JP3728802B2

JP3728802B2 - 内燃機関におけるＮＯｘ濃度推定装置及び排気還流装置の故障診断装置

Info

Publication number: JP3728802B2
Application number: JP14030196A
Authority: JP
Inventors: 幹雄松本; 清秋山; 英樹上間; 博文土田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09324683A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気還流（ＥＧＲ）装置の故障を診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関は、排気通路と吸気通路とを結ぶＥＧＲガス通路を介してＥＧＲ制御弁により制御された流量の排気を吸気系に還流し、燃焼温度を低減することによってＮＯｘ排出量を低減するＥＧＲ装置を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＥＧＲ装置の故障診断技術としては、ＥＧＲ制御弁のリフト量、ＥＧＲガス通路中の圧力損失、吸気負圧あるいは吸気負圧の変化、ＥＧＲガス温度等の測定を介してＥＧＲ流量を測定して目標値との相違により故障を診断するもの、また、ＥＧＲの有無により機関のシリンダ内の燃焼圧力の変動率が相違するか否かで故障を診断するものがある (特開平６−２８８３０３号等参照) 。
【０００４】
上記のものでは、検出値がＥＧＲの故障によって引き起こされるＮＯｘ排出量と相関を持たない場合もあるので、単にＥＧＲ故障時はＮＯｘ増加をもたらすといった定性的な判定を行うに留めるか、あるいは次のように運転条件別等でより詳細な判定を行う工夫が必要である。
例えば、ＥＧＲ率一定に制御するシステムで図９、図10に示すパターンの故障を発生した場合を考える。
【０００５】
パターン１は、ＥＧＲガス通路が堆積物等により詰まりを生じた場合であり、全運転領域にわたって、詰まりによる圧力損失分だけＥＧＲ流量が減少する。
パターン２は、ＥＧＲ制御弁内部に異物が入り込み、弁が突き当たって、例えば大流量側で弁が開かず、ＥＧＲ流量が減少する場合である。
例えば、低負荷域では、元々ＮＯｘ濃度が低く、高負荷域で多量のＮＯｘを排出するような特性を持つ機関では、同程度の故障であってもパターン２の方を早期に故障と診断すべきであるのに対し、全運転領域で同程度のＮＯｘ濃度の機関では、パターン１，２とも同程度の故障レベルで故障と診断すべきである。
【０００６】
また、ＥＧＲ流量検出のみでＮＯｘの悪化を検出しようとするものでは、運転領域毎にＮＯｘ排出特性が異なる場合には、運転領域毎に故障判定レベルを設定する必要がある。更に、ＥＧＲ流量が低下した場合のＮＯｘ濃度は機関の点火時期にも影響されるので、ＥＧＲ流量検出のみでＮＯｘ排出量を推定するのは困難な面があり工夫が必要なこと、更にはＮＯｘの悪化を黙認してしまうのを防ぐため、少しでも流量低下したら故障判定するなど、マージンの設定が必要となる場合もあり、好ましくない。
【０００７】
また、ＮＯｘ濃度を検出するセンサを設け、ＥＧＲの有無によるＮＯｘ濃度変化の有無によって故障を診断するものがある (特開平５−３４０３１２号公報参照) 。
このものでは、上記の問題は解決されるが、専用のセンサを用いるのでコスト高となり、また、信頼性の点でも不利である。
【０００８】
一方、排気浄化触媒の上・下流側にそれぞれ空燃比センサを設けて空燃比を検出し、上流側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比フィードバック補正係数 (空燃比制御補正量) を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正しつつ空燃比をフィードバック制御する装置を備えたものがある (特開平３−２１７６３６号公報等参照) 。
【０００９】
本発明は、前記空燃比のフィードバック制御装置を備えた機関において、前記課題を解決し、ＮＯｘ濃度を直接検出するセンサを設けることなく、高精度に推定できる技術を提供することを目的とする。
また、前記ＮＯｘ濃度の推定結果を利用して、ＥＧＲ装置の故障診断を簡便でかつ高精度に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
排気通路に介装された排気浄化触媒の上流側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御補正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装置と、排気の一部を機関吸気系に還流させる排気還流装置と、を備えた内燃機関において、
図２に示すように、
機関運転領域を検出する運転領域検出手段と、
運転領域毎に前記排気還流装置の故障診断用の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
前記空燃比制御補正量を修正する修正量に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記運転領域検出手段で検出された運転領域毎に、前記排気還流装置による排気還流の有無に応じた前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を算出するＮＯｘ濃度偏差算出手段と、
前記ＮＯｘ濃度偏差算出手段により算出された運転領域毎のＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を、前記基準値記憶手段に記憶された対応する運転領域の基準値と比較して、前記排気還流装置の故障を診断する故障診断手段と、
を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
具体的には、図１に示すように、
前記空燃比フィードバック制御装置は、排気通路に介装された排気浄化触媒の上・下流側にそれぞれ空燃比を検出する手段と、上流側で検出された空燃比に基づいて空燃比制御補正量を算出する手段と、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正する手段と、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する手段と、を備えて構成され、前記ＮＯｘ濃度推定手段は、前記空燃比フィードバック制御装置によって前記触媒上流側の空燃比検出値に基づく前記空燃比制御補正量を、触媒下流側の空燃比検出値に基づいて修正したときの修正量に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を推定する。
【００１２】
作用・効果
即ち、前記排気浄化触媒によるＮＯｘの浄化により、ＮＯｘ中のＯが分離されるため、下流側で検出された空燃比は、上流側で検出された空燃比に比較して前記Ｏの分離分だけリーン側に検出される。その結果、前記空燃比制御補正量の修正量は前記Ｏの分離分と相関があり、該Ｏの分離分はＮＯｘ濃度と相関があるから、前記修正量はＮＯｘ濃度と相関があることになるので、該空燃比制御補正量の修正量によってＮＯｘ濃度を推定することができる。
【００１４】
そして、排気還流装置が故障していなければ、排気還流を行うときは、そのＮＯｘ低減機能により排気還流を行わないときに比較してＮＯｘ濃度は減少している。
そこで、運転領域毎に排気還流の有無に応じてそれぞれ空燃比制御補正量の修正量からＮＯｘ濃度を推定し、これらＮＯｘ濃度推定値相互の偏差に基づいて排気還流装置の故障を診断する。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、
前記故障診断手段は、排気還流の有無に応じたＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が、故障判定用の機関運転領域毎に設定された基準値以下であるときに、排気還流装置が故障していると診断することを特徴とする。
作用・効果
排気還流の有無によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が基準値以下で小さいときは、排気還流によるＮＯｘ低減機能が発揮されるほど変化していないと推定されるので、排気還流装置が故障していると診断することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、
前記排気還流装置による排気還流時に、前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときに排気還流を停止させ、該排気還流停止時の空燃比制御補正量の修正量を得た後に、前記故障診断手段による故障診断を行わせる診断条件判別手段を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
作用・効果
排気還流時のＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときは、排気還流装置が故障している可能性が高いので、このことを条件として排気還流停止時のＮＯｘ濃度推定値との偏差に基づく排気還流装置の故障診断を行うことで、無駄な故障診断を回避できる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、
前記所定値は、機関領域毎に設定されることを特徴とする。
作用・効果排気還流によるＮＯｘ濃度低減効果は、運転領域によって差があるので、前記故障診断条件としての所定値を運転領域毎に設定することで、該故障診断条件の精度を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて説明する。
一実施例の構成を示す図３において、機関11の吸気通路12には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ13及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14が設けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に電磁式の燃料噴射弁15が設けられる。
【００２０】
燃料噴射弁15は、後述するようにしてコントロールユニット50において設定される噴射パルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ16が設けられる。一方、排気通路17にはマニホールド集合部近傍に、排気中の酸素濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比を検出する上流側空燃比センサ (上流側空燃比検出手段) 18が設けられ、その下流側の排気管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯ_Xの還元を行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒20が介装されている。
【００２１】
そして、三元触媒20の出口部には上流側空燃比センサ18と同様の機能を持つ下流側酸素センサ19（下流側空燃比検出手段）が設けられている。なお、上記２つの空燃比センサ18，19は、所謂ＤＯＳ〔Dual O₂Sensor〕制御に用いる酸素センサをそのまま使用することができる。
また、図示しないディストリビュータには、クランク角センサ21が内蔵されており、該クランク角センサ21から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出する。
【００２２】
ところで、上流側酸素センサ18の排気上流側の排気通路17から分岐するＥＧＲガス通路22が設けられており、このＥＧＲガス通路22は、ＥＧＲ制御弁23を介して絞り弁14の下流側の吸気通路12に連通されている。
前記ＥＧＲ制御弁23には吸気負圧を導く吸気負圧導入通路24が設けられており、当該吸気負圧導入通路24を介して導かれた吸気負圧の大きさに応じてＥＧＲ制御弁23が内装するスプリング23Ａにより弾性付勢されているダイアフラム23Ｂを所定量上下動させることで、弁体23Ｃが所定量上下動されるようになっており、従って吸気負圧の大きさ（負荷の大きさ）に応じて弁体23Ｃのリフト量、即ちＥＧＲガス量を制御できるようになっている。
【００２３】
なお、前記吸気負圧導入通路24には、ＥＧＲコントロール・ソレノイド・バルブ（以下、ＥＧＲｃｓｖと言う）25が介装されており、このＥＧＲcsv 25を、コントロールユニット50からの駆動信号に基づき開閉弁させて連通切換することで、吸気負圧を吸気負圧導入通路24に導入するようになっている。
そして、当該ＥＧＲガス通路22内の圧力を導き所定圧力で閉弁して、吸気負圧導入通路24内と大気との連通を遮断させる所謂ＥＧＲ−ＢＰＴバルブ26が設けられており、これにより吸気負圧導入通路24内の負圧を増加させて、ＥＧＲ制御弁23のリフト量を増大させ、以って比較的多量のＥＧＲガスが要求される領域（即ち、排気圧力の大きな領域）であっても、要求通りのＥＧＲガス量を確保できるようにしている。
【００２４】
ここで、本発明にかかる空燃比制御補正量算出手段、空燃比制御補正量修正手段、ＮＯｘ濃度推定手段、空燃比フィードバック制御手段、運転領域検出手段、ＮＯｘ濃度偏差算出手段、基準値記憶手段、故障診断手段としての機能をソフト的に備えたコントロールユニット50が設けられ、三元触媒20の上流側と下流側とに設けた２つの空燃比センサ18，19を利用して行うＥＧＲシステムの故障診断制御を行う。
【００２５】
前記故障診断制御の概要を説明する。空燃比センサは一般的に、白金を主成分とする電極上で酸素濃度を検出することを基本とする。一方排気中の酸素は酸素分子やＮＯｘ分子、等に含まれて存在する。白金電極上では、ＮＯｘは、完全に還元されるわけではないので、この還元されずにＮＯｘ中に取り込まれたままとなっている酸素は、空燃比センサに検出されない。したがって、機関から排出されるＮＯｘ濃度が高いときは、このＮＯｘに取り込まれた酸素も多く、その分空燃比センサは酸素不足即ちリッチと判断して、前述の空燃比フィードバック制御によってリーンに補正してしまうため、制御結果としての空燃比は理論空燃比よりもリーンとなる。
【００２６】
触媒下流側の空燃比センサにおいては、触媒でＮＯｘが還元されるので、前述のＮＯｘに取り込まれた酸素による空燃比の検出ずれはないから、もし、ＥＧＲの故障が発生してＥＧＲが作動しなくなり、機関から排出されるＮＯｘが増大すると、触媒上流側の空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック結果はリーンとなり、したがって、触媒下流側の空燃比センサの出力はリーンを示す。なお、前述のように空燃比がリーン側に制御されてＮＯｘが過剰に排出されるときでも、触媒のＮＯｘ転化率はリーン時は理論空燃比に比較して低下するものの０になるわけではないので、ＮＯｘの一部は還元される。そして、還元されたＯにより下流側空燃比センサでリーン状態が検出され、その結果、上流側空燃比センサの空燃比フィードバック補正係数を修正するリッチシフト制御を行うことにより、下流側空燃比センサの検出値が理論空燃比となるまで修正が続けられる。
【００２７】
この空燃比フィードバック補正係数の修正量は、例えば、前記ＥＧＲ装置が正常に作動しているときは、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減効果により、小さい修正量となるが、ＥＧＲ装置が故障してＮＯｘ排出量が増大しているときには大きい修正量となる。
そこで、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ制御をオン／オフし、そのときの空燃比フィードバック補正係数の修正量に基づいて推定されるＮＯｘ濃度の偏差が、ＥＧＲ制御のオン／オフによるＮＯｘの低減幅になるので、この偏差が小さい場合はＥＧＲ装置が何らかの故障が発生してＥＧＲ流量が減少しており、その結果ＮＯｘ濃度が増大したと推定できるので、該ＮＯｘ濃度偏差が許容値を超えた場合にＥＧＲ装置が故障したと判定することができ、また、推定されるＮＯｘ濃度偏差に応じてＥＧＲ装置の故障の程度を判定することができる。
【００２８】
以下に、前記触媒上流側の空燃比センサの検出値に基づいて設定される空燃比フィードバック補正係数 (空燃比制御補正量) を、触媒下流側の空燃比センサの検出値に基づいて修正するルーチンと、該修正量に基づいてＮＯｘ濃度を推定し、さらにＥＧＲ装置の故障診断を行うルーチンと、について、図４以下のフローチャートに従って説明する。
【００２９】
まず、前記空燃比フィードバック補正係数を修正するいわゆるＤＯＳ〔Dual O₂Sensor〕制御について、図４のフローチャートに従って説明する。なお、このルーチンは、本発明にかかる空燃比制御補正量算出手段、空燃比制御補正量修正手段を構成している。
ステップ21では、上流側空燃比センサ18の出力値 (電圧) のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₁を読み込む。
【００３０】
ステップ22では、ＯＳＲ₁と基準値ＳＬＦ（目標空燃比に相当する値）とを比較し、ＯＳＲ₁＜ＳＬＦの場合は、マニホールド集合部近傍（三元触媒19上流側）の空燃比がリーンであると判定して、ステップ23へ進んでリッチ・リーン識別用のフラグＦ１を０にセットした後、ステップ25へ進む。
一方、ＯＳＲ₁≧ＳＬＦの場合は、マニホールド集合部近傍の空燃比がリッチであると判定して、ステップ24へ進んでフラグＦ１を１にセットした後、ステップ25へ進む。
【００３１】
ステップ25では、フラグＦ１が反転したか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ26へ進む。
ＮＯの場合には、ステップ33へ進んでフラグＦ１の値によりリッチ・リーン判定を行い、リーン判定（Ｆ１＝０）時にはステップ34でフィードバック補正係数αを現状値αに積分分Ｉ_Lを加算した値で更新して、リッチ側へ空燃比を近づけて行く。一方、リッチ判定（Ｆ１＝１）時にはステップ35でフィードバック補正係数αを現状値αに積分分Ｉ_Rを減算した値で更新して、リーン側へ空燃比を近づけて行く。そして、ステップ34或いはステップ35が繰り返されると、いずれマニホールド集合部近傍の空燃比がリッチ・リーン反転することになる。
【００３２】
なお、ステップ25でフラグＦ１が反転したと判断された場合には、ステップ26へ進むことになるが、ステップ26では、予め設定記憶されている比例分補正量ＰＨＯＳを、下流側空燃比センサ19の出力に基づいて補正し、これにより上流側空燃比センサ18の検出値の実際の空燃比からのズレを補償して、高精度な空燃比フィードバック制御を行うことができるようになっている。
【００３３】
つまり、ステップ26では、下流側空燃比センサ19の出力値のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₂を読み込む。
ステップ27では、下流側空燃比センサ19のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₂と基準値ＳＬＲ（目標空燃比に相当する値）とを比較し、ＯＳＲ₂＜ＳＬＲと判定された場合は、三元触媒20下流側の下流側空燃比センサ19が検出する空燃比はリーンであるから、該空燃比を目標空燃比へ近づけるべくリッチ側への補正量を増大するために、ステップ28へ進み、比例分補正量ＰＨＯＳ（空燃比補正量の補正量に相当する）を所定量ΔＰＨＯＳＬ（＞０) だけ加算した値で更新した後、ステップ30へ進む。
【００３４】
一方、ステップ27でＯＳＲ_R≧ＳＬＲと判定された場合は、三元触媒20下流側の下流側空燃比センサ19の検出する空燃比はリッチであるから、該空燃比を目標空燃比へ近づけるべくリーン側への補正量を増大するために、ステップ29へ進み、前記比例分補正量ＰＨＯＳを所定量ΔＰＨＯＳＲだけ減算した値で更新した後、ステップ30へ進む。
【００３５】
ステップ30では、上流側空燃比センサ18のリッチ・リーン判定用フラグＦ１の値を判定し、Ｆ１＝０であり三元触媒20上流側がリーンである場合には、ステップ31へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、現在のαに予め設定記憶されている比例分Ｐ_Lと前記更新された比例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新設定する。
【００３６】
一方、Ｆ＝１であり三元触媒20の上流側がリッチである場合には、ステップ32へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、現在のαから予め設定記憶されている比例分Ｐ_Rを減算すると共に前記更新された比例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新する。
このように、最終的に求まる空燃比フィードバック補正係数αは、下流側空燃比センサ19が検出する三元触媒20によってＮＯｘが還元され酸素濃度が平衡化された後の排気中の酸素濃度のリッチ・リーン傾向に基づいて該リッチ・リーン傾向を抑制する方向へ更新された前記比例分補正量ＰＨＯＳにより補正されることになるので、ＮＯｘ中の酸素濃度を検出できないことにより上流側空燃比センサ18の検出値が実際の空燃比からズレていても、当該ズレ量が補償され、空燃比を高精度に目標空燃比近傍に制御することができるようになる。つまり、三元触媒20の上流側に設けられた上流側空燃比センサ18の応答性のよいリッチ・リーン反転出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う一方で、下流側空燃比センサ19の三元触媒20により平衡化された酸素濃度の検出結果に基づいて、上流側空燃比センサ18の検出値を補償するようにして、これによって、制御応答性を高く維持しつつ、空燃比を高精度に目標空燃比近傍に制御できるようにしている。
【００３７】
つづいて、図５に示すフローチャートにより実行されるＥＧＲ装置の故障診断制御について説明する。
なお、本実施形態における故障診断は、三元触媒20により平衡化された後の酸素濃度を検出する下流側空燃比センサ19の検出値に基づく前記比例分補正量ＰＨＯＳを介して行うことにより、外乱の影響を受け難くしている。つまり、図６に示すように、目標ＥＧＲ率が得られていれば、三元触媒20により平衡化された（ＮＯｘが還元された）後の排気中の酸素濃度を高精度に検出できる（即ち、実際の空燃比を検出できる）下流側空燃比センサ19は、上流側空燃比センサ18の検出ズレ（ＥＧＲによるＮＯｘ生成量変化に起因する検出ズレ）した状態での空燃比フィードバック制御を理論空燃比近傍での空燃比フィードバック制御に戻そうとするので、前記比例分補正量ＰＨＯＳの平均値（ＡＰＨＯＳ）は、所定の値（ＭＡＰＨＯＳ１）に収束する。しかし、ＥＧＲ装置が故障等して目標ＥＧＲ率から外れた場合には、ＮＯｘ生成量が変わるために上流側空燃比センサ18の検出ズレ量が変わるため、ＡＰＨＯＳはＭＡＰＨＯＳ１から所定の偏差を持つことになる。従って、この偏差の大きさによって、目標ＥＧＲ率が得られているか、即ちＥＧＲ装置が正常に作動できているかを診断することができる。なお、このように三元触媒20を介して平衡化された排気中の酸素濃度を検出する下流側空燃比センサ19の検出値に基づいて設定されるＡＰＨＯＳに基づいて故障診断するので、三元触媒20の上流側で空燃比変動を応答性よく検出する上流側空燃比センサ18の検出値に基づいて故障診断する従来のものに比べて、外乱等の影響を極力抑制して高精度な故障診断を行うことができる。
【００３８】
ステップ51では、機関運転条件を読み込む。該運転条件は例えば機関回転速度Ｎｅと負荷 (例えばシリンダ１吸気当り新気吸入量にて表される) とで求められる。この運転条件の読み込みは、ステップ52以降の各条件判定のため行われる。
ステップ52では上流側空燃比センサ18による空燃比フィードバック制御中であるか否か、ステップ53では下流側空燃比センサ19による空燃比フィードバック補正係数αの修正中つまり前記ＤＯＳ制御中であるか否か、ステップ54ではＥＧＲ制御条件であるか否かをそれぞれ判定する。ＥＧＲ制御条件は、機関の運転条件で所定の回転速度，負荷で表される領域にあるとか、冷却水温度が所定範囲にあるとかによって示される。
【００３９】
そして、前記ステップ52，53，54の各条件が全て満たされているとき (ＹＥＳのとき) は、ステップ55へ進む。
ステップ55では、ＥＧＲ装置の故障診断条件であるか否かを判定する。該ＥＧＲ装置の故障診断条件とは、例えば、ＥＧＲ率の設定が所定値以上であるとか、ＮＯｘ濃度が所定値以上である運転領域の判定をもって行われる。
【００４０】
また、既にＥＧＲが故障しているとの診断が下されている場合は、故障診断条件から除外する。
前記故障診断条件であると判定されると、ステップ56以下でＥＧＲ装置の故障診断を行う。
ステップ56では、ステップ51で読み込んだ運転条件がどの領域に属するかを検索する。該運転領域の検索は、後述する診断用ＥＧＲカットを行うか否かの判定のために運転領域毎に設定された所定値を検索するためである。
【００４１】
ステップ57では、後述する診断用のＥＧＲカットを許可するＥＧＲセットフラグが現在の機関運転条件が含まれる領域において、１ (カット許可) であるか、０ (カット非許可) であるかを判定する。１である場合にはステップ58へ進んでＥＧＲをカットし、ステップ64以下を実行する。０である場合にはステップ59へ進み、前記空燃比フィードバック補正係数αの修正量である比例分補正量ＰＨＯＳの最新の値を読み込む。故障診断条件が満たされて直ぐは、診断用ＥＧＲカットは行われていないので、ステップ59へ進む。
【００４２】
ステップ60では、前記比例分補正量ＰＨＯＳに基づいてＮＯｘ濃度を推定する。このステップ60の機能が、ＮＯｘ濃度推定手段を構成する。ＮＯｘ濃度の推定は、図７に示すように、予め実験等により把握される相関テーブルをもとに検索される。ここで、前記比例分補正量ＰＨＯＳが増加した場合でも、ＥＧＲ装置の故障等によるＮＯｘ濃度の増加によるものと決めつけられるものではなく、例えば、上流側空燃比センサが劣化して特性が変化したことによって空燃比フィードバック補正係数αがずれたため生じた可能性も高い。しかし、ここでは、後述する診断用ＥＧＲカットを行うか否かの判断をするために、もしも現在の修正結果がＮＯｘ濃度が高いために得られたものであるならば、ＥＧＲ装置の故障が懸念されることを判別するため、空燃比フィードバック補正係数αの修正結果、つまり比例分補正量ＰＨＯＳの値は、全てＮＯｘ濃度に依存するものとして、ＮＯｘ濃度の推定を行う。該ＮＯｘ濃度推定値は、図示しないがメモリの対応する運転領域に記憶される。
【００４３】
ステップ61では、ステップ60で推定されたＮＯｘ濃度が所定値より大きいか否かを判定する。所定値よりも大きいと判断されるときは、ステップ62に進んで診断用ＥＧＲカットを行い、そうでない場合はＥＧＲ装置の故障の可能性はないと判断して診断用ＥＧＲカットは行わない (ステップ63) 。ここで、前記所定値は、例えば図８に示すように運転領域毎に設定される。該所定値はＮＯｘ量の絶対値として設定してもよいが、正常時の何倍のＮＯｘが排出されたからＮＧと判定してもよい。
【００４４】
前者の場合、ＮＯｘ推定値の所定の変化幅を該所定値として設定すればよいので、該所定値は１つの値のみを設定すればよいので構成を簡略化できるメリットを有するが、機関の運転パターンによって運転開始から終了までのＮＯｘの総増分を予測できないため、該所定値の設定にはある程度のマージンを見込まなければならない。これに対し、後者の場合は、正常時の所定倍に相当するＮＯｘの変化幅推定値を該所定値として設定するので、該所定値は運転領域毎に設定しなければならないが、運転パターンによらずＮＯｘの増大率を判定することになるので、診断を明確に行えるメリットがある。
【００４５】
そして、ステップ62に進んで診断用ＥＧＲカットが行われた後は、次回このフローを実行するとき、ステップ57の判定がＹＥＳとなってステップ58で診断用ＥＧＲカットを行い、ステップ64以降へ進む。
ステップ64では、診断用ＥＧＲカットが行われてから所定時間が経過したか否かを判定する。これは、該診断用ＥＧＲカットが行われてから空燃比フィードバック補正係数αを修正する比例分補正量ＰＨＯＳの値が変化するのにある程度の時間を要するため、該時間経過の判定を行うものである。
【００４６】
所定時間が経過したと判定されるとステップ63へ進む。
ステップ65では、再度現在の機関運転領域を検索する。これは、ＥＧＲ制御の有無に応じて前記比例分補正量ＰＨＯＳから推定されるＮＯｘ濃度相互の偏差からＥＧＲ装置の故障診断を行う際に、対応する運転領域の基準値を検索するために行われる。なお、再度運転領域を検索するのは、ステップ64で所定時間の経過を待つため、その間に運転領域が変化していることがあるためである。したがって、該ステップ65の機能が運転領域検出手段を構成する。
【００４７】
ステップ66，67ではＥＧＲ制御時と同様比例分補正量ＰＨＯＳを読み込み、該比例分補正量ＰＨＯＳに応じてＥＧＲカット時のＮＯｘ濃度を推定する。
ステップ68では、当該ＥＧＲカット時と同一の運転領域におけるＥＧＲ制御時のＮＯｘ濃度推定値をメモリから読み出し、前記ステップ67で推定されたＥＧＲカット時のＮＯｘ濃度推定値との偏差を算出する。
【００４８】
ステップ69では、前記ステップ68で算出されたＮＯｘ濃度推定値の偏差を、メモリから読み出した対応する運転領域の基準値と比較し、該基準値より大きいか否かを判定する。
前記ＮＯｘ濃度推定値の偏差が、基準値より大きいときは、ＥＧＲカットによってＮＯｘ濃度が大きく変化したのであるから、ＥＧＲ制御時のＥＧＲ量は確保されており、ＥＧＲ装置は正常であると判断してステップ70にてＥＧＲカットフラグを０に戻して該診断を終了する。その後、例えばステップ71に示すように、空燃比センサの故障乃至劣化診断へ進んで、前記空燃比フィードバック補正係数αの修正結果が大きくなった原因を診断してもよい。
【００４９】
一方、ステップ69で、ＮＯｘ濃度推定値の偏差が基準値以下であったときは、ステップ72へ進んでＥＧＲ装置が故障と判定し、例えば故障診断結果を運転者に知らせる警告灯を点灯するなどしてＥＧＲ診断を終了する。
この実施形態に示されるように、本発明によれば、空燃比制御補正量 (空燃比フィードバック補正係数α) の修正量 (比例分補正量ＰＨＯＳ) に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定することができ、また、ＥＧＲ制御の有無に応じてＥＧＲ濃度推定値相互の偏差に基づいてＥＧＲ装置の故障診断を行うことができ、特に、該信診断に前記偏差と比較される基準値を運転領域毎に設定しているため、高い診断精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる空燃比フィードバック制御装置を構成する各手段と、ＮＯｘ濃度推定手段を示すブロック図。
【図２】請求項１に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態の全体構成を示す図。
【図４】同上実施形態におけるＤＯＳ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】同じくＥＧＲ装置故障診断ルーチンを示すフローチャート。
【図６】同じく診断理論 (ＰＨＯＳとＥＧＲ率との関係) を説明するタイムチャート。
【図７】同じく比例分補正量ＰＨＯＳとＮＯｘ濃度推定値との相関を示すテーブル。
【図８】同じく診断時に使用する所定値を設定したテーブル。
【図９】ＥＧＲガス通路のつまりによるＥＧＲ量の変化を示す線図。
【図１０】ＥＧＲ弁に異物が侵入したときのＥＧＲ量の変化を示す線図。
【符号の説明】
11 内燃機関
12 吸気通路
17 排気通路
18 上流側空燃比センサ
19 下流側空燃比センサ
20 三元触媒
22 ＥＧＲガス通路
23 ＥＧＲ制御弁
50 コントロールユニット

Claims

排気通路に介装された排気浄化触媒の上流側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御補正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装置と、排気の一部を機関吸気系に還流させる排気還流装置と、を備えた内燃機関において、
機関運転領域を検出する運転領域検出手段と、
運転領域毎に前記排気還流装置の故障診断用の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
前記空燃比制御補正量を修正する修正量に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記運転領域検出手段で検出された運転領域毎に、前記排気還流装置による排気還流の有無に応じた前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を算出するＮＯｘ濃度偏差算出手段と、
前記ＮＯｘ濃度偏差算出手段により算出された運転領域毎のＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を、前記基準値記憶手段に記憶された対応する運転領域の基準値と比較して、前記排気還流装置の故障を診断する故障診断手段と、
を含んでいることを特徴とする内燃機関における排気還流装置の故障診断装置。
前記故障診断手段は、排気還流の有無に応じたＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が、故障判定用の機関運転領域毎に設定された基準値以下であるときに、排気還流装置が故障していると診断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関における排気還流装置の故障診断装置。
前記排気還流装置による排気還流時に、前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときに排気還流を停止させ、該排気還流停止時の空燃比制御補正量の修正量を得た後に、前記故障診断手段による故障診断を行わせる診断条件判別手段を含んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関における排気還流装置の故障診断装置。
前記所定値は、機関領域毎に設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関における排気還流装置の故障診断装置。