JP6502746B2 - Oxygen sensor fault diagnosis device - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比を検出する酸素センサの故障診断装置に関し、特に、出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置に関する。 The present invention relates to an oxygen sensor failure diagnosis device that detects an air-fuel ratio of air-fuel mixture from oxygen concentration in exhaust gas of an engine, and in particular, a failure diagnosis that diagnoses a failure of the characteristic changing function of an oxygen sensor whose output characteristics can be changed It relates to the device.
従来から、エンジンの排気ガス中に含まれるHC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)などの有害成分を低減するために、排気浄化触媒(以下、単に「触媒」ともいう)を用いた排気ガスの後処理が行われている。このような触媒として、COとHCの酸化反応とNOxの還元反応とを同時に行い、無害なCO2(二酸化炭素)、H2O(水)、N2(窒素)に転換する機能を持つ三元触媒が一般的に使用されている。 Conventionally, an exhaust gas purification catalyst (hereinafter simply referred to as "catalyst") in order to reduce harmful components such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide) and NOx (nitrogen oxide) contained in engine exhaust gas Post-treatment of exhaust gas using the As such a catalyst, it has an oxidation reaction of CO and HC and a reduction reaction of NOx at the same time, and has the function of converting it into harmless CO 2 (carbon dioxide), H 2 O (water), N 2 (nitrogen) Former catalysts are generally used.
三元触媒では、高い浄化率を得ようとした場合に、混合気の空燃比を理論空燃比(λ=1)近傍の狭い範囲に制御(空燃比フィードバック制御)する必要がある。そのため、このような三元触媒を用いた排気ガス浄化システムでは、触媒の上流側にリニア空燃比センサ(LAFセンサ)を配置するとともに、触媒の下流側に酸素センサ(O2センサ)を設置し、LAFセンサの出力に基づいて燃料噴射量を補正(フィードバック制御)する「メインフィードバック制御」を行うと共に、下流側の酸素センサの出力に基づいて、メインフィードバック制御の目標空燃比を補正したり、又はメインフィードバック制御のフィードバック補正量或いは燃料噴射量を修正する「サブフィードバック制御」を行うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In the three-way catalyst, in order to obtain a high purification rate, it is necessary to control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in a narrow range near the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1) (air-fuel ratio feedback control). Therefore, in an exhaust gas purification system using such a three-way catalyst, a linear air-fuel ratio sensor (LAF sensor) is disposed upstream of the catalyst, and an oxygen sensor (O 2 sensor) is disposed downstream of the catalyst. While performing “main feedback control” that corrects the fuel injection amount (feedback control) based on the output of the LAF sensor, the target air-fuel ratio of the main feedback control is corrected based on the output of the downstream oxygen sensor, Or what performs "sub feedback control" which corrects the amount of feedback corrections or fuel injection quantity of main feedback control is known (for example, refer to patent documents 1).
ここで、特許文献1には、酸素センサ(O2センサ)の出力特性を変更可能とすることにより、触媒の浄化性能を高い状態に維持して排気エミッションを低減できるようにする技術(排気ガス浄化装置)が開示されている。この技術では、触媒の下流側の酸素センサの出力に基づいてサブF/B(フィードバック)制御を行うシステムにおいて、酸素センサの外部に設けた定電流回路でセンサ電極間に定電流を流すことで酸素センサの出力特性を変更できるようにしている。 Here, Patent Document 1 discloses a technology (exhaust gas that can reduce exhaust emissions by maintaining the purification performance of the catalyst in a high state by making it possible to change the output characteristics of the oxygen sensor (O 2 sensor) Purifiers) are disclosed. In this technology, in a system that performs sub-F / B (feedback) control based on the output of the oxygen sensor on the downstream side of the catalyst, a constant current circuit is provided outside the oxygen sensor to flow a constant current between the sensor electrodes. The output characteristics of the oxygen sensor can be changed.
より具体的には、この技術では、リッチからリーンへの変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように定電流Ics(負の定電流Ics)が流される。この場合、大気側から排気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層の周囲に存在(残留)しているリッチ成分(HC)について酸化反応が促進され、それに伴いリッチ成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層においてリーン成分(NOx)が反応しやすくなり、結果として酸素センサのリーン出力の応答性が向上する。 More specifically, in this technology, in order to enhance the detection response (lean sensitivity) at the time of change from rich to lean, oxygen is supplied from the atmosphere-side electrode layer to the exhaust-side electrode layer through the solid electrolyte layer. Constant current Ics (negative constant current Ics). In this case, by supplying oxygen from the atmosphere side to the exhaust side, the oxidation reaction is promoted with respect to the rich component (HC) present (remaining) around the exhaust side electrode layer, along with which the rich component is removed quickly it can. As a result, the lean component (NOx) easily reacts in the exhaust side electrode layer, and as a result, the responsiveness of the lean output of the oxygen sensor is improved.
一方、リーンからリッチへの変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように定電流Ics(正の定電流Ics)が流される。この場合、排気側から大気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層の周囲に存在(残留)しているリーン成分(NOx)について還元反応が促進され、それに伴いリーン成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層においてリッチ成分(HC)が反応しやすくなり、結果として酸素センサのリッチ出力の応答性が向上する。 On the other hand, in order to enhance the detection response (rich sensitivity) at the time of change from lean to rich, a constant current Ics (positive value is supplied so that oxygen is supplied from the exhaust side electrode layer to the atmosphere side electrode layer through the solid electrolyte layer. Constant current Ics) flows. In this case, oxygen is supplied from the exhaust side to the air side, thereby promoting the reduction reaction of the lean component (NOx) present (residual) around the exhaust side electrode layer, along with which the lean component is removed quickly it can. As a result, the rich component (HC) easily reacts in the exhaust side electrode layer, and as a result, the responsiveness of the rich output of the oxygen sensor is improved.
ところで、上述したように、酸素センサに電流を印加して出力特性を変更することができる酸素センサにおいて、特性変更機能の故障を診断しようとした場合、すなわち、特性変更機能の故障を診断する方法として、例えば、酸素センサに印加する電流の目標電流値(指示値)と実電流値(実際に流れている電流の値)とが乖離した場合に異常であると判断(診断)することが考えられる。 By the way, as described above, in the oxygen sensor capable of changing the output characteristics by applying a current to the oxygen sensor, when attempting to diagnose a failure of the characteristic changing function, that is, a method of diagnosing a failure of the characteristic changing function As, for example, it is considered that it is judged (diagnosed) as abnormal when the target current value (instruction value) of the current applied to the oxygen sensor and the actual current value (value of the current actually flowing) deviate. Be
しかしながら、このような故障診断方法を採用した場合には、異常と判定された後、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても(すなわち、異常なままであるにもかかわらず)、正常と誤判定してしまうことがあり得る。 However, when such a failure diagnosis method is adopted, for example, if the target current value becomes zero and there is no discrepancy between the target current value and the actual current value after being determined as an abnormality, an abnormality occurs. Even if it is not resolved (that is, although it remains abnormal), it may be misjudged as normal.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力特性を変更可能な酸素センサ(O2センサ)の特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、故障時(異常時)に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能な酸素センサの故障診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a failure diagnosis apparatus for diagnosing a failure in the characteristic changing function of an oxygen sensor (O 2 sensor) whose output characteristic can be changed It is an object of the present invention to provide an oxygen sensor failure diagnosis apparatus capable of preventing erroneous determination as being normal.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置は、印加する電流値に応じて出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、酸素センサの出力特性の目標変更量に応じて、酸素センサに印加する目標電流値を設定する目標電流設定手段と、目標電流設定手段により設定された目標電流値が変化しているか否かを検出する目標電流変化検出手段と、目標電流値に基づいて酸素センサに電流を印加し、酸素センサの出力特性を変更する特性可変手段と、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変手段が正常か否かを判定する故障診断手段と、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断手段による診断結果を無効とする診断結果マスク手段とを備えることを特徴とする。 The fault diagnostic device for oxygen sensor according to the present invention is a fault diagnostic device that diagnoses a fault in a characteristic change function of an oxygen sensor whose output characteristic can be changed according to a current value to be applied. Target current setting means for setting a target current value to be applied to the oxygen sensor according to the target current change detection means for detecting whether or not the target current value set by the target current setting means is changing; Based on the current value, a current is applied to the oxygen sensor, and it is determined whether the characteristic changing means is normal or not based on the characteristic changing means that changes the output characteristic of the oxygen sensor And a diagnostic result mask means for invalidating the diagnosis result by the fault diagnosis means while the target current value is not changed after the characteristic change means is determined to be abnormal. To.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置によれば、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変手段が正常か否かが診断される。ただし、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断手段による診断結果が無効とされる(マスクされる)。よって、例えば、異常と判定された後に目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、正常と誤判定してしまうことを防止することができる。その結果、故障時(異常時)に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。 According to the failure diagnosis apparatus for an oxygen sensor according to the present invention, whether or not the characteristic changing means is normal is diagnosed based on the deviation between the target current value and the actual current value. However, after the characteristic changing means is determined to be abnormal, the diagnosis result by the failure diagnosing means is invalidated (masked) while the target current value is not changing. Therefore, for example, even if the target current value becomes zero after being determined to be abnormal and there is no divergence between the target current value and the actual current value, it is possible to prevent an erroneous determination as normal. As a result, it is possible to prevent erroneous determination as normal at the time of failure (at the time of abnormality).
本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には、診断結果マスク手段が、故障診断手段による診断結果を有効とすることが好ましい。 In the failure diagnosis apparatus for an oxygen sensor according to the present invention, when the target current value starts to move after the characteristic changing unit is determined to be abnormal, the diagnosis result mask unit validates the diagnosis result by the failure diagnosis unit. Is preferred.
この場合、特性可変手段が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には診断結果が有効とされる。そのため、再び目標電流値が動きだし、実電流値が目標電流値に追従して動き始めた場合には(すなわち、異常が解消された場合には)、正常判定に戻すことが可能となる。 In this case, when the target current value starts moving after the characteristic changing means is determined to be abnormal, the diagnosis result is made effective. Therefore, when the target current value starts moving again and the actual current value starts moving following the target current value (that is, when the abnormality is eliminated), it is possible to return to the normal determination.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、目標電流変化検出手段が、目標電流値の最小値と最大値とを保持するとともに、保持している最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かを検出することが好ましい。 In the failure diagnosis apparatus for an oxygen sensor according to the present invention, the target current change detection means holds the minimum value and the maximum value of the target current value, and based on the deviation between the held minimum value and the maximum value, It is preferable to detect whether or not the target current value is changing.
この場合、目標電流値の最小値と最大値とが保持されるとともに、保持されている最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かが検出される。そのため、目標電流値が変化しているか否かを簡便かつ的確に検出することが可能となる。 In this case, while the minimum value and the maximum value of the target current value are held, whether or not the target current value is changed is detected based on the deviation between the held minimum value and the maximum value. Therefore, it is possible to detect whether or not the target current value is changing easily and accurately.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、故障診断手段により特性可変手段が異常であると診断された場合に、目標電流変化検出手段が、保持している目標電流値の最小値及び最大値それぞれをクリアすることが好ましい。 In the failure diagnosis apparatus for an oxygen sensor according to the present invention, the minimum value and the maximum value of the target current value held by the target current change detection unit when the characteristic diagnosis unit is judged to be abnormal by the failure diagnosis unit. It is preferable to clear each.
この場合、特性可変手段が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされる(すなわち、ピークホールド値がリセットされる)。ここで、異常であると診断された後も目標電流値の最小値と最大値が保持されたままだと、目標電流値が変化していると判定され、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても(すなわち、異常なままであるにもかかわらず)正常と誤判定してしまう。しかしながら、目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされ、目標電流値が変化していないと判断されることにより、故障診断手段による診断結果が無効とされるため、特性可変手段の誤正常判定を防止することが可能となる。 In this case, when it is determined that the characteristic changing means is abnormal, each of the minimum and maximum values of the target current value held is cleared (that is, the peak hold value is reset). Here, if the minimum value and the maximum value of the target current value are maintained even after being diagnosed as abnormal, it is determined that the target current value is changing, for example, the target current value becomes zero, and the target If the difference between the current value and the actual current value disappears, it is misjudged as normal even if the abnormality is not eliminated (that is, although it remains abnormal). However, since each of the minimum value and the maximum value of the target current value is cleared and it is determined that the target current value is not changed, the diagnosis result by the failure diagnosis means is invalidated, so that the characteristic change means is erroneously normal. It is possible to prevent the determination.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、故障診断手段により特性可変手段が異常であると判定された場合、及び、故障診断手段により特性可変手段が正常であると判定されたが、診断結果マスク手段により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流設定手段が、目標電流値をゼロとすることが好ましい。 In the failure diagnosis apparatus for an oxygen sensor according to the present invention, when the failure diagnosis unit determines that the characteristic changing unit is abnormal, and the failure diagnosis unit determines that the characteristic changing unit is normal, the diagnosis result It is preferable that the target current setting unit sets the target current value to zero when the determination result is invalidated by the mask unit.
この場合、特性可変手段が異常であると判定された場合、及び、故障診断手段により特性可変手段が正常であると判定されたが、診断結果マスク手段により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流値をゼロとされ、酸素センサに対する電流の印加が停止される。そのため、誤って正常判定されている状態で、出力特性が変更されることを防止することが可能となる。 In this case, when it is determined that the characteristic changing unit is abnormal, and when the failure diagnosis unit determines that the characteristic changing unit is normal, but the diagnosis result is invalidated by the diagnosis result mask unit. The target current value is made zero, and the application of the current to the oxygen sensor is stopped. Therefore, it is possible to prevent the output characteristic from being changed in a state where the normal determination is made erroneously.
本発明に係る酸素センサの故障診断装置では、酸素センサが、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒の下流に配置されていることが好ましい。 In the failure diagnosis device for an oxygen sensor according to the present invention, it is preferable that the oxygen sensor be disposed downstream of the exhaust gas purification catalyst that purifies the exhaust gas of the engine.
この場合、酸素センサが、エンジンの排気ガスを浄化する排気浄化触媒の下流(触媒後)に配置されるため、サブフィードバック制御を高精度に実行することができる。そのため、例えば、酸素センサ出力のλ点(変曲点)を触媒ウィンドウ内にリッチシフトさせ、酸素センサ出力感度が低い領域(リッチ出力側)でも、サブF/B制御を実施させる事ができ、エミッション(特にNOx)の低減を図ることが可能となる。 In this case, since the oxygen sensor is disposed downstream (after the catalyst) of the exhaust purification catalyst that purifies the exhaust gas of the engine, sub feedback control can be performed with high accuracy. Therefore, for example, the λ point (inflection point) of the oxygen sensor output can be rich shifted into the catalyst window, and sub F / B control can be performed even in a region where the oxygen sensor output sensitivity is low (rich output side), It is possible to reduce emissions (especially NOx).
本発明によれば、出力特性を変更可能な酸素センサの特性変更機能の故障を診断する故障診断装置において、故障時に誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。 According to the present invention, in a failure diagnosis apparatus that diagnoses a failure in the characteristic changing function of an oxygen sensor whose output characteristics can be changed, it is possible to prevent erroneous determination as normal at the time of failure.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same or corresponding parts. Further, in the respective drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
まず、図1を用いて、実施形態に係る酸素センサの故障診断装置1の構成について説明する。図1は、酸素センサの故障診断装置1、及び該酸素センサの故障診断装置1が適用されたエンジン10の構成を示す図である。
First, the configuration of the oxygen sensor failure diagnosis device 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a view showing the configuration of an oxygen sensor failure diagnosis device 1 and an
エンジン10は、例えば水平対向型の4気筒ガソリンエンジンである。また、エンジン10は、シリンダ内(筒内)に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。エンジン10では、エアクリーナ16から吸入された空気が、吸気管15に設けられた電子制御式スロットルバルブ(以下、単に「スロットルバルブ」ともいう)13により絞られ、インテークマニホールド11を通り、エンジン10に形成された各気筒に吸入される。ここで、エアクリーナ16から吸入された空気の量は、エアクリーナ16とスロットルバルブ13との間に配置されたエアフローメータ14により検出される。また、インテークマニホールド11を構成するコレクター部(サージタンク)の内部には、インテークマニホールド11内の圧力(吸気マニホールド圧力)を検出するバキュームセンサ30が配設されている。さらに、スロットルバルブ13には、該スロットルバルブ13の開度を検出するスロットル開度センサ31が配設されている。
The
シリンダヘッドには、気筒毎に吸気ポート22と排気ポート23とが形成されている(図1では片バンクのみ示した)。各吸気ポート22、排気ポート23それぞれには、該吸気ポート22、排気ポート23を開閉する吸気バルブ24、排気バルブ25が設けられている。吸気バルブ24を駆動する吸気カム軸と吸気カムプーリとの間には、吸気カムプーリと吸気カム軸とを相対回動してクランク軸10aに対する吸気カム軸の回転位相(変位角)を連続的に変更して、吸気バルブ24のバルブタイミング(開閉タイミング)を進遅角する可変バルブタイミング機構26が配設されている。この可変バルブタイミング機構26により吸気バルブ24の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
In the cylinder head, an
同様に、排気カム軸と排気カムプーリとの間には、排気カムプーリと排気カム軸とを相対回動してクランク軸10aに対する排気カム軸の回転位相(変位角)を連続的に変更して、排気バルブ25のバルブタイミング(開閉タイミング)を進遅角する可変バルブタイミング機構27が配設されている。この可変バルブタイミング機構27により排気バルブ25の開閉タイミングがエンジン運転状態に応じて可変設定される。
Similarly, between the exhaust camshaft and the exhaust cam pulley, the exhaust cam pulley and the exhaust camshaft are relatively rotated to continuously change the rotational phase (displacement angle) of the exhaust camshaft relative to the
エンジン10の各気筒には、シリンダ内に燃料を噴射するインジェクタ12が取り付けられている。インジェクタ12は、高圧燃料ポンプ(図示省略)により加圧された燃料を各気筒の燃焼室内へ直接噴射する。
Each cylinder of the
また、各気筒のシリンダヘッドには、混合気に点火する点火プラグ17、及び該点火プラグ17に高電圧を印加するイグナイタ内蔵型コイル21が取り付けられている。エンジン10の各気筒では、吸入された空気とインジェクタ12によって噴射された燃料との混合気が点火プラグ17により点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気管18を通して排出される。
Further, an
排気管18の集合部の下流かつ後述する排気浄化触媒20の上流には、空燃比センサ19Fが取り付けられている。空燃比センサ19Fとしては、排気ガス中の酸素濃度、未燃ガス濃度に応じた信号(すなわち混合気の空燃比に応じた信号)を出力でき、空燃比をリニアに検出することができるリニア空燃比センサ(LAFセンサ)が用いられる。空燃比センサ(以下「LAFセンサ」ともいう)19Fは、特許請求の範囲に記載の空燃比検出手段として機能する。
An air-
より詳細には、LAFセンサ19Fは、例えばZrO2などの酸素イオン伝導体の一方の面に大気側電極が設けられるとともに、他方の面に拡散抵抗層および排気側電極が設けられた構造をしており、両電極の間に電圧が印加されると、リッチ領域においては、内部の大気からO2が運ばれる(ポンピング)。一方、リーン領域においては、排ガス側から拡散抵抗層を通過してO2が運ばれる。これらのO2の移動に伴って流れるポンプ電流Ipは、リッチ領域では未燃ガス濃度に比例し、リーン領域では排気ガス中のO2濃度に比例した値となる。そのため、LAFセンサ19Fは、リーン領域からリッチ領域まで、空燃比をリニアに検出することができる。
More specifically, the
LAFセンサ19Fの下流には排気浄化触媒20が配設されている。排気浄化触媒20は三元触媒であり、排気ガス中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元を同時に行い、排気ガス中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)及び窒素(N2)に清浄化するものである。
An
排気浄化触媒20の下流には、エンジン10の排気ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比をオン−オフ的に検出する酸素センサ(リヤO2センサ)19Rが設けられている。酸素センサ19Rは、例えば、二酸化ジルコニウム製の袋状筒(固体電解質層)の内外面に白金をコーティングし、排気と接する外側と、大気に接する内側との酸素濃度差で起電力を発生させる。また、本実施形態の酸素センサ19Rは、酸素センサ19Rの外部に設けた定電流回路でセンサ電極間に定電流を流すことにより、酸素センサ19Rの出力特性を変更できるように構成されている。
Downstream of the
より具体的には、リッチからリーンへの変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように定電流(負の定電流)が流される。これにより、出力特性線がリッチ側にシフトする(より詳細には、リッチ側かつ起電力減少側にシフトする)。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリッチ域にあってもセンサ出力がリーン出力となる。すなわち、酸素センサ19Rの出力特性として、リーン変化時の検出応答性(リーン感度)が高められる。
More specifically, in order to enhance the detection response (lean sensitivity) at the time of change from rich to lean, it is determined that oxygen is supplied from the atmosphere-side electrode layer to the exhaust-side electrode layer through the solid electrolyte layer. A current (negative constant current) flows. As a result, the output characteristic line shifts to the rich side (more specifically, shifts to the rich side and the electromotive force decreasing side). In this case, the sensor output becomes lean even if the actual air-fuel ratio is in the rich region near the stoichiometry. That is, as the output characteristic of the
一方、リーンからリッチへの変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように定電流(正の定電流)が流される。これにより、出力特性線がリーン側にシフトする(より詳細には、リーン側かつ起電力増加側にシフトする)。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリーン域にあってもセンサ出力がリッチ出力となる。すなわち、酸素センサ19Rの出力特性として、リッチ変化時の検出応答性(リッチ感度)が高められる。
On the other hand, in order to enhance the detection response (rich sensitivity) at the time of change from lean to rich, a constant current (positive current) is supplied so that oxygen is supplied from the exhaust side electrode layer to the atmosphere side electrode layer through the solid electrolyte layer. Constant current). Thereby, the output characteristic line shifts to the lean side (more specifically, shifts to the lean side and the electromotive force increase side). In this case, the sensor output is rich even if the actual air-fuel ratio is in the lean region near the stoichiometric. That is, as the output characteristic of the
上述したエアフローメータ14、LAFセンサ19F、酸素センサ19R、バキュームセンサ30、スロットル開度センサ31に加え、エンジン10のカムシャフト近傍には、エンジン10の気筒判別を行うためのカム角センサ32が取り付けられている。また、エンジン10のクランクシャフト10a近傍には、クランクシャフト10aの回転位置を検出するクランク角センサ33が取り付けられている。ここで、クランクシャフト10aの端部には、例えば、2歯欠歯した34歯の突起が10°間隔で形成されたタイミングロータ33aが取り付けられており、クランク角センサ33は、タイミングロータ33aの突起の有無を検出することにより、クランクシャフト10aの回転位置を検出する。カム角センサ32及びクランク角センサ33としては、例えば電磁ピックアップ式のものなどが用いられる。
In addition to the
これらのセンサは、電子制御装置(以下「ECU」という)50に接続されている。さらに、ECU50には、エンジン10の冷却水の温度を検出する水温センサ34、潤滑油の温度を検出する油温センサ35、アクセルペダルの踏み込み量すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度センサ36、及び、車両の速度を検出する車速センサ37等の各種センサも接続されている。
These sensors are connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as "ECU") 50. Further, the
ECU50は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するROM、演算結果などの各種データを記憶するRAM、12Vバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップRAM、及び入出力I/F等を有して構成されている。また、ECU50は、インジェクタ12を駆動するインジェクタドライバ、点火信号を出力する出力回路、及び、電子制御式スロットルバルブ13を開閉する電動モータ13aを駆動するモータドライバ等を備えている。
The
ECU50では、カム角センサ32の出力から気筒が判別され、クランク角センサ33の出力から回転角速度およびエンジン回転数が求められる。また、ECU50では、上述した各種センサから入力される検出信号に基づいて、吸入空気量、吸気管負圧、アクセルペダル開度、混合気の空燃比、及びエンジン10の水温や油温等の各種情報が取得される。そして、ECU50は、取得したこれらの各種情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、及び、スロットルバルブ13等の各種デバイスを制御することによりエンジン10を総合的に制御する。
In the
特に、ECU50は、出力特性を変更可能な酸素センサ(O2センサ)19Rの特性変更機能の故障時(異常時)に誤って正常と判定してしまうことを防止する機能(誤正常判定防止機能)を有している。そのため、ECU50は、λ可変回路51を備えるとともに、目標電流設定部52、目標電流変化検出部53、及び診断結果マスク部54を機能的に備えている。また、λ可変回路51は、特性可変部511、及び故障診断部512を機能的に有している。ECU50では、ROMに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、目標電流設定部52、目標電流変化検出部53、及び診断結果マスク部54の各機能が実現される。
In particular, the
λ可変回路51は、例えば、ICなどからなり、上述したように、特性可変部511、及び故障診断部512を機能的に有している。特性可変部511は、電流印加回路を含み、目標電流値(詳細は後述する)に基づいて酸素センサ19Rに電流を印加することにより、酸素センサ19Rの出力特性を変更する。すなわち、酸素センサ19Rのλ(空気過剰率)の変曲点(λ点)をシフト(特に、NOx感度を上げるようにシフト)する。特性可変部511は、特許請求の範囲に記載の特性可変手段として機能する。
The
故障診断部512は、酸素センサ19Rに実際に印加されている電流値(実電流値)を読み込み、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変部511が正常か否かを判定する。すなわち、故障診断部512は、目標電流値と実電流値とが所定値以上乖離した場合に特性可変部511が異常である(故障している)と判定する。故障診断部512は、特許請求の範囲に記載の故障診断手段として機能する。
The
なお、故障診断部512による判定結果は、例えば、通信線(図示省略)を介して、診断結果マスク部54に出力される。また、上記目標電流値は、該通信線を介して受信される。
The determination result by the
目標電流設定部52は、酸素センサ19Rの出力特性(λ点)の目標変更量(目標シフト量)に応じて、酸素センサ19Rに印加する目標電流値を設定する。すなわち、目標電流設定部52は、特許請求の範囲に記載の目標電流設定手段として機能する。
The target
より詳細には、目標電流設定部52は、リッチからリーンへの変化時の検出応答性(リーン感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて大気側電極層から排気側電極層に酸素が供給されるように負の定電流を流すように目標電流値を設定する。一方、目標電流設定部52は、リーンからリッチへの変化時の検出応答性(リッチ感度)を高める場合には、固体電解質層内を通じて排気側電極層から大気側電極層に酸素が供給されるように正の定電流を流すように目標電流値を設定する。なお、目標電流設定部52により設定された目標電流は、上述したように、通信線を介して特性可変部511(λ可変回路51)に送信される。
More specifically, when the target
また、目標電流設定部52は、故障診断部512により特性可変部511が異常であると判定された場合、及び、故障診断部512により特性可変部511が正常であると判定されたが、診断結果マスク部54により当該判定結果が無効とされた場合(詳細は後述する)、すなわち、特性可変部511(λ可変回路51)が故障しているときに、目標電流値としてゼロを設定する。そのため、酸素センサ19Rに対する電流の印加が停止(λ可変制御が停止)される。
In the case where the target
目標電流変化検出部53は、目標電流値が変化しているか否かを検出する。すなわち、目標電流変化検出部53は、特許請求の範囲に記載の目標電流変化検出手段として機能する。より具体的には、目標電流変化検出部53は、目標電流値の最小値と最大値とを保持(ピークホールド)するとともに、保持している最小値と最大値との偏差に応じて、目標電流値が変化しているか否かを検出する。すなわち、保持している最小値と最大値との偏差が所定値以上である場合に、目標電流値が変化していると判定する。目標電流変化検出部53により検出された、目標電流値が変化しているか否かの情報は診断結果マスク部54に出力される。
The target current
なお、目標電流変化検出部53は、故障診断部512により特性可変部511(λ可変回路51)が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれをクリア(ピークホールド値をリセット)する。
When target voltage
診断結果マスク部54は、故障診断部512により特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された後、目標電流値が変化していない間は、故障診断部512による診断結果を無効とする(マスクする)。そのため、故障診断部512により特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された後、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、目標電流値が変化していない間は、故障診断部512による診断結果が無効とされる(すなわち、異常判定が維持される)。このように、診断結果マスク部54は、特許請求の範囲に記載の診断結果マスク手段として機能する。
The diagnosis
ただし、診断結果マスク部54は、特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合(目標電流変化検出部53により、目標電流値が動き出したと判定された場合)には、故障診断部512の診断結果を有効とする。
However, the diagnostic
警告灯(MIL)59は、特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定され、酸素センサ19Rに対する電流の印加が停止されているとき(λ可変制御が停止されているとき)に点灯して、運転者に警告を発する。なお、警告灯59の点灯/消灯は、ECU50により制御される。
The warning light (MIL) 59 lights up when the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is determined to be abnormal and the application of the current to the
続いて、上述した酸素センサの故障診断装置1の動作を示すタイミングチャートを図2に示す。図2は、特性可変部511(λ可変回路51)が正常な状態から異常な状態に変化したときの、目標電流値、実電流値、正常/異常判定結果、目標電流ホールド値(最小値及び最大値)の変化の一例を示すタイミングチャートである。なお、図2の横軸は時刻であり、縦軸は、上段から順に、目標電流値(mA)、実電流値(mA)、故障診断部512による特性可変部511の異常判定結果、診断結果マスク部54による異常判定結果(マスク結果)、目標電流ホールド値(最小値)、及び目標電流ホールド値(最大値)(mA)である。
Then, the timing chart which shows operation | movement of the failure diagnosis apparatus 1 of the oxygen sensor mentioned above is shown in FIG. FIG. 2 shows the target current value, actual current value, normal / abnormal determination result, target current hold value (minimum value and minimum value) when the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) changes from the normal state to the abnormal state. 3 is a timing chart showing an example of the change of the maximum value). In FIG. 2, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the target current value (mA), the actual current value (mA), the abnormality determination result of the characteristic
図2に示されるように、時刻t1〜t2の間では、目標電流値がステップ状(階段状)に上昇して行き、該目標電流値の上昇に追従するように実電流値が上昇して行く。そのため、目標電流値と実電流値との偏差が所定値未満となり、特性可変部511(λ可変回路51)は正常であると判定される。よって、故障診断部512による特性可変部511の正常/異常判定結果、及び診断結果マスク部54による正常/異常判定結果(マスク結果)は共に正常(0)とされる。なお、目標電流ホールド値(最小値)はゼロのまま保持され、目標電流ホールド値(最大値)は、目標電流値の上昇に合わせてピークがホールドされ、ステップ状(階段状)に上昇する。
As shown in FIG. 2, between time t1 and t2, the target current value rises in a step-like manner (stepwise), and the actual current value rises so as to follow the increase in the target current value. go. Therefore, the deviation between the target current value and the actual current value is less than the predetermined value, and it is determined that the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is normal. Therefore, the normality / abnormality determination result of the characteristic
時刻t2において、例えば、固着ファイルが発生し、実電流値が0(mA)に低下したとする。ここで、目標電流ホールド値(最小値)と目標電流ホールド値(最大値)との偏差は所定値以上であるため、目標電流値が変化していると判定される。一方、目標電流値と実電流値との偏差が所定値以上に乖離しているため、特性可変手段511(λ可変回路51)が異常(故障)と判定される。そして、故障診断部512による特性可変手部511の正常/異常判定結果、及び診断結果マスク部54による正常/異常判定結果(マスク結果)は共に正常(0)から異常(1)に遷移する。また、このときに、目標電流ホールド値(最小値)と目標電流ホールド値(最大値)がリセット(クリア)されて共にゼロとなる。
At time t2, for example, it is assumed that a sticking file is generated and the actual current value decreases to 0 (mA). Here, since the deviation between the target current hold value (minimum value) and the target current hold value (maximum value) is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the target current value is changing. On the other hand, since the deviation between the target current value and the actual current value deviates by a predetermined value or more, the characteristic variable means 511 (λ variable circuit 51) is determined to be abnormal (fault). Then, the normality / abnormality judgment result of the characteristic
その後、時刻t3において、目標電流値がゼロになったとすると、目標電流値と実電流値との乖離がなくなるため、故障診断部512による特性可変部511の正常/異常判定結果はゼロ(正常)に戻る。ここで、上述したように、時刻t2にいて、目標電流ホールド値(最大値)がクリアされているため、目標電流ホールド値(最小値)と目標電流ホールド値(最大値)との偏差がゼロとなり、目標電流値が変化していないと判定される。そのため、診断結果マスク部54では、故障診断部512による正常/異常判定結果が無効とされる。よって、診断結果マスク部54による正常/異常判定結果(マスク結果)は1(異常)のまま維持される。なお、その後、時刻t4において目標電流値が動き出すまで、継続して、故障診断部512による正常/異常判定結果が無効とされる(マスクされる)。
Thereafter, assuming that the target current value becomes zero at time t3, the difference between the target current value and the actual current value disappears, so that the normal / abnormal determination result of the characteristic
その後、例えば、時刻t3とt4との間で特性可変部511(λ可変回路51)の故障(固着フェイル)が解消されたとすると、時刻t4において、目標電流値が動き出し、実電流値が目標電流値に追従して動き出す。ここで、目標電流ホールド値(最大値)が上昇するため、目標電流ホールド値(最小値)と目標電流ホールド値(最大値)との偏差が所定値以上となり、目標電流値が変化していると判定される。よって、故障診断部512の判定結果が診断結果マスク部54により無効とされることなく、故障診断部512による特性可変部511の正常/異常判定結果、及び診断結果マスク部54による正常/異常判定結果(マスク結果)が共に正常(0)とされる。
After that, for example, assuming that the failure (sticking failure) of the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is eliminated between time t3 and t4, the target current value starts moving at time t4, and the actual current value becomes the target current. Follow the value and start moving. Here, since the target current hold value (maximum value) increases, the deviation between the target current hold value (minimum value) and the target current hold value (maximum value) becomes equal to or greater than a predetermined value, and the target current value changes. It is determined that Therefore, the determination result of the
以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、特性可変部511(λ可変回路51)が正常か否かが判定される(すなわち、偏差が所定値異常乖離した場合に異常と判定される)。ここで、特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された場合には、その後、目標電流値が変化しない間は、故障診断部512による診断結果が無効とされる。よって、例えば、故障診断部512により特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された後に、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなったとしても、正常と誤判定してしまうことを防止することができる。その結果、故障時に(異常時に)誤って正常と判定してしまうことを防止することが可能となる。
As described above in detail, according to the present embodiment, it is determined whether the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is normal or not based on the deviation between the target current value and the actual current value That is, when the deviation deviates from the predetermined value abnormally, it is determined to be abnormal). Here, when it is determined that the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is abnormal, thereafter, while the target current value does not change, the diagnosis result by the
本実施形態によれば、特性可変部511(λ可変回路51)が異常と判定された後、目標電流値が動き出した場合には、故障診断部512による診断結果が有効とされる。そのため、再び目標電流値が動きだして、実電流値が目標電流値に追従して動き始めた場合(すなわち、異常が解消された場合)には、正常判定に戻すことが可能となる。
According to the present embodiment, when the target current value starts to move after the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is determined to be abnormal, the diagnosis result by the
本実施形態によれば、目標電流値の最小値と最大値とが保持(ピークホールド)されるとともに、保持されている最小値と最大値との偏差に基づいて、目標電流値が変化しているか否かが検出される。そのため、目標電流値が変化しているか否かを簡便かつ的確に検出することが可能となる。 According to the present embodiment, the minimum value and the maximum value of the target current value are held (peak hold), and the target current value is changed based on the deviation between the held minimum value and the maximum value. Is detected. Therefore, it is possible to detect whether or not the target current value is changing easily and accurately.
本実施形態によれば、特性可変部511(λ可変回路51)が異常であると診断された場合に、保持されている目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリア(すなわち、ピークホールド値がリセット)される。ここで、異常であると診断された後も目標電流値の最小値と最大値が保持されたままだと、目標電流値が変化していると判定され、例えば、目標電流値がゼロとなり、目標電流値と実電流値との乖離がなくなった場合には、異常が解消されていなくても(すなわち、異常なままであるにもかかわらず)、正常と誤判定してしまう。しかしながら、目標電流値の最小値及び最大値それぞれがクリアされ、目標電流値が変化していないと判断されることにより、診断結果が無効とされるため、特性可変部511の誤正常判定を防止することが可能となる。 According to the present embodiment, when it is determined that the characteristic variable unit 511 (λ variable circuit 51) is abnormal, each of the minimum value and the maximum value of the target current value held is cleared (ie, the peak hold value). Is reset). Here, if the minimum value and the maximum value of the target current value are maintained even after being diagnosed as abnormal, it is determined that the target current value is changing, for example, the target current value becomes zero, and the target If the difference between the current value and the actual current value disappears, it will be misjudged as normal even if the abnormality is not resolved (that is, although it remains abnormal). However, each of the minimum value and the maximum value of the target current value is cleared, and it is determined that the target current value is not changed, whereby the diagnosis result is invalidated. It is possible to
本実施形態によれば、故障診断512により特性可変部511が異常であると判定された場合、及び、故障診断部512により特性可変部511が正常であると判定されたが、診断結果マスク部54により当該判定結果が無効とされた場合に、目標電流値がゼロとされ、酸素センサ19Rに対する電流の印加が停止される(λ可変制御が停止される)。そのため、(異常であるにもかかわらず)誤って正常判定されている状態で、出力特性が変更されることを防止することが可能となる。
According to the present embodiment, when it is determined by the
本実施形態によれば、酸素センサ19Rが、エンジン10の排気ガスを浄化する排気浄化触媒20の下流に配置されるため、サブフィードバック制御を高精度に実行することができる。そのため、例えば、酸素センサ出力のλ点(変曲点)を触媒ウィンドウ内にリッチシフトさせ、酸素センサ出力感度が低い領域(リッチ出力側)でも、サブF/B制御を実施させる事ができ、エミッション(特にNOx)の低減を図ることが可能となる。
According to the present embodiment, since the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明を水平対向型のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、水平対向型のエンジンに限られず、例えば、直列型やV型等のエンジンにも適用することができる。また、上記実施形態では、本発明を筒内噴射式のエンジンに適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ポート噴射式のエンジン等にも適用することができる。さらに、上記実施形態では、本発明をガソリンエンジン車に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、ガソリンエンジン以外の駆動力源を有する車両、例えば、エンジンと電動モータとを駆動力源とするハイブリッド車(HEV)などにも適用することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above embodiment, although the present invention is applied to a horizontally opposed engine as an example, the present invention is not limited to the horizontally opposed engine. For example, engines such as in-line type or V-type engine Can also be applied. In the above embodiment, the present invention is applied to a cylinder injection type engine as an example, but the present invention can also be applied to a port injection type engine or the like. Furthermore, although the case where the present invention is applied to a gasoline engine car has been described as an example in the above embodiment, the present invention relates to a vehicle having a driving power source other than a gasoline engine, for example, an engine and an electric motor. The present invention can also be applied to a source hybrid vehicle (HEV) and the like.
上記実施形態では、酸素センサ(O2センサ)19Rを排気浄化触媒20の下流側に配置したが、例えば、酸素センサ(O2センサ)19Rを排気浄化触媒20の上流側に配置する構成のシステムとすることもできる。
In the above embodiment, although the oxygen sensor (O 2 sensor) 19R is disposed downstream of the
1 酸素センサの故障診断装置
10 エンジン
12 インジェクタ
17 点火プラグ
19F 空燃比センサ(LAFセンサ)
19R 酸素センサ(O2センサ)
31 スロットル開度センサ
32 カム角センサ
33 クランク角センサ
50 ECU
51 λ可変回路
511 特性可変部
512 故障診断部
52 目標電流設定部
53 目標電流変化検出部
54 診断結果マスク部
59 警告灯
1 Failure diagnosis system for
19R oxygen sensor (O2 sensor)
31
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記酸素センサの出力特性の目標変更量に応じて、前記酸素センサに印加する目標電流値を設定する目標電流設定手段と、
前記目標電流設定手段により設定された目標電流値が変化しているか否かを検出する目標電流変化検出手段と、
前記目標電流値に基づいて前記酸素センサに電流を印加し、該酸素センサの出力特性を変更する特性可変手段と、
前記目標電流値と実電流値との偏差に基づいて、前記特性可変手段が正常か否かを診断する故障診断手段と、
前記特性可変手段が異常と判定された後、前記目標電流値が変化していない間は、前記故障診断手段による診断結果を無効とする診断結果マスク手段と、を備えることを特徴とする酸素センサの故障診断装置。 In a failure diagnosis apparatus which diagnoses a failure of a characteristic change function of an oxygen sensor capable of changing an output characteristic according to a value of an applied current,
Target current setting means for setting a target current value to be applied to the oxygen sensor according to a target change amount of the output characteristic of the oxygen sensor;
Target current change detection means for detecting whether or not the target current value set by the target current setting means is changing;
A characteristic changing unit that applies a current to the oxygen sensor based on the target current value to change an output characteristic of the oxygen sensor;
Failure diagnosis means for diagnosing whether the characteristic changing means is normal based on the deviation between the target current value and the actual current value;
An oxygen sensor comprising: diagnostic result mask means for invalidating the diagnostic result by the failure diagnostic means while the target variable value is not changed after the characteristic changing means is determined to be abnormal. Failure diagnosis device.
The oxygen sensor failure diagnosis device according to any one of claims 1 to 5, wherein the oxygen sensor is disposed downstream of an exhaust gas purification catalyst that purifies exhaust gas of an engine.
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