JPH03113355A - Fault detecting device for exhaust gas sensor - Google Patents
Fault detecting device for exhaust gas sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、空燃比のフィードバック制御に用いられるヒ
ータ付排ガスセンサのヒータの故障を検出する排ガスセ
ンサの故障検出装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a failure detection device for an exhaust gas sensor that detects failure of a heater of an exhaust gas sensor with a heater used for feedback control of an air-fuel ratio.
（従来の技術）
従来、例えば特公昭６２−１２３８２号公報に示される
ように、エンジンの排気通路に、排ガス中の酸素濃度を
検出する酸素センサ（排ガスセンサ）を設け、この酸素
センサの出力に応じて空燃比をフィードバック制御し、
つまり、酸素センサの出力によって検出される空燃比が
リッチ側であれば燃料供給量を減少方向に補正し、リー
ン側であれば燃料供給量を増加方向に補正するという制
−を繰返すようにした空燃比制陣装置は一般に知られて
いる。(Prior Art) Conventionally, as shown in Japanese Patent Publication No. 62-12382, for example, an oxygen sensor (exhaust gas sensor) for detecting the oxygen concentration in exhaust gas is provided in the exhaust passage of an engine, and the output of this oxygen sensor is Feedback controls the air-fuel ratio accordingly,
In other words, if the air-fuel ratio detected by the output of the oxygen sensor is on the rich side, the fuel supply amount is corrected to decrease, and if it is on the lean side, the fuel supply amount is corrected to increase. Air-fuel ratio control devices are generally known.
また、このような装置において、上記酸素センサにセン
サ活性化用のヒータを付設したヒータ付排ガスセンサを
用いることも従来から行なわれている。Furthermore, in such devices, it has been conventionally possible to use an exhaust gas sensor with a heater, which is the oxygen sensor provided with a heater for activating the sensor.
（発明が解決しようとする課題）
ヒータ付排ガスセンサにより酸素濃度を検出して空燃比
のフィードバック制御を行なう場合、醒素センサそのも
のは正常であってもヒータが故障するとセンサ出力特性
が変化し、このため、フィードバック制御される空燃比
が適正値からずれてしまうという問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) When performing feedback control of the air-fuel ratio by detecting oxygen concentration using an exhaust gas sensor equipped with a heater, even if the exhaust gas sensor itself is normal, if the heater fails, the sensor output characteristics change. Therefore, there is a problem in that the air-fuel ratio subjected to feedback control deviates from an appropriate value.
つまり、ヒータが故障していない正常時には、センサ出
力特性が第４図に実線で示すようになり、このときの理
論空燃比（λ−１）に対応する所定のしきい電圧ＶＳを
境に、センサの出力電圧がしきい値より高いか低いかに
より空燃比のリッチ、リーンが検出され、それに応じた
フィードバック制御が行なわれる。ところが、ヒータが
故障するとセンサの出力特性が第４図に破線で示すよう
に変化し、上記しきい電圧■Ｓと理論空燃比（λ−１）
とにずれが生じる。このため、ヒータ故障時には、要求
からずれた空燃比にフィードバック制御されてしまう。In other words, under normal conditions when the heater is not malfunctioning, the sensor output characteristics become as shown by the solid line in Figure 4, and after reaching the predetermined threshold voltage VS corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio (λ-1) at this time, Rich or lean air-fuel ratio is detected depending on whether the output voltage of the sensor is higher or lower than a threshold value, and feedback control is performed accordingly. However, if the heater fails, the output characteristics of the sensor change as shown by the broken line in Figure 4, and the above threshold voltage ■S and stoichiometric air-fuel ratio (λ-1) change.
There will be a discrepancy between the two. Therefore, when the heater fails, feedback control is performed to an air-fuel ratio that deviates from the required one.
そしてこのようにヒータの故障に起因して空燃比がずれ
るとエミッションが悪化し、例えば第５図に示すように
正常時（符号ａで示す）と比べてヒータ故障時（符号す
で示す）にＮＯＸが増加する等の問題が生じる。If the air-fuel ratio deviates due to a heater failure, emissions will worsen, and for example, as shown in Figure 5, emissions will be worse when the heater fails (indicated by the symbol a) compared to when it is normal (indicated by the symbol a). Problems such as an increase in NOx occur.
このような問題に対処するためには、ヒータの故障を的
確に検出することが要求される。In order to deal with such problems, it is required to accurately detect failure of the heater.
本発明はこのような事情に鑑み、酸素センサそのものは
正常であってもヒータが故障したときに、これを的確に
検出することができ、ヒータ故障時の対処を可能にする
排ガスセンサの故障検出装置を提供するものである。In view of these circumstances, the present invention provides an exhaust gas sensor failure detection system that can accurately detect when a heater malfunctions even if the oxygen sensor itself is normal, and that enables countermeasures to be taken in the event of a heater malfunction. It provides equipment.
本発明は上記のような目的を達成するため、排ガス中の
酸素濃度を検出して、空燃比をフィードバック制御する
制御手段に検出信号を出力する酸素センサと、この酸素
センサに付設されたセンサ活性化用のヒータとを有する
排ガスセンサにおける上記ヒータの故障を検出する排ガ
スセンサの故障検出装置であって、上記酸素センサの出
力を設定値と比較する比較手段と、この比較手段による
比較に基づいて、通電してから上記酸素センサの出力が
設定値以上となるまでのセンサ出力立ち上がり時間を調
べることによりヒータの故障を判定する故障判定手段と
を備えたものである。In order to achieve the above objects, the present invention includes an oxygen sensor that detects the oxygen concentration in exhaust gas and outputs a detection signal to a control means that feedback controls the air-fuel ratio, and a sensor activation sensor attached to the oxygen sensor. A failure detection device for an exhaust gas sensor that detects a failure of the heater in an exhaust gas sensor having a heater for oxidation, comprising: a comparison means for comparing the output of the oxygen sensor with a set value; and a failure determination means for determining a failure of the heater by checking the rise time of the sensor output from the time when the oxygen sensor is energized until the output of the oxygen sensor exceeds a set value.
上記構成によると、ヒータが故障したときに、センサ出
力立ち上がり時間が正常時より長くなることを利用して
故障が検出される。According to the above configuration, when the heater fails, the failure is detected using the fact that the sensor output rise time is longer than in normal times.
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described based on the drawings.
第１図は本発明の故障検出装置を含む空燃比制ｔｗｔ装
置の一実施例を示す。この図において、エンジン本体１
には、燃焼室２に開口して吸気弁３および排気弁４でそ
れぞれ開閉される吸気ボート５および排気ボート６が形
成され、吸気ボート５には吸気通路７が連通し、排気ボ
ート６には排気通路８が連通している。FIG. 1 shows an embodiment of an air-fuel ratio control twt device including a failure detection device of the present invention. In this figure, engine body 1
An intake boat 5 and an exhaust boat 6 are formed which open into the combustion chamber 2 and are opened and closed by an intake valve 3 and an exhaust valve 4, respectively.An intake passage 7 communicates with the intake boat 5, and an intake passage 7 communicates with the exhaust boat 6. An exhaust passage 8 is in communication.
上記吸気通路７には、エア７０−メータ９、スロットル
弁１０および燃料噴射弁１１が配設されている。In the intake passage 7, an air 70-meter 9, a throttle valve 10, and a fuel injection valve 11 are arranged.
一方、上記排気通路８には、酸素センサ１２とこれに付
設したセンサ活性化用のヒータ１３とを有する排ガスセ
ンサが設けられている。上記酸素センサ１２は排ガス中
の酸素濃度を検出することにより混合気の空燃比を検出
するものである。当実流側において酸素センサ１２は、
空燃比に対する出力特性として第４図に示すようなλ特
性をもったλセンサで形成されている。この酸素センサ
１２の特性は、ヒータ１３がＯＮの時は第４図中の実線
のようになるのに対し、ヒータ１３が０ＦＦ（故障）の
時は第４図中の破線のようになる。On the other hand, the exhaust passage 8 is provided with an exhaust gas sensor having an oxygen sensor 12 and a heater 13 attached thereto for activating the sensor. The oxygen sensor 12 detects the air-fuel ratio of the air-fuel mixture by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas. On the actual flow side, the oxygen sensor 12 is
It is formed of a λ sensor having a λ characteristic as shown in FIG. 4 as an output characteristic with respect to the air-fuel ratio. The characteristics of the oxygen sensor 12 are as shown by the solid line in FIG. 4 when the heater 13 is ON, and as shown by the broken line in FIG. 4 when the heater 13 is OFF (failure).
上記酸素センサ１２の出力は、第１図中に示したコント
ロールユニット（ＥＣＵ）１５に入力される。このコン
トロールユニット１５は、酸素センサ１２の出力に基づ
いて空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段１
６を含むとともに、故障検出装置を構成する比較手段１
７および故障判定手段１８を含んでおり、さらに、故障
判定手段１８によって故障が判定されたときに空燃比の
フィードバック制御を修正する修正手段１９を含んでい
る。The output of the oxygen sensor 12 is input to a control unit (ECU) 15 shown in FIG. This control unit 15 includes air-fuel ratio control means 1 that performs feedback control of the air-fuel ratio based on the output of the oxygen sensor 12.
Comparison means 1 which includes 6 and constitutes a failure detection device.
7 and a failure determination means 18, and further includes a modification means 19 for modifying the feedback control of the air-fuel ratio when the failure determination means 18 determines that a failure has occurred.
上記空燃比制御手段１６は、エアフローメータ９からの
吸気量検出信号および回転数センサ２０からのエンジン
回転数検出信号に基づいて基本噴射面を求めるとともに
、酸素センサ１２の出力に応じてフィードバック補正量
を増減し、この基本噴射量およびフィードバック補正量
がらＲｒ４噴射量を求め、それに応じた噴射パルスを燃
料噴射弁１１に出力することにより、燃料噴射量を制御
するようになっている。酸素センサ１２の出力に応じた
フィードバック補正量の増減は例えば第３図のように行
なわれる。すなわち、酸素センサ１２の出力電圧Ｖｏが
しきい電圧Ｖａ （０，４５Ｖ）より高くなったときは
、所定のデイレ−時間Ｔｄｒ後に比例、微分制御でフィ
ードバック補正量を燃料減少方向に変化させ、また上記
出力電圧Ｖｏがしきい電圧Ｖａより低くなったときは、
所定のデイレ−時間Ｔｌ後に比例、微分制御でフィード
バック補正量を燃料増加方向に変化させるようにしてい
る。上記デイレ−時間Ｔｄｒ、 Ｔｄｌをもたせている
のは、ノイズによるＷＡ！ＩＪ ｍの防止等のためであ
る。The air-fuel ratio control means 16 determines the basic injection surface based on the intake air amount detection signal from the air flow meter 9 and the engine rotation speed detection signal from the rotation speed sensor 20, and also calculates a feedback correction amount according to the output of the oxygen sensor 12. The fuel injection amount is controlled by increasing or decreasing the Rr4 injection amount, determining the Rr4 injection amount from this basic injection amount and the feedback correction amount, and outputting an injection pulse corresponding to the Rr4 injection amount to the fuel injection valve 11. The feedback correction amount is increased or decreased depending on the output of the oxygen sensor 12, for example, as shown in FIG. That is, when the output voltage Vo of the oxygen sensor 12 becomes higher than the threshold voltage Va (0.45V), after a predetermined delay time Tdr, the feedback correction amount is changed in the direction of fuel reduction by proportional and differential control, and When the output voltage Vo becomes lower than the threshold voltage Va,
After a predetermined delay time Tl, the feedback correction amount is changed in the direction of increasing fuel by proportional and differential control. The above delay times Tdr and Tdl are caused by noise WA! This is to prevent IJ m.
また、上記比較手段１７は、ヒータ１３への通電後に酸
素センサ１２の出力を設定値と比較して設定値以上とな
ったとき（センサ出力が立ち上がったとき）にこれを検
出し、故障判定手段１８は、比較手段１７による比較に
基づいて、通電してから上記酸素センサ１２の出力が設
定値以上となるまでのセンサ出力立ち上がり時間を調べ
、このセンサ出力立ち上がり時間が所定時間以上となっ
たときにヒータ１３の故障と判定するものである。Further, the comparison means 17 compares the output of the oxygen sensor 12 with a set value after the heater 13 is energized, and detects this when the output exceeds the set value (when the sensor output rises), and the failure determination means 18, based on the comparison by the comparison means 17, examines the sensor output rise time from when the electricity is turned on until the output of the oxygen sensor 12 becomes equal to or greater than a set value, and when this sensor output rise time becomes equal to or greater than a predetermined time; In this case, it is determined that the heater 13 is malfunctioning.
そしてこの故障が検出されたときは、上記修正手段１９
により、上記両デイレー時間Ｔｄｒ、 ７ ｄｌの比（
Ｔｄｒ／Ｔ＋ｊｌ）が正常時に対して変更されるように
し、具体的には、第３図中に破線で示したように、セン
サ出力がしきい電圧■Ｓを越えてからフィードバック補
正量の変化が燃料減少方向に切換ねるまでのデイレ−時
間Ｔｄｒを長くするようにしている。When this failure is detected, the correcting means 19
Accordingly, the ratio of the above two delay times Tdr, 7 dl (
Tdr/T+jl) is changed from the normal state, and specifically, as shown by the broken line in Figure 3, the feedback correction amount changes after the sensor output exceeds the threshold voltage ■S. The delay time Tdr until switching to the fuel decreasing direction is made longer.
上記比較手段１７および故障判定手段１８によるヒータ
１３の故障の検出とそれに応じた修正手段１９による修
正の処理の具体例を、第２図のフローチャートに示す。A specific example of the detection of a failure in the heater 13 by the comparison means 17 and the failure determination means 18 and the corresponding correction processing by the correction means 19 is shown in the flowchart of FIG.
このフローチャートに示すルーチンはイグニッションオ
ンでスタートし、先ずステップＳ１で酸素センサ１２の
出力電圧Ｖａをしきい電圧（設定値）Ｖｓと比較して、
しきい電圧Ｖｓを越えたか否かにより上記出力電圧Ｖｏ
が立ち上がったか否かを調べ、出力電圧Ｖｏが立ち上が
るまでは、燃料噴射量をオーブンループ制御するオーブ
ンループメインルーチン（ステップ８２ ）を経てステ
ップＳ１に戻る。The routine shown in this flowchart starts when the ignition is turned on, and first, in step S1, the output voltage Va of the oxygen sensor 12 is compared with the threshold voltage (set value) Vs.
The above output voltage Vo depends on whether or not the threshold voltage Vs is exceeded.
The process returns to step S1 via an oven loop main routine (step 82) for controlling the fuel injection amount in an oven loop until the output voltage Vo rises.
ステップＳ１でＭ素センサ１２の出力電圧Ｖ。In step S1, the output voltage V of the M element sensor 12 is determined.
がしきい電圧ＶＳを越えたことを判定したときは、ステ
ップＳ３で、スタートからこの時点までの時間（センサ
出力立ち上がり時間）Ｔｏを、正常時のセンサ出力立ち
上がり時間に相当する故障判定用の所定時間Ｔｔと比較
する。そして、センサ出力立ち上がり時間Ｔｏが所定時
間以内であれば、ステップＳ４で、上記デイレ−時間Ｔ
ｄｒ、 Ｔｄｌの比（Ｔｄｒ／Ｔｄｌ）を通常時の値Ａ
／Ａ’ （例えば９０ａｓ／４０ｍ５＞とするが、セ
ンサ出力立ち上がり時間Ｔｏが所定時間を越えればヒー
タ１３の故障と判定して、ステップＳ５で、上記比（Ｔ
ｄｒ／Ｔｄｌ）を通常時の値Ａ／Ａ’ より大きい所
定の値Ｂ／Ｂ’ （例えば１３５１ｇ／４０１３）と
する。When it is determined that the threshold voltage VS has been exceeded, in step S3, the time (sensor output rise time) To from the start to this point is set to a predetermined value for fault determination that corresponds to the sensor output rise time during normal operation. Compare with time Tt. Then, if the sensor output rise time To is within a predetermined time, in step S4, the delay time T
The ratio of dr and Tdl (Tdr/Tdl) to the normal value A
/A' (for example, 90as/40m5>), but if the sensor output rise time To exceeds a predetermined time, it is determined that the heater 13 has failed, and in step S5, the above ratio (T
dr/Tdl) is set to a predetermined value B/B' (for example, 1351g/4013) which is larger than the normal value A/A'.
ステップＳ４またはステップＳ５に続いてステップＳ６
では、前述のように酸素センサ１２の出力に応じて空燃
比をフィードバック制御するフィードバック制御ルーチ
ンを実行する。そして、ステップＳ７でイグニッション
オフ等の制御Ｍ１＄１了条件となったことが判定される
までステップＳ６を繰返し、制御終了条件となれば終了
する。Following step S4 or step S5, step S6
Now, as described above, a feedback control routine for feedback controlling the air-fuel ratio according to the output of the oxygen sensor 12 is executed. Then, step S6 is repeated until it is determined in step S7 that the control M1$1 termination condition such as turning off the ignition has been met, and if the control termination condition has been met, the process ends.
このような真実流側の装置によると、ステップ８１．８
２で、スタートしてから酸素センサ１２の出力が立ち上
がるまでの時間Ｔｏが調べられることにより、ヒータ１
３の故障が的確に判定され、つまりヒータ１３が故障に
よってオフとなっているとセンサ出力立ち上がり時間Ｔ
ｏが長くなることから、この故障が上記判定によって検
出される。According to such a true flow side device, step 81.8
2, by checking the time To from the start until the output of the oxygen sensor 12 rises, the heater 1
If the failure of No. 3 is accurately determined, that is, the heater 13 is turned off due to the failure, the sensor output rise time T
Since o becomes longer, this failure is detected by the above determination.
さらに、故障検出時には、空燃比のフィードバック制御
におけるデイレ−時間Ｔ ｄｒ、 Ｔ ｄｌの比（Ｔｄ
ｒ／Ｔｄｌ）が正常時より大きくされる（ステップ８５
）ことにより、ヒータ故障時の空燃比のずれが是正さ
れる。つまり、ヒータ故障時には、酸素センサ１２の特
性が第４図に破線で示すように変化することにより、し
きい電圧ＶＳに対応する空燃比がリーン側にずれ、正常
時と同様にフィードバック制御すると、制御された空燃
比がり一ン側に偏る。これに対し、ヒータ故障時に上記
比（Ｔｄｒ／Ｔｄｌ）を大きくすれば、第３図から明ら
かなように、フィードバック補正量が燃料増加方向とさ
れる時間が増大されることから、空燃比がリッチ方向に
修正される。これによってエミッションが改善される。Furthermore, when a failure is detected, the ratio (Td
r/Tdl) is made larger than normal (step 85
), the deviation in air-fuel ratio at the time of heater failure is corrected. In other words, when the heater fails, the characteristics of the oxygen sensor 12 change as shown by the broken line in FIG. 4, causing the air-fuel ratio corresponding to the threshold voltage VS to shift to the lean side, and when feedback control is performed as in normal times, The controlled air-fuel ratio is biased towards one side. On the other hand, if the ratio (Tdr/Tdl) is increased when the heater fails, as is clear from FIG. corrected in the direction. This improves emissions.
第５図′は横軸を排気ガス中のＮＯＸの量、縦軸を排気
ガス中のＧｏの量として、排ガス成分を正常時（符号ａ
を付した点）と、ヒータ故障時に正常時と同じフィード
バック制御を行なった場合（符号すを付した点）と、ヒ
ータ故障時に上記修正を行なった場合（符号Ｃを付した
点）とについて示し、この図から明らかなように、ヒー
タ故障時に正常時と同じフィードバック制御を行なうと
空燃比のリーン化によってＮＯＸが増大するのに対し、
上記修正を行なうとＮＯｘおよびＣＯが許容範囲（斜線
部分）内となる状態に戻される。Figure 5' shows the exhaust gas components under normal conditions (symbol a
(points marked with a ), when the same feedback control as during normal operation is performed when the heater fails (points marked with a symbol), and when the above corrections are made when the heater fails (points marked with a symbol C). As is clear from this figure, when the heater fails, if the same feedback control as during normal operation is performed, NOx increases due to leaner air-fuel ratio.
When the above correction is performed, NOx and CO are returned to a state within the permissible range (shaded area).
以上のように本発明は、ｉ１！素センサにヒータが付設
された排ガスセンサにおける上記ヒータの故障を検出す
るものであって、通電してから上記酸素センサの出力が
設定値以上となるまでのセンサ出り立ち上がり時間を調
べることによりヒータの故障を判定するようにしている
ため、酸素センサは正常であっても上記ヒータの故障に
よって酸素センサの特性が変化する状態となったときに
、その故障を的確に検出することができる。従って、ヒ
ータ付排ガスセンサを用いた空燃比フィードバック制御
においてヒータ故障時の対処を可能にするものである。As described above, the present invention provides i1! This is to detect a failure of the heater in an exhaust gas sensor in which a heater is attached to the element sensor, and detects the failure of the heater by checking the rise time of the sensor output from the time when the power is turned on until the output of the oxygen sensor exceeds the set value. Therefore, even if the oxygen sensor is normal, when the characteristics of the oxygen sensor change due to a failure of the heater, the failure can be accurately detected. Therefore, in air-fuel ratio feedback control using an exhaust gas sensor with a heater, it is possible to deal with a heater failure.
第１図は本発明の故障検出装置を含む空燃比制御装置の
一実施例を示す概略図、第２図は故障検出等の処理の一
例を示すフローチャート、第３図は酸素センサの出力変
化とフィードバック補正量の変化との関係を示す説明図
、第４図は空燃比に対する酸素センサ出力の特性を示す
図、第５図は空燃比ｔＩＩ制御が行なわれている状態で
の正常時とヒータ故障時とヒータ故障時に空燃比制御に
修正を加えた場合とにおける排ガス成分を示す図である
。
１１・・・燃料噴射弁、１２・・・酸素センサ、１３・
・・ヒータ、１５・・・コントロールユニット、１６・
・・空燃比制御手段、１７・・・比較手段、１８・・・
故障判定手段。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of an air-fuel ratio control device including a failure detection device of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing such as failure detection, and FIG. An explanatory diagram showing the relationship with changes in the feedback correction amount, Figure 4 is a diagram showing the characteristics of the oxygen sensor output with respect to the air-fuel ratio, and Figure 5 is a diagram showing the normal state and heater failure when air-fuel ratio tII control is being performed. FIG. 4 is a diagram showing the exhaust gas components in the case where the air-fuel ratio control is corrected when the heater fails. 11...Fuel injection valve, 12...Oxygen sensor, 13.
... Heater, 15 ... Control unit, 16.
... Air-fuel ratio control means, 17... Comparison means, 18...
Failure determination means.
Claims (1)
バック制御する制御手段に検出信号を出力する酸素セン
サと、この酸素センサに付設されたセンサ活性化用のヒ
ータとを有する排ガスセンサにおける上記ヒータの故障
を検出する排ガスセンサの故障検出装置であつて、上記
酸素センサの出力を設定値と比較する比較手段と、この
比較手段による比較に基づいて、通電してから上記酸素
センサの出力が設定値以上となるまでのセンサ出力立ち
上がり時間を調べることによりヒータの故障を判定する
故障判定手段とを備えたことを特徴とする排ガスセンサ
の故障検出装置。1. The above-mentioned exhaust gas sensor having an oxygen sensor that detects the oxygen concentration in exhaust gas and outputs a detection signal to a control means that feedback controls the air-fuel ratio, and a heater attached to the oxygen sensor for activating the sensor. A failure detection device for an exhaust gas sensor that detects a failure of a heater, comprising a comparison means for comparing the output of the oxygen sensor with a set value, and a comparison means for comparing the output of the oxygen sensor with a set value. 1. A failure detection device for an exhaust gas sensor, comprising: failure determination means for determining a failure of a heater by checking the rise time of the sensor output until it exceeds a set value.
Priority Applications (1)
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1989
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