JP3728802B2

JP3728802B2 - NOx concentration estimation device and exhaust gas recirculation failure diagnosis device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3728802B2
Application number: JP14030196A
Authority: JP
Inventors: 幹雄松本; 清秋山; 英樹上間; 博文土田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09324683A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の排気還流（ＥＧＲ）装置の故障を診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関は、排気通路と吸気通路とを結ぶＥＧＲガス通路を介してＥＧＲ制御弁により制御された流量の排気を吸気系に還流し、燃焼温度を低減することによってＮＯｘ排出量を低減するＥＧＲ装置を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記ＥＧＲ装置の故障診断技術としては、ＥＧＲ制御弁のリフト量、ＥＧＲガス通路中の圧力損失、吸気負圧あるいは吸気負圧の変化、ＥＧＲガス温度等の測定を介してＥＧＲ流量を測定して目標値との相違により故障を診断するもの、また、ＥＧＲの有無により機関のシリンダ内の燃焼圧力の変動率が相違するか否かで故障を診断するものがある (特開平６−２８８３０３号等参照) 。
【０００４】
上記のものでは、検出値がＥＧＲの故障によって引き起こされるＮＯｘ排出量と相関を持たない場合もあるので、単にＥＧＲ故障時はＮＯｘ増加をもたらすといった定性的な判定を行うに留めるか、あるいは次のように運転条件別等でより詳細な判定を行う工夫が必要である。
例えば、ＥＧＲ率一定に制御するシステムで図９、図10に示すパターンの故障を発生した場合を考える。
【０００５】
パターン１は、ＥＧＲガス通路が堆積物等により詰まりを生じた場合であり、全運転領域にわたって、詰まりによる圧力損失分だけＥＧＲ流量が減少する。
パターン２は、ＥＧＲ制御弁内部に異物が入り込み、弁が突き当たって、例えば大流量側で弁が開かず、ＥＧＲ流量が減少する場合である。
例えば、低負荷域では、元々ＮＯｘ濃度が低く、高負荷域で多量のＮＯｘを排出するような特性を持つ機関では、同程度の故障であってもパターン２の方を早期に故障と診断すべきであるのに対し、全運転領域で同程度のＮＯｘ濃度の機関では、パターン１，２とも同程度の故障レベルで故障と診断すべきである。
【０００６】
また、ＥＧＲ流量検出のみでＮＯｘの悪化を検出しようとするものでは、運転領域毎にＮＯｘ排出特性が異なる場合には、運転領域毎に故障判定レベルを設定する必要がある。更に、ＥＧＲ流量が低下した場合のＮＯｘ濃度は機関の点火時期にも影響されるので、ＥＧＲ流量検出のみでＮＯｘ排出量を推定するのは困難な面があり工夫が必要なこと、更にはＮＯｘの悪化を黙認してしまうのを防ぐため、少しでも流量低下したら故障判定するなど、マージンの設定が必要となる場合もあり、好ましくない。
【０００７】
また、ＮＯｘ濃度を検出するセンサを設け、ＥＧＲの有無によるＮＯｘ濃度変化の有無によって故障を診断するものがある (特開平５−３４０３１２号公報参照) 。
このものでは、上記の問題は解決されるが、専用のセンサを用いるのでコスト高となり、また、信頼性の点でも不利である。
【０００８】
一方、排気浄化触媒の上・下流側にそれぞれ空燃比センサを設けて空燃比を検出し、上流側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比フィードバック補正係数 (空燃比制御補正量) を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正しつつ空燃比をフィードバック制御する装置を備えたものがある (特開平３−２１７６３６号公報等参照) 。
【０００９】
本発明は、前記空燃比のフィードバック制御装置を備えた機関において、前記課題を解決し、ＮＯｘ濃度を直接検出するセンサを設けることなく、高精度に推定できる技術を提供することを目的とする。
また、前記ＮＯｘ濃度の推定結果を利用して、ＥＧＲ装置の故障診断を簡便でかつ高精度に行うことができる技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
排気通路に介装された排気浄化触媒の上流側で検出された空燃比に基づいて算出された空燃比制御補正量を、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正し、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御装置と、排気の一部を機関吸気系に還流させる排気還流装置と、を備えた内燃機関において、
図２に示すように、
機関運転領域を検出する運転領域検出手段と、
運転領域毎に前記排気還流装置の故障診断用の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
前記空燃比制御補正量を修正する修正量に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定するＮＯｘ濃度推定手段と、
前記運転領域検出手段で検出された運転領域毎に、前記排気還流装置による排気還流の有無に応じた前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を算出するＮＯｘ濃度偏差算出手段と、
前記ＮＯｘ濃度偏差算出手段により算出された運転領域毎のＮＯｘ濃度推定値相互の偏差を、前記基準値記憶手段に記憶された対応する運転領域の基準値と比較して、前記排気還流装置の故障を診断する故障診断手段と、
を含んでいることを特徴とする。
【００１１】
具体的には、図１に示すように、
前記空燃比フィードバック制御装置は、排気通路に介装された排気浄化触媒の上・下流側にそれぞれ空燃比を検出する手段と、上流側で検出された空燃比に基づいて空燃比制御補正量を算出する手段と、前記触媒の下流側で検出された空燃比に基づいて修正する手段と、該修正された空燃比制御補正量によって空燃比をフィードバック制御する手段と、を備えて構成され、前記ＮＯｘ濃度推定手段は、前記空燃比フィードバック制御装置によって前記触媒上流側の空燃比検出値に基づく前記空燃比制御補正量を、触媒下流側の空燃比検出値に基づいて修正したときの修正量に基づいて排気中のＮＯｘ濃度を推定する。
【００１２】
作用・効果
即ち、前記排気浄化触媒によるＮＯｘの浄化により、ＮＯｘ中のＯが分離されるため、下流側で検出された空燃比は、上流側で検出された空燃比に比較して前記Ｏの分離分だけリーン側に検出される。その結果、前記空燃比制御補正量の修正量は前記Ｏの分離分と相関があり、該Ｏの分離分はＮＯｘ濃度と相関があるから、前記修正量はＮＯｘ濃度と相関があることになるので、該空燃比制御補正量の修正量によってＮＯｘ濃度を推定することができる。
【００１４】
そして、排気還流装置が故障していなければ、排気還流を行うときは、そのＮＯｘ低減機能により排気還流を行わないときに比較してＮＯｘ濃度は減少している。
そこで、運転領域毎に排気還流の有無に応じてそれぞれ空燃比制御補正量の修正量からＮＯｘ濃度を推定し、これらＮＯｘ濃度推定値相互の偏差に基づいて排気還流装置の故障を診断する。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、
前記故障診断手段は、排気還流の有無に応じたＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が、故障判定用の機関運転領域毎に設定された基準値以下であるときに、排気還流装置が故障していると診断することを特徴とする。
作用・効果
排気還流の有無によるＮＯｘ濃度推定値相互の偏差が基準値以下で小さいときは、排気還流によるＮＯｘ低減機能が発揮されるほど変化していないと推定されるので、排気還流装置が故障していると診断することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、
前記排気還流装置による排気還流時に、前記ＮＯｘ濃度推定手段によるＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときに排気還流を停止させ、該排気還流停止時の空燃比制御補正量の修正量を得た後に、前記故障診断手段による故障診断を行わせる診断条件判別手段を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
作用・効果
排気還流時のＮＯｘ濃度推定値が所定値以上のときは、排気還流装置が故障している可能性が高いので、このことを条件として排気還流停止時のＮＯｘ濃度推定値との偏差に基づく排気還流装置の故障診断を行うことで、無駄な故障診断を回避できる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、
前記所定値は、機関領域毎に設定されることを特徴とする。
作用・効果排気還流によるＮＯｘ濃度低減効果は、運転領域によって差があるので、前記故障診断条件としての所定値を運転領域毎に設定することで、該故障診断条件の精度を高めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付の図面に基づいて説明する。
一実施例の構成を示す図３において、機関11の吸気通路12には吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ13及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14が設けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に電磁式の燃料噴射弁15が設けられる。
【００２０】
燃料噴射弁15は、後述するようにしてコントロールユニット50において設定される噴射パルス信号によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータ（図示せず）により所定圧力に制御された燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ16が設けられる。一方、排気通路17にはマニホールド集合部近傍に、排気中の酸素濃度を検出することによって吸入混合気の空燃比を検出する上流側空燃比センサ (上流側空燃比検出手段) 18が設けられ、その下流側の排気管に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化とＮＯ_Xの還元を行って浄化する排気浄化触媒としての三元触媒20が介装されている。
【００２１】
そして、三元触媒20の出口部には上流側空燃比センサ18と同様の機能を持つ下流側酸素センサ19（下流側空燃比検出手段）が設けられている。なお、上記２つの空燃比センサ18，19は、所謂ＤＯＳ〔Dual O₂Sensor〕制御に用いる酸素センサをそのまま使用することができる。
また、図示しないディストリビュータには、クランク角センサ21が内蔵されており、該クランク角センサ21から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出する。
【００２２】
ところで、上流側酸素センサ18の排気上流側の排気通路17から分岐するＥＧＲガス通路22が設けられており、このＥＧＲガス通路22は、ＥＧＲ制御弁23を介して絞り弁14の下流側の吸気通路12に連通されている。
前記ＥＧＲ制御弁23には吸気負圧を導く吸気負圧導入通路24が設けられており、当該吸気負圧導入通路24を介して導かれた吸気負圧の大きさに応じてＥＧＲ制御弁23が内装するスプリング23Ａにより弾性付勢されているダイアフラム23Ｂを所定量上下動させることで、弁体23Ｃが所定量上下動されるようになっており、従って吸気負圧の大きさ（負荷の大きさ）に応じて弁体23Ｃのリフト量、即ちＥＧＲガス量を制御できるようになっている。
【００２３】
なお、前記吸気負圧導入通路24には、ＥＧＲコントロール・ソレノイド・バルブ（以下、ＥＧＲｃｓｖと言う）25が介装されており、このＥＧＲcsv 25を、コントロールユニット50からの駆動信号に基づき開閉弁させて連通切換することで、吸気負圧を吸気負圧導入通路24に導入するようになっている。
そして、当該ＥＧＲガス通路22内の圧力を導き所定圧力で閉弁して、吸気負圧導入通路24内と大気との連通を遮断させる所謂ＥＧＲ−ＢＰＴバルブ26が設けられており、これにより吸気負圧導入通路24内の負圧を増加させて、ＥＧＲ制御弁23のリフト量を増大させ、以って比較的多量のＥＧＲガスが要求される領域（即ち、排気圧力の大きな領域）であっても、要求通りのＥＧＲガス量を確保できるようにしている。
【００２４】
ここで、本発明にかかる空燃比制御補正量算出手段、空燃比制御補正量修正手段、ＮＯｘ濃度推定手段、空燃比フィードバック制御手段、運転領域検出手段、ＮＯｘ濃度偏差算出手段、基準値記憶手段、故障診断手段としての機能をソフト的に備えたコントロールユニット50が設けられ、三元触媒20の上流側と下流側とに設けた２つの空燃比センサ18，19を利用して行うＥＧＲシステムの故障診断制御を行う。
【００２５】
前記故障診断制御の概要を説明する。空燃比センサは一般的に、白金を主成分とする電極上で酸素濃度を検出することを基本とする。一方排気中の酸素は酸素分子やＮＯｘ分子、等に含まれて存在する。白金電極上では、ＮＯｘは、完全に還元されるわけではないので、この還元されずにＮＯｘ中に取り込まれたままとなっている酸素は、空燃比センサに検出されない。したがって、機関から排出されるＮＯｘ濃度が高いときは、このＮＯｘに取り込まれた酸素も多く、その分空燃比センサは酸素不足即ちリッチと判断して、前述の空燃比フィードバック制御によってリーンに補正してしまうため、制御結果としての空燃比は理論空燃比よりもリーンとなる。
【００２６】
触媒下流側の空燃比センサにおいては、触媒でＮＯｘが還元されるので、前述のＮＯｘに取り込まれた酸素による空燃比の検出ずれはないから、もし、ＥＧＲの故障が発生してＥＧＲが作動しなくなり、機関から排出されるＮＯｘが増大すると、触媒上流側の空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック結果はリーンとなり、したがって、触媒下流側の空燃比センサの出力はリーンを示す。なお、前述のように空燃比がリーン側に制御されてＮＯｘが過剰に排出されるときでも、触媒のＮＯｘ転化率はリーン時は理論空燃比に比較して低下するものの０になるわけではないので、ＮＯｘの一部は還元される。そして、還元されたＯにより下流側空燃比センサでリーン状態が検出され、その結果、上流側空燃比センサの空燃比フィードバック補正係数を修正するリッチシフト制御を行うことにより、下流側空燃比センサの検出値が理論空燃比となるまで修正が続けられる。
【００２７】
この空燃比フィードバック補正係数の修正量は、例えば、前記ＥＧＲ装置が正常に作動しているときは、ＥＧＲ制御によるＮＯｘ低減効果により、小さい修正量となるが、ＥＧＲ装置が故障してＮＯｘ排出量が増大しているときには大きい修正量となる。
そこで、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ制御をオン／オフし、そのときの空燃比フィードバック補正係数の修正量に基づいて推定されるＮＯｘ濃度の偏差が、ＥＧＲ制御のオン／オフによるＮＯｘの低減幅になるので、この偏差が小さい場合はＥＧＲ装置が何らかの故障が発生してＥＧＲ流量が減少しており、その結果ＮＯｘ濃度が増大したと推定できるので、該ＮＯｘ濃度偏差が許容値を超えた場合にＥＧＲ装置が故障したと判定することができ、また、推定されるＮＯｘ濃度偏差に応じてＥＧＲ装置の故障の程度を判定することができる。
【００２８】
以下に、前記触媒上流側の空燃比センサの検出値に基づいて設定される空燃比フィードバック補正係数 (空燃比制御補正量) を、触媒下流側の空燃比センサの検出値に基づいて修正するルーチンと、該修正量に基づいてＮＯｘ濃度を推定し、さらにＥＧＲ装置の故障診断を行うルーチンと、について、図４以下のフローチャートに従って説明する。
【００２９】
まず、前記空燃比フィードバック補正係数を修正するいわゆるＤＯＳ〔Dual O₂Sensor〕制御について、図４のフローチャートに従って説明する。なお、このルーチンは、本発明にかかる空燃比制御補正量算出手段、空燃比制御補正量修正手段を構成している。
ステップ21では、上流側空燃比センサ18の出力値 (電圧) のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₁を読み込む。
【００３０】
ステップ22では、ＯＳＲ₁と基準値ＳＬＦ（目標空燃比に相当する値）とを比較し、ＯＳＲ₁＜ＳＬＦの場合は、マニホールド集合部近傍（三元触媒19上流側）の空燃比がリーンであると判定して、ステップ23へ進んでリッチ・リーン識別用のフラグＦ１を０にセットした後、ステップ25へ進む。
一方、ＯＳＲ₁≧ＳＬＦの場合は、マニホールド集合部近傍の空燃比がリッチであると判定して、ステップ24へ進んでフラグＦ１を１にセットした後、ステップ25へ進む。
【００３１】
ステップ25では、フラグＦ１が反転したか否かを判断する。ＹＥＳの場合はステップ26へ進む。
ＮＯの場合には、ステップ33へ進んでフラグＦ１の値によりリッチ・リーン判定を行い、リーン判定（Ｆ１＝０）時にはステップ34でフィードバック補正係数αを現状値αに積分分Ｉ_Lを加算した値で更新して、リッチ側へ空燃比を近づけて行く。一方、リッチ判定（Ｆ１＝１）時にはステップ35でフィードバック補正係数αを現状値αに積分分Ｉ_Rを減算した値で更新して、リーン側へ空燃比を近づけて行く。そして、ステップ34或いはステップ35が繰り返されると、いずれマニホールド集合部近傍の空燃比がリッチ・リーン反転することになる。
【００３２】
なお、ステップ25でフラグＦ１が反転したと判断された場合には、ステップ26へ進むことになるが、ステップ26では、予め設定記憶されている比例分補正量ＰＨＯＳを、下流側空燃比センサ19の出力に基づいて補正し、これにより上流側空燃比センサ18の検出値の実際の空燃比からのズレを補償して、高精度な空燃比フィードバック制御を行うことができるようになっている。
【００３３】
つまり、ステップ26では、下流側空燃比センサ19の出力値のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₂を読み込む。
ステップ27では、下流側空燃比センサ19のＡ／Ｄ変換値ＯＳＲ₂と基準値ＳＬＲ（目標空燃比に相当する値）とを比較し、ＯＳＲ₂＜ＳＬＲと判定された場合は、三元触媒20下流側の下流側空燃比センサ19が検出する空燃比はリーンであるから、該空燃比を目標空燃比へ近づけるべくリッチ側への補正量を増大するために、ステップ28へ進み、比例分補正量ＰＨＯＳ（空燃比補正量の補正量に相当する）を所定量ΔＰＨＯＳＬ（＞０) だけ加算した値で更新した後、ステップ30へ進む。
【００３４】
一方、ステップ27でＯＳＲ_R≧ＳＬＲと判定された場合は、三元触媒20下流側の下流側空燃比センサ19の検出する空燃比はリッチであるから、該空燃比を目標空燃比へ近づけるべくリーン側への補正量を増大するために、ステップ29へ進み、前記比例分補正量ＰＨＯＳを所定量ΔＰＨＯＳＲだけ減算した値で更新した後、ステップ30へ進む。
【００３５】
ステップ30では、上流側空燃比センサ18のリッチ・リーン判定用フラグＦ１の値を判定し、Ｆ１＝０であり三元触媒20上流側がリーンである場合には、ステップ31へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、現在のαに予め設定記憶されている比例分Ｐ_Lと前記更新された比例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新設定する。
【００３６】
一方、Ｆ＝１であり三元触媒20の上流側がリッチである場合には、ステップ32へ進み、空燃比フィードバック補正係数αを、現在のαから予め設定記憶されている比例分Ｐ_Rを減算すると共に前記更新された比例分補正量ＰＨＯＳを加算した値で更新する。
このように、最終的に求まる空燃比フィードバック補正係数αは、下流側空燃比センサ19が検出する三元触媒20によってＮＯｘが還元され酸素濃度が平衡化された後の排気中の酸素濃度のリッチ・リーン傾向に基づいて該リッチ・リーン傾向を抑制する方向へ更新された前記比例分補正量ＰＨＯＳにより補正されることになるので、ＮＯｘ中の酸素濃度を検出できないことにより上流側空燃比センサ18の検出値が実際の空燃比からズレていても、当該ズレ量が補償され、空燃比を高精度に目標空燃比近傍に制御することができるようになる。つまり、三元触媒20の上流側に設けられた上流側空燃比センサ18の応答性のよいリッチ・リーン反転出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う一方で、下流側空燃比センサ19の三元触媒20により平衡化された酸素濃度の検出結果に基づいて、上流側空燃比センサ18の検出値を補償するようにして、これによって、制御応答性を高く維持しつつ、空燃比を高精度に目標空燃比近傍に制御できるようにしている。
【００３７】
つづいて、図５に示すフローチャートにより実行されるＥＧＲ装置の故障診断制御について説明する。
なお、本実施形態における故障診断は、三元触媒20により平衡化された後の酸素濃度を検出する下流側空燃比センサ19の検出値に基づく前記比例分補正量ＰＨＯＳを介して行うことにより、外乱の影響を受け難くしている。つまり、図６に示すように、目標ＥＧＲ率が得られていれば、三元触媒20により平衡化された（ＮＯｘが還元された）後の排気中の酸素濃度を高精度に検出できる（即ち、実際の空燃比を検出できる）下流側空燃比センサ19は、上流側空燃比センサ18の検出ズレ（ＥＧＲによるＮＯｘ生成量変化に起因する検出ズレ）した状態での空燃比フィードバック制御を理論空燃比近傍での空燃比フィードバック制御に戻そうとするので、前記比例分補正量ＰＨＯＳの平均値（ＡＰＨＯＳ）は、所定の値（ＭＡＰＨＯＳ１）に収束する。しかし、ＥＧＲ装置が故障等して目標ＥＧＲ率から外れた場合には、ＮＯｘ生成量が変わるために上流側空燃比センサ18の検出ズレ量が変わるため、ＡＰＨＯＳはＭＡＰＨＯＳ１から所定の偏差を持つことになる。従って、この偏差の大きさによって、目標ＥＧＲ率が得られているか、即ちＥＧＲ装置が正常に作動できているかを診断することができる。なお、このように三元触媒20を介して平衡化された排気中の酸素濃度を検出する下流側空燃比センサ19の検出値に基づいて設定されるＡＰＨＯＳに基づいて故障診断するので、三元触媒20の上流側で空燃比変動を応答性よく検出する上流側空燃比センサ18の検出値に基づいて故障診断する従来のものに比べて、外乱等の影響を極力抑制して高精度な故障診断を行うことができる。
【００３８】
ステップ51では、機関運転条件を読み込む。該運転条件は例えば機関回転速度Ｎｅと負荷 (例えばシリンダ１吸気当り新気吸入量にて表される) とで求められる。この運転条件の読み込みは、ステップ52以降の各条件判定のため行われる。
ステップ52では上流側空燃比センサ18による空燃比フィードバック制御中であるか否か、ステップ53では下流側空燃比センサ19による空燃比フィードバック補正係数αの修正中つまり前記ＤＯＳ制御中であるか否か、ステップ54ではＥＧＲ制御条件であるか否かをそれぞれ判定する。ＥＧＲ制御条件は、機関の運転条件で所定の回転速度，負荷で表される領域にあるとか、冷却水温度が所定範囲にあるとかによって示される。
【００３９】
そして、前記ステップ52，53，54の各条件が全て満たされているとき (ＹＥＳのとき) は、ステップ55へ進む。
ステップ55では、ＥＧＲ装置の故障診断条件であるか否かを判定する。該ＥＧＲ装置の故障診断条件とは、例えば、ＥＧＲ率の設定が所定値以上であるとか、ＮＯｘ濃度が所定値以上である運転領域の判定をもって行われる。
【００４０】
また、既にＥＧＲが故障しているとの診断が下されている場合は、故障診断条件から除外する。
前記故障診断条件であると判定されると、ステップ56以下でＥＧＲ装置の故障診断を行う。
ステップ56では、ステップ51で読み込んだ運転条件がどの領域に属するかを検索する。該運転領域の検索は、後述する診断用ＥＧＲカットを行うか否かの判定のために運転領域毎に設定された所定値を検索するためである。
【００４１】
ステップ57では、後述する診断用のＥＧＲカットを許可するＥＧＲセットフラグが現在の機関運転条件が含まれる領域において、１ (カット許可) であるか、０ (カット非許可) であるかを判定する。１である場合にはステップ58へ進んでＥＧＲをカットし、ステップ64以下を実行する。０である場合にはステップ59へ進み、前記空燃比フィードバック補正係数αの修正量である比例分補正量ＰＨＯＳの最新の値を読み込む。故障診断条件が満たされて直ぐは、診断用ＥＧＲカットは行われていないので、ステップ59へ進む。
【００４２】
ステップ60では、前記比例分補正量ＰＨＯＳに基づいてＮＯｘ濃度を推定する。このステップ60の機能が、ＮＯｘ濃度推定手段を構成する。ＮＯｘ濃度の推定は、図７に示すように、予め実験等により把握される相関テーブルをもとに検索される。ここで、前記比例分補正量ＰＨＯＳが増加した場合でも、ＥＧＲ装置の故障等によるＮＯｘ濃度の増加によるものと決めつけられるものではなく、例えば、上流側空燃比センサが劣化して特性が変化したことによって空燃比フィードバック補正係数αがずれたため生じた可能性も高い。しかし、ここでは、後述する診断用ＥＧＲカットを行うか否かの判断をするために、もしも現在の修正結果がＮＯｘ濃度が高いために得られたものであるならば、ＥＧＲ装置の故障が懸念されることを判別するため、空燃比フィードバック補正係数αの修正結果、つまり比例分補正量ＰＨＯＳの値は、全てＮＯｘ濃度に依存するものとして、ＮＯｘ濃度の推定を行う。該ＮＯｘ濃度推定値は、図示しないがメモリの対応する運転領域に記憶される。
【００４３】
ステップ61では、ステップ60で推定されたＮＯｘ濃度が所定値より大きいか否かを判定する。所定値よりも大きいと判断されるときは、ステップ62に進んで診断用ＥＧＲカットを行い、そうでない場合はＥＧＲ装置の故障の可能性はないと判断して診断用ＥＧＲカットは行わない (ステップ63) 。ここで、前記所定値は、例えば図８に示すように運転領域毎に設定される。該所定値はＮＯｘ量の絶対値として設定してもよいが、正常時の何倍のＮＯｘが排出されたからＮＧと判定してもよい。
【００４４】
前者の場合、ＮＯｘ推定値の所定の変化幅を該所定値として設定すればよいので、該所定値は１つの値のみを設定すればよいので構成を簡略化できるメリットを有するが、機関の運転パターンによって運転開始から終了までのＮＯｘの総増分を予測できないため、該所定値の設定にはある程度のマージンを見込まなければならない。これに対し、後者の場合は、正常時の所定倍に相当するＮＯｘの変化幅推定値を該所定値として設定するので、該所定値は運転領域毎に設定しなければならないが、運転パターンによらずＮＯｘの増大率を判定することになるので、診断を明確に行えるメリットがある。
【００４５】
そして、ステップ62に進んで診断用ＥＧＲカットが行われた後は、次回このフローを実行するとき、ステップ57の判定がＹＥＳとなってステップ58で診断用ＥＧＲカットを行い、ステップ64以降へ進む。
ステップ64では、診断用ＥＧＲカットが行われてから所定時間が経過したか否かを判定する。これは、該診断用ＥＧＲカットが行われてから空燃比フィードバック補正係数αを修正する比例分補正量ＰＨＯＳの値が変化するのにある程度の時間を要するため、該時間経過の判定を行うものである。
【００４６】
所定時間が経過したと判定されるとステップ63へ進む。
ステップ65では、再度現在の機関運転領域を検索する。これは、ＥＧＲ制御の有無に応じて前記比例分補正量ＰＨＯＳから推定されるＮＯｘ濃度相互の偏差からＥＧＲ装置の故障診断を行う際に、対応する運転領域の基準値を検索するために行われる。なお、再度運転領域を検索するのは、ステップ64で所定時間の経過を待つため、その間に運転領域が変化していることがあるためである。したがって、該ステップ65の機能が運転領域検出手段を構成する。
【００４７】
ステップ66，67ではＥＧＲ制御時と同様比例分補正量ＰＨＯＳを読み込み、該比例分補正量ＰＨＯＳに応じてＥＧＲカット時のＮＯｘ濃度を推定する。
ステップ68では、当該ＥＧＲカット時と同一の運転領域におけるＥＧＲ制御時のＮＯｘ濃度推定値をメモリから読み出し、前記ステップ67で推定されたＥＧＲカット時のＮＯｘ濃度推定値との偏差を算出する。
【００４８】
ステップ69では、前記ステップ68で算出されたＮＯｘ濃度推定値の偏差を、メモリから読み出した対応する運転領域の基準値と比較し、該基準値より大きいか否かを判定する。
前記ＮＯｘ濃度推定値の偏差が、基準値より大きいときは、ＥＧＲカットによってＮＯｘ濃度が大きく変化したのであるから、ＥＧＲ制御時のＥＧＲ量は確保されており、ＥＧＲ装置は正常であると判断してステップ70にてＥＧＲカットフラグを０に戻して該診断を終了する。その後、例えばステップ71に示すように、空燃比センサの故障乃至劣化診断へ進んで、前記空燃比フィードバック補正係数αの修正結果が大きくなった原因を診断してもよい。
【００４９】
一方、ステップ69で、ＮＯｘ濃度推定値の偏差が基準値以下であったときは、ステップ72へ進んでＥＧＲ装置が故障と判定し、例えば故障診断結果を運転者に知らせる警告灯を点灯するなどしてＥＧＲ診断を終了する。
この実施形態に示されるように、本発明によれば、空燃比制御補正量 (空燃比フィードバック補正係数α) の修正量 (比例分補正量ＰＨＯＳ) に基づいて、ＮＯｘ濃度を推定することができ、また、ＥＧＲ制御の有無に応じてＥＧＲ濃度推定値相互の偏差に基づいてＥＧＲ装置の故障診断を行うことができ、特に、該信診断に前記偏差と比較される基準値を運転領域毎に設定しているため、高い診断精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる空燃比フィードバック制御装置を構成する各手段と、ＮＯｘ濃度推定手段を示すブロック図。
【図２】請求項１に係る発明の構成・機能を示すブロック図。
【図３】本発明の一実施形態の全体構成を示す図。
【図４】同上実施形態におけるＤＯＳ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】同じくＥＧＲ装置故障診断ルーチンを示すフローチャート。
【図６】同じく診断理論 (ＰＨＯＳとＥＧＲ率との関係) を説明するタイムチャート。
【図７】同じく比例分補正量ＰＨＯＳとＮＯｘ濃度推定値との相関を示すテーブル。
【図８】同じく診断時に使用する所定値を設定したテーブル。
【図９】ＥＧＲガス通路のつまりによるＥＧＲ量の変化を示す線図。
【図１０】ＥＧＲ弁に異物が侵入したときのＥＧＲ量の変化を示す線図。
【符号の説明】
11 内燃機関
12 吸気通路
17 排気通路
18 上流側空燃比センサ
19 下流側空燃比センサ
20 三元触媒
22 ＥＧＲガス通路
23 ＥＧＲ制御弁
50 コントロールユニット[0001]
[Industrial application fields]
  The present inventionExhaust gas recirculation of internal combustion engines(EGR) The present invention relates to a technique for diagnosing a device failure.
[0002]
[Prior art]
An internal combustion engine for a vehicle reduces NOx emission by returning exhaust gas at a flow rate controlled by an EGR control valve to an intake system via an EGR gas passage connecting an exhaust passage and an intake passage, and reducing a combustion temperature. EGR device is provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As a failure diagnosis technique of the EGR device, the EGR flow rate is measured through measurement of the lift amount of the EGR control valve, pressure loss in the EGR gas passage, intake negative pressure or intake negative pressure change, EGR gas temperature, and the like. There is one that diagnoses a failure based on a difference from a target value, and another that diagnoses a failure based on whether or not the fluctuation rate of the combustion pressure in an engine cylinder differs depending on the presence or absence of EGR (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-288303, etc.) See).
[0004]
In the above, the detected value may not have a correlation with the NOx emission amount caused by the EGR failure. Thus, it is necessary to devise a more detailed determination according to operating conditions.
For example, let us consider a case where a failure of the pattern shown in FIGS. 9 and 10 occurs in a system that controls the EGR rate to be constant.
[0005]
Pattern 1 is a case where the EGR gas passage is clogged with deposits or the like, and the EGR flow rate is reduced by the pressure loss due to clogging over the entire operation region.
Pattern 2 is a case where foreign matter enters the EGR control valve and the valve hits, for example, the valve does not open on the large flow rate side, and the EGR flow rate decreases.
For example, in an engine having such a characteristic that the NOx concentration is originally low in the low load range and a large amount of NOx is discharged in the high load range, even if the failure is of the same level, the pattern 2 is diagnosed earlier. On the other hand, in the engine having the same NOx concentration in the entire operation region, the failure should be diagnosed at the same failure level in both patterns 1 and 2.
[0006]
Further, in the case of detecting NOx deterioration only by detecting the EGR flow rate, if the NOx emission characteristic differs for each operation region, it is necessary to set a failure determination level for each operation region. Further, since the NOx concentration when the EGR flow rate decreases is also affected by the ignition timing of the engine, it is difficult to estimate the NOx emission amount only by detecting the EGR flow rate, and it is necessary to devise further. In order to prevent the accrual of the deterioration of the temperature, it may be necessary to set a margin, for example, it may be necessary to set a margin, such as determining a failure when the flow rate drops even a little.
[0007]
In addition, there is a sensor that detects a NOx concentration and diagnoses a failure based on the presence or absence of a change in NOx concentration due to the presence or absence of EGR (see Japanese Patent Laid-Open No. 5-340312).
In this case, the above-mentioned problem is solved, but since a dedicated sensor is used, the cost is high, and it is disadvantageous in terms of reliability.
[0008]
On the other hand, an air-fuel ratio sensor is provided on each of the upstream and downstream sides of the exhaust purification catalyst to detect the air-fuel ratio, and an air-fuel ratio feedback correction coefficient (air-fuel ratio control correction amount) calculated based on the air-fuel ratio detected upstream Is provided with a device that feedback-controls the air-fuel ratio while correcting the air-fuel ratio detected on the downstream side of the catalyst (see Japanese Patent Laid-Open No. 3-217636, etc.).
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in an engine equipped with the air-fuel ratio feedback control device, and to provide a technique capable of estimating with high accuracy without providing a sensor for directly detecting the NOx concentration.
It is another object of the present invention to provide a technique that can easily and accurately perform a failure diagnosis of an EGR device using the estimation result of the NOx concentration.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  For this reason, the invention according to claim 1
  Correcting the air-fuel ratio control correction amount calculated based on the air-fuel ratio detected upstream of the exhaust purification catalyst interposed in the exhaust passage based on the air-fuel ratio detected downstream of the catalyst; In an internal combustion engine comprising: an air-fuel ratio feedback control device that feedback-controls the air-fuel ratio with the corrected air-fuel ratio control correction amount; and an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas to the engine intake system,
  As shown in FIG.
  Operating region detecting means for detecting the engine operating region;
Reference value storage means for storing a reference value for failure diagnosis of the exhaust gas recirculation device for each operation region;
NOx concentration estimating means for estimating NOx concentration based on a correction amount for correcting the air-fuel ratio control correction amount;
NOx concentration deviation calculating means for calculating a deviation between the NOx concentration estimated values by the NOx concentration estimating means according to the presence or absence of exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device, for each operating area detected by the operating area detecting means;
The difference between the NOx concentration estimated values calculated by the NOx concentration deviation calculating means for each operation region is compared with the reference value of the corresponding operation region stored in the reference value storage means, and the exhaust gas recirculation device malfunctions. Fault diagnosis means for diagnosing
  It is characterized by including.
[0011]
  Specifically, as shown in FIG.
  The air-fuel ratio feedback control device includes means for detecting an air-fuel ratio upstream and downstream of the exhaust purification catalyst interposed in the exhaust passage, and an air-fuel ratio control correction amount based on the air-fuel ratio detected upstream. Means for calculating, means for correcting based on the air-fuel ratio detected downstream of the catalyst, and means for feedback-controlling the air-fuel ratio by the corrected air-fuel ratio control correction amount,The NOx concentration estimating means includes theThe NOx concentration in the exhaust gas based on the correction amount when the air-fuel ratio control correction amount based on the air-fuel ratio detection value on the upstream side of the catalyst is corrected based on the air-fuel ratio detection value on the downstream side of the catalyst by the air-fuel ratio feedback control device Thepresume.
[0012]
Action / Effect
That is, since NO in the NOx is separated by the purification of NOx by the exhaust purification catalyst, the air-fuel ratio detected on the downstream side is equal to the separation of O compared to the air-fuel ratio detected on the upstream side. Detected on the lean side. As a result, the correction amount of the air-fuel ratio control correction amount has a correlation with the separation amount of O, and the separation amount of O has a correlation with the NOx concentration. Therefore, the correction amount has a correlation with the NOx concentration. Therefore, the NOx concentration can be estimated from the correction amount of the air-fuel ratio control correction amount.
[0014]
  AndIf the exhaust gas recirculation device has not failed, the NOx concentration is reduced when exhaust gas recirculation is performed compared to when exhaust gas recirculation is not performed due to the NOx reduction function.
  Therefore, the NOx concentration is estimated from the correction amount of the air-fuel ratio control correction amount according to the presence or absence of exhaust gas recirculation for each operation region, and a failure of the exhaust gas recirculation device is diagnosed based on the deviation between these estimated NOx concentration values.
[0015]
  Also,Claim 2The invention according to
  The failure diagnosing means has a malfunction in the exhaust gas recirculation device when the deviation between the NOx concentration estimated values according to the presence or absence of exhaust gas recirculation is equal to or less than a reference value set for each engine operating region for failure determination. It is characterized by diagnosing.
  Action / Effect
  When the deviation between the NOx concentration estimated values due to the presence or absence of exhaust gas recirculation is small below the reference value, it is estimated that the NOx reduction function due to exhaust gas recirculation is not changed so that the exhaust gas recirculation device is out of order. Can be diagnosed.
[0016]
  Also,Claim 3The invention according to
  After exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device, exhaust gas recirculation is stopped when the NOx concentration estimated value by the NOx concentration estimation means is equal to or greater than a predetermined value, and after obtaining the correction amount of the air-fuel ratio control correction amount at the time of exhaust gas recirculation stop And diagnostic condition determining means for performing fault diagnosis by the fault diagnostic means.
[0017]
Action / Effect
When the estimated NOx concentration value at the time of exhaust gas recirculation is greater than or equal to a predetermined value, there is a high possibility that the exhaust gas recirculation device has failed. Therefore, on this condition, the exhaust gas based on the deviation from the estimated NOx concentration value when exhaust gas recirculation is stopped By performing failure diagnosis of the reflux device, useless failure diagnosis can be avoided.
[0018]
  Also,Claim 4The invention according to
  The predetermined value is set for each engine area.
Since the NOx concentration reduction effect due to the action / effect exhaust gas recirculation varies depending on the operation region, the accuracy of the failure diagnosis condition can be increased by setting a predetermined value as the failure diagnosis condition for each operation region.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 3 showing the configuration of one embodiment, the intake passage 12 of the engine 11 is provided with an air flow meter 13 for detecting the intake air flow rate Qa and a throttle valve 14 for controlling the intake air flow rate Qa in conjunction with the accelerator pedal. An electromagnetic fuel injection valve 15 is provided for each cylinder in the downstream manifold portion.
[0020]
The fuel injection valve 15 is driven to open by an injection pulse signal set in the control unit 50 as will be described later, and is sent from a fuel pump (not shown) and controlled to a predetermined pressure by a pressure regulator (not shown). Spray supply. Further, a water temperature sensor 16 for detecting the cooling water temperature Tw in the cooling jacket of the engine 11 is provided. On the other hand, the exhaust passage 17 is provided with an upstream air-fuel ratio sensor (upstream air-fuel ratio detecting means) 18 for detecting the air-fuel ratio of the intake air-fuel mixture by detecting the oxygen concentration in the exhaust near the manifold assembly portion. In the exhaust pipe on the downstream side, oxidation of CO and HC in the exhaust and NO_XA three-way catalyst 20 is disposed as an exhaust gas purification catalyst that purifies the gas by reducing it.
[0021]
A downstream oxygen sensor 19 (downstream air-fuel ratio detection means) having a function similar to that of the upstream air-fuel ratio sensor 18 is provided at the outlet of the three-way catalyst 20. The two air-fuel ratio sensors 18 and 19 are so-called DOS [Dual O₂Sensor] The oxygen sensor used for control can be used as it is.
Further, the distributor (not shown) has a built-in crank angle sensor 21, and counts a crank unit angle signal output from the crank angle sensor 21 in synchronization with the engine rotation for a certain period of time, or a crank reference angle signal. Is measured to detect the engine speed Ne.
[0022]
By the way, an EGR gas passage 22 branched from the exhaust upstream side exhaust passage 17 of the upstream oxygen sensor 18 is provided. This EGR gas passage 22 is connected to the intake air downstream of the throttle valve 14 via the EGR control valve 23. It is communicated with the passage 12.
The EGR control valve 23 is provided with an intake negative pressure introduction passage 24 for introducing intake negative pressure, and the EGR control valve 23 according to the magnitude of the intake negative pressure introduced through the intake negative pressure introduction passage 24. The valve body 23C is moved up and down by a predetermined amount by moving the diaphragm 23B elastically urged by the spring 23A included in the valve to move up and down by a predetermined amount. The lift amount of the valve body 23C, that is, the EGR gas amount can be controlled according to the above.
[0023]
The intake negative pressure introduction passage 24 is provided with an EGR control solenoid valve (hereinafter referred to as EGRcsv) 25. The EGRcsv 25 is opened and closed based on a drive signal from the control unit 50. Thus, the intake negative pressure is introduced into the intake negative pressure introduction passage 24 by switching the communication.
A so-called EGR-BPT valve 26 that guides the pressure in the EGR gas passage 22 and closes it at a predetermined pressure to shut off the communication between the intake negative pressure introduction passage 24 and the atmosphere is provided. This is a region where a relatively large amount of EGR gas is required (ie, a region where the exhaust pressure is large) by increasing the negative pressure in the negative pressure introduction passage 24 and increasing the lift amount of the EGR control valve 23. However, the EGR gas amount as required can be secured.
[0024]
Here, the air-fuel ratio control correction amount calculating means, the air-fuel ratio control correction amount correcting means, the NOx concentration estimating means, the air-fuel ratio feedback control means, the operating region detecting means, the NOx concentration deviation calculating means, the reference value storage means, according to the present invention, A control unit 50 having a software function as a failure diagnosis means is provided, and an EGR system failure is performed by using two air-fuel ratio sensors 18, 19 provided upstream and downstream of the three-way catalyst 20. Perform diagnostic control.
[0025]
An outline of the failure diagnosis control will be described. The air-fuel ratio sensor is generally based on detecting the oxygen concentration on an electrode mainly composed of platinum. On the other hand, oxygen in the exhaust is present in oxygen molecules and NOx molecules. Since NOx is not completely reduced on the platinum electrode, oxygen that has not been reduced and is still taken into NOx is not detected by the air-fuel ratio sensor. Therefore, when the concentration of NOx discharged from the engine is high, a large amount of oxygen is taken into this NOx, and accordingly the air-fuel ratio sensor judges that the oxygen is insufficient or rich, and corrects to lean by the above-mentioned air-fuel ratio feedback control. Therefore, the air-fuel ratio as a control result is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0026]
In the air-fuel ratio sensor on the downstream side of the catalyst, NOx is reduced by the catalyst, so there is no detection deviation of the air-fuel ratio due to the oxygen taken into the above-mentioned NOx. Therefore, if EGR failure occurs and EGR is activated When NOx exhausted from the engine increases and the air-fuel ratio feedback result based on the air-fuel ratio sensor output on the upstream side of the catalyst becomes lean, the output of the air-fuel ratio sensor on the downstream side of the catalyst shows lean. As described above, even when the air-fuel ratio is controlled to the lean side and NOx is excessively discharged, the NOx conversion rate of the catalyst is lower than the stoichiometric air-fuel ratio at the time of lean, but does not become zero. Therefore, a part of NOx is reduced. The lean state is detected by the downstream air-fuel ratio sensor due to the reduced O, and as a result, the rich air-fuel ratio feedback correction coefficient of the upstream air-fuel ratio sensor is corrected to perform rich shift control. The correction is continued until the detected value becomes the stoichiometric air-fuel ratio.
[0027]
For example, when the EGR device is operating normally, the correction amount of the air-fuel ratio feedback correction coefficient becomes a small correction amount due to the NOx reduction effect by the EGR control, but the EGR device fails and the NOx emission amount When the value increases, the amount of correction becomes large.
Therefore, when the EGR control by the EGR device is turned on / off, the deviation of the NOx concentration estimated based on the correction amount of the air-fuel ratio feedback correction coefficient at that time becomes the NOx reduction range due to the on / off of the EGR control. When this deviation is small, it can be estimated that the EGR device has some trouble and the EGR flow rate has decreased, and as a result, the NOx concentration has increased. Therefore, when the NOx concentration deviation exceeds the allowable value, the EGR device Can be determined to have failed, and the degree of failure of the EGR device can be determined according to the estimated NOx concentration deviation.
[0028]
A routine for correcting the air-fuel ratio feedback correction coefficient (air-fuel ratio control correction amount) set based on the detected value of the air-fuel ratio sensor upstream of the catalyst based on the detected value of the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst A routine for estimating the NOx concentration based on the correction amount and further performing a failure diagnosis of the EGR device will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0029]
First, a so-called DOS [Dual O which corrects the air-fuel ratio feedback correction coefficient.₂Sensor] control will be described with reference to the flowchart of FIG. This routine constitutes an air-fuel ratio control correction amount calculation means and an air-fuel ratio control correction amount correction means according to the present invention.
In step 21, the A / D conversion value OSR of the output value (voltage) of the upstream air-fuel ratio sensor 18 is obtained.₁Is read.
[0030]
In step 22, OSR₁And the reference value SLF (value corresponding to the target air-fuel ratio)₁<In the case of SLF, it is determined that the air-fuel ratio in the vicinity of the manifold assembly (the upstream side of the three-way catalyst 19) is lean, and the routine proceeds to step 23, where the rich / lean identification flag F1 is set to 0. Proceed to step 25.
On the other hand, OSR₁If ≧ SLF, it is determined that the air-fuel ratio in the vicinity of the manifold assembly is rich, and the routine proceeds to step 24 where the flag F1 is set to 1 and then proceeds to step 25.
[0031]
In step 25, it is determined whether or not the flag F1 is inverted. If yes, go to step 26.
If NO, the routine proceeds to step 33, where the rich / lean determination is performed based on the value of the flag F1. When the lean determination (F1 = 0), the feedback correction coefficient α is set to the current value α at step 34 and the integral I_LIs updated with the value obtained by adding, and the air-fuel ratio is made closer to the rich side. On the other hand, at the time of rich determination (F1 = 1), at step 35, the feedback correction coefficient α is set to the current value α and the integral I_RIs updated with the value obtained by subtracting, and the air-fuel ratio is made closer to the lean side. When step 34 or step 35 is repeated, the air-fuel ratio in the vicinity of the manifold assembly portion will eventually undergo rich / lean inversion.
[0032]
If it is determined in step 25 that the flag F1 has been reversed, the process proceeds to step 26. In step 26, the proportional correction amount PHOS that has been set and stored in advance is used as the downstream air-fuel ratio sensor 19. Therefore, the deviation of the detected value of the upstream air-fuel ratio sensor 18 from the actual air-fuel ratio can be compensated, and highly accurate air-fuel ratio feedback control can be performed.
[0033]
That is, at step 26, the A / D conversion value OSR of the output value of the downstream air-fuel ratio sensor 19 is obtained.₂Is read.
In step 27, the A / D conversion value OSR of the downstream air-fuel ratio sensor 19 is obtained.₂And the reference value SLR (value corresponding to the target air-fuel ratio)₂<If SLR is determined, since the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor 19 downstream of the three-way catalyst 20 is lean, a correction amount to the rich side is set to bring the air-fuel ratio closer to the target air-fuel ratio. In order to increase, the process proceeds to step 28, where the proportional correction amount PHOS (corresponding to the correction amount of the air-fuel ratio correction amount) is updated by a value obtained by adding a predetermined amount ΔPHOSL (> 0), and then the process proceeds to step 30.
[0034]
On the other hand, in step 27 OSR_RIf it is determined that ≧ SLR, since the air-fuel ratio detected by the downstream air-fuel ratio sensor 19 downstream of the three-way catalyst 20 is rich, the correction amount to the lean side is set to bring the air-fuel ratio closer to the target air-fuel ratio. In order to increase the value, the process proceeds to step 29, where the proportional correction amount PHOS is updated with a value obtained by subtracting the predetermined amount ΔPHOSR, and then the process proceeds to step 30.
[0035]
In step 30, the value of the rich / lean determination flag F1 of the upstream air-fuel ratio sensor 18 is determined. If F1 = 0 and the upstream side of the three-way catalyst 20 is lean, the routine proceeds to step 31 where air-fuel ratio feedback is performed. The correction factor α is set to the current α and stored in proportion P_LAnd the updated proportional component correction amount PHOS.
[0036]
On the other hand, if F = 1 and the upstream side of the three-way catalyst 20 is rich, the routine proceeds to step 32, where the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is set in advance from the current α to the proportional amount P_RAnd is updated with a value obtained by adding the updated proportional correction amount PHOS.
Thus, the air-fuel ratio feedback correction coefficient α finally obtained is rich in the oxygen concentration in the exhaust gas after the NOx is reduced and the oxygen concentration is balanced by the three-way catalyst 20 detected by the downstream air-fuel ratio sensor 19. Since correction is performed by the proportional correction amount PHOS updated in a direction to suppress the rich / lean tendency based on the lean tendency, the upstream air-fuel ratio sensor 18 cannot be detected because the oxygen concentration in NOx cannot be detected. Even if the detected value deviates from the actual air-fuel ratio, the amount of deviation is compensated, and the air-fuel ratio can be controlled close to the target air-fuel ratio with high accuracy. That is, the air-fuel ratio feedback control is performed based on the rich-lean inversion output of the upstream air-fuel ratio sensor 18 provided upstream of the three-way catalyst 20, and the three-way catalyst of the downstream air-fuel ratio sensor 19 Based on the detection result of the oxygen concentration balanced by the catalyst 20, the detection value of the upstream air-fuel ratio sensor 18 is compensated, thereby maintaining the control responsiveness high and the air-fuel ratio with high accuracy. Control can be performed in the vicinity of the target air-fuel ratio.
[0037]
Next, the failure diagnosis control of the EGR device executed by the flowchart shown in FIG. 5 will be described.
The failure diagnosis in the present embodiment is performed via the proportional correction amount PHOS based on the detection value of the downstream air-fuel ratio sensor 19 that detects the oxygen concentration after being balanced by the three-way catalyst 20. It is difficult to be affected by disturbances. That is, as shown in FIG. 6, if the target EGR rate is obtained, the oxygen concentration in the exhaust gas after being balanced by the three-way catalyst 20 (NOx is reduced) can be detected with high accuracy (ie, The downstream air-fuel ratio sensor 19 can detect the actual air-fuel ratio. The downstream air-fuel ratio sensor 19 performs the theoretical air-fuel ratio feedback control in a state in which the upstream air-fuel ratio sensor 18 has detected a deviation (detection deviation caused by a change in NOx generation amount due to EGR). Since an attempt is made to return to the air-fuel ratio feedback control near the fuel ratio, the average value (APHOS) of the proportional correction amount PHOS converges to a predetermined value (MAPHOS1). However, when the EGR device deviates from the target EGR rate due to a failure or the like, the amount of NOx generation changes and the amount of detection deviation of the upstream air-fuel ratio sensor 18 changes, so that APHOS has a predetermined deviation from MAPHOS1. become. Therefore, it is possible to diagnose whether the target EGR rate is obtained, that is, whether the EGR device is operating normally, based on the magnitude of the deviation. Since the failure diagnosis is performed based on the APHOS set based on the detected value of the downstream air-fuel ratio sensor 19 that detects the oxygen concentration in the exhaust gas that has been equilibrated through the three-way catalyst 20, the three-way catalyst is used. Compared to the conventional one that diagnoses failures based on the detected value of the upstream air-fuel ratio sensor 18 that detects air-fuel ratio fluctuations on the upstream side of the catalyst 20 with high responsiveness, the effect of disturbance etc. is suppressed as much as possible and the failure is highly accurate Diagnosis can be made.
[0038]
In step 51, engine operating conditions are read. The operating condition is obtained, for example, by the engine speed Ne and the load (for example, expressed by a fresh air intake amount per cylinder intake). The reading of the operating conditions is performed for each condition determination after step 52.
In step 52, it is determined whether the air-fuel ratio feedback control is being performed by the upstream air-fuel ratio sensor 18, and in step 53, whether the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is being corrected by the downstream air-fuel ratio sensor 19, that is, whether the DOS control is being performed. In step 54, it is determined whether or not the EGR control condition is satisfied. The EGR control condition is indicated by whether the engine operating condition is in a region represented by a predetermined rotational speed and load, or whether the coolant temperature is in a predetermined range.
[0039]
When all the conditions of steps 52, 53, and 54 are satisfied (YES), the process proceeds to step 55.
In step 55, it is determined whether or not a failure diagnosis condition for the EGR device is satisfied. The failure diagnosis condition of the EGR device is performed, for example, by determining an operation region where the setting of the EGR rate is a predetermined value or more or the NOx concentration is a predetermined value or more.
[0040]
Further, if the diagnosis that the EGR has already failed is made, it is excluded from the failure diagnosis condition.
If it is determined that the failure diagnosis condition is satisfied, failure diagnosis of the EGR device is performed in step 56 and subsequent steps.
In step 56, the region to which the operation condition read in step 51 belongs is searched. The search of the operation region is for searching for a predetermined value set for each operation region in order to determine whether or not to perform diagnostic EGR cut described later.
[0041]
In step 57, it is determined whether an EGR set flag for permitting diagnostic EGR cut, which will be described later, is 1 (cut allowed) or 0 (cut not allowed) in the region including the current engine operating conditions. . If it is 1, the routine proceeds to step 58 where the EGR is cut and step 64 and thereafter are executed. If it is 0, the routine proceeds to step 59, where the latest value of the proportional correction amount PHOS which is the correction amount of the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is read. Immediately after the failure diagnosis condition is satisfied, the diagnosis EGR cut has not been performed, and the routine proceeds to step 59.
[0042]
In step 60, the NOx concentration is estimated based on the proportional correction amount PHOS. The function of step 60 constitutes NOx concentration estimation means. As shown in FIG. 7, the NOx concentration is estimated based on a correlation table previously grasped by experiments or the like. Here, even when the proportional correction amount PHOS increases, it cannot be determined that the NOx concentration increases due to a failure of the EGR device or the like. For example, the upstream side air-fuel ratio sensor has deteriorated and the characteristics have changed. It is highly possible that the air-fuel ratio feedback correction coefficient α has shifted due to this. However, here, in order to determine whether or not to perform diagnostic EGR cut, which will be described later, if the current correction result is obtained because the NOx concentration is high, there is a concern that the EGR device may be broken. Therefore, the NOx concentration is estimated on the assumption that all the correction results of the air-fuel ratio feedback correction coefficient α, that is, the value of the proportional correction amount PHOS depend on the NOx concentration. The estimated NOx concentration value is stored in a corresponding operation region of a memory (not shown).
[0043]
In step 61, it is determined whether or not the NOx concentration estimated in step 60 is greater than a predetermined value. When it is determined that the value is larger than the predetermined value, the routine proceeds to step 62, where diagnostic EGR cut is performed, otherwise, it is determined that there is no possibility of failure of the EGR device, and diagnostic EGR cut is not performed (step 63). Here, the predetermined value is set for each operation region, for example, as shown in FIG. The predetermined value may be set as an absolute value of the amount of NOx, but it may be determined as NG because how many times NOx is discharged as normal.
[0044]
In the former case, the predetermined change width of the NOx estimated value only needs to be set as the predetermined value. Therefore, the predetermined value only needs to be set to one value, so that the configuration can be simplified. Since the total increment of NOx from the start to the end of operation cannot be predicted by the pattern, a certain margin must be allowed for setting the predetermined value. On the other hand, in the latter case, the estimated change width of NOx corresponding to a predetermined multiple of normal is set as the predetermined value. Therefore, the predetermined value must be set for each operation region. Regardless of this, since the NOx increase rate is determined, there is an advantage that the diagnosis can be performed clearly.
[0045]
Then, after proceeding to step 62 and performing the diagnosis EGR cut, the next time this flow is executed, the determination at step 57 is YES, the diagnosis EGR cut is performed at step 58, and the process proceeds to step 64 and thereafter. .
In step 64, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the diagnosis EGR cut was performed. This is because a certain amount of time is required for the value of the proportional correction amount PHOS for correcting the air-fuel ratio feedback correction coefficient α to change after the diagnosis EGR cut is performed. is there.
[0046]
If it is determined that the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step 63.
In step 65, the current engine operation region is searched again. This is performed in order to search the reference value of the corresponding operation region when performing a failure diagnosis of the EGR device from the deviation between the NOx concentrations estimated from the proportional correction amount PHOS according to the presence or absence of EGR control. . The reason why the operation region is searched again is that the operation region may change during that time in order to wait for the elapse of a predetermined time in step 64. Therefore, the function of step 65 constitutes an operation region detection means.
[0047]
In steps 66 and 67, the proportional correction amount PHOS is read as in the EGR control, and the NOx concentration at the time of EGR cut is estimated according to the proportional correction amount PHOS.
In step 68, the NOx concentration estimated value at the time of EGR control in the same operating region as that at the time of the EGR cut is read from the memory, and the deviation from the NOx concentration estimated value at the time of EGR cut estimated at step 67 is calculated.
[0048]
In step 69, the deviation of the NOx concentration estimated value calculated in step 68 is compared with the reference value of the corresponding operation region read from the memory, and it is determined whether or not it is larger than the reference value.
When the deviation of the estimated NOx concentration is larger than the reference value, the NOx concentration has changed greatly due to the EGR cut. Therefore, the EGR amount at the time of EGR control is secured, and it is determined that the EGR device is normal. In step 70, the EGR cut flag is returned to 0 and the diagnosis is terminated. After that, for example, as shown in step 71, the process may proceed to failure / deterioration diagnosis of the air-fuel ratio sensor to diagnose the cause of the large correction result of the air-fuel ratio feedback correction coefficient α.
[0049]
On the other hand, when the deviation of the NOx concentration estimated value is equal to or less than the reference value in step 69, the process proceeds to step 72, where the EGR device determines that there is a failure, for example, turns on a warning lamp that informs the driver of the failure diagnosis result. Then, the EGR diagnosis is finished.
As shown in this embodiment, according to the present invention, the NOx concentration can be estimated based on the correction amount (proportional correction amount PHOS) of the air-fuel ratio control correction amount (air-fuel ratio feedback correction coefficient α). In addition, it is possible to perform a failure diagnosis of the EGR device based on the deviation between the estimated EGR concentration values according to the presence or absence of the EGR control, and in particular, the reference value to be compared with the deviation in the communication diagnosis is set for each operation region. Since it is set, high diagnostic accuracy can be obtained.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Each means which comprises the air fuel ratio feedback control apparatus used as the premise of this invention, and a NOx density | concentration estimation means are shownBlock Diagram.
[Figure 2]Claim 1The block diagram which shows the structure and function of the invention which concerns on.
FIG. 3 is a diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a DOS control routine in the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing an EGR device failure diagnosis routine.
FIG. 6 is a time chart for explaining the diagnosis theory (relationship between PHOS and EGR rate).
FIG. 7 is a table showing the correlation between the proportional correction amount PHOS and the NOx concentration estimated value.
FIG. 8 is a table in which predetermined values used for diagnosis are set.
FIG. 9 is a diagram showing a change in the EGR amount due to clogging of the EGR gas passage.
FIG. 10 is a diagram showing a change in the amount of EGR when a foreign object enters the EGR valve.
[Explanation of symbols]
11 Internal combustion engine
12 Air intake passage
17 Exhaust passage
18 Upstream air-fuel ratio sensor
19 Downstream air-fuel ratio sensor
20 Three-way catalyst
22 EGR gas passage
23 EGR control valve
50 Control unit

Claims

Correcting the air-fuel ratio control correction amount calculated based on the air-fuel ratio detected upstream of the exhaust purification catalyst interposed in the exhaust passage based on the air-fuel ratio detected downstream of the catalyst; In an internal combustion engine comprising: an air-fuel ratio feedback control device that feedback-controls the air-fuel ratio with the corrected air-fuel ratio control correction amount; and an exhaust gas recirculation device that recirculates part of the exhaust gas to the engine intake system,
Operating region detecting means for detecting the engine operating region;
Reference value storage means for storing a reference value for failure diagnosis of the exhaust gas recirculation device for each operation region;
NOx concentration estimating means for estimating NOx concentration based on a correction amount for correcting the air-fuel ratio control correction amount;
NOx concentration deviation calculating means for calculating a deviation between the NOx concentration estimated values by the NOx concentration estimating means according to the presence or absence of exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device, for each operating area detected by the operating area detecting means;
The difference between the NOx concentration estimated values calculated by the NOx concentration deviation calculating means for each operation region is compared with the reference value of the corresponding operation region stored in the reference value storage means, and the exhaust gas recirculation device malfunctions. Fault diagnosis means for diagnosing
A fault diagnosis device for an exhaust gas recirculation device in an internal combustion engine.

The failure diagnosing means has a malfunction in the exhaust gas recirculation device when the deviation between the NOx concentration estimated values according to the presence or absence of the exhaust gas recirculation is equal to or less than a reference value set for each engine operating region for failure determination. The failure diagnosis device for an exhaust gas recirculation device in an internal combustion engine according to claim 1, wherein

After exhaust gas recirculation by the exhaust gas recirculation device, exhaust gas recirculation is stopped when the NOx concentration estimated value by the NOx concentration estimation means is equal to or greater than a predetermined value, and after obtaining the correction amount of the air-fuel ratio control correction amount at the time of exhaust gas recirculation stop The failure diagnosis device for an exhaust gas recirculation system in an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising diagnosis condition determination means for making a failure diagnosis by the failure diagnosis means.

The failure diagnosis device for an exhaust gas recirculation device in an internal combustion engine according to claim 3 , wherein the predetermined value is set for each engine region.