JP2001329904A - 広域空燃比センサの診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】広域空燃比センサの出力値が正常出力範囲内で
クランプする故障を診断できるようにする。 【解決手段】広域空燃比センサの活性状態（Ｓ２）にお
ける減速燃料カット時に（Ｓ１）、広域空燃比センサの
出力が通常燃焼時の出力範囲内（Ｓ３）に所定時間以上
保持されたときに（Ｓ５）、広域空燃比センサの故障を
判定し（Ｓ６）、警告ランプを点灯させる（Ｓ７）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン排気中の
酸素濃度に基づいて排気空燃比を広域に検出する広域空
燃比センサの診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、酸素濃度検出部と酸素ポンプ
部とを有してなり、前記酸素濃度検出部の検出雰囲気に
おける酸素濃度を一定に保つように酸素ポンプ部に流す
電流値を制御し、前記電流値から排気中の酸素濃度を検
出することで、排気空燃比を広範囲に検出する広域空燃
比センサが知られている（特開平１０−１６９４９３号
公報等参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記広域空
燃比センサの静特性の異常を診断する方法として、エン
ジンの空燃比制御範囲に応じた広域空燃比センサの正常
出力範囲を外れる出力がセンサから出力されたときに、
センサの異常を診断する方法があった。

【０００４】しかし、故障態様として、センサ出力が前
記正常出力範囲内の値でクランプする場合があり、この
場合は、センサ出力が正常出力範囲に含まれることから
正常と判断されてしまう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、エンジンの空燃比制御範囲に応じた広域空燃比セ
ンサの出力範囲内でセンサ出力がクランプする故障が発
生したときに、異常を診断できる広域空燃比センサの診
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、エンジンの燃料カット中における広域空燃比
センサの出力に基づいて、広域空燃比センサにおける故
障の有無を判別するよう構成した。

【０００７】かかる構成によると、エンジンへの燃料供
給が停止される燃料カット状態では排気が略大気とな
り、このときのセンサ出力が大気中の酸素濃度を検出す
る状態に見合った値を示すか否かによって、センサの故
障を診断する。

【０００８】請求項２記載の発明では、燃料カット中に
おいて、広域空燃比センサの出力が所定範囲に含まれる
状態が所定時間以上継続したときに、広域空燃比センサ
の故障発生を判別する構成とした。

【０００９】かかる構成によると、燃料カット中のセン
サ出力が、燃料カット状態に見合う出力を含まない所定
範囲内の値であり、然も、前記所定範囲に含まれる状態
が所定時間継続したときには、広域空燃比センサが、燃
料カット状態に見合う出力を示すことができない故障を
生じているものと判定する。

【００１０】請求項３記載の発明では、前記所定範囲
が、エンジンの空燃比制御範囲に応じた広域空燃比セン
サの出力範囲を含む構成とした。かかる構成によると、
エンジンの空燃比制御範囲に応じた広域空燃比センサの
出力範囲と、燃料カット状態に見合う広域空燃比センサ
の出力範囲とは異なるから、エンジンの空燃比制御範囲
に応じた広域空燃比センサの出力範囲内の出力が、燃料
カット中に広域空燃比センサから出力されたときには、
センサの故障が判定される。

【００１１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、広域空燃
比センサの正常出力が通常の燃焼状態とは異なる燃料カ
ット状態で診断を行わせるので、通常の燃焼状態で出力
され得る出力値であっても、燃料カット状態に見合う出
力でないことに基づき故障診断がなされ、通常の燃焼状
態での出力範囲内で出力がクランプする故障の診断が可
能になるという効果がある。

【００１２】請求項２記載の発明によると、燃料カット
状態に見合う出力でない状態が継続することを条件とす
ることで、ノイズ等の影響を回避した高精度な診断を行
わせることができるという効果がある。

【００１３】請求項３記載の発明によると、通常の燃焼
状態での出力範囲内で出力がクランプしたときに、この
出力が燃料カット状態に見合う出力ではないとして、広
域空燃比センサの故障を診断できるという効果がある。

【００１４】

【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。

【００１５】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，吸気通
路３，モータで開閉駆動される電子制御式スロットル弁
４を介して空気が吸入される。各気筒の燃焼室内に燃料
（ガソリン）を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁５が設
けられており、該燃料噴射弁５から噴射される燃料と前
記吸入される空気によって燃焼室内に混合気が形成され
る。

【００１６】燃料噴射弁５は、コントロールユニット２
０から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。そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は
燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行
程噴射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を
形成する。燃焼室内に形成される混合気は、点火栓６に
より着火燃焼する。

【００１７】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より排出される。前記排気通
路７には排気浄化用の触媒８が介装されている。

【００１８】また、燃料タンク９にて発生した蒸発燃料
を燃焼処理する蒸発燃料処理装置が設けられている。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から延設される蒸発燃
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、前記蒸発燃料導入管１２を通
って、キャニスタ１０に導かれ吸着捕集される。

【００１９】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、パージ配管１４が導出され、前
記パージ配管１４には、コントロールユニット２０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
が介装される。

【００２０】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
発燃料がパージされ、パージエアがパージ配管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、その
後、エンジン１の燃焼室内で燃焼処理される。

【００２１】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、これら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。

【００２２】前記各種センサとして、エンジン１のクラ
ンク角を検出するクランク角センサ２１、カム軸から気
筒判別信号を取り出すカムセンサ２２が設けられてお
り、前記クランク角センサ２１からの信号に基づきエン
ジンの回転速度が算出される。

【００２３】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、排気中の酸素濃度
に応じて燃焼混合気の空燃比を広域に検出する広域空燃
比センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２８な
どが設けられている。

【００２４】ここで、前記広域空燃比センサ２７の構造
を、図２に基づいて説明する。ジルコニア（ＺｒＯ2）
等の固体電解質部材からなる基板３１上には、酸素濃度
測定用の＋電極３２が設けられている。また、基板３１
には大気が導入される大気導入孔３３が開設され、この
大気導入孔３３には、−電極３４が＋電極３２に対向さ
せて取り付けられている。

【００２５】このようにして、基板３１と＋電極３２と
−電極３４により酸素濃度検出部３５が形成される。ま
た、ジルコニア等からなる固体電解質部材３６の両面に
一対の白金からなるポンプ電極３７，３８を設けて形成
される酸素ポンプ部３９を有している。

【００２６】そして、該酸素ポンプ部３９を、例えばア
ルミナで枠状に形成したスペーサ４０を介して酸素濃度
検出部３５の上方に積層して、酸素濃度検出部３５と酸
素ポンプ部３９との間に中空室４１が設けられ、かつ、
この中空室４１にエンジンの排気を導入するための導入
孔４２が酸素ポンプ部３９の固体電解質部材３６に形成
されている。

【００２７】尚、前記スペーサ４０の外周にはガラス製
の接着剤４３が充填され、中空室４１の密閉性を確保す
ると共に、基板３１及びスペーサ４０と固体電解質３６
とを接着固定するようにしてある。ここで、スペーサ４
０と基板３１とは同時焼成して結合されるため、中空室
４１の密閉性はスペーサ４０と固体電解質部材３６とを
接着することによって確保されるものである。また、酸
素濃度検出部３９には、加熱用のヒーター４４が内蔵さ
れている。

【００２８】そして、導入孔４２を介して中空室４１に
導入された排気の酸素濃度を前記＋電極３２の電圧から
検出する。具体的には、大気導入孔３３内の大気中の酸
素と中空室４１内の排気中の酸素との濃度差に応じて基
板３１内を酸素イオン電流が流れ、これに伴って、＋電
極３２に排気中の酸素濃度に対応する起電力が発生す
る。

【００２９】そして、この検出結果に応じて中空室４１
内の雰囲気を一定（例えば理論空燃比) に保つように酸
素ポンプ部３９に流す電流値を可変制御し、その時の電
流値から排気中の酸素濃度を検出する。

【００３０】具体的には、前記＋電極３２の電圧を、制
御回路４５によって増幅処理した後、電圧検出抵抗４６
を介して電極３７，３８間に印加し、中空室４１内の酸
素濃度を一定に保つようにする。

【００３１】例えば、排気中の酸素濃度の高いリーン領
域での空燃比を検出する場合には、外側のポンプ電極３
７を陽極、中空室４１側のポンプ電極３８を陰極にして
電圧を印加する。すると、電流に比例した酸素（酸素イ
オンＯ^2- )が中空室４１から外側に汲み出される。そし
て、印加電圧が所定値以上になると、流れる電流は限界
値に達し、この限界電流値を前記制御回路４５で測定す
ることにより排気中の酸素濃度、換言すれば、空燃比を
検出できる。

【００３２】逆に、ポンプ電極３７を陰極、ポンプ電極
３８を陽極にして中空室４１内に酸素を汲み入れるよう
にすれば、排気中の酸素濃度の低い空燃比リッチ領域で
の検出ができる。

【００３３】かかる限界電流は、前記電圧検出抵抗４６
の端子間電圧を検出する差動増幅器４７の出力電圧から
検出する。前記コントロールユニット２０は、所定の空
燃比フィードバック制御条件が成立するときに、前記広
域空燃比センサ２７で検出される空燃比（実空燃比）を
運転条件に応じた目標空燃比に一致させるべく、例えば
実空燃比と目標空燃比との偏差に応じた比例・積分制御
により燃料噴射弁５による燃料噴射量をフィードバック
補正する。

【００３４】また、前記コントロールユニット２０は、
スロットル開度やエンジン回転速度に基づき、所定の減
速運転状態で前記燃料噴射弁５による燃料噴射を停止さ
せる減速時燃料カット制御を行う。

【００３５】更に、前記コントロールユニット２０は、
図３のフローチャートに示すようにして前記広域空燃比
センサ２７の故障診断を行う。図３のフローチャートに
おいて、ステップＳ１では、減速燃料カットが行われて
いる状態であるか否かを判別する。

【００３６】減速燃料カット中であればステップＳ２へ
進む。ステップＳ２では、広域空燃比センサ２７が活性
状態であるか否かを判別する。前記活性判別は、センサ
素子が活性温度に達しているか否かを判別するものであ
り、例えばエンジンの冷却水温度、センサの内部抵抗、
ヒータ４４の加熱時間などから判別することができる。

【００３７】広域空燃比センサ２７が活性状態であれ
ば、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、前記差動
増幅器４７の出力電圧が所定範囲内であるか否かを判別
する。

【００３８】前記所定範囲は、エンジンの空燃比制御範
囲、即ち、燃料が噴射され正常に燃焼するときの広域空
燃比センサ２７の出力範囲を含み、燃料カット状態で排
気が略大気となる状態での広域空燃比センサ２７の出力
が含まれないように設定される（図４参照）。

【００３９】従って、広域空燃比センサ２７が正常であ
れば、前記差動増幅器４７の出力電圧が前記所定範囲内
に含まれることはなく、前記差動増幅器４７の出力電圧
が前記所定範囲内である状態は、燃料カット状態である
のに通常に燃焼しているときの出力を示す異常状態であ
ると判別できる。

【００４０】通常に燃焼しているときの正常出力範囲内
の値でクランプする故障が発生したときに、燃焼状態で
正常出力範囲内に含まれるか否かの診断を行わせると、
正常判定されてしまうことになるが、燃料カット時であ
れば、前記クランプ値を異常値として判別できることに
なる。

【００４１】ステップＳ３で、前記差動増幅器４７の出
力電圧が所定範囲内であると判別されると、ステップＳ
４へ進んで、前記差動増幅器４７の出力電圧が所定範囲
内に含まれる状態の継続時間を計測するためのカウンタ
ＣＮＴをカウントアップする。

【００４２】ステップＳ５では、前記カウンタＣＮＴと
所定値とを比較することで、前記継続時間が所定時間以
上になったか否かを判別する。前記カウンタＣＮＴは、
ステップＳ１〜ステップＳ３のいずれかでＮＯの判定が
なされると、ステップＳ８でゼロにリセットされるよう
になっているので、減速燃料カット状態で、かつ、広域
空燃比センサ２７が活性状態で、かつ、差動増幅器４７
の出力電圧が所定範囲内である状態の継続時間が計測さ
れることになる。

【００４３】ステップＳ５でカウンタＣＮＴが所定値以
上であると判別され、前記継続時間が所定時間以上にな
ったことが判別されると、ステップＳ６へ進んで、広域
空燃比センサ２７の故障を判定し、次のステップＳ７で
は、広域空燃比センサ２７における故障の発生を車両の
運転者に警告すべく、警告ランプを点灯させる。

【００４４】上記では、差動増幅器４７の出力電圧が所
定範囲内である状態の継続時間が所定値以上になった時
点で最終的に故障判定を行う構成としたが、減速燃料カ
ットから燃料噴射を再開させる直前の差動増幅器４７の
出力電圧が異常である（通常燃焼時の出力範囲に含まれ
る）ときに、広域空燃比センサ２７の故障を判定させる
構成としても良い。

【００４５】尚、広域空燃比センサ２７の構造は、図２
に示したものに限定されるものではない。

【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及びその
周辺回路を示す図。

【図３】実施の形態における広域空燃比センサの故障診
断を示すフローチャート。

【図４】実施形態における広域空燃比センサの出力特性
を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…エンジン ３…吸気通路 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…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 BA13 CA00 DA04 DA20 DA27 EB14 EB15 EB22 FA13 FA29 3G301 HA01 HA04 HA16 JB01 JB09 JB10 KA26 LA03 NA03 NA04 NE23 PA01Z PA11Z PD04A PD04Z PE01Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン排気中の酸素濃度に基づいて排気
   空燃比を広域に検出する広域空燃比センサの診断装置で
   あって、 エンジンの燃料カット中における前記広域空燃比センサ
   の出力に基づいて、前記広域空燃比センサにおける故障
   の有無を判別するよう構成したことを特徴とする広域空
   燃比センサの診断装置。
2. 【請求項２】前記燃料カット中において、前記広域空燃
   比センサの出力が所定範囲に含まれる状態が所定時間以
   上継続したときに、前記広域空燃比センサの故障発生を
   判別することを特徴とする請求項１記載の広域空燃比セ
   ンサの診断装置。
3. 【請求項３】前記所定範囲が、エンジンの空燃比制御範
   囲に応じた広域空燃比センサの出力範囲を含むことを特
   徴とする請求項２記載の広域空燃比センサの診断装置。