JP2009128237A - Diagnosing system of nox sensor - Google Patents

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Hiroki Hiramatsu
浩己 平松
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diagnosing system of an NOx sensor for extending the battery life and the service life of the NOx sensor. <P>SOLUTION: This diagnosing system of the NOx sensor 100 is arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine and detects a NOx concentration in exhaust gas. The diagnosing system of the NOx sensor 100 is characterized by comprising a first diagnosing means 170 for diagnosing whether the NOx sensor 100 is abnormal during the operation of the internal combustion engine, and a second diagnosing means 170 for diagnosing whether the NOx sensor 100 is abnormal during the stop of the internal combustion engine when the first diagnosing means 170 diagnoses that the NOx sensor 100 is abnormal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気中におけるNOx濃度を検知するNOxセンサの診断システムに関する。 The present invention relates to a NOx sensor diagnostic system for detecting NOx concentration in exhaust gas of an internal combustion engine.

内燃機関の排気通路にNOxセンサを配置し、そのNOxセンサで検知したNOx濃度に基づき、様々な制御を行う技術が知られている。例えば、排気通路に取り付けられたNOx触媒の下流側にNOxセンサを配置し、それで検出したNOx濃度に基づき、排気の空燃比を調整し、NOx触媒を制御する技術や、NOx触媒の上流側に設置したNOxセンサで検知したNOx濃度に基づき、NOx触媒に添加する尿素量を制御する技術が知られている。 There are known techniques for arranging a NOx sensor in an exhaust passage of an internal combustion engine and performing various controls based on the NOx concentration detected by the NOx sensor. For example, a NOx sensor is arranged on the downstream side of the NOx catalyst attached to the exhaust passage, and a technique for controlling the NOx catalyst by adjusting the air-fuel ratio of the exhaust based on the detected NOx concentration, or on the upstream side of the NOx catalyst. A technique for controlling the amount of urea added to the NOx catalyst based on the NOx concentration detected by the installed NOx sensor is known.

ところで、排気中のNOxは低濃度であり、その低濃度のNOxを検知するNOxセンサは非常にセンシティブである。そのため、NOxセンサの劣化(センサ出力のドリフト)が問題となりやすい。そこで、内燃機関が停止後、余動中にNOxセンサの診断を行う技術が提案されている(特許文献1参照)。
特開2006−105965号公報
By the way, NOx in the exhaust gas has a low concentration, and a NOx sensor that detects the low concentration of NOx is very sensitive. Therefore, deterioration of the NOx sensor (drift of sensor output) tends to be a problem. Therefore, a technique for diagnosing a NOx sensor during after-motion after the internal combustion engine has stopped has been proposed (see Patent Document 1).
JP 2006-105965 A

しかしながら、余動中にNOxセンサの診断を行う場合、内燃機関が停止している状態で、NOxセンサの活性状態維持のためにNOxセンサに通電する必要があり、これを毎回実施するとバッテリー寿命が短くなってしまう。また、NOxセンサの通電時間も延びるため、NOxセンサの寿命も短くなってしまう。   However, when diagnosing the NOx sensor during after-operation, it is necessary to energize the NOx sensor in order to maintain the active state of the NOx sensor while the internal combustion engine is stopped. It will be shorter. Moreover, since the energization time of the NOx sensor is extended, the life of the NOx sensor is also shortened.

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、バッテリー寿命やNOxセンサの寿命を延ばすことができるNOxセンサの診断システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a NOx sensor diagnostic system capable of extending the battery life and the life of the NOx sensor.

(1)請求項1の発明は、
内燃機関の稼働中に、NOxセンサが異常であるか否を診断し、異常であると判断した場合、内燃機関が停止しているときに、NOxセンサが異常であるか否かを診断する。そのため、内燃機関の停止後に、毎回、NOxセンサの異常を診断する場合に比べて、NOxセンサに通電するバッテリー寿命が長くなり、また、NOxセンサの通電時間が短くなるため、NOxセンサの寿命が長くなる。
(1) The invention of claim 1
When the internal combustion engine is operating, it is diagnosed whether the NOx sensor is abnormal. If it is determined that the internal combustion engine is abnormal, it is diagnosed whether the NOx sensor is abnormal when the internal combustion engine is stopped. For this reason, the battery life for energizing the NOx sensor becomes longer and the energization time for the NOx sensor becomes shorter than when diagnosing abnormality of the NOx sensor every time after the internal combustion engine is stopped. become longer.

また、本発明では、内燃機関の稼働中に、NOxセンサが異常であると判断した場合、内燃機関の停止後に、再度、NOxセンサが異常であるか否かを診断する。内燃機関の停止後における診断は、内燃機関が稼働中の診断に比べ、外乱が少ないので、精度良く診断を行うことができる。
(2)請求項2の発明では、
NOxセンサが、チャンバーに導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスからNOx濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備え、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流からNOx濃度を検知する限界電流式のNOxセンサである。
In the present invention, when it is determined that the NOx sensor is abnormal during operation of the internal combustion engine, it is diagnosed again whether the NOx sensor is abnormal after the internal combustion engine is stopped. The diagnosis after the stop of the internal combustion engine has less disturbance than the diagnosis during the operation of the internal combustion engine, so that the diagnosis can be performed with high accuracy.
(2) In the invention of claim 2,
A NOx sensor detects a NOx concentration from a pump cell for exhausting or pumping oxygen in the exhaust gas introduced into the chamber, a NOx concentration from the gas after passing through the pump cell, and a residual oxygen concentration in the chamber A limit cell type NOx sensor that measures the sensor cell current and the monitor cell current when a voltage is applied to the pump cell and detects the NOx concentration from the sensor cell current at that time.

そして、本発明では、請求項2記載の手段でNOxセンサが異常であるか否かを診断するので、早期診断が可能になり、その結果として、NOxセンサの寿命が長くなり、NOxセンサに通電するバッテリーの寿命が長くなる。
(3)請求項3の発明では、
内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、内燃機関の停止後における診断を行わない。このことにより、内燃機関の稼働中に、明らかな異常(例えば断線)を検出した場合は、内燃機関の停止後における診断を無駄に行わなくて済む。
In the present invention, whether the NOx sensor is abnormal or not is diagnosed by the means described in claim 2, so that early diagnosis is possible. As a result, the life of the NOx sensor is extended, and the NOx sensor is energized. Battery life will be longer.
(3) In the invention of claim 3,
When it is diagnosed as a specific abnormality set in advance during operation of the internal combustion engine, the diagnosis after the internal combustion engine is stopped is not performed. As a result, when an obvious abnormality (for example, disconnection) is detected during operation of the internal combustion engine, it is not necessary to perform a wasteful diagnosis after the internal combustion engine is stopped.

内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、例えば、エラー信号を出力するようにすれば、早期に、NOxセンサが異常であることをドライバーに伝えることができる。
(4)請求項4の発明では、
内燃機関の稼働中に、予め設定された特定異常と診断した場合、NOxセンサにより検知したNOx濃度の使用を停止する。このことにより、NOxセンサの異常により生じ得る(不正確なNOx値を用いることで生じ得る)2次故障を防止できる。
(5)請求項5の発明では、
内燃機関の停止後に、特定異常と診断した場合、NOxセンサにより検知したNOx濃度の使用を停止する。このことにより、NOxセンサの異常により生じ得る2次故障を防止できる。
When a specific abnormality set in advance is diagnosed during operation of the internal combustion engine, for example, if an error signal is output, it is possible to notify the driver that the NOx sensor is abnormal at an early stage.
(4) In the invention of claim 4,
When it is diagnosed as a specific abnormality set in advance during operation of the internal combustion engine, use of the NOx concentration detected by the NOx sensor is stopped. This can prevent a secondary failure that may occur due to an abnormality in the NOx sensor (which may occur by using an incorrect NOx value).
(5) In the invention of claim 5,
When a specific abnormality is diagnosed after the internal combustion engine is stopped, use of the NOx concentration detected by the NOx sensor is stopped. This can prevent a secondary failure that may occur due to an abnormality in the NOx sensor.

NOx濃度の使用を停止する方法としては、NOxセンサの制御を停止し、NOx濃度を検知しないようにする方法や、検知したNOx濃度を各種制御に使用しないようにする方法が挙げられる。
(6)請求項6の発明では、
内燃機関の停止後、NOxセンサを診断しているときに、内燃機関が始動した場合、診断を中止する。こうすることにより、内燃機関の始動、及びそれにともなう排気ガスの流入により、NOxセンサの診断が不正確になってしまうことがない。また、NOxセンサの状態を、早期に、NOx濃度を検出する状態に戻すことができる。
Examples of the method of stopping the use of the NOx concentration include a method of stopping the control of the NOx sensor so as not to detect the NOx concentration and a method of not using the detected NOx concentration for various controls.
(6) In the invention of claim 6,
If the internal combustion engine starts when diagnosing the NOx sensor after the internal combustion engine is stopped, the diagnosis is stopped. By doing so, the diagnosis of the NOx sensor does not become inaccurate due to the start of the internal combustion engine and the accompanying inflow of exhaust gas. Further, the state of the NOx sensor can be returned to the state of detecting the NOx concentration at an early stage.

1.NOxセンサの診断システムの構成
NOxセンサの診断システムの全体構成を図1及び図2に基づいて説明する。NOxセンサの診断システムは、車両に搭載されたエンジンの排気ガス中におけるNOx濃度を検出するNOxセンサを診断するシステムであり、図1に示すように、NOxセンサ100、センサ制御回路170、エンジンECU180から構成される。
1. Configuration of NOx Sensor Diagnosis System The overall configuration of the NOx sensor diagnosis system will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The NOx sensor diagnostic system is a system for diagnosing a NOx sensor that detects NOx concentration in exhaust gas of an engine mounted on a vehicle. As shown in FIG. 1, the NOx sensor 100, a sensor control circuit 170, and an engine ECU 180 are used. Consists of

NOxセンサ100は、エンジンの排気通路200(図2参照)に配置され、排気ガス中のNOx濃度を検知するためのセンサである。なお、NOxセンサ100の構成及び作用は後に詳述する。   The NOx sensor 100 is a sensor that is disposed in the exhaust passage 200 (see FIG. 2) of the engine and detects the NOx concentration in the exhaust gas. The configuration and operation of the NOx sensor 100 will be described in detail later.

センサ制御回路170は、図示しない車両のバッテリーを用いて、NOxセンサ100への印加電圧、及びヒータ電力供給を行うとともに、NOxセンサ100のセンサ出力を取得する。また、センサ制御回路170は、後述するNOxセンサ100の診断、異常判定、及び補正の各処理を実行する。   The sensor control circuit 170 supplies a voltage applied to the NOx sensor 100 and heater power using a vehicle battery (not shown), and acquires the sensor output of the NOx sensor 100. In addition, the sensor control circuit 170 executes processing for diagnosis, abnormality determination, and correction of the NOx sensor 100 described later.

エンジンECU180は、エンジン情報(水温、速度、回転数等)を取得し、そのエンジン情報に基づき、 センサ制御回路170に対し、各種要求(センサ駆動開始要求、ゼロ検出要求、センサ診断要求、センサ停止要求)等を行う。また、エンジンECU180は、センサ制御回路170から取得したNOxセンサ100の出力値に基づき、排気ガスへの尿素添加量を算出し、尿素の添加量が算出した値となるように、尿素の添加弁190(図2参照)を駆動する。また、エンジンECU180は、センサ制御回路170から、NOxセンサ100の異常有無情報を受信し、異常がある場合は、図示しないダイアグを点灯する。   The engine ECU 180 acquires engine information (water temperature, speed, rotation speed, etc.), and based on the engine information, makes various requests (sensor drive start request, zero detection request, sensor diagnosis request, sensor stop) to the sensor control circuit 170. Request). The engine ECU 180 calculates the urea addition amount to the exhaust gas based on the output value of the NOx sensor 100 acquired from the sensor control circuit 170, and the urea addition valve so that the urea addition amount becomes the calculated value. 190 (see FIG. 2) is driven. Further, engine ECU 180 receives information on the presence or absence of abnormality of NOx sensor 100 from sensor control circuit 170, and when there is an abnormality, turns on a diagnostic (not shown).

次に、NOxセンサ100、尿素の添加弁190のエンジンの排気通路における配置を図2に基づいて説明する。図2(a)に示すように、エンジンの排気通路200には、上流側から順に、添加弁190、触媒210、NOxセンサ100、及びDOC220が直列に取り付けられている。触媒210は、NOx触媒であって、さらに詳しくは、SCR(Selective catalytic reduction)触媒である。なお、図2(b)に示すように、NOxセンサ100を、触媒210よりも上流側に取り付けても良い。   Next, the arrangement of the NOx sensor 100 and the urea addition valve 190 in the exhaust passage of the engine will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, an addition valve 190, a catalyst 210, the NOx sensor 100, and a DOC 220 are attached in series in the exhaust passage 200 of the engine in order from the upstream side. The catalyst 210 is a NOx catalyst, and more specifically, an SCR (Selective catalytic reduction) catalyst. 2B, the NOx sensor 100 may be attached upstream of the catalyst 210.

次に、NOxセンサ100の構成を図3に基づいて詳細に説明する。NOxセンサ100は、ポンプセル、モニタセル及びセンサセルからなる3セル構造を有し、排気ガス中の酸素濃度とNOx濃度とを同時に検出可能な、いわゆる限界電流式の複合型ガスセンサとして具体化されている。   Next, the configuration of the NOx sensor 100 will be described in detail based on FIG. The NOx sensor 100 has a three-cell structure including a pump cell, a monitor cell, and a sensor cell, and is embodied as a so-called limit current type combined gas sensor that can simultaneously detect the oxygen concentration and the NOx concentration in the exhaust gas.

NOxセンサ100において、酸素イオン伝導性材料からなる固体電解質(固体電解質素子)141、142は板状をなし、アルミナ等の絶縁材料からなるスペーサ143を介して図3の上下に所定間隔を隔てて積層されている。このうち、図3の上側の固体電解質141にはピンホール141aが形成されており、このピンホール141aを介して当該センサ周囲の排気ガスが第1チャンバー144内に導入される。第1チャンバー144は、拡散通路としての絞り部145を介して第2チャンバー146に連通している。符号147は多孔質拡散層である。   In the NOx sensor 100, solid electrolytes (solid electrolyte elements) 141 and 142 made of an oxygen ion conductive material have a plate shape, and are spaced apart from each other by a predetermined interval through a spacer 143 made of an insulating material such as alumina. Are stacked. Among these, a pinhole 141a is formed in the upper solid electrolyte 141 of FIG. 3, and exhaust gas around the sensor is introduced into the first chamber 144 through the pinhole 141a. The first chamber 144 communicates with the second chamber 146 via a constriction 145 as a diffusion passage. Reference numeral 147 denotes a porous diffusion layer.

また、図3の下側の固体電解質142には、ポンプセル110及びモニタセル120が設けられており、ポンプセル110は、第1チャンバー144内に導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込む働きをすると共に、その際に排気ガス中の酸素濃度を検出する。モニタセル120は、第2チャンバー146内の酸素濃度に応じた起電力、又は電圧印加時に電流出力を発生する。ここで、ポンプセル110は、固体電解質142を挟んで上下一対の電極111、112を有し、そのうち特に第1チャンバー144側の電極111はNOx不活性電極(NOxガスを分解し難い電極)である。また、モニタセル120も同様に、固体電解質142を挟んで上下一対の電極121、122を有し、そのうち特に第2チャンバー146側の電極121はNOx不活性電極(NOxガスを分解し難い電極)である。これらポンプセル110及びモニタセル120は、チャンバー144、146内に存在する酸素を分解して電極112、122より大気通路150側に排出する。   The lower solid electrolyte 142 in FIG. 3 is provided with a pump cell 110 and a monitor cell 120. The pump cell 110 functions to exhaust or pump oxygen in the exhaust gas introduced into the first chamber 144. At the same time, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected. The monitor cell 120 generates a current output when an electromotive force or a voltage is applied depending on the oxygen concentration in the second chamber 146. Here, the pump cell 110 has a pair of upper and lower electrodes 111 and 112 with a solid electrolyte 142 interposed therebetween, and in particular, the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inert electrode (an electrode that is difficult to decompose NOx gas). . Similarly, the monitor cell 120 has a pair of upper and lower electrodes 121 and 122 with the solid electrolyte 142 interposed therebetween, and the electrode 121 on the second chamber 146 side in particular is a NOx inert electrode (an electrode that hardly decomposes NOx gas). is there. The pump cell 110 and the monitor cell 120 decompose oxygen present in the chambers 144 and 146 and discharge it from the electrodes 112 and 122 to the atmosphere passage 150 side.

センサセル130は、前記モニタセル120に対向して設けられており、固体電解質141を挟んで上下一対の電極131、132を有する。センサセル130は、ポンプセル110を通過した後のガスからNOx濃度を検出するものであり、第2チャンバー146内でNOxを分解した時に発生する酸素を電極132より大気通路148側に排出する。   The sensor cell 130 is provided to face the monitor cell 120 and has a pair of upper and lower electrodes 131 and 132 with a solid electrolyte 141 interposed therebetween. The sensor cell 130 detects the NOx concentration from the gas after passing through the pump cell 110, and discharges oxygen generated when NOx is decomposed in the second chamber 146 from the electrode 132 to the atmosphere passage 148 side.

固体電解質142の図3における下面には絶縁層149が設けられ、この絶縁層149により大気通路150が形成されている。また、絶縁層149には、センサ全体を加熱するためのヒータ151が埋設されている。   An insulating layer 149 is provided on the lower surface of the solid electrolyte 142 in FIG. 3, and an atmospheric passage 150 is formed by the insulating layer 149. In addition, a heater 151 for heating the entire sensor is embedded in the insulating layer 149.

次に、NOxセンサ100によるNOxの測定原理を説明する。上記構成のNOxセンサ100において、排気ガスは多孔質拡散層147及びピンホール141aを通って第1チャンバー144に導入される。そして、この排気ガスがポンプセル110近傍を通過する際、ポンプセル110の電極111、112間に電圧を印加することで分解反応が起こり、第1チャンバー144内の酸素濃度に応じてポンプセル110を介して酸素が出し入れされる。なおこのとき、第1チャンバー144側の電極111がNOx不活性電極であるので、ポンプセル110では排気ガス中のNOxは分解されず、酸素のみが分解されて大気通路150に排出される。   Next, the principle of NOx measurement by the NOx sensor 100 will be described. In the NOx sensor 100 having the above configuration, the exhaust gas is introduced into the first chamber 144 through the porous diffusion layer 147 and the pinhole 141a. When the exhaust gas passes through the vicinity of the pump cell 110, a decomposition reaction occurs by applying a voltage between the electrodes 111 and 112 of the pump cell 110, and the exhaust gas passes through the pump cell 110 according to the oxygen concentration in the first chamber 144. Oxygen is taken in and out. At this time, since the electrode 111 on the first chamber 144 side is a NOx inert electrode, NOx in the exhaust gas is not decomposed in the pump cell 110, but only oxygen is decomposed and discharged to the atmospheric passage 150.

その後、ポンプセル110近傍を通過した排気ガスは第2チャンバー146に流れ込み、モニタセル120では、ガス中の残留酸素濃度に応じた出力が発生する。モニタセル120の出力は、該モニタセル120の電極121、122間に所定の電圧を印加することで、モニタセル電流として検出される。また、センサセル130の電極131、132間に所定の電圧を印加することでガス中のNOxが還元分解され、その際発生する酸素が大気通路148に排出される。その際、センサセル130に流れた電流が排気ガス中に含まれるNOx濃度として検出される。   Thereafter, the exhaust gas that has passed in the vicinity of the pump cell 110 flows into the second chamber 146, and the monitor cell 120 generates an output corresponding to the residual oxygen concentration in the gas. The output of the monitor cell 120 is detected as a monitor cell current by applying a predetermined voltage between the electrodes 121 and 122 of the monitor cell 120. Further, by applying a predetermined voltage between the electrodes 131 and 132 of the sensor cell 130, NOx in the gas is reduced and decomposed, and oxygen generated at that time is discharged to the atmospheric passage 148. At that time, the current flowing through the sensor cell 130 is detected as the NOx concentration contained in the exhaust gas.

また、センサ制御回路170は、CPU、メモリ、A/D及びD/A変換器等を備える周知の論理演算回路で構成されている。ポンプセル110、モニタセル120及びセンサセル130はそれぞれに電源回路を有しており、各電源回路において、ポンプセル電流Ipが電流検出器171で測定され、モニタセル電流Imが電流検出器172で測定され、センサセル電流Isが電流検出器173で測定される。これら各電流検出器171〜173で測定された電流値はそれぞれセンサ制御回路170に取り込まれる。   The sensor control circuit 170 includes a well-known logical operation circuit including a CPU, a memory, an A / D, a D / A converter, and the like. Each of the pump cell 110, the monitor cell 120, and the sensor cell 130 has a power supply circuit. In each power supply circuit, the pump cell current Ip is measured by the current detector 171 and the monitor cell current Im is measured by the current detector 172. Is is measured by the current detector 173. The current values measured by the current detectors 171 to 173 are taken into the sensor control circuit 170, respectively.

センサ制御回路170は、電流検出器171で測定したポンプセル電流Ipにより排気ガス中の酸素濃度を検出すると共に、予め規定した印加電圧特性を用い、ポンプセル電流Ipに応じてポンプセル電圧Vpを随時設定する。また、センサ制御回路170は、電流検出器173で測定したセンサセル電流Isにより排気ガス中のNOx濃度を検出する。   The sensor control circuit 170 detects the oxygen concentration in the exhaust gas based on the pump cell current Ip measured by the current detector 171 and sets the pump cell voltage Vp as needed according to the pump cell current Ip using a predetermined applied voltage characteristic. . The sensor control circuit 170 detects the NOx concentration in the exhaust gas based on the sensor cell current Is measured by the current detector 173.

次に、NOxセンサ100の出力特性について図4を用いて説明する。図4において、(a)にはポンプセル電圧Vpに対するポンプセル電流Ipの特性(Vp−Ip特性)を示し、(b)には同じくポンプセル電圧Vpに対するモニタセル電流Im、センサセル電流Isの特性(Vp−Im特性、Vp−Is特性)を示す。なお、図4(a)、(b)は、酸素濃度及びNOx濃度が一定のもとでの特性を示す。   Next, output characteristics of the NOx sensor 100 will be described with reference to FIG. 4A shows the characteristics (Vp-Ip characteristics) of the pump cell current Ip with respect to the pump cell voltage Vp, and FIG. 4B shows the characteristics of the monitor cell current Im and sensor cell current Is with respect to the pump cell voltage Vp (Vp-Im). Characteristic, Vp-Is characteristic). 4A and 4B show the characteristics under constant oxygen concentration and NOx concentration.

図4(a)に示すように、ポンプセル110に流れるポンプセル電流Ipはポンプセル電圧Vpに対して限界電流特性を有している。限界電流域はV軸に対して僅かに右上がりの直線部分からなり、その領域は酸素濃度が濃いほど(リーンであるほど)ポンプセル電流Ipが大きくなる方向にシフトする。限界電流域よりも低Vp側は抵抗支配域であり、その抵抗支配域の傾きは概ねポンプセル110の素子インピーダンスRipに一致する。   As shown in FIG. 4A, the pump cell current Ip flowing through the pump cell 110 has a limit current characteristic with respect to the pump cell voltage Vp. The limit current region is composed of a straight line portion slightly rising to the right with respect to the V axis, and the region shifts in a direction in which the pump cell current Ip increases as the oxygen concentration increases (lean). The Vp side lower than the limit current region is a resistance dominant region, and the slope of the resistance dominant region substantially matches the element impedance Rip of the pump cell 110.

ポンプセル110の印加電圧特性として印加電圧直線LX1が規定されており、印加電圧直線LX1上でその時々のポンプセル電流Ipに応じてポンプセル電圧Vpが可変に制御される。因みに、ポンプセル110の電極111(第1チャンバー144側の電極)はNOx不活性電極であるが、ポンプセル電圧Vpが大きすぎるとNOxが分解されてしまうことから、印加電圧直線LX1はポンプセル110でNOxガスを分解しないことを条件に設定される。実際には、第1チャンバー144内を所定の低酸素濃度(ストイキ近傍)に保持するべく印加電圧直線LX1が設定されており、例えば数ppm〜数10ppm程度の僅かな残留酸素(余剰酸素)が第1チャンバー144内に残るようポンプセル電圧Vpが制御される。   An applied voltage straight line LX1 is defined as an applied voltage characteristic of the pump cell 110, and the pump cell voltage Vp is variably controlled on the applied voltage straight line LX1 according to the current pump cell current Ip. Incidentally, the electrode 111 (electrode on the first chamber 144 side) of the pump cell 110 is a NOx inactive electrode. However, if the pump cell voltage Vp is too large, NOx is decomposed, so the applied voltage straight line LX1 is the NOx in the pump cell 110. It is set on condition that the gas is not decomposed. Actually, the applied voltage straight line LX1 is set so as to maintain the inside of the first chamber 144 at a predetermined low oxygen concentration (near the stoichiometry). For example, a slight residual oxygen (surplus oxygen) of about several ppm to several tens ppm is generated. The pump cell voltage Vp is controlled so as to remain in the first chamber 144.

また、図4(b)において、ポンプセル電圧Vpに対するモニタセル電流Imの特性(Vp−Im特性)を見ると、ポンプセル電圧Vpが低い領域ではモニタセル電流Imが急激に増大し、ポンプセル電圧Vpがある程度高くなるとモニタセル電流Imがほぼ一定になる。つまり、図4(a)の特性からも分かるように低Vp領域(抵抗支配域)ではポンプセル電流Ipが小さく、第1チャンバー144内の残留酸素量が増大する。また、ポンプセル特性の限界電流域ではポンプセル電流Ipがほぼ一定になることから第1チャンバー144内の残留酸素量がほぼ一定となる。それ故、ポンプセル電圧Vpに対してモニタセル電流Imが図示の如く変化する。この場合、モニタセル電流Imが急変する変曲点(図4のA)が存在する。なお、モニタセル電流Imの特性上どこを変曲点とみなすかは、基準となるモニタセル電流Imの変化率(傾き)を適宜設定し、その基準の変化率を満たすかどうかにより判断されれば良い。   Further, in FIG. 4B, when the characteristics of the monitor cell current Im with respect to the pump cell voltage Vp (Vp-Im characteristics) are seen, the monitor cell current Im rapidly increases in a region where the pump cell voltage Vp is low, and the pump cell voltage Vp becomes high to some extent. Then, the monitor cell current Im becomes almost constant. That is, as can be seen from the characteristics of FIG. 4A, the pump cell current Ip is small in the low Vp region (resistance-dominated region), and the residual oxygen amount in the first chamber 144 is increased. Further, since the pump cell current Ip is substantially constant in the limit current region of the pump cell characteristic, the residual oxygen amount in the first chamber 144 is substantially constant. Therefore, the monitor cell current Im changes as illustrated with respect to the pump cell voltage Vp. In this case, there is an inflection point (A in FIG. 4) where the monitor cell current Im changes suddenly. Note that where the inflection point is considered in terms of the characteristics of the monitor cell current Im may be determined by appropriately setting a change rate (slope) of the reference monitor cell current Im and satisfying the reference change rate. .

また、ポンプセル電圧Vpに対するセンサセル電流Isの特性(Vp−Is特性)を見ると、ポンプセル電圧Vpに対して平坦な電流域(平坦領域)があり、その平坦領域ではセンサセル電流Isが安定する。故に、図4の制御点Bでポンプセル電圧Vpが制御されれば、排気ガス中のNOx濃度が精度良く検出できる。この場合、モニタセル電流Imの変曲点Aは、センサセル電流Isの平坦領域から僅かに離れて存在している。また、変曲点Aと制御点Bとは「オフセット値」だけ離れており、このオフセット値はセンサ機種毎に固有の数値である。但し、オフセット値は、如何なる基準でモニタセル電流Imの変曲点が設定されるかに応じて変わるものである。   Further, looking at the characteristics (Vp-Is characteristics) of the sensor cell current Is with respect to the pump cell voltage Vp, there is a flat current region (flat region) with respect to the pump cell voltage Vp, and the sensor cell current Is is stabilized in the flat region. Therefore, if the pump cell voltage Vp is controlled at the control point B in FIG. 4, the NOx concentration in the exhaust gas can be detected with high accuracy. In this case, the inflection point A of the monitor cell current Im exists slightly away from the flat region of the sensor cell current Is. Further, the inflection point A and the control point B are separated by “offset value”, and this offset value is a numerical value unique to each sensor model. However, the offset value varies depending on what criterion the inflection point of the monitor cell current Im is set.

次に、NOxセンサ100の個体差や経時変化(劣化)等によりポンプセル110の素子インピーダンスRipが増加又は減少した場合について、NOxセンサ100の出力特性を図6に基づいて説明する。なお、図6において、実線で示す特性は前記図4で説明した基本特性であり、一点鎖線で示す特性はインピーダンス増加時の特性である。   Next, the output characteristics of the NOx sensor 100 will be described based on FIG. 6 when the element impedance Rip of the pump cell 110 is increased or decreased due to individual differences of the NOx sensor 100, changes with time (deterioration), or the like. In FIG. 6, the characteristic indicated by the solid line is the basic characteristic described with reference to FIG. 4, and the characteristic indicated by the alternate long and short dash line is the characteristic when the impedance is increased.

ポンプセル110の素子インピーダンスRipが増加した場合、図6(a)のようにポンプセル特性が図示の如く傾くため、ポンプセル電流Ipが低下する。すると、第1チャンバー144内の残留酸素量が増大することから、図6(b)に示すように、モニタセル電流Im、センサセル電流Isが一点鎖線のように変化するようになる。この場合、センサセル電流Isの値が上昇し、センサセル電流Isの検出精度が低下する。   When the element impedance Rip of the pump cell 110 is increased, the pump cell characteristic is inclined as shown in FIG. 6A, so that the pump cell current Ip is decreased. Then, since the residual oxygen amount in the first chamber 144 increases, the monitor cell current Im and the sensor cell current Is change as indicated by a one-dot chain line as shown in FIG. In this case, the value of the sensor cell current Is increases and the detection accuracy of the sensor cell current Is decreases.

また、ポンプセル110の素子インピーダンスRipが減少した場合には、ポンプセル特性が図示の如く立ち上がるため、ポンプセル電流Ipが上昇する。すると、第1チャンバー144内の残留酸素量が減少することから、図6(b)の場合とは反対に、モニタセル電流Im、センサセル電流Isが変化するようになる。この場合、センサセル電流Isの値が低下し、やはりセンサセル電流Isの検出精度が低下する。   Further, when the element impedance Rip of the pump cell 110 decreases, the pump cell characteristic rises as shown in the figure, so that the pump cell current Ip increases. Then, since the amount of residual oxygen in the first chamber 144 decreases, the monitor cell current Im and the sensor cell current Is change in the opposite manner to the case of FIG. In this case, the value of the sensor cell current Is decreases, and the detection accuracy of the sensor cell current Is also decreases.

上記の通り、ポンプセル110の素子インピーダンスRipが不用意に変化すると、センサセル電流Isの検出精度が低下し、ひいてはNOx濃度が誤検出されてしまう。これは、素子インピーダンスRipの変化に伴いセンサセル電流Isの平坦領域が変動し、所定のポンプセル電圧Vpを印加してもセンサセル電流Isが正しく検出できないことによる。   As described above, when the element impedance Rip of the pump cell 110 changes carelessly, the detection accuracy of the sensor cell current Is decreases, and consequently the NOx concentration is erroneously detected. This is because the flat area of the sensor cell current Is fluctuates as the element impedance Rip changes, and the sensor cell current Is cannot be detected correctly even when a predetermined pump cell voltage Vp is applied.

2.NOxセンサの診断システムが実行する診断処理
NOxセンサの診断システムが実行する処理を図5のフローチャートに基づいて説明する。本処理は、所定時間毎(例えば、数秒毎)に、センサ制御回路170により実施される。本処理は、NOx濃度を検出するためのガス濃度検出期間とは異なる「ポンプセル電圧診断期間」に、センサ制御回路170により実施される。つまり、通常のガス濃度検出期間では、印加電圧特性に基づきその時々のポンプセル電流Ipに応じてポンプセル電圧Vpが制御されて定期的(例えば4msec毎)にNOx濃度が検出される。また、ポンプセル電圧診断期間では、NOx濃度検出が一時的に中断され、後述する処理が実行される。
2. Diagnosis Process Performed by NOx Sensor Diagnosis System The process executed by the NOx sensor diagnosis system will be described with reference to the flowchart of FIG. This process is performed by the sensor control circuit 170 every predetermined time (for example, every few seconds). This process is performed by the sensor control circuit 170 during a “pump cell voltage diagnosis period” that is different from the gas concentration detection period for detecting the NOx concentration. That is, in the normal gas concentration detection period, the pump cell voltage Vp is controlled according to the pump cell current Ip at that time based on the applied voltage characteristics, and the NOx concentration is detected periodically (for example, every 4 msec). Further, in the pump cell voltage diagnosis period, the NOx concentration detection is temporarily interrupted, and the process described later is executed.

ステップ10では、エンジンの稼働状態について、検出条件が成立したか否かを判断する。検出条件とは、減速時に燃料供給がカットされた状態、またはアイドリング時である。検出条件が成立した場合はステップ20に進み、成立しない場合はステップ10に留まる。   In step 10, it is determined whether or not a detection condition is satisfied for the operating state of the engine. The detection condition is a state in which the fuel supply is cut during deceleration or idling. If the detection condition is satisfied, the process proceeds to step 20; otherwise, the process stays at step 10.

ステップ20では、検出条件におけるNOxセンサ100の実際の出力値(NOx濃度)Aと、検出条件が成立したときの出力値として予め設定された基準出力値(NOx濃度)Bとの偏差を算出する。   In step 20, the deviation between the actual output value (NOx concentration) A of the NOx sensor 100 under the detection condition and the reference output value (NOx concentration) B preset as the output value when the detection condition is satisfied is calculated. .

ステップ30では、前記ステップ20で算出した偏差に基づき、NOxセンサ100が異常であるか否かを判断する。すなわち、上記偏差が所定の基準値L1を超えていれば、NOxセンサ100が異常であると判断し、上記偏差が所定の基準値L1を超えていなければ、NOxセンサ100が正常であると判断する。NOxセンサ100が異常であると判断した場合はステップ40に進み、正常であると判断した場合はステップ10に戻る。   In step 30, it is determined based on the deviation calculated in step 20 whether the NOx sensor 100 is abnormal. That is, if the deviation exceeds a predetermined reference value L1, it is determined that the NOx sensor 100 is abnormal, and if the deviation does not exceed the predetermined reference value L1, it is determined that the NOx sensor 100 is normal. To do. If it is determined that the NOx sensor 100 is abnormal, the process proceeds to step 40. If it is determined that the NOx sensor 100 is normal, the process returns to step 10.

ステップ40では、前記ステップ20で算出した偏差に基づき、NOxセンサ100に対し本診断を行うことが必要であるか否かを判断する。具体的には、上記偏差が、特定異常基準値L2(上述した基準値L1よりも大きい値)を超えていなければ、本診断が必要であると判断し、上記偏差が所定の特定異常基準値L2を超えていれば、明らかな異常であるから、本診断が必要でないと判断する。本診断が必要であると判断した場合はステップ50に進み、本診断が必要でないと判断した場合はステップ90に進む。なお、上記偏差が所定の特定異常基準値L2を超えている場合としては、NOxセンサ100の配線が断線している場合がある。   In step 40, based on the deviation calculated in step 20, it is determined whether it is necessary to perform the main diagnosis on the NOx sensor 100. Specifically, if the deviation does not exceed the specific abnormality reference value L2 (a value larger than the above-described reference value L1), it is determined that this diagnosis is necessary, and the deviation is a predetermined specific abnormality reference value. If it exceeds L2, it is determined that this diagnosis is not necessary because it is an obvious abnormality. If it is determined that the main diagnosis is necessary, the process proceeds to step 50. If it is determined that the main diagnosis is not necessary, the process proceeds to step 90. In addition, as a case where the deviation exceeds a predetermined specific abnormality reference value L2, there is a case where the wiring of the NOx sensor 100 is disconnected.

ステップ50ではエンジンが停止しているか否かを判断する。エンジンが停止していると判断した場合はステップ60に進み、エンジンが停止していないと判断した場合はステップ50に留まる。   In step 50, it is determined whether or not the engine is stopped. If it is determined that the engine is stopped, the process proceeds to step 60. If it is determined that the engine is not stopped, the process stays at step 50.

ステップ60では、NOxセンサ100を、エンジン停止後でも継続駆動するようにする。つまり、バッテリーにより、NOxセンサ100への通電を続ける。
ステップ70では、エンジン停止後の余動中に、NOxセンサ異常検出(本診断)を行う。このNOxセンサ異常検出については、後に詳述する。
In step 60, the NOx sensor 100 is continuously driven even after the engine is stopped. That is, the NOx sensor 100 is continuously energized by the battery.
In step 70, NOx sensor abnormality detection (main diagnosis) is performed during after-motion after the engine stops. This NOx sensor abnormality detection will be described in detail later.

ステップ80では、前記ステップ70のNOxセンサ異常検出の結果、NOxセンサ100が異常であると判断されたか否かを判断する。NOxセンサ100が異常であると判断された場合はステップ100に進み、NOxセンサ100が異常ではないと判断された場合は本処理を終了する。   In step 80, it is determined whether or not the NOx sensor 100 is determined to be abnormal as a result of the NOx sensor abnormality detection in step 70. When it is determined that the NOx sensor 100 is abnormal, the process proceeds to step 100, and when it is determined that the NOx sensor 100 is not abnormal, this process is terminated.

一方、前記ステップ40にて本診断が必要でないと判断された場合はステップ90にてエラー信号を出力する。そのエラー信号に応じて、車内の図示しないダイアグを点灯させることにより、エラー報知がなされる。   On the other hand, if it is determined in step 40 that this diagnosis is not necessary, an error signal is output in step 90. In response to the error signal, an error notification is made by lighting a not-shown diagnostic in the vehicle.

また、前記ステップ80にてNOxセンサ100が異常であるとされた場合は、ステップ100にて、NOxセンサ100の制御を停止する。すなわち、NOxセンサ100によるNOx濃度の検出は、この時点以降、行われなくなる。   If the NOx sensor 100 is abnormal in step 80, the control of the NOx sensor 100 is stopped in step 100. That is, the detection of the NOx concentration by the NOx sensor 100 is not performed after this point.

ステップ110では、エラー信号を出力する。そして、そのエラー信号に応じて、車内の図示しないダイアグを点灯させることによりエラー報知がなされる。
次に、図7のフローチャートに基づき、前記ステップ70において実行される、停止時のNOxセンサ異常検出処理を詳細に説明する。この処理は、モニタセル電流Imの変曲点とセンサセル電流Isの平坦領域との相関関係が素子インピーダンスRipの変化によらず不変であることに着目し、モニタセル電流Imの変曲点の位置に応じて診断を行うものである。
In step 110, an error signal is output. Then, according to the error signal, an error notification is made by lighting a not-shown diagnostic in the vehicle.
Next, based on the flowchart of FIG. 7, the NOx sensor abnormality detection process at the time of stop performed in the said step 70 is demonstrated in detail. This processing pays attention to the fact that the correlation between the inflection point of the monitor cell current Im and the flat region of the sensor cell current Is is invariant regardless of the change of the element impedance Rip, and according to the position of the inflection point of the monitor cell current Im. To make a diagnosis.

図7において、先ずステップ210では、図4に示した印加電圧直線LX1(印加電圧特性)を用い、その都度のポンプセル電流Ipに対応するポンプセル電圧Vpを初期設定する(マップ演算する)。そして、そのポンプセル電圧Vpをポンプセル110に印加する。また、ステップ220は、ポンプセル電圧Vpを所定の振幅ΔVで正負両側に掃引させる。ステップ230では、その都度のモニタセル電流の変化量ΔImを計測する。この場合、例えば200msec以下の周期(周波数5Hz以上)でポンプセル電圧Vpを掃引させることとし、より望ましくは100msec以下の周期(周波数10Hz以上)で掃引させると良い。   In FIG. 7, first, in step 210, the pump cell voltage Vp corresponding to the pump cell current Ip is initialized (map calculation) using the applied voltage straight line LX1 (applied voltage characteristic) shown in FIG. Then, the pump cell voltage Vp is applied to the pump cell 110. In step 220, the pump cell voltage Vp is swept to both the positive and negative sides with a predetermined amplitude ΔV. In step 230, the change amount ΔIm of the monitor cell current is measured each time. In this case, for example, the pump cell voltage Vp is swept at a cycle of 200 msec or less (frequency 5 Hz or more), and more preferably at a cycle of 100 msec or less (frequency 10 Hz or more).

ステップ240では、前記ステップ230で計測したモニタセル電流の変化量ΔImが、所定の基準値を超えていれば、NOxセンサ100が異常であると判定し、基準値以下であれば、正常であると判定する。   In step 240, if the change amount ΔIm of the monitor cell current measured in step 230 exceeds a predetermined reference value, it is determined that the NOx sensor 100 is abnormal, and if it is less than the reference value, it is normal. judge.

次に、上記図7の処理についてその動作手順をより具体的に説明する。図8に示すように、先ず始めに印加電圧特性に基づいてポンプセル電圧Vpとして電圧値V1が初期設定され、その時の電圧値V1を基準にポンプセル電圧Vpが正負両側に一時的に振られる。すなわち、ポンプセル電圧Vpに短時間の掃引波形が加えられる。このとき、センサ個体差や経時変化等によりモニタセル電流Imの特性が変化すると、モニタセル電流Imの変曲点が電圧値V1に近づき、Vp掃引に伴いモニタセル電流Imが大きく変化する。   Next, the operation procedure of the process of FIG. 7 will be described more specifically. As shown in FIG. 8, first, the voltage value V1 is initially set as the pump cell voltage Vp based on the applied voltage characteristics, and the pump cell voltage Vp is temporarily oscillated on both the positive and negative sides based on the voltage value V1 at that time. That is, a short sweep waveform is added to the pump cell voltage Vp. At this time, if the characteristics of the monitor cell current Im change due to individual sensor differences or changes over time, the inflection point of the monitor cell current Im approaches the voltage value V1, and the monitor cell current Im changes greatly with the Vp sweep.

例えば、電圧値V1の近くに変曲点が存在しない場合(変曲点が電圧値V1に近づいていない場合)、図9(a)に示すように、Vp掃引に伴いモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isが僅かに変化する。この場合、NOxセンサ100が正常であると判定される。   For example, when there is no inflection point near the voltage value V1 (when the inflection point is not close to the voltage value V1), as shown in FIG. 9A, the monitor cell current Im and the sensor cell current accompany the Vp sweep. Is slightly changes. In this case, it is determined that the NOx sensor 100 is normal.

これに対し、電圧値V1の近くに変曲点が存在する場合(変曲点が電圧値V1に近づいた場合)、図9(b)に示すように、Vp掃引に伴いモニタセル電流Im及びセンサセル電流Isの変化が正負両側で不均一となる。この場合、NOxセンサ100が異常であると判定される。   On the other hand, when an inflection point exists near the voltage value V1 (when the inflection point approaches the voltage value V1), as shown in FIG. 9B, the monitor cell current Im and the sensor cell accompany the Vp sweep. The change of the current Is becomes non-uniform on both the positive and negative sides. In this case, it is determined that the NOx sensor 100 is abnormal.

なお、ステップ240の後、前記ステップ230で計測したモニタセル電流の変化量ΔImに基づき、NOxセンサ100の出力を補正してもよい。この補正は以下のようにして行うことができる。   Note that after step 240, the output of the NOx sensor 100 may be corrected based on the change amount ΔIm of the monitor cell current measured in step 230. This correction can be performed as follows.

すなわち、前記ステップ230で計測したモニタセル電流の変化量ΔIm応じて電圧補正値KVを算出する。このとき、例えば図10の関係を用い、モニタセル電流の変化量ΔImに応じて電圧補正値KVを算出する。次に、電圧補正値KVを用いて印加電圧特性を補正する。なおこの場合、電圧補正値KVをバックアップRAMやフラッシュROM等のバックアップメモリに記憶保持しても良いし、或いは、電圧補正値KVにより印加電圧特性自体を更新しても良い。   That is, the voltage correction value KV is calculated according to the change amount ΔIm of the monitor cell current measured in step 230. At this time, for example, the voltage correction value KV is calculated according to the change amount ΔIm of the monitor cell current using the relationship of FIG. Next, the applied voltage characteristic is corrected using the voltage correction value KV. In this case, the voltage correction value KV may be stored and held in a backup memory such as a backup RAM or a flash ROM, or the applied voltage characteristic itself may be updated with the voltage correction value KV.

上記の如く補正又は更新された結果は、それ以降のNOx濃度検出時に適用される。すなわち、ガス濃度検出期間におけるポンプセル電圧制御に際し、センサ制御回路170は、バックアップRAM等に格納された電圧補正値KVを用いてポンプセル電圧Vpを補正する。あるいは、センサ制御回路170は、特性更新済みの印加電圧特性を用い、その時々のポンプセル電流Ipに応じてポンプセル電圧Vpを制御する。   The result corrected or updated as described above is applied when the NOx concentration is detected thereafter. In other words, when controlling the pump cell voltage during the gas concentration detection period, the sensor control circuit 170 corrects the pump cell voltage Vp using the voltage correction value KV stored in the backup RAM or the like. Alternatively, the sensor control circuit 170 uses the applied voltage characteristics whose characteristics have been updated, and controls the pump cell voltage Vp according to the pump cell current Ip at that time.

3.NOxセンサの診断システムが奏する効果
NOxセンサの診断システムが奏する効果を説明する。
(1)NOxセンサの診断システムは、エンジン稼働中に、NOxセンサ100が異常であるか否を診断し(図5のステップ10〜40)、異常であると判断した場合のみ、エンジン停止後に、NOxセンサ異常検出(本診断、図5のステップ70)を行う。そのため、エンジン停止後に、毎回、NOxセンサ異常検出を行う場合に比べて、NOxセンサ100に通電するバッテリーの寿命が長くなり、また、NOxセンサ100の通電時間が短くなるため、NOxセンサ100の寿命も長くなる。
(2)NOxセンサの診断システムは、エンジン稼働中に、NOxセンサ100が異常であると判断した場合、エンジン停止後に、再度、NOxセンサ異常検出を行う。エンジン停止後のNOxセンサ異常検出は、エンジン稼働中の診断に比べ、外乱が少ないので、精度良く診断を行うことができる。
(3)NOxセンサの診断システムは、図7のフローチャートに示す方法で、NOxセンサ異常検出を行う。そのことにより、早期診断が可能になり、その結果として、NOxセンサ100の寿命が長くなり、NOxセンサ100に通電するバッテリーの寿命が長くなる。
(4)NOxセンサの診断システムは、NOxセンサ100の実際の出力値Aと、検出条件が成立したときの出力値として予め設定された基準出力値Bとの偏差が、特定異常基準値L2を超えていれば、エンジン停止後のNOxセンサ異常検出を行わず、エラー信号を出力する(図5のステップ40、90)。つまり、エンジン稼働中の診断結果から、明らかに異常であると判断される場合は、エンジン停止後のNOxセンサ異常検出を行わず、直ちにエラー信号を出力する。このことにより、早期に、NOxセンサ100が異常であることをドライバーに伝えることができる。
(5)NOxセンサの診断システムは、エンジン停止後のNOxセンサ異常検出により、NOxセンサ100が異常であると判断した場合は、NOxセンサ100の制御を停止する(図5のステップ80、100)。このことにより、NOxセンサ100の異常により生じ得る2次故障を防止できる。
3. Effects of the NOx sensor diagnostic system The effects of the NOx sensor diagnostic system will be described.
(1) The NOx sensor diagnostic system diagnoses whether or not the NOx sensor 100 is abnormal during engine operation (steps 10 to 40 in FIG. 5), and only after determining that it is abnormal, NOx sensor abnormality detection (this diagnosis, step 70 in FIG. 5) is performed. Therefore, the life of the battery energized to the NOx sensor 100 becomes longer and the energization time of the NOx sensor 100 becomes shorter than when NOx sensor abnormality is detected every time after the engine is stopped. Also gets longer.
(2) When the NOx sensor diagnosis system determines that the NOx sensor 100 is abnormal during engine operation, the NOx sensor abnormality detection is performed again after the engine is stopped. Since the NOx sensor abnormality detection after the engine is stopped has less disturbance than the diagnosis during engine operation, the diagnosis can be performed with high accuracy.
(3) The NOx sensor diagnosis system performs NOx sensor abnormality detection by the method shown in the flowchart of FIG. As a result, early diagnosis is possible, and as a result, the life of the NOx sensor 100 is prolonged, and the life of the battery energizing the NOx sensor 100 is lengthened.
(4) In the NOx sensor diagnosis system, the deviation between the actual output value A of the NOx sensor 100 and the reference output value B set in advance as the output value when the detection condition is satisfied is determined as the specific abnormality reference value L2. If it exceeds, NOx sensor abnormality detection after engine stop is not performed and an error signal is output (steps 40 and 90 in FIG. 5). In other words, if it is determined that the abnormality is apparent from the diagnosis result while the engine is operating, the NOx sensor abnormality detection after the engine is stopped is not performed, and an error signal is output immediately. As a result, the driver can be notified early that the NOx sensor 100 is abnormal.
(5) When the NOx sensor diagnosis system determines that the NOx sensor 100 is abnormal by detecting the abnormality of the NOx sensor after the engine is stopped, the NOx sensor diagnosis system stops the control of the NOx sensor 100 (steps 80 and 100 in FIG. 5). . This can prevent a secondary failure that may occur due to an abnormality in the NOx sensor 100.

4.変形例1
NOxセンサの診断システムは、図5のフローチャートに示す処理の代わりに、図11のフローチャートに示す処理を実行するものであってもよい。
4). Modification 1
The NOx sensor diagnosis system may execute the process shown in the flowchart of FIG. 11 instead of the process shown in the flowchart of FIG. 5.

図11のフローチャートにおいて、ステップ310〜380の処理は、図5のフローチャートにおけるステップ10〜80と同様である。また、図11のフローチャートにおいて、ステップ400〜420の処理は、図5のフローチャートにおけるステップ90〜110と同様である。   In the flowchart of FIG. 11, the processing of steps 310 to 380 is the same as that of steps 10 to 80 in the flowchart of FIG. 5. In the flowchart of FIG. 11, the processes in steps 400 to 420 are the same as steps 90 to 110 in the flowchart of FIG. 5.

図11に示すフローチャートでは、ステップ340においてNOxセンサ100の本診断が必要と判断した場合、NOxセンサ100の制御を停止する。すなわち、NOxセンサ100によるNOx濃度の検出は、これ時点以降、行われなくなる。このように、エンジン稼働中に明らかな異常を検出した場合は、NOxセンサ100の制御を停止し、この時点以降、NOxセンサ100によるNOx濃度の検出は行われなくなるから、NOxセンサ100の異常により生じ得る2次故障を早期に防止できる。   In the flowchart shown in FIG. 11, when it is determined in step 340 that the main diagnosis of the NOx sensor 100 is necessary, the control of the NOx sensor 100 is stopped. That is, the NOx concentration is not detected by the NOx sensor 100 after this point. As described above, when an obvious abnormality is detected during engine operation, the control of the NOx sensor 100 is stopped, and the NOx concentration is not detected by the NOx sensor 100 after this point. A secondary failure that may occur can be prevented early.

5.変形例2
NOxセンサの診断システムは、図5のフローチャートに示す処理の代わりに、図12のフローチャートに示す処理を実行するものであってもよい。
5). Modification 2
The NOx sensor diagnosis system may execute the process shown in the flowchart of FIG. 12 instead of the process shown in the flowchart of FIG. 5.

図12のフローチャートにおいて、ステップ510〜560の処理は、図5のフローチャートにおけるステップ10〜60と同様である。また、図12のフローチャートにおいて、ステップ600〜630の処理は、図5のフローチャートにおけるステップ80〜110と同様である。   In the flowchart of FIG. 12, the processing of steps 510 to 560 is the same as that of steps 10 to 60 in the flowchart of FIG. In the flowchart of FIG. 12, the processes in steps 600 to 630 are the same as those in steps 80 to 110 in the flowchart of FIG. 5.

図12に示すフローチャートでは、NOxセンサ異常検出(ステップ580)を実行しているとき、所定時間ごとに、そのNOxセンサ異常検出が終了したか否かを判断し(ステップ590)、終了していなければ、エンジン始動の有無を判断し、エンジンが始動していれば、NOxセンサ異常検出を、たとえ途中であっても終了する(ステップ570)。こうすることにより、NOxセンサ異常検出の途中での、エンジンの始動、及びそれにともなう排気ガスの流入により、NOxセンサ異常検出が不正確になってしまうことがない。また、エンジンの始動後、NOxセンサ100の状態を、早期に、NOx濃度を検出する状態に戻すことができる。   In the flowchart shown in FIG. 12, when NOx sensor abnormality detection (step 580) is being executed, it is determined whether or not the NOx sensor abnormality detection is completed every predetermined time (step 590). For example, it is determined whether or not the engine has been started. If the engine has been started, the NOx sensor abnormality detection is terminated even if it is in progress (step 570). By doing so, the NOx sensor abnormality detection does not become inaccurate due to the start of the engine and the accompanying inflow of exhaust gas during the NOx sensor abnormality detection. In addition, after the engine is started, the state of the NOx sensor 100 can be returned to a state in which the NOx concentration is detected at an early stage.

尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the scope of the present invention.

NOxセンサの診断システムを適用した車両の構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the structure of the vehicle to which the diagnostic system of a NOx sensor is applied. 排気通路におけるNOxセンサ100の配置を表す説明図である。It is explanatory drawing showing arrangement | positioning of the NOx sensor 100 in an exhaust passage. NOxセンサ100の概要を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an outline of a NOx sensor 100. FIG. NOxセンサ100の出力特性を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing output characteristics of a NOx sensor 100. FIG. NOxセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process which the diagnostic system of a NOx sensor performs. NOxセンサ100の出力特性を示す説明図である。4 is an explanatory diagram showing output characteristics of a NOx sensor 100. FIG. NOxセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process which the diagnostic system of a NOx sensor performs. ポンプセル電圧に対するモニタセル電流の変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the change of the monitor cell current with respect to a pump cell voltage. ポンプセル電圧の変化に伴うモニタセル電流、センサセル電流の変化を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the change of the monitor cell current and sensor cell current accompanying the change of pump cell voltage. 電圧補正値KVを設定するための図である。It is a figure for setting the voltage correction value KV. NOxセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process which the diagnostic system of a NOx sensor performs. NOxセンサの診断システムが実行する処理を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the process which the diagnostic system of a NOx sensor performs.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・NOxセンサ、110・・・ポンプセル、111、112・・・電極、
120・・・モニタセル、121・・・電極、130・・・センサセル、
131、132・・・電極、141・・・固体電解質、141a・・・ピンホール、
142・・・固体電解質、143・・・スペーサ、144・・・第1チャンバー、
145・・・絞り部、146・・・第2チャンバー、147・・・符号、
148、150・・・大気通路、149・・・絶縁層、151・・・ヒータ、
170・・・センサ制御回路、171、172、173・・・電流検出器、
190・・・添加弁、200・・・排気通路、210・・・触媒、220・・・DOC、
180・・・エンジンECU
100 ... NOx sensor, 110 ... pump cell, 111, 112 ... electrode,
120 ... monitor cell, 121 ... electrode, 130 ... sensor cell,
131, 132 ... electrodes, 141 ... solid electrolyte, 141a ... pinholes,
142 ... solid electrolyte, 143 ... spacer, 144 ... first chamber,
145 ... throttle part, 146 ... second chamber, 147 ... sign,
148, 150 ... atmospheric passage, 149 ... insulating layer, 151 ... heater,
170 ... sensor control circuit, 171, 172, 173 ... current detector,
190 ... addition valve, 200 ... exhaust passage, 210 ... catalyst, 220 ... DOC,
180 ... Engine ECU

Claims (6)

内燃機関の排気中におけるNOx濃度を検知するNOxセンサの診断システムであって、
前記内燃機関の稼働中に、前記NOxセンサが異常であるか否を診断する第1診断手段と、
前記第1診断手段が前記NOxセンサを異常と診断した場合、前記内燃機関が停止しているときに前記NOxセンサが異常であるか否かを診断する第2診断手段と、
を備えることを特徴とするNOxセンサの診断システム。
A NOx sensor diagnostic system for detecting NOx concentration in exhaust gas from an internal combustion engine,
First diagnostic means for diagnosing whether or not the NOx sensor is abnormal during operation of the internal combustion engine;
Second diagnostic means for diagnosing whether or not the NOx sensor is abnormal when the internal combustion engine is stopped when the first diagnostic means diagnoses the NOx sensor as abnormal;
A diagnostic system for a NOx sensor, comprising:
前記NOxセンサが、
チャンバーに導入した排気ガス中の酸素を排出又は汲み込むためのポンプセルと、ポンプセルを通過した後のガスからNOx濃度を検出するためのセンサセルと、チャンバー内の残留酸素濃度を検出するためのモニタセルとを備え、ポンプセルへの電圧印加時にセンサセル電流、モニタセル電流を各々計測してその時のセンサセル電流からNOx濃度を検知する限界電流式のNOxセンサであって、
前記第1診断手段は、
前記内燃機関が予め設定された稼働状態にあるとき、前記NOxセンサにより検知したNOx濃度が、前記予め設定された稼働状態に応じて予め設定された、基準NOx濃度範囲内にあるか否かに基づき、前記NOxセンサが異常であるか否かを判断するものであるとともに、
前記第2診断手段は、
予め規定した印加電圧特性を用い、その都度のポンプセル電流に応じてポンプセル電圧を初期設定する手段と、前記初期設定したポンプセル電圧を正負少なくとも何れかに一時的に変化させ、その時のモニタセル電流の変化量を検出する手段と、前記モニタセル電流の変化量に基づいて前記NOxセンサが異常であるか否かを判断する手段と、を備えるものであることを特徴とする請求項1記載のNOxセンサの診断システム。
The NOx sensor is
A pump cell for exhausting or pumping oxygen in the exhaust gas introduced into the chamber, a sensor cell for detecting the NOx concentration from the gas after passing through the pump cell, and a monitor cell for detecting the residual oxygen concentration in the chamber A NOx sensor of a limiting current type that measures a sensor cell current and a monitor cell current when a voltage is applied to the pump cell and detects a NOx concentration from the sensor cell current at that time,
The first diagnosis means includes
Whether or not the NOx concentration detected by the NOx sensor is within a reference NOx concentration range that is preset according to the preset operating state when the internal combustion engine is in a preset operating state. Based on whether the NOx sensor is abnormal or not,
The second diagnostic means includes
Means for initially setting the pump cell voltage according to the pump cell current each time using a predetermined applied voltage characteristic, and temporarily changing the initially set pump cell voltage to at least either positive or negative, and the change in the monitor cell current at that time The NOx sensor according to claim 1, further comprising: means for detecting an amount; and means for determining whether or not the NOx sensor is abnormal based on a change amount of the monitor cell current. Diagnostic system.
前記第1診断手段は、前記NOxセンサが異常であるか否かを診断するとともに、前記異常のうち、予め設定された特定異常であるか否かを診断し、
前記第2診断手段は、前記第1診断手段が前記NOxセンサを前記特定異常と診断した場合、診断を行わないことを特徴とする請求項1又は2記載のNOxセンサの診断システム。
The first diagnosis means diagnoses whether the NOx sensor is abnormal, diagnoses whether the abnormality is a preset specific abnormality,
3. The NOx sensor diagnosis system according to claim 1, wherein the second diagnosis unit does not perform a diagnosis when the first diagnosis unit diagnoses the NOx sensor as the specific abnormality. 4.
前記第1診断手段は、前記NOxセンサが異常であるか否かを診断するとともに、前記異常のうち、予め設定された特定異常であるか否かを診断し、
前記第1診断手段が前記NOxセンサを前記特定異常と診断した場合、前記NOxセンサにより検知したNOx濃度の使用を停止する第1停止手段を備えることを特徴とする請求項1又は2記載のNOxセンサの診断システム。
The first diagnosis means diagnoses whether the NOx sensor is abnormal, diagnoses whether the abnormality is a preset specific abnormality,
3. The NOx according to claim 1, further comprising a first stop unit that stops use of the NOx concentration detected by the NOx sensor when the first diagnosis unit diagnoses the NOx sensor as the specific abnormality. Sensor diagnostic system.
前記第2診断手段が、前記NOxセンサを異常と診断した場合、前記NOxセンサにより検知したNOx濃度の使用を停止する第2停止手段を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のNOxセンサの診断システム。   The said 2nd diagnostic means is equipped with the 2nd stop means to stop use of the NOx density | concentration detected by the said NOx sensor when the said NOx sensor is diagnosed as abnormality, The any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. The NOx sensor diagnostic system described. 前記第2診断手段は、診断中に前記内燃機関が始動した場合、診断を中止することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のNOxセンサの診断システム。   6. The NOx sensor diagnosis system according to claim 1, wherein the second diagnosis unit stops diagnosis when the internal combustion engine is started during diagnosis.
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