JP2001159358A - 電子制御燃料噴射装置の診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広域空燃比センサの劣化を精度良く診断する。 【解決手段】広域空燃比センサを用いて空燃比学習補正
を行う電子制御燃料噴射装置において、空燃比学習補正
値の初回学習値を記憶し（Ｓ１３）、全運転領域で空燃
比学習補正値が、初期値（1.0）に対して所定値(1)以上
の偏差を有し（Ｓ１６）、かつ、初回学習値に対して所
定値(2)以上の偏差を有するときに（Ｓ１７）、広域空
燃比センサの劣化を判定する（Ｓ１８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比センサを用
いて空燃比の学習補正を行う電子制御燃料噴射装置にお
いて、前記空燃比センサの劣化を診断する診断装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、エンジンの排気中の酸素濃度
に基づいて燃焼混合気の空燃比を広域に検出する所謂広
域空燃比センサを備え、該広域空燃比センサで検出され
た空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて燃料噴射量を
フィードバック制御する空燃比フィードバック制御シス
テム、及び、前記フィードバック補正要求を運転領域毎
に空燃比学習補正値として学習する空燃比学習補正シス
テムが知られている。

【０００３】また、前記広域空燃比センサの異常診断技
術が提案されており（特開平１０−１６９４９３号公報
等参照）、例えば、上下限値と実際のセンサ出力とを比
較し、センサ出力が上下限値を超える場合にセンサ異常
を判定する構成のものがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記空燃比
センサが劣化し、空燃比と出力との相関が変化すると、
空燃比が正しく検出されず、前記空燃比フィードバック
制御及び空燃比学習補正制御の精度が悪化して、排気エ
ミッションの悪化や運転性の低下を来すことになるが、
前記従来のセンサ異常を診断する装置では、極端なセン
サ出力の異常は診断できるが、前記相関ずれを診断でき
ないという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、空燃比センサの劣化（空燃比と出力との相関ず
れ）を診断できる診断装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、エンジンの燃焼混合気の空燃比を空燃比センサ
で検出し、該空燃比センサで検出される空燃比を目標空
燃比に一致させるべく、エンジンへの燃料噴射量を補正
するための空燃比学習補正値を複数の運転領域毎に学習
する構成の電子制御燃料噴射装置において、前記運転領
域毎の空燃比学習補正値が所定範囲を超えて変化してい
るときに、前記空燃比センサの劣化を判定する構成とし
た。

【０００７】かかる構成によると、運転領域別に目標空
燃比にするための補正要求が、空燃比学習補正値として
学習され、この空燃比学習補正値が所定範囲を超えて変
化しているときには、異常に大きな補正要求があるもの
と判断し、以って、空燃比センサの劣化を判定する。

【０００８】請求項２記載の発明では、前記所定範囲
が、初期状態で学習された空燃比学習補正値を基準に設
定されるものとした。かかる構成によると、初期状態、
即ち、空燃比センサが新品の状態での学習結果から、空
燃比学習補正値の変化範囲を特定し、空燃比センサが新
品の状態での学習結果から大幅に空燃比学習補正値が変
化した場合に、空燃比センサの劣化を判定する。

【０００９】請求項３記載の発明では、前記運転領域毎
の空燃比学習補正値が、空燃比学習補正値の初期値を基
準とする所定範囲を超え、かつ、初期状態で学習された
空燃比学習補正値を基準に設定される所定範囲を超えて
変化しているときに、前記空燃比センサの劣化を判定す
る構成とした。

【００１０】かかる構成によると、空燃比学習補正値の
初期値（実質的な補正を行わない値）から大きく減量補
正又は増量補正側に変化し、かつ、空燃比センサが新品
の状態での学習結果から大幅に空燃比学習補正値が変化
した場合に、空燃比センサの劣化を判定する。

【００１１】請求項４記載の発明では、前記空燃比学習
補正値が複数の運転領域の全てで所定範囲を超えて変化
しているときに、前記空燃比センサの劣化を判定する構
成とした。

【００１２】かかる構成によると、一部の運転領域での
み、空燃比学習補正値が大きく変化しているのではな
く、全運転領域で共通の傾向として、空燃比学習補正値
が大きく変化している場合に、空燃比センサの劣化を判
定する。

【００１３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、目標空燃
比とするための補正要求が大きく変化したときに空燃比
センサの劣化によって空燃比の検出精度が低下したもの
と推定するので、空燃比とセンサ出力との相関がずれた
場合であっても、これを確実に診断できるという効果が
ある。

【００１４】請求項２記載の発明によると、空燃比制御
系を構成する空燃比センサ以外の部品ばらつきを吸収し
た空燃比学習補正値を基準に、補正要求の変化を判断す
るので、空燃比センサの劣化による補正要求の変化を的
確に捉えて、高精度な診断を行えるという効果がある。

【００１５】請求項３記載の発明によると、空燃比学習
補正値が初期値から大きく変化し、かつ、空燃比センサ
以外の部品ばらつきを吸収した空燃比学習補正値を基準
にしても大きく変化しているときに、空燃比センサの劣
化を判定するので、劣化をより確実に診断できるという
効果がある。

【００１６】請求項４記載の発明によると、空燃比セン
サの劣化が全運転領域における空燃比学習に影響するこ
とから、空燃比センサの劣化以外の要因による空燃比ず
れから空燃比センサの劣化が誤判定されることを防止で
きるという効果がある。

【００１７】

【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１は実施の形態におけるエンジンのシステム構
成図である。

【００１８】この図１において、車両に搭載されるエン
ジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気
通路３により、電制スロットル弁４の制御を受けて、空
気が各気筒に吸入される。

【００１９】そして、各気筒の燃焼室内に燃料（ガソリ
ン）を直接噴射するように、電磁式の燃料噴射弁５が設
けられている。燃料噴射弁５は、コントロールユニット
２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程
にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電
されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するよ
うになっている。

【００２０】但し、エンジン１を上記の直接噴射式ガソ
リンエンジンに限定するものではなく、吸気ポートに燃
料を噴射する構成のエンジンであっても良い。エンジン
１からの排気は排気通路７より排出され、排気通路７に
は排気浄化用の触媒８が介装されている。

【００２１】また、燃料タンク９から発生する蒸発燃料
を処理すべく、蒸発燃料処理装置を構成するキャニスタ
１０が設けられている。キャニスタ１０は、密閉容器内
に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タン
ク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従っ
て、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導
入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸
着捕集される。

【００２２】また、キャニスタ１０には、新気導入口１
３が形成されると共に、パージ通路１４が導出されてい
る。前記パージ通路１４には、コントロールユニット２
０からの制御信号によって開閉が制御されるパージ制御
弁１５が介装されている。

【００２３】上記構成において、パージ制御弁１５が開
制御されると、エンジン１の吸入負圧がキャニスタ１０
に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気に
よってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸
発燃料が脱離（パージ）され、この脱離した蒸発燃料
（パージガス）がパージ通路１４を通って吸気通路３の
スロットル弁４下流に吸入され、この後、エンジン１の
燃焼室内で燃焼処理される。

【００２４】コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイ
ス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサか
らの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃
料噴射弁５，点火栓６及びパージ制御弁１５などの作動
を制御する。

【００２５】前記各種センサとしては、エンジン１のク
ランク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２
１，２２が設けられている。これらのクランク角センサ
２１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０
°／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上
死点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると
共に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するも
ので、基準パルス信号ＲＥＦの周期などからエンジン回
転数Ｎｅを算出可能である。

【００２６】この他、吸気通路３のスロットル弁４上流
で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、
アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＳを検
出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶ
Ｏを検出するスロットルセンサ２５、エンジン１の冷却
水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路７にて排
気空燃比Ａ／Ｆを広域に検出する広域空燃比センサ２
７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８などが設けら
れている。

【００２７】前記広域空燃比センサ２７は、図２に示す
ような構造により排気空燃比を広域に検出する。但し、
広域空燃比センサ２７の構造を図２に示したものに限定
するものではない。

【００２８】図２において、ヒータ部５２を備えた本体
（例えば酸素イオン伝導性を有するジルコニアＺｒ₂ Ｏ
₃ 等の耐熱性多孔質絶縁材料等で形成される）５１内
に、大気（標準ガス）と導入する大気導入孔５３を設け
ると共に、エンジンの排気がガス導入孔５４、保護層５
５等を介して導入されるガス拡散層（或いはガス拡散ギ
ャップ）５６が設けられている。

【００２９】センシング部電極５７Ａ，５７Ｂは、大気
導入孔５３側とガス拡散層５６側とにそれぞれ設けら
れ、ガス拡散層５６内の酸素イオン濃度（酸素分圧）に
よって影響されるセンシング部電極間の酸素分圧比に応
じて発生する電圧を検出する。つまり、センシング部電
極５７Ａ，５７Ｂは、センシング部電極間の酸素分圧比
によって発生する電圧を検出して、ガス拡散層５６内の
空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対してリッ
チであるかリーンであるかを検出することができるよう
になっている。

【００３０】また、酸素ポンプ電極５８Ａ，５８Ｂは、
ガス拡散層５６側と、本体１の周囲側とそれぞれに設け
られ、該酸素ポンプ電極５８Ａ，５８Ｂ間に所定の電圧
が印加されると、電圧の印加方向に応じてガス拡散層５
６内と本体１の周囲との間で酸素イオンの移動が生じ、
酸素ポンプ電極部５８Ａ，５８Ｂ間に電流が流れる。

【００３１】ここで、ガス拡散層５６内の酸素イオン濃
度を理論空燃比（空気過剰率λ＝１）相当に近づけるべ
く酸素ポンプ電極部５８Ａ，５８Ｂ間に所定電圧を印加
する方向を設定すると、このときに酸素ポンプ電極部５
８Ａ，５８Ｂ間に流れる電流値（限界電流）Ｉｐは、ガ
ス拡散層５６内の酸素イオン濃度に影響されるので、電
流値（限界電流）Ｉｐを検出すれば、空燃比Ａ／Ｆ（換
言すれば、空気過剰率λ）を検出できることになる。

【００３２】上記コントロールユニット２０，燃料噴射
弁５及び広域空燃比センサ２７を含む各種センサで構成
される電子制御燃料噴射装置において、広域空燃比セン
サ２７で検出される排気空燃比を目標空燃比に一致させ
るべく燃料噴射量を補正するための空燃比フィードバッ
ク補正係数を設定する空燃比フィードバック制御が、所
定の空燃比フィードバック条件下で行われ、また、運転
領域毎に、前記空燃比フィードバック制御における補正
要求を空燃比学習補正値として学習し、空燃比フィード
バック制御なしに目標空燃比に制御できるように構成さ
れている。

【００３３】ここで、上記空燃比制御の様子を図３のフ
ローチャートに従って説明する。図３のフローチャート
において、ステップＳ１では、所定の空燃比フィードバ
ック制御領域であるか否かを判別し、空燃比フィードバ
ック制御領域であればステップＳ２へ進み、広域空燃比
センサ２７による空燃比の検出結果を読み込む。

【００３４】ステップＳ３では、前記検出した空燃比と
目標空燃比との偏差から例えば比例・積分・微分動作に
よって空燃比フィードバック補正係数（初期値＝1.0）
を設定する。

【００３５】ステップＳ４では、エンジン負荷及びエン
ジン回転速度によって複数に区分される運転領域毎に書
き換え可能に記憶される空燃比学習補正値（初期値＝1.
0）のうち、現在の運転条件が含まれる領域に対応する
空燃比学習補正値を読み出す一方、同一運転領域での空
燃比フィードバック補正係数の平均値を求め、例えば前
記空燃比フィードバック補正係数の平均値と前記読み出
した空燃比学習補正値との加重平均値を新たな空燃比学
習補正値として算出する。

【００３６】ステップＳ５では、前記算出した新たな空
燃比学習補正値を、該当領域の空燃比学習補正値として
マップに更新記憶させる。ステップＳ６では、吸入空気
流量，エンジン回転速度，目標空燃比から演算される基
本燃料噴射量を、前記空燃比フィードバック補正係数及
び空燃比学習補正値で補正して最終的な燃料噴射量を求
め、該燃料噴射量に応じて燃料噴射弁５を駆動制御す
る。

【００３７】次に、上記広域空燃比センサ２７の劣化診
断を、図４のフローチャートに従って説明する。図４の
フローチャートにおいて、ステップＳ１１では、空燃比
学習条件が成立しているか否かを判別し、空燃比学習条
件が成立しているときには、ステップＳ１２へ進む。

【００３８】ステップＳ１２では、空燃比学習補正値を
読み込み、ステップＳ１３では、前記読み込んだ空燃比
学習補正値が、当該領域での初回の学習値であるとき
に、これを燃料噴射量の補正に用いるマップとは別の初
期状態マップに記憶させる。

【００３９】これにより、初期状態マップには、初期状
態（広域空燃比センサの新品状態）における運転領域毎
の補正要求が記憶保持されるのに対し、通常のマップに
記憶される空燃比学習補正値は、その後の空燃比ずれの
発生を吸収すべく逐次更新されることになる。

【００４０】ステップＳ１４では、広域空燃比センサ２
７の劣化診断条件が成立しているか否かを判別する。前
記劣化診断条件には、エアフローメータ２３が正常であ
ることや、ヒータ部５２に断線が無いことなどを含める
と良い。

【００４１】劣化診断条件が成立しているときには、ス
テップＳ１５へ進み、全ての領域で空燃比学習を少なく
とも１回経験しており、前記初期状態マップの全ての領
域に初回の空燃比学習結果が記憶されているか否かを判
別する。

【００４２】ステップＳ１５で、全ての領域で空燃比学
習を経験していると判別されると、ステップＳ１６へ進
み、全領域で、｜１−空燃比学習補正値｜≧所定値(1)
であるか否かを判別する。前記ステップＳ１６における
判別は、空燃比学習補正値の初期値である1.0を基準に
±所定値(1)の範囲にあるか否かを判別することにな
る。

【００４３】全領域で、｜１−空燃比学習補正値｜≧所
定値(1)であれば、ステップＳ１７へ進み、今度は、初
期状態マップに記憶されている初期学習値を読出し、全
領域で｜初期学習値−空燃比学習補正値｜≧所定値(2)
であるか否かを判別する。前記ステップＳ１７における
判別は、初期学習値を基準に±所定値(2)の範囲にある
か否かを判別することになる。

【００４４】そして、ステップＳ１７で、全領域で｜初
期学習値−空燃比学習補正値｜≧所定値(2)であると判
別されると、ステップＳ１８へ進んで、広域空燃比セン
サ２７の劣化判定を行い、劣化判定信号を出力する。

【００４５】広域空燃比センサ２７が劣化して、空燃比
の検出精度が悪化すると、見掛け上は空燃比ずれが生じ
ることになり、これを吸収すべく空燃比学習が行われる
ことになるので、劣化の進行に伴って空燃比学習補正値
が初期値からずれ、特に、初期状態での空燃比学習補正
値からの変化が劣化の進行を表すことになり、広域空燃
比センサ２７の劣化を診断できる。

【００４６】尚、広域空燃比センサ２７の劣化が判定さ
れたときには、広域空燃比センサ２７を用いた空燃比フ
ィードバック制御を禁止し、広域空燃比センサ２７にお
ける劣化発生を警告するなどのフェイルセーフ処理を実
行させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるエンジンのシステム構成
図。

【図２】実施の形態における広域空燃比センサの断面
図。

【図３】実施の形態における空燃比制御の様子を示すフ
ローチャート。

【図４】実施の形態における広域空燃比センサの劣化診
断を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…エンジン ４…スロットル弁 ５…燃料噴射弁 ６…点火栓 ２０…コントロールユニット ２１，２２…クランク角センサ ２３…エアフローメータ ２７…広域空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA09 DA27 EA11 EB17 EB22 EB25 FA26 FA29 3G301 HA01 HA04 HA14 JB09 LA03 LB02 LB04 MA01 NA01 NA02 NA08 NC04 ND21 NE17 NE19 PA11Z PD02A PD02B PD02Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの燃焼混合気の空燃比を空燃比セ
   ンサで検出し、該空燃比センサで検出される空燃比を目
   標空燃比に一致させるべく、エンジンへの燃料噴射量を
   補正するための空燃比学習補正値を複数の運転領域毎に
   学習する構成の電子制御燃料噴射装置において、 前記運転領域毎の空燃比学習補正値が所定範囲を超えて
   変化しているときに、前記空燃比センサの劣化を判定す
   ることを特徴とする電子制御燃料噴射装置の診断装置。
2. 【請求項２】前記所定範囲が、初期状態で学習された空
   燃比学習補正値を基準に設定されることを特徴とする請
   求項１記載の電子制御燃料噴射装置の診断装置。
3. 【請求項３】前記運転領域毎の空燃比学習補正値が、空
   燃比学習補正値の初期値を基準とする所定範囲を超え、
   かつ、初期状態で学習された空燃比学習補正値を基準に
   設定される所定範囲を超えて変化しているときに、前記
   空燃比センサの劣化を判定することを特徴とする請求項
   １記載の電子制御燃料噴射装置の診断装置。
4. 【請求項４】前記空燃比学習補正値が複数の運転領域の
   全てで所定範囲を超えて変化しているときに、前記空燃
   比センサの劣化を判定することを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれか１つに記載の電子制御燃料噴射装置の診断
   装置。