JP2018062916A - 内燃機関制御装置、内燃機関制御システム、および、内燃機関制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータの閉塞故障、又は、アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断して、故障時の対応およびメンテナンス利便性を向上することを目的とする。
【解決手段】内燃機関制御装置は、キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、第１の接続端子と第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、検出信号に基づいて気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関制御装置、内燃機関制御システム、および、内燃機関制御装置の制御方法に関する発明である。

従来、キャブレタ式の内燃機関を制御する内燃機関制御システムには、内燃機関の排気管内の酸素濃度に応じたセンサー電圧を出力する酸素センサーと、この酸素センサーが出力するセンサー電圧に基づいて、気化器の制御を行う内燃機関制御装置と、を備えたものが知られている（特許文献１）。

この従来の内燃機関制御システムでは、センサー電圧に基づいて出力される制御信号の変化量の違いから、酸素センサーの故障とそれ以外の故障とを判断する手法が提案されている。しかし、例えば、気化器内部のアクチュエータの故障によりエアバルブが瞬間的に閉塞もしくは開放に至った場合には、酸素センサーの故障時と同じようなセンサー電圧の挙動を示すため両者の違いを制御信号の変化量に基づいて判断できない。

特開昭５９−９６４５１号公報

既述のように、従来の、キャブレタ式の内燃機関を制御する内燃機関制御装置では、酸素センサーのセンサー電圧のみでは、酸素センサーの短絡故障、酸素センサー断線故障、気化器のアクチュエータの閉塞故障、及びアクチュエータの開放故障を判断できない。

このため、故障要因を明確に特定できず、故障時の対応およびメンテナンス利便性の向上が困難になる問題があった。

そこで、本発明では、キャブレタ式の内燃機関を制御する内燃機関制御装置において、酸素センサーのセンサー電圧の検出信号に基づいて、酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータの閉塞故障、又は、アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断して、故障時の対応およびメンテナンス利便性を向上することを目的とする。

本発明の一態様に係る実施例に従った内燃機関制御装置は、
キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、
前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、
前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、
前記検出信号に基づいて、前記気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの出力の短絡故障、前記酸素センサーの出力の断線故障、前記アクチュエータの閉塞故障、又は、前記アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記検出信号の値が、予め設定した第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断し、
前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値よりも高い第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記アクチュエータを開放状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記第２の異常閾値未満であり、前記第１の異常閾値と前記第２の異常閾値との間に設定されたリッチ／リーン判定値以下にならない場合には、前記アクチュエータに閉塞故障が発生していると判断し、
前記アクチュエータを閉塞状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値以上であり、前記リッチ／リーン判定値以上にならない場合には、前記アクチュエータに開放故障が発生していると判断する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記電圧検出回路は、
第１の入力端子が前記第１の接続端子に接続され、第２の入力端子が出力端子に接続され、前記出力端子から前記検出信号を出力するオペアンプと、
前記第１の入力端子と前記第２の接続端子との間に接続されたコンデンサと、
一端が前記第１の入力端子に接続され、他端が電源電位に接続され、前記第１の入力端子から前記電源電位に向かう方向が順方向となる第１の整流素子と、
一端が前記第２の入力端子に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続され、前記第２の入力端子から前記第１の入力端子に向かう方向が順方向となる第２の整流素子と、を備える
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記酸素センサーの故障及び前記アクチュエータの故障を判断した結果に基づいた警告情報を外部に出力する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記酸素センサーは、
前記酸素センサーの温度が所定値以上になることで活性化され、
前記検出した酸素濃度が低くなった場合には、前記センサー電圧を高くし、
前記検出した酸素濃度が高くなった場合には、前記センサー電圧を低くし、
前記制御部は、
前記センサー電圧が予め設定されたセンサー活性閾値以下になった場合には、前記酸素センサーが活性化していると判断する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記電圧検出回路は、前記第１の接続端子と前記第１の入力端子との間に接続された入力抵抗をさらに備える
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記電圧検出回路は、
前記第１の接続端子と前記電源電位との間に接続された抵抗をさらに備えることを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記第１の整流素子は、アノードが前記第１の入力端子に接続され、カソードが前記電源電位に接続された第１のダイオードであり、
前記第２の整流素子は、アノードが前記第２の接続端子に接続され、カソードが前記第１の入力端子に接続された第２のダイオードある
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記内燃機関の始動後、前記内燃機関の暖機が完了したか否かを判断する工程と、
前記内燃機関の暖機が完了していないと判断した場合には、第１判定期間、前記検出信号の値が予め設定した第１の異常閾値以下であるか否かを判断し、前記第１判定期間、前記検出信号の値が前記第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断する工程と、
前記内燃機関の暖機が完了している場合には、前記酸素センサーが活性化しているか否かを判断し、前記酸素センサーが活性化していないと判断した場合には、第２判定期間、前記検出信号の値が前記第１の異常閾値よりも高い第２の異常閾値以上であるか否かを判断し、前記第２判定期間、前記第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する工程と、を実行する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記制御部は、
前記酸素センサーが活性化している場合には、前記検出信号に基づいて、前記アクチュエータを制御するフィードバック制御を開始し、前記フィードバック制御の開始後、第３判定期間、前記検出信号の値が前記第２の異常閾値以上であるか否かを判断し、前記検出信号の値が、前記第３判定期間、前記第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する工程と、
前記検出信号の値が、前記第３判定期間、前記第２の異常閾値以上ではない場合には、前記検出信号の値が、第４判定期間、前記第１の異常閾値以下であるか否かを判断し、前記検出信号の値が、前記第４判定期間、前記第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断する工程と、
前記フィードバック制御の開始後、前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値と前記第２の異常閾値との間のリッチ／リーン判定値以上であるか否かを判断する工程と、
前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値以上である場合には、前記アクチュエータを開放状態に制御し、前記アクチュエータが開放状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値未満にならない場合には、前記アクチュエータに閉塞故障が発生していると判断する工程と、
前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値未満である場合には、前記アクチュエータを閉塞状態に制御し、前記アクチュエータが閉塞状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値以上にならない場合には、前記アクチュエータに開放故障が発生していると判断する工程と、を実行する
ことを特徴とする。

前記内燃機関制御装置において、
前記第３判定期間は、前記第２判定期間と異なり、前記第４判定期間は、前記第１判定期間と異なる
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施例に従った内燃機関制御システムは、
キャブレタ式の内燃機関を駆動する内燃機関制御システムであって、
前記内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じたセンサー電圧を第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力する酸素センサーと、
閉塞状態と開放状態を切り替えることで燃料と混合するための空気の吸入量を制御するアクチュエータを有し、前記アクチュエータにより制御した空気と燃料の混合気を前記内燃機関に供給する気化器と、
前記センサー電圧に基づいて、少なくとも前記気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置と、を備え、
前記内燃機関制御装置は、
前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、
前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の入力電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出回路と、
前記検出信号に基づいて、前記気化器の前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記センサー電圧に応じた前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの短絡・断線故障を判断するとともに前記アクチュエータの閉塞・開放故障を判断する
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る実施例に従った内燃機関制御装置の制御方法は、
キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、 前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、前記検出信号に基づいて、前記気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備えた内燃機関制御装置の制御方法であって、
前記制御部により、前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの出力の短絡（地絡）故障、前記酸素センサーの出力の断線故障、前記アクチュエータの閉塞故障、又は、前記アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する
ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る内燃機関制御装置は、キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器（キャブレタ）及び内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、第２の検出端子に接続され且つ固定電位（接地電位）に接続された第２の接続端子と、第１の接続端子と第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、検出信号に基づいて、気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備える。

そして、制御部は、検出信号に基づいて、酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータの閉塞故障、又は、アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する。

このように、本発明に係る内燃機関制御装置は、酸素センサーのセンサー電圧の検出信号に基づいて、酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータの閉塞故障、又は、アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する。

これにより、故障要因を明確に特定できるため、故障時の対応およびメンテナンス利便性が向上することができる。

図１は、第１の実施形態に係る内燃機関制御システム１００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示す内燃機関制御システム１００の内燃機関制御装置の構成の一例を示す図である。 図３は、図１及び図２に示す酸素センサーＯＳの正常時、酸素センサーＯＳの短絡故障時、及び酸素センサーＯＳの断線故障時における、検出信号ＶＯ_２と時間との関係の一例を示す図である。 図４は、図１及び図２に示すアクチュエータＺの正常時、アクチュエータＺの開放故障時、及びアクチュエータＺの閉塞故障時における、検出信号ＶＯ_２と時間との関係の一例を示す図である。 図５は、図１および図２に示す内燃機関制御装置ＥＣＵの制御方法の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面に基づいて説明する。

第１の実施形態

図１は、第１の実施形態に係る内燃機関制御システム１００の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す内燃機関制御システム１００の内燃機関制御装置の構成の一例を示す図である。また、図３は、図１及び図２に示す酸素センサーＯＳの正常時、酸素センサーＯＳの短絡故障時、及び酸素センサーＯＳの断線故障時における、検出信号ＶＯ_２と時間との関係の一例を示す図である。また、図４は、図１及び図２に示すアクチュエータＺの正常時、アクチュエータＺの開放故障時、及びアクチュエータＺの閉塞故障時における、検出信号ＶＯ_２と時間との関係の一例を示す図である。

この第１の実施形態に係る内燃機関制御システム１００は、例えば、図１、図２に示すように、気化器（キャブレタ）Ｋと、内燃機関Ｅと、酸素センサーＯＳと、吸気管Ｚａと、排気管Ｚｂと、内燃機関制御装置ＥＣＵと、を備える。

この内燃機関制御システム１００は、例えば、二輪車等の車両に積載される。そして、この内燃機関制御システム１００の内燃機関制御装置ＥＣＵは、キャブレタ式の内燃機関Ｅを駆動するようになっている。この場合、内燃機関Ｅは、該二輪車のキャブレタ式の内燃機関である。

また、吸入管Ｚａは、内燃機関Ｅに供給する空気を外部から吸入するための配管である。

また、排気管Ｚｂは、内燃機関Ｅの排気ポートに接続され、内燃機関Ｅの排気ガスを外部に排出するための配管である。

また、気化器Ｋは、内燃機関Ｅの吸気ポートに気化した燃料を含む空気（混合気）を供給するようになっている。

この気化器Ｋは、例えば、図１に示すように、空気を吸入するための吸入管Ｚａに設けられたアクチュエータＺと、このアクチュエータＺを開放状態（アクチュエータＺの開度を広げる制御状態）又は閉塞状態（アクチュエータＺの開度を狭くする制御状態）に制御する制御装置Ｋａと備えている。

この制御装置Ｋａにより、アクチュエータＺの開放状態又は閉塞状態を制御（アクチュエータＺの開度を制御）することにより、内燃機関Ｅに吸入される空気量が制御される。

すなわち、気化器Ｋは、アクチュエータＺの閉塞状態と開放状態を切り替えることで燃料と混合するための空気の吸入量を制御する。そして、気化器Ｋは、このアクチュエータＺにより制御した空気と燃料の混合気を内燃機関Ｅに供給するようになっている。

なお、制御装置Ｋａは、内燃機関制御装置ＥＣＵが出力する制御信号に応じて、アクチュエータＺを開放状態又は閉塞状態に制御するようになっている。

また、酸素センサーＯＳは、内燃機関Ｅの排気管Ｚｂ内の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じたセンサー電圧ＶＤを第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に出力するようになっている。

そして、この酸素センサーＯＳは、酸素センサーＯＳの温度が所定値以上になることで活性化され、第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に予め設定されたセンサー活性閾値以下のセンサー電圧ＶＤを出力するようになっている。

そして、酸素センサーＯＳは、検出した酸素濃度が高くなった場合（すなわち、内燃機関Ｅに供給される混合気の空燃比が高くなった場合）には、第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に出力するセンサー電圧ＶＤを低くするようになっている。

一方、酸素センサーＯＳは、検出した酸素濃度が低くなった場合（すなわち、内燃機関Ｅに供給される混合気の空燃比が低くなった場合）には、第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に出力するセンサー電圧ＶＤを高くするようになっている。

そして、後述のように、このセンサー電圧ＶＤに応じた検出信号ＶＯ_２は、既述の空燃比が基準値に対してリーン状態若しくはリッチ状態であるかを判断するための信号である。

また、内燃機関制御装置（ＥＣＵ）は、酸素センサーＯＳが、第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に出力したセンサー電圧ＶＤに基づいて、少なくとも気化器（キャブレタ）Ｋ及び内燃機関Ｅの制御を行うようになっている。

また、内燃機関制御装置ＥＣＵは、例えば、図１、図２に示すように、第１の接続端子ＴＩ１と、第２の接続端子ＴＩ２と、電圧検出回路ＤＸと、制御部ＭＣＵと、制御端子ＥＩＮと、制御端子ＡＩＮと、を備える。

また、第１の接続端子ＴＩ１は、第１の検出端子ＴＤ１に接続されている。

また、第２の接続端子ＴＩ２は、第２の検出端子ＴＤ２に接続され且つ固定電位（接地電位）に接続されている。

また、制御端子ＥＩＮは、内燃機関Ｅに接続されている。内燃機関Ｅから出力された例えば温度センサー（図示せず）の出力信号が、この制御端子ＥＩＮを介して、内燃機関制御装置ＥＣＵに入力されるようになっている。

また、制御端子ＡＩＮは、気化器Ｋに接続されている。内燃機関制御装置ＥＣＵは、この制御端子ＡＩＮを介して、気化器Ｋの制御装置Ｋに、空気量を制御するための（すなわち、アクチュエータＺを制御するための）制御信号を出力するようになっている。

また、電圧検出回路ＤＸは、第１の接続端子ＴＩ１と第２の接続端子ＴＩ２との間の入力電圧に応じた検出信号ＶＯ_２を出力するようになっている。

この電圧検出回路ＤＸは、例えば、図２に示すように、オペアンプＡと、コンデンサＣと、第１の整流素子Ｄ１と、第２の整流素子Ｄ２と、抵抗Ｒ１と、入力抵抗Ｒ２と、を備える。

オペアンプＡは、非反転入力端子である第１の入力端子Ａ１（＋）が第１の接続端子ＴＩ１に接続され、反転入力端子である第２の入力端子Ａ２（−）が出力端子Ａ３に接続されている。このオペアンプＡは、第１の入力端子Ａ１と第２の入力端子Ａ２とに入力された電圧に応じて、出力端子Ａ３から検出信号ＶＯ_２を出力するようになっている。

また、コンデンサＣは、第１の入力端子Ａ１と第２の接続端子ＴＩ２との間に接続されている。

また、第１の整流素子Ｄ１は、一端が第１の入力端子Ａ１に接続され、他端が電源電位ＶＤＤに接続されている。この第１の整流素子Ｄ１は、第１の入力端子Ａ１から電源電位ＶＤＤに向かう方向が順方向となる。

この第１の整流素子Ｄ１は、例えば、図２に示すように、アノードが第１の入力端子Ａ１に接続され、カソードが電源電位ＶＤＤに接続された第１のダイオードである。

また、第２の整流素子Ｄ２は、一端が第２の入力端子Ａ２に接続され、他端が第１の入力端子Ａ１に接続されている。この第２の整流素子Ｄ２は、第２の入力端子Ａ２から第１の入力端子Ａ１に向かう方向が順方向となる。

この第２の整流素子Ｄ２は、例えば、図２に示すように、アノードが第２の接続端子ＴＩ２に接続され、カソードが第１の入力端子Ａ１に接続された第２のダイオードある。

また、抵抗Ｒ１は、第１の接続端子ＴＩ１と電源電位ＶＤＤ（第１の整流素子Ｄ１（ダイオード）Ｄ１の他端（カソード））との間に接続されている。

また、入力抵抗Ｒ２は、第１の接続端子ＴＩ１と第１の入力端子Ａ１との間に接続されている。

また、図２に示すように、制御部ＭＣＵは、電圧検出回路ＤＸが出力した検出信号ＶＯ_２に基づいて、制御端子ＡＩＮを介して、気化器Ｋに制御信号を出力して、制御装置Ｋａを制御することで、気化器ＫのアクチュエータＺを制御するようになっている。

ここで、例えば、図１に示すように、制御装置ＫａによりアクチュエータＺが閉塞状態から開放状態に制御されると、吸気管Ｚａから吸い込まれる空気量が増加するようになっている。

一方、制御装置ＫａによりアクチュエータＺが開放状態から閉塞状態に制御されると、吸気管Ｚａから吸い込まれる空気量が減少するようになっている。

このようにアクチュエータＺの開度により制御された空気流と燃料とが混合され、この燃料を含む混合気が内燃機関Ｅの内部（燃焼室）に流れ込むこととなる。

例えば、制御部ＭＣＵは、検出信号ＶＯ_２の値が、図３、図４に示すリッチ／リーン判定値ＶＴＨ１未満に（すなわち内燃機関Ｅの燃料の濃度が該基準値よりも低く）なると、気化器Ｋに制御信号を出力して、制御装置Ｋａを制御することで、気化器ＫのアクチュエータＺを閉塞状態に制御する（すなわち、アクチュエータＺの開度を狭くする）。

これにより、例えば、吸気管Ｚａから内燃機関Ｅに供給される空気が減少して、内燃機関Ｅの燃料の濃度が上昇することとなる。

一方、制御部ＭＣＵは、検出信号ＶＯ_２の値が、図３、図４に示すリッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上に（すなわち内燃機関Ｅの燃料の濃度が該基準値よりも高く）なると、気化器Ｋに制御信号を出力して、制御装置Ｋａを制御することで、気化器ＫのアクチュエータＺを開放状態に制御する（すなわち、アクチュエータＺの開度を広くする）。

これにより、例えば、吸気管Ｚａから内燃機関Ｅに供給される空気が増加して、内燃機関Ｅの燃料の濃度が低下することとなる。

この制御部ＭＣＵの上記の制御により、正常時には、検出信号ＶＯ_２の値が、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１を基準として、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１に近づくように（リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１を中心として変化するように）、制御される（図３、図４の正常時電圧のフィードバック制御）。

この制御部ＭＣＵのフィードバック制御により、内燃機関Ｅにおける空燃比が所定の目標値に制御されることとなる。

また、制御部ＭＣＵは、内燃機関Ｅから出力された信号が、この制御端子ＥＩＮを介して、入力されるようになっている。

ここで、この制御部ＭＣＵは、センサー電圧ＶＤに応じた検出信号ＶＯ_２に基づいて、酸素センサーＯＳの出力の短絡（地絡）故障、酸素センサーＯＳの出力の断線故障、アクチュエータＺの閉塞故障、又は、アクチュエータＺの開放故障の少なくとも何れかを判断するようになっている。

例えば、制御部ＭＣＵは、暖機完了後、検出信号ＶＯ_２の値（電圧値）が、第１判定期間（若しくは第４判定期間）、予め設定した第１の異常閾値Ｌｏ以下である場合には、酸素センサーＯＳに地絡故障が発生していると判断するようになっている（図３の短絡故障電圧）。

また、制御部ＭＣＵは、検出信号ＶＯ_２の値（電圧値）が、第２判定期間（若しくは第３判定期間）、第１の異常閾値Ｌｏよりも高い第２の異常閾値Ｈｉ以上である場合には、酸素センサーＯＳに断線故障が発生していると判断するようになっている（図３の断線故障電圧）。

このように、制御部ＭＣＵは、酸素センサーＯＳの短絡・断線故障を判断するようになっている。

また、例えば、制御部ＭＣＵは、アクチュエータＺを開放状態に制御したにも拘わらず、検出信号ＶＯ_２の値が、第２の異常閾値Ｈｉ未満であり、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以下に変化しない場合には、アクチュエータＺに閉塞故障（アクチュエータＺが閉塞した状態から変化しない故障）が発生していると判断するようになっている（図４の閉塞故障電圧）。

また、制御部ＭＣＵは、アクチュエータＺを閉塞状態に制御したにも拘わらず、検出信号ＶＯ_２の値が、第１の異常閾値Ｌｏ以上であり、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上に変化しない場合には、アクチュエータＺに開放故障（アクチュエータＺが開放した状態から変化しない故障）が発生していると判断するようになっている（図４の開放故障電圧）。

このように、制御部ＭＣＵは、アクチュエータＺの閉塞・開放故障を判断するようになっている。

なお、この制御部ＭＣＵは、これらの酸素センサーＯＳの故障及びアクチュエータＺの故障を判断した結果に基づいた警告情報を外部に出力するようにしてもよい。この場合、制御部ＭＣＵは、例えば、当該警告情報をインジケータ（図示せず）に出力するようにしてもよい。

また、制御部ＭＣＵは、検出信号ＶＯ_２が活性判断値ＶＴＨ２以下になった場合（すなわち、センサー電圧ＶＤが予め設定されたセンサー活性閾値以下になった場合）には、酸素センサーＯＳが活性化していると判断するようになっている。

ここで、以上のような構成を有する内燃機関制御装置ＥＣＵの制御方法の一例について説明する。図５は、図１および図２に示す内燃機関制御装置ＥＣＵの制御方法の一例を示す図である。

例えば、制御部ＭＣＵは、起動（内燃機関Ｅの始動）後、気化器ＫのアクチュエータＺを制御する制御装置Ｋａを初期化（アクチュエータＺを所定の基準位置に制御）する（ステップＳ１）。

そして、制御部ＭＣＵは、内燃機関Ｅの始動後、内燃機関Ｅの暖機が完了したか否かを判断する（ステップＳ２）。なお、制御部ＭＣＵは、例えば、既述の温度センサーの出力信号に基づいて、内燃機関Ｅの温度を取得し、所定時間、内燃機関Ｅの温度が所定温度以上になることで、内燃機関Ｅの暖機が完了していると判断する。

そして、制御部ＭＣＵは、ステップＳ２において内燃機関Ｅの暖機が完了していないと判断した場合には、該第１判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が予め設定した第１の異常閾値Ｌｏ以下であるか（Ｌｏ側の異常に張り付いているか）否かを判断する（ステップＳ３）。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ３において、該第１判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が第１の異常閾値Ｌｏ以下であると判断した場合には、酸素センサーＯＳに短絡（地絡）故障が発生していると判断する（ステップＳ４）。

また、制御部ＭＣＵは、ステップＳ３において、該第１判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が第１の異常閾値Ｌｏ以下ではないと判断した（短絡故障ではない）場合には、既述のステップＳ２を再度実行して、内燃機関Ｅの暖機が完了したか否かを判断することとなる。

一方、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ２において内燃機関Ｅの暖機が完了していると判断した場合には、酸素センサーＯＳが活性化しているか否かを判断する（ステップＳ５）。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ５において酸素センサーＯＳが活性化していないと判断した場合には、該第２判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が第１の異常閾値Ｌｏよりも高い第２の異常閾値Ｈｉ以上であるか否かを判断する（ステップＳ６）。

そして、制御部ＭＣＵは、該第２判定期間、第２の異常閾値Ｈｉ以上であると判断した場合には、酸素センサーＯＳに断線故障が発生していると判断する（ステップＳ７）。

また、制御部ＭＣＵは、ステップＳ６において、該第２判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が第１の異常閾値Ｌｏよりも高い第２の異常閾値Ｈｉ以上ではないと判断した（断線故障ではない）場合には、既述のステップＳ５を再度実行して、酸素センサーＯＳが活性化しているか否かを判断することとなる。

そして、制御部ＭＣＵは、酸素センサーＯＳが活性化している場合には、検出信号ＶＯ_２に基づいて（検出信号ＶＯ_２が既述のリッチ／リーン判定値ＶＴＨに近づくように）、アクチュエータＺを制御するフィードバック制御（図３、図４）を開始する（ステップＳ８）。

そして、制御部ＭＣＵは、ステップＳ８のフィードバック制御の開始後、該第３判定期間、検出信号ＶＯ_２の値が第２の異常閾値Ｈｉ以上であるか否かを判断する（ステップＳ９）。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ９において、検出信号ＶＯ_２の値が、該第３判定期間、第２の異常閾値Ｈｉ以上であると判断した場合には、酸素センサーＯＳに断線故障が発生していると判断する（ステップＳ１０）。

なお、上記第３判定期間は、例えば、既述の第２判定期間と異なる（より短くなる）ように設定されている。

一方、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ９において、検出信号ＶＯ_２の値が、該第３判定期間、第２の異常閾値Ｈｉ以上ではないと判断した（断線故障ではない）場合には、検出信号ＶＯ_２の値が、該第４判定期間、第１の異常閾値Ｌｏ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１１において、検出信号ＶＯ_２の値が、該第４判定期間、第１の異常閾値Ｌｏ以下であると判断した場合には、酸素センサーＯＳに短絡（地絡）故障が発生していると判断する（ステップＳ１２）。

なお、上記第４判定期間は、例えば、既述の第１判定期間と異なる（より短くなる）ように設定されている。

一方、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ１１において、検出信号ＶＯ_２の値が、該第４判定期間、第１の異常閾値Ｌｏ以下ではないと判断した（短絡故障ではない）場合には、検出信号ＶＯ_２の値が、第１の異常閾値Ｌｏと第２の異常閾値Ｈｉとの間のリッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１３において、検出信号ＶＯ_２の値が、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上であると判断した場合には、その後、検出信号ＶＯ_２の値が、第２の異常閾値Ｈｉ未満であり、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１未満にならないか否かを判断する（ステップＳ１４）。

すなわち、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１４において、アクチュエータＺを開放状態に制御したにも拘わらず、所定時間ＶＯ２の値がリーン側に変化しないかを判断する。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１４において、アクチュエータＺが開き切っていない場合には、アクチュエータＺを開放状態に制御する（ステップＳ１５）。そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１５の後、ステップＳ９の判断を再度実行することとなる。

一方、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ１４において、アクチュエータＺが開放状態に制御したにも拘わらず、検出信号ＶＯ_２の値が、該リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１未満にならない場合には、アクチュエータＺに閉塞故障が発生していると判断する（ステップＳ１６）。

また、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ１３において、検出信号ＶＯ_２の値が、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１未満であると判断した場合には、その後、検出信号ＶＯ_２の値が、第１の異常閾値Ｌｏ以上であり、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上にならないか否かを判断する（ステップＳ１７）。

すなわち、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１７において、アクチュエータＺを閉塞状態に制御したにも拘わらず、所定時間ＶＯ２の値がリッチ側に変化しないかを判断する。

そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１７において、アクチュエータＺが閉じ切っていない場合には、アクチュエータＺを閉塞状態に制御する（ステップＳ１８）。そして、制御部ＭＣＵは、このステップＳ１８の後、ステップＳ９の判断を再度実行することとなる。

一方、制御部ＭＣＵは、既述のステップＳ１７において、アクチュエータＺが閉塞状態に制御したにも拘わらず、検出信号ＶＯ_２の値が、リッチ／リーン判定値ＶＴＨ１以上にならない場合には、アクチュエータＺに開放故障が発生していると判断する（ステップＳ１９）。

このように、内燃機関制御装置ＥＣＵの制御方法では、以上のステップＳ１〜Ｓ１９で規定される工程を実行することで、酸素センサーのセンサー電圧の検出信号ＶＯ_２に基づいて、酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータＺの閉塞故障、又は、アクチュエータＺの開放故障の少なくとも何れかを判断するものである。

以上のように、本発明の一態様に係る内燃機関制御装置ＥＣＵは、キャブレタ式の内燃機関Ｅの排気管Ｚｂ内の酸素濃度を検出する酸素センサーＯＳが、第１の検出端子ＴＤ１と第２の検出端子ＴＤ２との間に出力したセンサー電圧ＶＤに基づいて、少なくとも気化器（キャブレタ）Ｋ及び内燃機関Ｅの制御を行う内燃機関制御装置ＥＣＵであって、第１の検出端子ＴＤ１に接続された第１の接続端子ＴＩ１、および、第２の検出端子ＴＤ２に接続され且つ固定電位（接地電位）に接続された第２の接続端子ＴＩ２と、第１の接続端子ＴＩ１と第２の接続端子ＴＩ２との間の電圧に基づいた検出信号ＶＯ_２を出力する電圧検出回路ＤＸと、検出信号ＶＯ_２に基づいて、気化器のアクチュエータＺを制御する制御部ＭＣＵと、を備える。

そして、制御部は、検出信号ＶＯ_２に基づいて、酸素センサーＯＳの出力の短絡故障、酸素センサーＯＳの出力の断線故障、アクチュエータＺの閉塞故障、又は、アクチュエータＺの開放故障の少なくとも何れかを判断する。

このように、本発明に係る内燃機関制御装置は、酸素センサーのセンサー電圧の検出信号ＶＯ_２に基づいて、酸素センサーの出力の短絡故障、酸素センサーの出力の断線故障、アクチュエータＺの閉塞故障、又は、アクチュエータＺの開放故障の少なくとも何れかを判断する。

これにより、故障要因を明確に特定できるため、故障時の対応およびメンテナンス利便性が向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 内燃機関制御システム
Ｋ 気化器（キャブレタ）
Ｅ 内燃機関
ＯＳ 酸素センサー
Ｚａ 吸気管
Ｚｂ 排気管
ＥＣＵ 内燃機関制御装置
ＴＩ１ 第１の接続端子
ＴＩ２ 第２の接続端子
ＤＸ 電圧検出回路
ＭＣＵ 制御部
ＥＩＮ 制御端子
ＡＩＮ 制御端子
Ｒ１ 抵抗
Ｒ２ 入力抵抗

Claims (14)

1. キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、
   前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、
   前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、
   前記検出信号に基づいて、前記気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの出力の短絡故障、前記酸素センサーの出力の断線故障、前記アクチュエータの閉塞故障、又は、前記アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する
   ことを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記検出信号の値が、予め設定した第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断し、
   前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値よりも高い第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記アクチュエータを開放状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記第２の異常閾値未満であり、前記第１の異常閾値と前記第２の異常閾値との間に設定されたリッチ／リーン判定値以下にならない場合には、前記アクチュエータに閉塞故障が発生していると判断し、
   前記アクチュエータを閉塞状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値以上であり、前記リッチ／リーン判定値以上にならない場合には、前記アクチュエータに開放故障が発生していると判断する
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記電圧検出回路は、
   第１の入力端子が前記第１の接続端子に接続され、第２の入力端子が出力端子に接続され、前記出力端子から前記検出信号を出力するオペアンプと、
   前記第１の入力端子と前記第２の接続端子との間に接続されたコンデンサと、
   一端が前記第１の入力端子に接続され、他端が電源電位に接続され、前記第１の入力端子から前記電源電位に向かう方向が順方向となる第１の整流素子と、
   一端が前記第２の入力端子に接続され、他端が前記第１の入力端子に接続され、前記第２の入力端子から前記第１の入力端子に向かう方向が順方向となる第２の整流素子と、を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記酸素センサーの故障及び前記アクチュエータの故障を判断した結果に基づいた警告情報を外部に出力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記酸素センサーは、
   前記酸素センサーの温度が所定値以上になることで活性化され、
   前記検出した酸素濃度が低くなった場合には、前記センサー電圧を高くし、
   前記検出した酸素濃度が高くなった場合には、前記センサー電圧を低くし、
   前記制御部は、
   前記センサー電圧が予め設定されたセンサー活性閾値以下になった場合には、前記酸素センサーが活性化していると判断する
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記電圧検出回路は、前記第１の接続端子と前記第１の入力端子との間に接続された入力抵抗をさらに備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記電圧検出回路は、
   前記第１の接続端子と前記電源電位との間に接続された抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記第１の整流素子は、アノードが前記第１の入力端子に接続され、カソードが前記電源電位に接続された第１のダイオードであり、
   前記第２の整流素子は、アノードが前記第２の接続端子に接続され、カソードが前記第１の入力端子に接続された第２のダイオードある
   ことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記制御部は、
    前記内燃機関の始動後、前記内燃機関の暖機が完了したか否かを判断する工程と、
    前記内燃機関の暖機が完了していないと判断した場合には、第１判定期間、前記検出信号の値が予め設定した第１の異常閾値以下であるか否かを判断し、前記第１判定期間、前記検出信号の値が前記第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断する工程と、
    前記内燃機関の暖機が完了している場合には、前記酸素センサーが活性化しているか否かを判断し、前記酸素センサーが活性化していないと判断した場合には、第２判定期間、前記検出信号の値が前記第１の異常閾値よりも高い第２の異常閾値以上であるか否かを判断し、前記第２判定期間、前記第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する工程と、を実行する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
11. 前記制御部は、
    前記酸素センサーが活性化している場合には、前記検出信号に基づいて、前記アクチュエータを制御するフィードバック制御を開始し、前記フィードバック制御の開始後、第３判定期間、前記検出信号の値が前記第２の異常閾値以上であるか否かを判断し、前記検出信号の値が、前記第３判定期間、前記第２の異常閾値以上である場合には、前記酸素センサーに断線故障が発生していると判断する工程と、
    前記検出信号の値が、前記第３判定期間、前記第２の異常閾値以上ではない場合には、前記検出信号の値が、第４判定期間、前記第１の異常閾値以下であるか否かを判断し、前記検出信号の値が、前記第４判定期間、前記第１の異常閾値以下である場合には、前記酸素センサーに地絡故障が発生していると判断する工程と、
    前記フィードバック制御の開始後、前記検出信号の値が、前記第１の異常閾値と前記第２の異常閾値との間のリッチ／リーン判定値以上であるか否かを判断する工程と、
    前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値以上である場合には、前記アクチュエータを開放状態に制御し、前記アクチュエータが開放状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値未満にならない場合には、前記アクチュエータに閉塞故障が発生していると判断する工程と、
    前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値未満である場合には、前記アクチュエータを閉塞状態に制御し、前記アクチュエータが閉塞状態に制御したにも拘わらず、前記検出信号の値が、前記リッチ／リーン判定値以上にならない場合には、前記アクチュエータに開放故障が発生していると判断する工程と、を実行する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関制御装置。
12. 前記第３判定期間は、前記第２判定期間と異なり、前記第４判定期間は、前記第１判定期間と異なる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
13. キャブレタ式の内燃機関を駆動する内燃機関制御システムであって、
    前記内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じたセンサー電圧を第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力する酸素センサーと、
    閉塞状態と開放状態を切り替えることで燃料と混合するための空気の吸入量を制御するアクチュエータを有し、前記アクチュエータにより制御した空気と燃料の混合気を前記内燃機関に供給する気化器と、
    前記センサー電圧に基づいて、少なくとも前記気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置と、を備え、
    前記内燃機関制御装置は、
    前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、
    前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の入力電圧に応じた検出信号を出力する電圧検出回路と、
    前記検出信号に基づいて、前記気化器の前記アクチュエータを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記センサー電圧に応じた前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの短絡・断線故障を判断するとともに前記アクチュエータの閉塞・開放故障を判断する
    ことを特徴とする内燃機関制御システム。
14. キャブレタ式の内燃機関の排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサーが、第１の検出端子と第２の検出端子との間に出力したセンサー電圧に基づいて、少なくとも気化器及び前記内燃機関の制御を行う内燃機関制御装置であって、前記第１の検出端子に接続された第１の接続端子、および、前記第２の検出端子に接続され且つ固定電位に接続された第２の接続端子と、 前記第１の接続端子と前記第２の接続端子との間の電圧に基づいた検出信号を出力する電圧検出回路と、前記検出信号に基づいて、前記気化器のアクチュエータを制御する制御部と、を備えた内燃機関制御装置の制御方法であって、
    前記制御部により、前記検出信号に基づいて、前記酸素センサーの出力の短絡（地絡）故障、前記酸素センサーの出力の断線故障、前記アクチュエータの閉塞故障、又は、前記アクチュエータの開放故障の少なくとも何れかを判断する
    ことを特徴とする内燃機関制御装置の制御方法。

Images