JP2008076191A - Failure diagnosis device of oxygen sensor - Google Patents

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Yasushi Iwasaki
靖志 岩▲崎▼
Masaya Kawamichi
雅也 川路
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine discriminatingly determine a failure of an oxygen sensor and a circuit failure. <P>SOLUTION: This failure diagnosis device of an oxygen sensor generating an electromotive force corresponding to an oxygen concentration in exhaust gas is equipped with an element impedance detection circuit for detecting an element impedance of the oxygen sensor in a process for applying a voltage to the oxygen sensor and drawing it back, a sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage from the oxygen sensor, and an impedance reference failure determination means for discriminatingly determining a failure of the oxygen sensor and a failure of the element impedance detection circuit corresponding to at least the detected element impedance value when a voltage difference ΔVOX of the detected oxygen sensor output voltage before and after application is larger than a prescribed value. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は酸素センサの故障診断装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置に関する。   The present invention relates to an oxygen sensor failure diagnosis device, and more particularly to an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas.

触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサを設け、その検出結果より空燃比を求めて、検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるフィードバック制御を実施している。   In an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, in order to effectively remove harmful components of exhaust gas by the catalyst, the mixture ratio of air and fuel in the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, the air-fuel ratio is reduced. Control is essential. In order to perform such air-fuel ratio control, an oxygen sensor for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine, the air-fuel ratio is obtained from the detection result, and the detected air-fuel ratio is set to a predetermined target air-fuel ratio. The feedback control to bring it closer to

酸素センサは、排気通路内に突出するように配設された筒型の検出素子を備えている。検出素子は、その内面を大気(空気)に露呈するとともに、その外面は、センサカバーを通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子は、内外の表面に電極が被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気側)の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気ガス側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で4価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子に起電力が発生する。こうして酸素センサは、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。   The oxygen sensor includes a cylindrical detection element disposed so as to protrude into the exhaust passage. The detection element has its inner surface exposed to the atmosphere (air), and its outer surface is exposed to exhaust gas flowing through the sensor cover. The detection element is formed of a solid electrolyte having inner and outer surfaces covered with electrodes. The solid electrolyte refers to a solid substance that can move in the state in which oxygen is ionized. For example, zirconia is used as an oxygen sensor. If there is a difference in oxygen partial pressure between the atmosphere inside the sensing element and the exhaust gas outside, oxygen on the higher oxygen partial pressure (usually the atmosphere side) is ionized to reduce the difference in partial pressure. It moves through the solid electrolyte to the low oxygen partial pressure side (usually the exhaust gas side). Oxygen molecules receive tetravalent electrons in the process of ionization, and emit tetravalent electrons in the process of returning from the ionized state to the molecule. Therefore, movement of electrons occurs at the electrodes on the inner and outer surfaces of the detection element in accordance with the movement of oxygen, and as a result, an electromotive force is generated in the detection element. Thus, the oxygen sensor generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust gas. More specifically, the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes richer). It generates a large electromotive force.

ところで、酸素センサで発生した起電力は出力電圧として電子制御ユニットに送られる。一方、電子制御ユニットが異常な出力電圧を検知した場合、いずれかの箇所で故障が発生していると判断される。この故障部位の特定は、後の部品交換等の修理作業を迅速的確に行う上で重要である。かかる故障部位の特定を実行可能な故障診断装置としては、例えば、制御ユニットのポートの外部に生じたショートであるか、或いは制御ユニット内部のスイッチ素子の故障であるかを特定するものがある(特許文献1参照)。   Incidentally, the electromotive force generated by the oxygen sensor is sent as an output voltage to the electronic control unit. On the other hand, when the electronic control unit detects an abnormal output voltage, it is determined that a failure has occurred at any location. The identification of the faulty part is important for prompt and accurate repair work such as later part replacement. As a failure diagnosis apparatus capable of specifying such a failure part, for example, there is a device that specifies whether a short circuit has occurred outside the port of the control unit or a switch element in the control unit is faulty ( Patent Document 1).

また、従来の故障診断装置としては、他に、酸素センサの出力信号がリッチ信号からリーン信号に反転する総回数に対し、吸入空気量の増大を伴って上記反転が行われる回数の割合が所定値以上であることに基づき、酸素センサの検出素子に微細な破損が生じていると判断するものがある(特許文献2参照)。また、酸素センサの出力電圧をモニタし、リーン信号の出力割合が所定値以上となる出力分布が確認されることをもって酸素センサの検出素子の欠損有りと判定し、同センサの異常診断を行うものがある(特許文献3参照)。   In addition, as a conventional failure diagnosis apparatus, the ratio of the number of times the inversion is performed with an increase in the intake air amount is predetermined with respect to the total number of times that the output signal of the oxygen sensor is inverted from the rich signal to the lean signal. There is one that determines that a fine breakage has occurred in the detection element of the oxygen sensor based on the fact that it is equal to or greater than the value (see Patent Document 2). Also, the output voltage of the oxygen sensor is monitored, and it is determined that the detection element of the oxygen sensor is missing when the output distribution in which the output ratio of the lean signal is equal to or greater than a predetermined value is confirmed, and abnormality diagnosis of the sensor is performed. (See Patent Document 3).

特開2005−140642号公報JP 2005-140642 A 特開2004−346847号公報JP 2004-346847 A 特開2003−14683号公報JP 2003-14683 A

ところで、特許文献2,3にも述べられているように、酸素センサにおいて、検出素子にクラックが入ったり、検出素子が割れたりするという欠損故障が生じる場合がある。この欠損故障が生じると、検出素子の内外が連通し、本来大気が入っている検出素子の内側に排気ガスが出入りする。そして、この排気ガスの出入りによりセンサ出力電圧が変動する。よってこのセンサ出力電圧の変動を監視することにより酸素センサの故障を検出することができる。   By the way, as described in Patent Documents 2 and 3, in the oxygen sensor, there may be a deficiency failure in which the detection element is cracked or the detection element is cracked. When this defect occurs, the inside and outside of the detection element communicate with each other, and exhaust gas enters and exits the inside of the detection element that originally contains air. The sensor output voltage fluctuates due to the entry and exit of the exhaust gas. Therefore, a failure of the oxygen sensor can be detected by monitoring the fluctuation of the sensor output voltage.

しかしながら、酸素センサ以外の電気回路部分で故障が発生した場合にも、酸素センサ故障時と同様に、変動を伴う信号が電子制御ユニットで得られる場合がある。この場合、電子制御ユニットにおいて、酸素センサの故障なのか回路の故障なのかを判別することができず、故障部位を正確に特定できないという問題がある。   However, even when a failure occurs in an electric circuit portion other than the oxygen sensor, a signal with fluctuations may be obtained by the electronic control unit as in the case of the oxygen sensor failure. In this case, there is a problem in the electronic control unit that it is impossible to determine whether the oxygen sensor is faulty or the circuit is faulty, and the faulty part cannot be accurately identified.

そこで、本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することができる酸素センサの故障診断装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an oxygen sensor failure diagnosis apparatus capable of distinguishing and determining an oxygen sensor failure and a circuit failure.

上記目的を達成するため、第1の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、少なくとも前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値に応じて、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定するインピーダンス基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first invention provides:
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
When the voltage difference of the oxygen sensor output voltage before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit or the absolute value thereof is larger than a predetermined value, at least according to the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit, Impedance reference failure determination means for distinguishing and determining a failure of the oxygen sensor and a failure of the element impedance detection circuit.

センサ故障の場合と回路故障とのいずれの場合であっても、前記印加前後の酸素センサ出力電圧が異なり、その電圧差又はその絶対値が所定値より大きくなることがある。しかしながら、酸素センサの検出素子温度が活性温度より低い低温であると酸素センサは出力電圧を発することができない。酸素センサの素子インピーダンスの値は検出素子温度に相関する値である。これらの観点に鑑み、第1の発明では、素子インピーダンスの値の大小に応じて、センサ故障と回路故障とを区別して判定することとしている。これにより故障部位の特定が可能となり、精度の高い故障診断が可能となる。   In either case of a sensor failure or a circuit failure, the oxygen sensor output voltage before and after the application is different, and the voltage difference or the absolute value thereof may be larger than a predetermined value. However, the oxygen sensor cannot generate an output voltage if the detection element temperature of the oxygen sensor is a low temperature lower than the activation temperature. The value of the element impedance of the oxygen sensor is a value correlated with the detection element temperature. In view of these viewpoints, in the first invention, the sensor failure and the circuit failure are distinguished and determined according to the value of the element impedance. As a result, it is possible to specify a failure site, and to perform a failure diagnosis with high accuracy.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記インピーダンス基準故障判定手段は、前記検出された素子インピーダンスの値が所定値より大きいとき前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する
ことを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The impedance reference failure determination means determines that the device impedance detection circuit has failed when the detected value of the device impedance is greater than a predetermined value.

また、第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記インピーダンス基準故障判定手段は、前記検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さいとき前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The impedance reference failure determination means determines that the oxygen sensor has failed when the value of the detected element impedance is smaller than a predetermined value.

また、第4の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さいとき、少なくとも前記吸入空気量検出手段により検出された前記吸入空気量の値に応じて、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定する空気量基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする。
In addition, the fourth invention is
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the internal combustion engine;
When the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit is smaller than a predetermined value, a failure of the oxygen sensor according to at least the value of the intake air amount detected by the intake air amount detection means, and the element An air amount reference failure determination means for distinguishing and determining a failure of the impedance detection circuit.

酸素センサの素子インピーダンスの値が所定値より小さいとき(例えば検出素子温度が活性温度にあるとき)、酸素センサが故障状態にあれば、その出力電圧は、吸入空気量の値に応じて変動したりしなかったりする。よってこの特性を利用し、第4の発明では、吸入空気量の値に応じて、センサ故障と回路故障とを区別して判定することとしている。これによっても故障部位の特定が可能となり、精度の高い故障診断が可能となる。   When the value of the element impedance of the oxygen sensor is smaller than a predetermined value (for example, when the detection element temperature is at the activation temperature), if the oxygen sensor is in a failure state, its output voltage varies depending on the value of the intake air amount. Or not. Therefore, using this characteristic, in the fourth aspect of the invention, the sensor failure and the circuit failure are distinguished and determined according to the value of the intake air amount. This also makes it possible to specify a faulty part and to perform fault diagnosis with high accuracy.

また、第5の発明は、第4の発明において、
前記酸素センサの出力電圧の変動積算量を算出する変動積算量算出手段をさらに備え、
前記空気量基準故障判定手段は、前記検出された吸入空気量の値が中程度の値であり、且つ、前記変動積算量算出手段により算出された変動積算量の値が所定値より大きいとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする。
The fifth invention is the fourth invention, wherein
A variable integrated amount calculating means for calculating a variable integrated amount of the output voltage of the oxygen sensor;
The air amount reference failure determining means has a medium value of the detected intake air amount, and when the value of the fluctuation integrated amount calculated by the fluctuation integrated amount calculating means is larger than a predetermined value, It is determined that the oxygen sensor has failed.

また、第6の発明は、第4又は第5の発明において、
前記空気量基準故障判定手段は、前記検出された吸入空気量の値が低又は高程度の値であり、且つ、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する
ことを特徴とする。
Moreover, 6th invention is 4th or 5th invention,
The air amount reference failure determination means has a value of the detected intake air amount being a low or high value, and the voltage of the oxygen sensor output voltage before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit. When the difference or the absolute value thereof is greater than a predetermined value, it is determined that the element impedance detection circuit has failed.

また、第7の発明は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記検出された酸素センサの出力電圧の変動積算量を算出する変動積算量算出手段と、
前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値及び前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量の値の少なくとも一つと、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値及び前記変動積算量算出手段により算出された変動積算量の値の少なくとも一つとに基づき、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定するインピーダンス・空気量基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする。
In addition, the seventh invention,
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the internal combustion engine;
Fluctuation integration amount calculation means for calculating a fluctuation integration amount of the detected output voltage of the oxygen sensor;
At least one of the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit and the value of the intake air amount detected by the intake air amount detection means, and the oxygen sensor before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit Based on the voltage difference of the output voltage or the absolute value thereof and at least one of the values of the fluctuation integration amount calculated by the fluctuation integration amount calculation means, the failure of the oxygen sensor is distinguished from the failure of the element impedance detection circuit. And an impedance / air quantity reference failure judging means for judging.

この第7の発明において、好ましくは、インピーダンス・空気量基準故障判定手段は、前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値が所定値より大きく、且つ、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する。   In the seventh aspect of the present invention, preferably, the impedance / air amount reference failure determination means has a value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit larger than a predetermined value and is detected by the sensor output voltage detection circuit. Further, when the voltage difference of the oxygen sensor output voltage before and after the application or the absolute value thereof is larger than a predetermined value, it is determined that the element impedance detection circuit has failed.

また第7の発明において、好ましくは、インピーダンス・空気量基準故障判定手段は、前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さく、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量の値が低又は高程度の値であり、且つ、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する。   In the seventh invention, it is preferable that the impedance / air amount reference failure determination means has an element impedance value detected by the element impedance detection circuit smaller than a predetermined value, and the intake air amount detected by the intake air amount detection means. When the value of the air amount is a low or high value, and the voltage difference or absolute value of the oxygen sensor output voltage before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit is larger than a predetermined value, the element It is determined that the impedance detection circuit is faulty.

また第7の発明において、好ましくは、インピーダンス・空気量基準故障判定手段は、前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さく、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量の値が中程度の値であり、且つ、前記変動積算量算出手段により算出された変動積算量の値が所定値より大きいとき、前記酸素センサの故障と判定する。   In the seventh invention, it is preferable that the impedance / air amount reference failure determination means has an element impedance value detected by the element impedance detection circuit smaller than a predetermined value, and the intake air amount detected by the intake air amount detection means. When the value of the air amount is a medium value and the value of the variation integrated amount calculated by the variation integrated amount calculating means is larger than a predetermined value, it is determined that the oxygen sensor has failed.

また、第8の発明は、第1乃至第7いずれかの発明において、
前記素子インピーダンス検出回路の故障は、前記酸素センサからの電圧引き戻し時にONされるスイッチ素子の故障である
ことを特徴とする。
Further, an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
The failure of the element impedance detection circuit is a failure of a switch element that is turned on when the voltage is pulled back from the oxygen sensor.

本発明によれば、酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定し、故障部位の特定及び高精度な故障診断が可能になるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, it is possible to distinguish between a failure of an oxygen sensor and a circuit failure and determine the failure part, and it is possible to identify a failure part and perform a highly accurate failure diagnosis.

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明の適用される車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を、図1を参照して説明する。内燃機関10の吸気通路11には、その通路面積を可変とするスロットルバルブ15(本実施形態では電子制御式)が設けられ、その開度制御によりエアクリーナ14を通じて吸入される空気の量が調整される。ここで吸入された空気の量(吸入空気量)は、エアフローメータ16により検出されている。そして吸気通路11に吸入された空気は、スロットルバルブ15下流に設けられたインジェクタ17より噴射された燃料と混合された後、燃焼室12に送られて、そこで燃焼される。   A configuration of an exhaust gas purification system for an in-vehicle internal combustion engine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The intake passage 11 of the internal combustion engine 10 is provided with a throttle valve 15 (in this embodiment, electronically controlled) whose variable passage area is provided, and the amount of air taken in through the air cleaner 14 is adjusted by opening degree control. The The amount of air sucked here (intake air amount) is detected by the air flow meter 16. The air sucked into the intake passage 11 is mixed with fuel injected from an injector 17 provided downstream of the throttle valve 15 and then sent to the combustion chamber 12 where it is burned.

一方、燃焼室12での燃焼により生じた排気ガスが送られる排気通路13には、排気ガス中の有害成分を浄化する三元触媒18が設けられ、その上流側には触媒前酸素センサ19、その下流側には触媒後酸素センサ20がそれぞれ設けられている。   On the other hand, a three-way catalyst 18 for purifying harmful components in the exhaust gas is provided in the exhaust passage 13 through which the exhaust gas generated by the combustion in the combustion chamber 12 is sent. A post-catalyst oxygen sensor 20 is provided on each downstream side.

三元触媒18は、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲(ウインドウ)でのみ、排気ガス中の主要有害成分(HC、CO、NOx)のすべてを効率的に浄化する。そうした三元触媒18を有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記ウインドウの中心に合わせこむ、厳密なコントロールが必要となる。   The three-way catalyst 18 efficiently purifies all the main harmful components (HC, CO, NOx) in the exhaust gas only when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned is in a narrow range (window) near the theoretical air-fuel ratio. . In order for such a three-way catalyst 18 to function effectively, it is necessary to strictly control the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to match the center of the window.

こうした空燃比の制御は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)22により行われる。ECU22には、上記エアフローメータ16や酸素センサ19,20、あるいはアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ21、機関回転速度を検出するNEセンサ23を始めとする各種センサ類の検出信号が入力されている。そしてそれらセンサ類の検出信号より把握される内燃機関10や車両の運転状況に応じて、上記スロットルバルブ15やインジェクタ17等を駆動制御して、上記のような空燃比の制御を行っている。そうした電子制御ユニット22による空燃比制御の概要は次の通りである。   Such air-fuel ratio control is performed by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 22. The ECU 22 receives detection signals from various sensors such as the air flow meter 16, the oxygen sensors 19, 20 or the accelerator sensor 21 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, and the NE sensor 23 that detects the engine speed. ing. The throttle valve 15 and the injector 17 are driven and controlled in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine 10 and the vehicle ascertained from the detection signals of the sensors, thereby controlling the air-fuel ratio as described above. The outline of the air-fuel ratio control by the electronic control unit 22 is as follows.

まず電子制御ユニット22は、上記アクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度の検出結果に応じて把握される吸入空気量の要求量を求め、それに応じた吸入空気量が得られるようにスロットルバルブ15の開度を調整する。その一方、エアフローメータ16により検出される吸入空気量の実測値に対して、理論空燃比が得られるだけの燃料量を求め、それによりインジェクタ17からの燃料噴射量を調整する。これにより、燃焼室12で燃焼される混合気の空燃比を、ある程度に理論空燃比に近づけることはできる。ただし、それだけでは上記要求される高精度の空燃比制御には不十分である。   First, the electronic control unit 22 obtains a required amount of intake air amount that is grasped according to the amount of depression of the accelerator pedal and the detection result of the engine speed, and the throttle valve 15 of the throttle valve 15 is obtained so as to obtain the intake air amount accordingly. Adjust the opening. On the other hand, an amount of fuel sufficient to obtain the stoichiometric air-fuel ratio is obtained from the actually measured value of the intake air amount detected by the air flow meter 16, thereby adjusting the fuel injection amount from the injector 17. Thereby, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 12 can be brought close to the stoichiometric air-fuel ratio to some extent. However, that alone is not sufficient for the required highly accurate air-fuel ratio control.

そこで電子制御ユニット22は、上記各酸素センサ19,20の検出結果より把握される空燃比の実測値に基づいて、インジェクタ17からの燃料噴射量をフィードバック補正し、要求される空燃比制御の精度を確保している。   Therefore, the electronic control unit 22 feedback corrects the fuel injection amount from the injector 17 based on the actual measured value of the air-fuel ratio obtained from the detection results of the oxygen sensors 19 and 20, and the required accuracy of the air-fuel ratio control. Is secured.

以上のように、この排気ガス浄化システムでは、酸素センサ19,20の検出結果に応じて燃料噴射量をフィードバック補正する、いわゆる空燃比フィードバック制御を実施することで、混合気の空燃比を理論空燃比近傍に保持し、高い排気ガス浄化率を確保している。なお、この排気ガス浄化システムでは、上述のように2つの酸素センサ19,20によって、三元触媒18の上下流における排気ガスの酸素分圧をそれぞれ検出することで、上記空燃比フィードバック制御の更なる高精度化を図っている。   As described above, in this exhaust gas purification system, the so-called air-fuel ratio feedback control that performs feedback correction of the fuel injection amount according to the detection results of the oxygen sensors 19 and 20 is performed, so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reduced to the theoretical air-fuel ratio. A high exhaust gas purification rate is secured by maintaining the fuel ratio in the vicinity. In this exhaust gas purification system, as described above, the oxygen partial pressures of the exhaust gas upstream and downstream of the three-way catalyst 18 are detected by the two oxygen sensors 19 and 20, respectively. High accuracy is achieved.

こうした排気浄化システムに採用される2つの酸素センサ19,20は互いに同様の構成であり、また故障診断の方法も同様である。そこで以下、触媒前酸素センサ19を例にとって説明し、触媒後酸素センサ20については説明を省略する。図2及び図3に示すように、酸素センサ19は、排気通路13内に突出するように配設された筒型の検出素子(センサ素子)31を備えている。検出素子31は、その内面を大気(空気)に露呈するとともに、その外面は、センサカバー32を通して流過する排気ガスに曝される。また検出素子31は、内外の表面に電極33A,33Bが被覆された固体電解質により形成されている。固体電解質は、酸素がイオン化した状態でその内部を移動可能な固形物質を指し、酸素センサ用としては例えばジルコニアなどが利用されている。検出素子31の内部の大気室34は、センサ内に設けられた図示しない大気通路と、センサボディに形成された大気穴35とを通じて外部に連通され、且つ大気が導入されるようになっている。大気室34には、検出素子31を加熱して早期に活性させるためのヒータ36が設けられ、ヒータ36はECU22によって通電制御される。   The two oxygen sensors 19 and 20 employed in such an exhaust purification system have the same configuration as each other, and the failure diagnosis method is also the same. Therefore, the pre-catalyst oxygen sensor 19 will be described as an example, and the post-catalyst oxygen sensor 20 will not be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the oxygen sensor 19 includes a cylindrical detection element (sensor element) 31 disposed so as to protrude into the exhaust passage 13. The detection element 31 has its inner surface exposed to the atmosphere (air), and its outer surface is exposed to exhaust gas flowing through the sensor cover 32. The detection element 31 is formed of a solid electrolyte in which electrodes 33A and 33B are coated on the inner and outer surfaces. The solid electrolyte refers to a solid substance that can move in the state in which oxygen is ionized. For example, zirconia is used as an oxygen sensor. The atmospheric chamber 34 inside the detection element 31 communicates with the outside through an atmospheric passage (not shown) provided in the sensor and an atmospheric hole 35 formed in the sensor body, and the atmospheric air is introduced. . The atmosphere chamber 34 is provided with a heater 36 for heating the detection element 31 and activating it at an early stage. The heater 36 is energized and controlled by the ECU 22.

検出素子31を介して隔てられたその内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、その分圧の差を縮小すべく、酸素分圧の高い側(通常は大気側)の酸素がイオン化して固体電解質を通り、酸素分圧の低い側(通常は排気ガス側)へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で4価の電子を受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で4価の電子を放出する。そのため、上記の酸素の移動に応じて検出素子31の内外表面の電極で電子の移動が生じ、その結果、検出素子31に起電力が発生する。こうして酸素センサ19は、大気と排気ガスとの酸素分圧の差に応じて起電力を発生し、より具体的には、排気ガスの酸素濃度が少なくなるほど(つまり検出素子31外部の排気ガスの空燃比がリッチであるほど)大きな起電力を発生する。ここで酸素イオンが内表面側の電極33Aから検出素子31を通って外表面側の電極33Bに向かうことから、電流の向きは逆となり、両電極に接続された外部装置に対しては内表面側の電極33Aが正極、外表面側の電極33Bが負極となる。   When a difference occurs in the oxygen partial pressure between the inner atmosphere separated from the detection element 31 and the outer exhaust gas, in order to reduce the difference in the partial pressure, the oxygen partial pressure side (usually the atmosphere side) is reduced. ) Is ionized, passes through the solid electrolyte, and moves to the side where oxygen partial pressure is low (usually the exhaust gas side). Oxygen molecules receive tetravalent electrons in the process of ionization, and emit tetravalent electrons in the process of returning from the ionized state to the molecule. Therefore, movement of electrons occurs at the electrodes on the inner and outer surfaces of the detection element 31 in accordance with the movement of oxygen, and as a result, an electromotive force is generated in the detection element 31. Thus, the oxygen sensor 19 generates an electromotive force according to the difference in oxygen partial pressure between the atmosphere and the exhaust gas. More specifically, as the oxygen concentration of the exhaust gas decreases (that is, the exhaust gas outside the detection element 31). Larger electromotive force is generated (the richer the air-fuel ratio). Here, since oxygen ions are directed from the inner surface side electrode 33A through the detection element 31 to the outer surface side electrode 33B, the direction of the current is reversed, and the inner surface is not connected to the external device connected to both electrodes. The side electrode 33A is a positive electrode, and the outer surface side electrode 33B is a negative electrode.

ちなみに、酸素センサには他にも、板形状の検出素子を用いたものや、検出素子にジルコニア以外の素材を用いたものなど、様々なタイプの酸素センサがある。そしてその多くでは、上記例示したセンサと同様の検出原理により排気ガスの酸素分圧を検出する構成、すなわち基準ガス(大気)と排気ガスとを隔離するよう配設された検出素子が、基準ガスに対する排気ガスの酸素分圧の差に応じて起電力を発生する構成となっている。   Incidentally, there are various types of oxygen sensors such as those using a plate-shaped detection element and those using a material other than zirconia for the detection element. In many cases, a configuration for detecting the oxygen partial pressure of the exhaust gas based on the same detection principle as that of the above-described sensor, that is, a detection element arranged to isolate the reference gas (atmosphere) and the exhaust gas is a reference gas. The electromotive force is generated in accordance with the difference in oxygen partial pressure of the exhaust gas with respect to the exhaust gas.

酸素センサ19の出力特性を図4に例示する。示されるように、酸素センサ19の出力電圧は理論空燃比A/Fs(例えば14.6)を境に過渡的に変化し、酸素センサ19に供給される排気ガス(雰囲気ガス)の空燃比A/Fが理論空燃比A/Fsよりもリーンな領域(A/F>A/Fs、以下リーン空燃比ともいう)では0.1V程度の小さい電圧を示し、理論空燃比A/Fsよりもリッチな領域(A/F<A/Fs、以下リッチ空燃比ともいう)では0.9V程度の比較的高い電圧を示す。ここでは、0.45Vのセンサ出力をリッチ・リーン判定閾値として、センサ19の検出結果が、理論空燃比よりもリッチかリーンかを判断している。なお、酸素センサ19の上記各領域でのセンサ出力電圧の大きさは、検出素子31の温度状態に応じて変化することがある。   The output characteristics of the oxygen sensor 19 are illustrated in FIG. As shown, the output voltage of the oxygen sensor 19 changes transiently at the theoretical air-fuel ratio A / Fs (for example, 14.6), and the air-fuel ratio A of the exhaust gas (atmosphere gas) supplied to the oxygen sensor 19 In a region where / F is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs (A / F> A / Fs, hereinafter also referred to as lean air-fuel ratio), it shows a small voltage of about 0.1 V, richer than the stoichiometric air-fuel ratio A / Fs In such a region (A / F <A / Fs, hereinafter also referred to as a rich air-fuel ratio), a relatively high voltage of about 0.9 V is shown. Here, the sensor output of 0.45 V is used as a rich / lean determination threshold value to determine whether the detection result of the sensor 19 is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Note that the magnitude of the sensor output voltage in each region of the oxygen sensor 19 may vary depending on the temperature state of the detection element 31.

なお、本実施形態のように、理論空燃比での燃焼(ストイキ燃焼)のみを目的とした空燃比制御を行う内燃機関では、理論空燃比を境に出力電圧が大きく変化する特性の酸素センサが用いられることが多い。こうしたセンサは、理論空燃比よりもリッチ、及び理論空燃比よりもリーンのいずれかといった低い分解能しか持たないものの、上記ストイキ燃焼のみを行うには、それで十分なことが多い。一方、希薄空燃比での燃焼を行うなど、より広範囲の空燃比での燃焼を行う内燃機関では、排気ガスの空燃比に応じてその出力電圧が線形的に変化する特性の、より分解能の高い酸素センサが用いられることもある。本発明はこのような酸素センサに対しても適用可能である。   Note that, as in this embodiment, in an internal combustion engine that performs air-fuel ratio control for the purpose of combustion only at the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric combustion), an oxygen sensor having a characteristic that the output voltage changes greatly with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary. Often used. Such sensors have a lower resolution, either richer than the stoichiometric air-fuel ratio and leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, but are often sufficient to perform only the stoichiometric combustion. On the other hand, in an internal combustion engine that performs combustion at a wider range of air-fuel ratio, such as combustion at a lean air-fuel ratio, the output voltage varies linearly with the air-fuel ratio of exhaust gas, and the resolution is higher. An oxygen sensor may be used. The present invention is also applicable to such an oxygen sensor.

ところで、長期使用による経年劣化等により、酸素センサ19の検出素子31にクラックが入ったり、検出素子31が割れたりするといった検出素子31の欠損が発生し、酸素センサ19が故障する場合がある。この欠損によるセンサ故障の場合、図5に示すように、検出素子31の欠損部37を通じて検出素子31の内外が連通し、検出素子31外部の排気ガスがその内部に出入りする。検出素子31の内外に排気ガスが存在し、その内外の酸素分圧に差がないような場合、センサ起電力は発生せず、また、検出素子31内部に排気ガスが入っている状態で、検出素子31外部により酸素濃度の高い(空燃比リーンの)排気ガスが存在すると、酸素センサ19において逆方向の起電力が発生する。このことは例えば、センサ故障状態で空燃比をリッチからリーンに切り替えた直後や、フューエルカット直後などに起こり得る。この場合、正極33Aの電位よりも負極33Bの電位の方が高くなり、負(マイナス)の起電力が発生する。かかる原理により、酸素センサ19が欠損故障を起こすと、排気ガスの空燃比を正確に検出できなくなるばかりでなく、検出素子31への排気ガスの出入りにより酸素センサ19の出力電圧値が小刻みに変動し、ノイズ成分が重畳するようになる。   By the way, due to aged deterioration due to long-term use or the like, the detection element 31 of the oxygen sensor 19 may be cracked or the detection element 31 may be broken, and the oxygen sensor 19 may break down. In the case of a sensor failure due to this defect, as shown in FIG. 5, the inside and outside of the detection element 31 communicate with each other through the defect part 37 of the detection element 31, and exhaust gas outside the detection element 31 enters and exits the inside. When exhaust gas exists inside and outside the detection element 31 and there is no difference in the oxygen partial pressure between the inside and outside, no sensor electromotive force is generated, and the exhaust gas is contained inside the detection element 31. When exhaust gas having a high oxygen concentration (air-fuel ratio lean) exists outside the detection element 31, an electromotive force in the reverse direction is generated in the oxygen sensor 19. This can occur, for example, immediately after the air-fuel ratio is switched from rich to lean in a sensor failure state or immediately after a fuel cut. In this case, the potential of the negative electrode 33B is higher than the potential of the positive electrode 33A, and a negative (minus) electromotive force is generated. Due to this principle, when the oxygen sensor 19 has a deficiency failure, the air-fuel ratio of the exhaust gas cannot be accurately detected, and the output voltage value of the oxygen sensor 19 fluctuates in small increments due to the exhaust gas entering and exiting the detection element 31. However, noise components are superimposed.

この酸素センサ19の欠損故障はECU22により次の方法で検出することができる。図6に示すように、所定周期隔てた各処理タイミングT(n)(n=1,2,3・・・)において、当該タイミングで取得される酸素センサ出力電圧Vs(n)とそれより1回前のタイミングで取得される酸素センサ出力電圧Vs(n−1)との差の絶対値|Vs(n)−Vs(n−1)|を計算し、この値を各処理タイミングT(n)毎に順次積算していく。こうして所定時間積算して得られる値、即ち変動積算量(或いは軌跡長積算値)が所定値より大きいとき、酸素センサ19は故障と判定することができる。   This deficiency failure of the oxygen sensor 19 can be detected by the ECU 22 by the following method. As shown in FIG. 6, at each processing timing T (n) (n = 1, 2, 3,...) Separated by a predetermined period, the oxygen sensor output voltage Vs (n) acquired at the timing and 1 from it. The absolute value | Vs (n) −Vs (n−1) | of the difference from the oxygen sensor output voltage Vs (n−1) obtained at the previous timing is calculated, and this value is calculated for each processing timing T (n ) Accumulated sequentially every time. When the value obtained by integrating for a predetermined time in this way, that is, the fluctuation integrated amount (or integrated locus length) is larger than the predetermined value, the oxygen sensor 19 can be determined to be faulty.

しかしながら、前述したように、酸素センサ19以外の電気回路部分で故障が発生した場合にも、同様に変動を伴う信号がECU22で得られる場合があることが確認された。従ってこのような場合には、ECU22において、変動が酸素センサの故障に起因するのか、回路の故障に起因するのかを判別することができず、前記の方法で故障部位を正確に特定することができない。故障部位の特定ができなければ必然的にどの部品を交換すればよいかも分からないことになり、故障時の対応を迅速に行えないという不都合も生じる。   However, as described above, it has been confirmed that even when a failure occurs in an electric circuit portion other than the oxygen sensor 19, a signal with fluctuations may be obtained by the ECU 22 in the same manner. Therefore, in such a case, the ECU 22 cannot determine whether the fluctuation is caused by a failure of the oxygen sensor or a failure of the circuit, and the failure part can be accurately identified by the above method. Can not. If the failure part cannot be specified, it is inevitably known which part should be replaced, and there is a disadvantage that it is not possible to quickly cope with the failure.

そこで、本実施形態では以下のようにして酸素センサの故障と回路故障とを区別して判定することとしている。なお、かかる故障判定の方法はいずれの酸素センサ19,20についても同様であるので、ここでは例示的に触媒前酸素センサ19の一方のみについて説明を行う。   Therefore, in the present embodiment, the determination is made by distinguishing between the failure of the oxygen sensor and the circuit failure as follows. Since the method for determining the failure is the same for both oxygen sensors 19 and 20, only one of the pre-catalyst oxygen sensors 19 will be described here as an example.

まず、酸素センサ19とこれが接続されるECU22とからなる回路構成を図7を参照して説明する。図示されるように、酸素センサ19は、その正極33Aが正極線41Aにより、その負極33Bが負極線41Bにより、それぞれECU22に接続されている。具体的には、正極線41A及び負極線41BがそれぞれECU22のケーシング(太実線で示す)に設けられた正極端子42A及び負極端子42Bに接続されている。酸素センサ19は、インピーダンス成分Rsと起電力成分とを含むものとして等価的に示されている。ECU22は内部に中央処理ユニット(以下CPUという)43を備え、CPU43は以下の回路を通じて正極端子42A及び負極端子42Bに接続される。   First, a circuit configuration including the oxygen sensor 19 and the ECU 22 to which the oxygen sensor 19 is connected will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the oxygen sensor 19 has its positive electrode 33A connected to the ECU 22 by a positive electrode wire 41A and its negative electrode 33B by a negative electrode wire 41B. Specifically, the positive electrode line 41 </ b> A and the negative electrode line 41 </ b> B are connected to a positive electrode terminal 42 </ b> A and a negative electrode terminal 42 </ b> B provided in a casing (indicated by a thick solid line) of the ECU 22, respectively. The oxygen sensor 19 is equivalently shown as including an impedance component Rs and an electromotive force component. The ECU 22 includes a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) 43, and the CPU 43 is connected to the positive terminal 42A and the negative terminal 42B through the following circuit.

ECU22は、酸素センサ19が発生する電圧(正極33A及び負極33B間の電圧)に基づいて排気空燃比に関する情報を取得する機能と、酸素センサ19の素子インピーダンスRsを検出する機能とを併せ持つ。このうち、酸素センサ19の検出素子31の素子インピーダンスRsを検出する機能を発揮する部分、即ち素子インピーダンス検出回路B(図中一点鎖線で囲まれる部分)については後述する。素子インピーダンス検出回路Bは、CPU43とその入出力部である第1ポート44、第1AD変換器45、第2ポート46及び第2AD変換器47を含む。   The ECU 22 has a function of acquiring information related to the exhaust air-fuel ratio based on a voltage generated by the oxygen sensor 19 (voltage between the positive electrode 33A and the negative electrode 33B) and a function of detecting the element impedance Rs of the oxygen sensor 19. Among these, the part that exhibits the function of detecting the element impedance Rs of the detection element 31 of the oxygen sensor 19, that is, the element impedance detection circuit B (the part surrounded by the one-dot chain line in the figure) will be described later. The element impedance detection circuit B includes a CPU 43 and a first port 44, a first AD converter 45, a second port 46, and a second AD converter 47 that are input / output units thereof.

ECU22において、正極端子42Aは、CPU43の入力部である第3AD変換器48に接続され、また、負極端子42Bは接地されている。正極端子42A及び第3AD変換器48の間には、抵抗50及びコンデンサ51からなるフィルタ回路が介設されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、正極端子42Aにおける電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第3AD変換器48は、極度のノイズを減衰させつつ正極端子42Aの電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成し、CPU43に出力することができる。酸素センサ19の負極33Bが負極端子42Bを介して接地されるので、第3AD変換器48を通じてCPU43に入力される電圧値はそのまま酸素センサ19の出力電圧Vsを示す値となる。このように、当該回路がセンサ出力電圧検出回路に相当する。以下、第3AD変換器48を通じてCPU43に入力される電圧を検出電圧VOXと称する。   In the ECU 22, the positive terminal 42 </ b> A is connected to a third AD converter 48 that is an input unit of the CPU 43, and the negative terminal 42 </ b> B is grounded. A filter circuit including a resistor 50 and a capacitor 51 is interposed between the positive terminal 42 </ b> A and the third AD converter 48. This filter circuit has a sufficiently large time constant and passes only the low frequency component of the voltage at the positive terminal 42A. For this reason, the third AD converter 48 can accurately generate a digital signal corresponding to the voltage value of the positive terminal 42 </ b> A while attenuating extreme noise and output the digital signal to the CPU 43. Since the negative electrode 33B of the oxygen sensor 19 is grounded via the negative electrode terminal 42B, the voltage value input to the CPU 43 through the third AD converter 48 becomes the value indicating the output voltage Vs of the oxygen sensor 19 as it is. Thus, the circuit corresponds to a sensor output voltage detection circuit. Hereinafter, the voltage input to the CPU 43 through the third AD converter 48 is referred to as a detection voltage VOX.

また、ECU22において、出力検出用抵抗57が酸素センサ19と並列に設けられている。この出力検出用抵抗57は、一端が、第3AD変換器48の前段のフィルタ回路及び正極端子42Aを結ぶ配線に接続され、他端が接地されている。出力検出用抵抗57は、酸素センサ19の素子インピーダンスRsに比して十分に大きなインピーダンスを有している。   In the ECU 22, an output detection resistor 57 is provided in parallel with the oxygen sensor 19. One end of the output detection resistor 57 is connected to the wiring connecting the filter circuit in the previous stage of the third AD converter 48 and the positive terminal 42A, and the other end is grounded. The output detection resistor 57 has a sufficiently large impedance compared to the element impedance Rs of the oxygen sensor 19.

次に、素子インピーダンス検出回路Bについて説明する。素子インピーダンス検出回路Bは、第1スイッチ素子71を備えている。第1スイッチ素子71には、所定の大きさを有する素子インピーダンス検出用電圧VOMが供給されている。本実施形態において、素子インピーダンス検出用電圧VOMは5Vの大きさを有し、これはECU22の電源電圧でもある。第1スイッチ素子71のゲートは、第1ポート44を介してCPU43に接続されている。CPU43は、必要に応じて、ON指令を発することにより第1スイッチ素子71をON状態とする。   Next, the element impedance detection circuit B will be described. The element impedance detection circuit B includes a first switch element 71. The first switch element 71 is supplied with an element impedance detection voltage VOM having a predetermined magnitude. In the present embodiment, the element impedance detection voltage VOM has a magnitude of 5 V, which is also the power supply voltage of the ECU 22. The gate of the first switch element 71 is connected to the CPU 43 via the first port 44. The CPU 43 turns on the first switch element 71 by issuing an ON command as necessary.

第1スイッチ素子71は、第1抵抗72を介して第1サンプリング点73に接続されている。第1サンプリング点73は、第2抵抗74を介して正極端子42Aに接続されていると共に、コンデンサ75を介して接地されている。   The first switch element 71 is connected to the first sampling point 73 via the first resistor 72. The first sampling point 73 is connected to the positive terminal 42 </ b> A via the second resistor 74 and is grounded via the capacitor 75.

第1サンプリング点73は、第1中間抵抗83と、抵抗76及びコンデンサ77からなるフィルタ回路とを介して第1AD変換器45に接続されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第1サンプリング点73における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第1AD変換器45は、極度のノイズを減衰させつつ第1サンプリング点73の電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成し、CPU43に出力することができる。   The first sampling point 73 is connected to the first AD converter 45 via a first intermediate resistor 83 and a filter circuit composed of a resistor 76 and a capacitor 77. This filter circuit has a sufficiently large time constant and passes only the low frequency component of the voltage at the first sampling point 73. Therefore, the first AD converter 45 can accurately generate a digital signal corresponding to the voltage value at the first sampling point 73 while attenuating extreme noise, and output the digital signal to the CPU 43.

第1サンプリング点73には、また、第3抵抗78を介して第2スイッチ素子79が接続されている。第2スイッチ素子79は、第1スイッチ素子71がON状態とされることにより酸素センサ19に供給された余剰電荷を強制放電させ、電圧印加後のセンサの出力電圧を印加前の状態に戻すために設けられている。この第2スイッチ素子79のゲートには、第2ポート46を介してCPU43が接続されている。また第2スイッチ素子79は接地されている。CPU43は、必要に応じて、ON指令を発することにより第2スイッチ素子79をON状態とし、第1サンプリング点73を第3抵抗78を介して接地させる。   A second switch element 79 is connected to the first sampling point 73 via a third resistor 78. The second switch element 79 forcibly discharges the surplus charge supplied to the oxygen sensor 19 when the first switch element 71 is turned on, and returns the output voltage of the sensor after voltage application to the state before application. Is provided. The CPU 43 is connected to the gate of the second switch element 79 via the second port 46. The second switch element 79 is grounded. If necessary, the CPU 43 issues an ON command to turn on the second switch element 79 and ground the first sampling point 73 via the third resistor 78.

また、第2抵抗74と正極端子42Aとの間には、第2サンプリング点80が形成されている。第2サンプリング点80は、第2中間抵抗84と、抵抗81及びコンデンサ82からなるフィルタ回路とを介して第2AD変換器47に接続されている。このフィルタ回路は、十分に大きな時定数を有しており、第2サンプリング点80における電圧の低周波成分だけを通過させる。このため、第2AD変換器47は、極度のノイズを減衰させつつ第2サンプリング点80の電圧値に相当するディジタル信号を精度良く生成し、CPU43に出力することができる。第2サンプリング点80は、また、第3AD変換器48への分岐点をも形成し、第3AD変換器48の前段のフィルタ回路にも接続されている。   A second sampling point 80 is formed between the second resistor 74 and the positive terminal 42A. The second sampling point 80 is connected to the second AD converter 47 via a second intermediate resistor 84 and a filter circuit composed of a resistor 81 and a capacitor 82. This filter circuit has a sufficiently large time constant and passes only the low frequency component of the voltage at the second sampling point 80. For this reason, the second AD converter 47 can accurately generate a digital signal corresponding to the voltage value of the second sampling point 80 while attenuating extreme noise and output the digital signal to the CPU 43. The second sampling point 80 also forms a branch point to the third AD converter 48 and is also connected to a filter circuit in the previous stage of the third AD converter 48.

酸素センサ19の素子インピーダンスRsの検出時以外は、第1スイッチ素子71及び第2スイッチ素子79がともにOFFされる。これにより第2サンプリング点80には、酸素センサ19の出力電圧に等しい電圧が発生し、この電圧が第3AD変換器48を介してCPU43に入力される。CPU43はこの入力された電圧値VOXに基づき排気ガスの空燃比A/Fがリッチであるかリーンであるかを判定する。   The first switch element 71 and the second switch element 79 are both turned off except when the element impedance Rs of the oxygen sensor 19 is detected. As a result, a voltage equal to the output voltage of the oxygen sensor 19 is generated at the second sampling point 80, and this voltage is input to the CPU 43 via the third AD converter 48. The CPU 43 determines whether the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas is rich or lean based on the input voltage value VOX.

また、酸素センサ19の素子インピーダンスRsの検出時には次のような作動が行われる。まず、第2スイッチ素子79をOFFとした状態で、第1スイッチ素子71がONされる。すると、素子インピーダンス検出用電圧VOMが印加され、互いに直列である第1抵抗72、第2抵抗74及び酸素センサ19に電流Iが流れる。このとき第2抵抗74の両端の第1及び第2サンプリング点73,80の電圧が、それぞれ第1AD変換器45及び第2AD変換器47を通じてCPU43に入力される。CPU43はこれら電圧差即ち第2抵抗74の電圧降下と、既知の第2抵抗74の抵抗値R2とから電流Iを求める。次いでCPU43は電流Iと、既知の第1抵抗72の抵抗値R1とから第1抵抗72の電圧降下を計算し、素子インピーダンス検出用電圧VOMから、第1抵抗72及び第2抵抗74の電圧降下を差し引いて、酸素センサ19の素子インピーダンスRsにおける電圧降下を算出する。最後にCPU43は、電流Iと、素子インピーダンスRsにおける電圧降下とから、素子インピーダンスRsを算出する。   Further, when the element impedance Rs of the oxygen sensor 19 is detected, the following operation is performed. First, the first switch element 71 is turned on with the second switch element 79 turned off. Then, the element impedance detection voltage VOM is applied, and the current I flows through the first resistor 72, the second resistor 74, and the oxygen sensor 19 that are in series with each other. At this time, the voltages at the first and second sampling points 73 and 80 at both ends of the second resistor 74 are input to the CPU 43 through the first AD converter 45 and the second AD converter 47, respectively. The CPU 43 obtains the current I from these voltage differences, that is, the voltage drop of the second resistor 74 and the known resistance value R2 of the second resistor 74. Next, the CPU 43 calculates the voltage drop of the first resistor 72 from the current I and the known resistance value R1 of the first resistor 72, and the voltage drop of the first resistor 72 and the second resistor 74 from the element impedance detection voltage VOM. Is subtracted to calculate a voltage drop in the element impedance Rs of the oxygen sensor 19. Finally, the CPU 43 calculates the element impedance Rs from the current I and the voltage drop in the element impedance Rs.

こうして、素子インピーダンス検出用電圧VOMの印加中に素子インピーダンスRsの算出を終えたら、CPU43は、第1スイッチ素子71をOFFすると同時に第2スイッチ素子79をONする。すると、酸素センサ19に対する素子インピーダンス検出用電圧VOMの印加は断たれ、同時に酸素センサ19からその印加されていた電圧が引き戻される。この様子を図8(A)に示す。   Thus, when the calculation of the element impedance Rs is completed during the application of the element impedance detection voltage VOM, the CPU 43 turns off the first switch element 71 and turns on the second switch element 79 at the same time. Then, the application of the element impedance detection voltage VOM to the oxygen sensor 19 is cut off, and at the same time, the applied voltage is pulled back from the oxygen sensor 19. This is shown in FIG.

図は、第3AD変換器48を通じてCPU43に入力される検出電圧VOXの変化を示し、これは酸素センサ19の正極33Aの電位の変化に相当する。これから分かるように、第1スイッチ素子71をONしたと同時(ts)に正極33Aの電位が立ち上がり、第1スイッチ素子71をOFF且つ第2スイッチ素子79をONしたと同時(th)に正極33Aの電位が急激に立ち下がる。酸素センサ19には容量成分も含まれているので、第1スイッチ素子71をONした後単にそれをOFFしただけでは、酸素センサ19に余剰電荷が残り正極33Aの電位がなかなか落ちない((B)図参照)。そこでこの余剰電荷を強制放電させるため、第2スイッチ素子79がONされる。こうすることで図示するように正極33Aの電位を瞬時に落とすことができる。   The figure shows a change in the detection voltage VOX input to the CPU 43 through the third AD converter 48, which corresponds to a change in the potential of the positive electrode 33A of the oxygen sensor 19. As can be seen, the potential of the positive electrode 33A rises at the same time (ts) when the first switch element 71 is turned on, and the positive electrode 33A at the same time (th) when the first switch element 71 is turned off and the second switch element 79 is turned on. The potential of suddenly falls. Since the oxygen sensor 19 also includes a capacitive component, surplus charges remain in the oxygen sensor 19 and the potential of the positive electrode 33 </ b> A does not drop easily even if the first switch element 71 is turned on and then simply turned off ((B (See the figure). Therefore, the second switch element 79 is turned on to forcibly discharge this surplus charge. By doing so, the potential of the positive electrode 33A can be instantaneously dropped as illustrated.

ここで、素子インピーダンスRsの検出は、空燃比制御等の通常制御に影響を及ぼさぬよう、通常制御の処理タイミングT(n)の周期間隔(T(n)−T(n−1)、例えば4msec)内で、極短い時間で行われる。そのため、第2スイッチ素子79をONして正極33Aの電位を瞬時に落とすことが重要である。このような、酸素センサ19の余剰電荷を強制放電させて正極33Aの電位を瞬時に落とす操作を「引き戻し」という。なお、引き戻し前に素子インピーダンス検出用電圧VOMを印加する操作を「掃引」ということもある。第1抵抗72及び第2抵抗74で電圧降下があることから、印加終了時thのピーク電圧は素子インピーダンス検出用電圧VOMより若干低い値となる。   Here, the detection of the element impedance Rs does not affect normal control such as air-fuel ratio control, so that the periodic interval (T (n) −T (n−1) of normal control processing timing T (n), for example, 4 msec) within a very short time. Therefore, it is important to turn on the second switch element 79 and instantaneously drop the potential of the positive electrode 33A. Such an operation of forcibly discharging the surplus charge of the oxygen sensor 19 and instantaneously lowering the potential of the positive electrode 33A is referred to as “retraction”. The operation of applying the element impedance detection voltage VOM before pulling back is sometimes referred to as “sweep”. Since there is a voltage drop at the first resistor 72 and the second resistor 74, the peak voltage at the end of application th is slightly lower than the element impedance detection voltage VOM.

さて、図8(A)に示した波形は、酸素センサ19及び素子インピーダンス検出回路Bのいずれも故障していない正常時の波形である。これに対し、いずれか一方が故障すると、図8(B)又は(C)に示すように波形が変化する。   The waveform shown in FIG. 8A is a normal waveform when neither the oxygen sensor 19 nor the element impedance detection circuit B has failed. On the other hand, when either one fails, the waveform changes as shown in FIG.

図8(B)は、酸素センサ19が正常で且つ素子インピーダンス検出回路Bが故障の場合、より詳しくは、酸素センサ19が正常で且つ素子インピーダンス検出回路Bの第2スイッチ素子79が故障の場合を示す。以下、この場合を単に「回路故障」ともいう。   FIG. 8B shows the case where the oxygen sensor 19 is normal and the element impedance detection circuit B is faulty. More specifically, the oxygen sensor 19 is normal and the second switch element 79 of the element impedance detection circuit B is faulty. Indicates. Hereinafter, this case is also simply referred to as “circuit failure”.

示されるように、第2スイッチ素子79が故障すると、引き戻し時に第2スイッチ素子79がONとならず、余剰電荷の放電が自然放電に任され、正極33Aの電位がなかなか落ちない。よって、素子インピーダンス検出用電圧VOMの印加前後のタイミングtd1,td2で、正極33Aの電位即ち検出電圧VOX1,VOX2を取得し、その差又は差の絶対値を所定値と比較することにより、第2スイッチ素子79の故障を一応は推定することができる。   As shown in the figure, when the second switch element 79 fails, the second switch element 79 is not turned ON at the time of pulling back, and the discharge of surplus charge is left to spontaneous discharge, so that the potential of the positive electrode 33A does not drop easily. Therefore, the potential of the positive electrode 33A, that is, the detection voltages VOX1 and VOX2, is obtained at the timings td1 and td2 before and after the application of the element impedance detection voltage VOM, and the difference or the absolute value of the difference is compared with a predetermined value to obtain the second value. A failure of the switch element 79 can be estimated once.

即ち、図8(A)に示すように正常時には検出電圧VOX1,VOX2がほぼ同等な値となるのに対し、図8(B)に示すように回路故障時には印加前の検出電圧VOX1より印加後の検出電圧VOX2が高くなる。よって、印加前後の検出電圧の差、即ち印加前後電圧差ΔVOX=VOX2−VOX1又はその絶対値を算出し、その印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値がほぼゼロなら正常、所定値より大きければ回路故障と判断することができる。なお、印加後の検出電圧VOX2を取得するタイミングtd2は、図8(A)に示すような正常時には引き戻し終了後となり、且つ図8(B)に示すような故障時には引き戻し中となるようなタイミングに設定される。   That is, as shown in FIG. 8 (A), the detection voltages VOX1 and VOX2 are substantially equal in the normal state, whereas as shown in FIG. 8 (B), after the application of the detection voltage VOX1 before the application in the event of a circuit failure. Detection voltage VOX2 increases. Therefore, the difference between the detected voltages before and after application, that is, the voltage difference before and after application ΔVOX = VOX2−VOX1 or its absolute value is calculated. If the voltage difference before and after application ΔVOX or its absolute value is almost zero, the circuit is normal. It can be determined as a failure. Note that the timing td2 for obtaining the detection voltage VOX2 after application is after the end of pulling when normal as shown in FIG. 8A and at the time of pulling back when there is a failure as shown in FIG. 8B. Set to

しかしながら、このような判定方法では回路故障とセンサ故障とを区別して判定することができない。図8(C)は、酸素センサ19が故障で且つ素子インピーダンス検出回路Bが正常の場合、より詳しくは、酸素センサ19が欠損故障で且つ素子インピーダンス検出回路Bの第2スイッチ素子79が正常の場合を示す。以下、この場合を単に「センサ故障」ともいう。   However, such a determination method cannot distinguish between a circuit failure and a sensor failure. FIG. 8C shows a case where the oxygen sensor 19 is faulty and the element impedance detection circuit B is normal. More specifically, the oxygen sensor 19 is faulty and the second switch element 79 of the element impedance detection circuit B is normal. Show the case. Hereinafter, this case is also simply referred to as “sensor failure”.

示されるように、センサ故障時には、検出素子31へのガスの出入りにより正極33Aの電位即ち検出電圧VOXが変動する。よって、印加前後の検出電圧VOX1,VOX2がほぼ同等な値とならず、印加前の検出電圧VOX1より印加後の検出電圧VOX2の方が高くなったり低くなったりする。よって、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値と所定値との比較だけでは、センサ故障を推定できるに止まり、それを回路故障と区別して特定することはできない。   As shown in the figure, when the sensor fails, the potential of the positive electrode 33A, that is, the detection voltage VOX changes due to the gas entering and exiting the detection element 31. Therefore, the detection voltages VOX1 and VOX2 before and after the application are not substantially equal values, and the detection voltage VOX2 after the application is higher or lower than the detection voltage VOX1 before the application. Therefore, the sensor failure can be estimated only by comparing the voltage difference before and after application ΔVOX or its absolute value with a predetermined value, and cannot be identified and distinguished from the circuit failure.

このように、センサ故障と回路故障のいずれの場合であっても、同じように印加前後の検出電圧VOX1,VOX2に相違が見られ、よってこれらの相違を検出するのみではいずれの故障が発生したのかを特定することができない。   As described above, in both cases of sensor failure and circuit failure, the same difference is found in the detected voltages VOX1 and VOX2 before and after the application. Therefore, any failure has occurred only by detecting these differences. It is not possible to specify.

そこで、本実施形態では、酸素センサ19の素子インピーダンスRsや吸入空気量GAに応じて検出電圧VOXの特性に違いがあることに着目し、これらの各領域で場合分けを行って、以下のようにしてセンサ故障と回路故障とを区別して判定することとしている。   Therefore, in the present embodiment, paying attention to the difference in the characteristics of the detection voltage VOX according to the element impedance Rs of the oxygen sensor 19 and the intake air amount GA, the cases are divided into these regions, and the following is performed. Thus, the sensor failure and the circuit failure are distinguished and determined.

まず、酸素センサ19の素子インピーダンスRsに関して説明する。酸素センサ19において、その素子インピーダンスRsの値は、検出素子31の温度に相関する値である。検出素子31の温度が高くなるほど素子インピーダンスRsの値は小さくなる。一方、酸素センサ19は、検出素子31の温度が活性温度相当の高温に達しないと、出力電圧を発生することができない。よってこの特性を利用してセンサ故障と回路故障とが区別して判定される。   First, the element impedance Rs of the oxygen sensor 19 will be described. In the oxygen sensor 19, the value of the element impedance Rs is a value correlated with the temperature of the detection element 31. As the temperature of the detection element 31 increases, the value of the element impedance Rs decreases. On the other hand, the oxygen sensor 19 cannot generate an output voltage unless the temperature of the detection element 31 reaches a high temperature corresponding to the activation temperature. Therefore, using this characteristic, a sensor failure and a circuit failure are distinguished and determined.

即ち、ECU22は、素子インピーダンスRsの検出時において、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値が所定値より大きいか否かを判断する。そして所定値より大きいと判断したとき、検出された素子インピーダンスRsの値と所定値とを比較して次のように判定する。   That is, the ECU 22 determines whether or not the applied voltage difference ΔVOX or its absolute value is greater than a predetermined value when detecting the element impedance Rs. When it is determined that the value is larger than the predetermined value, the detected value of the element impedance Rs is compared with the predetermined value to determine as follows.

まず、素子インピーダンスRsの値が所定値より高い場合、即ち、検出素子31が活性温度にない低温である場合には、酸素センサ19の出力電圧が発生しないことから、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値が所定値より大きくなった原因は第2スイッチ素子79の故障にあるとみなし、回路故障と判定する。これにより、真の故障が回路故障でありながらセンサ故障であると誤判定するのを防止でき、真の回路故障を正確に判定することができる。   First, when the value of the element impedance Rs is higher than a predetermined value, that is, when the detection element 31 is at a low temperature that is not at the activation temperature, the output voltage of the oxygen sensor 19 is not generated. The cause that the absolute value is larger than the predetermined value is considered to be the failure of the second switch element 79, and it is determined that the circuit is faulty. Accordingly, it is possible to prevent a true failure from being erroneously determined as a sensor failure while being a circuit failure, and it is possible to accurately determine a true circuit failure.

次に、素子インピーダンスRsの値が所定値より低い場合、即ち、検出素子31が活性温度にある高温である場合には、逆にセンサ故障と判定する。これは、検出素子31が活性温度相当の高温である場合、素子インピーダンスRsが小さくなり、第2スイッチ素子79が故障してONにならない場合であっても、図8(B)のように引き戻しが遅れたりせず、図8(A)のように引き戻しは正常時と同じように迅速に行われ、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値がほぼゼロになるからである。よって、かかる場合には、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値が所定値より大きくなった原因は酸素センサ19の故障にあるとみなし、センサ故障と判定する。これにより、真の故障がセンサ故障でありながら回路故障であると誤判定するのを防止でき、真のセンサ故障を正確に判定することができる。   Next, when the value of the element impedance Rs is lower than a predetermined value, that is, when the detection element 31 is at a high temperature that is at the activation temperature, it is determined that the sensor has failed. This is because when the detection element 31 is at a high temperature corresponding to the activation temperature, the element impedance Rs decreases, and even if the second switch element 79 fails and does not turn on, it is pulled back as shown in FIG. This is because, as shown in FIG. 8A, the pull-back is performed as quickly as in the normal state, and the voltage difference ΔVOX before and after the application or its absolute value becomes almost zero. Therefore, in such a case, the cause that the voltage difference ΔVOX before and after the application or the absolute value thereof becomes larger than the predetermined value is regarded as a failure of the oxygen sensor 19, and it is determined that the sensor is broken. Accordingly, it is possible to prevent a true failure from being erroneously determined as a circuit failure while being a sensor failure, and it is possible to accurately determine a true sensor failure.

図9には素子インピーダンスRsと印加前後電圧差ΔVOXとの関係を調べた実験結果を示す。これから理解されるように、素子インピーダンスRsが10000Ω(=10kΩ)より小さい領域では、回路故障とセンサ故障のいずれの場合でも印加前後電圧差ΔVOXがゼロ付近となり、両者を見分けることはできない。しかしながら、素子インピーダンスRsが10000Ωより大きい領域では、センサ故障の場合、相変わらず印加前後電圧差ΔVOXがゼロ付近であるのに対し、回路故障の場合、破線楕円で強調されているように、印加前後電圧差ΔVOXはゼロより大きい約0.5V以上の値となり、且つ素子インピーダンスRsの増大につれ増大する傾向を示す。従って、素子インピーダンスRsが10000Ωより大きい領域、つまり酸素センサの低温領域では、回路故障をセンサ故障と区別して特定することが可能である。   FIG. 9 shows the experimental results of examining the relationship between the element impedance Rs and the voltage difference ΔVOX before and after application. As will be understood from this, in the region where the element impedance Rs is smaller than 10000Ω (= 10 kΩ), the voltage difference ΔVOX before and after application becomes near zero in both cases of the circuit failure and the sensor failure, and the two cannot be distinguished. However, in the region where the element impedance Rs is greater than 10000Ω, the voltage difference ΔVOX before and after application is still near zero in the case of a sensor failure, whereas the voltage before and after application is emphasized by a broken line ellipse in the case of a circuit failure. The difference ΔVOX becomes a value of about 0.5 V or more which is greater than zero, and shows a tendency to increase as the element impedance Rs increases. Therefore, in the region where the element impedance Rs is greater than 10000Ω, that is, in the low temperature region of the oxygen sensor, it is possible to distinguish and specify a circuit failure from a sensor failure.

図10にも同じく素子インピーダンスRsと印加前後電圧差ΔVOXとの関係を調べた実験結果を示す。図9との相違点は素子インピーダンスRsのレンジにあり、図10では300Ω以下という低レンジ、即ち酸素センサが高温のときのみの値が示されている。これから理解されるように、酸素センサが正常であるときには常に印加前後電圧差ΔVOXがゼロ付近となっているものの、酸素センサが故障しているときには破線円で強調されているように、印加前後電圧差ΔVOXはゼロから大きく外れた値となり得る。従って、酸素センサ高温時にはセンサ故障を特定することが可能である。   FIG. 10 also shows the experimental results of examining the relationship between the element impedance Rs and the voltage difference ΔVOX before and after the application. The difference from FIG. 9 is in the range of the element impedance Rs, and FIG. 10 shows a low range of 300Ω or less, that is, a value only when the oxygen sensor is at a high temperature. As will be understood from this, the pre-applied voltage difference ΔVOX is always near zero when the oxygen sensor is normal, but the applied pre-applied voltage is emphasized by a broken-line circle when the oxygen sensor is out of order. The difference ΔVOX can be a value greatly deviating from zero. Therefore, it is possible to specify a sensor failure at a high temperature of the oxygen sensor.

次に、吸入空気量GAに関して説明する。図11は、(A)車速、(B)吸入空気量GA及び(C)検出電圧VOXの経時的変化を調べた実験結果を示す。吸入空気量GAはエアフローメータ16で検出された値である。検出電圧VOXについては回路故障が無いものとする。また、素子インピーダンスRsは、検出素子31が活性温度となるような低い値であるとする。図中、(i)は吸入空気量GAが低程度の値である場合、(ii)は吸入空気量GAが中程度の値である場合、(iii)は吸入空気量GAが高程度の値である場合である。検出電圧VOXに関して線P,Qはそれぞれ酸素センサ19の正常時及び故障時を示す。   Next, the intake air amount GA will be described. FIG. 11 shows experimental results obtained by examining changes with time in (A) vehicle speed, (B) intake air amount GA, and (C) detection voltage VOX. The intake air amount GA is a value detected by the air flow meter 16. It is assumed that there is no circuit failure with respect to the detection voltage VOX. Further, it is assumed that the element impedance Rs is a low value such that the detection element 31 reaches the activation temperature. In the figure, (i) is a value with a low intake air amount GA, (ii) is a value with a medium intake air amount GA, and (iii) is a value with a high intake air amount GA. This is the case. Regarding the detection voltage VOX, the lines P and Q indicate the normal time and the failure time of the oxygen sensor 19, respectively.

示されるように、検出電圧VOXの波形はセンサの正常時及び故障時で違いが見られ、且つその違いは(ii)吸入空気量GAが中程度の値である場合のみに見られる。センサ故障の場合において、吸入空気量GAが中程度の値であるときは、前述のように検出素子へのガスの出入りがあってセンサ出力電圧即ち検出電圧VOXの値は変動する。言い換えれば検出電圧VOXの波形にセンサノイズが乗ってくるようになる。   As shown in the figure, the waveform of the detection voltage VOX is different between when the sensor is normal and when it is malfunctioning, and the difference is only seen when (ii) the intake air amount GA is a medium value. In the case of a sensor failure, when the intake air amount GA is a medium value, gas enters and exits the detection element as described above, and the value of the sensor output voltage, that is, the detection voltage VOX varies. In other words, sensor noise comes on the waveform of the detection voltage VOX.

しかしながら、センサ故障の場合であっても、(i)吸入空気量GAが低程度の値であるときはそのような変動が見られない。その理由は、アイドリング等の低空気量のときは排気ガスが検出素子の欠損部から検出素子内に入らず、従ってガス交換も行われないからである。また、(iii)吸入空気量GAが高程度の値であるときもそのような変動が見られない。その理由は、加速等の高空気量のときは排気ガスが検出素子の欠損部から検出素子内に入ることはできるが、検出素子内から出ることはできず、従ってガス交換も行われないからである。このように、検出素子へのガス交換が許容されるような中空気量のときに限ってセンサ出力が変動し、他方、検出素子へのガス交換が許容されないような低空気量又は高空気量のときにはセンサ出力が変動しない。   However, even in the case of a sensor failure, (i) such fluctuations are not seen when the intake air amount GA is a low value. The reason is that when the amount of air is low such as idling, the exhaust gas does not enter the detection element from the defective portion of the detection element, and therefore gas exchange is not performed. Further, (iii) such fluctuations are not observed when the intake air amount GA is a high value. The reason for this is that when the amount of air is high, such as acceleration, exhaust gas can enter the detection element from the defect portion of the detection element, but cannot exit from the detection element, and therefore gas exchange is not performed. It is. As described above, the sensor output fluctuates only when the amount of air is such that the gas exchange to the detection element is allowed, and on the other hand, the low air quantity or the high air quantity that does not allow the gas exchange to the detection element. In this case, the sensor output does not fluctuate.

ここで、センサ出力の変動の大きさは、図6を参照して説明した方法で検出電圧VOX(=酸素センサ出力電圧Vs)の変動積算量Mvoxを計算することにより、求めることができる。   Here, the magnitude of the fluctuation of the sensor output can be obtained by calculating the fluctuation integrated amount Mvox of the detection voltage VOX (= oxygen sensor output voltage Vs) by the method described with reference to FIG.

そこで、かかる特性を利用して本実施形態では次のように故障診断がなされる。即ち、ECU22は、検出された素子インピーダンスRsの値が所定値より小さい場合(即ち酸素センサが高温である場合)において、検出された吸入空気量GAの値が中程度の値であり、且つ、算出された変動積算量Mvoxの値が所定値より大きいとき(即ちセンサ出力変動大のとき)には、センサ故障と判定する。他方、検出された吸入空気量GAの値が低又は高程度の値であり、且つ、印加前後電圧差ΔVOX又はその絶対値が所定値より大きいときには、回路故障と判定する。   Therefore, in this embodiment, failure diagnosis is performed as follows using such characteristics. That is, when the detected element impedance Rs is smaller than a predetermined value (that is, when the oxygen sensor is at a high temperature), the ECU 22 detects that the detected intake air amount GA is a medium value, and When the value of the calculated fluctuation integration amount Mvox is larger than a predetermined value (that is, when the sensor output fluctuation is large), it is determined that the sensor is faulty. On the other hand, when the value of the detected intake air amount GA is a low or high value and the voltage difference ΔVOX before and after application or the absolute value thereof is larger than a predetermined value, it is determined that a circuit failure has occurred.

次に、以上述べたような故障診断処理のさらなる具体例を図12を参照しつつ説明する。図12は当該故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートであり、このルーチンはECU22により所定周期(例えば4msec)毎に繰り返し実行され、より具体的には図8又は図6で示したような処理タイミングT(n)毎に実行される。   Next, a further specific example of the failure diagnosis process as described above will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a flowchart of a routine for executing the failure diagnosis process. This routine is repeatedly executed by the ECU 22 every predetermined cycle (for example, 4 msec), and more specifically, the processing timing as shown in FIG. 8 or FIG. It is executed every T (n).

先ず、ステップS101において、検出電圧VOXが取得される。次いでステップS102において、当該処理タイミングT(n)に最も近いタイミングで検出された素子インピーダンス検出用電圧VOM印加前の検出電圧VOX1と、素子インピーダンス検出用電圧VOM印加後の検出電圧VOX2とが取得される(図8参照)。さらに、ステップS103において、これら印加前後の検出電圧VOX1,VOX2を用いて印加前後電圧差ΔVOX(=VOX2−VOX1)が算出される。その後ステップS104において、素子インピーダンス検出用電圧VOM印加時に算出された素子インピーダンスRsが取得される。   First, in step S101, the detection voltage VOX is acquired. Next, in step S102, the detection voltage VOX1 before application of the element impedance detection voltage VOM and the detection voltage VOX2 after application of the element impedance detection voltage VOM detected at the timing closest to the processing timing T (n) are acquired. (See FIG. 8). Further, in step S103, a voltage difference ΔVOX before and after application (= VOX2−VOX1) is calculated using the detected voltages VOX1 and VOX2 before and after the application. Thereafter, in step S104, the element impedance Rs calculated when the element impedance detection voltage VOM is applied is acquired.

次に、ステップS105においては、その素子インピーダンスRsが所定の第1しきい値Rs1より大きいか否か、即ち酸素センサの検出素子温度が低温であるか否かが判断される。この第1しきい値Rs1は、例えば図9の実験結果に基づいて10000Ωとされる。   Next, in step S105, it is determined whether or not the element impedance Rs is larger than a predetermined first threshold value Rs1, that is, whether or not the detection element temperature of the oxygen sensor is low. The first threshold value Rs1 is set to 10000Ω based on the experimental result of FIG.

素子インピーダンスRsが第1しきい値Rs1より大きい場合、ステップS106に進んで、印加前後電圧差ΔVOXが所定の第1しきい値ΔVOXs1より大きいか否かが判断される。この第1しきいΔVOXs1は、例えば図9の実験結果に基づいて0.5Vとされる。   When the element impedance Rs is larger than the first threshold value Rs1, the process proceeds to step S106, and it is determined whether or not the voltage difference ΔVOX before and after application is larger than a predetermined first threshold value ΔVOXs1. The first threshold ΔVOXs1 is set to 0.5 V, for example, based on the experimental result of FIG.

印加前後電圧差ΔVOXが第1しきい値ΔVOXs1より大きい場合、ステップS107に進んで回路故障と判定される。   When the voltage difference ΔVOX before and after application is larger than the first threshold value ΔVOXs1, the process proceeds to step S107 and it is determined that a circuit failure has occurred.

そして、ステップS108において、ステップS101で取得された検出電圧VOXの値が保存されて本ルーチンが終了される。   In step S108, the value of the detection voltage VOX acquired in step S101 is saved, and this routine is terminated.

一方、ステップS105において、素子インピーダンスRsが第1しきい値Rs1以下と判断された場合、即ち酸素センサの検出素子温度が低温でないと判断された場合、ステップS109において、素子インピーダンスRsが所定の第2しきい値Rs2より小さいか否かが判断される。この第2しきい値Rs2は、ステップS105の第1しきい値Rs1より小さい値とされ、より詳細には、素子インピーダンスRsが第2しきい値Rs2より小さい場合に酸素センサの検出素子温度が活性温度且つ高温となるような値とされている。この第2しきい値Rs2は、例えば図10の実験結果に基づいて500Ωとされる。   On the other hand, if it is determined in step S105 that the element impedance Rs is equal to or lower than the first threshold value Rs1, that is, if it is determined that the detection element temperature of the oxygen sensor is not low, in step S109, the element impedance Rs is a predetermined first value. It is determined whether it is smaller than 2 threshold value Rs2. The second threshold value Rs2 is set to a value smaller than the first threshold value Rs1 in step S105. More specifically, when the element impedance Rs is smaller than the second threshold value Rs2, the detection element temperature of the oxygen sensor is The value is such that the activation temperature is high. The second threshold value Rs2 is set to 500Ω based on the experimental result of FIG.

素子インピーダンスRsが第2しきい値Rs2より小さい場合、ステップS110において、エアフローメータ16により検出された吸入空気量GAが所定の第1しきい値GAs1より小さいか又は所定の第2しきい値GAs2より大きいか否かが判断される。ここでGAs1<GAs2であり、例えば第1しきい値GAs1は5g/sec、第2しきい値GAs2は15g/secとされる。このステップS110においては実質的に、吸入空気量GAが低空気量又は高空気量であるか否かが判断されている。   When the element impedance Rs is smaller than the second threshold value Rs2, the intake air amount GA detected by the air flow meter 16 is smaller than the predetermined first threshold value GAs1 or the predetermined second threshold value GAs2 in step S110. It is determined whether it is larger. Here, GAs1 <GAs2, for example, the first threshold GAs1 is 5 g / sec, and the second threshold GAs2 is 15 g / sec. In step S110, it is substantially determined whether the intake air amount GA is a low air amount or a high air amount.

吸入空気量GAが第1しきい値GAs1より小さいか又は第2しきい値GAs2より大きい場合、即ち吸入空気量GAが低空気量又は高空気量である場合、ステップS111において、印加前後電圧差ΔVOXの絶対値が所定の第2しきい値ΔVOXs2より大きいか否かが判断される。この第2しきい値ΔVOXs2は、ステップS106の第1しきい値ΔVOXs1より小さい値とされ、例えば0.1Vとされる。   When the intake air amount GA is smaller than the first threshold value GAs1 or larger than the second threshold value GAs2, that is, when the intake air amount GA is a low air amount or a high air amount, in step S111, a voltage difference before and after application. It is determined whether or not the absolute value of ΔVOX is greater than a predetermined second threshold value ΔVOXs2. The second threshold value ΔVOXs2 is set to a value smaller than the first threshold value ΔVOXs1 in step S106, for example, 0.1V.

印加前後電圧差ΔVOXの絶対値が第2しきい値ΔVOXs2より大きい場合、ステップS112に進んで回路故障と判定される。即ち、低空気量又は高空気量のときは酸素センサが故障していても検出素子へのガスの交換がなくセンサノイズは発生しない。従って、この場合に印加前後電圧差ΔVOXの絶対値が第2しきい値ΔVOXs2より大きくなった原因は、第2スイッチ素子79の故障にあるとみなすことができる。よってここでは回路故障と判定する。この後、ステップS108において検出電圧VOXの値が保存され、本ルーチンが終了される。   When the absolute value of the voltage difference ΔVOX before and after application is larger than the second threshold value ΔVOXs2, the process proceeds to step S112 and it is determined that a circuit failure has occurred. That is, when the amount of air is low or high, even if the oxygen sensor is out of order, there is no exchange of gas to the detection element and no sensor noise occurs. Therefore, in this case, the cause that the absolute value of the voltage difference ΔVOX before and after the application becomes larger than the second threshold value ΔVOXs2 can be regarded as a failure of the second switch element 79. Therefore, it is determined here as a circuit failure. Thereafter, in step S108, the value of the detected voltage VOX is stored, and this routine is terminated.

一方、ステップS109において、素子インピーダンスRsが第2しきい値Rs2以上と判断された場合、本ルーチンが終了される。即ち、素子インピーダンスRsが第2しきい値Rs2以上で且つ第1しきい値Rs1以下の場合は、センサ素子温度が活性温度手前の中間温度にあるとして故障診断を行わない。   On the other hand, if it is determined in step S109 that the element impedance Rs is greater than or equal to the second threshold value Rs2, this routine is terminated. That is, when the element impedance Rs is equal to or higher than the second threshold value Rs2 and equal to or lower than the first threshold value Rs1, failure diagnosis is not performed because the sensor element temperature is at an intermediate temperature before the activation temperature.

また、ステップS110において、吸入空気量GAが第1しきい値GAs1以上で且つ第2しきい値GAs2以下である場合、即ち中空気量である場合は、ステップS113に進む。   In step S110, if the intake air amount GA is not less than the first threshold GAs1 and not more than the second threshold GAs2, that is, if the amount of air is medium, the process proceeds to step S113.

ステップS113においては、CPU43に内蔵のカウンタがカウントアップされる。そしてステップS114において、検出電圧VOXに基づき、変動積算量Mvoxが計算される。次のステップS115においては、カウンタが所定時間tksを超えたか否かが判断される。この所定時間tksは、変動積算量Mvoxを計算する上での積算時間に相当し、例えば10secとされる。カウンタが所定時間tksを超えていなければ(即ち積算が終了してなければ)ステップS108を経てルーチン終了となり、カウンタが所定時間tksを超えていれば(即ち積算が終了していれば)ステップS116に進む。   In step S113, a counter built in CPU 43 is counted up. In step S114, the fluctuation integration amount Mvox is calculated based on the detected voltage VOX. In the next step S115, it is determined whether or not the counter has exceeded a predetermined time tks. The predetermined time tks corresponds to an integration time for calculating the fluctuation integration amount Mvox, and is set to 10 sec, for example. If the counter does not exceed the predetermined time tks (that is, if the integration has not ended), the routine ends through step S108, and if the counter exceeds the predetermined time tks (that is, if the integration has ended), step S116. Proceed to

ステップS116では、最終的に算出された変動積算量Mvoxが所定のしきい値Mvoxsを超えているか否か、即ち、センサ出力電圧の変動量がセンサ故障時相当となるほどに大きいか否かが判断される。しきい値Mvoxsは例えば10Vとされる。変動積算量Mvoxが所定のしきい値Mvoxsを超えていないと判断されたときは、ステップS108を経てルーチン終了となる。   In step S116, it is determined whether or not the finally calculated fluctuation integration amount Mvox exceeds a predetermined threshold value Mvoxs, that is, whether or not the fluctuation amount of the sensor output voltage is large enough to correspond to the sensor failure time. Is done. The threshold value Mvoxs is, for example, 10V. When it is determined that the fluctuation accumulated amount Mvox does not exceed the predetermined threshold value Mvoxs, the routine is ended through step S108.

他方、変動積算量Mvoxが所定のしきい値Mvoxsを超えていると判断されたときは、ステップS117でセンサ故障と判定される。そしてステップS118でカウンタがリセットされ、ステップS108で今回の検出電圧VOXが保存されてルーチンが終了される。   On the other hand, when it is determined that the fluctuation integration amount Mvox exceeds the predetermined threshold value Mvoxs, it is determined in step S117 that the sensor is faulty. In step S118, the counter is reset. In step S108, the current detection voltage VOX is stored, and the routine is terminated.

このように本実施形態によれば、酸素センサの素子インピーダンス及び(又は)吸入空気量の大きさによって場合分けをすることにより、センサ故障と回路故障とを区別して判定することができる。これによって故障部位の特定が可能となり、故障診断の精度を向上することができる。   As described above, according to the present embodiment, the sensor failure and the circuit failure can be distinguished and determined by dividing the case according to the element impedance of the oxygen sensor and / or the magnitude of the intake air amount. As a result, it is possible to specify a faulty part and improve the accuracy of fault diagnosis.

なお、本実施形態においては、ECU22によりインピーダンス基準故障判定手段、空気量基準故障判定手段及びインピーダンス・空気量基準故障判定手段が構成される。   In the present embodiment, the ECU 22 constitutes impedance reference failure determination means, air amount reference failure determination means, and impedance / air amount reference failure determination means.

本発明は他の実施形態を採ることも可能で、例えば前記実施形態で用いられた数値等は任意に変更が可能である。また、内燃機関は車載用に限定されず、酸素センサの配置方法や設置位置も任意に変更が可能である。   The present invention can take other embodiments. For example, the numerical values used in the embodiments can be arbitrarily changed. The internal combustion engine is not limited to being mounted on a vehicle, and the arrangement method and installation position of the oxygen sensor can be arbitrarily changed.

本発明は、素子インピーダンス検出時に電圧印加はできるが引き戻しができなくなるような回路故障が起きるものに対して有効である。従って、素子インピーダンス検出回路の故障には、例えば、引き戻し用スイッチ素子(第2スイッチ素子79)と接地点との間の断線等も含めることができる。   The present invention is effective for a case where a circuit failure occurs such that a voltage can be applied but cannot be pulled back when detecting the element impedance. Accordingly, the failure of the element impedance detection circuit can include, for example, a disconnection between the pull-back switch element (second switch element 79) and the ground point.

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

本実施形態に係る車載用内燃機関の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust gas purification system of the vehicle-mounted internal combustion engine which concerns on this embodiment. 酸素センサの取付状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the attachment state of an oxygen sensor. 酸素センサの検出素子周辺の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the detection element periphery of an oxygen sensor. 酸素センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of an oxygen sensor. 酸素センサの検出素子に欠損部が生じた場合の拡大断面図である。It is an expanded sectional view when a defective part arises in a detection element of an oxygen sensor. 変動積算量の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of a fluctuation | variation integration amount. 酸素センサ及びECUを含む電気回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the electric circuit containing an oxygen sensor and ECU. 素子インピーダンス検出時における検出電圧の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the detection voltage at the time of element impedance detection. 素子インピーダンスと印加前後電圧差との関係を調べた実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which investigated the relationship between element impedance and the voltage difference before and behind application. 素子インピーダンスと印加前後電圧差との関係を調べた実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which investigated the relationship between element impedance and the voltage difference before and behind application. (A)車速、(B)吸入空気量及び(C)検出電圧の経時的変化を調べた実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the experimental result which investigated the time-dependent change of (A) vehicle speed, (B) intake air amount, and (C) detection voltage. 故障診断処理を実行するルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of a routine for executing failure diagnosis processing.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
13 排気通路
19,20 酸素センサ
22 電子制御ユニット(ECU)
31 検出素子
43 中央処理ユニット(CPU)
79 第2スイッチ素子
B 素子インピーダンス検出回路
Rs 素子インピーダンス
Rs1 素子インピーダンスの第1しきい値
Rs2 素子インピーダンスの第2しきい値
VOM 素子インピーダンス検出用電圧
VOX 検出電圧
VOX1 印加前検出電圧
VOX2 印加後検出電圧
ΔVOX 印加前後電圧差
ΔVOXs1 印加前後電圧差の第1しきい値
ΔVOXs2 印加前後電圧差の第2しきい値
GA 吸入空気量
GA1 吸入空気量の第1しきい値
GA2 吸入空気量の第2しきい値
Mvox 変動積算量
Mvoxs 変動積算量のしきい値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 13 Exhaust passage 19, 20 Oxygen sensor 22 Electronic control unit (ECU)
31 Detection element 43 Central processing unit (CPU)
79 Second switch element B Element impedance detection circuit Rs Element impedance Rs1 Element impedance first threshold value Rs2 Element impedance second threshold value VOM Element impedance detection voltage VOX Detection voltage VOX1 Detection voltage VOX2 before application Detection voltage after application ΔVOX Pre- and post-application voltage difference ΔVOXs1 Pre-application voltage difference first threshold ΔVOXs2 Pre-application voltage difference second threshold GA Intake air amount GA1 Intake air amount first threshold GA2 Intake air amount second threshold Value Mvox Fluctuation integration amount Mvoxs Fluctuation integration amount threshold

Claims (8)

内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、少なくとも前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値に応じて、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定するインピーダンス基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
When the voltage difference of the oxygen sensor output voltage before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit or the absolute value thereof is larger than a predetermined value, at least according to the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit, An oxygen sensor failure diagnosis device, comprising: an impedance reference failure determination unit that distinguishes and determines a failure of the oxygen sensor and a failure of the element impedance detection circuit.
前記インピーダンス基準故障判定手段は、前記検出された素子インピーダンスの値が所定値より大きいとき前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する
ことを特徴とする請求項1記載の酸素センサの故障診断装置。
The oxygen sensor failure diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the impedance reference failure determination means determines that the device impedance detection circuit has failed when a value of the detected device impedance is greater than a predetermined value.
前記インピーダンス基準故障判定手段は、前記検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さいとき前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の酸素センサの故障診断装置。
The oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 1, wherein the impedance reference failure determination unit determines that the oxygen sensor is in failure when a value of the detected element impedance is smaller than a predetermined value.
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値が所定値より小さいとき、少なくとも前記吸入空気量検出手段により検出された前記吸入空気量の値に応じて、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定する空気量基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the internal combustion engine;
When the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit is smaller than a predetermined value, a failure of the oxygen sensor according to at least the value of the intake air amount detected by the intake air amount detection means, and the element An oxygen sensor failure diagnosis device comprising: an air amount reference failure determination unit that distinguishes and determines a failure of an impedance detection circuit.
前記酸素センサの出力電圧の変動積算量を算出する変動積算量算出手段をさらに備え、
前記空気量基準故障判定手段は、前記検出された吸入空気量の値が中程度の値であり、且つ、前記変動積算量算出手段により算出された変動積算量の値が所定値より大きいとき、前記酸素センサの故障と判定する
ことを特徴とする請求項4記載の酸素センサの故障診断装置。
A variable integrated amount calculating means for calculating a variable integrated amount of the output voltage of the oxygen sensor;
The air amount reference failure determining means has a medium value of the detected intake air amount, and when the value of the fluctuation integrated amount calculated by the fluctuation integrated amount calculating means is larger than a predetermined value, The oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 4, wherein the oxygen sensor failure is determined.
前記空気量基準故障判定手段は、前記検出された吸入空気量の値が低又は高程度の値であり、且つ、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値が所定値より大きいとき、前記素子インピーダンス検出回路の故障と判定する
ことを特徴とする請求項4又は5記載の酸素センサの故障診断装置。
The air amount reference failure determination means has a value of the detected intake air amount being a low or high value, and the voltage of the oxygen sensor output voltage before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit. 6. The oxygen sensor failure diagnosis device according to claim 4, wherein when the difference or the absolute value thereof is larger than a predetermined value, it is determined that the element impedance detection circuit has failed.
内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力を発生する酸素センサの故障診断装置において、
前記酸素センサに対し所定の素子インピーダンス検出用電圧を印加しその後それを引き戻し、この印加過程で前記酸素センサの素子インピーダンスを検出する素子インピーダンス検出回路と、
前記酸素センサの出力電圧を検出するためのセンサ出力電圧検出回路と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記検出された酸素センサの出力電圧の変動積算量を算出する変動積算量算出手段と、
前記素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの値及び前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量の値の少なくとも一つと、前記センサ出力電圧検出回路によって検出された前記印加前後の酸素センサ出力電圧の電圧差又はその絶対値及び前記変動積算量算出手段により算出された変動積算量の値の少なくとも一つとに基づき、前記酸素センサの故障と、前記素子インピーダンス検出回路の故障とを区別して判定するインピーダンス・空気量基準故障判定手段と
を備えたことを特徴とする酸素センサの故障診断装置。
In an oxygen sensor failure diagnosis device that is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and generates an electromotive force according to the oxygen concentration of exhaust gas,
Applying a predetermined element impedance detection voltage to the oxygen sensor and then pulling it back, and an element impedance detection circuit for detecting the element impedance of the oxygen sensor in this application process;
A sensor output voltage detection circuit for detecting an output voltage of the oxygen sensor;
Intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the internal combustion engine;
Fluctuation integration amount calculation means for calculating a fluctuation integration amount of the detected output voltage of the oxygen sensor;
At least one of the value of the element impedance detected by the element impedance detection circuit and the value of the intake air amount detected by the intake air amount detection means, and the oxygen sensor before and after the application detected by the sensor output voltage detection circuit Based on the voltage difference of the output voltage or the absolute value thereof and at least one of the values of the fluctuation integration amount calculated by the fluctuation integration amount calculation means, the failure of the oxygen sensor is distinguished from the failure of the element impedance detection circuit. An oxygen sensor failure diagnosis device comprising: an impedance / air amount reference failure determination means for determining.
前記素子インピーダンス検出回路の故障は、前記酸素センサからの電圧引き戻し時にONされるスイッチ素子の故障である
ことを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の酸素センサの故障診断装置。
The oxygen sensor failure diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the failure of the element impedance detection circuit is a failure of a switch element that is turned on when the voltage is pulled back from the oxygen sensor.
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