JP4893292B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両停車中に内燃機関（エンジン）を自動停止させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止装置（いわゆるアイドリングストップ装置）を搭載した車両が増加しつつある。このエンジン自動停止装置は、例えば、運転者が車両を停車させるときにエンジンを自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作（ブレーキ解除操作等）を行ったときにエンジンを自動的に始動させるようにしている。

また、近年の車両は、例えば特許文献１（特許第３７３３６６０号公報）に記載されているように、エンジン運転中に制御系の部品やシステムに異常（故障、劣化）が発生していないか否かを自己診断する異常診断機能が搭載されている。例えば、空燃比制御システムに用いられる排出ガスセンサ（酸素センサ、空燃比センサ等）の異常診断を行ったり、排出ガスを浄化する触媒や、燃料系、点火系等の異常診断を行うようにしている。
特許第３７３３６６０号公報（第１頁）

一般に、異常診断を精度良く行うには、運転条件がほぼ一定に維持される安定したエンジン運転状態である定常運転状態で行うことが望ましいことから、定常運転状態の中でも、異常診断の実行時間を確保しやすいアイドル運転状態で異常診断を行うようにしたものが多い。

しかし、エンジン自動停止装置を搭載した車両では、エンジン運転状態がアイドル運転状態になると、エンジンが自動停止されるため、アイドル運転中に異常診断を行うことができず、エンジンが運転されている走行中に異常診断を行う必要があるが、走行条件によっては、異常診断を行うのに適した定常運転状態が長く続かず、走行中に異常診断を実行できない場合が発生する。このため、異常診断の実行頻度を十分に確保できず、実際に異常が発生しても、その異常を早期に検出できない可能性がある。

また、予め決められた所定の走行モードで発進・加速・減速・停止を短い時間間隔で繰り返して車両の性能評価試験を行うような場合には、走行中に排出ガスセンサの異常診断を行うのに必要な定常運転状態の時間を確保できず、いつまでも排出ガスセンサの異常診断を実行できなくなってしまい、その結果、排出ガスセンサの出力（実空燃比の検出値）を必要とする触媒の異常診断や燃料系の異常診断も実行できない（排出ガスセンサが正常であることが確認されないと触媒や燃料系の異常診断を行っても無意味である）という不具合が発生する。

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、内燃機関を自動停止させる機能を搭載した車両において、走行中（内燃機関の運転中）に排出ガスセンサの異常診断を実行できない運転状態が続く場合でも、排出ガスセンサの異常診断の実行頻度を確保できると共に、予め決められた所定の走行モードで行う性能評価試験においても、確実に排出ガスセンサの異常診断を実行できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気管に設けられた排出ガスセンサと、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を停止させる自動停止制御手段と、内燃機関の運転中に所定の異常診断実行条件が成立したときに前記排出ガスセンサの異常診断を実行する異常診断手段とを備えた内燃機関の制御装置において、前記異常診断手段は、内燃機関の運転中に前記自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき前記排出ガスセンサの異常診断がまだ実行されていなければ、前記自動停止制御手段による自動停止を禁止して内燃機関をアイドル運転させた状態で前記排出ガスセンサの異常診断を実行し、前記内燃機関の運転中に前記自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき前記排出ガスセンサの異常診断が完了している場合は前記自動停止を許可するようにしたものである。このようにすれば、走行中に排出ガスセンサの異常診断を実行できない運転状態が続く場合は、その後、停車中に自動停止を禁止して内燃機関をアイドル運転させた状態で排出ガスセンサの異常診断を実行できるため、走行中（内燃機関の運転中）に排出ガスセンサの異常診断を実行できない運転状態が続く場合でも、排出ガスセンサの異常診断の実行頻度を確保できると共に、予め決められた所定の走行モードで行う性能評価試験においても、確実に排出ガスセンサの異常診断を実行できる。

この場合、請求項２のように、前記自動停止を禁止して前記異常診断を実行し終えた時点で、自動停止を許可するようにしても良い。このようにすれば、異常診断を実行し終えた時点で、まだ自動停止条件が成立していれば、直ちに内燃機関を自動停止させることができ、燃費やエミッションの増加を抑えることができる。

また、請求項３のように、自動停止を禁止した時に、異常診断実行条件をアイドル運転状態で成立しやすい条件に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、自動停止を禁止して内燃機関をアイドル運転させたときに確実に異常診断を実行させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
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。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。また、吸気管１２には、スロットルバルブ１５をバイパスするバイパス通路２５が設けられ、このバイパス通路２５に、アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２６が設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、各気筒のシリンダヘッドには、点火プラグ２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。

一方、エンジン１１の排気管２２の途中には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を低減させる三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの酸素濃度等のガス成分濃度、空燃比、リッチ／リーンのいずれかを検出する排出ガスセンサ２４，２５（酸素センサ、空燃比センサ等）が設けられている。尚、本発明は、触媒２３の下流側に排出ガスセンサ２５が設けられていない構成のものにも適用して実施できることは言うまでもない。

上述した各種のセンサ出力は、エンジン制御装置（以下「エンジンＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このエンジンＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。このエンジンＥＣＵ２９は、エンジン運転中に各排出ガスセンサ２４，２５の出力に基づいてエンジン１１に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。

また、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止・再始動を制御する自動停止制御手段として、自動停止制御装置（以下「エコランＥＣＵ」と表記する）３０がエンジンＥＣＵ２９と相互に通信できるように設けられている。このエコランＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、エンジン運転中に所定の自動停止条件（例えば暖機後のアイドルでブレーキスイッチがオンし且つ車速が所定値以下であること）が成立した時点で、自動停止要求（燃料カット要求）をエンジンＥＣＵ２９に出力する。エンジンＥＣＵ２９は、エコランＥＣＵ３０から自動停止要求を受信した時点で、直ちに燃料カットを実行して燃料噴射弁２０の燃料噴射を停止させてエンジン１１を自動停止させる。その後、エコランＥＣＵ３０は、運転者が車両を発進させようとする操作（例えばブレーキ解除操作、アクセル踏込み操作、Ｄレンジへのシフト操作等）を検出した時点で、再始動条件が成立して、エンジン１１のクランキングを開始し、燃料噴射弁２０の燃料噴射を再開させてエンジン１１を再始動させる。

更に、エンジンＥＣＵ２９は、エンジン運転中に所定の異常診断実行条件が成立したときに制御系の部品又はシステムの異常診断を実行する異常診断手段として機能する。この異常診断の対象となる部品又はシステムは、例えば、排出ガスセンサ２４，２５、触媒２３、燃料系（燃料噴射弁２０、燃料ポンプ等）、点火系（点火プラグ２１、イグニッションコイル）等である。

排出ガスセンサ２４，２５の異常診断では、例えば、レンジ異常、応答性異常、周期異常の有無を判定する。ここで、レンジ異常とは、排出ガスセンサ２４，２５の出力電圧の最大値と最小値の差が小さくなる異常であり、応答性異常とは、排出ガスセンサ２４，２５の応答性が悪化した異常であり、例えば、排出ガスセンサ２４，２５の出力電圧がリッチ（又はリーン）からリーン（又はリッチ）に反転するまでの応答時間が異常判定しきい値よりも長いか否かで、応答性異常の有無を判定するようにすれば良い。周期異常とは、排出ガスセンサ２４，２５の応答周期が長くなり過ぎる異常であり、例えば、排出ガスセンサ２４，２５の出力電圧がリッチ側（又はリーン側）の判定電圧Ｖを横切った時点から次に同じ判定電圧Ｖに戻るまでの時間が異常判定しきい値よりも長いか否かで、周期異常の有無を判定するようにすれば良い。尚、排出ガスセンサ２４，２５の異常診断は、上記以外の方法で行っても良いことは言うまでもない。

触媒２３の異常診断や、燃料系の異常診断は、排出ガスセンサ２４，２５の出力（検出空燃比）を用いて行われる。例えば、触媒２３が劣化するほど、触媒２３に流入する排出ガスのリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）とリーン成分（ＮＯｘ等）が浄化されずにそのまま触媒２３から流出する割合が増加して、触媒２３の上流側の空燃比の変化が触媒２３の下流側の空燃比の変化として現れるまでの応答時間が短くなるという特性を利用して、例えば、上流側の排出ガスセンサ２４の出力（又は空燃比フィードバック補正係数）のリッチ／リーンが反転してから下流側の排出ガスセンサ２５の出力のリッチ／リーンが反転するまでの応答時間が異常判定しきい値よりも長いか否かで、触媒２３の異常（劣化）の有無を判定するようにすれば良い。尚、触媒２３の異常診断は、上記以外の方法で行っても良いことは言うまでもない。

また、燃料系の異常診断は、例えば、空燃比フィードバック制御中に上流側の排出ガスセンサ２４で検出した実空燃比と目標空燃比との偏差を監視して、その偏差が正常範囲内に収束しない状態が長く続けば、燃料系の異常と判定するようにすれば良い。或は、空燃比フィードバック補正係数がガード値に張り付いた状態が長く続けば、燃料系の異常と判定するようにしても良い。尚、燃料系の異常診断は、上記以外の方法で行っても良いことは言うまでもない。

一般に、異常診断を精度良く行うには、運転条件がほぼ一定に維持される安定したエンジン運転状態である定常運転状態で行うことが望ましいことから、定常運転状態の中でも、異常診断の実行時間を確保しやすいアイドル運転状態で異常診断を行うようにしたものが多い。

しかし、本実施例のように、エンジン自動停止機能付きの車両では、エンジン運転状態がアイドル運転状態になると、エンジン１１が自動停止されるため、アイドル運転中に異常診断を行うことができず、エンジン１１が運転されている走行中に異常診断を行う必要があるが、走行条件によっては、異常診断を行うのに適した定常運転状態が長く続かず、走行中に異常診断を実行できない場合が発生する。このため、異常診断の実行頻度を十分に確保できず、実際に異常が発生しても、その異常を早期に検出できない可能性がある。

また、予め決められた所定の走行モードで発進・加速・減速・停止を短い時間間隔で繰り返して車両の性能評価試験を行うような場合には、走行中に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を行うのに必要な定常運転状態の時間を確保できず、いつまでも排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を実行できなくなってしまい、その結果、排出ガスセンサ２４，２５の出力（実空燃比の検出値）を必要とする触媒２３の異常診断や燃料系の異常診断も実行できない（排出ガスセンサ２４，２５が正常であることが確認されないと触媒２３や燃料系の異常診断を行っても無意味である）という不具合が発生する。

この対策として、本実施例では、エンジンＥＣＵ２９は、エンジン運転中に所定の自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき異常診断（例えば排出ガスセンサ２４，２５の異常診断）がまだ実行されていなければ、自動停止を禁止し、且つ、異常診断実行条件を走行中の異常診断実行条件からアイドル運転時の異常診断実行条件に切り換え、停車中にエンジン１１をアイドル運転させた状態で異常診断を実行し、この異常診断を実行し終えた時点で、自動停止を許可するようにしている。このようにすれば、異常診断を実行し終えた時点で、まだ自動停止条件が成立していれば、直ちにエンジン１１を自動停止させることができ、燃費やエミッションの増加を抑えることができる。

また、エンジン運転中（走行中）に実行した異常診断の判定結果が正常であることが明らかな正常判定ゾーンと異常であることが明らかな異常判定ゾーンとの中間の判定精度の低いグレーゾーンに属する場合がある。例えば、排出ガスセンサ２４，２５の応答性の異常診断を行う場合は、排出ガスセンサ２４，２５の出力電圧がリッチ（又はリーン）からリーン（又はリッチ）に反転するまでの応答時間が例えば２秒以下が正常判定ゾーンとなり、応答時間が例えば４秒以上が異常判定ゾーンとなり、応答時間が２秒から４秒の範囲が判定精度の低いグレーゾーンとなる。

そこで、本実施例では、エンジン運転中（走行中）に実行した異常診断の判定結果が正常判定ゾーンと異常判定ゾーンとの中間の判定精度の低いグレーゾーンに属する場合は、自動停止を禁止してエンジン１１をアイドル運転させた状態で異常診断を実行し直すようにしている。この場合も、自動停止を禁止して異常診断を実行し直した時点で、自動停止を許可し、その時点で、まだ自動停止条件が成立していれば、直ちにエンジン１１を自動停止させる。

以上説明した本実施例の異常診断は、エンジンＥＣＵ２９によって図２の異常診断ルーチンに従って実行される。図２の異常診断ルーチンは、排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を行うルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン１１の始動から排出ガスセンサ２４，２５を活性温度域まで昇温させるのに必要な所定時間が経過するまで待機する。そして、エンジン１１の始動から所定時間が経過した時点で、ステップ１０２に進み、排出ガスセンサ２４，２５の活性判定を行う。この際、例えば、排出ガスセンサ２４，２５の出力電圧がリッチ電圧とリーン電圧との間で反転した否かを判定し、リッチ／リーンの反転を検出した時点で、排出ガスセンサ２４，２５が活性したことが確認される。

そして、排出ガスセンサ２４，２５が活性したことが確認された時点で、ステップ１０３に進み、走行中排出ガスセンサ異常診断ルーチン（図示せず）を実行して、走行中（エンジン運転中）に異常診断実行条件が成立した時点で、排出ガスセンサ２４，２５のレンジ異常、応答性異常、周期異常の有無を判定する。走行中の異常診断実行条件は、例えば(1) 定常運転中であること、(2) 空燃比フィードバック制御中であること等を条件とする。

この後、ステップ１０４に進み、エンジン運転中に所定の自動停止条件（例えば暖機後のアイドルでブレーキスイッチがオンし且つ車速が所定値以下であること）が成立したか否かを判定し、自動停止条件が成立していなければ、エンジン運転を継続して、走行中異常診断実行条件が成立した時点で、排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を実行する。

そして、自動停止条件が成立した時点で、ステップ１０５に進み、走行中（エンジン運転中）に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了したか否かを判定し、まだ排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了していなければ、ステップ１０７に進み、エンジンＥＣＵ２９から自動停止禁止要求をエコランＥＣＵ３０に出力する。この後は、自動停止条件が成立している状態でも、エンジン１１を自動停止せずに、燃料噴射を継続してアイドル運転を実行する。このアイドル運転中は、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度にフィードバック制御するアイドル回転速度フィードバック制御を実行すると共に、排出ガスセンサ２４，２５の出力に基づいてエンジン１１に供給する混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御を継続する。

この後、ステップ１０８に進み、アイドル運転中排出ガスセンサ異常診断ルーチン（図示せず）を実行して、アイドル運転中に異常診断実行条件が成立した時点で、排出ガスセンサ２４，２５のレンジ異常、応答性異常、周期異常の有無を判定する。アイドル運転中の異常診断実行条件は、例えば(1) アイドル回転速度フィードバック制御中であること、(2) 空燃比フィードバック制御中であること等を条件とする。

そして、次のステップ１０９で、アイドル運転中に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了したか否かを判定し、アイドル運転中に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了していなければ、上記ステップ１０３に戻り、走行中排出ガスセンサ異常診断ルーチン（図示せず）を実行して、走行中（エンジン運転中）に異常診断実行条件が成立した時点で、排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を実行する。

一方、上記ステップ１０９で、アイドル運転中に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了したと判定されれば、ステップ１１０に進み、エコランＥＣＵ３０に対する自動停止禁止要求を解除して、ステップ１１１に進み、まだ自動停止条件が成立しているか否かを判定して、自動停止条件が成立していなければ、ステップ１１２に進み、エンジン運転を継続する。

これに対して、自動停止禁止要求が解除された時点で、まだ自動停止条件が成立した状態が続いていれば、ステップ１１１で「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップ１１３に進み、エコランＥＣＵ３０から自動停止要求（燃料カット要求）をエンジンＥＣＵ２９に出力する。そして、次のステップ１１４で、エンジンＥＣＵ２９によって燃料噴射弁２０の燃料噴射を停止させてエンジン１１を自動停止させる。

また、上記ステップ１０５で、走行中（エンジン運転中）に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了したと判定されれば、ステップ１０６に進み、異常診断の判定結果が正常判定ゾーンと異常判定ゾーンとの中間の判定精度の低いグレーゾーンに属するか否かを判定し、グレーゾーンに属すれば、走行中（エンジン運転中）に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断が完了していない場合と同様に、ステップ１０７に進み、エンジンＥＣＵ２９から自動停止禁止要求をエコランＥＣＵ３０に出力して、自動停止条件が成立している状態でも、エンジン１１を自動停止せずに、アイドル運転を実行する。そして、次のステップ１０８で、アイドル運転中排出ガスセンサ異常診断ルーチン（図示せず）を実行して、アイドル運転中に排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を実行する。この異常診断が完了した時点で、エコランＥＣＵ３０に対する自動停止禁止要求を解除して（ステップ１０９→１１０）、まだ自動停止条件が成立した状態が続いていれば、自動停止要求を出力してエンジン１１を自動停止させる（ステップ１１１→１１３→１１４）。

図２の異常診断ルーチンは、排出ガスセンサ２４，２５の異常診断を行うルーチンであるが、他の制御系の部品又はシステム（触媒２３、燃料系、点火系等）の異常診断についても、エンジン運転中に所定の自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき異常診断がまだ実行されていなければ、自動停止を禁止し、且つ、異常診断実行条件を走行中の異常診断実行条件からアイドル運転時の異常診断実行条件に切り換え、停車中にエンジン１１をアイドル運転させた状態で異常診断を実行し、この異常診断を実行し終えた時点で、自動停止を許可するようにすれば良い。

以上説明した本実施例によれば、エンジン運転中に所定の自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき異常診断がまだ実行されていなければ、自動停止を禁止し、停車中にエンジン１１をアイドル運転させた状態で異常診断を実行するようにしたので、走行中（エンジン運転中）に異常診断を実行できない運転状態が続く場合でも、異常診断の実行頻度を確保できると共に、予め決められた所定の走行モードで行う性能評価試験においても、確実に異常診断を実行できる。

しかも、自動停止を禁止して異常診断を実行し終えた時点で、自動停止を許可するようにしたので、異常診断を実行し終えた時点で、まだ自動停止条件が成立していれば、直ちにエンジン１１を自動停止させることができ、燃費やエミッションの増加を抑えることができる。

更に、エンジン運転中（走行中）に実行した異常診断の判定結果が正常判定ゾーンと異常判定ゾーンとの中間の判定精度の低いグレーゾーンに属する場合は、自動停止を禁止してエンジン１１をアイドル運転させた状態で異常診断を実行し直すようにしたので、自動停止機能を搭載した車両における異常診断の判定精度向上・信頼性向上の要求も満たすことができる。

本発明の一実施例を示すエンジン制御システム全体の概略構成図である。 異常診断ルーチンの流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２３…触媒、２４，２５…排出ガスセンサ、２９…エンジンＥＣＵ（異常診断手段）、３０…エコランＥＣＵ（自動停止制御手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の排気管に設けられた排出ガスセンサと、内燃機関の運転中に所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を停止させる自動停止制御手段と、内燃機関の運転中に所定の異常診断実行条件が成立したときに前記排出ガスセンサの異常診断を実行する異常診断手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記異常診断手段は、内燃機関の運転中に前記自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき前記排出ガスセンサの異常診断がまだ実行されていなければ、前記自動停止制御手段による自動停止を禁止して内燃機関をアイドル運転させた状態で前記排出ガスセンサの異常診断を実行し、前記内燃機関の運転中に前記自動停止条件が成立した時点でそれ以前に実行すべき前記排出ガスセンサの異常診断が完了している場合は前記自動停止を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記異常診断手段は、前記自動停止を禁止して前記排出ガスセンサの異常診断を実行し終えた時点で、前記自動停止制御手段による自動停止を許可することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記異常診断手段は、前記自動停止を禁止した時に、前記異常診断実行条件をアイドル運転状態で成立しやすい条件に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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