JP2003329633A

JP2003329633A - 素子温を利用して排ガスセンサの故障を検出する装置

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Publication number: JP2003329633A
Application number: JP2002141649A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yasui; 裕司安井; Hiroshi Kitagawa; 浩北川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: DE10321985A1; US20040000493A1; JP4064148B2; US6935155B2

Abstract

(57)【要約】【課題】素子温制御を利用して、排ガスセンサの故障を
触媒の劣化と区別して検出する。【解決手段】排気管に配置された排ガスセンサの故障を
検出する装置は、排ガスセンサの素子の温度が異なる状
況下検出された排ガスセンサの出力に、フィルタリング
処理を施す。さらに、フィルタリングされた排ガスセン
サ出力は、逐次型２乗法により統計処理される。統計処
理された、素子温が高温時の排ガスセンサの出力と、素
子温が低温時の排ガスセンサの出力とを比較することに
より、排ガスセンサの故障を検出する。素子温は、応答
指定型制御を用いて所定の温度に制御される。応答指定
型制御において、素子温は、内燃機関の運転状態に基づ
いて推定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
系に設けられた排ガスセンサの素子温を制御して、該排
ガスセンサの故障を検出する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系には、触媒装置が設け
られている。触媒装置は、内燃機関に供給される混合気
の空燃比がリーンのとき、排気ガス中に存在する過剰の
酸素でＨＣおよびＣＯを酸化し、空燃比がリッチのと
き、ＨＣおよびＣＯによってＮｏｘを還元する。空燃比
が理論空燃比領域にあるとき、ＨＣ、ＣＯおよびＮｏｘ
が同時にかつ効果的に浄化される。

【０００３】触媒装置の下流には、排ガスセンサが設け
られる。排ガスセンサは、排気系に排気されたガス中の
酸素濃度を検出する。排ガスセンサの出力は、内燃機関
の様々な制御に用いられる。排ガスセンサの応答性が劣
化すると、内燃機関を適切に制御することができなくな
り、運転状態の悪化を招くおそれがある。

【０００４】特許第２８１２２５２号公報は、排ガスセ
ンサの出力の微分値に基づいて、排ガスセンサの異常を
検出する方法を開示する。排ガスセンサの出力の微分値
が所定値以上である頻度が所定回数以下であるとき、排
ガスセンサが異常と判定する。この判定手法は、排ガス
センサが正常である場合、該排ガスセンサの出力を時間
で微分した値がゼロ近傍以外の大きさのものも存在する
のに対し、排ガスセンサが故障している場合、該時間微
分値はゼロ近傍のものしか存在しないという知見に基づ
いている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】触媒装置と排ガスセン
サは直列に配置されているので、排ガスセンサの出力の
微分値は、触媒の遅れ特性（ローパス特性）の影響を受
ける。すなわち、触媒の劣化の程度が変化すると、排ガ
スセンサの出力も変化する。従来技術に示されるような
排ガスセンサ出力の微分値の変動を分析しても、該変動
が触媒の応答特性の変化に起因するのか、排ガスセンサ
の応答特性の変化に起因するのかを判別することは困難
である。また、排ガスセンサの劣化を検出するために空
燃比を変化させることは、触媒装置の浄化能力を低下さ
せて有害成分を排出させるおそれがある。

【０００６】したがって、この発明の目的は、排ガスセ
ンサの故障を、触媒の劣化と区別して検出することであ
る。また、この発明の他の目的は、有害成分を排出させ
ることなく、排ガスセンサの故障を検出することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の一つの側面に
よると、排気管に配置された排ガスセンサの故障を検出
する装置は、排ガスセンサの素子温が異なる状況下で検
出された該排ガスセンサの出力を比較することによっ
て、該排ガスセンサの故障を検出する。

【０００８】この発明によると、排ガスセンサの出力特
性が素子温に応じて変化することを利用するので、触媒
の劣化等の影響を受けることなく排ガスセンサの故障を
検出することができる。さらに、排ガスセンサの故障を
検出するために空燃比を操作しないので、有害排ガス成
分の排出量を増加させることなく、排ガスセンサの故障
を検出することができる。

【０００９】この発明の他の側面によると、故障検出装
置は、素子温を制御する手段をさらに備える。素子温制
御手段により、素子温が異なる状況が作られる。この発
明の一実施形態では、該異なる状況は、素子温が、通常
の運転状態時の温度に制御される状況と、該通常の運転
状態時に制御される温度よりも低い温度に制御される状
況とを少なくとも含む。当然のことながら、通常の素子
温が十分低い場合には、故障を検出する時に素子温を上
昇させることもあり得る。このように、排ガスセンサの
故障を検出する時は、素子温制御手段によって、素子温
を、通常の運転状態時とは異なる温度に制御することが
できる。

【００１０】この発明の他の側面によると、排ガスセン
サの出力にフィルタリング処理を施すフィルタをさらに
備える。異なる状況下における該フィルタリングされた
排ガスセンサの出力を比較することにより、排ガスセン
サの故障が検出される。この発明の一実施形態におい
て、フィルタは、バンドパスフィルタを含む。

【００１１】この発明によると、空燃比の変動による排
ガスセンサ出力の変動がフィルタリング処理により除去
される。さらに、排ガスセンサ出力のパワースペクトル
の大きい部分を抽出することができる。したがって、空
燃比制御の影響およびノイズの影響を最小限にし、故障
検出の精度を向上させることができる。

【００１２】この発明の他の側面によると、排ガスセン
サの出力に逐次型最小２乗法による統計処理が実施され
る。素子温が異なる状況下における、該統計処理された
排ガスセンサの出力を比較することにより、排ガスセン
サの故障を検出する。一実施形態においては、フィルタ
リングされた排ガスセンサの出力に、該逐次型最小２乗
法による統計処理が実施される。

【００１３】ノイズの影響、車両および内燃機関の運転
状態の影響により、排ガスセンサの出力にはバラツキが
生じる。逐次型最小２乗法によって統計処理を実施する
ことにより、このバラツキに起因する故障検出への影響
を最小にすることができる。

【００１４】この発明の一つの側面によると、排ガスセ
ンサの出力は、車両がクルーズ状態にあるときに取得さ
れる。この発明によると、素子温が安定し、かつ空燃比
制御が安定した状態で排ガスセンサの出力が取得される
ので、排ガスセンサの故障を検出する精度が向上する。

【００１５】この発明の他の側面によると、排ガスセン
サの出力は、車両の内燃機関が所定の運転状態にあると
きに取得される。車両および内燃機関の運転状態によ
り、排ガスセンサ出力にはバラツキが生じる。所定の運
転状態という条件を課すことにより、このようなバラツ
キを抑制して故障検出の精度を向上させることができ
る。

【００１６】この発明の一つの側面によると、素子温を
制御する制御装置は、排ガスセンサの素子の温度を推定
する推定器を備える。推定器によって推定された素子温
に基づいて、制御装置は、排ガスセンサに設けられたヒ
ーターへの通電デューティを求める。この発明による
と、素子温を直接計測する手段を内燃機関に設けるコス
トを削減することができる。また、素子温を推定するこ
とにより、素子温を良好な精度で制御することができ
る。

【００１７】この発明の他の側面によると、素子温を制
御する装置は、応答指定型制御を実施して、排ガスセン
サに設けられたヒーターへの通電デューティを求める。
応答指定型制御により、素子温のオーバーシュートおよ
びアンダーシュートを防止し、素子温の過剰な高温化に
よる破壊や過剰な低温化による不活性化を回避すること
ができる。また、素子温の制御精度を高く維持すること
ができるので、ヒーターの耐久性を向上させることがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】内燃機関および制御装置の構成次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の実施形態による内燃機関（以下、
「エンジン」という）およびその制御装置の全体的なシ
ステム構成図である。

【００１９】電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）と
いう）５は、車両の各部から送られてくるデータを受け
入れる入力インターフェース５ａ、車両の各部の制御を
行うための演算を実行するＣＰＵ５ｂ、読み取り専用メ
モリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）を有するメモリ５ｃ、および車両の各部に制御信号
を送る出力インターフェース５ｄを備えている。メモリ
５ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプロ
グラムおよび各種のデータが格納されている。この発明
に従う故障検出および素子温制御を実現するためのプロ
グラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータ
およびテーブルは、このＲＯＭに格納されている。ＲＯ
Ｍは、ＥＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでも
よい。ＲＡＭには、ＣＰＵ５ｂによる演算のための作業
領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータ
および車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時
的に記憶される。

【００２０】エンジン１は、たとえば４気筒を備えるエ
ンジンである。吸気管２が、エンジン１に連結されてい
る。吸気管２の上流側にはスロットル弁３が設けられて
いる。スロットル弁３に連結されたスロットル弁開度セ
ンサ（θＴＨ）４は、スロットル弁３の開度に応じた電
気信号を、ＥＣＵ５に供給する。

【００２１】スロットル弁３をバイパスする通路２１
が、吸気管２に設けられている。エンジン１に供給する
空気量を制御するためのバイパス弁２２が、バイパス通
路２１に設けられている。バイパス弁２２は、ＥＣＵ５
からの制御信号に従って駆動される。

【００２２】燃料噴射弁６は、エンジン１とスロットル
弁３の間であって、吸気管２の吸気弁（図示せず）の少
し上流側に各気筒毎に設けられている。燃料噴射弁６
は、燃料ポンプ（図示せず）に接続され、該燃料ポンプ
を介して燃料タンク（図示せず）から燃料の供給を受け
る。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ５からの制御信号に従って
駆動される。

【００２３】吸気管圧力（Ｐｂ）センサ８および吸気温
（Ｔａ）センサ９は、吸気管２のスロットル弁３の下流
側に設けられている。Ｐｂセンサ８およびＴａセンサ９
によって検出された吸気管圧力Ｐｂおよび吸気温Ｔａ
は、それぞれＥＣＵ５に送られる。

【００２４】エンジン水温（Ｔｗ）センサ１０は、エン
ジン１のシリンダブロックの、冷却水が充満した気筒周
壁（図示せず）に取り付けられる。Ｔｗセンサ１０によ
って検出されたエンジン冷却水の温度Ｔｗは、ＥＣＵ５
に送られる。

【００２５】回転数（Ｎｅ）センサ１３は、エンジン１
のカム軸またはクランク軸（共に図示せず）周辺に取り
付けられる。Ｎｅセンサ１３は、たとえばピストンのＴ
ＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるＴＤＣ信
号パルスの周期よりも短いクランク角度（たとえば、３
０度）の周期で、ＣＲＫ信号パルスを出力する。ＣＲＫ
信号パルスは、ＥＣＵ５によってカウントされ、エンジ
ン回転数Ｎｅが検出される。

【００２６】エンジン１の下流側には排気管１４が連結
されている。エンジン１は、排気管１４を介して排気す
る。排気管１４の途中に設けられた触媒装置１５は、排
気管１４を通る排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの
有害成分を浄化する。触媒装置１５には、２つの触媒が
設けられている。上流側に設けられた触媒を上流触媒と
呼び、下流側に設けられた触媒を下流触媒と呼ぶ。

【００２７】広域空燃比センサ（ＬＡＦ）センサ１６
は、触媒装置１５の上流に設けられている。ＬＡＦセン
サ１６は、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比領
域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出す
る。検出された酸素濃度は、ＥＣＵ５に送られる。

【００２８】Ｏ２（排ガス）センサ１７は、上流触媒と
下流触媒の間に設けられている。Ｏ２センサ１７は２値
型の排気ガス濃度センサである。Ｏ２センサは、空燃比
が理論空燃比よりもリッチであるとき高レベルの信号を
出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき低
レベルの信号を出力する。出力された電気信号は、ＥＣ
Ｕ５に送られる。

【００２９】車両の速度を検出する車速（ＶＰ）センサ
２３がＥＣＵ５に接続され、検出した車速信号をＥＣＵ
５に送る。

【００３０】ＥＣＵ５に向けて送られた信号は入力イン
ターフェース５ａに渡され、アナログ−デジタル変換さ
れる。ＣＰＵ５ｂは、変換されたデジタル信号を、メモ
リ５ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車
両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。
出力インターフェース５ｄは、これらの制御信号を、バ
イパス弁２２、燃料噴射弁６、およびその他の機械要素
のアクチュエータに送る。

【００３１】図２の（ａ）は、触媒装置１５の構造を示
す。排気管１４に流入した排気ガスは、上流触媒２５を
通過し、その後下流触媒２６を通過する。上流および下
流触媒の間に設けられたＯ２センサの出力に基づく空燃
比制御の方が、下流触媒の下流に設けられたＯ２センサ
の出力に基づく空燃比制御よりも、Ｎｏｘの浄化率を最
適に維持しやすいことがわかっている。そのため、この
発明に従う実施形態では、Ｏ２センサ１７を、上流およ
び下流触媒の間に設ける。Ｏ２センサ１７は、上流触媒
２５を通過した後の排気ガスの酸素濃度を検出する。

【００３２】図２の（ｂ）は、図２の（ａ）のＬＡＦセ
ンサ１６からＯ２センサ１７にいたるブロック図であ
る。ＬＡＦセンサ１６は、上流触媒２５に供給される排
ガスの空燃比Kactを検出する。Ｏ２センサ１７は、上流
触媒２５によって浄化された排ガスの酸素濃度を、電圧
Voutとして出力する。

【００３３】上流触媒２５とＯ２センサ１７は、直列に
配置されている。したがって、空燃比KactとＯ２センサ
１７の出力Voutとの間には、上流触媒２５およびＯ２セ
ンサ１７の遅れおよびむだ時間が存在する。

【００３４】図３は、Ｏ２センサの出力Voutをフーリエ
変換した結果を示す。触媒の劣化が進むと、センサ出力
Voutのパワースペクトルは、矢印４１によって示される
方向に増大する。反対に、触媒が新品に近いほど、セン
サ出力Voutのパワースペクトルは、矢印４２によって示
される方向に減少する。この特性に基づいて、触媒の劣
化を判定することができる。一方、Ｏ２センサが劣化す
ると、その遅れ特性が大きくなるので、センサ出力Vout
のパワースペクトルは、矢印４２の方向に減少する。

【００３５】このように、Ｏ２センサが劣化または故障
すると、センサ出力Voutのパワースペクトルが減少する
ので、触媒の劣化を正確に検出することができなくな
る。言い換えると、センサ出力Voutのパワースペクトル
の変化からは、触媒が新品のときの状態とＯ２センサが
劣化している状態とを区別することができない。

【００３６】触媒劣化とＯ２センサ故障の判別発明の理解を助けるため、触媒の劣化とＯ２センサの故
障を区別することのできる手法の概念を説明する。最初
に、図４および図５を参照して、触媒の劣化を検出する
手法の概念を説明する。

【００３７】図４は、（ａ）触媒が新品の時、（ｂ）触
媒の浄化率が十分残っている時、（ｃ）触媒の浄化率が
不十分な時の、Ｏ２センサの出力Voutのパワースペクト
ルを示す。図４の（ａ）〜（ｃ）における、周波数３〜
７Ｈｚに対応するセンサ出力Voutのパワースペクトルの
レベル変化が、参照番号４５によって示されている。

【００３８】図５の（ａ）から（ｃ）は、図４の（ａ）
から（ｃ）のセンサ出力Voutに、バンドパスフィルタに
よってフィルタリング処理を施した結果をそれぞれ示
す。周波数３〜７Ｈｚにおけるセンサ出力Voutのパワー
スペクトルが、フィルタによって強調されている。参照
番号４６によって示されるように、触媒が劣化するほ
ど、周波数３〜７Ｈｚにおけるセンサ出力Voutのパワー
スペクトルが増加している。このように、周波数３〜７
Ｈｚにおけるセンサ出力Voutを評価することにより、触
媒の劣化状態を判定することができる。

【００３９】次に、Ｏ２センサの故障を判別する手法の
概念を説明する。図６は、Ｏ２センサの出力特性（Ｚカ
ーブと呼ぶ）を示す。グラフ５１は素子温が６００度の
場合を示し、グラフ５２は素子温が７００度の場合を示
し、グラフ５３は素子温が８００度の場合を示す。素子
温が低いほど、Ｏ２センサの出力Voutの変動量が大きく
なることがわかる。

【００４０】図７の（ａ）は、素子温が６００度の場合
のセンサ出力Voutの挙動を示す。図７の（ｂ）は、素子
温が８００度の場合のセンサ出力Voutの挙動を示す。グ
ラフ５５は車速の変化を示し、グラフ５６および５７
は、排ガスセンサの出力変化を示す。図７の（ａ）と
（ｂ）を比較して明らかなように、素子温が低い場合の
センサ出力Voutの変動量は、素子温が高い場合のセンサ
出力Voutの変動量よりも大きいことがわかる。

【００４１】図８の（ａ）は、図７の（ａ）に示される
センサ出力Voutをフーリエ変換した結果を示す。図８の
（ｂ）は、図７の（ｂ）に示されるセンサ出力Voutをフ
ーリエ変換した結果を示す。素子温が低くなるほどセン
サ出力Voutの変動量が大きくなるので、各周波数におけ
るセンサ出力Voutのパワースペクトルも、素子温が低く
なるほど増大する。

【００４２】図９のグラフ６１は、素子温が６００度
で、かつＯ２センサが故障している（たとえば、Ｏ２セ
ンサの遅れ特性が大きい）ときのセンサ出力Voutのパワ
ースペクトルを示す。グラフ６２は、素子温が６００度
で、かつＯ２センサが正常なときのセンサ出力Voutのパ
ワースペクトルを示す。グラフ６３は、素子温が８００
度で、かつＯ２センサが正常なときのセンサ出力Voutの
パワースペクトルを示す。

【００４３】これらのグラフから明らかなように、Ｏ２
センサが故障しているときは、素子温が低くてもセンサ
出力Voutのパワースペクトルの増加量が小さいことがわ
かる。したがって、素子温が低い時（この例では、６０
０度）と素子温が高い時（この例では、８００度）のセ
ンサ出力Voutを比較することにより、Ｏ２センサが故障
しているかどうかを判断することができる。素子温を低
くした時のセンサ出力Voutと、素子温が高い時のセンサ
出力Voutとの比が所定値より小さければ、Ｏ２センサが
故障していることを示す。

【００４４】この手法によると、空燃比を操作すること
なくＯ２センサの故障を検出することができるので、触
媒浄化率の低下による有害な排ガス量の増大を回避する
ことができる。

【００４５】素子温を変化させた時のセンサ出力Voutの
変化を強調的に抽出するため、センサ出力Voutにフィル
タリング処理を施す。図１０は、フィルタリングに使用
するバンドパスフィルタのフィルタ特性の一例を示す。

【００４６】図８および図９で参照したように、素子温
が低下すると、センサ出力Voutのパワースペクトルは各
周波数において増大する。しかしながら、触媒およびＯ
２センサのローパス特性により、各周波数におけるパワ
ースペクトルの値は、周波数の増大と共に小さくなる。
また、評価すべきなのは、素子温を変化させた時のセン
サ出力Voutの変動成分であるので、定常成分は除去され
るのが好ましい。したがって、バンドパスフィルタは、
図１０に示されるような通過特性を持つものが使用され
る。この例では、バンドパスフィルタは、０．１〜１．
０Hzの周波数域におけるセンサ出力Voutのパワースペク
トルを抽出するように設計されている。

【００４７】図１１の（ａ）は、素子温が６００度の場
合のフィルタリングされたセンサ出力Vout_fの挙動を示
す。図１１の（ｂ）は、素子温が８００度の場合のフィ
ルタリングされたセンサ出力Vout_fの挙動を示す。図１
１の（ｃ）は、図１１の（ａ）および（ｂ）に対してフ
ーリエ変換した結果を示す。グラフ６５は、素子温が６
００度の場合のフィルタリングされたセンサ出力Vout_f
のパワースペクトルを示し、グラフ６６は、素子温が８
００度の場合のフィルタリングされたセンサ出力Vout_f
のパワースペクトルを示す。フィルタリングを実施する
ことにより、素子温の変化に応じたセンサ出力Voutの変
化を、振幅差６７として抽出することができる。

【００４８】このように、触媒の劣化は、３〜７Ｈｚの
周波数域におけるＯ２センサ出力のパワースペクトルに
影響を与えるので、該周波数域におけるＯ２センサ出力
Voutを比較することにより判定される。一方、Ｏ２セン
サの故障は、異なる素子温の状況下におけるＯ２センサ
出力Voutを比較することにより検出される。したがっ
て、触媒の劣化とＯ２センサの故障を明確に区別するこ
とができる。

【００４９】故障検出装置の構成図１２は、本発明の一実施例に従う、Ｏ２センサの故障
を検出する装置の機能ブロック図である。第１のパスに
おいて、素子温が高い状況が作られる。Ｏ２センサの出
力Voutが、バンドパスフィルタ７２に適用される。バン
ドパスフィルタ７２は、図１０に示されるような特性を
持つバンドパスフィルタである。バンドパスフィルタ７
２は、式（１）に従って、センサ出力Voutにフィルタリ
ング処理を施し、Vout_fを出力する。av1,av2,...,avn,
bv0,bv1,...,bvmは、予めシミュレーション等で定めら
れるフィルタ係数である。

【００５０】

【数１】

【００５１】フィルタリングされたセンサ出力Vout_f
(k)は、乗算器７３によって２乗され、Vout_fsq(k)が出
力される（式（２））。

【００５２】

【数２】

【００５３】代替的に、バンドパスフィルタの代わり
に、ローパスフィルタを用いてもよい。また、低周波の
通過域を持つバンドパスフィルタは不安定になりやすい
ので、ハイパスフィルタとローパスフィルタを順番に適
用してもよい。

【００５４】統計処理部７４は、式（３）〜（６）に従
い、２乗されたセンサ出力Vout_fsqに逐次型最小２乗法
を適用し、統計処理済みセンサ出力Vout_fsq_lsを算出
する。

【００５５】

【数３】

【００５６】式（３）に示される偏差Eo2(k)は式（４）
によって表され、ゲイン係数KP(k)は式（５）に従って
算出される。

【００５７】

【数４】

【００５８】

【数５】

【００５９】式（５）におけるPは、式（６）に従って
決定される。

【００６０】

【数６】

【００６１】ノイズの影響、または車両や内燃機関の運
転状態の影響によって、Ｏ２センサ出力にバラツキがあ
る。逐次型最小２乗法を適用することにより、該バラツ
キが故障検出に及ぼす影響を最小にすることができる。
さらに、逐次型最小２乗法を実施することにより、各サ
イクルで統計処理が完了した後は、該サイクルのフィル
タリングされたセンサ出力Vout_fを保持する必要がない
ので、メモリを節約することができる。

【００６２】代替的に、逐次型ではない最小２乗法を用
いてもよい。また、上記の式（６）におけるλ_１および
λ_２の値により、適用する最小２乗法の種類が定められ
る。たとえば、固定ゲイン法では、λ_１＝１、λ_２＝０
である。最小２乗法では、λ _１＝１、λ_２＝１である。
漸減ゲイン法では、λ_１＝１、λ_２＝λである。重み付
き最小２乗法では、λ_１＝λ、λ_２＝１である。

【００６３】素子温が高い状況のセンサ出力Voutに基づ
いて求められたVout_fsq_lsは、Vout_fsq_ls_Hとして第
１のメモリ７５に保持される。こうして、第１のパスが
終了する。

【００６４】次に、第２のパスにおいて、素子温が低い
状況が作られる。素子温が高い状況の第１のパスと同様
に、Ｏ２センサの出力Voutは、バンドパスフィルタ７
２、乗算器７３および統計処理部７４に適用される。素
子温が低い状況のセンサ出力Voutに基づいて求められた
統計処理済みセンサ出力Vout_fsq_lsは、Vout_fsq_ls_L
として第２のメモリ７６に保持される。

【００６５】故障判定部７７は、第１および第２のメモ
リ７５および７６に保持された、素子温が高い状況で求
められたVout_fsq_ls_Hと、素子温が低い状況で求めら
れたVout_fsq_ls_Lをそれぞれ読み出す。故障判定部７
７は、Vout_fsq_ls_LおよびVout_fsq_ls_Hの比を求め
る。該比Vout_fsq_ls_L／Vout_fsq_ls_Hが、所定値RVFL
S_BRより小さければ、素子温が高い状況と低い状況と
で、センサ出力の変化が小さいことを示す。これは、素
子温が低くなってても、センサ出力が増大していないこ
とを意味し、よってＯ２センサが故障していると判定す
る。一方、該比Vout_fsq_ls_L／Vout_fsq_ls_Hが所定値
RVFLS_BR以上ならば、故障判定部７７は、Ｏ２センサは
正常と判定する。

【００６６】Ｏ２センサが正常と判定されれば、フラグ
Ｆ＿Ｏ２ＢＲはゼロにセットされる。Ｏ２センサが故障
と判定されれば、フラグＦ＿Ｏ２ＢＲは１にセットされ
る。フラグＦ＿Ｏ２ＢＲの値が１のとき、ＭＩＬ（警告
灯）を点灯することによって、Ｏ２センサに故障が生じ
ていることを通知するようにしてもよい。

【００６７】素子温制御装置の構成図１３は、本発明の一実施例に従う、Ｏ２センサの素子
温を制御する装置の制御ブロック図である。素子温制御
は、Ｏ２センサ１７を制御対象（プラント）とする。Ｏ
２センサの素子温を直接測定することが非常に困難であ
るので、該素子温は、推定器８２によって推定される。
推定器８２は、内燃機関の運転状態、および前回のサイ
クルで制御器８１によって求められた通電デューティＤ
ＵＴＹに基づいて、推定素子温To2_hatを算出する。

【００６８】推定器８２によって算出された素子の推定
温度To2_hatを目標素子温To2_Rと比較し、偏差Ｅｃを求
める。該偏差Ｅｃに基づいて、制御器８１は、Ｏ２セン
サ１７に設けられたヒーターの通電デューティＤＵＴＹ
を求める。ヒーターは、算出された通電デューティＤＵ
ＴＹに従って駆動される。

【００６９】このように、制御器８１は、推定温度To2_
hatを目標素子温To2_Rに収束させるように、ヒーターに
通電するデューティＤＵＴＹを求めるフィードバック制
御を実行する。言い換えると、推定素子温To2_hatと目
標素子温To2_Rの偏差Ｅｃがゼロになるように、ヒータ
ーに通電するデューティＤＵＴＹを求めるフィードバッ
ク制御が実行される。

【００７０】制御器８１は、応答指定型制御を用いて、
該フィードバック制御を実施する。応答指定型制御を用
いることにより、制御精度および速応性を高く維持する
ことができる。特に、通常の運転時に設定される温度よ
りも低い温度に素子温を変更する場合、素子温の低温側
へのオーバーシュートによってＯ２センサが不活性化さ
れるおそれがある。また、通常の運転時に設定される温
度よりも高い温度に素子温を変更する場合、ヒーター温
度のオーバーシュートによってヒーターが破壊されるお
それがある。応答指定型制御によれば、制御量の目標値
への収束応答を指定することができるので、Ｏ２センサ
の不活性化およびヒーターの破壊を防止することができ
る。

【００７１】制御対象であるＯ２センサ１７を、出力を
Ｏ２センサの温度To2、入力をヒーターへの通電デュー
ティＤＵＴＹとして、式（７）のようにモデル化するこ
とができる。Ｏ２センサの素子は、排気ガスの温度にさ
らされており、またヒーターにより熱せされている。し
たがって、排ガス温度Texと、前回のサイクルで算出さ
れたヒーターの通電デューティとに基づいて、素子温To
2が決定される。

【００７２】Ｏ２センサ１７は、離散時間系モデルとし
てモデル化される。このようにモデル化することによ
り、素子温制御のアルゴリズムをコンピュータ処理に適
した簡易なものとすることができる。

【００７３】

【数７】

【００７４】Ao2およびBo2はモデルパラメータであり、
予めシミュレーション等に基づいて決められる。ｋは制
御サイクルを識別する識別子である。ｋは現在のサイク
ルを示し、(k+1)は次回のサイクルを示す。

【００７５】前述したように、Ｏ２センサの温度To2を
取得することが困難であるので、該温度To2の代わり
に、推定器８２によって算出される推定素子温To2_hat
が用いられる。また、排ガスの温度Texを取得すること
も困難であるので、排ガス温度Texの代わりに、推定器
８２によって算出される推定排ガス温Tex_hatが用いら
れる。

【００７６】素子温偏差Ｅｃ(ｋ)は、式（８）のように
表される。

【００７７】

【数８】

【００７８】制御器８１は、素子温偏差Ｅｃの収束挙動
を規定する切り換え関数σを、式（９）のように求め
る。poleは、切換関数σの設定パラメータであり、−１
＜pole＜１となるように設定される。

【００７９】

【数９】

【００８０】切換関数σ(k)＝０とした式は等価入力系
と呼ばれ、制御量である素子温偏差Ｅｃの収束特性を規
定する。σ(k)＝０とすると、式（９）は以下の式（１
０）のように変形することができる。

【００８１】

【数１０】

【００８２】ここで、切換関数σの特性を説明する。図
１４は、縦軸がＥｃ(k-1)および横軸がＥｃ(k)の位相平
面上に、式（１０）を線８５で表現したものである。こ
の線８５を切換直線と呼ぶ。Ｅｃ(k-1)およびＥｃ(k)の
組合せからなる状態量（Ｅｃ(k-1), Ｅｃ(k)）の初期値
が、点８６で表されているとする。応答指定型制御は、
点８６で表される状態量を、切換直線８５上に載せて該
直線８５上に拘束するよう動作する。

【００８３】応答指定型制御によると、状態量を切換直
線８５上に保持することにより、該状態量を、外乱等の
影響されることなく、極めて安定的に位相平面上の原点
０に収束させることができる。言い換えると、状態量
（Ｅｃ(k-1),Ｅｃ(k)）を、式（１０）に示される入力
の無い安定系に拘束することにより、外乱およびモデル
化誤差に対してロバストに推定素子温To2_hatを目標素
子温To2_Rに収束させることができる。

【００８４】この実施例では、切換関数σに関する位相
空間が２次元であるので、切換直線は直線８５で表され
る。位相空間が３次元である場合には、切換直線は平面
で表され、位相空間が４次元以上になると、切換直線は
超平面となる。

【００８５】設定パラメータpoleは、可変に設定するこ
とができる。設定パラメータpoleを調整することによ
り、素子温偏差Ｅｃの減衰（収束）特性を指定すること
ができる。

【００８６】図１５は、応答指定型制御の応答指定特性
の一例を示す。グラフ８７は、poleの値が“１”である
場合を示し、グラフ８８はpoleの値が“０．８”である
場合を示し、グラフ８９はpoleの値が“０．５”である
場合を示す。グラフ８７〜８９から明らかなように、po
leの値に従って、素子温偏差Ｅｃの収束速度が変化す
る。poleの絶対値を小さくするほど、収束速度が速くな
る。

【００８７】推定素子温To2_hatを目標素子温To2_Rに収
束させるため、上記の式（７）のようにモデル化された
制御対象に与えるべき入力として、制御器８１は、式
（１１）に従って制御入力ＤＵＴＹ（すなわち、ヒータ
ー通電デューティ）を求める。Ｋｒｃｈ、Ｋａｄｐおよ
びＫｏ２はフィードバック係数を表しており、例えば最
適制御理論等に従って決定することができる。

【００８８】

【数１１】

【００８９】式（１１）の第１項（切換関数σの比例
項）は、状態量を切換直線上に載せるための到達則入力
を表す。第２項（切換関数σの積分項）は、モデル化誤
差および外乱を抑制しつつ、状態量を切換直線に載せる
ための適応則入力を表す。第３項は、状態量を切換直線
上に拘束するための等価制御入力を表す。

【００９０】推定器８２は、推定素子温To2_hatを、式
（１２）に従って算出する。式（１２）は、式（７）の
モデル式に基づいている。Ao2およびBo2は、式（７）に
示されたものと同じであり、予めシミュレーション等に
基づいて決められた推定パラメータを示す。

【００９１】

【数１２】

【００９２】式（１２）における推定排ガス温Tex_hat
(k)は、式（１３）に従って算出される。

【００９３】

【数１３】

【００９４】Tex_MAP[]は、エンジン回転数Ｎｅおよび
吸気管圧力Ｐｂに基づいて定常排気温マップTex_MAPか
ら抽出された値を示す。図１６に、定常排気温マップTe
x_MAPの一例を示す。定常排気温マップTex_MAP は、定
常状態において、エンジンの運転状態から推定される排
気ガスの温度を格納する。Kexは、予めシミュレーショ
ン等に基づいて決められた推定パラメータを示す。

【００９５】こうして、今回のサイクルにおいて推定器
８２により算出された推定素子温To2_hat(k+1)は、次回
のサイクルにおいて通電デューディＤＵＴＹを求めるの
に制御器８１によって使用される。

【００９６】動作フロー図１８〜図２１のフローチャートの理解を助けるため、
図１７に、本発明の一実施形態に従う故障検出処理の流
れを示す。以下のフローチャートにおいて、素子温は、
通常の運転状態において所定の高温（たとえば、８００
度）に維持されるよう制御される。素子温が８００度に
制御されている第１の期間に、Ｏ２センサ出力Voutがフ
ィルタリングされ、統計処理される。

【００９７】第１の期間が経過したとき、Ｏ２センサの
故障を検出するため、素子温を所定の低温（たとえば、
６５０度）に下げる制御が開始される。高温から低温へ
の移行期間は、第２の期間で表されている。第２の期間
が経過した後の第３の期間の間、素子温は６５０度に維
持される。第３の期間の間に、Ｏ２センサ出力Voutがフ
ィルタリングされ、統計処理される。

【００９８】図１８は、この発明の一実施形態に従う、
Ｏ２センサの故障を検出するメインルーチンを示す。ス
テップＳ１０１において、故障判定処理が完了した時に
１がセットされる完了フラグF_CHKの値を調べる。最初
にこのルーチンが実行されるとき、故障判定処理はまだ
完了していないので、ステップＳ１０１の判断はＮｏと
なる。

【００９９】ステップＳ１０２において、センサ活性フ
ラグが１かどうかを調べる。センサ活性フラグは、Ｏ２
センサが活性化された時に１にセットされるフラグであ
る。センサ活性フラグがゼロならば、タイマＴＭＦＬＴ
ＳＴに所定値ＴＭＦＳＴＷＴをセットする（Ｓ１０
３）。所定値ＴＭＦＳＴＷＴには、バンドパスフィルタ
の出力が安定するのに必要な時間（たとえば、１．０
秒）が設定される。ステップＳ１０４において、完了フ
ラグF_CHKをゼロにする。

【０１００】ステップＳ１０５〜Ｓ１０７において、前
述した第１〜第３の期間を計測するためのタイマＴＭＢ
ＲＣＨＫ１、ＴＭＢＲＣＨＫ２およびＴＭＢＲＣＨＫ３
のそれぞれに、所定の初期値をセットする。ステップＳ
１０８において、素子温制御に用いられるフラグおよび
変数を初期化する。ステップＳ１０９において、逐次型
最小２乗処理（図１９）で算出される統計処理済みセン
サ出力Vout_fsq_lsと、変数Pを初期化する。

【０１０１】次にこのルーチンに入ったとき、ステップ
Ｓ１０２においてセンサ活性フラグが１ならば、上記の
式（１）に従い、Ｏ２センサ出力Voutにフィルタリング
処理を施し、Vout_f(k)を求める（Ｓ１０９）。ステッ
プＳ１１０において、車両のクルーズ状態を検出するた
め、以下の式（１４）に従って車速Ｖｐにローパスフィ
ルタを適用し、車速フィルタリング値Vfltを求める。こ
こで、afl,...,afnおよびbf0,...,bfmは、ローパスフィ
ルタ係数を示す。ローパスフィルタは、たとえばバタワ
ースフィルタ等を用いることができる。

【０１０２】

【数１４】

【０１０３】ステップＳ１１１において、ステップＳ１
０３でセットされたタイマＴＭＦＬＴＳＴがゼロになっ
たかどうかを調べる。タイマがゼロになっていなけれ
ば、ステップＳ１０５に進み、第１〜第３の期間および
フラグ等を初期化する。タイマがゼロになっていれば、
Ｏ２フィードバック制御が実施されているかどうかを調
べる（Ｓ１１２）。Ｏ２フィードバック制御が実施され
ていれば、ステップＳ１１３に進む。こうして、バンド
パスフィルタの出力が安定し、Ｏ２フィードバック制御
によって空燃比が適切に制御されている時に、Ｏ２セン
サの故障検出が実施されるようにする。

【０１０４】ステップＳ１１３において、ステップＳ１
１０で求められた今回のサイクルにおける車速フィルタ
リング値Vflt(k)および前回のサイクルにおける車速フ
ィルタリング値Vflt(k-1)を比較し、車速の変動が所定
値X_DVLMより大きいかどうかを判断する。車速の変動が
所定値X_DVLMより大きければ、車速の変動が大きく、Ｏ
２センサの故障検出に適切な状況ではないので、ステッ
プＳ１０５に進む。ステップＳ１１４において、エンジ
ン回転数ＮＥが所定範囲内（下限値X_NELおよび上限値X
_NEHの間）にあるかどうかを調べる。エンジン回転数Ｎ
Ｅが所定範囲に無いならば、エンジン回転数の変動が大
きく、Ｏ２センサの故障検出に適切な状況ではないの
で、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１１５におい
て、吸気管圧力ＰＢが所定範囲内（下限値X_PBLおよび
上限値X_PBHの間）にあるかどうかを調べる。吸気管圧
力ＰＢが所定範囲に無いならば、エンジン負荷の変動が
大きく、Ｏ２センサの故障検出に適切な状況ではないの
で、ステップＳ１０５に進む。

【０１０５】ステップＳ１１３〜Ｓ１１５のすべての判
断がＹｅｓならば、Ｓ１１６に進み、フィルタリングさ
れたセンサ出力Vout_f(k)に逐次型最小２乗処理（図１
９）を実施し、ステップＳ１１７において、素子温制御
を実施する（図２１）。

【０１０６】このルーチンに入ったとき、ステップＳ１
０１において完了フラグF_CHKが１ならば、故障判定を
実施することなくステップＳ１１７に進み、素子温制御
を実施する。このように、故障判定は、所与の運転サイ
クルにおいて１回だけ実施され、素子温制御は、Ｏ２セ
ンサの故障判定にかかわりなく常時実施される。

【０１０７】図１９は、図１８のステップＳ１１６にお
いて実施される逐次型最小２乗処理のルーチンを示す。
ステップＳ１２１において、上記の式（２）に従い、フ
ィルタリングされたセンサ出力Vout_f(k)を２乗し、Vou
t_fsqを求める。ステップＳ１２２において、素子温が
高温に維持される第１の期間を計測するタイマTMBRCHK1
がゼロになったかどうかを判断する。該タイマがゼロで
なければ、フラグF_CHKHに１をセットする（Ｓ１２
３）。フラグF_CHKHは、素子温が高温の状況下で統計処
理が実施されている間は１にセットされるフラグであ
る。

【０１０８】ステップＳ１２４〜１２７において、逐次
型最小２乗法による統計処理を実施する。ステップＳ１
２４において、上記の式（４）に従い、偏差Eo2を求め
る。ステップＳ１２４で示されるVout_fsq_lsは、前回
のサイクルで求められた統計処理済みセンサ出力であ
る。ステップＳ１２５において、上記の式（５）に従い
ゲイン係数KPを求める。ステップＳ１２５で示されるＰ
は、前回のサイクルにおいて上記の式（６）に従って計
算されたものである。ステップＳ１２６において、次回
のサイクルで使用されるＰを算出する。

【０１０９】ステップＳ１２７において、上記の式
（３）に従い、ステップＳ１２４およびＳ１２５で算出
された偏差Eo2およびゲイン係数KPを用いて、統計処理
済みセンサ出力Vout_fsq_lsを算出する。ステップＳ１
２８が最初に実行されるとき、フラグF_CHKHの値が１な
ので、算出されたVout_fsq_lsの値を、Vout_fsq_ls_Hと
してメモリに格納する（Ｓ１２９）。

【０１１０】再びこのルーチンに入ったとき、第１の期
間が経過していれば、ステップＳ１２２の判断がＹｅｓ
になる。ステップＳ１３０に進み、素子温が高温から低
温に変化している第２の期間を計測するタイマTMBRCHK2
がゼロになったかどうかを判断する。該タイマがゼロで
なければ、第１の期間が終了したことを示すためにフラ
グF_CHKHにゼロをセットし、第２の期間が進行中である
ことを示すためにフラグF_CHKWに１をセットする（Ｓ１
３１）。素子温が変化している間は統計処理を実施すべ
きではないので、ステップＳ１３９において、統計処理
済みセンサ出力Vout_fsq_lsと変数Ｐを初期化し、その
後このルーチンを抜ける。

【０１１１】再びこのルーチンに入ったとき、第２の期
間が経過していれば、ステップＳ１３０の判断がＹｅｓ
になる。ステップＳ１３２に進み、素子温が低温に維持
される第３の期間を計測するタイマTMBRCHK3がゼロにな
ったかどうかを判断する。該タイマがゼロでなければ、
第２の期間が終了したことを示すためにフラグF_CHKWに
ゼロをセットし、第３の期間が進行中であることを示す
ためにフラグF_CHKLに１をセットする（Ｓ１３３）。

【０１１２】ステップＳ１２４〜Ｓ１２７において、第
１の期間における統計処理と同様に、逐次型最小２乗法
によって統計処理済みセンサ出力Vout_fsq_lsを算出す
る。第３の期間において、フラグF_CHKHの値はゼロであ
る。したがって、ステップＳ１２８の判断はＮｏとな
る。ステップＳ１３４に進み、ステップＳ１２７におい
て算出されたVout_fsq_lsの値をVout_fsq_ls_Lとしてメ
モリに格納する。

【０１１３】再びこのルーチンに入ったとき、第３の期
間が経過していれば、ステップＳ１３２の判断がＹｅｓ
になる。ステップＳ１３５に進み、第３の期間が終了し
たことを示すためにフラグF_CHKLにゼロをセットする。

【０１１４】素子温が高温である状況および低温である
状況の両方で、統計処理済みセンサ出力Vout_fsq_ls_L
およびVout_fsq_ls_Hが取得された。ステップＳ１３６
において、該２つのセンサ出力の比RVFLS=Vout_fsq_ls_
L／Vout_fsq_ls_Hを算出する。ステップＳ１３７におい
て、算出された比RVFLSに基づき、故障判定を行う（図
２０）。故障判定が完了したので、完了フラグF_CHKに
１をセットする（Ｓ１３８）。

【０１１５】図２０は、図１９のステップＳ１３７にお
いて実施される故障判定ルーチンを示す。ステップＳ１
４１において、算出された比RVFLSが所定値RVFLS_BRよ
り小さければ、Ｏ２センサは故障していると判断され
る。この場合、故障フラグＦ＿Ｏ２ＢＲに１がセットさ
れる（Ｓ１４２）。ステップＳ１４１において、算出さ
れた比RVFLSが所定値RVFLS_BR以上のとき、Ｏ２センサ
は正常と判断される。この場合、故障フラグＦ＿Ｏ２Ｂ
Ｒに１をセットすることなく、このルーチンを抜ける。

【０１１６】図２１は、図１８のステップＳ１１７にお
いて実施される素子温制御ルーチンを示す。ステップＳ
１５１において、エンジンが始動中であるかどうかが判
断される。エンジンが始動中ならば、ディレータイマTM
O2Hに所定値TMO2DLY（たとえば、１０秒）をセットする
（Ｓ１５２）。エンジンが始動しているときは、排ガス
に含まれる水がＯ２センサの素子にあたることがある。
水によって素子温が冷やされている時に素子温を急激に
上昇させると、Ｏ２センサが損傷するおそれがある。し
たがって、エンジン始動時は、所定時間TMO2DLYが経過
するまで、素子温を所定値To2R_AEST（たとえば、６０
０度）に維持する（Ｓ１５３）。

【０１１７】ステップＳ１５１においてエンジンが始動
中でなく、かつステップＳ１５４においてディレータイ
マTMO2Hにセットされた期間TMO2DLYが経過したとき、ス
テップＳ１５５に進む。ステップＳ１５５において、フ
ラグF_CHKLおよびF_CHKWのいずれかがゼロならば、第１
の期間が進行中であることを示す。第１の期間では、前
述したように素子温は高温に維持される。したがって、
ステップＳ１５６において、目標素子温To2_Rに、所定
の高温TO2R_HI（たとえば、８００度）をセットする。

【０１１８】ステップＳ１５５において、フラグF_CHKL
およびF_CHKWの両方が１ならば、第３の期間が進行中で
あることを示す。したがって、ステップＳ１６２におい
て、目標素子温To2_Rに、所定の低温TO2R_LO（たとえ
ば、６５０度）をセットする。

【０１１９】ステップＳ１５７において、上記の式
（８）に従い、素子温偏差Ｅｃを求める。ステップＳ１
５７に示される推定素子温To2_hatは、前回のサイクル
で算出された推定素子温To2_hat(k)である。ステップＳ
１５８において、上記の式（９）に従い、切換関数σの
値を求める。ステップＳ１５９において、上記の式（１
１）に従い、通電デューティＤＵＴＹを算出する。ステ
ップＳ１５９に示される推定素子温も、前回のサイクル
で算出された推定素子温To2_hat(k)である。

【０１２０】ステップＳ１６０において、上記の式（１
３）に従い、推定排ガス温Tex_hat(k)を、前回のサイク
ルで算出された推定排ガス温Tex_hat(k-1)と、今回のサ
イクルで検出された運転状態（吸気管圧力Ｐｂおよびエ
ンジン回転数Ｎｅ）に基づいて算出する。ステップＳ１
６１において、上記の式（１２）に従い、前回のサイク
ルで算出された推定素子温To2_hat(k)と、ステップＳ１
６０において算出された推定排ガス温Tex_hat(k)と、ス
テップＳ１５９において算出された通電デューティＤＵ
ＴＹ(k)とに基づいて、推定素子温To2_hat(k+1)を算出
する。算出された推定素子温は、次回のサイクルで通電
デューティを求めるのに使用される。

【０１２１】上記のフローチャートの説明においては、
排ガスセンサの素子温を、高温から低温に下げる制御を
例にあげた。しかしながら、このような形態に限定され
ることはなく、素子温を低温から高温に上げる制御につ
いても、上記の実施形態を適用することができる。

【０１２２】上記の説明においては、素子温および排ガ
ス温度は、推定器によって求めるが、温度センサを適切
な場所に配置し、該センサによって検出された温度に基
づいて求めるようにしてもよい。

【０１２３】さらに、他の手法による制御によって素子
温を制御し、排ガスセンサの故障を検出するようにして
もよい。

【０１２４】本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船
外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用が可能
である。

【０１２５】

【発明の効果】この発明によると、触媒の劣化から区別
して、排ガスセンサの故障を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に従う、内燃機関およびそ
の制御装置を概略的に示す図。

【図２】この発明の一実施例に従う、触媒装置および排
ガスセンサの配置を示す図。

【図３】排ガスセンサ出力の周波数応答の一例を示す
図。

【図４】排ガスセンサ出力の周波数応答が、触媒の劣化
の程度に応じて変化する様子を示す図。

【図５】フィルタリングされた排ガスセンサ出力の周波
数応答が、触媒の劣化の程度に応じて変化する様子を示
す図。

【図６】素子温に応じて変化する、排ガスセンサの出力
特性の一例を示す図。

【図７】素子温に応じて変化する、排ガスセンサ出力の
挙動を示す図。

【図８】素子温に応じて変化する、排ガスセンサ出力の
周波数応答を示す図。

【図９】素子温および排ガスセンサの故障／正常に依存
して変化する排ガスセンサ出力を示す図。

【図１０】この発明の一実施例に従う、バンドパスフィ
ルタのフィルタ特性を示す図。

【図１１】素子温に応じた、排ガスセンサ出力の挙動お
よび周波数応答を示す図。

【図１２】この発明の一実施例に従う、故障検出装置の
機能ブロック図。

【図１３】この発明の一実施例に従う、素子温制御装置
の制御ブロック図。

【図１４】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御
における切換直線を概略的に示す図。

【図１５】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御
における切換関数の設定パラメータに依存する制御量の
応答特性を示す図。

【図１６】この発明の一実施例に従う、推定素子温を求
めるのに使用される定常排気温マップの一例を示す図。

【図１７】この発明の一実施例に従う、故障検出処理の
流れの概要を示す図。

【図１８】この発明の一実施例に従う、故障検出処理の
メインルーチンを示すフローチャート。

【図１９】この発明の一実施例に従う、逐次型最小２乗
法処理のルーチンを示すフローチャート。

【図２０】この発明の一実施例に従う、故障検出ルーチ
ンを示すフローチャート。

【図２１】この発明の一実施例に従う、素子温制御ルー
チンを示すフローチャート。

【符号の説明】

１エンジン５ＥＣＵ１４排気管１５触媒装置１７Ｏ２センサ２５上流触媒２６下流触媒

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年５月１日（２００３．５．１）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】図９のグラフ６２は、素子温が６００度
で、かつＯ２センサが故障している（たとえば、Ｏ２セ
ンサの遅れ特性が大きい）ときのセンサ出力Voutのパワ
ースペクトルを示す。グラフ６１は、素子温が６００度
で、かつＯ２センサが正常なときのセンサ出力Voutのパ
ワースペクトルを示す。グラフ６３は、素子温が８００
度で、かつＯ２センサが正常なときのセンサ出力Voutの
パワースペクトルを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 27/409 Ｇ０１Ｎ 27/58 ＢＦターム(参考） 2G004 BL07 BL08 BL12 BL17 BM09 3G084 BA09 DA30 EA01 EA07 EB02 FA05 FA18 FA29 3G091 AA17 AB01 BA27 BA31 DB13 DB16 EA01 EA06 EA07 EA15 EA16 EA27 EA34 FA11 FA18 GA06 HA07 3G301 HA01 JB01 KA06 KB02 NB07 PA07Z PA10Z PA11Z PD03Z PD04Z PD05Z PE01Z PE08Z PF01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管に配置された排ガスセンサの故障を
検出する装置であって、前記排ガスセンサの素子温が異なる状況下で検出された
該排ガスセンサの出力を比較することによって、該排ガ
スセンサの故障を検出する装置。
【請求項２】前記素子温を制御する手段をさらに備え、
該素子温制御手段により、前記素子温が異なる状況をつ
くる、請求項１に記載の排ガスセンサの故障を検出する
装置。
【請求項３】前記排ガスセンサの出力にフィルタリング
処理を施すフィルタをさらに備え、前記比較は、前記フィルタによりフィルタリング処理さ
れた排ガスセンサの出力に基づいて行われる、請求項１
に記載の排ガスセンサの故障を検出する装置。
【請求項４】前記フィルタは、バンドパスフィルタを含
む、請求項３に記載の排ガスセンサの故障を検出する装
置。
【請求項５】前記異なる状況は、素子温が、通常の運転
状態時の温度に制御される状況と、該通常の運転状態時
に制御される温度よりも低い温度に制御される状況とを
少なくとも含む、請求項１または請求項２のいずれかに
記載の排ガスセンサの故障を検出する装置。
【請求項６】前記排ガスセンサの出力に逐次型最小２乗
法により統計処理を実施する統計処理手段をさらに備
え、前記比較は、前記統計処理された排ガスセンサの出力に
基づいて行われる、請求項１に記載の排ガスセンサの故
障を検出する装置。
【請求項７】前記排ガスセンサの出力にフィルタリング
処理を施すフィルタと、前記フィルタリングされた出力に逐次型最小２乗法によ
る統計処理を実施する統計処理手段と、をさらに備え、前記比較は、前記統計処理された排ガスセンサの出力に
基づいて行われる、請求項１に記載の排ガスセンサの故
障を検出する装置。
【請求項８】前記排ガスセンサの出力は、車両がクルー
ズ状態にあるときに取得される、請求項１、３、６また
は７のいずれかに記載の排ガスセンサの故障を検出する
装置。
【請求項９】前記排ガスセンサの出力は、車両の内燃機
関が所定の運転状態にあるときに取得される、請求項
１、３、６または７のいずれかに記載の排ガスセンサの
故障を検出する装置。
【請求項１０】前記素子温制御手段は、前記排ガスセン
サの素子の温度を推定し、該推定された素子温に基づい
て、前記排ガスセンサに設けられたヒーターへの通電デ
ューティを求める、請求項２または請求項５のいずれか
に記載の排ガスセンサの故障を検出する装置。
【請求項１１】前記素子温制御手段は、応答指定型制御
を用いて、前記排ガスセンサに設けられたヒーターへの
通電デューティを求める、請求項２または請求項５のい
ずれかに記載の排ガスセンサの故障を検出する装置。