JP2019116876A - センサ診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】誤診断を抑制する。【解決手段】本開示の一の態様によれば、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサ４７，４８と、センサを診断するように構成された診断部１００と、を備えたセンサ診断システムが提供される。診断部は、内燃機関の燃料噴射停止時に、センサにより検出された検出酸素濃度の上昇速度を検出し、検出した上昇速度に基づいてセンサを診断し、上昇速度の検出開始時の排気中酸素濃度が所定濃度より高い場合は、診断を中止するように構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、内燃機関の排気中の酸素濃度を検出するセンサを診断するように構成されたセンサ診断システムに関する。

例えばディーゼルエンジンにおいて、排気中のＮＯｘを還元して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（所謂ＳＣＲ）を備えたものが公知である。ＮＯｘ触媒の上流側では還元剤としての尿素水が噴射され、この尿素水が加水分解されてアンモニア（ＮＨ₃）が生成される。アンモニアは、ＮＯｘ触媒上でＮＯｘと反応し、ＮＯｘを還元して浄化する。

排気通路にはＮＯｘセンサが設けられ、排気中のＮＯｘ濃度がＮＯｘセンサにより検出される。ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度検出値は尿素水噴射量の制御等に用いられる。

特開２０１７−１４１７１３号公報

ところで、ＮＯｘセンサが故障や経時劣化等により異常となる場合がある。ＮＯｘセンサが異常となると、尿素水噴射量の制御が不適切となり、ＮＯｘが悪化することがある。このため特に車両の分野では、その異常を車載状態で検出する自己診断（OBD:On-Board Diagnosis）を行うことが要請されている。

一方、ＮＯｘセンサは一般的に、排気中のＮＯｘ濃度を検出する機能の他に、排気中の酸素濃度を検出する機能を兼ね備えている。よってＮＯｘセンサの診断に際しては、その酸素濃度検出機能を利用して診断を行うことが考えられる。

この場合、内燃機関の燃料噴射停止（フューエルカット）時に、排気中の酸素濃度が急上昇することを利用することが考えられる。すなわち、内燃機関の燃料噴射停止時に、ＮＯｘセンサにより検出された検出酸素濃度の上昇速度を検出し、この上昇速度が比較的遅いときにＮＯｘセンサを異常と診断することが考えられる。

しかし、検出酸素濃度が既に高くなってから上昇速度の検出を開始してしまうと、センサの特性上、上昇速度が遅い領域で上昇速度の検出を行ってしまい、本来正常なセンサを異常と誤診断してしまう可能性がある。

そこで、本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、誤診断を抑制することができるセンサ診断システムを提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサと、
前記センサを診断するように構成された診断部と、を備えたセンサ診断システムであって、
前記診断部は、
前記内燃機関の燃料噴射停止時に、前記センサにより検出された検出酸素濃度の上昇速度を検出し、検出した上昇速度に基づいて前記センサを診断し、
前記上昇速度の検出開始時の排気中酸素濃度が所定濃度より高い場合は、診断を中止するように構成されている
ことを特徴とするセンサ診断システムが提供される。

好ましくは、前記診断部は、定常運転時からの燃料噴射量減少量が所定量以上に達した時を前記上昇速度の検出開始時とする。

好ましくは、前記診断部は、前記検出酸素濃度が所定の第１検出酸素濃度から所定の第２検出酸素濃度に上昇するまでの上昇速度を検出する。

好ましくは、前記診断部は、前記上昇速度の検出開始時の排気中酸素濃度に基づき、前記第１検出酸素濃度および前記第２検出酸素濃度を設定する。

本開示の他の態様によれば、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサと、
前記内燃機関の運転状態に基づいて排気中の酸素濃度を推定するように構成された推定部と、
前記センサにより検出された検出酸素濃度と、前記推定部により推定された推定酸素濃度とに基づき、前記センサを診断するように構成された診断部と、を備え、
前記診断部は、
前記内燃機関が定常運転状態にあるという第１条件が満たされたか否かを判断する第１ステップと、
前記第１条件が満たされたと判断したとき、定常運転時からの燃料噴射量減少量が所定量以上に達しかつその達した時点での前記推定酸素濃度が所定濃度以下という第２条件が満たされたか否かを判断する第２ステップと、
前記第２条件が満たされたと判断したとき、前記検出酸素濃度の上昇速度の検出を開始すると共に、前記第２条件が満たされた時点での推定酸素濃度に等しい検出酸素濃度を検出酸素濃度割合の０％に設定し、大気中酸素濃度に等しい検出酸素濃度を検出酸素濃度割合の１００％に設定し、０％より大きく１００％より小さい所定の第１割合と第２割合に対応した第１検出酸素濃度と第２検出酸素濃度を設定する第３ステップと、
実際の前記検出酸素濃度が前記第１検出酸素濃度から前記第２検出酸素濃度に上昇するまでの上昇時間を測定する第４ステップと、
測定した上昇時間を所定の異常判定値と比較して前記センサが異常か否かを判定する第５ステップと、
を実行するように構成されている
ことを特徴とするセンサ診断システムが提供される。

好ましくは、前記センサが、排気中のＮＯｘ濃度も検出するＮＯｘセンサである。

本開示によれば、誤診断を抑制することができる。

内燃機関の構成を示す概略図である。 本実施形態のセンサ診断方法を概略的に説明するためのタイムチャートである。 比較例のセンサ診断方法を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態のセンサ診断方法を説明するためのタイムチャートである。 本実施形態の診断ルーチンのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。但し本開示は以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

図１は、本実施形態のセンサ診断システムが適用された内燃機関を示す。内燃機関（エンジンともいう）１は、車両（図示せず）に搭載された多気筒エンジンである。本実施形態において、車両はトラック等の大型車両であり、これに搭載される車両動力源としてのエンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジン１はガソリンエンジンであってもよい。

エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２に接続された吸気通路３および排気通路４と、ターボチャージャ１４と、燃料噴射装置５とを備える。エンジン本体２は、シリンダヘッド、シリンダブロック、クランクケース等の構造部品と、その内部に収容されたピストン、クランクシャフト、バルブ等の可動部品とを含む。

燃料噴射装置５は、コモンレール式燃料噴射装置からなり、各気筒に設けられた燃料噴射弁すなわちインジェクタ７と、インジェクタ７に接続されたコモンレール８とを備える。インジェクタ７は、シリンダ９内すなわち燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタである。コモンレール８は、インジェクタ７から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。

吸気通路３は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された吸気マニホールド１０と、吸気マニホールド１０の上流端に接続された吸気管１１とにより主に画成される。吸気マニホールド１０は、吸気管１１から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管１１には、上流側から順に、エアクリーナ１２、エアフローメータ１３、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４Ｃ、インタークーラ１５、および電子制御式の吸気スロットルバルブ１６が設けられる。エアフローメータ１３は、エンジン１の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出するためのセンサであり、マスエアフロー（ＭＡＦ）センサ等とも称される。

排気通路４は、エンジン本体２（特にシリンダヘッド）に接続された排気マニホールド２０と、排気マニホールド２０の下流側に接続された排気管２１とにより主に画成される。排気マニホールド２０は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合させる。排気管２１、もしくは排気マニホールド２０と排気管２１の間には、ターボチャージャ１４のタービン１４Ｔが設けられる。タービン１４Ｔより下流側の排気通路４には、上流側から順に、酸化触媒２２、フィルタ２３、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２４およびアンモニア酸化触媒２６が設けられる。これらは排気後処理を実行する後処理部材をなす。フィルタ２３とＮＯｘ触媒２４の間の排気通路４には、還元剤としての尿素水を排気通路４内に噴射する還元剤噴射弁としての尿素インジェクタ２５が設けられる。

酸化触媒２２は、排気中の未燃成分（炭化水素ＨＣおよび一酸化炭素ＣＯ）を酸化して浄化すると共に、このときの反応熱で排気ガスを加熱昇温する。フィルタ２３は、所謂連続再生式ディーゼルパティキュレートフィルタであり、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭとも称す）を捕集すると共に、その捕集したＰＭを貴金属と反応させて連続的に燃焼除去する。フィルタ２３には、ハニカム構造の基材の両端開口を互い違いに市松状に閉塞した所謂ウォールフロータイプのものが用いられる。

ＮＯｘ触媒２４は、尿素インジェクタ２５から噴射された尿素水を加水分解して得られるアンモニアを、排気中のＮＯｘと反応させて、ＮＯｘを還元浄化する。ＮＯｘ触媒２４は、ゼオライト又はアルミナなどの基材表面にＰｔなどの貴金属を担持したものや、その基材表面にＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、その基材表面にチタニヤ／バナジウム触媒（Ｖ₂Ｏ₅／ＷＯ₃／ＴｉＯ₂）を担持させたもの等が例示できる。アンモニア酸化触媒２６は、ＮＯｘ触媒２４から排出された余剰アンモニアを酸化して浄化する。

エンジン１はＥＧＲ装置３０をも備える。ＥＧＲ装置３０は、排気通路４内（特に排気マニホールド２０内）の排気ガスの一部（ＥＧＲガスという）を吸気通路３内（特に吸気マニホールド１０内）に還流させるためのＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁３３とを備える。ＥＧＲ装置３０は外部ＥＧＲを実行するためのものである。

また、本実施形態は、それぞれ排気通路４に設けられた電子制御式の排気スロットルバルブ３７と、排気インジェクタ３８とを備える。本実施形態において、これらはタービン１４Ｔと酸化触媒２２の間の排気通路４に設けられ、排気スロットルバルブ３７より下流側に排気インジェクタ３８が配置される。但しこれらの設置位置は変更可能である。排気スロットルバルブ３７は排気流量を調節するためのバルブである。排気インジェクタ３８は、主にフィルタ２３の再生時に排気通路４内に燃料を噴射するためのインジェクタである。

このエンジン１を制御するための制御装置が車両に搭載されている。制御装置は、制御ユニット、回路要素（circuitry）またはコントローラである電子制御ユニット（ＥＣＵと称す）１００を有する。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含む。ＥＣＵ１００は、筒内インジェクタ７、吸気スロットルバルブ１６、尿素インジェクタ２５、ＥＧＲ弁３３、排気スロットルバルブ３７および排気インジェクタ３８を制御するように構成され、プログラムされている。なお特に断らない限り、吸気スロットルバルブ１６および排気スロットルバルブ３７は全開に制御されているものとする。

制御装置は、以下のセンサ類も有する。このセンサ類に関して、上述のエアフローメータ１３の他、エンジンの回転速度、具体的には毎分当たりの回転数（ｒｐｍ）を検出するための回転速度センサ４０と、アクセルペダルの踏み込み量に相関するアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ４１とが設けられる。また、酸化触媒２２、フィルタ２３およびＮＯｘ触媒２４の上流側入口部には排気温度を検出するための排気温センサ４２，４３，４４が設けられている。また、ＮＯｘ触媒２４の下流側出口部には排気温度を検出するための排気温センサ４６が設けられている。また、フィルタ２３の入口部および出口部の排気圧の差圧を検出するための差圧センサ４５が設けられている。

また、ＮＯｘ触媒２４の上流側入口部と下流側出口部には、それぞれ、排気中のＮＯｘ濃度を検出するための上流側ＮＯｘセンサ４７および下流側ＮＯｘセンサ４８が設けられている。これらＮＯｘセンサ４７，４８は、排気ガスのＮＯｘ濃度に相関した出力を発する。上流側ＮＯｘセンサ４７は尿素インジェクタ２５よりも上流側に設けられている。以上のセンサ類の出力信号はＥＣＵ１００に送られる。

ＥＣＵ１００は、上流側ＮＯｘセンサ４７および下流側ＮＯｘセンサ４８を診断する機能も有する。これらＮＯｘセンサ４７，４８は、排気中のＮＯｘ濃度を検出する機能の他に、排気中の酸素（Ｏ₂）濃度を検出する機能を兼ね備えている。つまりＮＯｘセンサ４７，４８は酸素に感応するセンサであり、排気ガスの酸素濃度に相関した別の出力も発する。ＥＣＵ１００は、その酸素濃度検出機能を利用してＮＯｘセンサ４７，４８の診断を行う。

なお、上流側ＮＯｘセンサ４７および下流側ＮＯｘセンサ４８の診断方法は同じであるため、以下の説明では上流側ＮＯｘセンサ４７の診断方法を主に説明し、下流側ＮＯｘセンサ４８の診断方法については説明を割愛する。以下、上流側ＮＯｘセンサ４７を単にセンサ４７と称する。

次に、ＥＣＵ１００により実行される診断の内容について説明する。

まず図２を参照して、本実施形態のセンサ診断方法を概略的に説明する。

本実施形態のセンサ診断方法は、エンジン１の筒内インジェクタ７の燃料噴射停止（以下、フューエルカットという）時に、排気中の酸素濃度が急上昇することを利用する。すなわち、フューエルカット時に、センサ４７により検出された検出酸素濃度の上昇速度を検出ないし測定し、この上昇速度が比較的遅いときにセンサ４７を異常と診断する。

図２において、横軸は時間、縦軸は酸素濃度（％）である。線ａ，ｂはそれぞれ、フューエルカット時における検出酸素濃度の上昇の様子を示し、線ａは正常なセンサ４７の場合、線ｂは異常なセンサ４７の場合である。

例えば正常なセンサ４７の場合（線ａ）、時刻ｔ０で上昇速度の検出が開始された後、検出酸素濃度は始めのうちは急速に上昇し、その後徐々に上昇速度を低下させて緩慢に変化するようになる。そして検出酸素濃度は最終的に大気中酸素濃度の値である２１（％）に収束する。これはセンサ本来の特性に基づく。

他方、異常なセンサ４７の場合（線ｂ）だと、時刻ｔ０直後から上昇変化が緩慢であり、上昇速度が遅い。つまり線ｂの勾配は線ａの勾配より緩くなる。

よって、こうした上昇速度の差を利用して、センサ４７の異常を診断することが可能である。具体的には、検出酸素濃度の上昇速度が所定の下限値以上のときはセンサ４７を正常と診断し、検出酸素濃度の上昇速度が所定の下限値未満のときはセンサ４７を異常と診断することが可能である。

以上が診断方法の基本原理である。本実施形態では、診断精度を高めるため、具体的に下記の方法によって診断を行う。

ＥＣＵ１００は、上昇速度の検出開始時ｔ０における排気中酸素濃度ＣＸ（％）を後述の方法で取得し、この酸素濃度ＣＸ（％）に等しい検出酸素濃度を、検出酸素濃度割合Ｒの０％に設定する。またＥＣＵ１００は、大気中酸素濃度である２１（％）に等しい検出酸素濃度を検出酸素濃度割合Ｒの１００％に設定する。この説明から分かるように、検出酸素濃度割合とは、ＣＸ（％）から２１（％）までの間の検出酸素濃度の範囲を１００（％）としたときに、任意の検出酸素濃度が当該範囲においてどの割合の値になるかを示す指標値である。

上昇速度の検出開始時ｔ０の排気中酸素濃度ＣＸ（％）の値は、エンジン運転状態に応じて異なるが、通常は８〜１０（％）程度である。

こうして検出酸素濃度割合Ｒの０〜１００（％）の範囲が確定した後、ＥＣＵ１００は、０（％）より大きく１００（％）より小さい所定の二つの検出酸素濃度割合、すなわち第１割合Ｒ１（％）と第２割合Ｒ２（％）に対応した第１検出酸素濃度Ｃ１（％）と第２検出酸素濃度Ｃ２（％）を設定する。第１割合Ｒ１（％）と第２割合Ｒ２（％）の値は、上述の正異常間の上昇速度差が大きく得られるような、最適な値に予め設定され、ＥＣＵ１００に記憶されている。本実施形態ではＲ１＝３０（％）、Ｒ２＝６０（％）である。但しこれらの数値は実験データ等に照らして適宜変更可能である。第１検出酸素濃度Ｃ１と第２検出酸素濃度Ｃ２は次式から求められる。
Ｃ１（％）＝（２１−ＣＸ）×Ｒ１／１００＋ＣＸ ・・・（１）
Ｃ２（％）＝（２１−ＣＸ）×Ｒ２／１００＋ＣＸ ・・・（２）

次にＥＣＵ１００は、実際の検出酸素濃度が第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２に上昇するまでの時間すなわち上昇時間Ｔを測定する。図示例において、正常センサの場合の上昇時間はＴａ、異常センサの場合の上昇時間はＴｂである。

この上昇時間Ｔは、検出酸素濃度の上昇速度を実質的に意味し、上昇速度に相関する値である。何故なら上昇速度が速いほど、上昇時間Ｔが短くなる関係にあるからである。図示するように、正常センサの上昇時間Ｔａは異常センサの上昇時間Ｔｂより短い。

それ故、ＥＣＵ１００は、測定した上昇時間Ｔを所定の異常判定値Ｔｓと比較してセンサ４７が異常か否かを判定する。異常判定値Ｔｓは、ＯＢＤに関する法規等を考慮し、正常と異常の境目にあるセンサ（クライテリア状態のセンサ）の上昇時間Ｔに等しく設定される。本実施形態ではＴｓ＝６（ｓ）であるが、その値は適宜変更可能である。ＥＣＵ１００は、測定した上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ未満の場合、センサ４７を正常と判定し、測定した上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ以上の場合、センサ４７を異常と判定する。なお図示例の場合、Ｔａ＜Ｔｓ、Ｔｂ≧Ｔｓである。以上が本実施形態のセンサ診断の概要である。

ここで、本実施形態ではＥＣＵ１００が、エンジンの運転状態に基づいて、排気中の酸素濃度を推定する。そして時刻ｔ０においてＥＣＵ１００により推定された推定酸素濃度の値を、上述の排気中酸素濃度ＣＸ（％）の値としている。このように推定酸素濃度を用いる理由は、センサ４７が異常な場合にその検出酸素濃度を用いることができないからである。つまりセンサ４７の故障の有無や劣化度とは無関係な推定酸素濃度を排気中酸素濃度の指標値として用いることにより、これを基準として、センサ４７の劣化度等に拘わらず、センサ４７の診断を精度良く行うことができる。

よってＥＣＵ１００は、時刻ｔ０の推定酸素濃度の値ＣＸ（％）に等しい検出酸素濃度を、検出酸素濃度割合Ｒの０％に設定する。

なお排気中酸素濃度の推定は、公知方法を含め、様々な方法により行うことができる。本実施形態では、予め作製されＥＣＵ１００に記憶された計算モデルを用いて、エンジン回転数、エンジン負荷（アクセル開度、吸気流量）等のエンジンパラメータに基づき酸素濃度を推定する。

ところで、かかるセンサ診断において、検出酸素濃度が既に高くなってから上昇速度の検出を開始してしまうと、センサの特性上、上昇速度が遅い領域で上昇速度を検出してしまい、本来正常なセンサを異常と誤診断してしまう可能性がある。以下、この問題点を詳細に説明する。

図３は、本実施形態のベースとなる比較例の場合における各値の変化を示す。横軸は時間ｔ、（Ａ）は筒内インジェクタ７の燃料噴射量Ｑ（ｍｍ³／ｓｔ）、（Ｂ）は酸素濃度Ｃ（％）を示す。（Ｂ）において、線ａはＥＣＵ１００により推定された推定酸素濃度Ｃｅ、線ｂはセンサ４７により検出された検出酸素濃度Ｃｄを示す。なお線ａと線ｂは大抵ほぼ重なっているが、ここでは両者を区別し、かつ検出酸素濃度Ｃｄの応答遅れを表すため、敢えて誇張して、線ｂを線ａより若干遅らせて示している。

図示例は、エンジンおよび車両の定常運転状態の最中に、運転手が車両減速のためアクセルペダルを戻し、最終的にアクセルペダルを完全に解放し、フューエルカットに至った場合の各値の変化の様子を示す。なお周知のように、ＥＣＵ１００におけるフューエルカットの実行条件は、アクセル開度センサ４１により検出されたアクセル開度がゼロ付近の所定値以下（アクセルペダル全閉相当）、かつエンジン回転数が所定値以上という条件が満たされることである。

時刻ｔ３以降、燃料噴射量Ｑは徐々に減少し、時刻ｔ６でアクセルペダルが完全に解放された時、燃料噴射量Ｑはゼロになる。つまりフューエルカットは時刻ｔ６から開始される。但しＥＣＵ１００の処理上は、燃料噴射量Ｑがゼロより僅かに大きい所定値Ｑｆｃ（例えば０．５（ｍｍ³／ｓｔ））以下になったときフューエルカット実行中と判断する。

他方、図示例では、時刻ｔ３の手前から、推定酸素濃度Ｃｅおよび検出酸素濃度Ｃｄが上昇し始めている。そしてフューエルカット実行中に、推定酸素濃度Ｃｅおよび検出酸素濃度Ｃｄは最終的に大気中酸素濃度＝２１（％）に収束する。

ＥＣＵ１００は、次のステップに従って診断を実行するように構成されている。まずＥＣＵ１００は、エンジン１が定常運転状態にあるという第１条件が満たされたか否かを判断する第１ステップを実行する。

具体的にはＥＣＵ１００は、次の各条件が全て満たされた場合に、第１条件が満たされたと判断する。図３の例では時刻ｔ２が、第１条件が満たされた時期である。
（１．１）推定酸素濃度Ｃｅが所定の第１濃度ＣＹ以下。
（１．２）燃料噴射量Ｑが所定値ＱＹ以上。
（１．３）現時点から所定時間ＴＹ前までの間での燃料噴射量変動量が所定値未満。

条件（１．１）に関し、第１濃度ＣＹは、通常の排気中酸素濃度（８〜１０（％））より若干高い値に設定され、例えば１１％に設定される。また条件（１．２）に関し、所定値ＱＹは、低負荷運転時の燃料噴射量と同等に設定され、例えば１２（ｍｍ³／ｓｔ）に設定される。但しこれらの数値は適宜変更可能である。第１濃度ＣＹおよび所定値ＱＹは、いずれもエンジンの通常運転状態であれば各条件が満たされるような値である。

なお、燃料噴射量Ｑはエンジン運転状態に基づいてＥＣＵ１００により制御される。ＥＣＵ１００は、回転速度センサ４０およびアクセル開度センサ４１によりそれぞれ検出されたエンジン回転数およびアクセル開度に基づき、所定のマップを用いて、燃料噴射量Ｑを算出する。

条件（１．３）に関し、ＥＣＵ１００は、現時点から所定時間ＴＹ前までの間での燃料噴射量Ｑが、その所定時間ＴＹ前の燃料噴射量Ｑａに対し±αの範囲内、すなわちＱａ−α＜Ｑ＜Ｑａ＋αの範囲内に入っているかどうかを判断する。そして入っている場合には条件（１．３）を成立、入ってない場合には条件（１．３）を非成立と判断する。所定時間ＴＹおよびα（変動幅規定値という）は、定常運転中と判断するのに適した値に設定され、例えばＴＹ＝１．５（ｓ）、α＝５（ｍｍ³／ｓｔ）に設定される。但しこれらの数値も適宜変更可能である。時刻ｔ２で条件（１．３）が成立したため、それよりも所定時間ＴＹだけ前の時刻ｔ１が定常運転開始時となる。

次にＥＣＵ１００は、第１条件が満たされたと判断したとき、定常運転時（具体的には定常運転開始時ｔ１）からの燃料噴射量減少量が所定量β以上に達したという第２条件が満たされたか否かを判断する第２ステップを実行する。図示例において、所定量βは変動幅規定値αと等しい値に設定されているが、異なる値に設定することも可能である。第２条件が満たされた時点はｔ４である。

次にＥＣＵ１００は、第２条件が満たされたと判断したとき、検出酸素濃度の上昇速度の検出を開始する。そして、第２条件が満たされた時点ｔ４での推定酸素濃度Ｃｅ＝ＣＸに等しい検出酸素濃度Ｃｄを検出酸素濃度割合Ｒの０％に設定し、大気中酸素濃度Ｃａｔｍ＝２１（％）に等しい検出酸素濃度Ｃｄを検出酸素濃度割合Ｒの１００％に設定する。さらに、前述の第１割合Ｒ１と第２割合Ｒ２に対応した第１検出酸素濃度Ｃ１と第２検出酸素濃度Ｃ２を設定する。

次にＥＣＵ１００は、実際の検出酸素濃度Ｃｄが第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２に上昇するまでの上昇時間Ｔを測定する第４ステップを実行する。図示例において上昇時間Ｔは時刻ｔ５から時刻ｔ７までの時間である。

最後にＥＣＵ１００は、測定した上昇時間Ｔを所定の異常判定値Ｔｓ（例えば６（ｓ））と比較してセンサ４７が異常か否かを判定する第５ステップを実行する。このとき前述したようにＥＣＵ１００は、測定した上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ未満の場合にはセンサ４７を正常と判定し、測定した上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ以上の場合にはセンサ４７を異常と判定する。

なお本実施形態では、第２条件が満たされた時点ｔ４から所定時間Ｔｆｃ（例えば３（ｓ））以内に燃料噴射量Ｑが所定値Ｑｆｃ以下に達したとき、適正にフューエルカットが実行されたと判断してセンサ４７の正異常判定を実行し、それ以外のときは正異常判定を実行しないようになっている。

さて、このセンサ診断では、第２条件が満たされた時（ｔ４）、すなわち上昇速度の検出開始時の推定酸素濃度Ｃｅ＝ＣＸに基づき、検出酸素濃度割合Ｒの０％が設定され、これを基準として検出酸素濃度Ｃｄの上昇速度の検出が開始される。すなわち上昇時間Ｔの測定が開始される。

しかし、ある特定の運転モードでは、図示例のように、第２条件が満たされた時（ｔ４）の推定酸素濃度Ｃｅ＝ＣＸが既に高くなってしまっており（例えば１８（％））、これに伴って、第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２までの検出酸素濃度範囲が、センサの特性上、上昇速度の遅い（勾配の緩やかな）領域に入ってしまう。この領域で上昇時間Ｔを測定すると、本来予定していた値よりも長い上昇時間Ｔが得られ、正常なセンサを異常と誤診断してしまう可能性がある。

なお、この問題を生じさせる特定の運転モードは、必ずしも明確ではないが、例えば、車両の運転手が下り坂でゆっくりとアクセルペダルを戻しながら減速や速度調節を行い、最終的にアクセルペダルを完全に戻してフューエルカットに至るといったモードが考えられる。アクセルペダルを一気に解放してフューエルカットに至る場合は特に問題ないが、このようにフューエルカットに至る手間でゆっくりとアクセルペダルが戻されると、これに伴って燃料噴射量Ｑが徐々に減少し、排気中酸素濃度が徐々に増加し、上昇時間Ｔの測定開始時（ｔ４）の推定酸素濃度Ｃｅが高くなってしまう。

そこで本実施形態では、図４に示すように、上昇速度の検出開始時（上昇時間Ｔの測定開始時ｔ４）の排気中酸素濃度（推定酸素濃度Ｃｅ＝ＣＸ）が所定濃度（第２濃度）ＣＺより高い場合は、診断を中止するよう、ＥＣＵ１００を構成した。具体的には、第２条件を次のように修正した。比較例では、
条件（２．１）「定常運転開始時ｔ１からの燃料噴射量減少量が所定量β以上に達した」が成立することが、第２条件の成立条件であった。これに対し、本実施形態では、条件（２．１）に加え、
条件（２．２）「その達した時点ｔ４での推定酸素濃度Ｃｅが所定の第２濃度ＣＺ以下」が成立することを、第２条件の成立条件とした。

条件（２．１）と条件（２．２）の両方が成立した場合のみ、診断処理は第２ステップから第３ステップに移行する。これに対し、条件（２．１）が成立したものの条件（２．２）が成立しない場合には、診断処理が中止され、以降のステップは実行されない。

このように、上昇速度の検出開始時ｔ４の排気中酸素濃度ＣＸが所定濃度ＣＺより高い場合は、診断を中止するので、その時の排気中酸素濃度ＣＸが所定濃度ＣＺ以下の場合に限り、診断を続行でき、誤診断を抑制することができる。すなわち、第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２までの検出酸素濃度範囲が、上昇速度の遅い領域に入ってしまうことを抑制する一方で、当該範囲が上昇速度の速い領域にある場合のみ、上昇時間Ｔを測定するので、診断精度を高めることができる。

このように所定濃度ＣＺは、診断を続行可能な上限ガード値としての性格を有する。

本実施形態は第２条件を上記のように修正したこと以外、比較例と同じである。従って比較例の説明は本実施形態においても援用される。図４の例は、上昇時間Ｔの測定開始時ｔ４の推定酸素濃度Ｃｅ＝ＣＸが所定濃度ＣＺより高いため、診断が中止される例である。

また、条件（２．１）は、実際にフューエルカットが行われる直前のタイミング、すなわち、その後フューエルカットが行われるであろうと予測されるタイミングを捉えるための条件である。従ってこうした観点から、所定量βは実験データ等に基づいて最適に設定される。なお条件（２．１）は「燃料噴射量の減少速度が所定値以上に達した」と言い換えることもできる。

条件（２．２）における第２濃度ＣＺの値は、任意に設定可能であるが、上記の観点に基づき、第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２までの検出酸素濃度範囲が上昇速度の遅い領域に入らないように設定することが好ましい。第２濃度ＣＺは、通常の排気中酸素濃度（８〜１０（％））より若干高い値に設定するのが好ましい。これは第１濃度ＣＹも同様なので、単純化のため、第２濃度ＣＺを、第１濃度ＣＹと等しい値（例えば１１（％））に設定するのが好ましい。あるいは第２濃度ＣＺを、第１濃度ＣＹ付近（等しい場合を含む）の値に設定することも好適である。第２濃度ＣＺを、第１濃度ＣＹと異なる値に設定してもよい。

比較例の場合、第１条件が満たされて第２ステップに移行すると、酸素濃度に関する条件（１．１）が無くなってしまうため、高い酸素濃度で検出酸素濃度割合Ｒの０％が設定され、上記問題が発生する。しかしながら本実施形態では、第２条件の成立条件に酸素濃度に関する条件（２．２）を加えたため、高い酸素濃度で検出酸素濃度割合Ｒの０％が設定されることを抑制し、上記問題を解消できる。

次に、図５を参照して、本実施形態のセンサ診断を実行するための診断ルーチンを説明する。

最初のステップＳ１０１では、第１条件が成立したか否かが判断される。成立してなければステップＳ１０１を繰り返して待機状態となり、成立したならばステップＳ１０２に進む。なお、成立した場合には前述の第１ステップから第２ステップに移行することになる。

ステップＳ１０２では、条件（２．１）が成立したか否か、すなわち、定常運転開始時ｔ１からの燃料噴射量減少量（Ｑ減少量）が所定量β以上に達したか否かが判断される。達してなければステップＳ１０２を繰り返して待機状態となり、達したならばステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、条件（２．２）が成立したか否か、すなわち、達した時点ｔ４での推定酸素濃度Ｃｅが第２濃度ＣＺ以下か否かが判断される。第２濃度ＣＺより大きい場合には、ルーチンが終了され、診断は実質的に中止される。他方、第２濃度ＣＺ以下の場合にはステップＳ１０４に進み、診断は続行される。なお、第２濃度ＣＺ以下の場合には、前述の第２条件が満たされ、第２ステップから第３ステップに移行することになる。

ステップＳ１０４では、達した時点ｔ４、すなわち上昇時間Ｔの測定開始時点での推定酸素濃度Ｃｅの値に基づき、前述の手順に従って、検出酸素濃度割合Ｒの０％と１００％、さらには第１割合Ｒ１と第２割合Ｒ２に対応した第１検出酸素濃度Ｃ１と第２検出酸素濃度Ｃ２が設定される。これは前述の第３ステップに対応する。

ステップＳ１０５では、実際の検出酸素濃度Ｃｄが第１検出酸素濃度Ｃ１から第２検出酸素濃度Ｃ２に上昇するまでの上昇時間Ｔが測定される。これは前述の第４ステップに対応する。

ステップＳ１０６では、上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓと比較される。上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ未満の場合には、ステップＳ１０８に進み、センサ４７は正常と判定される。他方、上昇時間Ｔが異常判定値Ｔｓ以上の場合には、ステップＳ１０７に進み、センサ４７は異常と判定される。これは前述の第５ステップに対応する。なお異常と判定された場合、図示しない警告装置（チェックランプ等）を起動し、ユーザーに点検整備を促すのが好ましい。これにより、センサ４７の異常に起因するＮＯｘの悪化を抑制することができる。

上記の説明で理解されるように、本実施形態のＥＣＵ１００は特許請求の範囲にいう推定部および診断部に相当する。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示は他にも様々な実施形態が可能である。

（１）例えば本開示は、排気中の酸素濃度を検出する酸素感応型センサであれば、ＮＯｘセンサ以外のセンサにも適用可能であり、例えばリニア空燃比センサやλセンサにも適用可能である。

（２）検出酸素濃度の上昇速度は、上記以外の方法によって検出することも可能である。例えば所定時間当たりの検出酸素濃度の変化量に基づき検出酸素濃度の上昇速度を検出してもよい。

（３）上記数値は単なる一例であり、適宜変更可能である。

本開示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開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示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。

１ 内燃機関（エンジン）
４ 排気通路
４７ 上流側ＮＯｘセンサ
４８ 下流側ＮＯｘセンサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサと、
   前記センサを診断するように構成された診断部と、を備えたセンサ診断システムであって、
   前記診断部は、
   前記内燃機関の燃料噴射停止時に、前記センサにより検出された検出酸素濃度の上昇速度を検出し、検出した上昇速度に基づいて前記センサを診断し、
   前記上昇速度の検出開始時の排気中酸素濃度が所定濃度より高い場合は、診断を中止するように構成されている
   ことを特徴とするセンサ診断システム。
2. 前記診断部は、定常運転時からの燃料噴射量減少量が所定量以上に達した時を前記上昇速度の検出開始時とする
   請求項１に記載のセンサ診断システム。
3. 前記診断部は、前記検出酸素濃度が所定の第１検出酸素濃度から所定の第２検出酸素濃度に上昇するまでの上昇速度を検出する
   請求項１または２に記載のセンサ診断システム。
4. 前記診断部は、前記上昇速度の検出開始時の排気中酸素濃度に基づき、前記第１検出酸素濃度および前記第２検出酸素濃度を設定する
   請求項３に記載のセンサ診断システム。
5. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出するセンサと、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて排気中の酸素濃度を推定するように構成された推定部と、
   前記センサにより検出された検出酸素濃度と、前記推定部により推定された推定酸素濃度とに基づき、前記センサを診断するように構成された診断部と、を備え、
   前記診断部は、
   前記内燃機関が定常運転状態にあるという第１条件が満たされたか否かを判断する第１ステップと、
   前記第１条件が満たされたと判断したとき、定常運転時からの燃料噴射量減少量が所定量以上に達しかつその達した時点での前記推定酸素濃度が所定濃度以下という第２条件が満たされたか否かを判断する第２ステップと、
   前記第２条件が満たされたと判断したとき、前記検出酸素濃度の上昇速度の検出を開始すると共に、前記第２条件が満たされた時点での推定酸素濃度に等しい検出酸素濃度を検出酸素濃度割合の０％に設定し、大気中酸素濃度に等しい検出酸素濃度を検出酸素濃度割合の１００％に設定し、０％より大きく１００％より小さい所定の第１割合と第２割合に対応した第１検出酸素濃度と第２検出酸素濃度を設定する第３ステップと、
   実際の前記検出酸素濃度が前記第１検出酸素濃度から前記第２検出酸素濃度に上昇するまでの上昇時間を測定する第４ステップと、
   測定した上昇時間を所定の異常判定値と比較して前記センサが異常か否かを判定する第５ステップと、
   を実行するように構成されている
   ことを特徴とするセンサ診断システム。
6. 前記センサが、排気中のＮＯｘ濃度も検出するＮＯｘセンサである
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ診断システム。

Images