JP2936809B2 - 酸素センサーの劣化検出装置 - Google Patents

酸素センサーの劣化検出装置

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JP2936809B2
JP2936809B2 JP3182566A JP18256691A JP2936809B2 JP 2936809 B2 JP2936809 B2 JP 2936809B2 JP 3182566 A JP3182566 A JP 3182566A JP 18256691 A JP18256691 A JP 18256691A JP 2936809 B2 JP2936809 B2 JP 2936809B2
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の空燃比制御装
置において内燃機関の排気系に設置され、排気中の酸素
濃度に応じて信号を出力する酸素センサーの劣化検出に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、自動車の有害排気ガスを減少させ
かつ燃費や運転性を向上させるための手段としてエンジ
ン等内燃機関の排気ガス成分に関する情報によって空燃
比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置が提
案されている。
【0003】上記のごとき空燃比制御装置において、排
気ガス成分濃度を検出する排気センサーやその他の部分
に異常が生じた場合には、正常な制御が行なわれず、混
合気が適正値より過濃又は希薄になるおそれがある。そ
して混合気が希薄になるとエンジンの運転性,安定性が
低下し、また混合気が過濃になると排気ガス中の有害成
分が増加する等の問題が生ずるので、空燃比制御装置の
異常は速やかに検出し、適切な処置を行なう必要があ
る。
【0004】処でこのような空燃比制御方法において
は、排気ガスの成分の異常とか、制御システム上での異
常は使用されるセンサー例えば酸素センサー(以下単に
2 センサーと称する)自身の故障や劣化により制御を
適正に行い得ない場合に生じる。特に上記O2 センサー
は、エンジンの近傍設置される場合が多くそのため高
振動の影響を直接受けるため、劣化し易い反面、該
2 センサーの設置される位置はエンジンから排出され
た直後の排気ガスを検出するため、成分の構成が極めて
不安定である他当該エンジンにおけるサイクルの影響を
受けやすいので極めて正確な検出精度を常に有している
ことが望まれる。
【0005】従ってかかるO2 センサーの検出精度が何
らかの原因で低下した時には、速やかにその事態と原因
とを判明し、センサーの取り替等適切な処置を構ずる必
要があるが、従来においては、適切なO2 センサーの劣
化状態を容易にかつ適切に検出するための手段がみられ
なかった。
【0006】O2 センサーの劣化検出方法として特開昭
53−81824号公報が知られているが、かかる方法
においてはエンジンの排気口と触媒との間にO2 センサ
ーを設けるものであって一般に、O2 センサー出力によ
って行う空燃比フィードバック(F/B)周波数が、応
答性が低下するにつれて低下することを利用して、該F
/B周波数が所定の値より低下した時O2 センサーが劣
化したと判定している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、O2
ンサーの劣化パターンは、図10(a)に示すようにO
2 センサのZ特性の立ち上がりが理論空燃比からずれて
しまい、つまり空燃比の制御の中心がずれてしまうパタ
ーンと、(b)に示すように、O2 センサの応答性が悪
くなるパターンの2種類ある。(a)のタイプの劣化
は、F/B周波数自体は正常な場合とほとんど変わらな
いが、(b)のタイプの劣化を生じると、まずリッチ/
リーンの反転の検出自体が遅れるので、実際には過リー
ン過リッチになってはじめて逆方向へ空燃比が制御され
ることになり、結局、F/B周期が非常に長くなる、即
ち周波数が小さくなるという現象が生じる。
【0008】上記の公知技術は、周波数でO2 センサの
劣化判定をしているため、(b)のタイプの劣化は検出
できるが、(a)のタイプの劣化を判別することは不可
能である。しかし、実際のエミッションの悪化は上記2
つのパターンの劣化の組合せで起きるので、(a),
(b)両タイプの劣化を一挙に精度良く判定する必要が
ある。
【0009】本発明の目的は上述した従来技術における
欠点を改良し、簡易な技術構成によって精度良く、ま
た、効率的かつ経済的にO2 センサの劣化状態を検出し
うる装置を提供するものであり、もって排気ガス成分の
制御を実行しつつ燃費や運転性を向上させようとするも
のである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では、下流側のO
2 センサが触媒の後方にあるため劣化を生じにくいこと
に着目し、下流側のO2 センサのリッチ/リーン信号に
従って上流側O2 センサのF/B制御のディレー時間を
調整した上で上流側O2 センサのF/B周波数を測定
し、この周波数が所定値以下である時、第1の酸素セン
サーが劣化したものと判断するとともに、前記所定値を
機関の排気ガスのエミッションが悪くならない程度の値
に設定するようにした。
【0011】
【作用】これにより図10(a)のように、Z特性がず
れた場合でも下流側O2 センサのF/Bによってフロン
トO2 センサのF/B開始にディレー時間が加算される
ため、結局周波数が変調されるため、図10(a)のタ
イプの劣化も周波数の変化として現れるようになり、周
波数の値から劣化を判定できるようになる。
【0012】上流側のO2 センサのF/B制御周波数と
エミッションとの関係は図11に示される通りである。
つまり、ある所定の周波数を下回るとエミッションが悪
化する。従って、この周波数を上流側O2 センサの劣化
判定周波数とすればよい。
【0013】
【実施例】本発明の一例は上記した目的を達成するため
図1に示すような構成を有する内燃機関の空燃比制御装
置における02 センサー劣化検出装置を使用するもので
ある。即ち内燃機関1の排気系10に設けられた触媒
5、該排気系の該触媒の上流側と下流側とにそれぞれ設
けられ、排気ガス中の特定の成分濃度を検出するための
第1及び第2の酸素センサー4,6、該第1と第2の酸
素センサーの出力に基づいて、空燃比補正係数を算出
し、基準燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制
御回路3から構成された空燃比制御装置において、該空
燃比フィードバック制御回路3に、第1の酸素センサー
4の出力にもとづき空燃比のフィードバック信号がリッ
チ状態或いはリーン状態のいずれかであるかを検出する
第1の検出手段、該第1の検出手段11の出力に所定の
遅延時間を付与して空燃比フィードバック信号における
空燃比状態の反転時期を検出する第2の検出手段12、
第2の酸素センサー6の出力に応答して設定された遅延
時間を調整する遅延時間調整手段13、少なくとも一方
の判定時期を検出しその発生回数をカウントする第1の
カウンター14、該第1のカウンターのカウンター値が
所定の値に到達する迄のパルスをカウントする第2のカ
ウンター15、該第2のカウンター15のカウント値が
所定の値以上となった時に当該第1の酸素センサーが劣
化したものと判断して警告信号を出力する第3の検出手
段16とから構成されている内燃機関の空燃比制御装置
における酸素センサー劣化検出装置である。
【0014】本実施例は上記したように、前記した従来
技術における触媒の上流側に設けたO2 センサー(第1
のO2 センサー)に加えて第2のO2 センサーを排気系
の触媒の下流に設けるものであり、第1のO2 センサー
の出力にもとづく空燃比フィードバックにおける空燃比
フィードバックの状態がリーン状態からリッチ状態もし
くはリッチ状態からリーン状態へ反転する時点を所定の
遅延時間を考慮して判断しこれを計数し、当該反転回数
が所定の値に到達した時にその時点での初期値から時間
的要素を算出して、時間的要素が所定値以上であればO
2 センサーが劣化したものと判断するのであり、又上記
空燃比フィードバック信号の反転時期を判断するため設
定される遅延時間は第2のO2 センサーの出力により調
整するものであるからF/Bの制御中心がO2 センサー
の劣化等によりずれたとしても、その制御中心を上流O
2 センサーの劣化に依らず適正に保つことにより、上流
センサーの制御中心からの特性ずれもF/B周波数の変
化として現われるようにし、F/B周波数のみでO2
ンサーの2つの劣化パターンを検出することを可能とし
たものである。
【0015】以下、本発明に係るO2 センサーの劣化検
出装置の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
まず本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置に使用され
るO2 センサー劣化検出装置の基本的構成例を図1に示
す。図1において内燃機関であるエンジン1の吸気系に
は吸気量を検出するエアフロメータ2が設けられてお
り、その出力は空燃比フィードバック制御回路(EC
U)3に入力される。
【0016】エンジン1の排気系10には、上流側O2
センサー(第1のO2 センサー)4,触媒5,下流側O
2 センサー6が、排気上流側から順に設けられており、
両O 2 センサー4,6はそれぞれECU3に出力してい
る。またエンジン1にはクランク角センサー7が取付け
られており、その出力は又ECU3に入力される。これ
らセンサーの入力からECU3は燃料の噴射量を決定
し、決定された噴射量に応じて、吸気系に設けられたイ
ンジェクタ8を駆動することで、エンジン1の空燃比を
制御する。
【0017】また、ECU3は入力された信号から以下
に述べるように上流側O2 センサー4の劣化を検出し、
劣化が検出された時には警告灯9を点灯する。又上記空
燃比フィードバック制御回路(ECU)3には例えば図
2に示すような本発明に係るO2 センサー劣化検出回路
が設けられており、その基本的検出回路は、まず第1の
2 センサー4からの出力信号は第1の検出手段11に
おいて空燃比フィードバック信号がリッチであるかリー
ンであるかを判断し図3の波形(A)で示すような出力
信号を出力する。次にかかる出力信号は第2の検出手段
12において予め定められた所定の遅延時間TDRを第
1の検出手段11から出力信号に付与して該空燃比フィ
ードバック信号がリーン状態からリッチ状態或いはリッ
チ状態からリーン状態への反転時期を検出し、図3の波
形(C)に示すような出力信号をうる。この時上記遅延
時間TDRは、第1のO2 センサー4のみの情報では固
定的な値となり、排気濃度の極端な変化やセンサーその
ものの故障や劣化でフィードバック周波数(F/B)の
中心がずれると、リッチ,リーンの判断に誤りを生ずる
おそれがあるため、第2のO2 センサー6の出力を入力
する遅延時間調整手段13を用いてこの遅延時間を適宜
調整を行い適正なフィードバック周波数(F/B)が得
られるようにするものである。更に該第2の検出手段1
2からの出力における反転時点を第1のカウンター14
で計数しその値が所定の値になると初期値からその時点
までの時間的要素を例えば適当なパルスカウンター等か
らなる第2のカウンターで計数し、そのカウンター値を
第3の検出手段16において所定の値と比較し、所定の
値より大きいと判断した時はO2 センサーが劣化したと
判断して警報手段を駆動させる出力を出力するものであ
る(例えば、警告灯9を点灯させる)。
【0018】本発明におけるO2 センサー劣化検出装置
がその劣化を検出しようとするO2 センサーは主として
第1のO2 センサー4である。第2のO2 センサー6は
触媒5の下流側に配置されているのでエンジンオイル等
がふりかかり劣化するおそれはないため、主として第1
のO2 センサー4の出力を演算する場合の第1のO2
ンサー4の出力特性のバラツキを吸収するための調整デ
ーターを提供するものである。
【0019】本発明のように触媒5の上流と下流にそれ
ぞれ別個にO2 センサー4、と6を設けて空燃比フィー
ドバック制御及びO2 センサーの劣化を遅延時間の導入
により検出する方法についてその手順を詳述する。
【0020】即ち、本発明におけるO2 センサーを用い
て空燃比を制御する方法においては、一般的にはエンジ
ン1に吸入された吸入空気量(もしくは吸入空気圧)お
よび回転速度に応じて燃料噴射弁の基本噴射量を演算
し、エンジンの排気ガス中の特定成分たとえば酸素成分
の濃度を検出するO2 センサーの検出信号にもとづいて
演算された空燃比補正係数FAFに応じて前記基本噴射
量を補正し、この補正された噴射量に応じて実際に供給
される燃料量を制御する。この制御を繰返して最終的に
機関の空燃比を所定範囲内に収束させる。このような空
燃比フィードバック制御により、空燃比を理論空燃比近
傍の非常に狭い範囲内に制御できる。本発明においては
上記した空燃比補正係数FAFを求めて空燃比制御する
に際しかかる空燃比補正係数FAFを第1と第2のO2
センサーの出力を利用し第1のO2 センサー4の出力か
ら得られるリッチ状態、リーン状態の検出とそれらの状
態の反転時点の検出を第2のO2 センサー6の出力から
調整される遅延時間を導入して求めるとともに、そのデ
ータを利用して第1のO2 センサー4の劣化を検出する
ものである。
【0021】以下に上記本発明の行程を図4に示すフロ
ーチャートにより説明する。図4は第1のO2 センサー
4の出力にもとづいて空燃比補正係数FAF1を演算す
る空燃比フィードバック制御ルーチンであって、所定時
間たとえば4ms毎に実行される。
【0022】ステップ201では、第1のO2 センサー
4による空燃比のフィードバック条件が成立しているか
否かを判別する。エンジン始動中、始動後の燃料増量動
作中、暖機増量動作中、ワー増量動作中、リーン制御
中、第1のO2 センサー4の不活性状態時等はいずれも
フィードバック条件が不成立であり、その他の場合が閉
ループ条件成立である。なお、第1のO2 センサー34
の活性/不活性状態の判別は上記した空燃比フィードバ
ック制御回路3内に予め設けられているRAM等の記憶
手段に記憶されている水温データTHWを読出して例え
ば一THW≧70℃になったか否かを判別するか、あ
るいは第1のO2 センサー4の出力レベルが一度上下し
たか否かを判別することによって行われる。フィードバ
ック条件が不成立のときには、ステップ223に進んで
空燃比補正係数FAF1を1.0とし、ステップ224
にて後述するフィードバック回数カウンタ(CNT)を
クリアし、このルーチンを終了する。
【0023】他方、フィードバック条件成立の場合はス
テップ202に進む。ステップ202では、第1のO2
センサー4の出力V1 をA/D変換して取込み、ステッ
プ203にてV1 が比較電圧Vr1たとえば0.45V以
下か否かを判別する、つまり、空燃比がリッチかリーン
かを判別する。
【0024】図3に空燃比の状態を判別する波形図の1
例が示されており、第1のO2 センサー4の出力V1
図3の(A)の波形であるとすると、この波形を適宜の
比較回路即ち本発明の第1の検出手段を介して基準とな
る比較電圧VR1とで比較し、出力V1 の出力波形が基準
電圧VR1より高い場合にはこれを空燃比がリッチ状態と
判断し、又逆の場合には空燃比がリーンの状態であると
判断し、それぞれ所定のレベルの電圧を出力する。かか
る波形は図3(B)として示されている。そこでリーン
状態(V1 ≦VR1)であれば、ステップ204にて第1
のディレイカウンタCDLY1を減算し、ステップ20
5,206にて第1のディレイカウンタCDLY1を、
最小値TDR1でガードする。なお、最小値TDR1は
第1のO 2 センサー4の出力においてリーンからリッチ
への変化があってもリーン状態であるとの判別を保持す
るためのリッチ遅延時間であって、負の値で定義され
る。
【0025】つまり具体的には図5に示すように、図3
(B)に示す第1の検出手段の出力を図5(A)とする
と、図5Bに示す時刻t3 で空燃比がリッチ状態からリ
ーン状態に変化した場合には、時刻t3 から図5(B)
に示すように遅延付与手段が作用し、ディレーカウンタ
ーCDLY1の値をその最大値TDR1から1づつ減算
させた後リーン状態が継続する間これを繰り返して、デ
ィレーカウンターCDLY1の波形が右下りに下降し、
基準レベルOを横切りディレーカウンターCDLY1の
最小値TDR1に到達する迄断続される。そしてディレ
ーカウンタCDLY1の値を示す波形図5(B)が基準
レベルOを横切った時刻t4 において前述の図5(A)
に示される波形が、リッチ状態からリーン状態に反転し
た波形が出力されるようにするものである。つまり、図
5(A)の波形に対し時刻t3 とt4 との差で示される
遅延時間(DL2)だけディレーされた図5(C)に示
す波形が形成される。かかる行程は本発明において第2
の検出手段において実行されるものである。他方、リッ
チ状態(V1 >VR1)であれば、ステップ207にて第
1のディレイカウンタCDLY1に加算して、ステップ
208,209にて第1のディレイカウンタCDLY1
を最大値TDL1でガードする。なお、最大値TDL1
は第1のO2 センサー4の出力においてリッチからリー
ンへの変化があってもリッチ状態であるとの判断を保持
するためのリーン遅延時間であって、正の値で定義され
る。
【0026】かかる行程も上述のように本発明における
第2の検出手段において実行されるものであって再び図
5(A)〜(C)を参照すれば、今、時刻t1 で図5
(A)の信号がリーン状態からリッチ状態へと変化した
場合には、時刻t1 から図5(B)に示すように遅延付
与手段が作用して、ディレーカウンターCDLY1の値
をその最小値TDR1から1づつ加算して行き、図5
(A)の波形におけるリッチ状態が継続する間これを繰
り返し、ディレーカウンタCDLY1の波形が右上りに
上昇して基準レベルOを横切り、ディレーカウンターC
DLY1の最大値TDL1に到達する迄この操作が継続
される。そして該ディレーカウンタCDLY1の値を示
す波形(図5(B))が基準レベルを横切った時刻t2
において図5(A)に示される波形がリーン状態からリ
ッチ状態に反転した波形を出力するものである。即ち図
5(A)の波形に対し、遅延時間(DL1)だけディレ
ーされた波形が形成される。
【0027】上述した行程においてディレーカウンター
を用いて、空燃比信号にもとづくフィードバック状態の
検出を所定の時間或いは所定の状態に到るまで遅延させ
ることによって、例えば図5(A)に示すように空燃比
信号A/F1が時刻t5,6,7 のごとくリッチ遅延時
間(−TDR1)より短い期間で反転すると、第1のデ
ィレイカウンタCDLY1が基準値0と交差するのに時
間を要し、この結果、時刻t8 にて遅延処理後の空燃比
信号A/F1´が反転される。つまり、遅延処理後の空
燃比信号A/F1´は遅延処理前の空燃比信号A/F1
に比べて安定となる。このように遅延処理後の安定した
空燃比信号A/F1´に基づいて図5(D)に示す空燃
比補正係数FAF1が得られると言う利点を有してい
る。
【0028】ここで、第1のディレイカウンタCDLY
1の基準は0であり、CDLY1>0のときに遅延処理
後の空燃比をリッチとみなし、CDLY1≦0のときに
遅延処理後の空燃比をリーンとみなすものとする。
【0029】ステップ210では、第1のディレイカウ
ンタCDLY1の符号が反転したか否かを判別する、す
なわち遅延処理後の空燃比が反転したか否かを判別す
る。空燃比が反転していれば、ステップ211にて、リ
ッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへの反転
かを判別する。
【0030】かかる反転の方向についての判断は、例え
ば図5(B)の波形の傾斜を利用して判断する等公知の
方法が使用出来る。又かかる反転についての判断行程も
本発明における第2の検出手段の中で実行されるもので
あることは言うまでもない。
【0031】ここで遅延された空燃比の状態がリッチか
らリーンへ反転が行われたと判断されると、ステップ2
12で(即ち図5における時刻t4 の時点)、その時点
で使用されている空燃比補正係数FAF1に所定の値の
スキップ補正係数RSを付加してその空燃比補正係数を
FAF1+RS1とするものである。
【0032】ステップ211で、逆に、リーンからリッ
チへの反転であれば、ステップ218にてFAF1←F
AF1−RS1とスキップ的に減少させる。つまり、ス
テップ処理を行う。
【0033】ステップ210にて第1のディレイカウン
タCDLY1の符号が反転していなければ、ステップ2
19,221,222にて積分処理を行う。つまり、ス
テップ220にて、CDLY≦0か否かを判別し、C
DLY1≦0(リーン)であればステップ220にてF
AF1←FAF1+KI1とし、他方、CDLY1>0
(リッチ)であればステップ222にてFAF1←FA
F1KI1とする。ここで、積分定数KI1はスキッ
プ定数RS1に比して十分小さく設定してあり、つま
り、KI1≪RS1である。従って、ステップ221は
リーン状態(CDLY1≦0)で燃料噴射量を徐々に増
大させ、ステップ222はリッチ状態(CDLY
0)で燃料噴射量を徐々に減少させる。
【0034】ステップ212,219,221,222
にて演算された空燃比補正係数FAF1は最小値たとえ
ば0.8および最大値たとえば1.2にてガードするも
のとし、これにより、何らかの原因で空燃比補正係数F
AF1が大きくなり過ぎ、もしくは小さくなり過ぎた場
合に、その値で機関の空燃比を制御してオーバリッチ,
オーバリーンになるのを防ぐ。
【0035】上述のごとく演算されたFAF1をRAM
に格納して、ステップ225にてこのルーチンを終了す
る。従って空燃比補正係数FAFは図5(D)に示すよ
うな波形を呈するものである。一方前述したように、リ
ッチ遅延時間(−TDR1)>リーン遅延時間(TDL
1)と設定すれば、制御空燃比はリッチ側に移行でき、
逆に、リーン遅延時間(TDL1)>リッチ遅延時間
(−TDR1)と設定すれば、制御空燃比はリーン側に
移行できる。つまり、第2のO2センサー6の出力に応
じて遅延時間TDR1,TDL1を補正することにより
空燃比が制御できる。従って本発明においては、上記し
た第1のO2 センサー4による空燃比フィードバック制
御における遅延時間の設定を第2のO2 センサー6との
出力にもとづいて調整しようとするものであり、具体的
には第2のO2 センサー6の出力を利用して例えば図5
(B)の基準レベルOを変化させるものである。
【0036】以下に図6を参照しながら第2のO2 セン
サー6により第1のO2 センサー4の出力を処理するル
ーチンにおける遅延時間を調整する手段について説明す
る。図6は本発明において第2のO2 センサー6により
遅延時間TDR1,TDL1を求める演算処理のフロー
チャートを示すものである。即ち図6は第2のO2 セン
サー6の出力にもとづいて遅延時間TDR1,TDL1
を演算する第2の空燃比フィードバック制御ルーチンで
あって、所定時間たとえば1s毎に実行される。ステッ
プ301では図4のステップ201と同様に空燃比のフ
ィードバック条件が成立しているか否かを判定する。フ
ィードバック条件不成立であれば、このルーチンを終了
する。フィードバック条件成立であれば、ステップ30
2に進んで第2のO2 センサー6の出力値V2 をA/D
変換して取り込む。ステップ302〜309は図4のス
テップ202〜209に対応している。つまり、リッ
チ,リーン判別はステップ303にて行っているが、こ
の判別結果はステップ304〜309にて遅延処理され
る。そして、遅延処理されたリッチ,リーン判別はステ
ップ310にて行われる。
【0037】ステップ310にて、第2のディレイカウ
ンタCDLY2≦0か否かが判別され、この結果CDL
Y2≦0であれば触媒下流側の空燃比はリーンと判別さ
れてステップ501〜508に進み、他方、CDLY2
>0であれば触媒下流側の空燃比はリッチと判別されて
ステップ511〜518に進む。
【0038】まず、リーンと判別された場合、ステップ
501では、上流側O2 センサのリッチ遅延時間(−T
DR1)とリーン遅延時間(TDL1)のいずれを可変
させるべきかを示すフラグXTDの値を判別する。ステ
ップ501にてXTD=1の時はTDR1を変化させ、
XTD=0の時はTDL1を変化させることを示してい
る。
【0039】リーンでかつXTD=0の時(図7,T
2)はステップ311に進み、TDL1←TDL1−1
とし、前述した図5における遅延カウンタCDLY1の
上限値を下げるように調整する。つまり、図3のリーン
遅延時間TDL1を減少させ、上流側O2 センサのリッ
チからリーンへの変化速度を速くして、空燃比をリッチ
側に移行させる。ステップ503,504ではTDL1
を最小限TL1にてガードする。前述したようにTL1は正
の値であり、従って、TL1は最小リーン遅延時間を意味
する。そして、ステップ505に進み、フラグXTD=
1とする。
【0040】ステップ501でXTD=1(図7T3)
と判定された時は、ステップ506に進み、遅延カウン
タCDLY1の下限値TDR1をTDR1←TDR1−
1として下げ、図3のリッチ遅延時間TDR1を増大さ
せ、上流側O2 センサのリーンからリッチへの変化速度
を遅くして、空燃比をリッチ側に移行させる。ステップ
507,508ではTDR1を最小値TR1にてガードす
る。TR1は負の値であり、従って(−TR1)は最大リッ
チ遅延時間を意味する。
【0041】このように下流側O2 センサがリーン側に
あるT2,T3の期間では、上流側O2 センサの信号も
リーン側へ出力が移動される。一方、ステップ310に
て触媒下流側O2 センサの出力がリッチであると判定さ
れた時は、まずステップ511でフラグXTDの値が判
別され、XTD=1の時(図7T4)はステップ512
に進み、TDR1←TDR1+1とし、つまりリッチ遅
延時間(−TDR1)を減少させ、リーンからリッチへ
の変化速度を早めて空燃比をリーン側に移行させる。次
のステップ513,514ではTDR1を最大値TR2
てガードする。ここではTR2も負の値であり、従って、
(−TR2)は最小リッチ遅延時間を意味する。そして、
ステップ505に進み、フラグXTD=0とする。
【0042】ステップ511でXTD=0(図7T1,
T5)と判定された時は、ステップ516に進み、リー
ン遅延時間TDL1を増大させ、上流側O2センサのリ
ッチからリーンへの変化速度を遅くして、空燃比をリー
ン側に移行させる。ステップ517,518ではTDL
1を最大値TL2にてガードする。TL2は正の値であり、
従って、TL2は最大リーン遅延時間を意味する。
【0043】このように下流側O2 センサがリッチ側に
あるT1,T4,T5の期間では、上流側O2 センサの
信号もリッチ側へ出力が移動される。この図6の処理
は、図10(a)に示したように上流側O2 センサの出
力反転空燃比が理論空燃比からずれた場合、その反転時
期を図10に実線で示したO2 センサの新品の状態に合
わせるためのものである。つまり例えば下流側のO2
ンサのリーン出力時間が長い時は図10(a)破線のご
とく上流側のO2 センサの出力反転空燃比がリーン側に
ずれていると考えられるため、図6中ステップ501〜
508の処理により、上流側のO2 センサの反転空燃比
をリーン側に強制的に修正するものである。また逆に、
下流側のO2 センサのリッチ出力時間が長い時は、図1
0(a)一点鎖線のように上流側O2 センサの出力反転
空燃比がリッチ側にずれていると考えられるため、図6
中ステップ511〜518の処理により、上流側O2
ンサの反転空燃比をリッチ側に強制的に修正するもので
ある。
【0044】そして、本発明ではこのように上流側O2
センサのZ特性のずれを修正した後の信号の周期から、
上流側O2 センサの劣化を判定するようにしている。従
って、Z特性のずれがF/B制御周期の長さに反映され
るため、従来検出が不可能であった図10(a)の劣化
状態も検出可能となる。
【0045】上述のごとく演算されたTDR1,TDL
1はRAMに格納された後に、ステップ32にてこのル
ーチンを終了する。上記ルーチンにおける第2のO2
ンサー6の出力V2 が例えば図3(E)の波形を示して
いるとして、これが基準電圧VR2と比較され前述の第1
のO2 センサー4におけると同様に図3(F)に示すよ
うなリッチ,リーン各状態を示す波形図が得られ、この
波形にもとづき、図6のステップ310以下のフローチ
ャートによって遅延時間TDR1,TDL1を算出し、
前述の遅延時間調整手段を介して第2の検出手段におけ
る遅延時間を適宜調整する。
【0046】尚、図7は上記したフローチャートにおけ
る遅延時間TDR1,TDL1のタイミング図である。
図7(A)に示すごとく、第2のO2 センサー6の出力
電圧V2 が変化すると、図7(B)に示すごとく、リー
ン状態(V2 ≦VR2)であれば遅延時間TDR1,TD
L1は共に減少され、他方、リッチ状態であれば遅延時
間TDR1,TDL1は共に増大される。このとき、リ
ッチ遅延時間TDR1はTR1〜TR2の範囲で変化し、リ
ーン遅延時間TDL1はTL1〜TL2の範囲で変化するこ
とになる。本発明においては上記した空燃比フィードバ
ック制御における第1のO2 センサー4の劣化を検出す
るための検出手段を付加したものであって、図4を参照
しながらその劣化検出方法について説明する。即ち図4
において、空燃比補正係数FAF1が選択された後のス
テップ213において、本発明における第1のカウンタ
に相当するフィードバック回数カウンタCNTが0か否
かを判別し、否の場合はステップ215に進み、0の場
合はステップ214で後述するフィートバック周期タイ
マCFBをクリヤし、ステップ215に進む。ステップ
215ではCNTを1つだけインクリメントし、ステッ
プ216で該カウンタCNTが所定の値例えば10以上
カウントしたかどうかを判定する。
【0047】該カウンタすなわち本発明における第2の
カウンタがフィードバックを連続10回カウントしたら
ステップ217に進み該カウンタCNTをクリアし、か
つステップ218で、所定周期例えば1ms毎にインク
リメントされるフィードバック周期タイマ(CFB)の
値を例えばRAMTFBに格納、このルーチンを終了す
る。ステップにてカウンタCNT10未満の場合も同じ
ようにこのルーチンを終了する。
【0048】次に本発明における第1のO2 センサー4
の劣化検出について説明する。図8は第1のO2 センサ
ー4の劣化判定ルーチンであり、所定時間,例えば1s
ec毎に実行される。ステップ401にて劣化検出条
件、例えば水温が所定値以上か、運転状態が安定してい
るか等を判定する。ステップ401にて条件が満たされ
ている場合はステップ402へ、否の場合はステップ4
05でこのルーチンを終了する。ステップ402では、
BR>警告灯9がすでに点灯されているかを判別し、点灯
されていればステップ405へ、否の場合は403へ進
む。ステップ403では第1のO2 センサー4による空
燃比フィードバックの反転時点の連続10回分の周期
(TFB)が所定値k以上であるかを判定する。所定値
k以上であれば第1のO2 センサー4の劣化と判定し、
ステップ404へ進み、警告灯を点灯、このルーチンを
終了する。
【0049】劣化していないとステップ403で判定さ
れた場合も同様に終了する。本発明においては、ステッ
プ402は省略することも出来る。又本発明においては
空燃比フィードバック信号のリッチ状態からリーン状態
への反転時点とらえてその反転時点が所定の回数連続
で発生した時のパルスを測定し、そのパルスが所定の値
以上であれば第1のO2 センサー4は異常があると判断
するもであるが、本発明においては上記と逆の判定を行
う時点を把持してカウントするものであっても良し、
又その両者を併用することも出来る。
【0050】その際には例えば図4のステップ219の
後にステップ213と同じカウンタープロセスを設ける
ことにより達成出来る。本発明においては上記判断行程
を第3の検出手段が実行するものである。
【0051】
【発明の効果】本発明は以上のように、第1の酸素セン
サーの劣化によって応答特性が悪化し空燃比フィードバ
ック周波数が低下する場合も、酸素センサーの特性が制
御中心からずれた場合でもフィードバック周波数の変化
として現れるようし、該フィードバック周波数が所定値
以下である時、前記第1の酸素センサーが劣化したもの
と判断するとともに、前記所定値を機関の排気ガスのエ
ミッションが悪くならない程度の値に設定することで、
酸素センサーの2 通りの劣化、応答性の劣化と空燃比特
性のずれの両者を、それぞれ単独で検出するよりも精度
よく、簡便に検出できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るO2 センサー劣化検出装置の原理
構成図である。
【図2】図1における空燃比フィードバック制御回路に
設けられるO2 センサー劣化検出回路の構成例を示すブ
ロック図である。
【図3】2個のO2 センサーを用いて空燃比フィードバ
ック制御を行う場合のO2 センサーの出力波形と空燃比
フィードバック信号の波形を示す図である。
【図4】本発明における第1のO2 センサー劣化を検出
するためのカウンターを操作させるためのフローチャー
トである。
【図5】O2 センサーを用いて空燃比フィードバック制
御を行うに際し遅延時間を導入して空燃比フィードバッ
ク信号にディレイを与える場合の波形を示す図である。
【図6】第2のO2 センサーを用いて第1のO2 センサ
ーの劣化を検出するフローにおける遅延時間を調整する
ために用いる操作フローを示す図である。
【図7】図4のフローにおける遅延時間が図6のフロー
により調整される様子を示す図である。
【図8】本発明におけるO2 センサーの劣化を検出する
ためのフローチャートを示す図である。
【図9】本発明に係る酸素センサー劣化検出装置の全体
的構成を示す概略図である。
【図10】O2 センサーの2つの劣化パターンを示す図
である。
【図11】上流側O2 センサーのF/B周波数とエミッ
ションの成分との関係を示す図である。
【符号の説明】
3 空燃比フィードバック制御手段 4 第1のO2 センサー 5 触媒 6 第2のO2 センサー 7 クランクセンサー 8 インジェクタ 9 警告灯 10 排気系 11 第1の検出手段 12 第2の検出手段 13 遅延時間調整手段 14 第1のカウンター 15 第2のカウンター 16 第3の検出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02D 41/14 310 F02D 45/00 368

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられた触媒、該
    触媒の上流側と下流側とにそれぞれ設けられ、排気ガス
    中の特定の成分濃度を検出するための第1及び第2の酸
    素センサー、該第1と第2の酸素センサーの出力に基づ
    いて、空燃比補正係数を算出し、基準燃料供給量を補正
    する空燃比フィードバック制御手段とを有する装置にお
    いて、前記 第1の酸素センサーの出力に基づき空燃比のフィー
    ドバック信号がリッチ状態あるいはリーン状態のいずれ
    かであるかを検出する第1の検出手段、該第1の検出手
    段の出力に所定の遅延時間を付与して空燃比フィードバ
    ック信号における空燃比状態の反転時期を検出する第2
    の検出手段、前記第2の酸素センサーの出力に応答して
    該遅延時間を調整する遅延時間調整手段、前記遅延時間
    調整手段にて遅延した後の前記第1の酸素センサーのフ
    ィードバック制御周期に基づいて前記第1の酸素センサ
    ーの応答性及び空燃比特性ずれの両者の劣化を判断する
    判断手段とを備え、 前記判断手段は、前記第1の酸素センサーのフィードバ
    ック制御周波数が所定値以下である時、前記第1の酸素
    センサーが劣化したものと判断するとともに、前記所定
    値は、前記機関の排気ガスのエミッションが悪くならな
    い程度の値に設定されていること を特徴とする酸素セン
    サーの劣化検出装置。
  2. 【請求項2】 前記遅延時間調整手段は、第1の酸素セ
    ンサー出力のリッチ/ リーン反転時期を起点にして時間
    を計数するカウンタを有し、このカウンタの値が所定値
    に到達するまでの時間を前記遅延時間として前記第1の
    検出手段の出力に付与することを特徴とする請求項1記
    載の劣化検出装置。
  3. 【請求項3】 前記遅延時間調整手段は、前記カウンタ
    の計数値の限界値を第2の酸素センサーの出力にて制御
    して前記遅延時間を調整することを特徴とする請求項2
    記載の劣化検出装置。
  4. 【請求項4】 前記遅延時間調整手段は、前記第2の酸
    素センサーの出力がリーンである時は、第1の酸素セン
    サー出力が、リッチからリーンへ変化する際の遅延時間
    を減少させ、リーンからリッチへ変化する際の遅延時間
    を増大させることを特徴とする請求項1記載の劣化検出
    装置。
  5. 【請求項5】 前記遅延時間調整手段は、前記第2の酸
    素センサーの出力がリッチである時は、第1の酸素セン
    サー出力がリーンからリッチへ変化する際の遅延時間を
    減少させ、リッチからリーンへ変化する際の遅延時間を
    増大させることを特徴とする請求項1記載の劣化検出装
    置。
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