JPH1193650A - 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

内燃機関の2次空気供給装置における自己診断装置

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JPH1193650A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒に2次空気を供給する2次空気供給装置の
故障診断の精度を向上させる。 【解決手段】低温始動時に2次空気供給装置が作動され
ると(S1,S2)、燃料噴射量の増量補正率TFBY
Aが最小値MINにまで低下し(S4)、かつ、酸素セ
ンサが活性化した段階(S6)で診断を開始する(S
7)。診断中は前記増量補正率TFBYAを前記最小値
MINに保持させ(S5)、2次空気の供給口よりも下
流側に設けられる前記酸素センサの出力がリーンを示す
ときには(S8)、2次空気供給装置の正常判定を行い
(S9)、前記センサ出力がリッチを示すときには(S
8)、2次空気供給装置の故障判定を行う(S10)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の2次空
気供給装置における自己診断装置に関し、詳しくは、触
媒上流側に2次空気を供給する2次空気供給装置の故障
を、2次空気の供給による排気空燃比のリーン化に基づ
いて診断する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、例えば触媒温度の低い冷機始
動時等において、触媒上流側に2次空気を供給すること
で、排気通路及び触媒内における酸化反応を促進させ
て、排気浄化を図る2次空気供給装置を備えた内燃機関
が知られている。また、上記2次空気供給装置の故障診
断を行う装置が、特開平9−137717号公報に開示
されている。
【0003】前記公報に開示される故障診断装置は、冷
機始動時の所定期間において2次空気の供給が行われる
ときに、排気空燃比が2次空気の供給に見合ったリーン
状態になっているか否かを、2次空気の供給口よりも下
流側で触媒上流側に設けた酸素センサの出力に基づいて
判断し、所期のリーン状態が検出されれば正常判定を行
い、リッチ状態が検出されたときには2次空気が実際に
は供給されていないと見做して故障判定を行う構成とな
っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記故障診
断においては、リーン判定が正常時に限ってなされるこ
とが要件となるが、冷却水温度に応じた燃料噴射量の増
量補正率等が暖機の進行に伴って減少して増量補正率が
0に近づくと、故障していて実際には2次空気が供給さ
れていないのに、酸素センサの出力がセンサばらつき等
によってリーンとなって、正常判定がなされてしまう可
能性があるという問題があった。
【0005】即ち、増量補正率が小さいと、酸素センサ
の出力がリーンのときは正常、リッチのときには故障と
して完全に分離することができなくなって、故障診断の
精度が低下する可能性があったものである。本発明は上
記問題点に鑑みなされたものであり、排気空燃比のリッ
チ・リーン判断に基づいて、2次空気供給装置の故障を
安定的に精度良く診断できる自己診断装置を提供するこ
とを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項1に係
る発明は、触媒の上流側の排気通路に、所定の運転条件
にて2次空気を供給する2次空気供給装置の自己診断装
置であって、2次空気の供給制御時の排気空燃比に基づ
いて故障診断を行うよう構成すると共に、該故障診断時
に機関への燃料噴射量の増量補正率を所定の最小値以上
に制限する構成とした。
【0007】かかる構成によると、故障診断時に燃料噴
射量の増量補正率が最小値を下回らないように制限され
ることから、2次空気供給が行えない故障が発生した場
合に、排気空燃比が燃料噴射量の増量補正によって確実
にリッチに検出される。また、請求項2記載の発明は、
図1に示すように構成される。図1において、2次空気
供給装置は、触媒の上流側の排気通路に所定の運転条件
にて2次空気を供給する装置である。
【0008】排気空燃比検出手段は、前記触媒の上流側
でかつ前記2次空気供給装置による2次空気の供給口よ
りも下流側の排気通路において排気空燃比を検出する。
そして、故障診断手段は、前記2次空気供給装置による
2次空気供給制御時における前記排気空燃比検出手段の
検出結果に基づいて前記2次空気供給装置の故障を診断
する。
【0009】ここで、増量補正率制限手段は、故障診断
手段による故障診断時に、機関への燃料噴射量の増量補
正率を所定の最小値以上に制限する。かかる構成による
と、排気通路に対して上流側から2次空気供給口,排気
空燃比検出手段,触媒の順に設けられ、2次空気が供給
される状態では、2次空気が混合した排気の空燃比が排
気空燃比検出手段で検出された後、触媒に導入される。
そして、2次空気の供給によって排気空燃比がリーン化
しているか否かに基づいて故障診断を行うものである
が、故障診断時には、燃料の増量補正率が最小値以上に
制限され、2次空気が供給されない状態での排気空燃比
のリッチ検出を補償する。
【0010】請求項3記載の発明では、前記故障診断手
段が、前記排気空燃比検出手段が活性状態であることを
条件として故障診断を行う構成とした。かかる構成によ
ると、排気空燃比検出手段が活性化し、排気空燃比のリ
ッチ状態,リーン状態に見合った信号を出力するように
なってから、故障診断を行わせる。
【0011】請求項4記載の発明では、前記2次空気供
給装置が低温始動時の所定期間において2次空気を供給
する構成であって、前記増量補正率制限手段で制限され
る増量補正率が少なくとも機関温度に応じて燃料噴射量
を増量補正する増量補正率を含む構成とした。かかる構
成によると、暖機の進行に伴って増量補正率が徐々に低
下することになるが、2次空気が供給されない状態で確
実に排気空燃比がリッチであると判別されるように、増
量補正率が最小値を下回ることがないように制限する。
【0012】請求項5記載の発明では、前記故障診断手
段による故障診断が終了した後、前記増量補正率制限手
段が、所定の最小値以上に制限していた増量補正率を徐
々に通常の増量補正率にまで戻す構成とした。かかる構
成によると、診断のために最小値以上に制限していた増
量補正率を、前記最小値よりも小さい通常値に戻すとき
には、最小値から通常値にまでステップ変化させるので
はなく、徐々に通常値に戻すようにする。
【0013】請求項6記載の発明では、前記故障診断手
段が、前記増量補正率が前記最小値以下になってから診
断を開始する構成とした。かかる構成によると、例えば
始動直後で、増量補正率が最小値よりも大きい状態では
診断を行わず、最小値にまで低下した時点で診断を開始
させると共に、診断開始後は増量補正率を前記最小値に
保持して、増量補正率=最小値の状態で診断を行わせ
る。
【0014】
【発明の効果】請求項1及び請求項2記載の発明による
と、2次空気の供給に伴う排気空燃比の変化に基づいて
2次空気供給装置の故障診断を行う構成において、2次
空気が供給されない状態では排気空燃比が確実にリッチ
状態として検出されるようにできるので、種々のばらつ
きや外乱があっても、排気空燃比のリッチ・リーンから
2次空気供給装置の故障を精度良く診断できるという効
果がある。
【0015】請求項3記載の発明によると、排気空燃比
検出手段が非活性状態であって、実際の排気空燃比を精
度良く検出できないときに故障診断が行われて、2次空
気供給装置の故障,正常を誤診断することを防止できる
という効果がある。請求項4記載の発明によると、暖機
の進行に伴って燃料噴射量の増量補正率が低下するとき
に、2次空気が供給されない状態での排気空燃比がリッ
チとして確実に検出される最低限の増量補正が確保され
るので、暖機中における故障診断の精度を向上させるこ
とができるという効果がある。
【0016】請求項5記載の発明によると、最小値以上
に制限した増量補正率を徐々に通常値に戻すので、診断
終了時に空燃比がステップ変化して運転性を悪化させる
ことを防止できるという効果がある。請求項6記載の発
明によると、大きな増量補正率が要求されるときには、
そのまま大きな増量補正率で燃料噴射量を増量補正し
て、機関の運転安定性を確保する一方、増量補正率を最
小値とする状態で診断が行われ、増量補正率を診断に最
も適した過不足のない値として診断を行わせることがで
きるという効果がある。
【0017】
【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は実施の形態における内燃機関
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。
【0018】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、図示しない
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。
【0019】尚、燃料噴射弁8は燃焼室内に直接燃料を
噴射する構成のものであっても良い。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10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T
i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。
【0020】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に基づく水温増量補正
係数KTW、高負荷・高回転域で増量補正を行う空燃比
補正係数KMR、機関の始動直後に増量補正する始動後
増量補正係数KASなどの増量補正量の他、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。
【0021】前記空燃比フィードバック補正係数αは、
排気通路20に介装された排気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、燃焼混合気の空燃比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。
【0022】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。
【0023】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。
【0024】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、本実施の形態において、故障診断手段,増量補
正率制限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。
【0025】図3のフローチャートにおいて、先ず、ス
テップ1(図中にはS1と記してある。以下同様)で
は、2次空気の供給を行うべき低温始動時であるか否か
を判別する。本実施の形態では、始動時の水温が例えば
0〜55℃程度の低温状態であるときには、始動後の所定
時間(例えば60秒間)において、前記2次空気供給装
置によって排気通路に2次空気を供給する。
【0026】ステップ1で2次空気の供給を行うべき低
温始動時であると判別されると、ステップ2へ進み、前
記2次空気供給装置を作動させて、三元触媒17の上流
側に2次空気を供給させる。尚、2次空気の供給が行わ
れる状態では、前記酸素センサ19を用いた空燃比フィ
ードバック制御は行われず、オープン制御状態とする。
【0027】2次空気の供給が行われると、ステップ3
へ進み、前記水温増量補正係数KTW、空燃比補正係数
KMR、始動後増量補正係数KASなどからなる増量補
正率TFBYAの演算を行い、次のステップ4では、前
記増量補正率TFBYAが、所定の最小値MINよりも
大きいか否かを判別する。前記最小値MINは、酸素セ
ンサ19のばらつきなどがあっても、2次空気の非供給
状態においては、排気空燃比がリッチとして確実に検出
され、かつ、2次空気が供給されるときには、排気空燃
比の検出結果がリーンに反転する値として予め設定され
る。
【0028】そして、前記増量補正率TFBYAが最小
値MINよりも大きいと判断されたときに、診断を開始
させることなくステップ3へ戻り、前記増量補正率TF
BYAが最小値MINよりも小さくなった段階で、ステ
ップ5へ進む。ステップ5では、増量補正率TFBYA
として前記最小値MINをセットして、暖機の進行に伴
って通常の増量補正率TFBYAが徐々に小さくなる状
態であっても、最小値MINに保持されるようにする
(図4参照)。
【0029】次のステップ6では、前記酸素センサ19
が活性化したか否かを判別する。例えば、酸素センサ1
9の出力がスライスレベルを越えるようになったことに
基づいて、酸素センサ19の活性を判断できる。ステッ
プ6で酸素センサ19が活性化していないと判断された
ときには、酸素センサ19の出力に基づく診断が行えな
いので、ステップ5へ戻って、前記増量補正率TFBY
Aを最小値MINに保持した状態で待機させる。
【0030】一方、ステップ6で酸素センサ19の活性
が判別されると、2次空気供給装置の診断を行うべくス
テップ7へ進む。ステップ7では、前記酸素センサ19
の出力をモニタし、ステップ8では、前記モニタしたセ
ンサ出力が基準空燃比(理論空燃比)相当の出力を上回
るリーン出力であったか否かを判別し、図4に示すよう
にリーン出力が得られているときには、2次空気が実際
に供給されているものと判断して、ステップ9で正常判
定を行う。一方、基準空燃比相当の出力を上回るリーン
出力が得られず、リッチ出力が得られていたときには、
2次空気の供給を行うべく制御しているが、実際には2
次空気の供給が行われておらず、機関からのリッチ排気
がそのまま酸素センサ19で検出されているものと判断
し、ステップ10へ進んで故障判定を行う。故障判定が
なされたときには、車両の運転者に故障発生をランプ等
で警告すると良い。
【0031】ここで、燃料噴射量の増量補正率TFBY
Aが最小値MINに保持され、最小値MINを下回るこ
とがないので、2次空気が供給されていないのに酸素セ
ンサ19の出力がリーンとなることを確実に回避でき、
2次空気が実際に供給されていないときには、酸素セン
サ19のリッチ出力状態として確実に診断できる。ま
た、増量補正率TFBYAが最小値MINの状態であれ
ば、増量補正率が大き過ぎるため2次空気が供給されて
いるのに酸素センサ19の出力がリッチとなる状態での
診断を回避できることにもなる。
【0032】即ち、前記最小値MINは、2次空気の供
給の有無に応じて、酸素センサ19の出力がリーン・リ
ッチに確実に分離される値に設定されるので、酸素セン
サ19の出力から2次空気供給装置の故障診断を精度良
く行えるものである。但し、増量補正率TFBYAが最
小値MINを越える状態で、強制的に増量補正率TFB
YAを最小値MINにまで低下させて診断を行わせる構
成とすると、低温状態における運転安定性を確保できな
くなるので、増量補正率TFBYAが最小値MINを下
回るようになるまで診断実行を待機させ、その後、増量
補正率TFBYAを最小値MINに保持させて診断を行
わせるようにしてある。
【0033】前記ステップ7における酸素センサ19出
力のモニタは、サンプル時間毎(例えば1秒毎)に酸素
センサ19の出力を積算し、2次空気の供給を停止する
制御が行われた時点(若しくは、モニタ開始からの経過
時間が所定のモニタ時間(例えば20秒)になった時
点)で、前記積算値をサンプル数で除算して、出力の平
均値を求めるようにし、ステップ8では、前記平均値と
基準空燃比相当の出力とを比較させるようにすると良
い。
【0034】尚、前記酸素センサ19の出力をモニタす
る時間として前記所定のモニタ時間が確保できなかった
場合には、故障・正常のいずれの判断も下すことなく診
断終了させることが好ましい。即ち、2次空気の供給
は、始動から所定時間の間だけ行われるので、ステップ
7におけるモニタを開始してから所定のモニタ時間が経
過する前に2次空気の供給が停止されたときには、ステ
ップ8〜10を飛ばしてステップ11へ進むようにす
る。
【0035】また、これとは別の方法として、ステップ
6までの条件が成立するまでの経過時間から残り時間を
求めて診断が行えるか否かを判断し、診断が行えないと
判断された場合は、ステップ7〜10を飛ばすこともで
きる。この場合も、2次空気の供給が終了するまで増量
率を最小値MIN若しくは他の所定値に保持すると良
い。これにより、触媒に未燃HCが供給され触媒の活性
化が早まる。
【0036】ステップ11では、ステップ5で最小値以
上に制限していた増量補正率を、徐々に通常値に戻す処
理を行う。また、2次空気の供給と該供給中の診断が終
了し、増量補正率TFBYAが通常値にまで復帰する
と、ステップ12で、酸素センサ19を用いた空燃比フ
ィードバック制御を開始させる(図4参照)。
【0037】図5,図6は、他の実施の形態を示すフロ
ーチャートであり、ステップ1,2及び8〜12は同じ
ステップ番号を付した図3のステップと同じ処理を行
う。この実施の形態によれば、増量率が最小増量率より
も小さくなることを待つこと無く、酸素センサが活性化
した後、直ちに2次空気供給装置の診断を開始すること
ができる。
【0038】即ち、図5,図6に示すフローチャートで
は、酸素センサ19が活性化するまでは、ステップ21
で通常に増量率を演算させ、活性化すると、ステップ2
3で演算される増量率が最小増量率よりも小さいか否か
をステップ24で判断し、最小値よりも小さい場合に最
小増量率に保持させる処理をステップ25で行わせ、こ
の最小増量率に制限される状態で、2次空気の供給終了
を待つと共に、酸素センサ19が活性化した後の出力を
ステップ26でモニタする。
【0039】そして、ステップ27で2次空気供給の終
了が判断されると、ステップ8以降へ進んで、前記ステ
ップ26におけるモニタ結果から2次空気供給装置の故
障診断を行う。上記では、2次空気を供給させる制御が
行われていること、及び、酸素センサが活性化している
ことを2次空気供給装置の故障診断の条件としたが、こ
の他、以下のような条件を付加することが好ましい。
【0040】・外気温度が所定温度範囲内であること ・大気圧が基準圧以上であること ・空燃比学習値が所定範囲内であること ・各部品(酸素センサ,水温センサ,外気温センサ,大
気圧センサ等)の故障診断がなされていないこと ・バッテリ電圧が所定電圧以上であること また、酸素センサ19の出力のモニタは、以下の条件が
成立していることを条件して行わせることが好ましい。
【0041】・ブーストが所定値以下(低負荷状態) ・基本燃料噴射量が所定値以下 ・機関回転速度が所定速度範囲(例えば40〜1800rpm)内 ・吸入空気量が所定値以下 ・燃料カットがなされていない ・機関回転速度,基本燃料噴射量,スロットル開度が所
定割合以上の変化を示していないこと、及び、所定割合
以上の変化から所定期間内でないこと ・エアコンのON/OFF切り換えから所定期間内でな
いこと
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項2記載の発明の構成を示すブロック図。
【図2】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。
【図3】実施の形態における診断制御の内容を示すフロ
ーチャート
【図4】実施の形態における診断制御のタイムチャー
ト。
【図5】他の実施の形態における診断制御の内容を示す
フローチャート。
【図6】他の実施の形態における診断制御の内容を示す
フローチャート。
【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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】触媒の上流側の排気通路に、所定の運転条
    件にて2次空気を供給する2次空気供給装置の自己診断
    装置であって、 2次空気の供給制御時の排気空燃比に基づいて故障診断
    を行うよう構成すると共に、該故障診断時に機関への燃
    料噴射量の増量補正率を所定の最小値以上に制限するこ
    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】触媒の上流側の排気通路に所定の運転条件
    にて2次空気を供給する2次空気供給装置を備えてなる
    内燃機関において、 前記触媒の上流側でかつ前記2次空気供給装置による2
    次空気の供給口よりも下流側の排気通路において排気空
    燃比を検出する排気空燃比検出手段と、 前記2次空気供給装置による2次空気供給制御時におけ
    る前記排気空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記2
    次空気供給装置の故障を診断する故障診断手段と、 該故障診断手段による故障診断時に、機関への燃料噴射
    量の増量補正率を所定の最小値以上に制限する増量補正
    率制限手段と、 を含んで構成され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。
  3. 【請求項3】前記故障診断手段が、前記排気空燃比検出
    手段が活性状態であることを条件として故障診断を行う
    ことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の2次空気供
    給装置における自己診断装置。
  4. 【請求項4】前記2次空気供給装置が低温始動時の所定
    期間において2次空気を供給する構成であって、前記増
    量補正率制限手段で制限される増量補正率が少なくとも
    機関温度に応じて燃料噴射量を増量補正する増量補正率
    を含むことを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機
    関の2次空気供給装置における自己診断装置。
  5. 【請求項5】前記故障診断手段による故障診断が終了し
    た後、前記増量補正率制限手段が、所定の最小値以上に
    制限していた増量補正率を徐々に通常の増量補正率にま
    で戻すことを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに
    記載の内燃機関の2次空気供給装置における自己診断装
    置。
  6. 【請求項6】前記故障診断手段が、前記増量補正率が前
    記最小値以下になってから診断を開始することを特徴と
    する請求項2〜5のいずれか1つに記載の内燃機関の2
    次空気供給装置における自己診断装置。
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JP2008069730A (ja) * 2006-09-15 2008-03-27 Mazda Motor Corp エンジンの排気ガス浄化装置

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