JPS6380033A - 空燃比制御システムの故障診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の空燃比制御システムの故障診断方法
に関する。

〔従来の技術〕

排気ガス中の有害成分ＨＣ，ＣｏおよびＮＯｘを同時に
低減できる三元触媒は、機関シリンダ内に供給される混
合気の空燃比が理論空燃比となったときに最も浄化率が
高くなる。従ってこの三元触媒を角いた場合、機関シリ
ンダ内に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致
させる必要がある。このために混合気の空燃比を制御す
るための補助空気供給制御弁を有し、排気通路内に設け
られた排気ガスセンサの出力信号に基いて補助空気供給
制御弁をフィードバック制御することにより補助空気量
を制御し、これにより混合気の空燃比を理論空燃比に一
致させるようにした空燃比制御装置が公知である。

一方、主に燃料タンク内の蒸発燃料が大気に放出される
のを阻止するために蒸発燃料を一度蒸発燃料吸着装置内
に吸着させ、次いで機関運転時にこの蒸発燃料を大気と
共に吸気通路内に供給するようにした蒸発燃料処理装置
が公知である。

さて、空燃比制御装置と蒸発燃料処理装置を同時に設け
た内燃機関において、空燃比制御システムが正常であっ
ても、機関運転条件によっては蒸発燃料処理装置が蒸発
燃料を吸気通路内に放出し、これにより空燃比がリッチ
状態になって空燃比制御システムにおけるフィードバッ
ク量が上限値をとり続けることとなり、混合気を理論空
燃比に制御できなくなる場合がある。この状態において
空燃比制御システムの故障診断を行なうと、フィードバ
ック量が上限値を維持するために誤診断をしてしまう。

そこで本出願人は既に特願昭６１−１６９９３３号にお
いて、上述のような誤診断を避けるとともに故障診断の
機会をできるだけ多く確保し、しかも故障診断の際に機
関の運転性が悪化しない故障診断方法を提案した。この
故障診断方法は、空燃比のフィードバック量が実質的に
上限値に達した時、蒸発燃料処理装置のパージ制御用開
閉弁を所定時間閉弁し、この閉弁と同時に、フィードバ
ック量を上限値よりも小さい所定値に一時的に設定し、
その後、フィードバック量が実質的に上限値に達してい
れば空燃比制御システムが故障していると判断するもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この方法によっても、フィードバック量を所定
値に設定してから故障診断を開始するまでの待時間とし
て、一定時間必要であり、故障診断のための全体時間が
充分短いものであるとは言えない。すなわち、パージ制
御用開閉弁を閉弁させて・いる時間が長く、この結果、
蒸発燃料処理装置から燃料蒸気が大気中へ放出される可
能性がありエバポエミッションが悪化しゃずいという問
題がある。また、待時間を含めて診断時間が長いと、故
障診断中にエンジンの運転条件が診断条件を満たさなく
なって故障診断を中止しなければならなくなるという問
題を生ずる。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明に係る故障診断方法
は、空燃比のフィードバック量が実質的に上限値に達し
た時、パージ制御用開閉弁を所定時間閉弁し、この閉弁
動作と同時に、フィードバック量を上限値よりも小さい
所定値に一時的に設定するとともに、排気ガスセンサの
出力信号がリッチ信号からリーン信号に反転するまでフ
ィードバック量の増加率を相対的に大きな値に定め、所
定時間経過後フィードバック量が実質的に上限値に達し
ていれば空燃比制御システムが故障していると判断する
ことを特徴としている。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第２図において、１１は機関本体、１２は吸気マニホル
ド、１３は気化器、１４は排気マニホルド、１５はディ
ストリビュータ、１６は機関冷却水温を検出する水温セ
ンサ、１７は吸気マニホルド内の負圧を検出する負圧セ
ンサ、１８は排気マニホルド１４内の排気通路内に設置
された酸素濃度検出器からなる排気ガスセンサ、１９は
ディストリビュータ１５に取付けられた回転数センサ、
２１は燃料タンク、２２はチャコールキャニスタからな
る蒸発燃料吸着装置、４１は電子制御ユニットを夫々示
す。気化器１３のメイン燃料通路２３内にはエアブリー
ド管２４が開口し、このエアブリード管２４内には補助
空気制御用電磁弁２５が挿入される。電磁弁２５が開弁
すると補助空気がエアブリード管２４を介してメイン燃
料通路２３内に供給され、それによってメイン燃料通路
２３から供給される燃料量が変化するために機関シリン
ダ内に供給される混合気の空燃比が変化する。従ってエ
アブリード管２４は空燃比制御用補助空気の供給路を形
成している。空燃比を制御するためには気化器スロット
ル弁後流の吸気通路内に補助空気を供給するようにして
もよく、この場合供給路は気化器スロットル弁後流の吸
気通路内に連結される。

一方、蒸発燃料吸着装置２２は一方では蒸発燃料導管２
６を介して燃料タンク２１に連結され、他方では蒸発燃
料導管２７を介して吸気マニホルド１２内に連結される
。この蒸発燃料導管２７内にはパージ制御用電磁弁２８
が挿入される。蒸発燃料吸着装置２２はその内部に活性
炭２９を内臓しており、燃料タンク２１内で発生した燃
料蒸気はこの活性炭２９に吸着される。電磁弁２８が開
弁すると活性炭２９を通して大気が蒸発燃料導管２７内
に送り込まれ、このとき活性炭２９に吸着された燃料蒸
気が活性炭２９から脱離して大気と共に蒸発燃料導管２
７内に送り込まれる。次いで燃料蒸気は吸着マニホルド
１２内に供給され、従って蒸発燃料導管２７は蒸発燃料
パージ通路を形成する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１は、マイクロプロセッ
シングユニット４２と、メモリ４３と、入力ボート４４
と、出力ボート４５とを備え、これらはバス４６により
相互に接続される。水温センサ１６、負圧センサ１７、
排気ガスセンサ１８、回転数センサ１９、スロットル弁
３１に連結されたスロットルセンサ３２、およびチョー
ク弁３３に連結されたチョークセンサ３４は、それぞれ
入力ボート４４に接続され、これらのセンサの出力信号
は入力ボート４４を介してメモリ４３に格納される。電
磁弁２５．２８のソレノイドは出力ボート４５に接続さ
れ、出力ボート４５から出力される指令信号に基いて消
励磁され、これにより電磁弁２５．２８を開閉させる。

排気ガスセンサ１８は、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）に
応じて第３図に示すような電圧信号を出力する。すなわ
ち空燃比がリッチ状態のとき高圧信号（リッチ信号）、
リーン状態のとき低電圧信号（リーン信号）、理論空燃
比のとき例えば０．４５ｖ程度の電圧信号を出力する。

ＥＣＵ４１は、水温、エンジン回転数、吸気マニホルド
１２内の負圧、およびスロットル弁３１の開度等の情報
に基いて、エンジンの運転状態が混合気を理論空燃比に
すべく空燃比制御システムをフィードバック制御する状
態にあるか否か判断する。もし運転状態がフィードバッ
ク制御する状態にあれば、ＥＣＵ４１は、第４図に示す
ように、排気ガスセンサ１８の出力信号に応じて、混合
気が理論空燃比になるように補正値Ｖ、を算出する。補
正値■、は混合気の空燃比がリッチ状態になるほど大き
くなり、所定値以上のリッチ状態になると上限値１ｍａ
ｘｓ所定値以下のリッチ状態になると下限値Ｉｎ＋ｉｎ
をとる。しかしてＥＣＵ４１は、この補正値ｖ２に基い
て気化器１３の電磁弁２５の開度を調節し、エアブリー
ド量を変化させて吸気通路内への燃料供給量を制御する
。またＥＣＵ４１は、エンジンの運転状態および補正値
■、の大きさによって、次に述べるように空燃比制御シ
ステムの故障診断を行なう。

第１図は故障診断ルーチンのフローチャートを示す。こ
のルーチンは例えば２００　ｍ５ｅｃ毎に割込み処理さ
れる。

ステップ１０１では、エンジンの運転状態が故障診断を
行なうための条件を満足しているか否かを判断する。す
なわち、チョーク弁３３の開度が所定値以上であり、エ
ンジン回転数が所定範囲内（例えば２０００〜４０００
ｒｐｍ）にあり、かつ吸気負圧が所定範囲内（例えば−
３５０〜−１５０ｍｍＨｇ）にある時、診断条件を満足
していると判断してステップ１０２以下へ進み、診断条
件を満足していないと判断した場合、ステップ１１９へ
進んで電磁弁２８を開放する指令信号を出力し、このル
ーチンを終了する。

ステップ１０２ではフィードバックの補正値Ｖアすなわ
ちフィードバック量が正常範囲■、〜■２の間にあるか
否かを判断する。この正常範囲１．〜Ｌは、下限値１　
ｗｉｎと上限値Ｉ　ｍａｘの間の範囲よりも若干狭く、
すなわち正常範囲の最低値■。

は下限値１　ｍｉｎよりも大きく、正常範囲の最高値■
２は上限値Ｉ　ＩＩＩａｘよりも小さい。しかして補正
値ＶＦが正常範囲Ｉ、〜Ｌの中にない場合、故障診断を
行なうべくステップ１０３以下へ進み、正常範囲Ｉ、〜
Ｉ２の中にある場合、故障診断を行なう必要がないので
ステップ１１９へ進んで電磁弁２８を開放する指令信号
を出力してこのルーチンを終了する。

故障診断に際し、まずステップ１０３において補正値■
２が最高値１．以上か否かを判断する。補正値■、が最
高値１２以上の場合、リッチ故障が発生している可能性
があり、この故障を診断するためにステップ１０４へ進
み、逆に補正値ＶＦが最高値１２以上ではない場合、補
正値Ｖ２が最低値■１以下であ為のでリーン故障の診断
をするためステップ１１１へ進む。

ステップ１０４ではパージ制御用電磁弁２８が閉じられ
ているか否かを判断し、閉じられていなければステップ
１０５へ進み、閉じられていればステップ１０９へ進む
。故障診断の開始時、電磁弁２８は開弁じているので、
ステップ１０５へ進んで電磁弁２８を閉じる。そしてス
テップ１０６においてタイマの時刻ｔをＯにクリアし、
ステップ１０７において補正値■２を所定値１ｃに定め
、ステップ１０８において補正値Ｖ、の増加率ＫＬを通
常時における値よりも大きく定める。一方、故障診断の
開始後、電磁弁２８は既に閉弁しておりステップ１０５
〜１０８を実行する必要はないので、ステップ１０４か
らステップ１０９へ進む。

所定値１ｃは少なくとも上限値１　＋＋＋ａｘよりも小
さいことが必要であるが、補正値ｖＦの下限値ｌｍ１ｎ
をとってもよく、また上限値Ｉ　ｍａｘと下限値Ｉｎ１
ｎの中間の値をとってもよい。このように補正値■、を
強制的に所定値Ｉｃにするのは一時的（例えば０．５秒
間）であり、その後補正値Ｖ。

は排気ガスセンサ１８の出力信号に応じて定められる。

補正値Ｖ２の増加率Ｋｔ、を相対的に大きく定めるのは
、後に詳述するように診断待時間を短縮するためであり
、補正値ＶＦがいったん増加から減少に転じると通常の
値に戻される。すなわちステップ１０９では排気ガスセ
ンサ１８の出力信号がリッチ信号からリーン信号に反転
したか否かを判断し、反転していればステップ１１０に
おいて増加率Ｋｔを通常値に戻し、反転していなければ
相対的に大きい増加率ＫＬを維持すべくステップ１１０
を飛ばしてステップ１１４へ進む。

ステップ１１４では時刻ｔが所定値以上になったか否か
判断する。すなわち、電磁弁２８を閉弁してから所定の
診断待時間Ｔだけ経過していなければステップ１１８に
おいて時刻ｔに１を加算してこのルーチンを終了し、逆
に診断待時間Ｔを経過していれば、ステップ１１５にお
いて補正値■２が正常か否か、すなわち補正値■、が上
記正常範囲Ｉ、〜■２の間にあるか否か判断する。しか
して補正値■、が正常範囲内にあればステップ１１９に
おいてパージ制御用電磁弁２８を開放する。また正常範
囲内になければステップ１１６に進み、時刻ｔが異常を
判断するのに必要な時間すなわち診断時間Ｔ′を経過し
ているか否かを判断する。診断時間Ｔ′を過ぎていなけ
れば、ステップ１１８へ進んで時刻ｔに１を加算してこ
のルーチンを終了する。逆に診断時間Ｔ′を過ぎていれ
ばステップ１１７において異常フラグをセットした後ス
テップ１１９において電磁弁２８を開放し、このルーチ
ンを終了する。異常フラグがセントされると、運転席に
設けられた図示しない警報ランプが点灯するようになっ
ている。このようにしてこの診断ルーチンを終了する。

一方、リーン故障を診断する場合、ステップ１１１にお
いて電磁弁２日が閉じられているか否かを判断し、閉じ
られていなければステップ１１２へ進み、閉じられてい
ればステップ１２０へ進む。リッチ故障の診断の場合と
同様に、故障診断の開始時、電磁弁２８は開弁じている
のでステップ１１２においてこの電磁弁２８を閉じ、ス
テップ１１３においてタイマの時刻ｔをＯにクリアして
ステップ１２０へ進む。

ステップ１２０では時刻ｔが診断待時間（Ｔ”−Ｔ）だ
け経過したか否か判断し、経過していなければステップ
１１８に移り、経過していればステップ１２１を実行し
て補正値Ｖ、が正常範囲■１〜■２の間にあるか否かを
判断する。補正値■、が正常範囲にある場合、ステップ
１１９へ進み、正常範囲にない場合ステップ１１７へ進
んで異常フラグをセットする。

なおこの診断ルーチンは、空燃比制御システムが故障し
ているか否かを一度判断すると、その走行においてはそ
の後再度判断しないようにしてもよい。すなわち、−走
行中、−度だけ故障診断するようにしてもよい。

第５図は、故障診断時パージ制御用電磁弁２８の閉弁と
同時に補正値ＶＦを下限値Ｉ　ｍｉｎに定めるが補正値
Ｖ、の増加率ＫＬを大きくしない場合、第６図は電磁弁
２８の閉弁と同時に補正値Ｖ、を下限値ｌｍ１ｎに定め
るとともに補正値Ｖ、の増加率Ｋｔを大きくする場合、
第７図は電磁弁２８の閉弁と同時に補正値Ｖ、を上限値
１　ｗａｘと下限値ｔＩｌｉｎの中間の値に定めるとと
もに補正値ｖＦの増加率ＫＬを大きくする場合における
、補正値■、および空燃比Ａ／Ｆの時間的変化をそれぞ
れ示す。ただし、図示例はいずれも空燃比制御システム
が正常の場合である。

第５図の場合、空燃比側′４１システムは、補正値ＶＦ
が一時的に下限値Ｉ　ｍｔｎに定められたことにより空
燃比が急にリーン状態になったと判断し、空燃比をリッ
チ状態にする方向に制御する（符号Ｐ）。実際には、空
燃比がリッチ状態のままであるので、補正値■、が増加
率ＫＬで上昇して混合気の空燃比がリーン側に近づき（
実線Ｑ）、その後、フィードバック制御により混合気は
理論空燃比（λ−１）に近づいていく。しかして混合気
の空燃比Ａ／Ｆは斜線Ｓで示すように一時的にリッチ状
態のままであるが徐々に理論空燃比になる。

ところが斜線Ｓで示すリッチ状態が比較的長く、これに
より排気ガスエミッションがよくないという問題がある
。またリッチ故障の場合に補正値■、が上限値Ｉ　ｔａ
ａｘに達するまでの時間、すなわち診断待時間Ｔとしで
ある程度長い時間が必要であり、これにより故障診断の
全体時間Ｔ′を長くとらなければならない。このように
時間Ｔ′が長いと、上述したように蒸発燃料吸着装置２
２から燃料蒸気が大気中へ放出されるおそれがあり、ま
たこの間にエンジンの運転条件が診断条件を満たさなく
なって診断を中止せざるを得なくなることがある。

本発明においては、例えば第６図および第７図に示すよ
うに故障診断の開始時補正値■、の増加率に、を大きく
定めて故障診断の待時間Ｔおよび全体時間Ｔ′を短縮し
ている。

第６図の場合、パージ制御用電磁弁２８の閉弁と同時に
、補正値Ｖ、を下限値ｌｍ１ｎに定めるとともに補正値
ＶＦの増加率ＫＬを定めている。したがって、補正値ｖ
Ｆは急速に大きくなり、その後減少する側に反転する。

この結果、斜線Ｓで示すように混合気の空燃比Ａ／Ｆが
リッチ状態である時間が短くなり排気ガスエミッション
が改善される。また故障診断の待時間Ｔが短くなり全体
時間Ｔ′が短縮される。したがって、電磁弁２８を閉弁
する時間を短くすることができ、蒸発燃料吸着装置２２
内の燃料蒸気が大気中へ放出されるおそれが大幅に減少
し、またこの間にエンジンの運転条件が診断条件を満た
さなくなるおそれも減少する。

第７図の例においては、第６図と異なり、パージ制御用
電磁弁２８の閉弁と同時に、補正値Ｖ。

は下限値Ｉ　ｗｉｎよりも大きい値に定められている。

したがって補正値ｖＦは、リッチ故障の場合、第６図の
例よりもさらに早く上限値１　ｆｆＩａｘに到達するこ
ととなる。この結果、第６図の例よりもさらに故障時間
の待時間Ｔおよび全体時間Ｔ′が短くなる。

なお、本発明は燃料供給系の構成に限定されるものでは
ない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、故障診断の待時間および
全体時間を短くすることができるので、この間にエンジ
ンの運転条件が診断条件から外れるおそれが減少し、ひ
いては診断の機会を増加させることが可能になる。また
パージ制御用開閉弁を閉弁させる時間が短くなるので、
蒸発燃料吸着装置から燃料蒸気が大気中へ放出されるお
それが減少し、エバポエミッションが改善される。さら
に、パージ制御用開閉弁の閉弁時補正値が急速に大きく
なるので、混合気の空燃比がリッチ状態になる時間が短
くなり、排気ガスエミッションが改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る故障診断のルーチンの
フローチャート、 第２図は本発明を適用した内燃機関を示す概略図、 第３図は空燃比と排気ガスセンサの出力信号の関係を示
すグラフ、 第４図は空燃比とフィードバックの補正値の関係を示す
グラフ、 第５図は比較例における空燃比と補正値の時間的変化を
示すグラフ、 第６図は一実施例における空燃比と補正値の時間的変化
を示すグラフ、 第７図は他の実施例における空燃比と補正値の時間的変
化を示すグラフである。 １４・・・排気通路、　　１８・・・排気ガスセンサ、
２２・・・蒸発燃料吸着装置、 ２７・・・蒸発燃料パージ通路、 ２８・・・パージ制御用開閉弁。 リーン−Ａ／Ｆ啼リフリ ッチ図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸発燃料吸着装置と吸気通路とを連結する蒸発燃料
   パージ通路内にパージ制御用開閉弁が設けられ、かつ排
   気通路内に配設された排気ガスセンサの出力信号に基い
   て混合気の空燃比をフィードバック制御すべく構成され
   た空燃比制御システムにおいて、空燃比のフィードバッ
   ク量が実質的に上限値に達した時、上記パージ制御用開
   閉弁を所定時間閉弁し、この閉弁動作と同時に、フィー
   ドバック量を上限値よりも小さい所定値に一時的に設定
   するとともに、上記排気ガスセンサの出力信号がリッチ
   信号からリーン信号に反転するまで上記フィードバック
   量の増加率を相対的に大きな値に定め、所定時間経過後
   フィードバック量が実質的に上限値に達していれば、空
   燃比制御システムが故障していると判断することを特徴
   とする空燃比制御システムの故障診断方法。