JP3499297B2 - 排気ガス再循環異常診断装置 - Google Patents

排気ガス再循環異常診断装置

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス再
循環装置に関し、詳細には排気ガス再循環の異常の有無
を判定する排気ガス再循環異常診断装置に関する。 【0002】 【従来の技術】内燃機関の排気通路と吸気通路とを排気
ガス再循環通路(EGR通路)で接続し、このEGR通
路に設けた排気ガス再循環制御弁(EGR制御弁)によ
り、EGR通路を通って排気系から吸気系への排気の還
流を制御する内燃機関の排気ガス再循環装置が知られて
いる。 【0003】排気ガス再循環装置を備えた機関では、吸
気系に酸素濃度の低い排気ガスを還流させることによ
り、機関燃焼温度が低下して排気中のNOX (窒素酸化
物)の量が低減される。また、スロットル弁開度が低下
する軽負荷運転時においては、排気ガス再循環を実施し
て吸気管圧力を上昇させることにより、機関のポンピン
グ損失を低減することが可能となる。 【0004】しかし、上記のような排気ガス再循環装置
に異常が生じると、逆に問題が生じる。例えば、EGR
制御弁の作動不良により本来排気ガス再循環を実施すべ
き運転条件で排気ガス再循環が実施されないような場合
には、排気中のNOX の増大や機関のポンピングロスの
増大などの問題が生じる。また、逆にEGR制御弁の閉
弁不良により本来排気ガス再循環を実施しない軽負荷運
転時などに排気ガス再循環が行われると、燃焼状態の悪
化による失火が生じ機関回転が不安定化したり排気性状
が悪化したりする問題が生じる。 【0005】ところが、このような異常が生じた場合で
も機関運転は支障無く行われるため、運転者は排気ガス
再循環に異常が生じたことに気づかずそのまま長期間運
転が続けられる場合がある。このような事態を防止する
ため、排気ガス再循環装置の異常の有無を判断して運転
者に報知する排気ガス再循環異常診断装置が考案されて
いる。 【0006】このような排気ガス再循環異常診断装置の
例としては、例えば特開平4−27750号公報に記載
されたものがある。同公報に記載の異常診断装置は、機
関の低負荷定常運転時における、排気ガス再循環実施時
の吸気管圧力と排気ガス再循環停止時の吸気管圧力との
差圧が所定値以下である場合に排気ガス再循環に異常が
生じたと判定するものである。 【0007】排気ガス再循環を実施すると、吸気系のス
ロットル弁下流側に機関排気の一部が還流されるため、
排気ガス再循環を行わない場合に較べて吸気管圧力は上
昇する。従って、排気ガス再循環実施の有無により吸気
管圧力に所定値以上の差が生じない場合にはEGR制御
弁が作動不良により開弁したまま、あるいは閉弁したま
まになっていると考えられる。 【0008】上記公報の装置は、吸気管圧力がある程度
低く排気ガス再循環の有無による吸気管圧力の変化が大
きくなる低負荷運転時で、かつ吸気管圧力の変動が少な
い定常運転時に排気ガス再循環の有無により所定値以上
の吸気管圧力変化が生じるか否かにより排気ガス再循環
異常の有無を判定するものである。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に低負荷定常運転時の排気ガス再循環の有無により生じ
る吸気管圧力変化から排気ガス再循環の異常を判定して
いると問題が生じる場合がある。例えば、機関に失火を
生じたような場合には吸気管圧力に変動が生じるが、上
記公報の装置のように排気ガス再循環の有無による吸気
管圧力の変化が所定値に達したか否かによりEGR制御
弁の異常を判定していると機関失火により生じた吸気管
圧力変動のために誤判定が生じる場合がある。 【0010】すなわち、失火時には排気ガス再循環停止
時の吸気管圧力の測定値は通常よりばらつきが大きくな
るため、吸気管圧力の測定値によってはEGR制御弁が
正常に作動していても排気ガス再循環停止時の吸気管圧
力低下が小さくなり、正常なEGR制御弁が異常と誤判
定される場合がある。また、EGR制御弁の閉弁不良が
生じているような場合には、EGR制御弁の開弁時と閉
弁時との吸気管圧力の差は小さくなるが、このような場
合に機関失火による吸気管圧力の変動が生じていると、
吸気管圧力の測定値によっては見かけ上EGR制御弁閉
弁時の吸気管圧力低下が大きくなり閉弁不良を生じたE
GR制御弁が正常と誤判定される場合が生じるのであ
る。 【0011】本発明は上記問題に鑑み、機関失火による
誤判定を防止し正確な排気ガス再循環系統の異常を判定
することが可能な排気ガス再循環異常診断装置を提供す
ることを目的としている。 【0012】 本発明によれば、内燃機関の排気ガスの
一部を吸気系に再循環させる排気ガス再循環手段と、機
関吸気管圧力を検出する吸気圧力検出手段とを備え、
関運転条件が安定している状態での前記排気ガス再循環
手段による排気再循環実施時の吸気管圧力と排気再循環
停止時の吸気管圧力とに基づいて排気ガス再循環の異常
の有無を判定する判定手段とを備えた排気ガス再循環異
常診断装置において、関の失火を検出する失火検出手
段と、該失火検出手段により機関の失火が検出されたと
きに前記判定手段による判定を禁止する禁止手段とを備
えたことを特徴とする排気ガス再循環異常診断装置が提
供される。 【0013】 【作用】判定手段は、機関運転条件が安定している状態
で、排気ガス再循環実施時の吸気管圧力と排気ガス再循
環停止時の吸気管圧力とに基づいて、例えば排気ガス再
循環の有無による吸気管圧力の変化が所定値より小さい
場合に排気ガス再循環に異常が生じたと判定する。ま
た、失火検出手段は、えば機関回転数の変動に基づい
て機関に失火が生じたことを検出する。機関に失火が生
じたことが検出された場合、禁止手段は判定手段による
排気ガス再循環異常の有無の判定を禁止する。 【0014】 【実施例】以下、添付図面を用いて本発明の実施例を説
明する。図1は、本発明を適用する車両用内燃機関の全
体概略構成を示す図である。図1において、1は内燃機
関本体、2は吸気通路、11は排気通路を、また、3は
吸気通路に設けられたサージタンク13内の圧力(吸気
管圧力)に応じたアナログ電圧を発生する吸気管圧力セ
ンサである。この出力信号は制御回路10のマルチプレ
クサ内蔵A/D変換器101に入力される。 【0015】機関1のクランク軸(図示せず)には、特
定の気筒(例えば第1気筒)の圧縮上死点毎(クランク
軸回転角720°毎)に基準位置検出用パルス信号を発
生するクランク角センサ5と、クランク軸回転角30°
毎にクランク角検出用パルス信号を発生するクランク角
センサ6とがそれぞれ設けられている。クランク角セン
サ5、6は例えばクランク軸端部に取付けた歯車と、こ
の歯車の歯面に対向して配置した近接センサからなるピ
ックアップとを備え、上記歯車の歯がピックアップに対
向する位置を通過する毎にパルス信号を出力するもので
ある。これらクランク角センサ5、6のパルス信号は制
御回路10の入出力インターフェイス102に供給さ
れ、このうちクランク角センサ6の出力はCPU103
の割込み端子に供給される。 【0016】さらに、吸気通路2には各気筒毎に燃料供
給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴
射弁7が設けられている。また、吸気通路2には、運転
者のアクセルペダル21の操作量に応じた開度をとるス
ロットル弁16が設けられており、さらに、スロットル
弁16には、スロットル弁16の開度に応じた電圧信号
を発生するスロットル開度センサ17が設けられてい
る。このスロットル開度センサの出力はA/D変換器1
01に入力される。 【0017】図1において、30で示したのは排気通路
11と吸気通路2のサージタンク13とを接続する排気
ガス再循環通路(EGR通路)である。EGR通路30
にはこの通路を通って排気通路11から吸気通路2に還
流する排気ガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁
(EGR制御弁)31が設けられている。また、32で
示すのはEGR制御弁31の作動を制御する、負圧アク
チュエータ、ステップモータ等の適宜な形式のアクチュ
エータである。アクチュエータ32は、制御回路10か
らの制御信号に応じてEGR制御弁31を開閉し、排気
ガス再循環の実施を制御している。 【0018】機関本体1のシリンダブロックのウォータ
ジャケット8には、冷却水の温度を検出するための水温
センサ9が設けられている。水温センサ9は冷却水の温
度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出
力もA/D変換器101に供給されている。制御回路1
0は、たとえばマイクロコンピュータとして構成され、
A/D変換器101、入出力インターフェイス102、
CPU103の他に、ROM104、RAM105、バ
ックアップRAM106、クロック発生回路107等が
設けられている。 【0019】制御回路10は、吸気管圧力と機関回転数
とに基づいて機関1の燃料噴射と点火時期等の制御を行
う基本制御の他、本実施例では、機関回転数の変動を検
出して機関の失火の有無を検出する失火検出操作やEG
R弁31の開閉を制御して機関への排気ガス再循環を制
御する排気ガス再循環制御、及び所定の運転条件でEG
R制御弁の開閉動作を行って開閉に伴う吸気管圧力の変
化に基づいて排気ガス再循環異常の有無を判定する異常
判定動作を行う。 【0020】吸気管圧力センサ3からの圧力データ、ス
ロットル開度センサ17からのスロットル開度データお
よび水温センサ9からの冷却水温データは、所定時間も
しくは所定クランク角毎に実行されるA/D変換ルーチ
ンによって取込まれてRAM105の所定領域に格納さ
れる。また後述するように、吸気管圧力は別途実行され
る時間割り込みルーチンにより一定時間毎の平均値PM
が計算され、同様にRAM105の所定領域に格納され
る。 【0021】つまり、RAM105における吸気管圧力
データ、スロットル開度データ、冷却水温データは所定
時間毎に更新されている。また、回転速度データはクラ
ンク角センサ6のパルス信号とクロック107のクロッ
ク信号とに基づいて、クランク角センサ6の30°CA
(クランク角)毎の割込みによって演算され、RAM1
05の所定領域に格納される。 【0022】次に、本実施例の排気ガス再循環制御につ
いて説明する。本実施例では制御回路10は、以下の条
件が成立したときにアクチュエータ32によりEGR制
御弁31を開弁駆動して、排気ガス再循環を行う。 機関冷却水温度が所定値(例えば65℃)以上である
こと。 機関負荷が高負荷側の所定値以下であること。 【0023】機関負荷が軽負荷側の所定値以上である
こと。 ここで、上記条件は、機関の暖機が完了する前に排気
ガス再循環を実施すると燃焼状態の悪化により暖機が遅
くなる可能性があるため、排気ガス再循環を機関暖機が
完了したと判断されたときにのみ行うようにしたもので
ある。また、上記条件は、排気ガス再循環を実施する
と機関出力が低下するため、本来出力を必要とする機関
高負荷運転中には排気ガス再循環を禁止して、機関出力
を確保するためである。 【0024】また、上記条件は軽負荷時の燃焼状態悪
化による失火発生を防止するためである。なお、本実施
例では機関負荷を表すパラメータとして、吸気管圧力P
Mと機関回転数Nとが用いられ、PMとNとが上記、
の領域に相当する所定範囲内にあるか否かにより機関
負荷条件を判定する。また、制御回路10は後述するよ
うに所定の運転条件下でEGR制御弁31を開閉して、
この時の吸気管圧力の変化に基づいて排気ガス再循環に
異常が生じているか否かを判定する。すなわち、排気ガ
ス再循環実施時には排気がEGR通路30を通って吸気
通路2に還流されるため、吸気管圧力は排気ガス再循環
を実施していない場合に較べて上昇する。従って、排気
ガス再循環が正常に行われていればEGR制御弁31の
開閉に伴って吸気管圧力が変化する。このため、EGR
制御弁31の開閉に伴う吸気管圧力の変化が所定値以下
の場合には、EGR制御弁31の作動不良等の排気ガス
再循環系統の異常が生じていると判断することができ
る。 【0025】ところが、前述のように機関に失火が生じ
ると吸気管圧力は変動するようになるため、上記のよう
にEGR制御弁31開閉に伴う吸気管圧力変化に基づい
て排気ガス再循環異常の有無を判断していると誤判断を
生じる可能性がある。機関に失火が生じると吸気管圧力
に変動を生じるようになるのは、以下の理由による。 【0026】すなわち、機関に失火が生じていない定常
運転では、各気筒の吸入空気量のばらつきは比較的小さ
く、サージタンク13内の吸気管圧力は比較的安定して
いる。これは、各気筒の吸入行程時に空気を吸い込む力
はクランク軸の回転トルク、すなわち、ある気筒の吸入
行程時に爆発行程にある他の気筒の爆発力によって決ま
るが、機関に失火が生じていない場合には各気筒の爆発
力のばらつきは比較的小さいため、各気筒の吸入行程に
おける空気を吸い込む力も平均化され、吸気管圧力の変
動が比較的小さくなる。 【0027】これに対して、機関に失火が生じると失火
気筒では爆発力が発生しなくなるため、失火気筒の爆発
行程時に吸入行程にある気筒では空気を吸い込む力が低
下し、各気筒の吸気量のばらつきが大きくなる。従っ
て、吸気管圧力は、この吸気量のばらつきに応じて変動
するようになるのである。このため、EGR制御弁31
の開閉に伴う吸気管圧力変化に基づいて排気ガス再循環
の異常の有無を判定していると前述のように誤判定を生
じることになる。 【0028】本実施例では、吸気管圧力の変動とは別に
機関回転数の変動に基づいて機関に失火が生じているか
否かを判定し、機関に失火が生じている場合には排気ガ
ス再循環異常の有無の判定を禁止することにより誤判定
が生じることを防止している。図2は上記異常判定動作
を説明するフローチャートである。本ルーチンは、制御
回路10により一定時間毎に実行される。 【0029】図2においてルーチンがスタートすると、
ステップ201ではスロットル開度TH、吸気管圧力P
M(平均値)、機関回転数Nの各データがRAM105
から読み込まれる。次いでステップ203では機関の運
転条件が排気ガス再循環を実施すべき領域にあるか否か
が判定され、排気ガス再循環実施領域にない場合には、
ステップ205以下の排気ガス再循環の異常診断を行わ
ずにそのままルーチンを終了する。すなわち、本実施例
では排気ガス再循環実施領域でのみ排気ガス再循環の異
常診断を行う。 【0030】ステップ203で現在排気ガス再循環実施
中であった場合には、ステップ205で異常診断実行条
件が成立しているか否かを判定する。ここで、本実施例
における異常診断の実行条件は、機関運転条件が安定
していること(すなわち、吸気管圧力PM、スロットル
開度THの変動が少ない運転状態であること)、吸気
管圧力PM、機関回転数Nが予め定めた所定の範囲にあ
ること(すなわち、異常診断のためにEGR制御弁31
を開閉した場合でも機関出力に大きな変動が生じない運
転条件であること)、異常診断実施タイミングである
こと(例えば、前回異常診断を実行してから所定時間が
経過していること)などである。 【0031】上記条件のうちいずれかが成立していない
場合には異常診断を実施することなくルーチンは終了
し、上記条件の全てが成立した場合にのみステップ20
7以下が実行される。ステップ207では、フラグFM
ISの値が1か否かが判定される。ここで、フラグFM
ISは別途制御回路10により実行される図示しない失
火検出ルーチンにより設定される失火フラグであり、F
MIS=1は現在機関に失火が検出されたことを、また
FMIS=0は失火が検出されていないことを表してい
る。 【0032】本実施例では、上記失火検出ルーチンにお
いて機関回転速度の変動に基づいて失火の有無を検出し
ている。すなわち、制御回路10は別途実行される図示
しない失火検出ルーチンにより、クランク角センサ6か
らクランク回転角30°毎に入力するパルス信号の時間
間隔を求め、ある気筒の爆発行程における機関回転速度
が他の気筒より小さくなったとき、すなわち、例えばあ
る気筒の上死点(TDC)後90°と120°に相当す
るクランク軸回転パルス信号の時間間隔が他の気筒の同
じ時期のパルス信号の時間間隔に較べて一定の比率以上
大きい値になったときに失火が生じたと判定する。 【0033】気筒で失火が生じると、その気筒では爆発
行程時にトルクが発生しなくなるため失火気筒の爆発行
程に相当するクランク回転角の範囲では、他の気筒に較
べてクランク軸回転速度が低下する。本実施例では、制
御回路10は、上記により各気筒の爆発行程におけるク
ランク軸回転速度の低下を検出することにより、失火が
発生したと判定し、いずれかの気筒に失火が生じたと判
定された場合には失火フラグFMISの値を1に設定し
ている。 【0034】なお、本発明に使用可能な失火検出方法は
上記の回転数変動によるものに限定されるわけではな
く、他の方法も使用することができる。例えば、燃焼室
内の燃焼圧力を検出する燃焼圧センサを備えた機関で
は、各気筒の爆発行程時の燃焼圧を監視し、この燃焼圧
が所定値以下であるときに失火が生じたと判定するよう
にしてもよい。 【0035】ステップ207でFMIS=1、すなわち
失火が発生していると判定された場合には、ステップ2
09の異常診断サブルーチンを実行することなくルーチ
ンを終了し、FMIS=0、すなわち機関に失火が発生
していない場合にのみステップ209の異常診断サブル
ーチンを実行する。これにより、機関に失火が生じてい
る場合には異常診断サブルーチンの実行が禁止されるた
め、機関失火により排気ガス再循環異常の有無の誤判定
がなされることが防止される。 【0036】次に、図3のフローチャートを用いて、図
2ステップ209で実行される異常診断サブルーチンに
ついて説明する。本サブルーチンでは、排気ガス再循環
実施時と排気ガス再循環を停止時の吸気管圧力の差が所
定値より小さい場合に排気ガス再循環に異常が生じたと
判定する。 【0037】すなわち、図3でサブルーチンがスタート
すると、ステップ301では、フラグFの値が1か否か
が判定される、ここで、フラグFは排気ガス再循環実施
中の吸気管圧力PMONの計測が終了したか否かを示すフ
ラグであり、F=1は計測が終了していることを意味し
ている。ステップ301でF≠1、すなわち排気ガス再
循環実施中の吸気管圧力PMONの計測が終了していない
場合には、ステップ303に進み、図2ステップ201
で読み込んだ吸気管圧力(平均値)PMをPM ONとして
RAM105に記憶する。なお、図2ステップ203で
説明したように、本実施例では排気ガス再循環実施領域
でのみ異常診断を実施するため、ステップ303が実行
されるときにはEGR制御弁31は開弁状態にある。 【0038】上記により、PMONを記憶したのち、ステ
ップ305ではPMONの計測終了を示すフラグFが1に
セットされ、次いでステップ307では、アクチュエー
タ32を作動させてEGR制御弁31を強制的に全閉
し、サブルーチンを終了する。これにより、今回のサブ
ルーチン実行で、PMONがRAM105に記憶されると
ともに、EGR制御弁31は全閉され、フラグFは1に
セットされる。 【0039】この状態で次に本サブルーチンが実行され
ると、ステップ301ではF=1が成立するため、次に
ステップ309が実行され、このときの吸気管圧力PM
がEGR制御弁31閉弁時(排気ガス再循環停止時)の
吸気管圧力PMOFF としてRAM105に記憶される。
また、ステップ311では、前回計測した排気ガス再循
環実施時の吸気管圧力PMONと今回計測した排気ガス再
循環停止中の吸気管圧力PMOFF との差が所定値ΔPM
以上か否かが判定され、この圧力差が所定値より小さい
場合にはステップ313で異常フラグFEGが1にセッ
トされるとともに、ステップ315で排気ガス再循環の
異常を示すアラーム(図示せず)が点灯される。 【0040】また、ステップ311でPMON−PMOFF
≧ΔPMであった場合にはステップ317で異常フラグ
FEGはリセット(=0)される。また、ステップ31
5または317終了後、ステップ319では次回の保
守、点検に備えて、上記により設定したフラグFEGの
値を制御回路10のバックアップRAM106に記憶し
た後、ステップ321ではEGR制御弁31を開弁状態
に復帰させ、さらにステップ323で次回の異常診断実
行に備えてPMON計測終了フラグFの値をリセット(=
0)してから本サブルーチンを終了する。 【0041】上記サブルーチンでは、機関失火が生じて
いない状態で排気ガス再循環異常診断が実施されるた
め、EGR制御弁31開閉に伴う吸気管圧力変化から正
確に排気ガス再循環の異常の有無を判定することができ
る。なお、上記実施例では排気ガス再循環実施時にEG
R制御弁を強制的に閉弁することにより、排気ガス再循
環異常の有無を判定しているが、本発明はこれに限定さ
れるわけではなく、例えば排気ガス再循環を実施してい
ない領域でEGR制御弁を強制的に開弁し、開弁前後の
吸気管圧力の差を求めることにより上記実施例と同様な
排気ガス再循環異常診断を行っても良い。 【0042】 【発明の効果】本発明の排気ガス再循環異常診断装置に
よれば、機関に失火を生じた場合には排気ガス再循環実
施有無による吸気管圧力変化に基づく排気ガス再循環異
常診断を禁止するようにしたことにより、機関失火によ
る誤判定を防止し排気ガス再循環異常の有無を正確に判
定することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の排気ガス再循環異常診断装置を適用す
る内燃機関の全体構成を示す概略図である。 【図2】図1の実施例の排気ガス再循環異常診断ルーチ
ンを示すフローチャートである。 【図3】図2ステップ209で実行される異常診断サブ
ルーチンを示すフローチャートである。 【符号の説明】 1…内燃機関本体 2…吸気通路 3…吸気管圧力センサ 5、6…クランク角センサ 10…制御回路 11…排気通路 30…排気ガス再循環通路 31…排気ガス再循環制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01M 15/00 G01M 15/00 Z

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 内燃機関の排気ガスの一部を吸気系に再
    循環させる排気ガス再循環手段と、機関吸気管圧力を検
    出する吸気圧力検出手段とを備え、機関運転条件が安定
    している状態での前記排気ガス再循環手段による排気再
    循環実施時の吸気管圧力と排気再循環停止時の吸気管圧
    力とに基づいて排気ガス再循環の異常の有無を判定する
    判定手段とを備えた排気ガス再循環異常診断装置におい
    て、 関の失火を検出する失火検出手段と、該失火検出手段
    により機関の失火が検出されたときに前記判定手段によ
    る判定を禁止する禁止手段とを備えたことを特徴とする
    排気ガス再循環異常診断装置。
JP17818294A 1994-07-29 1994-07-29 排気ガス再循環異常診断装置 Expired - Fee Related JP3499297B2 (ja)

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