JP2550560B2 - 内燃機関の触媒過熱防止装置 - Google Patents

内燃機関の触媒過熱防止装置

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JP2550560B2 JP62050328A JP5032887A JP2550560B2 JP 2550560 B2 JP2550560 B2 JP 2550560B2 JP 62050328 A JP62050328 A JP 62050328A JP 5032887 A JP5032887 A JP 5032887A JP 2550560 B2 JP2550560 B2 JP 2550560B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の触媒過熱防止装置に関する。
〔従来の技術〕 燃料噴射分に異常が生ずると機関の運転性が悪化した
り、或いは排気エミッションが悪化する。しかしながら
燃料噴射弁が故障したか否かは運転者にわからないこと
が多く、従って燃料噴射弁の故障を何らかの方法によっ
て知る必要がある。そのために機関の排気通路に取付け
た酸素濃度検出器(以下O2センサと称す)の出力信号か
ら燃料噴射弁に異常が生じているか否かを判断するよう
にして異常判断装置が本出願人により既に提案されてい
る(特願昭61−140384号参照)。
また、O2センサの出力信号からO2センサ自体の故障や
気化器等の故障を判断するようにした故障判断装置が公
知である(特開昭57−72054号公報参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが燃料噴射分が故障であると判断された後に機
関が運転せしめられると機関排気通路に取付けた触媒が
劣化してしまうという問題がある。即ち、或る気筒の燃
料噴射弁がコネクタのはずれ等により燃料噴射が停止さ
れ続けている場合において触媒の過熱を防止するために
燃料が増量せしめられると燃焼している気筒からは未然
HC,COが排出され、燃料噴射弁の故障している気筒から
は空気が排出されるために触媒での未然HC,COの酸化反
応が著るしく促進され、その結果酸化反応熱によって触
媒が過熱されて劣化するという問題を生ずる。
また、或る気筒の燃料噴射弁が配線のショート等によ
り燃料が吹き放しになっている場合において減速運転時
に燃料の供給が停止せしめられると燃料が吹き放しにな
っている気筒からは多量の未燃HC,COが排出され、他の
気筒からは多量の空気が排出されるので同様に触媒が劣
化してしまうという問題が生ずる。また、機関排気通路
内に2次空気を供給するようにした内燃機関において或
る気筒の燃料噴射弁が吹き放しになった場合にも機関排
気通路内に空気が供給されていると触媒が劣化してしま
うとういう問題を生ずる。
ところで触媒がひとたび劣化すると触媒の浄化能力が
低下するためにその後燃料噴射弁の故障を修理したとし
ても排気エミッションが悪化するという問題がある。従
って上述の特願昭61−140384号に記載されたように単に
燃料噴射弁の異常を判断したり、或いは特開昭57−7205
4号公報に記載されているように単に燃料供給系の故障
を判断しただけでは触媒の劣化を防止することはできな
い。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するために本発明によれば第1図の
発明の構成図に示されるように機関高負荷運転時に供給
燃料を増量する増量手段80と、機関減速運転時に燃料の
供給を停止する燃料カット手段81とを具備した内燃機関
において、機関の排気通路に配置された酸素濃度検出器
16の出力信号から燃料噴射弁9の故障を判断する判断手
段82を具備し、この判断手段82の判断結果に基いて燃料
噴射弁9が故障したときには増量手段80による供給燃料
の増量作用、上記燃料カット手段81による燃料の供給停
止作用又は機関排気通路内への2次空気供給作用のうち
の少くとも一つを禁止するようにしている。
〔実施例〕
第2図を参照すると、1は機関本体、2はピストン、
3は燃焼室、4は点火栓、5は吸気弁、6は吸気枝管、
7は排気弁、8は排気マニホルドを夫々示し、各吸気枝
管6には夫々燃料噴射弁9が取付けられる。各吸気枝管
6は共通のサージタンク10に接続され、このサージタン
ク10は吸気ダクト11を介してエアフローメータ12に接続
される。吸気ダクト11内にはスロットル弁13が配置され
る。一方、排気マニホルド8は排気管14を介して触媒コ
ンバータ15に接続され、触媒コンバータ15上流の排気管
14内にはO2センサ16が配置される。このC2センサ16はア
イドリング運転時のように排気ガス温が低下したときで
も排気ガス中の酸素濃度を検出しうるように加熱ヒータ
を内蔵している。
排気マニホルド8には排気マニホルド8内に2次空気
を供給するための2次空気供給装置17が取付けられる。
この2次空気供給装置17は2次空気の供給制御弁18と、
逆止弁の役目を果すリード弁19と、エアフィルタ20とに
より構成される。2次空気供給制御弁18のダイアフラム
室21は大気に連通可能な電磁切換弁22を介してサージタ
ンク10に接続される。電磁切換弁22の切換え作用によっ
てダイアフラム室21がサージタンク10に接続されると2
次空気供給制御弁18が開弁する。このとき排気脈動によ
って排気マニホルド8内に発生する負圧により2次空気
が排気マニホルド8内に吸引される。一方、電磁切換弁
22の切換え作用によってダイアフラム室21が大気に開放
されると2次空気供給制御弁18が閉弁し、2次空気の供
給が停止せしめられる。
第2図を参照すると、電子制御ユニット30はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス31によって相互
に接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ラン
ダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)3
4、入力ポート35および出力ポート36を具備する。エア
フローメータ12は吸入空気量に比例した出力電圧を発生
し、この出力電圧はAD変換器37を介して入力ポート35に
入力される。一方、スロットル弁13にはスロットル弁13
がアイドリング位置にあることを検出するスロットルス
イッチ23が取付けられる。このスロットルスイッチ23の
出力信号は入力ポート35に入力される。また、入力ポー
ト35には機関回転数を表わす出力パルスを発生する回転
数センサ24が接続され、更に入力ポート35にはO2センサ
16がAD変換器38を介して接続される。出力ポート36は一
方では駆動回路39を介して燃料噴射弁9に接続され、他
方では駆動回路40を介して電磁切換弁22に接続される。
また、出力ポート36は駆動回路41を介して警告灯25に接
続される。
機関高負荷運転時には触媒コンバータ15の触媒が過熱
するのを阻止するために燃料噴射弁9からの燃料噴射量
を増量すべき信号が出力ポート36に出力される。また、
機関減速運転時には燃料消費率を向上するために燃料噴
射弁9からの燃料噴射を停止すべき信号が出力ポート36
に出力される。更に、機関低負荷運転時には未燃HC,CO
の酸化反応を促進するために2次空気を供給すべき信号
が出力ポート36に出力される。
第3図にO2センサ16の出力信号Vとフィードバック補
正係数FAFを示す。O2センサ16は排気ガスが還元雰囲気
のときに0.9ボルト程度の出力電圧を発生し、排気ガス
が酸化雰囲気のときに0.1ボルト程度の出力電圧を発生
する。一方、燃料噴射弁9からの燃料噴射時間τは基本
的には次式に基いて定められる。
τ=τp・FAF・K ここでτpはエアフローメータ12および回転数センサ
24の出力信号から計算される基本燃料噴射時間、FAFは
上述のフィードバック補正係数、Kは例えば増量係数で
ある。
第3図に示されるようにO2センサ16の出力電圧Vが基
準電圧r、例えば0.45ボルトよりも大きくなったとき、
即ちリーンからリッチに反転したときにはFAFは一定値
だけ急激に減少せしめられ、次いで徐々に減少せしめら
れる。これに対してO2センサ16の出力電圧Vが基準電圧
rよりも小さくなったとき、即ちリッチからリーンに反
転したときにはFAFは一定値だけ急激に上昇せしめら
れ、次いで徐々に上昇せしめられる。全燃料噴射弁9が
正常に作動しているときには第3図に示されるようにO2
センサ16の出力電圧は周期的にゆっくりと変化し、また
FAFは1.0を中心として変化する。しかしながら或る気筒
の燃料噴射弁9が故障して燃料の供給が停止するとその
気筒からは周期的に空気が排出されるのでこのときO2
ンサ16は破線で示すように一時的にリーン信号を発生
し、それに伴なってFAFも破線で示すように変化する。
これに対して或る気筒の変量噴射弁9が故障して燃料が
吹き放しになるとその気筒からは周期的に過濃な未燃H
C,COが排出されるのでこのときO2センサ16は一時的にリ
ッチ信号を発生する。いずれにしても燃料噴射弁9が故
障すればO2センサ16の出力信号Vがリッチ信号からリー
ン信号、或いはリーン信号からリッチ信号に反転する回
数が増大する。従ってこの反転回数から変量噴射弁9が
故障したか否かを判別することができる。
一方、燃料噴射弁9から燃料が吹き放しになると供給
燃料が増大するために第3図においてPで示されるよう
にO2センサ16がリッチ信号を発生し続ける場合があり、
この場合にはFAFはP′で示されるように例えば0.8に維
持される(FAFは0.8以下にはならず、1.2以上にはなら
ないようにガードが設けられている)。これに対して燃
料噴射弁9からの燃料噴射が停止すると供給燃料が減少
するために第3図においてQで示されるようにO2センサ
16がリーン信号を発生し続ける場合があり、この場合に
はFAFはQ′で示されるように例えば1.2に維持される。
従って第3図のようにFAFのMAXおよびMINを定めてFAFが
これらMAXとMINの間にあるか否かを判断すれば燃料噴射
弁9が故障したか否かを判断することができる。
次に第4図を参照して触媒過熱防止処理ルーチンにつ
いて説明する。このルーチンは一定時間毎を割込みによ
って行なわれる。
第4図を参照すると、まず始めにステップ50において
スロットルスイッチ23および回転数センサ24の出力信号
からアイドリング運転が行なわれているか否かが判別さ
れる。アイドリング運転時でないときにはステップ51に
おいてカウンタCをクリアし、次いでステップ52におい
てカウントCVをクリアして処理サイクルを完了する。即
ち、アイドリング運転時でないときには触媒過熱防止処
理は行なわれず、触媒過熱防止処理が行なわれるのはア
イドリング運転時である。即ち、アイドリング運転時に
はキャニスタからの燃料蒸気のパージもなく、又空燃比
が安定しているのでアイドリング運転時に燃料噴射弁9
の異常を判断するようにしている。
アイドリング運転が行なわれているときにはステップ
53に進んでカウンタCを1だけインクリメントした後に
ステップ54に進む。ステップ54ではO2センサ16の出力信
号Vがリーン信号からリッチ信号、又はリッチ信号から
リーン信号に反転したか否かが判別される。前回の処理
サイクルから今回の処理サイクルの間で反転していれば
ステップ55に進んでカウンタCVを1だけインクリメント
し、次いでステップ56に進む。一方、反転していなけれ
ばステップ57に進んでFAFがMAXとMIN(第3図)の間に
あるか否かが判別される。MIN<FAF<MAXであればステ
ップ56に進む。
ステップ56ではカウンタCがC0よりも大きいか否か、
即ちカウンタCのカウント作用が開始されてかり一定時
間経過したか否かが判別される。CCoであれば、即ち
一定時間が経過していなければ処理サイクルを完了す
る。これに対してC>C0であればステップ58に進んでカ
ウンタCVが予め定められた一定値Aよりも大きいか否か
が判別される。即ち、C0により定まる一定時間に一定回
数A以上O2センサ16の出力電圧Vが反転したか否かが判
別される。CVAならばステップ51に進む。一方、CV>
Aならば燃料噴射弁9が故障しているとしてステップ59
に進む。一方、ステップ57においてFAFMINか又はFAF
MAXであるときは燃料噴射弁9が故障しているとして
ステップ59に進む。
ステップ59では高負荷運転時に触媒の過熱防止のため
に燃料を増量する作用を禁止する、即ちOT増量の実行を
禁止するためにフラグF1がセットされ、次いでステップ
60では減速運転時に燃料の供給を停止する作用を禁止す
る、即ち燃料カットの実行を禁止するためにフラグF2が
セットされる。次いでステップ61では2次空気の供給作
用を禁止する、即ちASの実行を禁止するためにフラグF3
がセットされる。次いでステップ62では警告灯25を点灯
すべき信号が出力ポート36に出力される。
第5図(a),(b),(c)は夫々OT増量実行処
理、燃料カット処理およびAS実行処理を行なうためのル
ーチンを示している。例えば第5図(a)を参照すると
OT増量実行処理においてはまず始めにステップ70におい
て燃料を増量すべき運転状態であるか否かが判別され、
燃料を増量すべき運転状態であればステップ71に進んで
フラグF1がセットされているか否かが判別される。フラ
グF1がリセットされていればステップ72に進んで燃料の
増量処理が行なわれる。これに対してフラグF1がセット
されていれば処理サイクルを完了し、斯くして増量処理
の実行が禁止される。第5図(b)および(c)につい
ては特に説明を要しないであろう。
このように燃料噴射弁9が故障すると燃料の増量作用
は禁止され、燃料のカット作用が禁止され、2次空気の
供給作用が禁止される。従って未然HC,COが排出された
排気マニホルド8内に空気が供給されることがないので
未然HC,COの酸化反応が抑制され、斯くして触媒が過熱
して劣化するのを阻止することができる。
〔発明の効果〕
燃料噴射弁が故障をしたときに燃料の増量作用を停止
するか、又は燃料のカット作用を停止するか、又は機関
排気通路内への2次空気の供給作用を停止することによ
って触媒の劣化を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成図、第2図は内燃機関の全体図、
第3図はO2センサの出力信号およびフィードバック補正
係数の変化を示すタイムチャート、第4図は触媒加熱防
止処理を実行するためのフローチャート、第5図は燃料
増量実行処理等のためのフローチャートである。 9……燃料噴射弁、16……O2センサ、 17……2次空気供給装置。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 41/14 310 F02D 41/14 310K

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関高負荷運転時に供給燃料を増量する増
    量手段と、機関減速運転時に燃料の供給を停止する燃料
    カット手段とを具備した内燃機関において、機関の排気
    通路に配置された酸素濃度検出器の出力信号から燃料噴
    射弁の故障を判断する判断手段を具備し、該判断手段の
    判断結果に基いて燃料噴射弁が故障したときには上記増
    量手段による供給燃料の増量作用、上記燃料カット手段
    による燃料の供給停止作用又は機関排気通路内への2次
    空気供給作用のうちの少くとも一つを禁止するようにし
    た内燃機関の触媒過熱防止装置。
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