JPH03502490A - ラムダセンサの欠陥状態を識別する方法及びその装置 - Google Patents

ラムダセンサの欠陥状態を識別する方法及びその装置

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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】 ラムダセンサの欠陥状態を識別する方法及びその装置本発明は、ラムダセンサの 欠陥状態を識別し、欠陥状態が識別された場合欠陥信号を出力させる方法及びそ の装置に関する。
従来の技術 このような方法及び装置が例えば、ドイツ特許DE3319432Al (米国 特許第4528957号に対応)及びEPO258543A2 (米国特許第4 742808号に対応)に記載されている。これらの方法では、監視されている センサが信頼性のあるラムダ値測定を行なうに充分な高い温度になっているか否 かを間接的に検出している。そうでない場合には、センサは動作状態になってい ないと判断され、ラムダ値は、閉ループではなく開ループにより制御される。温 度が充分高くなり動作状態となったときに、ラムダ値は閉ループ制御により制御 される。
上述したドイツ特許の方法では、逆電圧が既知の抵抗を介してセンサ電圧に印加 され、合成電圧が所定の範囲外になったか、すなわち濃い混合気に対応するラム ダ値のしきい値電圧を越えるか薄い混合気に対応するラムダ値のしきい値電圧以 下になったか否かを監視している。電圧が上記範囲内にある場合には、動作状態 になっていないと識別されラムダ値は開ループにより制御される。また上述した 欧州特許の方法では、直接センサの内部抵抗が測定されている。この測定は既知 の負荷抵抗と二つの電圧測定により行なわれる。測定電圧が抵抗しきい値より小 さくなると、センサは動作状態になったと判断される。
実際の運転では、このような手段にもかかわらずセンサが動作状態になっていな いのに分路により動作状態になっていると判断され古しまうことがある。その結 果制御特性が悪くなり有害成分の排出が多くなり走行特性を悪化させている。
本発明は、ラムダセンサのそのような欠陥状態を識別する信頼性のある方法を提 供することを課題とする。また、本発明はこの方法を実施する装置を提供するこ とも課題としている。
本発明の利点 本発明は、請求の範囲第1項の特徴で示される方法並びに請求の範囲第10項の 特徴で示される装置である0本発明方法の好ましい実施例並びに変形例が請求の 範囲第2項から第9項に示されている。
本発明では、センサ加熱電圧とセンサ電圧間に分路が発生し得るということが前 提になっている。この場合、加熱電圧はセンサで測定された電圧を誤ったものに してしまう、センサヒータがオフになっている場合は、分路電圧はなく、従って 誤差も存在しなくなる。
特にラムダ値が変化しないときに分路電圧を検出するのが容易である。特に内燃 機関の始動前及びエンジンブレーキ時がそうである。ヒータをオンしたときとオ フしたときに測定されるセンサ電圧の差によって直接分路電圧が得られる。差が 所定の差値を越えたとき、欠陥信号が出力される。
ラムダ値が継続して変化すると、分路が発生しているかどうかを検出するのが困 難である。センサ電圧がラムダ値=1の領域でラムダ値が変化したとき顕著に変 化する非線形特性を有するセンサを用いたときは、特に困難になる。異なる二つ の時点でヒータをオン並びにオフして測定を行ない両側の 定価を差を求めると、この差がラムダ値の変化によって発生ノしたのか、あるい は分路によっであるいはその両方によって発生したのか不明になる。しかし、ど れであるかは、オンオフをほぼ二値的な順序で行ない測定値を相関法によって評 価すると判明させることができる。評価の結果、ヒータをオンしたときに測定し た電圧値にそれぞれのラムダ値に無関係な許容できない大きさの外部直流電圧が 重畳されていることがわかった場合、欠陥信号が出力される。
相関法を用いた評価はコストがかかるが、どの時点でも分路電圧の大きさを検出 できる利点がある。それにより、求めた分路電圧により測定されたセンサ電圧を 補正することが可能になる。その結果正しいセンサ電圧が得られ、それを基に閉 ループ制御が可能になる。
ラムダ値が変化する時点で分路電圧を求めることができない安価な方法を用いた 場合には、欠陥信号が存在する限りラムダ値を開ループ制御するのが好ましい、 しかし、できるだけ早く欠陥信号による効果をなくすのが好ましい、最も簡単に は、これは欠陥状態を識別後所定時間経過したとき欠陥信号による作用を取り除 くことによって行なわれる。他の方法は、エンジンブレーキになるまで待つこと である。そこで再び分路を識・別する方法を実施する。欠陥状態がもはやないこ とがわかった場合には、欠陥信号による効果を解除させる。
このような方法によりまだ欠陥状態が存在するか否かを極めて正確に知ることが できる。しかし、調べるのが可能になるまで比較的長い時間が経過する可能性が ある。すなわち、長い間エンジンブレーキにならない場合などがそうである。
従って、欠陥信号の作用をなくすために、センサ電圧が所定のしきい値に達した か否かを調べる方法が特に好ましくなる。しきい値に達した場合には、欠陥信号 をなくすようにする6 本発明の装置には、それぞれラムダ値が等しいときにヒータをオンしたときのセ ンサ電圧がオフしたときのセンサ電圧より大きいか否かを検出する手段と、大き い場合欠陥信号を出力させる手段が設けられる。
図面 以下に図示した実施例を基に本発明の詳細な説明する。
第1図は、分路された加熱可能なセンサの回路とセンサ電圧の検出回路図、 第2図は、ラムダセンサの機能に重要な種々の電圧を示す線図、 第3図は、ラムダ値が一定の場合に実施可能で、分路がある場合開ループ制御に 切り換え、また所定の条件になったあと通常の動作可能状態になったかどうかを 調べる検査に切り換えるための方法を説明する流れ図。
第4図から第7図は、第3図に示した条件を調べる4つの実施例を示・す流れ図 、 第7本図は、第7図の方法を説明する種々の電圧を示す線図、 第8図は、ラムダ値が変化する場合に実施可能で、分路がある場合開ループ制御 に切り換える方法を説明する流れ図である。
実施例の説明 第1図の回路図にはラムダセンサ11が一点鎖線のブロックで図示されている。
このブロックには、センサの等化回路、すなわちセンサ電圧USを出力するセン サ電圧源12並びにRIの値をもつ内部抵抗13が図示されている。ラムダセン サ11はセンサヒータ14により加熱される。このためにセンサヒータはスイッ チ15を介して電源16と接続させることができる。ラムダセンサ11とセンサ ヒータ14は端子17.1−17.4を有する共通のケース内に配置されている 。ヒータ14ないしセンサ11のアースと接続されていない端子17.1と17 .3間に分路が発生する欠陥状態が考えられる。この分路は点線で図示した分路 抵抗RN18で図示されている。
センサ11によって供給される電圧USは1分路電圧も含めて直接検出されるの ではなく、その検出は電圧UOの逆電圧源20を介してアースと接続されている 抵抗値ROをもつ負荷抵抗19を介して行なわれる。検出された電圧がUEで図 示されている。この電圧は差動増幅器21とA/D変換器22を介して制御装置 24のマイクロプロセッサ23に供給され、そこでデジタル値に変換された後、 閉ループ制御回路において供給すべき燃料の量を定める信号1例えば噴射時間T Iに変換処理される。センサヒータ14をオン、オフさせるスイッチ15は同様 にマイクロプロセッサ23によって作動される。スイッチは別に制御可能なセン サヒータ用リレーであったり、あるいはセンサヒータに接続される燃料ポンプを 制御するリレーであっても良い。またリレーの代わりに電子的なスイッチング素 子を用いることも可能である。
第2図にはマイクロプロセッサ23に入力される上述した電圧UEが他の電圧と ともに図示されている。まず、気づくことは、入力電圧として異なる2つのカー ブ、すなわち分路がない入力電圧UEON並びに分路がある入力電圧UEMNが 図示されていることである。
まず、分路のない電圧UEONのカーブを見てみることにする。ラムダセンサ1 1がまだ冷えているときには、内部抵抗RI i、を負荷抵抗ROよりもかなり 大きくなるので、入力電圧UEONの値は逆電圧UOに対応する。それに対して センサが動作温度に達した場合には、内部抵抗RIは負荷抵抗ROよりもかなり 低い値となり、その結果入力電圧UEONはほぼセンサ電圧USに対応する。逆 電圧値UOは、薄い混合気と濃い混合気の電圧値US間のほぼ中央にあるように 選ばれる。第2図ではセンサに濃い混合気から発生する排気ガスが供給されてい るものと仮定されている。従ってセンサの温度が増大するにつれて入力電圧UE ONは負荷電圧値UOから高い電圧値に上昇する。
分路がない場合には、センサヒータをオンしたときの入力電圧UEONはセンサ ヒータをオフしたときの入力電圧と一致する。しかし第2図では分路があるもの と仮定している。
従って電圧UEMNは電圧UEONよりも高く、具体的にはヒータを最初にオン したときの差値DAEだけ高くなる。第2図では、分路により高くなった電圧U EMNがセンサヒータをオンした後経過する時間に従って段々電圧UEONに近 づく状態が図示されている。その理由は、通常分路は水分によって発生し、この 水分が動作時間が長くなるに従って蒸発してしまうからである。さらにセンサの 加熱が増大するに従って内部抵抗が減少し、その結果高抵抗の分路がもはや測定 結果に影響を及ぼさなくなることが考えられる0分路あるいは少なくともそれに よる影響が全くなくなってしまうと、電圧UEMNは電圧UEONと一致する。
このような状態になる時間は、2〜3分から20〜30分位である。
第2図にはさらに3つのしきい値電圧すなわち濃いラムダ信用の上方しきい値電 圧UREF、薄いラムダ信用の下方しいき値電圧UREM並びに基準電圧URが 図示されている。
電圧UEが電圧UREFを越えるかあるいは電圧UREMより小さくなると、セ ンサは動作状態となったと識別され、開ループ制御から閉ループ制御に切り変え られる。閉ループ制御になった場合電圧URより大きくなるか小さくなるかに従 って制御方向の切り変えが行なわれる。
従ってしきい値電圧UREFとUREMは内燃機関の始動後の閉ループ制御I御 を開始させるのを遅延させる機能を果たしている。上述したように入力電圧は、 内部抵抗値RIが負荷抵抗値ROよりも小さくなった時にセンサ電圧にほぼ対応 する。その時に測定値を閉ループ制御に利用することが可能になる。内燃機関の 始動後この時点までに2〜3分経過している。内燃機関が始動してから分路がな い場合の入力電圧UEONがしいき値電圧UREFに達するまでの時点までに時 間TEONが経過する。しかし分路があると入力電圧UEMNは電圧UEONも 高くなり、それに達する時点は早くなり、具体的には第2図でTEMNで図示し た時点になる。しかしこの時点ではセンサはまだ十分に動作できるように暖まっ ておらず、この早い時点で閉ループ制御を開始させると信頼性のある制御結果が 得られなくなる。第2図では閉ループ制御の開始は、TEONないしTEMN後 の短い時間に入力電圧の飛躍が発生することによって識別することができる。
次に、分路を識別する方法を第3図を用いて説明する。こ後、ステップslにお いてヒータをオフしたときのセンサ入力電圧UEHAを測定し300m5に渡っ て電圧平均値を形成する。ステップS2においてヒータをオンにして、ステップ s3においてヒータオン時の入力端子U E HEを測定し、その平均値を求め る。ステップS4において上記両型圧の差DAEを求める。ステップS5におい て差値DAEがしきい値5DAEを越えたか否かを調べる。越えた場合は、ステ ップs6に示′したように分路信号を出力させる。ステップs5において判断が イエスであることは、センサに欠陥がありラムダ値が開ループ制御により調節さ れることを意味する。
ステップs6の後マークAに続いてステップS7となり、そこでまだ分路がある か否かが調べられる。分路がある場合は、マークAに戻り、ない場合にはマーク Bを介してステップs8に至り、そこで上述したドイツ特許に記載されているよ うな通常の動作状態検査が行なわれる。
分路がないと判断されたときステップS5に続くマークBを介してもこのステッ プS8に至る。
次に検査ステップS9において、センサがまだ動作可能でないと判断された場合 には、マークBに戻るにれに対して、動作可能となりステップS9でイエスの答 がでた場合にはマークCを介して至るステップsloで示したように閉ループ制 御開始の信号が出力される。この信号の出力をもって本方法は終了する。
第4図と第5図に示した部分は、第3図のマークAと8間の流れの詳細である。
第4図に図示した方法では、エンジンブレーキにおいてまだ分路があるか否かが 調べられる。このためにステップs4.1においてエンジンブレーキかが判断さ れる。エンジンブレーキでない場合にはマークAに戻る。これに対してエンジン ブレーキの場合には、サブプログラムステップs4゜2において第3図のステッ プslから84に等しい流れが実施される。その後ステップS5に等しいステッ プ84.3に至り、そこで電圧の差値DAEがしきい値5DAEを越えたn” か否かが調べられる。越えていてまで分路がある場合には、マークAに戻る。そ れに対して、分路がなくなっている場合には、マークBに達する。
第5図の方法では、分路がエンジンの温度上昇とともになくなる水分によって起 こされるのかの観察が行なわれる。この場合は、所定の時間が経過すると分路は なくなっている。
第5図の方法では、マークAに続くステップs5.1において動作用の遅延時間 をTVの値に設定する。ステップs5.2において測定時間が遅延時間TVに達 したかあるいは越えたか否かが調べられる。越えていない場合には、ステップ8 5.2が実施される。それに対して条件が満たされている場合には、第3図のマ ークBからの下方のステップに入る。
遅延時間TVは、一定の値TVFI Xとすることもできる。この場合は、流れ が簡単になるという利点があるが、種々の条件を考慮することができないという 問題がある。遅延時間は、差電圧DAEが大きい程長くし、実際のエンジン温度 TMOTが高ければ高いほど短くすることができる。というのは、エンジン温度 が高くなることに関係して同様にセンサの周囲も温度が高くなり、分路を生じさ せる水分も急速に蒸発するからである。
第6図と第7図の部分は、第3図のマークAと0間の部分に代るものである。な 右分路が存在するか否かの検査は、同時に閉ループ制御の開始かの検査である。
第6図の方法では、ヒータがオンの場合のセンサ入力電圧UEが下方しきい値U TIEF以下であるかが調べられる。
以下でない場合には、マークAに戻り、他の場合にはマークCに達する。下方し きい値は、通常の運転条件の基で分路電圧がごくわずかであるときのみその下方 しきい値より小さくなるように設定される0例えば、ラムダ制御を行なう所定の 構造の内燃機関に対して、動作温度(約300℃)になったセンサで分路のない 最低センサ電圧がどのくらいかが決められる。その電圧は、所定の構成のもので loomV<らいである、この電圧に許容できる分路電圧、例えば50mVが加 算される。この加算された150mVの電圧が下方しきい値である。
第7図の方法では、下方しきい値並びに上方しきい値に達した場合分路信号の機 能を解除し同時に閉ループ制御開始と判断することが可能になる。このためにス テップs7.1において入力電圧UEMNから電圧差DAEを引くようにする。
ステップs7.2では、分路電圧のない正しい値に補正された電圧UEKが上方 しきい値電圧UHOCHを越えたかが否かが調べられる。越えた場合には、マー クCに達する。
その他の場合には、ステップ87.3に移行し、そこで未補正の電圧UEが下方 しきい値電圧UTIEF以下になったかどうかが調べられる。以下になった場合 には、マークCに移る。その他の場合には、ステップ87.4において小さな所 定の値DDAEだけ差値を減少され、その後再びマークAに戻る。引かれる値D DAEは、時間的に一定でなくてもよく、通常の場合に求められる分路(差)電 圧の時間的な変化にできるだけ正確に対応するように変化される。
第7図の方法を理解するために、第7*図を用いる。同図では内燃機関が始動し た場合空気と燃料の混合気が薄い場合と濃い場合の入力電圧UEMN、UEON のカーブが図示されている(第2図も参照)。更に補正された電圧UEKも図示 されている。
第7図に図示した方法は、第3図のマークAと6間の部分におき代るものである 。すなわち、第7図の方法は分路信号があり従って電圧UEが分路電圧によって 高い値(UEMN)をとってしまうようになってしまうときに用いられる。
第7*図から明らかなように、内燃機関の始動時で空気燃料の混合気が濃い場合 、このように誤った電圧が早めに上方しきい値電圧を越え、従って早めに閉ルー プ制御が開始されてしまう。これを防止するために、閉ループ制御が可能かどう かの判断に対しては、ステップ37.1で計算した補正された電圧UEKがU  HOCHと比較される(s7.2)。
(、J E Kを計算するのに用いられる差DAEは、第7図でステップ87. 4で説明したように、また第7本図のDAE(1>で示したように時間的に一定 である必要はない。
DAE (t)は、1=0の時点でUEMNとUEON間の差を示す。これは、 第2図から明らかであり、ヒータオフ時る値である。
しかし、他のカーブでは(1=0)この差はわかっておらず、DAE (t)に よって近似値的に表せるのみである。
DAE (t)は、UEKが余り早く、すなわち、UEONの電圧の前にしきい 値UE(QC)Iを越えないように設定されなることをも意味している。
内燃機関の始動時空気燃料の混合気が薄い場合には、UEとUTIEFの比較は 閉ループ制御が可能かどうかの判断に重要である。
既に述べたように、1=0ではDAE (t)の値は通常UEMNとUEON間 の真の差よりも大きいので、補正された電圧UEK=UEMN−DAE (t) は、電圧UEON以下になる。すなわち、この場合には、余りに早く下方しきい f直UTIEFに達し、従って、余りに社早く閉ループ制御可能の判断がなされ てしまう。
そのため、ステップ87.3の判断には、未補正の電圧UEが用いられる。
なお、第7木図の「閉ループ制御開始」は、第3図のステップS7で閉ループ制 御開始信号が形成されるのと同じ意部分で分路を1別し、分路信号を出力させる 部分におき代るものである。この方法は、ラムダ値が時間的に顕著に変化するの で、ヒータをオンオフすることで検出した前後する2つの測定値だけでは測定し た変化がラムダ値の変化によるものかあるいは分路によるものなのかを決めるこ とができないような場合でも実施できる方法である。
ステップs8.1において任意の期間ヒータがオンされる。ステップS8.2に おいて上述した全時間に渡ってヒータオン時のセンサ電圧U E = U E  HEを測定する。ステップS8.3において任意の期間ヒータをオフにする。こ の時間の間所定のタロツクでヒータオフ時のそれぞれの電圧であるセンサ電圧U Eを測定する。ステップ88.5において、ステップs8.1からステップ88 .4を何回通過したかを示す数Nが所定の数NFIXに達したか否かを調べる。
その数NFIXに達しない場合には、Nを1だけ増分し、改めてステップ88. 1からステップ88.4を実施する。この部分の目的は、数Nが所定の数NFI Xに達したときステップS8,6で実施される自己相関法に充分な測定値を得る ためのものである。ステップS8.7においてステップs8゜6の自己相関法に よる評価の結果分路電圧が見つかったかどうかが調べられる。見つからない場合 には、第3図の流れのマークBに達する。それに対して見つかった場合には、ス テップ88.8において分路信号が出力され、ラムダ値が開ループ制御に切り換 えられる。 計算にコストのかかる自己相関法を用いると、分路が有るかどうか だけでなく、その大きさを求めることも可能になる。分路電圧の大きさが求まる と、測定したセンサ電圧からこの値を引算し、本来の正しいセンサ電圧値を求め ることができるにの場合、開ループ制御に切り換えるのではなく、求めた正しい センサ電圧値を用いて閉ループ制御を行なうことが可能になる。
Fig、1 0         ′旧慣   πlk               TF ig、2 Fig、4         Fio、5         Fig、6Fig 、74゜ 国際調査報告 l11.、、l細−−1wa、  KT/DE 89100727

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)センサヒータにより加熱されるラムダセンサの欠陥状態を識別し、欠陥状態 が識別された場合欠陥信号を出力させる方法において、 ヒータをオフにしたときのセンサ電圧を測定し、ヒータをオンにし、 ヒータをオンにしたときのセンサ電圧を測定し、それぞれ同じラムダ値のときに 、ヒータオン時の電圧がオフ時の電圧より大きいことを測定値が示した場合に、 欠陥信号を出力させることを特徴とする、ラムダセンサの欠陥状態を識別する方 法。 2)ラムダ値が変化しないとき、例えば、内燃機関の始動前あるいはエンジンブ レーキ時に実施し、両測定値の差を形成し、 その差が所定のしきい差値を越えたとき欠陥信号を出力することを特徴とする請 求の範囲第1項に記載の方法。 3)ラムダ値が変化する場合、ヒータをほぼ2値的にオンオフし、 センサ電圧を所定のクロックで測定し、測定値を自己相関法により評価し、 ヒータオン時に測定した電圧値にそれぞれのラムダ値に無関係な許容できない大 きざの分路電圧が重畳されているとき、欠陥信号を出力させることを特徴とする 請求の範囲第1項に記載の方法。 4)欠陥信号がある間は、ラムダ値を開ループ制御により調節することを特徴と する請求の範囲第1項から第3項までのいずれか1項に記載の方法。 5)欠陥信号が出力されてから所定の時間経過後は、欠陥信号の効果をなくすこ とを特徴とする請求の範囲第1項から第4項までのいずれか1項に記載の方法。 6)前記時間を欠陥信号の発生時点におけるエンジンの温度に関係させるように したことを特徴とする請求の範囲第5項に記載の方法。 7)ヒータオン時のセンサ電圧が所定の下方しきい値を下回ったとき欠陥信号の 効果をなくすようにしたことを特徴とする請求の範囲第1項から第6項までのい ずれか1項に記載の方法。 8)欠陥信号に基づいてヒータオン時のセンサ電圧から時間とともに減少する補 正電圧を引算し、前記補正電圧は最初分路電圧の値を有し、補正されたセンサ電 圧が上方しきい値を越えたときあるいは未補正の電圧が下方しきい値より小さく なったとき欠陥信号の効果をなくすことを特徴とする請求の範囲第1項から第7 項までのいずれか1項に記載の方法。 9)欠陥信号が出力された場合、自己相関法から得られた分路電圧を引算するこ とにより測定センサ電圧から形成される補正されたセンサ電圧に基づいて閉ルー プ制御が行なわれることを特徴とする請求の範囲第3項に記載の方法。 10)センサヒータにより加熱されるラムダセンサの欠陥状態を識別し、欠陥状 態が識別された場合欠陥信号を出力させる装置において、それぞれ同じラムダ値 のときに、ヒータオン時の電圧がオフ時の電圧より大きいか否かを検出し、大き い場合欠陥信号を出力させる手段(23)を設けることを特徴とする、ラムダセ ンサの欠陥状態を識別する装置。
JP2500115A 1988-11-29 1989-11-21 ラムダセンサの欠陥状態を識別する方法及びその装置 Expired - Lifetime JP2901342B2 (ja)

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DE3840148.7 1988-11-29
DE3840148A DE3840148A1 (de) 1988-11-29 1988-11-29 Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines fehlerzustandes einer lambdasonde

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