JP2016084725A - 空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、空燃比センサの素子割れを確実に検出することのできる異常診断装置を提供することにある。
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。
本実施形態では、空燃比センサ40、41として、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図2を用いて、空燃比センサ40、41の構造について簡単に説明する。空燃比センサ40、41は、固体電解質層51と、その一方の側面上に配置された排気側電極52と、その他方の側面上に配置された大気側電極53と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層54と、基準ガス室55と、空燃比センサ40、41の加熱、特に固体電解質層51の加熱を行うヒータ部56とを具備する。ヒータ部56はヒータ部56に接続されるECU31と共に、空燃比センサ40、41の温度、特に空燃比センサ40、41の固体電解質層51の温度を制御するセンサ温度制御装置として機能する。
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目標空燃比)が目標空燃比となるようにフィードバック制御すると共に、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。
ところで、上述したような空燃比センサ40、41に生じる異常状態として、空燃比センサ40、41を構成する素子に割れが生じる素子割れという現象が挙げられる。具体的には、固体電解質層51及び拡散律速層54を貫通する割れ(図6のC1)や、固体電解質層51及び拡散律速層54に加えて両電極52、53を貫通する割れ(図6にC2)が発生する。このような素子割れが発生すると、図6に示したように割れた部分を介して排気ガスが基準ガス室55内に進入する。この場合、多量の排気ガスが基準ガス室55内に進入すると、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であったとしても、空燃比センサ40、41の出力空燃比はリーン空燃比となる。次に、このことについて、図7を参照しつつ説明する。
E=(RT/4F)ln(Pa/Pd)
なお、Rは気体定数、Tは固体電解質層Aの絶対温度、Fはファラディ定数である。
そこで本実施形態では、内燃機関の排気通路に配置され且つ空燃比に応じた限界電流を発生させる限界電流式の空燃比センサの異常診断装置において、空燃比センサ40、41の出力電流Iを検出する電流検出部61と、空燃比センサ40、41の温度を制御するセンサ温度制御装置とを具備し、センサ温度制御装置により空燃比センサ40、41の温度を第一の温度に制御すると共に、空燃比センサ40、41の温度が第一の温度とされている状態で空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように内燃機関が空燃比を制御しているときに、電流検出部61によって空燃比センサ40、41の出力電流Iを検出し、且つ、センサ温度制御装置により空燃比センサ40、41の温度を第一の温度よりも高い第二の温度に制御すると共に、空燃比センサ40、41の温度が第二の温度とされている状態で空燃比センサ40、41周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように内燃機関が空燃比を制御しているときに、電流検出部によって空燃比センサ40、41の出力電流Iを検出し、空燃比センサ40、41の温度を第一の温度に制御したときの出力電流Iが空燃比センサ40、41の温度を第二の温度に制御したときの出力電流との差よりも予め定められた値以上大きい場合に空燃比センサ40、41に異常が生じていると判定するようにしている。
図17及び図18は、下流側空燃比センサ41の異常診断ルーチンを示している。このルーチンは一定時間間隔の割り込みによって実行される。
次に、図19から図22を参照して、本発明の第二実施形態に係る異常診断装置について説明する。第二実施形態の異常診断装置における構成及び制御は、以下で説明する部分を除いて、基本的に第一実施形態の異常診断装置における構成及び制御と同様である。
図21及び図22は、下流側空燃比センサ41の異常診断ルーチンを示している。このルーチンは一定時間間隔の割り込みによって実行される。なお、図21及び図22のステップS41〜S47及びステップS55〜S59は、それぞれ図17及び図18のステップS11〜S17及びステップS25〜S29と同様であるため、説明を省略する。
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 (11)
- 内燃機関の排気通路に設けられ且つ空燃比に応じた限界電流を発生させる空燃比センサの異常診断装置において、
前記空燃比センサの出力電流を検出する電流検出部と、前記空燃比センサの温度を制御するセンサ温度制御装置とを具備し、
前記センサ温度制御装置により前記空燃比センサの温度を第一の温度に制御すると共に、前記空燃比センサの温度が第一の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記電流検出部によって前記空燃比センサの出力電流を検出し、
前記センサ温度制御装置により前記空燃比センサの温度を前記第一の温度よりも高い第二の温度に制御すると共に、前記空燃比センサの温度が前記第二の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記電流検出部によって前記空燃比センサの出力電流を検出し、
前記空燃比センサの温度を前記第一の温度に制御したときの出力電流が前記空燃比センサの温度を前記第二の温度に制御したときの出力電流よりも予め定められた値以上大きい場合には前記空燃比センサに異常が生じていると判定する、空燃比センサの異常診断装置。 - 前記空燃比センサの温度が前記第一の温度とされている状態で、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記空燃比センサの出力電流が理論空燃比よりもリーンな予め定められたリーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている場合には、前記空燃比センサに異常があると仮判定し、
前記空燃比センサに異常があると仮判定されたときには前記空燃比センサの温度を前記第二の温度に制御すると共に、前記空燃比センサの温度が前記第二の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記電流検出部によって前記空燃比センサの出力電流を検出し、
前記空燃比センサの温度を前記第一の温度に制御したときの出力電流が前記空燃比センサの温度を前記第二の温度に制御したときの出力電流よりも予め定められた値以上大きい場合には前記空燃比センサに異常が生じていると本判定する、請求項1に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 内燃機関の排気通路に設けられ且つ空燃比に応じた限界電流を発生させる空燃比センサの異常診断装置において、
前記空燃比センサの出力電流を検出する電流検出部と、前記空燃比センサの温度を制御するセンサ温度制御装置とを具備し、
前記センサ温度制御装置により前記空燃比センサの温度を第一の温度に制御すると共に、前記空燃比センサの温度が第一の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記電流検出部によって検出された前記空燃比センサの出力電流が理論空燃比よりもリーンな予め定められた第一リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている場合には、前記空燃比センサに異常があると仮判定し、
前記空燃比センサに異常があると仮判定されたときには前記センサ温度制御装置により前記空燃比センサの温度を前記第一の温度よりも高い第二の温度に制御すると共に、前記空燃比センサの温度が前記第二の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように前記内燃機関が空燃比を制御しているときに、前記電流検出部によって前記空燃比センサの出力電流を検出し、
前記空燃比センサの温度を前記第二の温度に制御したときの出力電流が前記第一リーン空燃比よりもリーンな第二リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている場合には前記空燃比センサに異常が生じていると本判定する、空燃比センサの異常診断装置。 - 前記空燃比センサの温度が前記第一の温度とされている状態で、前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比が制御されているときに、前記空燃比センサの出力電流が前記第二リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている場合には、前記空燃比センサに異常が生じていると本判定する、請求項3に記載の空燃比センサの異常診断装置。
- 前記内燃機関は、その排気通路に排気浄化触媒を具備し、該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように空燃比の制御を実行可能であり、
前記空燃比センサに異常が生じていると判定又は本判定された場合には、設定可能な前記目標空燃比の下限値を低下させる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 前記内燃機関は、その排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒上流の前記排気通路に配置された上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された下流側空燃比センサとを具備し、該下流側空燃比センサが前記限界電流式の空燃比センサからなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
- 前記内燃機関は、その排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒上流の前記排気通路に配置された上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された下流側空燃比センサとを具備し、前記上流側空燃比センサが前記限界電流式の空燃比センサからなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
- 前記内燃機関は、その排気通路に排気浄化触媒を具備し、該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように空燃比の制御を実行すると共に、該目標空燃比を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に交互に変更する通常制御と、前記目標空燃比を該通常制御時におけるリッチ空燃比よりもリッチにするアクティブ制御とを実行可能であり、
前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比が制御されているときは、前記アクティブ制御の実行中である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 前記内燃機関は、その排気通路に排気浄化触媒を具備し、該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように空燃比の制御を実行すると共に、該目標空燃比を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に交互に変更する通常制御を実行可能であり、
前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比が制御されているときは、前記通常制御中において前記目標空燃比がリッチ空燃比とされているときである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 前記空燃比センサの異常判定に用いられる前記空燃比センサの温度を前記第一の温度又は前記第二の温度に制御したときの出力電流は、前記空燃比センサの温度を前記第一の温度又は前記第二の温度に制御しているときの該空燃比センサの出力電流の平均値とされる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
- 前記空燃比センサの温度が前記第一の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比が制御されている診断期間のうち前記空燃比センサの出力電流が前記第一リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている期間の割合が予め定められた割合以上となっている場合には、前記空燃比センサの出力電流が前記第一リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっていると判定され、
前記空燃比センサが第二の温度とされている状態で前記空燃比センサ周りを流通する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように空燃比が制御されている診断期間のうち前記空燃比センサの出力電流が前記第二リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっている期間の割合が予め定められた割合以上となっている場合には、前記空燃比センサの出力電流が前記第二リーン空燃比以上の空燃比であることを示す電流値となっていると判定される、請求項3に記載の空燃比センサの異常診断装置。
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