JP3657776B2 - 酸素濃度センサ異常判別装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの異常を判別する酸素濃度センサ異常判別装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃エンジンにおいては、供給混合気の空燃比を理論空燃比等の目標空燃比に制御するために排気系に酸素濃度センサを設け、その酸素濃度センサの出力信号から実際にエンジンに供給された混合気の空燃比を判別し、その判別結果に応じてエンジンに供給すべき燃料量又は空気量を制御する空燃比フィードバック制御が行われている。
【0003】
かかる空燃比フィードバック制御においては、酸素濃度センサに異常が生じた場合には供給混合気の空燃比を目標空燃比に正確に制御することができないので、酸素濃度センサの異常を判別することが重要である。
従来、酸素濃度センサの異常を判別するためには、エンジンが高回転数域にあり、同時にスロットル弁が高開度域にある空燃比がリッチと推定される運転状態となったときに酸素濃度センサの出力信号から空燃比がリーンにあることが検出された場合にはそのことを記憶しておき、エンジン運転停止後に、エンジンが再び運転されたときに上記したリッチと推定される運転状態が得られたときに酸素濃度センサの出力信号から空燃比が同様にリーンにあることが検出された場合には酸素濃度センサは異常であるという確定が行なわれていた。酸素濃度センサの異常を確定すると、フェールセーフ機能により空燃比フィードバック制御に代わってオープンループでの空燃比制御が実行される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の酸素濃度センサ異常判別では、エンジンを始動させてからその運転を停止するまでに酸素濃度センサが異常であることを確定することができないので、実際に酸素濃度センサが異常であっても次のエンジン始動後でなければ異常の確定ができないという問題点があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサの異常が検出された場合にその運転中に酸素濃度センサが異常であるか否かを確定することができる酸素濃度センサ異常判別装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸素濃度センサ異常判別装置は、内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの異常を判別する酸素濃度センサ異常判別装置であって、内燃エンジンへの供給混合気の空燃比がリッチを継続するリッチ運転領域にて内燃エンジンが運転中にあることを検出する第1運転状態検出手段と、リッチ運転領域での運転が検出されている場合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示していることを検出するリーン空燃比検出手段と、リーン空燃比検出手段の検出結果に基づいて酸素濃度センサの異常を判別する異常判別手段と、を備え、異常判別手段は、内燃エンジンが酸素濃度センサの出力信号に応じて供給混合気の空燃比をフィードバック制御を行なうフィードバック制御運転状態にあるか否かを検出する第2運転状態検出手段と、第2運転状態検出手段によってフィードバック制御運転状態が検出されなくなった後、リーン空燃比検出手段によって酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示していることの検出が初めてあった回数を計数する計数手段と、第2運転状態検出手段によってフィードバック制御運転状態が検出されている場合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示すとき計数手段の計数値を初期値に戻す手段と、計数手段の計数値が所定値より大きくなったとき酸素濃度センサの異常を確定する手段と、からなることを特徴としている。
【0007】
かかる構成の本発明によれば、空燃比フィードバック制御運転状態が検出されなくなった後、リッチ運転領域での運転中に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示していることが初めて検出された回数を計数手段が計数する。また、空燃比フィードバック制御運転状態が検出されている場合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示すとき計数手段の計数値が初期値に戻され、その計数値が所定値をより大きくなったとき酸素濃度センサの異常が確定される。よって、リッチ運転領域での運転中に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示して酸素濃度センサの異常が検出されても、その後、空燃比フィードバック制御運転状態にて酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示さないことを確認しなければ、酸素濃度センサの異常を確定しないので、誤確定を防止しつつ、内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサの異常が検出された場合にその運転中に酸素濃度センサが異常であるか否かを確定することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は本発明による酸素濃度センサの異常検出装置を適用した内燃エンジンのエンジン制御システムを示している。エンジン制御システムにおいては、クランク角センサ1は1組又は複数組の回転体及び電磁ピックアップ(共に図示せず)からなり、回転体の外周には磁性材からなる凸部がそれぞれ所定の角度で設けられ、電磁ピックアップは回転体の外周近傍に配置されている。エンジンのクランク軸(図示せず)の回転に連動して回転体が回転し、回転体の凸部が電磁ピックアップの近傍を通過する毎にそれぞれクランクパルスが発生するようになっている。
【0009】
クランク角センサ1の出力にはECU(Electric Control Unit:電子制御ユニット)5が接続されている。ECU5は、CPU6、RAM7,ROM8、カウンタ9,出力インターフェース回路10及びA/D変換器12を備えている。カウンタ9はクランク角センサ1から出力されたクランクパルスによってリセットされて図示しないクロック発生器から出力されたクロックパルスを計数し、そのクロックパルス発生数を計数することによりエンジン回転数Neを示す信号を発生する。なお、CPU6、RAM7,ROM8、カウンタ9,出力インターフェース回路10及びA/D変換器12は共にバスに共通接続されている。
【0010】
A/D変換器12はエンジン制御において必要な吸気管内圧PB、冷却水温Tw、スロットル弁開度TH、排気ガス中の酸素濃度O2等のエンジン運転パラメータを検出する複数のセンサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するために設けられている。吸気管内圧PBはスロットル弁11下流の吸気管3に設けられた吸気管内圧センサ13によって検出される。冷却水温Twは冷却水温センサ14によって検出される。スロットル弁開度THはスロットル開度センサ15によって検出される。更に、排気ガス中の酸素濃度O2は排気管4に設けられた酸素濃度センサ16によって検出される。この酸素濃度センサ16は理論空燃比を閾値としてリッチ側及びリーン側の空燃比で異なるレベルを発生する2値出力型の酸素濃度センサである。CPU6はROM8に予め書き込まれた燃料噴射制御ルーチンを実行し、これらのエンジン運転パラメータ及び上記のエンジン回転数Neを用いて燃料噴射時間Toutを決定する。燃料噴射時間Toutは例えば、次の算出式を用いて算出される。
【0011】
【数1】
Tout=Ti×KO2×KWOT×KTW×KTA+TACC+TDEC
ここで、Tiはエンジン回転数Neと吸気管内圧力PBとに応じてROM8からのデータマップ検索により決定される空燃比基準制御値である基本燃料噴射時間である。KO2は空燃比フィードバック制御において算出された空燃比補正係数である。KWOTはスロットル弁全開時のような高負荷時の燃料増量補正係数、KTWは冷却水温TWに応じて設定される冷却水温補正係数、KTAは吸気温TAに応じて設定される吸気温補正係数、TACCはエンジン回転数Neの加速の程度に応じて設定される加速増量値、TDECはエンジン回転数Neの減速の程度に応じて設定される減速減量値である。補正係数KWOT、KTW、KTA、加速増量値TACC、減速減量値TDECは、ROM8からのデータマップ検索により決定される。このように決定された燃料噴射時間Toutの時間だけの燃料噴射を指令するためにインジェクタ駆動指令がCPU6から発生される。
【0012】
出力インターフェース回路10はCPU6からのインジェクタ駆動指令に応じてインジェクタ17を駆動する。インジェクタ17は内燃エンジンの吸気管3の吸気ポート近傍に設けられ、駆動されたとき燃料を噴射する。
エンジン2の運転状態が空燃比フィードバック制御を行うべき運転領域にあるときには、供給された混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ及びリーンのいずれであるかが酸素濃度センサ16の出力レベルから判別され、その判別結果に応じて空燃比補正係数KO2が設定され、設定された空燃比補正係数KO2を用いて燃料噴射時間Toutが上記の算出式から算出される。その燃料噴射時間Toutだけエンジン2に燃料が噴射され、それがエンジン2内で燃焼し、燃焼結果としての排気ガスが排気管4に排出され、酸素濃度センサ16によって排気ガス中の酸素濃度が検出される。この動作が繰り返されることにより、供給混合気の空燃比は理論空燃比にフィードバック制御されるのである。
【0013】
一方、空燃比フィードバック制御を行うべき運転領域にない場合には酸素濃度センサ16の出力レベルに関係なく空燃比補正係数KO2が1と設定されて燃料噴射時間Toutの算出に用いられる。これにより空燃比フィードバック制御が停止され、空燃比はオープンループ制御となる。
空燃比フィードバック制御を行なうためには酸素濃度センサ16が正常に動作している必要があるので、CPU6は酸素濃度センサ16についてのフェールセーフ処理を次のように行なう。なお、このフェールセーフ処理は例えば、クロックパルスによって定まる等間隔の時間毎に、或いは特定のクランクパルスに同期して繰り返し実行される。
【0014】
フェールセーフ処理において、CPU6は図2に示すように、先ず、エンジン2の現在の運転状態が空燃比フィードバック制御領域にあるか否かを判別する(ステップS1)。空燃比フィードバック制御領域は図3に示すように、エンジン回転数Neとスロットル弁開度THとから設定される領域である。すなわち、エンジン回転数Neが所定回転数N1以下で、かつスロットル弁開度THが所定開度TH1以下の領域である。なお、エンジン回転数Neはカウンタ9から得られ、スロットル弁開度THはスロットル開度センサ15の出力からA/D変換器12を介して得られる。
【0015】
エンジン2の運転状態が空燃比フィードバック制御領域にない場合には、酸素濃度センサ異常判別許可フラグFO2が許可を示す0に等しいか否かを判別する(ステップS2)。FO2=0ならば、エンジン2の現在の運転状態が酸素濃度センサ16の異常を判別するリッチ運転領域にあるか否かを判別する(ステップS3)。リッチ運転領域は供給混合気の空燃比がリッチを継続するような運転領域であり、図3に示すように、エンジン回転数Neが所定回転数N2以上となり、かつスロットル弁開度THが所定開度TH2以上となる領域である。エンジン2の現在の運転状態がリッチ運転領域にある場合には、酸素濃度センサ16の出力レベルが空燃比のリーンを示す低レベルであるか否かを判別する(ステップS4)。
【0016】
リッチ運転領域では供給混合気の空燃比は理論空燃比よりリッチになるべきであるので、酸素濃度センサ16の出力レベルが空燃比のリーンを示すならば、酸素濃度センサ16は正常ではなく異常状態である。酸素濃度センサ16の出力レベルが空燃比のリーンを示すときには、異常確定カウンタの計数値COUNTを1だけアップ計数させる(ステップS5)。そして、異常確定カウンタの計数値COUNTが所定値(例えば、2)より大であるか否かを判別する(ステップS6)。COUNT>所定値ならば、酸素濃度センサ16は異常であることを確定する(ステップS7)。一方、COUNT≦所定値ならば、酸素濃度センサ異常判別許可フラグFO2をセットして1に等しくさせる(ステップS8)。ここで、FO2=1と設定されたことにより、次の本フェールセーフ処理の実行時にステップS1で空燃比フィードバック制御領域以外と判別されたためにステップS2に進んでもステップS3以降のステップは実行されないので、酸素濃度センサ16の異常が確定することない。
【0017】
ステップS1において、エンジン2の現在の運転状態が空燃比フィードバック制御領域にあると判別した場合には、酸素濃度センサ異常判別許可フラグFO2をリセットして0に等しくさせる(ステップS9)。空燃比フィードバック制御領域にあるということは空燃比フィードバック制御が行なわれ、エンジン2に供給される混合気の空燃比は理論空燃比を中心にして小幅でリーン及びリッチを繰り返すように微小変動するので、酸素濃度センサ16は正常であればその出力レベルは反転を繰り返す。よって、CPU6はステップS9の実行後、酸素濃度センサ16の出力レベルは反転したか否かを判別する(ステップS10)。この判別においては、例えば、空燃比フィードバック制御領域にあることが継続している状態で、酸素濃度センサ16の出力レベルを読み取り、前回の出力レベルと比較することが行なわれる。酸素濃度センサ16の出力レベルが反転したならば、酸素濃度センサ16は正常であるので、異常確定カウンタの計数値COUNTをリセットして0(初期値)に等しくさせる(ステップS11)。酸素濃度センサ16の出力レベルが反転しないならば、酸素濃度センサ16が正常であるとは確定できないので、異常確定カウンタCOUNTの計数値をそのまま維持する。
【0018】
ステップS10の酸素濃度センサ16の出力レベルの反転判別については所定回数(例えば、3回)の反転が行われたことを検出したときに酸素濃度センサ16の出力レベルは反転したと断定してステップS11に進むようにしても良い。例えば、エンジン2が始動後、高回転数及び高スロットル開度となったためにリッチ運転領域にて運転されているときに、酸素濃度センサ16の出力レベルから判別される空燃比がリーンであるならば、ステップS5にて異常確定カウンタの計数値COUNTは1となる。COUNT=1のため計数値COUNTが所定値以下である場合にはステップS8にて酸素濃度センサ異常判別許可フラグFO2はセットされる。このセットはリッチ運転領域での運転が継続して酸素濃度センサ16の出力レベルから判別される空燃比がリーンのままでも更なる酸素濃度センサ16の異常判別を禁止することを意味する。
【0019】
その後、エンジン2が空燃比フィードバック制御領域にて運転されると、ステップS9にて酸素濃度センサ異常判別許可フラグFO2はリセットされる。このリセットはリッチ運転領域での運転が再び行なわれたならば、酸素濃度センサ16の異常判別を許可することを意味する。更に、空燃比フィードバック制御領域での運転中に酸素濃度センサ16の出力レベルが反転したならば、酸素濃度センサ16は正常であるとしてステップS11にて異常確定カウンタの計数値COUNTがクリアされる。
【0020】
しかしながら、ステップS10にて酸素濃度センサ16の出力レベルの反転が判別されず、その後、エンジン2がリッチ運転領域にて再び運転され、酸素濃度センサ16の出力レベルから判別される空燃比がリーンであるならば、ステップS5にて異常確定カウンタの計数値COUNTは更に1だけ増加する。このような動作を繰り返したことにより、異常確定カウンタの計数値COUNTが所定値を越えると、ステップS7で酸素濃度センサ16の異常が確定する。酸素濃度センサ16の異常の確定によって例えば、警報が発せられると共に、その後の空燃比フィードバック制御が禁止され、空燃比はオープンループ制御される。
【0021】
なお、上記した実施例においては、空燃比フィードバック制御領域及びリッチ運転領域の各々をエンジン回転数及びスロットル弁開度によって検出しているが、これに限定されない。吸気管内圧、吸入空気量、冷却水温等の他のエンジンパラメータを用いて空燃比フィードバック制御領域及びリッチ運転領域を各々判別しても良い。
【0022】
また、上記した実施例においては、酸素濃度センサとして理論空燃比を閾値としてレベル反転する2値出力型のセンサを用いているが、酸素濃度、すなわち空燃比に比例して出力レベルが変化する比例出力型の酸素濃度センサを用いても良い。
更に、上記した実施例において、異常確定カウンタはフェールセーフ処理のプログラム上にて形成されているが、ハード的なカウンタを用いても良い。
【0023】
【発明の効果】
以上の如く、本発明によれば、リッチ運転領域での運転中に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示して酸素濃度センサの異常が検出されても、その後、空燃比フィードバック制御運転状態にて酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示さないことを確認しなければ、酸素濃度センサの異常の確定動作を行なわないので、誤確定を防止しつつ、内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサの異常が検出された場合にその運転中に酸素濃度センサが異常であるか否かを確定することができる。また、次のエンジン運転時まで酸素濃度センサの異常が検出されたことを記憶しておく必要はないので、装置の構成も簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図2】フェールセーフ処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】空燃比フィードバック制御領域及びリッチ運転領域を示す図である。
【符号の説明】
1 クランク角センサ
2 エンジン
3 吸気管
4 排気管
5 ECU
15 スロットル開度センサ
16 酸素濃度センサ
Claims (1)
- 内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの異常を判別する酸素濃度センサ異常判別装置であって、
前記内燃エンジンへの供給混合気の空燃比がリッチを継続するリッチ運転領域にて前記内燃エンジンが運転中にあることを検出する第1運転状態検出手段と、前記リッチ運転領域での運転が検出されている場合に前記酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示していることを検出するリーン空燃比検出手段と、前記リーン空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記酸素濃度センサの異常を判別する異常判別手段と、を備え、
前記異常判別手段は、
前記内燃エンジンが前記酸素濃度センサの出力信号に応じて供給混合気の空燃比をフィードバック制御を行なうフィードバック制御運転状態にあるか否かを検出する第2運転状態検出手段と、
前記第2運転状態検出手段によってフィードバック制御運転状態が検出されなくなった後、前記リーン空燃比検出手段によって前記酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示していることの検出が初めてあった回数を計数する計数手段と、
前記第2運転状態検出手段によってフィードバック制御運転状態が検出されている場合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示すとき前記計数手段の計数値を初期値に戻す手段と、
前記計数手段の計数値が所定値より大きくなったとき前記酸素濃度センサの異常を確定する手段と、からなることを特徴とする酸素濃度センサ異常判別装置。
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