JP2010196475A

JP2010196475A - 内燃機関用排気センサの診断装置

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Publication number: JP2010196475A
Application number: JP2009039009A
Authority: JP
Inventors: Azusa Kobayashi; 梓小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-23
Also published as: JP5332708B2

Abstract

【課題】触媒Ｏ２ストレージ量の影響によらず、下流側酸素センサの無駄時間遅れを正しく診断する。
【解決手段】燃料カットから燃料カットリカバするまでの期間の触媒下流側酸素センサ１０の出力に基づき、触媒下流側酸素センサ１０の異常を判定する異常判定手段１２と、燃料カットが開始されたときの触媒下流側酸素センサ１０の出力値に基づき、燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの所定時間を設定する所定時間設定手段（ステップＳ７）と、燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態への移動を開始するまでの出力不動時間を検出する時間検出手段（ステップＳ８）と、を備え、時間検出手段により検出した燃料カット後の出力不動時間が、所定時間設定手段で設定した所定時間を超える場合に触媒下流側酸素センサ１０の異常と判定するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両用内燃機関の排気通路に設けられている排気浄化触媒の下流側に配置されている内燃機関用排気センサの診断装置に関するものである。

従来から内燃機関の排気通路に設けられている排気浄化触媒による排気成分の浄化状態を把握するために、触媒上流排気センサに加えて同触媒の下流側にも排気センサとしての酸素センサを設けて、触媒通過後の排気の空燃比を検出して、触媒上流排気センサに基づく空燃比フィードバック制御による空燃比補正値に対して修正値を算出する、空燃比のフィードバック制御が実行されている。

前記空燃比のフィードバック制御では下流側の酸素センサの出力に基づいてその修正制御が行われるため、同酸素センサに異常が生じていると正常な修正値が算出できなくなり、排気の浄化が十分に行われなくなるおそれがある。そこで、先記下流側の酸素センサの異常の有無を診断する装置が従来から提案されている(特許文献１、２参照)。

特許文献１では、前記触媒の下流側に配設された酸素センサ（以下、触媒下流側酸素センサと称す）に異常が生じているか否かの判定を行うべく、燃料カットにより酸素を急激に触媒に与え、触媒下流側空燃比がステップ的にリーン変化する状況において、触媒下流側酸素センサの応答時間を計測することにより、触媒下流側酸素センサの異常の有無を判定するようにした酸素センサ診断装置である。

特許文献２では、触媒下流側酸素センサが正常にもかかわらず異常であるとの誤判定を下すことがないようにするため、機関吸入空気量と触媒上流側空燃比に基づき、触媒に供給又は触媒から脱離したＯ２量を算出する手段と、前記Ｏ２量の積算値から触媒Ｏ２ストレージ量を算出する手段と、燃料カットから燃料カットリカバするまでの期間の触媒下流側酸素センサの出力に基づき、触媒下流側酸素センサの異常を判定する異常判定手段と、燃料カットが開始されたときの空気が触媒に供給されるまでに要する時間に相当する所定時間設定手段と、前記燃料カット開始から前記所定時間が経過した時点での触媒Ｏ２ストレージ量を記憶する記憶手段と、を備え、前記記憶手段に記憶された触媒Ｏ２ストレージ量が所定値以上の場合は、燃料カット後の触媒下流のＯ２センサ出力変化が緩やかになるため、誤診断防止のため、触媒下流側酸素センサの異常判定を行わないようにしている。

特開２００４−３５１３号公報特開２００８−３８８４７号公報

しかしながら、特許文献１の酸素センサ診断装置では、燃料カットを行う前の空燃比状態と、燃料カットによる空気が触媒に到達するまでの空燃比状態により、触媒Ｏ２ストレージ量が変化し、これによって触媒下流側の空燃比が変化する。このため、例えば、燃料カット前の空燃比が理論空燃比よりもリーンであり、燃料カットによる空気が触媒内のＯ２を飽和させる前に触媒内のＯ２が飽和し、触媒下流側の空燃比がステップ的に変化せず緩やかにリーンへ変化する場合は、触媒下流側酸素センサの応答時間が長くなり、触媒下流側酸素センサが正常であるにもかかわらず異常であるとの誤判定を下すおそれがあった。

また、特許文献２の酸素センサ診断装置では、触媒下流側酸素センサが正常であるにもかかわらず異常であるとの誤判定は解消されるものの、燃料カット開始から前記所定時間が経過した時点での触媒Ｏ２ストレージ量が所定値以上の場合は、触媒下流側酸素センサの異常判定を行わないようにするため、診断頻度が低下する課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、触媒Ｏ２ストレージ量の影響によらず、下流側酸素センサの無駄時間遅れを正しく診断することができる内燃機関用排気センサの診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料カットから燃料カットリカバするまでの期間の触媒下流側酸素センサ出力に基づき、触媒下流側酸素センサの異常を判定する異常判定手段を備えた内燃機関用排気センサの診断装置であって、燃料カットが開始されたときの触媒下流側酸素センサの出力値に基づき、燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサの出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの所定時間を設定する所定時間設定手段と、燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサの出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの出力不動時間を検出する時間検出手段と、を備え、異常判定手段は、時間検出手段により検出した燃料カット後の出力不動時間が、所定時間設定手段で設定した所定時間を超える場合に触媒下流側酸素センサの異常と判定するようにした。

したがって、本発明では、時間検出手段により検出した燃料カット開始から前記下流側酸素センサの出力値がリーン状態への移動を開始するまでの出力不動時間が、所定時間設定手段により触媒下流側酸素センサの出力値に基づき設定した下流側酸素センサの出力値が燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの所定時間を超える場合に、触媒下流側酸素センサの異常と判定するようにしたため、触媒８のＯ２ストレージ状態の影響を補正することができ、触媒８の下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

本発明の一実施形態を示す内燃機関用排気センサの診断装置を含む車両用内燃機関及びその周辺機器の概略構成のシステム構成図。同じく下流側酸素センサの異常の有無を診断する診断フローチャート。燃料カット時の下流側酸素センサの出力値に対する燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの時間特性を示す特性図。燃料カット時の下流側酸素センサの出力微分値に対する燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの時間特性を示す特性図。燃料カット時の触媒のＯ２ストレージ量に対する燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの時間特性を示す特性図。触媒の劣化に対する燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの時間特性を示す特性図。燃料カット時の下流側酸素センサの出力微分値が正である場合の燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの変化特性を示すタイムチャート。燃料カット時の下流側酸素センサの出力微分値が負である場合の燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの変化特性を示すタイムチャート。触媒のＯ２ストレージ量が小さい場合における、燃料カット時の下流側酸素センサの出力値の燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの変化特性を示すタイムチャート。触媒のＯ２ストレージ量が大きい場合における、燃料カット時の下流側酸素センサの出力値の燃料カットを開始時点からリーン状態への移動を開始するまでの変化特性を示すタイムチャート。

以下、本発明の内燃機関用排気センサの診断装置を図１〜図１０に示す一実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した排気センサの診断装置の第１実施形態を示す車両用内燃機関及びその周辺機器の概略構成のシステム構成図である。

図１において、内燃機関１の吸気通路２には、エアクリーナ３を通過させ、スロットルバルブ４の開度制御により調整された吸入空気が導入され、スロットルバルブ４の下流に設けられたインジェクタ５より噴射された燃料と混合されて図示しない燃焼室に導入され、燃焼室で燃焼される。吸入される空気の量（吸入空気量）は、エアフロメータ６により検出される。

また、燃焼室での燃焼により生じた排気が送られる排気通路７には、排気中の成分を浄化する排気浄化用の触媒８が設けられている。この触媒８は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中のＨＣやＣＯを酸化するとともに同排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化する三元触媒により構成されている。また、この触媒８は通過する排気の空燃比が、理論空燃比よりもリーンの時には排気中の酸素を吸蔵し、同空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには吸蔵した酸素を放出する、いわゆる酸素ストレージ機能を備える。前記触媒８は、燃焼される混合気の空燃比がストイキとなる理論空燃比近傍の狭い範囲でのみ、排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。この浄化状態を検出するため、前記触媒８の上流側には上流側空燃比センサ９が設けられ、触媒の下流側には下流側酸素センサ１０が設けられている。なお、１１はＨＣトラップ機能を持つ下流側触媒である。

前記上流側空燃比センサ９は、周知の限界電流式酸素センサであり、濃淡電池式酸素センサの検出部に拡散律速層と呼ばれるセラミック層を備えることにより排気中の酸素濃度に応じた出力電流が得られるセンサである。即ち、排気中の酸素濃度と密接な関係にある空燃比が理論空燃比である場合には、その出力電流は「０」になり、空燃比がリッチになるにつれて出力電流は負の方向に大きくなり、空燃比がリーンになるにつれて出力電流は正の方向に大きくなる。このため、この上流側空燃比センサ９の出力に基づき、触媒８の上流側の空燃比についてそのリーン度合いやリッチ度合いを検出することができる。

前記下流側酸素センサ１０は、周知の濃淡電池式の酸素センサであり、その出力特性は、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには約１Ｖ程度の出力が得られ、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときには約０Ｖ程度の出力が得られ、理論空燃比近傍でその出力電圧が大きく変化するように構成されている。このため、この下流側酸素センサ１０の出力に基づき、触媒８の下流側の空燃比がリーンとなっているかリッチとなっているかを検出することができる。

前記下流側酸素センサ１０は、触媒８での排気浄化作用の状態を監視するために同触媒８の下流側に設けられ、上流側空燃比センサ９の出力がリッチを示しているときに下流側酸素センサ１０の出力がリーンとなっているときには、触媒８から酸素が放出されており、同触媒８での酸化作用が促進されていることを把握できる。また、上流側空燃比センサ９の出力がリーンを示しているときに下流側酸素センサ１０の出力がリッチとなっているときには、触媒８に酸素が吸蔵されており、同触媒８での還元作用が促進されていることを把握できる。

前記触媒８は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲でのみ、排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。そうした触媒８を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記理論空燃比近傍の狭い範囲の中心に合わせこむ、厳密な空燃比制御が必要となる。

そうした空燃比の制御は、エンジン制御装置１２より行われる。エンジン制御装置１２には、上記エアフロメータ６や前記上流側空燃比センサ９、下流側酸素センサ１０、アクセルペダルの踏み込み量を検出する図示しないアクセルセンサ、あるいは機関回転速度を検出する図示しない回転速度センサを始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関１や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ４やインジェクタ５等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうしたエンジン制御装置１２による空燃比制御の概要は次の通りである。

まずエンジン制御装置１２は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ４の開度を調整する。その一方、エアフロメータ６により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ５からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。

加えて、エンジン制御装置１２は、前記触媒８上流側の上流側空燃比センサ９の検出結果により、触媒８の上流側の空燃比についてその実測値を把握し、この実測値と目標空燃比、すなわち理論空燃比との乖離度合に基づいて算出される空燃比フィードバック補正量に基づいて、インジェクタ５の燃料噴射量をフィードバック補正している。この空燃比フィードバック制御により、要求される空燃比制御の精度が確保される。

また、エンジン制御装置１２は、前記触媒８下流側の下流側酸素センサ１０の検出結果より、触媒８の酸素吸蔵状態、あるいは酸素放出状態を推定し、この推定に基づいて上記空燃比フィードバック補正量に対する修正を行う。この修正処理では、下流側酸素センサ１０の出力に基づいて算出されるサブフィードバック補正量が増減補正され、同サブフィードバック補正量によって上記空燃比フィードバック補正量は修正される。

具体的には、下流側酸素センサ１０の出力がリッチを示している間は、触媒８上流側の空燃比が一定量ずつリーン寄りに変化するように、すなわち触媒８上流側の空燃比が少しずつリーン側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつマイナス側に増大される。一方、下流側酸素センサ１０の出力がリーンを示している間は、触媒８上流側の空燃比が一定量ずつリッチ寄りに変化するように、すなわち触媒８上流側の空燃比が少しずつリッチ側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつプラス側に増大される。このようなサブフィードバック制御により、触媒８の浄化作用が有効に活用される。

ところで、触媒８下流側の下流側酸素センサ１０に異常が生じると、その出力信号は実際の排気の空燃比を反映しなくなり、上記サブフィードバック制御を正確に行うことができなくなる。更には、サブフィードバック補正量による空燃比フィードバック補正量の修正にも悪影響を与えるおそれもある。

そこで、本実施形態では、エンジン運転中に、インジェクタ５の燃料噴射を停止(燃料カット)したときに、排気管内の空燃比が急激に変化することを利用して、Ｏ２ストレージ機能を有する触媒８の下流に設置された下流側酸素センサ１０の応答劣化を検知することを前提としている。そして、燃料カット後の空燃比変化が触媒８のＯ２ストレージ状態により影響されることを考慮して、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値から下流側酸素センサ１０近傍の空燃比が変化する時間、即ち、クライテリア（判定基準）を設定する。そして、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の出力値の不動時間(応答遅れ時間)が、クライテリア（判定基準）以上となった場合に、下流側酸素センサ１０に異常が発生したと判定するものである。

図２はエンジン制御装置で燃料カット時に所定時間毎に実行される下流側酸素センサ１０の異常の有無を診断する診断フローチャートである。図２のフローチャートを参照しながら、下流側酸素センサ１０の異常判定プログラム（ルーチン）を以下に説明する。

前記下流側酸素センサ１０の異常判定プログラムでは、先ず、ステップＳ１において、燃料カット開始か否かを判断し、燃料カット開始である場合は、ステップＳ２で燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号の微分値がゼロ以上(負でない)であるか否かを判定する。前記ステップＳ１の判定において燃料カット開始でない場合、ステップＳ２の判定において燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号の微分値が負である場合、のいずれの場合であっても、このルーチンを終了し、下流側酸素センサ１０の異常判定プログラムを開始しない。しかしながら、前記ステップＳ１，Ｓ２のいずれの判定もＹＥＳの場合、即ち、ステップＳ１の判定が燃料カット開始であり、ステップＳ２の判定が、図７に示すように、正の値をとる場合には、下流側酸素センサ１０の異常判定プログラムを開始するステップＳ３へ進む。

即ち、図８に示すように、燃料カット開始直前の下流側酸素センサ１０出力が、すでにリーン側に振れ始めている状態における燃料カットである場合には、下流側酸素センサ１０の出力値は不動時間としての応答無駄時間部分がなく、リーン側に反転してしまうため、本来検知すべき応答劣化品となっている下流側酸素センサ１０を正常と判定してしまうことがある。このため、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０のセンサ出力微分値が、負の値をとる場合は、下流側酸素センサ１０の診断を禁止し、誤診断を防止するようにしている。

ステップＳ３では、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値を記憶する。下流側酸素センサ１０の出力信号値は、上流に配置されている触媒８のＯ２ストレージ状態に応じて変化する。即ち、触媒８上流の空燃比がストイキに調整されている場合には、触媒８のＯ２ストレージ状態が目標とする、例えば、５０％に維持され、触媒８による排気中の主要有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化し、下流センサの出力信号値はストイキ(０Ｖと１Ｖとの中間値)に維持される。

しかしながら、触媒８上流の空燃比がリーン側に振れる等により、触媒８のＯ２ストレージ状態が上限値(ＦＵＬＬ状態)となっている場合には、触媒８にＯ２を吸蔵する余地が残っていないため、排気中に含まれるＯ２は触媒８を素通りして下流に流れ、触媒８下流の空燃比をリーン側とし、下流センサの出力信号値は０Ｖ側に振れる。また、触媒８上流の空燃比がリッチ側に振れる等により、触媒８のＯ２ストレージ状態が下限値(ＥＭＰＴＹ状態)となっている場合には、触媒８にＯ２を放出する余地が残っていないため、通過する排気に触媒８からＯ２を放出することができずに下流に流れ、触媒８下流の空燃比をリッチ側とし、下流側酸素センサ１０の出力信号値は１Ｖ側に振れる。

前記触媒８上流の空燃比がリーン側やリッチ側に振れる要因として、例えば、上流側空燃比センサ９のストイキ点にシフトが生じている場合が想定される。上流側空燃比センサ９は、高い排気温度に晒されることなどから経時的に劣化しやすく、またセンサ製造時の品質のバラツキもあって空燃比のストイキ点にシフトずれを生じ、ストイキ点がリッチ側またはリーン側へのシフトを生じることがある。検出される空燃比にこのようなストイキ点のシフトを生じると、上流側空燃比センサ９の出力に基づいてなされる空燃比のフィードバック制御にもずれが生じる結果となる。

ステップＳ４では、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値の変化速度(微分値)を記憶する。この燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値の変化速度(微分値)は、ステップＳ２の判定において、ゼロ以上の数値を備えているものとなる。

ステップＳ５では、燃料カット時の触媒８のＯ２ストレージ量を記憶する。この触媒Ｏ２ストレージ量は、触媒８上流側空燃比と機関吸入空気量を乗算した値を積算することで算出し、これにより燃料カットの前における触媒８内のＯ２ストレージ状態を把握することが可能となる。この場合に上流側空燃比がリッチ状態では触媒Ｏ２ストレージ量は減算され、リーン状態では触媒Ｏ２ストレージ量は積算される。

ステップＳ６では、触媒８の劣化指数を演算する。触媒８は新品のときはＯ２ストレージ量の最大値が最も大きく、劣化の進行に連れてＯ２ストレージ量の最大値が低下する。この触媒Ｏ２ストレージ量の最大値が大きい場合には、触媒８上流の空燃比変動に対して、触媒８のＯ２吸蔵及び放出により、触媒８下流の空燃比変動が緩和されて、両者の空燃比同士の相関関係が低く抑えられている。しかしながら、触媒Ｏ２ストレージ量の最大値が触媒８の劣化により低下された場合には、触媒８上流の空燃比変動に対して、触媒８のＯ２吸蔵及びＯ２放出により、触媒８下流の空燃比変動の緩和作用が低下し、両者の空燃比変動の相関関係が高くなっていく。従って、触媒８前後の空燃比変動を、上流側空燃比センサ９の出力信号の変動パラメータと下流側酸素センサ１０の出力信号の変動パラメータとの相関指数を判定することにより、触媒８の劣化指数を演算する。

ステップＳ７では、ステップＳ３〜ステップＳ６で記憶し演算した下流側酸素センサ１０の出力値、微分値、触媒８のＯ２ストレージ量、及び、触媒８の劣化指数に基づいて、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値から下流側酸素センサ１０近傍の空燃比が変化する時間、即ち、クライテリア（判定基準）を演算する。

即ち、ステップＳ３で求めた下流側酸素センサ１０の出力値に対しては、図３に示すように、センサ出力値がゼロに近いほど、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の応答無駄時間を短く設定し、センサ出力値が１Ｖに近いほど、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の応答無駄時間を長く設定する。即ち、触媒８下流の空燃比がストイキである場合に係数１と設定し、リッチ側に振れるに連れて係数を増加させ、リーン側に振れるに連れて係数を減少させる。これは、下流側酸素センサ１０の出力値がストイキ状態からリーン側に振れる場合には触媒８のＯ２ストレージ量がＦＵＬＬ状態となっており、ストイキ状態からリッチ側に振れる場合には触媒８のＯ２ストレージ量がＥＭＰＴＹ状態となっていることを意味し、燃料カットにより供給される排気中のＯ２変化に対して、下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態に振れている場合が、リッチ状態に振れている場合に比較して、素早く反応することができるためである。

また、ステップＳ４で求めた燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力信号値の変化速度(微分値)に対しては、図４に示すように、変化速度がゼロの場合に係数１に設定し、変化速度(微分値)がゼロより増加するに連れて補正係数を増加させる。これは、下流側酸素センサ１０の出力値の増加傾向が大きいほど、触媒８のＯ２ストレージ量の減少傾向が大きいため、燃料カットされた状態からの触媒８に吸蔵されるＯ２量が大きいと判定されるためである。

ステップＳ５で求めた触媒８のＯ２ストレージ量に対しては、図５に示すように、触媒８のＯ２ストレージ量が下限値に近いほど、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の応答無駄時間を長く設定し、触媒８のＯ２ストレージ量が上限値に近いほど、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の応答無駄時間を短く設定する。即ち、触媒８のＯ２ストレージ量が目標ストレージ量(例えば、５０％)である場合に係数１と設定し、Ｏ２ストレージ量が目標ストレージ量より上限値側に振れるに連れて係数を減少させ、下限値側に振れるに連れて係数を増加させる。これは、触媒８のＯ２ストレージ量がＦＵＬＬ状態である場合には、触媒８のＯ２ストレージ量がＥＭＰＴＹ状態にある場合に比較して、燃料カットにより供給される排気中のＯ２変化に対して、下流側酸素センサ１０の出力値を素早く反応することができるためである。

ステップＳ６で求めた触媒８の劣化指数に対しては、図６に示すように、劣化がない触媒８に対して係数１を設定し、劣化指数が大きくなるに連れて係数を減少させる。これは、触媒８のＯ２ストレージ量の最大値は、触媒８の劣化進行により減少するため、燃料カットにより触媒８のＯ２ストレージ破過(触媒８中にＯ２がリミットまで吸蔵される状態)までのストレージ量が変化する。このため、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の出力値で診断を行う場合には、経年劣化により保証できなくなるため、触媒８の劣化度合いによって、クライテリア（判定基準）を補正するものである。

そして、予め実験により設定した下流側酸素センサ１０の基準遅れ時間に上記各演算した各係数を乗算して予想遅れ時間を設定する。

前記基準遅れ時間の設定方法としては、例えば、以下のような方法が挙げられる。まず、新品時の触媒８と触媒８下流に計測精度が良好に維持された下流側酸素センサ１０を配置し、これらに対してストイキに調整された排気ガスを触媒８上流から供給すると共に触媒８下流側の空燃比がストイキに保持されて触媒８のＯ２ストレージ量が目標ストレージ量に維持されていることを確認する。その後に、供給燃料をカットして、供給する排気ガスに含まれる燃料成分をゼロとし、下流側酸素センサ１０の出力値が、燃料カットを開始した時点からリーン状態への移動を開始する時点までの遅れ時間を測定して基準遅れ時間とする。

ステップＳ８では、燃料カット開始時点から下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態への変化を開始する時点までの遅れ時間(一定値内に留まる時間)パラメータ(測定遅れ時間)を測定する。

ステップＳ９では、ステップＳ８の測定遅れ時間(一定値内に留まる時間)パラメータがステップＳ７で設定した予想遅れ時間以下か否かを判定し、測定遅れ時間が予想遅れ時間以下となる場合にはステップＳ１０へ進み、下流側酸素センサ１０は正常と判定して今回の判定処理を終了する。しかしながら、測定遅れ時間が予想遅れ時間を超える場合にはステップＳ１１へ進み、下流側酸素センサ１０は異常と判定して今回の判定処理を終了する。

以上に記載したように、本実施形態の内燃機関用排気センサの診断装置では、エンジン運転中に、インジェクタの燃料噴射を停止したときに、排気管内の空燃比が急激に変化することを利用して、Ｏ２ストレージ機能を有する触媒８の下流に設置された下流側酸素センサ１０の応答劣化を検知する場合に、燃料カット直前の下流側酸素センサ１０の出力値から、燃料カット後のセンサ出力不動時間(クライテリア）を設定する。即ち、触媒８のＯ２ストレージ量が少ないと判定される場合には、図９に示すように、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の出力値のリーン側への変化を開始するまでの遅れ時間（センサ出力不動時間、クライテリア）を大きく設定する。また、触媒８のＯ２ストレージ量が多いと判定される場合には、図１０に示すように、燃料カット後の下流側酸素センサ１０の出力値のリーン側への変化を開始するまでの遅れ時間（センサ出力不動時間、クライテリア）を小さく設定する。

そして、測定した燃料カット後のセンサ出力不動時間が、上記したクライテリア（判定基準）以上となった場合は、下流側酸素センサ１０に応答時間遅れ故障（異常）が発生したと判定する。このため、触媒８のＯ２ストレージ状態の影響を補正することができ、触媒８の下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）排気通路７の触媒８上流に配設され、触媒上流側空燃比を検出する触媒上流側空燃比センサ８と、前記触媒８の下流に配設され、触媒下流側空燃比を検出する触媒下流側酸素センサ１０と、燃料カットから燃料カットリカバするまでの期間の前記触媒下流側酸素センサ１０の出力に基づき、触媒下流側酸素センサ１０の異常を判定する異常判定手段（ステップＳ９〜Ｓ１１）と、を備えた内燃機関用排気センサの診断装置であって、燃料カットが開始されたときの触媒下流側酸素センサ１０の出力値に基づき、燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの所定時間を設定する所定時間設定手段（ステップＳ７）と、前記燃料カット開始時点から触媒下流側酸素センサ１０の出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの出力不動時間を検出する時間検出手段（ステップＳ８）と、を備え、前記異常判定手段は、前記時間検出手段により検出した燃料カット後の出力不動時間が、所定時間設定手段で設定した所定時間を超える場合に触媒下流側酸素センサ１０の異常と判定するため、触媒８のＯ２ストレージ状態の影響を補正することができ、触媒８の下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

（イ）所定時間設定手段（ステップＳ７）は、燃料カットが開始されたときの触媒８の下流側酸素センサ１０の出力値に応じて、設定する所定時間を長くするため、触媒８下流の下流側酸素センサ１０でも、触媒８のＯ２ストレージ状態の影響によらず、下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

（ウ）所定時間設定手段（ステップＳ７）は、燃料カットが開始されたときの触媒８の下流側酸素センサ１０の出力微分値に応じて、設定する所定時間を長くするため、触媒８のＯ２ストレージ状態を反映させて、下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

（エ）機関吸入空気量と前記触媒上流側空燃比に基づき、前記触媒８に供給又は前記触媒から脱離したＯ２量を算出し、前記Ｏ２量の積算値から触媒Ｏ２ストレージ量を算出する手段（ステップＳ７）を備え、前記所定時間設定手段（ステップＳ７）は、前記燃料カット開始時の算出された触媒８のＯ２ストレージ量に応じて、設定する所定時間を増減させるため、触媒８のＯ２ストレージ状態を反映させて、下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

（オ）異常判定手段は、燃料カットが開始されたときの触媒８の下流側酸素センサ１０の出力微分値が負となる場合には、前記触媒８の下流側酸素センサ１０の異常判定を行わないため、下流側酸素センサ１０の応答劣化時に正常と誤判定することを防止できる。

（カ）触媒８の劣化の進行度合いを検出若しくは演算する触媒劣化検出演算手段（ステップＳ６）を備え、所定時間設定手段（ステップＳ７）は、前記触媒劣化検出演算手段による触媒８の劣化の進行度合いに応じて、設定する所定時間を減少させるため、触媒８の継時劣化によって変化する触媒８のＯ２ストレージ状態の影響によらず、下流側酸素センサ１０の応答劣化を正確に判定することができる。

１内燃機関、エンジン
２吸気通路
３エアクリーナ
４スロットルバルブ
５インジェクタ
６エアフロメータ
７排気通路
８触媒
９上流側空燃比センサ
１０下流側酸素センサ
１２エンジン制御装置

Claims

排気通路の触媒上流に配設され、触媒上流側空燃比を検出する空燃比センサと、
前記触媒の下流に配設され、触媒下流側空燃比を検出する酸素センサと、
燃料カットから燃料カットリカバするまでの期間の前記酸素センサ出力に基づき、前記酸素センサの異常を判定する異常判定手段と、を備えた内燃機関用排気センサの診断装置であって、
燃料カットが開始されたときの前記酸素センサの出力値に基づき、燃料カット開始時点から前記酸素センサの出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの所定時間を設定する所定時間設定手段と、
前記燃料カット開始時点から前記酸素センサの出力値がリーン状態への移動を開始する時点までの出力不動時間を検出する時間検出手段と、を備え、
前記異常判定手段は、前記時間検出手段により検出した前記出力不動時間が、前記所定時間設定手段で設定した前記所定時間を超える場合に前記酸素センサの異常と判定することを特徴とする内燃機関用排気センサの診断装置。
前記所定時間設定手段は、燃料カットが開始されたときの前記酸素センサの出力値に応じて、設定する所定時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用排気センサの診断装置。
前記所定時間設定手段は、燃料カットが開始されたときの前記酸素センサの出力微分値に応じて、設定する所定時間を長くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関用排気センサの診断装置。
機関吸入空気量と前記触媒上流側空燃比に基づき、前記触媒に供給又は前記触媒から脱離したＯ２量を算出し、前記Ｏ２量の積算値から触媒Ｏ２ストレージ量を算出する手段を備え、
前記所定時間設定手段は、前記燃料カット開始時の算出された触媒Ｏ２ストレージ量に応じて、設定する所定時間を増減させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関用排気センサの診断装置。
前記異常判定手段は、燃料カットが開始されたときの前記酸素センサの出力微分値が負となる場合には、前記酸素センサの異常判定を行わないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関用排気センサの診断装置。
前記触媒の劣化の進行度合いを検出若しくは演算する触媒劣化検出演算手段を備え、
前記所定時間設定手段は、前記触媒劣化検出演算手段による触媒の劣化の進行度合いに応じて、設定する所定時間を減少させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関用排気センサの診断装置。