JPH09324683A - 内燃機関におけるＮＯｘ濃度推定装置及び排気還流装置の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関のＥＧＲ装置の故障の有無を精度良く
診断する。 【解決手段】ＥＧＲ制御条件を含む各種条件の成立時
(Ｓ51〜Ｓ57) に、第２の空燃比補正量ＰＨＯＳによっ
てＮＯｘ濃度を推定し、該推定値が現在の運転領域に対
応する所定値以上のときにＥＧＲをカットし (Ｓ58〜Ｓ
61) 、その後、同様にＰＨＯＳからＥＧＲカット時のＮ
Ｏｘ濃度を推定し (Ｓ62〜Ｓ65) 、同一運転領域でのＥ
ＧＲ中とＥＧＲカット中とのＮＯｘ濃度推定値の偏差を
算出して該偏差が、運転領域に対応した基準値以下のと
きにＥＧＲ装置が故障と判定する(Ｓ67→Ｓ69) 。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気中のＮ
Ｏｘ (窒素酸化物) 濃度を推定する技術及び排気還流
（ＥＧＲ）装置の故障を診断する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用内燃機関は、排気通路と吸気通路
とを結ぶＥＧＲガス通路を介してＥＧＲ制御弁により制
御された流量の排気を吸気系に還流し、燃焼温度を低減
することによってＮＯｘ排出量を低減するＥＧＲ装置を
備えている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記ＥＧＲ装置の故障
診断技術としては、ＥＧＲ制御弁のリフト量、ＥＧＲガ
ス通路中の圧力損失、吸気負圧あるいは吸気負圧の変
化、ＥＧＲガス温度等の測定を介してＥＧＲ流量を測定
して目標値との相違により故障を診断するもの、また、
ＥＧＲの有無により機関のシリンダ内の燃焼圧力の変動
率が相違するか否かで故障を診断するものがある (特開
平６−２８８３０３号等参照) 。

【０００４】上記のものでは、検出値がＥＧＲの故障に
よって引き起こされるＮＯｘ排出量と相関を持たない場
合もあるので、単にＥＧＲ故障時はＮＯｘ増加をもたら
すといった定性的な判定を行うに留めるか、あるいは次
のように運転条件別等でより詳細な判定を行う工夫が必
要である。例えば、ＥＧＲ率一定に制御するシステムで
図９、図10に示すパターンの故障を発生した場合を考え
る。

【０００５】パターン１は、ＥＧＲガス通路が堆積物等
により詰まりを生じた場合であり、全運転領域にわたっ
て、詰まりによる圧力損失分だけＥＧＲ流量が減少す
る。パターン２は、ＥＧＲ制御弁内部に異物が入り込
み、弁が突き当たって、例えば大流量側で弁が開かず、
ＥＧＲ流量が減少する場合である。例えば、低負荷域で
は、元々ＮＯｘ濃度が低く、高負荷域で多量のＮＯｘを
排出するような特性を持つ機関では、同程度の故障であ
ってもパターン２の方を早期に故障と診断すべきである
のに対し、全運転領域で同程度のＮＯｘ濃度の機関で
は、パターン１，２とも同程度の故障レベルで故障と診
断すべきである。

【０００６】また、ＥＧＲ流量検出のみでＮＯｘの悪化
を検出しようとするものでは、運転領域毎にＮＯｘ排出
特性が異なる場合には、運転領域毎に故障判定レベルを
設定する必要がある。更に、ＥＧＲ流量が低下した場合
のＮＯｘ濃度は機関の点火時期にも影響されるので、Ｅ
ＧＲ流量検出のみでＮＯｘ排出量を推定するのは困難な
面があり工夫が必要なこと、更にはＮＯｘの悪化を黙認
してしまうのを防ぐため、少しでも流量低下したら故障
判定するなど、マージンの設定が必要となる場合もあ
り、好ましくない。

【０００７】また、ＮＯｘ濃度を検出するセンサを設
け、ＥＧＲの有無によるＮＯｘ濃度変化の有無によって
故障を診断するものがある (特開平５−３４０３１２号
公報参照) 。このものでは、上記の問題は解決される
が、専用のセンサを用いるのでコスト高となり、また、
信頼性の点でも不利である。

【０００８】一方、排気浄化触媒の上・下流側にそれぞ
れ空燃比センサを設けて空燃比を検出し、上流側で検出
された空燃比に基づいて算出された空燃比フィードバッ
ク補正係数 (空燃比制御補正量) を、前記触媒の下流側
で検出された空燃比に基づいて修正しつつ空燃比をフィ
ードバック制御する装置を備えたものがある (特開平３
−２１７６３６号公報等参照) 。

【０００９】本発明は、前記空燃比のフィードバック制
御装置を備えた機関において、前記課題を解決し、ＮＯ
ｘ濃度を直接検出するセンサを設けることなく、高精度
に推定できる技術を提供することを目的とする。また、
前記ＮＯｘ濃度の推定結果を利用して、ＥＧＲ装置の故
障診断を簡便でかつ高精度に行うことができる技術を提
供することを目的とする。

【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、排気通路に介装された排気浄化触媒の上流側
で検出された空燃比に基づいて算１された空燃比制御補
正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づい
て修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空燃
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
装置を備えた内燃機関において、前記空燃比制御補正量
の修正量に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を推定すること
を特徴とする。

【００１１】具体的には、図１に示すように、前記空燃
比フィードバック制御装置は、排気通路に介装された排
気浄化触媒の上・下流側にそれぞれ空燃比を検出する手
段と、上流側で検出された空燃比に基づいて空燃比制御
補正量を算出する手段と、前記触媒の下流側で検出され
た空燃比に基づいて修正する手段と、該修正された空燃
比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する
手段と、を備えて構成され、該空燃比フィードバック制
御装置によって前記触媒上流側の空燃比検出値に基づく
前記空燃比制御補正量を、触媒下流側の空燃比検出値に
基づいて修正したときの修正量に基づいて排気中のＮＯ
ｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段を備えている。

【００１２】作用・効果 即ち、前記排気浄化触媒によるＮＯｘの浄化により、Ｎ
Ｏｘ中のＯが分離されるため、下流側で検出された空燃
比は、上流側で検出された空燃比に比較して前記Ｏの分
離分だけリーン側に検出される。その結果、前記空燃比
制御補正量の修正量は前記Ｏの分離分と相関があり、該
Ｏの分離分はＮＯｘ濃度と相関があるから、前記修正量
はＮＯｘ濃度と相関があることになるので、該空燃比制
御補正量の修正量によってＮＯｘ濃度を推定することが
できる。

【００１３】また、請求項２に係る発明は、図２に示す
ように、排気通路に介装された排気浄化触媒の上流側で
検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御補正
量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて
修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比
をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装
置と、排気の一部を機関吸気系に還流させる排気還流装
置と、を備えた内燃機関において、機関運転領域を検出
する運転領域検出手段と、運転領域毎に前記排気還流装
置の故障診断用の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
前記空燃比制御補正量を修正する修正量に基づいて、Ｎ
Ｏｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、前記運転領
域検出手段で検出された運転領域毎に、前記排気還流装
置による排気還流の有無に応じた前記ＮＯｘ濃度推定手
段によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を算出するＮＯｘ
濃度偏差算出手段と、前記ＮＯｘ濃度偏差算出手段によ
り算出された運転領域毎のＮＯｘ濃度推定値相互の偏差
を、前記基準値記憶手段に記憶された対応する運転領域
の基準値と比較して、前記排気還流装置の故障を診断す
る故障診断手段と、を含んでいることを特徴とする。

【００１４】作用・効果 排気還流装置が故障していなければ、排気還流を行うと
きは、そのＮＯｘ低減機能により排気還流を行わないと
きに比較してＮＯｘ濃度は減少している。そこで、前記
したように、運転領域毎に排気還流の有無に応じてそれ
ぞれ空燃比制御補正量の修正量からＮＯｘ濃度を推定
し、これらＮＯｘ濃度推定値相互の偏差に基づいて排気
還流装置の故障を診断する。

【００１５】また、請求項３に係る発明は、前記故障診
断手段は、排気還流の有無に応じたＮＯｘ濃度推定値相
互の偏差が、故障判定用の機関運転領域毎に設定された
基準値以下であるときに、排気還流装置が故障している
と診断することを特徴とする。作用・効果 排気還流の有無によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が基
準値以下で小さいときは、排気還流によるＮＯｘ低減機
能が発揮されるほど変化していないと推定されるので、
排気還流装置が故障していると診断することができる。

【００１６】また、請求項４に係る発明は、前記排気還
流装置による排気還流時に、前記ＮＯｘ濃度推定手段に
よるＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときに排気還流を
停止させ、該排気還流停止時の空燃比制御補正量の修正
量を得た後に、前記故障診断手段による故障診断を行わ
せる診断条件判別手段を含んでいることを特徴とする。

【００１７】作用・効果 排気還流時のＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときは、
排気還流装置が故障している可能性が高いので、このこ
とを条件として排気還流停止時のＮＯｘ濃度推定値との
偏差に基づく排気還流装置の故障診断を行うことで、無
駄な故障診断を回避できる。

【００１８】また、請求項５に係る発明は、前記所定値
は、機関領域毎に設定されることを特徴とする。作用・効果 排気還流によるＮＯｘ濃度低減効果は、運転領域によっ
て差があるので、前記故障診断条件としての所定値を運
転領域毎に設定することで、該故障診断条件の精度を高
めることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を添付
の図面に基づいて説明する。一実施例の構成を示す図３
において、機関11の吸気通路12には吸入空気流量Ｑａを
検出するエアフローメータ13及びアクセルペダルと連動
して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14が設けられ、
下流のマニホールド部分には気筒毎に電磁式の燃料噴射
弁15が設けられる。

【００２０】燃料噴射弁15は、後述するようにしてコン
トロールユニット50において設定される噴射パルス信号
によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧
力に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷
却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ
16が設けられる。一方、排気通路17にはマニホールド集
合部近傍に、排気中の酸素濃度を検出することによって
吸入混合気の空燃比を検出する上流側空燃比センサ (上
流側空燃比検出手段) 18が設けられ、その下流側の排気
管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯ_X の還元を行って
浄化する排気浄化触媒としての三元触媒20が介装されて
いる。

【００２１】そして、三元触媒20の出口部には上流側空
燃比センサ18と同様の機能を持つ下流側酸素センサ19
（下流側空燃比検出手段）が設けられている。なお、上
記２つの空燃比センサ18，19は、所謂ＤＯＳ〔Dual O₂
Sensor〕制御に用いる酸素センサをそのまま使用するこ
とができる。また、図示しないディストリビュータに
は、クランク角センサ21が内蔵されており、該クランク
角センサ21から機関回転と同期して出力されるクランク
単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基
準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出す
る。

【００２２】ところで、上流側酸素センサ18の排気上流
側の排気通路17から分岐するＥＧＲガス通路22が設けら
れており、このＥＧＲガス通路22は、ＥＧＲ制御弁23を
介して絞り弁14の下流側の吸気通路12に連通されてい
る。前記ＥＧＲ制御弁23には吸気負圧を導く吸気負圧導
入通路24が設けられており、当該吸気負圧導入通路24を
介して導かれた吸気負圧の大きさに応じてＥＧＲ制御弁
23が内装するスプリング23Ａにより弾性付勢されている
ダイアフラム23Ｂを所定量上下動させることで、弁体23
Ｃが所定量上下動されるようになっており、従って吸気
負圧の大きさ（負荷の大きさ）に応じて弁体23Ｃのリフ
ト量、即ちＥＧＲガス量を制御できるようになってい
る。

【００２３】なお、前記吸気負圧導入通路24には、ＥＧ
Ｒコントロール・ソレノイド・バルブ（以下、ＥＧＲｃ
ｓｖと言う）25が介装されており、このＥＧＲcsv 25
を、コントロールユニット50からの駆動信号に基づき開
閉弁させて連通切換することで、吸気負圧を吸気負圧導
入通路24に導入するようになっている。そして、当該Ｅ
ＧＲガス通路22内の圧力を導き所定圧力で閉弁して、吸
気負圧導入通路24内と大気との連通を遮断させる所謂Ｅ
ＧＲ−ＢＰＴバルブ26が設けられており、これにより吸
気負圧導入通路24内の負圧を増加させて、ＥＧＲ制御弁
23のリフト量を増大させ、以って比較的多量のＥＧＲガ
スが要求される領域（即ち、排気圧力の大きな領域）で
あっても、要求通りのＥＧＲガス量を確保できるように
している。

【００２４】ここで、本発明にかかる空燃比制御補正量
算出手段、空燃比制御補正量修正手段、ＮＯｘ濃度推定
手段、空燃比フィードバック制御手段、運転領域検出手
段、ＮＯｘ濃度偏差算出手段、基準値記憶手段、故障診
断手段としての機能をソフト的に備えたコントロールユ
ニット50が設けられ、三元触媒20の上流側と下流側とに
設けた２つの空燃比センサ18，19を利用して行うＥＧＲ
システムの故障診断制御を行う。

【００２５】前記故障診断制御の概要を説明する。空燃
比センサは一般的に、白金を主成分とする電極上で酸素
濃度を検出することを基本とする。一方排気中の酸素は
酸素分子やＮＯｘ分子、等に含まれて存在する。白金電
極上では、ＮＯｘは、完全に還元されるわけではないの
で、この還元されずにＮＯｘ中に取り込まれたままとな
っている酸素は、空燃比センサに検出されない。したが
って、機関から排出されるＮＯｘ濃度が高いときは、こ
のＮＯｘに取り込まれた酸素も多く、その分空燃比セン
サは酸素不足即ちリッチと判断して、前述の空燃比フィ
ードバック制御によってリーンに補正してしまうため、
制御結果としての空燃比は理論空燃比よりもリーンとな
る。

【００２６】触媒下流側の空燃比センサにおいては、触
媒でＮＯｘが還元されるので、前述のＮＯｘに取り込ま
れた酸素による空燃比の検出ずれはないから、もし、Ｅ
ＧＲの故障が発生してＥＧＲが作動しなくなり、機関か
ら排出されるＮＯｘが増大すると、触媒上流側の空燃比
センサ出力に基づく空燃比フィードバック結果はリーン
となり、したがって、触媒下流側の空燃比センサの出力
はリーンを示す。なお、前述のように空燃比がリーン側
に制御されてＮＯｘが過剰に排出されるときでも、触媒
のＮＯｘ転化率はリーン時は理論空燃比に比較して低下
するものの０になるわけではないので、ＮＯｘの一部は
還元される。そして、還元されたＯにより下流側空燃比
センサでリーン状態が検出され、その結果、上流側空燃
比センサの空燃比フィードバック補正係数を修正するリ
ッチシフト制御を行うことにより、下流側空燃比センサ
の検出値が理論空燃比となるまで修正が続けられる。

【００２７】この空燃比フィードバック補正係数の修正
量は、例えば、前記ＥＧＲ装置が正常に作動していると
きは、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減効果により、小さい
修正量となるが、ＥＧＲ装置が故障してＮＯｘ排出量が
増大しているときには大きい修正量となる。そこで、Ｅ
ＧＲ装置によるＥＧＲ制御をオン／オフし、そのときの
空燃比フィードバック補正係数の修正量に基づいて推定
されるＮＯｘ濃度の偏差が、ＥＧＲ制御のオン／オフに
よるＮＯｘの低減幅になるので、この偏差が小さい場合
はＥＧＲ装置が何らかの故障が発生してＥＧＲ流量が減
少しており、その結果ＮＯｘ濃度が増大したと推定でき
るので、該ＮＯｘ濃度偏差が許容値を超えた場合にＥＧ
Ｒ装置が故障したと判定することができ、また、推定さ
れるＮＯｘ濃度偏差に応じてＥＧＲ装置の故障の程度を
判定することができる。

【００２８】以下に、前記触媒上流側の空燃比センサの
検出値に基づいて設定される空燃比フィードバック補正
係数 (空燃比制御補正量) を、触媒下流側の空燃比セン
サの検出値に基づいて修正するルーチンと、該修正量に
基づいてＮＯｘ濃度を推定し、さらにＥＧＲ装置の故障
診断を行うルーチンと、について、図４以下のフローチ
ャートに従って説明する。

【００２９】まず、前記空燃比フィードバック補正係数
を修正するいわゆるＤＯＳ〔Dual O ₂ Sensor〕制御につ
いて、図４のフローチャートに従って説明する。なお、
このルーチンは、本発明にかかる空燃比制御補正量算出
手段、空燃比制御補正量修正手段を構成している。ステ
ップ21では、上流側空燃比センサ18の出力値 (電圧) の
Ａ／Ｄ変換値ＯＳＲ₁ を読み込む。

【００３０】ステップ22では、ＯＳＲ₁ と基準値ＳＬＦ
（目標空燃比に相当する値）とを比較し、ＯＳＲ₁ ＜Ｓ
ＬＦの場合は、マニホールド集合部近傍（三元触媒19上
流側）の空燃比がリーンであると判定して、ステップ23
へ進んでリッチ・リーン識別用のフラグＦ１を０にセッ
トした後、ステップ25へ進む。一方、ＯＳＲ₁ ≧ＳＬＦ
の場合は、マニホールド集合部近傍の空燃比がリッチで
あると判定して、ステップ24へ進んでフラグＦ１を１に
セットした後、ステップ25へ進む。

【００３１】ステップ25では、フラグＦ１が反転したか
否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ26へ進む。Ｎ
Ｏの場合には、ステップ33へ進んでフラグＦ１の値によ
りリッチ・リーン判定を行い、リーン判定（Ｆ１＝０）
時にはステップ34でフィードバック補正係数αを現状値
αに積分分Ｉ_L を加算した値で更新して、リッチ側へ空
燃比を近づけて行く。一方、リッチ判定（Ｆ１＝１）時
にはステップ35でフィードバック補正係数αを現状値α
に積分分Ｉ_R を減算した値で更新して、リーン側へ空燃
比を近づけて行く。そして、ステップ34或いはステップ
35が繰り返されると、いずれマニホールド集合部近傍の
空燃比がリッチ・リーン反転することになる。

【００３２】なお、ステップ25でフラグＦ１が反転した
と判断された場合には、ステップ26へ進むことになる
が、ステップ26では、予め設定記憶されている比例分補
正量ＰＨＯＳを、下流側空燃比センサ19の出力に基づい
て補正し、これにより上流側空燃比センサ18の検出値の
実際の空燃比からのズレを補償して、高精度な空燃比フ
ィードバック制御を行うことができるようになってい
る。

【００３３】つまり、ステップ26では、下流側空燃比セ
ンサ19の出力値のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₂ を読み込む。ス
テップ27では、下流側空燃比センサ19のＡ／Ｄ変換値Ｏ
ＳＲ₂ と基準値ＳＬＲ（目標空燃比に相当する値）とを
比較し、ＯＳＲ₂ ＜ＳＬＲと判定された場合は、三元触
媒20下流側の下流側空燃比センサ19が検出する空燃比は
リーンであるから、該空燃比を目標空燃比へ近づけるべ
くリッチ側への補正量を増大するために、ステップ28へ
進み、比例分補正量ＰＨＯＳ（空燃比補正量の補正量に
相当する）を所定量ΔＰＨＯＳＬ（＞０) だけ加算した
値で更新した後、ステップ30へ進む。

【００３４】一方、ステップ27でＯＳＲ_R ≧ＳＬＲと判
定された場合は、三元触媒20下流側の下流側空燃比セン
サ19の検出する空燃比はリッチであるから、該空燃比を
目標空燃比へ近づけるべくリーン側への補正量を増大す
るために、ステップ29へ進み、前記比例分補正量ＰＨＯ
Ｓを所定量ΔＰＨＯＳＲだけ減算した値で更新した後、
ステップ30へ進む。

【００３５】ステップ30では、上流側空燃比センサ18の
リッチ・リーン判定用フラグＦ１の値を判定し、Ｆ１＝
０であり三元触媒20上流側がリーンである場合には、ス
テップ31へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、
現在のαに予め設定記憶されている比例分Ｐ_L と前記更
新された比例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新設定
する。

【００３６】一方、Ｆ＝１であり三元触媒20の上流側が
リッチである場合には、ステップ32へ進み、空燃比フィ
ードバック補正係数αを、現在のαから予め設定記憶さ
れている比例分Ｐ_R を減算すると共に前記更新された比
例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新する。このよう
に、最終的に求まる空燃比フィードバック補正係数α
は、下流側空燃比センサ19が検出する三元触媒20によっ
てＮＯｘが還元され酸素濃度が平衡化された後の排気中
の酸素濃度のリッチ・リーン傾向に基づいて該リッチ・
リーン傾向を抑制する方向へ更新された前記比例分補正
量ＰＨＯＳにより補正されることになるので、ＮＯｘ中
の酸素濃度を検出できないことにより上流側空燃比セン
サ18の検出値が実際の空燃比からズレていても、当該ズ
レ量が補償され、空燃比を高精度に目標空燃比近傍に制
御することができるようになる。つまり、三元触媒20の
上流側に設けられた上流側空燃比センサ18の応答性のよ
いリッチ・リーン反転出力に基づいて空燃比フィードバ
ック制御を行う一方で、下流側空燃比センサ19の三元触
媒20により平衡化された酸素濃度の検出結果に基づい
て、上流側空燃比センサ18の検出値を補償するようにし
て、これによって、制御応答性を高く維持しつつ、空燃
比を高精度に目標空燃比近傍に制御できるようにしてい
る。

【００３７】つづいて、図５に示すフローチャートによ
り実行されるＥＧＲ装置の故障診断制御について説明す
る。なお、本実施形態における故障診断は、三元触媒20
により平衡化された後の酸素濃度を検出する下流側空燃
比センサ19の検出値に基づく前記比例分補正量ＰＨＯＳ
を介して行うことにより、外乱の影響を受け難くしてい
る。つまり、図６に示すように、目標ＥＧＲ率が得られ
ていれば、三元触媒20により平衡化された（ＮＯｘが還
元された）後の排気中の酸素濃度を高精度に検出できる
（即ち、実際の空燃比を検出できる）下流側空燃比セン
サ19は、上流側空燃比センサ18の検出ズレ（ＥＧＲによ
るＮＯｘ生成量変化に起因する検出ズレ）した状態での
空燃比フィードバック制御を理論空燃比近傍での空燃比
フィードバック制御に戻そうとするので、前記比例分補
正量ＰＨＯＳの平均値（ＡＰＨＯＳ）は、所定の値（Ｍ
ＡＰＨＯＳ１）に収束する。しかし、ＥＧＲ装置が故障
等して目標ＥＧＲ率から外れた場合には、ＮＯｘ生成量
が変わるために上流側空燃比センサ18の検出ズレ量が変
わるため、ＡＰＨＯＳはＭＡＰＨＯＳ１から所定の偏差
を持つことになる。従って、この偏差の大きさによっ
て、目標ＥＧＲ率が得られているか、即ちＥＧＲ装置が
正常に作動できているかを診断することができる。な
お、このように三元触媒20を介して平衡化された排気中
の酸素濃度を検出する下流側空燃比センサ19の検出値に
基づいて設定されるＡＰＨＯＳに基づいて故障診断する
ので、三元触媒20の上流側で空燃比変動を応答性よく検
出する上流側空燃比センサ18の検出値に基づいて故障診
断する従来のものに比べて、外乱等の影響を極力抑制し
て高精度な故障診断を行うことができる。

【００３８】ステップ51では、機関運転条件を読み込
む。該運転条件は例えば機関回転速度Ｎｅと負荷 (例え
ばシリンダ１吸気当り新気吸入量にて表される) とで求
められる。この運転条件の読み込みは、ステップ52以降
の各条件判定のため行われる。ステップ52では上流側空
燃比センサ18による空燃比フィードバック制御中である
か否か、ステップ53では下流側空燃比センサ19による空
燃比フィードバック補正係数αの修正中つまり前記ＤＯ
Ｓ制御中であるか否か、ステップ54ではＥＧＲ制御条件
であるか否かをそれぞれ判定する。ＥＧＲ制御条件は、
機関の運転条件で所定の回転速度，負荷で表される領域
にあるとか、冷却水温度が所定範囲にあるとかによって
示される。

【００３９】そして、前記ステップ52，53，54の各条件
が全て満たされているとき (ＹＥＳのとき) は、ステッ
プ55へ進む。ステップ55では、ＥＧＲ装置の故障診断条
件であるか否かを判定する。該ＥＧＲ装置の故障診断条
件とは、例えば、ＥＧＲ率の設定が所定値以上であると
か、ＮＯｘ濃度が所定値以上である運転領域の判定をも
って行われる。

【００４０】また、既にＥＧＲが故障しているとの診断
が下されている場合は、故障診断条件から除外する。前
記故障診断条件であると判定されると、ステップ56以下
でＥＧＲ装置の故障診断を行う。ステップ56では、ステ
ップ51で読み込んだ運転条件がどの領域に属するかを検
索する。該運転領域の検索は、後述する診断用ＥＧＲカ
ットを行うか否かの判定のために運転領域毎に設定され
た所定値を検索するためである。

【００４１】ステップ57では、後述する診断用のＥＧＲ
カットを許可するＥＧＲセットフラグが現在の機関運転
条件が含まれる領域において、１ (カット許可) である
か、０ (カット非許可) であるかを判定する。１である
場合にはステップ58へ進んでＥＧＲをカットし、ステッ
プ64以下を実行する。０である場合にはステップ59へ進
み、前記空燃比フィードバック補正係数αの修正量であ
る比例分補正量ＰＨＯＳの最新の値を読み込む。故障診
断条件が満たされて直ぐは、診断用ＥＧＲカットは行わ
れていないので、ステップ59へ進む。

【００４２】ステップ60では、前記比例分補正量ＰＨＯ
Ｓに基づいてＮＯｘ濃度を推定する。このステップ60の
機能が、ＮＯｘ濃度推定手段を構成する。ＮＯｘ濃度の
推定は、図７に示すように、予め実験等により把握され
る相関テーブルをもとに検索される。ここで、前記比例
分補正量ＰＨＯＳが増加した場合でも、ＥＧＲ装置の故
障等によるＮＯｘ濃度の増加によるものと決めつけられ
るものではなく、例えば、上流側空燃比センサが劣化し
て特性が変化したことによって空燃比フィードバック補
正係数αがずれたため生じた可能性も高い。しかし、こ
こでは、後述する診断用ＥＧＲカットを行うか否かの判
断をするために、もしも現在の修正結果がＮＯｘ濃度が
高いために得られたものであるならば、ＥＧＲ装置の故
障が懸念されることを判別するため、空燃比フィードバ
ック補正係数αの修正結果、つまり比例分補正量ＰＨＯ
Ｓの値は、全てＮＯｘ濃度に依存するものとして、ＮＯ
ｘ濃度の推定を行う。該ＮＯｘ濃度推定値は、図示しな
いがメモリの対応する運転領域に記憶される。

【００４３】ステップ61では、ステップ60で推定された
ＮＯｘ濃度が所定値より大きいか否かを判定する。所定
値よりも大きいと判断されるときは、ステップ62に進ん
で診断用ＥＧＲカットを行い、そうでない場合はＥＧＲ
装置の故障の可能性はないと判断して診断用ＥＧＲカッ
トは行わない (ステップ63) 。ここで、前記所定値は、
例えば図８に示すように運転領域毎に設定される。該所
定値はＮＯｘ量の絶対値として設定してもよいが、正常
時の何倍のＮＯｘが排出されたからＮＧと判定してもよ
い。

【００４４】前者の場合、ＮＯｘ推定値の所定の変化幅
を該所定値として設定すればよいので、該所定値は１つ
の値のみを設定すればよいので構成を簡略化できるメリ
ットを有するが、機関の運転パターンによって運転開始
から終了までのＮＯｘの総増分を予測できないため、該
所定値の設定にはある程度のマージンを見込まなければ
ならない。これに対し、後者の場合は、正常時の所定倍
に相当するＮＯｘの変化幅推定値を該所定値として設定
するので、該所定値は運転領域毎に設定しなければなら
ないが、運転パターンによらずＮＯｘの増大率を判定す
ることになるので、診断を明確に行えるメリットがあ
る。

【００４５】そして、ステップ62に進んで診断用ＥＧＲ
カットが行われた後は、次回このフローを実行すると
き、ステップ57の判定がＹＥＳとなってステップ58で診
断用ＥＧＲカットを行い、ステップ64以降へ進む。ステ
ップ64では、診断用ＥＧＲカットが行われてから所定時
間が経過したか否かを判定する。これは、該診断用ＥＧ
Ｒカットが行われてから空燃比フィードバック補正係数
αを修正する比例分補正量ＰＨＯＳの値が変化するのに
ある程度の時間を要するため、該時間経過の判定を行う
ものである。

【００４６】所定時間が経過したと判定されるとステッ
プ63へ進む。ステップ65では、再度現在の機関運転領域
を検索する。これは、ＥＧＲ制御の有無に応じて前記比
例分補正量ＰＨＯＳから推定されるＮＯｘ濃度相互の偏
差からＥＧＲ装置の故障診断を行う際に、対応する運転
領域の基準値を検索するために行われる。なお、再度運
転領域を検索するのは、ステップ64で所定時間の経過を
待つため、その間に運転領域が変化していることがある
ためである。したがって、該ステップ65の機能が運転領
域検出手段を構成する。

【００４７】ステップ66，67ではＥＧＲ制御時と同様比
例分補正量ＰＨＯＳを読み込み、該比例分補正量ＰＨＯ
Ｓに応じてＥＧＲカット時のＮＯｘ濃度を推定する。ス
テップ68では、当該ＥＧＲカット時と同一の運転領域に
おけるＥＧＲ制御時のＮＯｘ濃度推定値をメモリから読
み出し、前記ステップ67で推定されたＥＧＲカット時の
ＮＯｘ濃度推定値との偏差を算出する。

【００４８】ステップ69では、前記ステップ68で算出さ
れたＮＯｘ濃度推定値の偏差を、メモリから読み出した
対応する運転領域の基準値と比較し、該基準値より大き
いか否かを判定する。前記ＮＯｘ濃度推定値の偏差が、
基準値より大きいときは、ＥＧＲカットによってＮＯｘ
濃度が大きく変化したのであるから、ＥＧＲ制御時のＥ
ＧＲ量は確保されており、ＥＧＲ装置は正常であると判
断してステップ70にてＥＧＲカットフラグを０に戻して
該診断を終了する。その後、例えばステップ71に示すよ
うに、空燃比センサの故障乃至劣化診断へ進んで、前記
空燃比フィードバック補正係数αの修正結果が大きくな
った原因を診断してもよい。

【００４９】一方、ステップ69で、ＮＯｘ濃度推定値の
偏差が基準値以下であったときは、ステップ72へ進んで
ＥＧＲ装置が故障と判定し、例えば故障診断結果を運転
者に知らせる警告灯を点灯するなどしてＥＧＲ診断を終
了する。この実施形態に示されるように、本発明によれ
ば、空燃比制御補正量 (空燃比フィードバック補正係数
α) の修正量 (比例分補正量ＰＨＯＳ) に基づいて、Ｎ
Ｏｘ濃度を推定することができ、また、ＥＧＲ制御の有
無に応じてＥＧＲ濃度推定値相互の偏差に基づいてＥＧ
Ｒ装置の故障診断を行うことができ、特に、該信診断に
前記偏差と比較される基準値を運転領域毎に設定してい
るため、高い診断精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明の構成・機能を示すブロッ
ク図。

【図２】請求項２に係る発明の構成・機能を示すブロッ
ク図。

【図３】本発明の一実施形態の全体構成を示す図。

【図４】同上実施形態におけるＤＯＳ制御ルーチンを示
すフローチャート。

【図５】同じくＥＧＲ装置故障診断ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図６】同じく診断理論 (ＰＨＯＳとＥＧＲ率との関
係) を説明するタイムチャート。

【図７】同じく比例分補正量ＰＨＯＳとＮＯｘ濃度推定
値との相関を示すテーブル。

【図８】同じく診断時に使用する所定値を設定したテー
ブル。

【図９】ＥＧＲガス通路のつまりによるＥＧＲ量の変化
を示す線図。

【図10】ＥＧＲ弁に異物が侵入したときのＥＧＲ量の変
化を示す線図。

【符号の説明】

11 内燃機関 12 吸気通路 17 排気通路 18 上流側空燃比センサ 19 下流側空燃比センサ 20 三元触媒 22 ＥＧＲガス通路 23 ＥＧＲ制御弁 50 コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土田 博文 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に介装された排気浄化触媒の上流
   側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御
   補正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づ
   いて修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空
   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
   御装置を備えた内燃機関において、 前記空燃比制御補正量の修正量に基づいて排気中のＮＯ
   ｘ濃度を推定することを特徴とする内燃機関におけるＮ
   Ｏｘ濃度推定装置。
2. 【請求項２】排気通路に介装された排気浄化触媒の上流
   側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御
   補正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づ
   いて修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空
   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
   御装置と、排気の一部を機関吸気系に還流させる排気還
   流装置と、を備えた内燃機関において、 機関運転領域を検出する運転領域検出手段と、 運転領域毎に前記排気還流装置の故障診断用の基準値を
   記憶した基準値記憶手段と、 前記空燃比制御補正量を修正する修正量に基づいて、Ｎ
   Ｏｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、 前記運転領域検出手段で検出された運転領域毎に、前記
   排気還流装置による排気還流の有無に応じた前記ＮＯｘ
   濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を算出
   するＮＯｘ濃度偏差算出手段と、 前記ＮＯｘ濃度偏差算出手段により算出された運転領域
   毎のＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を、前記基準値記憶手
   段に記憶された対応する運転領域の基準値と比較して、
   前記排気還流装置の故障を診断する故障診断手段と、 を含んでいることを特徴とする内燃機関における排気還
   流装置の故障診断装置。
3. 【請求項３】前記故障診断手段は、排気還流の有無に応
   じたＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が、故障判定用の機関
   運転領域毎に設定された基準値以下であるときに、排気
   還流装置が故障していると診断することを特徴とする請
   求項２に記載の内燃機関における排気還流装置の故障診
   断装置。
4. 【請求項４】前記排気還流装置による排気還流時に、前
   記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値が所定値
   以上のときに排気還流を停止させ、該排気還流停止時の
   空燃比制御補正量の修正量を得た後に、前記故障診断手
   段による故障診断を行わせる診断条件判別手段を含んで
   いることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか
   １つに記載の内燃機関における排気還流装置の故障診断
   装置。
5. 【請求項５】前記所定値は、機関領域毎に設定されるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の内燃機関における排気
   還流装置の故障診断装置。