JP2008215113A - 内燃機関制御システムの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御システムに異常（空燃比の異常）が発生した場合に、その異常の原因となっている異常部位を特定できるようにする。
【解決手段】第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定する“空燃比制御システムの異常診断”を実行し、空燃比制御システムの異常（空燃比の異常）が検出された場合には、異常部位を特定するために、第２水準の異常として、ＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定する“ＥＧＲシステム３６の異常診断”と、パージシステム４１の異常の有無を判定する“パージシステム４１の異常診断”を実行する。その結果、ＥＧＲシステム３６の異常有りと判定されれば、ＥＧＲシステム３６が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定し、パージシステム４１の異常有りと判定されれば、パージシステム４１が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関制御システムの異常の有無を判定する内燃機関制御システムの異常診断装置に関する発明である。

近年の電子制御化された内燃機関では、排気管に排出ガスの空燃比やリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ、酸素センサ等）を設け、この排出ガスセンサの出力に基づいて実空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量や吸入空気量等をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を実行するようにしている。

このような空燃比制御システムの異常診断装置としては、例えば、特許文献１（特開平１−２３７３３６号公報）に記載されているように、酸素センサの出力値を各気筒毎又は各気筒群毎に所定回数累積し、全累積値の分布中で累積値の偏りが大きい気筒又は気筒群が検出された場合に、空燃比が異常であると判定するようにしたものがある。
特開平１−２３７３３６号公報（第１頁等）

ところで、図２に示すように、空燃比の異常の原因としては、吸気系の異常（例えばパージシステムの異常）、燃料系の異常（例えば燃料噴射弁の異常）、点火系の異常（例えば点火プラグの異常）、排気系の異常（例えば排出ガス還流システムの異常）等、種々の部位の異常が考えられる。

しかし、上記特許文献１の異常診断では、酸素センサの出力の累積値の偏りが大きい気筒又は気筒群が検出された場合に、単に空燃比が異常であると判定するだけあり、空燃比の異常の原因となっている異常部位（故障箇所）を特定することができない。このため、空燃比の異常が発生した場合には、自動車販売店の車両整備工場等で、エアフローメータ、燃料噴射弁、空燃比センサ、パージシステム、排出ガス還流システム等を個々に検査して、空燃比の異常の原因となっている異常部位を特定する必要があり、異常部位を特定する作業に多くの工数が費やされるという問題がある。また、異常部位を特定できない場合には、異常の疑いのある部品を全て新品に交換することもあり、このような場合、実際には交換する必要のない正常な部品まで交換してしまう可能性がある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関制御システムに異常が発生した場合に、オンボードで異常部位を特定することができ、メインテナンス性を向上させることができる内燃機関制御システムの異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関制御システムの第１水準の異常の有無を第１水準異常診断手段により判定し、第１水準の異常有りと判定された場合に該第１水準の異常の原因となっている異常部位を特定するために第２水準の異常の有無を第２水準異常診断手段により判定するようにしたものである。

この構成では、内燃機関制御システムの第１水準の異常が発生した場合に、その第１水準の異常の原因となり得る第２水準の異常の有無を判定し、第２水準の異常有りと判定れれば、第１水準の異常の原因が第２水準の異常であると判断して異常部位を特定することができる。これにより、内燃機関制御システムの第１水準の異常が発生した場合に、オンボード（車両に搭載された制御装置の自己診断機能）で異常部位を特定することができるため、自動車販売店の車両整備工場等で、速やかに異常部位を修理や交換することができて、異常部位を特定する作業を削減することができると共に、実際には交換する必要のない正常な部品まで交換してしまうといった事態も防止することができ、メインテナンス性を向上させることができる。

具体的には、請求項２のように、第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定するようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の各種制御システムの中でエミッションやドライバビリティに与える影響が大きい重要な制御システムである空燃比制御システムに異常が発生した場合（つまり空燃比の異常が発生した場合）に、その異常の原因となっている異常部位を特定することができる。

この場合、請求項３のように、第２水準の異常として内燃機関の排出ガスの一部を吸気系に還流させる排出ガス還流システムの異常の有無を判定するようにしても良い。排出ガス還流システムの異常は、空燃比の異常の原因となり得るため、空燃比制御システムに異常が発生した場合（つまり空燃比の異常が発生した場合）に、第２水準の異常として排出ガス還流システムの異常の有無を判定することで、排出ガス還流システムが空燃比の異常の原因となっている異常部位であるか否かを判定することができる。

また、請求項４のように、第２水準の異常として燃料タンク内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガスを吸気系に吸入させるパージシステムの異常の有無を判定するようにしても良い。パージシステムの異常は、空燃比の異常の原因となり得るため、空燃比制御システムに異常が発生した場合（つまり空燃比の異常が発生した場合）に、第２水準の異常としてパージシステムの異常の有無を判定することで、パージシステムが空燃比の異常の原因となっている異常部位であるか否かを判定することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１には、吸気バルブ３０のバルブタイミング（開閉タイミング）を可変する吸気側可変バルブタイミング装置３２と、排気バルブ３１のバルブタイミングを可変する排気側可変バルブタイミング装置３３とが設けられている。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

また、排気管２３のうちの触媒２５の上流側又は下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間には、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３４が接続され、このＥＧＲ配管３４の途中に、ＥＧＲ量（排出ガス還流量）を調整するＥＧＲ制御弁３５が設けられている。これらＥＧＲ配管３４、ＥＧＲ制御弁３５等からＥＧＲシステム３６（排出ガス還流システム）が構成されている。

また、燃料タンク（図示せず）内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガス（エバポガス）は、連通管３７を通してキャニスタ３８内の活性炭等の吸着体（図示せず）に吸着される。このキャニスタ３８と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側との間には、キャニスタ３８内に吸着されている蒸発燃料を吸気管１２内に吸入させるためのパージ配管３９が接続され、このパージ配管３９の途中に、燃料蒸発ガスパージ量を調整するパージ制御弁４０が設けられている。尚、パージ配管３９は、サージタンク１８に接続するようにしても良い。これらキャニスタ３８、パージ配管３９、パージ制御弁４０等からパージシステム４１が構成されている。

前述した各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ２９は、図示しない空燃比制御プログラムを実行することで、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて検出した空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量や吸入空気量等をＦ／Ｂ（フィードバック）制御する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。

更に、ＥＣＵ２９は、後述する図３及び図４の異常診断プログラムを実行することで、まず、第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定する“空燃比制御システムの異常診断”を実行する。この空燃比制御システムの異常診断では、空燃比Ｆ／Ｂ制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量が所定の正常範囲内であるか否かを判定することで、空燃比の異常の有無を判定する。

ところで、図２に示すように、空燃比の異常の原因としては、吸気系の異常、燃料系の異常、点火系の異常、排気系の異常等、種々の部位の異常が考えられる。
より具体的には、吸気系の異常としては、エアフローメータ１４の異常、パージシステム４１の異常、吸気バルブ制御システムの異常（吸気側可変バルブタイミング装置３２、吸気側可変バルブリフト装置等の異常）、気流制御システムの異常（スワール流制御装置、タンブル流制御装置等の異常）等が挙げられる。

また、燃料系の異常としては、燃料噴射弁２１の異常、燃料ポンプ等の燃圧制御システムの異常等が挙げられる。点火系の異常としては、点火プラグ２２の異常、点火コイルの異常等が挙げられる。排気系の異常としては、ＥＧＲシステム３６の異常、排気バルブ制御システムの異常（排気側可変バルブタイミング装置３３、排気側可変バルブリフト装置等の異常）、排出ガスセンサ２４の異常等が挙げられる。

そこで、ＥＣＵ２９は、空燃比制御システムの異常診断により空燃比の異常有りと判定された場合には、空燃比の異常の原因となっている異常部位を特定するために、第２水準の異常としてＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定する“ＥＧＲシステム３６の異常診断”と、第２水準の異常としてパージシステム４１の異常の有無を判定する“パージシステム４１の異常診断”を実行する。

ＥＧＲシステム３６の異常やパージシステム４１の異常は、空燃比の異常の原因となり得るため、空燃比制御システムの異常が発生した場合（つまり空燃比の異常が発生した場合）に、ＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定して、ＥＧＲシステム３６の異常有りと判定されれば、ＥＧＲシステム３６が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定することができ、パージシステム４１の異常の有無を判定して、パージシステム４１の異常有りと判定されれば、パージシステム４１が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定することができる。

以下、ＥＣＵ２９が実行する図３及び図４に示す異常診断プログラムの処理内容を説明する。
図３及び図４に示す異常診断プログラムは、ＥＣＵ２９の電源オン中に所定周期で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、空燃比制御システムの異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比制御システムの異常診断実行条件は、例えば、所定運転状態（例えば定常運転状態）であること、空燃比Ｆ／Ｂ制御中であること、排出ガスセンサ２４が正常であること等である。
このステップ１０１で、空燃比制御システムの異常診断実行条件が不成立であると判定されれば、ステップ１０２以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、空燃比制御システムの異常診断実行条件が成立していると判定された場合には、第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定する空燃比制御システムの異常診断を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、空燃比Ｆ／Ｂ制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦを読み込んだ後、ステップ１０３に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦが正常範囲内（下限側判定値α＜空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦ＜上限側判定値β）であるか否かを判定することで、空燃比の異常の有無を判定する。
これらのステップ１０１〜１０３の処理が特許請求の範囲でいう第１水準異常診断手段としての役割を果たす。

このステップ１０３で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦが正常範囲内（下限側判定値α＜空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦ＜上限側判定値β）であり、空燃比の異常無し（正常）と判定されれば、ステップ１０４以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。

これに対して、上記ステップ１０３で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦが正常範囲外（空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦ≦下限側判定値α又は上限側判定値β≦空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦ）であり、空燃比が異常であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、ＥＧＲシステム３６の異常診断実行条件が成立しているか否か（例えば所定運転状態であるか否か等）を判定する。

このステップ１０４で、ＥＧＲシステム３６の異常診断実行条件が成立していると判定されたときに、空燃比の異常の原因となっている異常部位を特定するために、第２水準の異常としてＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定するＥＧＲシステム３６の異常診断を次のようにして実行する。

まず、ステップ１０５で、ＥＧＲシステム３６の機能を停止させる（ＥＧＲ量を０にする）ようにＥＧＲ制御弁３５を制御した後、ステップ１０６に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦを読み込む。その際、ＥＧＲシステム３６の機能を停止させるようにＥＧＲ制御弁３５を制御してから実際に排出ガスの空燃比が変化するのに必要な時間が経過した後に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦを読み込むようにすると良い。

この後、ステップ１０７に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦが正常範囲内であるか否かを判定することで、空燃比の異常の有無を判定する。
このステップ１０７で、空燃比の異常無し（正常）と判定された場合、つまり、ＥＧＲシステム３６の機能を停止させたことにより空燃比が異常から正常になった場合には、ステップ１０８に進み、ＥＧＲシステム３６の異常有りと判定して、ＥＧＲシステム３６が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定する。

この場合、異常フラグをＯＮにセットし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２９のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。

これに対して、上記ステップ１０７で、空燃比が異常であると判定された場合、つまり、ＥＧＲシステム３６の機能を停止させても空燃比が異常状態のままである場合には、ステップ１０９に進み、ＥＧＲシステム３６の異常無し（正常）と判定する。
この後、図４のステップ１１０に進み、パージシステム４１の異常診断実行条件が成立しているか否か（例えば所定運転状態であるか否か等）を判定する。

このステップ１１０で、パージシステム４１の異常診断実行条件が成立していると判定されたときに、空燃比の異常の原因となっている異常部位を特定するために、第２水準の異常としてパージシステム４１の異常の有無を判定するパージシステム４１の異常診断を次のようにして実行する。

まず、ステップ１１１で、パージシステム４１の機能を停止させる（燃料蒸発ガスパージ量を０にする）ようにパージ制御弁４０を制御した後、ステップ１１２に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦを読み込む。その際、パージシステム４１の機能を停止させるようにパージ制御弁４０を制御してから実際に排出ガスの空燃比が変化するのに必要な時間が経過した後に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦを読み込むようにすると良い。
この後、ステップ１１３に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量ＦＡＦが正常範囲内であるか否かを判定することで、空燃比の異常の有無を判定する。

このステップ１１３で、空燃比の異常無し（正常）と判定された場合、つまり、パージシステム４１の機能を停止させたことにより空燃比が異常から正常になった場合には、ステップ１１４に進み、パージシステム４１の異常有りと判定して、パージシステム４１が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定する。

この場合、異常フラグをＯＮにセットし、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ（図示せず）を点灯したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告すると共に、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２９のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。

これに対して、上記ステップ１１３で、空燃比が異常であると判定された場合、つまり、パージシステム４１の機能を停止させても空燃比が異常状態のままである場合には、ステップ１１５に進み、パージシステム４１の異常無し（正常）と判定する。
これらのステップ１０４〜１１５の処理が特許請求の範囲でいう第２水準異常診断手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例では、第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定する“空燃比制御システムの異常診断”を実行し、空燃比制御システムの異常が発生した場合（つまり空燃比の異常が発生した場合）には、空燃比の異常の原因となっている異常部位を特定するために、第２水準の異常としてＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定する“ＥＧＲシステム３６の異常診断”と、第２水準の異常としてパージシステム４１の異常の有無を判定する“パージシステム４１の異常診断”を実行する。その結果、ＥＧＲシステム３６の異常有りと判定されれば、ＥＧＲシステム３６が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定し、パージシステム４１の異常有りと判定されれば、パージシステム４１が空燃比の異常の原因となっている異常部位であると特定する。

これにより、空燃比制御システムの異常が発生した場合に、オンボード（車両に搭載されたＥＣＵ２９）で異常部位を特定することができるため、自動車販売店の車両整備工場等で、速やかに異常部位を修理や交換することができて、異常部位を特定する作業を削減することができると共に、実際には交換する必要のない正常な部品まで交換してしまうといった事態も防止することができ、メインテナンス性を向上させることができる。

尚、空燃比制御システムの異常診断方法やＥＧＲシステム３６の異常診断方法やパージシステム４１の異常診断方法は、上記実施例で説明した方法に限定されず、適宜変更しても良い。例えば、ＥＧＲ量を所定量だけ変化させるようにＥＧＲ制御弁３５を制御したときの空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいてＥＧＲシステム３６の異常の有無を判定するようにしたり、燃料蒸発ガスパージ量を所定量だけ変化させるようにパージ制御弁４０を制御したときの空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいてパージシステム４１の異常の有無を判定するようにしても良い。

また、上記実施例では、空燃比制御システムの異常（空燃比の異常）の原因となっている異常部位を特定するために、ＥＧＲシステム３６の異常診断とパージシステム４１の異常診断を実行するようにしたが、これに限定されず、エアフローメータ１４の異常診断、吸気バルブ制御システムの異常診断（吸気側可変バルブタイミング装置３２や吸気側可変バルブリフト装置等の異常診断）、気流制御システムの異常診断（スワール流制御装置やタンブル流制御装置等の異常診断）、燃料噴射弁２１の異常診断、燃圧制御システムの異常診断、点火プラグ２２の異常診断、点火コイルの異常診断、排気バルブ制御システムの異常診断（排気側可変バルブタイミング装置３３や排気側可変バルブリフト装置等の異常診断）、排出ガスセンサ２４の異常診断等を実行するようにしても良い。

また、上記実施例では、空燃比制御システムの異常の原因となっている異常部位を特定する技術に本発明を適用したが、空燃比制御システム以外の他のシステムの異常の原因となっている異常部位を特定する技術に本発明を適用するようにしても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 空燃比の異常の原因を説明するための図である。 異常診断プログラムの処理の流れを説明するフローチャート（その１）である。 異常診断プログラムの処理の流れを説明するフローチャート（その２）である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、２９…ＥＣＵ（第１水準異常診断手段，第２水準異常診断手段）、３４…ＥＧＲ配管、３５…ＥＧＲ制御弁、３６…ＥＧＲシステム（排出ガス還流システム）、３８…キャニスタ、３９…パージ配管、４０…パージ制御弁、４１…パージシステム

Claims (4)

1. 内燃機関制御システムの第１水準の異常の有無を判定する第１水準異常診断手段と、
   前記第１水準異常診断手段により前記第１水準の異常有りと判定された場合に該第１水準の異常の原因となっている異常部位を特定するために第２水準の異常の有無を判定する第２水準異常診断手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関制御システムの異常診断装置。
2. 前記第１水準異常診断手段は、前記第１水準の異常として空燃比制御システムの異常の有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御システムの異常診断装置。
3. 前記第２水準異常診断手段は、前記第２水準の異常として内燃機関の排出ガスの一部を吸気系に還流させる排出ガス還流システムの異常の有無を判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御システムの異常診断装置。
4. 前記第２水準異常診断手段は、前記第２水準の異常として燃料タンク内の燃料が蒸発して生じた燃料蒸発ガスを吸気系に吸入させるパージシステムの異常の有無を判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関制御システムの異常診断装置。

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