(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気中の有害物質の低減効果を高めるよう排気圧力を上昇制御する排気制御手段と、
前記排気制御手段により制御される排気中の特定排気成分の濃度を検出する排気センサと、
該排気センサの出力に基づいて排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出する故障診断手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化促進装置。
【請求項２】
前記故障診断手段は、前記排気センサからの出力と基準圧下における同一排気成分濃度での目標出力とを比較して排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出することを特徴とする、請求項１記載の排気浄化促進装置。
【請求項３】
前記故障診断手段は、前記排気センサからの排気成分濃度の異なる複数の出力と基準圧下における前記各排気成分濃度での複数の目標出力との関係に基づいて排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出することを特徴とする、請求項１記載の排気浄化促進装置。
【請求項４】
前記排気センサは、二以上の排気成分濃度を検出する特性を有し、排気空燃比がリーン空燃比であるときに少なくとも一つの特定排気成分の濃度を検出し、リッチ空燃比であるときに他の特定排気成分の濃度を検出することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の排気浄化促進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化促進装置に係り、詳しくは、排気中の有害物質の排出量低減効果を高める排気制御手段の故障診断技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
排気中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2等の未燃物の他、スモーク、ＮＯx等を含む）を低減させることを目的とした技術として、触媒上での反応を利用した排気浄化技術が知られている。
しかしながら、当該排気浄化技術では、触媒が活性化されるまでの間にＨＣ等の未燃物が大気放出されるという問題があり、このように触媒活性化までに放出される有害物質量は、コールドモードでの全放出量の９割にも達する場合があり重要な問題となっている。
【０００３】
そこで、例えば特開平３−１１７６１１号、特開平４−１８３９２１号公報に開示されるように、排気圧上昇により冷態時に触媒を早期活性化させる技術が開発されている。
ここでは、例えば排気通路下流に排気制御手段として密閉型可変排気バルブを設けており、当該密閉型可変排気バルブを調節し排気管断面積を変更させることで、排気通路抵抗、排気密度を上昇させ或いは排気流速を低下させ、排気圧や排気温度の上昇を図るようにしている。
【０００４】
このように排気圧を上昇させるようにすると、例えば排気系内に未燃物を供給した場合（燃料の２段噴射等）、ＥＧＲ（排気再循環）を実施した場合、排気空燃比の変調（排気Ａ／Ｆ変調）を実施した場合において、各性能が増強されることになり、排気通路内の未燃物の反応が促進されて排気温度が上昇し、触媒が早期に活性化されて排気の浄化が飛躍的に促進される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記密閉型可変排気バルブは高温高圧の環境下に置かれるため、長期間使用していると、故障してバルブが正常に作動しなくなる場合がある。
このように密閉型可変排気バルブのバルブが正常に作動しなくなると、排気圧を上昇させたいにも拘わらずバルブが閉弁作動せず、排気圧が実際には上昇しなかったり、或いは、排気圧を上昇させたくないにも拘わらずバルブが閉弁作動したままとされ、排気圧が高いままに保持されるといった現象が発生する。
【０００６】
そして、排気圧が上昇しなくなると、排気の浄化が促進されないために触媒活性化までに放出される有害物質を十分に浄化できなくなるおそれがあり、また、排気圧が高いままに保持されると、排気効率が低下して内燃機関の出力が低下し好ましいことではない。
そこで、排気通路に排気圧センサを設け、該排気圧センサからの排気圧情報に基づいて密閉型可変排気バルブ等の排気制御手段の異常を検出することが考えられている。特に排気通路が一本である場合には、排気制御手段に異常が発生し当該排気通路の排気圧が意図に反して増減すると、内燃機関の運転状態に多大な影響を与えることになるため、このような排気制御手段の異常検出はとりわけ重要である。
【０００７】
しかしながら、排気圧センサを用いる場合、当該排気圧センサを別途設けなければならず、一般に排気圧センサは高温高圧に耐える仕様であるため高価であり、部品コストが増大するという問題がある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気中の有害物質の低減効果を高めるよう排気の流動状態を制御する排気制御手段の異常を安価にして確実に検出可能な内燃機関の排気浄化促進装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、排気中の有害物質の低減効果を高めるよう排気圧力を上昇制御する排気制御手段と、前記排気制御手段により制御される排気中の特定排気成分の濃度を検出する排気センサと、該排気センサの出力に基づいて排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出する故障診断手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
従って、別途排気圧センサを設けることなく、既設の排気センサからの情報に基づいて排気圧力が推定されることになり、排気センサの出力を監視することで、排気制御手段の異常を検出可能である。これにより、安価にして確実に排気制御手段の故障を診断可能である。
ここに、本発明は次のような知見に基づきなされたものであり、以下説明する。
【００１０】
一般に、排気圧が増大すると、各排気成分の拡散速度が増加し分圧が増大する。
一方、例えば排気センサがＯ2センサである場合に、Ｏ2センサ出力の理論式として次のネルンストの式(1)がよく知られている。
0004016242.tif 000002
ここに、排気側Ｏ2分圧は次式(2)で示される。
【００１１】
排気側Ｏ2分圧＝排気圧×排気Ｏ2濃度  …(2)
このネルンストの式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加して起電力（Ｏ2センサ出力）が低下し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加する一方で排気側Ｏ2分圧が減少して起電力（Ｏ2センサ出力）が増大することを示している。
【００１２】
このことは、即ち、起電力（Ｏ2センサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出でき、例えば大気圧下での目標出力と比較することにより、排気制御手段の異常を検出できることを意味する。
また、排気センサがＡ／Ｆセンサ（ＬＡＦＳ）である場合に、Ａ／Ｆセンサ出力の理論式として次のポンプ電流の式(3)、(4)がよく知られている。
0004016242.tif 000003
ここに、リーン側でのポンプ電流及びリッチ側でのポンプ電流は一方が正（＋）で他方が負（−）である。
【００１３】
このポンプ電流の式は、つまり、排気圧が増大すると、Ｏ2成分の多いリーン空燃比側では排気側Ｏ2分圧が増加してポンプ電流が増大し、Ａ／Ｆセンサ出力が増加し、一方、Ｈ2成分の多いリッチ空燃比側では、Ｈ2分圧が増加してポンプ電流が逆方向に増大し、Ａ／Ｆセンサ出力が減少することを示している。
このことは、即ち、ポンプ電流（Ａ／Ｆセンサ出力）を監視することにより、排気圧の増減を検出でき、例えば大気圧下での目標出力と比較することにより、排気制御手段の異常を検出できることを意味する。
【００１４】
なお、排気センサはＮＯxセンサであってもよく、この場合においても理論式として上記ポンプ電流の式を適用可能である。
そして、請求項２の発明では、前記故障診断手段は、前記排気センサからの出力と基準圧下における同一排気成分濃度での目標出力とを比較して排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出することを特徴としている。
【００１５】
従って、排気センサからの出力情報と予め設定された基準圧（例えば、大気圧等）下における同一排気成分濃度（同一排気空燃比）での目標出力とを比較することにより、容易にして適正に排気圧力が推定されることになり、当該排気センサの出力と目標出力との比較値を監視することにより、排気制御手段の異常を常時検出可能である。
【００１６】
また、請求項３の発明では、前記故障診断手段は、前記排気センサからの排気成分濃度の異なる複数の出力と基準圧下における前記各排気成分濃度での複数の目標出力との関係に基づいて排気圧力を推定し、前記排気制御手段の異常を検出することを特徴としている。
従って、排気センサからの排気成分濃度（排気空燃比）の異なる複数の出力情報と予め設定された基準圧（例えば、大気圧等）下における各排気成分濃度（各排気空燃比）での複数の目標出力との関係、例えば複数の排気センサ出力の差と複数の目標出力の差との比を求めることにより、排気センサの出力信号に含まれるノイズ等の排気圧以外の誤差要因を排除して排気圧力がより適正に推定されることになり、当該排気センサの複数の出力と複数の目標出力との関係を監視することにより、排気制御手段の異常を精度よく検出可能である。
【００１７】
また、請求項４の発明では、前記排気センサは、二以上の排気成分濃度を検出する特性を有し、排気空燃比がリーン空燃比であるときに少なくとも一つの特定排気成分の濃度を検出し、リッチ空燃比であるときに他の特定排気成分の濃度を検出することを特徴としている。
従って、例えば、リーン空燃比では排気中にＯ2成分が多く、リッチ空燃比では排気中にＨ2成分が多いが、これらリーン空燃比における一つの特定排気成分（Ｏ2成分）とリッチ空燃比における他の特定排気成分（Ｈ2成分）を排気センサでそれぞれ検出することができると、リーン空燃比かリッチ空燃比かに拘わらず常に良好に排気圧力が推定されることになり、排気センサの出力を監視することで、空燃比に拘わらず広い空燃比範囲で排気制御手段の異常を常時検出可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化促進装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化促進装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。また、エンジン１として、ここでは４気筒エンジンが採用される。
【００１９】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００２０】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端が分岐してそれぞれ接続されている。なお、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端が分岐してそれぞれ接続されている。
【００２１】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
排気マニホールド１２の他端には排気管（排気通路）２０が接続されている。そして、排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒３０が介装されている。この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）のいずれかを有している。
【００２２】
また、同図に示すように、排気管２０には、排気中の特定排気成分の濃度を検出する排気センサ２２が配設されている。
さらに、排気管２０の三元触媒３０よりも下流の部分には、排気制御装置４０が介装されている。排気制御装置４０は、排ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2等の未燃物の他、スモーク、ＮＯx等を含む）の低減を促進させることを目的とする装置であり、排気圧、排気密度及び排気流速の少なくともいずれか一つを変更することが可能に構成されている。具体的には、排気制御装置４０は排気管２０の流路面積を調節可能な密閉型開閉弁４２が電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０に電気的に接続されて構成されている。
【００２３】
密閉型開閉弁４２としては種々の方式が考えられるが、ここでは、図２に示すようなバタフライ弁が採用されている。バタフライ弁は、図２（ａ）に閉弁状態を示し、図２（ｂ）に開弁状態を示すように、排気管２０を貫通する軸４３回りに円盤４４が回転することで排気管２０の流路面積を調節するように構成されている。なお、開閉弁４２はアクチュエータで作動するが、ここではアクチュエータは省略してある。
【００２４】
ＥＣＵ６０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ６０により、エンジン１を含めた排気浄化促進装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ４０の入力側には、上述した排気センサ２２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００２５】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４、密閉型開閉弁４２等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、弁開度等の各種情報がそれぞれ出力され、これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、所望の弁開度となるよう適正なタイミングで開閉弁４２が開閉操作される。また、出力側には、警告ランプ５０も接続されている。
【００２６】
以下、このように構成された本発明に係る排気浄化促進装置の作用、即ち密閉型開閉弁４２により構成される排気制御装置４０の故障診断手法について説明する。
上述したように、エンジン１が冷態状態にあるときには、三元触媒３０を早期に活性化させるべく一時的に密閉型開閉弁４２を閉弁操作するようにしている。これにより、排気管２０内の排気圧が上昇して排気管２０内の未燃燃料の反応が促進されて排気温度が上昇することになり、三元触媒３０が早期に活性化される。
【００２７】
ところで、密閉型開閉弁４２は高温高圧の環境下にあるため、長期間に亘って使用していると、故障して開閉弁が十分になされなくなる場合がある。このように密閉型開閉弁４２が故障して排気制御装置４０としての機能が損なわれると、上述したように、開閉弁４２が十分に閉弁しない場合には、エンジン１の冷態時において有害物質を十分に浄化できなくなるおそれがあり、一方、開閉弁４２が十分に開弁しない場合には、排気効率が低下して内燃機関の出力が低下するといった不具合が発生するおそれがある。
【００２８】
そこで、本発明では、排気センサ２２が排ガス中の特定成分の分圧を利用して濃度検出していることに着目し、当該排気センサ２２の出力に基づいて排気圧を推定し、密閉型開閉弁４２の故障、即ち排気制御装置４０の異常を診断するようにしている（故障診断手段）。
なお、特定成分の分圧を利用する排気センサ２２にはＯ2センサ、Ａ／Ｆセンサ、ＮＯxセンサ等の種々のセンサがあるが、ここではＯ2センサを用いた場合とＡ／Ｆセンサを用いた場合についてそれぞれ実施例を分けて説明する。
【００２９】
まず、第１実施例を説明する。
当該第１実施例は、排気センサ２２としてＯ2センサを用いた場合である。なお、Ｏ2センサを用いた場合には、上述したネルンストの式が適用される。
図３を参照すると、ＥＣＵ６０が実行する、第１実施例に係るＯ2センサを用いた場合の故障診断ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。
【００３０】
ステップＳ１０では、Ｏ2センサからの情報に基づき、排気空燃比がリッチ空燃比（ストイキを含む）、即ち排ガスがリッチ雰囲気にあるか否かを判別する。
このようにリッチ雰囲気であるか否かを判別するのは、上述したように、排気空燃比がリッチ空燃比であるときには、排気圧が増大するとＨ2分圧が増加してＯ2センサ出力が増大することになるが、この変化度合いがリーン空燃比でのＯ2分圧の変化よりも明確であって故障診断に適しているからである。
【００３１】
ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちリーン雰囲気の場合には、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、密閉型開閉弁４２が閉状態（ここでは全閉状態）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で全閉と判定された場合には、次にステップＳ１４に進む。
【００３２】
密閉型開閉弁４２が閉状態である場合には、排気圧は予め設定された所定の高圧（例えば、８００mmHg＝１０６７hPa）にまで達しているはずであり、この所定圧に対応するＯ2センサ出力Ａ0も実験等により分かっている。そこで、ステップＳ１４では、Ｏ2センサ出力が上記Ｏ2センサ出力Ａ0近傍にあるか否かを判別する。ここでは、検出されるＯ2センサ出力が所定値Ａ2（但し、Ａ0≦Ａ2）より小さいか否かを判別する。
【００３３】
ステップＳ１４の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＯ2センサ出力が所定値Ａ2より小さい場合には、密閉型開閉弁４２が閉状態であるにも拘わらず、Ｈ2分圧が低く、排気圧が十分に上がっていないような異常な状況と考えられる。つまり、密閉型開閉弁４２に何らかの故障が発生していると考えられる。従って、このような場合には、次にステップＳ１６に進み、密閉型開閉弁４２が故障と判定し、警告ランプ５０を点灯して運転者に異常を知らせる。
【００３４】
一方、ステップＳ１４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ｏ2センサ出力が所定値Ａ2以上である場合には、排気圧が十分に上がっており、密閉型開閉弁４２は正常に作動していると判定できる。従って、この場合には、次にステップＳ１８に進み、故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
【００３５】
また、ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち密閉型開閉弁４２が開状態（ここでは全開状態）にある場合には、次にステップＳ１９に進む。
密閉型開閉弁４２が開状態である場合には、排気圧は大気圧近傍値となるはずであり、この場合、Ｏ2センサ出力は通常使用時の値を示す。そこで、ステップＳ１９では、Ｏ2センサ出力が所定値Ａ3（但し、Ａ3≧Ａ0）より大きいか否かを判別する。
【００３６】
ステップＳ１９の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合、即ちＯ2センサ出力が所定値Ａ3を越えている場合には、密閉型開閉弁４２が開状態であるにも拘わらず、Ｈ2分圧が高く、排気圧が上がってしまっている異常な状況と考えられる。つまり、密閉型開閉弁４２に何らかの故障が発生していると考えられる。従って、このような場合には、上記ステップＳ１６に進み、上記同様に密閉型開閉弁４２が故障と判定し、警告ランプ５０を点灯して運転者に異常を知らせる。
【００３７】
一方、ステップＳ１９の判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ｏ2センサ出力が所定値Ａ3以下である場合には、排気圧は十分に低く、密閉型開閉弁４２は正常に作動していると判定できる。従って、この場合には、上記ステップＳ１８に進み、上記同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
【００３８】
次に、第２実施例を説明する。
当該第２実施例は、上記第１実施例と同様に排気センサ２２としてＯ2センサを用いており、やはり上記ネルンストの式が適用される。
図４を参照すると、ＥＣＵ６０が実行する、第２実施例に係る故障診断ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。但し、ここでは、第１実施例と異なる点についてのみ説明する。
【００３９】
ステップＳ２０で上記ステップＳ１０と同様にリッチ雰囲気であるか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合には、次にステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、同一リッチ雰囲気（同一排気成分濃度）の下、Ｏ2センサ出力と密閉型開閉弁４２の開度に応じて設定されたＯ2センサの目標出力との差の絶対値が所定値Ａ4よりも大きい（｜Ｏ2センサ出力−目標出力｜＞Ａ4）か否かを判別する。つまり、ここでは、上記第１実施例と違い、密閉型開閉弁４２が閉状態であるか開状態であるかによらず、実際のＯ2センサ出力と予め設定された目標出力との差を検出することにより、排気圧のずれを監視するようにしている。このようにすれば、密閉型開閉弁４２が全閉及び全開以外の中間の開度に調整された場合であっても確実に排気圧の異常な状況を検出でき、的確に密閉型開閉弁４２の故障を判定することが可能である。
【００４０】
従って、ステップＳ２２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、Ｏ2センサ出力と目標出力との差の絶対値が所定値Ａ4よりも大きい場合には、密閉型開閉弁４２の開度に対し、排気圧が高すぎる、或いは低すぎるような異常な状況と判定でき、この場合には、次にステップＳ２４に進み、上記ステップＳ１６と同様に故障と判定し、警告ランプ５０を点灯する。
【００４１】
一方、ステップＳ２２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ｏ2センサ出力と目標出力との差の絶対値が所定値Ａ4以下である場合には、排気圧は目標とする排気圧に近く、密閉型開閉弁４２は正常に作動していると判定でき、この場合には、次にステップＳ２６に進み、上記ステップＳ１８と同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
【００４２】
次に第３実施例を説明する。
当該第３実施例は、排気センサ２２としてＡ／Ｆセンサを用いた場合である。なお、Ａ／Ｆセンサを用いた場合には、上述したポンプ電流の式が適用される。
図５を参照すると、ＥＣＵ６０が実行する、Ａ／Ｆセンサを用いた場合の故障診断ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。
【００４３】
ステップＳ３０では、Ａ／Ｆセンサからの情報に基づき、排気空燃比がリーン空燃比、即ち排ガスがリーン雰囲気にあるか否かを判別する。このようにＡ／Ｆセンサの場合にリーン雰囲気であるか否かを判別するのは、排気空燃比がリーン空燃比であるときには、排気圧変化に応じたＡ／Ｆセンサ出力の変化度合いが明確であって故障診断に適しているからである。つまり、図６を参照すると、排気圧を大気圧（破線）及び所定の高圧（例えば、８００mmHg＝１０６７hPa）（実線）とした場合の目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）とＡ／Ｆセンサ出力との関係がそれぞれ示されているが、このように、空燃比Ａ／Ｆがリーン空燃比の範囲では、排気圧が高圧になるとＡ／Ｆセンサの出力値の変化が大きく現れるのである。
【００４４】
ステップＳ３０の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合、即ちリッチ雰囲気の場合には、そのまま当該ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ３０の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ３２に進む。
ステップＳ３２では、同一リーン雰囲気（同一排気成分濃度）の下、Ａ／Ｆセンサ出力と密閉型開閉弁４２の開度に応じて設定されたＡ／Ｆセンサの目標Ａ／Ｆ（目標出力）との差の絶対値が所定値Ｂ1よりも大きい（｜Ａ／Ｆセンサ出力−目標Ａ／Ｆ｜＞Ｂ1）か否かを判別する。つまり、ここでは、上記第２実施例の場合と同様、密閉型開閉弁４２が閉状態であるか開状態であるかによらず、実際のＡ／Ｆセンサ出力と予め設定された目標Ａ／Ｆとの差を検出することにより、排気圧のずれを監視するようにしている。
【００４５】
これにより、密閉型開閉弁４２が全閉及び全開以外の中間の開度に調整された場合であっても、Ａ／Ｆセンサにより確実に排気圧の異常な状況を検出でき、常時良好に密閉型開閉弁４２の故障を判定することができる。
従って、ステップＳ３２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、Ａ／Ｆセンサ出力と目標Ａ／Ｆとの差の絶対値が所定値Ｂ1よりも大きい場合には、密閉型開閉弁４２の開度に対し、排気圧が高すぎる、或いは低すぎるような異常な状況と判定でき、この場合には、次にステップＳ３４に進み、上記同様に故障と判定し、警告ランプ５０を点灯する。
【００４６】
一方、ステップＳ３２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ａ／Ｆセンサ出力と目標Ａ／Ｆとの差の絶対値が所定値Ｂ1以下である場合には、排気圧は目標とする排気圧に近く、密閉型開閉弁４２は正常に作動していると判定でき、この場合には、次にステップＳ３６に進み、上記同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
【００４７】
次に、第４実施例を説明する。
当該第４実施例は、上記第３実施例と同様に排気センサ２２としてＡ／Ｆセンサを用いており、やはり上記ポンプ電流の式が適用される。
図７を参照すると、ＥＣＵ６０が実行する、第４実施例に係る故障診断ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。なお、第４実施例においては、上記第３実施例とは異なり、空燃比Ａ／Ｆがリーン空燃比である場合のＡ／Ｆセンサ出力及びリッチ空燃比（ストイキを含む）である場合のＡ／Ｆセンサ出力の双方が使用される。
【００４８】
密閉型開閉弁４２が所定の開度に設定されると、先ずステップＳ４０において、空燃比Ａ／Ｆが所定のリーン空燃比である場合のＡ／Ｆセンサの目標Ａ／ＦがＬＡＦ0として読み込まれるとともに、同一空燃比近傍でのＯ2分圧に基づくＡ／Ｆセンサ出力（一つの特定排気成分の濃度）がＬＡＦ1として検出される。つまり、空燃比Ａ／Ｆが所定のリーン空燃比となったときのＡ／Ｆセンサの目標Ａ／ＦＬＡＦ0とＡ／Ｆセンサ出力ＬＡＦ1とがＥＣＵ６０に記憶される。
【００４９】
また、ステップＳ４２では、密閉型開閉弁４２が上記所定の開度に設定され且つ空燃比Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比（またはストイキ）である場合のＡ／Ｆセンサの目標Ａ／ＦがＲＡＦ0として読み込まれるとともに、同一空燃比近傍でのＨ2分圧に基づくＡ／Ｆセンサ出力（他の特定排気成分の濃度）がＲＡＦ1として検出される。つまり、空燃比Ａ／Ｆが所定のリッチ空燃比となったときのＡ／Ｆセンサの目標Ａ／ＦＲＡＦ0とＡ／Ｆセンサ出力ＲＡＦ1とがＥＣＵ６０に記憶される。
【００５０】
そして、このようにＡ／Ｆセンサの目標Ａ／ＦＬＡＦ0及びＲＡＦ0とＡ／Ｆセンサ出力ＬＡＦ1及びＲＡＦ1とが求められたら、次のステップＳ４４において、密閉型開閉弁４２が閉状態（ここでは全閉状態）であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち開閉弁４２が開状態である場合には、次にステップＳ４５において次式(5)が成立するか否かを判別する。
【００５１】
（ＬＡＦ1−ＲＡＦ1）／（ＬＡＦ0−ＲＡＦ0）＞Ｃ1  …(5)
つまり、リーン空燃比とリッチ空燃比におけるＡ／Ｆセンサ出力の差（ＬＡＦ1−ＲＡＦ1）と目標Ａ／Ｆの差（ＬＡＦ0−ＲＡＦ0）の比が所定値Ｃ1よりも大きいか否かを判別する。即ち、Ａ／Ｆセンサ出力の傾きを求め、この値が所定値Ｃ1よりも大きいか否かを判別する。これは、上記図６に示すように、Ａ／Ｆセンサ出力は、排気圧が増減変化してもストイキ近傍では目標Ａ／Ｆのままに保持され、排気圧が増減するとストイキ近傍を中心としてＡ／Ｆセンサの出力勾配が変化し、上記値が変化するためである。
【００５２】
そして、このようにＡ／Ｆセンサ出力の差（ＬＡＦ1−ＲＡＦ1）と目標Ａ／Ｆの差（ＬＡＦ0−ＲＡＦ0）をとり、さらにそれらの比をとるようにすると、Ａ／Ｆセンサ出力に含まれるノイズ、即ち排気圧以外の要因による出力誤差を排除することができるという利点がある。
つまり、Ａ／Ｆセンサ出力ＬＡＦ1及びＲＡＦ1は「（目標Ａ／Ｆ）＋（排気圧以外の要因による出力誤差＋排気圧による出力誤差）」または「（目標Ａ／Ｆ）×（排気圧以外の要因による出力誤差×排気圧による出力誤差）」として示され、排気圧以外の要因による出力誤差が目標Ａ／Ｆに対して加算または乗算の形で効いてくるのであるが、当該排気圧以外の要因による出力誤差の作用する方向は常に同一方向である一方、排気圧による出力誤差は上述したようにリーン側とリッチ側で逆になるので、Ａ／Ｆセンサ出力の差（ＬＡＦ1−ＲＡＦ1）と目標Ａ／Ｆの差（ＬＡＦ0−ＲＡＦ0）をとれば、排気圧以外の要因による上記加算による誤差が消える。
【００５３】
また、Ａ／Ｆセンサ出力の比（ＬＡＦ1／ＲＡＦ1）及び目標Ａ／Ｆの比（ＬＡＦ0／ＲＡＦ0）をとり、さらにこれらの比を求めて判別を行うようにすることで、排気圧以外の要因による上記乗算による誤差が消える。
これにより、排気圧以外の要因による出力誤差を一切排除し、純粋に排気圧による出力誤差のみを考慮して排気圧のずれを監視することができ、密閉型開閉弁４２の故障を精度よく判定することが可能となる。
【００５４】
従って、ステップＳ４５の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、上記式(5)が成立する場合には、Ａ／Ｆセンサの上記出力勾配が大きくなり、密閉型開閉弁４２の開度に対し、排気圧が高すぎるような異常な状況と判定でき、この場合には、次にステップＳ４６に進み、上記同様に故障と判定し、警告ランプ５０を点灯する。
一方、ステップＳ４５の判別結果が偽（Ｎｏ）で、上記式(5)が成立しない場合には、排気圧は目標とする排気圧に近く、密閉型開閉弁４２は正常に作動していると判定でき、この場合には、次にステップＳ４８に進み、上記同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
【００５５】
また、ステップＳ４４の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、開閉弁４２が閉状態である場合には、次にステップＳ４７において次式(6)が成立するか否かを判別する。
（ＬＡＦ1−ＲＡＦ1）／（ＬＡＦ0−ＲＡＦ0）＜Ｃ2  …(6)
判別結果が真（Ｙｅｓ）で、上記式(6)が成立する場合には、開閉弁４２の開度に対し、排気圧が低すぎるような異常な状況と判定でき、この場合には、上述のステップＳ４６に進み、上記同様に故障と判定し、警告ランプ５０を点灯する。
【００５６】
一方、ステップＳ４７の判別結果が偽（Ｎｏ）で、上記式(6)が成立しない場合には、上述のステップＳ４８に進み、上記同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
次に、第５実施例を説明する。
当該第５実施例は、上記第３、４実施例と同様に排気センサ２２としてＡ／Ｆセンサを用いており、やはり上記ポンプ電流の式が適用される。
【００５７】
図８を参照すると、ＥＣＵ６０が実行する、第５実施例に係る故障診断ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに沿って説明する。
第５実施例では、密閉型開閉弁４２が開状態の場合のＡ／Ｆセンサ出力と閉状態の場合のＡ／Ｆセンサ出力とに基づいて故障診断が行われる。
【００５８】
ステップＳ５０では、目標Ａ／Ｆが所定値ＡＦ1（例えば、２０）より大きいか否かを判別する。このような判別を行うのは、上記第３実施例のステップＳ３０において排ガスがリーン雰囲気にあるか否かを判別したのと同様の理由によるものである。
ステップＳ５０の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合にはそのまま当該ルーチンを抜け、一方判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には次にステップＳ５２に進む。
【００５９】
ステップＳ５２では、目標排気圧が所定値Ｐ1（例えば、５００mmHg＝６６７hPa）以上であるか否かを判別する。つまり、密閉型開閉弁４２が閉状態にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ５４に進む。
ステップＳ５４では、次式(7)から閉状態における指標１を求める。
【００６０】
指標１＝（Ａ／Ｆセンサ出力−ストイキＡ／Ｆ）／（目標Ａ／Ｆ−ストイキＡ／Ｆ）  …(7)
一方、ステップＳ５２の判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち目標排気圧が所定値Ｐ1よりも小さい場合には、次にステップＳ５６に進み、目標排気圧が所定値Ｐ2（例えば、１００mmHg＝１３３hPa）よりも小さいか否かを判別する。つまり、密閉型開閉弁４２が開状態にあるか否かを上記同様に判別する。なお、密閉型開閉弁４２が開状態にある場合には、目標排気圧は大気圧に等しくなるが、このように目標排気圧がある程度小さければ故障判定は可能である。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には当該ルーチンを抜け、真（Ｙｅｓ）の場合には、次にステップＳ５８に進む。
【００６１】
ステップＳ５８では、次式(8)から開状態における指標２を求める。
指標２＝（Ａ／Ｆセンサ出力−ストイキＡ／Ｆ）／（目標Ａ／Ｆ−ストイキＡ／Ｆ）  …(8)
なお、ここでは、排気圧の影響が少ないストイキを原点としてＡ／Ｆセンサ出力の傾きを（Ａ／Ｆセンサ出力−ストイキＡ／Ｆ）／（目標Ａ／Ｆ−ストイキＡ／Ｆ）として求め、指標１及び指標２を設定するようにしたが、指標１及び指標２を（Ａ／Ｆセンサ出力−目標Ａ／Ｆ）或いは（Ａ／Ｆセンサ出力／目標Ａ／Ｆ）としてもよい。
【００６２】
また、指標１及び指標２としては、目標排気圧がそれぞれ所定値Ｐ1、所定値Ｐ2に切換わる直前、直後に求めた指標を使用するのがよく、これにより、指標１及び指標２がともに同一運転条件下での指標となり、故障判定の精度が向上する。
また、指標１及び指標２は平均値を求めてもよいが、瞬時値を用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、ストイキＡ／Ｆは使用燃料に応じて変更するのが望ましいが、固定値であってもよい。
ステップＳ６０では、指標１と指標２とが求められているか否かを判別する。
上述したようにして指標１と指標２とが求められている場合には、次にステップＳ６２に進む。
【００６４】
ステップＳ６２では、指標１と指標２の差が所定値Ｄ1（例えば、０．４）より小さい（指標１−指標２＜Ｄ1）か否かを判別する。
つまり、当該第５実施例では、開閉弁４２の作動前後のＡ／Ｆセンサ出力の関係から故障判定を行うようにする。ここに、所定値Ｄ1は固定値であってもよいが、目標排気圧に応じて変更するようにしてもよい。
【００６５】
なお、ここでは、指標１と指標２の差が所定値Ｄ1より小さいか否かを判別するようにしているが、指標１と指標２の比が所定値Ｄ2より小さい（指標１／指標２＜Ｄ2）か否かを判別するようにしてもよい。
ステップＳ６２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、指標１と指標２の差が所定値Ｄ1より小さい場合には、異常な状況と判定でき、この場合には、次にステップＳ６４に進み、上記同様に故障と判定し、警告ランプ５０を点灯する。
【００６６】
一方、ステップＳ６２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、指標１と指標２の差が所定値Ｄ1以上の場合には、問題はないと判定でき、この場合には、次にステップＳ６６に進み、上記同様に故障判定を行わず或いは故障判定を解除し、警告ランプ５０を点灯せず消灯状態に保持する。
なお、ステップＳ５２及びステップＳ５６の判別において、判別閾値である所定値Ｐ1と所定値Ｐ2とをそれぞれ別の値としたが、所定値Ｐ1と所定値Ｐ2とは同じ値であってもよい。
【００６７】
また、当該第５実施例は、単独で実施してもよいが、上記第３、４実施例と併用するようにしてもよい。
また、上記各実施例では、排気制御装置４０として密閉型開閉弁４２を用いるようにしたが、排気制御装置４０は、排気圧を可変制御できれば如何なる構成の装置であってもよい。
【００６８】
また、上記第３実施例乃至第５実施例ではＡ／Ｆセンサを用いるようにしたが、Ａ／Ｆセンサに代えてＮＯxセンサを用いてもよく、ＮＯxセンサを用いても作動原理は同じであるためＡ／Ｆセンサの場合と同様の効果が得られる。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化促進装置によれば、別途排気圧センサを設けることなく、既設の排気センサからの情報に基づいて排気圧力を推定でき、当該排気センサの出力を監視することにより、排気制御手段の異常を検出することができる。これにより、安価にして確実に排気制御手段の故障を診断することができる。
【００７０】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化促進装置によれば、排気センサからの出力情報と予め設定された基準圧下（例えば、大気圧下）における同一排気成分濃度（同一排気空燃比）での目標出力とを比較することにより、容易にして適正に排気圧力を推定でき、当該排気センサの出力と目標出力との比較値を監視することにより、排気制御手段の異常を的確に検出することができる。
【００７１】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化促進装置によれば、排気センサからの排気成分濃度（排気空燃比）の異なる複数の出力情報と予め設定された基準圧下（例えば、大気圧下）における各排気成分濃度（各排気空燃比）での複数の目標出力との関係、例えば複数の出力の差と複数の目標出力の差との比を求めることにより、排気センサの出力信号に含まれるノイズ等の排気圧以外の誤差要因を排除して排気圧力をより適正に推定でき、当該排気センサの複数の出力と複数の目標出力との関係を監視することにより、排気制御手段の異常を精度よく検出することができる。
【００７２】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化促進装置によれば、リーン空燃比では排気中にＯ2成分が多く、リッチ空燃比では排気中にＨ2成分が多いが、これらリーン空燃比における一つの特定排気成分（Ｏ2成分）とリッチ空燃比における他の特定排気成分（Ｈ2成分）を排気センサでそれぞれ検出することにより、リーン空燃比かリッチ空燃比かに拘わらず常に良好に排気圧力を推定でき、排気センサの出力を監視することにより、空燃比に拘わらず広い空燃比範囲で排気制御手段の異常を常時検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化促進装置の概略構成図である。
【図２】密閉型開閉弁としてのバタフライ弁を示す図である。
【図３】第１実施例に係るＯ2センサを用いた場合の故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第２実施例に係る故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第３実施例に係るＡ／Ｆセンサを用いた場合の故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】排気圧を大気圧（破線）及び所定の高圧（例えば、８００mmHg＝１０６７hPa）（実線）とした場合の目標Ａ／ＦとＡ／Ｆセンサ出力との関係をそれぞれ示す図である。
【図７】第４実施例に係る故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第５実施例に係る故障診断ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２０  排気管
２２  排気センサ
４０  排気制御装置（排気制御手段）
４２  密閉型開閉弁
５０  警告ランプ
６０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
【図１】
0004016242.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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