JP2010190789A - Failure diagnosis device for oxygen sensor - Google Patents
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Abstract
【課題】誤判定を防止して診断精度を向上する。
【解決手段】内燃機関の排気通路内に配置され、排気通路内に臨まされる排気極39と検出素子内部の大気室内に臨まされる大気極38とを有する検出素子31を有する酸素センサの故障診断装置において、酸素センサの出力電圧を検出する電圧検出手段40と、電圧検出手段により負の出力電圧が検出されたとき酸素センサを故障と判定する故障判定手段と、排気極および大気極と電圧検出手段との接続状態を切り替えるスイッチ手段41,42であって、酸素センサの未活性時に、少なくとも大気極への電子の供給を抑制するような接続状態とするスイッチ手段とが設けられる。
【選択図】図8A diagnostic accuracy is improved by preventing erroneous determination.
A failure of an oxygen sensor having a detection element (31) arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine and having an exhaust electrode (39) facing the exhaust passage and an atmospheric electrode (38) facing an atmospheric chamber inside the detection element. In the diagnostic apparatus, a voltage detection means 40 for detecting the output voltage of the oxygen sensor, a failure determination means for determining that the oxygen sensor is faulty when a negative output voltage is detected by the voltage detection means, an exhaust electrode, an atmospheric electrode, and a voltage There are provided switch means 41 and 42 for switching the connection state with the detection means, and a switch means for setting the connection state to suppress at least the supply of electrons to the atmospheric electrode when the oxygen sensor is inactive.
[Selection] Figure 8
Description
本発明は酸素センサの故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置に関する。 The present invention relates to an oxygen sensor failure diagnosis device, and more particularly to an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas.
空燃比フィードバック制御等のため、内燃機関の排気通路には、排気ガスの酸素濃度に基づき空燃比を検出する酸素センサが設けられている。酸素センサは、排気通路内に配置された筒形の検出素子を備え、検出素子は、内外の表面に電極が形成された固体電解質により形成される。外表面側の電極が排気通路内に臨まされる排気極とされ、内表面側の電極が、検出素子内部の大気室内に臨まされる大気極とされる。酸素センサは、これら電極の雰囲気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。 For air-fuel ratio feedback control and the like, an oxygen sensor that detects the air-fuel ratio based on the oxygen concentration of the exhaust gas is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine. The oxygen sensor includes a cylindrical detection element disposed in the exhaust passage, and the detection element is formed of a solid electrolyte having electrodes formed on the inner and outer surfaces. The electrode on the outer surface side is the exhaust electrode facing the exhaust passage, and the electrode on the inner surface side is the atmosphere electrode facing the atmospheric chamber inside the detection element. The oxygen sensor generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure of the atmospheric gas of these electrodes. Specifically, the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich). Generates a large electromotive force.
この酸素センサにおいて、検出素子の欠損が生じて検出素子の内外が連通すると、検出素子外部の排気ガスがその内部に侵入し、その内外の酸素分圧の差が無くなってセンサは起電力を発生しなくなる。そしてさらに、検出素子内部に排気ガスが侵入した状態で検出素子外部により酸素濃度の高い(空燃比リーンの)排気ガスが存在すると、酸素センサにおいて逆方向の起電力が発生する。従って、この逆起電力に対応した酸素センサの負(マイナス)の出力電圧を検出することで、酸素センサの検出素子の欠損、即ち酸素センサの故障を検出することができる(例えば特許文献1参照)。 In this oxygen sensor, when the sensing element is lost and the inside and outside of the sensing element communicate with each other, exhaust gas outside the sensing element enters the inside, and there is no difference in the oxygen partial pressure between the inside and outside, and the sensor generates an electromotive force. No longer. Further, if exhaust gas having a high oxygen concentration (air-fuel ratio lean) is present outside the detection element in a state where the exhaust gas has entered the detection element, an electromotive force in the reverse direction is generated in the oxygen sensor. Accordingly, by detecting the negative (minus) output voltage of the oxygen sensor corresponding to the back electromotive force, it is possible to detect a defect in the detection element of the oxygen sensor, that is, a failure of the oxygen sensor (see, for example, Patent Document 1). ).
ところで、酸素センサが上記のように欠損故障しておらず、正常な場合であっても、排気極が排ガス中のリッチ成分により被毒すると、酸素センサから負の出力電圧が発生することがある。従ってこの場合にも酸素センサの故障と判断してしまうことは誤判定となり、故障診断の精度を落としめる結果となる。 By the way, even if the oxygen sensor is not defective as described above and is normal, if the exhaust electrode is poisoned by rich components in the exhaust gas, a negative output voltage may be generated from the oxygen sensor. . Therefore, even in this case, it is erroneously determined that the oxygen sensor has failed, resulting in a decrease in the accuracy of failure diagnosis.
そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、誤判定を防止して診断精度を向上することができる酸素センサの故障診断装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an oxygen sensor failure diagnosis apparatus that can prevent erroneous determination and improve diagnosis accuracy.
本発明の一形態によれば、
内燃機関の排気通路内に配置される検出素子を有し、該検出素子が、前記排気通路内に臨まされる排気極と、前記検出素子内部の大気室内に臨まされる大気極とを有する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により負の出力電圧が検出されたとき前記酸素センサを故障と判定する故障判定手段と、
前記排気極および前記大気極と前記電圧検出手段との接続状態を切り替えるスイッチ手段であって、前記酸素センサの未活性時に、少なくとも前記大気極への電子の供給を抑制するような接続状態とするスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
Oxygen having a detection element disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, the detection element having an exhaust electrode facing the exhaust passage and an atmospheric electrode facing an atmospheric chamber inside the detection element In the sensor fault diagnosis device,
Voltage detection means for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Failure determination means for determining that the oxygen sensor is failed when a negative output voltage is detected by the voltage detection means;
Switch means for switching a connection state between the exhaust electrode and the atmosphere electrode and the voltage detection means, and is in a connection state that suppresses at least supply of electrons to the atmosphere electrode when the oxygen sensor is inactive. Switch means;
An oxygen sensor failure diagnosis apparatus is provided.
本発明によれば、誤判定を防止して診断精度を向上することができるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, an excellent effect of preventing erroneous determination and improving diagnosis accuracy is exhibited.
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明が適用される車両用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を、図1を参照して説明する。内燃機関10の吸気通路11には、その通路面積を調節するスロットルバルブ15(本実施形態では電子制御式)が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ14を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量(吸入空気量)は、エアフローメータ16により検出されている。そして吸気通路11に吸入された空気は、スロットルバルブ15下流に設けられたインジェクタ17より噴射された燃料と混合された後、燃焼室12に送られて、そこで燃焼される。
The configuration of an exhaust gas purification system for a vehicle internal combustion engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The
一方、燃焼室12での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路13には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒18が設けられ、その上流側には触媒前酸素センサ19、その下流側には触媒後酸素センサ20がそれぞれ設けられている。
On the other hand, a three-
三元触媒18は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲(ウインドウ)でのみ、排気ガス中の主要有害成分(HC、CO、NOx)のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒18を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。
The three-
こうした空燃比の制御は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)22により行われる。ECU22には、上記エアフローメータ16や酸素センサ19,20、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ21、機関回転速度を検出するNEセンサ23、外気温を検出する外気温センサ24を始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関10や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ15やインジェクタ17等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。
Such air-fuel ratio control is performed by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 22. The ECU 22 includes the
まずECU22は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ15の開度を調整する。その一方、エアフローメータ16により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ17からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室12で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度理論空燃比に近づけることができる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。
First, the
そこでECU22は、上記各酸素センサ19,20の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ17からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。
Accordingly, the ECU 22 feedback corrects the fuel injection amount from the
以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ19,20の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。なお、この排気ガス浄化システムでは、上述のように2つの酸素センサ19,20によって空燃比フィードバック制御を実施することで、空燃比フィードバック制御の更なる高精度化を図っている。
As described above, in this exhaust gas purification system, the so-called air-fuel ratio feedback control that performs feedback correction of the fuel injection amount according to the detection results of the
前記2つの酸素センサ19,20は互いに同様の構成であり、また故障診断の方法も同様である。そこで以下、触媒前酸素センサ19を例にとって説明し(以下、触媒前酸素センサ19を単に「酸素センサ19」と称す)、触媒後酸素センサ20については説明を省略する。
The two
図2及び図3に示すように、酸素センサ19は、排気通路13内に突出するように配設された筒型の検出素子31を備えている。検出素子31は、その内側に大気室34を画成する。大気室34は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴35とを通じて外部に連通され、大気(空気)が導出入可能となっている。検出素子31の外表面部は排気通路13内に露出され、センサカバー32を通じて流入する排気ガスに曝される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図3に示すように、検出素子31は、固体電解質37と、固体電解質37の内表面に形成され大気室34内に臨まされる一方の電極としての大気極38と、固体電解質37の外表面に形成され排気通路13内に臨まされる他方の電極としての排気極39とを備える。固体電解質37は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質であり、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用される。大気極38および排気極39は例えば白金Ptを含む。
As shown in FIG. 3, the
大気室34には、検出素子31を加熱して早期に活性化させるためのヒータ36が設けられ、ヒータ36はECU22によって通電制御される。また大気極38と排気極39はECU22、特にその電圧検出回路に接続され、大気極38と排気極39の間に発生した起電力をECU22により検出し得るようになっている。
The
大気極38の雰囲気ガス(通常は空気)と排気極39の雰囲気ガス(通常は排気ガス)との間に酸素分圧の差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気極38側)の酸素がイオン化して固体電解質37を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気極39側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で4価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて両電極38,39間で電子の移動が生じ、その結果、両電極38,39間に起電力が発生する。
When a difference in oxygen partial pressure occurs between the atmosphere gas (usually air) at the
こうして酸素センサ19は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり検出素子31外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内側の大気極38から外側の排気極39に向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続されたECU22に対しては内側の大気極38が正極、外側の排気極39が負極となる。
Thus, the
ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス(大気)と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。 Incidentally, there are various types of oxygen sensors such as those using a plate-shaped detection element and those using a material other than zirconia for the detection element. In many cases, a configuration for detecting the oxygen partial pressure of the exhaust gas based on the same detection principle as that of the above-described sensor, that is, a detection element arranged to isolate the reference gas (atmosphere) and the exhaust gas is a reference gas. The electromotive force is generated in accordance with the difference in oxygen partial pressure of the exhaust gas with respect to the exhaust gas.
酸素センサ19の出力特性を図4に例示する。示されるように、酸素センサ19の出力電圧は理論空燃比A/Fs(例えば14.6)を境に過渡的に変化し、酸素センサ19に供給される排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比A/Fsよりもリーンな領域(A/F>A/Fs、以下リーン空燃比ともいう)では0.1V程度の小さい電圧を示し、理論空燃比A/Fsよりもリッチな領域(A/F<A/Fs、以下リッチ空燃比ともいう)では0.9V程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、0.45Vのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ19の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ19の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子31の温度状態に応じて変化することがある。
The output characteristics of the
なお、本実施形態のように、理論空燃比での燃焼(ストイキ燃焼)のみを目的とした空燃比制御を行う内燃機関では、理論空燃比を境に出力電圧が過渡的に変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは比較的低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うにはそれで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力電圧が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。 Note that, as in the present embodiment, in an internal combustion engine that performs air-fuel ratio control only for combustion at stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric combustion), oxygen having characteristics in which the output voltage changes transiently with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary. Sensors are often used. Although these sensors have a relatively low resolution, they are often sufficient to perform only the stoichiometric combustion. On the other hand, in an internal combustion engine that performs combustion at a wider range of air-fuel ratio, such as combustion at a lean air-fuel ratio, the output voltage varies linearly with the air-fuel ratio of exhaust gas, and the resolution is higher. An oxygen sensor may be used. The present invention is also applicable to such an oxygen sensor.
ところで、長期使用による経年劣化等により、酸素センサ19の検出素子31にクラックが入ったり、検出素子31が割れたりするといった検出素子31の欠損が発生し、酸素センサ19が故障する場合がある。この欠損によるセンサ故障の場合、図5に示すように、検出素子31の欠損部Aを通じて検出素子31の内外が連通し、検出素子31外部の排気ガスがその内部に侵入する。そして検出素子31内部に排気ガスが侵入した状態で、検出素子31外部により酸素濃度の高い(空燃比リーンの)排気ガスが存在すると、酸素センサ19において逆方向の起電力が発生する。このことは例えば、センサ故障状態で空燃比をリッチからリーンに切り替えた場合や、フューエルカットが行われた場合などに起こり得る。この場合、大気極38の電位よりも排気極39の電位の方が高くなり、負(マイナス)の起電力ないし出力電圧が発生することになる。
By the way, due to aged deterioration due to long-term use or the like, the
図6はかかる故障時の酸素センサ出力電圧の変化の一例を示す。円で囲った領域に示されるように、酸素センサ19からはしばしば負の電圧が出力される。従ってこのような負の出力電圧をECU22により検知することで、酸素センサの故障を検出することができる。
FIG. 6 shows an example of a change in the oxygen sensor output voltage at the time of such a failure. As shown in the circled area, the
しかしながら、前述したように、酸素センサ19が欠損故障しておらず、正常な場合であっても、排気極39が排ガス中のリッチ成分(詳しくは炭化水素HCや一酸化炭素COなど)により被毒すると(以下、これをリッチ被毒という)、酸素センサ19から負の出力電圧が発生することがある。従って、この場合にも酸素センサ19の故障と判断してしまうことは誤判定となり、故障診断の精度を落としめる結果となる。
However, as described above, even when the
例えば、機関始動後の所定時間内には、回転安定化および暖機促進等のため、燃料噴射量を理論空燃比相当よりも増量し、空燃比をリッチ側に制御する場合がある。 For example, within a predetermined time after the engine is started, the fuel injection amount may be increased more than the theoretical air-fuel ratio and the air-fuel ratio may be controlled to the rich side in order to stabilize the rotation and promote warm-up.
このような燃料増量制御が、酸素センサ19(特に排気極39)の未活性時に実施されると、排気極39がリッチな排ガスに曝され、排気極39がリッチ被毒する。
When such fuel increase control is performed when the oxygen sensor 19 (especially the exhaust electrode 39) is inactive, the
すると、大気極38から固体電解質37を通って排気極39に移動してきた酸素イオンを、排気極39が十分に分子化(即ち電子を放出)できなくなり、排気極39に酸素イオンが集中する。
Then, the oxygen ions that have moved from the
この後酸素センサ19が活性化すると、排気極39に集中していた酸素イオンの分子化が急激に進行し、また、排気極39にフューエルカット等に基づくリーンガスが到達することもあるので、排気極39上には大量の酸素が存在するようになり、これに起因して排気極39と大気極38との酸素濃度差が逆転し、負の出力電圧が発生する。
Thereafter, when the
なお、暫くして排気極39での酸素イオン集中が解消されれば、負電圧の発生もなくなる。
If the concentration of oxygen ions at the
図7には、正常な酸素センサの暖機過程において燃料増量制御が実施されたときの酸素センサ出力電圧の変化を実線で示す。なお図中、酸素センサの検出素子のインピーダンス(以下、「素子インピーダンス」ともいう)の変化を破線で併記した。素子インピーダンスは検出素子の温度(以下、「素子温度」ともいう)に相関する値であり、両者は、素子温度が高温になるほど素子インピーダンスが低くなるという関係にある。図から分かるように、素子温度は次第に上昇しており、酸素センサは未活性状態から活性状態に徐々に変化している。 In FIG. 7, a change in the oxygen sensor output voltage when the fuel increase control is performed in the normal warm-up process of the oxygen sensor is shown by a solid line. In the figure, the change in the impedance of the detection element of the oxygen sensor (hereinafter also referred to as “element impedance”) is indicated by a broken line. The element impedance is a value that correlates with the temperature of the detection element (hereinafter, also referred to as “element temperature”). As can be seen from the figure, the element temperature gradually increases, and the oxygen sensor gradually changes from the inactive state to the active state.
図中破線円内に示されるように、酸素センサ出力電圧が負になっている時間帯があり、これは、センサ活性化前に排気極39がリッチ被毒し、その影響がセンサ活性化後に現れたことによるものである。
As shown in the broken-line circle in the figure, there is a time zone in which the oxygen sensor output voltage is negative. This is because the
そこで本実施形態では、かかるリッチ被毒に起因した負電圧の発生および検出、さらにはこの負電圧に基づく誤判定を防止するため、排気極39および大気極37とECU22との接続状態を切り替えるスイッチ手段を設けている。以下、これについて説明する。
Therefore, in the present embodiment, a switch for switching the connection state between the
図8に、検出素子31とECU22を簡略的に示す。ECU22は、酸素センサ19の検出素子31からの出力電圧を検出する電圧検出手段としての電圧検出回路40と、電圧検出回路40および大気極38の接続状態を切り替える大気極スイッチ41と、電圧検出回路40および排気極39の接続状態を切り替える排気極スイッチ42とを備えている。これら大気極スイッチ41および排気極スイッチ42が前記スイッチ手段を構成する。
FIG. 8 simply shows the
ECU22は、酸素センサ19の未活性時には、図示するように、大気極スイッチ41および排気極スイッチ42を共に開放側に切り替える。するとこのときに燃料増量制御が行われ、排気極39がリッチ被毒したとしても、次の原理により排気極39での酸素イオン集中が大幅に抑制され、リッチ被毒による負電圧の発生が実質的に防止される。
When the
すなわち、大気極38において、酸素O2は、大気極38の自由電子をもらってイオン化する。この酸素イオンO2-は固体電解質37の内部を移動して排気極39に到達するが、排気極39がリッチ被毒していて活性不足の場合、排気極39では酸素イオンO2-が電子を十分に放出できない。
That is, in the
しかし、大気極スイッチ41が開放側に切り替えられ、大気極38が開放されているので、大気極38においては、大気極38が有する電子数に相当する量しか酸素O2はイオン化されない。ここで仮に大気極38が電圧検出回路40やアースと接続状態にあると、イオン化に必要な電子が大気極38に次々と供給されてしまって多量の酸素O2がイオン化されてしまう。よってかかる開放状態では、大気極38への電子の供給が断たれ、大気極38における酸素O2のイオン化が大幅に抑制される。こうしてできた少量の酸素イオンO2-しか排気極39に移動しないため、排気極39での酸素イオン集中が大幅に抑制される。そして後に酸素センサ19が活性化しても、排気極39での酸素量が少ないため、排気極39は大気極38より酸素濃度が高くならず、負電圧の発生が防止される。
However, since the
このように、本実施形態によれば、排気極39のリッチ被毒に起因した負電圧の発生および検出を防止し、誤判定を防止すると共に診断精度を向上することができる。
As described above, according to the present embodiment, generation and detection of a negative voltage due to rich poisoning of the
なお、ECU22は、酸素センサ19の活性化後には、大気極スイッチ41および排気極スイッチ42を接続側に切り替える。これにより排気極39および大気極37と電圧検出回路40とは通常通り接続され、ECU22は、酸素センサ19の出力電圧検出および負電圧に基づく故障診断を実行可能となる。
The
図9には他の接続状態を示す。この例でECU22は、酸素センサ19の未活性時、大気極スイッチ41のみを開放側に切り替え、排気極スイッチ42は接続側のままとする。これによっても大気極38への電子の供給が断たれ、大気極38における酸素O2のイオン化が大幅に抑制される。そして酸素イオンO2-の排気極39への移動、排気極39での酸素イオン集中ひいては負電圧の発生を防止できる。
FIG. 9 shows another connection state. In this example, when the
図10にはスイッチ手段の変形例を示す。この例では、排気極スイッチ42Aが、排気極39を電圧検出回路40に接続する接続側と、図示の如く排気極39をアースGNDに接続するアース側とに切り替えられるようになっている。他の点は前記同様である。
FIG. 10 shows a modification of the switch means. In this example, the
この場合も前記同様に、大気極38が開放されるので、大気極38への電子の供給が断たれ、大気極38における酸素O2のイオン化が大幅に抑制される。そして酸素イオンO2-の排気極39への移動、排気極39での酸素イオン集中ひいては負電圧の発生を防止できる。また、排気極39をアースGNDに接続すると、排気極39上の余剰電子がアースGNDへ逃げ、排気極39に到達した酸素イオンO2-が少しずつ分子化されるようになって、排気極39での酸素イオン集中を一層防止できるようになる。
In this case as well, since the
図11にはスイッチ手段のさらなる変形例を示す。この例では、大気極スイッチ41Bが、大気極38を電圧検出回路40に接続する接続側と、図示の如く大気極38を短絡線43に接続する短絡側とに切り替えられるようになっている。また、排気極スイッチ42Bが、排気極39を電圧検出回路40に接続する接続側と、図示の如く排気極39を短絡線43に接続する短絡側とに切り替えられるようになっている。他の点は前記同様である。
FIG. 11 shows a further modification of the switch means. In this example, the atmospheric electrode switch 41B can be switched between a connection side that connects the
図示の如く大気極スイッチ41Bと排気極スイッチ42Bとが短絡側に切り替えられ、大気極38と排気極39とが短絡されると、大気極38と排気極39が有する電子数に相当する量しか酸素O2はイオン化されない。従って前記同様、大気極38への電子の供給は大幅に抑制され、大気極38における酸素O2のイオン化が大幅に抑制される。そして酸素イオンO2-の排気極39への移動、排気極39での酸素イオン集中ひいては負電圧の発生を防止できる。
As shown in the figure, when the atmospheric electrode switch 41B and the exhaust electrode switch 42B are switched to the short circuit side and the
次に、図12を用いて本実施形態の故障診断処理を説明する。図示するルーチンはECU22により所定の演算周期(例えば16msec)毎に繰り返し実行される。
Next, the failure diagnosis process of this embodiment will be described with reference to FIG. The illustrated routine is repeatedly executed by the
まずステップS101では、エンジンが始動されているか否かが判断される。始動されていないときはルーチンが終了され、他方、始動されているときはステップS102に進む。 First, in step S101, it is determined whether or not the engine has been started. When the engine is not started, the routine is ended. When the engine is started, the process proceeds to step S102.
ステップS102では、酸素センサ19が未活性状態にあるか否かが判断される。すなわち、ECU22は、酸素センサ19の素子インピーダンスRを常時検出しており、この素子インピーダンスRが、酸素センサ19の最小活性化温度(例えば300℃)に対応した所定値Rsより大きいときに、酸素センサ19を未活性と判断する。他方ECU22は、素子インピーダンスRsが前記所定値Rs以下のときに酸素センサ19を活性状態と判断する。
In step S102, it is determined whether or not the
酸素センサ19が未活性状態にあると判断された場合、ステップS103に進んで、大気極スイッチ41(41B)および排気極スイッチ42(42A,42B)が図8〜図11に示したような状態に切り替えられる。即ち、図8および図9の構成では大気極スイッチ41が開放側に切り替えられ、排気極スイッチ42が開放側および接続側のいずれか一方に切り替えられる。図10の構成では大気極スイッチ41が開放側に切り替えられ、排気極スイッチ42がアース側に切り替えられる。図11の構成では大気極スイッチ41と排気極スイッチ42との両方が短絡側に切り替えられる。これにより、センサ活性化前の排気極39への酸素イオン集中ひいてはセンサ活性化後の負電圧発生を防止できる。以上でルーチンが終了される。
If it is determined that the
他方、ステップS102で酸素センサ19が活性状態にあると判断された場合、ステップS104に進んで、大気極スイッチ41(41B)および排気極スイッチ42(42A,42B)がいずれも接続側に切り替えられる。これにより通常通り、排気極39および大気極37と電圧検出回路40とが接続され、出力電圧検出および負電圧に基づく故障診断が可能になる。
On the other hand, when it is determined in step S102 that the
次いでステップS105に進み、故障診断を実行するための前提条件が成立しているかどうかが判断される。この前提条件が成立している場合とは、例えば、エンジンの暖機がある程度終了している場合、具体的には水温センサ(図示せず)により検出されたエンジン冷却水温が所定温度(例えば40℃)を超えている場合である。但しこの前提条件は任意に設定可能である。 Next, in step S105, it is determined whether or not a precondition for executing the failure diagnosis is satisfied. When this precondition is satisfied, for example, when engine warm-up has been completed to some extent, specifically, the engine coolant temperature detected by a water temperature sensor (not shown) is a predetermined temperature (for example, 40 ° C). However, this precondition can be set arbitrarily.
前提条件が成立していない場合、ルーチンが終了される。他方、前提条件が成立している場合、ステップS106に進み、酸素センサ19からの負の出力電圧が検出されたか否かが判断される。
負の出力電圧が検出された場合、ステップS107に進んで、酸素センサ19が故障ないし異常と判定される。即ち、酸素センサ19の検出素子31にクラックや割れ等の欠損故障が生じていると判断される。これによりルーチンが終了される。
If the precondition is not satisfied, the routine is terminated. On the other hand, when the precondition is satisfied, the process proceeds to step S106, and it is determined whether or not a negative output voltage from the
If a negative output voltage is detected, the process proceeds to step S107, and it is determined that the
他方、負の出力電圧が検出されていない場合、直ちにセンサ正常とはせず、精度向上のため、ステップS108において、正常判定可能な条件(正常判定条件)が成立しているか否かが判断される。この正常判定条件とは、酸素センサ19が欠損故障している場合に必ず負電圧が発生するような条件であり、例えば、吸入空気量Gaが多い運転直後のフューエルカット時であることである。吸入空気量Gaが少ない場合は排ガス流量も少なく、検出素子31の欠損部Aから大気室34に排気ガスが十分流入しない可能性があり、また、大気室34に排気ガスが十分流入した状態でフューエルカットされると、検出素子31の外側が内側より酸素分圧が高くなり負電圧が発生するからである。
On the other hand, if a negative output voltage is not detected, the sensor is not immediately normal, and in order to improve accuracy, in step S108, it is determined whether or not a condition for normal determination (normal determination condition) is satisfied. The The normal determination condition is a condition in which a negative voltage is always generated when the
正常判定条件が成立していないと判断された場合、正常判定されることなくルーチンが終了される。他方、正常判定条件が成立していると判断された場合、ステップS109にて酸素センサ19が正常と判定され、ルーチンが終了される。
If it is determined that the normal determination condition is not satisfied, the routine is terminated without being determined normal. On the other hand, if it is determined that the normal determination condition is satisfied, the
以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は他の実施形態を採ることも可能である。例えば、内燃機関の用途、形式、種類等は限定されず、内燃機関は車両用以外であってもよいし、ディーゼルエンジン等であってもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention can also take other embodiment. For example, the use, type, type, and the like of the internal combustion engine are not limited, and the internal combustion engine may be other than for a vehicle, a diesel engine, or the like.
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
10 内燃機関
13 排気通路
19,20 酸素センサ
22 電子制御ユニット(ECU)
31 検出素子
34 大気室
38 大気極
39 排気極
40 電圧検出回路
41,41B 大気極スイッチ
42,42A,42B 排気極スイッチ
DESCRIPTION OF
31
Claims (1)
前記酸素センサの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により負の出力電圧が検出されたとき前記酸素センサを故障と判定する故障判定手段と、
前記排気極および前記大気極と前記電圧検出手段との接続状態を切り替えるスイッチ手段であって、前記酸素センサの未活性時に、少なくとも前記大気極への電子の供給を抑制するような接続状態とするスイッチ手段と、
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。 Oxygen having a detection element disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, the detection element having an exhaust electrode facing the exhaust passage and an atmospheric electrode facing an atmospheric chamber inside the detection element In the sensor fault diagnosis device,
Voltage detection means for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Failure determination means for determining that the oxygen sensor is failed when a negative output voltage is detected by the voltage detection means;
Switch means for switching a connection state between the exhaust electrode and the atmosphere electrode and the voltage detection means, and a connection state that suppresses at least supply of electrons to the atmosphere electrode when the oxygen sensor is inactive. Switch means;
An oxygen sensor failure diagnosis apparatus comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009036884A JP2010190789A (en) | 2009-02-19 | 2009-02-19 | Failure diagnosis device for oxygen sensor |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013007345A (en) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Oxygen sensor control apparatus |
-
2009
- 2009-02-19 JP JP2009036884A patent/JP2010190789A/en active Pending
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