JP4262866B2 - 排気通路切替バルブの故障判定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスの排気通路を、メイン排気通路と、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材を有するバイパス排気通路とに切り替える排気通路切替バルブの故障を判定する排気通路切替バルブの故障判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガソリンエンジンなどの排気系においては、排気ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素および窒素化合物）を浄化するために、排気管の途中に三元触媒が設けられている。しかし、エンジンの冷間始動直後（例えば始動時から約３０〜４０秒）などでは、三元触媒が活性化しないことで、有害物質が十分に浄化されず、特に未燃焼成分である炭化水素が外部へ排出されてしまうことがある。このためこれを阻止するために、排気管に、三元触媒に加えて、炭化水素を吸着する吸着材を設けたものがある。このような吸着材は、三元触媒を有する、排気管のメイン排気通路の途中から分岐したバイパス排気通路に設けられている。そして、排気管には、排気ガスの排気通路を切り替えるための切替バルブが設けられており、この切替バルブが、三元触媒の状態に応じて、バイパス排気通路を開閉することによって、排気通路をメイン排気通路とバイパス排気通路とに切り替えるようになっている。
【０００３】
具体的には、エンジンの始動時など、三元触媒が活性化していないときには、切替バルブによって、バイバス排気通路のみを開放することで、排気ガスをバイパス排気通路に導き、排気ガス中の炭化水素を吸着材に吸着させることによって、排気ガスを浄化する。一方、エンジンの暖機などにより、三元触媒が活性化したときには、切替バルブによって、バイパス排気通路を閉鎖することで、排気ガスをメイン排気通路のみに流し、三元触媒によって排気ガスを浄化する。なお、吸着材は、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）の状態のときに、一旦吸着した炭化水素を脱離するようになっており、脱離した炭化水素は、ＥＧＲ管などを介してエンジンに再循環される。
【０００４】
切替バルブが上記のように正常に作動することで、始動直後からのエンジンの排気ガスを適切に浄化することが可能であるものの、切替バルブが故障した場合には、排気ガスを適切に浄化できなくなるため、切替バルブが故障していないかどうかを監視する必要がある。このような切替バルブの故障を判定する故障判定装置として、例えば特開平１０−１５９５４４号公報に記載のものが知られている。
【０００５】
この故障判定装置は、バイパス排気通路の吸着材の下流側に配置した温度センサを有しており、エンジン運転中の切替バルブの故障判定時に、切替バルブに所定の切替動作をさせるとともに、この切替動作の前後における、炭化水素を吸着中の吸着材の下流側の排気ガス（以下、本明細書において「吸着後排気ガス」という）の温度変化に基づいて、切替バルブの故障を判定している。具体的には、例えば、エンジンが定常運転状態（例えばアイドリング時など）であるときに、バイパス排気通路が閉鎖しかつメイン排気通路が開放した状態から、一時的にこれと逆の状態、すなわちバイパス排気通路が開放しかつメイン排気通路が閉鎖した状態となるように、切替バルブを強制的に切替動作させる。そして、この切替動作の前後において上記温度センサでそれぞれ検出された温度の変化量が所定値以下であるときに、切替バルブが故障していると判定している。なおこの判定は、吸着材による炭化水素の吸着の際に吸熱作用を伴うことを利用したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記故障判定装置では、エンジンの始動後、三元触媒が活性化し、排気ガスを三元触媒で浄化可能な状態でかつエンジンが定常運転状態であるときに、切替バルブを強制的に作動させ、これにより、バイパス排気通路を開放しかつメイン排気通路を閉鎖した状態にすることによって、切替バルブの故障判定を行っている。つまり、上記故障判定装置は、排気ガスの温度が安定した後の、エンジンが定常運転状態のときにしか切替バルブの故障を判定することができず、本来作動すべき条件の下において、切替バルブが実際に作動しているかどうかを直接判定することができない。しかも、検出される温度は、一般に、変化が鈍く、応答性が低いとともに、外気温などを含む種々のパラメータの影響を受けやすいため、検出された温度に基づいて切替バルブの故障判定を行う場合には、誤判定を生じやすい。また、上記故障判定装置では、エンジンの始動後、定常運転状態になるまで、切替バルブの故障判定の実行を待たなければならず、故障判定に時間がかかってしまう。しかも、切替バルブの故障判定のためだけに、本来作動する必要のない定常運転状態において、切替バルブを強制的に作動させなければならず、これを実現するために、切替バルブの故障判定モードを格別に設定する必要がある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、内燃機関の始動直後などの本来作動すべき条件の下において、格別の故障判定モードの設定を必要とすることなく、排気通路切替バルブの故障を直接、迅速かつ適正に判定することができる排気通路切替バルブの故障判定装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、内燃機関１から排出された排気ガスの排気通路を、三元触媒５を有するメイン排気通路１４と、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材（実施形態における（以下、本項において同じ）ＨＣ吸着材１３）を途中に充填したバイパス排気通路１５とに、三元触媒の活性状態に応じて切り替える排気通路切替バルブ（切替バルブ１８）の故障を判定する排気通路切替バルブの故障判定装置２１であって、バイパス排気通路の吸着材の下流側に設けられ、バイパス排気通路に導かれた排気ガスの湿度を検出する湿度センサ２２と、排気通路が排気通路切替バルブによりバイパス排気通路に切り替えられているべき状態のときに検出された湿度センサの検出結果に基づいて、排気通路切替バルブの故障を判定する切替バルブ故障判定手段（ＥＣＵ２５、図５のステップ２１〜３０）と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、内燃機関の始動直後など、三元触媒が活性化していないときには、排気通路切替バルブによって、排気通路がバイパス排気通路に切り替えられることにより、排気ガスがバイパス排気通路に導かれて流れ、排気ガス中の炭化水素および水分が吸着材に吸着される。一方、三元触媒が活性化しているときには、排気通路がメイン排気通路に切り替えられることにより、排気ガスがメイン排気通路のみに流れ、三元触媒による排気ガスの浄化が行われる。そして、排気通路のバイパス排気通路への切替時に、排気通路切替バルブが正常に作動し、排気ガスがバイパス排気通路に導かれ十分に流れている場合には、吸着材による排気ガス中の炭化水素および水分の吸着の進行に伴い、吸着材の吸着可能量が漸減し、これによって逆に、排気ガス（吸着後排気ガス）中の水分が漸増することで、吸着材の下流側に設けられた湿度センサによって検出される湿度が次第に上昇する。これに対し、バイパス排気通路への切替時に、排気通路切替バルブが正常に作動しておらず、排気ガスがバイパス排気通路に導かれず全く流れないか、あるいは導かれたとしても十分には流れていない場合には、上記湿度センサによって検出された湿度の値が、ほとんど上昇しないか、あるいはその上昇の度合いが小さくなる。このように、排気通路が排気通路切替バルブによりバイパス排気通路に切り替えられているべき状態のときに検出された上記湿度センサの検出結果は、排気通路切替バルブが正常に作動しているかどうかに応じて異なるので、この検出結果に基づき、排気通路切替バルブの故障を判定することができる。
【００１０】
また、従来と異なり、排気通路切替バルブを作動すべき条件の下に、それが作動するのを利用して排気通路切替バルブの故障判定を行うので、格別の故障判定モードの設定を必要とすることなく、排気通路切替バルブの故障判定を直接かつ適正に、しかも内燃機関が定常運転状態になるまで待つ必要がなく、迅速に行うことができる。また、排気ガスの湿度をパラメータとして、排気通路切替バルブの故障を判定するので、その故障判定を精度良く適正に行うことができる。なお、本明細書において、「排気通路切替バルブの故障」とは、排気通路切替バルブ自体の故障だけでなく、それを駆動する駆動装置などを含む排気通路切替系全体の故障を意味する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１の排気通路切替バルブの故障判定装置において、切替バルブ故障判定手段は、内燃機関の始動時から所定時間（故障判定時間ＴＶＬＶ）経過したときに検出された湿度センサの検出結果に基づいて、排気通路切替バルブの故障を判定することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、内燃機関の始動時（以下、本項において単に「始動時」という）から所定時間経過したときの湿度センサの検出結果に基づいて、排気通路切替バルブの故障判定を行うので、例えばその検出結果と、排気通路切替バルブが正常に作動している場合において所定時間経過後に得られるべき排気ガスの所定の基準湿度とを比較することによって、始動時から所定時間が経過した所定のタイミングで、排気通路切替バルブの故障判定を確実に行うことができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２の排気通路切替バルブの故障判定装置において、大気の状態を検出する大気状態検出手段（ＥＣＵ２５、ステップ２）と、内燃機関の始動時における大気状態検出手段および湿度センサの検出結果に基づいて、切替バルブ故障判定手段による排気通路切替バルブの故障判定を実行すべきか否かを決定する故障判定実行決定手段（ＥＣＵ２５、ステップ５）と、を更に備えていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、内燃機関の始動時の大気状態検出手段および湿度センサの検出結果に基づいて、故障判定実行決定手段により、切替バルブ故障判定手段による排気通路切替バルブの故障判定を実行すべきか否かを決定する。排気ガスの湿度の上昇の度合いは、大気の状態、例えば始動時における大気の飽和絶対湿度と、始動時に湿度センサによって検出された排気ガスの湿度とによって左右されるので、これが原因となって、湿度センサの検出結果に基づく故障判定に誤りを生じるおそれがある。したがって、上記の構成により、排気通路切替バルブの故障についての誤判定を回避することが可能となる。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項の排気通路切替バルブの故障判定装置において、吸着材はゼオライトからなることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、吸着材がゼオライトからなるので、例えばシリカゲルや活性炭などを吸着材として使用する場合に比べて、吸着材が耐熱性に優れかつ劣化し難いので、バイパス排気通路に導かれた排気ガスの湿度が、吸着材の劣化によって過大に上昇することはなく、吸着材による安定した水分の吸着特性が得られることにより、排気通路切替バルブの故障判定をより適正に行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による排気通路切替バルブの故障判定装置を適用した内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１の排気系２は、エンジン１から排出された排気ガスを、浄化しながら外部（大気中）に排出するとともに、その一部をエンジン１に再循環（ＥＧＲ）させるように構成されており、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有している。
【００１８】
この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化触媒として、２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６および炭化水素を吸着するための炭化水素吸着触媒装置７が設けられている。触媒装置６の２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、これらが所定温度（例えば３００℃）以上となることで活性化することにより、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素および窒素化合物）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００１９】
一方、炭化水素吸着触媒装置７は、排気管４の触媒装置６の下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性化していない状態でのエンジン１の始動期間（例えば、始動時から約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着し、これによって、外部に排出される排気ガス中の炭化水素を大幅に低減するためのものである。図１および図２に示すように、炭化水素吸着触媒装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、ほぼ円筒状の外殻を構成するケース１１と、このケース１１の内部に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に充填され、バイパス排気管１２に流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状のＨＣ吸着材１３（吸着材）とを備えている。
【００２０】
図２に示すように、ケース１１は、その上流端部が上下に二股になっており、上側の開口部１１ａが、排気管４のメイン排気通路１４に連通するとともに、ケース１１内における上記バイパス排気管１２の外側の断面環状のスペース（この断面環状のスペースもメイン排気通路に含まれる）と連通する一方、下側の開口部１１ｂが、バイパス排気管１２の内部のスペース（バイパス排気通路１５）と連通している。
【００２１】
バイパス排気管１２は、その上流端部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で接続されている。また、バイパス排気管１２の下流端寄りの位置には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、互いに周方向に等間隔で形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、ケース１１内のメイン排気通路１４およびバイパス排気通路１５の下流端部同士が連通している。
【００２２】
ＨＣ吸着材１３は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成されており、バイパス排気通路１５に流入した排気ガスがＨＣ吸着材１３の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分がゼオライトに吸着する。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）の状態のときに、一旦吸着した炭化水素を脱離する。そして、脱離した炭化水素は、排気通路切替装置８の後述する分岐管部１７ｂ、およびエンジン１の吸気管１ａに両端部がそれぞれ接続されたＥＧＲ管１６を介して、エンジン１に再循環され、エンジン１で燃焼される。なお、上記ゼオライトは炭化水素および水分を吸着可能であれば良く、その種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では、ＵＳＹ（Ｙ型）、Ｇａ−ＭＦＩおよびフェリエライトを混合したものを使用した。
【００２３】
排気通路切替装置８は、上記構成の炭化水素吸着触媒装置７を触媒装置６に連結するとともに、触媒装置６を通過した排気ガスの排気通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、上記メイン排気通路１４とバイパス排気通路１５とに、選択的に切り替えるためのものである。この排気通路切替装置８は、ほぼ円筒状の連結管１７と、この連結管１７内に設けられ、排気通路を切り替えるための切替バルブ１８（排気通路切替バルブ）とを有している。連結管１７は、触媒装置６の下流端部と炭化水素吸着触媒装置７のメイン排気通路１４とを気密状態で連通させるメイン管部１７ａと、このメイン管部１７ａの上流部から分岐し、触媒装置６の下流端部と炭化水素吸着触媒装置７のバイパス排気通路１５とを気密状態で連通させる分岐管部１７ｂとで構成されている。
【００２４】
一方、切替バルブ１８は、円板状のバルブ本体１８ａと、このバルブ本体１８ａを一端部に支持する所定形状のアーム１８ｂとを有している。後述するＥＣＵ２５によって制御される切替バルブ駆動装置１９（図１参照）により、アーム１８ｂが他端部を中心に所定角度、回動駆動されることに伴い、バルブ本体１８ａも回動し、メイン管部１７ａおよび分岐管部１７ｂのいずれか一方を開放し、他方を閉鎖する。したがって、バルブ本体１８ａが、図２に示すように、メイン管部１７ａを開放しかつ分岐管部１７ｂを閉鎖しているときには、触媒装置６を通過した排気ガスがメイン管部１７ａを通って、ケース１１内のメイン排気通路１４に流れる。逆に、バルブ本体１８ａがメイン管部１７ａを閉鎖しかつ分岐管部１７ｂを開放しているときには（図２の２点鎖線参照）、触媒装置６を通過した排気ガスが分岐管部１７ｂを通って、バイパス排気通路１５に流れる。なお、アーム１８ｂの他端部には、図示しないねじりコイルばねが設けられており、このねじりコイルばねによって、バルブ本体１８ａは、常時は、図２に示すように、メイン管部１７ａを開放しかつ分岐管部１７ｂを閉鎖している。
【００２５】
このように構成された排気通路切替装置８では、通常、エンジン１の始動直後、分岐管部１７ｂを閉鎖しているバルブ本体１８ａが回動駆動されることによって、分岐管部１７ｂを開放しかつメイン管部１７ａを閉鎖する。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、分岐管部１７ｂを介して、バイパス排気通路１５に導かれて流れ、炭化水素および水分がＨＣ吸着材１３に吸着され、ＨＣ吸着材１３を通過した排気ガス（吸着後排気ガス）が、更に下流へと流れて外部に排出される。そして、エンジン１の始動からある程度時間が経過し、触媒装置６の三元触媒５、５が活性化すると、メイン管部１７ａを閉鎖していたバルブ本体１８ａが再度回動駆動されることによって、メイン管部１７ａを開放しかつ分岐管部１７ｂを閉鎖する。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、メイン管部１７ａを介して、ケース１１内のメイン排気通路１４に導かれて流れ、バイパス排気管１２の下流端部の連通孔１２ａを介して、バイパス排気管１２内に流入し、更に下流へと流れて外部に排出される。
【００２６】
次に、上記排気通路切替装置８の切替バルブ１８の故障を判定する故障判定装置について説明する。この故障判定装置２１は、炭化水素吸着触媒装置７のケース１１に取り付けられ、ＨＣ吸着材１３を通過した排気ガスである吸着後排気ガスの湿度を検出する湿度センサ２２と、大気圧を検出する大気圧センサ２３と、連結管１７の分岐管部１７ｂに取り付けられ、ＨＣ吸着材１３の温度を検出する温度センサ２４と、これらのセンサ２２、２３、２４の検出結果に基づいて、切替バルブ１８の故障を判定するＥＣＵ２５（切替バルブ故障判定手段、大気状態検出手段、故障判定実行決定手段）と、このＥＣＵ２５が、切替バルブ１８が故障していると判定したときに、その旨を運転者に知らせるための警告ランプ２６などを備えている。
【００２７】
湿度センサ２２は、先端の検出部２２ａがバイパス排気管１２の連通孔１２ａの１つを介して、バイパス排気通路１５に臨むように、ケース１１の下流端部に取り付けられており、吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。また、大気圧センサ２３は、大気圧ＰＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。また、温度センサ２４は、バイパス排気通路１５に流入する排気ガスの温度を検出することで、ＨＣ吸着材１３の温度（ＨＣ吸着材温度）ＴＴＲＳを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。なお、湿度センサ２２の詳細については、本出願人が既に提案した特願２０００−２３０８５号において説明しているので、ここでは省略する。
【００２８】
また、エンジン１の本体には、サーミスタなどで構成された水温センサ３１が取り付けられている。水温センサ３１は、エンジン１のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に送る。また、エンジン１には、クランク角センサ３２が設けられており、エンジン１の図示しないクランクシャフトの回転に伴い、所定のクランク角ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２５に出力する。ＴＤＣ信号は、例えばクランクシャフトが１８０度回転するごとに、１パルスがＥＣＵ２５に出力される。
【００２９】
ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述した湿度センサ２２および大気圧センサ２３などの各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、各種センサからの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン１の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、切替バルブ１８の故障の判定を行う。そして、ＥＣＵ２５は、切替バルブ１８が故障していると判定したときには、警告ランプ２６に制御信号を出力し、これにより、警告ランプ２６が点灯することで、切替バルブ１８の故障を運転者に報知する。
【００３０】
次に、図３〜図５のフローチャートを参照しながら、故障判定装置２１による切替バルブ１８の故障判定処理について、具体的に説明する。図３は、故障判定処理を実行すべきか否かの決定処理を示すフローチャートである。この実行決定処理は、エンジン１の始動時に１回のみ実行されるものであり、この処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示する。以下同じ）において、エンジン１のエンジン水温ＴＷが所定の温度範囲内、すなわち下限温度ＴＷＶＬＶＬ（例えば０℃）以上で、かつ、上限温度ＴＷＶＬＶＨ（例えば３５℃）以下であるか否かを判別する。このステップ１は、エンジン１が通常の始動であるか否かを判別するものである。すなわち、エンジン水温ＴＷが下限温度ＴＷＶＬＶＬよりも低いときには、湿度センサ２２によっては、その感度が低いことで、吸着後排気ガスの適正な湿度を検出できないことがあるので、これを排除する必要がある。逆に、エンジン水温ＴＷが上限温度ＴＷＶＬＶＨよりも高いときには、エンジン１がホットリスタートされた可能性があることから、これを排除する必要があるためである。
【００３１】
したがって、ステップ１の判別結果がＮｏ、すなわちエンジン水温ＴＷが下限温度ＴＷＶＬＶＬよりも低いか、あるいは上限温度ＴＷＶＬＶＨよりも高いときには、切替バルブ１８の故障判定を実行すべきでないとして、故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶを「０」にセットする（ステップ８）とともに、アップカウントタイマのタイマ値ＴＭＶＬＶをリセットして（ステップ９）、本プログラムを終了する。
【００３２】
一方、ステップ１の判別結果がＹｅｓ、すなわちエンジン水温ＴＷが下限温度ＴＷＶＬＶＬ以上で、かつ、上限温度ＴＷＶＬＶＨ以下のときには、飽和絶対湿度ＤＳの演算処理を実行する（ステップ２）。この演算処理ではまず、図４に示すように、エンジン１の始動時におけるＨＣ吸着材温度ＴＴＲＳおよび大気圧ＰＡに従って、所定の飽和水蒸気圧ＥＳマップ（図示せず）を検索することによって、飽和水蒸気圧ＥＳを算出する（ステップ１１）。
【００３３】
なお、本実施形態では、ＨＣ吸着材温度ＴＴＲＳを、連結管１７の分岐管部１７ｂに取り付けた温度センサ２４で検出しているが、ＨＣ吸着材温度ＴＴＲＳとして、排気管４に取り付けられる温度センサで検出される排気温や、エンジン１に通常設けられる既存の吸気温センサで検出される吸気温を代用してもよい。また、大気圧ＰＡについては、エンジン１に通常設けられる既存の吸気圧センサで検出される、エンジン始動前の吸気管内絶対圧で代用してもよい。
【００３４】
次に、上記ステップ１１で算出した飽和水蒸気圧ＥＳ、およびＨＣ吸着材温度ＴＴＲＳを用いて、下記数式１により、飽和絶対湿度ＤＳを算出する（ステップ１２）。なお、数式１におけるＰ０は、所定の標準気圧（例えば７６０ｍｍＨｇ）である。
【００３５】
【数１】

【００３６】
上記数式１によって飽和絶対湿度ＤＳを算出した後、図３のステップ３において、エンジン１の始動時に湿度センサ２２によって検出された吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄを、絶対湿度初期値ＤＩＮＩとして設定する。そして、この絶対湿度初期値ＤＩＮＩに応じて、故障判定用の湿度加算値ＤＤＪＵＤを算出する（ステップ４）。この算出は、ＲＯＭに記憶された図６（ａ）に示すようなテーブル（湿度加算値テーブル）を検索することによって行われる。この湿度加算値テーブルでは、湿度加算値ＤＤＪＵＤは、絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、より小さな値となるようにほぼリニアに設定されている。
【００３７】
次いで、上記ステップ２で算出した飽和絶対湿度ＤＳが、絶対湿度初期値ＤＩＮＩと故障判定用の湿度加算値ＤＤＪＵＤの和以下であるか否かを判別する（ステップ５）。このステップ５の判別は以下の理由によるものである。すなわち、後述するように、切替バルブ１８の故障判定については、エンジン１の始動後、後述する故障判定時間ＴＶＬＶが経過したときに、吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄが、絶対湿度初期値ＤＩＮＩと湿度加算値ＤＤＪＵＤの和で表されるしきい値以下であるときに、切替バルブ１８が故障していると判定する。したがって、上記しきい値が飽和絶対湿度ＤＳ以上であると（ステップ５：Ｙｅｓ）、図７に示すように、故障判定時間ＴＶＬＶが経過するまでに、吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄが飽和絶対湿度ＤＳに達してしまうことがある（図７の時刻ｔ０）。この場合、時刻ｔ０以降の吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄは、図７に破線で示す本来の推移と異なり、飽和絶対湿度ＤＳの推移と一致した状態で推移する。この場合には、湿度センサ２２が飽和絶対湿度ＤＳの値を示すので、切替バルブ１８が故障していないにもかかわらず、切替バルブ１８が故障していると誤って判定してしまうことがある。したがって、ステップ５の判別により、上記のような場合における切替バルブ１８の故障についての誤判定を回避し、判定精度を高めることができる。
【００３８】
また、絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄの上昇速度が遅い傾向にあるため（図８参照）、切替バルブ１８の故障判定を適正に行うべく、上述したように、図６（ａ）の湿度加算値テーブルでは、絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、湿度加算値ＤＤＪＵＤがより小さな値となるように設定されている。
【００３９】
したがって、ステップ５の判別結果がＹｅｓ、すなわち飽和絶対湿度ＤＳが、上記しきい値（絶対湿度初期値ＤＩＮＩ＋湿度加算値ＤＤＪＵＤ）以下のときには、上記のような切替バルブ１８の故障の誤判定を回避するために、故障判定を実行すべきでないとして、故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶを「０」にセットする（ステップ８）とともに、アップカウントタイマのタイマ値ＴＭＶＬＶをリセットして（ステップ９）、本プログラムを終了する。一方、ステップ５の判別結果がＮｏ、すなわち飽和絶対湿度ＤＳが、上記しきい値よりも大きいときには、切替バルブ１８の故障判定を実行すべきとして、故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶを「１」にセットする（ステップ６）とともに、故障判定時間ＴＶＬＶを算出し（ステップ７）、アップカウントタイマのタイマ値ＴＭＶＬＶをリセットした後、スタートさせて（ステップ９）、本プログラムを終了する。
【００４０】
上記ステップ７での故障判定時間ＴＶＬＶの算出は、絶対湿度初期値ＤＩＮＩに応じ、図６（ｂ）に示すようなテーブル（故障判定時間テーブル）を検索することによって行われる。絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、吸着後排気ガス中の水分（水蒸気）が早期に飽和状態に達しやすいため、上述したような切替バルブ１８の故障の誤判定を生じることがあるので、この故障判定時間テーブルでは、故障判定時間ＴＶＬＶは、絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、緩やかなカーブを描きながらより小さな値となるように設定されている。
【００４１】
次に、図５を参照しながら、切替バルブ１８の故障判定処理について説明する。本処理は、クランク角センサからのＴＤＣ信号がＥＣＵ２５に入力されるのに同期して実行される。この処理ではまず、ステップ２１において、上述した図３の実行決定処理でセットされた故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮｏ、すなわち故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶが「０」のときには、切替バルブ１８の故障判定を実行すべきでないとして、そのまま本プログラムを終了する。一方、ステップ２１の判別結果がＹｅｓ、すなわち故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶが「１」であるときには、バイパス排気通路１５を閉鎖している切替バルブ１８を開放させることで排気通路をバイパス排気通路１５に切り替えるための制御信号ＢＰＶＬＶが、ＥＣＵ２５から出力されているか否か（ステップ２２）を判別するとともに、ＥＧＲが実行されているか否か（ステップ２３）を判別する。
【００４２】
ステップ２２の判別結果がＮｏ、すなわち切替バルブ１８の制御信号ＢＰＶＬＶが出力されていないときには、バイパス排気通路１５が切替バルブ１８により閉鎖され、排気ガスがバイパス排気通路１５に流れない。本実施形態の故障判定装置２１は、切替バルブ１８によって排気通路がバイパス排気通路１５に切り替えられている状態のときに検出された湿度センサ２２の検出結果に基づいて、切替バルブ１８の故障判定を行うことを前提としているので、この場合には、そのまま本プログラムを終了し、切替バルブ１８の故障判定は行わない。また、ステップ２３の判別結果がＹｅｓ、すなわちＥＧＲが実行されているときには、ＨＣ吸着材１３に吸着された水分が炭化水素とともにＨＣ吸着材１３から脱離し、ＥＧＲ管１６を介してエンジン１に再循環している状態にあるため、吸着後排気ガスの湿度が安定せず、故障判定の条件が成立していないとして、そのまま本プログラムを終了する。逆に、ステップ２２の判別結果がＹｅｓであり、かつ、ステップ２３の判別結果がＮｏであるときには、切替バルブ１８の故障判定を行える条件が、最終的に成立しているとして、続くステップ２４に進み、湿度センサ２２によって検出された吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄを取り込む。
【００４３】
次いで、ステップ２５において、上記実行決定処理のステップ９でスタートしたアップカウントタイマのタイマ値ＴＭＶＬＶが、上記実行決定処理のステップ７で算出された故障判定時間ＴＶＬＶ以上、すなわち、エンジン１の始動後、故障判定時間ＴＶＬＶが経過したか否かを判別する。この判別結果がＮｏのときには、そのまま本プログラムを終了する。一方、ステップ２５の判別結果がＹｅｓ、すなわちエンジン１の始動後、故障判定時間ＴＶＬＶが経過したときには、上記ステップ２４で取り込んだ吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄが、絶対湿度初期値ＤＩＮＩと湿度加算値ＤＤＪＵＤの和（しきい値）以下であるか否かを判別する（ステップ２６）。この判別結果がＹｅｓ、すなわち絶対湿度Ｄが、しきい値以下であるときには、切替バルブ１８が故障しているとして、故障フラグｆ＿ＤＶＬＶを「１」にセットするとともに、切替バルブ１８の故障を運転者に知らせるために、警告ランプ２６を点灯し（ステップ２８）、切替バルブ１８の故障判定が終了したとして、故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶを「０」にセットし（ステップ２９）、本プログラムを終了する。
【００４４】
つまり、ステップ２６の判別は、本来、切替バルブ１８が正常に作動することで、排気ガスがバイパス排気通路１５に十分に流れていれば、エンジン１の始動後、故障判定時間ＴＶＬＶの経過時には、絶対湿度Ｄがしきい値を上回るはずなのに、そうではないことから、排気ガスがバイパス排気通路１５に全く流れていないか、あるいはその流れが不十分であるとして、切替バルブ１８が故障していると判別するものである。逆に、ステップ２６の判別結果がＮｏ、すなわち絶対湿度Ｄが、しきい値を上回っているときには、排気ガスがバイパス排気通路１５に十分に流れていて、切替バルブ１８が正常に作動しているとして、故障フラグｆ＿ＤＶＬＶを「０」にセットするとともに（ステップ３０）、故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶを「０」にセットして（ステップ２９）、本プログラムを終了する。
【００４５】
なお、切替バルブ１８の故障判定後、上記ステップ２９で故障判定実行フラグｆ＿ＭＣＮＤＶＬＶが「０」にセットされる結果、それ以降は上記ステップ２１の判別結果がＮｏとなり、本プログラムがそのまま終了される。したがって、切替バルブ１８の故障判定は、エンジン１の運転中、１回のみ行われる。
【００４６】
図８は、絶対湿度初期値ＤＩＮＩが低い場合（▲１▼例えば晴天時）およびそれが高い場合（▲２▼例えば雨天時）におけるエンジン１の始動時からの湿度センサ２２の検出結果の推移を、しきい値ラインとして示している。同図に示すように、▲１▼晴天時および▲２▼雨天時ではいずれも、絶対湿度Ｄが次のように推移する。すなわち、絶対湿度Ｄは、エンジン１が始動しある時間が経過した後、漸増し始め、上昇速度が大きくなり、その後（時刻ｔ３経過後）、一定の値（飽和絶対湿度）に収束するように推移する。これは、エンジン１の始動直後、切替バルブ１８が作動し、排気ガスがバイパス排気通路１５に導かれると、ＨＣ吸着材１３による排気ガス中の炭化水素および水分の吸着の進行に伴い、ＨＣ吸着材１３の吸着可能量が漸減し、これによって逆に、吸着後排気ガス中の水分が漸増するからである。
【００４７】
まず、▲１▼晴天時における吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄの推移について説明する。同図に示すように、切替バルブ１８が故障しているときには、エンジン１が始動してから、時刻ｔ２、すなわち故障判定時間ＴＶＬＶが経過しても、絶対湿度Ｄがしきい値Ｄ１以下となるので（検出される絶対湿度Ｄが▲１▼のしきい値ラインよりも下側の領域内で推移する）、これにより、切替バルブ１８が故障していると判定することができる。一方、切替バルブ１８が故障していないときには、検出される絶対湿度Ｄが▲１▼のしきい値ラインの上側の領域内で推移し、エンジン１の始動後、故障判定時間ＴＶＬＶ（時刻ｔ２）が経過したときには、絶対湿度Ｄがしきい値Ｄ１を上回るので、切替バルブ１８が正常であると判定することができる。同様に、▲２▼雨天時においても、同図に示すように、切替バルブ１８が故障しているときには、故障判定時間ＴＶＬＶ（時刻ｔ１）が経過しても、絶対湿度Ｄがしきい値Ｄ２以下となるので（検出される絶対湿度Ｄが▲２▼のしきい値ラインよりも下側の領域内で推移する）、切替バルブ１８が故障していると判定することができる。一方、切替バルブ１８が故障していないときには、検出される絶対湿度Ｄが▲２▼のしきい値ラインの上側の領域内で推移し、故障判定時間ＴＶＬＶ（時刻ｔ１）が経過したときには、絶対湿度Ｄがしきい値Ｄ２を上回るので、切替バルブ１８が正常であると判定することができる。
【００４８】
またこれらの場合、吸着後排気ガスの絶対湿度初期値ＤＩＮＩが大きいほど、湿度加算値ＤＤＪＵＤが小さく設定されるので（図６（ａ）参照）、晴天時に加えて雨天時にも、切替バルブ１８の故障を適正に判定することができる。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態の故障判定装置２１によれば、エンジン１の始動後における吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄを検出し、その検出結果をしきい値（絶対湿度初期値ＤＩＮＩ＋湿度加算値ＤＤＪＵＤ）と比較することによって、切替バルブ１８の故障を判定することができる。しかも、エンジン１の始動時から所定の故障判定時間ＴＶＬＶが経過したときに検出した絶対湿度Ｄに基づいて、切替バルブ１８の故障判定を行うので、始動時から故障判定時間ＴＶＬＶが経過した所定のタイミングで、その故障判定を確実に行うことができる。また、従来と異なり、切替バルブ１８を作動すべき条件の下に、それが作動するのを利用して切替バルブ１８の故障判定を行うので、格別の故障判定モードの設定を必要とすることなく、切替バルブ１８の故障判定を直接かつ適正に、しかもエンジン１が定常運転状態になるまで待つ必要がなく、迅速に行うことができる。さらに、排気ガスの湿度をパラメータとして、切替バルブ１８の故障を判定するので、その故障判定を精度良く適正に行うことができる。
【００５０】
また、本実施形態では、エンジン１の始動時から所定の故障判定時間ＴＶＬＶが経過したときの吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄを、しきい値と比較することで、切替バルブ１８の故障を判定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これ以外の湿度センサ２２の検出結果に基づいて、切替バルブ１８の故障を判定してもよい。具体的には例えば、吸着後排気ガスの湿度の単位時間当たりの変化量や、予め設定した一定の湿度に対し、エンジン１の始動後、その湿度に達するまでの時間などを利用して、切替バルブ１８の故障を判定するようにしてもよい。
【００５１】
なお、実施形態で示した切替バルブ１８や故障判定装置２１の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気通路切替バルブの故障判定装置は、内燃機関の始動直後などの本来作動すべき条件の下において、格別の故障判定モードの設定を必要とすることなく、排気通路切替バルブの故障を直接、迅速かつ適正に判定することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による切替バルブの故障判定装置を適用した内燃機関を示す構成図である。
【図２】炭化水素吸着触媒装置を拡大して示す断面図である。
【図３】故障判定装置による切替バルブの故障判定を実行すべきか否かの決定処理を示すフローチャートである。
【図４】飽和絶対湿度ＤＳの演算処理を示すフローチャートである。
【図５】故障判定装置による切替バルブの故障判定処理を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は絶対湿度初期値ＤＩＮＩと湿度加算値ＤＤＪＵＤとの関係を示すテーブルであり、（ｂ）は絶対湿度初期値ＤＩＮＩと故障判定時間ＴＶＬＶとの関係を示すテーブルである。
【図７】故障判定時間ＴＶＬＶが経過する前に、吸着後排気ガスの絶対湿度Ｄが飽和絶対湿度ＤＳに達するとき推移の一例を示すタイムチャートである。
【図８】絶対湿度初期値ＤＩＮＩが低い場合および高い場合のそれぞれにおいて、エンジンの始動時からの湿度センサの検出結果の推移を、しきい値ラインとして示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関）
４ 排気管
５ 三元触媒
１３ ＨＣ吸着材（吸着材）
１４ メイン排気通路
１５ バイパス排気通路
１８ 切替バルブ（排気通路切替バルブ）
２１ 故障判定装置
２２ 湿度センサ
２５ ＥＣＵ（切替バルブ故障判定手段、大気状態検出手段、故障判定実行決定手段）
ＤＳ 飽和絶対湿度
ＥＳ 飽和水蒸気圧
ＴＭＶＬＶ タイマ値
Ｄ 絶対湿度
ＴＶＬＶ 故障判定時間

Claims (4)

1. 内燃機関から排出された排気ガスの排気通路を、三元触媒を有するメイン排気通路と、排気ガス中の炭化水素および水分を吸着可能な吸着材を途中に充填したバイパス排気通路とに、前記三元触媒の活性状態に応じて切り替える排気通路切替バルブの故障を判定する排気通路切替バルブの故障判定装置であって、
   前記バイパス排気通路の前記吸着材の下流側に設けられ、当該バイパス排気通路に導かれた前記排気ガスの湿度を検出する湿度センサと、
   前記排気通路が前記排気通路切替バルブにより前記バイパス排気通路に切り替えられているべき状態のときに検出された前記湿度センサの検出結果に基づいて、前記排気通路切替バルブの故障を判定する切替バルブ故障判定手段と、
   を備えていることを特徴とする排気通路切替バルブの故障判定装置。
2. 前記切替バルブ故障判定手段は、前記内燃機関の始動時から所定時間経過したときに検出された前記湿度センサの検出結果に基づいて、前記排気通路切替バルブの故障を判定することを特徴とする請求項１に記載の排気通路切替バルブの故障判定装置。
3. 大気の状態を検出する大気状態検出手段と、
   前記内燃機関の始動時における前記大気状態検出手段および前記湿度センサの検出結果に基づいて、前記切替バルブ故障判定手段による前記排気通路切替バルブの故障判定を実行すべきか否かを決定する故障判定実行決定手段と、
   を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気通路切替バルブの故障判定装置。
4. 前記吸着材はゼオライトからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気通路切替バルブの故障判定装置。

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