JP4165448B2

JP4165448B2 - 内燃機関の異常検出装置

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Publication number: JP4165448B2
Application number: JP2004142493A
Authority: JP
Inventors: 裕澤田; 大介柴田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-05-12
Also published as: US20080066447A1; EP1746275A4; EP1746275A1; CN100417800C; EP1746275B1; JP2005325697A; WO2005108766A1; US7421333B2; CN1918382A

Description

本発明は、内燃機関の異常を検出する装置に関する。

内燃機関の排気系に空燃比センサを備えることにより、該空燃比センサから得られる空燃比に基づいて燃料供給量をフィードバック制御することができる。しかし、空燃比センサは劣化によりその検出値が変動するため、精度の高いフィードバック制御を行うためには空燃比センサの異常を検出することが重要となる。

そして、特定運転状態における空燃比センサの出力値と基準値とを比較して空燃比センサの異常を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１５９６４０号公報特開平４−８８４５号公報

ところで、空燃比センサの出力値は、空燃比センサに異常が発生したとき以外であっても他の装置、例えば、エアフローメータの検出異常、燃料噴射弁の噴射量異常等により変化する。このように、空燃比センサの出力値が変化した場合に、空燃比センサの異常によるものなのか、他の装置の異常によるものなのか判断することは困難であるため、空燃比センサの異常を正確に判定することが困難となる。また、排気温度センサについても同様のことがいえる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の状態を表した複数の状態値の少なくとも１つに異常があるときに、真に異常が発生している部材を特定することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の異常検出装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比に基づいて排気の空燃比が所定の空燃比となるようにフィードバック制御する排気空燃比フィードバック制御手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていなく且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第１運転状態のとき、および前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていて且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第２運転状態のときの夫々の運転状態において、排気の空燃比の変化に関係する複数の項目の状態値を夫々検出する状態値検出手段と、
前記第１運転状態において前記状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第１運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外
である項目を特定する第１項目特定手段と、
前記第２運転状態において前記状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第２運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第２項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定された項目と前記第２項目特定手段により特定された項目からどの項目が異常であるか否か特定する異常項目特定手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、内燃機関の２つの異なる運転状態における複数の状態値を検出し、その複数の状態値とそれに対応した基準値とを比較した結果を基に、どの項目に異常が発生しているか判定することにある。

ここで、一の項目に異常が発生している場合であっても、吸入空気量フィードバック制御が行われている場合には、排気の空燃比と関係する吸入新気量が変動し、排気空燃比フィードバック制御が行われている場合には、排気の空燃比が変動するため、第１運転状態若しくは第２運転状態において一の項目に発生している異常が打ち消され、どの項目で異常が発生しているのか特定することが困難となることがある。

しかし、第１運転状態若しくは第２運転状態において、一の項目に異常が発生している場合に、その一の項目の状態値が正常範囲から外れることもあるが、発生した異常によっては、異常が発生した項目とは別の項目の状態値が正常範囲から外れることもある。この、異常が発生した項目と、状態値が正常範囲から外れる項目と、には関連があり、状態値が正常範囲から外れる項目を特定することにより、実際に異常が発生している項目を特定することができる。ここで、実施されているフィードバック制御の種類が異なる２つの運転状態においては、実際に異常が発生している項目と、状態値が正常範囲外になる項目と、の関係が夫々異なるため、２つの異なる運転状態において状態値が正常範囲外となっている項目を特定することにより、実際にどの項目で異常が発生しているのか特定することが容易となる。

なお、本発明においては、第１運転状態若しくは第２運転状態において、夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる範囲内にある項目を特定し、この項目に基づいて異常が発生している項目を特定しても良い。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の異常検出装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比に基づいて排気の空燃比が所定の空燃比となるようにフィードバック制御する排気空燃比フィードバック制御手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていなく且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第１運転状態のときにおいて、排気の空燃比の変化と関係する複数の項目の状態値を夫々検出する第１状態値検出手段と、
前記第１運転状態において前記第１状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第１運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第１項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定された項目が２つ以上あるときに、排気の空燃比を変
動させる排気空燃比変動手段と、
前記排気空燃比変動手段により排気の空燃比を変動させた後であって、前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていて且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第２運転状態のときにおいて、排気の空燃比の変化と関係する複数の項目の状態値を夫々検出する第２状態値検出手段と、
前記第２運転状態において前記第２状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第２運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第２項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定された項目と前記第２項目特定手段により特定された項目からどの項目が異常であるか否か特定する異常項目特定手段と、
を具備することを特徴としてもよい。

ここで、第１運転状態において状態値と基準値との差が大きな項目のみにより、異常の発生している項目を特定することが可能な場合がある。そのような場合には、第２運転状態における結果を待たずに異常の発生している項目を特定することにより早期の異常検出が可能となる。また、第１運転状態において異常が発生している項目を特定することができれば、第２運転状態とする必要がなくなり処理を簡略化することが可能となる。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の異常検出装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記空燃比センサおよび前記排気温度センサよりも上流の排気通路へ燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から燃料が添加されているときであって前記空燃比センサにより検出される排気の空燃比が目標空燃比となるように前記燃料添加弁からの燃料添加量を変更する燃料添加量フィードバック制御手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記吸入空気量検出装置により検出される新気量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているが前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われておらず、さらに前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であるか否か判定するリーン時空燃比差算出手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているが前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われておらず、さらに前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であるか否か判定するリーン時排気温度差算出手段と、
前記燃料添加弁から燃料の添加、前記空燃比センサにより検出される空燃比が基準リッチ空燃比となるように前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御、および前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているときの前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であるか否か判定するリッチ時排気温度差算出手段と、
を備え、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値未満であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記空燃比センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値未満であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記排気温度センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定され、さらに前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値未満であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記燃料噴射弁の噴射量に異常があると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定され、さらに前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記吸入空気量検出装置に異常があると特定することを特徴としても良い。

ここで、前記燃料添加量フィードバック制御手段により燃料添加量フィードバック制御が行われていないときで且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比にて運転されているときに、空燃比センサの出力値と基準リーン空燃比との差が所定値以上の場合には、空燃比センサに異常が発生している虞がある。しかし、吸入空気量検出装置若しくは燃料噴射弁に異常があっても同様に空燃比センサの出力値が変化するため、該空燃比センサの出力値のみでは、空燃比センサに異常があるのか、吸入空気量検出装置、若しくは燃料噴射弁に異常があるのか、を区別することは困難である。

その点、空燃比センサに異常がある場合には、基準リーン空燃比における排気温度センサの検出値と、このときの基準となる検出値（以下、基準排気温度という。）と、の差が所定値未満となる。すなわち、燃料噴射弁に異常がある場合には燃料噴射量の増減により排気の温度が変化し、吸入空気量検出装置に異常がある場合には、吸入空気量のフィードバックが行われて吸入空気量が変わることにより排気の温度が変化するので、何れの場合であっても排気温度センサの検出値が変化して基準排気温度との差が大きくなる。しかし、空燃比センサに異常がある場合には、実際の排気の空燃比は変化しておらず排気の空燃比に基づいたフィードバック制御も行われていないので、排気温度センサの検出値は変化せず、基準排気温度との差はほとんどない。これにより、空燃比センサの異常を判定することが可能となる。

また、排気温度センサに異常が発生していると、該排気温度センサによる検出値と基準排気温度との差が所定値以上となる。しかし、排気温度センサに異常が発生していても空燃比を変化させることはないので、空燃比センサによる検出値と基準値との差はほとんどない。これにより、排気温度センサの異常を判定することが可能となる。

一方、吸入空気量検出装置若しくは燃料噴射弁に異常がある場合には、前述のように基
準リーン空燃比における排気温度センサの検出値と、基準排気温度と、の差が所定値以上となる。

また、燃料噴射弁に異常がある場合には、内燃機関の出力が変化するため、該内燃機関に要求されている出力を発生させるように例えばアクセル開度が変更されて燃料の増減が行われる。そして、センサ等の基準値は、燃料噴射弁から噴射させようとする燃料量に基づいて定められているため、噴射させようとする燃料量の増減に伴い、センサ等の基準値が変化する。しかし、燃料噴射弁から実際に噴射されている燃料量は該燃料噴射弁に異常が発生していない場合と異なっており、センサ等の基準値が変化した分だけ空燃比センサによる検出値は基準値から変化する。また、燃料量が変化した分排気温度センサにより検出される排気温度が基準排気温度から変化する。

このように、燃料噴射弁若しくは吸入空気量検出装置に異常がある場合には、燃料添加量フィードバック制御手段により燃料添加量フィードバック制御が行われていないときで且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比にて運転されているときに、空燃比センサおよび排気温度センサによる検出値が基準値から変化するので、どちらの装置で異常が発生しているか特定するのは困難である。

その点、前記燃料添加弁から燃料の添加を行い且つ前記燃料添加量フィードバック制御手段による燃料添加量の燃料添加量フィードバック制御を行って基準リッチ空燃比とし、さらに前記吸入空気量フィードバック制御手段により新気量が目標量となるように制御されている場合には、何れかの装置で異常が発生しているか特定することが可能である。

すなわち、吸入空気量検出装置に異常が発生している場合には、吸入空気量フィードバック制御手段により吸入空気量が目標値となるように、ＥＧＲガス量が変更され、それにより吸入空気量が変化する。そのため、排気の温度が基準値から変化するので、排気温度検出手段により検出される排気温度と基準排気温度との差が大きくなる。一方、燃料噴射弁に異常が発生している場合には、内燃機関の出力が変化するため、該内燃機関に要求されている出力を発生させるように例えばアクセル開度が変更されて燃料の増減が行われる。しかし、燃料添加量フィードバック制御手段により燃料添加量のフィードバックが行われ、排気の空燃比は適正なものとなっており、また、吸入新気量も変化しないので、燃料噴射弁に異常が発生していても、排気温度センサの出力値はこのときの基準値と略等しくなる。

したがって、前記燃料添加弁から燃料の添加を行い且つ前記燃料添加量フィードバック制御手段による燃料添加量の燃料添加量フィードバック制御を行って基準リッチ空燃比とし、さらに前記吸入空気量フィードバック制御手段により新気量が目標量となるように制御されている場合に、排気温度センサにより検出される排気温度と基準排気温度との差が所定値未満の場合には、燃料添加弁に異常が発生していると特定することができ、一方、排気温度センサにより検出される排気温度と基準排気温度との差が所定値以上の場合には、吸入空気量検出装置に異常が発生していると特定することができる。

なお、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合に前記空燃比センサおよび前記排気温度センサよりも上流の排気通路へ燃料を添加するようにしてもよい。すなわち、
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記吸入空気量検出装置により検出される新気量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われ、且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であるか否か判定するリーン時空燃比差算出手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われ、且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であるか否か判定するリーン時排気温度差算出手段と、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合に前記空燃比センサおよび前記排気温度センサよりも上流の排気通路へ燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から燃料が添加されているときであって前記空燃比センサにより検出される排気の空燃比が基準リッチ空燃比となるように前記燃料添加弁からの燃料添加量を変更する燃料添加量フィードバック制御手段と、
前記燃料添加弁から燃料の添加、前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御、および前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているときの前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であるか否か判定するリッチ時排気温度差算出手段と、
を備え、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値未満であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記空燃比センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値未満であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記排気温度センサに異常が発生していると特定し、
前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値未満であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記燃料噴射弁の噴射量に異常があると特定し、
前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記吸入空気量検出装置に異常があると特定することを特徴としても良い。

これにより、空燃比センサ若しくは排気温度センサに異常が発生していると特定することが可能な場合には燃料添加を行うことがなく、燃費を向上させることが可能となる。
本発明においては、前記空燃比センサを複数備え、一の空燃比センサに異常が発生していると判定された場合にその異常が発生しているとされた一の空燃比センサと他の空燃比センサとの検出値の差が所定値以上の場合に前記異常が発生しているとされた一の空燃比
センサの異常判定を確定させる確定手段をさらに備えても良い。

例えば、異常判定可能な前記センサ等以外の他の装置において異常が発生している場合であって、該他の装置の異常により排気の空燃比が基準値から変化すると、空燃比センサに異常が発生していると誤って特定される虞がある。その点、他の装置に異常が発生している場合であっても、空燃比センサに異常がない場合には、本発明においては複数の空燃比センサ全てにおいて異常が発生しているとされる。一方、前記他の装置に異常が発生していない場合であって一の空燃比センサに異常が発生している場合には、その異常が発生している一の空燃比センサのみ異常が発生しているとされる。これらから、複数の空燃比センサを備えている場合であって、本発明により一の空燃比センサに異常が発生していると特定された場合には、実際にその空燃比センサに異常が発生しているとすることができる。一方、本発明により全ての空燃比センサに異常が判定していると特定された場合には、実際には空燃比センサではなく他の装置に異常が発生しているとすることができる。このように、複数の空燃比センサの異常検出の結果を比較することで、より正確な異常判定を行うことが可能となる。なお、全ての空燃比センサに異常が判定していると特定された場合には、再度異常検出を行うようにしても良い。

本発明に係る内燃機関の異常検出装置では、センサの出力値に異常があるときに、真に異常が発生している部材を特定することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の異常検出装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の異常検出装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、気筒２内へ燃料の軽油を噴射する燃料噴射弁３が備えられている。
また、内燃機関１には、吸気通路４が接続されている。吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁５が設けられている。また、吸気絞り弁５よりも上流の吸気通路４の途中には、該吸気通路４を通過する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１２が取り付けられている。このエアフローメータ１２の出力信号により内燃機関１の吸入空気量を得ることができる。

一方、内燃機関１には、排気通路６が接続されている。この排気通路６は、下流にて大気へと通じている。
前記排気通路６の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒という。）を担持したパティキュレートフィルタ７（以下、フィルタ７という。）が備えられている。そして、該フィルタ７よりも下流の排気通路６には、該排気通路６を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ８および排気の空燃比を検出する空燃比センサ９が備えられている。また、フィルタ７よりも上流の排気通路６には、該排気通路６を流通する排気の温度を検出する上流側排気温度センサ１７および排気の空燃比を検出する上流側空燃比センサ１８が備えられている。

また、内燃機関１には、排気再循環装置１３（以下、ＥＧＲ装置１３という。）が備えられている。このＥＧＲ装置１３は、排気再循環通路１４（以下、ＥＧＲ通路１４という。）及び流量調整弁１５（以下、ＥＧＲ弁１５という。）を備えて構成されている。ＥＧ
Ｒ通路１４は、排気通路６と吸気通路４とを接続している。このＥＧＲ通路１４を介して、排気通路６内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）が吸気通路４へ再循環される。このＥＧＲ通路１４の途中に、後述するＥＣＵ１０からの信号により開閉し、該ＥＧＲ通路１４内を流通するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁１５が設けられている。

なお、本実施例においては、内燃機関１に流入するＥＧＲガスの流量をそのときの内燃機関１の運転状態に応じて適正な量となるように、エアフローメータ１２の出力値に基づいた吸入空気量のフィードバック制御（以下、吸入空気量フィードバック制御という。）を行う。ここで、内燃機関１には、ＥＧＲガスとエアフローメータ１２を通過する新気とが吸入される。そして、内燃機関に吸入されるＥＧＲガス量が多くなるほど新気の量が減少し、ＥＧＲガス量が少なくなるほど新気の量が増加するという関係を有している。そのため、エアフローメータ１２の出力信号に基づいてＥＧＲガス量を検出することが可能となる。そして、本実施例では、そのときの内燃機関の運転状態に応じた目標となる吸入空気量すなわちＥＧＲガス量を予め定められたマップにより得て、エアフローメータ１２より検出される吸入空気量が目標となる吸入空気量と等しくなるように吸気絞り弁５やＥＧＲ弁１５を制御する。

ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。
そこで、本実施例では、フィルタ７より上流の排気通路６を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する燃料添加弁１６を備えている。ここで、燃料添加弁１６は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して燃料を噴射する。燃料添加弁１６から排気通路６内へ噴射された燃料は、排気通路６の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元する。ＮＯx還元時には、フィルタ７に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。本発明に係る排気空燃比変動手段は、本実施例においては、燃料添加弁１６およびリッチスパイク制御を行うＥＣＵ１０からなる。

なお、本実施例においては、燃料添加弁１６からの燃料添加によりリッチスパイク制御を行っているときに空燃比センサ９の出力信号が目標リッチ空燃比となるように燃料添加量をフィードバック制御している。以下、この制御を燃料添加量フィードバック制御という。また、本実施例においては、燃料噴射弁３からの燃料供給量のフィードバック制御は行わない。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、排気温度センサ８、空燃比センサ９、上流側排気温度センサ１７、上流側空燃比センサ１８、エアフローメータ１２の他、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１１が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、吸気絞り弁５、ＥＧＲ弁１５、および燃料添加弁１６が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０によりこれらを制御することが可能になっている。そして、吸気絞り弁５の開閉操作によって機関燃焼に供される吸気の量を調整できる。

そして、ＥＣＵ１０は、前記吸入空気量フィードバック制御および前記燃料添加量フィ
ードバック制御を実行する。なお、本発明に係る吸入空気量フィードバック制御手段は、本実施例においては、ＥＣＵ１０が吸入空気量フィードバック制御を行うことにより実現され、また、本発明に係る排気空燃比フィードバック制御手段は、本実施例においては、ＥＣＵ１０が燃料添加量フィードバック制御を行うことにより実現される。

ここで、燃料添加量フィードバック制御により、フィルタ７に流入する排気の空燃比を目標空燃比に精度良く合わせるには、空燃比センサ９により正確に排気の空燃比を検出する必要がある。しかし、空燃比センサ９は経年変化や故障により出力値が変化することがあるため、該空燃比センサ９により得られる排気の空燃比が正確であるか否か判定することも必要となる。

そして、空燃比センサ９に異常が発生しているか否かは、リッチスパイク制御時の空燃比を検出することにより行うことができる。すなわち、燃料添加弁１６からの燃料添加量および内燃機関１の吸入空気量から得られる目標となる排気の空燃比と、空燃比センサ９により得られる排気の空燃比を比較して空燃比センサ９の異常を判定することができる。

ここで、ディーゼル機関においては、燃料噴射弁３から噴射する燃料は、機関回転数およびアクセル開度により決定される。そして、そのときの運転状態において必要となるＥＧＲガス量から目標となる内燃機関の吸入新気量が定まる。また、実際に内燃機関１に吸入される新気量は、エアフローメータ１２により測定され、この実際に内燃機関１に吸入される新気量が目標値となるように、前記吸入空気量フィードバック制御が行われる。

そのため、燃料噴射弁３、エアフローメータ１２、吸気絞り弁５、ＥＧＲ弁１５の何れかに異常が発生すると実際の吸入新気量を目標値に合わせることが困難となる。このような場合、排気の空燃比も変化するので、空燃比センサ９に異常が発生しているか否か判定するときには、該空燃比センサ９に異常が発生しているために測定した空燃比が実際の空燃比からずれているのか、若しくは他の装置に異常が発生しているために実際の空燃比自体が変化しているのか特定する必要が生じる。

その点、本実施例においては、どの装置において異常が発生しているのか特定することができる。この特定は、前記リッチスパイク制御が行われていないときであって吸入空気量フィードバック制御が行われているとき、およびリッチスパイク制御が行われているときであって吸入空気量フィードバック制御および燃料添加量フィードバック制御が行われているときの夫々のセンサ出力値や装置の制御値（以下、センサ出力値や装置の制御値をまとめて「状態値」という。）と、夫々の運転状態において夫々の状態値の基準となる値（以下、基準値という。）と、の差に基づいて行う。ここで、状態値とは、空燃比センサ９においては該空燃比センサ９の出力値であり、排気温度センサ８においては該排気温度センサ８の出力値であり、エアフローメータ１２においては該エアフローメータ１２の出力値であり、燃料噴射弁３においてはＥＣＵ１０が燃料噴射弁３に噴射させようとする燃料量であり、燃料添加弁１６においてはＥＣＵ１０が燃料添加弁１６に添加させようとする燃料量であり、ＥＧＲ装置１３においてはＥＣＵ１０が内燃機関１に再循環させようとするＥＧＲガス量である。以下、ＥＣＵ１０が燃料噴射弁３に噴射させようとする燃料量、燃料添加弁１６に添加させようとする燃料量、内燃機関１に再循環させようとするＥＧＲガス量を夫々の装置の「指令値」と称する。

まず、空燃比センサ９に異常が発生した場合の状態値の変化について説明する。リッチスパイク制御を行っていないとき（以下、通常運転時ともいう。）には、燃料添加量フィードバック制御が行われていないので、空燃比センサ９に異常が発生している場合であっても、エアフローメータ１２の出力値、燃料噴射弁３の指令値、および排気温度センサ８の出力値は基準値から変化しない。しかし、空燃比センサ９に異常が発生していると、該
空燃比センサ９の出力値は基準値から変化する。ここでいう「変化する」とは、出力値と基準値との差が大きくなり、この差が予め定めておいた異常を示す値以上となったことを示している。したがって、本実施例においては「変化しない」とは、全く変化しない場合のみならず、前記差が予め定めておいた異常を示す値未満の場合をも含む。他のセンサの出力値と基準値との差、および他の装置の指令値と基準値との差についても同様である。

一方、リッチスパイク制御を行っているとき（以下、排気添加時ともいう。）には、燃料添加量フィードバック制御が行われるので、空燃比センサ９の出力値が基準値となるように、燃料添加弁１６からの燃料添加量がフィードバック制御される。そのため、空燃比センサ９に異常が発生しているか否かに関わらず該空燃比センサ９の出力値は基準値に合わせられる。しかし、空燃比センサ９に異常が発生している場合には、燃料添加量が増減するので燃料添加弁１３の指令値が変化し、これにより排気温度やフィルタ７の温度が変化するので、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化する。また、このときには、エアフローメータ１２の出力値および燃料噴射弁３の指令値は基準値から変化しない。

これらにより、空燃比センサ９に異常が発生しているか否か判定することができる。
次に、排気温度センサ８に異常が発生した場合の状態値の変化について説明する。通常運転時には、燃料添加量フィードバック制御が行われていないので、排気温度センサ８に異常が発生している場合でも、エアフローメータ１２の出力値、燃料噴射弁３の指令値、空燃比センサ９の出力値は基準値から変化しない。しかし、排気温度センサ８に異常が発生していると、該排気温度センサ８の出力値は基準値から変化する。

一方、排気添加時には、燃料添加量フィードバック制御が行われるが、空燃比センサ９により得られる排気の空燃比は基準値となっているので、排気温度センサ８に異常が発生している場合であっても、燃料添加弁１６からの燃料添加量は基準値から変化しない。また、エアフローメータ１２の出力値、燃料噴射弁３の指令値、空燃比センサ９の出力値は基準値から変化しない。しかし、排気添加時の排気温度センサ８の出力値は、該排気温度センサ８に異常が発生していることにより基準値から変化する。

これらにより、排気温度センサ８に異常が発生しているか否か判定することができる。
次に、エアフローメータ１２に異常が発生した場合の状態値の変化について説明する。エアフローメータ１２に異常が発生している場合であっても、通常運転時にはエアフローメータ１２の出力値が基準値となるように吸入空気量フィードバック制御が行われるため、エアフローメータ１２の出力値は基準値に合わせられる。また、燃料噴射弁３の指令値は基準値から変化しないが、ＥＧＲガス量の指令値は吸入空気量フィードバック制御の分だけ基準値から変化する。そして、吸入新気量が変化することにより排気の空燃比が変化するので、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化する。また、内燃機関１の吸入新気量およびＥＧＲガス量が変化するので、該内燃機関１に吸入されるガス温度が変化し、それに伴い排気の温度が変化するので、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化する。燃料噴射弁３の指令値に変化はない。

一方、排気添加時には、エアフローメータ１２に異常が発生している場合であっても、吸入空気量フィードバック制御により該エアフローメータ１２の出力値は基準値に合わせられる。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射量はフィードバック制御されていないので該燃料噴射弁３の指令値は基準値から変化しない。さらに、燃料添加量フードバック制御により空燃比センサ９の出力値も基準値から変化しない。しかし、ＥＧＲガス量の指令値は吸入空気量フィードバック制御の分だけ基準値から変化する。また、内燃機関１の吸入新気量およびＥＧＲガス量が変化するので、該内燃機関１に吸入されるガス温度が変化し、それに伴い排気の温度が変化するので、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化する。

これらにより、エアフローメータ１２に異常が発生しているか否か判定することができる。
次に、燃料噴射弁３に異常が発生した場合の状態値の変化について説明する。燃料噴射弁３に異常が発生すると、運転者が要求する内燃機関１の出力に過不足が生じるため、運転者がアクセル操作を行う。そのため、燃料噴射弁３の燃料噴射量の基準値自体が変化する。そして、通常運転時であって燃料噴射弁３に異常が発生している場合には、燃料の過不足により排気の空燃比が変化するため、空燃比センサ９の出力値、排気温度センサ８の出力値がそれぞれ基準値から変化する。また、燃料噴射弁３自体はＥＣＵ１０からの指令通りに作動しているため、燃料噴射量の指令値は基準値から変化しない。さらに、エアフローメータ１２の出力値およびＥＧＲガス量の指令値も基準値から変化しない。

一方、排気添加時であって燃料噴射弁３に異常が発生している場合には、燃料噴射弁３から噴射される燃料量の基準値自体が変化している分だけ排気の空燃比が変化するので、空燃比センサ９により検出される排気の空燃比に基づいて燃料添加弁１６からの燃料添加量がフィードバック制御され、該燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化する。また、燃料噴射弁３自体はＥＣＵ１０からの指令通りに作動しているため、燃料噴射弁３の指令値は基準値から変化しない。さらに、内燃機関１の吸入新気量は変化しないので、エアフローメータ１２の出力値は基準値から変化しない。また、燃料添加弁１６からの燃料添加量がフィードバック制御されているので、空燃比センサ９の出力値および排気温度センサ８の出力値は基準値から変化しない。ＥＧＲガス量の指令値も基準値から変化しない。

これらにより、燃料噴射弁３に異常が発生しているか否か判定することができる。
次に、燃料添加弁１６に異常が発生した場合の状態値の変化について説明する。通常運転時には、燃料添加弁１６に異常が発生していても該燃料添加弁１６からの燃料添加が行われていないので、空燃比センサ９の出力値、排気温度センサ８の出力値、燃料噴射弁３の指令値、エアフローメータ１２の出力値は基準値から変化しない。

一方、排気添加時であって燃料添加弁１６に異常が発生している場合には、空燃比センサ９の出力値に基づいて燃料添加量のフィードバック制御が行われるので、燃料添加弁１６からの燃料添加量が基準値から変化する。燃料噴射弁３からの燃料噴射量およびエアフローメータ１２の出力値は基準値から変化しない。また、燃料添加量フィードバック制御により、排気の空燃比が適正値に保たれるので、空燃比センサ９の出力値および排気温度センサ８の出力値は基準値から変化しない。

これらにより、燃料添加弁１６に異常が発生しているか否か判定することができる。
以上の関係をまとめたものを図２に示す。図２の最左欄は、異常の検出を行う対象となる装置の名称を示している。図２中、リーンとあるのはリッチスパイク制御を行っていない通常運転時であり、リッチとあるのはリッチスパイク制御により排気の空燃比がリッチとされている排気添加時を夫々示している。図２の上から２番目の欄は、異常の検出を行う対象となる装置に異常が発生したときに状態値が基準値から外れる装置の名称を列挙してあり、その下の欄に丸印で示した装置が異常発生時に基準値から変化することを示している。

「リーン」のときに空燃比センサ９の出力値が基準値から変化し、さらに排気温度センサ８の出力値が基準値となっている場合には、空燃比センサ９に異常が発生していると特定することができる。「リーン」のときに空燃比センサ９の出力値が基準値となっており、さらに排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合には、排気温度センサ８に異常が発生していると特定することができる。「リーン」のときに空燃比センサ９および排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合であって、「リッチ」のと
きに排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合にはエアフローメータ１２に異常が発生していると特定することができる。ここで、「リーン」のときに空燃比センサ９および排気温度センサ８の出力値が基準値から変化し、さらに、ＥＧＲガス量の指令値も基準値から変化している場合にエアフローメータ１２に異常が発生しているとしても良い。「リーン」のときに空燃比センサ９および排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合であって、「リッチ」のときに排気温度センサ８の出力値が基準値となっている場合には燃料噴射弁３に異常が発生していると特定することができる。

ここで、「リーン」のときに空燃比センサ９および排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合には、エアフローメータ１２または燃料噴射弁３の何れかにおいて異常が発生しているのか特定するために、リッチスパイク制御を実行してもよい。その結果、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化している場合にはエアフローメータ１２に異常が発生していると特定することができ、排気温度センサ８の出力値が基準値となっている場合には燃料噴射弁３に異常が発生していると特定することができる。

以上により、空燃比センサ９、排気温度センサ８、エアフローメータ１２、燃料噴射弁３、および燃料添加弁１６の何れかにおいて異常が発生しているときに、どの装置に異常が発生しているのか特定することができる。

次に、本実施例によるセンサ等の異常の検出フローについて説明する。
図３および図４は、本実施例によるセンサ等の異常の検出フローを示したフローチャート図である。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９等の異常検出を行う条件が成立しているか否か判定する。例えば、内燃機関１の暖機が完了しているか否か判定する。
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１５へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を実施する。
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１３へ進む。
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量の指令値が変化したか否か判定す
る。

ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１２が異常であることを示すＡＦＭ異常フラグをセット（ＯＮ）する。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を実施する。
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ１１１では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ１１１で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１２へ進む。
ステップＳ１１２では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９に異常が発生していることを示すＡ／Ｆ異常フラグをセット（ＯＮ）する。

ステップＳ１１３では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１１４では、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁３に異常が発生していることを示すＭ−ＩＮＪ異常フラグをセット（ＯＮ）する。
ステップＳ１１５では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ１１５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１２０へ進む。
ステップＳ１１６では、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を実施する。

ステップＳ１１７では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１１７で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１１８へ進む。

ステップＳ１１８では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１１８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１９へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１１９では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８に異常が発生していることを示す排気温度センサ異常フラグをセット（ＯＮ）する。
ステップＳ１２０では、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を実施する。

ステップＳ１２１では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化し
たか否か判定する。
ステップＳ１２１で肯定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させ、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１２２へ進む。

ステップＳ１２２では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ１２２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１２３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１２３では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６に異常が発生していることを示す添加量異常フラグをセット（ＯＮ）する。
そして、何れのフラグがセットされているか特定することにより、空燃比センサ９、排気温度センサ８、エアフローメータ１２、燃料噴射弁３、および燃料添加弁１６の何れにおいて異常が発生しているのかを特定することができる。

次に、本実施例によるセンサ異常の検出フローの他の態様について説明する。
図５、図６および図７は、本実施例によるセンサ等の異常の検出フローの他の態様を示したフローチャート図である。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９等の異常検出を行う条件が成立しているか否か判定する。例えば、内燃機関１の暖機が完了しているか否か判定する。
ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したことを示すフラグ１をセット（ＯＮ）する。
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進む。
ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したことを示すフラグ２をセット（ＯＮ）する。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ１０は、リッチスパイク制御を実施する。
ステップＳ２０７では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０９へ進む。
ステップＳ２０８では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９の出力値が基準値から変化したことを示すフラグ３をセット（ＯＮ）する。

ステップＳ２０９では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ２０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１０へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１１へ進む。

ステップＳ２１０では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８の出力値が基準値から変化したことを示すフラグ４をセット（ＯＮ）する。
ステップＳ２１１では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したか否か判定する。

ステップＳ２１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１３へ進む。
ステップＳ２１２では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６の指令値が基準値から変化したことを示すフラグ５をセット（ＯＮ）する。

ステップＳ２１３では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量の指令値が基準値から変化したか否か判定する。
ステップＳ２１３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１５へ進む。

ステップＳ２１４では、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲガス量の指令値が基準値から変化したことを示すフラグ６をセット（ＯＮ）する。
ステップＳ２１５では、ＥＣＵ１０は、フラグ１、２、４、６がセット（ＯＮ）され、且つフラグ３がクリア（ＯＦＦ）されているか否か判定する。

ステップＳ２１５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１７へ進む。
ステップＳ２１６では、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１２が異常であることを示すＡＦＭ異常フラグをセット（ＯＮ）する。

ステップＳ２１７では、ＥＣＵ１０は、フラグ１、２、５がセット（ＯＮ）され、且つフラグ３、４、６がクリア（ＯＦＦ）されているか否か判定する。
ステップＳ２１７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１８へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２１９へ進む。

ステップＳ２１８では、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁３に異常が発生していることを示すＭ−ＩＮＪ異常フラグをセット（ＯＮ）する。
ステップＳ２１９では、ＥＣＵ１０は、フラグ１、４、５がセット（ＯＮ）され、且つフラグ２、３がクリア（ＯＦＦ）されているか否か判定する。

ステップＳ２１９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２２０へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２２１へ進む。
ステップＳ２２０では、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ９に異常が発生していることを示すＡ／Ｆ異常フラグをセット（ＯＮ）する。

ステップＳ２２１では、ＥＣＵ１０は、フラグ２、４がセット（ＯＮ）され、且つフラグ１、３、５がクリア（ＯＦＦ）されているか否か判定する。
ステップＳ２２１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２２２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２２３へ進む。

ステップＳ２２２では、ＥＣＵ１０は、排気温度センサ８に異常が発生していることを示す排気温度センサ異常フラグをセット（ＯＮ）する。
ステップＳ２２３では、ＥＣＵ１０は、フラグ５がセット（ＯＮ）され、且つフラグ１、２、３、４がクリア（ＯＦＦ）されているか否か判定する。

ステップＳ２２３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２２４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
ステップＳ２２４では、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６に異常が発生していることを示す添加量異常フラグをセット（ＯＮ）する。

そして、何れのフラグがセットされているか特定することにより、空燃比センサ９、排気温度センサ８、エアフローメータ１２、燃料噴射弁３、および燃料添加弁１６の何れにおいて異常が発生しているのかを特定することができる。

以上説明したように、本実施例によればリッチスパイク制御が行われていないときと、リッチスパイク制御が行われているときと、における空燃比センサ９の出力値、排気温度センサ８の出力値、エアフローメータ１２の出力値、燃料噴射弁３の指令値、燃料添加弁１６の指令値、ＥＧＲガス量の指令値と夫々の基準値との関係から、空燃比センサ９、排気温度センサ８、エアフローメータ１２、燃料噴射弁３、および燃料添加弁１６の何れにおいて異常が発生しているかを特定することができる。

なお、本実施例においては、空燃比センサ９に代えて上流側空燃比センサ１８の異常を検出するようにしても良い。また、排気温度センサ８に代えて上流側排気温度センサ１７の異常を検出するようにしても良い。

本実施例においては、２つの異なる方法により異常検出を行い両異常検出において異常が検出された場合に、真に異常が発生していると確定する。その他のハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。

まず、第１の異常検出方法として、空燃比センサ９および上流側空燃比センサ１８の夫々について実施例１で説明した異常検出を行う。次に、第２の異常検出方法として、特定の運転状態における空燃比センサ９の出力値と上流側空燃比センサ１８の出力値との差を求め、この差が予め定めておいた異常を示す値以上となっているか判定を行う。そして、第２の異常検出方法では、この差が予め定めておいた異常を示す値以上となっている場合に何れかのセンサに異常が発生しているとする。

最終的には、第２の異常検出方法により何れかのセンサに異常があると検出された場合に限り、第１の異常検出方法により異常とされたセンサに真に異常が発生しているとする。すなわち、両異常検出方法において異常が検出された場合以外は真に異常が発生しているか明らかではないので、異常判定を確定させず保留状態とする。

ここで、前記実施例で説明したように、空燃比センサ９および上流側空燃比センサ１８について夫々異常検出を行うことにより、夫々のセンサの異常を判定することができる。なお、前記実施例で説明したように、空燃比センサ９および上流側空燃比センサ１８の異常を検出するためには、燃料添加弁１６による燃料添加および燃料添加量のフィードバック制御は必要ない。

一方、特定の運転状態のときに、空燃比センサ９および上流側空燃比センサ１８から得られる排気の空燃比を比較することによりセンサの異常を検出することができる。すなわち、空燃比センサ９から得られる空燃比と上流側空燃比センサ１８から得られる空燃比との差が所定値以上の場合には、どちらかのセンサに異常が発生していると判定することが
できる。これは、空燃比センサに異常が発生するときには、複数の空燃比センサに同時に異常が発生することは稀であることによる。ここで、「特定の運転状態」は、排気の空燃比がリーンであり、且つ排気中の酸素濃度を低下させる燃料添加弁１６からの燃料添加や燃料噴射弁３による副噴射が行われていない状態であることが望ましい。すなわち、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒を通過すると、ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxおよび酸素が放出されて該フィルタ７よりも下流の排気の空燃比がストイキ近傍となり空燃比センサ９がこの影響を受けるためである。また、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒を通過すると、該ＮＯx触媒において燃料が反応し、やはり空燃比センサ９がこの影響を受けることがあるためである。

そして、実施例１で説明した異常検出において、空燃比センサ９若しくは上流側空燃比センサ１８に異常が検出された場合であっても直ぐには異常であると確定せず、さらに、両センサの出力値を比較した結果、どちらかのセンサに異常が発生しているとされた場合にのみ異常であるとの判定を確定させる。

このようにして、空燃比センサを複数備えている場合には、より正確に空燃比センサの異常検出を行うことが可能となる。
また、空燃比センサ９および上流側空燃比センサ１８について夫々前記実施例１で説明した異常判定を行い、一の空燃比センサのみ異常と判定された場合に、その空燃比センサ９が異常であるとの判定を確定し、複数の空燃比センサ９が異常であると判定された場合には、再度の異常判定を行うようにしても良い。このように、再度の異常判定を行うことにより、異常判定の精度を向上させることができる。

なお、本実施例においては、空燃比センサについて説明したが、これに代えて、排気温度センサの異常検出についても同様にして適用することができる。ここで、排気温度センサ８および上流側排気温度センサ１７の異常検出においての「特定の運転状態」は、排気の空燃比がリーンであり、且つ排気中の酸素濃度を低下させる燃料添加弁１６からの燃料添加や燃料噴射弁３による副噴射が行われていない状態であることが望ましい。すなわち、リッチ空燃比の排気がＮＯx触媒を通過すると、該ＮＯx触媒において燃料が反応して排気の温度が上昇し、排気温度センサ８がこの影響を受けることがあるためである。

実施例に係る内燃機関の異常検出装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。異常発生装置と状態値が基準値から変化する装置との関係を示した図である。実施例１によるセンサ等の異常の検出フローを示したフローチャート図である。実施例１によるセンサ等の異常の検出フローを示したフローチャート図である。実施例１によるセンサ等の異常の検出フローの他の態様を示したフローチャート図である。実施例１によるセンサ等の異常の検出フローの他の態様を示したフローチャート図である。実施例１によるセンサ等の異常の検出フローの他の態様を示したフローチャート図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３燃料噴射弁
４吸気通路
５吸気絞り弁
６排気通路
７パティキュレートフィルタ
８排気温度センサ
９空燃比センサ
１０ＥＣＵ
１１アクセル開度センサ
１２エアフローメータ
１３排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
１４排気再循環通路（ＥＧＲ通路）
１５流量調整弁（ＥＧＲ弁）
１６燃料添加弁
１７上流側排気温度センサ
１８上流側空燃比センサ

Claims

内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比に基づいて排気の空燃比が所定の空燃比となるようにフィードバック制御する排気空燃比フィードバック制御手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていなく且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第１運転状態のとき、および前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていて且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第２運転状態のときの夫々の運転状態において、排気の空燃比の変化に関係する複数の項目の状態値を夫々検出する状態値検出手段と、
前記第１運転状態において前記状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第１運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第１項目特定手段と、
前記第２運転状態において前記状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第２運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第２項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定される項目及び前記第２項目特定手段により特定される項目の組み合わせと、排気の空燃比の変化に関係する項目であって異常が発生しているか否かの検査の対象となる検査対象項目の中で実際に異常が発生している検査対象項目と、の関係を記憶しておき、前記第１項目特定手段により特定された項目と前記第２項目特定手段により特定された項目と前記関係とからどの検査対象項目が異常であるか否か特定する異常項目特定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記空燃比検出手段により検出される排気の空燃比に基づいて排気の空燃比が所定の空燃比となるようにフィードバック制御する排気空燃比フィードバック制御手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていなく且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第１運転状態のときにおいて、排気の空燃比の変化と関係する複数の項目の状態値を夫々検出する第１状態値検出手段と、
前記第１運転状態において前記第１状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第１運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第１項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定された項目が２つ以上あるときに、排気の空燃比を変動させる排気空燃比変動手段と、
前記排気空燃比変動手段により排気の空燃比を変動させた後であって、前記排気空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われていて且つ前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われている第２運転状態のときにおいて、排気の空燃比の変化と関係する複数の項目の状態値を夫々検出する第２状態値検出手段と、
前記第２運転状態において前記第２状態値検出手段により検出された夫々の項目の状態値が該第２運転状態において夫々の項目の状態値に対して設定された正常とされる値の範囲外である項目を特定する第２項目特定手段と、
前記第１項目特定手段により特定される項目及び前記第２項目特定手段により特定される項目の組み合わせと、排気の空燃比の変化と関係する項目であって異常が発生しているか否かの検査の対象となる検査対象項目の中で実際に異常が発生している検査対象項目と、の関係を記憶しておき、前記第１項目特定手段により特定された項目と前記第２項目特定手段により特定された項目と前記関係とからどの検査対象項目が異常であるか否か特定する異常項目特定手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記空燃比センサおよび前記排気温度センサよりも上流の排気通路へ燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から燃料が添加されているときであって前記空燃比センサにより検出される排気の空燃比が目標空燃比となるように前記燃料添加弁からの燃料添加量を変更する燃料添加量フィードバック制御手段と、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記吸入空気量検出装置により検出される新気量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているが前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われておらず、さらに前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であるか否か判定するリーン時空燃比差算出手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているが前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われておらず、さらに前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記排気温度センサ
により検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であるか否か判定するリーン時排気温度差算出手段と、
前記燃料添加弁から燃料の添加、前記空燃比センサにより検出される空燃比が基準リッチ空燃比となるように前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御、および前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているときの前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であるか否か判定するリッチ時排気温度差算出手段と、
を備え、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値未満であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記空燃比センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値未満であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記排気温度センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定され、さらに前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値未満であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記燃料噴射弁の噴射量に異常があると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定され、さらに前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記吸入空気量検出装置に異常があると特定することを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
内燃機関の排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
前記内燃機関に吸入される新気量を検出する吸入空気量検出装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気の温度を検出する排気温度センサと、
前記内燃機関の吸気系と排気系とを接続し排気の一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、
前記吸入空気量検出装置により検出される新気量が目標量となるように前記ＥＧＲ装置により還流される排気の量を変更する吸入空気量フィードバック制御手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われ、且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であるか否か判定するリーン時空燃比差算出手段と、
前記吸気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われ、且つ前記内燃機関が基準リーン空燃比を目標として運転されているときに、前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であるか否か判定するリーン時排気温度差算出手段と、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値
以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合に前記空燃比センサおよび前記排気温度センサよりも上流の排気通路へ燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁から燃料が添加されているときであって前記空燃比センサにより検出される排気の空燃比が基準リッチ空燃比となるように前記燃料添加弁からの燃料添加量を変更する燃料添加量フィードバック制御手段と、
前記燃料添加弁から燃料の添加、前記燃料添加量フィードバック制御手段によるフィードバック制御、および前記吸入空気量フィードバック制御手段によるフィードバック制御が行われているときの前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であるか否か判定するリッチ時排気温度差算出手段と、
を備え、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値以上であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値未満であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記空燃比センサに異常が発生していると特定し、
前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記基準リーン空燃比との差が第１所定値未満であると前記リーン時空燃比差算出手段により判定され、且つ前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第２所定値以上であると前記リーン時排気温度差算出手段により判定された場合には前記排気温度センサに異常が発生していると特定し、
前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値未満であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記燃料噴射弁の噴射量に異常があると特定し、
前記排気温度センサにより検出される排気温度とこのときの基準となる排気温度との差が第３所定値以上であると前記リッチ時排気温度差算出手段により判定された場合には前記吸入空気量検出装置に異常があると特定することを特徴とする内燃機関の異常検出装置。
前記空燃比センサを複数備え、一の空燃比センサに異常が発生していると判定された場合にその異常が発生しているとされた一の空燃比センサと他の空燃比センサとの検出値の差が所定値以上の場合に前記異常が発生しているとされた一の空燃比センサの異常判定を確定させる確定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の異常検出装置。