CN103620201B - 排气传感器的劣化诊断装置及劣化诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明是进行下游侧排气传感器（11）的劣化诊断的装置。如果诊断条件（S1）成立，则对吸入空气量（QM）进行累积而作为吸入空气量累积值（QMtotal），求出吸入空气量平均值(QMav）而作为从诊断开始起的吸入空气量（QM）的平均，基于该吸入空气量平均值（QMav）设定吸入空气量累积阈值（WKSTRG）（S3）。如果吸入空气量累积值（QMtotal）达到吸入空气量累积阈值WKSTRG），则结束诊断（S4），将诊断期间中的下游侧排气传感器（11）的输出反转次数N与阈值（Nmin）进行比较（S5），判断是正常还是劣化（S6、S7）。通过利用吸入空气量平均值（QMav）而设定吸入空气量累积阈值（WKSTRG），从而排除由通过催化剂装置（7）或下游侧排气传感器（11）的排气的流速导致的影响。

Description

排气传感器的劣化诊断装置及劣化诊断方法

技术领域

本发明涉及对为了检测排气成分而设置在内燃机的排气通路中的排气传感器、特别是设置在催化剂装置的下游侧的下游侧排气传感器的劣化进行诊断的劣化诊断装置及劣化诊断方法。

背景技术

公知一种空燃比控制装置，其为了对内燃机的空燃比进行反馈控制而在内燃机的排气通路中具有排气传感器（所谓的宽域型空燃比传感器或氧传感器），而且公知下述结构，即，为了提高空燃比控制的精度，在催化剂装置的下游侧还具有排气传感器。

这种排气传感器，由于经时劣化或热劣化而有可能导致响应性恶化，因此当前提出有各种劣化诊断装置，在专利文献1中公开了基于输出信号的反转周期进行劣化诊断的技术。特别是，该反转周期受内燃机的负载即吸入空气量的影响，因此，在规定的诊断期间内累积的吸入空气量越大，将劣化判定阈值设为越小的值，在检测出的反转周期大于该劣化判定阈值时，判断为排气传感器劣化。

上述现有技术中的劣化诊断装置，基本上基于下述认识：排气传感器的输出反转需要一定量的排气（累积值）流经排气传感器，因此，如果吸入空气量（每单位时间的流量）较大，则与其相对应地在较短时间内达到上述累积值，从而将相对于反转周期的劣化判定阈值设为较小的值。此外，专利文献1的技术将催化剂的上游侧的排气传感器作为对象。

然而，对于配置在催化剂装置的下游侧的下游侧排气传感器的诊断，排气传感器附近的排气成分的变化受催化剂装置的储氧能力的影响，并且，因流过催化剂装置的排气的流速，会左右排气传感器的输出反转所需的排气量（累积值）。即，根据本发明的发明人的新的见解，在下游侧排气传感器的情况下，如果通过催化剂装置以及下游的排气传感器的排气的流速高，则需要更多量的排气（累积值）才能使排气传感器的输出反转。换言之，如果吸入空气量（每单位时间的流量）较大，则通过催化剂装置以及下游的排气传感器的排气的流速增高，1次输出反转所需的排气量（累积值）或吸入空气量（累积值）也较大。

在上述现有技术中的劣化诊断装置中，没有考虑上述流速的影响，不能进行适当的下游侧排气传感器的诊断。

专利文献1：日本特开平11-166438号公报

发明内容

本发明是一种排气传感器的劣化诊断装置，其对在内燃机的排气通路中配置于催化剂装置的下游侧的排气传感器的劣化进行诊断，该排气传感器的劣化诊断装置具有：阈值设定单元，其对应于内燃机的吸入空气量，以该吸入空气量越大则吸入空气量累积阈值也越大的特性，设定吸入空气量累积阈值；诊断期间设定单元，其从诊断开始时刻起对吸入空气量进行累积，在该累积值达到上述吸入空气量累积阈值时，结束诊断期间；以及劣化判定单元，其基于在该诊断期间内的上述排气传感器的输出反转次数，对上述排气传感器的劣化进行判定。

本发明基本上是基于下述认识的发明，即，在排气传感器没有劣化的情况下，排气传感器的输出反转需要规定量的吸入空气量的累积值（即，通过了催化剂装置以及下游的排气传感器的总排气量）。因此，作为直至吸入空气量的累积值达到规定的吸入空气量累积阈值为止的诊断期间内的排气传感器的输出反转次数，如果排气传感器没有劣化，则能够得到规定次数的反转，但随着排气传感器劣化，其反转次数减少，由此判定为劣化。

在此，在本发明中，上述吸入空气量累积阈值对应于吸入空气量（每单位时间的流量）而设定，吸入空气量越大即排气流速越高，吸入空气量累积阈值设定为越大。由此，抵消上述的排气流速的影响，能够进行更适当的诊断。

根据本发明涉及的排气传感器的劣化诊断装置，能够排除通过催化剂装置以及下游的排气传感器的排气的流速的影响，更高精度地进行劣化诊断。

附图说明

图1是使用本发明涉及的劣化诊断装置的内燃机的结构说明图。

图2是表示劣化诊断的处理流程的流程图。

图3是表示相对于吸入空气量平均值QMav的吸入空气量累积阈值WKSTRG的特性的特性图。

图4是表示劣化诊断的一个例子的时序图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明的一个实施例。

图1示出使用本发明涉及的劣化诊断装置的内燃机的进气系统及排气系统的结构，在将汽油作为燃料的火花点火内燃机即内燃机1的进气通路2中，配置有节气门阀3，并且，在其上游侧配置有将吸入空气量例如作为质量流量而测量的空气流量计4。另外，针对每个气缸，设置向进气口喷射燃料的燃料喷射阀5。

另一方面，在向车辆后端延伸的排气通路6中，在相当于排气歧管集合部的较上游侧的位置安装第1催化剂装置7，并且，在与其相比位于下游的相当于车辆地板下的位置安装第2催化剂装置8，而且经由下游的消音器9，排气通路6前端向外部开放。上述第1催化剂装置7及上述第2催化剂装置8均由三元催化剂构成。而且，为了进行空燃比反馈控制，在第1催化剂装置7的上游侧设置上游侧排气传感器10，在下游侧设置下游侧排气传感器11。这些排气传感器10、11可以是能够连续地检测空燃比的所谓的宽域型空燃比传感器，也可以是能够ON/OFF地获得表示浓、稀的输出的氧传感器（O2传感器），在本实施例中，上游侧排气传感器10由宽域型空燃比传感器构成，下游侧排气传感器11由氧传感器构成。

上游侧排气传感器10及下游侧排气传感器11的检测信号与未图示的其他传感器类的信号一起，输入至发动机控制单元12，如公知所示，以使燃料喷射阀5的燃料喷射量追随目标空燃比（例如理论空燃比）的方式，进行反馈控制。即，基于上游侧排气传感器10的检测空燃比，计算空燃比校正系数，通过在基本燃料喷射量上乘以该该空燃比校正系数，对燃料喷射量进行校正。下游侧排气传感器11的检测信号用于对上述空燃比校正系数进一步进行校正。另外，上述下游侧排气传感器11会因经时劣化或热劣化而使输出变化的响应性降低，与此相伴，空燃比控制的精度下降，因此，上述发动机控制单元12进行下游侧排气传感器11的劣化的诊断。此外，发动机控制单元12同时还进行上游侧排气传感器10的劣化诊断，但该部分不是本发明的对象，因此省略其说明。

图2是示出由上述发动机控制单元12执行的下游侧排气传感器11的劣化诊断的处理流程的流程图。

在该流程图中示出的程序，每隔规定的时间间隔（例如每10ms）反复执行，在步骤1中，判定能够进劣化诊断的诊断条件是否成立。作为该诊断条件，例如有以下3个：车速大于或等于规定值（例如70km/h）；负载变动处于规定范围内；满足以上2个条件的状态持续大于或等于规定时间。在该诊断条件不成立的情况（或在诊断的中途该诊断条件不成立的情况）下，进入步骤2，将后述参数即吸入空气量累积值QMtotal、吸入空气量平均值QMav和下游侧排气传感器11的输出反转次数N分别初始化，结束程序。

在步骤1中如果诊断条件成立，则进入步骤3，进行在诊断中使用的多个参数的运算。1个是对由空气流量计4检测的吸入空气量QM（每单位时间的流量）进行累积，逐次计算从诊断开始起的空气量的总量即吸入空气量累积值QMtotal。另外，例如通过加权平均处理计算由空气流量计4检测的吸入空气量QM（每单位时间的流量）的平均值即吸入空气量平均值QMav。而且，基于该吸入空气量平均值QMav，例如利用规定的表格，计算吸入空气量累积阈值WKSTRG。即，在每次执行图2的程序时，求出吸入空气量平均值QMav，与此对应地设置吸入空气量累积阈值WKSTRG。此外，该吸入空气量平均值QMav表示从诊断条件成立后、即诊断开始时刻起的吸入空气量QM的平均。

另外，在步骤3中，还计算从开始诊断起的下游侧排气传感器11的输出反转次数N。该计算例如通过下述方式进行，即，对下游侧排气传感器11的输出的增加·减少的方向进行监视，在从增加转为减少时、或从减少转为增加时，在N上增加1。

然后，从步骤3进入步骤4，将至今为止的吸入空气量累积值QMtotal与该时刻的吸入空气量累积阈值WKSTRG进行比较，判定吸入空气量累积值QMtotal是否大于或等于吸入空气量累积阈值WKSTRG。如果没有达到吸入空气量累积阈值WKSTRG，则结束程序。因此，在步骤1的诊断条件成立的状态持续的期间，反复步骤3、4的处理，直至吸入空气量累积值QMtotal达到与逐次求出的吸入空气量平均值QMav对应的吸入空气量累积阈值WKSTRG为止，持续进行输出反转次数N的测量。

如果吸入空气量累积值QMtotal大于或等于吸入空气量累积阈值WKSTRG，则从步骤4进入步骤5，将至今为止的输出反转次数N与反转次数阈值Nmin进行比较。如果输出反转次数N大于或等于反转次数阈值Nmin，则进入步骤6，判定为下游侧排气传感器11正常。如果输出反转次数N小于反转次数阈值Nmin，则进入步骤7，判定为下游侧排气传感器11的劣化等的故障状态。当然，也可以不是以1次的诊断最终判定为故障，而是以多次的诊断最终确定为故障。

图3表示相对于吸入空气量平均值QMav而设定的吸入空气量累积阈值WKSTRG的特性。如图中实线所示，吸入空气量平均值QMav越大，吸入空气量累积阈值WKSTRG设为越大的值。这基于本发明人的下述新的见解：如前所述，如果内燃机的吸入空气量（每单位时间的流量）大，则通过催化剂装置及下游的排气传感器的排气的流速高，1次输出反转所需的排气量累积值及吸入空气量累积值大，图示的特性的斜率（即相对于吸入空气量平均值QMav的增加而吸入空气量累积阈值WKSTRG的增加比例），设定为抵消上述的由流速增加引起的影响的程度。在这里，根据本领域技术人员的以前的认识，如以虚线示出的对比例所示，与吸入空气量平均值QMav的大小无关地，将吸入空气量累积阈值WKSTRG设为恒定值。此外，在图3的例子中，成为相对于吸入空气量平均值QMav的增加，吸入空气量累积阈值WKSTRG以线性、即连续地变化的形式，但也能够设为相对于吸入空气量平均值QMav的增加，使吸入空气量累积阈值WKSTRG以阶梯状变化。

图4是示出劣化诊断的一个例子的时序图，分别示出车速VSP、吸入空气量QM、空燃比反馈控制用的空燃比校正系数α、吸入空气量平均值QMav、吸入空气量累积阈值WKSTRG和吸入空气量累积值QMtotal。此外，相互比较的吸入空气量累积阈值WKSTRG和吸入空气量累积值QMtotal在同一栏上叠加图示。

在这里，在图4的例子中，在进行下游侧排气传感器11的劣化诊断时，从通常时的基于上游侧排气传感器10的检测空燃比的空燃比反馈控制，切换至基于下游侧排气传感器11的检测空燃比的空燃比反馈控制。在该基于下游侧排气传感器11的检测空燃比的空燃比反馈控制中，空燃比校正系数α的反转周期，受第1催化剂装置7中的催化剂的储氧能力的影响，因此，该周期与进行通常时的基于上游侧排气传感器10的检测空燃比的空燃比反馈控制时的反转周期相比，相对较长。

在该图4的例子中，在车速大于或等于规定值的时刻t1，诊断条件成立，作为吸入空气量累积值QMtotal而开始吸入空气量QM的累积。该吸入空气量累积值QMtotal随着时间经过而逐渐增加。另一方面，如上所述，在每次执行程序时都计算吸入空气量平均值QMav，与此对应地设定吸入空气量累积阈值WKSTRG。此外，在图4中，为了说明而放大图示运算执行间隔。而且，在该例子中，在时刻t2，吸入空气量累积值QMtotal达到吸入空气量累积阈值WKSTRG，从而诊断期间结束。在图4中，未图示下游侧排气传感器11的输出，但如果下游侧排气传感器11没有劣化，则以大致追随空燃比校正系数α的变换的方式反转，因此，对在从时刻t1至时刻t2为止的诊断期间内的输出反转次数N进行测量，将该测量结果与反转次数阈值Nmin进行比较，从而进行劣化的诊断。

此外，作为空燃比校正系数α，可以在满足一定的条件的情况（例如在催化剂不发挥储氧能力的条件等）下，直接使用通常的通过基于上游侧排气传感器10的检测空燃比的空燃比反馈控制而产生周期性的增减变化的空燃比校正系数α，进行劣化诊断，或者，也可以暂时取消基于上游侧排气传感器10的检测空燃比的空燃比反馈控制，为了进行诊断而强制性地使空燃比校正系数α以规定的周期增减变化。

另外，作为反转次数阈值Nmin，可以是固定值，或者，也可以是与内燃机运行条件或此时的空燃比校正系数α的反转周期等对应而适当地设定的值。

如上所述，在上述实施例中，其结果，对应于从诊断开始时刻t1至诊断结束时刻t2为止的期间的平均吸入空气量即吸入空气量平均值QMav，该吸入空气量平均值QMav越大，至诊断结束为止的吸入空气量累积值QMtotal越大。因此，能够抵消在吸入空气量QM（每单位时间的流量）较大而通过第1催化剂装置7或下游侧排气传感器11的排气的流速较高的情况下，对下游侧排气传感器11的输出反转的影响，与此相对应地提高劣化诊断的精度。特别地，通过逐次计算从诊断开始时刻t1起的吸入空气量平均值QMav，与此对应地逐次设定吸入空气量累积阈值WKSTRG，从而能够准确地掌握容易在短时间内变化的吸入空气量QM的影响，并将其直接反映至诊断中。从而，不会导致例如诊断所需的时间变得过长而诊断的频次下降这样的不良情况。

Claims (4)

1.一种排气传感器的劣化诊断装置，其对在内燃机的排气通路中配置于催化剂装置的下游侧的排气传感器的劣化进行诊断，

该排气传感器的劣化诊断装置具有：

诊断期间设定单元，其从诊断开始时刻起对内燃机的吸入空气量进行累积，在该累积值达到吸入空气量累积阈值时，结束诊断期间，其中，该吸入空气量表示每单位时间的流量；

劣化判定单元，其基于在该诊断期间内的上述排气传感器的输出反转次数，对上述排气传感器的劣化进行判定；以及

阈值设定单元，其对应于所述吸入空气量，以该吸入空气量越大则吸入空气量累积阈值也越大的特性，设定吸入空气量累积阈值。

2.根据权利要求1所述的排气传感器的劣化诊断装置，其中，

上述阈值设定单元，每隔规定的时间间隔，求出从诊断开始时刻起的上述吸入空气量的平均值，基于该平均吸入空气量，逐次设定吸入空气量累积阈值。

3.一种排气传感器的劣化诊断方法，其对在内燃机的排气通路中配置于催化剂装置的下游侧的排气传感器的劣化进行诊断，

该排气传感器的劣化诊断方法，

对应于内燃机的吸入空气量，以该吸入空气量越大则吸入空气量累积阈值也越大的特性，设定吸入空气量累积阈值，其中，该吸入空气量表示每单位时间的流量；

从诊断开始时刻起对吸入空气量进行累积，在该累积值达到上述吸入空气量累积阈值时，结束诊断期间；以及

基于在该诊断期间内的上述排气传感器的输出反转次数，对上述排气传感器的劣化进行判定。

4.根据权利要求3所述的排气传感器的劣化诊断方法，其中，

上述吸入空气量累积阈值的设定，是每隔规定的时间间隔，求出从诊断开始时刻起的上述吸入空气量的平均值，基于该平均吸入空气量，逐次设定吸入空气量累积阈值。