JP2006077659A - Irregularity diagnosing device for exhaust gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排出ガス浄化用の触媒の下流側に設置された排出ガスセンサの異常診断を行う排出ガスセンサの異常診断装置に関する発明である。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device for an exhaust gas sensor that performs an abnormality diagnosis of an exhaust gas sensor installed on the downstream side of a catalyst for purifying exhaust gas.
近年の自動車は、排出ガス浄化のために、例えば、特許文献1(特開平4−16757号公報)、特許文献2(特開平8−177575公報)、特許文献3(特許第3227912号公報)等に記載されているように、排気管に触媒を設置すると共に、この触媒の上流側に酸素センサ、空燃比センサ等の排出ガスセンサを設置し、この触媒上流側の排出ガスセンサ(以下「触媒上流側センサ」という)で検出した排出ガスの空燃比が触媒の浄化ウインドウの範囲内となるように空燃比(燃料噴射量)を制御することで、排出ガスの浄化率を高めるようにしている。しかし、触媒が劣化すると、排出ガスの浄化率が低下するため、触媒の下流側に排出ガスセンサ(以下「触媒下流側センサ」という)を設置し、この触媒下流側センサで触媒の流出ガスの空燃比をモニターすることで、触媒の劣化判定を行うようにしたものがある。
このシステムでは、触媒下流側センサが劣化すると、検出応答性が遅くなるため、本来、劣化と判定すべき触媒を劣化していないと誤判定する可能性がある。この誤判定を避けるために、触媒下流側センサの異常を早期に検出する必要がある。 In this system, if the downstream sensor of the catalyst deteriorates, the detection responsiveness is delayed. Therefore, there is a possibility that the catalyst that should originally be determined to be deteriorated is erroneously determined as not deteriorated. In order to avoid this erroneous determination, it is necessary to detect an abnormality in the catalyst downstream sensor early.
上記特許文献1〜3には、エンジン運転中に燃料カットによる空燃比のリッチ/リーンの切り換えを利用して触媒上流側センサの応答性を計測して異常診断する技術が記載されているが、この触媒上流側センサの異常診断技術をそのまま触媒下流側センサの異常診断に適用することはできない。この理由は、触媒上流側センサとは異なり、触媒下流側センサは触媒の状態の影響を受けてしまうためである。
つまり、触媒を通過する排出ガスの空燃比は、触媒の酸素吸蔵量(リーン成分吸蔵量)の影響を受けてかなり変化するため、触媒上流側の空燃比のリッチ/リーンを切り換えたときの触媒下流側の空燃比の挙動は、触媒の酸素吸蔵量によってかなり変化する。このため、触媒上流側の空燃比のリッチ/リーンの切り換えが触媒下流側センサの出力変化としてあまり現れないような場合でも、触媒下流側センサの応答性が悪化しているのか、触媒下流側の空燃比が徐々に変化しているのかを区別することができず、触媒下流側センサの正常/異常を誤判定する可能性がある。 In other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas that passes through the catalyst changes considerably under the influence of the oxygen storage amount (lean component storage amount) of the catalyst, so the catalyst when the air-fuel ratio rich / lean on the upstream side of the catalyst is switched. The downstream air-fuel ratio behavior varies considerably depending on the oxygen storage amount of the catalyst. For this reason, even when the rich / lean switching of the air / fuel ratio on the upstream side of the catalyst does not appear as much as the output change of the downstream sensor of the catalyst, whether the response of the downstream sensor of the catalyst has deteriorated, Whether the air-fuel ratio is gradually changing cannot be distinguished, and there is a possibility that the normality / abnormality of the downstream sensor of the catalyst is erroneously determined.
また、この対策として、通常の走行時に、触媒下流側センサの異常診断のために、触媒下流側の空燃比の変化が大きく現れるように、触媒上流側の空燃比を大きく変化させることが考えられるが、触媒上流側の空燃比を大きく変化させると、触媒の浄化能力を越えて触媒上流側の空燃比を変化させることになってしまい、排気エミッションが悪化してしまう不具合が発生する。 As a countermeasure, it is conceivable that the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is greatly changed so that the change in the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst appears greatly during normal travel so as to diagnose the abnormality of the sensor on the downstream side of the catalyst. However, if the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is greatly changed, the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is changed beyond the purification capacity of the catalyst, and a problem that exhaust emission deteriorates occurs.
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気エミッションを悪化させずに、触媒下流側センサの正常/異常を精度良く判定することができる排出ガスセンサの異常診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and therefore the object of the present invention is to detect abnormalities in the exhaust gas sensor that can accurately determine normality / abnormality of the downstream sensor of the catalyst without deteriorating exhaust emission. It is to provide a diagnostic device.
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、触媒の状態がリーンの状態で空燃比リッチ制御を実行したときの触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性(応答時間、センサ出力変化の傾き等)を応答性計測手段により計測し、この応答性計測値に基づいて触媒下流側センサの異常診断を異常診断手段により行うようにしたものである。つまり、触媒の状態がリーンの状態であれば、触媒下流側の空燃比もリーンの状態になっているものと推定できるため、この状態で空燃比リッチ制御が実行されたときに、触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を計測すれば、触媒の状態がほぼ一定の状態で触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を精度良く計測することができ、この応答性計測値に基づいて触媒下流側センサの正常/異常を精度良く判定することができる。しかも、応答性計測前の触媒の状態がリーンの状態であるため、触媒下流側の空燃比が確実にリッチ側に変化するように、触媒上流側の空燃比を大きくリッチ側に変化させても、触媒で排出ガスのリッチ成分を浄化することができ、排気エミッションを悪化させずに済む。
In order to achieve the above object, the invention according to
この場合、請求項2のように、燃料カット又は空燃比リーン制御が所定期間以上続いたときに、触媒の状態がリーンの状態であると判断して空燃比リッチ制御を実行し、触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を計測して該触媒下流側センサの異常診断を実行するようにすると良い。このようにすれば、エンジン運転中に、燃料カット又は空燃比リーン制御を利用して触媒下流側センサの異常診断を実施できると共に、燃料カット又は空燃比リーン制御により増加した触媒の酸素吸蔵量(リーン成分吸蔵量)を空燃比リッチ制御により減少させることができて、NOx排出量を低減することができる。 In this case, as described in claim 2, when the fuel cut or the air-fuel ratio lean control continues for a predetermined period or longer, it is determined that the catalyst is in the lean state, and the air-fuel ratio rich control is executed. An abnormality diagnosis of the downstream sensor of the catalyst may be executed by measuring the response of the sensor from lean to rich. In this way, while the engine is running, abnormality diagnosis of the catalyst downstream side sensor can be performed using fuel cut or air-fuel ratio lean control, and the oxygen storage amount of the catalyst increased by fuel cut or air-fuel ratio lean control ( The lean component storage amount) can be reduced by the air-fuel ratio rich control, and the NOx emission amount can be reduced.
更に、請求項3のように、触媒のリーン成分吸蔵量が飽和状態になったと推定されるときに、空燃比リッチ制御を実行して、触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を計測して該触媒下流側センサの異常診断を実行するようにすると良い。このようにすれば、触媒下流側センサの異常診断時に、常に触媒が一定のリーン状態で触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を計測できるため、触媒下流側センサの応答性を精度良く計測することができて、触媒下流側センサの異常診断精度を向上させることができる。 Further, as described in claim 3, when it is estimated that the lean component storage amount of the catalyst is saturated, the air-fuel ratio rich control is executed to measure the response from lean to rich of the downstream sensor of the catalyst. Thus, it is preferable to perform abnormality diagnosis of the catalyst downstream side sensor. In this way, when the abnormality of the downstream sensor of the catalyst is diagnosed, the response of the downstream sensor of the catalyst downstream from lean to rich can be measured with the catalyst always in a certain lean state. It is possible to measure, and the abnormality diagnosis accuracy of the catalyst downstream sensor can be improved.
また、請求項4のように、空燃比リッチ制御によるリッチ度合を触媒の状態がリッチ側に変化するように設定するようにすると良い。これにより、触媒下流側の空燃比を確実にリーンからリッチへ変化させることができて、応答性の計測精度を向上させることができる。 Further, as described in claim 4, it is preferable to set the rich degree by the air-fuel ratio rich control so that the state of the catalyst changes to the rich side. As a result, the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst can be reliably changed from lean to rich, and the responsiveness measurement accuracy can be improved.
また、排出ガス流量が少ないと、触媒上流側の空燃比をリーンからリッチへ変化させても、触媒の状態がリッチ側に変化しない可能性があり、その結果、触媒下流側センサの応答性が悪化しているのか、触媒下流側の空燃比が徐々に変化しているのかを正確に区別できなくなる可能性がある。 In addition, if the exhaust gas flow rate is small, the catalyst state may not change to the rich side even if the air-fuel ratio on the upstream side of the catalyst is changed from lean to rich. There is a possibility that it cannot be accurately discriminated whether it is deteriorating or whether the air-fuel ratio on the downstream side of the catalyst is gradually changing.
この対策として、請求項5のように、排出ガス流量が所定量以下のときに触媒下流側センサの応答性の計測を禁止するようにすると良い。このようにすれば、排出ガス流量が少ないときに、触媒下流側センサの正常/異常を誤判定することを未然に防止できる。 As a countermeasure against this, it is preferable to prohibit the measurement of the responsiveness of the catalyst downstream sensor when the exhaust gas flow rate is equal to or less than a predetermined amount. In this way, it is possible to prevent erroneous determination of normality / abnormality of the catalyst downstream side sensor when the exhaust gas flow rate is small.
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等のモータ15によって開度調節されるスロットルバルブ16と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ17とが設けられている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying the best mode for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.
First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG. An
更に、スロットルバルブ16の下流側には、サージタンク18が設けられ、このサージタンク18には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ19が設けられている。また、サージタンク18には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド20が設けられ、各気筒の吸気マニホールド20の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ22が取り付けられ、各点火プラグ22の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
Further, a
一方、エンジン11の排気管23(排気通路)には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒等の触媒24が設けられ、この触媒24の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する空燃比センサ、酸素センサ等の排出ガスセンサ(以下「触媒上流側センサ」という)25が設けられ、触媒24の下流側に、排出ガスのリッチ/リーンを検出する酸素センサ(以下「触媒下流側センサ」という)26が設けられている。
On the other hand, the exhaust pipe 23 (exhaust passage) of the
また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ27や、エンジン11のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ28が取り付けられている。このクランク角センサ28の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
A cooling
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)29に入力される。このECU29は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁21の燃料噴射量や点火プラグ22の点火時期を制御する。
Outputs of these various sensors are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 29. The ECU 29 is mainly composed of a microcomputer, and executes various engine control programs stored in a built-in ROM (storage medium) to thereby determine the fuel injection amount of the
その際、ECU29は、図示しない空燃比フィードバック制御プログラムを実行することで、触媒上流側センサ25の検出空燃比が目標空燃比に一致するように空燃比(燃料噴射量)を制御して、触媒24の上流側の空燃比が触媒24の浄化ウインド内(ストイキ付近)に収まるように制御する。この際、触媒下流側センサ26の出力は、触媒24の上流側の目標空燃比を補正するのに用いられたり、触媒24の劣化診断に用いられる。
At that time, the ECU 29 executes an air-fuel ratio feedback control program (not shown) to control the air-fuel ratio (fuel injection amount) so that the detected air-fuel ratio of the catalyst
また、ECU29は、後述する図2の触媒下流側センサ異常診断ルーチンを実行することで、次のようにして燃料カットを利用して触媒下流側センサ26の異常診断を実施する。エンジン運転中に燃料カットが実行されると、触媒24内に多量の酸素(リーン成分)が流れ込むため、触媒24の酸素吸蔵量(リーン成分吸蔵量)が増加して、触媒24の状態がリーンの状態になる。このため、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)は、排出ガスのリーン成分を触媒24内で十分に浄化することができず、NOx等のリーン成分の排出量が増加する傾向がある。そこで、本実施例では、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)のNOx等のリーン成分の排出量を低減するために、図3に示すように、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)に、一時的に空燃比をリッチに制御して、触媒24の吸蔵リーン成分と排出ガスのリッチ成分との反応を促進させて触媒24のリーン成分吸蔵量を減少させ、触媒24の状態を速やかにストイキ付近に回復させるようにしている。
Further, the
本実施例の触媒下流側センサ26の異常診断は、この燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)に一時的に実行される空燃比リッチ制御を利用して、触媒下流側センサ26のリーンからリッチへの所定電圧間(例えば0.3V→0.5V)の応答時間を計測し、この応答時間に基づいて触媒下流側センサ26の異常診断を行うようにしている。
The abnormality diagnosis of the catalyst
以下、本実施例の触媒下流側センサ26の異常診断を実行する図2の触媒下流側センサ異常診断ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンは、エンジン運転中に所定周期(例えば5ms周期)で実行され、特許請求の範囲でいう応答性計測手段と異常診断手段としての役割を果たす。
The processing contents of the catalyst downstream side sensor abnormality diagnosis routine of FIG. 2 for executing abnormality diagnosis of the catalyst
本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、吸入空気量が所定量以上であるか否かで、排出ガス流量が所定量以上であるか否かを判定し、その結果、吸入空気量が所定量未満(排出ガス流量が所定量未満)と判定されれば、以降の処理を実行することなく、そのまま本ルーチンを終了する。排出ガス流量が少ないと、空燃比リッチ制御を行っても、触媒24の状態がリッチ側に変化しないため、触媒下流側センサ26の応答性が悪化しているのか、触媒24の下流側の空燃比が徐々に変化しているのかを正確に区別できないためである。
When this routine is started, first, at
これに対して、上記ステップ101で、吸入空気量が所定量以上(排出ガス流量が所定量以上)と判定されれば、ステップ102に進み、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)の空燃比リッチ制御を所定時間以上実施したか否かで、触媒24のリーン成分吸蔵量(酸素吸蔵量)が十分に減少したか否かを判定し、「No」と判定されれば、以降の処理を実行することなく、そのまま本ルーチンを終了する。
On the other hand, if it is determined in
その後、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)の空燃比リッチ制御を所定時間以上実施して、触媒24のリーン成分吸蔵量(酸素吸蔵量)が十分に減少したと推定できる状態になった段階で、ステップ103に進み、触媒下流側センサ26の出力電圧をリーン側のしきい電圧である例えば0.15Vと比較し、触媒下流側センサ26の出力電圧が0.15V未満であれば、燃料カットにより触媒下流側センサ26の出力電圧が十分にリーン側に変化したと判断して、ステップ104に進み、診断前提条件フラグFXを“1”にセットして本ルーチンを終了する。もし、燃料カットにより触媒下流側センサ26の出力電圧が十分にリーン側に変化していない場合は、触媒下流側センサ26の応答時間を正確に計測できないため、診断前提条件フラグFXが“0”に維持され、触媒下流側センサ26の応答時間計測・異常診断が禁止される。
Thereafter, the air-fuel ratio rich control after returning from the fuel cut (after resuming fuel injection) is performed for a predetermined time or more, and it is possible to estimate that the lean component storage amount (oxygen storage amount) of the
一方、上記ステップ103で、触媒下流側センサ26の出力電圧が0.15V以上と判定されれば、ステップ105に進み、診断前提条件フラグFXが“1”にセットされているか否かを判定し、「No」と判定されれば、診断前提条件が不成立と判断して、以降の処理を実行することなく、そのまま本ルーチンを終了する。
On the other hand, if it is determined in
これに対して、上記ステップ105で、診断前提条件フラグFXが“1”にセットされていると判定されれば、診断前提条件が成立していると判断して、続くステップ106〜108の処理によって、触媒下流側センサ26の出力電圧がリーン側の所定電圧(例えば0.3V)からリッチ側の所定電圧(例えば0.5V)に到達するまでの応答時間をタイムカウンタTCによりカウントする。すなわち、触媒下流側センサ26の出力電圧がリーン側の所定電圧(例えば0.3V)以上になったときにタイムカウンタTCのカウントアップを開始し、触媒下流側センサ26の出力電圧がリッチ側の所定電圧(例えば0.5V)に到達した時点で、タイムカウンタTCのカウントアップ動作を終了して、ステップ109に進み、タイムカウンタTCで計測した触媒下流側センサ26の応答時間TCを判定値と比較し、応答時間TCが判定値以上であれば、ステップ110に進み、触媒下流側センサ26が異常(応答性劣化)と判定し、次のステップ111で、異常情報をECU29のバックアップRAM等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶すると共に、警告表示を行って運転者に知らせる。一方、応答時間TCが判定値未満であれば、ステップ112に進み、触媒下流側センサ26が正常と判定判定する。この後、ステップ113に進み、タイムカウンタTCと診断前提条件フラグFXをリセットして、本ルーチンを終了する。
On the other hand, if it is determined in
以上説明した本実施例によれば、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)にNOx低減のために一時的に実行される空燃比リッチ制御を利用して、触媒下流側センサ26のリーンからリッチへの所定電圧間(例えば0.3V→0.5V)の応答時間を計測するようにしたので、触媒24の状態がほぼ一定の状態で触媒下流側センサ26のリーンからリッチへの応答時間を精度良く計測することができ、この応答時間に基づいて触媒下流側センサ26の正常/異常を精度良く判定することができる。しかも、応答時間計測前の触媒24の状態がリーンの状態であるため、触媒24の下流側の空燃比が確実にリッチ側に変化するように、触媒24の上流側の空燃比を大きくリッチ側に変化させても、触媒24で排出ガスのリッチ成分を浄化することができ、排気エミッションを悪化させずに済む。
According to the present embodiment described above, the air-fuel ratio rich control that is temporarily executed to reduce NOx after returning from the fuel cut (after restarting the fuel injection) is used to make the richness of the catalyst
しかも、本実施例では、エンジン運転中に、燃料カットを利用して触媒下流側センサ26の異常診断を実施できると共に、燃料カットにより増加した触媒24の酸素吸蔵量(リーン成分吸蔵量)を空燃比リッチ制御により減少させることができて、NOx排出量を低減することができる。
In addition, in this embodiment, while the engine is running, abnormality diagnosis of the catalyst
更に、本実施例では、燃料カットにより触媒下流側センサ26の出力電圧が十分にリーン側(例えば0.15V未満)に変化したときのみ(換言すれば、燃料カットにより触媒24のリーン成分吸蔵量が飽和状態になったと推定されるときのみ)、触媒下流側センサ26の応答時間を計測するようにしたので、常に触媒24が一定のリーン状態で触媒下流側センサ26の応答時間を精度良く計測することができる。
Furthermore, in this embodiment, only when the output voltage of the catalyst
また、本実施例では、触媒下流側センサ26の出力電圧がリーン側の所定電圧(例えば0.3V)からリッチ側の所定電圧(例えば0.5V)に到達するまでの応答時間を計測するようにしたので、空燃比リッチ制御により触媒24の状態がリッチ側に変化するまでの触媒下流側センサ26の応答時間を計測することができ、応答時間の精度を更に向上させることができる。
In this embodiment, the response time until the output voltage of the catalyst
また、排出ガス流量が少ないと、燃料カット復帰後(燃料噴射再開後)に空燃比リッチ制御を行っても、触媒24の状態がリッチ側に変化しない可能性があることを考慮して、本実施例では、排出ガス流量(吸入空気量)が所定量以下のときに応答時間の計測を禁止するようにしたので、排出ガス流量が少ないときに、触媒下流側センサ26の正常/異常を誤判定することを未然に防止できる。
Further, considering that the exhaust gas flow rate is small, the state of the
尚、本実施例では、触媒下流側センサ26の応答性を表す情報として、応答時間を計測するようにしたが、触媒下流側センサ26の出力変化の傾きを計測したり、所定時間の出力変化量を計測するようにしても良い。
In this embodiment, the response time is measured as information indicating the response of the catalyst
また、本実施例では、燃料カットを利用して触媒下流側センサ26の応答時間計測・異常診断を実行するようにしたが、空燃比リーン制御が所定期間以上続いたときに、触媒24の状態がリーンの状態であると判断して空燃比リッチ制御を実行し、触媒下流側センサ26の応答時間計測・異常診断を実行するようにしても良い。
In the present embodiment, the response time measurement / abnormality diagnosis of the catalyst
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、16…スロットルバルブ、21…燃料噴射弁、22…点火プラグ、23…排気管、24…触媒、25…触媒上流側センサ、26…触媒下流側センサ、29…ECU(異常診断手段,応答性計測手段)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記触媒の状態がリーンの状態で空燃比リッチ制御を実行したときの前記触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性を計測する応答性計測手段と、
前記触媒下流側センサのリーンからリッチへの応答性に基づいて前記触媒下流側センサの異常診断を行う異常診断手段と
を備えていることを特徴とする排出ガスセンサの異常診断装置。 In the exhaust gas sensor installed on the downstream side of the exhaust gas purification catalyst (hereinafter referred to as “catalyst downstream sensor”),
Responsiveness measuring means for measuring the response from lean to rich of the catalyst downstream side sensor when air-fuel ratio rich control is executed in a lean state of the catalyst;
An abnormality diagnosis device for an exhaust gas sensor, comprising: abnormality diagnosis means for performing abnormality diagnosis of the catalyst downstream side sensor based on a response from lean to rich of the catalyst downstream side sensor.
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