(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に装備される酸素センサの診断装置であって、
酸素センサの出力電圧に対する制御上のスライスレベル電圧の設定値をＶＳＬ、酸素センサの出力電圧のリッチ側最大値の設定値をＶ１、出力電圧のリーン側最小値の浮き代をΔＶとしたとき、Ｖ１×（ＶＳＬ−ΔＶ）／（Ｖ１−ΔＶ）によって表される計算上のスライスレベル電圧が予め定められた規制値ＶＮＧとなるときの浮き代ΔＶ＝Ｖ１×（ＶＳＬ−ＶＮＧ）／（Ｖ１−ＶＮＧ）を浮き代判定値として記憶させた浮き代判定値記憶手段と、
酸素センサの実際の出力電圧の最小値を検出する出力電圧最小値検出手段と、
検出された酸素センサの実際の出力電圧の最小値を前記浮き代判定値と比較して、最小値が浮き代判定値を超えたときに酸素センサの異常と診断するリーン側異常診断手段と、
を含んで構成される酸素センサの診断装置。
【請求項２】
酸素センサの実際の出力電圧の最大値を検出する出力電圧最大値検出手段と、
検出された酸素センサの実際の出力電圧の最大値を制御上のスライスレベル電圧の設定値と比較して、最大値が制御上のスライスレベル電圧の設定値を下回っているときに酸素センサの異常と診断するリッチ側異常診断手段と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の酸素センサの診断装置。
【請求項３】
前記計算上のスライスレベル電圧の規制値ＶＮＧは、制御上のスライスレベル電圧を変化させたときの排気有害成分の排出量の特性値から、排気有害成分の排出量の規制値におけるスライスレベル電圧を読み取って定めることを特徴とする請求項１記載の酸素センサの診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系に装備される酸素センサの診断装置に関し、特に触媒下流に設けられるリア酸素センサの劣化診断に適した診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のリア酸素センサの診断装置は、特開平７−７１２９９号公報や特開平９−３３４７８号公報に示されるように、（１）触媒上流側のフロント酸素センサの出力波形に対する触媒下流側のリア酸素センサの出力波形の位相差、（２）下流側のリア酸素センサの出力の反転周波数により、応答劣化を判定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リア酸素センサは、そもそも応答が遅いため、位相差や反転周波数に対する故障判定値（クライテリア；Criteria）を設定しても、位相差や反転周波数と排気エミッションとの相関が低いため、排気エミッションの規制値に対応したクライテリアの設定による精度の高い診断が困難であった。また、診断そのものが触媒性能の劣化の影響を受けるという問題点もあった。
【０００４】
本発明は、このような実情に鑑み、酸素センサの劣化を精度良く（排気エミッションとの相関良好に）診断可能にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、図１に示すように、酸素センサの出力電圧に対する制御上のスライスレベル電圧の設定値をＶＳＬ、酸素センサの出力電圧のリッチ側最大値の設定値をＶ１、出力電圧のリーン側最小値の浮き代をΔＶとしたとき、Ｖ１×（ＶＳＬ−ΔＶ）／（Ｖ１−ΔＶ）によって表される計算上のスライスレベル電圧が予め定められた規制値ＶＮＧとなるときの浮き代ΔＶ＝Ｖ１×（ＶＳＬ−ＶＮＧ）／（Ｖ１−ＶＮＧ）を浮き代判定値として記憶させた浮き代判定値記憶手段を設ける。
【０００６】
そして、酸素センサの実際の出力電圧の最小値を検出する出力電圧最小値検出手段と、検出された酸素センサの実際の出力電圧の最小値を前記浮き代判定値と比較して、最小値が浮き代判定値を超えたときに酸素センサの異常と診断するリーン側異常診断手段と、を設けて、酸素センサの診断装置を構成する。
請求項２に係る発明では、更に、酸素センサの実際の出力電圧の最大値を検出する出力電圧最大値検出手段と、検出された酸素センサの実際の出力電圧の最大値を制御上のスライスレベル電圧の設定値と比較して、最大値が制御上のスライスレベル電圧の設定値を下回っているときに酸素センサの異常と診断するリッチ側異常診断手段と、を設けて、酸素センサの診断装置を構成する（図１参照）。
【０００７】
請求項３に係る発明では、前記計算上のスライスレベル電圧の規制値ＶＮＧは、制御上のスライスレベル電圧を変化させたときの排気有害成分の排出量の特性値から、排気有害成分の排出量の規制値におけるスライスレベル電圧を読み取って定めることを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、酸素センサの劣化、特にこれによるリーン側出力の浮きを、排気エミッションとの相関良好に精度良く診断可能となり、また、触媒下流のリア酸素センサの診断に適用した場合に、触媒性能の劣化に影響を受けることなく診断できる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、酸素センサのリッチ側出力の異常を精度良く診断することができる。
請求項３に係る発明によれば、排気エミッションとの相関を確実なものとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２はエンジンの空燃比制御装置のシステム図である。
エンジン１の排気通路２には排気浄化用の触媒（三元触媒）３が設けられ、触媒３上流にフロント酸素センサ４、触媒３下流にリア酸素センサ５が設けられている。そして、これらの酸素センサ４，５の出力電圧はコントロールユニット６に入力されている。
【００１１】
更に、吸気通路７に設けたエアフローメータ８により検出される吸入空気量Ｑａ、図示しないクランク角センサにより検出されるエンジン回転数Ｎｅ、図示しない水温センサにより検出される水温Ｔｗ等がコントロールユニット６に入力されている。
コントロールユニット６は、これらの入力情報に基づいて、空燃比をフィードバック制御しつつ、燃料噴射量を設定して、燃料噴射弁９の作動を制御する。
【００１２】
ここで、特にリア酸素センサ５及びこれによる制御について述べると、リア酸素センサ５は、排気空燃比のリーン〜リッチに対応して、例えば０ｍＶ〜８２０ｍＶの範囲で出力電圧が変化する。
コントロールユニット６では、リア酸素センサ５の出力電圧を予め定めた制御上のスライスレベル電圧ＶＳＬと比較して、出力電圧＞ＶＳＬのときに、リッチと判定して、空燃比をリーン側にシフトさせ、出力電圧＜ＶＳＬのときに、リーンと判定して、空燃比をリッチ側にシフトさせるように制御する。制御上のスライスレベル電圧ＶＳＬは、例えば７００ｍＶに設定してある。このようにスライスレベル電圧ＶＳＬを高めに設定するのは、できるだけ空燃比をリッチ側にシフトして、ＮＯｘを低減するためである。
【００１３】
コントロールユニット６では、また、リア酸素センサ５の劣化診断を、図３のフローチャートに従って行う。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、所定の診断許可条件か否かを判定し、診断許可条件の場合にステップ２へ進む。
ステップ２では、所定時間、リア酸素センサの出力電圧をモニタする。
【００１４】
ステップ３では、モニタ結果より、リア酸素センサの出力電圧の最小値ＶＭＩＮ及び最大値ＶＭＡＸを検出する。この部分が出力電圧最小値検出手段及び出力電圧最大値検出手段に相当する。
ステップ４では、検出された出力電圧の最小値ＶＭＩＮを、予め定めて記憶させてあるメモリ（浮き代判定値記憶手段）上の浮き代判定値（クライテリア）ＶＣＲと比較して、ＶＭＩＮ≧ＶＣＲか否かを判定し、ＶＭＩＮ≧ＶＣＲの場合は、異常と診断する。この部分がリーン側異常診断手段に相当する。浮き代判定値（クライテリア）ＶＣＲの設定方法については後述する。
【００１５】
ステップ５では、検出された出力電圧の最大値ＶＭＡＸを、制御上のスライスレベル電圧ＶＳＬと比較して、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬか否かを判定し、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬの場合は、異常と診断する。この部分がリッチ側異常診断手段に相当する。これらの診断の結果、ＶＭＩＮ＜ＶＣＲ、かつ、ＶＭＡＸ≧ＶＳＬの場合は、正常とみなして、ステップ６で、ＯＫ判定を行う。ＯＫ判定の場合、次のトリップ（エンジン再始動後）まで診断は行わない。
【００１６】
ＶＭＩＮ≧ＶＣＲ、又は、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬで、異常と診断された場合は、更に診断を行う。
ステップ７では、リア酸素センサによるフィードバック制御を行い、制御中のリア酸素センサの出力電圧をモニタする。
ステップ８では、吸入空気量Ｑａを検出し、それを積算する（ΣＱａ＝ΣＱａ＋Ｑａ）。
【００１７】
ステップ９では、吸入空気量の積算値ΣＱａを所定値と比較して、ΣＱａ≧所定値か否かを判定し、ΣＱａ＜所定値の場合は、ステップ７へ戻る。すなわち、ΣＱａ≧所定値となるまで、リア酸素センサによるフィードバック制御を行って、リア酸素センサの出力電圧をモニタする。
ステップ１０では、モニタ結果より、リア酸素センサの出力電圧の最小値ＶＭＩＮ及び最大値ＶＭＡＸを検出する。この部分も出力電圧最小値検出手段及び出力電圧最大値検出手段に相当する。
【００１８】
ステップ１１では、ステップ４と同様に、検出された出力電圧の最小値ＶＭＩＮを、浮き代判定値（クライテリア）ＶＣＲと比較して、ＶＭＩＮ≧ＶＣＲか否かを判定し、ＶＭＩＮ≧ＶＣＲの場合は、最終的に異常と診断する。この部分もリーン側異常診断手段に相当する。
ステップ１２では、ステップ５と同様に、検出された出力電圧の最大値ＶＭＡＸを、制御上のスライスレベル電圧ＶＳＬと比較して、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬか否かを判定し、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬの場合は、最終的に異常と診断する。この部分もリッチ側異常診断手段に相当する。
【００１９】
これらの診断の結果、ＶＭＩＮ＜ＶＣＲ、かつ、ＶＭＡＸ≧ＶＳＬの場合は、正常とみなして、ステップ１３で、ＯＫ判定を行う。ＯＫ判定の場合、次のトリップ（エンジン再始動後）まで診断は行わない。
ＶＭＩＮ≧ＶＣＲ、又は、ＶＭＡＸ＜ＶＳＬで、最終的に異常と診断された場合は、ステップ１４でＮＧ判定を行い、警告灯（ＭＩＬ）を点灯させる。
【００２０】
尚、本実施例では、診断を２段階（ステップ２〜５の第１ステージと、ステップ７〜１２の第２ステージ）に行って、診断精度を向上させており、また、第２ステージの診断は、リア酸素センサによる長い周期のフィードバック制御を行うため、エミッション及び運転性の悪化が懸念されるので、第１ステージの診断がＮＧとなった場合に最終的な診断としている。
【００２１】
次に、酸素センサの出力電圧の最小値（リーン側出力の浮きレベル）ＶＭＩＮに対する浮き代判定値（クライテリア）ＶＣＲの設定方法について、図４及び図５を用いて、説明する。
図４は、制御上のスライスレベル電圧（ｍＶ）を横軸、ＮＯｘ排出量（ｇ／mile）及びＨＣ排出量（ｇ／mile）を縦軸として、制御上のスライスレベル電圧を変化させたときのＮＯｘ排出量及びＨＣ排出量の変化を示した特性図である。
【００２２】
ここで、制御上のスライスレベル電圧を酸素センサの出力電圧の変化範囲（０〜８２０ｍＶ）の中間付近に設定すると、ＮＯｘ排出量が多くなって、規制値を超えることから、制御上のスライスレベル電圧は例えば７００ｍＶに設定して、ＮＯｘ排出量を低減（もちろんＨＣ排出量も規制値内に確保）する。
ここで、リア酸素センサが劣化すると、一般的に、出力電圧の最大値（８２０ｍＶ）はほとんど変化しないが、出力電圧の最小値が図５に示すように変化する。いわゆる、リーン側出力に浮きを生じる。
【００２３】
リーン側出力が１００ｍＶ浮いた場合、計算上のスライスレベル電圧は、８２０×（７００−１００）／（８２０−１００）＝６８３ｍＶとなる。
リーン側出力が２００ｍＶ浮いた場合、計算上のスライスレベル電圧は、８２０×（７００−２００）／（８２０−２００）＝６６１ｍＶとなる。
すなわち、酸素センサの出力電圧に対する制御上のスライスレベル電圧の設定値をＶＳＬ（＝７００ｍＶ）、酸素センサの出力電圧のリッチ側最大値の設定値をＶ１（＝８２０ｍＶ）、出力電圧のリーン側最小値の浮き代をΔＶとしたとき、計算上のスライスレベル電圧は、Ｖ１×（ＶＳＬ−ΔＶ）／（Ｖ１−ΔＶ）となる。
【００２４】
このような関係に基づいて、リーン側出力浮き代と計算上のスライスレベル電圧との関係を図４に併記してある。
また、図４の特性図から、ＮＯｘ排出量の規制値（ＮＧ点）におけるスライスレベル電圧を読み取ると、４２０ｍＶであり、これが計算上のスライスレベルの規制値ＶＮＧとなる。
【００２５】
従って、Ｖ１×（ＶＳＬ−ΔＶ）／（Ｖ１−ΔＶ）によって表される計算上のスライスレベル電圧が予め定められた規制値ＶＮＧとなるときの浮き代ΔＶ＝Ｖ１×（ＶＳＬ−ＶＮＧ）／（Ｖ１−ＶＮＧ）を浮き代判定値（クライテリア）ＶＣＲとする。
すなわち、８２０×（７００−ΔＶ）／（８２０−ΔＶ）＝４２０として、この式より、ΔＶを算出すれば、ΔＶ＝５７４ｍＶとなり、これが浮き代判定値ＶＣＲ＝５７４ｍＶとなる。
【００２６】
言い換えれば、酸素センサの出力電圧に対する制御上のスライスレベル電圧の設定値をＶＳＬ、酸素センサの出力電圧のリッチ側最大値の設定値をＶ１、計算上のスライスレベル電圧に対する規制値をＶＮＧとすると、浮き判定値ＶＣＲ＝Ｖ１×（ＶＳＬ−ＶＮＧ）／（Ｖ１−ＶＮＧ）となる。
このような方法で、車種（エンジン）毎に、浮き代判定値ＶＣＲを算出して、これを記憶させておき、図３に示した劣化診断に用いることで、排気エミッションとの相関良く高精度に診断可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  エンジンの空燃比制御装置のシステム図
【図３】  リア酸素センサの劣化診断のフローチャート
【図４】  診断方法の説明図（その１）
【図５】  診断方法の説明図（その２）
【符号の説明】
１  エンジン
２  排気通路
３  触媒
４  フロント酸素センサ
５  リア酸素センサ
６  コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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