JP2002317678A

JP2002317678A - 内燃機関の排気系異常検出装置

Info

Publication number: JP2002317678A
Application number: JP2002010270A
Authority: JP
Inventors: Koji Uranishi; 康次浦西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2002-10-31
Also published as: US20020112467A1; US6594987B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排気系に設けられた空燃比センサの出力に基
づいて内燃機関の排気系の異常を確実に且つ迅速に検出
する。【解決手段】この内燃機関の排気系異常検出装置は、
排気系の異常の有無を検出するときに、強制的な継続リ
ッチ空燃比を与える制御手段と、排気系に設けられたセ
ンサが、前記制御手段の制御によるリッチ空燃比に対応
する出力を示さないときに、排気系に異常があると判定
する判定手段と、を具備する。また、この装置は、圧力
変動が大きく排気管の漏れの影響が最も大きく現れるア
イドル時に、排気系の異常検出処理を行うことで、検出
精度の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気系
の異常すなわち漏れを検出する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関においては、排気ガス
浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水
素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と
燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘ（窒素酸
化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が利用されて
いる。そのような三元触媒による酸化・還元能力を高め
るためには、機関の燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を
理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する必要がある。
そのため、機関における燃料噴射制御においては、排気
ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比より
もリッチかリーンかを感知するＯ₂センサ（酸素セン
サ）を空燃比センサとして設け、そのセンサ出力に基づ
いて燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行わ
れている。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御では、酸
素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い
箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けている
が、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するた
めに、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂センサを
更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されてい
る。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌
されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ
平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力
は、上流側Ｏ₂センサの出力よりも緩やかに変化し、従
って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ
₂センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイン
空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂セン
サによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するもの
であり、メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比補
正係数を演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの出
力に基づいて修正することにより、又は下流側Ｏ₂セン
サの出力に基づく第２の空燃比補正係数を導入すること
により、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつきを吸収
し、空燃比制御精度の向上を図っている。

【０００４】このようなダブルＯ₂センサシステムにお
いて、触媒上流側Ｏ₂センサと触媒下流側Ｏ₂センサとの
間の排気管に亀裂等の異常が生ずると、排気の脈動で大
気が排気管内に吸い込まれるため、下流側Ｏ₂センサは
排気空燃比をリーンと誤判定する。その結果、機関の空
燃比がリッチ側へと誤制御されてしまい、触媒の浄化性
能が悪化し、ＨＣ及びＣＯのエミッションが悪化する。
また、触媒下流側Ｏ₂センサは、触媒の劣化を検出する
ためにも利用される場合があるが、その場合にはかかる
排気系異常により誤検出が招かれる。

【０００５】そこで、特開平８−２１０１２６号公報
は、下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正されるメイ
ン空燃比フィードバック制御用定数が所定のガード値に
到達したときに排気系異常（排気管の漏れ）と判断して
触媒劣化判定を禁止する技術を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、下流
側Ｏ₂センサ出力のリーン化傾向現象から排気系異常を
判断しようというものであるが、下流側Ｏ₂センサの出
力に基づいて修正されるメイン空燃比フィードバック制
御用定数は、触媒の劣化傾向などの影響をも受けるた
め、必ずしも排気系異常に一対一に対応するパラメータ
ではない。したがって、上記従来技術によると、排気系
異常を確実に且つ迅速に検出することは困難である。

【０００７】また、近年においては、三元触媒が常に一
定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御
する内燃機関も開発されている。すなわち、三元触媒の
Ｏ₂ストレージ能力は、排気ガスがリーン状態にあると
きに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあ
るときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガス
を浄化するものであるが、このような能力は有限なもの
である。従って、Ｏ₂ストレージ能力を効果的に利用す
るためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリ
ーン状態のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵
されている酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量
の半分）に維持することが肝要であり、そのように維持
されていれば、常に一定のＯ₂吸着・放出作用が可能と
なり、結果として触媒による一定の酸化・還元能力が常
に得られる。

【０００８】このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ
₂ストレージ量を一定に制御する内燃機関においては、
例えば、空燃比をリニアに検出可能な全域空燃比センサ
が用いられ、比例及び積分動作（ＰＩ動作）によるフィ
ードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）が行われる。このＯ₂ス
トレージ量一定制御システムにおいても、全域空燃比セ
ンサの出力特性のばらつきを補償するために、触媒下流
側にＯ₂センサが設けられることがある。その場合に
は、前述のダブルＯ₂センサシステムと同様の問題が生
ずる。

【０００９】さらに、いうまでもなく、車両の排気管の
異常に起因して、触媒で浄化される前の排気ガスが大気
中に排出され、また、排気脈動によって大気が吸い込ま
れてしまうという問題は、排気系に一つの空燃比センサ
を有する内燃機関にもあてはまる。

【００１０】本発明は、上述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、内燃機関において排気系の
異常を確実に且つ迅速に検出することができる装置を提
供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の面によれば、排気系の異常の有無を
検出するときに、強制的な継続リッチ空燃比を与える制
御手段と、排気系に設けられたセンサが、前記制御手段
の制御によるリッチ空燃比に対応する出力を示さないと
きに、排気系に異常があると判定する判定手段と、を具
備する、内燃機関の排気系異常検出装置が提供される。
この装置においては、強制リッチを入れて排気系の異常
（漏れ）を判断するため、空燃比フィードバック制御中
に排気漏れを検出するものと比較して検出精度の向上が
図られる。

【００１２】また、本発明の第２の面によれば、排気系
の異常の有無を検出するときに、機関のアイドル運転中
に強制的な継続リッチ空燃比を与える制御手段と、排気
系に設けられたセンサが、前記制御手段の制御によるリ
ッチ空燃比に対応する出力を示さないときに、排気系に
異常があると判定する判定手段と、を具備する、内燃機
関の排気系異常検出装置が提供される。この装置におい
ては、排気の脈動が大きいアイドル運転時に、強制リッ
チを入れて排気系の異常（漏れ）を判断するため、更な
る検出精度の向上が図られる。

【００１３】また、本発明の第３の面によれば、排気系
に設けられた触媒コンバータの上流側及び下流側にそれ
ぞれ配置された上流側及び下流側空燃比センサの出力に
基づいて空燃比をフィードバック制御する内燃機関の排
気系の異常を検出する装置であって、該フィードバック
制御を停止し、継続的に機関の空燃比をリッチに制御す
るリッチ制御手段と、前記リッチ制御手段の制御による
リッチ空燃比に対応する出力を下流側空燃比センサが示
さないときに、排気系に異常があると判定する異常判定
手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置が
提供される。

【００１４】本発明の第４の面によれば、前記第３の面
による装置において、好ましくは、前記リッチ制御手段
は、機関のアイドル時にリッチ制御を実行する。

【００１５】本発明の第５の面によれば、前記第３の面
による装置において、好ましくは、上流側空燃比センサ
及び下流側空燃比センサは、ともに、排気ガスの空燃比
がリッチかリーンかを検出するＯ₂センサであり、前記
異常判定手段は、両センサの出力を比較して排気系異常
を判定する。

【００１６】本発明の第６の面によれば、前記第３の面
による装置において、好ましくは、上流側空燃比センサ
は、排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力特性を有する
全域空燃比センサであり、一方、下流側空燃比センサ
は、排気ガスの空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ
₂センサであり、前記異常判定手段は、下流側のＯ₂セン
サの出力がリーン相当値を示すときに排気系に異常があ
ると判定する。

【００１７】また、本発明の第７の面によれば、機関の
アイドル運転を停止させる手段を備えた内燃機関の排気
系の異常を検出する装置であって、排気系の異常の有無
を検出する条件が成立したときに、機関のアイドル運転
の停止を解除し、アイドル運転中に機関をリッチ空燃比
で運転させる制御手段と、排気系に設けられたセンサ
が、前記制御手段の制御によるリッチ空燃比に対応する
出力を示さないときに、排気系に異常があると判定する
判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装
置が提供される。前述のように、排気脈動の大きいアイ
ドル運転時に排気系の異常（漏れ）を検出することが好
ましいが、省エネルギのためのアイドルストップ機能を
有する車両では、アイドル運転領域が存在しない。この
第７の面による装置では、排気系の異常を検出するとき
に、強制的にアイドル運転が実施されるため、その検出
が可能となる。

【００１８】また、本発明の第８の面によれば、内燃機
関と電気モータとを動力源として使用した車両における
該内燃機関の排気系の異常を検出する装置であって、排
気系の異常の有無を検出するときに、内燃機関と電気モ
ータとによる駆動割合を、内燃機関が所定の範囲になる
ように変更するとともに、内燃機関をリッチ空燃比で運
転させる制御手段と、排気系に設けられたセンサが、前
記制御手段の制御によるリッチ空燃比に対応する出力を
示さないときに、排気系に異常があると判定する判定手
段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置が提
供される。ハイブリッド車両システムの場合には、強制
リッチによる排気系異常（漏れ）検出を行うとき、排気
脈動が大きくなるように内燃機関を運転させ、内燃機関
のトルク変動分は電気モータで相殺させる。これによ
り、排気系異常の検出精度を向上させることができる。

【００１９】本発明の第９の面によれば、内燃機関が可
変動弁機構を有する場合には、排気系の異常の有無を検
出するとき、前記制御手段は排気系の負圧波が大きくな
るように該可変動弁機構を制御する。可変動弁機構を備
えた機関では、排気通路の負圧波が大きくなるように可
変動弁機構を制御することで、排気系異常（漏れ）の検
出精度を向上させることができる。通常、吸排気弁のオ
ーバラップが大きくなる方向に制御することで、排気通
路の負圧波が大きくなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施形態に係る排気系
異常検出装置を備えた内燃機関の全体概要図である。内
燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイ
クルレシプロガソリン機関である。機関１は、シリンダ
ブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリン
ダブロック２には、上下方向へ延びる複数個のシリンダ
４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内には、
ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン
５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシ
ャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動
は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト
７の回転運動に変換される。

【００２２】シリンダブロック２とシリンダヘッド３と
の間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となって
いる。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室
８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそ
れぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開
閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及
び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能
に支持されている。また、シリンダヘッド３において、
各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１
３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設
けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バ
ルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５
及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び
１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７
及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタ
イミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結
されている。

【００２３】吸気ポート９には、エアクリーナ３１、ス
ロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホル
ド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関
１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３
０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。ま
た、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジ
ャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節する
ためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設け
られている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９
へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取り付けら
れている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、
そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管
４３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、イ
ンジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を
流れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介し
て燃焼室８へ導入される。

【００２４】この混合気に着火するために、シリンダヘ
ッド３には点火プラグ５０が取り付けられている。点火
時には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイ
ル５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電
流が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ
５０に供給される。

【００２５】燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バ
ルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポー
ト１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２
等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバ
ータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）
及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え
残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘ（窒素酸化
物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されてい
る。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排
気ガスが大気中に排出される。

【００２６】機関１には各種のセンサが取り付けられて
いる。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温度
を検出するための水温センサ７４が取り付けられてい
る。吸気通路３０には、吸入空気量（質量流量）を検出
するためのエアフローメータ７０が取り付けられてい
る。吸気通路３０においてエアクリーナ３１の近傍に
は、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ７３
が取り付けられている。吸気通路３０において、スロッ
トルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度を検出す
るためのスロットル開度センサ７２が設けられている。
また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、ア
イドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であるスロ
ットル全閉信号がアクティブとなる。排気通路６０の触
媒コンバータ６２より上流側の部分には、空燃比センサ
として排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチか
リーンかを検出する上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂セン
サ）７５が取付けられている。また、この機関は、上流
側Ｏ₂センサ７５の出力特性のばらつきを補償するサブ
空燃比フィードバック制御を実施する機関であり、触媒
コンバータ６２より下流の排気通路には、下流側Ｏ₂セ
ンサ（サブＯ₂センサ）７６が設けられている。なお、
Ｏ₂センサの一般的な出力特性が図２に示される。

【００２７】ディストリビュータ５３には、クランクシ
ャフト７の回転に同期して回転する２個のロータが内蔵
されており、クランクシャフト７の基準位置を検出する
ために一方のロータの回転に基づいてクランク角（Ｃ
Ａ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パル
スを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けら
れ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転速
度ＮＥ）を検出するために他方のロータの回転に基づい
て３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させる
クランク角センサ８１が設けられている。なお、車両に
は、トランスミッション出力軸の回転速度すなわち車速
ＳＰＤに比例した数の出力パルスを単位時間当たりに発
生する車速センサ８３が取り付けられている。

【００２８】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０
は、空燃比制御（燃料噴射制御）、点火時期制御、アイ
ドル回転速度制御等に加えて本発明に係る排気系異常検
出処理を実行するマイクロコンピュータシステムであ
り、そのハードウェア構成は、図３のブロック図に示さ
れる。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９３に格納された
プログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置
（ＣＰＵ）９１は、各種センサ及びスイッチからの信号
をＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）９５又は入力インタフェー
ス回路９６を介して入力し、その入力信号に基づいて演
算処理を実行し、その演算結果に基づき駆動回路９７ａ
〜９７ｄを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力
する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４は、その
演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所と
して使用される。また、バックアップＲＡＭ９９は、バ
ッテリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の
供給を受け、イグニションスイッチがオフの状態におい
ても保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を
格納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の
各構成要素は、アドレスバス、データバス及びコントロ
ールバスからなるシステムバス９２を介して接続されて
いる。

【００２９】ＥＣＵ９０においては、各種制御のため
に、吸入空気量信号、スロットル開度信号、吸気温信号
及び冷却水温信号が、一定クランク角ごとに実行される
Ａ／Ｄ変換ルーチンによって取り込まれ、ＲＡＭ９４の
所定領域にそれぞれ吸入空気量データＧＡ、スロットル
開度データＴＡ、吸気温データＴＨＡ及び冷却水温デー
タＴＨＷとして格納される。また、クランク角センサ８
１のパルス信号が入力するごとに、そのパルス間隔から
図示しないルーチンにより機関回転速度が算出され、Ｒ
ＡＭ９４の所定領域に機関回転速度データＮＥとして格
納される。

【００３０】点火時期制御は、クランク角センサ８１か
ら得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号
により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期
を決定し、駆動回路９７ｂを介してイグナイタ５１に点
火信号を送るものである。また、アイドル回転速度制御
は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信号及
び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル状態
を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷却水
温度等によって決められる目標回転速度と実際の機関回
転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となる
ように制御量を決定し、駆動回路９７ｃを介してＩＳＣ
Ｖ３６を制御して空気量を調節することにより、最適な
アイドル回転速度を維持するものである。次に、空燃比
制御について説明する。

【００３１】図４は、ＣＰＵ９１によって実行される噴
射量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートに示
される。本ルーチンは、一定クランク角ごと（例えば３
６０°ごと）に実行される。このルーチンでは、燃料噴
射量、すなわちインジェクタ４０による燃料噴射時間Ｔ
ＡＵが、機関１回転当たりの吸入空気量ＧＮと、後述す
る空燃比補正係数ＦＡＦとに基づいて算出される。

【００３２】具体的には、まず、ステップ１０２におい
て、吸入空気量データＧＡ及び回転速度データＮＥをＲ
ＡＭ９４の所定領域から読み込み、機関１回転当たりの
吸入空気量ＧＮを、ＧＮ←ＧＡ／ＮＥなる演算により求める。次いで、ステップ１０４では、
基本燃料噴射時間ＴＡＵＰを、ＴＡＵＰ←Ｋ＊ＧＮとして算出する。ここで、基本燃料噴射時間ＴＡＵＰ
は、燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比と
するために必要とされる燃料噴射時間であり、Ｋは定数
である。

【００３３】また、実際の燃料噴射時間ＴＡＵは、ステ
ップ１０６において、上記ＴＡＵＰを空燃比補正係数Ｆ
ＡＦで補正した値、すなわち、ＴＡＵ←ＴＡＵＰ＊ＦＡＦ＊α＋β として算出される。ここで、α及びβは、それぞれ機関
運転状態に応じて決定される補正係数及び補正量であ
る。また、上記により燃料噴射時間ＴＡＵが算出される
と、ステップ１０８では、時間ＴＡＵが駆動回路９７ａ
にセットされ、時間ＴＡＵに応じた量の燃料がインジェ
クタ４０から噴射される。

【００３４】なお、燃料噴射制御では、スロットルバル
ブ３２が全閉で機関回転速度が所定値以上のときに、燃
料供給の不必要な減速状態にあると判断し、燃料噴射を
一時的に停止する燃料カットが行われる。一方、機関運
転状態に応じて加速増量補正、出力増量補正等の燃料増
量補正も行われる。

【００３５】上記空燃比補正係数ＦＡＦを求める制御が
空燃比フィードバック制御であり、本実施形態に係る空
燃比フィードバック制御においては、上流側Ｏ₂センサ
７５の出力に基づいて空燃比がフィードバック制御され
るとともに、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づいて上
流側Ｏ₂センサ７５の出力特性のずれ等を補正する制御
も行われる。

【００３６】図５及び図６は、上流側Ｏ₂センサ７５の
出力に基づくメイン空燃比フィードバック制御の処理手
順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＣＰＵ
９１により一定時間毎（例えば４ｍｓ毎）に実行され
る。本ルーチンでは、上流側Ｏ ₂センサ７５の出力ＶＯ
Ｍを基準電圧Ｖ_R1（理論空燃比相当電圧）と比較し、触
媒コンバータ上流側での排気空燃比が理論空燃比よりリ
ッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）のときには空燃比補正係数ＦＡＦ
を減少させ、リーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）のときにはＦＡＦ
を増大させる制御を行う。Ｏ₂センサは、排気空燃比が
理論空燃比よりリッチのときに例えば０．９Ｖの電圧信
号を出力し、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのとき
に例えば０．１Ｖ程度の電圧信号を出力する（図２参
照）。本実施形態では、上記基準電圧Ｖ_R1は０．４５Ｖ
程度に設定される。上記のように空燃比補正係数ＦＡＦ
を排気空燃比に応じて増減することにより、エアフロー
メータ７０、インジェクタ４０等の燃料供給系の機器に
多少の誤差が生じている場合でも、機関空燃比は正確に
理論空燃比近傍に修正される。

【００３７】具体的には、まず、ステップ２０２におい
て、上流側Ｏ₂センサ７５によるメイン空燃比フィード
バック制御の実行条件が成立しているか否かを判別す
る。例えば、冷却水温が所定値以下のとき、機関始動
中、始動後増量中、暖機増量中、出力増量中、上流側Ｏ
₂センサ７５の出力信号が一度も反転していないとき、
燃料カット中、等においては、いずれもフィードバック
制御実行条件が不成立となり、その他の場合においては
フィードバック制御実行条件が成立する。条件が不成立
のときには、ステップ２３８において空燃比補正係数Ｆ
ＡＦを１．０とした後、本ルーチンを終了する。他方、
条件が成立するときにはステップ２０４に進む。

【００３８】ステップ２０４では、上流側Ｏ₂センサ７
５の出力ＶＯＭをＡ／Ｄ変換して取り込む。次のステッ
プ２０６では、ＶＯＭが基準電圧Ｖ_R1（例えば０．４５
Ｖ）以下か否か、すなわち空燃比がリーンかリッチかを
判別し、空燃比がリーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）であれば、ス
テップ２０８に進む。ステップ２０８では、ディレイカ
ウンタＣＤＬＹが正か否かを判別し、ＣＤＬＹ＞０であ
れば、ステップ２１０にてＣＤＬＹを０としてからステ
ップ２１２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦０であれば、直接
ステップ２１２に進む。ステップ２１２では、ディレイ
カウンタＣＤＬＹから１を減算する。次いで、ステップ
２１４では、ディレイカウンタＣＤＬＹを所定の最小値
ＴＤＬと比較し、ＣＤＬＹ＜ＴＤＬのときには、ステッ
プ２１６にてディレイカウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＬ
でガードし、ステップ２１８にて空燃比フラグＦ１を０
（リーン）として、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤ
ＬＹ≧ＴＤＬのときには、直接ステップ２３２に進む。
なお、最小値ＴＤＬは上流側Ｏ₂センサ７５の出力にお
いてリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態で
あるとの判断を保持するためのリーン判定遅延時間であ
って、負の値で定義される。

【００３９】また、ステップ２０６においてリッチ（Ｖ
ＯＭ＞Ｖ_R1）と判定されるときには、ステップ２２０に
進む。ステップ２２０では、ディレイカウンタＣＤＬＹ
が負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０であれば、ステップ
２２２にてＣＤＬＹを０としてからステップ２２４に進
み、一方、ＣＤＬＹ≧０であれば、直接ステップ２２４
に進む。ステップ２２４では、ディレイカウンタＣＤＬ
Ｙに１を加算する。次いで、ステップ２２６では、ディ
レイカウンタＣＤＬＹを所定の最大値ＴＤＲと比較し、
ＣＤＬＹ＞ＴＤＲのときには、ステップ２２８にてディ
レイカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードし、ステ
ップ２３０にて空燃比フラグＦ１を１（リッチ）とし
て、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦ＴＤＲの
ときには、直接ステップ２３２に進む。なお、最大値Ｔ
ＤＲは上流側Ｏ₂センサ７５の出力においてリーンから
リッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を
保持するためのリッチ判定遅延時間であって、正の値で
定義される。

【００４０】ステップ２３２では、空燃比フラグＦ１の
値（０又は１）が変化したか否か、すなわち遅延処理後
の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転し
ていれば、ステップ２３４にて、リッチからリーンへの
反転か、リーンからリッチへの反転かを判別する。リッ
チからリーンへの反転であれば、ステップ２４０におい
て、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＲＳＲとして空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に増大させ、
逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステップ２
４２において、ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＲＳＬとして空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させ
る。つまり、スキップ処理を行う。

【００４１】ステップ２３２にて空燃比フラグＦ１の値
が変化していなければ、ステップ２３６、２４４及び２
４６にて積分処理を行う。つまり、ステップ２３６にて
“Ｆ１＝０”であるか否かを判別し、“Ｆ１＝０”（リ
ーン）であればステップ２４４において、ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩＲとし、一方、“Ｆ１＝１”（リッチ）であればステップ
２４６において、ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩＬとする。ここで、積分定数ＫＩＲ及びＫＩＬは、スキッ
プ定数ＲＳＲ及びＲＳＬに比して十分小さく設定してあ
り、つまり、ＫＩＲ＜ＲＳＲ、かつ、ＫＩＬ＜ＲＳＬ、
である。したがって、ステップ２４４は、リーン状態
（Ｆ１＝０）で燃料噴射量を徐々に増大させる一方、ス
テップ２４６は、リッチ状態（Ｆ１＝１）で燃料噴射量
を徐々に減少させる。

【００４２】ステップ２４８、２５０、２５２及び２５
４では、演算された空燃比補正係数ＦＡＦが、所定の最
小値（例えば０．８）以上で、かつ、所定の最大値（例
えば１．２）以下となるように、ガード処理が施され
る。これにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦ
の演算結果が過度に大きく又は小さくなる場合において
も、そのガード値で機関の空燃比が制御され、オーバリ
ッチ又はオーバリーンになるのが防止される。

【００４３】図７は、図５及び図６のメイン空燃比フィ
ードバック制御を行った場合に、上流側Ｏ₂センサ７５
で検出された空燃比（Ａ／Ｆ）変化（図７(A) ）に対し
てカウンタＣＤＬＹ（同(B) ）、フラグＦ１（同(C)
）、空燃比補正係数ＦＡＦ（同(D) ）がどのように変
化するかを例示している。図７(A) に示すように、Ａ／
Ｆがリーンからリッチに変化した場合でも、空燃比フラ
グＦ１（図７(C) ）の値は直ちに０から１には変化せ
ず、カウンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＲに増大するま
での時間（図７(C) のＴ₁）の間は０のまま保持され、
Ｔ₁経過後に０から１に変化する。また、Ａ／Ｆがリッ
チからリーンに変化した場合も、Ｆ１の値はカウンタＣ
ＤＬＹの値が０からＴＤＬ（ＴＤＬは負の値）に減少す
るまでの時間（図７(C) のＴ₂）の間は１のまま保持さ
れ、Ｔ₂経過後に１から０に変化する。このため、図７
(A) にＮで示したように、外乱等により上流側Ｏ₂セン
サ７５の出力が短い周期で変化したような場合でも、フ
ラグＦ１の値は追従して変化しないため、空燃比制御が
安定する。

【００４４】メイン空燃比フィードバック制御の結果、
空燃比補正係数ＦＡＦの値は図７(D) に示すように周期
的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃比とリー
ン空燃比とに交互に変動する。また、図４で説明したよ
うに、ＦＡＦの値が増大すると燃料噴射時間ＴＡＵは増
大し、ＦＡＦの値が減少すると燃料噴射時間ＴＡＵも減
少する。

【００４５】次に、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づ
くサブ空燃比フィードバック制御について説明する。前
述のように、サブ空燃比フィードバック制御としては、
メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比補正係数を
演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの出力に基づ
いて修正するものと、下流側Ｏ₂センサの出力に基づく
第２の空燃比補正係数を導入するものとがある。前者
は、上述のＦＡＦ演算の際に使用される、スキップ量Ｒ
ＳＲ及びＲＳＬ、積分量ＫＩＲ及びＫＩＬ、判定遅延時
間ＴＤＲ及びＴＤＬ、上流側Ｏ₂センサ出力判定用基準
電圧ＶＲ１、等を可変にするものである。

【００４６】例えば、空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ
量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にするサブ空燃比フィードバ
ック制御は、図７(D) から判るように、ＲＳＲが増大し
ＲＳＬが減少すると、機関空燃比のリッチ空燃比側への
振れ幅が大きくなり、空燃比が全体的にリッチ空燃比側
に移行する一方、逆に、ＲＳＲが減少しＲＳＬが増大す
ると、機関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大きく
なり、空燃比が全体的にリーン空燃比側に移行する、と
いう知見に基づき、ＲＳＲ及びＲＳＬの値を増減せしめ
ることにより、機関空燃比をリッチ側又はリーン側に変
化させるものである。具体的には、下流側Ｏ₂センサに
よって感知される空燃比が継続してリーン又はリッチで
あるときには一定割合でＲＳＲを増大又は減少せしめ
る。そして、空燃比補正係数ＦＡＦのリーンスキップ量
ＲＳＬは、そのＲＳＬの値とＲＳＲの値との和が一定に
維持されるように設定される。

【００４７】図８は、ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にするサ
ブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示す
フローチャートである。本ルーチンは、ＣＰＵ９１によ
り、メイン空燃比フィードバック制御の場合より長い所
定間隔（例えば５１２ｍｓ毎）で実行される。本ルーチ
ンでは、下流側Ｏ₂センサ７６の出力ＶＯＳを基準電圧
Ｖ_R2（理論空燃比相当電圧、例えば０．４５ボルト）と
比較し、触媒コンバータ下流側での排気空燃比が理論空
燃比よりリッチ（ＶＯＳ＞Ｖ_R2）のときには、メイン空
燃比フィードバック制御で用いる補正量ＲＳＲを減少さ
せるとともに、ＲＳＬを増大させる。また、触媒コンバ
ータ下流側での排気空燃比が理論空燃比よりリーン（Ｖ
ＯＳ≦Ｖ_R2）のときには、補正量ＲＳＲを増大させると
ともにＲＳＬを減少させる操作を行う。このため、上流
側Ｏ₂センサ７５が劣化したり特定の気筒の排気の影響
を強く受けたために上流側Ｏ₂センサ７５の出力が実際
の排気空燃比からずれたような場合でも、ＦＡＦの値が
下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づいて補正されるの
で、機関空燃比は正確に理論空燃比に維持される。

【００４８】まず、ステップ３０２では、図５のステッ
プ２０２と同様に、フィードバック制御実行条件が成立
しているか否かを判定し、不成立の場合には、本ルーチ
ンを終了し、一方、成立の場合には、ステップ３０４に
進む。ステップ３０４では、下流側Ｏ₂センサ７６の出
力ＶＯＳをＡＤ変換して読み込む。次いで、ステップ３
０６では、ＶＯＳがリーン空燃比相当値（ＶＯＳ≦
Ｖ_R2）か否かを判定し、ＶＯＳの値がリーン空燃比相当
値であった場合には、ステップ３０８でＲＳＲの値を一
定量ΔＲＳだけ増大し、増大後のＲＳＲが所定の最大値
ＭＡＸ（例えば、ＭＡＸ＝０．０９）を越えないように
ガードする（ステップ３１０、３１２）。また、ステッ
プ３１６でＶＯＳの値がリッチ空燃比相当値（ＶＯＳ＞
Ｖ_R2）であった場合には、ステップ３１４でＲＳＲの値
を一定量ΔＲＳだけ減少させ、減少後のＲＳＲが所定の
最小値ＭＩＮ（例えば、ＭＩＮ＝０．０１）より小さく
ならないようにガードする（ステップ３１６、３１
８）。

【００４９】最後のステップ３２０では、算出されたＲ
ＳＲの値を用いて、メイン空燃比フィードバック制御ル
ーチンで用いるＲＳＬの値を、ＲＳＬ←０．１−ＲＳＲ
として算出する。すなわち、ＲＳＲとＲＳＬとの和は本
実施形態では常に一定値（０．１）に保持されており、
ＲＳＲが増大するとＲＳＬが減少し、ＲＳＲが減少する
とＲＳＬは増大するようになっている。

【００５０】上記サブ空燃比フィードバック制御ルーチ
ンの実行により、下流側Ｏ₂センサ７６で検出した排気
空燃比がリッチの場合にはＲＳＲの減少とＲＳＬの増大
とが、また、排気空燃比がリーンの場合にはＲＳＲの増
大とＲＳＬの減少とが同時に行われる。

【００５１】ところで、このようなダブルＯ₂センサシ
ステムにおいて、触媒上流側Ｏ₂センサ７５と触媒下流
側Ｏ₂センサ７６との間の排気管に亀裂や腐食によるピ
ンホール等の異常が生ずると、排気の脈動で大気が排気
管内に吸い込まれるため、下流側Ｏ₂センサ７６は排気
空燃比をリーンと誤判定する。その結果、機関の空燃比
がリッチ側へと誤制御されてしまい、触媒の浄化性能が
悪化し、ＨＣ及びＣＯのエミッションが悪化する。

【００５２】そこで、本発明の実施形態では、空燃比フ
ィードバック制御を停止し、継続的に機関の空燃比をリ
ッチに制御するとともに、リッチ制御によるリッチ空燃
比に対応する出力を下流側Ｏ₂センサ７６が示さないと
きには、上流側Ｏ₂センサと下流側Ｏ₂センサとの間の排
気管に異常があり、排気の脈動で大気が排気管内に吸い
込まれていると判断するようにしている。

【００５３】具体的にＣＰＵ９１によって実行される排
気系異常検出ルーチンの処理手順が図９のフローチャー
トに示される。本ルーチンは、所定時間周期で実行され
る。まず、ステップ４０２では、機関が暖機されたか否
かを判断するために、冷却水温データＴＨＷが８０°Ｃ
を超えているか否かを判断し、８０°Ｃ以下のときには
本ルーチンを終了する一方、８０°Ｃを超えているとき
にはステップ４０４に進む。ステップ４０４では、空燃
比フィードバック制御の実行中であるか否かを判断し、
実行中でなければ本ルーチンを終了する一方、実行中で
あれば、ステップ４０６に進む。

【００５４】ステップ４０６では、加速増量補正、出力
増量補正等の燃料増量補正による増量値が０であるか否
かを判断し、増量値≠０のときには本ルーチンを終了す
る一方、増量値＝０のときにはステップ４０８に進む。
ステップ４０８では、アイドルスイッチ８２からのスロ
ットル全閉信号及び車速センサ８３からの車速信号に基
づいてアイドル中か否かを判断し、アイドル中でなけれ
ば本ルーチンを終了する一方、アイドル中であればステ
ップ４１０に進む。このように、本実施形態において
は、圧力変動が大きく排気管の漏れの影響が最も大きく
現れるアイドル時であることを条件としている。

【００５５】ステップ４１０では、既に排気系異常検出
処理が実行されたことを示すフラグＦＣＯＭＰが０であ
るか否かを判断し、ＦＣＯＭＰ＝１即ち実行済みのとき
には本ルーチンを終了する一方、ＦＣＯＭＰ＝０即ち未
実行のときにはステップ４１２に進む。なお、フラグＦ
ＣＯＭＰは、イグニションスイッチがオンにされた時点
で０にリセットされ、後述するステップ４２２で１にセ
ットされる。

【００５６】ステップ４１２では、上流側Ｏ₂センサ７
５及び下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づく空燃比フィ
ードバック制御を停止する。次いで、ステップ４１４で
は、基本燃料噴射時間ＴＡＵＰを１．１倍した値を燃料
噴射時間ＴＡＵとすることにより、強制的にリッチ制御
を行う。次のステップ４１６では、リッチ制御が開始さ
れてから正常時にその影響が下流側Ｏ₂センサ７６によ
って検出されるまでの時間遅れに相当する時間だけ待機
する。なお、上流側Ｏ₂センサ７５がリッチを検出して
から一定時間待機するようにしてもよい。

【００５７】次いで、ステップ４１８では、下流側Ｏ₂
センサ７６の出力ＶＯＳに所定のマージンδを加えた値
が上流側Ｏ₂センサ７５の出力ＶＯＭよりも小さいか否
かを判断する。ＶＯＳ＋δ＜ＶＯＭのとき、即ち上流側
Ｏ₂センサ７５の出力に比較して下流側Ｏ₂センサ７６の
出力がリーン状態を示しているときには、上流側Ｏ₂セ
ンサ７５と下流側Ｏ₂センサ７６との間で大気が吸い込
まれていると判断し、ステップ４２０に進み、アラーム
ランプ６８（図１参照）を点灯する。

【００５８】一方、ＶＯＳ＋δ≧ＶＯＭのときには、ス
テップ４２０は実行されない。その後、ステップ４２２
では、排気系異常検出処理が実行されたことを示すフラ
グＦＣＯＭＰを１にセットする。最後のステップ４２４
では、上流側Ｏ₂センサ７５及び下流側Ｏ₂センサ７６の
出力に基づく空燃比フィードバック制御を再開して、本
ルーチンを終了する。

【００５９】次に、本発明をＯ₂ストレージ量一定制御
システムに対して適用する場合（第２実施形態）につい
て説明する。このシステムにおいては、例えば、図１に
おける上流側Ｏ₂センサ７５に代えて空燃比をリニアに
検出可能な全域空燃比センサが用いられる。全域空燃比
センサの一般的な出力特性は図１０に示される。そし
て、比例及び積分動作（ＰＩ動作）によるフィードバッ
ク制御（Ｆ／Ｂ制御）が行われる。すなわち、次回燃料補正量＝Ｋ_P＊（今回燃料偏差）＋Ｋ_I＊Σ（今までの燃料偏差）但し、燃料偏差＝実筒内燃料量−目標筒内燃料量実筒内燃料量＝実際に筒内で燃焼せしめられた燃料量＝空気量検出値／空燃比検出値目標筒内燃料量＝筒内吸気を目標空燃比の混合気とする筒内燃料量＝空気量検出値／目標空燃比Ｋ_P＝比例項ゲインＫ_I＝積分項ゲインなる演算により、フィードバック燃料補正量が算出され
る。

【００６０】上記した燃料補正量の演算式からわかるよ
うに、その比例項は、空燃比をストイキに維持すべく作
用する成分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）
を消去するように作用する成分である。すなわち、この
積分項の作用により、触媒におけるＯ₂ストレージ量が
一定に維持される結果となる。例えば、急加速等でリー
ンガスが発生した場合には、かかる積分項の作用によ
り、リッチガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効
果が相殺される。かかるＯ₂ストレージ量一定制御シス
テムにおいても、上流側全域空燃比センサの出力特性の
ばらつきを補償するために、触媒下流側にＯ₂センサが
設けられることがある。そして、例えば、そのＯ₂セン
サの出力電圧の目標値からの偏差に応じて、全域空燃比
センサの出力電圧が補正される。

【００６１】したがって、このＯ₂ストレージ量一定制
御システムにおいても、排気系の異常を検出することが
好ましい。かかるシステムのための排気系異常検出処理
が図１１のフローチャートに示される。図１１において
は、ステップ５０２〜５１６、５２０〜５２４の処理内
容は、図９におけるステップ４０２〜４１６、４２０〜
４２４の処理内容と同一であり、図９におけるステップ
４１８の処理に代えてステップ５１８の処理が実行され
る。すなわち、ステップ４１８のように両センサの出力
電圧を直接比較することはできないため、ステップ５１
８では、リッチ制御の実行中にもかかわらず、下流側Ｏ
₂センサ７６の出力ＶＯＳが０．７Ｖよりも小さく、リ
ーン状態が検出されているときに、下流側Ｏ₂センサ７
６の上流側で大気が吸い込まれていると判断する。

【００６２】次に、排気系に空燃比センサとして一つの
全域空燃比センサのみを設けた内燃機関に本発明を適用
した場合（第３実施形態）について説明する。

【００６３】この実施形態においても、アイドリング状
態で空然比フィードバック制御を停止し、所定の空然比
となるよう燃料噴射量を設定し、そのときに排気系で計
測される空然比がリーンであった場合に排気系異常すな
わち排気漏れが発生したと判断する。そしてこの判断を
もとにアラームランプを点灯させる。この場合において
も、強制リッチを入れて排気系の漏れを判断するため、
空燃比フィードバック制御中に排気漏れを検出するもの
と比較して検出精度の向上が図られる。

【００６４】なお、アイドリング状態は必須の条件でな
いが、排気の脈動が大きいアイドル時に、強制リッチを
入れて排気系の異常（漏れ）を診断することにより、更
なる検出精度の向上が図られる。

【００６５】図１２は、排気漏れ（排気系異常）を検出
するための燃料補正係数を算出するルーチンを示し、こ
のルーチンは例えば６０ｍｓごとに実行される。まず、
ステップ６０２では、排気漏れ検出処理終了フラグｘｅ
ｘｌｋ＿ｅをみて検出処理が終了しているか否かを判定
する。検出処理が終了していないとき、すなわちｘｅｘ
ｌｋ＿ｅ＝０のときには、ステップ６０４においてスロ
ットルバルブが全閉であるか、すなわち信号ｉｄｌｅＳ
Ｗが１（ｏｎ）になっているかを確認する。全閉であれ
ば、ステップ６０６で車両が停止しているかどうかを、
車速ｓｐｄに基づいて確認する。

【００６６】ステップ６０４及び６０６ともに判定結果
がＹＥＳの場合、アイドリング中であると判断し、ステ
ップ６０８で排気漏れ検出処理中フラグｘｅｘｌｋ＿ｓ
を１（実施中）にする。次いで、ステップ６１０に進
み、排気漏れ検出処理カウンタｃ＿ｅｘｌｋをカウント
アップする。そしてステップ６１２でカウンタｃ＿ｅｘ
ｌｋが所定の漏れ判定時間Ｔ＿ｅｘｌｋに達しているか
否かを判定する。達していなければ、ステップ６１４で
空然比フィードバックフラグｘｆｂを０にして空然比フ
ィードバック制御を停止させるとともに、空然比フィー
ドバック補正係数ｆａｆを１．０に固定する。そして、
ステップ６１６において排気漏れ検出用燃料補正係数ｆ
＿ｅｘｌｋに所定の増量係数値Ｆ＿ｒｉｃｈを入れる。

【００６７】また、ステップ６０２、６０４又は６０６
において判定結果がＮＯとなる場合には、ステップ６４
８に進み、カウンタｃ＿ｅｘｌｋを０にリセットし、次
いでステップ６２０で排気漏れ検出用燃料補正係数ｆ＿
ｅｘｌｋを１．０にする。

【００６８】また、ステップ６１２でｃ＿ｅｘｌｋ＞Ｔ
＿ｅｘｌｋと判定される場合には、ステップ６２２でカ
ウンタｃ＿ｅｘｌｋにＴ＿ｅｘｌｋを代入して上限値と
し、次いでステップ６２４で排気漏れ検出処理終了フラ
グｘｅｘｌｋ＿ｅを１（ｏｎ）にし、さらにステップ６
２６で排気漏れ検出用燃料補正係数ｆ＿ｅｘｌｋを１．
０にする。

【００６９】図１３は、燃料噴射量を算出するルーチン
を示す。まず、ステップ６４２では、吸入空気量ｇａを
読取り、次いで、ステップ６４４では、機関回転速度ｎ
ｅを読取る。そして、ステップ６４６では、読取られた
吸入空気量ｇａと機関回転速度ｎｅとから基本噴射量ｔ
ｐを算出する。最後のステップ６４８では、基本噴射量
ｔｐに空然比フィードバック補正係数ｆａｆ及び排気漏
れ検出用燃料補正係数ｆ＿ｅｘｌｋを掛けることによ
り、最終噴射量ｔａｕを算出する。

【００７０】図１４は、排気漏れ判定ルーチンを示す。
ステップ６６２にてｘｅｘｌｋ＿ｅ＝０、すなわち排気
漏れ検出処理未完了と判定されるときには、ステップ６
６４に進む。ステップ６６４にてｘｅｘｌｋ＿ｓ＝１、
すなわち排気漏れ検出処理中と判定されるときには、ス
テップ６６６に進み、空然比センサの現在の出力ａｂｆ
に基づいて、その平均値ａｂｆａｖを更新する。

【００７１】次いで、ステップ６６８では、カウンタｃ
＿ｅｘｌｋが所定時間Ｔ＿ｅｘｌｋに達しているか否か
を判定し、ｃ＿ｅｘｌｋ≧Ｔ＿ｅｘｌｋになっていると
きには、ステップ６７０に進み、空然比センサ出力平均
値ａｂｆａｖを所定の漏れ判断用空然比Ｌ＿ａｂｆと比
較する。そして、ａｂｆａｖ＞Ｌ＿ａｂｆ、すなわち漏
れ判断用空然比よりもリーンであると判断された場合に
は、ステップ６７２でアラームランプを点灯させる。そ
してステップ６７４で排気漏れ検出処理終了フラグｘｅ
ｘｌｋ＿ｅを１にセットする。

【００７２】一方、ステップ６７０でリッチと判断され
た場合には、ステップ６７４に直接進み、排気漏れ検出
処理を終了する。もしもステップ６６２にてｘｅｘｌｋ
＿ｅ≠０と判定された場合、又は、ステップ６６４にて
ｘｅｘｌｋ＿ｓ≠１と判定された場合には、ステップ６
７６に進み、空然比センサ出力平均値ａｂｆａｖを所定
の空然比初期値ＩＡＶＦに設定する。また、ステップ６
６８でｃ＿ｅｘｌｋ≧Ｔ＿ｅｘｌｋが成立しない場合に
は、直ちに処理を終了する。

【００７３】次に、排気系に空燃比センサとして二つの
全域空燃比センサを設けた内燃機関に本発明を適用した
場合（第４実施形態）について説明する。この実施形態
においては、それぞれの空燃比センサによる計測結果を
元に漏れ個所が特定される。この実施形態においても、
前述した図１２に示される排気漏れ検出用燃料補正係数
算出ルーチン及び図１３に示される燃料噴射量算出ルー
チンが実行される。

【００７４】そして、この実施形態における排気漏れ判
定ルーチンが図１５に示される。ステップ７０２でｘｅ
ｘｌｋ＿ｅ＝０すなわち漏れ検出処理が未完了と判定さ
れ、次いでステップ７０４でｘｅｘｌｋ＿ｓ＝１すなわ
ち漏れ検出処理実施中と判定されたときには、ステップ
７０６で上流側空然比センサ（第１のセンサ）の現在の
出力ａｂｆ１に基づいてその平均値ａｂｆａｖ１を更新
するとともに、ステップ７０８で下流側空然比センサ
（第２のセンサ）の現在の出力ａｂｆ２に基づいてその
平均値ａｂｆａｖ２を更新する。

【００７５】本ルーチンが繰り返し実行されることによ
り、上述の平均値の算出は、ステップ７１０でｃ＿ｅｘ
ｌｋ≧Ｔ＿ｅｘｌｋが成立するまで続けられる。その成
立後に実行されるステップ７１２にてａｂｆａｖ１＜Ｌ
＿ａｂｆとなる場合には、第１のセンサの上流側では漏
れが発生していないと判断する。もしａｂｆａｖ１≧Ｌ
ａｂｆの場合には、漏れが発生していると判断し、ステ
ップ７１４にて第１漏れ検知フラグｘｅｘｌｋ１を１
（ｏｎ）とする。

【００７６】次いで、ステップ７１６では、第２のセン
サから得られる空然比と第１のセンサから得られる空然
比とを比較する。そして、ａｂｆａｖ２＞ａｂｆａｖ１
と判定される場合には、第１のセンサから第２のセンサ
までの間に漏れが発生していると判断して、ステップ７
１８で第２漏れ検知フラグｘｅｘｌｋ２を１（ｏｎ）と
する。そして、ステップ７２０でｘｅｘｌｋ１又はｘｅ
ｘｌｋ２のどちらかのフラグが１になっていれば、ステ
ップ７２２でアラームランプを点灯させる。そして、ス
テップ７２４で検出処理終了フラグｘｅｘｌｋ＿ｅを１
（ｏｎ）にする。

【００７７】次に、省エネルギの観点から機関のアイド
リング運転を停止させる手段を設けた車両の内燃機関に
本発明を適用した場合（第５実施形態）について説明す
る。前述のように、排気脈動の大きいアイドル運転時に
排気系の異常（漏れ）を検出することが好ましいが、か
かるアイドルストップ機能を有する車両では、アイドル
運転領域が存在しない。そこで、機関において排気漏れ
検出のための条件が成立したときに、アイドル運転を実
施して、その検出を可能とする。

【００７８】この実施形態においては、前述した図１２
に示される排気漏れ検出用燃料補正係数算出ルーチン及
び図１４に示される排気漏れ判定ルーチンが実行され
る。そして、この実施形態における燃料噴射量算出ルー
チンが図１６に示される。

【００７９】まず、ステップ８０２において、排気漏れ
検出処理中フラグｘｅｘｌｋ＿ｓが１か否かが判定され
る。ｘｅｘｌｋ＿ｓ＝１のとき、すなわち排気漏れ検出
処理中のときには、前述した図１３のステップ６４２、
６４４、６４６及び６４８と同一内容のステップ８０
４、８０６、８０８及び８１０を実行して、燃料噴射量
ｔａｕを算出する。一方、ステップ８０２においてｘｅ
ｘｌｋ＿ｓ＝０のとき、すなわち排気漏れ検出処理中で
ないときには、アイドル運転のための燃料噴射は実行さ
れない。

【００８０】次に、内燃機関と電気モータとで走行する
ハイブリッド車両の内燃機関に本発明を適用した場合
（第６実施形態）について説明する。かかるハイブリッ
ド車両の場合には、排気系の異常の有無を検出するとき
に、内燃機関と電気モータとによる駆動割合を、内燃機
関が所定の範囲になるように変更するとともに、内燃機
関をリッチ空燃比で運転させる。そのときに排気系で計
測された空然比がリーンまたは酸素濃度が高い場合、排
気漏れが発生したと判断する。また、運転条件を軽負荷
で排気脈動の大きい運転域に設定することで検出精度を
向上させることができる。

【００８１】この実施形態においては、前述した図１４
に示される排気漏れ判定ルーチンが実行されるととも
に、次に説明する排気漏れ検出用燃料補正係数算出ルー
チン（図１７）及び燃料噴射量算出ルーチン（図１８）
が実行される。

【００８２】図１７の排気漏れ検出用燃料補正係数算出
ルーチンでは、まず、ステップ９０２において、排気漏
れ検出処理終了フラグｘｅｘｌｋ＿ｅをみて検出処理が
終了しているか否かを判定する。検出処理が終了してい
ないとき、すなわちｘｅｘｌｋ＿ｅ＝０のときには、ス
テップ９０４に進み、機関が暖機後であるか否かを機関
冷却水温度ｔｈｗに基づいて判断し、暖機後であればス
テップ９０６に進む。なお、ステップ９０６以降は、図
１２のステップ６０８以降と同一であるため、その説明
を省略する。

【００８３】図１８の燃料噴射量算出ルーチンでは、ま
ず、ステップ９４２にてｘｅｘｌｋ＿ｅ＝０が成立する
かどうか、すなわち排気漏れ検出処理未完了かどうかが
判定される。排気漏れ検出処理未完了のときには、ステ
ップ９４４に進み、排気漏れ検出処理中フラグｘｅｘｌ
ｋ＿ｓが１か否かが判定される。ｘｅｘｌｋ＿ｓ＝１の
とき、すなわち排気漏れ検出処理中のときには、前述し
た図１３のステップ６４２、６４４、６４６及び６４８
と同一内容のステップ９４６、９４８、９５０及び９５
２を実行して、燃料噴射量ｔａｕを算出する。一方、排
気漏れ検出処理が完了している場合又は排気漏れ検出処
理中でない場合には、排気漏れ検出のための燃料噴射は
実行されない。

【００８４】さらに、この実施形態においては、排気管
の負圧波が大きくなるように、図１９に示されるルーチ
ンにて目標回転速度が設定される。このルーチンでは、
まず、ステップ９８２において、排気漏れ検出処理終了
フラグｘｅｘｌｋ＿ｅをみて検出処理が終了しているか
否かを判定する。検出処理が終了していないとき、すな
わちｘｅｘｌｋ＿ｅ＝０のときには、ステップ９８４に
進み、排気漏れ検出処理中フラグｘｅｘｌｋ＿ｓが１か
否かが判定される。ｘｅｘｌｋ＿ｓ＝１のとき、すなわ
ち排気漏れ検出処理中のときには、ステップ９８６にお
いて目標回転速度ｅｎｅｔが、排気管の負圧波が大きく
なるような所定の低回転速度ＥＸＬＫＮＥに設定され
る。

【００８５】最後に、可変動弁機構（可変バルブタイミ
ング（ＶＶＴ）機構）が設けられた内燃機関に本発明を
適用した場合（第７実施形態）について説明する。ＶＶ
Ｔ機構としては、例えば、吸気弁の開閉タイミングを変
更するものがある。排気通路の負圧波が大きくなるよう
にＶＶＴ機構を制御することで、排気系異常（漏れ）の
検出精度を向上させることができ、通常、吸排気弁が同
時に開いている期間（オーバラップ期間）が大きくなる
方向に制御すると、排気通路の負圧波が大きくなる。

【００８６】この実施形態においては、前述した図１２
に示される排気漏れ検出用燃料補正係数算出ルーチン、
図１３に示される燃料噴射量算出ルーチン、及び図１４
に示される排気漏れ判定ルーチンが実行されるととも
に、次に説明するバルブタイミング設定ルーチン（図２
０）が実行される。

【００８７】このバルブタイミング設定ルーチンでは、
まず、ステップ１００２にてｘｅｘｌｋ＿ｅ＝０が成立
するかどうか、すなわち排気漏れ検出処理未完了かどう
かが判定される。排気漏れ検出処理未完了のときには、
ステップ１００４に進み、排気漏れ検出処理中フラグｘ
ｅｘｌｋ＿ｓが１か否かが判定される。ｘｅｘｌｋ＿ｓ
＝１のとき、すなわち排気漏れ検出処理中のときには、
ステップ１００６において目標バルブタイミングｅｖｔ
ｔが、排気管の負圧波が大きくなるような所定値ＥＸＬ
ＫＶＴＴに設定される。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系に設けられた空燃比センサの出力に基づいて排気
系の異常（漏れ）を確実に且つ迅速に検出することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る排気系異常検出装置
を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。

【図２】空燃比とＯ₂センサ出力電圧との関係を示す特
性図である。

【図３】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）のハード
ウェア構成を示すブロック図である。

【図４】ＣＰＵによって実行される噴射量演算ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図５】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（１／２）である。

【図６】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィー
ドバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート
（２／２）である。

【図７】メイン空燃比フィードバック制御により、上流
側Ｏ₂センサで検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に対
してカウンタＣＤＬＹ、フラグＦ１及び空燃比補正係数
ＦＡＦがどのように変化するかを例示するタイムチャー
トである。

【図８】ＣＰＵによって実行されるサブ空燃比フィード
バック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートで
ある。

【図９】本発明の一実施形態に係る排気系異常検出ルー
チンの処理手順を示すフローチャートである。

【図１０】空燃比と全域空燃比センサ出力電圧との関係
を示す特性図である。

【図１１】本発明の他の実施形態に係る排気系異常検出
ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【図１２】第３実施形態に係る排気漏れ検出用燃料補正
係数算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１３】第３実施形態に係る燃料噴射量算出ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１４】第３実施形態に係る排気漏れ判定ルーチンの
処理手順を示すフローチャートである。

【図１５】第４実施形態に係る排気漏れ判定ルーチンの
処理手順を示すフローチャートである。

【図１６】第５実施形態に係る燃料噴射量算出ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１７】第６実施形態に係る排気漏れ検出用燃料補正
係数算出ルーチンの処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図１８】第６実施形態に係る燃料噴射量算出ルーチン
の処理手順を示すフローチャートである。

【図１９】第６実施形態に係る目標回転速度設定ルーチ
ンの処理手順を示すフローチャートである。

【図２０】第７実施形態に係るバルブタイミング設定ル
ーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン
機関２…シリンダブロック３…シリンダヘッド４…シリンダ５…ピストン６…コネクティングロッド７…クランクシャフト８…燃焼室９…吸気ポート１０…排気ポート１１…吸気バルブ１２…排気バルブ１３…吸気側カムシャフト１４…排気側カムシャフト１５…吸気側カム１６…排気側カム１７，１８，１９…タイミングプーリ２０…タイミングベルト３０…吸気通路３１…エアクリーナ３２…スロットルバルブ３３…サージタンク３４…吸気マニホルド３５…アイドルアジャスト通路３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）４０…インジェクタ４１…燃料タンク４２…燃料ポンプ４３…燃料配管５０…点火プラグ５１…イグナイタ５２…点火コイル５３…点火ディストリビュータ６０…排気通路６１…排気マニホルド６２…触媒コンバータ６８…アラームランプ７０…エアフローメータ７２…スロットル開度センサ７３…吸気温センサ７４…水温センサ７５…上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂センサ）７６…下流側Ｏ₂センサ（サブＯ₂センサ）８０…クランク基準位置センサ８１…クランク角センサ８２…アイドルスイッチ８３…車速センサ９０…機関ＥＣＵ９１…ＣＰＵ９２…システムバス９３…ＲＯＭ９４…ＲＡＭ９５…Ａ／Ｄ変換回路９６…入力インタフェース回路９７ａ，９７ｂ，９７ｃ，９７ｄ…駆動回路９９…バックアップＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 29/02 ３３１Ｆ０２Ｄ 29/02 ３３１ＺＺＨＶＺＨＶ 29/06 29/06 Ｑ 41/04 ３３０ 41/04 ３３０Ｈ 41/08 ３０５ 41/08 ３０５３３０３３０Ａ 41/14 ３１０ 41/14 ３１０Ｂ３１０Ｆ３１０Ｇ３１０Ｋ 45/00 ３６８ 45/00 ３６８ＧＦターム(参考） 3G084 AA03 BA06 BA09 BA13 BA23 CA03 DA30 EA02 EA11 EB12 EB16 FA30 3G091 AA02 AA14 AA17 AA28 AB03 BA27 CB02 DA02 DB04 DB06 DC03 EA34 FA12 FC04 HA36 HA37 3G092 AA01 AA05 AA11 AB02 EA06 EA09 EA16 EB02 EB03 EB09 EC02 FB00 GA04 HA01Z HA13X HB01X HD06Y HD06Z HE01Z HE10Z 3G093 AA01 BA04 CA04 DA11 EA04 EA05 FA06 FB01 3G301 HA01 HA06 HA19 JB00 JB10 KA07 LB02 MA01 MA12 NB12 ND05 ND15 NE13 PD08Z PE01Z PE10A

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系の異常の有無を検出するときに、
強制的な継続リッチ空燃比を与える制御手段と、排気系に設けられたセンサが、前記制御手段の制御によ
るリッチ空燃比に対応する出力を示さないときに、排気
系に異常があると判定する判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項２】排気系の異常の有無を検出するときに、
機関のアイドル運転中に強制的な継続リッチ空燃比を与
える制御手段と、排気系に設けられたセンサが、前記制御手段の制御によ
るリッチ空燃比に対応する出力を示さないときに、排気
系に異常があると判定する判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項３】排気系に設けられた触媒コンバータの上
流側及び下流側にそれぞれ配置された上流側及び下流側
空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック
制御する内燃機関の排気系の異常を検出する装置であっ
て、該フィードバック制御を停止し、継続的に機関の空燃比
をリッチに制御するリッチ制御手段と、前記リッチ制御手段の制御によるリッチ空燃比に対応す
る出力を下流側空燃比センサが示さないときに、排気系
に異常があると判定する異常判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項４】前記リッチ制御手段は、機関のアイドル
時にリッチ制御を実行する、請求項３に記載の内燃機関
の排気系異常検出装置。
【請求項５】上流側空燃比センサ及び下流側空燃比セ
ンサは、ともに、排気ガスの空燃比がリッチかリーンか
を検出するＯ₂センサであり、前記異常判定手段は、両
センサの出力を比較して排気系異常を判定する、請求項
３に記載の内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項６】上流側空燃比センサは、排気ガスの空燃
比にほぼ比例する出力特性を有する全域空燃比センサで
あり、一方、下流側空燃比センサは、排気ガスの空燃比
がリッチかリーンかを検出するＯ₂センサであり、前記
異常判定手段は、下流側のＯ₂センサの出力がリーン相
当値を示すときに排気系に異常があると判定する、請求
項３に記載の内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項７】機関のアイドル運転を停止させる手段を
備えた内燃機関の排気系の異常を検出する装置であっ
て、排気系の異常の有無を検出する条件が成立したときに、
機関のアイドル運転の停止を解除し、アイドル運転中に
機関をリッチ空燃比で運転させる制御手段と、排気系に設けられたセンサが、前記制御手段の制御によ
るリッチ空燃比に対応する出力を示さないときに、排気
系に異常があると判定する判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項８】内燃機関と電気モータとを動力源として
使用した車両における該内燃機関の排気系の異常を検出
する装置であって、排気系の異常の有無を検出するときに、内燃機関と電気
モータとによる駆動割合を、内燃機関が所定の範囲にな
るように変更するとともに、内燃機関をリッチ空燃比で
運転させる制御手段と、排気系に設けられたセンサが、前記制御手段の制御によ
るリッチ空燃比に対応する出力を示さないときに、排気
系に異常があると判定する判定手段と、を具備する、内燃機関の排気系異常検出装置。
【請求項９】該内燃機関は可変動弁機構を有し、排気
系の異常の有無を検出するときには、前記制御手段は排
気系の負圧波が大きくなるように該可変動弁機構を制御
する、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載
の内燃機関の排気系異常検出装置。