JP5206129B2

JP5206129B2 - 空燃比制御システムの誤制御判定装置及び誤制御判定方法

Info

Publication number: JP5206129B2
Application number: JP2008145470A
Authority: JP
Inventors: 理恵高津戸
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-06-03
Also published as: JP2009293413A

Description

この発明は、空燃比制御システムの誤制御を判定する装置及び方法に関する。

エンジンの排気通路に設けられる排ガス浄化触媒は、空燃比が、理論空燃比を中心としたいわゆるウインドウと呼ばれる狭い領域にあるときに、窒素酸化物(ＮＯｘ)、炭化水素(ＨＣ)、一酸化炭素(ＣＯ)のエミッション成分の浄化性能が最良になる。したがって排ガス空燃比を理論空燃比付近に設定することが重要である。そこで従来から、排気通路に酸素センサを配置し、そのセンサ信号をフィードバックすることで、排ガスの空燃比を理論空燃比付近で上下させている。

ところで排ガス浄化触媒は、劣化状況によって排ガス浄化性能が変わってしまう。そこで排ガス浄化触媒の上流及び下流にそれぞれ酸素センサ(フロント酸素センサ／リア酸素センサ)を設け、両センサに基づいて排ガス浄化触媒の劣化状況を把握し、空燃比制御のシフト補正値を設定するようにしている。

そして特許文献１では、排ガス浄化触媒の劣化状況を正確に把握するために、排気管に孔が開いていて排ガスがリークしたり、触媒下流のリア酸素センサに異常であったりするような状況で無いことを判定するようにしている。
特開平７−１１９４４６号公報

しかし、前述した従来の装置は、排ガス浄化触媒の上流のフロント酸素センサ及び下流のリア酸素センサの挙動を比較することで、排ガスリークや、リア酸素センサの異常を判定するので、そもそもフロント酸素センサに異常があっては、精度のよい判定はできない。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、万一排気浄化触媒の上流側のセンサに異常があっても、排ガスリークや、リア酸素センサの異常を正確に判定できる空燃比制御システムの誤制御判定装置及び誤制御判定方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、排ガスを浄化する触媒(３１)の下流に設けられるリア酸素センサ(３０ｂ)の出力信号に基づいて触媒の劣化状況を推定し、その劣化状況に応じて設定される空燃比制御のシフト補正値を用いて空燃比制御するシステムの誤制御を判定する装置であって、低負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサ(３０ｂ)がリーン空燃比を検出する割合を算出する低負荷リーン側滞在割合算出手段(ステップＳ３２)と、高負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサ(３０ｂ)がリーン空燃比を検出する割合を算出する高負荷リーン側滞在割合算出手段(ステップＳ３３)と、前記低負荷リーン側滞在割合と高負荷リーン側滞在割合との比を算出するリーン側滞在割合比算出手段(ステップＳ３４)と、空燃比制御のシフト補正値を更新する前のリーン側滞在割合比及び更新した後のリーン側滞在割合比に基づいて、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正を判定する排ガスリーク判定手段(ステップＳ７１)とを有することを特徴とする。

本発明によれば、空燃比制御のシフト補正値を更新する前のリーン側滞在割合比及び更新した後のリーン側滞在割合比に基づいて、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正を判定するようにした。仮に排ガスリークがあったときは低負荷運転域(空気量が少ない運転域)のほうが高負荷運転域(空気量が多い運転域)に比べてリーンになりやすい。そこで本発明のように空燃比センサをシフト補正したときの前後での変化を見ることで、万一排気浄化触媒の上流側のセンサに異常があっても、排ガスリークに起因する誤補正を正確に判定できるのである。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明による誤制御判定装置を適用する空燃比制御システムの一例を示す図である。

エンジン１０の吸気通路２０には、上流側から、スロットル弁２１と、燃料噴射弁２２と、が設けられる。エンジン１０の排気通路３０には、排ガス浄化触媒３１が設けられる。排ガス浄化触媒３１の上流側にはフロント空燃比センサ３０ａが設けられる。排ガス浄化触媒３１の下流側にはリア酸素センサ３０ｂが設けられる。

排ガス浄化触媒３１は、エンジンから排出される排ガスのエミッションを浄化する三元触媒である。排ガス浄化触媒３１は、空燃比が、理論空燃比を中心としたいわゆるウインドウと呼ばれる狭い領域にあるときに、窒素酸化物(ＮＯｘ)、炭化水素(ＨＣ)、一酸化炭素(ＣＯ)のエミッション成分の浄化性能が最良になる。したがって排ガス空燃比を理論空燃比付近に設定することが重要である。そこで従来から、排気通路に酸素センサ(又は空燃比センサ)を配置し、そのセンサ信号をフィードバックすることで、排ガスの空燃比を理論空燃比付近で上下させている。また排ガス浄化触媒３１の劣化状況によって排ガス浄化性能が変化してくる。そこでコントローラ５０は、排ガス浄化触媒３１の上流のフロント空燃比センサ３０ａ及び下流側のリア酸素センサ３０ｂの信号に基づいて排ガス浄化触媒３１の劣化状況を把握し、空燃比制御のシフト補正値を設定している。そしてそのシフト補正値を用いて燃料噴射量を設定し、燃料噴射弁２２を制御する。また点火プラグ１１の点火時期を制御する。

排ガス浄化触媒３１の性能は劣化状況(触媒状態)によって変化するので、劣化状況(触媒状態)を把握しておくことが非常に需要である。しかしながら、排気管自体に異常があったり、触媒下流のリア酸素センサに異常があったりしては、正確には制御できず、誤制御してしまうおそれがある。

そこで従来は、上述のように、排ガス浄化触媒の上流のフロント空燃比センサ及び下流のリア酸素センサの挙動を比較することで、排ガスリークや、リア酸素センサの異常を判定していた。しかしながら、このような手法では、そもそもフロント空燃比センサに異常があっては、精度のよい判定はできない。

そこで本件発明者は、仮に排ガスリークがあったときは低負荷運転域(空気量が少ない運転域)のほうが高負荷運転域(空気量が多い運転域)に比べてリーンになりやすいことに着想した。すなわち空燃比センサをシフト補正しても、この割合が変化しない場合に、排ガス漏れ(リーク)を判定するようにしたのである。続いて排ガス漏れが無いときには、リア酸素センサの出力値に基づいてリア酸素センサの異常の有無を判定するようにしたのである。このようにすることで、誤補正を防止でき、かつ排ガス漏れや、リア酸素センサの異常を精度よく検出できるのである。

以下では、このような発明者の技術思想を実現する具体的な発明について説明する。

図２は、本発明による空燃比制御システムの誤制御判定装置の制御ロジックのメインフローチャートである。

コントローラはエンジン運転中に以下の処理を微少時間(たとえば１０ミリ秒)ごとに繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラは、シフト補正値を更新した後の誤補正判定タイミングであるか否かを判定する。具体的には、シフト補正値を更新してからの経過時間や走行距離、走行履歴などに基づいて判定すればよい。判定タイミングになるまではステップＳ２へ処理を移行し、判定タイミングになったらステップＳ７へ処理を移行する。

ステップＳ２においてコントローラは、定常運転中であるか否かを判定する。定常運転中であればステップＳ３へ処理を移行し、定常運転中でなければ一旦処理を抜ける。

ステップＳ３においてコントローラは、リーン側滞在割合比Ｒｌを算出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ４においてコントローラは、リア酸素センサの出力レンジを算出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ５においてコントローラは、シフト補正値を更新するタイミングであるか否かを判定する。シフト補正値を更新するタイミングになるまでは一旦処理を抜け、更新タイミングになったらステップＳ６へ処理を移行する。

ステップＳ６においてコントローラは、リーン側滞在割合比Ｒｌ及びリア酸素センサの出力レンジをメモリにストアし、リーン側滞在割合比Ｒｌ及びリア酸素センサを演算したレジスタをクリアし、シフト補正値を更新する。

ステップＳ７においてコントローラは、誤補正を判定する。具体的な内容は後述する。

図３は、リーン側滞在割合比算出ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ３１においてコントローラは、アイドル運転中であるか否かを判定する。アイドル運転中であればステップＳ３２に処理を移行し、そうでなければステップＳ３３へ処理を移行する。

ステップＳ３２においてコントローラは、アイドル運転リーン側滞在割合Ｒａを算出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ３３においてコントローラは、オフアイドル運転リーン側滞在割合Ｒｏを算出する。具体的な内容は後述する。

ステップＳ３４においてコントローラは、リーン側滞在割合比Ｒｌを算出する。具体的には、次式(１)に基づいて算出する。

図４はリーン側滞在割合を算出するルーチンを示すフローチャートであり、図４(Ａ)はアイドル運転時のリーン側滞在割合算出ルーチンを示し、図４(Ｂ)はオフアイドル運転時のリーン側滞在割合算出ルーチンを示す。

ステップＳ３２１においてコントローラは、アイドル運転タイマＴａをインクリメントする。

ステップＳ３２２においてコントローラは、空燃比がリーン側であるか否かを判定する。リーン側であればステップＳ３２３へ処理を移行し、そうでなければステップＳ３２４へ処理を移行する。

ステップＳ３２３においてコントローラは、アイドル運転リーン側滞在タイマＴａｌをインクリメントする。

ステップＳ３２４においてコントローラは、アイドル運転リーン側滞在割合Ｒａを算出する。具体的には、次式(２)に基づいて算出する。

オフアイドルの場合も同様であり、オフアイドル運転タイマＴｏをインクリメントし(ステップＳ３３１)、空燃比がリーン側であるか否かを判定し(ステップＳ３３２)、オフアイドル運転リーン側滞在タイマＴｏｌをインクリメントし(ステップＳ３３３)、オフアイドル運転リーン側滞在割合Ｒｏを次式(３)に基づいて算出する(ステップＳ３３４)。

図５は、リア酸素センサ出力レンジ算出ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ４１においてコントローラは、リア酸素センサの出力を読み込む。

ステップＳ４２においてコントローラは、読み込んだ出力値がレジスタに一時保管している最大値Ｓmaxを上回るか否かを判定する。上回るときはステップＳ４３に処理を移行し、そうでなければステップＳ４４に処理を移行する。

ステップＳ４３においてコントローラは、レジスタに一時保管している最大値Ｓmaxを、読み込んだ出力値で更新する。

ステップＳ４４においてコントローラは、読み込んだ出力値がレジスタに一時保管している最小値Ｓminを上回るか否かを判定する。下回るときはステップＳ４５に処理を移行し、そうでなければステップＳ４６に処理を移行する。

ステップＳ４５においてコントローラは、レジスタに一時保管している最小値Ｓminを、読み込んだ出力値で更新する。

ステップＳ４６においてコントローラは、レジスタに一時保管している最大値Ｓmax及び最小値Ｓminに基づいて、リア酸素センサの出力レンジＳrangeを算出する。具体的には、次式(４)に基づいて算出する。

図６は、誤補正判定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ７１においてコントローラは、リーン側滞在割合比の今回値Ｒｌと前回値Ｒｌｚとの差の絶対値が基準値ＲＶ１よりも小さいか否かを判定する。すなわち次式(５)が成立するか否かを判定する。小さければステップＳ７２へ処理を移行し、そうでなければステップＳ７３へ処理を移行する。

ステップＳ７２においてコントローラは、排ガスのリークを判定する。

ステップＳ７３においてコントローラは、リア酸素センサの出力レンジの今回値Ｓrangeと前回値Ｓrangeｚとの差の絶対値が基準値ＲＶ２よりも小さいか否かを判定する。すなわち次式(６)が成立するか否かを判定する。小さければステップＳ７４へ処理を移行し、そうでなければ一旦処理を抜ける。

ステップＳ７４においてコントローラは、リア酸素センサの異常を判定する。

続いてコントローラの動作について説明する。なおフローチャートとの対応が分かりやすくなるように、フローチャートのステップ番号をＳ付けで記載する。

シフト補正値の更新タイミングになるまでは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５と処理が繰り返され、リーン側滞在割合比Ｒｌ及びリア酸素センサの出力レンジＳrangeが算出される。

そしてシフト補正値の更新タイミングになったらステップＳ５→Ｓ６へ処理が流れ、リーン側滞在割合比Ｒｌ及びリア酸素センサの出力レンジＳrangeがメモリにストアされ、シフト補正値が更新される。

次サイクル以降では、誤補正判定タイミングでなるまでは、再びステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５と処理が繰り返され、リーン側滞在割合比Ｒｌ及びリア酸素センサの出力レンジＳrangeが算出される。

そして誤補正判定タイミングになったらステップＳ１→Ｓ７へ処理が流れ、誤補正が判定される。具体的には、リーン側滞在割合比の今回値Ｒｌと前回値Ｒｌｚとの差の絶対値が基準値ＲＶ１よりも小さければ(ステップＳ７１)、排ガスリークに起因する誤補正が判定される(ステップＳ７２)。またリア酸素センサの出力レンジの今回値Ｓrangeと前回値Ｓrangeｚとの差の絶対値が基準値ＲＶ２よりも小さければ(ステップＳ７３)、リア酸素センサの異常に起因する誤補正が判定される(ステップＳ７４)。

このように誤補正を判定したときは、シフト補正値を元に戻す。またＭＩＬ(Malfunction Indicator Lamp)を点灯してもよい。

以上説明したように、本件発明者は、仮に排ガスリークがあったときは低負荷運転域(空気量が少ない運転域)のほうが高負荷運転域(空気量が多い運転域)に比べてリーンになりやすいことに着目した。すなわち空燃比センサをシフト補正しても、この割合が変化しない場合には、排ガス漏れを判定するようにしたのである。続いて排ガス漏れが無くても、リア酸素センサの出力値レンジが変化しない場合には、リア酸素センサの異常を判定するようにしたのである。このようにすることで、誤補正を防止でき、かつ排ガス漏れや、リア酸素センサの異常を精度よく検出できるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上述のステップＳ３１では、アイドル運転中であるか否かを判定しているが、このアイドル運転というのは低負荷運転域の代表的な運転状態を示したに過ぎない。上述のように本発明のポイントは、仮に排ガスリークがあったときは低負荷運転域(空気量が少ない運転域)のほうが高負荷運転域(空気量が多い運転域)に比べてリーンになりやすい点にあるので、アイドル運転でなくても低負荷運転域(空気量が少ない運転域)であればよい。

本発明による誤制御判定装置を適用する空燃比制御システムの一例を示す図である。本発明による空燃比制御システムの誤制御判定装置の制御ロジックのメインフローチャートである。リーン側滞在割合比算出ルーチンを示すフローチャートである。リーン側滞在割合を算出するルーチンを示すフローチャートである。リア酸素センサ出力レンジ算出ルーチンを示すフローチャートである。誤補正判定ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０エンジン
２０吸気通路
２１スロットル弁
２２燃料噴射弁
３０排気通路
３１排ガス浄化触媒
３０ａフロント空燃比センサ
３０ｂリア酸素センサ
５０コントローラ
ステップＳ３２低負荷リーン側滞在割合算出手段／低負荷リーン側滞在割合算出工程
ステップＳ３３高負荷リーン側滞在割合算出手段／高負荷リーン側滞在割合算出工程
ステップＳ３４リーン側滞在割合比算出手段／リーン側滞在割合比算出工程
ステップＳ７１排ガスリーク判定手段／排ガスリーク判定工程

Claims

排ガスを浄化する触媒の下流に設けられるリア酸素センサの出力信号に基づいて触媒の劣化状況を推定し、その劣化状況に応じて設定される空燃比制御のシフト補正値を用いて空燃比制御するシステムの誤制御を判定する装置であって、
低負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサがリーン空燃比を検出する割合を算出する低負荷リーン側滞在割合算出手段と、
高負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサがリーン空燃比を検出する割合を算出する高負荷リーン側滞在割合算出手段と、
前記低負荷リーン側滞在割合と高負荷リーン側滞在割合との比を算出するリーン側滞在割合比算出手段と、
空燃比制御のシフト補正値を更新する前のリーン側滞在割合比及び更新した後のリーン側滞在割合比に基づいて、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正を判定する排ガスリーク判定手段と、
を有することを特徴とする空燃比制御システムの誤制御判定装置。
前記排ガスリーク判定手段は、空燃比制御のシフト補正値を更新した後のリーン側滞在割合比の、更新する前のリーン側滞在割合比に対する変化量が基準値よりも小さいときに、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正を判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御システムの誤制御判定装置。
定常運転中の前記リア酸素センサの出力レンジを算出する出力レンジ算出手段と、
空燃比制御のシフト補正値を更新する前の出力レンジ及び更新した後の出力レンジに基づいて、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正が無くてもリア酸素センサの異常に起因する空燃比制御システムの誤補正を判定するセンサ異常判定手段と、
を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の空燃比制御システムの誤制御判定装置。
前記センサ異常判定手段は、空燃比制御のシフト補正値を更新した後の出力レンジの、更新する前の出力レンジに対する変化量が基準値よりも小さいときに、リア酸素センサの異常に起因する空燃比制御システムの誤補正を判定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御システムの誤制御判定装置。
空燃比制御システムの誤補正を判定したときに、空燃比制御のシフト補正値を元に戻すシフト補正取消手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の空燃比制御システムの誤制御判定装置。
排ガスを浄化する触媒の下流に設けられるリア酸素センサの出力信号に基づいて触媒の劣化状況を推定し、その劣化状況に応じて設定される空燃比制御のシフト補正値を用いて空燃比を制御する空燃比制御システムの誤制御を判定する方法であって、
低負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサがリーン空燃比を検出する割合を算出する低負荷リーン側滞在割合算出工程と、
高負荷の定常運転中に空燃比フィードバック制御したときに、前記リア酸素センサがリーン空燃比を検出する割合を算出する高負荷リーン側滞在割合算出工程と、
前記低負荷リーン側滞在割合と高負荷リーン側滞在割合との比を算出するリーン側滞在割合比算出工程と、
空燃比制御のシフト補正値を更新する前のリーン側滞在割合比及び更新した後のリーン側滞在割合比に基づいて、排ガスリークに起因する空燃比制御システムの誤補正を判定する排ガスリーク判定工程と、
を有することを特徴とする空燃比制御システムの誤制御判定方法。