JPH0315647A - 内燃機関の失火検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はチタニア（ＴｉＯｚ）型失火センサを用いた内
燃機関の失火検出装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関において、排気通路に排気ガスを浄化するため
に触媒コンバータ等が設けられており、機関が失火する
と未燃ガスが触媒コンバータ等に流入し、したがって、
触媒コンバータ中において該未燃ガスが燃焼することが
ある。この結果、触媒コンバータ等が破壊もしくはその
性能が低下することがある．このため、失火検出手段を
設け、機関が失火したことが検出された場合には、未燃
ガスを触媒コンバータ等をバイパスさせたり、また、運
転者にアラームを発生したりすることがある． 上述の失火検出手段としては、アイドル時回転変動に基
づいて燃料噴射量の増減補正を行う内燃機関において、
この増減補正量の値が加減速時において等しい状態が多
発した場合に噴射弁不良による失火とみなすもの、ある
いは燃焼圧センサによる燃焼状態の検知によるもの（ｇ
照：特開昭６３１４０８４８号公報〉、あるいは、酸化
触媒よりなる抵抗体を用いた失火センサ〈参照：実開昭
５３−１３８００５号公報〉がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、アイドル時回転変動時の燃料噴射量の増
減補正によるものにおいてはアイドル時しか失火状態を
検知できず、この結果、空燃比制御か誤制御する場合が
ある。また、燃焼圧センサによるものにおいては、燃焼
圧センサを各気簡に設けなければならず、製造コス１へ
、信頼性の点で不利である。さらに、酸化触媒よりなる
抵抗体を用いた失火センサにおいては、多気百機関に１
つの失火センサを採用した場合、各気筒間における空燃
比変動を検知できず、つまり、一気筒の失火状態を検知
できず、したがって、各気筒毎に失火センサを設けなけ
ればならず、やはり、ＩＸ！　造コス）〜、信頼性の点
で不利である． したがって、本発明の目的は、各気筒間における空燃比
変動を検出可能な且つ失火状態も検出できる製造コスト
の低い且つ信頼性の高い内燃機関の失火検出装置を提供
することにある．〔課題を解決するための手段〕 上述の課題を解決するための手段は第１図に示される。

すなわち、多気筒式内燃機関の排気通路の気筒集合部に
は空燃比センサが設けられ、機関の空燃比を検出する。

また、該空燃比センサの近傍には、該機関の未燃ガスに
敏感に反応するように構成されたチタニア型失火センサ
が設けられる．第１のリッチ、リーン判別手段は空燃比
センサの出力ＶＯＸを基準電圧ＶＲと比較することによ
りリッチ、リーンを判別し、第２のリッチ、リーン判別
手段は失火センサの出力■。、′を基準電圧■Ｒと比較
することによりリッチ、リーンを判別する。

この結果、失火’Ｉ’ｌＪ別手段は、第１のリッチ、リ
ーン判別手段の判別結果と第２のリッチ、リーン判別手
段の判別結果とを比較し、比較結果の不一致の頻度に応
じて機関の少なくとも一気筒の失火状態を１′リ別ずる
ものである。

〔作　用〕

上述の手段によれば、チタニア型失火センサは気筒間の
空燃比のばらつきら検出する、言い換えると、各気簡の
失火状態でのリッチ状態も検出する。このとき、失火セ
ンサのリッチ出力が本来の空燃比のリッヂによるものか
ある気簡の失火状態によるものかを、空燃比センサの出
力Ｖ。Ｘと失火センサの出力ＶｏＸ′との比較によって
判別される．〔実施例〕 第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図である。第２図において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設けられて
いる９エアフローメータ３と吸入空気量を直接計測する
ものであって、たとえばボテンショメー夕を内蔵して吸
入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する
。この出力信号は制御回路１０のマルチプレクサ内蔵Ａ
／Ｄ変換器１０１に供給されている。ディストリビュー
タ４には、その軸がたとえばクランク角に換算して７２
０゜毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク
角センサ５およびクランク角に換算して３０”毎に基準
位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ６が
設けられている。

これらクランク角センサ５．６のパルス信号は制御［ｉ
ｉＩ路１０の入出力インターフェイス１０２に洪給され
、このうちクランク角センサ６の出力はＣＰＵ１０３の
割込み端子に供給される． さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供給系から加圧
燃料を吸気ボートへ供給するための燃料噴射弁７が設け
られている。

また、機関本体１のシリンダブロックのウォータジャケ
ッ１・８には、冷却水の温度を検出するための水温セン
サ９が設けられている．水温センサ９は冷却水の温度Ｔ
ＨＷに応じたアナログ電圧の雷気信号を発生する。この
出力もＡ／Ｄ変換器１０１に供給されている。

排気マニホールド１１より下流の排気系には、排気ガス
中の３つの有毒成分１１ｃ　，　ＣＯ　，　ＮＯｘを同
時に浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ１２が
設けられている． 排気マニボールド１１には、すなわち触媒コンバータ１
２の上流側には失火センサ一体型チタニア０２センサ１
３が設けられる。失火センサ一体型チタニア０２センサ
１３の構成については後述するが、排気ガス中の酸素成
分濃度に応じた電気信号Ｖ。Ｘ　＊　ｖｏｘ′を発生す
る、すなわち、空燃比が理論空燃比に対してリーン側が
リッチ側かに応じて、異なる出力電圧を制御回路１０の
Ａ／Ｄ変換器１０１に発生する。この場合、ＶｏＸは気
筒間の空燃比のばらつきに影響しない、すなわち、未燃
ガス成分（ＩＩＣ　，　ＣＯ　，　Ｈ２　，　０２）に
強く影饗されない０２センサ部出力であり、ｖｏ，’は
気筒間の空燃比のばらつきに影響する、すなわち、未燃
ガス成分に強く影響される失火センサ部出力である。ま
た、失火センサ一体型チタニア型０２センサ１３に対し
ては、上述のごとく、使用温度範囲が狭いので、ヒータ
１３ａを内蔵せしめる． 制御回路１０は、たとえばマイクロコンピュータとして
構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１．入出力インターフェイ
ス１０２、ｃｐυ１０３の外に、ＲＡＭ１０４　，ＲＯ
Ｍ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロック発生回
路１０７等が設けられている。

また、吸気通Ｉ８　２のスロットル弁ｌ４には、スロッ
トル弁１４が全閉か否かを示す信号ＬＬを発生するアイ
ドルスイッチ１５が設けられている。

このアイドル状態出力信号ＬＬは制御回路１ｏの入出力
インターフェイス１０２に供給される。

１６は機関の少なくとも１気筒に失火状態が発生した場
合に付勢されるアラームであって、制御回路１０の駆動
回路１１３によって付勢される。

また、ＩＩ＋御回路１０において、ダウンカウンタ１０
８、フリップフロップ１０９、および駆動回路１１０は
燃料噴射弁７を制御するためのものである。

すなわち、燃料噴射量ＴＡＵが演算されると、燃料噴酎
ｌ．　Ｔ　Ａ　Ｕがダウンカウンタ１０８にプリセッ１
〜されると共にフリップフロツブ１０９もセットさｉｔ
る。この結果、駆動回路１１０が燃料噴射弁７の付勢を
開始する．他方、ダウン・カウンタ１０８がクロック信
号｛図示せず｝を計数して最後にそのボローアウト端子
が“゜１゜゛レベルとなったときに、フリップフロップ
１０９がセットされて駆動凹路１ｌＯは燃料噴射弁７の
付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射量］’　Ａ　
Ｕだけ燃料噴射弁７は付勢され、従って、燃料噴射量Ｔ
ＡＵに応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込ま
れることになる．また、制御回路１０において、デュー
テイ比制御回路１１１．駆動回路１１２はチタニア０２
センサｌ３のヒータ１３ａをデューテイ比Ｄ．に応じて
オン、オフ制御するものであり、デューデイ比制御回路
ｔｘｔはダウンカウンタ１０８及びフリップフロップ１
０９と同様な要素を有している。

なお、ＣＰＵ１０３の割込み発生は、Ａ／Ｄ変喚器１０
１のＡ／Ｄ変換終了後、入出力インターフェイス１０２
がクランク角センサ６のパルス信号を受信した時、クロ
ック発生回路１０７からの割込信号を受信した時、等で
ある． エアフローメータ３の吸入空気量データＱ．！３よび冷
却水温データＴＨＷは所定時間もしくは所定クランク角
毎に実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによって取込まれて
ＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。つまり、ＲＡＭ
１０５におけるデータＱおよびＴＨＷは所定時間毎に更
新されている。また、回転速度データＮｅはクランク角
センサ６の３０゜Ｃ八毎の割込みによって演算されてＲ
ＡＭ１０５の所定領域に格納される。

第３図は第２図の失火センサ一体型チタニア０２センサ
１３の斜視図、第４図は第３ｒ？Ｉの■■線断面図であ
る。

すなわち、始めに、２つのほぼ同一のアルミナ（＾（１
２０，＞の基板１．２を準備する。この基板１には、失
火センサ用のｐｃ電ＩＩｉ１ａが形或されている。また
、基板２の一方の面にはｐｔヒータ２ａが形成され、他
方の面には０２センサ用のｐｔ電？２ｂが形成されてい
る． さらに、上面には、比較的薄いたとえば３００μｍ程度
のアルミナ基板３を接着させ、下面には、比較的厚いた
とえば５００μｍ程度のアルミナ基板４を接着させる。

これらのアルミナ基板３，４には予め開口３ａ，４ａが
設けられており、この基板３の開口３ａには、チタニア
層（触媒層）５及びトラップｆｆ６（第３図に図示せず
、第４図に図示）が焼結形成され、また、基板４の開口
４ｂには、チタニア層７及びトラップ層８（第３図に図
示せず、第４図に図示）が焼結形成され、排気ガスセン
サが完成する． 第４図に示すように、基板３の開口３ａには、ＰＬ，Ｒ
ｂ等の活性な貴金属触媒を担持したチタニア層５を設け
、さらに、その上にＴｉＯ■，八１２０，もしくはそれ
らに不活性なｐｔを担持した被毒物（ｐ　，　ｐｂ　）
のトラップ層６を設ける．同様に、基板３の開口３ａに
も、ｐｔ，Ｒｈ等の活性な貴金属触媒を担持したチタニ
ア層７を設け、さらに、その上にＴｉＯ■，＾ＴｏＯ＊
もしくはそれらに不活性なｐｔを担持した被ｔ！４物（
Ｐ　，　Ｐｂ　）のトラップ層８を設ける。

本発明においては、 チタニア屑５の厚さ〈チタニア層７の厚さもしくは （チタニア層５＋トラップ層６〉の厚さく（チタニアＷ
Ｉ７＋トラップ層８）の厚さとする．これにより、電ｆ
ｆｉｌａの近傍へのチタニアＲ５への未燃物到達量を多
くして排気ガス中の未燃或分（ＩＩＣ　，　ＣＯ　，　
Ｈ．　，　ｏｘ）に対し敏感にし、部分（１　ａ　，　
５　．　６）を失火センサとして作用させる．他方、失
火状態でも、電極２ｂの近傍へのチタニア層５への未燃
物到達量を少なくして、部分（２ｂ，７．８）を０２セ
ンサとして作用させる．なお、上述の失火センサとして
の作用及び０２センサとしての作用をチタニア層５．７
及びトラップ層６．８の厚さを調整することにより行っ
ているが、チタニア層、トラップ層の粒度を調整して未
燃物到達量を調整することによっても可能である． 第５図は第２図の失火センサ一体型チタニアＱ２センサ
ｌ３の回路図である。すなわち、この０２センサ１３は
、０２センサ部抵抗Ｒ丁、失火センサ部抵抗ＲＴ’、及
びヒータ抵抗Ｒ．よりなる。

０２センサ部抵抗ＲＴには、比較抵抗Ｒｃが直列接続さ
れ、したがって、０２センサ出力ＶＯＸは、ただし、Ｖ
ｃｃは定重圧たとえば５Ｖ、となり、また、失火センサ
部抵抗Ｒ丁′には、比較抵抗Ｒｅが直列接続され、した
がって、失火センサ出力■ｏＸ′は、 となる。さらに、ヒータ抵抗ＲＨには、バッテリ電圧Ｖ
Ｂが印加されており、駆動回路１１２のオン、オフ動作
により通電制御される。

第２図の制御回路１０の動作を第６図のフローチャート
を参照して説明する。

第６図は失火判別ルーチンであって、所定時間？とえば
４ＩＩＩｓ毎に実行される．ステップ６０１では、０２
センサ出力■ｏＸをＡ／Ｄ変換して取込み、ステップ６
０２では、失火センサ出力Ｖｏｘ′をＡ／Ｄ変換して取
込む。ステップ６０３では、０２センサ出力ＶＯｘを比
較電圧■３と比較し、この結果、■ｏｘ≦ＶＲ　（リー
ン）であればステップ６０４にて空燃比フラグＦＸを“
゜０゜゜とし、他方、Ｖ　ｏｘ　＞　Ｖ　Ｒ（リッチ）
であればステップ６０５にて空燃比フラグＦＸを“ｌ″
゜とする．すなわち、０２センサ出力ＶＯＸが第７図（
Ａ）に示すごとく変化した場合には、フラグＦＸは図示
のごとく設定される．ステップ６０６では、以前の空燃
比フラグＦＸＯと今回の空燃比フラグＦＸとを比較し、
この結果、ＦＸ−＃ＦＸＯの場合のみ、すなわち、第７
図の時刻ｔ＋，Ｅ２＋　ｔ３　　１・・・にて空燃比が
反転した場合にのみ、ステップ６０７に進み、カウンタ
Ｃをクリアし、ステップ６０８にて空燃比フラグＦＸ○
をＦＸとし、ステップ６０９に進む． ステップ６０９〜６１３では、０２センサ出力ＶｏＸと
失火センサ出力Ｖ■，’との不一致回数を計数する。

すなわち、０２センサ出力Ｖｏエがリーン（ＦＸ＝“Ｏ
゜”）であれば、ステップ６０９からステップ６１０６
１１に進み、ステップ６１０にて失火センサ出力Ｖ（，
Ｘ’がリッチ（ＶＯＸ’　＞ＶＲ　）か否かを判別し、
リッチの場合のみ、ステップ６１１にてカウンタＣを＋
１カウントアップする．同様に、０２センサ出力Ｖ。Ｘ
がリッチ（ＦＸ＝“１゜゜）であれば、ステップ６０９
からステップ６１２　，　６１３に進み、ステップ６１
２にて失火センサ出力■ｏＸ′がリーン（ＶＯＸ’≦Ｖ
Ｒ）か否かを判別し、リーンの場合のみ、ステップ６１
３にてカウンタＣを＋１カウントアップする。つまり、
カウンタＣの値は、０２センサ出力ＶｏＸと失火センサ
出力■ｏＸ′との不一致を示す。

すなわち、失火センサ出力ｖｏｘ’の波形は正常状態で
も、第７図（Ｂ）に示すように、各気筒間の空燃比ばら
つきの影響を受けるので変動するが、失火センサ出力Ｖ
ｏｘ′のリッチ、リーン判別結果は０２センサ出力ＶＯ
ｘのリッチ、リーン判別結果にほぼ一致する。この場合
、カウンタＣの値は大きくなる前にステップ６０７にて
クリアされる。し？し、１気筒に失火状態となった場合
の異常状態の場合には、第７図（Ｃ）に示すように、当
該気尚の未燃ガス成分（ＩＩＣ，ＣＯ，Ｈ２，Ｏ■）の
影響を受け、たとえば、リーン期間であっても、失火気
簡に対応する時間にリッチ出力を発生する。つまり、失
火センサ出力ＶＯＸ′のリッチ、リーン判別結果は０２
センサ出力ＶＯＸのリッチ、リーン判別結果と不一致と
なる頻度が高くなる。この場合には、カウンタＣの値は
大きくなり、ステップ６０７にてクリアされる前には相
当の大きさとなる。

ステップ６１４では、カウンタＣの値が一定値ＣＡ以上
か否かを判別し、この結果、Ｃ≧ＣＡであれば、失火状
態とみなし、ステップ６１５にてアラーム１６をオン（
付勢〉し、ステップ６１６にて、アラームビットをバッ
クアップＲＡＭ１０６にセッｌ−　Ｌ、他方、Ｃ＜ＣＡ
であれば正常状態とみなし、スデップ６１７にてアラー
ム１６をオフにする。なお、バックアップＲＡＭ　１０
Ｂのアラームビットは修理工場にて読出し、異常箇所の
点検に用いるものである。

そして、ステップ６１８にてこのルーチンは終了？る。

第６図のルーチンでは、０２センサ出力Ｖｏｘのリッチ
期間、リーン期間の両方での不一致頻度をカウンタＣで
計数しているが、０２センサ出力ＶＯＸのリッチ朋間、
リーン期間の一方にｔ３いてのみ、Ｖ■ｇとＶｏＸ′と
の不一致頻度を計数してもよい。すなわち、失火センサ
の特質、回路接続によっては未燃ガスの影響によりハイ
出力もしくはロー出力を送出する場合がある。この場合
、一方のみの不一致頻度を計数すればよい。たとえば、
０２センサ出力ＶＯＸのリーン期問（ＶＯＸ≦ＶＲ　）
に』３いて失火センサ出力Ｖ。、′のリッチ期間（ＶＯ
Ｘ’＞ＶＲ）を計数するものとしては第８図に示すルー
チンかある。すなわち、０２センサ出力ＶＯＸがリーン
のときにのみカウンタＣの歩進を可能にしくステップ８
０３　，　８０４）、失火センサ出力ＶＯｘ′がリッチ
出力のときにカウンタＣを歩逸する（ステップ８０５　
，　８０６）　，これにより、ステップ８０７〜８１０
により第６図のステップ６１４〜６１７と同様にアラー
ム１６の付勢及びアラームビットの設定ができる。

なお、ステップ８０１　，　８０２はステップ６０１　
．　６０２と同一である。

また、第２図においては、失火センサを０２センサ１３
に一体に形成せしめることにより０２センサ出力■ｏｘ
の位相と失火センサ出力Ｖｏｘ′の位相をほぼ一致せし
めているが、失火センサを０２センサ１３と別個に近接
して設けてもよい。

さらに、失火センサ出刀■。、′をなまし処即してｏ２
センサ出力■。Ｘを形成してもよい。

さらにまた、失火センサの設定位置と０２センサの設定
位置に差がある場合には、０２センサの出力ＶＯＸと失
火センサの出力■ｏｘ′の一方に、これらの間の排気ガ
ス輸送時間に相当する遅延手段を設けることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、各気筒毎に設けず
共通の１つのセンサで失火状態を検出できるので、失火
検出装置の製造コストを低減でき、また、常に検出でき
るので信頼性でも利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を説叩するための全体ブロック図
、 第２図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実
施例を示す全体概略図、 第３図は第２図の失火センサ一体型チタニア０２センサ
の斜視図、 第４図は第３図のＩｔ／−ＩＶ線断面図、第５図は第２
図の失火センサ一体型０２センサの回路図、 第６図、第８図は第２図の制御回路の動作を説明するた
めのフローチャート、 第７図は第６図のフローチャートを補足説明するための
タイミング図である。 ｌ・・・機関本体、　　　　２・・・エアフローメータ
、４・・・ディストリビュー夕、 ５．６・・・クランク角センサ、 １０・・・制御回路、　　ｌ２・・・触媒コンバータ、
１３・・・失火センサ一体型チタニア０２センサ。 第 ３ 図 第 ４ 図 ６，８・・・トラップ層 ３０ リ ４フ ５ 図 異常状態 箒 ７ 図 第８ 目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多気筒式内燃機関の排気通路の気筒集合部に設けら
   れ、該機関の空燃比を検出する空燃比センサと、 該空燃比センサの近傍に設けられ、該機関の未燃ガスに
   敏感に反応するように構成されたチタニア型失火センサ
   と、 前記空燃比センサの出力（Ｖ＿Ｏ＿Ｘ）を基準電圧（Ｖ
   ＿Ｒ）と比較することによりリッチ、リーンを判別する
   第１のリッチ、リーン判別手段と、 前記失火センサの出力（Ｖ＿Ｏ＿Ｘ′）を基準電圧（Ｖ
   ＿Ｒ）と比較することによりリッチ、リーンを判別する
   第２のリッチ、リーン判別手段と、 前記第１のリッチ、リーン判別手段の判別結果と前記第
   ２のリッチ、リーン判別手段の判別結果とを比較し、該
   比較結果の不一致の頻度に応じて前記機関の少なくとも
   一気筒の失火状態を判別する失火判別手段と、 を具備する内燃機関の失火検出装置。