(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路内の触媒を活性化するために２次空気を供給する際の異常を正確に検出すること。【解決手段】２次空気導入機構３０による２次空気導入にてリーン側となる所定の空燃比を目標空燃比としてＦ／Ｂ制御するＦ／Ｂ制御中において、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数の所定値からのズレ量及びＡ／Ｆセンサ２４による現在の空燃比である実空燃比としてのＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１の目標空燃比からのズレ量の合計が予め設定された基準値と比較され、２次空気導入機構３０の異常／正常が判定される。つまり、２次空気導入のＦ／Ｂ制御中において、各ズレ量の合計によって、２次空気が全く導入されていない、または予め設定された所定量が導入されていないことが分かり、２次空気導入機構３０の異常が正確に判定される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路途中に設置され、排気ガスを浄化する触媒と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内に２次空気を導入する２次空気導入機構と、
前記触媒の上流側の前記排気通路内で２次空気の導入孔より下流側に配設され、排気ガス中の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記２次空気導入機構による２次空気導入にてリーン側となる所定の空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御中における空燃比フィードバック補正係数の所定値からの偏差及び前記空燃比検出手段による現在の空燃比である実空燃比の前記目標空燃比からの偏差の合計が予め設定された基準値よりも大きいときには、前記２次空気導入機構を異常と判定する異常判定手段とを具備することを特徴とする内燃機関の２次空気供給異常検出装置。
【請求項２】
前記空燃比フィードバック補正係数に関わる偏差及び前記実空燃比に関わる偏差は、それぞれ所定回数積算された積算値を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の２次空気供給異常検出装置。
【請求項３】
前記空燃比フィードバック補正係数及び前記実空燃比は、それぞれ平滑化されたなまし値を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の２次空気供給異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路内の触媒を活性化するために２次空気を供給する際の異常を検出する内燃機関の２次空気供給異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の２次空気供給異常検出装置に関連する先行技術文献としては、特開２００１−１５２９３０号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、触媒の上流側の排気通路内に２次空気を導入する２次空気導入機構を利用して排気ガス機能部品の自己診断システムを確立する技術が示されている。
【特許文献】特開２００１−１５２９３０号公報（第３頁）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述のものでは、２次空気導入中の連続モニタが可能であり、また、目標空燃比と実空燃比とを比較することによって、２次空気導入通路のつまり等の機能低下をモニタすることが可能であるとしている。そして、空燃比（Ａ／Ｆ）センサが内燃機関の燃料噴射制御用を兼ねている場合には、２次空気導入直前の空燃比フィードバック学習制御による学習値を用いてオープン制御にて燃料噴射制御を開始し、このときの空燃比（Ａ／Ｆ）を測定し、こののち、２次空気導入後に測定された空燃比が所定範囲外である場合に２次空気導入機構が異常であると診断するとしている。
【０００４】
この２次空気導入機構の診断中においては、Ａ／Ｆセンサ値（空燃比センサからの出力）を燃料噴射量に反映させないようにしており、この間に内燃機関の運転状態に対応する空燃比が変化したとしても燃料噴射量は変わらないこととなる。すると、２次空気導入機構の診断終了時点で内燃機関の燃料噴射量が大きく変動することとなり、ドライバビリティ悪化や車両ショック等が生じるという不具合があった。
【０００５】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路内の触媒を活性化するために２次空気を供給する際の異常を正確に検出可能な内燃機関の２次空気供給異常検出装置の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の２次空気供給異常検出装置によれば、フィードバック制御手段で２次空気導入機構による２次空気導入にてリーン側となる所定の空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御するフィードバック制御中において、異常判定手段にて空燃比フィードバック補正係数の所定値からの偏差及び空燃比検出手段による現在の空燃比である実空燃比の目標空燃比からの偏差の合計が予め設定された基準値よりも大きいと２次空気導入機構が異常と判定される。このように、２次空気導入のフィードバック制御中において、空燃比フィードバック補正係数に関わる偏差及び実空燃比に関わる偏差の合計の大きさによって、２次空気が全く導入されていない、または予め設定された所定量が導入されていないことが分かり、２次空気導入機構の異常／正常が正確に判定される。
【０００７】
請求項２の内燃機関の２次空気供給異常検出装置では、空燃比フィードバック補正係数に関わる偏差及び実空燃比に関わる偏差としてそれぞれ所定回数積算された積算値が用いられることで、ノイズ等の影響を受けることなく２次空気導入機構の異常／正常が正確に判定される。
【０００８】
請求項３の内燃機関の２次空気供給異常検出装置では、空燃比フィードバック補正係数及び実空燃比としてそれぞれ平滑化されたなまし値が用いられることで、ノイズ等の影響を受けることなく２次空気導入機構の異常／正常が正確に判定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１１】
図１において、１０は内燃機関であり、内燃機関１０の吸気通路１１の上流側には、図示しないエアクリーナを介して導入された吸気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕を検出するエアフローメータ１２が配設されている。このエアフローメータ１２の下流側には内燃機関１０への吸気量を設定するスロットルバルブ１３が配設されている。このスロットルバルブ１３にはスロットル開度ＴＡ〔°〕を検出するスロットル開度センサ１４が配設されている。吸気通路１１から内燃機関１０の各気筒の吸気ポート１５近傍には燃料を噴射供給するインジェクタ（燃料噴射弁）１６が配設されている。
【００１２】
そして、スロットルバルブ１３にて設定される吸気量とインジェクタ１６にて噴射供給される燃料との混合気が、吸気バルブ１７の開閉タイミングに応じて内燃機関１０の燃焼室１８内に導入される。また、内燃機関１０のシリンダヘッド側には各気筒毎に点火プラグ１９が配設され、点火プラグ１９の火花放電によって燃焼室１８内の混合気に点火される。この燃焼室１８内で燃焼されたのちの排気ガスは、排気バルブ２１の開閉タイミングに応じて燃焼室１８から排気通路２２に排出される。
【００１３】
この排気通路２２途中には周知の三元触媒２３が配設され、その前後で上流側には排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）に応じたリニアなＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１を検出するＡ／Ｆセンサ２４、下流側には排気ガスのＡ／Ｆが理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ値ＶＯＸ２を検出する酸素センサ２５がそれぞれ配設されている。また、内燃機関１０のクランクシャフト２６には、その回転角であるクランク角〔°ＣＡ（Ｃｒａｎｋ　Ａｎｇｌｅ）〕に基づき機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕を検出するクランク角センサ２７が配設されている。更に、内燃機関１０にはその冷却水温ＴＨＷ〔℃〕を検出する水温センサ２８が配設されている。
【００１４】
次に、排気通路２２内に外気を２次空気として導入する２次空気導入機構３０の構成について説明する。Ａ／Ｆセンサ２４の上流側の排気通路２２には、２次空気を導入するための２次空気導入通路３１の２次空気導入孔３１ａが接続されている。２次空気導入通路３１の最上流側にはエアフィルタ３２が配設され、このエアフィルタ３２の下流側には２次空気を圧送するエアポンプ３３が配設されている。
【００１５】
このエアポンプ３３の下流側にはコンビネーションバルブ３４が配設されている。このコンビネーションバルブ３４は、２次空気導入通路３１を開閉する圧力駆動型の開閉弁３５及びその下流側の逆止弁３６が一体化され構成されている。コンビネーションバルブ３４の開閉弁３５は、吸気圧導入通路３７介して吸気通路１１に接続され、この吸気圧導入通路３７の途中に配設された電磁駆動型の切換弁３８によって開閉弁３５の駆動圧力が大気圧と吸気圧との間で切換えられる。
【００１６】
つまり、２次空気を導入する場合には、切換弁３８を吸気圧導入位置である「ＯＮ（オン）」に切換えて開閉弁３５に吸気圧を導入することにより開閉弁３５が開弁される。これにより、エアポンプ３３から吐出された２次空気が開閉弁３５を通過して逆止弁３６側に流れ、その圧力によって逆止弁３６が開弁され、２次空気が排気通路２２内に導入される（２次空気「ＯＮ」）。
【００１７】
一方、２次空気を停止する場合には、切換弁３８を大気圧導入位置である「ＯＦＦ（オフ）」に切換えて開閉弁３５に大気圧を導入することにより開閉弁３５が閉弁される。これにより、排気通路２２への２次空気が停止される（２次空気「ＯＦＦ」）と共に、逆止弁３６に２次空気の圧力が作用しなくなり排気通路２２側の圧力が高くなるため、逆止弁３６が自動的に閉弁され、排気通路２２内の排気ガスがエアポンプ３３側に逆流することが防止される。
【００１８】
４０はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）であり、ＥＣＵ４０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ４１、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ４２、各種データ等を格納するＲＡＭ４３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ４４、入出力回路４５及びそれらを接続するバスライン４６等からなる論理演算回路として構成されている。ＥＣＵ４０には、上述の各種センサ信号が入力され、ＥＣＵ４０からインジェクタ１６、点火プラグ１９、２次空気導入機構３０のエアポンプ３３や切換弁３８等に各制御信号が出力される。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給異常検出装置で使用されているＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１における２次空気供給異常検出の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図３を参照して説明する。ここで、図３は図２の処理に対応する２次空気「ＯＮ」／「ＯＦＦ」、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この２次空気供給異常検出ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ４１にて繰返し実行される。
【００２０】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、２次空気「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、２次空気「ＯＮ」で２次空気導入機構３０が作動状態であるとき（図３に示す時刻ｔ０　〜時刻ｔ３　）にはステップＳ１０２に移行し、排気通路２２内に２次空気が導入されることによってリーン側となる所定の空燃比が目標空燃比として設定される。なお、図３に示す時刻ｔ１　にて、Ａ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１が目標空燃比に達している。次にステップＳ１０３に移行して、三元触媒２３が非活性状態から活性状態となる図３に示す時刻ｔ２　以降にて、空燃比フィードバック（以下、『Ｆ／Ｂ』と記す）補正係数ＦＡＦが所定回数積算され平滑化された空燃比Ｆ／Ｂ補正係数（なまし値）の１．０からのズレ量（偏差）ａが次式（１）にて算出される。
【００２１】
【数１】
ａ←１．０−空燃比Ｆ／Ｂ補正係数（なまし値）　　　　　　・・・（１）
【００２２】
次にステップＳ１０４に移行して、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ２４で検出されたＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１が所定回数積算され平滑化された実空燃比（なまし値）の目標空燃比からのズレ量（偏差）ｂが次式（２）にて算出される。
【００２３】
【数２】
ｂ←目標空燃比−実空燃比（なまし値）　　　　　　　　　　・・・（２）
【００２４】
次にステップＳ１０５に移行して、ステップＳ１０３で算出された空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦに関わるズレ量ａ及びステップＳ１０４で算出されたＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１に関わるズレ量ｂの各積算値がα，βとして算出される。次にステップＳ１０６に移行して、ステップＳ１０５で算出されたα，βが加算され合計される。次にステップＳ１０７に移行して、α＋β＞基準値の関係が成立するかが判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、ステップＳ１０６による（α＋β）値が予め設定された基準値を越え大きいときにはステップＳ１０８に移行し、２次空気供給異常であるとして、本ルーチンを終了する。
【００２５】
つまり、図３に破線にて示すように、２次空気導入機構３０が異常であるときには、２次空気が「ＯＮ」とされたにもかかわらず２次空気が全く導入されない、または少量しか導入されないこととなるため、Ａ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１がリーン設定された目標空燃比からのズレ量ｂだけリッチ側となる。すると、燃料噴射量に対してリーン補正するため空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが１．０からズレ量ａだけ小さくされる。すると、この（ａ＋ｂ）値が積算された（α＋β）値が予め設定された基準値を越え大きくなるため、α＋β＞基準値の不等式を用いた比較判定によって、２次空気導入機構３０の異常状態が分かるのである。
【００２６】
なお、２次空気が「ＯＮ」で２次空気導入機構３０が異常のときに、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦの下限値が通常制御時と同じに設定されていると、燃料噴射量の変動量が大きくなり過ぎてエミッションを悪化させる可能性が想定される。このため、２次空気導入機構３０の異常検出の際には、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦの下限値が１．０方向に近づけられている。
【００２７】
一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、２次空気「ＯＦＦ」で２次空気導入機構３０が停止状態であるとき（図３に示す時刻ｔ０　以前、時刻ｔ３　以降）には２次空気供給正常／異常の判定ができないため、何もすることなく本ルーチンを終了する。また、ステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、ステップＳ１０６による（α＋β）値が予め設定された基準値以下と小さいときには２次空気供給正常であるとして、本ルーチンを終了する。
【００２８】
つまり、図３に実線にて示すように、２次空気導入機構３０が正常であるときには、時刻ｔ０　にて２次空気が「ＯＦＦ」から「ＯＮ」とされ、Ａ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１がリーン設定された目標空燃比に略等しくなったのちでは、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦは略１．０のままである。すると、（ａ＋ｂ）値が積算された（α＋β）値が予め設定された基準値以下となるため、α＋β＞基準値の不等式を用いた比較判定によって、２次空気導入機構３０の正常状態が分かるのである。
【００２９】
このように、本実施例の内燃機関の２次空気供給異常検出装置は、内燃機関１０の排気通路２２途中に設置され、排気ガスを浄化する三元触媒２３と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内に２次空気を導入する２次空気導入機構３０と、三元触媒２３の上流側の排気通路２２内で２次空気導入通路３１の２次空気導入孔３１ａより下流側に配設され、排気ガス中の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比検出手段としてのＡ／Ｆセンサ２４と、２次空気導入機構３０による２次空気導入にてリーン側となる所定の空燃比を目標空燃比としてＦ／Ｂ（フィードバック）制御するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成されるＦ／Ｂ制御手段と、前記Ｆ／Ｂ制御手段によるＦ／Ｂ制御中における空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦの１．０（所定値）からのズレ量（偏差）ａ及びＡ／Ｆセンサ２４による現在の空燃比である実空燃比としてのＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１の目標空燃比からのズレ量（偏差）ｂの合計が予め設定された基準値よりも大きいときには、２次空気導入機構３０を異常と判定するＥＣＵ４０内のＣＰＵ４１にて達成される異常判定手段とを具備するものである。
【００３０】
また、本実施例の内燃機関の２次空気供給異常検出装置は、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦに関わるズレ量ａ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１に関わるズレ量ｂとして、それぞれ所定回数積算された積算値α，βを用いるものである。そして、本実施例の内燃機関の２次空気供給異常検出装置は、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１として、それぞれ平滑化されたなまし値を用いるものである。
【００３１】
つまり、２次空気導入機構３０による２次空気導入にてリーン側となる所定の空燃比を目標空燃比としてＦ／Ｂ制御するＦ／Ｂ制御中において、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ１．０からのズレ量ａ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１の目標空燃比からのズレ量ｂの合計が基準値よりも大きいと２次空気導入機構３０が異常と判定される。この際、各ズレ量ａ，ｂは、所定回数積算され積算値α，βが用いられ、また、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１は、平滑化されたなまし値が用いられる。
【００３２】
このように、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１に関わるズレ量の合計の大きさによって、２次空気導入機構３０の異常／正常が正確に判定される。このとき、各ズレ量ａ，ｂは積算値α，β、また、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ及びＡ／Ｆセンサ値ＶＯＸ１はなまし値が用いられることで、ノイズ等の影響を受けることもない。
【００３３】
なお、２次空気導入機構３０の異常では、２次空気が「ＯＮ」となったにもかかわらず、２次空気が全く導入されない場合の他に、２次空気が予め設定された所定量が導入されない場合も想定されるが、（α＋β）値の大きさによって、２次空気の不足量の推定が可能となる。
【００３４】
ところで、上記実施例では、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦに関わるズレ量ａを算出する上式（１）で、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦの１．０からのズレ量を求めているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦが１．０以外、例えば、現在の内燃機関１０の運転状態を維持するための所定値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の２次空気供給異常検出装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける２次空気供給異常検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は図２の処理に対応する２次空気、空燃比Ｆ／Ｂ補正係数及びＡ／Ｆセンサ値の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０　　内燃機関
２２　　排気通路
２３　　三元触媒
２４　　Ａ／Ｆ（空燃比）センサ
３０　　２次空気導入機構
３１　　２次空気導入通路
３１ａ　２次空気導入孔
４０　　ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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