JP2008121473A - 酸素センサの劣化検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の排気通路に搭載された触媒の下流側に搭載される酸素センサの劣化検出装置において、まず、酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素過多の状態を示すリーン出力となるように、又は、酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素不足の状態を示すリッチ出力となるように、空燃比を制御する。酸素センサの出力が前記リーン出力となった後、目標空燃比をリッチ目標空燃比に設定して空燃比のリッチ制御を実行し、又は、酸素センサの出力が前記リッチ出力となった後、目標空燃比をリーン目標空燃比に設定して空燃比のリーン制御を実行する。リッチ制御開始から、酸素センサの出力がリッチ出力となる前までの第1変化期間の間、又は、リーン制御開始から、酸素センサの出力がリーン出力となる前までの第2変化期間の間に、酸素センサの出力を検出し、検出された前記酸素センサの出力に基づいて、酸素センサの劣化の有無を判定する。
【選択図】図4
Description
前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素過多の状態を示すリーン出力となるように、又は、前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素不足の状態を示すリッチ出力となるように、空燃比を制御する第1空燃比制御手段と、
前記酸素センサの出力が前記リーン出力となった後、目標空燃比をリッチ目標空燃比に設定して空燃比のリッチ制御を実行し、又は、前記酸素センサの出力が前記リッチ出力となった後、目標空燃比をリーン目標空燃比に設定して空燃比のリーン制御を実行する第2空燃比制御手段と、
前記リッチ制御開始から、前記酸素センサの出力が前記リッチ出力となる前までの第1変化期間の間、又は、前記リーン制御開始から、前記酸素センサの出力が前記リーン出力となる前までの第2変化期間の間に、前記酸素センサの出力を検出する変化出力検出手段と、
前記変化出力検出手段により検出された前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする。
前記第1変化期間に前記触媒から放出される酸素量、又は、前記第2変化期間に前記触媒に吸蔵される酸素量を、酸素吸蔵量として検出する酸素吸蔵量検出手段と、
前記酸素吸蔵量に応じて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
を更に備えることを特徴とする。
前記第2空燃比制御手段による前記リッチ制御開始又は前記リーン制御開始から、連続して前記リッチ制御又は前記リッチ制御が行われている間の経過時間が、基準時間以上となっているか否かを判定する経過時間判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記経過時間が前記基準時間以上となっていることが認められた場合に、前記第1変化期間又は前記第2変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする。
前記第2空燃比制御手段による前記リッチ制御開始の後、前記酸素センサの出力が、理論空燃比に対応するセンサ出力である基準出力よりも小さく、前記リーン出力よりも大きな、所定のリーン側基準値以上であるか否かを判定するセンサ出力判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記酸素センサの出力が前記リーン側基準値以上であることが認められた場合に、前記第1変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする。
前記第2空燃比制御手段による前記リーン制御開始の後、前記酸素センサの出力が、理論空燃比に対応するセンサ出力である基準出力よりも大きく、前記リッチ出力よりも小さな、所定のリッチ側基準値以上であるか否かを判定するセンサ出力判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記酸素センサの出力が前記リッチ側基準値以上であることが認められた場合に、前記第2変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする。
前記変化出力検出手段は、前記第1変化期間及び前記第2変化期間のいずれかの期間に、前記酸素センサの出力を繰り返し検出し、
前記酸素センサの出力平均値を演算する演算手段を更に備え、
前記劣化判定手段は、前記出力平均値に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無の判定を行うことを特徴とする。
前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素過多の状態を示すリーン出力となるように、又は、前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素不足の状態を示すリッチ出力となるように、空燃比を制御する第1空燃比制御手段と、
前記酸素センサの出力が前記リーン出力又はリッチ出力となった後、目標空燃比を理論空燃比に設定して理論空燃比制御を実行する第2空燃比制御手段と、
前記理論空燃比制御中に、前記酸素センサの出力を検出する理論空燃比出力検出手段と、
前記理論空燃比出力検出手段により検出された前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの劣化検出装置。
[実施の形態1のハードウェア構成]
図1は、この発明の実施の形態1の酸素センサの劣化検出装置が搭載されたシステムの構成を説明するための模式図である。図1に示すシステムは、内燃機関10を備えている。図1においては、1の気筒の断面のみを表しているが、内燃機関10は実際には複数の気筒を備えている。内燃機関10の各気筒の吸気ポートには吸気管12が接続されている。吸気管12には、燃料噴射弁14が設けられている。
図3は、この実施の形態1の酸素センサ22の出力(起電力)特性を表す図である。図3において、横軸は空燃比を表し、縦軸はセンサ出力[V]を表している。図3の実線(a)は、初期(新品)のバラツキのない酸素センサ22の出力、換言すると酸素センサ22の理論的に演算される出力を示す。点線(b)は、初期の酸素センサ22の出力として許容されるバラツキの上限及び下限側の出力を示す。更に、一点鎖線(c)は経時劣化によりガスシール部52からの大気のリーク量が増加している酸素センサ22の出力を表している。図3に示すように、酸素センサ22は、排気ガス空燃比がリーンからリッチ又はその逆に変化する場合に、理論空燃比近傍において出力を急変させ、リーン側の出力とリッチ側の出力とを反転させる特性を有する。
ところで、触媒18は、HC、CO等の未燃成分を含むリッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、NOx等を含むリーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで、排気ガスの浄化を図る。例えば、内燃機関10への燃料供給を停止した燃料カット運転中の場合、触媒18に排気ガスが流入すると排気ガス中の酸素が触媒18に吸蔵される。この状態が長期に渡って継続されると、やがて、酸素吸蔵容量一杯に酸素を吸蔵し、もはや酸素を吸蔵できない状態、すなわち、最大酸素吸蔵状態となる。燃料カット運転が開始し触媒18が最大酸素吸蔵状態に達すると、触媒18下流には、酸素過多のリーンな排気ガスが排出され、酸素センサ22には、リーンな排気ガスが供給される。
(2) その後、リッチ目標空燃比への制御が開始されると、触媒18の浄化作用により排気ガスが理論空燃比近傍に保たれるが、この間、酸素センサ22の出力は、初期(新品)のバラツキのない酸素センサ22が理論空燃比に対して示す出力、つまり理論的に演算される出力(基準出力)(以下、「初期中央値」)を示さず、リーン出力よりも僅かに大きなリーン段差出力を定常的に示す。
(3) その後、触媒18が最小酸素吸蔵状態に達してリッチな排気ガスの浄化ができない状態となると、酸素センサ22の出力は急変してリッチ判定値Hitgt以上のリッチ出力を示す。
(条件A) 内燃機関10の燃料カット運転が規定時間Tf/c以上継続していること。
(条件B) 内燃機関10の燃料カット運転の後、空燃比目標値が所定のリッチ目標空燃比A/Frich(例えば13.5程度)に設定されて、空燃比のリッチ制御が実行されること。
(条件C) アイドル運転状態であること。
(条件D) 吸入空気量が所定の範囲内(例えば、吸入空気量Ga≦5[g/s]以下)であること。
実施の形態2のシステムは、実施の形態1のシステムと同様の構成を有している。実施の形態2のシステムは、触媒18の劣化判定中に酸素センサ22の劣化判定を行う点を除き、実施の形態1と同様の制御を行う。
上記のように触媒18は、HC、CO等の未燃成分を含むリッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、NOx等を含むリーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで、排気ガスの浄化を図る。従って、触媒18の浄化能力は、最大限放出あるいは吸蔵することができる酸素量である酸素吸蔵容量により決定される。つまり、触媒18の浄化能力は、その酸素吸蔵容量が減少するにつれて低下することとなる。そこでこのシステムでは、酸素吸蔵容量を検出し、その検出値に基づいて触媒18の劣化判定を行う制御が実行される。
ところで、上記のような触媒18の劣化判定時の空燃比強制制御時に、空燃比がリーン制御され触媒18が最大酸素吸蔵状態に達すると、触媒18下流側に排出される排気ガスはリーンとなる。酸素センサ22がリーン出力を発すると、目標空燃比がリッチ目標空燃比A/Frichに強制的に切り替えられ、リッチ制御が開始される。このとき触媒18は最大酸素吸蔵状態となっているため、リッチな排気ガスが触媒18内に流入すると、吸蔵された酸素が放出され排気ガスが浄化される。従って、触媒18下流側の排気ガスは理論空燃比近傍に一旦安定する。
(条件a) 内燃機関10の触媒劣化判定のための空燃比強制制御中であること。
(条件b) 触媒18が、最大酸素吸蔵状態に達し、空燃比目標値がリッチ側に切り替えられたこと。
(条件c) アイドル運転状態であること。
(条件d) 吸入空気量が所定の範囲内(例えば、吸入空気量Ga≦5[g/s]以下)であること。
12 吸気管
14 燃料噴射弁
16 排気管
18 触媒
20 空燃比センサ
22 酸素センサ
24 ECU
30 センサ素子
32 多孔質保護層
34 排気側電極
36 固体電解質層
38 大気側電極
40 大気室
42 ヒータ
44 カバー
46 ハウジング
52 ガスシール部
54 金属パッキン
56 タルク材
58 絶縁ガラス
60 かしめ用金属リング
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に搭載された触媒の下流側に搭載される酸素センサの劣化検出装置であって、
前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素過多の状態を示すリーン出力となるように、又は、前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素不足の状態を示すリッチ出力となるように、空燃比を制御する第1空燃比制御手段と、
前記酸素センサの出力が前記リーン出力となった後、目標空燃比をリッチ目標空燃比に設定して空燃比のリッチ制御を実行し、又は、前記酸素センサの出力が前記リッチ出力となった後、目標空燃比をリーン目標空燃比に設定して空燃比のリーン制御を実行する第2空燃比制御手段と、
前記リッチ制御開始から、前記酸素センサの出力が前記リッチ出力となる前までの第1変化期間の間、又は、前記リーン制御開始から、前記酸素センサの出力が前記リーン出力となる前までの第2変化期間の間に、前記酸素センサの出力を検出する変化出力検出手段と、
前記変化出力検出手段により検出された前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの劣化検出装置。 - 前記第1空燃比制御手段は、前記酸素センサの出力が前記リーン出力となるようにする場合は、前記内燃機関への燃料の供給を停止して燃料カット運転を実施することを特徴とする請求項1に記載の酸素センサの劣化装置。
- 前記第1変化期間に前記触媒から放出される酸素量、又は、前記第2変化期間に前記触媒に吸蔵される酸素量を、酸素吸蔵量として検出する酸素吸蔵量検出手段と、
前記酸素吸蔵量に応じて、前記触媒の劣化を判定する触媒劣化判定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の酸素センサの劣化検出装置。 - 前記第2空燃比制御手段による前記リッチ制御開始又は前記リーン制御開始から、連続して前記リッチ制御又は前記リッチ制御が行われている間の経過時間が、基準時間以上となっているか否かを判定する経過時間判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記経過時間が前記基準時間以上となっていることが認められた場合に、前記第1変化期間又は前記第2変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の酸素センサの劣化検出装置。 - 前記第2空燃比制御手段による前記リッチ制御開始の後、前記酸素センサの出力が、理論空燃比に対応するセンサ出力である基準出力よりも小さく、前記リーン出力よりも大きな、所定のリーン側基準値以上であるか否かを判定するセンサ出力判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記酸素センサの出力が前記リーン側基準値以上であることが認められた場合に、前記第1変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の酸素センサの劣化検出装置。 - 前記第2空燃比制御手段による前記リーン制御開始の後、前記酸素センサの出力が、理論空燃比に対応するセンサ出力である基準出力よりも大きく、前記リッチ出力よりも小さな、所定のリッチ側基準値以上であるか否かを判定するセンサ出力判定手段を備え、
前記変化出力検出手段は、前記酸素センサの出力が前記リッチ側基準値以上であることが認められた場合に、前記第2変化期間における前記酸素センサの出力の検出を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の酸素センサの劣化検出装置。 - 前記変化出力検出手段は、前記第1変化期間及び前記第2変化期間のいずれかの期間に、前記酸素センサの出力を繰り返し検出し、
前記酸素センサの出力平均値を演算する演算手段を更に備え、
前記劣化判定手段は、前記出力平均値に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無の判定を行うことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の酸素センサの劣化検出装置。 - 前記第1変化期間又は前記第2変化期間の間に検出された前記酸素センサの出力に応じて、前記リーン出力及び前記リッチ出力を設定する出力設定手段、を更に備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の酸素センサの劣化検出装置。
- 内燃機関の排気通路に搭載される酸素センサの劣化検出装置であって、
前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素過多の状態を示すリーン出力となるように、又は、前記酸素センサの出力が、排気ガスの空燃比が酸素不足の状態を示すリッチ出力となるように、空燃比を制御する第1空燃比制御手段と、
前記酸素センサの出力が前記リーン出力又はリッチ出力となった後、目標空燃比を理論空燃比に設定して理論空燃比制御を実行する第2空燃比制御手段と、
前記理論空燃比制御中に、前記酸素センサの出力を検出する理論空燃比出力検出手段と、
前記理論空燃比出力検出手段により検出された前記酸素センサの出力に基づいて、前記酸素センサの劣化の有無を判定する劣化判定手段と、
を備えることを特徴とする酸素センサの劣化検出装置。
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JP2006304440A JP2008121473A (ja) | 2006-11-09 | 2006-11-09 | 酸素センサの劣化検出装置 |
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