JP2015086861A - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒20を具備する内燃機関の異常診断装置は、触媒下流の下流側空燃比センサ41と、アクティブ空燃比制御を行ったときの下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて排気浄化触媒の異常を診断する触媒異常診断装置とを具備する。触媒異常診断装置は、アクティブ空燃比制御における空燃比反転期間に排気浄化触媒に吸蔵又は放出された酸素量に基づいて、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を算出し、これに基づいて排気浄化触媒の異常を診断する。触媒異常診断装置は、算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以上である場合であっても、空燃比反転期間のうち、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比近傍にある期間又はその割合が所定の基準値以下である場合には、排気浄化触媒に異常があると判定する。
【選択図】図8
Description
図1は、本発明の第一実施形態に係る異常診断装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
上流側排気浄化触媒20及び下流側排気浄化触媒24は、いずれも同様な構成を有する。以下では、上流側排気浄化触媒20についてのみ説明するが、下流側排気浄化触媒24も同様な構成及び作用を有する。
次に、図3を参照して、本実施形態における空燃比センサ40、41の構成について説明する。図3は、空燃比センサ40、41の概略的な断面図である。図3から分かるように、本実施形態における空燃比センサ40、41は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが1つである1セル型の空燃比センサである。
このように構成された内燃機関では、上流側空燃比センサ40及び下流側空燃比センサ41の出力に基づいて、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が機関運転状態に基づいた最適な目標空燃比となるように、燃料噴射弁11からの燃料噴射量が設定される。このような燃料噴射量の設定方法としては、上流側空燃比センサ40の出力に基づいて上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比(或いは、機関本体から流出する排気ガスの空燃比)が目標空燃比となるように制御すると共に、下流側空燃比センサ41の出力に基づいて上流側空燃比センサ40の出力を補正したり、目標空燃比を変更したりする方法が挙げられる。
次に、図7を参照して、上流側排気浄化触媒20の異常診断について説明する。本実施形態では、上流側排気浄化触媒20の異常診断を行うにあたって、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が行われる。また、このアクティブ空燃比制御の実行中には、上流側排気浄化触媒20に吸蔵された酸素の量又は上流側排気浄化触媒20から放出された酸素の量が推定される。
ODE=0.23・Qi/(AFup−14.6) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力空燃比をそれぞれ表している。
ところで、下流側空燃比センサ41にも劣化が生じる場合がある。劣化によって下流側空燃比センサ41に生じる代表的な現象としては、応答遅れが挙げられる。応答遅れでは、下流側空燃比センサ41周りの排気ガスの実際の空燃比が変化してから、それに合わせて下流側空燃比センサ41の出力空燃比が変化するまでに遅れが生じる。その結果、下流側空燃比センサ41の出力空燃比における変化の遅れにより目標空燃比の切替に遅れが生じる。このため、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達しているにもかかわらず、目標空燃比がリーン空燃比のまま継続されたり、酸素吸蔵量がゼロに到達しているにもかかわらず、目標空燃比がリッチ空燃比のまま継続されたりしてしまう。この結果、上流側排気浄化触媒20の見かけ上の最大吸蔵可能酸素量が多く算出されてしまう場合がある。このため、下流側空燃比センサ41に応答遅れが生じると、上流側排気浄化触媒20の異常診断を正確に行うことができなくなる。以下、図8を参照してこのことについて説明する。
ところで、アクティブ空燃比制御を行った場合、下流側空燃比センサ41に応答遅れが生じているか否かに応じて、その出力空燃比が理論空燃比近傍にある期間が変化する。この様子を図9に示す。
図11は、本実施形態における異常診断制御の制御ルーチンを概略的に示すフローチャートである。図11に示したように、まずステップS11では、異常診断制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。異常診断制御の実行条件が成立するときとは、例えば、上流側排気浄化触媒20の温度がその活性温度以上であり且つ両空燃比センサ40、41が活性状態にあるときである。ステップS11において、異常診断制御の実行条件が成立していないと判定されたときには、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、異常診断制御の実行条件が成立していると判定されたときには、ステップS12へと進む。ステップS12では、アクティブ空燃比制御が実行される。したがって、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの目標空燃比が、リッチ設定空燃比AFTr又はリーン設定空燃比AFTlに、或いはこれら空燃比に交互に設定される。
次に、図12及び図13を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態における異常診断装置の構成等と同様である。ここで、上記第一実施形態における異常診断装置では、目標空燃比がリーン空燃比であるときの空燃比反転期間Trev1と目標空燃比がリッチ空燃比であるときの空燃比反転期間Trev2との両期間における最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、本第二実施形態では、これら両期間のうち、一方の期間のみにおける最大吸蔵可能酸素量の推定値等に基づいて異常診断が行われる。加えて、上記第一実施形態では、空燃比反転期間と、出力空燃比が理論空燃比判定条件を満たす期間との時間比率に基づいて異常診断を行っている。しかしながら、本第二実施形態では、両期間における積算酸素過不足量に基づいて異常診断が行われる。
次に、図14及び図15を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における異常診断装置の構成等は、基本的に第一実施形態における異常診断装置の構成等と同様である。しかしながら、第三実施形態における異常診断装置では、アクティブ空燃比制御中における下流側空燃比センサ41の出力空燃比の時間変化量にも基づいて異常診断が行われる。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
Claims (12)
- 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置される下流側空燃比センサとを具備する内燃機関の異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で変化させたときの前記下流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する触媒異常診断装置を具備し、
前記触媒異常診断装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下から理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量、及び前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のうちの少なくとも一方に基づいて、前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を算出すると共に、該算出された最大吸蔵可能酸素量が下限吸蔵量よりも少ないときには前記排気浄化触媒に異常があると判定する第一異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置において、
積算酸素過不足量、積算吸入空気量及び時間のいずれか一つを判定パラメータとし、
前記触媒異常診断装置は、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以上である場合であっても、前記空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が少なくとも前記両判定空燃比と比較して理論空燃比近傍の所定の範囲内にあることを示す理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合に前記排気浄化触媒に異常があると判定する、第二異常診断を行う、内燃機関の異常診断装置。 - 前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上から前記リッチ判定空燃比以下になるまでのリーン・リッチ空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リーン・リッチ空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項1に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断を行う際には、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下から前記リーン判定空燃比以上になるまでのリッチ・リーン空燃比反転期間中の前記判定パラメータの値に対する、該リッチ・リーン空燃比反転期間内で前記理論空燃比判定条件が満たされる期間中の前記判定パラメータの値の割合が所定の基準値以下である場合には、前記排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項1に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあるときに満たされていると判定される条件である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記理論空燃比判定条件は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリーンなストイキ判定リッチ空燃比と前記リーン判定空燃比よりもリッチなストイキ判定リーン空燃比との間にあり、且つ前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が予め定められた量以下であるときに満たされていると判定される条件である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量のみに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記触媒異常診断装置は、前記第一異常診断において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下からリーン判定空燃比以上になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒に吸蔵された酸素量と、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上からリッチ判定空燃比以下になるまでの空燃比反転期間に前記排気浄化触媒から放出された酸素量とに基づいて前記最大吸蔵可能酸素量を算出し、該算出された最大吸蔵可能酸素量に基づいて前記排気浄化触媒の異常を診断する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記触媒異常診断装置は、前記第二異常診断において、前記算出された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限酸素量よりも多い場合であっても、前記空燃比反転期間において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比の時間変化量が基準変化量以下である場合には、排気浄化触媒に異常があると判定する、請求項1〜8のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記第二異常診断によって前記排気浄化触媒に異常があると判定された場合には、前記下流側空燃比センサにも異常があると判定する、請求項1〜9のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記排気浄化触媒に異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる、請求項1〜10のいずれか1項に記載の異常診断装置。
- 前記下流側空燃比センサに異常があると判定されたときには、警告灯を点灯させる、請求項10に記載の異常診断装置。
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