JP4462419B2 - エンジン排気系の異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジン排気系の異常検出装置に係わり、特に、エンジン排気系の漏れ等を検出するエンジン排気系の異常検出装置に関する。

近年、自動車等の排気ガスに関する規制は、益々強化される傾向にあり、排気ガスを浄化するために三元触媒等の装置が広く採用されている。自動車にこれらの排気ガス浄化装置が備えられていたとしても、エンジンの排気系に漏れ等の異常がある場合には、それらの浄化装置を通過しない排気ガスが大気に放出されることになるので、所期の目的を達成することはできない。そこで、エンジン排気系の漏れ等の異常を検出する異常検出装置の必要性が高くなっている。

特開２００２−３１７６７８号公報には、内燃機関の排気系異常検出装置が記載されている。この異常検出装置では、排気系の異常の有無を検出する際に、理論空燃比よりもリッチな混合気を強制的にエンジンに供給し、この時のエンジン排気中の酸素濃度をセンサにより測定する。このように、混合気を強制的にリッチにしたとき、センサにより測定される酸素濃度がリッチな混合気に対応した酸素濃度とならない場合には、エンジン排気系に異常があると判定される。

特開２００２−３１７６７８号公報

しかしながら、特開２００２−３１７６７８号公報に記載された異常検出装置では、異常検出を行う際に混合気を強制的にリッチにする必要があるため、この空燃比のリッチ化により燃料が浪費され、また、排気ガスの清浄性が悪化するという問題がある。さらに、混合気を強制的にリッチにすると、それにより一時的にエンジンの出力トルクが増大するので、トルクショックが発生し、自動車の乗り心地が悪化するという問題がある。
本発明は、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、異常を検出することができるエンジン排気系の異常検出装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、エンジンのシリンダ内で燃焼される混合気の空燃比に対応する量を検出するように、エンジン排気系に設けられると共にジルコニア素子を備えたセンサと、このセンサを、エンジン停止後、所定時間センサのジルコニア素子を加熱するヒーターへの通電を継続させるセンサ制御手段と、エンジン停止直前に、理論空燃比の混合気によってエンジンが運転されていた場合において、エンジン停止後、センサによって検出される空燃比に対応する量が、リーン空燃比に対応する所定の閾値に到達するまでの時間が所定時間よりも短い場合に、エンジン排気系の漏れ異常と判定する異常判定手段と、この異常判定手段が異常ありと判定すると警告を発する警告手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、混合気の空燃比に対応する量である酸素濃度等を検出するセンサが、センサ制御手段によって、エンジン停止後所定時間作動される。異常判定手段は、エンジン停止後、センサによって検出される空燃比に対応する量に基づいて、エンジン排気系における異常の有無を判定する。この異常判定手段が異常ありと判定した場合には、警告手段によって、例えば、エンジンを次に始動したとき、エンジン排気系に異常がある旨の警告が発せられる。
また、本発明においては、センサによって検出される空燃比に対応する量である酸素濃度等が、リーン空燃比に対応する所定の値に達するまでの時間によってエンジン排気系の異常を検出する。即ち、エンジン排気系に漏れ等の異常がある場合には、大気がエンジン排気系の出口以外からもエンジン排気系内に侵入するので、センサによって検出される値がリーン空燃比に対応する所定の値に達するまでの時間が短くなる。

このように構成された本発明によれば、エンジン排気系の異常を検出するために、エンジンに供給する混合気を一時的にリッチにする等、エンジンの運転状態を変更する必要がないので、燃料が浪費されたり、トルクショックを発生させたりすることなくエンジン排気系の異常を検出することができる。
また、本発明によれば、エンジンの運転状態を変更することなくエンジン排気系の異常を検出することができる。

さらに、本発明において、好ましくは、異常判定手段は、エンジン停止時にセンサによって検出された空燃比に対応する量に、所定の値を加えることによって、所定の閾値を決定する。
このように構成された本発明によれば、エンジン停止時の空燃比に対応する量に応じて閾値が設定されるので、異常の有無の判定結果に対するエンジン停止時の空燃比のバラツキによる影響を少なくすることができる。

また、本発明において、好ましくは、異常判定手段は、エンジン停止時にエンジンのシリンダ内に吸入される空気量を増加させる。
このように構成された本発明においては、エンジン停止時にシリンダ内に吸入される空気量が増加されるため、圧縮工程におけるクランクシャフトの回転に対する抵抗となる。このため、エンジン停止時にクランクシャフトの回転数は急激に低下する。
このように構成された本発明によれば、エンジン停止時にクランクシャフトの回転数が急激に低下して、シリンダ内に新たに吸入された空気が、排気系に設けられたセンサに到達する量が少なくなるので、新しい空気のセンサ測定値に対する影響が少なくなる。このため、より正確にエンジン排気系の異常の有無を判定することができる。

本発明のエンジン排気系の異常検出装置によれば、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、エンジン排気系の異常を検出することができる。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を備えたエンジンの概略断面図である。ここでは、４気筒直噴ガソリンエンジンに本実施形態のエンジン排気系の異常検出装置を適用した場合について説明する。図１に示すように、エンジン１は、上方に燃焼室２を構成するシリンダ３と、このシリンダ３内で往復運動するピストン４と、このピストン４に連結されたコネクティングロッド６と、このコネクティングロッド６に連結されたクランクシャフト８と、を有する。さらに、エンジン１は、燃焼室２に開口した吸気ポート１０と、この吸気ポート１０を開閉する吸気弁１２と、吸気ポート１０に接続された吸気マニホールド１４と、吸気マニホールド１４を介して吸気ポート１０から導入される空気量を調整するスロットル弁１６と、導入される空気量を測定するエアフローセンサ１８と、を有する。また、吸気弁１２は、可変動弁機構１２ａによって開閉されるように構成されている。

また、エンジン１は、燃焼室２に開口した排気ポート２０と、この排気ポート２０を開閉する排気弁２２と、排気ポート２０に接続された排気マニホールド２４と、この排気マニホールド２４に接続された排気管２６と、を有する。また、排気弁２２は、可変動弁機構２２ａによって開閉されるように構成されている。さらに、排気マニホールド２４の、各シリンダ３（１つのみ図示）からの排気が集合された部分には、センサであるリニアＯ₂センサ２８が設けられている。また、排気管２６の途中には触媒コンバータ３０が設けられ、この触媒コンバータ３０の下流側の排気管２６には、ラムダＯ₂センサ３２が設けられている。なお、排気ポート２０、排気マニホールド２４、排気管２６、及び触媒コンバータ３０は、エンジン１の排気系を構成する。

また、エンジン１は、燃焼室２内に燃料を噴射するインジェクタ３４と、このインジェクタ３４に燃料を送り込む高圧ポンプ３６と、燃料を燃料タンク（図示せず）から高圧ポンプ３６に送り込む燃料供給系３８と、を有する。さらに、エンジン１は、燃焼室２内の混合気に点火する点火プラグ４０と、この点火プラグ４０に接続された点火回路４２と、を有する。

さらに、エンジン１は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４４を有し、エンジン制御ユニット４４は、エンジン回転数センサ４６、アクセル開度センサ４８、エアフローセンサ１８、リニアＯ₂センサ２８、ラムダＯ₂センサ３２等の検出信号に基づいて、エンジンの作動を制御する。また、エンジン制御ユニット４４は、エンジン排気系の異常を検出するために、リニアＯ₂センサ２８を制御するセンサ制御手段であるリニアＯ₂センサ制御部５０と、リニアＯ₂センサ２８の出力信号に基づいて、エンジン排気系の異常の有無を判定する異常判定手段５２と、を内蔵している。さらに、エンジン１は、異常判定手段５２がエンジン排気系に異常ありと判定すると、その旨を使用者に警告する警告手段５４を有する。なお、エンジン１において、リニアＯ₂センサ２８、リニアＯ₂センサ制御部５０、異常判定手段５２、及び警告手段５４は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を構成する。

エンジン制御ユニット４４は、アクセル開度センサ４８によって測定されたアクセル開度に基づいて、スロットル弁１６を開閉させるように構成されている。スロットル弁１６の開閉により増減される吸入空気量は、エアフローセンサ１８によって測定され、測定された信号はエンジン制御ユニット４４に送られる。スロットル弁１６を通って吸入された空気は、吸気マニホールド１４の入口端に形成されたサージタンク１４ａを通って吸気マニホールド１４に入り、吸気マニホールド１４で４つに分岐されて各シリンダ３（１つのみ図示）に導入されるように構成されている。

各燃焼室２（１つのみ図示）内で燃焼された排気ガスは、各燃焼室２の排気ポート２０に接続された排気マニホールド２４の各入口端から排気マニホールド２４に入り、排気マニホールド２４内で合流されて、排気管２６に導かれるように構成されている。リニアＯ₂センサ２８は、排気マニホールド２４の合流部よりも下流の部分に配置されており、排気マニホールド２４内を流れる排気ガス中の酸素濃度を測定するように構成されている。リニアＯ₂センサ２８は、ジルコニア素子（図示せず）をヒーター（図示せず）によって加熱して所定温度に維持し、排気ガス中の酸素濃度に応じた起電力を発生させるように構成されている。リニアＯ₂センサ２８の出力信号は、排気ガス中の酸素濃度にほぼ比例し、エンジン制御ユニット４４に送られてエンジン制御及びエンジン排気系の異常検出に使用される。

排気マニホールド２４を通過した排気ガスは、排気管２６に入り、排気管２６の途中に配置された触媒コンバータ３０で浄化されて大気に放出されるように構成されている。触媒コンバータ３０は、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを浄化する三元触媒を、排気浄化用触媒として備えている。

ラムダＯ₂センサ３２は、触媒コンバータ３０の下流の排気管２６に設けられており、触媒コンバータ３０によって浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出するように構成されている。ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、所定の酸素濃度を境に急激に変化するように構成されている。即ち、ラムダＯ₂センサ３２は、理論空燃比よりもリッチな混合気を燃焼させた場合に生成される排気ガスの酸素濃度では、約１ボルトの電圧を出力し、理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させた場合に生成される排気ガスの酸素濃度では、約０ボルトの電圧を出力するように構成されている。従って、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号により、シリンダ３に供給されている混合気が、理論空燃比に対してリッチであるか、リーンであるかを判別することができる。

次に、エンジン１の作用を説明する。まず、エンジン１のアイドリング状態において、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏むと、アクセルペダルの動きをアクセル開度センサ４８が検出して、エンジン制御ユニット４４に信号を送る。アクセル開度センサ４８からの信号を受けると、エンジン制御ユニット４４は、開度を大きくする方向にスロットル弁１６を作動させる。吸気弁１２の可変動弁機構２２ａは、吸気工程となる所定のタイミングで、吸気弁１２を開放する。吸気工程では、ピストン４がシリンダ３内で下降し、吸気弁１２の開放により、スロットル弁１６を介して空気がシリンダ３の中に導入される。スロットル弁１６を通過した空気の量は、エアフローセンサ１８によって検出され、エンジン制御ユニット４４に送られる。

また、吸気工程において、燃料供給系３８、高圧ポンプ３６、及びインジェクタ３４を介して、燃料がシリンダ３内に噴射される。通常運転時においては、インジェクタ３４によって噴射される燃料の量は、シリンダ３内の混合気が理論空燃比である１４．７になるように、エンジン制御ユニット４４によって制御される。クランクシャフト８が回転してピストン４が上昇に転じると、吸気工程から圧縮工程に移り、点火回路４２が所定のタイミングで点火プラグ４０に火花を発生させ、燃焼室２内の混合気を燃焼させる。

混合気が燃焼される燃焼行程では、燃焼室２内の混合気が燃焼により膨張して、ピストン４を押し下げ、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト８に回転力を作用させる。クランクシャフト８が回転してピストン４が上昇に転じると、燃焼工程から排気工程に移り、排気工程では、所定のタイミングで排気弁の可変動弁機構２２ａが排気弁２２を開放させる。排気弁２２が開放されると、燃焼室２内での混合気の燃焼によって生成された排気ガスが、排気ポート２０を介して排気マニホールド２４に排出される。排気マニホールド２４内を流れる排気ガス中の酸素濃度は、リニアＯ₂センサ２８によって測定され、出力信号がエンジン制御ユニット４４に送られる。

シリンダ３内にリーン混合気、即ち、理論空燃比よりも燃料が少ない混合気が吸入されていた場合には、燃焼によって消費される酸素量が少ないので、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は高くなる。逆に、シリンダ３内にリッチ混合気が吸入されていた場合には、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は低くなる。従って、排気ガス中の酸素濃度は、エンジンのシリンダ３内で燃焼される混合気の空燃比に対応した量となる。

排気マニホールド２４を通過した排気ガスは、排気管２６の途中に設けられた触媒コンバータ３０に入り、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘが除去され、浄化されて、大気に放出される。触媒コンバータ３０を通過した排気ガス中の酸素濃度は、ラムダＯ₂センサ３２によって検出される。ラムダＯ₂センサ３２の検出信号は、エンジン制御ユニット４４に入力される。ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、シリンダ３内にリッチ混合気が吸入されていた場合には、酸素濃度が低いので約１ボルトとなり、シリンダ３内にリーン混合気が吸入されていた場合には、酸素濃度が高いので約０ボルトになる。従って、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号は、シリンダ３内に理論空燃比の混合気が吸入されていた場合を境界に、ほぼ二値的に変化する。

図２は、点火プラグ４０による点火のタイミングと、リニアＯ₂センサ２８付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフである。上記の説明では、エンジン１の単一のシリンダ３における各工程を説明したが、エンジン１は４気筒であるため、クランクシャフト８が２回転する間に、各気筒で１回ずつ合計４回の燃焼行程が所定の順序で行われる。

図２の上段のグラフは点火信号を示しており、４つのパルス波が、各気筒の点火に対応している。図２の中段のグラフは、リニアＯ₂センサ２８付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフであり、各気筒の点火と同期して圧力が変動していることがわかる。図２に示した圧力変動のグラフは、エンジン１を低負荷、低回転で運転した場合のものであり、この場合には、排気管内の圧力が、大気圧よりも低い負圧になる瞬間があることがわかる。また、エンジン１を高負荷、高回転で運転した場合には、排気管内の圧力は全体に高くなり、負圧となる瞬間も存在しなくなる。図２の下段のグラフは、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度を示すグラフであり、エンジン排気系に異常がない場合には、クランクシャフト８の回転角にかかわらずほぼ一定値となる。

次に、エンジン制御ユニット４４による空燃比の制御作用を説明する。エンジン回転数センサ４６で測定されたエンジン回転数、アクセル開度センサ４８で測定されたアクセル開度、エアフローセンサ１８で測定された吸入空気量、及びリニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２で測定された酸素濃度の各信号は、エンジン制御ユニット４４に入力される。エンジン制御ユニット４４は、エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量等の情報に基づいて、負荷及び回転数等のエンジンの運転状態を判断し、各運転状態について予め決められている基準燃料噴射量を求める。次に、エンジン制御ユニット４４は、リニアＯ₂センサ２８及びラムダＯ₂センサ３２で測定された酸素濃度等に基づいて、基準燃料噴射量を補正して実際の燃料噴射量を決定する。エンジン制御ユニット４４は、決定された燃料噴射量に基づいてインジェクタ３４に信号を送り、所定量の燃料をシリンダ３内に噴射させる。

次に、図３を参照して、燃料噴射量の補正手順を説明する。図３は、燃料噴射量の補正量を算出する手順を示すブロック図である。まず、図３のステップＳ１において、エンジン制御ユニット４４は、エンジンの運転状態に応じて適切な目標空燃比を設定する。この目標空燃比は、通常の走行状態においては、理論空燃比である１４．７に設定され、高負荷、高回転状態でエンジンが運転されている場合には、理論空燃比よりもリッチな値に設定される。また、減速時、上述した高回転状態よりも更に回転数が高い状態でエンジンが運転されている場合には燃料噴射がカットされる。次に、設定された目標空燃比は、ステップＳ２において、ラムダＯ₂センサ３２の出力等に基づいて補正される。この補正については後述する。ステップＳ３では、ステップＳ２で補正された目標空燃比と、リニアＯ₂センサ２８の出力信号に基づいて求められた実際の混合気の空燃比の偏差が計算される。次いで、ステップＳ４では、ステップＳ３で求めた空燃比の偏差に基づいて、基準燃料噴射量を補正すべき量（フロントＦ／Ｂ補正量）が計算される。

一方、ステップＳ５においては、ステップＳ４で計算された補正量が、エンジンの運転状態毎に所定回数分平均され、各運転状態毎の平均値は、ステップＳ６において運転状態毎に学習値としてメモリ（図示せず）に記憶される。この運転状態毎の学習値は、次に基準燃料噴射量を決定するときに加味され、次に燃料噴射量を決定する際には、学習値を加味した燃料噴射量が、その運転状態における基準燃料噴射量として採用される。即ち、学習値を加味して基準燃料噴射量を決定することにより、補正前の基準燃料噴射量によって得られる空燃比が、目標空燃比に近づくので、ステップＳ４において計算される補正量は減少する。

次に、ラムダＯ₂センサ３２による補正を説明する。まず、ステップＳ８において、ラムダＯ₂センサ３２の出力信号と、ステップＳ７で設定される理論空燃比である目標空燃比に対応する信号が比較される。ステップＳ９では、ステップＳ８における比較結果に基づいて、先に説明したステップＳ２において目標空燃比を補正する補正量（リヤＦ／Ｂ補正量）が計算される。即ち、ステップＳ８において、ラムダＯ₂センサ３２によって測定された空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判定された場合には、従前のリヤＦ／Ｂ補正量を所定量増加させた量を新たなリヤＦ／Ｂ補正量とする。また、ステップＳ８において、リッチであると判定された場合には、従前のリヤＦ／Ｂ補正量を所定量減少させた量を新たなリヤＦ／Ｂ補正量とする。ステップＳ１０においては、ステップＳ９で計算された補正量が、エンジンの運転状態毎に所定回数分平均され、各運転状態毎の平均値は、ステップＳ１１において運転状態毎に学習値としてメモリ（図示せず）に記憶される。

次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を示すアルゴリズムであり、図５は、その検出原理を説明するグラフである。

本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置による異常検出は、エンジン１を停止させる際に実行される。エンジン１を搭載した車両が停車され、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＦＦにされると、図４に示す異常検出アルゴリズムが起動される。なお、通常の車両では、イグニッションスイッチ（図示せず）がＯＦＦにされると、エンジン制御ユニット４４の電源もＯＦＦにされるが、本実施形態のエンジン排気系の異常検出装置を搭載した車両では、イグニッションスイッチがＯＦＦにされた後も、所定時間、エンジン制御ユニット４４への通電が継続される。

まず、図４のステップＳ４１において、エンジン制御ユニット４４の異常判定手段５２によって、エンジン排気系の異常を検出することができる条件が成立しているか否かが判断される。具体的には、（１）エンジン冷却水の水温、（２）車速、（３）燃料カット状態の運転を終えた後、所定時間が経過しているか、及び（４）燃料増量状態の運転を終えた後、所定時間が経過しているか、の条件に基づいて判断される。

エンジン冷却水の水温は、エンジン冷却水の水温計（図示せず）により測定され、エンジン制御ユニット４４に入力される。エンジン冷却水の温度が所定温度以下の場合には、エンジン排気系の異常検出を行う条件を満たしていないと判断される。本実施形態においては、エンジン冷却水の温度が８０゜Ｃ以下の場合には、エンジン排気系の異常検出を行う条件を満たしていないと判断される。また、車速は、車両に搭載された車速計（図示せず）によって測定され、車速がゼロ、即ち、停車していない場合には、エンジン排気系の異常検出を行う条件を満たしていないと判断される。

また、燃料カット状態の運転を終えた後、又は燃料増量状態の運転を終えた後、所定時間が経過しているかについては、エンジン制御ユニット４４のメモリ（図示せず）に記憶されている、エンジン制御の履歴に基づいて判断される。本実施形態においては、燃料カット状態の運転を終えた後、又は燃料増量状態の運転を終えた後、５秒以上経過していない場合には、エンジン排気系の異常検出を行う条件を満たしていないと判断される。この条件は、エンジン停止の直前において、理論空燃比の混合気によってエンジンが運転されていた場合に、エンジン排気系の異常検出が行われるようにするために設定されている。
以上の条件の何れかが満足されていない場合には、図４のアルゴリズムの処理を終了し、エンジン制御ユニット４４への通電がＯＦＦにされる。

ステップＳ４１の条件が全て満足されている場合には、ステップＳ４２の処理に移行する。ステップＳ４２では、エンジン制御ユニット４４の異常判定手段５２は、スロットル弁１６に信号を送り、スロットル弁１６を全開にする。イグニッションスイッチがＯＦＦにされた後スロットル弁１６が全開にされると、惰力によって回転しているエンジン１の吸気ポート１０から多量の空気が吸入されるので、吸入工程の後、圧縮工程に移行したピストン４には大きな空気圧が作用し、クランクシャフト８の回転が抑制される。

次に、ステップＳ４３では、エンジン制御ユニット４４のリニアＯ₂センサ制御部５０によって、リニアＯ₂センサ２８の作動が継続される（エンジン１の運転中もリニアＯ₂センサ２８は作動されている）。具体的には、リニアＯ₂センサ２８を構成するジルコニア素子（図示せず）を加熱するヒーター（図示せず）への通電を継続し、イグニッションスイッチＯＦＦ後もリニアＯ₂センサ２８によって酸素濃度が測定できるようにする。

イグニッションスイッチＯＦＦ後、惰力により回転されるクランクシャフト８の回転数は、急速に低下する。クランクシャフト８の回転数は、エンジン回転数センサ４６によって測定され、エンジン制御ユニット４４に入力される。本実施形態において、エンジン制御ユニット４４の異常判定手段５２は、回転数が３００ｒｐｍ以下になると、エンジン停止と判断する。ステップＳ４４では、エンジン１停止と判断された時点におけるリニアＯ₂センサ２８の出力値をメモリ（図示せず）に記憶する。エンジン停止直後にリニアＯ₂センサ２８によって測定される初期酸素濃度は、ステップＳ４１の条件が満たされているため、理論空燃比の混合気が燃焼されている場合の酸素濃度にほぼ一致する。さらに、異常判定手段５２は、この初期酸素濃度よりも濃度が所定量高い酸素濃度を閾値として設定する。

図５に示すように、エンジン停止後、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は、大気中の酸素が拡散して排気管２６内に次第に侵入するので、時間の経過と共に高くなる。従って、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度は、理論空燃比よりもリーンな混合気を燃焼させた場合と同様に変化する。ステップＳ４５では、異常判定手段５２は、リニアＯ₂センサ２８によって時々刻々測定される酸素濃度を、ステップＳ４４で設定した酸素濃度の閾値と比較する。本実施形態においては、異常判定手段５２は、酸素濃度を４ｍｓｅｃ毎に閾値と比較している。また、設定される酸素濃度の閾値は、エンジン停止時に測定された初期酸素濃度が、理論空燃比である空燃比１４．７の混合気が燃焼された場合の酸素濃度に等しい場合には、空燃比約１８の混合気を燃焼させた排気ガスに対応した酸素濃度に設定される。異常判定手段５２は、リニアＯ₂センサ２８によって時々刻々測定された酸素濃度が閾値に到達するまでの時間を測定する。さらに、酸素濃度が閾値に到達すると、異常判定手段５２はリニアＯ₂センサ制御部５０に信号を送り、リニアＯ₂センサ２８への通電を終了させる。

エンジン排気系に異常がない場合には、大気に開放されている排気管２６の出口のみから空気中の酸素が拡散することによって酸素濃度が上昇する。この場合には、リニアＯ₂センサ２８によって測定される酸素濃度が、酸素濃度の閾値に到達するまでの時間は約１分である。これに対して、エンジン排気系に異常がある場合には、排気管２６の出口以外から侵入した酸素によっても酸素濃度が上昇するので、酸素濃度は速く上昇し、酸素濃度は、１０秒程度で閾値に到達する。本実施形態のエンジン排気系の異常検出装置では、この差を利用してエンジン排気系の異常を検出している。

ステップＳ４６では、異常判定手段５２は、ステップＳ４５で測定された酸素濃度が閾値に到達するまでの経過時間と、所定の経過時間閾値とを比較する。経過時間が所定の経過時間閾値よりも短い場合にはステップＳ４７へ進み、長い場合にはステップＳ４８へ進む。本実施形態においては、経過時間閾値は、２０秒に設定されている。この経過時間閾値は、約２０〜３０秒に設定するのが良く、また、適用するエンジンの排気系の構造に合わせて適宜変更することができる。

ステップＳ４７において、異常判定手段５２は、エンジン排気系に異常ありと判定し、その旨を示す故障情報をエンジン制御ユニット４４のメモリ（図示せず）に記憶させ、１回の異常検出処理を終了する。一方、ステップＳ４８においては、異常判定手段５２は、エンジン排気系に異常なしと判定し、正常情報をメモリ（図示せず）に記憶させ、１回の異常検出処理を終了する。メモリ（図示せず）に故障情報が記憶されている場合には、警告手段５４によって、運転者がイグニッションスイッチを次回ＯＮにしたとき、エンジン排気系に異常があることが運転席の表示パネル（図示せず）に表示され、エンジン排気系の異常が運転者に報知される。

本発明の実施形態のエンジン排気系の異常検出装置によれば、検出のためにエンジンの運転状態を変更することなく、エアの吸い込み、排気漏れ等のエンジン排気系の異常を検出することができる。
また、上述した実施形態では、エンジン停止時の酸素濃度を測定し、この酸素濃度に基づいて酸素濃度の閾値を設定しているので、エンジン停止直前の混合気の空燃比により、異常検出の結果が影響を受けることがない。

さらに、上述した実施形態では、エンジン停止時にスロットル弁を開き、イグニッションスイッチＯＦＦ後のクランクシャフトの回転を抑制しているので、イグニッションスイッチＯＦＦ後に導入される新しい空気によるリニアＯ₂センサの測定値への影響を抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態では、本発明のエンジン排気系の異常検出装置をガソリンエンジンに適用していたが、本発明は、ディーゼルエンジン等、種々のエンジンに適用することができる。

また、上述した実施形態では、酸素濃度が所定の閾値に到達するまでの経過時間により、異常の有無を判定していたが、変形例として、酸素濃度等の空燃比に対応する量が、リーン空燃比に対応する値に変化する際の所定時間当たりの変化量、例えば、図５の酸素濃度のグラフの傾きに基づいて異常の有無を判定することもできる。

さらに、上述した実施形態では、酸素濃度が所定の閾値に到達するまでの経過時間を測定し、その経過時間を経過時間閾値と比較することにより、異常の有無を判定していたが、変形例として、酸素濃度等の空燃比に対応する量が、所定の経過時間閾値内で閾値に到達したか否かに基づいて異常の有無を判定することもできる。この構成によれば、イグニッションスイッチＯＦＦの後、所定の経過時間内に必ず酸素濃度等の測定を終了させ、リニアＯ₂センサ等の作動を停止させることができる。

また、上述した実施形態では、エンジン停止時の酸素濃度に基づいて、酸素濃度の閾値を設定していたが、酸素濃度の閾値は、一定の値に予め設定しておいても良い。エンジン停止時の酸素濃度は、理論空燃比の混合気に対応した酸素濃度に概ね等しいので、この構成によってもエンジン排気系の異常の有無を検出することができる。

さらに、上述した実施形態では、クランクシャフトの回転数が３００ｒｐｍ以下になった瞬間をエンジン停止と判断し、この時点の酸素濃度を基準に異常の有無を判定しているが、イグニッションスイッチＯＦＦ時等、他の時点を基準に異常の有無を判定しても良い。なお、本明細書において、エンジン停止とは、イグニッションスイッチをＯＦＦにした時点近傍を意味するものとする。

本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置を備えたエンジンの概略断面図である。 点火プラグによる点火のタイミングと、リニアＯ₂センサ付近の排気ガスの圧力変動を示すグラフである。 燃料噴射量の補正量を算出する手順を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の作用を示すアルゴリズムである。 本発明の実施形態によるエンジン排気系の異常検出装置の検出原理を説明するグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室
３ シリンダ
４ ピストン
６ コネクティングロッド
８ クランクシャフト
１０ 吸気ポート
１２ 吸気弁
１２ａ 可変動弁機構
１４ 吸気マニホールド
１６ スロットル弁
１８ エアフローセンサ
２０ 排気ポート
２２ 排気弁
２２ａ 可変動弁機構
２４ 排気マニホールド
２６ 排気管
２８ リニアＯ₂センサ
３０ 触媒コンバータ
３２ ラムダＯ₂センサ
３４ インジェクタ
３６ 高圧ポンプ
３８ 燃料供給系
４０ 点火プラグ
４２ 点火回路
４４ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
４６ エンジン回転数センサ
４８ アクセル開度センサ
５０ リニアＯ₂センサ制御部
５２ 異常判定手段
５４ 警告手段

Claims (3)

1. エンジンのシリンダ内で燃焼される混合気の空燃比に対応する量を検出するように、エンジン排気系に設けられると共にジルコニア素子を備えたセンサと、
   このセンサを、エンジン停止後、所定時間上記センサのジルコニア素子を加熱するヒーターへの通電を継続させるセンサ制御手段と、
   エンジン停止直前に、理論空燃比の混合気によってエンジンが運転されていた場合において、エンジン停止後、上記センサによって検出される空燃比に対応する量が、リーン空燃比に対応する所定の閾値に到達するまでの時間が所定時間よりも短い場合に、上記エンジン排気系の漏れ異常と判定する異常判定手段と、
   この異常判定手段が異常ありと判定すると警告を発する警告手段と、
   を有することを特徴とするエンジン排気系の異常検出装置。
2. 上記異常判定手段は、エンジン停止時に上記センサによって検出された空燃比に対応する量に、所定の値を加えることによって、上記所定の閾値を決定する請求項１記載のエンジン排気系の異常検出装置。
3. 上記異常判定手段は、エンジン停止時に上記エンジンのシリンダ内に吸入される空気量を増加させる請求項１又は２に記載のエンジン排気系の異常検出装置。

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