燃焼が再開するが、本例のように遅延時間Ｔ３を設けずに故障診断を許可すると、同図に初期温度として示す排気温度センサ１３４の出力温度が、断線の有無を診断できるほどの温度まで達していない。このため、同図に誤診断領域として示す時間ｔ_１８〜ｔ_１９の間に故障診断を行うと、断線していないにも拘らず断線しているとの誤診断を行うおそれがある。

なお、図５に示す故障診断ルーチンは車両が走行中である時点からのものであるが、内燃機関ＥＧが長時間停止した状態から始動する場合は、排気系部品の温度が著しく低温であるため、水温センサ１３３により検出されるエンジン冷却水温度Ｔｗに応じた遅延時間を設け、それまでの間は故障診断を禁止するとよい。

以上のとおり、本例の排気温度センサの故障診断装置２１によれば、内燃機関ＥＧの燃焼が停止した非燃焼状態を検出したら排気温度センサ１３４の故障診断を禁止する一方、非燃焼状態を検出したのち燃焼を再開したら、所定の遅延時間Ｔが経過した後に排気温度センサ１３４の故障診断を許可するので、非燃焼状態の検出から燃焼再開までの非燃焼継続時間ｔの間に排気温度センサ１３４を含む排気系部品の温度が降下するが、燃焼再開したのち所定の遅延時間Ｔが経過するまでの間に適切な温度まで上昇する。これにより、排気温度センサ１３４の故障の有無を精度よく診断することができる。

また本例の排気温度センサの故障診断装置２１によれば、フューエルカットやアイドルストップのように非燃焼継続時間ｔが比較的短時間である場合などは特に、非燃焼継続時間ｔに応じて遅延時間Ｔを設定するが、非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ０より短い場合は固定値Ｔ１とするので演算負荷を小さくできる。一方、非燃焼継続時間ｔが所定の閾値時間ｔ０以上である場合はエンジン冷却水温度Ｔｗが高いほど前記遅延時間を短い値に設定するので、誤診断が生じることなく、かつ診断禁止期間を極力短くすることができる。

また本例の排気温度センサの故障診断装置２１によれば、ハイブリッド車両の走行モードの切り替えのように非燃焼継続時間ｔが比較的長時間である場合などにも、非燃焼継続時間ｔに応じて遅延時間Ｔを設定するが、この際に、再燃焼状態の開始時における排気温度センサの初期検出温度Ｔｇ０が低いほど遅延時間Ｔを長い値に設定する。非燃焼継続時間ｔが長いと遅延時間Ｔの精度が低下するが、再燃焼開始時の初期排気温度Ｔｇ０で基本遅延時間を補正するので、より正確に排気温度センサ３４の診断を行うことができる。

これに加えて本例の排気温度センサの故障診断装置２１によれば、非燃焼継続時間中の平均車速Ｖａが速いほど遅延時間Ｔを長い値に補正するので、これによってもより正確に排気温度センサ３４の診断を行うことができる。

さらにこれに加えて本例の排気温度センサの故障診断装置２１によれば、非燃焼継続時間中の平均外気温度Ｔａａが低い遅延時間Ｔを長い値に補正するので、これによってもより正確に排気温度センサ３４の診断を行うことができる。

上記エンジン駆動検出部２１２は本発明に係る非燃焼検出部及び再燃焼検出部に相当し、上記ラショナリティ診断部２１５及び断線診断部２１６は本発明に係る診断部に相当し、上記非燃焼時間計測部２１３は本発明に係る非燃焼時間計測部に相当し、上記水温センサ１３３は本発明に係る冷却水温度検出部に相当し、上記車速センサ１３７は本発明に係る速度検出部に相当し、上記外気温度センサ１３５は本発明に係る外気温度検出部に相当し、上記排気温度推定部２１１は本発明に係る排気温度推定部に相当する。

ＥＧ…内燃機関（内燃機関）
１１…コントロールユニット
１１１…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１６ａ…スロットルセンサ
１１７…吸気温度センサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
１３４…排気温度センサ
１３５…外気温度センサ
１３６…アクセル開度センサ
１３７…車速センサ
２１…故障診断装置
２１１…排気温度推定部
２１２…エンジン駆動検出部
２１３…非燃焼時間計測部
２１４…診断遅延時間算出部
２１５…ラショナリティ診断部
２１６…断線診断部
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…遅延時間
Ｔ０…基本遅延時間
ｔ…非燃焼継続時間
ｔ０…閾値時間
Ｔｗ…エンジン冷却水温度
Ｔｇ…実排気温度
Ｔｇ０…初期排気温度
Ｔｅ…推定排気温度
Ｔａ…外気温度
Ｔａａ…平均外気温度
Ｖ…車速
Ｖａ…平均車速

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる排気温度センサの故障診断を行う診断装置において、
   前記内燃機関の燃焼が停止した非燃焼状態を検出する非燃焼検出部と、
   前記非燃焼状態後に前記燃焼が再開した再燃焼状態を検出する再燃焼検出部と、
   前記排気温度センサの故障を診断する診断部と、を備え、
   前記診断部は、
   前記非燃焼状態を検出した場合には、前記排気温度センサの故障診断を禁止し、
   前記非燃焼状態後に前記再燃焼状態を検出した場合には、所定の遅延時間を経過したのちに前記排気温度センサの故障診断を許可する排気温度センサの故障診断装置。
2. 前記非燃焼状態の継続時間を検出する非燃焼時間計測部をさらに備え、
   前記診断部は、前記非燃焼状態の継続時間に応じて前記遅延時間を設定する請求項１に記載の排気温度センサの故障診断装置。
3. 前記内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出部をさらに備え、
   前記診断部は、
   前記非燃焼状態の継続時間が所定時間未満の場合には、前記遅延時間を予め設定した一定時間に設定し、
   前記非燃焼状態の継続時間が前記所定時間以上の場合には、前記冷却水温度が高いほど前記遅延時間を短い値に設定する請求項２に記載の排気温度センサの故障診断装置。
4. 前記診断部は、前記非燃焼状態後の前記再燃焼状態の開始時における前記排気温度センサの初期検出温度が低いほど前記遅延時間を長い値に設定する請求項２に記載の排気温度センサの故障診断装置。
5. 前記内燃機関が搭載された車両の走行速度を検出する速度検出部をさらに備え、
   前記診断部は、前記走行速度が速いほど前記遅延時間を長い値に設定する請求項２又は４に記載の排気温度センサの故障診断装置。
6. 前記内燃機関の外気温度を検出する外気温度検出部をさらに備え、
   前記診断部は、前記外気温度が低いほど前記遅延時間を長い値に設定する請求項２，４又は５のいずれか一項に記載の排気温度センサの故障診断装置。
7. 前記内燃機関の運転パラメータに基づいて排気温度を推定し、排気温度推定値を求める排気温度推定部をさらに備え、
   前記診断部は、前記排気温度推定値と前記排気温度センサの出力値に基づく排気温度実測値とを比較して前記排気温度センサの故障を診断する請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気温度センサの故障診断装置。
8. 内燃機関の排気通路に設けられる排気温度センサの故障診断を行う診断方法において、
   前記内燃機関の燃焼が停止した非燃焼状態を検出した場合には、前記排気温度センサの故障診断を禁止し、
   前記非燃焼状態後に前記再燃焼状態を検出した場合には、所定の遅延時間を経過したのちに前記排気温度センサの故障診断を許可する排気温度センサの故障診断方法。

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