JP2008139241A - 空燃比センサのヒータ故障判定方法及びその装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気管に設置される、空燃比センサの検知素子に付設されるヒータの故障判定を、被水の可能性がある低温時にも検知素子を破損することなく短時間で行うことができる空燃比センサのヒータ故障判定方法およびその装置を提供する。
【解決手段】 ガス濃度検知素子とガス濃度検知素子を加熱するヒータとからなる空燃比センサのヒータ故障判定方法において、排気温度がガス濃度検知素子の被水の可能性があるとされる温度より小さい場合に、ヒータへの通電電流量と通電時間を、排気温度に対応して設定された限界通電電流量以下と限界通電時間以内にして、ヒータの通電時の通電電流の有無の検出を行い、通電電流の有無に基づいてヒータの故障の有無の判定を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設置される、排気ガス中の酸素や未燃ガス等の濃度を検出する空燃比センサのガス濃度検知素子に付設されるヒータの故障判定方法及びその装置に関する発明であり、被水の可能性がある低温時にも空燃比センサを破損することなく短時間で判定を可能とする空燃比センサのヒータ故障判定方法及びその装置に関する。

自動車に搭載したエンジンの空燃比制御システム等で使用されている空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）等のガス濃度センサの故障判定を行う技術として、ガス濃度センサのヒータに通電して、ヒータ通電時の電圧及び電流とヒータ非通電時の電圧及び電流からなる４つの値を各々の所定の閾値と大小比較して、断線や短絡等の故障の有無を判定するガス濃度センサに用いるヒータ制御系の故障判定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、酸素濃度センサにおいて、ヒータの通電時間が所定値に達したか否かを判定し、ヒータが昇温した後の酸素濃度センサの出力が所定の範囲内にあるか否かの判定からヒータの断線故障の有無を判断する酸素濃度センサ用ヒータの回路診断装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、これらの空燃比センサ等のガス濃度センサの診断においては、ヒータとガス濃度検知素子は一体で形成されており、ヒータ加熱時に、排気管内に溜まった水がガス濃度センサに当たって、ガス濃度検知素子（及びヒータ）が被水すると、ガス濃度検知素子が割れて壊れたり、ヒータが断線したりして、ガス濃度センサが故障してしまうという問題がある。

そのため、空燃比センサのヒータへの通電は、空燃比センサが配設されている排気管内に溜まった水が蒸発してから行うように、例えば、エンジン始動後の待ち時間等を設定して、排気管が１００℃になってから通電を開始する等、慎重に行われている。

その結果、ガソリンエンジンに比べて排気温度が低いディーゼルエンジンの場合や、空燃比センサがエンジンから離れた場所に設けられた場合は、排気管内に溜まった水を蒸発させるために、Ａ／Ｆセンサの通電検査開始までにエンジンの始動から相当な時間が必要となり、車両製造工程における診断コード等を見て、正常に組み立てられたかをチェックする検査工程（ＥＯＬ工程）が長くなってしまったり、市場サービスにおける検査に時間がかかる等の悪影響があった。
特開平１１−００６８１２号公報 特開平０３−２７６０６２号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の排気管に設置される、空燃比センサのガス濃度検知素子に付設されるヒータの故障判定を、被水の可能性がある低温時にも空燃比センサを破損することなく短時間で行うことができる空燃比センサのヒータ故障判定方法およびその装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の空燃比センサのヒータ故障判定方法は、内燃機関の排気管内に配置されるガス濃度検知素子と、該ガス濃度検知素子に付設されて通電により該ガス濃度検知素子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、前記ヒータへの通電による電力供給の制御により前記ヒータの温度を制御する空燃比センサのヒータ故障判定方法において、前記ガス濃度検知素子が被水時に前記ヒータへの通電により破壊する限界通電電流量と限界通電時間とを、排気温度検出部で検出される排気温度に対して予め設定し、前記検出された排気温度が、前記ガス濃度検知素子の被水の可能性があるとされる所定の第１排気温度より小さい場合に、前記ヒータへの通電電流量と通電時間を、該検出された排気温度に対応して設定された前記限界通電電流量以下と前記限界通電時間以内にして前記ヒータの通電時の断線状態の有無の検出を行い、該断線状態の有無に基づいて前記ヒータの故障の有無の判定を行うことを特徴とする。

この方法によれば、空燃比センサのヒータへの通電電流量と通電時間を、それぞれ限界通電電流量以下と限界通電時間以内とすることにより、ガス濃度検知素子が被水している場合であっても、ガス濃度検知素子が破壊される温度まで加熱されないので、ガス濃度検知素子の破壊を防止できる。つまり、ヒータに通電して、ヒータの断線状態の有無に基づいて空燃比センサの故障診断を行う方法において、被水で壊れる温度に達しない通電電流量と通電時間の組合せで、通電し、断線状態の有無を検出する。

従って、空燃比センサのガス濃度検知素子が被水している時であっても、ガス濃度検知素子の破損を回避しながら、ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を行うことができ、この断線状態の有無に基づいてヒータの故障の有無の判定を行うことができる。なお、これらの通電電流量と通電時間は、排気温度検出部で検出された排気温度に対応して設定されるが、これらの具体的な数値は、予め、実験や計算などにより適切な値に設定することができる。なお、通電電流量を一定にしてもよく、あるいは、通電時間を一定にしてもよい。

また、上記の空燃比センサのヒータ故障判定方法において、前記限界通電時間以内の前記ヒータへの通電を、所定の休電時間を挟んで繰り返し、前記ヒータへの通電の繰り返し毎に前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を行うことを特徴とする。

この方法によれば、ヒータへの通電を、ガス濃度検知素子が破損する温度に上昇する前に止めることによって、断線状態の有無の判定時間が短くなって、断線状態の有無の判定精度が低下するのを、繰り返し測定で補うことができ、判定精度を向上して誤判定を回避できる。また、休電時間を挟むことでガス濃度検知素子とヒータの温度を低下させることができるので、ガス濃度検知素子の破損を確実に回避できる。

また、上記の空燃比センサのヒータ故障判定方法において、前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を繰り返し、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えた場合に、前記ヒータが故障であるとの判定をし、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えずに、判定の繰り返し数が所定の最大試行回数を超えた時には、前記ヒータが故障で無いとの判定をすることを特徴とする。

この方法によれば、所定の判定用回数を超えた場合にヒータが故障状態であるとの判定するので、断線状態の有無の判定時間が比較的短時間となるのを補って、ヒータの故障判定精度を向上できる。また、所定の最大試行回数を超える回数まで判定しない場合に比べて、短時間で故障判定を確定できる。

更に、上記の空燃比センサのヒータ故障判定方法において、前記所定の休電時間を、判定を繰り返す毎に増加させると、ヒータの昇温を繰り返した場合、回を重ねるにつれてガス濃度検知素子とヒータの温度が上昇していくので、非通電で冷えるのを待つ休電時間を徐々に長くすることで、ガス濃度検知素子の破損を防ぐことができる。なお、この休電時間又は休電時間の増加量は通電回数に従って、等差数列や等比数列で増加させてもよい。また、通電回数毎により、予めその後の休止時間を個々に設定しておいてもよい。これらの休電時間は、予め実験や計算、水温、外気温などに基づき設定し、制御部に記憶しておく。

そして、上記の目的を達成するための空燃比センサのヒータ故障判定装置は、内燃機関の排気管内に配置されるガス濃度検知素子と該ガス濃度検知素子に付設されて、通電により該ガス濃度検知素子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、前記ヒータへの通電による電力供給を制御することで前記ヒータの温度を制御すると共に、前記ヒータへの通電時における断線状態の有無に基づいて前記ヒータの故障の有無の判定を行う制御部と、排気温度を検出する排気温度検出部とを備えた空燃比センサのヒータ故障判定装置において、前記ガス濃度検知素子が、被水時に前記ヒータへの通電により破壊する限界通電電流量と限界通電時間とが、前記排気温度検出部で検出される排気温度に対して予め設定されると共に、前記制御部が、前記排気温度検出部で検出された排気温度が、前記ガス濃度検知素子の被水の可能性があるとされる所定の第１排気温度より小さい場合に、前記ヒータへの通電量と通電時間を、前記検出された排気温度に対応して設定された前記限界通電電流量以下と前記限界通電時間以内にして、前記ヒータの通電時の断線状態の有無の検出を行うように構成される。

また、上記の空燃比センサのヒータ故障判定装置において、前記制御部が、前記限界通電時間以内の前記ヒータへの通電を、所定の休電時間を挟んで繰り返し、前記ヒータへの通電の繰り返し毎に前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を行うように構成される。

また、上記の空燃比センサのヒータ故障判定装置において、前記制御部が、前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を繰り返し、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えた場合に、前記ヒータが故障状態であるとの判定をし、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えずに、判定の繰り返し数が所定の最大試行回数を超えた時には、前記ヒータが故障状態で無いとの判定するように構成される。

更に、上記の空燃比センサのヒータ故障判定装置において、前記制御部が、前記所定の休電時間を、判定を繰り返す毎に増加させるように構成される。

これらの構成により、上記の空燃比センサのヒータ故障判定方法を実施でき、同様な作用効果を奏することができる。

本発明の空燃比センサのヒータ故障判定方法及び装置によれば、空燃比センサのガス濃度検知素子が被水していても、破損しない程度の通電電流量と通電時間でヒータに通電して、断線状態の検出を行い、この結果を基に空燃比センサのヒータの故障判定を行うので、排気管内に溜まった水が蒸発するまで待たなくても、ヒータに通電して、空燃比センサの故障判定を行うことができる。

従って、内燃機関を作動して暖気して排気管内の溜まり水を蒸発させなくても、常時、空燃比センサの故障診断で故障判定を行うことができるようになる。また、車両製造時や、市場サービス時において、空燃比センサの故障診断を行う際に、排気管内の溜まり水を蒸発を待つために、エンジンを作動させたり、長時間待機したりすることを無くすことができる。

以下、本発明に係る実施の形態の空燃比センサのヒータ故障判定方法及びその装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、空燃比センサ１１は、エンジン（内燃機関：Ｅ）１の排気管（排気通路）２に配設される。この空燃比センサ１１の素子部１２は、ガス濃度検知素子１２ａと、このガス濃度検知素子１２ａを加熱するためのヒータ１２ｂとを有してなる。また、この空燃比センサ１１のヒータ故障判定装置１０は、空燃比センサ１１の出力信号を入力し、ヒータ１２ｂへの通電電流のオン・オフ及び通電電流量を制御する制御部１３を有して構成される。この制御部１３は通常はエンジン１を制御するエンジン制御装置（ＥＣＭ）３内に設けられることが多いが、別に設けてもよい。この制御部１３には、排気通路２に配設された排気ガスＧの温度Ｔｇを検出する排気温度センサ１４の出力信号も入力される。

次に、空燃比センサのヒータ故障判定方法について説明する。この空燃比センサのヒータ故障判定は、図２〜図４に例示された制御フローに従って実行される。この図２〜図４の制御フローは、空燃比センサのヒータ故障判定が必要な時に、上級の制御フロー、例えば、エンジンの制御を行うメインの制御フロー等から呼ばれて実行され、実行後は、リターンするものとして示してある。

この図２の制御フローがスタートすると、スッテプＳ１０で、イグニッションキーがオン（ＯＮ）か否か、即ち、エンジンが起動状態にあるか否かを判定する。このステップＳ１０の判定で、イグニッションキーがオン（ＯＮ）でなければ（ＮＯ）リターンして、空燃比センサ１１の故障判定を行わずに終了する。このステップＳ１０の判定で、イグニッションキーがオン（ＯＮ）であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２０に行く。

ステップＳ２０では、排気温度センサ１４で検出された排気温度Ｔｇのチェックを行う。この排気温度Ｔｇのチェックでは、排気通路２内に水滴がある可能性があるか否かを排気温度Ｔｇが所定の閾値である所定の第１排気温度Ｔｃより小さいか否かで判定する。この所定の第１排気温度Ｔｃ、即ち、排気通路２内に水滴があったとしても蒸発してしまう温度は、予め実験などによりその値を求めておくことができ、求めた値を制御部１３に記憶しておく。

ステップＳ２０の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第１排気温度Ｔｃより小さくなければ（ＮＯ）、十分に排気管２が暖まっており、排気管２内には水滴が残っていないと判断する。この場合は、被水時のヒータ加熱によるガス濃度検知素子１２ａ等の破損の恐れが無いので、ステップＳ３０の通常の故障判定を行う。この通常の故障判定には、周知の故障判定方法を採用できる。

また、ステップＳ２０の判定で、排気温度Ｔｇが所定の第１排気温度Ｔｃより小さければ（ＹＥＳ）、排気管２が十分に暖まっておらず、排気管２内には水滴が残っている可能性があると判断して、被水時のヒータ加熱によるガス濃度検知素子１２ａ等の破損の恐れを考慮した、ステップＳ４０の温度上昇回避の故障判定を行う。

このステップＳ４０の温度上昇回避の故障判定は、図３に例示するような制御フローによって行われる。このステップＳ４０では、先ず、ステップＳ４１で、断線カウンターＤｃｎをリセットし（Ｄｃｎ＝０）、更に、診断回数カウンターＣｃｎをリセットする（Ｃｃｎ＝０）。

次のステップＳ４２で、通電電流量Ｉｓと通電時間ｔｏｎと休電時間ｔｏｆｆを設定する。この通電電流量Ｉｓと通電時間ｔｏｎは、この通電電流量Ｉｓと通電時間ｔｏｎであれば、ガス濃度検知素子１２ａ等が被水している時であってもこの通電によるヒータ加熱では破損する恐れがないという限界通電電流量以下の通電電流量と限界通電時間以内の通電時間である。この設定は、排気温度センサ１４で検出した排気温度Ｔｇに対応したこれらの値を予め実験等で求めて設定し、制御部１３に記憶されたマップデータ等から算出して設定する。即ち、検出した排気温度Ｔｇを基にマップデータを参照して算出する。なお、この通電時間ｔｏｎと休電時間ｔｏｆｆから、後で使用する所定の通電時間カウンター値Ｃ１ｃと所定の非通電時間カウンター値Ｃ２ｃが決まる。

そして、次のステップＳ５０で断線診断を行う。このステップＳ５０の断線診断を行う毎に診断回数カウンターＣｃｎはカウントされ、このステップＳ５０の断線診断で断線が検出される毎に断線カウンターＤｃｎはカウントされる。このステップＳ５０の断線診断は、図４に例示するような制御フローに従って行われる。

この図４の制御フローでは、ステップＳ５１で、通電電流量Ｉｓでヒータ１２ｂへの通電を開始し、診断回数カウンターＣｃｎをカウントし（Ｃｃｎ＝Ｃｃｎ＋１）、通電時間カウンターＣ１をリセットする（Ｃ１＝０）。また、非通電カウンターＣｄｃをリセットする（Ｃｄｃ＝０）。

次のステップＳ５２で、ヒータ電流Ｉｓをチェックし、ヒータ電流Ｉｓが所定の電流閾値Ｉｓｃより小さければ（ＮＯ）通電していない、即ち、非通電であるとして、ステップＳ５３に行き、非通電カウンターＣｄｃをカウントアップし（Ｃｄｃ＝Ｃｄｃ＋１）、ステップＳ５５に行く。一方、ステップＳ５２で、ヒータ電流Ｉｓが所定の電流閾値Ｉｓｃ以上であれば（ＹＥＳ）通電しているとして、ステップＳ５４に行き、非通電カウンターＣｄｃをカウントダウンし（Ｃｄｃ＝Ｃｄｃ−１）、ステップＳ５５に行く。

そして、ステップＳ５５〜Ｓ５６で通電の時間を通電時間ｔｏｎ以内とする。詳細には、ステップＳ５５で、通電時間カウンターＣ１をカウントし（Ｃ１＝Ｃ１＋１）、所定の経過時間Δｔ１を経過させる。次のステップＳ５６で、この通電時間カウンターＣ１をチェックして、所定の通電時間カウンター値Ｃ１ｃより小さいか否かを判定する。この判定で小さければ（ＹＥＳ）、ステップＳ５２に戻り、ヒータ１２ｂの電流Ｉｓのチェックを繰り返す。ステップＳ５６の判定で通電時間カウンターＣ１が所定の通電時間カウンター値Ｃ１ｃ以上であれば（ＮＯ）通電の時間が通電時間ｔｏｎ（≒Δｔ１×Ｃ１ｃ）に達したとして、ステップＳ５７に行く。この所定の通電時間カウンター値Ｃ１ｃは、通電時間ｔｏｎを経過時間Δｔ１で除したものであり、Ｃ１ｃ＝ｔｏｎ／Δｔ１となる。なお、厳密にはΔｔ１はステップＳ５５のみの経過時間ではなく、ステップＳ５２〜Ｓ５６における経過時間である。

ステップＳ５７では、非通電カウンターＣｄｃをチェックする。この非通電カウンターＣｄｃが所定の判定値Ｃｄｃｃ以上であれば（ＹＥＳ）、この回（Ｃｃｎ）の断線診断は断線状態であると判定して、ステップＳ５８で、断線カウンターＤｃｎをカウントし（Ｄｃｎ＝Ｄｃｎ＋１）、ステップＳ５９に行く。また、非通電カウンターＣｄｃが所定の判定値Ｃｄｃｃ以上でなければ（ＮＯ）、この回（Ｃｃｎ）の断線診断は断線状態ではないと判定して、そのままステップＳ５９に行く。

つまり、このステップＳ５２〜Ｓ５４とＳ５７により、ヒータ１２ｂの電流Ｉｓが所定の電流閾値Ｉｓｃ以上の時の回数が、未満の時の回数よりもＣｄｃｃ回多い時に断線状態であると判断して、ステップＳ５８で断線カウンターＤｃｎをカウントする。これにより、電流Ｉｓのノイズを排除してより正確な断線判定を行うことができる。なお、この所定の判定値Ｃｄｃｃは実験などにより予め設定でき、制御部１３に記憶しておく。

ここでは、断線状態の判定をステップＳ５２〜Ｓ５４とＳ５７でノイズを除去しながら行っているが、ハード的にフィルタ等でノイズを除去したり、平均化して、通電時間内の１回の検出電流から断線状態であるか否かを判定するようにしてもよい。

そして、ステップＳ５９〜Ｓ６１で非通電の時間を非通電時間ｔｏｆｆ以上とする。ステップＳ５９では、ヒータ１２ｂへの通電を停止し、非通電時間カウンターＣ２をリセットする（Ｃ２＝０）。そして、ステップＳ６０で、非通電時間カウンターＣ２をカウントし（Ｃ２＝Ｃ２＋１）、所定の経過時間Δｔ２を経過させる。次のステップ６１で、この非通電時間カウンターＣ２をチェックして、所定の非通電時間カウンター値Ｃ２ｃより小さいか否かを判定する。この判定で小さければ（ＹＥＳ）、ステップＳ６０に戻り、ステップＳ６０を繰り返す。ステップＳ６１の判定で非通電時間カウンターＣ２が所定の非通電時間カウンター値Ｃ２ｃ以上であれば（ＮＯ）非通電の時間が休電時間ｔｏｆｆ（≒Δｔ２×Ｃ２ｃ）に達したとして、図３のステップＳ４３に行く。この所定の非通電時間カウンター値Ｃ２ｃは、非通電時間ｔｏｆｆを経過時間Δｔ２で除したものであり、Ｃ２ｃ＝ｔｏｆｆ／Δｔ２＋１となる。なお、厳密にはΔｔ２はステップＳ６０のみの経過時間でがなく、ステップＳ６０〜Ｓ６１の経過時間である。

図３の制御フローのステップＳ４３では、断線カウンターＤｃｎをチェックして、所定の断線カウンター値Ｄｃｎｃ以上か否かを判定する。断線カウンターＤｃｎが所定の断線カウンター値Ｄｃｎｃ以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４５に行き、空燃比センサ１１は故障であると判定し、エラー表示等の故障検出時の処理を行う。なお、断線カウンターＤｃｎを所定の断線カウンター値Ｄｃｎｃとする（Ｄｃｎ＝Ｄｃｎｃ）。そして、故障判定が済んだので、図２の制御フローに戻り、ステップＳ１０に戻る。

また、ステップＳ４３の判定で、断線カウンターＤｃｎが所定の断線カウンター値Ｄｃｎｃ以上でなければ（ＮＯ）、ステップＳ４４に行き、診断回数断線カウンターＣｃｎをチェックして、所定の診断回数値Ｃｃｎｍ以上か否かを判定する。診断回数断線カウンターＣｃｎが所定の診断回数値Ｃｃｎｍ以上の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４６で、空燃比センサ１１は故障でないと判定し、正常時の処理を行う。なお、断線カウンターＤｃｎをリセットする（Ｄｃｎ＝０）。そして、故障判定が済んだので、図２の制御フローに戻り、ステップＳ１０に戻る。

一方、ステップＳ４４で、診断回数断線カウンターＣｃｎが所定の診断回数値Ｃｃｎｍ以上でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ４７でエンジンのイグニッションキーがオン（ＯＮ）か否か、即ち、エンジンが起動状態にあるか否かを判定する。このステップＳ４７の判定で、イグニッションキーがオン（ＯＮ）でなければ（ＮＯ）図２の制御フローに戻り、ステップＳ１０に戻る。また、このステップＳ４７の判定で、イグニッションキーがオン（ＯＮ）であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４８に行く。

このステップＳ４８では、排気温度センサ３で検出された排気温度Ｔｇのチェックを行う。この排気温度Ｔｇのチェックでは、排気通路２内に水滴があるか否かを排気温度Ｔｇが所定の閾値である所定の第１排気温度Ｔｃより小さいか否かで判定する。

このステップＳ４８で、排気温度Ｔｇが所定の第１排気温度Ｔｃより小さくなければ（ＮＯ）、十分に排気管２が暖まっており、排気管２内には水滴が残っていないと判断する。この場合は、被水時のヒータ加熱によるガス濃度検知素子１２ａの破損の恐れが無いので、図２の制御フローに戻り、ステップＳ１０に戻る。この場合はステップＳ３０で通常の空燃比センサ１０の故障判定を行うことになる。

また、ステップＳ４８で、排気温度Ｔｇが所定の閾値Ｔｃより小さければ（ＹＥＳ）、排気管２が十分に暖まっておらず、排気管２内には水滴が残っているかもしれないと判断して、ステップＳ５０に戻る。これにより、被水時のヒータ加熱によるガス濃度検知素子１２ａの破損の恐れを考慮したステップＳ４０の温度上昇回避の故障判定を繰り返す。

この図２の制御フローにより、イグニッションキーがオンで、かつ、排気温度Ｔｇが所定の第１排気温度Ｔｃよりも低い間、ステップＳ４０の温度上昇回避の故障判定を繰り返す。なお、図示していないが、制御の途中でイグニッションキーがオフとなった場合は、割り込むにより、予め設定された適切な終了作業をして、この図２〜図５の制御フローを終了する。

そして、この図２〜図４の制御フローに基づく制御によれば、図４のステップＳ５１〜Ｓ５７により、断線診断を所定の回数Ｃｃｎだけ繰り返した後で、ヒータ電流Ｉｓが所定の電流閾値Ｉｓｃより小さく、通電されていないとの判断回数がヒータ電流Ｉｓが所定の電流閾値Ｉｓｃ以上で通電されているとの判断回数よりも、所定の閾値Ｃｄｃｃ分多くなった時に、断線状態にあると判定し、この断線判定が所定の閾値Ｄｃｎｃよりも大きくなった時に、エラー表示等の故障検出時の処理と行い、その他では、正常時の処理を行うことができる。

また、この図４の制御フローによれば、空燃比センサ１１の断線診断のために、ヒータ１２ｂに通電させる時に、一回の通電の時間を、被水で壊れてしまう温度に到達しない通電時間（ｔｏｎ≒Ｃ１ｃ×Δｔ１）とすることができ、これにより、排気管２内に溜まった水が蒸発するまで待たなくても通電させることができる。

この場合に、断線診断の判定時間が短くなってしまうので、電気的なノイズなどから誤診断する可能性が生じるので、通電による断線・非断線の判定の後に、ヒータ１２ｂの温度がある程度下がるまでの非通電時間（ｔｏｆｆ≒Ｃ２ｃ×Δｔ２）を経過させてから、次回の通電を行い診断する。この通電と非通電を繰り返し、誤診断が避けられるだけの診断回数Ｄｃｎｃを元に、空燃比センサ１１の故障を判定する。

なお、上記の制御フローでは、休電時間ｔｏｆｆを挟んで、通電を繰り返し、通電が非通電を所定の回数Ｃｄｃｃの上回る判定が出た場合に断線と判定するが、この通電時間ｔｏｎや休電時間ｔｏｆｆを一定として制御しているが、この通電時間ｔｏｎや休電時間ｔｏｆｆは、必ずしも一定でなくてもよい。

具体的な数値を入れた話で説明すれば、次のようになる。例えば、ヒータ１２ｂに通電させた時に、被水で壊れてしまう温度に到達する時間が５秒、断線の誤診断が避けられる時間を１０秒とした場合、連続で１０秒以上ヒータ１２ｂに通電してしまうと、被水で壊れてしまう温度を越えてしまう。そのため、１回の通電時間ｔｏｎを３秒とし、その間、ヒータ電流Ｉｓが流れているかを見る。その後、ヒータ１２ｂの温度がある程度下がるまでの休電時間ｔｏｆｆとして、例えば６０秒待ってから、２回目の通電時間ｔｏｎを３秒とし、これを繰り返す。その結果、例えば、断線カウンターＤｃｎの所定の断線カウンター値Ｄｃｎｃ＝３として、３回連続で断線判定が出た場合、又は、過去５回中３回断線判定が出た場合等に、断線状態であると判定する。

また、所定の休電時間ｔｏｆｆを経過しても、ガス濃度検知素子１２ａとヒータ１２ｂの温度が下がりきらない場合には、上記の空燃比センサ１１のヒータ故障判定方法及びその装置１０で、所定の休電時間ｔｏｆｆを、試行回数Ｃｃｎの回を繰り返す毎に増加させるように構成することが好ましい。これにより、所定の休電時間ｔｏｆｆでは、ヒータ１２ｂの昇温を繰り返して、回を重ねるにつれてガス濃度検知素子１２ａとヒータ１２ｂの温度が上昇していくような場合に対して、非通電で冷えるのを待つ休電時間ｔｏｆｆを徐々に長くすることで、ガス濃度検知素子１２ａの破損を防ぐことができる。例えば、１回目の通電時間を３秒とし、２回目の通電時間を２秒としたり、あるいは、ヒータ１２ｂの温度がある程度下がるまでの待ち時間を、１回目を１０秒、２回目を１５秒とする等である。

この休電時間ｔｏｆｆ又は休電時間ｔｏｆｆの増加量は通電回数Ｃｃｎに従って、等差数列や等比数列で増加させてもよく、また、通電回数Ｃｃｎ毎により、予めその後の休電時間ｔｏｆｆを個々に設定しておいてもよい。これらの休電時間ｔｏｆｆは、予め実験や計算などにより設定、あるいは、外気温センサ、水温センサ等の情報に基づき決定し、制御部に記憶しておく。

本発明に係る実施の形態の空燃比センサのヒータ故障判定装置の構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の空燃比センサのヒータ故障判定方法の制御フローの一例を示す図である。 図２の温度上昇回避の断線診断の制御フローを示す図である。 図３の断線診断の制御フローを示す図である。

符号の説明

１ エンジン（Ｅ）
２ 排気管（排気通路）
３ エンジン制御装置（ＥＣＭ）
１０ ヒータ故障判定装置
１１ 空燃比センサ
１２ 素子部
１２ａ ガス素子検知素子
１２ｂ ヒータ
１３ 制御部
１４ 排気温度センサ
Ｇ 排気ガス
Ｔｇ 温度

Claims (8)

1. 内燃機関の排気管内に配置されるガス濃度検知素子と、該ガス濃度検知素子に付設されて通電により該ガス濃度検知素子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、前記ヒータへの通電による電力供給の制御により前記ヒータの温度を制御する空燃比センサのヒータ故障判定方法において、
   前記ガス濃度検知素子が被水時に前記ヒータへの通電により破壊する限界通電電流量と限界通電時間とを、排気温度検出部で検出される排気温度に対して予め設定し、
   前記検出された排気温度が、前記ガス濃度検知素子の被水の可能性があるとされる所定の第１排気温度より小さい場合に、前記ヒータへの通電電流量と通電時間を、該検出された排気温度に対応して設定された前記限界通電電流量以下と前記限界通電時間以内にして前記ヒータの通電時の断線状態の有無の検出を行い、該断線状態の有無に基づいて前記ヒータの故障の有無の判定を行うことを特徴とする空燃比センサのヒータ故障判定方法。
2. 前記限界通電時間以内の前記ヒータへの通電を、所定の休電時間を挟んで繰り返し、前記ヒータへの通電の繰り返し毎に前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を行うことを特徴とする請求項１記載の空燃比センサのヒータ故障判定方法。
3. 前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を繰り返し、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えた場合に、前記ヒータが故障であるとの判定をし、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えずに、判定の繰り返し数が所定の最大試行回数を超えた時には、前記ヒータが故障で無いとの判定をすることを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比センサのヒータ故障判定方法。
4. 前記所定の休電時間を、判定を繰り返す毎に増加させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の空燃比センサのヒータ故障判定方法。
5. 内燃機関の排気管内に配置されるガス濃度検知素子と該ガス濃度検知素子に付設されて、通電により該ガス濃度検知素子を加熱するヒータとからなる空燃比センサと、前記ヒータへの通電による電力供給を制御することで前記ヒータの温度を制御すると共に、前記ヒータへの通電時における断線状態の有無に基づいて前記ヒータの故障の有無の判定を行う制御部と、排気温度を検出する排気温度検出部とを備えた空燃比センサのヒータ故障判定装置において、
   前記ガス濃度検知素子が、被水時に前記ヒータへの通電により破壊する限界通電電流量と限界通電時間とが、前記排気温度検出部で検出される排気温度に対して予め設定されると共に、
   前記制御部が、前記排気温度検出部で検出された排気温度が、前記ガス濃度検知素子の被水の可能性があるとされる所定の第１排気温度より小さい場合に、前記ヒータへの通電量と通電時間を、前記検出された排気温度に対応して設定された前記限界通電電流量以下と前記限界通電時間以内にして、前記ヒータの通電時の断線状態の有無の検出を行うことを特徴とする空燃比センサのヒータ故障判定装置。
6. 前記制御部が、前記限界通電時間以内の前記ヒータへの通電を、所定の休電時間を挟んで繰り返し、前記ヒータへの通電の繰り返し毎に前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を行うことを特徴とする請求項５記載の空燃比センサのヒータ故障判定装置。
7. 前記制御部が、前記ヒータの通電時の断線状態の有無の判定を繰り返し、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えた場合に、前記ヒータが故障状態であるとの判定をし、断線状態であるとの判定が所定の判定用回数を超えずに、判定の繰り返し数が所定の最大試行回数を超えた時には、前記ヒータが故障状態で無いとの判定することを特徴とする請求項５又は６記載の空燃比センサのヒータ故障判定装置。
8. 前記制御部が、前記所定の休電時間を、判定を繰り返す毎に増加させることを特徴とする請求項５、６又は７記載の空燃比センサのヒータ故障判定装置。

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