JP6110270B2 - 内燃機関の異常診断装置 - Google Patents
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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及び図8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周期的に交互に切り替えるアクティブ空燃比制御が行われる。なお、以下の説明では、アクティブ空燃比制御の実行により、目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから、リッチ空燃比に切り替え、再度リーン空燃比に切り替えるまでを1周期とする。或いは、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから、リーン空燃比に切り替え、再度リッチ空燃比に切り替えるまでを1周期としてもよい。すなわち、1周期は、目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間を意味する。
ところで、上述したように、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比は、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて目標空燃比になるようにフィードバック制御されている。ところが、上流側空燃比センサ40の出力空燃比は、実際の空燃比に対してずれが生じる場合がある。例えば、上流側空燃比センサ40として上述したような構成の限界電流式空燃比センサを用いている場合、排気ガス中に含まれる水素の比率が増大すると、それに伴って出力空燃比がリッチ側にずれてしまう。このように、上流側空燃比センサ40の出力空燃比にずれが生じると、上述したフィードバック制御を行っても、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの実際の空燃比は目標空燃比からずれたものとなってしまう。
図10は、アクティブ空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
次に、図12を参照して、本発明の第二実施形態の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の構成等は、基本的に第一実施形態の異常診断装置と同様である。しかしながら、第一実施形態の異常診断装置では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に異常が生じていると判定された場合には、上流側排気浄化触媒20の異常診断及びアクティブ空燃比制御が中止されていた。これに対して、第二実施形態の異常診断装置では、このような場合に、上流側空燃比センサ40の出力空燃比又は目標空燃比が補正される。
AFT=AFTbase(1+sfbg(k)) …(4)
sfbg(k)=sfbg(k−1)+gain・k(k) …(5)
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 (9)
- 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制御する空燃比制御手段とを具備する内燃機関の異常診断装置であって、
前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されて該排気浄化触媒から排出された排気ガスの空燃比を検出することができる下流側空燃比センサと、前記目標空燃比を所定間隔で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に交互に制御するアクティブ空燃比制御を実行する目標空燃比制御手段と、前記アクティブ空燃比制御の実行中における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異常診断手段とを具備し、
前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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にも、理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上にも到達するときには、前記排気浄化触媒に異常が発生していると判定し、
前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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又は前記リーン判定空燃比以上のいずれか一方のみに到達するときには、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定する、内燃機関の異常診断装置。 - 前記異常診断手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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よりもリーンであって前記リーン判定空燃比よりもリッチである範囲内に維持されたときには、前記排気浄化触媒に異常は発生していないと判定する、請求項1に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記異常診断手段は、前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記排気浄化触媒の異常診断を中止する、請求項1又は2に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記目標空燃比制御手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記アクティブ空燃比制御を中止する、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。
- 前記排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されて該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出することができる上流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサの出力空燃比に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素の量を酸素過不足量として算出する酸素過不足量推定手段とを更に具備し、
前記目標空燃比制御手段における前記所定間隔は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比又はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値が予め定められた量になるまでの間隔とされる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の異常診断装置。 - 前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は目標空燃比を補正する空燃比補正手段を更に具備し、該空燃比補正手段は、前記異常診断手段により前記空燃比制御手段に異常が発生していると判定されたときには、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する、請求項5に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記空燃比補正手段は、前記アクティブ空燃比制御により前記目標空燃比を連続してリッチ空燃比及びリーン空燃比とした期間中に、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリーン側に補正し、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のみに到達する場合には、目標空燃比又は前記下流側空燃比センサの出力空燃比をリッチ側に補正する、請求項6に記載の内燃機関の以上診断装置。
- 前記空燃比補正手段は、前記目標空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えてから再びリッチ空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値と、前記目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えてから再びリーン空燃比に切り替えるまで又は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になるまでに前記酸素過不足量推定手段によって積算された積算酸素過不足量の絶対値との差が小さくなるように、前記上流側空燃比センサの出力空燃比又は前記目標空燃比を補正する、請求項6に記載の内燃機関の異常診断装置。
- 前記下流側空燃比センサは限界電流式の空燃比センサである、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。
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