JP5035140B2

JP5035140B2 - 空燃比センサの異常診断装置

Info

Publication number: JP5035140B2
Application number: JP2008166665A
Authority: JP
Inventors: 梓小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: JP2010007534A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの空燃比に対応するセンサ出力値を出力する空燃比センサの異常・正常の診断に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気通路に設けられた排気ガスの空燃比に対応するセンサ出力値を出力する空燃比センサの異常・正常を診断する技術が記載されている。このものでは、燃料カット中に、センサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータとして、所定の変化量算出期間毎に逐次算出される空燃比の変化量の最大値を求め、この最大値が所定の判定基準値よりも小さい場合に、センサの異常と診断している。
特開２００１−２４２１２６号公報

上記特許文献１のように、燃料カット中のセンサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータを用いてセンサの異常・正常を診断する場合、燃料カットを開始する直前の機関運転状態によって応答パラメータが変動する。具体的には、燃料カット直前の機関出力（要求負荷）が高い場合、機関出力が低い場合に比して応答パラメータが大きな値となる。このため、単一・固定の判定基準値に基づいて診断を行うと、センサの異常・診断を精度良く行うことができない。

空燃比センサの診断精度を高めるために、上述した燃料カット中の診断に加え、リッチスパイク等で排気ガスの空燃比を積極的に変化させることで強制的にセンサ出力を反転させたときのセンサ出力値を用いた診断を併用することも考えられる。しかしながら、この場合、診断許可領域が限定されるために成立性が低く、診断頻度が低下するという問題がある。

また、近年、触媒の上流側と下流側の双方に空燃比センサを設け、主として上流側空燃比センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行い、下流側空燃比センサを用いて触媒の診断を行うものでは、下流側空燃比センサが触媒の診断を正確に行い得る状態にあるか否かの劣化診断を行うことが法規等により要求されている。但し、このような下流側空燃比センサは触媒下流のために、リッチスパイク等による空燃比の変動が表れ難く、診断を簡便に精度良く行うことが求められている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気ガスの空燃比に対応するセンサ出力値を出力する空燃比センサの異常を診断する空燃比センサの異常診断装置において、所定の機関運転状態で行われる燃料カット中におけるセンサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータを算出する応答パラメータ算出手段と、この応答パラメータが判定基準値よりも小さい場合に、上記空燃比センサの異常と診断するセンサ診断手段と、上記燃料カット開始時の空燃比センサのセンサ出力値を記憶する記憶手段と、この燃料カット開始時のセンサ出力値に応じて、上記判定基準値を補正する判定基準値補正手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、燃料カット中におけるセンサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータと判定基準値とを用いて空燃比センサの異常診断を行うに際し、燃料カット開始時のセンサ出力値に応じて判定基準値を補正することにより、判定基準値を燃料カット直前の運転状態に応じた適切な値とすることができ、燃料カット直前の機関運転状態にかかわらず、そのセンサ診断精度を高めることができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例に係る空燃比センサの異常診断装置が適用された内燃機関の空燃比制御系を簡略的に示すシステム構成図である。内燃機関１の吸気通路２には、上流側より順に、吸入空気量を検出するエアフロメータ３、吸気通路２を開閉することで吸入空気量を調整する電制のスロットル弁４、及び吸気ポート（あるいは燃焼室）へ燃料を噴射する燃料噴射弁５が設けられてる。排気通路６には、三元触媒やＨＣ吸着触媒などの触媒７，８が配設されている。上流側触媒７は、主として容量の大きな下流側触媒８の冷機始動時等での活性前における排気エミッションの低下を防止するためのものであり、速やかに活性化するように燃焼室に十分に近い位置、つまり内燃機関１の排気マニホールド部に配置され、下流側触媒８は内燃機関１等が配設されたエンジンルームから離れた車両の床下位置に配置されている。そして、上流側触媒７の上流側と下流側に、排気ガスの空燃比、より具体的には排気ガス中の酸素濃度に対応するセンサ出力値を出力する上流側空燃比センサ９及び下流側空燃比センサ１０が設けられている。制御部（エンジンコントロールモジュール；ＥＣＭ）１１は、各種機関制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記の各種センサ３，９，１０等から出力される信号に基づく機関運転状態に応じて、上記のスロットル弁４，燃料噴射弁５及び点火プラグ（図示省略）等のアクチュエータへ制御信号を出力し、その動作を制御する。

上流側空燃比センサ９は、主として目標空燃比へ向けて燃料噴射量を増減する空燃比フィードバック制御に用いられるものであり、理論空燃比以外の例えばリーン側の空燃比での制御を可能とするために、リーン側からリッチ側にわたる広域空燃比を検出可能な広域型の空燃比センサである。一方、下流側空燃比センサ１０は、主として触媒７の劣化診断に用いられるものであり、理論空燃比を境に起電力すなわちセンサ出力値が急変する、上記の広域型空燃比センサに比して簡素で低コストな酸素センサである。上記の空燃比フィードバック制御や触媒劣化診断は上記の制御部１１により記憶・実行されるものであるが、本発明の要部ではないので、ここでは説明を省略する。

図２は、本実施例の要部をなす下流側空燃比センサ１０の異常診断制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１１では、例えばコースト運転時などのアクセル開度（要求トルク）が０での車両減速中のような燃料カットを行うべき所定の機関運転状態であるかを判定する。燃料カットを行う所定の機関運転状態であると判定されると、ステップＳ１２へ進み、燃料噴射弁５の稼働を停止し、燃料噴射の停止つまり燃料カットを開始する。このような燃料カットの開始に伴い、下流側空燃比センサ１０により検出される触媒７通過誤の排気ガスの空燃比が例えば理論空燃比近傍からリーン側へ大きく変化することとなる（図３，図４参照）。また、ステップＳ１３において、この燃料カット開始時点での下流側空燃比センサ１０のセンサ出力値Ｖをカット開始時センサ出力値Ｖｓｔとして読み込み、記憶（ストア）する。ステップＳ１４では、このカット開始時センサ出力値Ｖｓｔに基づいて、後述するステップＳ１７での異常・正常の判定・診断に用いられる判定基準値ΔＶ０を補正・設定し、記憶する。

ステップＳ１５では、下流側空燃比センサ１０のセンサ出力値Ｖに基づいて、燃料カット中における空燃比センサ１０のセンサ出力値Ｖの変化速度に対応する応答パラメータとして、燃料カット開始から一定時間ΔＴ（図３及び図４参照）だけ経過するまでの下流側空燃比センサ１０のセンサ出力値の変化量ΔＶを算出・計測する。この一定時間ΔＴは、センサ応答性等を考慮して燃料カットによりセンサ出力値Ｖが十分に低下するまでにかかる時間に対応して設定され、例えば５００ｍ／ｓ程度の値に設定される。

ステップＳ１６では、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔが所定のリーン側限界値Ｖｍｉｎ（図５参照）以上であるかを判定する。リーン側限界値Ｖｍｉｎよりも小さい場合、正確な判定を行うことができなくなるので、後述するステップＳ１７以降の診断処理を行うことなく本ルーチンを終了する。つまり、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔがリーン側限界値Ｖｍｉｎよりも小さい場合には診断を禁止する。

ステップＳ１７では、上記の変化量ΔＶと判定基準値ΔＶ０とに基づいて、下流側空燃比センサ１０の異常・正常の診断を行う。具体的には、変化量ΔＶが判定基準値ΔＶ０以上であればセンサ１０の正常と判定し（ステップＳ１８）、変化量ΔＶが判定基準値ΔＶ０よりも小さければ、センサ１０の異常と判定する（ステップＳ１９）。

図３及び図４は、燃料カットの開始直前の機関運転状態に応じたカット開始時センサ出力値Ｖｓｔを示すものであり、図３が燃料カット開始直前の運転状態が高出力（高負荷）時、図４が燃料カット開始直前の運転状態が低出力（低負荷）時に対応している。また、図５はカット開始時センサ出力値Ｖｓｔと判定基準値ΔＶ０との関係を示す特性図である。

図３及び図４に示すように、燃料カット開始直前の機関運転状態に応じてカット開始時センサ出力値Ｖｓｔも変化し、燃料カット開始直前の出力（要求負荷）が高いほど、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔが大きくなって、その変化量ΔＶも大きくなり、燃料カット開始直前の出力（要求負荷）が低いほど、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔが小さくなり、その変化量ΔＶも小さくなる関係にある。従って、図５に示すように、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔが小さくなるほど判定基準値ΔＶ０を小さくしている。

このように本実施例では、空燃比が急変する燃料カット中におけるセンサ出力値Ｖの変化速度に対応する応答パラメータとして変化量ΔＶを求め、この変化量ΔＶを判定基準値ΔＶ０と比較することによって、下流側空燃比センサ１０の異常診断を簡便に行うことができる。

図５を参照して、仮に判定基準値を、例えば燃料カット開始直前の機関運転状態が高出力時の場合に対応した固定値ΔＶ１とした場合、正常なセンサ出力値の変化量ΔＶ２に対し、カット開始時センサ出力値Ｖｓｔが低い領域αでは、センサが正常であるにもかかわらず変化量ΔＶ２が判定基準値ΔＶ１よりも小さくなってしまい、センサ異常と誤判定されてしまう。これに対し、本実施例では、燃料カット開始時のセンサ出力値Ｖｓｔに応じて判定基準値ΔＶ０を補正することにより、この判定基準値ΔＶ０を燃料カット直前の運転状態に応じた適切な値とすることができ、燃料カット直前の機関運転状態にかかわらず、そのセンサ診断精度を高めることができる。

また、図５に示すように、燃料カット開始時のセンサ出力値Ｖｓｔが所定のリーン側限界値Ｖｍｉｎよりも小さい場合には、応答パラメータである変化量ΔＶも非常に小さな値となり、正確な診断が困難となるので、このような状況では診断を禁止することで、誤診断を未然に防ぐことができ、診断の信頼性・安定性が向上する。

このように燃料カットに伴う大きな空燃比の変化によるセンサ出力の変化量ΔＶに応じた診断であるために、触媒下流の下流側空燃比センサ１０であっても容易かつ精度良く診断を行うことができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形，変更を含むものである。例えば、上記実施例では下流側空燃比センサ１０の診断に適用しているが、上流側空燃比センサ９の診断にも同様に適用することができる。また、上記の実施例では、センサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータとして、簡易的に、燃料カット開始から一定時間ΔＴ経過後の変化量ΔＶを用いているが、上記の特開２００１−２４２１２６号公報に記載のように、所定の変化量算出期間毎に逐次算出される空燃比の変化量の最大値を用いても良い。

本発明の一実施例に係る空燃比センサの異常診断装置が適用された内燃機関の空燃比制御系を簡略的に示すシステム構成図。本実施例の空燃比センサの異常診断処理の流れを示すフローチャート。燃料カット開始直前の運転状態が高出力時における燃料カット開始時のセンサ出力値を示す説明図。燃料カット開始直前の運転状態が低出力時における燃料カット開始時のセンサ出力値を示す説明図。燃料カット開始時のセンサ出力値と判定基準値との関係を示す説明図。

符号の説明

１…内燃機関
６…排気通路
７，８…触媒
９…上流側空燃比センサ
１０…下流側空燃比センサ
１１…制御部

Claims

内燃機関の排気ガスの空燃比に対応するセンサ出力値を出力する空燃比センサの異常を診断する空燃比センサの異常診断装置において、
所定の機関運転状態で行われる燃料カット中におけるセンサ出力値の変化速度に対応する応答パラメータを算出する応答パラメータ算出手段と、
この応答パラメータが判定基準値よりも小さい場合に、上記空燃比センサの異常と診断するセンサ診断手段と、
上記燃料カット開始時のセンサ出力値を記憶する記憶手段と、
この燃料カット開始時のセンサ出力値に応じて、上記判定基準値を補正する判定基準値補正手段と、
を有することを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
上記判定基準値補正手段は、上記燃料カット開始時のセンサ出力値が空燃比のリッチ側の値となるほど、上記判定基準値を増加側に補正することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの異常診断装置。
上記燃料カット開始時のセンサ出力値が所定のリーン側限界値よりも小さい場合に、上記センサ診断手段による診断を禁止することを特徴とする請求項１又は２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触媒が設けられるとともに、この触媒の上流側に上流側空燃比センサが設けられ、
上記空燃比センサが、上記触媒の下流側に設けられた下流側空燃比センサであり、
上記上流側空燃比センサの出力に応じて触媒へ供給される排気ガスの空燃比がフィードバック制御され、
かつ、上記下流側空燃比センサのセンサ出力値に基づいて、上記触媒の劣化診断が行われる、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。