JP3721671B2

JP3721671B2 - 車両用故障診断装置

Info

Publication number: JP3721671B2
Application number: JP31892396A
Authority: JP
Inventors: 達也藤田; 兼仁中村; 啓梅原; 英嗣竹本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH10159634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段の検出値を利用して排気エミッションを支配するエンジン制御システム構成部品の故障の有無を診断する機能を備えた車両用故障診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンエンジンでは、排気管中に酸素濃度センサを設置して、この酸素濃度センサの出力信号に基づいて空燃比をストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御することで、排気管中に設置した三元触媒の排気浄化効率を高めるようにしている。近年、この酸素濃度センサの出力信号から酸素濃度センサの故障診断や、排気還流装置（ＥＧＲ）の故障診断を行うものが提案されている。
【０００３】
酸素濃度センサの故障診断は、特公平６−３５８４８号公報に示すように、空燃比補正係数の減量・増量の積分値から判定したり、特公平４一５２３８５公報に示すように、エンジン回転数変動から判定したり、特開昭６１−２１２６４３号公報に示すように、所定時間の酸素センサの変動幅から判定するものが提案されている。
【０００４】
また、ＥＧＲの故障診断は、特開昭６２−１５９７５６号公報に示すように、ＥＧＲをオン、オフした時の酸素濃度センサの出力信号のシフト量から判定するものが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した技術は、いずれもガソリンエンジンについて提案されたものであが、最近、ディーゼルエンジンについても、排気浄化率向上等を狙って、排気管に酸素濃度センサを設置し、この酸素濃度センサの出力に基づいてＥＧＲ等の制御を行うことが考えられている。従って、ディーゼルエンジンについても、上述したガソリンエンジンにおける故障診断技術をそのまま転用できれば、ディーゼルエンジンの故障診断システムを容易に構築できる。
【０００６】
しかし、ガソリンエンジンは、酸素濃度センサの検出値に基づいて空燃比をストイキ状態に制御するため、故障発生時には酸素濃度センサの検出値の変動によって比較的故障を検知しやすい特徴を持つのに対し、ディーゼルエンジンは、後述する表１に示すように、運転状態が変化する毎に、酸素濃度センサの検出値が大きく変動するために、その検出値の変動だけでは故障を判定できない。しかも、ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比べ、低負荷でＥＧＲが作動する特有の問題のために、酸素濃度センサの検出値のみでは酸素濃度センサの故障かＥＧＲの故障かを判別できない。以上のことから、従来のガソリンエンジンの故障診断技術をそのままディーゼルエンジンに転用することはできない。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、ディーゼルエンジン等の内燃機関において、酸素濃度検出手段の検出値に基づいて、エンジン制御システム構成部品の故障診断を精度良く行うことができる車両用故障診断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】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の車両用故障診断装置は、内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、排気の一部を吸気系へ還流させる排気還流手段と、前記内燃機関の各気筒毎に燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段とを備えた車両に搭載されるものにおいて、前記排気還流手段が作動していない運転状態の時に、故障診断の対象となる１つの気筒（以下「診断気筒」という）で燃料噴射量を増量又は減量し、他の気筒の燃料噴射量を前記診断気筒の燃料噴射量の増減分をキャンセルするように補正し、その時の前記酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を診断し、この故障診断を、診断気筒を順番に替えて全気筒について行う燃料噴射系故障診断手段を備えた構成としたものである。
【０００９】
ところで、燃料噴射制御手段の故障診断を行う際に、排気還流手段が作動していると、排気中の酸素濃度が排気還流による影響を受けて変動するため、燃料噴射制御手段の故障診断を行うことはできない。
【００１０】
そこで、請求項１では、燃料噴射系故障診断手段は、排気還流手段が作動していない運転状態の時に、次のようにして燃料噴射制御手段の故障診断を行う。故障診断の対象となる１つの気筒（以下「診断気筒」という）で燃料噴射量を増量又は減量し、他の気筒の燃料噴射量を前記診断気筒の燃料噴射量の増減分をキャンセルするように補正し、その時の酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を診断し、この故障診断を、診断気筒を順番に替えて全気筒について行う。
【００１１】
この故障診断時には、全気筒の燃料噴射量が気筒別に増減されるが、全気筒の燃料噴射制御手段が正常に機能している場合には、全気筒の燃料噴射量合計値は一定に保たれ、エンジン出力の変動が抑えられると共に、全気筒の燃料噴射が一巡するクランク軸２回転（７２０℃Ａ）間で平均して見れば、排気中の酸素濃度も変化しない。しかし、診断気筒の燃料噴射制御手段が故障していると、その診断気筒の燃料噴射量を増量又は減量しようとしても、それが実行できない。この場合でも、診断気筒以外の気筒の燃料噴射量は、診断気筒の故障とは関係なく、補正されるため、全気筒の燃料噴射量合計値が変化して、全気筒の燃料噴射が一巡する間の平均的な排気中の酸素濃度が変化する。このような特性を利用することで、燃料噴射量増減補正後の酸素濃度検出手段の検出値に基づいて診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を精度良く診断することができる。
【００１２】
また、排気還流手段と吸気過給手段（過給機）の双方を搭載した車両では、燃料噴射制御手段の故障診断を行う場合、排気還流手段が作動していなくても、吸気過給手段が作動していると、排気中の酸素濃度が過給空気による影響を受けて変動するため、燃料噴射制御手段の故障診断を精度良く行うことはできない。
【００１３】
従って、この場合には、請求項２のように、排気還流手段及び吸気過給手段の双方が作動していない運転状態の時に、燃料噴射制御手段の故障診断を実施することが好ましい。このようにすれば、排気還流手段と吸気過給手段の双方を搭載した車両でも、酸素濃度検出手段の検出値に基づいて燃料噴射制御手段の故障診断を精度良く行うことができる。
【００１４】
更に好ましくは、請求項３のように、排気還流手段及び吸気過給手段の双方が作動していない運転状態で且つ高負荷低回転の時に、燃料噴射制御手段の故障診断を実施すると良い。つまり、高負荷低回転の時には、燃料噴射量が多く（高負荷のため）、診断気筒の燃料噴射量の増減幅を大きく取れると共に、高回転時と比較して、低回転時の方が各気筒の燃料噴射と酸素濃度検出手段の検出値との関係を把握しやすい。従って、高負荷低回転の時に、燃料噴射制御手段の故障診断を実施すれば、故障診断精度を更に向上することができる。
【００１５】
この場合、請求項４のように、故障診断時に酸素濃度検出手段の検出値の平均値に基づいて診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を診断しても良い。前述したように、全気筒の燃料噴射制御手段が正常に機能している場合には、全気筒の燃料噴射量合計値は一定に保たれるが、診断気筒が故障している場合には、全気筒の燃料噴射量合計値が変化する。この燃料噴射量合計値は酸素濃度検出手段の検出値の平均値で評価できるため、酸素濃度検出手段の検出値の平均値に基づいて診断気筒の燃料噴射制御手段の故障診断を精度良く行うことができる。
【００１９】
更に、請求項５のように、燃料噴射制御手段の故障診断を行った後、吸気過給手段の故障診断を行うようにすると良い。吸気過給手段の作動領域は、高負荷高回転領域であり、燃料噴射量が多い領域で吸気過給手段の故障診断を行うため、燃料噴射制御手段の動作不良があると、その影響が大きい。従って、燃料噴射制御手段の故障診断を行って、燃料噴射制御手段が正常に機能していることを確認してから吸気過給手段の故障診断を行えば、故障診断の信頼性を向上できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。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。内燃機関であるディーゼルエンジン１１の吸気管１２には、吸気過給手段としてターボ過給機１３の吸気タービン１４が設置されている。このターボ過給機１３の吸気タービン１４と連結された排気タービン１５がディーゼルエンジン１１の排気管１６内に設置され、この排気タービン１５を排気ガスの運動エネルギによって回転駆動することで、吸気タービン１４を回転させて過給圧を発生させる。排気タービン１５の下流側の排気管１６内には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段として限界電流式の酸素濃度センサ１７が設置されている。
【００２１】
吸気タービン１４の下流側の吸気管１２には、電子スロットル方式の吸気絞り弁１８が設けられている。この吸気絞り弁１８の下流側の吸気管１２と排気タービン１５の上流側の排気管１６との間にはＥＧＲ配管１９が接続され、このＥＧＲ配管１９の途中に電子制御式のＥＧＲ弁２０が設置され、このＥＧＲ弁２０の弁開度を調整することで、ＥＧＲ配管１９を通過するＥＧＲ流量が制御される。これらＥＧＲ配管１９、ＥＧＲ弁２０及び吸気絞り弁１８から排気還流手段である排気還流装置（ＥＧＲ装置）２１が構成されている。ＥＧＲ流量を制御するＥＧＲ弁２０は、電子制御式のものであれば良く、その駆動源は、バキュームポンプの負圧、ステップモータ等のいずれであっても良い。
【００２２】
尚、吸気絞り弁１８は、アクセル操作とは連動せず、エンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁１８を閉鎖して吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジン１１が停止してから燃料がカットされる。また、ＥＧＲ装置２１で多量のＥＧＲ流量を吸気系へ戻す場合には、吸気絞り弁１８の開度を小さくして吸入空気量を減少させ、ＥＧＲ率を増加させる。ディーゼルエンジン１１の各気筒には、燃料噴射制御手段としてインジェクタ２２が取り付けられている。
【００２３】
ディーゼルエンジン１１の運転状態は、エンジン回転数センサ、アクセルセンサ、車速センサ、エンジン水温センサ等のエンジン運転状態検出手段２５によって検出され、このエンジン運転状態検出手段２５と酸素濃度センサ１７の出力信号は、エンジン制御用コンピュータ２６と故障診断用コンピュータ２７とに読み込まれる。エンジン制御用コンピュータ２６は、エンジン運転状態検出手段２５で検出したエンジン運転状態に基づいて、各気筒の燃料噴射量や噴射時期を算出して、その噴射信号を各気筒のインジェクタ２２に出力して燃料噴射制御を実行すると共に、酸素濃度センサ１７で検出した排気中の酸素濃度が目標酸素濃度と一致するようにＥＧＲ装置２１のＥＧＲ流量（ＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８の弁開度）を制御して、ＮＯｘ排出量を低減する。
【００２４】
一方、故障診断用コンピュータ２７に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、図２乃至図６に示す故障診断用のプログラムが記憶されている。故障診断用コンピュータ２７は、これらの故障診断用のプログラムを実行することで、酸素濃度センサ１７の出力信号に基づいて、ＥＧＲ装置２１、ターボ過給機１３、インジェクタ２２及び酸素濃度センサ１７の故障診断を行う。この故障診断用コンピュータ２７にはデータベース記憶手段２８が接続され、このデータベース記憶手段２８には、故障診断に用いる各種の判定値や、この判定値を算出するための基礎データが記憶されている。このデータベース記憶手段２８は、外付けでも良いが、故障診断用コンピュータ２７に内蔵させても良い。
【００２５】
更に、故障診断用コンピュータ２７には、警告表示器、警告音発生器等の警告手段２９が接続され、故障検出時には、警告手段２９で故障の警告を行うと共に、故障診断用コンピュータ２７に内蔵されたバックアップＲＡＭ等の書込み可能な不揮発性メモリ（図示せず）に故障データが記憶される。
【００２６】
以下、この故障診断用コンピュータ２７が実行する図２乃至図６の故障診断用の各プログラムの内容を説明する。
【００２７】
［故障診断メインプログラム］
図２に示す故障診断メインプログラムは、故障診断の順序を制御するプログラムであり、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後に所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。この故障診断メインプログラムが起動されると、まずステップ１００で、後述する図３の酸素濃度検出センサ故障診断プログラムを実行する。次のステップ２００で、後述する図４のＥＧＲ故障診断プログラムを実行した後、ステップ３００で、後述する図５のインジェクタ故障診断プログラムを実行する。そして、最後のステップ４００で、後述する図６のターボ過給機故障診断プログラムを実行する。
【００２８】
以上の順序で各故障診断プログラムを実行することで、酸素濃度検出センサ１７の故障診断→ＥＧＲ装置２１の故障診断→インジェクタ２２の故障診断→ターボ過給機１３の故障診断の順序で故障診断が行われる。いずれの故障診断も、酸素濃度センサ１７の検出値に基づいて故障を判定するため、酸素濃度センサ１７が故障していたのでは、ＥＧＲ装置２１等の故障診断を行うことができない。それ故に、この実施形態では、最初に、酸素濃度センサ１７の故障診断を行い、その後に、ＥＧＲ装置２１等の故障診断を行うことで、故障診断の信頼性を向上させる。
【００２９】
この故障診断は、次の表１に示すようなエンジン回転数、トルク（負荷）、ＥＧＲ装置２１のオン／オフ、酸素濃度センサ１７の検出値の関係を利用して行われる。
【００３０】
【表１】

【００３１】
図７に示すように、酸素濃度センサ１７の検出値は、ある変動幅を持って変動し、その平均検出値と変動幅は、気筒内部での燃料の燃焼条件により変動する。つまり、酸素濃度センサ１７の平均検出値と変動幅は、エンジン回転数、トルク、燃料噴射量の変化によって変動することはもとより、気筒内の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させるために作動されるＥＧＲ装置２１の作動状態や、吸入空気量を増加させるターボ過給機１３の作動状態によっても大きく変化する（表１参照）。同じエンジン回転数で、トルクが増加した場合、その必要トルクを得るために、インジェクタ２２の燃料噴射量が増加するため、酸素濃度センサ１７の平均検出値が低下し、変動幅は増加する。また、ＥＧＲ装置２１がオンされると、同様に酸素濃度センサ１７の平均検出値が低下し、変動幅は増加する。このようにエンジン運転条件によって排気中の酸素濃度が大きく変化する現象は、三元触媒を用いるために排気の空然比を一定に制御するガソリンエンジンでは有り得ない。
【００３２】
この実施形態では、エンジン運転条件によって排気中の酸素濃度が大きく変化する現象を利用し、酸素濃度センサ１７の検出値に基づいて、排気エミッションを支配する全てのエンジン制御システム構成部品の故障診断を行うものである。［酸素濃度検出センサ故障診断プログラム］
図３に示す酸素濃度検出センサ故障診断プログラムは、特許請求の範囲でいう酸素濃度検出系故障診断手段としての役割を果たし、エンジン始動後、ＥＧＲ装置２１が作動する以前のアイドル運転期間中に、酸素濃度センサ１７の検出値に基づいて該酸素濃度センサ１７の故障の有無を診断する。つまり、エンジン始動後、ＥＧＲ装置２１が作動する以前のアイドル運転期間（アイドル運転期間はターボ過給機１３が作動しない）では、ある程度の暖機が行われてエンジン回転数が低回転で安定した後は、燃料噴射量が少なく、燃料噴射の影響による排気中の酸素濃度の変動が比較的少なく安定している（表１参照）。従って、ＥＧＲ装置２１が作動する以前のアイドル運転期間中に、酸素濃度センサ１７の検出値が異常な値を示せば、それを酸素濃度センサ１７の故障と診断することができる。これを利用し、酸素濃度検出センサ故障診断プログラムは、ＥＧＲ装置２１が作動する以前のアイドル運転期間中に酸素濃度センサ１７の故障診断を行うものである。
【００３３】
以下、この酸素濃度検出センサ故障診断プログラムの処理の流れを図３のフローチャートに従って説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン始動後のエンジン暖機状態を判定するために、エンジン冷却水温が例えば６０℃以上であるか否かを判定し、６０℃未満であれば、６０℃以上になるまで待機する。その後、エンジン冷却水温が６０℃以上になった時点で、ステップ１０１からステップ１０２に進み、アクセルがオフか否か、すなわちアイドル運転中か否かを判定し、アクセルが踏み込まれていれば、アクセルがオフになるまで待機する。
【００３４】
アクセルがオフであれば、ステップ１０３に進み、車速ゼロ（停車中）であるか否かを判定し、車速ゼロでなければ、ステップ１０２に戻って、アクセルオフ、車速ゼロになるまで待機する。アクセルオフ、車速ゼロの場合には、ステップ１０４に進み、ＥＧＲ装置２１がオフ（作動停止）か否かを判定し、既にＥＧＲ装置２１がオン（作動中）であれば、以降の故障診断処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００３５】
一方、ＥＧＲ装置２１がオフ（作動停止）であれば、ステップ１０５に進み、故障診断の判定値を設定する。ここで、判定値の設定方法としては、現在のエンジン運転状態から予測される酸素濃度センサ１７の検出値の範囲（予測検出値の最小値と最大値）を判定値として設定する。この判定値は、データベース記憶手段２８に記憶されている記憶値を読み込んで設定したり、エンジン運転状態検出手段２５で検出した運転状態から算出したり、或は、エンジン運転状態検出手段２５とデータベース記憶手段２８の双方の信号から算出しても良い。
【００３６】
このようにして予測検出値の最小値と最大値を判定値として設定した後、ステップ１０６に進み、酸素濃度センサ１７の検出値（平均検出値が好ましい）をステップ１０５で設定した最小値と最大値の判定値と比較し、酸素濃度センサ１７の検出値が２つの判定値の範囲内であるか否かを判定する。もし、酸素濃度センサ１７の検出値が２つの判定値の範囲内にあれば、ステップ１０７に進み、酸素濃度センサ１７が正常と判定して、本プログラムを終了する。
【００３７】
これに対し、ステップ１０６で、酸素濃度センサ１７の検出値が２つの判定値の範囲から外れていると判定された場合には、酸素濃度センサ１７が排気中の酸素濃度に対応する出力を発生しない状態、すなわち故障状態になっているので、ステップ１０８に進み、酸素濃度センサ１７が故障と判定し、次のステップ１０９で、警告手段２９で故障の警告を行うと共に、故障診断用コンピュータ２７に内蔵されたバックアップＲＡＭ等の書込み可能な不揮発性メモリ（図示せず）に酸素濃度センサ１７の故障データを記憶して、本プログラムを終了する。
【００３８】
以上説明した処理では、予測検出値の最小値と最大値の双方を判定値としたが、いずれか一方のみを判定値としても良い。この判定値と比較する酸素濃度センサ１７の検出値は、平均値が好ましいが、平均値でなくても良い。
【００３９】
［ＥＧＲ故障診断プログラム］
図４に示すＥＧＲ故障診断プログラムは、特許請求の範囲でいう排気還流系故障診断手段としての役割を果たし、上述した図３の酸素濃度検出センサ故障診断プログラムを終了した後に、実行される。
【００４０】
まず、ＥＧＲ装置２１の故障診断の概要を説明する。エンジン始動後のＥＧＲ装置２１が作動していないアイドル運転期間（アイドル運転期間はターボ過給機１３が作動しない）では、ある程度の暖機が行われてエンジン回転数が低回転で安定した後は、燃料噴射量が少なく、燃料噴射の影響による排気中の酸素濃度の変動が比較的少なく、しかも、比較的多量の排気還流を行うことが可能である。従って、この運転領域でＥＧＲ装置２１を短時間作動させて、一時的に多量の排気還流を行うと、排気中の酸素濃度が一時的に大きく低下するが（表１参照）、ＥＧＲ装置２１が故障して排気の還流が行われない場合には、排気還流による酸素濃度低下は起こらない。この性質を利用し、酸素濃度検出センサ故障診断プログラムは、アイドル運転期間中の所定時期にＥＧＲ装置２１を短時間作動させて、その前後の酸素濃度センサ１７の検出値の変化量を見ることで、ＥＧＲ装置２１の故障診断を行うものである。
【００４１】
以下、このＥＧＲ故障診断プログラムの処理の流れを図４のフローチャートに従って説明する。ステップ２０１〜２０４の処理は、図３のステップ１０１〜１０４の処理と全く同じである。すなわち、エンジン始動後、エンジン冷却水温が例えば６０℃以上で、且つアクセルオフ、車速ゼロの場合に、ＥＧＲ装置２１がオフ（作動停止）か否かを判定し、既にＥＧＲ装置２１がオン（作動中）であれば、以降の故障診断処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００４２】
一方、ＥＧＲ装置２１がオフ（作動停止）であれば、ステップ２０５に進み、ＥＧＲ装置２１をオンし、ＥＧＲ弁２０を開放し吸気絞り弁１８を指定量閉じて排気の還流を行う。この後、ステップ２０６に進み、現在のエンジン運転状態に対応する故障診断の判定値を設定する。ここで、判定値は、ＥＧＲ装置２１が正常な場合にＥＧＲ装置２１をオフからオンに切り換えた時の酸素濃度センサ１７の検出値（平均検出値が好ましい）の変化量の最小値に相当する値に設定する。この判定値は、データベース記憶手段２８に記憶されている記憶値を読み込んで設定したり、エンジン運転状態検出手段２５で検出した運転状態から算出したり、或は、エンジン運転状態検出手段２５とデータベース記憶手段２８の双方の信号から算出しても良い。
【００４３】
このようにして判定値を設定した後、ステップ２０７に進み、ＥＧＲ装置２１をオフからオンに切り換えた時の酸素濃度センサ１７の検出値（平均検出値が好ましい）の変化量を上記判定値と比較して、検出値の変化量が判定値以上であれば、ステップ２０８に進み、ＥＧＲ装置２１が正常と判定し、続くステップ２１１で、ＥＧＲ装置２１をオフして本プログラムを終了する。
【００４４】
これに対し、ステップ２０７で、酸素濃度センサ１７の検出値の変化量が判定値より小さいと判定された場合には、ＥＧＲ流量が流れない状態、すなわち故障状態になっているので、ステップ２０９に進み、ＥＧＲ装置２１が故障と判定し、次のステップ２１０で、警告手段２９で故障の警告を行うと共に、故障診断用コンピュータ２７に内蔵された書込み可能な不揮発性メモリ（図示せず）にＥＧＲ装置２１の故障データを記憶し、続くステップ２１１で、ＥＧＲ装置２１をオフして本プログラムを終了する。
【００４５】
尚、上記ステップ２０５では、ＥＧＲ装置２１をオンしてＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８の双方を同時に作動させて排気の還流を行うようにしたが、ＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８とを別々に開放、指定量閉じて、ＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８の各々について故障診断を上述と同様の方法で行うようにしても良い。このようにすれば、ＥＧＲ装置２１の故障発生時に、その故障箇所がＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８のいずれであるか特定できる。この場合、ＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８の双方を同時に作動させてＥＧＲ装置２１の故障診断を行い、故障と診断された時にＥＧＲ弁２０と吸気絞り弁１８とを別々に開放して故障診断して、故障箇所を特定するようにしても良い。
【００４６】
但し、本発明は、吸気絞り弁１８を省略して、ＥＧＲ弁２０のみでＥＧＲ流量を制御する構成としても良いことは言うまでもない。
【００４７】
［インジェクタ故障診断プログラム］
図５に示すインジェクタ故障診断プログラムは、特許請求の範囲でいう燃料噴射系故障診断手段としての役割を果たし、上述した図４のＥＧＲ故障診断プログラムを終了した後に、実行される。インジェクタ２２の故障診断を行う場合、ＥＧＲ装置２１やターボ過給機１３が作動していると、排気中の酸素濃度が排気還流や過給による影響を受けて変動するため、インジェクタ２２の故障診断を行うことはできない。
【００４８】
そこで、このインジェクタ故障診断プログラムでは、まずステップ３０１で、ＥＧＲ装置２１とターボ過給機１３の双方が作動しない運転領域であるか否かを判定し、もし、ＥＧＲ装置２１やターボ過給機１３が作動していれば、以降の故障診断処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００４９】
一方、ステップ３０１でＥＧＲ装置２１とターボ過給機１３の双方が作動しない運転領域であると判断された場合には、ステップ３０２に進み、高負荷低回転領域であるかを判定し、高負荷低回転領域でない場合には、以降の故障診断処理を行うことなく、本プログラムを終了し、高負荷低回転領域の場合に限り、ステップ３０３以降の処理によってインジェクタ２２の故障診断を行う。
【００５０】
ここで、高負荷低回転領域で故障診断を行う理由は、高負荷低回転領域では、燃料噴射量が多く（高負荷のため）、故障診断の対象となる１つの気筒の燃料噴射量の増加量（ひいては他の気筒の燃料噴射量の減少量）を大きく取れると共に、高回転時と比較して、低回転時の方が各気筒の燃料噴射と酸素濃度センサ１７の検出値との関係を把握しやすいためである。更に、高負荷時には、燃料噴射量が多くなることで、排気中の酸素濃度が低くなるため、排気中の酸素濃度が高くなる低負荷時と比較して、酸素濃度センサ１７の検出精度が高くなるという酸素濃度センサ１７の検出特性もある。
【００５１】
ステップ３０３以降で行う故障診断処理は、次のようにして行われる。まず、ステップ３０３で、故障診断の対象となる１つの気筒（以下「診断気筒」という）のみ燃料噴射量を所定量Ｆだけ増量し、他の５気筒（６気筒エンジンの場合）の燃料噴射量をそれぞれＦ／５ずつ減量する。一般に、Ｎ気筒エンジンで、１気筒のみ燃料噴射量を所定量Ｆだけ増量する場合には、他の（Ｎ−１）気筒の燃料噴射量をそれぞれＦ／（Ｎ−１）ずつ減量する。
【００５２】
これにより、全気筒の燃料噴射量が気筒別に増減されるが、全気筒のインジェクタ２２が正常に機能している場合には、全気筒の燃料噴射量合計値は一定に保たれ、エンジン出力の変動が抑えられると共に、全気筒の燃料噴射が一巡するクランク軸２回転（７２０℃Ａ）間で平均して見れば、排気中の酸素濃度も変化しない。しかし、診断気筒のインジェクタ２２が故障していると、その診断気筒の燃料噴射量を増量しようとしても、それが実行できない。この場合でも、診断気筒以外の気筒の燃料噴射量は、診断気筒の故障とは関係なく、減量補正されるため、全気筒の燃料噴射量合計値が減少して、全気筒の燃料噴射が一巡する間の平均的な排気中の酸素濃度が増加する。このような特性を利用することで、燃料噴射量増減補正後の酸素濃度センサ１７の検出値に基づいて診断気筒のインジェクタ２２の故障の有無を精度良く診断するものである。
【００５３】
前述したように、ステップ３０３で、各気筒の燃料噴射量を増減した後、ステップ３０４で、酸素濃度センサ１７の平均検出値が現在のエンジン運転状態から予測される許容範囲内であるか否かを判定する。ここで、平均検出値（検出値の平均値）を用いる理由は、次の通りである。すなわち、全気筒のインジェクタ２２が正常に機能している場合には、ステップ３０３で、各気筒の燃料噴射量を増減しても、全気筒の燃料噴射量合計値は一定に保たれるが、診断気筒が故障している場合には、全気筒の燃料噴射量合計値が変化する。この燃料噴射量合計値はインジェクタ２２の平均検出値で評価できるため、図７に示すように、各気筒毎に酸素濃度センサ１７の検出値（燃料噴射量）が変動しても、その平均検出値（燃料噴射量合計値に対応）を用いることで、診断気筒のインジェクタ２２の故障診断を精度良く行うことができる。
【００５４】
尚、上述した現在のエンジン運転状態から予測される許容範囲は、データベース記憶手段２８に記憶されている記憶値を読み込んで設定したり、エンジン運転状態検出手段２５で検出した運転状態から算出したり、或は、エンジン運転状態検出手段２５とデータベース記憶手段２８の双方の信号から算出しても良い。
【００５５】
前述したステップ３０４で、酸素濃度センサ１７の平均検出値が許容範囲外と判定された場合には、燃料噴射量合計値が変化したことを意味し、燃料噴射量合計値の変化は、診断気筒のインジェクタ２２の故障を意味するため、この場合には、ステップ３０５に進み、診断気筒のインジェクタ２２が故障と判定し、続くステップ３０６で、警告手段２９で故障気筒の警告を行うと共に、故障診断用コンピュータ２７に内蔵された書込み可能な不揮発性メモリ（図示せず）に故障気筒のデータを記憶する。
【００５６】
一方、前述したステップ３０４で、酸素濃度センサ１７の平均検出値が許容範囲内と判定された場合には、燃料噴射量合計値が一定であることを意味するため、ステップ３０７に進み、診断気筒のインジェクタ２２が正常と判定する。このようにして、診断気筒のインジェクタ２２の正常／故障を判定した後、ステップ３０８に進み、全気筒の故障診断が終了したか否かを判定し、終了していなければ、ステップ３０１に戻り、ＥＧＲ装置２１とターボ過給機１３の双方が作動していない運転状態で且つ高負荷低回転の時に、診断気筒を替えてインジェクタ２２の故障診断を繰り返す。この後、全気筒の故障診断が終了した時、又は、ステップ３０１，３０２のいずれかの判定が「Ｎｏ」となった時に、本プログラムを終了する。
【００５７】
尚、上記ステップ３０３では、診断気筒の燃料噴射量を増量するようにしたが、これを減量し、他の気筒の燃料噴射量を診断気筒の燃料噴射量の減量分をキャンセルするように増量補正するようにしても良い。
【００５８】
また、上記ステップ３０４では、酸素濃度センサ１７の平均検出値が許容範囲内であるか否かで、正常／故障の判定を行うようにしたが、酸素濃度センサ１７の平均検出値を判定値と比較して正常／故障の判定を行うようにしても良い。この場合、判定値の設定方法としては、現在のエンジン運転状態から予測される酸素濃度センサ１７の平均検出値の最小値（診断気筒の燃料噴射量を減量する場合には予測平均検出値の最大値）を判定値として設定すれば良い。この判定値は、データベース記憶手段２８に記憶されている記憶値を読み込んで設定したり、エンジン運転状態検出手段２５で検出した運転状態から算出したり、或は、エンジン運転状態検出手段２５とデータベース記憶手段２８の双方の信号から算出しても良い。
【００５９】
また、酸素濃度センサ１７の平均検出値を用いたが、酸素濃度センサ１７の検出値の積分値（積算値）を用いても、同様の効果が得られる。
【００６０】
［ターボ過給機故障診断プログラム］
図６に示すターボ過給機故障診断プログラムは、特許請求の範囲でいう吸気過給系故障診断手段としての役割を果たし、上述した図５のインジェクタ故障診断プログラムを終了した後に、実行される。
【００６１】
まず、ターボ過給機１３の故障診断の概要を説明する。ターボ過給機１３が正常に機能している場合には、過給時の排気中の酸素濃度は過給効果により上昇し且つ比較的安定しているが、ターボ過給機１３が故障している場合には、このような過給効果による酸素濃度上昇は起こらず、吸入空気量が変動して排気中の酸素濃度の変動幅が大きくなる傾向がある。従って、ＥＧＲ装置２１が作動しない運転領域、つまりＥＧＲ装置２１の影響を受けない領域で、ターボ過給機１３が作動している時に、排気中の酸素濃度を酸素濃度センサ１７で検出して、その検出値の変動幅に基づいてターボ過給機１３の故障の有無を診断すれば、従来の三元触媒を用いるガソリンエンジンでは行うことができなかったターボ過給機１３の故障診断を精度良く行うことができる。
【００６２】
以下、このターボ過給機故障診断プログラムの処理の流れを図６のフローチャートに従って説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ４０１で、エンジン始動後のエンジン暖機状態を判定するために、エンジン冷却水温が例えば８０℃以上であるか否かを判定し、８０℃未満であれば、８０℃以上になるまで待機する。その後、エンジン冷却水温が８０℃以上になった時点で、ステップ４０１からステップ４０２に進み、ターボ過給機１３の作動領域であるか否かを判断するために、エンジン回転数が例えば２０００ｒｐｍ以上であるか否かを判定し、２０００ｒｐｍ未満の場合には２０００ｒｐｍ以上になるまで待機する。
【００６３】
その後、２０００ｒｐｍ以上になれば、ステップ４０３に進み、ＥＧＲ装置２１がオフ（作動停止）か否かを判断し、ＥＧＲ装置２１がオン（作動中）であれば、ステップ４０２に戻り、２０００ｒｐｍ以上で且つＥＧＲ装置２１がオフとなるまで待機する。
【００６４】
その後、２０００ｒｐｍ以上で且つＥＧＲ装置２１がオフになれば、ステップ４０４に進み、現在のエンジン運転状態に対応する故障診断の判定値を設定する。ここで、判定値は、ターボ過給機１３が正常な場合の酸素濃度センサ１７の検出値の変動幅の最大値に相当する値に設定する。この判定値は、データベース記憶手段２８に記憶されている記憶値を読み込んで設定したり、エンジン運転状態検出手段２５で検出した運転状態から算出したり、或は、エンジン運転状態検出手段２５とデータベース記憶手段２８の双方の信号から算出しても良い。
【００６５】
このようにして判定値を設定した後、ステップ４０５に進み、酸素濃度センサ１７の検出値の変動幅（図７に示す検出値の最大値と最小値の差）を上記判定値と比較して、検出値の変動幅が判定値以下であれば、ステップ４０８に進み、ターボ過給機１３が正常と判定し、本プログラムを終了する。
【００６６】
これに対し、ステップ４０５で、酸素濃度センサ１７の検出値の変動幅が判定値を越えていると判定された場合には、ステップ４０６に進み、ターボ過給機１３が故障と判定し、次のステップ４０７にて、警告手段２９で故障の警告を行うと共に、故障診断用コンピュータ２７に内蔵された書込み可能な不揮発性メモリ（図示せず）にターボ過給機１３の故障データを記憶して本プログラムを終了する。
【００６７】
尚、上記ステップ４０５では、酸素濃度センサ１７の検出値の変動幅が判定値を越えているか否かで、ターボ過給機１３の故障／正常を判定するようにしたが、酸素濃度センサ１７の平均検出値が現在のエンジン運転状態から予測される許容範囲内であるか否かで、ターボ過給機１３の正常／故障を判定するようにしても良い。また、酸素濃度センサ１７の平均検出値と変動幅を用いて判定し、いずれか一方が許容範囲、判定値を越えた場合にターボ過給機１３が故障と判定するようにしても良い。勿論、平均検出値と変動幅の双方が許容範囲、判定値を越えた場合にターボ過給機１３が故障と判定するようにしても良い。
【００６８】
ところで、ターボ過給機１３の作動領域は、高負荷高回転領域であり、燃料噴射量が多い領域で、ターボ過給機１３の故障診断を行うため、インジェクタ２２の動作不良があると、その影響が大きい。
【００６９】
この点を考慮し、本実施形態では、インジェクタ２２の故障診断を行って、インジェクタ２２が正常に機能していることを確認してからターボ過給機１３の故障診断を行なうので、ターボ過給機１３の故障診断の信頼性を向上できる。
【００７０】
以上説明したように故障診断を行えば、酸素濃度センサ１７の検出値に基づいて、排気エミッションを支配する全てのエンジン制御システム構成部品の故障診断が可能となる。
【００７１】
尚、故障診断の順序は、上述した酸素濃度検出センサ１７→ＥＧＲ装置２１→インジェクタ２２→ターボ過給機１３の順序が最も精度良く故障診断できるが、これと異なる順序で故障診断を行うようにしても良い。また、必ずしも、これら全て部品の故障診断を行う必要はなく、一部でも実施可能である。
【００７２】
また、図３〜図６の各故障診断プログラムは、１回でも故障と判定すると、直ちに故障の警告が行われるが、故障の判定が所定回数連続した時に、最終的に故障と診断して故障の警告を行うようにしても良い。
【００７３】
また、図１のシステム構成例では、エンジン制御用コンピュータ２６と故障診断用コンピュータ２７とを別々に設けたが、１つのコンピュータにエンジン制御と故障診断の双方の機能を持たせても良い。
【００７４】
その他、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジン、ガソリンリーンバーンエンジン等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図２】故障診断メインプログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】酸素濃度センサ故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】ＥＧＲ故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】インジェクタ故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】ターボ過給機故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】酸素濃度センサの出力波形を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１３…ターボ過給機（吸気過給手段）、１６…排気管、１７…酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）、１８…吸気絞り弁、１９…ＥＧＲ配管、２０…ＥＧＲ弁、２１…ＥＧＲ装置（排気還流手段）、２２…インジェクタ（燃料噴射制御手段）、２５…エンジン運転状態検出手段、２６…エンジン制御用コンピュータ、２７…故障診断用コンピュータ（排気還流系故障診断手段，燃料噴射系故障診断手段，吸気過給系故障診断手段，酸素濃度検出系故障診断手段）、２８…データベース記憶手段、２９…警告手段。

Claims

内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、排気の一部を吸気系へ還流させる排気還流手段と、前記内燃機関の各気筒毎に燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段とを備えた車両に搭載される車両用故障診断装置において、
前記排気還流手段が作動していない運転状態の時に、故障診断の対象となる１つの気筒（以下「診断気筒」という）で燃料噴射量を増量又は減量し、他の気筒の燃料噴射量を前記診断気筒の燃料噴射量の増減分をキャンセルするように補正し、その時の前記酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を診断し、この故障診断を、診断気筒を順番に替えて全気筒について行う燃料噴射系故障診断手段を備えていることを特徴とする車両用故障診断装置。
請求項１に記載の車両用故障診断装置において、
前記内燃機関の吸気系に過給圧を作用させる吸気過給手段を備え、
前記燃料噴射系故障診断手段は、前記排気還流手段及び前記吸気過給手段の双方が作動していない運転状態の時に、前記燃料噴射制御手段の故障診断を実施することを特徴とする車両用故障診断装置。
請求項２に記載の車両用故障診断装置において、
前記燃料噴射系故障診断手段は、前記排気還流手段及び前記吸気過給手段の双方が作動していない運転状態で且つ高負荷低回転の時に、前記燃料噴射制御手段の故障診断を実施することを特徴とする車両用故障診断装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用故障診断装置において、
前記燃料噴射系故障診断手段は、故障診断時に前記酸素濃度検出手段の検出値の平均値に基づいて前記診断気筒の燃料噴射制御手段の故障の有無を診断することを特徴とする車両用故障診断装置。
請求項２又は３のいずれかに記載の車両用故障診断装置において、
前記排気還流手段が作動しない運転領域で、前記吸気過給手段が作動している時に、前記酸素濃度検出手段の検出値に基づいて前記吸気過給手段の故障の有無を診断する吸気過給系故障診断手段を備え、
前記燃料噴射系故障診断手段により前記燃料噴射制御手段の故障診断を行った後、前記吸気過給系故障診断手段により前記吸気過給手段の故障診断を行うことを特徴とする車両用故障診断装置。