(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に触媒等排気浄化装置が設けられ、空燃比フィードバック制御手段と触媒性能診断手段とが設けられ、および排気系に排気ガスセンサが設けられて排気ガスのリークを検出するようにした排気ガス制御装置において、
前記排気ガスセンサを、触媒等排気浄化装置の上流側および後流側の排気系にそれぞれ設けて、触媒等排気浄化装置の上流側および触媒等排気浄化装置のリークをそれぞれ検出し、
検出された信号によって排気ガス成分検出に基づく制御を中止する中止手段又は前記排気ガス成分検出に基づく制御に用いる補正係数を演算する補正手段を設け、
前記空燃比フィードバック制御手段または触媒性能診断手段を前記中止手段からの制御中止信号又は前記補正手段からの補正信号によって制御することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に触媒等排気浄化装置が設けられ、空燃比フィードバック制御手段と触媒性能診断手段とが設けられ、および排気系に排気ガスセンサが設けられて排気ガスのリークを検出するようにした排気ガス制御装置において、
前記排気ガスセンサを、触媒等排気浄化装置の上流側および後流側の排気系にそれぞれ設けて、触媒等排気浄化装置の上流側または触媒等排気浄化装置のリークをそれぞれ異手段により検出し、
検出された信号によって排気ガス成分検出に基づく制御を中止する中止手段又は前記排気ガス成分検出に基づく制御に用いられる補正係数を演算する補正手段を設け、
前記空燃比フィードバック制御手段または触媒性能診断手段を前記中止手段からの中止信号又は前記補正手段からの補正信号によって制御することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気系に触媒等排気浄化装置が設けられ、空燃比フィードバック制御手段と触媒性能診断手段とが設けられ、および排気系に排気ガスセンサが設けられて排気ガスのリークを検出するようにした排気ガス制御装置において、
前記排気ガスセンサを、触媒等排気浄化装置の上流側および後流側の排気系にそれぞれ設けて、触媒等排気浄化装置の上流側または触媒等排気浄化装置のリークをそれぞれ検出し、この場合に、上流側における前記リークは、空燃比をリッチシフトして排気ガスセンサがリッチに反転した時のリッチシフト量から検出し、
検出された信号によって排気ガス成分検出に基づく制御を中止する中止手段又は前記排気ガス成分検出に基づく制御に用いられる補正係数を演算する補正手段を設け、
前記空燃比フィードバック制御手段または触媒性能診断手段を前記中止手段からの中止信号又は前記補正手段からの補正信号によって制御することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気系に触媒等排気浄化装置が設けられ、空燃比フィードバック制御手段と触媒性能診断手段とが設けられ、および排気系に排気ガスセンサが設けられて排気ガスのリークを検出するようにした排気ガス制御装置において、
前記排気ガスセンサを、触媒等排気浄化装置の上流側および後流側の排気系にそれぞれ設けて、触媒等排気浄化装置の上流側および触媒等排気浄化装置のリークをそれぞれ検出し、
この場合に、
Ｔｉ＝Ｋ×Ｔｐ×α＋Ｔｂ
Ｋ  ：係数（冷却水温や加減速による補正）
Ｔｐ：基本噴射パルス幅
α  ：フィードバック補正係数
Ｔｂ：無効噴射パルス幅
としたときに、αの大きさをみてリークを検出し、
検出された信号によって排気ガス成分検出に基づく制御を中止する中止手段又は前記排気ガス成分検出に基づく制御に用いられる補正係数を演算する補正手段を設け、
前記空燃比フィードバック制御手段または触媒性能診断手段を前記中止手段からの中止信号又は前記補正手段からの補正信号によって制御することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気系に触媒等排気浄化装置が設けられ、空燃比フィードバック制御手段と触媒性能診断手段とが設けられ、および排気系に排気ガスセンサが設けられて排気ガスのリークを検出するようにした排気ガス制御装置において、
前記排気ガスセンサを、触媒等排気浄化装置の上流側および後流側の排気系にそれぞれ設けて、触媒等排気浄化装置の上流側および触媒等排気浄化装置のリークをそれぞれ検出し、
検出された信号によって排気ガス成分検出に基づく制御を中止する中止手段又は前記排気ガス成分検出に基づく制御に用いられる補正係数を演算する補正手段を設け、
前記空燃比フィードバック制御手段または触媒性能診断手段を前記中止手段からの中止信号又は前記補正手段からの補正信号によって制御することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガス中の特定成分例えば、酸素濃度等を測定し空燃比を調整したり触媒等排気浄化装置の診断を行う装置に関し、特に、排気系のリークを検出し、リークによる有害排気ガスの増加や誤診断等を防止するのに好適な内燃機関の排気ガス制御装置。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気ガス中の酸素濃度を測定し空燃比をフィードバック制御する装置が知られている。特に、空燃比を理論空燃比に調整し、かつ排気系に三元触媒を設けることにより有害排気ガスであるＨＣ、ＣＯやＮＯｘを浄化する排気浄化装置は自動車の排気ガス浄化装置として広く普及している。
【０００３】
また、排気浄化装置の構成部品である三元触媒や酸素濃度センサが劣化または故障した場合に有害排気ガスが大気に放出されてしまうため、これらの部品の劣化や故障を診断する診断装置も広く普及している。例えば触媒の診断装置として特開平４−２９２５５４（ＵＳＰ５２３７８１８）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これらの装置では、排気系にリークが発生した場合の事を考慮していない。排気系にリークが発生(例えば排気管に穴が開いたり、接合個所の締結が緩んだり)すると、例えば内燃機関の負荷が低く回転速度が低い場合、排気ガス圧力が脈動する際に負圧を発生する。このため大気側から排気系に空気が吸入されてしまう。
【０００５】
このようにリークが発生した場合の影響は、リークの発生個所により異なる。例えば、空燃比制御用の酸素濃度センサと触媒の間でリークが発生した場合、酸素濃度センサの位置では排気ガスが理論空燃比になるように空燃比がフィードバック制御されるが、触媒位置においては空気が吸入されているため酸素過剰状態となる。このため有害ガスであるＮＯｘが触媒において転換されず大気へ放出されてしまう。また、特開平４−２９２５５４に提案されている様に、触媒の後流にも酸素濃度センサを配置し、触媒前後の酸素濃度センサの出力により触媒の診断を行う場合には、触媒後流の酸素濃度センサが常にリーン（酸素過剰）状態を示してしまうため、触媒の診断ができなくなったり、誤診断したりしてしまう。
【０００６】
また、空燃比制御用の酸素濃度センサより上流でリークが発生した場合、通常は酸素濃度センサ位置で理論空燃比になるようリークにより吸入された酸素に見合う量の燃料を増量するようにフィードバック制御されるため、燃料消費量が増大してしまう。さらに酸素濃度センサ出力が排気ガス圧力の脈動による負圧発生に対応してリーン出力を発生するため、酸素センサの診断で誤診断を発生したり、空燃比が通常の空燃比制御時の変動以上に変動して、結果的に有害ガスの大気への放出が増大してしまうことがある。
【０００７】
さらに、リークの発生個所が触媒より上流の場合、排気ガス圧力が正圧の時は浄化されていない排気ガスが大気に放出されることになる。
【０００８】
本発明は、リークによる有害排気ガスの大気への放出の増加や触媒等排気浄化装置の誤診断等を抑えることができる内燃機関の排気ガス制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、リークを検出するリーク検出手段と、リークを検出した場合に空燃比フィードバック制御や触媒等排気浄化装置の診断を中止する中止手段または補正する補正手段を設けた。さらに、運転者へ警告したり、リークの検出結果を記憶するようにした。
【００１０】
【作用】
上記の本発明からなる内燃機関の排気ガス制御装置によれば、リークを検出した場合には、例えば触媒等排気浄化装置の診断を中止し、誤診断しないようにする。また、酸素濃度センサによる空燃比のフィードバック制御を中止し、例えばフィードバック制御による補正を行わない状態で空燃比制御を行うことにより、燃料消費の増大を抑えることができる。さらに、運転者に警告することによってディーラー等での修理を促し、有害ガスの大気への放出を抑えることができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面により説明する。図１は本発明の一実施例の全体構成を示している。内燃機関４への吸入空気量Ｑａは絞り弁２により調整され空気流量センサ１により計測される。また、内燃機関４の回転速度Ｎｅは回転速度センサ３により計測される。排気ガスは排気管５を経て、触媒６に至りさらに排気管７を経て大気に放出される。排気管５および７にはそれぞれ酸素濃度センサ８、９が配置されている。これら各種センサの出力は制御装置１０に入力される。
【００１２】
空燃比フィードバック制御手段１１へは空気流量センサ１と回転速度センサ３および酸素濃度センサ８の出力が入力され、下式により燃料噴射パルス幅Ｔｉが計算され、このＴｉに基づき図示しないインジェクタに駆動パルスが出力され、燃料が供給される。
【００１３】
Ｔｉ＝Ｋ×Ｔｐ×α＋Ｔｂ
Ｋ  ：係数（冷却水温や加減速による補正）
Ｔｐ：基本噴射パルス幅
α  ：フィードバック補正係数
Ｔｂ：無効噴射パルス幅
ここに
Ｔｐ＝ｋ×Ｑａ／Ｎｅ
ｋ  ：係数（インジェクタの特性等による）
さらにフィードバック補正係数αは、酸素濃度センサ８が空燃比リーンを示している場合徐々に大きく、すなわち燃料供給量が多くなるように、空燃比リッチを示している場合には徐々に小さく、すなわち燃料供給量が少なくなるように計算され、燃料供給量を補正している。通常は１付近の値となっている。
【００１４】
触媒性能診断手段１２には触媒６の上下流に配置された酸素濃度センサ８および９の出力が入力され、この２つの酸素濃度センサの出力波形の相互相関関数により触媒６の性能すなわち有害ガスの転換効率が推定される。この方式では触媒の性能と触媒前後酸素濃度センサの出力波形の相互相関関数とに相関関係が有るということを利用して触媒６の性能を推定している。このようにして推定された触媒性能が所定の値より悪化した場合には、運転者への警告等を行うことにより、修理を促している。これにより有害ガスを大量に大気へ放出しているような状態での運転を防止しようとしている。
【００１５】
リーク検出手段２０にも触媒６の上下流に配置された酸素濃度センサ８および９の出力が入力され、この２つの酸素濃度センサの出力からリークを検出している。
【００１６】
リーク検出手段２０によりリークが検出されると、中止または補正手段（１）２１により空燃比フィードバック制御が中止または補正され、中止または補正手段（２）２２により触媒性能診断が中止または補正される。
【００１７】
以下、リーク検出方法および空燃比フィードバック制御と触媒性能診断の中止、補正方法について説明する。
【００１８】
まず、リーク検出方法について説明する。
【００１９】
リークの発生個所により検出方法が異なるため、図１のＡ部（酸素濃度センサ８より上流）とＢ部（酸素濃度センサ８と９との間）にそれぞれリークがある場合に分けて説明する。
【００２０】
まずＡ部にリークがある場合、比較的低速、低負荷時に１回毎の燃焼に同期して排気脈動により負圧が発生し、空気が吸入され、酸素濃度センサ８の出力波形にリーンスパイクがのる。
【００２１】
従って図２に示すように酸素濃度センサ８の出力波形をフィルタ手段３１によりフィルタリングすることによって燃焼同期の成分を抽出し、比較的低速、低負荷時であるということを特定運転状態検出手段３３で検出し、そのような運転状態である場合に、フィルタリングされた抽出成分が所定値よりも大きい場合にはリーク判定手段３２によりリークが有ると判定する。さらには抽出成分の大きさによりリーク量を推定することも可能である。
【００２２】
あるいは前述したように空燃比フィードバック制御手段１１で計算されるフィードバック補正係数αによってもリークの検出が可能である。すなわちリークがある場合には、酸素濃度センサ８の位置において空燃比が理論空燃比となるように、リークにより吸入された酸素に見合う分αが大きな値となる。従って、図３に示すようにα計算手段の計算結果を用い、先程の場合同様に特定運転状態の時のαの値が大きい場合リークが有ると判定する。さらにはαの値の大きさによりリーク量を推定することも可能である。
【００２３】
これらの例では排気脈動に負圧が発生しないような領域における値と比較することによってリーク以外のバラツキ等の要因を排除するようにした方がさらに好ましい。
【００２４】
次にＢ部にリークがある場合について説明する。この場合酸素濃度センサ８の位置においては空燃比は理論空燃比にフィードバック制御される。ところが、Ａ部にリークがある場合と同様に、比較的低速、低負荷時には空気が吸入されるため酸素濃度センサ９の位置では酸素過剰状態となる。
【００２５】
リーク検出のフローの例を図４に示す。先ずステップＳ１０１において特定運転状態かどうかを調べる。Ｎｏならフローを終了し、Ｙｅｓの場合だけステップＳ１０２に進み、触媒６の後流に配置されている酸素濃度センサ９の出力を調べる。リッチを示している場合ステップＳ１０３は進みリーク無しと判定する。リッチを示していない場合、ステップＳ１０４からステップＳ１０６のフローによりリミッタの範囲内で徐々に酸素濃度センサ９がリッチを示すまでリッチシフトを行う。リッチシフトは例えば酸素濃度センサ８による空燃比フィードバック制御を行う場合の酸素濃度センサ８の出力のリッチ／リーン判定電圧を上げていくことにより可能である。ステップＳ１０７で酸素濃度センサ９がリッチに反転したときのリッチシフト量からリーク量を推定する。ステップＳ１０８からステップＳ１１０では、この推定リーク量が所定値を超えていればリーク有りと判定し、そうでなければリーク無しと判定する。この様な方式の場合、例えば触媒上流の空燃比をリッチシフトしても触媒がその影響をなまらせてしまうため、触媒後流の酸素濃度センサ９に影響が現れるまでかなりの時間を要すことがある。従ってリッチシフト時には結果を調べるまでに所定の時間をおいた方が良い。また、このようなリッチシフトは場合によっては排気ガス中の有害成分を多少なりとも増大する可能性がある。従って、リーク検出の頻度は所定回以内に制限した方が良い。
【００２６】
また、他の方法として触媒が活性化する前に酸素濃度センサ８と９との出力を比較するようにしても良い。この場合リーク検出の頻度は少なくなるが、触媒の影響を受けにくく、リッチシフトを行う必要がないという利点がある。
【００２７】
以上説明したように、リークの発生位置およびリーク量を推定することが可能である。
【００２８】
次にリーク検出時の空燃比フィードバック制御と触媒性能診断等の中止、補正方法について説明する。
【００２９】
まず、リーク発生個所が図１のＡ部の場合、前述のようにαが大きな値となって燃料を増量してしまうため、燃料消費量の増大を招いてしまう。また、増量された燃料は、酸素が不足しているため内燃機関の燃焼室内では燃焼せず、リーク発生個所より後流の排気管や触媒で燃焼する。このため触媒の温度が上がり過ぎて性能が劣化してしまう可能性がある。
【００３０】
従って、空燃比フィードバック制御の中止、補正方法については、リークを検出したら基本的には空燃比フィードバック制御を中止し、フィードバック補正係数αを１に固定するようにすることが好ましい。ただし、この場合触媒６では排気ガスは酸素過剰状態となるのでＮＯｘの転換効率が落ち、大気に放出される量は増えてしまう。従って、運転者への警告を併せて行うようにすることが好ましい。
【００３１】
さらにはリークの量に応じてリーク量が比較的少ないときは図５に示すようにαの固定値をよりも多少大きめにして、触媒の温度をあまり上げ過ぎない範囲で燃料を増量し、ＮＯｘの転換効率をある程度確保するようにしても良い。
【００３２】
また、フィードバック制御を中止せずに、リーンシフトをかけることにより触媒等で燃焼する燃料量を少なくし、触媒の温度上昇を抑えることも可能である。次に、触媒の性能診断の中止、補正方法について説明する。前述のような触媒前後の酸素濃度センサ出力の相関関数により触媒の性能を推定する方式においては、リークの量が比較的少ないときには、リークの無い場合に比べ、触媒温度が高い等の理由により相関関数が小さめ、すなわち触媒性能が実際よりも良い側に判定される傾向がある。また、リークの量が所定値以上になってくると空燃比変動幅が通常より大きくなるため、今度は相関関数が大きめとなってしまう。従って、例えば図６に示すような補正係数を相関関数にかけて触媒の性能診断を行うようにすれば良い。また、リーク量が所定量を超えるような場合、診断の精度が確保できなくなるので、診断を中止する。
【００３３】
次に、酸素濃度センサ診断の中止、補正方法については、例えば出力波形から応答速度を診断する場合に、前述のように出力波形にリーンスパイクがのるため、応答性を速い側（応答時間を短い側）に判定してしまう。従って、例えば図７に示すような補正係数を応答時間にかけて酸素濃度センサの応答性診断を行うようにすれば良い。また、リーク量が所定量を超えるような場合、診断結果がばらつき精度が確保できなくなるので、診断を中止する。
【００３４】
次にリーク発生個所が図１のＢ部の場合について説明する。
【００３５】
この場合、特に触媒の上流の場合、前述のように、酸素濃度センサ８の位置では理論空燃比になるようフィードバック制御されるが、触媒６位置においては酸素過剰状態となる。このため、ＮＯｘの転換されず大気に放出される。また、酸素濃度センサ９が常にリーン状態を示してしまうため、触媒６の性能診断ができなくなったり、誤診断したりしてしまう。さらには酸素濃度センサ９の信号も利用して空燃比をフィードバック制御するような装置の場合、Ａ位置にリークがある場合同様に燃料消費料の増大、触媒の過熱等が発生する。
【００３６】
従って、（酸素濃度センサ８による）空燃比フィードバック制御については、例えば、リークを検出したらＮＯｘの大気への放出を抑えるためにリッチシフトをかけながら空燃比フィードバック制御を行うか、空燃比フィードバック制御を中止し、αを１より大きめの値に固定する。いずれにしても、リーク量が所定量を超えると急激にＮＯｘの転換効率が落ち、大気に放出される量が急増するので、運転者への警告を併せて行うようにすることが好ましい。
【００３７】
酸素濃度センサ９を用いた空燃比フィードバック制御については、触媒の過熱を防ぐためフィードバックを中止する。
【００３８】
触媒の性能診断については、前述のような触媒前後の酸素濃度センサ出力の相関関数により触媒の性能を推定する方式においては、
リークの量が比較的少ない場合でも触媒後の酸素濃度センサ９の出力が常にリーンを示すので相関関数は非常に小さい値となり。劣化している触媒でも劣化していないと判定してしまう。従って、リーク量が少ない場合であっても触媒の診断を中止する。
【００３９】
酸素濃度センサ９の診断についても、出力が常にリーンを示すので診断を中止する。
【００４０】
以上説明した、中止および補正方法はあくまでも例を示したものであって、当然のことながら、元々の制御方法診断方法等により、最適な方法が異なる。例えば触媒の耐熱性が高い場合には多少温度を上げても排気ガスの悪化を抑える方を重視することも可能である。
【００４１】
また、内燃機関の運転状態によっても影響を受ける。例えば吸気脈動に負圧が発生しないような運転領域においては、特に、中止および補正は必要無いので、例えば診断のための運転領域をそのような領域に限定あるいは変更するようにしても良い。
【００４２】
図８に他の実施例を示す。触媒６の前後に排気ガス温度センサ４１および４２を配置し、触媒性能診断手段１２により検出された温度差から触媒６の性能を診断する。この場合も上述の様に、リークにより触媒の温度が異常に上昇する場合が有るので、このような場合、診断を中止または補正する。酸素濃度センサに代えてＨＣセンサ使用してＨＣ濃度を計ることによっても排気制御装置を実現することができる。また、酸素濃度センサに代えてＮｏｘセンサを使用してＮｏｘ濃度を計ることによっても、排気制御装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排気系のリークの場所と量を検出し、その結果に基づき空燃比フィードバック制御や触媒、酸素濃度センサの診断を中止または補正することができる。これによって、触媒の過熱による劣化や、排気ガスの悪化、排気浄化系部品の誤診断を抑えることが可能である。これらは全て有害ガスの大気への放出を防止することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体構成を示す図面。
【図２】リーク検出手段の一例を示す図面。
【図３】リーク検出手段の一例を示す図面。
【図４】リーク検出のフローの例を示す図面。
【図５】リーク量とαの固定値との関係を示す図面。
【図６】リーク量と触媒診断用補正係数との関係を示す図面。
【図７】リーク量と酸素濃度センサ診断用補正係数との関係を示す図面。
【図８】他の実施例を示す図面。
【符号の説明】
８、９：酸素濃度センサ
１１：空燃比フィードバック制御手段
１２：触媒性能診断手段
２０：リーク検出手段
２１、２２：中止または補正手段。
【図１】
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【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】
0004000937.tif 000007
【図７】
0004000937.tif 000008
【図８】
0004000937.tif 000009