JP2005273636A

JP2005273636A - 酸素センサ劣化診断装置

Info

Publication number: JP2005273636A
Application number: JP2004092621A
Authority: JP
Inventors: Yuhei Matsushima; 裕平松嶋; Toshiki Kuroda; 俊樹黒田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Also published as: CN1673506A; HK1080533A1; US6877498B1; CN100400833C

Abstract

【課題】酸素センサの反転周期に影響を及ぼす運転状態では診断計測を禁止すると共に、計測した反転周期を積算記憶することにより劣化診断の頻度を向上せしめる。
【解決手段】内燃機関１の排気管９に設けられた酸素センサ１１と、酸素センサ１１の出力に基づき空燃比を制御する空燃比制御手段１５ｂと、内燃機関１の運転状態を検出する運転状態検出手段１５ａと、酸素センサ１１の出力信号の反転周期を検出する反転周期計測手段１５ｄと、内燃機関１が所定の運転状態にあるとき、反転周期計測手段１５ｄが計測した酸素センサ１１の出力信号の反転周期と予め設定された判定周期とを比較して劣化判定を行う酸素センサ劣化診断手段１５ｉと、運転状態検出手段１５ａが酸素センサ１１の出力信号の反転周期に影響する内燃機関１の運転状態を検出したとき、その検出期間中における反転周期の計測を禁止する劣化診断禁止手段１５ｅとを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の空燃比制御に使用され、内燃機関の排気通路に設置される酸素センサの劣化を診断する酸素センサ劣化診断装置に関するものである。

内燃機関の排気系に設置され、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサは、一般的にジルコニア素子の内外両面に多孔質の白金電極をコーティングした構造になっており、排気ガス中の酸素濃度により空燃比が理論空燃比に対してリッチあるか、リーンであるかを検出してその信号をＥＣＵ（電子制御装置）に伝達する。そしてＥＣＵはこの信号により比例・積分制御などによりフィードバック制御を行って混合気の空燃比が理論空燃比となるように制御する。

このように使用される酸素センサは排気ガス中に直接曝されているため、排気ガス中の燃焼塵等が付着して多孔質表面を覆ってしまったり、高温によりセンサ自体の機能が劣化することになり、劣化が進むと酸素濃度の変化に対する応答性が悪化する。通常、燃料噴射量と吸入空気量とが一定の場合、酸素センサの出力電圧はほぼ一定の反転周期で変動を繰り返すが、劣化が進んだ場合には応答性が悪化することにより反転周期が大きくなってしまい、空燃比を理論空燃比に制御することが困難となって、炭化水素や一酸化炭素および窒素酸化物などの大気汚染物質を増加させる。

このような酸素センサの劣化を診断する装置は各種提案されており、特許文献１に開示された技術もその一つである。この文献に開示された技術は、排気ガス浄化用三元触媒の上流に第一酸素センサを、下流側に第二酸素センサを配置し、第一酸素センサの出力によるフィードバック制御の制御点ずれを第二酸素センサの出力により補正しながらフィードバック制御するものにおいて、第一酸素センサの応答性が劣化して反転周期が大きくなった場合には空燃比制御ずれが増大して、第二酸素センサによる増減補正値の絶対レベルが増大することから、この補正値の絶対レベルを検出して第一酸素センサの劣化を診断するようにしたものである。

また、特許文献２には、排気ガス浄化用三元触媒の上流に上流側酸素センサを、下流に下流側酸素センサを配置し、それぞれの出力に基づいて空燃比補正係数を算出して空燃比制御を行い、所定期間または所定回数上流側酸素センサの反転周期を算出してこの反転周期が劣化判定値より長いときに酸素センサの劣化を判定するものにおいて、所定期間内燃機関の吸入空気量を積算し、この積算値に応じて劣化判定値を設定することにより内燃機関の負荷条件が変動しても適正に劣化判定を行う技術が開示されている。

特開平０４−０７２４３８号公報（第５〜１０頁、第４〜８図）特開平１１−１６６４３８号公報（第３〜５頁、第２〜４図）

このように、酸素センサの反転周期を検出して劣化を判定するようにしているが、酸素センサの反転周期は内燃機関の運転状態、例えば燃料噴射量や吸入空気量の変化に強く依存するため、酸素センサの反転周期に影響を及ぼすような運転状態では、正常であるべき酸素センサを劣化していると誤診断する問題がある。例えば、燃料噴射量や吸入空気量が周期的に増減する場合、その変化に同期するように酸素センサの反転周期が変化し、酸素センサが劣化したと判定すべき反転周期に達することがある。このため正常である酸素センサを劣化していると誤診断することになる。

また、反転周期の計測条件が所定期間以上連続して成立しなかった場合に、それまでに計測した反転周期を無効とするような劣化診断装置においては、計測された反転周期を無効とする際に正常に計測された反転周期も含めて無効としてしまうため、劣化診断の頻度が減少するという問題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、酸素センサの反転周期に影響を及ぼすような運転状態では反転周期のモニタを禁止することにより誤診断を防止し、計測した反転周期を積算して記憶することにより劣化診断の頻度を向上せしめ、酸素センサ劣化診断における信頼性や成立性の向上を図ることを目的とするものである。

この発明に係る酸素センサ劣化診断装置は、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素センサと、酸素センサの出力に基づき空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、酸素センサが出力する信号の反転周期を検出する反転周期計測手段と、運転状態検出手段が検出する内燃機関の運転状態が所定の運転状態であるとき、反転周期計測手段により計測された酸素センサ出力信号の反転周期と予め設定された劣化判定周期とを比較して劣化判定を行う酸素センサ劣化診断手段と、運転状態検出手段が酸素センサ出力信号の反転周期に影響する内燃機関の運転状態を検出したとき、その検出期間中における反転周期計測手段による反転周期の計測を禁止する劣化診断禁止手段とを備えるようにしたものである。

また、内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素センサと、酸素センサの出力に基づき空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、酸素センサが出力する信号の反転周期を検出する反転周期計測手段と、運転状態検出手段が検出する内燃機関の運転状態が所定の運転状態である期間においては反転周期計測手段により計測された酸素センサ出力信号の反転周期を積算して記憶すると共に、所定の運転状態以外の期間は反転周期の積算を禁止する反転周期積算手段と、記憶された反転周期の記憶時間の累計が第一の所定時間に達したとき反転周期の積算値から反転周期の平均値を算出する反転周期平均値演算手段と、反転周期の平均値と予め設定された劣化判定周期とを比較して劣化判定を行う酸素センサ劣化診断手段とを備えるようにしたものである。

このように構成した酸素センサ劣化診断装置によれば、酸素センサ出力信号の反転周期に影響するような内燃機関の運転状態を、例えば充填効率の偏差などから検出してその期間中は反転周期の計測を禁止するので、酸素センサが正常であるにも拘わらず、反転周期の増大を検出して劣化判定するような誤診断を防止して劣化診断を適正に行うことはできるものである。また、所定の運転状態以外の期間中は反転周期の積算を禁止して、所定の運転状態である期間中においてのみ、酸素センサ出力信号の反転周期を計測して積算すると共に積算値を記憶するようにしたので、計測途中に不適切な運転状態があっても適切な運転状態の期間中のみ選択して反転周期を計測して累積し、この累積値から平均値を得て良否を判定することができ、モニタ頻度を高めて信頼性の高い劣化診断を行うことができるものである。

実施の形態１．
図１ないし図８は、この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置を説明するもので、図１は概略構成を説明する構成図、図２はＥＣＵの構成を説明する説明図、図３ないし図５は診断処理の動作を説明するフローチャート、図６ないし図８は診断処理を説明するタイムチャートである。また、図９と図１０とは内燃機関の運転状態による酸素センサの出力を説明する説明図である。

図１の構成図において、例えば車両に搭載される内燃機関１に混合気を供給する吸気管２にはその上流側より、エアクリーナ３と、吸気量を計測するエアフローメータ４と、吸気量を調整するスロットル弁５と、スロットル弁５の開度を検出するスロットルセンサ６とが設けられると共に、吸気管２はインテークマニホルド７により内燃機関１に接合されており、吸気管２のインテークマニホルド７部には燃料噴射弁８が設けられている。

内燃機関１の燃焼ガス（排気ガス）は排気管９から大気中に放出されるが、排気管９には排気ガスを浄化する三元触媒１０と、この三元触媒１０の上流側には上流側酸素センサ１１と、下流側には下流側酸素センサ１２とが設けられ、それぞれの酸素センサは排気ガス中の酸素濃度を検出する。また、内燃機関１には回転速度やクランク角を検出するクランク角センサ１３と冷却水温度を検出する温度センサ１４とが設けられている。

内燃機関１を制御するＥＣＵ１５には内燃機関１の運転状態として、クランク角センサ１３からの内燃機関１の回転速度Rと、エアフローメータ４からの吸入空気量Qと、スロットルセンサ６からのスロットル開度φと、温度センサ１４からの冷却水温度Ｔと、上流側酸素センサ１１および下流側酸素センサ１２からの酸素濃度信号Ｖ１およびＶ２とが入力され、ＥＣＵ１５はこれらの信号に基づき燃料噴射弁８などを駆動制御する。なお、上流側酸素センサ１１および下流側酸素センサ１２は、排気ガス中の酸素濃度から空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかを検出して電圧信号を出力するものである。

また、図１のＥＣＵ１５は後述するＥＣＵ１５の構成の内、酸素センサ劣化診断に関する機能を流れとして示したものであり、運転状態検出手段１５ａはエアフローメータ４とスロットルセンサ６とクランク角センサ１３と温度センサ１４からの信号により内燃機関１の運転状態を検出する。空燃比フィードバック制御手段１５ｂは上流側酸素センサ１１からの電圧信号Ｖ１を入力し、燃料噴射弁８を操作して空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御を行い、燃料補正値設定手段１５ｃは下流側酸素センサ１２からの電圧信号Ｖ２を入力し、Ｖ２の値がリーンであるかリッチであるかにより空燃比フィードバック制御手段１５ｂによる制御量を補正する。

反転周期計測手段１５ｄは、運転状態検出手段１５ａにより検出された内燃機関１の運転状態が所定の状態であった場合、後述するようにフィードバック制御された上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の反転周期Ｔｆを計測し、反転周期積算手段１５ｆは、反転周期計測手段１５ｄが計測した反転周期Ｔｆを積算して積算値ΣＴｆを得る。運転状態検出手段１５ａにより検出された内燃機関１の運転状態が所定の状態ではない場合、すなわち上流側酸素センサ１１の反転周期に影響を及ぼすような運転状態であったとき、劣化診断禁止手段１５ｅがこれを検知して酸素センサ劣化診断すなわち反転周期Ｔｆの計測を禁止するように制御する。

また、短時間モニタ禁止手段１５ｇは、運転状態検出手段１５ａが検出した所定の運転状態の成立時間が所定時間以内であった場合に、酸素センサ劣化診断すなわち反転周期Ｔｆの計測を禁止するものであり、反転周期平均値演算手段１５ｈは、反転周期Ｔｆをモニタしている期間中における反転周期Ｔｆの平均値ＴｆＡＶＥを算出する。酸素センサ劣化診断手段１５ｉは、算出された反転周期平均値ＴｆＡＶＥが予め設定された故障判定閾値ＣＲＩＴＥＲＩＡよりも大きければ、酸素センサが劣化していると診断し、警告ランプ点灯手段１５ｊにより警告ランプ１６を点灯するなどの警報を発する。

そして、このＥＣＵ１５の構成は図２に示すように、上記した各センサ類から入力されるアナログ信号を波形成形してデジタル変換する機能などを有する入力処理回路１７と、燃料噴射弁８や警告ランプ１６などの駆動信号を出力する出力処理回路１８と、マイクロコンピュータ１９と、電源回路２０とからなり、マイクロコンピュータ１９は各酸素センサ１１および１２からの入力に基づいて空燃比をフィードバック制御したり上記の劣化診断などを行うＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１のワークメモリとして使用されるＲＡＭ２２と、ＣＰＵ２１の動作プログラムなどが格納されるＲＯＭ２３とから構成され、電源回路２０は車両用バッテリ２４からキースイッチ２５を介して電力が供給され、ＣＰＵ２１などを動作させるための定電圧を生成する。

ここで、動作の説明を行う前に、酸素センサの劣化時の出力状態と、酸素センサの出力電圧反転周期に影響を及ぼす内燃機関の運転状態とを図９および図１０により説明すると次の通りである。図９は同じ運転状態における正常な酸素センサと劣化した酸素センサとの出力電圧を比較したものである。燃料噴射量と吸入空気量とが図のように一定の条件にて運転され、空燃比制御を行った場合、正常な酸素センサでは反転周期が図の（ｃ）に示すようにほぼ一定の時間Ｔｓにて出力電圧が変化する。これに対して酸素センサが劣化して応答性が悪化すると酸素センサの出力電圧は酸素濃度の変化に追従できず、図の（ｄ）に示すように反転周期が正常時のＴｓより大きなＴｒで変化するようになり、空燃比制御精度が悪化して排気ガス中の汚染物質が増大することになる。

図１０は時間Ｔ１０１から時間Ｔ１０２までは内燃機関の運転条件が一定であり、時間Ｔ１０２から時間Ｔ１０３までは反転周期に影響を及ぼすような運転条件になった状態を示しており、Ｔ１０２からＴ１０３までの間は燃料噴射量や吸入空気量が周期的に変化するような運転状態である。このように周期的に変化するような運転状態においてはその変化に同期して酸素センサの反転周期も変わることになり、反転周期がＴｓとなるべき正常な酸素センサであるにも関わらず、反転周期が変化してＴｒに近い値を示すようになり、上記した従来装置では酸素センサが劣化しているとの誤判定を下したり、逆に劣化したセンサを劣化したと判定しなかったりすることになる。

この発明による酸素センサ劣化診断装置はこのような誤診断を解消するものであり、図３は、上記のように構成されたＥＣＵ１５による上流側酸素センサ１１の劣化診断を行う全体構成のフローチャートで、このフローチャートの処理は例えば１０ｍｓｅｃ毎に繰り返し実行されるものである。また、上流側酸素センサ１１の劣化診断処理は、空燃比のフィードバック制御中における上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の反転周期を計測することにより行われる。

まず、ステップＳ３０１ではカウンタや反転周期など諸条件を初期化する。ステップＳ３０２では所定の酸素センサ劣化モニタ条件が成立しており、劣化診断の実行が可能であるか否かを判定する。この判定は、例えば内燃機関１の回転速度Ｒと、この回転速度Ｒおよびエアフローメータ４による吸入空気量Ｑから算出される充填効率ＥＣと、温度センサ１４による冷却水温Ｔが所定範囲内であり、空燃比フィードバック制御の実行に関する諸条件や酸素センサの活性判定条件が全て成立したときに、モニタ条件が成立したと判定するものである。

以上のモニタ条件が成立しておればステップＳ３０３へ進み、不成立の場合にはステップＳ３０８へ進むことになる。モニタ条件が成立してステップＳ３０３へ進んだときにはここでモニタ連続成立時間ＭＯＮＴとモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴとをカウントアップしてステップＳ３０４に進み、ステップＳ３０４では上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の反転周期Ｔｆを計測し、さらに、ステップＳ３０５に進んで計測した反転周期Ｔｆを積算して反転周期の積算値ΣＴｆを算出する。なお、ステップＳ３０４の反転周期計測とステップＳ３０５の積算値算出とについては詳細を後述する。

続くステップＳ３０６では、劣化診断禁止手段１５ｅが酸素センサの反転周期に影響を及ぼす運転状態を検知しているかどうかを判定し、検知しておれば酸素センサの劣化モニタを禁止し、検知していなければステップＳ３０７に進むが、このステップＳ３０６の詳細については後述する。ステップＳ３０７では、ステップ３０３でカウントしたモニタ連続成立時間ＭＯＮＴが、モニタ条件下における上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の最大反転周期ＬＩＭＩＴ（例えばＬＩＭＩＴ＝１ｓｅｃ）以下であるか否かを判定し、モニタ連続成立時間ＭＯＮＴが最大反転周期ＬＩＭＩＴ以下であればステップＳ３０２へ戻り処理を繰返す。

ステップＳ３０２でモニタ条件が不成立であったときには上記したようにステップＳ３０８へ進み、モニタ連続成立時間ＭＯＮＴが最大反転周期ＬＩＭＩＴ以下であったか否かを判定し、モニタ連続成立時間ＭＯＮＴが上記のＬＩＭＩＴより大きければ、ステップＳ３１０でモニタ連続成立時間ＭＯＮＴと反転周期Ｔｆとを０に初期化して、ステップＳ３０２へ戻って処理を繰返す。ステップＳ３０８にてモニタ連続成立時間ＭＯＮＴが最大反転周期ＬＩＭＩＴ以下であればステップＳ３０９へ進み、その間のモニタを有効としない短時間モニタ禁止手段（図１の１５ｇ）を実行する。なお、ステップＳ３０９の動作詳細については後述する。

ステップＳ３０７にてモニタ連続成立時間ＭＯＮＴが最大反転周期ＬＩＭＩＴより大きければ、ステップＳ３１１に進み、モニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴが所定のモニタ時間ＦＩＮＩＳＨ（例えばＦＩＮＩＳＨ＝１２ｓｅｃ）以上であるか否かを判定し、モニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴが所定モニタ時間ＦＩＮＩＳＨより小さければステップＳ３０２に戻って処理を繰返し、モニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴが所定モニタ時間ＦＩＮＩＳＨに達しておればステップＳ３１２へ進んで、反転周期平均値演算手段（図１の１５ｈ）が反転周期積算値ΣＴｆをモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴで除算して反転周期平均値ＴｆＡＶＥを算出する。

続いてステップＳ３１３に進み、ステップＳ３１２で算出された反転周期平均値ＴｆＡＶＥが予め設定された劣化診断閾値ＣＲＩＴＥＲＩＡ以下であるか否かを判別する。ステップＳ３１３が成立していればステップＳ３１４にて上流側酸素センサ１１は正常であると判定し、ステップＳ３１３が成立していなければステップＳ３１５にて上流側酸素センサ１１は劣化していると判定して酸素センサ劣化診断処理を終了する。

図６はステップＳ３０４における酸素センサの反転周期計測と、ステップＳ３０５における反転周期積算値算出を説明するタイムチャートである。図６のリッチ／リーン判定基準ＲＬＬは下流側酸素センサ１２の出力電圧Ｖ２がリーン側にあるかリッチ側にあるかによって決定される判定基準であり、ステップＳ３０４での反転周期の計測は、上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１がこのリッチ／リーン判定基準ＲＬＬと交差する間隔、すなわち図６に示したＴｆ１、Ｔｆ２・・・Ｔｆｎを反転周期として計測するものである。また、ステップＳ３０５における反転周期の積算値の算出は、図６のＴ６１からＴ６２までがモニタ条件不成立であった場合、Ｔｆ３からＴｆ５までの周期は積算せず、Ｔｆ１とＴｆ２およびＴｆ６からＴｆｎまでをΣＴｆとして積算する。

図４は、図３のステップＳ３０６における劣化診断禁止の動作を説明するフローチャートである。このフローチャートにおいて、まずステップＳ４０１にて充填効率偏差△ＥＣ（例えば△ＥＣは０．５ｓｅｃ間における充填効率ＥＣの偏差）の絶対値|△ＥＣ|が所定値ＪＵＤＧＥ１（例えばＪＵＤＧＥ１＝４０％）以下であるかどうかを判定する。充填効率偏差△ＥＣの絶対値|△ＥＣ|が所定値ＪＵＤＧＥ１より大きい場合はステップＳ４１２へ進み、それまでの反転周期積算値ΣＴｆを０に初期化する。続いてステップＳ４１３に進み、ここではモニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ１を所定時間ＴＩＭＥ１（例えばＴＩＭＥ１＝５ｓｅｃ）にセットし、続くステップＳ４１４とステップＳ４１５とで、モニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ１が０となるまでモニタを禁止して処理を終了する。

ステップＳ４０１にて充填効率偏差△ＥＣの絶対値|△ＥＣ|が所定値ＪＵＤＧＥ１以下の場合はステップＳ４０２へ進み、充填効率偏差△ＥＣの振幅上限値△ＥＣｍａｘもしくは振幅下限値△ＥＣｍｉｎを計測する。ここで、振幅上限値△ＥＣｍａｘとは充填効率偏差△ＥＣが正値から負値へと変わるときの値であり、振幅下限値△ＥＣｍｉｎとは充填効率偏差△ＥＣが負値から正値へと変わるときの値である。

次にステップＳ４０３へ進み、△ＥＣｍａｘが所定値ＪＵＤＧＥ２（例えばＪＵＤＧＥ２＝２０％）以下であるか否か、もしくは、△ＥＣｍｉｎが所定値ＪＵＤＧＥ３（例えばＪＵＤＧＥ３＝−２０％）以上であるか否かを判定する。△ＥＣｍａｘが所定値ＪＵＤＧＥ２以下であるか、もしくは、△ＥＣｍｉｎが所定値ＪＵＤＧＥ３以上の場合、ステップＳ４０４で繰返しカウンタＣＯＵＮＴを０に初期化して処理を終了する。

ステップＳ４０３にて△ＥＣｍａｘが所定値ＪＵＤＧＥ２より大きいか、もしくは△ＥＣｍｉｎが所定値ＪＵＤＧＥ３より小さい場合、ステップＳ４０５に進んで繰返しカウンタＣＯＵＮＴをカウントアップする。次にステップＳ４０６に進んで繰返しカウンタＣＯＵＮＴが所定回数ＮＵＭＢＥＲ（例えばＮＵＭＢＥＲ＝３回）に達してなければここで処理を終了し、ステップＳ４０６での繰返しカウンタが所定回数ＮＵＭＢＥＲであればステップＳ４０７へ進み、それまでの反転周期積算値ΣＴｆを０に初期化する。

ステップＳ４０８でモニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ２を所定時間ＴＩＭＥ２（例えばＴＩＭＥ２＝３ｓｅｃ）にセットし、ステップＳ４０９とステップＳ４１０とで、モニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ２が０となるまでモニタを禁止し、ステップＳ４１１にて繰返しカウンタＣＯＵＮＴを０に初期化して処理を終了する。

図７は、劣化診断禁止処理（図４のフローチャートに示した図３のステップＳ３０６）を時系列データで示したタイムチャートである。図において、△ＥＣｍａｘのＪＵＤＧＥ２以上と、△ＥＣｍｉｎのＪＵＤＧＥ３以下とが連続したとき、繰返しカウンタＣＯＵＮＴがこれをカウントして所定回数であるＮＵＭＢＥＲ（例えば３回）に達したことにより、時刻Ｔ７１においてモニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ２を所定時間ＴＩＭＥ２に設定し、時刻Ｔ７１から時刻Ｔ７２までの間モニタを禁止する。この動作は図４のステップＳ４０３およびＳ４０５〜Ｓ４１１によるものである。

図７には△ＥＣｍｉｎがＪＵＤＧＥ３以下になる点がＴ７２とＴ７３との間にあるが、回数が所定回数ＮＵＭＢＥＲに達せず、時刻Ｔ７３において△ＥＣｍａｘがＪＵＤＧＥ２以下であるので、繰返しカウンタＣＯＵＮＴは０にリセットされる。この動作は図４のステップＳ４０３とＳ４０４とによるものである。時刻Ｔ７４においては、|△ＥＣ|≧ＪＵＤＧＥ１であるので、モニタ禁止タイマＳＴＯＰＴ１を所定時間ＴＩＭＥ１に設定して時刻Ｔ７５までのモニタを禁止する。これは図４のステップＳ４０１と、Ｓ４１２〜Ｓ４１５の動作によるものである。

図５のフローチャートは、図３におけるステップＳ３０９の短時間モニタ禁止処理の動作を示すものである。図において、ステップＳ５０１で反転周期積算値ΣＴｆを反転周期積算値ΣＴｆから反転周期Ｔｆを減算した値とし、ステップＳ５０２ではモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴをモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴからモニタ連続成立時間ＭＯＮＴを減算した値として処理を終了するが、この動作の内容は図８による説明の通りである。

図８はこの短時間モニタ禁止処理（図３のステップＳ３０９）を時系列で示したタイムチャートである。時刻Ｔ８１においてモニタ条件が成立し、Ｔ８２においてモニタ条件が不成立になった場合、Ｔ８１〜Ｔ８２の間においてはモニタ条件成立時間が最大反転周期ＬＩＭＩＴ以下であるので、モニタ条件が不成立となったＴ８２の時点で、それまで計測していた反転周期積算値ΣＴｆとモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴとを時刻Ｔ８１での値に戻す。これが図５のフローチャートの動作である。

次に時刻Ｔ８３においてモニタ条件が成立し、この成立条件がＴ８４まで継続した場合においては、時刻Ｔ８３〜Ｔ８４の間のモニタ条件成立時間が最大反転周期ＬＩＭＩＴ以上であるので、モニタ条件が不成立となった時刻Ｔ８４の後も、それまで計測してきた反転周期積算値ΣＴｆとモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴとを次にモニタ条件が成立となる時点であるＴ８５まで記憶しており、Ｔ８５にてモニタ条件が成立すれば以降の反転周期Ｔｆが、時刻Ｔ８４時点での積算値に対して加算される。

以上のように、この実施の形態によれば、所定期間ＦＩＮＩＳＨ以上における上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の反転周期積算値ΣＴｆをモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴで除算した値が、予め設定しておいた劣化診断閾値ＣＲＩＴＥＲＩＡよりも大きいときに上流側酸素センサ１１が劣化していると診断する酸素センサ劣化診断装置において、所定のモニタ条件成立中に反転周期Ｔｆに影響を及ぼすような任意運転状態を検出した場合、モニタを禁止する（ステップＳ３０６）ようにしたので、正常な酸素センサを劣化していると誤診断することなく、酸素センサ劣化診断を適正に行うことができる。

また、所定期間ＦＩＮＩＳＨ以上における上流側酸素センサ１１の出力電圧Ｖ１の反転周期積算値ΣＴｆをモニタ成立積算時間ΣＭＯＮＴで除算した値が、予め設定しておいた劣化診断閾値ＣＲＩＴＥＲＩＡよりも大きいときに上流側酸素センサ１１が劣化していると診断する場合（ステップＳ３１２〜Ｓ３１５）に、所定のモニタ条件が不成立（ステップＳ３０２）となったとき、それまで計測した反転周期積算値ΣＴｆを初期化せずに記憶しておき、モニタ条件が再び成立となった場合に記憶しておいた反転周期積算値ΣＴｆに反転周期Ｔｆを積算するようにしたので酸素センサ劣化診断のモニタ頻度を向上することができる。

さらに、モニタ条件が最大反転周期ＬＩＭＩＴ以下しか成立しなかった場合（ステップＳ３０８）に、計測した反転周期Ｔｆ及び反転周期積算値ΣＴｆをモニタ条件が成立する直前の値に戻し（ステップＳ３０８〜Ｓ３１０）て、それまでの積算値を維持するようにしたので、モニタ条件が不成立である反転周期を除外して積算を継続することができ、酸素センサ劣化診断を適正に行うことができる。

なお、以上の説明では触媒の上流側と下流側との双方に酸素センサを設けたシステムについて構成と動作とを説明したが、上流側酸素センサのみを有するシステムでも適用が可能である。また、反転周期に影響を及ぼす運転状態の検出に充填効率偏差△ECを用いて説明したが、内燃機関の負荷変化に影響を及ぼすパラメータ、例えば、吸入空気量Qやスロットル開度φ、またはインテークマニホールドの圧力やシリンダ内圧力などを用いても成立するものである。

さらに、上記の説明では短時間モニタを禁止するときの所定時間として上流側酸素センサ１１がモニタ条件範囲内でとりうる最大の反転周期をＬＩＭＩＴとして設定したが、予め設定される酸素センサの劣化診断閾値ＣＲＩＴＥＲＩＡを基準に設定することもできるものである。

この発明による酸素センサ劣化診断装置は、空燃比制御のために排気管に酸素センサを装着する内燃機関全般に適用できるものである。

この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置を説明する構成図である。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置のＥＣＵの構成を説明する説明図である。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の診断処理動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の劣化診断禁止手段の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の短時間モニタ禁止手段の動作を説明するフローチャートである。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の反転周期計測および積算を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の劣化診断禁止手段を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態１による酸素センサ劣化診断装置の短時間モニタ禁止手段を説明するタイムチャートである。酸素センサの出力を説明する説明図である。酸素センサの出力を説明する説明図である。

符号の説明

１内燃機関、２吸気管、３エアクリーナ、４エアフローメータ、
５スロットル弁、６スロットルセンサ、７インテークマニホルド、
８インテークマニホルド、９排気管、１０三元触媒、
１１上流側酸素センサ、１２下流側酸素センサ、
１３クランク角センサ、１４温度センサ、１５ＥＣＵ、
１５ａ運転状態検出手段、１５ｂ空燃比フィードバック制御手段、
１５ｃ燃料補正値設定手段、１５ｄ反転周期計測手段、
１５ｅ劣化診断禁止手段、１５ｆ反転周期積算手段、
１５ｇ短時間モニタ禁止手段、１５ｈ反転周期平均値演算手段、
１５ｉ酸素センサ劣化診断手段、１５ｊ警告ランプ点灯手段、
１６警告ランプ、１７入力処理回路、１８出力処理回路、
１９マイクロコンピュータ、２０電源回路、２１ＣＰＵ、２２ＲＡＭ、
２３ＲＯＭ、２４車両用バッテリ、２５キースイッチ。

Claims

内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素センサ、前記酸素センサの出力に基づき空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段、前記酸素センサが出力する信号の反転周期を検出する反転周期計測手段、前記運転状態検出手段が検出する前記内燃機関の運転状態が所定の運転状態であるとき、前記反転周期計測手段により計測された前記酸素センサ出力信号の反転周期と予め設定された劣化判定周期とを比較して劣化判定を行う酸素センサ劣化診断手段、前記運転状態検出手段が前記酸素センサ出力信号の反転周期に影響する前記内燃機関の運転状態を検出したとき、その検出期間中における前記反転周期計測手段による反転周期の計測を禁止する劣化診断禁止手段を備えたことを特徴とする酸素センサ劣化診断装置。
内燃機関の排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に対応した信号を出力する酸素センサ、前記酸素センサの出力に基づき空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段、前記酸素センサが出力する信号の反転周期を検出する反転周期計測手段、前記運転状態検出手段が検出する前記内燃機関の運転状態が所定の運転状態である期間においては前記反転周期計測手段により計測された前記酸素センサ出力信号の反転周期を積算して記憶すると共に、前記所定の運転状態以外の期間は反転周期の積算を禁止する反転周期積算手段、前記記憶された反転周期の記憶時間の累計が第一の所定時間に達したとき前記反転周期の積算値から反転周期の平均値を算出する反転周期平均値演算手段、前記反転周期の平均値と予め設定された劣化判定周期とを比較して劣化判定を行う酸素センサ劣化診断手段を備えたことを特徴とする酸素センサ劣化診断装置。
前記所定の運転状態の継続時間が第二の所定時間以下であった場合に、その期間中における反転周期の計測値を無効にする短時間モニタ禁止手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の酸素センサ劣化診断装置。