JP2010203787A - System for diagnosing trouble of oxygen sensor - Google Patents
System for diagnosing trouble of oxygen sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010203787A JP2010203787A JP2009046502A JP2009046502A JP2010203787A JP 2010203787 A JP2010203787 A JP 2010203787A JP 2009046502 A JP2009046502 A JP 2009046502A JP 2009046502 A JP2009046502 A JP 2009046502A JP 2010203787 A JP2010203787 A JP 2010203787A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxygen sensor
- poisoning
- air
- amount
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は酸素センサの故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置に関する。 The present invention relates to an oxygen sensor failure diagnosis device, and more particularly to an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas.
空燃比フィードバック制御等のため、内燃機関の排気通路には、排気ガスの酸素濃度に基づき空燃比を検出する酸素センサが設けられている。酸素センサは、排気通路内に配置された筒形の検出素子を備え、検出素子は、内外の表面に電極が形成された固体電解質により形成される。外表面側の電極が排気通路内に臨まされる排気極とされ、内表面側の電極が、検出素子内部の大気室内に臨まされる大気極とされる。酸素センサは、これら電極の雰囲気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。 For air-fuel ratio feedback control and the like, an oxygen sensor that detects the air-fuel ratio based on the oxygen concentration of the exhaust gas is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. The oxygen sensor includes a cylindrical detection element disposed in the exhaust passage, and the detection element is formed of a solid electrolyte having electrodes formed on the inner and outer surfaces. The electrode on the outer surface side is the exhaust electrode facing the exhaust passage, and the electrode on the inner surface side is the atmosphere electrode facing the atmospheric chamber inside the detection element. The oxygen sensor generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure of the atmospheric gas of these electrodes. Specifically, the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich). Generates a large electromotive force.
この酸素センサにおいて、検出素子の欠損が生じて検出素子の内外が連通すると、検出素子外部の排気ガスがその内部に侵入し、その内外の酸素分圧の差が無くなってセンサは起電力を発生しなくなる。そしてさらに、検出素子内部に排気ガスが侵入した状態で検出素子外部により酸素濃度の高い(空燃比リーンの)排気ガスが存在すると、酸素センサにおいて逆方向の起電力が発生する。従って、この逆起電力に対応した酸素センサの負(マイナス)の出力電圧を検出することで、酸素センサの検出素子の欠損、即ち酸素センサの故障を検出することができる(例えば特許文献1参照)。 In this oxygen sensor, when the sensing element is lost and the inside and outside of the sensing element communicate with each other, exhaust gas outside the sensing element enters the inside, and there is no difference in the oxygen partial pressure between the inside and outside, and the sensor generates an electromotive force. No longer. Further, if exhaust gas having a high oxygen concentration (air-fuel ratio lean) is present outside the detection element in a state where the exhaust gas has entered the detection element, an electromotive force in the reverse direction is generated in the oxygen sensor. Accordingly, by detecting the negative (minus) output voltage of the oxygen sensor corresponding to the back electromotive force, it is possible to detect a defect in the detection element of the oxygen sensor, that is, a failure of the oxygen sensor (see, for example, Patent Document 1). ).
ところで、酸素センサが上記のように欠損故障しておらず、正常な場合であっても、排気極が排ガス中の被毒物質により被毒すると、酸素センサから負の出力電圧が発生することがある。従ってこの場合にも酸素センサの故障と判断してしまうことは誤判定となり、故障診断の精度を落としめる結果となる。 By the way, even if the oxygen sensor is not defective as described above and is normal, if the exhaust electrode is poisoned by poisonous substances in the exhaust gas, a negative output voltage may be generated from the oxygen sensor. is there. Therefore, even in this case, it is erroneously determined that the oxygen sensor has failed, resulting in a decrease in the accuracy of failure diagnosis.
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、誤判定を防止して診断精度を向上することができる酸素センサの故障診断装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an oxygen sensor failure diagnosis apparatus that can prevent erroneous determination and improve diagnosis accuracy.
本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路に配置された酸素センサから出力される負電圧に基づいて前記酸素センサの故障を診断する装置において、
前記酸素センサの検出素子における排気極の被毒の有無を検出する被毒検出手段を設け、該被毒検出手段により前記排気極の被毒が無いことが検出されていることを条件に前記酸素センサの故障診断を実行する
ことを特徴とする酸素センサの故障診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
In an apparatus for diagnosing a failure of the oxygen sensor based on a negative voltage output from an oxygen sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
There is provided poisoning detection means for detecting the presence or absence of poisoning of the exhaust electrode in the detection element of the oxygen sensor, and the oxygen detection is performed on the condition that the poisoning detection means detects that the exhaust electrode is not poisoned. An oxygen sensor failure diagnosis apparatus is provided, which performs a sensor failure diagnosis.
本発明によれば、誤判定を防止して診断精度を向上することができるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, an excellent effect of preventing erroneous determination and improving diagnosis accuracy is exhibited.
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明が適用される車両用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を、図1を参照して説明する。火花点火式内燃機関、具体的にはガソリンエンジン10の吸気通路11には、その通路面積を調節するスロットルバルブ15(本実施形態では電子制御式)が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ14を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量(吸入空気量)は、エアフローメータ16により検出されている。そして吸気通路11に吸入された空気は、スロットルバルブ15下流に設けられたインジェクタ17より噴射された燃料と混合された後、燃焼室12に送られて、そこで燃焼される。
The configuration of an exhaust gas purification system for a vehicle internal combustion engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. A spark ignition type internal combustion engine, specifically, an
一方、燃焼室12での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路13には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒18が設けられ、その上流側には触媒前酸素センサ19、その下流側には触媒後酸素センサ20がそれぞれ設けられている。
On the other hand, a three-
三元触媒18は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍の狭い範囲(ウインドウ)でのみ、排気ガス中の主要有害成分(HC、CO、NOx)のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒18を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。
The three-
こうした空燃比の制御は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)22により行われる。ECU22には、上記エアフローメータ16や酸素センサ19,20、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ21、機関回転速度を検出するNEセンサ23、外気温を検出する外気温センサ24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10や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ15やインジェクタ17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。
Such air-fuel ratio control is performed by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 22. The ECU 22 includes the
まずECU22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15の開度を調整する。その一方、エアフローメータ16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17からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室12で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度理論空燃比に近づけることができる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。
First, the
そこでECU22は、上記各酸素センサ19,20の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ17からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。
Accordingly, the ECU 22 feedback corrects the fuel injection amount from the
以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ19,20の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。なお、この排気ガス浄化システムでは、上述のように2つの酸素センサ19,20によって空燃比フィードバック制御を実施することで、空燃比フィードバック制御の更なる高精度化を図っている。
As described above, in this exhaust gas purification system, the so-called air-fuel ratio feedback control that performs feedback correction of the fuel injection amount according to the detection results of the
前記2つの酸素センサ19,20は互いに同様の構成であり、また故障診断の方法も同様である。そこで以下、触媒前酸素センサ19を例にとって説明し(以下、触媒前酸素センサ19を単に「酸素センサ19」と称す)、触媒後酸素センサ20については説明を省略する。
The two
図2及び図3に示すように、酸素センサ19は、排気通路13内に突出するように配設された筒型の検出素子31を備えている。検出素子31は、その内側に大気室34を画成する。大気室34は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴35とを通じて外部に連通され、大気(空気)が導出入可能となっている。検出素子31の外表面部は排気通路13内に露出され、センサカバー32を通じて流入する排気ガスに曝される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、検出素子31は、固体電解質37と、固体電解質37の内表面に形成され大気室34内に臨まされる一方の電極としての大気極38と、固体電解質37の外表面に形成され排気通路13内に臨まされる他方の電極としての排気極39とを備える。固体電解質37は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質であり、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用される。大気極38および排気極39は例えば白金Ptを含む。
As shown in FIG. 3, the
大気室34には、検出素子31を加熱して早期に活性化させるためのヒータ36が設けられ、ヒータ36はECU22によって通電制御される。また大気極38と排気極39はECU22、特にその電圧検出回路に接続され、大気極38と排気極39の間に発生した起電力をECU22により検出し得るようになっている。
The
大気極38の雰囲気ガス(通常は空気)と排気極39の雰囲気ガス(通常は排気ガス)との間に酸素分圧の差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気極38側)の酸素がイオン化して固体電解質37を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気極39側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で4価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて両電極38,39間で電子の移動が生じ、その結果、両電極38,39間に起電力が発生する。
When a difference in oxygen partial pressure occurs between the atmosphere gas (usually air) at the
こうして酸素センサ19は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり検出素子31外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内側の大気極38から外側の排気極39に向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続されたECU22に対しては内側の大気極38が正極、外側の排気極39が負極となる。
Thus, the
ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス(大気)と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。 Incidentally, there are various types of oxygen sensors such as those using a plate-shaped detection element and those using a material other than zirconia for the detection element. In many cases, a configuration for detecting the oxygen partial pressure of the exhaust gas based on the same detection principle as that of the above-described sensor, that is, a detection element arranged to isolate the reference gas (atmosphere) and the exhaust gas is a reference gas. The electromotive force is generated in accordance with the difference in oxygen partial pressure of the exhaust gas with respect to the exhaust gas.
酸素センサ19の出力特性を図4に例示する。示されるように、酸素センサ19の出力電圧は理論空燃比A/Fs(例えば14.6)を境に過渡的に変化し、酸素センサ19に供給される排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比A/Fsよりもリーンな領域(A/F>A/Fs、以下リーン空燃比ともいう)では0.1V程度の小さい電圧を示し、理論空燃比A/Fsよりもリッチな領域(A/F<A/Fs、以下リッチ空燃比ともいう)では0.9V程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、0.45Vのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ19の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ19の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子31の温度状態に応じて変化することがある。
The output characteristics of the
なお、本実施形態のように、理論空燃比での燃焼(ストイキ燃焼)のみを目的とした空燃比制御を行う内燃機関では、理論空燃比を境に出力電圧が過渡的に変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは比較的低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うにはそれで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力電圧が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。 Note that, as in the present embodiment, in an internal combustion engine that performs air-fuel ratio control only for combustion at stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric combustion), oxygen having characteristics in which the output voltage changes transiently with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary. Sensors are often used. Although these sensors have a relatively low resolution, they are often sufficient to perform only the stoichiometric combustion. On the other hand, in an internal combustion engine that performs combustion at a wider range of air-fuel ratio, such as combustion at a lean air-fuel ratio, the output voltage varies linearly with the air-fuel ratio of exhaust gas, and the resolution is higher. An oxygen sensor may be used. The present invention is also applicable to such an oxygen sensor.
ところで、長期使用による経年劣化等により、酸素センサ19の検出素子31にクラックが入ったり、検出素子31が割れたりするといった検出素子31の欠損が発生し、酸素センサ19が故障する場合がある。この欠損によるセンサ故障の場合、図5に示すように、検出素子31の欠損部Aを通じて検出素子31の内外が連通し、検出素子31外部の排気ガスがその内部に侵入する。そして検出素子31内部に排気ガスが侵入した状態で、検出素子31外部により酸素濃度の高い(空燃比リーンの)排気ガスが存在すると、酸素センサ19において逆方向の起電力が発生する。このことは例えば、センサ故障状態で空燃比をリッチからリーンに切り替えた場合や、フューエルカットが行われた場合などに起こり得る。この場合、大気極38の電位よりも排気極39の電位の方が高くなり、負(マイナス)の起電力ないし出力電圧が発生することになる。
By the way, due to aged deterioration due to long-term use or the like, the
図6はかかる故障時の酸素センサ出力電圧の変化の一例を示す。円で囲った領域に示されるように、酸素センサ19からはしばしば負の電圧が出力されている。従ってこのような負の出力電圧をECU22により検知することで、酸素センサの欠損故障を検出することができる。
FIG. 6 shows an example of a change in the oxygen sensor output voltage at the time of such a failure. As shown in the circled area, the
しかしながら、前述したように、酸素センサ19が欠損故障しておらず、正常な場合であっても、排気極39が排ガス中の被毒物質、具体的にはリッチ成分(炭化水素HCや一酸化炭素COなど)により被毒すると(以下、これをリッチ被毒という)、酸素センサ19から負の出力電圧が発生することがある。従って、この場合にも酸素センサ19の故障と判断してしまうことは誤判定となり、故障診断の精度を落としめる結果となる。
However, as described above, even when the
例えば、機関始動後の所定時間内には、回転安定化および暖機促進等のため、燃料噴射量を理論空燃比相当よりも増量し、空燃比をリッチ側に制御する場合がある。 For example, within a predetermined time after the engine is started, the fuel injection amount may be increased more than the theoretical air-fuel ratio and the air-fuel ratio may be controlled to the rich side in order to stabilize the rotation and promote warm-up.
このような燃料増量制御が、酸素センサ19(特に排気極39)の未活性時に実施されると、排気極39がリッチな排ガスに曝され、排気極39がリッチ被毒する。
When such fuel increase control is performed when the oxygen sensor 19 (especially the exhaust electrode 39) is inactive, the
すると、大気極38から固体電解質37を通って排気極39に移動してきた酸素イオンを、排気極39が十分に分子化(即ち電子を放出)できなくなり、排気極39に酸素イオンが集中する。
Then, the oxygen ions that have moved from the
この後酸素センサ19が活性化すると、排気極39に集中していた酸素イオンの分子化が急激に進行し、また、排気極39にフューエルカット等に基づくリーンガスが到達することもあるので、排気極39上には大量の酸素が存在するようになり、これに起因して排気極39と大気極38との酸素濃度差が逆転し、負の出力電圧が発生する。
Thereafter, when the
その後、排気極39からリッチ成分が脱離し、排気極39での酸素イオン集中が解消されれば、負電圧の発生もなくなる。
Thereafter, if the rich component is desorbed from the
図7には、正常な酸素センサの暖機過程において燃料増量制御が実施されたときの酸素センサ出力電圧の変化を実線で示す。なお図中、酸素センサの検出素子のインピーダンス(以下、「素子インピーダンス」ともいう)の変化を破線で併記した。素子インピーダンスは検出素子の温度(以下、「素子温度」ともいう)に相関する値であり、両者は、素子温度が高温になるほど素子インピーダンスが低くなるという関係にある。図から分かるように、素子温度は次第に上昇しており、酸素センサは未活性状態から活性状態に徐々に変化している。 In FIG. 7, a change in the oxygen sensor output voltage when the fuel increase control is performed in the normal warm-up process of the oxygen sensor is shown by a solid line. In the figure, the change in the impedance of the detection element of the oxygen sensor (hereinafter also referred to as “element impedance”) is indicated by a broken line. The element impedance is a value that correlates with the temperature of the detection element (hereinafter, also referred to as “element temperature”). As can be seen from the figure, the element temperature gradually increases, and the oxygen sensor gradually changes from the inactive state to the active state.
図中破線円内に示されるように、酸素センサ出力電圧が負になっている時間帯があり、これは、センサ活性化前に排気極39がリッチ被毒し、その影響がセンサ活性化後に現れたことによるものである。
As shown in the broken-line circle in the figure, there is a time zone in which the oxygen sensor output voltage is negative. This is because the
また、図8には、素子温度と、リッチ被毒による負電圧レベルとの関係を示す。白抜き三角は空燃比A/Fがストイキ(=14.6)且つ通常燃料使用時のデータ、黒塗り三角は空燃比がストイキ且つ重質燃料使用時のデータ、白抜き円は空燃比がストイキよりリッチ(=13)且つ通常燃料使用時のデータ、黒塗り円は空燃比がストイキよりリッチ且つ重質燃料使用時のデータである。 FIG. 8 shows the relationship between the element temperature and the negative voltage level due to rich poisoning. The white triangle shows the data when the air-fuel ratio A / F is stoichiometric (= 14.6) and normal fuel is used, the black triangle shows the data when the air-fuel ratio is stoichiometric and heavy fuel is used, and the white circle shows the air-fuel ratio is stoichiometric More rich (= 13) and data when using normal fuel, and black circles are data when the air-fuel ratio is richer than stoichiometric and heavy fuel is used.
図示するように、素子温度約250℃において、空燃比がリッチであるほど、また燃料が重質であるほど、被毒量ないし被毒度合いは大きくなり、酸素センサ19から出力される負電圧レベルは大きくなる傾向にある。これら負電圧レベルの差は、素子温度が上昇するにつれ少なくなり、素子温度約350℃では殆ど差が無くなる。これは素子温度上昇とともに排気極39からリッチ成分が脱離し、被毒が解消していくためである。
As shown in the figure, at an element temperature of about 250 ° C., the richer the air-fuel ratio and the heavier the fuel, the greater the poisoning amount or degree of poisoning, and the negative voltage level output from the
そこで本実施形態では、かかるリッチ被毒に起因した負電圧に基づく誤判定を防止するため、排気極39の被毒の有無を検出する被毒検出手段を設け、この被毒検出手段により排気極39の被毒が無いことが検出されていることを条件に酸素センサ19の故障診断を実行することとしている。以下、これについて説明する。
Therefore, in this embodiment, in order to prevent erroneous determination based on the negative voltage due to such rich poisoning, poisoning detection means for detecting the presence or absence of poisoning of the
本実施形態では、排気極に堆積した被毒物質の量即ち被毒量と、排気極から脱離した被毒物質の量即ち脱離量とを推定し、これら推定被毒量と推定脱離量とに基づき、排気極39の被毒の有無を検出する。具体的には、推定被毒量から推定脱離量を減じてなる残存被毒量を算出し、この残存被毒量がゼロ以上であれば被毒有り、ゼロ未満であれば被毒無しと検出している。
In the present embodiment, the amount of poisoning substances accumulated on the exhaust electrode, that is, the amount of poisoning, and the amount of poisoning substances desorbed from the exhaust electrode, that is, the amount of desorption are estimated, and these estimated poisoning amount and estimated desorption are estimated. The presence or absence of poisoning of the
図9に、本実施形態の故障診断処理のメインルーチンのフローチャートを示す。図示するルーチンはECU22により所定の演算周期(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。
FIG. 9 shows a flowchart of the main routine of the failure diagnosis process of the present embodiment. The illustrated routine is repeatedly executed by the
まずステップS101では、エンジンが始動されているか否かが判断される。始動されていないときはルーチンが終了され、他方、始動されているときはステップS102に進む。 First, in step S101, it is determined whether or not the engine has been started. When the engine is not started, the routine is ended. When the engine is started, the process proceeds to step S102.
ステップS102では、前トリップでの残存被毒量ΔSR0の値がECU22の記憶装置(SRAM等)から取得されると共に、被毒側燃料性状係数Ksおよび脱離側燃料性状係数Krが図10および図11に示すような所定のマップ等からそれぞれ算出される。
In step S102, the value of the remaining poisoning amount ΔSR 0 in the previous trip is acquired from the storage device (SRAM or the like) of the
残存被毒量とは、現に排気極39に堆積もしくは残存している被毒物質の量のことである。トリップとは、内燃機関の1回の始動から停止までの期間のことであり、前トリップとは現トリップの1回前のトリップのことである。すなわち、前トリップでの残存被毒量ΔSR0とは、前トリップ終了時点で排気極39に堆積もしくは残存していた被毒物質の量のことであり、現トリップでは残存被毒量の初期値を意味する。
The remaining poisoning amount is the amount of poisoning substance that is actually deposited or remaining on the
被毒側燃料性状係数Ksおよび脱離側燃料性状係数Krとは、それぞれ、後述するサブルーチンにおいて被毒量および脱離量の推定に用いる係数であり、燃料性状を表すパラメータに基づいて算出される。ここで燃料性状を表すパラメータとは、例えばエンジン始動直後の所定時間内におけるエンジンの回転変動である。例えば通常燃料では回転変動は小さく、重質燃料では回転変動は大きくなるので、当該回転変動は燃料性状を表すパラメータとして用いることができる。 The poisoning side fuel property coefficient Ks and the desorption side fuel property coefficient Kr are coefficients used for estimating the poisoning amount and the desorption amount in a subroutine to be described later, respectively, and are calculated based on parameters representing the fuel properties. . Here, the parameter representing the fuel property is, for example, engine rotational fluctuation within a predetermined time immediately after the engine is started. For example, the rotation fluctuation is small for normal fuel, and the rotation fluctuation is large for heavy fuel. Therefore, the rotation fluctuation can be used as a parameter representing fuel properties.
図10から分かるように、被毒側燃料性状係数Ksは、回転変動が大きくなるほど大きくなる。これにより、後に理解されるが、回転変動が大きくなるほど(例えば燃料が重質であるほど)多い被毒量が算出される。逆に、図11から分かるように、脱離側燃料性状係数Krは、回転変動が大きくなるほど小さくなる。これにより、後に理解されるが、回転変動が大きくなるほど(例えば燃料が重質であるほど)少ない脱離量が算出される。 As can be seen from FIG. 10, the poisoning side fuel property coefficient Ks increases as the rotational fluctuation increases. As a result, as will be understood later, a greater poisoning amount is calculated as the rotational fluctuation increases (for example, the heavier the fuel). Conversely, as can be seen from FIG. 11, the desorption side fuel property coefficient Kr decreases as the rotational fluctuation increases. Thereby, as will be understood later, the smaller the amount of desorption, the greater the rotational fluctuation (for example, the heavier the fuel).
次いで、ステップS103では、現時点での残存被毒量ΔSRの値が算出される。この算出は図12に示すサブルーチンで行われ、その詳細は後述する。 Next, in step S103, the current residual poisoning amount ΔSR is calculated. This calculation is performed by a subroutine shown in FIG. 12, and details thereof will be described later.
その後、ステップS104では、脱離完了判定がなされる。すなわち、ステップS103で算出された残存被毒量ΔSRがゼロ以上であれば排気極39は被毒しており、排気極39からの被毒物質の脱離は完了していないと判定される。逆に、ステップS103で算出された残存被毒量ΔSRがゼロ未満であれば排気極39は被毒しておらず、排気極39からの被毒物質の脱離は完了したと判定される。このように、このステップS104を実行するECU22が被毒検出手段を構成する。
Thereafter, in step S104, a desorption completion determination is made. That is, if the residual poisoning amount ΔSR calculated in step S103 is equal to or greater than zero, it is determined that the
ステップS104で脱離完了と判定されなかった場合、すなわち排気極39が被毒していると判定された場合、ステップS108に進んで、現時点での残存被毒量ΔSRの値が記憶装置に保存され、ルーチンが終了される。
If it is not determined in step S104 that desorption is complete, that is, if it is determined that the
他方、ステップS104で脱離完了と判定された場合、すなわち排気極39の被毒が解消したと判定された場合、ステップS105以降に進んで、負電圧に基づく故障診断が実行される。
On the other hand, if it is determined in step S104 that the desorption is completed, that is, if it is determined that the poisoning of the
まずステップS105では、故障診断を実行するための前提条件が成立しているかどうかが判断される。この前提条件が成立している場合とは、例えば、エンジンの暖機がある程度終了している場合、具体的には水温センサ(図示せず)により検出されたエンジン冷却水温が所定温度(例えば40℃)を超えている場合である。但しこの前提条件は任意に設定可能である。 First, in step S105, it is determined whether a precondition for executing failure diagnosis is satisfied. When this precondition is satisfied, for example, when engine warm-up has been completed to some extent, specifically, the engine coolant temperature detected by a water temperature sensor (not shown) is a predetermined temperature (for example, 40 ° C). However, this precondition can be set arbitrarily.
前提条件が成立していない場合、ステップS108に進んで現時点での残存被毒量ΔSRの値が記憶装置に保存され、ルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合、ステップS106に進み、酸素センサ19からの負の出力電圧が検出されたか否かが判断される。
負の出力電圧が検出された場合、ステップS107に進んで、酸素センサ19が故障ないし異常と判定される。即ち、酸素センサ19の検出素子31にクラックや割れ等の欠損故障が生じていると判断される。その後ステップS108に進んで現時点での残存被毒量ΔSRの値が記憶装置に保存され、ルーチンが終了される。
If the precondition is not satisfied, the process proceeds to step S108, where the current residual poisoning amount ΔSR is stored in the storage device, and the routine is terminated. On the other hand, when the precondition is satisfied, the process proceeds to step S106, and it is determined whether or not a negative output voltage from the
If a negative output voltage is detected, the process proceeds to step S107, and it is determined that the
他方、負の出力電圧が検出されていない場合、直ちにセンサ正常とはせず、精度向上のため、ステップS109において、正常判定可能な条件(正常判定条件)が成立しているか否かが判断される。この正常判定条件とは、酸素センサ19が欠損故障している場合に必ず負電圧が発生するような条件であり、例えば、吸入空気量Gaが多い運転直後のフューエルカット時であることである。吸入空気量Gaが少ない場合は排ガス流量も少なく、検出素子31の欠損部Aから大気室34に排気ガスが十分流入しない可能性があり、また、大気室34に排気ガスが十分流入した状態でフューエルカットされると、検出素子31の外側が内側より酸素分圧が高くなり負電圧が発生するからである。
On the other hand, if a negative output voltage is not detected, the sensor is not immediately normal, and in order to improve accuracy, in step S109, it is determined whether or not a condition that allows normal determination (normal determination condition) is satisfied. The The normal determination condition is a condition in which a negative voltage is always generated when the
正常判定条件が成立していないと判断された場合、正常判定されることなく、ステップS108に進んで残存被毒量ΔSRの保存がなされ、ルーチンが終了される。他方、正常判定条件が成立していると判断された場合、ステップS110にて酸素センサ19が正常と判定され、その後ステップS108で残存被毒量ΔSRの保存がなされ、ルーチンが終了される。
If it is determined that the normal determination condition is not satisfied, the process proceeds to step S108 without being determined normal, and the remaining poisoning amount ΔSR is saved, and the routine is terminated. On the other hand, if it is determined that the normal determination condition is satisfied, it is determined in step S110 that the
次に、残存被毒量ΔSRの算出のためのサブルーチンを図12を参照して説明する。図示するルーチンもECU22により所定の演算周期(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。
Next, a subroutine for calculating the remaining poisoning amount ΔSR will be described with reference to FIG. The illustrated routine is also repeatedly executed by the
まずステップS201では、酸素センサ19の素子温度が検出されると共に、この素子温度が第1所定値Xと比較される。
First, in step S201, the element temperature of the
すなわち、ECU22は、酸素センサ19の素子インピーダンスRを常時検出しており、この素子インピーダンスRを素子温度に換算する。第1所定値Xは、排気極39の被毒が生じ得る最大温度に設定され、本実施形態では図8の結果を考慮して350℃とされている。なおこの第1所定値Xは、通常、酸素センサ19の最小活性化温度(例えば300℃)より高い温度である。
That is, the
素子温度が第1所定値Xより低い場合、排気極39の被毒が生じ得るので、ステップS202〜S204にて被毒量が算出される。
When the element temperature is lower than the first predetermined value X, the
まずステップS202では、被毒側素子温係数Tsが図13に示すような所定のマップ等から算出される。被毒側素子温係数Tsとは、被毒量の算出に用いる係数であり、素子温度に基づいて算出される。図13から分かるように、被毒側素子温係数Tsは、素子温度が低いほど大きくなる。これにより、後に理解されるが、素子温度が低くなるほど多い被毒量が算出される。 First, in step S202, the poisoning side element temperature coefficient Ts is calculated from a predetermined map or the like as shown in FIG. The poisoning side element temperature coefficient Ts is a coefficient used for calculating the poisoning amount, and is calculated based on the element temperature. As can be seen from FIG. 13, the poisoning side element temperature coefficient Ts increases as the element temperature decreases. Thereby, as will be understood later, a greater poisoning amount is calculated as the element temperature decreases.
次いで、ステップS203では、現時点における空燃比AFと、燃料噴射量TAUとの値がそれぞれ取得される。空燃比AFは、エアフローメータ16により検出された吸入空気量Gaを燃料噴射量TAUで除して得られる。またECU22が燃料噴射量TAUを決定していることから、燃料噴射量TAU自体はECU22における内部値である。
Next, in step S203, the values of the current air-fuel ratio AF and the fuel injection amount TAU are acquired. The air-fuel ratio AF is obtained by dividing the intake air amount Ga detected by the
次いで、ステップS204において、被毒量の今回値Sと積算値TSが算出される。今回値Sとは、前回の演算時期と今回の演算時期との間に排気極に堆積したと推定される被毒物質の量をいい、積算値TSとは、積算開始時期(具体的にはエンジン始動後、図9のステップS103が最初に実行された時期)における残存被毒量ΔSR0すなわち初期値と、積算開始時期から現時点までの間に逐次的に積算された今回値ΣSとの合計値をいう。つまり積算値TSが、現時点における被毒量の推定値(推定被毒量)を表す。今回値Sと積算値TSは、それぞれ次式により算出される。 Next, in step S204, the current value S and the integrated value TS of the poisoning amount are calculated. The current value S is the amount of poisonous substances estimated to have accumulated on the exhaust electrode between the previous calculation time and the current calculation time, and the integrated value TS is the integrated start time (specifically, The sum of the residual poisoning amount ΔSR 0, that is, the initial value and the current value ΣS sequentially accumulated from the accumulation start time to the present time (when the step S103 in FIG. 9 is first executed after the engine start) Value. That is, the integrated value TS represents the estimated value (estimated poisoning amount) of the poisoning amount at the present time. The current value S and the integrated value TS are calculated by the following equations, respectively.
これら式から分かるように、被毒量の推定値は、燃料性状を表すパラメータと、素子温度と、空燃比AFと、燃料噴射量TAUとに基づいて算出される。空燃比AFが理論空燃比(=14.6)よりリッチであるほど大きな今回値Sが得られる。なお、空燃比AFが理論空燃比よりリーンであったり、フューエルカットで燃料噴射量TAUがゼロとなったりした場合には、計算上ゼロ以下の今回値Sが得られるが、この場合には処理上今回値Sをゼロとして取り扱う。 As can be seen from these equations, the estimated value of the poisoning amount is calculated based on the parameter indicating the fuel property, the element temperature, the air-fuel ratio AF, and the fuel injection amount TAU. As the air-fuel ratio AF is richer than the theoretical air-fuel ratio (= 14.6), a larger current value S is obtained. When the air-fuel ratio AF is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, or when the fuel injection amount TAU becomes zero due to fuel cut, a current value S that is less than or equal to zero is obtained in the calculation. The current value S is treated as zero.
こうして被毒量の今回値Sと積算値TSが算出された後、ステップS205に進んで現時点での残存被毒量ΔSRが算出され、ルーチンが終了される。残存被毒量ΔSRは次式により算出される。 After the current value S and the integrated value TS of the poisoning amount are calculated in this way, the process proceeds to step S205, where the current remaining poisoning amount ΔSR is calculated, and the routine ends. The remaining poisoning amount ΔSR is calculated by the following equation.
ここでTRは、後述のステップS209で算出される脱離量の積算値である。
一方、ステップS201において検出素子温度が第1所定値X以上の場合、ステップS206に進んで検出素子温度が第2所定値Yと比較される。第2所定値Yは、排気極39の被毒物質の脱離が生じ得る最小温度に設定され、第1所定値X以上の値である。本実施形態では図8の結果を考慮して360℃とされている。本実施形態では、第1所定値Yと第2所定値Yとの間で被毒も脱離も生じないとみなして第2所定値Yを第1所定値Xより高い値に設定しているが、これらを等しい値に設定してもよい。
Here, TR is an integrated value of the desorption amount calculated in step S209 described later.
On the other hand, when the detection element temperature is equal to or higher than the first predetermined value X in step S201, the process proceeds to step S206, and the detection element temperature is compared with the second predetermined value Y. The second predetermined value Y is set to a minimum temperature at which desorption of poisonous substances from the
ステップS206において、検出素子温度が第2所定値Y未満の場合には、ステップS205に進んで現時点での残存被毒量ΔSRが算出され、ルーチンが終了される。 If the detection element temperature is lower than the second predetermined value Y in step S206, the process proceeds to step S205, where the current residual poisoning amount ΔSR is calculated, and the routine is terminated.
他方、ステップS206において、検出素子温度が第2所定値Y以上の場合には、排気極39からの被毒物質の脱離が生じ得るので、ステップS207〜S209にて脱離量が算出される。
On the other hand, if the detection element temperature is equal to or higher than the second predetermined value Y in step S206, detoxication of the poisoning substance from the
まずステップS207では、脱離側素子温係数Trが図14に示すような所定のマップから算出される。脱離側素子温係数Trとは、脱離量の算出に用いる係数であり、素子温度に基づいて算出される。図14から分かるように、脱離側素子温係数Trは、素子温度が高いほど大きくなる。これにより、後に理解されるが、素子温度が高くなるほど多い脱離量が算出される。 First, in step S207, the detachment side element temperature coefficient Tr is calculated from a predetermined map as shown in FIG. The desorption-side element temperature coefficient Tr is a coefficient used for calculating the desorption amount, and is calculated based on the element temperature. As can be seen from FIG. 14, the detachment side element temperature coefficient Tr increases as the element temperature increases. Thereby, as will be understood later, a larger amount of desorption is calculated as the element temperature increases.
次いで、ステップS208では、現時点における空燃比AFと、燃料噴射量TAUとの値がそれぞれ取得される。これら空燃比AFおよび燃料噴射量TAUについてはステップS203で説明したのと同様である。 Next, in step S208, the values of the current air-fuel ratio AF and the fuel injection amount TAU are acquired. The air-fuel ratio AF and the fuel injection amount TAU are the same as described in step S203.
次いで、ステップS209において、脱離量の今回値Rと積算値TRが算出される。今回値Rとは、前回の演算時期と今回の演算時期との間に排気極から脱離したと推定される被毒物質の量をいい、積算値TRとは、積算開始時期(具体的には、このステップS209が最初に実行された時期)から現時点までの間に逐次的に積算された今回値ΣRをいう。つまり積算値TRが、現時点における脱離量の推定値(推定脱離量)を表す。今回値Rと積算値TRは、それぞれ次式により算出される。 Next, in step S209, the current value R and the integrated value TR of the desorption amount are calculated. The current value R is the amount of poisonous substances estimated to have desorbed from the exhaust electrode between the previous calculation time and the current calculation time, and the integrated value TR is the integrated start time (specifically, Is the current value ΣR accumulated sequentially from the time when this step S209 is first executed) to the present time. That is, the integrated value TR represents the estimated value (estimated desorption amount) of the current desorption amount. The current value R and the integrated value TR are calculated by the following equations, respectively.
これら式から分かるように、脱離量の推定値も、被毒量の推定値同様、燃料性状を表すパラメータと、素子温度と、空燃比AFと、燃料噴射量TAUとに基づいて算出されることとなる。空燃比AFが理論空燃比(=14.6)よりリーンであるほど大きな今回値Rが得られる。なお前記同様、空燃比AFが理論空燃比よりリッチであったり、フューエルカットで燃料噴射量TAUがゼロとなったりした場合には、計算上ゼロ以下の今回値Rが得られるが、この場合には処理上今回値Rをゼロとして取り扱う。 As can be seen from these equations, the estimated value of the desorption amount is calculated based on the parameter indicating the fuel property, the element temperature, the air-fuel ratio AF, and the fuel injection amount TAU, similarly to the estimated value of the poisoning amount. It will be. As the air-fuel ratio AF is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (= 14.6), a larger current value R is obtained. As described above, when the air-fuel ratio AF is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, or when the fuel injection amount TAU becomes zero due to fuel cut, a current value R of zero or less is obtained in calculation. Handles the current value R as zero for processing.
こうして脱離量の今回値Rと積算値TRが算出された後、ステップS205に進んで現時点での残存被毒量ΔSRが算出され、ルーチンが終了される。 After the current value R and the integrated value TR of the desorption amount are calculated in this way, the process proceeds to step S205, where the current remaining poisoning amount ΔSR is calculated, and the routine ends.
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、内燃機関の用途、形式、種類等は限定されず、内燃機関は車両用以外であってもよいし、ディーゼルエンジン等であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention can also take other embodiment. For example, the use, type, type, and the like of the internal combustion engine are not limited, and the internal combustion engine may be other than for a vehicle, a diesel engine, or the like.
推定被毒量および推定脱離量は、上記以外のパラメータ、例えば排ガス量、排ガス温度、検出素子が排ガスに曝された時間等に基づいて算出してもよい。また、素子温度の代用値として、素子インピーダンス、ヒータ投入電力、排ガス温度等を用いてもよい。 The estimated poisoning amount and the estimated desorption amount may be calculated based on parameters other than those described above, for example, the amount of exhaust gas, the exhaust gas temperature, the time when the detection element is exposed to the exhaust gas, and the like. Further, element impedance, heater input power, exhaust gas temperature, or the like may be used as a substitute value for element temperature.
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
10 内燃機関
13 排気通路
19,20 酸素センサ
22 電子制御ユニット(ECU)
31 検出素子
34 大気室
38 大気極
39 排気極
DESCRIPTION OF
31
Claims (1)
前記酸素センサの検出素子における排気極の被毒の有無を検出する被毒検出手段を設け、該被毒検出手段により前記排気極の被毒が無いことが検出されていることを条件に前記酸素センサの故障診断を実行することを特徴とする酸素センサの故障診断装置。 In an apparatus for diagnosing a failure of the oxygen sensor based on a negative voltage output from an oxygen sensor disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine,
There is provided poisoning detection means for detecting the presence or absence of poisoning of the exhaust electrode in the detection element of the oxygen sensor, and the oxygen detection is performed on the condition that the poisoning detection means detects that the exhaust electrode is not poisoned. A fault diagnosis apparatus for an oxygen sensor that performs fault diagnosis of the sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009046502A JP2010203787A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | System for diagnosing trouble of oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009046502A JP2010203787A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | System for diagnosing trouble of oxygen sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010203787A true JP2010203787A (en) | 2010-09-16 |
Family
ID=42965425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009046502A Pending JP2010203787A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | System for diagnosing trouble of oxygen sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010203787A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015463A (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Osaka Gas Co Ltd | Usage of electrochemical sensor and alarming device using electrochemical sensor |
WO2013018234A1 (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust purifying apparatus for internal combustion engine |
-
2009
- 2009-02-27 JP JP2009046502A patent/JP2010203787A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013015463A (en) * | 2011-07-05 | 2013-01-24 | Osaka Gas Co Ltd | Usage of electrochemical sensor and alarming device using electrochemical sensor |
WO2013018234A1 (en) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust purifying apparatus for internal combustion engine |
JP5246375B1 (en) * | 2011-08-01 | 2013-07-24 | トヨタ自動車株式会社 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9670817B2 (en) | Systems and methods for running a NOx self-diagnostic test | |
JP4779835B2 (en) | Exhaust gas sensor abnormality diagnosis device | |
US20110192146A1 (en) | Multicylinder internal combustion engine, inter-cylinder air/fuel ratio imbalance determination apparatus, and method therefor | |
JP6237057B2 (en) | Gas sensor control device | |
JP2009175013A (en) | Degradation diagnosing apparatus of nox sensor | |
US10287956B2 (en) | Failure diagnosis apparatus for an exhaust gas purification system | |
WO2015170449A1 (en) | Exhaust gas purification device for internal combustion engine | |
JP4919169B2 (en) | Oxygen sensor failure diagnosis device | |
JP5067663B2 (en) | NOx sensor abnormality diagnosis device | |
JP6551314B2 (en) | Gas sensor controller | |
JP2012068150A (en) | Abnormality diagnostic device for oxygen sensor | |
JP2010203787A (en) | System for diagnosing trouble of oxygen sensor | |
JP2009031213A (en) | Device for diagnosing abnormality of oxygen sensor | |
JP4789011B2 (en) | Failure diagnosis device for exhaust gas sensor | |
JP4135563B2 (en) | Air-fuel ratio sensor abnormality detection device | |
JP2008076190A (en) | Failure diagnosis device of oxygen sensor | |
JP3609616B2 (en) | Oxygen concentration detector | |
JP4780465B2 (en) | Oxygen sensor failure diagnosis device | |
JP6455389B2 (en) | Sensor control device | |
JP2010190789A (en) | Failure diagnosis device for oxygen sensor | |
JP2015175306A (en) | Inter-cylinder dispersion abnormality detection device | |
JP2009097962A (en) | Apparatus for diagnosing fault of oxygen sensor | |
JP2010159720A (en) | Diagnostic device for air-fuel ratio sensor | |
JP2008261757A (en) | Device for diagnosing failure of oxygen sensor | |
JP2005337213A (en) | Diagnosis device for air fuel ratio sensor |