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JP2010159720A - Diagnostic device for air-fuel ratio sensor - Google Patents

Diagnostic device for air-fuel ratio sensor Download PDF

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JP2010159720A
JP2010159720A JP2009003479A JP2009003479A JP2010159720A JP 2010159720 A JP2010159720 A JP 2010159720A JP 2009003479 A JP2009003479 A JP 2009003479A JP 2009003479 A JP2009003479 A JP 2009003479A JP 2010159720 A JP2010159720 A JP 2010159720A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
ratio sensor
output
rich
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Application number
JP2009003479A
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Japanese (ja)
Inventor
Fumito Takimoto
文人 滝本
Tokiji Ito
登喜司 伊藤
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To conduct an accurate diagnosis whether a rich signal of an air-fuel ratio sensor is properly output during a normal operation. <P>SOLUTION: When a state in which an intake-air volume Ga is equal to or greater than a predetermined value Ga0 is kept for a predetermined time period or longer (c1≥c10), determination is made whether an air-fuel ratio sensor on downstream side of the exhaust emission purifying catalyst is outputting a rich signal. When the rich signal is output, if it is determined that the output voltage Vr is equal to or smaller than a normal output Vr0 which is not influenced by dew condensation of sensor element, and the rich signal has been continually output for a predetermined time period or longer (c2≥c20), it is diagnosed that the rich signal is output properly. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気中酸素に感応して空燃比を検出する空燃比センサを診断する技術に関する。   The present invention relates to a technique for diagnosing an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio in response to oxygen in exhaust gas of an internal combustion engine.

特許文献1には、内燃機関の排気浄化触媒の上流側と下流側に空燃比センサを備え、これら空燃比センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御する装置において、下流側の空燃比センサの出力値を基準値と比較してリッチ/リーン出力判定を行うことが開示されている。   In Patent Document 1, an air-fuel ratio sensor is provided on the upstream side and the downstream side of an exhaust purification catalyst of an internal combustion engine, and in an apparatus that feedback-controls the air-fuel ratio based on the output of these air-fuel ratio sensors, It is disclosed that rich / lean output determination is performed by comparing an output value with a reference value.

特開平8−21283号公報JP-A-8-21283

上記触媒下流側に用いられる空燃比センサ(酸素センサ)は、大気と排気との間に介装されたセンサ素子を備え、前記大気と排気との酸素分圧の相違に応じた排気空燃比の検出信号を出力している。   The air-fuel ratio sensor (oxygen sensor) used on the downstream side of the catalyst includes a sensor element interposed between the atmosphere and the exhaust, and has an exhaust air-fuel ratio corresponding to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust. A detection signal is output.

この種の空燃比制御装置においては、空燃比制御を正常に遂行するため、前記下流側の空燃比センサがリッチ信号及びリーン信号を正常に出力するかの診断(以下、前者をリッチ出力診断、後者をリーン出力診断という)が実行される。   In this type of air-fuel ratio control device, in order to perform the air-fuel ratio control normally, a diagnosis of whether the downstream air-fuel ratio sensor normally outputs a rich signal and a lean signal (hereinafter, the former is a rich output diagnosis, The latter is called lean output diagnosis).

これらリッチ出力診断,リーン出力診断は、診断のための特別な運転を行うことなく、通常運転中に診断することが運転性能、燃費等の悪化を抑制できる上で望ましい。   These rich output diagnosis and lean output diagnosis are preferably performed during normal operation without performing special operation for diagnosis in order to suppress deterioration in driving performance, fuel consumption, and the like.

ところで、センサ素子が損傷し、損傷部分を介して排気が該素子内側の大気室に流入すると、センサ素子内外の酸素分圧の差が小さくなってリッチであってもリッチ信号が出力されない場合がある(以下、このようなセンサ素子の損傷を素子割れという)。   By the way, if the sensor element is damaged and the exhaust gas flows into the atmospheric chamber inside the element through the damaged portion, the difference in oxygen partial pressure inside and outside the sensor element becomes small and a rich signal may not be output even if it is rich. There is (hereinafter, such sensor element damage is referred to as element cracking).

したがって、素子割れを生じた空燃比センサに対しては、リッチ信号が正常と判定されることを回避する必要があるが、運転状況によっては、素子割れを生じていても、ノイズ等で誤ってリッチ信号が出力されてしまう場合もある。   Therefore, it is necessary to avoid that the rich signal is determined to be normal for an air-fuel ratio sensor that has caused element cracking. A rich signal may be output.

素子割れの有無を別途診断した上で、リッチ出力診断を行えば、精度は確保できるが、診断の数が増えて複雑化する。   If a rich output diagnosis is performed after separately diagnosing the presence or absence of element cracks, the accuracy can be ensured, but the number of diagnoses increases and becomes complicated.

このため、従来は、通常運転中のリッチ出力診断を行わず、診断のための特別な運転、例えば、空燃比をリッチまたはリーンに強制的に切換制御しつつ診断するというアクティブ制御等で診断しているが、リッチ出力診断のために、かかる特別な運転による診断を行うことは、運転性能、燃費等の悪化に繋がっていた。   For this reason, conventionally, the rich output diagnosis during the normal operation is not performed, and the diagnosis is performed by a special operation for diagnosis, for example, active control in which the air-fuel ratio is forcibly switched and controlled to be rich or lean. However, the diagnosis by such special driving for the rich output diagnosis has led to deterioration of driving performance, fuel consumption, and the like.

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、素子割れを生じた空燃比センサに対しても、通常運転中でも空燃比センサのリッチ出力診断を高精度に行えるようにした空燃比センサの診断装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and has made it possible to perform a rich output diagnosis of an air-fuel ratio sensor with high accuracy even during normal operation even for an air-fuel ratio sensor in which an element crack has occurred. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio sensor diagnostic apparatus.

このため本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、大気と排気との間に介装されたセンサ素子を備え、前記大気と排気との酸素分圧の相違に応じた排気空燃比の検出信号を出力する空燃比センサに対し、
前記空燃比センサが正常にリッチ信号を出力するかを診断するリッチ出力診断手段と、
所定の診断許可条件の成立を判定したときに、前記リッチ出力診断手段による診断を許可するリッチ出力診断許可手段と、
を含んで構成される空燃比センサの診断装置であって、
吸入空気量を検出する手段を備え、
前記リッチ診断許可手段は、吸入空気量が所定値以上の状態が所定時間継続していることを、前記所定の診断許可条件とすることを特徴とする。
For this reason, the present invention includes a sensor element disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and interposed between the atmosphere and the exhaust, and detecting the exhaust air / fuel ratio according to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust. For an air-fuel ratio sensor that outputs a signal,
Rich output diagnostic means for diagnosing whether the air-fuel ratio sensor normally outputs a rich signal;
Rich output diagnosis permission means for permitting diagnosis by the rich output diagnosis means when it is determined that a predetermined diagnosis permission condition is satisfied;
A diagnostic device for an air-fuel ratio sensor comprising:
Means for detecting the amount of intake air;
The rich diagnosis permission means sets the predetermined diagnosis permission condition that a state where the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined time.

かかる構成とすれば、吸入空気量が小さい状態では空燃比センサに素子割れを生じていても排気が大気側へ侵入しにくく、ノイズ等によりリッチ信号が正常であると誤診断されてしまう可能性があるが、吸入空気量が所定値以上の状態が所定時間継続することを診断の条件としているため、素子割れを生じているときは、排気がセンサ素子の損傷部分から素子内側の大気側に進入し、酸素分圧差が十分小さく保たれ、空燃比センサがリッチ信号を出力することなく、リッチ信号が正常に出力されるとの誤判定を確実に回避できる。   With such a configuration, when the amount of intake air is small, even if the air-fuel ratio sensor is cracked, it is difficult for the exhaust to enter the atmosphere side, and the rich signal may be misdiagnosed as normal due to noise or the like. However, since the condition for diagnosis is that the intake air amount is more than the predetermined value for a predetermined period of time, if the element is cracked, the exhaust will flow from the damaged part of the sensor element to the atmosphere inside the element. It is possible to reliably avoid erroneous determination that the rich signal is normally output without the oxygen partial pressure difference being kept sufficiently small and the air-fuel ratio sensor not outputting the rich signal.

したがって、素子割れ診断を別途行うことなく、通常運転中でも高精度なリッチ出力診断を行え、特別な診断用の運転を必要以上行わなくても済む。   Therefore, a high-accuracy rich output diagnosis can be performed even during normal operation without separately performing element crack diagnosis, and a special diagnostic operation need not be performed more than necessary.

本発明の実施形態にかかる空燃比センサの診断装置を備えた内燃機関の概要構成を示す図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure which shows schematic structure of the internal combustion engine provided with the diagnostic apparatus of the air fuel ratio sensor concerning embodiment of this invention. 上記内燃機関の空燃比フィードバック制御に用いられる触媒下流側の空燃比センサ(酸素センサ)のセンサ素子周辺部を示す断面部。A cross section showing a sensor element peripheral portion of an air-fuel ratio sensor (oxygen sensor) on the downstream side of the catalyst used for air-fuel ratio feedback control of the internal combustion engine. 上記触媒下流側の空燃比センサの診断のメインルーチンを示すフローチャート。7 is a flowchart showing a main routine for diagnosis of the air-fuel ratio sensor on the downstream side of the catalyst. 触媒下流側の空燃比センサのリッチ出力診断(サブルーチン)の前段を示すフローチャート。The flowchart which shows the front | former stage of the rich output diagnosis (subroutine) of the air fuel ratio sensor of a catalyst downstream side. 触媒下流側の空燃比センサのリッチ出力診断(サブルーチン)の後段を示すフローチャート。The flowchart which shows the back | latter stage of the rich output diagnosis (subroutine) of the air-fuel ratio sensor of the catalyst downstream side.

図1は、本発明の実施形態にかかる空燃比センサの診断装置を備えた内燃機関の概要構成を示す。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine including an air-fuel ratio sensor diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.

内燃機関1は、吸気通路2及び排気通路3を備え、吸気通路2には、吸入空気量Gaを検出するエアフロメータ4、吸入空気量を調節するスロットルバルブ5、吸気ポート部分に燃料噴射弁6が配設されている。前記スロットルバルブ5は、電動式等のスロットルアクチュエータ7により駆動される。排気通路3には、排気浄化触媒(以下、単に「触媒」ともいう)8が配設され、該触媒8の上流側及び下流側にそれぞれ上流側空燃比センサ9、下流側空燃比センサ10が配設されている。   The internal combustion engine 1 includes an intake passage 2 and an exhaust passage 3, and an air flow meter 4 that detects an intake air amount Ga, a throttle valve 5 that adjusts the intake air amount, and a fuel injection valve 6 at an intake port portion. Is arranged. The throttle valve 5 is driven by an electrically-operated throttle actuator 7. An exhaust purification catalyst (hereinafter also simply referred to as “catalyst”) 8 is disposed in the exhaust passage 3, and an upstream air-fuel ratio sensor 9 and a downstream air-fuel ratio sensor 10 are respectively provided upstream and downstream of the catalyst 8. It is arranged.

吸入空気(新気)は、吸気通路2を介して吸気行程で開弁する吸気バルブ11から燃焼室12に導入される。該燃焼室12には、点火プラグ13が装着されている。   Intake air (fresh air) is introduced into the combustion chamber 12 from the intake valve 11 that opens in the intake stroke via the intake passage 2. A spark plug 13 is attached to the combustion chamber 12.

前記燃料噴射弁6から吸気ポート内に噴射された燃料は、前記吸入空気と混合しつつ燃焼室12内に導入され、点火プラグ13により点火されて着火燃焼し、燃焼排気は排気行程で開弁する排気バルブ14から排気通路3へ排出される。   The fuel injected into the intake port from the fuel injection valve 6 is introduced into the combustion chamber 12 while being mixed with the intake air, ignited by the spark plug 13 and ignited and combusted, and the combustion exhaust is opened in the exhaust stroke. The exhaust valve 14 is discharged to the exhaust passage 3.

前記触媒8は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中のHCやCOを酸化するとともに同排気中のNOxを還元して排気を浄化するCO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒で構成されている。三元触媒は、また、これを通過する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときには排気中の酸素を吸蔵する一方、同空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには吸蔵した酸素を放出する酸素ストレージ作用を有している。   The catalyst 8 simultaneously purifies CO, HC and NOx which purify exhaust by oxidizing HC and CO in the exhaust and reducing NOx in the exhaust in a state where combustion near the stoichiometric air-fuel ratio is performed. It consists of a three-way catalyst that can. The three-way catalyst also stores oxygen in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust passing through it is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, and releases the stored oxygen when the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. It has an oxygen storage function.

上流側空燃比センサ9は、排気空燃比をリニアに検出するように構成され、下流側空燃比センサ10は、排気空燃比が基準空燃比(理論空燃比)を境として、出力電圧が大きく変化する特性を有しており、基準空燃比よりリッチか、リーンかを検出するいわゆる酸素センサで構成されている。   The upstream air-fuel ratio sensor 9 is configured to linearly detect the exhaust air-fuel ratio, and the downstream air-fuel ratio sensor 10 has a large change in output voltage with the reference air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio) as a boundary. It is constituted by a so-called oxygen sensor that detects whether the air-fuel ratio is richer or leaner than the reference air-fuel ratio.

したがって、下流側空燃比センサ10によって、触媒8の下流にリッチな排気(HC,COを多く含む)、あるいは、リーンな排気(NOxを多く含む)が流出してきたかを判別できる。   Therefore, the downstream air-fuel ratio sensor 10 can determine whether rich exhaust gas (containing a lot of HC and CO) or lean exhaust gas (containing a lot of NOx) has flowed out downstream of the catalyst 8.

図2は、上記下流側空燃比センサ(酸素センサ)10の概要構成を示す。該下流側空燃比センサ10は、カバー31を備えており、該カバー31が排気に晒されるように排気通路3に組み付けられる。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the downstream air-fuel ratio sensor (oxygen sensor) 10. The downstream air-fuel ratio sensor 10 includes a cover 31 and is assembled in the exhaust passage 3 so that the cover 31 is exposed to the exhaust.

カバー31には、その内部に排気を導くための孔(図示せず)が設けられており、該カバー31の内部に、センサ素子32が配置されている。センサ素子32は、一端(図2における下端)が閉じられた管状の構造を有し、該管状構造の外側表面は、拡散抵抗層33で覆われている。拡散抵抗層33は、アルミナ等の耐熱性の多孔質物質であり、センサ素子32の表面付近における排気の拡散速度を律する働きを有している。   The cover 31 is provided with a hole (not shown) for guiding exhaust therein, and a sensor element 32 is disposed inside the cover 31. The sensor element 32 has a tubular structure with one end (the lower end in FIG. 2) closed, and the outer surface of the tubular structure is covered with a diffusion resistance layer 33. The diffusion resistance layer 33 is a heat-resistant porous material such as alumina and has a function of regulating the diffusion speed of exhaust gas in the vicinity of the surface of the sensor element 32.

拡散抵抗層33の内側には排気側電極34、固体電解質層35および大気側電極36が設けられている。排気側電極34および大気側電極36は、Ptのように触媒作用の高い貴金属で構成された電極であり、それぞれ後述する制御回路と電気的に接続されている。固体電解質層35は、ZrOなどを含む焼結体であり、酸素イオンを伝導させる特性を有している。 An exhaust side electrode 34, a solid electrolyte layer 35, and an atmosphere side electrode 36 are provided inside the diffusion resistance layer 33. The exhaust side electrode 34 and the atmosphere side electrode 36 are electrodes made of a noble metal having a high catalytic action such as Pt, and are electrically connected to a control circuit described later. The solid electrolyte layer 35 is a sintered body containing ZrO 2 or the like and has a characteristic of conducting oxygen ions.

センサ素子32の内側には、大気に開放された大気室37が形成されている。大気室37には、センサ素子32を加熱するためのヒータ38が配置されている。センサ素子32は、400℃程度の活性温度において安定した出力特性を示す。ヒータ38は、制御回路と電気的に接続されており、センサ素子32を適当な温度に加熱維持することができる。   An air chamber 37 that is open to the atmosphere is formed inside the sensor element 32. A heater 38 for heating the sensor element 32 is disposed in the atmospheric chamber 37. The sensor element 32 exhibits stable output characteristics at an activation temperature of about 400 ° C. The heater 38 is electrically connected to the control circuit, and can heat and maintain the sensor element 32 at an appropriate temperature.

機関の運転状態を検出する各種センサとして、前記エアフロメータ4、上流側空燃比センサ9,下流側空燃比センサ10の他、アクセル開度ACCを検出するアクセル開度センサ15、機関回転速度NEを検出する回転速度センサ16、スロットルバルブ5の開度を検出するスロットルセンサ17、機関温度として冷却水温度を検出する水温センサ18等が配設され、これらセンサ類からの検出信号は、各種制御を行うECU(電子制御装置)20に入力される。   As various sensors for detecting the operating state of the engine, in addition to the air flow meter 4, the upstream air-fuel ratio sensor 9, the downstream air-fuel ratio sensor 10, the accelerator opening sensor 15 for detecting the accelerator opening ACC, and the engine rotational speed NE are used. A rotation speed sensor 16 for detecting, a throttle sensor 17 for detecting the opening degree of the throttle valve 5, a water temperature sensor 18 for detecting the cooling water temperature as the engine temperature, and the like are arranged. The detection signals from these sensors are used for various controls. Input to an ECU (electronic control unit) 20 to be performed.

ところで、前記触媒(三元触媒)8による浄化効率は混合気の空燃比の影響を強く受け、上記HC、CO、およびNOxを同時に浄化するには混合気の空燃比を理論空燃比近傍の範囲に設定する必要がある。したがって、空燃比センサ9,10が活性化して、空燃比の検出が可能になった後は、基本的に、触媒8を有効に機能させるために、混合気の空燃比を上記範囲の中心に合わせこむ空燃比制御が行われる。   By the way, the purification efficiency by the catalyst (three-way catalyst) 8 is strongly influenced by the air-fuel ratio of the air-fuel mixture, and in order to simultaneously purify the HC, CO, and NOx, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is in the range near the stoichiometric air-fuel ratio. Must be set to Therefore, after the air-fuel ratio sensors 9 and 10 are activated and the air-fuel ratio can be detected, basically, to make the catalyst 8 function effectively, the air-fuel ratio of the mixture is set to the center of the above range. Air-fuel ratio control is performed.

そして前記ECU20は、前記センサ類からの検出信号に基づいて把握される内燃機関1や車両の運転状況に応じて、スロットルバルブ5や燃料噴射弁6等を駆動制御して空燃比制御(空燃比フィードバック制御)を行っている。このようなECU20による空燃比制御の概要は以下の通りである。   The ECU 20 controls the air-fuel ratio by controlling the throttle valve 5 and the fuel injection valve 6 according to the operating conditions of the internal combustion engine 1 and the vehicle that are grasped based on the detection signals from the sensors. Feedback control). The outline of the air-fuel ratio control by the ECU 20 is as follows.

まず、上記アクセル開度ACC、機関回転速度NE等の検出値に応じて目標吸入空気量を算出し、該目標吸入空気量に応じた吸入空気量Gaが得られるようにスロットルバルブ5の開度を制御する。   First, the target intake air amount is calculated according to the detected values of the accelerator opening ACC, the engine speed NE, etc., and the throttle valve 5 is opened so that the intake air amount Ga according to the target intake air amount is obtained. To control.

一方、エアフロメータ4により検出される実吸入空気量に対して、理論空燃比が得られる基本燃料噴射量を算出する。   On the other hand, the basic fuel injection amount for obtaining the theoretical air-fuel ratio is calculated with respect to the actual intake air amount detected by the air flow meter 4.

また、上流側空燃比センサ9により検出される触媒8上流側の空燃比と目標空燃比、すなわち理論空燃比との偏差に基づいて、前記基本燃料噴射量をフィードバック補正するための空燃比フィードバック補正量を算出する。   An air-fuel ratio feedback correction for feedback-correcting the basic fuel injection amount based on the deviation between the air-fuel ratio upstream of the catalyst 8 detected by the upstream air-fuel ratio sensor 9 and the target air-fuel ratio, that is, the theoretical air-fuel ratio. Calculate the amount.

さらに、下流側空燃比センサ10により検出される触媒8下流側の空燃比により、触媒8の酸素吸蔵状態、あるいは酸素放出状態を推定し、この推定に基づいて上記空燃比フィードバック補正量に対する修正を行う。この修正処理では、下流側空燃比センサ10の出力に基づいて算出されるサブフィードバック補正量が増減補正され、該サブフィードバック補正量によって前記空燃比フィードバック補正量が修正される。具体的には、下流側空燃比センサ10がリッチ信号を出力している間は、混合気の空燃比が一定量ずつリーン寄りに変化するように、サブフィードバック補正量が一定量ずつマイナス側に増大される。一方、下流側空燃比センサ10がリーン信号を出力している間は、混合気の空燃比が一定量ずつリッチ側に近づくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつプラス側に増大される。   Further, the oxygen storage state or oxygen release state of the catalyst 8 is estimated based on the air-fuel ratio downstream of the catalyst 8 detected by the downstream air-fuel ratio sensor 10, and the correction to the air-fuel ratio feedback correction amount is made based on this estimation. Do. In this correction process, the sub-feedback correction amount calculated based on the output of the downstream air-fuel ratio sensor 10 is corrected to increase or decrease, and the air-fuel ratio feedback correction amount is corrected by the sub-feedback correction amount. Specifically, while the downstream air-fuel ratio sensor 10 is outputting a rich signal, the sub-feedback correction amount is decremented by a certain amount to the minus side so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture changes by a certain amount toward lean. Will be increased. On the other hand, while the downstream air-fuel ratio sensor 10 is outputting a lean signal, the sub feedback correction amount is increased by a certain amount to the plus side so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture approaches the rich side by a certain amount.

このようにして増減されるサブフィードバック補正量によって修正された空燃比フィードバック補正量によって、前記基本燃料噴射量が補正され、該補正された最終的な燃料噴射量を燃料噴射弁6から噴射させて空燃比をフィードバック制御する。かかる空燃比フィードバック制御により、触媒8の浄化作用が有効に活用されることとなる。   The basic fuel injection amount is corrected by the air-fuel ratio feedback correction amount corrected by the sub feedback correction amount that is increased or decreased in this manner, and the corrected final fuel injection amount is injected from the fuel injection valve 6. Feedback control of the air-fuel ratio. By such air-fuel ratio feedback control, the purification action of the catalyst 8 is effectively utilized.

一方、かかる空燃比フィードバック制御を正常に遂行するため、前記空燃比センサ9,10の診断が行われる。   On the other hand, in order to perform such air-fuel ratio feedback control normally, the air-fuel ratio sensors 9 and 10 are diagnosed.

以下、本発明に係る下流側空燃比センサ10のリッチ出力診断を含む通常運転中の診断について説明する。ここで、通常運転とは、この種の診断のための特別な運転を行うことなく、通常に運転している状態をいう。該通常運転中は、基本的に前記空燃比フィードバック制御が行われ、また、加速時には、空燃比を過渡的にリッチとした空燃比制御が行われるため、触媒8下流側の空燃比が少なくともリッチとなる期間が存在する。   Hereinafter, diagnosis during normal operation including rich output diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 10 according to the present invention will be described. Here, the normal operation refers to a state in which the vehicle is normally operated without performing a special operation for this type of diagnosis. During the normal operation, the air-fuel ratio feedback control is basically performed, and at the time of acceleration, the air-fuel ratio control is performed so that the air-fuel ratio is transiently rich. Therefore, the air-fuel ratio downstream of the catalyst 8 is at least rich. There is a period.

したがって、下流側空燃比センサ10がリッチ信号を正常に出力する機能を有していれば、通常運転中に触媒8下流側の空燃比がリッチとなるときに、リッチ信号を出力するはずであり、このリッチ信号の出力履歴に基づいてリッチ出力診断を行う。   Therefore, if the downstream air-fuel ratio sensor 10 has a function of normally outputting the rich signal, the rich signal should be output when the air-fuel ratio downstream of the catalyst 8 becomes rich during normal operation. The rich output diagnosis is performed based on the output history of the rich signal.

上記下流側空燃比センサ9の診断を、図3〜図5に示したフローチャートにしたがって、説明する。図3はメインフローを示す。   The diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 9 will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS. FIG. 3 shows the main flow.

ステップS1では、前提条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、機関1の始動後、当該リッチ出力診断の終了前であること、空燃比センサ出力系の断線、短絡等の診断結果が正常であること、バッテリ電圧が所定値以上であること等、当該リッチ出力診断を実行するための各条件を全て満たしているかを判定する。   In step S1, it is determined whether the precondition is satisfied. Specifically, after the start of the engine 1 and before the end of the rich output diagnosis, the diagnosis result such as disconnection or short circuit of the air-fuel ratio sensor output system is normal, and the battery voltage is not less than a predetermined value. For example, it is determined whether all the conditions for executing the rich output diagnosis are satisfied.

前提条件の非成立時は、このルーチンを終了し、成立時は、ステップS2へ進む。   When the precondition is not satisfied, this routine is terminated. When the precondition is satisfied, the process proceeds to step S2.

ステップS2では、前記下流側空燃比センサ10が活性状態であるとの判定が終了しているかを判定する。この活性判定は、始動後の経過時間,吸入空気量もしくは燃料噴射量の積算値等が、下流側空燃比センサ10が活性化する値として設定された設定値以上となっているか等の判定によって行うことができる。   In step S2, it is determined whether or not the determination that the downstream air-fuel ratio sensor 10 is in an active state has been completed. This activation determination is performed by determining whether the elapsed time after startup, the integrated value of the intake air amount or the fuel injection amount is equal to or greater than a set value set as a value that activates the downstream air-fuel ratio sensor 10 or the like. It can be carried out.

下流側空燃比センサ10が活性していることが判定済のときは、ステップS3へ進み、下流側空燃比センサ10のリーン出力診断により、リーン信号が正常に出力されると診断されたかを図示しないサブルーチンによるリーン出力診断フラグの値に判定する。該リーン出力診断は、排気空燃比がリーンとなる機会がある通常運転中に、下流側空燃比センサ10がリーン信号を出力した履歴があるか、より、高精度には、所定時間以上継続したリーン信号出力の履歴があるか等によって判定することができる。   When it is determined that the downstream air-fuel ratio sensor 10 is active, the process proceeds to step S3, and it is shown whether or not the lean signal is normally output by the lean output diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor 10. The lean output diagnosis flag value is determined by the subroutine that does not. The lean output diagnosis is continued for a predetermined time or more accurately, whether there is a history that the downstream air-fuel ratio sensor 10 has output a lean signal during normal operation in which the exhaust air-fuel ratio becomes lean. It can be determined by whether there is a history of lean signal output.

下流側空燃比センサ10のリーン信号が正常に出力されると診断されたと判定されたときは、ステップS4へ進み、本発明にかかるリッチ出力診断により、リッチ信号が正常に出力されると診断されたかを、後述するサブルーチンによるリッチ出力診断フラグの値によって判定する。   When it is determined that the lean signal of the downstream air-fuel ratio sensor 10 is normally output, the process proceeds to step S4, and the rich output diagnosis according to the present invention diagnoses that the rich signal is normally output. Is determined by the value of the rich output diagnosis flag by a subroutine to be described later.

そして、リッチ信号も正常との診断結果である場合は、ステップS5へ進み、下流側空燃比センサ10は正常と診断し、それ以外の場合は、正常判定を下すことなくこのルーチンを終了する。   If the rich signal is also a normal diagnosis result, the process proceeds to step S5, where the downstream air-fuel ratio sensor 10 is diagnosed as normal, and otherwise, the routine is terminated without making a normal determination.

図4及び図5は、上記リッチ出力診断のサブルーチンのフローを示す。   4 and 5 show the flow of the rich output diagnosis subroutine.

ステップS11では、エアフロメータ4により検出された吸入空気量Gaを読み込む。   In step S11, the intake air amount Ga detected by the air flow meter 4 is read.

ステップS12では、前記吸入空気量Gaが所定値Ga0以上であるかを判定する。   In step S12, it is determined whether the intake air amount Ga is a predetermined value Ga0 or more.

所定値Ga0以上と判定されたときは、ステップS13へ進み、カウンタC1をカウントアップした後、ステップS15へ進む。   When it is determined that the value is equal to or greater than the predetermined value Ga0, the process proceeds to step S13, the counter C1 is counted up, and then the process proceeds to step S15.

所定値Ga0未満と判定されたときは、ステップS14へ進んで該カウンタC1のカウント値c1を0にリセットし、このフローを抜ける。   When it is determined that the value is less than the predetermined value Ga0, the process proceeds to step S14, the count value c1 of the counter C1 is reset to 0, and this flow is exited.

ステップS15では、前記カウント値c1が所定値c10以上であるかを判定する。   In step S15, it is determined whether the count value c1 is equal to or greater than a predetermined value c10.

カウント値c1が所定値c10以上、つまり、吸入空気量Gaが所定値Ga0以上である状態の継続時間が所定時間t1以上と判定されたときは、ステップS16へ進み、Gaが所定値未満と判定されたときは、このフローを抜ける。   When it is determined that the count value c1 is equal to or greater than the predetermined value c10, that is, the duration of the state in which the intake air amount Ga is equal to or greater than the predetermined value Ga0, the process proceeds to step S16 and Ga is determined to be less than the predetermined value. When it is done, this flow is exited.

すなわち、吸入空気量Gaが所定値Ga0未満であるか、所定値Ga0以上であっても所定時間t1以上継続しない場合は、リッチ信号の正常判定は回避される。   In other words, if the intake air amount Ga is less than the predetermined value Ga0 or is not less than the predetermined value Ga0 and does not continue for the predetermined time t1, the normal determination of the rich signal is avoided.

ステップS16では、下流側空燃比センサ10がリッチ信号を出力しているかを判定する。リッチ信号が出力されていないときは、ステップS17へ進み、後述するリッチ信号出力継続時間計測用カウンタC2のカウント値c2を0にリセットした後、このフローを抜ける。   In step S16, it is determined whether the downstream air-fuel ratio sensor 10 is outputting a rich signal. When the rich signal is not output, the process proceeds to step S17, and after resetting a count value c2 of a rich signal output duration measuring counter C2 to be described later to 0, this flow is exited.

リッチ信号が出力されていると判定されたときは、ステップS18へ進み、該リッチ信号の出力電圧Vrが所定値Vr0以下に維持されているかを判定する。該所定値Vr0は、空燃比がリッチ時における正規出力の上限値以下に設定されている。   When it is determined that the rich signal is output, the process proceeds to step S18, and it is determined whether the output voltage Vr of the rich signal is maintained at a predetermined value Vr0 or less. The predetermined value Vr0 is set to be equal to or lower than the upper limit value of the normal output when the air-fuel ratio is rich.

出力電圧Vrが所定値Vr0以下に維持されていると判定されたときは、ステップS19へ進み、出力電圧Vrが所定値Vr0より大きいと判定されたときは、リッチ出力正常判定を下すことなく、このフローを抜ける。   When it is determined that the output voltage Vr is maintained below the predetermined value Vr0, the process proceeds to step S19, and when it is determined that the output voltage Vr is greater than the predetermined value Vr0, the rich output normal determination is not performed. Exit this flow.

これは、センサ素子の結露により前記ヒータの出力回路の電流が漏れる等によって、下流側空燃比センサ10の出力電圧Vrを増大させてしまうことがあり、このような信号を、正常なリッチ信号と誤判定してリッチ信号の正常判定が下されてしまうことを回避するためである。   This may increase the output voltage Vr of the downstream air-fuel ratio sensor 10 due to leakage of the current in the heater output circuit due to condensation of the sensor element. Such a signal may be referred to as a normal rich signal. This is to avoid the erroneous determination and the normal determination of the rich signal being made.

ステップS19で、前記出力電圧Vrが所定値Vr0以下である正常なリッチ信号の出力継続時間を計測するためのカウンタC2をカウントアップした後、ステップS20へ進む。   In step S19, the counter C2 for measuring the output continuation time of a normal rich signal whose output voltage Vr is equal to or less than the predetermined value Vr0 is counted up, and then the process proceeds to step S20.

ステップS20では、カウンタC2のカウント値c2が所定値c20以上であるかを判定し、カウント値c2が所定値c20未満のときは、このフローを抜ける。   In step S20, it is determined whether the count value c2 of the counter C2 is equal to or greater than the predetermined value c20. If the count value c2 is less than the predetermined value c20, the process exits this flow.

そして、カウント値c2が所定値c20に達したとき、つまり、吸入空気量Gaが所定値Ga0以上の高吸入空気量状態が所定時間t2以上継続しており、かつ、結露等による異常出力でなく、正常なリッチ信号が所定時間以上継続して出力されたときに、ステップS21へ進んで、下流側空燃比センサ10はリッチ信号を正常に出力すると診断し、リッチ出力診断フラグを1にセットする。   When the count value c2 reaches the predetermined value c20, that is, the high intake air amount state in which the intake air amount Ga is equal to or greater than the predetermined value Ga0 continues for a predetermined time t2 and is not an abnormal output due to condensation or the like. When the normal rich signal is continuously output for a predetermined time or longer, the process proceeds to step S21, where the downstream air-fuel ratio sensor 10 diagnoses that the rich signal is normally output and sets the rich output diagnosis flag to 1. .

かかる構成により、以下の作用効果が得られる。   With this configuration, the following operational effects can be obtained.

下流側空燃比センサ10のセンサ素子32に損傷(素子割れ)を生じていた場合でも、吸入空気量が小、あるいは、吸入空気量Gaが一時的に大であるときは、リッチな排気がセンサ素子内側の大気室に侵入しにくい状況であり、リッチ信号が出力されて正常と判定されてしまう場合がある。   Even if the sensor element 32 of the downstream air-fuel ratio sensor 10 is damaged (element cracking), if the intake air amount is small or the intake air amount Ga is temporarily large, the rich exhaust is detected by the sensor. This is a situation in which it is difficult to enter the atmosphere chamber inside the element, and a rich signal may be output and it may be determined to be normal.

そこで、吸入空気量Ga大の状態が所定時間t1以上継続したことを条件としてリッチ出力診断を行うため、センサ素子に割れを生じていたときに、誤ってリッチ信号が正常に出力されると誤診断されることを確実に回避できる。   Therefore, since the rich output diagnosis is performed on the condition that the state where the intake air amount Ga is large continues for a predetermined time t1 or more, if the sensor element is cracked, it is erroneously output if the rich signal is output normally. It is possible to reliably avoid being diagnosed.

これにより、素子割れ診断を別途行わなくとも、通常運転中にリッチ出力診断を高精度に行うことができ、診断のための特別な運転、例えば、下流側空燃比センサの信号出力が反転する毎に、燃料噴射量を変化させることにより目標空燃比がリッチ(例えば目標空燃比=14.1)とリーン(例えば目標空燃比=15.1)との間で反転させるアクティブ制御等を必要以上行うことを回避でき、運転性能、燃費を良好に維持できる。   Accordingly, the rich output diagnosis can be performed with high accuracy during the normal operation without performing the element crack diagnosis separately, and the special operation for the diagnosis, for example, every time the signal output of the downstream air-fuel ratio sensor is inverted. In addition, by changing the fuel injection amount, active control or the like for reversing the target air-fuel ratio between rich (for example, target air-fuel ratio = 14.1) and lean (for example, target air-fuel ratio = 15.1) is performed more than necessary. Can be avoided, and driving performance and fuel consumption can be maintained well.

また、本実施形態では、リッチ信号の出力電圧Vrが所定値Vr0以下であることも条件としているため、結露によって出力電圧が増大することによる誤判定も回避でき、さらに、リッチ信号が所定時間t2以上継続して出力されることも条件に加えているため、より、診断精度を高めることができる。   Further, in the present embodiment, since the condition is that the output voltage Vr of the rich signal is equal to or less than the predetermined value Vr0, it is possible to avoid erroneous determination due to an increase in the output voltage due to condensation, and the rich signal is output for a predetermined time t2. Since continuous output is added to the conditions, the diagnostic accuracy can be further improved.

また、本実施形態では、排気浄化触媒の上流側に空燃比をリニアに検出する広域型空燃比センサ、触媒の下流側に空燃比のリッチ、リーンを検出する酸素センサで構成される空燃比センサを配設し、これら2つの空燃比センサの検出値に基づいて空燃比フィードバック制御を行うシステムにおいて、下流側空燃比センサの診断に適用したが、例えば、触媒上流側の空燃比センサとして酸素センサを用いる場合に、該酸素センサのリッチ出力診断に適用することもできる。   Further, in this embodiment, an air-fuel ratio sensor comprising a wide-range air-fuel ratio sensor that linearly detects the air-fuel ratio upstream of the exhaust purification catalyst, and an oxygen sensor that detects air-fuel ratio rich and lean downstream of the catalyst. Is applied to the diagnosis of the downstream air-fuel ratio sensor in a system that performs air-fuel ratio feedback control based on the detection values of these two air-fuel ratio sensors. Can be applied to the rich output diagnosis of the oxygen sensor.

さらに、本発明の適用対象となる空燃比センサは、酸素センサに限らず、大気と排気との間に介装されたセンサ素子を備え、前記大気と排気との酸素分圧の相違に応じた排気空燃比の検出信号を出力する空燃比センサであればよく、空燃比をリニアに検出できるものであってもよい。   Furthermore, the air-fuel ratio sensor to which the present invention is applied is not limited to the oxygen sensor, and includes a sensor element interposed between the atmosphere and the exhaust, and corresponds to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust. Any air-fuel ratio sensor that outputs an exhaust air-fuel ratio detection signal may be used, and the air-fuel ratio may be detected linearly.

1…内燃機関
2…吸気通路
3…排気通路
4…エアフロメータ
5…スロットルバルブ
6…燃料噴射弁
7…スロットルアクチュエータ
8…排気浄化触媒
9…上流側空燃比センサ
10…下流側空燃比センサ
15…アクセル開度センサ
16…回転速度センサ
17…スロットルセンサ
18…水温センサ
20…ECU
32…センサ素子
37…大気室
38…ヒータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Intake passage 3 ... Exhaust passage 4 ... Air flow meter 5 ... Throttle valve 6 ... Fuel injection valve 7 ... Throttle actuator 8 ... Exhaust purification catalyst 9 ... Upstream air-fuel ratio sensor 10 ... Downstream air-fuel ratio sensor 15 ... Accelerator opening sensor 16 ... rotational speed sensor 17 ... throttle sensor 18 ... water temperature sensor 20 ... ECU
32 ... Sensor element 37 ... Air chamber 38 ... Heater

Claims (5)

内燃機関の排気通路に配置され、大気と排気との間に介装されたセンサ素子を備え、前記大気と排気との酸素分圧の相違に応じた排気空燃比の検出信号を出力する空燃比センサに対し、
前記空燃比センサが正常にリッチ信号を出力するかを診断するリッチ出力診断手段と、
所定の診断許可条件の成立を判定したときに、前記リッチ出力診断手段による診断を許可するリッチ出力診断許可手段と、
を含んで構成される空燃比センサの診断装置であって、
吸入空気量を検出する手段を備え、
前記リッチ診断許可手段は、吸入空気量が所定値以上の状態が所定時間継続していることを、前記所定の診断許可条件とすることを特徴とする空燃比センサの診断装置。
An air-fuel ratio that is disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, includes a sensor element interposed between the atmosphere and exhaust, and outputs a detection signal of an exhaust air-fuel ratio according to a difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust For the sensor
Rich output diagnostic means for diagnosing whether the air-fuel ratio sensor normally outputs a rich signal;
Rich output diagnosis permission means for permitting diagnosis by the rich output diagnosis means when it is determined that a predetermined diagnosis permission condition is satisfied;
A diagnostic device for an air-fuel ratio sensor comprising:
Means for detecting the amount of intake air;
The rich diagnosis permission means sets the predetermined diagnosis permission condition that a state where the intake air amount is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined time.
前記空燃比センサは、排気空燃比が基準空燃比を境として、出力値が大きく変化する特性を有する酸素センサで構成されている請求項1に記載の空燃比センサの診断装置。   The air-fuel ratio sensor diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the air-fuel ratio sensor is an oxygen sensor having a characteristic that an output value largely changes with a reference air-fuel ratio as a boundary. 前記所定の診断許可条件は、前記空燃比センサの出力がリッチ時の正規出力上限値以下であることを含む請求項1または請求項2に記載の空燃比センサの診断装置。   The diagnostic apparatus for an air-fuel ratio sensor according to claim 1 or 2, wherein the predetermined diagnosis permission condition includes that the output of the air-fuel ratio sensor is equal to or less than a normal output upper limit value when rich. 前記リッチ出力診断手段は、前記空燃比センサのリッチ信号が所定時間継続して出力されたことを検出したときに、前記空燃比センサがリッチ信号を正常に出力していると診断する請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の空燃比センサの診断装置。   The rich output diagnosis means diagnoses that the air-fuel ratio sensor is normally outputting the rich signal when it detects that the rich signal of the air-fuel ratio sensor has been continuously output for a predetermined time. The diagnostic apparatus for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 3 to 4. 前記空燃比センサは、排気浄化触媒の下流側に配置された下流側空燃比センサであって、排気浄化触媒の上流側に排気空燃比検出信号を出力する上流側空燃比センサが配置され、内燃機関は、該上流側空燃比センサと下流側空燃比センサの各空燃比検出値に基づいて、空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御手段を備える請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載の空燃比センサの診断装置。   The air-fuel ratio sensor is a downstream air-fuel ratio sensor disposed on the downstream side of the exhaust purification catalyst, and an upstream air-fuel ratio sensor that outputs an exhaust air-fuel ratio detection signal is disposed on the upstream side of the exhaust purification catalyst. 5. The engine according to claim 1, further comprising air-fuel ratio control means for performing air-fuel ratio feedback control based on air-fuel ratio detection values of the upstream air-fuel ratio sensor and the downstream air-fuel ratio sensor. A diagnostic apparatus for an air-fuel ratio sensor as described.
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