JPH09137717A - 内燃機関の２次空気供給装置における自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次空気供給装置の故障診断装置において、
診断時間の短縮化を図ると共に、診断による排気エミッ
ションの悪化を防止することを課題とする。 【解決手段】 Ｓ１では、エアポンプがＯＮであるか否
かを判定し、Ｓ２では、診断領域であるか否かを判定
し、Ｓ３では、酸素センサ出力が所定値未満であるか否
かを判定し、Ｓ４では、エアポンプＯＮによる２次空気
供給により得られた酸素センサのリーン出力分を積算
し、Ｓ５では、酸素センサのリーン出力分の積算開始
後、所定時間経過したか否かを判定し、酸素センサのリ
ーン出力分を積算した面積に基づいて２次空気供給装置
の故障を診断するべく、リーン面積が所定値以上である
か否かを判定する。そして、リーン面積が所定値以上で
あると判定されると、Ｓ７に進んで、２次空気供給装置
の正常判定を出力し、リーン面積が所定値未満であると
判定されると、Ｓ８に進んで、２次空気供給装置の異常
判定を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関において
所定運転状態で排気系に２次空気を供給して排気浄化を
行うための２次空気供給装置に関し、特に、２次空気供
給装置に適用される自己診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、車両用内燃機関において
は、排気浄化と燃費低減とを両立させる方法として、三
元触媒と酸素センサを用いて排気中の一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）、酸化窒素（ＮＯｘ）を同時に
酸化還元反応させて、この反応により排気を浄化する方
法が採用されている。

【０００３】この際、排気中の前記３成分を同時に効率
良く浄化するためには、常に理論空燃比の近傍にて内燃
機関を運転する必要があり、一般的には，酸素センサか
らの検出信号に基づいて、機関に供給する混合気の空燃
比Ａ／Ｆが理論空燃比に近づくように空燃比のクローズ
ドループ制御（空燃比フィードバック制御）を行ってい
る。

【０００４】かかる内燃機関においては，その特定運転
状態時、例えば冷却水温度の低い暖機時や減速運転時等
に触媒の浄化効率を向上（触媒の暖機性向上）を目的と
して、２次空気供給装置を作動させて、排気系に２次空
気を供給するようにしている。そして、このように２次
空気を供給する場合には、空燃比Ａ／Ｆをオープンルー
プ制御し、２次空気供給停止と同時に酸素センサによる
空燃比Ａ／Ｆのフィードバック制御を再開するのが通例
である。

【０００５】上述の空燃比制御技術では、２次空気供給
装置に何らかの故障が生じた場合、排気エミッションが
悪化する等の問題が発生する。このため、従来では、２
次空気供給装置の故障診断を行うための装置で提案され
ており、例えば、特開平５−２９６０３３号公報に開示
された技術が知られている。

【０００６】この２次空気供給装置の故障診断技術は、
内燃機関の運転状態が予め定めた所定状態以外のとき
に、空燃比のリッチクランプをかけて、排気系に２次空
気を所定時間供給する。そして、２次空気供給中におけ
る内燃機関への混合気の空燃比のリーン時間を求め、前
記２次空気供給時間に対するリーン時間の割合が所定値
以下のときに、２次空気供給装置が故障していると診断
する。

【０００７】即ち、２次空気の供給されない条件下で所
定時間２次空気が供給された場合、２次空気供給装置が
正常に作動していれば、２次空気供給時間に対する所定
割合より長い時間、空燃比がリーンとなるはずである。
そのため、２次空気供給時間に対するリーン時間の割合
をみれば、２次空気供給装置の作動状態が判明する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の２次空気供給装置の故障診断装置にあって
は、酸素センサが完全に活性化してから診断を行う必要
があるため、２次空気の必要ない暖機後にあえて２次空
気を導入しなければならず、診断時間が冗長になる。
又、自己診断制御のために空燃比のリッチクランプをか
ける必要があるため、排気エミッションが悪化するとい
う問題点もある。

【０００９】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、２次空気供給装置の故障診断装置において、
診断時間の短縮化を図ると共に、診断による排気エミッ
ションの悪化を防止することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、図１に示すように、機関の排気通路に介装し
た触媒と、該触媒の上流側に設けられて、排気の空燃比
を検出する空燃比検出手段と、空燃比検出手段で検出さ
れる空燃比を目標空燃比に近づけるべく空燃比の基本制
御値を空燃比フィードバック補正値により増減補正して
空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック
制御手段と、を備える一方、前記空燃比検出手段の上流
の排気通路に所定の運転条件にて２次空気を導入する２
次空気導入装置を備えてなる内燃機関において、機関の
冷機始動後の前記２次空気供給装置による２次空気供給
時に、前記空燃比検出手段の出力値をモニタするモニタ
手段と、前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて、
前記２次空気供給により得られた空燃比検出手段のリー
ン出力分を積算した面積に基づいて前記２次空気供給装
置の故障を診断する故障診断手段と、を含んで構成し
た。

【００１１】かかる請求項１に係る発明においては、機
関の冷機始動後の２次空気供給装置による２次空気供給
時に、空燃比検出手段の出力値をモニタし、このモニタ
結果に基づいて、２次空気供給により得られた空燃比検
出手段のリーン出力分を積算した面積に基づいて２次空
気供給装置の故障を診断する。従って、冷機始動後の２
次空気供給時、活性化する前の空燃比検出手段のリーン
出力分を積算した面積に基づいて２次空気供給装置の故
障を診断する結果、診断時間の短縮化を図れ、早期診断
が可能となり、冷機時の２次空気供給制御中に診断を行
うため、従来の如くリッチクランプをかける必要もな
く、診断による排気エミッションの悪化を防止すること
ができる。

【００１２】請求項２に係る発明は、前記故障診断手段
を、前記２次空気供給により得られた空燃比検出手段の
リーン出力分を積算した面積と所定値とを比較する比較
手段と、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記
空燃比検出手段のリーン出力分を積算した面積が所定値
未満のときに２次空気供給装置の故障と判定する判定手
段と、を含んで構成した。

【００１３】かかる請求項２に係る発明においては、空
燃比検出手段のリーン出力分を積算した面積と所定値と
の比較結果に基づいて、前記空燃比検出手段のリーン出
力分を積算した面積が所定値未満のときに２次空気供給
装置の故障と診断できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図２は請求項１及び２に係る発明の
実施の形態共通のシステム図を示している。この図にお
いて、内燃機関１には、エアクリーナ２、吸気ダクト
３、スロットルチャンバ４及び吸気マニホールド５を介
して空気が吸入される。

【００１５】吸気ダクト３には、エアフローメータ６が
設けられており、吸入空気流量Ｑを検出する。スロット
ルチャンバ４には、図示しないアクセルペダルと連動す
るスロットルバルブ７が設けられており、吸入空気流量
Ｑを制御する。前記吸気マニホールド５には、各気筒毎
に電磁式の燃料噴射弁８が設けられており、図示してい
燃料ポンプから圧送されプレッシャレギュレータにより
所定の圧力に調整された燃料を機関１に噴射供給する。

【００１６】前記燃料噴射弁８による燃料噴射の制御
は、マイクロコンピュータ内蔵のコントロールユニット
９によって行われる。コントロールユニット９は、エア
フローメータ６により検出される吸入空気流量Ｑと、デ
ィストリビュータ１３に内蔵されたクランク角センサ１
０からの信号に基づいて算出される機関回転速度Ｎとか
ら、基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を演
算し、かかる基本燃料噴射量Ｔｐに対して各種の補正を
施すことで最終的な燃料噴射量Ｔｉを設定する。そし
て、この燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス巾の駆動パル
ス信号を機関回転に同期して燃料噴射弁８に出力するこ
とにより、燃料噴射弁８を前記燃料噴射量Ｔｉに対応す
る時間だけ間欠的に開弁させて機関１に所定量の燃料が
噴射供給される。

【００１７】ここで、前記基本燃料噴射量Ｔｐを補正す
る補正量としては、水温センサ１４により検出される機
関温度を代表する冷却水温度Ｔｗに基づく増量補正係数
等を含む各種補正係数ＣＯＥＦ、実際の空燃比を目標空
燃比（例えば理論空燃比）にフィードバック制御するた
めの空燃比フィードバック補正係数α、更に、バッテリ
電圧による燃料噴射弁８の無効噴射時間の変化を補正す
るための補正分Ｔｓ等がある。

【００１８】前記空燃比フィードバック補正係数αは、
排気通路２０に介装された空燃比検出手段としての酸素
センサ１９によって検出される排気中の酸素濃度に基づ
いて、実際の機関吸入混合気の目標空燃比に対するリッ
チ・リーンを判別し、実際の空燃比が目標空燃比に近づ
くように、例えば比例積分制御によって設定制御され
る。

【００１９】尚、酸素センサ１９の下流側排気通路２０
には、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを酸化還元して浄化
するための三元触媒１７が設けられていると共に、この
三元触媒１７の下流側にマフラ１８が備えられている。
機関１の各気筒には点火栓１１が設けられており、これ
らには点火コイル１２にて発生する高電圧がディストリ
ビュータ１３を介して順次印加され、これにより火花点
火して混合気を着火燃焼させる。ここで、点火コイル１
２はそれに付設されたパワートランジスタ１２ａを介し
て高電圧の発生時期を制御される。従って、点火時期
（点火進角値）ＡＤＶの制御は、パワートランジスタ１
２ａのＯＮ・ＯＦＦ時期をコントロールユニット９から
の点火信号で制御することにより行う。

【００２０】ここで、前記酸素センサ１９上流の排気通
路２０に２次空気を供給する２次空気供給管１６が連通
接続されており、電動式エアポンプ（以下単にエアポン
プ）２１から供給される２次空気がこの２次空気供給管
１６を介して排気通路２０に供給されるようになってい
る。前記エアポンプ２１は、コントロールユニット９か
らの指令によりＯＮ・ＯＦＦ制御され、これに応じて２
次空気の供給がＯＮ・ＯＦＦ制御されるようになってお
り、前記２次空気供給管１６、エアポンプ２１、コント
ロールユニット９によって２次空気供給装置が構成され
る。

【００２１】尚、２次空気供給装置として、排気通路２
０の脈動を利用して吸気ダクト１３から空気を直接吸引
する方式を用いても良い。ここで、図３のフローチャー
トに示すプログラムに従ってコントロールユニット９に
より行われる２次空気供給装置の故障診断制御を説明す
る。尚、本実施形態において、本発明の酸素センサの出
力値をモニタするモニタ手段と、モニタ手段によるモニ
タ結果に基づいて、２次空気供給により得られた酸素セ
ンサのリーン出力分を積算した面積に基づいて２次空気
供給装置の故障を診断する故障診断手段（比較手段、判
定手段）としての機能は、図３のフローチャートに示す
ように、コントロールユニット９がソフトウェア的に備
えている。

【００２２】図３のフローチャートにおいて、先ず、ス
テップ１（図では、Ｓ１と略記する。以下同様）では、
２次空気の供給をＯＮ・ＯＦＦ制御するエアポンプ２１
がＯＮであるか否かを判定し、ＯＮであれば、ステップ
２に進み、ＯＦＦであれば、再びステップ１に戻る。
尚、このエアポンプ２１の作動（ＯＮ）領域について
は、後述するが、概ね冷機始動後である。

【００２３】ステップ２では、診断領域であるか否かを
判定し、診断領域であれば、ステップ３に進み、診断領
域でなければ、再びステップ１に戻る。ステップ３で
は、酸素センサ１９の出力が所定値未満であるか否かを
判定し、所定値未満であれば、ステップ４に進み、所定
値以上であれば、ステップ１に戻る。

【００２４】ここで、酸素センサ１９の出力を所定値と
比較しているのは、空燃比フィードバック制御を行える
程に酸素センサ１９は活性していないが、２次空気の供
給によるリーン状態を検出できる程度にはなったことを
確認するためである。ステップ４では、エアポンプ２１
ＯＮによる２次空気供給により得られた酸素センサのリ
ーン出力分を積算する。

【００２５】ステップ５では、上記酸素センサのリーン
出力分の積算開始後、所定時間経過したか否かを判定
し、経過すれば、ステップ６に進み、経過していなけれ
ば、ステップ１に戻る。ステップ６では、酸素センサの
リーン出力分を積算した面積（以下リーン面積）に基づ
いて２次空気供給装置の故障を診断するべく、前記リー
ン面積が所定値以上であるか否かを判定する。

【００２６】リーン面積が所定値以上であると判定され
ると、これは２次空気供給装置の故障ではないから、ス
テップ７に進んで、２次空気供給装置の正常判定を出力
する。 又、リーン面積が所定値未満であると判定され
ると、これは２次空気供給装置の故障であるから、ステ
ップ８に進んで、２次空気供給装置の異常判定を出力す
る。

【００２７】ここで、エアポンプ２１の作動（ＯＮ）領
域について説明する。次の（１）〜（４）の条件が全て
成立したとき、エアポンプ２１の作動（ＯＮ）を行う。 （１）エンジン回転中かつスタータスイッチＯＦＦとな
ってからの時間がＴＡＰＯＮとなってから、ＴＡＰＯＦ
となるまでの区間である。 （２）始動時水温ＴＷＩＮＴが、ＴＷＩＮＴ≦ＴＷＡＰ
２である。

【００２８】但し、ＴＷＡＰ２は、エアポンプ駆動許可
始動時水温上限である。 （３）水温ＴＷＮが、ＴＷＮ＜ＴＷＡＰ３（ヒステリシ
ス−５０°Ｃ）である。そうでなければ、以後コントロ
ールユニット通電中はエアポンプＯＮとしない。 但し、ＴＷＡＰ３は、エアポンプ駆動許可水温上限であ
る。

【００２９】尚、この条件は、エアポンプは冷機時にＯ
Ｎされ、暖機後はＯＦＦされることによるものである。 （４）エアポンプ診断でＮＧ判定されていない。 以上の制御におけるエアポンプの作動（ＯＮ、ＯＦＦ）
と、酸素センサ出力と、酸素センサのリーン出力分の積
算開始後のタイマ計測との関係を図４に示してある。

【００３０】この図のように、診断領域であるタイマ計
測される所定時間の間に、酸素センサのリーン出力分の
積算を行い、図の斜線部で示すリーン面積が所定値以上
のときは２次空気供給装置が正常であると判定し、所定
値未満のときは２次空気供給装置が異常であると判定す
る。即ち、冷機始動後の酸素センサ活性化前に２次空気
を供給した場合、２次空気供給装置が正常であれば、酸
素センサのリーン出力分を積算した面積が所定値よりも
大きくなるはずである。

【００３１】そのため、酸素センサのリーン出力分を積
算した面積をみれば、２次空気供給装置の作動状態が判
明する。以上説明したように、機関の冷機始動後の２次
空気供給装置による２次空気供給時に、酸素センサ１９
の出力値をモニタし、このモニタ結果に基づいて、２次
空気供給により得られた酸素センサ１９のリーン出力分
を積算した面積に基づいて２次空気供給装置の故障を診
断する構成としたから、冷機始動後の２次空気供給時、
活性化する前の酸素センサ１９のリーン出力分を積算し
た面積に基づいて２次空気供給装置の故障を診断する結
果、診断時間の短縮化を図れ、早期診断が可能となる。

【００３２】又、冷機時の２次空気供給制御中に診断を
行うため、従来の如くリッチクランプをかける必要もな
く、診断による排気エミッションの悪化を防止すること
ができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、冷機始動後の２次空気供給時、活性化する
前の空燃比検出手段のリーン出力分を積算した面積に基
づいて２次空気供給装置の故障を診断する結果、診断時
間の短縮化を図れ、早期診断が可能となると共に、診断
による排気エミッションの悪化を防止することができ
る。

【００３４】請求項２の発明によれば、空燃比検出手段
のリーン出力分を積算した面積と所定値との比較結果に
基づいて、前記空燃比検出手段のリーン出力分を積算し
た面積が所定値未満のときに２次空気供給装置の故障と
診断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１に係る発明の構成図

【図２】 請求項１及び２に係る発明の実施形態の共通
のシステム図

【図３】 請求項１及び２に係る発明の実施形態の診断
内容を示すフローチャート

【図４】 同上の実施形態における制御タイムチャート

【符号の説明】

１ 内燃機関 ９ コントロールユニット １６ ２次空気供給管 １７ 三元触媒 １９ 酸素センサ ２０ 排気通路 ２１ エアポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気通路に介装した触媒と、該触媒
   の上流側に設けられて、排気の空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、空燃比検出手段で検出される空燃比を目標
   空燃比に近づけるべく空燃比の基本制御値を空燃比フィ
   ードバック補正値により増減補正して空燃比をフィード
   バック制御する空燃比フィードバック制御手段と、を備
   える一方、前記空燃比検出手段の上流の排気通路に所定
   の運転条件にて２次空気を導入する２次空気導入装置を
   備えてなる内燃機関において、 機関の冷機始動後の前記２次空気供給装置による２次空
   気供給時に、前記空燃比検出手段の出力値をモニタする
   モニタ手段と、 前記モニタ手段によるモニタ結果に基づいて、前記２次
   空気供給により得られた空燃比検出手段のリーン出力分
   を積算した面積に基づいて前記２次空気供給装置の故障
   を診断する故障診断手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の２次空気
   供給装置における自己診断装置。
2. 【請求項２】前記故障診断手段は、 前記２次空気供給により得られた空燃比検出手段のリー
   ン出力分を積算した面積と所定値とを比較する比較手段
   と、 前記比較手段による比較結果に基づいて、前記空燃比検
   出手段のリーン出力分を積算した面積が所定値未満のと
   きに２次空気供給装置の故障と判定する判定手段と、 を含んで構成したことを特徴とする請求項１に係る内燃
   機関の２次空気供給装置における自己診断装置。