JP2004019542A - Abnormality detector of oxygen sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine abnormality of an oxygen sensor on the downstream side of a catalyst constantly in a shortest time irrespective of an operational condition of an internal combustion engine. <P>SOLUTION: An air-fuel ratio sensor and an oxygen sensor are disposed on the upstream side and the downstream side of a catalyst, respectively. While the oxygen sensor generates a rich output (Step 108) and the air-fuel ratio sensor generates a lean output (Step 110), the amount of oxygen flowing into the catalyst is integrated to obtain the oxygen occlusion capacity Cmax of the catalyst (Step 114). When the calculated with reference to occlusion capacity Cmax exceeds the maximum oxygen occlusion α of the catalyst (Step 116), abnormality of the oxygen sensor is determined (Step 118). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサの異常検出装置に係り、特に、排気ガスを浄化する触媒の下流に配置された酸素センサの異常を検出する異常検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば特開平6−273371号公報に開示されるように、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の下流に酸素センサを備えたシステムが知られている。このシステムは、酸素センサがリーン出力を発している場合に、内燃機関に供給する混合気の空燃比をリッチにし、その後、所定時間が経過するまでに酸素センサの出力がリッチ出力に反転しない場合にセンサの異常を判定する機能を有している。
【0003】
混合気の空燃比がリッチとされると、触媒には、HCやCOなどの未燃成分を含む排気ガス、すなわち、酸素の不足した排気ガスが流入する。触媒内に酸素が吸蔵されている場合は、その酸素が放出されることにより、触媒内部でHCやCOが酸化される。その結果、触媒の下流には、HCやCOを含まない清浄な排気ガスが流出する。
【0004】
混合気の空燃比がリッチのまま維持されると、やがて触媒内の酸素が全て消費され、触媒の下流にHCやCOを含む排気ガス、すなわち、酸素の不足した排気ガスが流出する。正常な酸素センサは、このような排気ガスに触れると、その出力をリッチ出力に反転させる。上記従来の装置は、混合気の空燃比をリッチにした後、触媒内の全ての酸素が消費されるのに要する時間が経過しても酸素センサの出力が反転しない場合に、そのセンサの異常を判定する。このような手法によれば、酸素センサの異常を精度良く検知することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒内の全ての酸素が消費されるのに要する時間は、触媒に流れ込む排気ガスの流量に応じて変化する。そして、触媒に流れ込む排気ガスの流量は、内燃機関の運転状態に応じて変化する。このため、上記従来のシステムにおいて、空燃比がリッチにされた後、触媒内の全ての酸素が消費されるのに要する時間は、内燃機関の運転状態等に応じて変化する。
【0006】
このような状況の下で、常に正確に酸素センサの異常を判断するためには、上述した所定時間、つまり、空燃比をリッチにした後、センサ出力の反転を待つべき時間を、排気ガス流量が最小であるものとして設定することが必要となる。このため、上記従来のシステムにおいては、多量の排気ガスが生じているような状況下では、混合気がリッチとされた後、酸素センサの異常が判定されるまでに、不必要に長い時間を要することがあった。
【0007】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、触媒の下流に配置された酸素センサの異常を、内燃機関の運転状態に関わらず、常に最短の時間で判定することのできる異常検出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】
第1の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスを浄化する触媒の下流に配置された酸素センサの異常を検出する異常検出装置であって、
前記触媒の上流に配置され、排気空燃比に応じた出力を発する上流側センサと、
前記酸素センサがリッチ出力を発生し、かつ、前記上流側センサがリーン出力を発生している期間中に前記触媒に流入する排気ガス中の酸素量を積算することで前記触媒の計算上の酸素吸蔵能力を求める吸蔵時能力算出手段、および、前記酸素センサがリーン出力を発生し、かつ、前記上流側センサがリッチ出力を発生している期間中に前記触媒に流入する排気ガス中の酸素不足量を積算することで前記触媒の計算上の酸素吸蔵能力を求める放出時能力算出手段のうち少なくとも一方と、
前記計算上の酸素吸蔵可能量が、前記触媒の最大酸素吸蔵量を超えた場合に、前記酸素センサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【0009】
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記上流側センサは、排気空燃比を検出する空燃比センサであり、
前記上流側センサにより検出される空燃比と理論空燃比との差ΔA/Fを求める空燃比差算出手段と、
内燃機関に対する燃料供給量を検出する燃料供給量検知手段とを備え、
前記吸蔵時能力算出手段は、前記ΔA/Fと前記燃料供給量とに基づいて排気ガス中の酸素量を算出する酸素量算出手段を備え、
前記放出時能力算出手段は、前記ΔA/Fと前記燃料供給量とに基づいて排気ガス中の酸素不足量を算出する酸素不足量算出手段を備えることを特徴とする。
【0010】
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記吸蔵時能力算出手段との組み合わせで用いられる強制リーン手段、および前記放出時能力算出手段との組み合わせで用いられる強制リッチ手段のうち少なくとも一方を備え、
前記強制リーン手段は、前記酸素センサがリッチ出力を発している間、内燃機関に供給される混合気の目標空燃比をリーンにする手段であり、
前記強制リッチ手段は、前記酸素センサがリーン出力を発している間、前記混合気の目標空燃比をリッチにする手段であることを特徴とする。
【0011】
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記強制リーン手段および前記強制リッチ手段の双方を備えると共に、
前記強制リッチ手段および前記強制リーン手段を連続的に機能させることにより、前記酸素センサの出力が反転する毎に前記目標空燃比をリッチとリーンの間で反転させる反転制御手段を備えることを特徴とする。
【0012】
また、第5の発明は、第3または第4の発明において、
前記酸素センサの異常が判定された場合に、前記強制リーン手段による前記目標空燃比の設定、および前記強制リッチ手段による前記目標空燃比の設定を禁止する強制設定禁止手段を備えることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【0014】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が連通している。
【0015】
吸気通路12には、エアフィルタ16の下流にエアフロメータ18が配置されている。エアフロメータ18は、吸気通路12を流れる吸入空気量Gaを検出するセンサである。エアフロメータ18の下流には、スロットルバルブ20が設けられている。更に、吸気通路12には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁22が配置されている。
【0016】
排気通路14には、触媒24が連通している。触媒24は、ある程度の酸素を吸蔵することができ、排気ガス中にNOxが含まれている場合は、それらを還元することで排気ガスを浄化すると共に、その還元の過程で放出された酸素を吸蔵することができる。また、触媒24は、排気ガス中にHCやCOなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出しながらそれらを酸化することで、排気ガスを浄化することができる。
【0017】
排気通路14には、また、触媒24の上流に空燃比センサ26が配置されていると共に、触媒24の下流に酸素センサ28が配置されている。空燃比センサ26は、排気空燃比に応じた出力を発するセンサである。空燃比センサ26によれば、内燃機関10から排出されてきた直後の排気ガスの空燃比、すなわち、触媒26により浄化される以前の排気ガスの空燃比を検出することができる。
【0018】
酸素センサ28は、排気ガス中の酸素の有無に応じて出力を大きく変化させるセンサである。従って、酸素センサ28によれば、触媒24の下流に流出してくる排気ガス中に酸素が存在するか否かを精度良く検知することができる。
【0019】
図2は、酸素センサ28の構成を説明するための図である。図2に示すように、酸素センサ28は、ヒータ30と、素子層32とを備えている。素子層32は、ヒータ30を取り囲むように構成されている。素子層32には、ヒータ30の先端付近を取り囲むように形成された電極34が組み込まれている。また、素子層32の内部には、大気の供給を受ける大気空間36が形成されている。更に、素子層32の外部には、カバー38で囲まれた測定ガス室40が形成されている。
【0020】
電極34は、大気室36に露出した面、および測定ガス室40に露出した面において、それぞれ、酸素の有無に応じた起電力を発する。酸素センサ28は、その起電力差をセンサ出力として出力する。測定ガス室40に酸素を含む排気ガスが導かれた場合は、電極34が、大気室36に露出した面においても、測定ガス室40に露出した面においても、共に酸素の存在に対応した起電力を発する。この場合、酸素センサ28は、ほぼ0Vの出力を発する。
【0021】
一方、測定ガス室40に酸素を含まない排気ガスが導かれた場合は、電極34は、大気室36に露出した面においては酸素の存在に対応した起電力を発し、測定ガス室40に露出した面においては酸素の不存在に対応した起電力を発する。この場合、酸素センサ28は、約1Vの出力を発する。
【0022】
以上説明した通り、酸素センサ28は、触媒24の下流に流出してくる排気ガス中に酸素が含まれているか否かに応じて出力を大きく変化させる。このため、酸素センサ28の出力によれば、触媒24の下流に、酸素を含む排気ガスが流出しているのか、或いは、酸素を含まない排気ガスが流出しているのかを、精度良く検知することができる。
【0023】
図1に示すように、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50は、本実施形態のシステムの動作を制御するためのユニットである。ECU50には、上述した各種センサの出力が供給されていると共に、上述した燃料噴射弁22が接続されている。ECU50は、それらのセンサ出力に基づいて、燃料噴射量を制御することができる。
【0024】
次に、本実施形態のシステムの動作について説明する。
本実施形態において、ECU50は、通常の運転時には、ストイキ制御を実行する。ストイキ制御では、内燃機関10に供給される混合気の空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍に維持されるように燃料噴射量が制御される。より具体的には、空燃比センサ26により検出される排気空燃比が、理論空燃比を挟んで小さな幅でリッチとリーンを繰り返すように燃料噴射量が制御される。
【0025】
排気空燃比がリーンである間は、NOxを含む排気ガスが触媒24に流入する。この際、触媒24は、N0xを還元することで排気ガスを浄化しつつ、その結果生成された酸素を吸蔵する。従って、排気空燃比がリーンである間、触媒24内の酸素吸蔵量は増加傾向を示す。排気空燃比がリッチに反転すると、HCやCOを含む排気ガスが触媒24に流入する。この際、触媒24は、吸蔵している酸素を放出しながらHCやCOを酸化する。その結果、触媒24の下流には清浄な排気ガスが流出する。
【0026】
ECU50がストイキ制御を実行している間は、上述した触媒24による酸素の吸蔵と放出とが繰り返される。その結果、触媒24の下流には、継続的に、清浄な排気ガスが流出する。このため、本実施形態のシステムによれば、通常の運転時には、良好な排気エミッション特性を実現することができる。
【0027】
ECU50は、所定の実行条件が成立する場合に、アクティブ制御を実行する。アクティブ制御では、酸素センサ28の出力が反転する毎に、混合気の目標空燃比が、所定のリッチ目標値(例えば14.1)と所定のリーン目標値(例えば15.1)との間で反転される。
【0028】
図3は、酸素センサ28が正常に機能している状況下でアクティブ制御が実行された場合のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図3(A)は、アクティブ制御の実行中における目標空燃比の変化(波形▲1▼)および空燃比センサ26により検出された排気空燃比A/Fの変化(波形▲2▼)を示す。更に、図3(B)は、酸素センサ28の出力の変化(波形▲3▼)を示す。
【0029】
図3に示すタイミングチャートは、時刻t1までストイキ制御が実行され、その後、アクティブ制御が開始された場合の例を示している。この例では、時刻t1に、酸素センサ28の出力がリッチ出力からリーン出力に反転していると共に、アクティブ制御の開始に伴って、目標空燃比が理論空燃比からリッチ目標値に変更されている。
【0030】
目標空燃比がリッチ目標値とされると、その後、ECU50は、空燃比センサ26によって検出される排気空燃比A/Fがリッチ目標値に到達するまで燃料噴射量を徐々に増加させる。その結果、排気空燃比A/Fは、時刻t1の後、ある程度の遅延の後にリッチ目標値近傍の値となる。
【0031】
排気空燃比A/Fがリッチな値に維持されている間、触媒24には、リッチな排気ガス、つまり、HCやCOを含む酸素不足の排気ガスが流入する。吸蔵酸素を保有している触媒24に、このような酸素不足の排気ガスが流入すると、触媒24内の酸素が放出されて、HCやCOの酸化(浄化)が行われる。そして、この場合、触媒24の下流には、酸素を含む清浄な排気ガスが流出する。このため、触媒24が吸蔵酸素を保有している間は、その下流に位置する酸素センサ28の出力は、リーン出力のまま維持される。
【0032】
図3において、時刻t2は、触媒24内の吸蔵酸素の全てが放出された時点を示している。触媒24内の全ての吸蔵酸素が放出されると、触媒24は、排気ガス中に酸素を放出することができなくなる。このため、そのような状況に至ると、その後、触媒24の下流には、HCやCOを含む酸素不足の排気ガスが流出し始める。その結果、時刻t2において、酸素センサ28の出力は、リーン出力からリッチ出力に反転している。
【0033】
ECU50は、このようにして酸素センサ28の出力が反転した時点で、触媒24が、全ての吸蔵酸素を放出した状態にあることを認識することができる。アクティブ制御では、酸素センサ28の出力がこのように反転した場合、その時点(t2)で、目標空燃比をリーン目標値に反転させる。
【0034】
時刻t2において、目標空燃比がリーン空燃比に変更されると、その後、ECU50は、空燃比センサ26によって検出される排気空燃比A/Fがリーン目標値に達するまで、燃料噴射量を徐々に減少させる。その結果、排気空燃比A/Fは、時刻t2の後、ある程度の遅延の後にリーン目標値近傍の値となる。
【0035】
排気空燃比A/Fがリーンな値に維持されている間、触媒24には、リーンな排気ガス、つまり、NOxを含む酸素過多の排気ガスが流入する。酸素の吸蔵能力に余力のある触媒24に、NOxを含む排気ガスが流入すると、触媒24は、NOxを還元しつつ、その結果生じた酸素を吸蔵する。この場合、触媒24の下流には、酸素を含まない清浄な排気ガスが流出する。このため、触媒24の酸素吸蔵能力に余力がある間は、その下流に位置する酸素センサ28の出力は、リッチ出力のまま維持される。
【0036】
図3において、時刻t3は、触媒24内に酸素吸蔵能力一杯の酸素が吸蔵された時点を示している。触媒24が能力一杯に酸素を吸蔵すると、その後、排気ガス中の酸素が触媒24の下流に流出し始める。その結果、時刻t3において、酸素センサ28の出力は、リッチ出力からリーン出力に反転している。
【0037】
ECU50は、このようにして酸素センサ28の出力が反転した時点で、触媒24が、能力一杯に酸素を吸蔵した状態にあることを認識することができる。アクティブ制御では、酸素センサ28の出力がこのように反転した場合、その時点(t3)で、目標空燃比をリッチ目標値に反転させる。そして、アクティブ制御の実行中は、以後、酸素センサ28の出力が反転する毎に、目標空燃比をリッチ目標値とリーン目標値の間で反転させる処理が継続される(時刻t4、t5)。
【0038】
以上説明した通り、アクティブ制御の実行中は、目標空燃比の反転に伴って、触媒24が、酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とが繰り返し実現される。図3(A)中にハッチングを付して示した領域は、それら2つの状態が入れ替わる過程で、空の触媒24が能力一杯まで酸素を吸蔵する期間、或いは、能力一杯に酸素を吸蔵した触媒24が空になるまで酸素を放出する期間に対応している。このため、それらの期間中に、触媒24に流入した酸素量を積算すれば(吸蔵時)、或いは、触媒24に流入した排気ガス中の酸素不足量を積算すれば(放出時)、触媒24の酸素吸蔵能力Cmaxを計算により求めることができる。尚、Cmaxを計算するための具体的手法については後に説明する。
【0039】
以上説明した通り、本実施形態のシステムによれば、酸素センサ28が正常に機能している場合は、アクティブ制御を実行することで、触媒24の酸素吸蔵能力Cmaxを計算により求めることができる。酸素吸蔵能力Cmaxは、触媒24の劣化に伴って減少する傾向を示す。本実施形態において、ECU50は、上記の手法で算出したCmaxに基づいて、その劣化の状態を検知することができる。
【0040】
図4は、酸素センサ28に異常が生じている状況下でアクティブ制御が実行された場合のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。図4(A)および図4(B)に示す波形▲1▼〜▲3▼は、図3(A)または図3(B)に示す場合と同様に、それぞれ、目標空燃比の変化(波形▲1▼)、空燃比センサ26により検出された排気空燃比A/Fの変化(波形▲2▼)、および酸素センサ28の出力の変化(波形▲3▼)を示している。
【0041】
図4に示すタイミングチャートは、時刻t1までストイキ制御が実行され、その後、アクティブ制御が開始された場合の例を示している。この例では、時刻t1に、アクティブ制御の開始に伴って、目標空燃比が理論空燃比からリッチ目標値に変更されている。
【0042】
目標空燃比がリッチ目標値とされると、その後、ECU50は、排気空燃比A/Fがリッチ目標値に到達するまで燃料噴射量を徐々に増加させる。その結果、排気空燃比A/Fは、時刻t1の後、ある程度の遅延の後にリッチ目標値近傍の値となる。排気空燃比A/Fがリッチな値に維持されている間は、HCやCOを含む酸素不足の排気ガスが触媒24に流入する。触媒24内に吸蔵が残存している間は、HCやCOが酸化(浄化)され、触媒24の下流には、酸素を含む清浄な排気ガスが流出する。そして、触媒24内の酸素が全て消費されると、その後、触媒24の下流に、HCやCOを含む酸素不足の排気ガスが流出し始める(時刻t2)。
【0043】
酸素センサ28が正常に機能している場合は、図3を参照して説明した通り、その時点(t2)で酸素センサ28の出力が反転する。しかしながら、酸素センサ28に異常が生じている場合は、触媒24の下流に酸素不足の排気ガスが流出し始めた後も、酸素センサ28の出力が反転せず、図4(B)に示すようにリーン出力が維持される事態が生じ得る。
【0044】
アクティブ制御の実行中は、酸素センサ28の出力の反転を受けて目標空燃比の反転指令が発せられる。従って、酸素センサ28の出力が反転しない場合、図4(A)に示す通り、目標空燃比も、リッチ目標値のまま維持される。図4(A)中にハッチングを付して示す領域は、ECU50が、触媒24に流入する排気ガス中の酸素不足量を積算することで触媒24の酸素吸蔵能力Cmaxを計算により求めようとしている期間を示している。この場合、上記の積算が、不当に長い間に渡って実行されるため、計算上の酸素吸蔵能力Cmaxは、不当に大きな値となる。そこで、本実施形態において、ECU50は、アクティブ制御の実行に伴って、酸素吸蔵能力Cmaxの計算値が不当に大きな値となった場合には、その時点で酸素センサ28の異常を判定すると共に、アクティブ制御の実行を停止することとしている。
【0045】
図5は、上記の機能を実現するために、本実施形態において、ECU50が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。
図5に示すルーチンでは、先ず、酸素センサ28の異常判定が完了しているか否かが判別される(ステップ100)。
【0046】
異常判定が既に完了していると判別された場合は、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、異常判定が未だ完了していないと判別された場合は、次に、アクティブ制御の実行条件が成立しているか否かが判別される(ステップ102)。
【0047】
その結果、アクティブ制御の実行条件が成立していないと判別された場合は、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、その実行条件が成立していると判別された場合は、次に、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルにかけて、酸素センサ28の出力が反転しているか否かが判別される(ステップ104)。
【0048】
酸素センサ28の出力が反転していると判別された場合は、酸素センサ28が正常に機能していると判断できる。従って、このような判別がなされた場合は、以後、酸素センサ28が正常であるとの判定がなされた後、今回の処理サイクルが終了される(ステップ106)。
尚、本ステップ106の処理により、酸素センサ28が正常であるとの判定がなされると、その時点で異常判定が完了したと認識される。従って、本ステップ106が実行された後、本ルーチンが再び起動された場合は、上記ステップ100で、異常判定の完了が判定される。
【0049】
上記ステップ104において、酸素センサ28の出力に反転は認められないとの判別が成された場合は、次に、酸素センサ28の出力がリッチ出力であるか否かが判別される(ステップ108)。
つまり、図3に示すタイミングチャートを例に取れば、時刻t2−t3に示す状態、或いは時刻t4−t5に示す状態が形成されているか否かが判別される。
【0050】
酸素センサ28の出力がリッチ出力であると判別された場合は、更に、空燃比センサ26の出力がリーンであるか否かが判別される(ステップ110)。
つまり、図3における時刻t2−t3の期間、或いは、時刻t4−t5の期間を例にとれば、それらの期間中に更にハッチングを付して示す期間の状態が形成されているかが判別される。
【0051】
その結果、上記ステップ110の条件が成立しないと判別された場合は、目標空燃比はリーン目標値に反転しているが、現時点では未だ、触媒24に流れ込む排気ガスの空燃比がリーン化されていないと判断することができる。この場合、吸蔵時Cmaxの値が初期値にリセットされる(ステップ112)。
尚、「吸蔵時Cmax」とは、触媒24が酸素を吸蔵する過程において、触媒24に流入する酸素量を積算することで算出される触媒24の酸素吸蔵能力である。
【0052】
一方、上記ステップ110において、排気空燃比A/Fがリーンであると判別された場合は、目標空燃比がリーン目標値に反転し、更に、触媒24に流れ込む排気ガスの空燃比がリーン化されていると判断することができる。この場合、次式に従って吸蔵時Cmaxが算出される(ステップ114)。
Cmax=CmaxO+0.23×ΔA/F×Fuel量
但し、CmaxOは、Cmaxの初期値(0)、或いは過去に算出された最新のCmaxの値であり、0.23は空気中の酸素割合である。また、ΔA/Fは、空燃比センサ26により検出された排気空燃比A/Fから理論空燃比を減じた値である。更に、Fuel量は、本ルーチンの起動周期(例えば65msec)の間に内燃機関10に供給された燃料供給量である。ここで、ECU50は、他のルーチンにより算出される燃料噴射量に基づいてFuel量を検知する。
【0053】
上記の演算式中、右辺の「ΔA/F×Fuel量」は、本ルーチンの起動周期の間に触媒24に流入した未燃焼の空気量に相当している。そして、その値に0.23を乗じた値は、未燃焼の酸素量に相当する。このため、上記の演算式によれば、ステップ114が実行される毎に、本ルーチンの起動周期の間に触媒24に流入した(吸着された)酸素量の積算値を求めることができる。
【0054】
図5に示すルーチンでは、次に、上記ステップ114の処理により算出された吸蔵時Cmaxが、判定値αより大きいか否かが判別される(ステップ116)。
判定値αは、触媒24の酸素吸蔵能力の初期値、つまり、工場出荷段階での触媒24の酸素吸蔵能力に相当する値である。触媒24の酸素吸蔵能力は、経時変化によって減少することはあっても増加することはない。このため、αを超えるCmaxが算出された場合は、酸素センサ28の出力が不当に長期に渡って反転していない、つまり、酸素センサ28に異常が生じていると判断することができる。
【0055】
上記ステップ116で、Cmax>αが成立しないと判別された場合は、酸素センサ28に異常が生じているか否かを未だ判断することはできない。この場合、以後、異常判定の判断が保留されたまま、今回の処理サイクルが終了される。
【0056】
一方、上記ステップ116で、Cmax>αが成立すると判別された場合は、酸素センサ28のリッチ異常が判定される(ステップ118)。
本ステップ118の処理により、酸素センサ28のリッチ異常が判定されると、その時点で異常判定が完了したと認識される。従って、本ステップ118が実行された後、本ルーチンが再び起動された場合は、上記ステップ100で、異常判定の完了が判定される。尚、酸素センサ28の「リッチ異常」とは、酸素センサ28の出力がリッチ側に張り付いてリーン出力が発せられない異常である。
【0057】
酸素センサ28のリッチ異常が判定されると、その後、アクティブ制御の中止指令が出された後(ステップ120)、今回の処理サイクルが終了される。
【0058】
また、図5に示すルーチン中、上記ステップ108において、酸素センサ28の出力がリッチ出力でないと判別された場合は、その出力がリーン出力であると判断することができる。図3に示すタイミングチャートを例に取れば、この場合は、時刻t1−t2に示す状態、或いは時刻t3−t4に示す状態が形成されていると判断することができる。
【0059】
上記の判断がなされた場合は、次に、空燃比センサ26の出力がリッチであるか否かが判別される(ステップ122)。
つまり、図3における時刻t3−t4の期間中を例にとれば、その期間中に更にハッチングを付して示す期間の状態が形成されているかが判別される。
【0060】
その結果、上記ステップ122の条件が成立しないと判別された場合は、目標空燃比はリッチ目標値に反転しているが、現時点では未だ、触媒24に流れ込む排気ガスの空燃比がリッチ化されていないと判断することができる。この場合、放出時Cmaxの値が初期値にリセットされる(ステップ124)。
尚、「放出時Cmax」とは、触媒24が酸素を放出する過程において、触媒24に流入する排気ガス中の酸素の不足量を積算することで算出される触媒24の酸素吸蔵能力である。
【0061】
一方、上記ステップ122において、排気空燃比A/Fがリッチであると判別された場合は、目標空燃比がリッチ目標値に反転し、更に、触媒24に流れ込む排気ガスの空燃比がリッチ化されていると判断することができる。上記ステップ114の場合と同様の演算式(Cmax=CmaxO+0.23×ΔA/F×Fuel量)に従って放出時Cmaxが算出される(ステップ126)。
但し、本ステップ126で算出される「ΔA/F×Fuel量」は、排気ガス中の未燃成分(HC、CO)を燃焼させるのに必要な酸素量、つまり、排気ガス中の酸素不足量である。本ステップ126の処理によれば、本ルーチンの起動周期の間に触媒24から放出された酸素量の積算値を求めることができる。
【0062】
図5に示すルーチンでは、次に、上記ステップ126の処理により算出された放出時Cmaxが、判定値αより大きいか否かが判別される(ステップ128)。
尚、判定値αは、既述した通り、触媒24の酸素吸蔵能力の初期値である。
【0063】
上記ステップ128で、Cmax>αが成立しないと判別された場合は、酸素センサ28に異常が生じているか否かを未だ判断することはできない。この場合、以後、異常判定の判断が保留されたまま、今回の処理サイクルが終了される。
【0064】
一方、上記ステップ128で、Cmax>αが成立すると判別された場合は、酸素センサ28のリーン異常が判定される(ステップ130)。
本ステップ130の処理により、酸素センサ28のリーン異常が判定されると、その時点で異常判定が完了したと認識される。従って、本ステップ130が実行された後、本ルーチンが再び起動された場合は、上記ステップ100で、異常判定の完了が判定される。尚、酸素センサ28の「リーン異常」とは、酸素センサ28の出力がリーン側に張り付いてリッチ出力が発せられない異常である。
【0065】
酸素センサ28のリーン異常が判定されると、その後、アクティブ制御の実行を中止するため、上記ステップ120の処理が実行された後、今回の処理サイクルが終了される。
【0066】
以上説明した通り、図5に示すルーチンによれば、アクティブ制御の実行中に、触媒24が酸素を吸蔵すべき状況下(酸素センサ28の出力がリッチであり、かつ、空燃比センサ26の出力がリーンである状況下)で、計算により吸蔵時Cmaxを求めることができる。そして、その計算上のCmaxが酸素吸蔵能力の初期値を超えたら、その時点で速やかに酸素センサ28の異常を判定し、更に、アクティブ制御を中止させることができる。
【0067】
また、図5に示すルーチンによれば、アクティブ制御の実行中に、触媒24が酸素を放出すべき状況下(酸素センサ28の出力がリーンであり、かつ、空燃比センサ26の出力がリッチである状況下)では、計算により放出時Cmaxを求めることができる。そして、その計算上のCmaxが酸素吸蔵能力の初期値を超えたら、その時点で速やかに酸素センサ28の異常を判定し、更に、アクティブ制御を中止させることができる。
【0068】
上記の手法によれば、内燃機関10の運転状態に応じて、つまり、排気ガスの流量に応じて、常に最短の時間で酸素センサ28の異常を判定することができる。そして、酸素センサ28の異常が検知された後、速やかにアクティブ制御を中止することにより、大気中に排出される未浄化の排気ガス量を最小限に抑えることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、酸素センサ28に異常が生じた場合に、その異常を短時間で正確に判定することができると共に、エミッション特性の悪化を十分に小さく抑制することができる。
【0069】
ところで、本実施形態において用いられる酸素センサ28には、短絡、断線による異常の他、素子割れによる異常が生ずることがある。短絡や断線の異常の場合は、センサ出力が、一方の出力に張り付くため、センサ出力に変化が生ずるか否かを見ることで異常の有無を判断することも可能である。これに対して、素子割れによる異常の有無は、そのような手法で判断することができない。
【0070】
すなわち、酸素センサ28の素子割れ異常とは、図2に示す素子層32に割れが生ずる異常である。この異常が発生すると、大気層36に導かれる大気は、その割れ箇所から測定ガス室40に進入することが可能となる。
図6は、酸素センサ28の正常な出力特性(実線)と、上記の素子割れが生じた場合における出力特性(一点鎖線)とを対比して表した図である。この図に示すように、素子割れの生じた酸素センサ28は、排気ガスの空燃比がリッチである場合、およびリーンである場合に同様に低い出力を発し、理論空燃比の近傍で比較的高い出力を発する。
【0071】
酸素センサ28が図6中に一点鎖線で示すような出力特性を示す場合、センサ出力の変化が生ずるか否かによっては異常の有無を判断することはできない。また、酸素センサ28は、触媒24の下流に配置されているため、その周囲を流れる排気ガスが現実にリッチであるのかリーンであるのかは、空燃比センサ26の出力からは判断することができない。このため、空燃比センサ26の出力と酸素センサ28の出力を単純に比較することによっても、素子割れ異常の有無は判断できない。
【0072】
これに対して、本実施形態で用いられる手法によれば、酸素センサ28の周囲をリッチな排気ガスが吹き抜けている状況下で、酸素センサ28が0V近傍の出力を発している状態が継続すれば、その後速やかにセンサの異常が検知される。このため、本実施形態のシステムは、酸素センサ28の素子割れ異常についても、その有無を短時間で正確に判断することができる。
【0073】
ところで、上述した実施の形態1においては、酸素センサ28の異常の有無を判定するために、目標空燃比を繰り返し反転させるアクティブ制御を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、酸素センサ28の異常を判定するためには、必ずしも目標空燃比をリッチ目標値とリーン目標値との間で反転させる必要はなく、酸素センサ28の正常または異常が判定されるまで、目標空燃比を、リッチ目標値かリーン目標値の一方に固定するだけとしてもよい。
【0074】
また、上述した実施の形態1においては、酸素センサ28の異常の有無を判定するために、目標空燃比をリッチ目標値、或いはリーン目標値として、強制的に空燃比をリッチまたはリーンにすることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、フューエルカットの実行中など、空燃比が必然的にリッチまたはリーンに偏る時期を利用して酸素センサ28の異常の有無を判定することとしてもよい。
【0075】
また、上述した実施の形態1においては、空燃比センサ26により検出される排気空燃比A/Fと理論空燃比との差ΔA/Fと、内燃機関10に対する燃料供給量(Fuel量)とに基づいて、触媒24に流入する酸素量や、触媒24に流入する排気ガス中の酸素不足量を算出することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、それらの酸素量や酸素不足量は、エアフロメータ18により検知される吸入空気量と、燃料供給量(Fuel量)とに基づいて、ΔA/Fを基礎とすることなく算出することとしてもよい。
【0076】
このような算出手法を用いる場合は、実施の形態1の場合と異なり、触媒24の上流で空燃比A/Fを測定する必要がなくなる。従って、このような算出手法を用いる場合は、触媒24の上流に配置するセンサは、空燃比センサではなく、酸素センサであってもよい。
【0077】
また、上述した実施の形態1では、図5に示すルーチンの実行過程において、酸素センサ28の出力の反転が1回認められることにより、正常判定がなされることとしているが(ステップ104,106参照)、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、酸素センサ28の正常判定は、リッチ出力からリーン出力への反転と、リーン出力からリッチ出力への反転の双方が認められるまで行わないこととしてもよい。
【0078】
尚、上述した実施の形態1においては、空燃比センサ26が前記第1の発明における「上流側センサ」に相当していると共に、ECU50が、上記ステップ114の処理を実行することにより前記第1の発明における「吸蔵時能力算出手段」が、上記ステップ126の処理を実行することにより前記第1の発明における「放出時能力算出手段」が、上記ステップ116,118,128および130の処理を実行することにより前記第1の発明における「異常判定手段」が、それぞれ実現されている。
【0079】
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ114または126において、排気空燃比から理論空燃比を減じてΔA/Fを算出することにより前記第2の発明における「空燃比差算出手段」が、Fuel量を検知することにより前記第2の発明における「燃料供給量検知手段」が、それぞれ実現されている。また、ECU50が、上記ステップ114において、ΔA/FとFuel量とに基づいて排気ガス中の酸素量を算出することにより前記第2の発明における「酸素量算出手段」が、上記ステップ126において、ΔA/FとFuel量とに基づいて排気ガス中の酸素不足量を算出することにより前記第2の発明における「酸素不足量算出手段」が、それぞれ実現されている。
【0080】
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、アクティブ制御の実行中に、目標空燃比をリーン目標値に設定することにより前記第3の発明における「強制リーン手段」が、目標空燃比をリッチ目標値に設定することにより前記第3の発明における「強制リッチ手段」が、それぞれ実現されている。
【0081】
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、アクティブ制御の実行中に、酸素センサ28の出力が反転する毎に、目標空燃比をリッチ目標値とリーン目標値の間で反転させることにより前記第4の発明における「反転制御手段」が実現されている。
【0082】
また、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ120の処理を実行することにより前記第5の発明における「強制設定禁止手段」が実現されている。
【0083】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第1の発明によれば、如何に示す何れかの手法で、触媒の計算上の酸素吸蔵能力を求めることができる。
▲1▼酸素センサがリッチ出力を発生し、かつ、上流側センサがリーン出力を発生している期間中に、排気ガス中の酸素量を積算する。つまり、酸素を含む排気ガスが触媒に流入し、かつ、清浄な排気ガスが触媒から流出している期間中に、触媒に流入する酸素量(触媒に吸着される酸素量)を積算する。
▲2▼酸素センサがリーン出力を発生し、かつ、上流側センサがリッチ出力を発生している期間中に、排気ガス中の酸素不足量を積算する。つまり、酸素不足の排気ガスが触媒に流入し、かつ、清浄な排気ガスが触媒から流出している期間中に、触媒に流入する排気ガス中の酸素不足量(触媒から放出される酸素量)を積算する。
更に、第1の発明によれば、上記の手法で求めた計算上の酸素吸蔵可能量が、触媒の最大酸素吸蔵量を超えた場合に、酸素センサの異常を判定することができる。このような手法によれば、内燃機関の運転状態に関わらず、常に最短の時間で酸素センサの異常を精度良く判定することができる。
【0084】
第2の発明によれば、上流側センサにより検出される空燃比(触媒に流入する排気ガスの空燃比)と理論空燃比との差ΔA/Fと、内燃機関に対する燃料供給量とに基づいて、排気ガス中の酸素量、或いは酸素不足量を精度良く算出することができる。
【0085】
第3の発明によれば、触媒が酸素を吸蔵する過程で計算上の酸素吸蔵能力を求めるために、酸素センサがリッチ出力を発している間、混合気の目標空燃比をリーンにすることができる。この場合、触媒に流入する排気ガスを、強制的に酸素を含む排気ガスとすることができる。
また、本発明によれば、触媒が酸素を放出する過程で計算上の酸素吸蔵能力を求めるために、酸素センサがリーン出力を発している間、混合気の目標空燃比をリッチにすることができる。この場合、触媒に流入する排気ガスを、強制的に酸素不足の排気ガスとすることができる。
【0086】
第4の発明によれば、酸素センサの出力が反転する毎に目標空燃比をリッチとリーンの間で反転させることができる。このため、本発明によれば、触媒内に一杯に酸素が吸蔵された状態と、触媒内の全ての酸素が放出され切った状態とを交互に作り出すことができ、それらの状態が作り出される過程で、計算上の酸素吸蔵能力を精度良く算出することができる。
【0087】
第5の発明によれば、酸素センサの異常判定された場合に、混合気の空燃比を強制的にリッチまたはリーンとする処理の実行を禁止することができる。このため、本発明によれば、酸素センサに異常が生じたまま、未浄化の排気ガスが触媒下流に流出し続けるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の構成を説明するための図である。
【図2】実施の形態1のシステムが備える酸素センサの構成を説明するための図である。
【図3】酸素センサが正常に機能している状況下でアクティブ制御が実行された場合の実施の形態1のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図4】酸素センサに異常が生じている状況下でアクティブ制御が実行された場合の実施の形態1のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】実施の形態1のシステムにおいて実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図6】実施の形態1のシステムが備える酸素センサの出力特性を説明するための図である。
【符号の説明】
10 内燃機関
24 触媒
26 空燃比センサ
28 酸素センサ
50 ECU(Electronic Control Unit)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality detection device for an oxygen sensor, and particularly to an abnormality detection device for detecting an abnormality in an oxygen sensor disposed downstream of a catalyst for purifying exhaust gas.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, as disclosed in, for example, JP-A-6-273371, a system including an oxygen sensor downstream of a catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine is known. This system enriches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine when the oxygen sensor is generating a lean output, and thereafter, when the output of the oxygen sensor does not reverse to a rich output until a predetermined time has elapsed. Has a function of determining abnormality of the sensor.
[0003]
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made rich, exhaust gas containing unburned components such as HC and CO, that is, exhaust gas lacking oxygen, flows into the catalyst. When oxygen is stored in the catalyst, HC and CO are oxidized inside the catalyst by releasing the oxygen. As a result, a clean exhaust gas containing no HC or CO flows out downstream of the catalyst.
[0004]
If the air-fuel ratio of the mixture is maintained at a rich level, all of the oxygen in the catalyst is eventually consumed, and exhaust gas containing HC and CO, that is, exhaust gas lacking oxygen, flows downstream of the catalyst. When a normal oxygen sensor touches such exhaust gas, the output is inverted to a rich output. When the output of the oxygen sensor does not reverse after the time required for all the oxygen in the catalyst to elapse after the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made rich, Is determined. According to such a method, it is possible to accurately detect the abnormality of the oxygen sensor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the time required for all the oxygen in the catalyst to be consumed varies depending on the flow rate of the exhaust gas flowing into the catalyst. Then, the flow rate of the exhaust gas flowing into the catalyst changes according to the operating state of the internal combustion engine. For this reason, in the above-mentioned conventional system, the time required for all the oxygen in the catalyst to be consumed after the air-fuel ratio is enriched changes according to the operating state of the internal combustion engine and the like.
[0006]
Under such circumstances, in order to always accurately judge the abnormality of the oxygen sensor, the above-mentioned predetermined time, that is, the time to wait for the reversal of the sensor output after enriching the air-fuel ratio is determined by the exhaust gas flow rate. Must be set as the minimum value. For this reason, in the above-described conventional system, in a situation where a large amount of exhaust gas is generated, after the mixture is made rich, an unnecessarily long time is required until an abnormality of the oxygen sensor is determined. I needed to.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is intended to always determine the abnormality of the oxygen sensor disposed downstream of the catalyst in a shortest time regardless of the operation state of the internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide an abnormality detection device that can perform the abnormality detection.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided an abnormality detection device that detects an abnormality of an oxygen sensor disposed downstream of a catalyst that purifies exhaust gas, in order to achieve the above object,
An upstream sensor that is arranged upstream of the catalyst and emits an output according to the exhaust air-fuel ratio;
The oxygen calculated by the catalyst is calculated by integrating the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalyst during a period in which the oxygen sensor generates a rich output and the upstream sensor generates a lean output. A storage capacity calculation means for obtaining a storage capacity, and a shortage of oxygen in exhaust gas flowing into the catalyst during a period when the oxygen sensor is generating a lean output and the upstream sensor is generating a rich output. At least one of discharge capacity calculating means for calculating the calculated oxygen storage capacity of the catalyst by integrating the amount,
When the calculated oxygen storable amount exceeds the maximum oxygen storage amount of the catalyst, abnormality determination means for determining an abnormality of the oxygen sensor;
It is characterized by having.
[0009]
Further, the second invention is based on the first invention,
The upstream sensor is an air-fuel ratio sensor that detects an exhaust air-fuel ratio,
Air-fuel ratio difference calculating means for obtaining a difference ΔA / F between the air-fuel ratio detected by the upstream sensor and the stoichiometric air-fuel ratio;
Fuel supply amount detection means for detecting a fuel supply amount to the internal combustion engine,
The storage capacity calculation means includes an oxygen amount calculation means for calculating an oxygen amount in exhaust gas based on the ΔA / F and the fuel supply amount,
The discharge-time capacity calculation means includes oxygen deficiency calculation means for calculating an oxygen deficiency in exhaust gas based on the ΔA / F and the fuel supply amount.
[0010]
Further, a third invention is the first or the second invention, wherein
Comprising at least one of forced lean means used in combination with the storage capacity calculation means, and forced rich means used in combination with the release capacity calculation means,
The forced lean means is a means for leaning the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine while the oxygen sensor emits a rich output,
The forcible rich means is means for making the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture rich while the oxygen sensor is generating a lean output.
[0011]
In a fourth aspect, in the third aspect,
With both the forced lean means and the forced rich means,
By continuously operating the forced rich means and the forced lean means, a reversal control means for reversing the target air-fuel ratio between rich and lean whenever the output of the oxygen sensor is reversed is provided. I do.
[0012]
In a fifth aspect, in the third or fourth aspect,
When the abnormality of the oxygen sensor is determined, the target air-fuel ratio is set by the forced lean unit, and the target air-fuel ratio is set by the forced rich unit. .
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Elements common to the drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0014]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an internal combustion engine 10. An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the internal combustion engine 10.
[0015]
An air flow meter 18 is arranged in the intake passage 12 downstream of the air filter 16. The air flow meter 18 is a sensor that detects an intake air amount Ga flowing through the intake passage 12. A throttle valve 20 is provided downstream of the air flow meter 18. Further, a fuel injection valve 22 for injecting fuel to an intake port of the internal combustion engine 10 is disposed in the intake passage 12.
[0016]
A catalyst 24 communicates with the exhaust passage 14. The catalyst 24 can occlude a certain amount of oxygen. When NOx is contained in the exhaust gas, the catalyst 24 purifies the exhaust gas by reducing it, and also removes the oxygen released in the process of the reduction. Can be occluded. Further, when unburned components such as HC and CO are contained in the exhaust gas, the catalyst 24 can purify the exhaust gas by oxidizing them while releasing the stored oxygen. .
[0017]
In the exhaust passage 14, an air-fuel ratio sensor 26 is disposed upstream of the catalyst 24, and an oxygen sensor 28 is disposed downstream of the catalyst 24. The air-fuel ratio sensor 26 is a sensor that outputs an output according to the exhaust air-fuel ratio. The air-fuel ratio sensor 26 can detect the air-fuel ratio of the exhaust gas immediately after being discharged from the internal combustion engine 10, that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas before being purified by the catalyst 26.
[0018]
The oxygen sensor 28 is a sensor that greatly changes the output according to the presence or absence of oxygen in the exhaust gas. Therefore, according to the oxygen sensor 28, it is possible to accurately detect whether or not oxygen is present in the exhaust gas flowing downstream of the catalyst 24.
[0019]
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the oxygen sensor 28. As shown in FIG. 2, the oxygen sensor 28 includes a heater 30 and an element layer 32. The element layer 32 is configured to surround the heater 30. An electrode 34 formed so as to surround the vicinity of the tip of the heater 30 is incorporated in the element layer 32. Further, inside the element layer 32, an air space 36 which receives supply of the air is formed. Further, outside the element layer 32, a measurement gas chamber 40 surrounded by a cover 38 is formed.
[0020]
The electrode 34 generates an electromotive force according to the presence or absence of oxygen on the surface exposed to the atmosphere chamber 36 and the surface exposed to the measurement gas chamber 40, respectively. The oxygen sensor 28 outputs the difference between the electromotive forces as a sensor output. When the exhaust gas containing oxygen is led to the measurement gas chamber 40, the electrode 34 is raised on both the surface exposed to the atmosphere chamber 36 and the surface exposed to the measurement gas chamber 40 in response to the presence of oxygen. Emit power. In this case, the oxygen sensor 28 emits an output of almost 0V.
[0021]
On the other hand, when the exhaust gas containing no oxygen is introduced into the measurement gas chamber 40, the electrode 34 generates an electromotive force corresponding to the presence of oxygen on the surface exposed to the atmosphere chamber 36, and is exposed to the measurement gas chamber 40. The surface generates an electromotive force corresponding to the absence of oxygen. In this case, the oxygen sensor 28 outputs about 1V.
[0022]
As described above, the output of the oxygen sensor 28 largely changes depending on whether or not the exhaust gas flowing downstream of the catalyst 24 contains oxygen. Therefore, according to the output of the oxygen sensor 28, it is accurately detected whether the exhaust gas containing oxygen or the exhaust gas containing no oxygen is flowing downstream of the catalyst 24. be able to.
[0023]
As shown in FIG. 1, the system according to the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 is a unit for controlling the operation of the system according to the present embodiment. The outputs of the various sensors described above are supplied to the ECU 50, and the above-described fuel injection valves 22 are connected to the ECU 50. The ECU 50 can control the fuel injection amount based on those sensor outputs.
[0024]
Next, the operation of the system of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, during normal operation, the ECU 50 executes stoichiometric control. In the stoichiometric control, the fuel injection amount is controlled such that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 10 is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). More specifically, the fuel injection amount is controlled such that the exhaust air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 26 repeats rich and lean with a small width across the stoichiometric air-fuel ratio.
[0025]
While the exhaust air-fuel ratio is lean, exhaust gas containing NOx flows into the catalyst 24. At this time, the catalyst 24 purifies the exhaust gas by reducing NOx, and stores the oxygen generated as a result. Therefore, while the exhaust air-fuel ratio is lean, the oxygen storage amount in the catalyst 24 shows an increasing tendency. When the exhaust air-fuel ratio is inverted to rich, exhaust gas containing HC and CO flows into the catalyst 24. At this time, the catalyst 24 oxidizes HC and CO while releasing the stored oxygen. As a result, clean exhaust gas flows downstream of the catalyst 24.
[0026]
While the ECU 50 is executing the stoichiometric control, the above-described storage and release of oxygen by the catalyst 24 are repeated. As a result, clean exhaust gas continuously flows downstream of the catalyst 24. For this reason, according to the system of the present embodiment, good exhaust emission characteristics can be realized during normal operation.
[0027]
The ECU 50 executes the active control when a predetermined execution condition is satisfied. In the active control, each time the output of the oxygen sensor 28 is inverted, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture is changed between a predetermined rich target value (for example, 14.1) and a predetermined lean target value (for example, 15.1). Inverted.
[0028]
FIG. 3 is a timing chart for explaining the operation of the system when the active control is executed under the condition that the oxygen sensor 28 is functioning normally. More specifically, FIG. 3A shows a change in the target air-fuel ratio during execution of the active control (waveform {circle around (1)}) and a change in the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26 (waveform {circle around (1)}). 2 ▼). FIG. 3B shows a change in the output of the oxygen sensor 28 (waveform {circle around (3)}).
[0029]
The timing chart shown in FIG. 3 shows an example in which the stoichiometric control is executed until time t1, and then the active control is started. In this example, at time t1, the output of the oxygen sensor 28 is inverted from the rich output to the lean output, and the target air-fuel ratio is changed from the stoichiometric air-fuel ratio to the rich target value with the start of the active control. .
[0030]
When the target air-fuel ratio is set to the rich target value, the ECU 50 thereafter gradually increases the fuel injection amount until the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26 reaches the rich target value. As a result, the exhaust air-fuel ratio A / F becomes a value near the rich target value after a certain delay after the time t1.
[0031]
While the exhaust air-fuel ratio A / F is maintained at a rich value, rich exhaust gas, that is, oxygen-deficient exhaust gas containing HC and CO flows into the catalyst 24. When such an oxygen-deficient exhaust gas flows into the catalyst 24 holding the stored oxygen, the oxygen in the catalyst 24 is released, and the oxidation (purification) of HC and CO is performed. Then, in this case, a clean exhaust gas containing oxygen flows downstream of the catalyst 24. For this reason, while the catalyst 24 holds the stored oxygen, the output of the oxygen sensor 28 located downstream thereof is maintained as a lean output.
[0032]
In FIG. 3, time t2 indicates the time when all the stored oxygen in the catalyst 24 has been released. When all the stored oxygen in the catalyst 24 has been released, the catalyst 24 cannot release oxygen into the exhaust gas. Therefore, when such a situation is reached, oxygen-deficient exhaust gas including HC and CO begins to flow downstream of the catalyst 24. As a result, at time t2, the output of the oxygen sensor 28 is inverted from the lean output to the rich output.
[0033]
The ECU 50 can recognize that the catalyst 24 has released all the stored oxygen when the output of the oxygen sensor 28 is inverted in this way. In the active control, when the output of the oxygen sensor 28 is inverted in this way, at that time (t2), the target air-fuel ratio is inverted to the lean target value.
[0034]
At time t2, when the target air-fuel ratio is changed to the lean air-fuel ratio, the ECU 50 thereafter gradually reduces the fuel injection amount until the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26 reaches the lean target value. Decrease. As a result, the exhaust air-fuel ratio A / F becomes a value near the lean target value after a certain delay after the time t2.
[0035]
While the exhaust air-fuel ratio A / F is maintained at a lean value, lean exhaust gas, that is, exhaust gas with an excessive amount of oxygen containing NOx, flows into the catalyst 24. When exhaust gas containing NOx flows into the catalyst 24 having a sufficient oxygen storage capacity, the catalyst 24 stores the resulting oxygen while reducing NOx. In this case, a clean exhaust gas containing no oxygen flows downstream of the catalyst 24. For this reason, while the catalyst 24 has sufficient oxygen storage capacity, the output of the oxygen sensor 28 located downstream thereof is maintained as a rich output.
[0036]
In FIG. 3, a time t3 indicates a time point when oxygen having the full oxygen storage capacity is stored in the catalyst 24. When the catalyst 24 stores oxygen to its full capacity, the oxygen in the exhaust gas starts to flow downstream of the catalyst 24 thereafter. As a result, at time t3, the output of the oxygen sensor 28 is inverted from the rich output to the lean output.
[0037]
When the output of the oxygen sensor 28 is inverted in this way, the ECU 50 can recognize that the catalyst 24 is in a state of storing oxygen to its full capacity. In the active control, when the output of the oxygen sensor 28 is inverted in this way, the target air-fuel ratio is inverted to the rich target value at that time (t3). Then, during execution of the active control, the process of inverting the target air-fuel ratio between the rich target value and the lean target value is continued each time the output of the oxygen sensor 28 is inverted (time t4, t5).
[0038]
As described above, during the execution of the active control, the state in which the catalyst 24 fully stores oxygen and the state in which the stored oxygen is completely released are repeatedly realized with the reversal of the target air-fuel ratio. The area indicated by hatching in FIG. 3 (A) indicates a period during which the empty catalyst 24 stores oxygen up to the full capacity, or a catalyst storing oxygen up to the full capacity, in the process of switching between these two states. 24 corresponds to the period during which oxygen is released until empty. Therefore, during these periods, if the amount of oxygen flowing into the catalyst 24 is integrated (at the time of occlusion) or if the amount of oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the catalyst 24 is integrated (at the time of release), the catalyst 24 Can be obtained by calculation. A specific method for calculating Cmax will be described later.
[0039]
As described above, according to the system of the present embodiment, when the oxygen sensor 28 is functioning normally, the active control is executed, so that the oxygen storage capacity Cmax of the catalyst 24 can be obtained by calculation. The oxygen storage capacity Cmax tends to decrease as the catalyst 24 deteriorates. In the present embodiment, the ECU 50 can detect the state of the deterioration based on Cmax calculated by the above method.
[0040]
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the system when the active control is executed under the situation where the oxygen sensor 28 is abnormal. Waveforms (1) to (3) shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B) show changes in the target air-fuel ratio (waveforms), respectively, as in the cases shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B). (1)), changes in the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26 (waveform (2)), and changes in the output of the oxygen sensor 28 (waveform (3)).
[0041]
The timing chart shown in FIG. 4 shows an example in which the stoichiometric control is executed until time t1, and then the active control is started. In this example, at time t1, the target air-fuel ratio is changed from the stoichiometric air-fuel ratio to the rich target value with the start of the active control.
[0042]
When the target air-fuel ratio is set to the rich target value, the ECU 50 thereafter gradually increases the fuel injection amount until the exhaust air-fuel ratio A / F reaches the rich target value. As a result, the exhaust air-fuel ratio A / F becomes a value near the rich target value after a certain delay after the time t1. While the exhaust air-fuel ratio A / F is maintained at a rich value, oxygen-deficient exhaust gas including HC and CO flows into the catalyst 24. While the occlusion remains in the catalyst 24, HC and CO are oxidized (purified), and a clean exhaust gas containing oxygen flows downstream of the catalyst 24. Then, when all the oxygen in the catalyst 24 is consumed, the oxygen-deficient exhaust gas including HC and CO starts to flow downstream of the catalyst 24 (time t2).
[0043]
When the oxygen sensor 28 is functioning normally, the output of the oxygen sensor 28 is inverted at that time (t2) as described with reference to FIG. However, when an abnormality occurs in the oxygen sensor 28, the output of the oxygen sensor 28 does not reverse even after the oxygen-deficient exhaust gas starts to flow downstream of the catalyst 24, as shown in FIG. The situation where the lean output is maintained may occur.
[0044]
During execution of the active control, an inversion command of the target air-fuel ratio is issued in response to the inversion of the output of the oxygen sensor 28. Therefore, when the output of the oxygen sensor 28 does not reverse, the target air-fuel ratio is also maintained at the rich target value, as shown in FIG. In a region indicated by hatching in FIG. 4A, the ECU 50 attempts to calculate the oxygen storage capacity Cmax of the catalyst 24 by integrating the oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the catalyst 24. Indicates the period. In this case, the above-described integration is executed for an unreasonably long time, so that the calculated oxygen storage capacity Cmax becomes an unreasonably large value. Therefore, in the present embodiment, if the calculated value of the oxygen storage capacity Cmax becomes unduly large due to the execution of the active control, the ECU 50 determines the abnormality of the oxygen sensor 28 at that time, The execution of the active control is stopped.
[0045]
FIG. 5 shows a flowchart of a control routine executed by the ECU 50 in the present embodiment to realize the above functions.
In the routine shown in FIG. 5, first, it is determined whether or not the abnormality determination of the oxygen sensor 28 has been completed (step 100).
[0046]
If it is determined that the abnormality determination has already been completed, the current processing cycle ends immediately. On the other hand, when it is determined that the abnormality determination has not been completed, it is next determined whether or not the active control execution condition is satisfied (step 102).
[0047]
As a result, if it is determined that the execution condition of the active control is not satisfied, the current processing cycle is immediately ended. On the other hand, when it is determined that the execution condition is satisfied, it is next determined whether or not the output of the oxygen sensor 28 is inverted from the previous processing cycle to the current processing cycle (step 104). ).
[0048]
When it is determined that the output of the oxygen sensor 28 is inverted, it can be determined that the oxygen sensor 28 is functioning normally. Therefore, when such a determination is made, it is determined that the oxygen sensor 28 is normal thereafter, and the current processing cycle is ended (step 106).
When it is determined that the oxygen sensor 28 is normal by the process of step 106, it is recognized that the abnormality determination has been completed at that time. Therefore, if this routine is started again after the execution of step 106, the completion of the abnormality determination is determined in step 100.
[0049]
If it is determined in step 104 that the output of the oxygen sensor 28 is not inverted, then it is determined whether or not the output of the oxygen sensor 28 is a rich output (step 108). .
That is, taking the timing chart shown in FIG. 3 as an example, it is determined whether the state shown at time t2-t3 or the state shown at time t4-t5 is formed.
[0050]
When it is determined that the output of the oxygen sensor 28 is a rich output, it is further determined whether or not the output of the air-fuel ratio sensor 26 is lean (step 110).
That is, in the case of the period from time t2 to t3 in FIG. 3 or the period from time t4 to t5 as an example, it is determined whether or not a state of a period indicated by hatching is formed during those periods. .
[0051]
As a result, if it is determined that the condition of step 110 is not satisfied, the target air-fuel ratio has been inverted to the lean target value, but the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 24 is still lean at this time. You can determine that there is no. In this case, the value of the storage time Cmax is reset to the initial value (step 112).
The “storage time Cmax” is the oxygen storage capacity of the catalyst 24 calculated by integrating the amount of oxygen flowing into the catalyst 24 in the process of storing oxygen in the catalyst 24.
[0052]
On the other hand, if it is determined in step 110 that the exhaust air-fuel ratio A / F is lean, the target air-fuel ratio is inverted to the lean target value, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 24 is made lean. Can be determined to be. In this case, the storage time Cmax is calculated according to the following equation (step 114).
Cmax = CmaxO + 0.23 × ΔA / F × Fuel amount
Here, CmaxO is the initial value (0) of Cmax or the latest value of Cmax calculated in the past, and 0.23 is the oxygen ratio in the air. ΔA / F is a value obtained by subtracting the stoichiometric air-fuel ratio from the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26. Further, the Fuel amount is the amount of fuel supplied to the internal combustion engine 10 during the startup cycle (for example, 65 msec) of this routine. Here, the ECU 50 detects the Fuel amount based on the fuel injection amount calculated by another routine.
[0053]
In the above equation, “ΔA / F × Fuel amount” on the right side corresponds to the unburned air amount flowing into the catalyst 24 during the startup cycle of this routine. Then, a value obtained by multiplying the value by 0.23 corresponds to the unburned oxygen amount. Therefore, according to the above equation, every time step 114 is executed, the integrated value of the amount of oxygen (adsorbed) flowing into the catalyst 24 during the startup cycle of this routine can be obtained.
[0054]
In the routine shown in FIG. 5, it is next determined whether or not the occlusion time Cmax calculated by the process of step 114 is larger than the determination value α (step 116).
The determination value α is an initial value of the oxygen storage capacity of the catalyst 24, that is, a value corresponding to the oxygen storage capacity of the catalyst 24 at the factory shipment stage. The oxygen storage capacity of the catalyst 24 may decrease with time, but does not increase. For this reason, when Cmax exceeding α is calculated, it can be determined that the output of the oxygen sensor 28 has not been inverted for an improperly long period, that is, that the oxygen sensor 28 has an abnormality.
[0055]
If it is determined in step 116 that Cmax> α does not hold, it is still not possible to determine whether or not the oxygen sensor 28 is abnormal. In this case, thereafter, the current processing cycle is ended while the determination of the abnormality determination is suspended.
[0056]
On the other hand, if it is determined in step 116 that Cmax> α is satisfied, it is determined that the oxygen sensor 28 has a rich abnormality (step 118).
When the rich abnormality of the oxygen sensor 28 is determined by the process of step 118, it is recognized that the abnormality determination is completed at that time. Therefore, if the present routine is started again after the execution of step 118, the completion of the abnormality determination is determined in step 100. The “rich abnormality” of the oxygen sensor 28 is an abnormality in which the output of the oxygen sensor 28 sticks to the rich side and no lean output is generated.
[0057]
When the rich abnormality of the oxygen sensor 28 is determined, a command to stop the active control is issued (step 120), and then the current processing cycle ends.
[0058]
In the routine shown in FIG. 5, when it is determined in step 108 that the output of the oxygen sensor 28 is not a rich output, it can be determined that the output is a lean output. Taking the timing chart shown in FIG. 3 as an example, in this case, it can be determined that the state shown at time t1-t2 or the state shown at time t3-t4 is formed.
[0059]
When the above determination is made, it is next determined whether or not the output of the air-fuel ratio sensor 26 is rich (step 122).
That is, for example, during the period from time t3 to t4 in FIG. 3, it is determined whether or not the state of the period indicated by hatching is formed during that period.
[0060]
As a result, if it is determined that the condition of step 122 is not satisfied, the target air-fuel ratio has been inverted to the rich target value, but the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 24 has not been enriched at this time. You can determine that there is no. In this case, the value of the discharge Cmax is reset to the initial value (step 124).
In addition, “Cmax at the time of release” is the oxygen storage capacity of the catalyst 24 calculated by integrating the shortage of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalyst 24 in the process of releasing oxygen from the catalyst 24.
[0061]
On the other hand, if it is determined in step 122 that the exhaust air-fuel ratio A / F is rich, the target air-fuel ratio is inverted to the rich target value, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 24 is further enriched. Can be determined to be. The discharge Cmax is calculated in accordance with the same arithmetic expression (Cmax = CmaxO + 0.23 × ΔA / F × Fuel amount) as in step 114 (step 126).
However, the “ΔA / F × fuel amount” calculated in step 126 is the amount of oxygen necessary to burn unburned components (HC, CO) in the exhaust gas, that is, the oxygen deficiency in the exhaust gas. It is. According to the process of step 126, the integrated value of the amount of oxygen released from the catalyst 24 during the startup cycle of this routine can be obtained.
[0062]
In the routine shown in FIG. 5, it is next determined whether or not the release time Cmax calculated by the process of step 126 is larger than the determination value α (step 128).
The determination value α is an initial value of the oxygen storage capacity of the catalyst 24, as described above.
[0063]
If it is determined in step 128 that Cmax> α is not established, it is still not possible to determine whether or not the oxygen sensor 28 is abnormal. In this case, thereafter, the current processing cycle is ended while the determination of the abnormality determination is suspended.
[0064]
On the other hand, if it is determined in step 128 that Cmax> α is satisfied, it is determined that the oxygen sensor 28 is lean (step 130).
When the lean abnormality of the oxygen sensor 28 is determined by the process of step 130, it is recognized that the abnormality determination is completed at that time. Therefore, if the present routine is started again after the execution of step 130, it is determined in step 100 that the abnormality determination is completed. The “lean abnormality” of the oxygen sensor 28 is an abnormality in which the output of the oxygen sensor 28 sticks to the lean side and a rich output is not generated.
[0065]
When the lean abnormality of the oxygen sensor 28 is determined, the execution of the active control is stopped, and then the processing of step 120 is executed, and then the current processing cycle is ended.
[0066]
As described above, according to the routine shown in FIG. 5, during execution of the active control, under the condition that the catalyst 24 should store oxygen (the output of the oxygen sensor 28 is rich and the output of the air-fuel ratio sensor 26 is Is lean), the Cmax at the time of occlusion can be obtained by calculation. Then, when the calculated Cmax exceeds the initial value of the oxygen storage capacity, it is possible to immediately determine the abnormality of the oxygen sensor 28 at that time, and to further stop the active control.
[0067]
In addition, according to the routine shown in FIG. 5, during the execution of the active control, under the condition that the catalyst 24 should release oxygen (the output of the oxygen sensor 28 is lean, and the output of the air-fuel ratio sensor 26 is rich. Under certain circumstances), the Cmax at the time of release can be determined by calculation. Then, when the calculated Cmax exceeds the initial value of the oxygen storage capacity, it is possible to immediately determine the abnormality of the oxygen sensor 28 at that time, and to further stop the active control.
[0068]
According to the above method, it is possible to always determine the abnormality of the oxygen sensor 28 in the shortest time according to the operating state of the internal combustion engine 10, that is, according to the flow rate of the exhaust gas. Then, the active control is immediately stopped after the abnormality of the oxygen sensor 28 is detected, so that the amount of unpurified exhaust gas discharged into the atmosphere can be minimized. Therefore, according to the system of the present embodiment, when an abnormality occurs in the oxygen sensor 28, the abnormality can be accurately determined in a short time, and deterioration of the emission characteristics can be suppressed to a sufficiently small level. it can.
[0069]
Incidentally, in the oxygen sensor 28 used in the present embodiment, in addition to the abnormality due to the short circuit or the disconnection, the abnormality due to the element crack may occur. In the case of an abnormality such as a short circuit or a disconnection, the sensor output sticks to one of the outputs, so that it is possible to determine whether there is an abnormality by checking whether or not a change occurs in the sensor output. On the other hand, whether or not there is an abnormality due to element cracking cannot be determined by such a method.
[0070]
That is, the element crack abnormality of the oxygen sensor 28 is an abnormality in which a crack occurs in the element layer 32 shown in FIG. When this abnormality occurs, the atmosphere guided to the atmosphere layer 36 can enter the measurement gas chamber 40 from the crack.
FIG. 6 is a graph showing a comparison between a normal output characteristic (solid line) of the oxygen sensor 28 and an output characteristic (dashed-dotted line) when the element crack occurs. As shown in this figure, the oxygen sensor 28 in which the element crack has occurred emits similarly low output when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich and lean, and is relatively high near the stoichiometric air-fuel ratio. Emits output.
[0071]
When the oxygen sensor 28 has an output characteristic as shown by a dashed line in FIG. 6, it cannot be determined whether or not there is an abnormality depending on whether or not the sensor output changes. Further, since the oxygen sensor 28 is disposed downstream of the catalyst 24, it cannot be determined from the output of the air-fuel ratio sensor 26 whether the exhaust gas flowing around the oxygen sensor 28 is actually rich or lean. . For this reason, even if the output of the air-fuel ratio sensor 26 and the output of the oxygen sensor 28 are simply compared, the presence or absence of an element crack abnormality cannot be determined.
[0072]
On the other hand, according to the method used in the present embodiment, the state in which the oxygen sensor 28 emits an output near 0 V continues under a situation in which rich exhaust gas flows around the oxygen sensor 28. In this case, an abnormality in the sensor is detected immediately thereafter. For this reason, the system according to the present embodiment can accurately determine the presence / absence of an element crack abnormality of the oxygen sensor 28 in a short time.
[0073]
By the way, in the above-described first embodiment, active control for repeatedly inverting the target air-fuel ratio is performed in order to determine whether or not the oxygen sensor 28 is abnormal. However, the present invention is not limited to this. is not. That is, in order to determine the abnormality of the oxygen sensor 28, it is not always necessary to invert the target air-fuel ratio between the rich target value and the lean target value. The air-fuel ratio may be merely fixed at one of the rich target value and the lean target value.
[0074]
In the first embodiment described above, in order to determine whether the oxygen sensor 28 is abnormal, the target air-fuel ratio is set to the rich target value or the lean target value, and the air-fuel ratio is forcibly set to rich or lean. However, the present invention is not limited to this. In other words, the presence or absence of an abnormality in the oxygen sensor 28 may be determined using a time when the air-fuel ratio is necessarily rich or lean, such as during execution of fuel cut.
[0075]
In the first embodiment, the difference ΔA / F between the exhaust air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 26 and the stoichiometric air-fuel ratio and the fuel supply amount (fuel amount) to the internal combustion engine 10 are determined. The amount of oxygen flowing into the catalyst 24 and the amount of oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the catalyst 24 are calculated based on this, but the present invention is not limited to this. That is, the oxygen amount and the oxygen deficiency may be calculated based on the intake air amount detected by the air flow meter 18 and the fuel supply amount (fuel amount) without using ΔA / F as a basis. Good.
[0076]
When such a calculation method is used, unlike the case of the first embodiment, it is not necessary to measure the air-fuel ratio A / F upstream of the catalyst 24. Therefore, when such a calculation method is used, the sensor disposed upstream of the catalyst 24 may be an oxygen sensor instead of the air-fuel ratio sensor.
[0077]
Further, in the above-described first embodiment, in the execution process of the routine shown in FIG. 5, the inversion of the output of the oxygen sensor 28 is recognized once, so that the normality is determined (see steps 104 and 106). ), The present invention is not limited to this. That is, the normality determination of the oxygen sensor 28 may not be performed until both the inversion from the rich output to the lean output and the inversion from the lean output to the rich output are recognized.
[0078]
In the first embodiment, the air-fuel ratio sensor 26 corresponds to the “upstream sensor” in the first aspect of the present invention, and the ECU 50 executes the processing in step 114 to perform the first The “storage capacity calculation means” of the first invention executes the processing of step 126, and the “discharge capacity calculation means” of the first invention executes the processing of steps 116, 118, 128 and 130. By doing so, the “abnormality determining means” in the first invention is realized.
[0079]
In the first embodiment described above, the ECU 50 calculates “A / F by subtracting the stoichiometric air-fuel ratio from the exhaust air-fuel ratio in step 114 or 126” to calculate “air-fuel ratio difference calculation” in the second invention. The "means" detects the Fuel amount, thereby realizing the "fuel supply amount detecting means" in the second invention. The ECU 50 calculates the amount of oxygen in the exhaust gas based on ΔA / F and the amount of Fuel in the above step 114, whereby the “oxygen amount calculating means” in the second aspect of the present invention performs By calculating the oxygen deficiency in the exhaust gas based on ΔA / F and the Fuel amount, the “oxygen deficiency calculation means” in the second aspect of the present invention is realized.
[0080]
In the first embodiment described above, the ECU 50 sets the target air-fuel ratio to the lean target value during execution of the active control, whereby the “forced lean means” in the third aspect of the present invention sets the target air-fuel ratio to By setting the target value to the rich target value, the “forced rich means” in the third aspect of the present invention is realized.
[0081]
In the first embodiment, the ECU 50 inverts the target air-fuel ratio between the rich target value and the lean target value every time the output of the oxygen sensor 28 is inverted during execution of the active control. The "inversion control means" in the fourth invention is realized.
[0082]
In the first embodiment described above, the “forced setting prohibition unit” in the fifth aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the process of step 120.
[0083]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
According to the first aspect, the calculated oxygen storage capacity of the catalyst can be obtained by any of the methods described below.
{Circle around (1)} The oxygen amount in the exhaust gas is integrated during a period in which the oxygen sensor generates a rich output and the upstream sensor generates a lean output. That is, the amount of oxygen flowing into the catalyst (the amount of oxygen adsorbed on the catalyst) is integrated during a period in which the exhaust gas containing oxygen flows into the catalyst and the clean exhaust gas flows out of the catalyst.
(2) The oxygen deficiency in the exhaust gas is integrated during a period when the oxygen sensor is generating a lean output and the upstream sensor is generating a rich output. That is, during the period when the oxygen-deficient exhaust gas flows into the catalyst and the clean exhaust gas flows out of the catalyst, the oxygen deficiency in the exhaust gas flowing into the catalyst (the oxygen amount released from the catalyst) Is integrated.
Further, according to the first invention, when the calculated oxygen storage amount obtained by the above method exceeds the maximum oxygen storage amount of the catalyst, it is possible to determine the abnormality of the oxygen sensor. According to such a method, it is possible to always accurately determine the abnormality of the oxygen sensor in the shortest time regardless of the operation state of the internal combustion engine.
[0084]
According to the second aspect, the difference ΔA / F between the air-fuel ratio (the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst) detected by the upstream sensor and the stoichiometric air-fuel ratio and the amount of fuel supplied to the internal combustion engine are provided. In addition, the amount of oxygen in the exhaust gas or the amount of oxygen deficiency can be accurately calculated.
[0085]
According to the third aspect, in order to obtain the calculated oxygen storage capacity in the process of storing oxygen by the catalyst, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made lean while the oxygen sensor is outputting a rich output. it can. In this case, the exhaust gas flowing into the catalyst can be forcibly made an exhaust gas containing oxygen.
Further, according to the present invention, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made rich while the oxygen sensor emits a lean output in order to obtain the calculated oxygen storage capacity in the process of releasing oxygen from the catalyst. it can. In this case, the exhaust gas flowing into the catalyst can be forcibly made an oxygen-deficient exhaust gas.
[0086]
According to the fourth aspect, each time the output of the oxygen sensor is inverted, the target air-fuel ratio can be inverted between rich and lean. Therefore, according to the present invention, a state in which oxygen is fully stored in the catalyst and a state in which all oxygen in the catalyst has been completely released can be alternately created, and a process in which those states are created Thus, the calculated oxygen storage capacity can be accurately calculated.
[0087]
According to the fifth aspect, when it is determined that the oxygen sensor is abnormal, it is possible to prohibit execution of the process of forcibly setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to rich or lean. Therefore, according to the present invention, it is possible to prevent unpurified exhaust gas from continuing to flow downstream of the catalyst while the oxygen sensor is abnormal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an oxygen sensor included in the system according to the first embodiment.
FIG. 3 is a timing chart for explaining an operation of the system according to the first embodiment when active control is performed under a condition where the oxygen sensor is functioning normally.
FIG. 4 is a timing chart for explaining an operation of the system according to the first embodiment when active control is performed in a situation where an abnormality has occurred in the oxygen sensor.
FIG. 5 is a flowchart of a control routine executed in the system according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram for explaining output characteristics of an oxygen sensor included in the system of the first embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine
24 catalyst
26 Air-fuel ratio sensor
28 Oxygen sensor
50 ECU (Electronic Control Unit)

Claims (5)

排気ガスを浄化する触媒の下流に配置された酸素センサの異常を検出する異常検出装置であって、
前記触媒の上流に配置され、排気空燃比に応じた出力を発する上流側センサと、
前記酸素センサがリッチ出力を発生し、かつ、前記上流側センサがリーン出力を発生している期間中に前記触媒に流入する排気ガス中の酸素量を積算することで前記触媒の計算上の酸素吸蔵能力を求める吸蔵時能力算出手段、および、前記酸素センサがリーン出力を発生し、かつ、前記上流側センサがリッチ出力を発生している期間中に前記触媒に流入する排気ガス中の酸素不足量を積算することで前記触媒の計算上の酸素吸蔵能力を求める放出時能力算出手段のうち少なくとも一方と、
前記計算上の酸素吸蔵可能量が、前記触媒の最大酸素吸蔵量を超えた場合に、前記酸素センサの異常を判定する異常判定手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの異常検出装置。
An abnormality detection device that detects an abnormality of an oxygen sensor disposed downstream of a catalyst that purifies exhaust gas,
An upstream sensor that is arranged upstream of the catalyst and emits an output according to the exhaust air-fuel ratio;
The oxygen calculated by the catalyst is calculated by integrating the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the catalyst during a period in which the oxygen sensor generates a rich output and the upstream sensor generates a lean output. A storage capacity calculation means for obtaining a storage capacity, and a shortage of oxygen in exhaust gas flowing into the catalyst during a period when the oxygen sensor is generating a lean output and the upstream sensor is generating a rich output. At least one of discharge capacity calculating means for calculating the calculated oxygen storage capacity of the catalyst by integrating the amount,
When the calculated oxygen storable amount exceeds the maximum oxygen storage amount of the catalyst, abnormality determination means for determining an abnormality of the oxygen sensor;
An oxygen sensor abnormality detection device, comprising:
前記上流側センサは、排気空燃比を検出する空燃比センサであり、
前記上流側センサにより検出される空燃比と理論空燃比との差ΔA/Fを求める空燃比差算出手段と、
内燃機関に対する燃料供給量を検出する燃料供給量検知手段とを備え、
前記吸蔵時能力算出手段は、前記ΔA/Fと前記燃料供給量とに基づいて排気ガス中の酸素量を算出する酸素量算出手段を備え、
前記放出時能力算出手段は、前記ΔA/Fと前記燃料供給量とに基づいて排気ガス中の酸素不足量を算出する酸素不足量算出手段を備えることを特徴とする請求項1記載の酸素センサの異常検出装置。
The upstream sensor is an air-fuel ratio sensor that detects an exhaust air-fuel ratio,
Air-fuel ratio difference calculating means for obtaining a difference ΔA / F between the air-fuel ratio detected by the upstream sensor and the stoichiometric air-fuel ratio;
Fuel supply amount detection means for detecting a fuel supply amount to the internal combustion engine,
The storage capacity calculation means includes an oxygen amount calculation means for calculating an oxygen amount in exhaust gas based on the ΔA / F and the fuel supply amount,
2. The oxygen sensor according to claim 1, wherein the discharge capacity calculating unit includes an oxygen deficiency calculating unit that calculates an oxygen deficiency in the exhaust gas based on the ΔA / F and the fuel supply amount. 3. Abnormality detection device.
前記吸蔵時能力算出手段との組み合わせで用いられる強制リーン手段、および前記放出時能力算出手段との組み合わせで用いられる強制リッチ手段のうち少なくとも一方を備え、
前記強制リーン手段は、前記酸素センサがリッチ出力を発している間、内燃機関に供給される混合気の目標空燃比をリーンにする手段であり、
前記強制リッチ手段は、前記酸素センサがリーン出力を発している間、前記混合気の目標空燃比をリッチにする手段であることを特徴とする請求項1または2記載の酸素センサの異常検出装置。
Comprising at least one of forced lean means used in combination with the storage capacity calculation means, and forced rich means used in combination with the release capacity calculation means,
The forced lean means is a means for leaning the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine while the oxygen sensor emits a rich output,
3. The oxygen sensor abnormality detecting device according to claim 1, wherein said forced rich means is means for making a target air-fuel ratio of said air-fuel mixture rich while said oxygen sensor is generating a lean output. .
前記強制リーン手段および前記強制リッチ手段の双方を備えると共に、
前記強制リッチ手段および前記強制リーン手段を連続的に機能させることにより、前記酸素センサの出力が反転する毎に前記目標空燃比をリッチとリーンの間で反転させる反転制御手段を備えることを特徴とする請求項3記載の酸素センサの異常検出装置。
With both the forced lean means and the forced rich means,
By continuously operating the forced rich means and the forced lean means, a reversal control means for reversing the target air-fuel ratio between rich and lean whenever the output of the oxygen sensor is reversed is provided. The abnormality detection device for an oxygen sensor according to claim 3.
前記酸素センサの異常が判定された場合に、前記強制リーン手段による前記目標空燃比の設定、および前記強制リッチ手段による前記目標空燃比の設定を禁止する強制設定禁止手段を備えることを特徴とする請求項3または4記載の酸素センサの異常検出装置。When the abnormality of the oxygen sensor is determined, the target air-fuel ratio is set by the forced lean unit, and the target air-fuel ratio is set by the forced rich unit. The oxygen sensor abnormality detection device according to claim 3 or 4.
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