JPH0416757A - 酸素センサの劣化診断装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、内燃機関の排気中の酸素濃度を検出する酸素
センサの劣化診断装置に関する。

Ｂ、従来の技術 酸素センサは内燃機関の排気中の酸素濃度を検出するも
ので、この検出情報を用いて空燃比制御等が行われる。

このような酸素センサは高温排気中にあり、汚れや煤等
により機能が低下することがあるので、劣化診断が必要
である。

従来の酸素センサの劣化診断を行う装置としては、例え
ば８産自動車発行　８産セントラ　サービスマニュアル
　ＥＦ＆ＥＣ−６７〜７１　に記載のものがある。この
装置では、空燃比制御（λコントロール）中の制御周期
および酸素センサの振幅電圧（特に、ピークツウピーク
）より酸素センサの機能を判定している。具体的には、
第９図に酸素センサの出力波形を示すように、その振幅
電圧ｏ、ｖ　（ｐ−ｐ）が、 ０、Ｖ　（Ｐ−Ｐ）＜設定値 のとき劣化していると判断する。これは、振幅電圧が小
さくなりすぎると、酸素センサの内部抵抗が大きくなる
ような劣化が存在するからである。

ただし、一般的にはこのような劣化は少なく１表面に汚
れが付着し、これに起因するような劣化が多い。すなわ
ち、制御周期Ｔが Ｔ〉設定値 のときは空燃比制御の制御周期Ｔが必要以上に長くなり
、酸素センサの表面に汚れが付着して劣化したものと判
断している。ただし、この方法は精度が比較的悪いとい
う傾向にある。

Ｃ６発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来の酸素センサの劣化診断
装置にあっては、制御周期Ｔは運転状態により大きく変
動するため、その規格値（上記設定値）を余裕を持って
設定する必要があることから、劣化についての細かな判
定をすることができず、また、実際の酸素センサの劣化
モードとしても振幅電圧ｏ２ｖ　（ｐ−ｐ）が低下する
という劣化よりもリッチからリーンへの反応時間が不適
切なものになるという劣化が大多数であるため、酸素セ
ンサの劣化について従来の装置ではほとんど検出するこ
とができないというという問題点があった。

すなわち、酸素センサの劣化モードは空燃比がリッチか
らリーンに変化するときの応答性劣化がほとんどであり
、これを精度よく正確に判定することができない。

本発明の目的は、酸素センサの劣化を精度よく正確に診
断することのできる酸素センサの劣化診断装置を提供す
ることにある。

００課題を解決するための手段 クレーム対応図である第１図により説明すると、本発明
は、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ１０１の劣
化を診断する装置であって、エンジンの回転数を検出す
る回転数検出手段１０２と、エンジンが所定のリッチ空
燃比運転状態にあって。

フューエルカットが行われたことを検出する運転状態検
出手段１０３と、酸素センサ１０１の出力に基づいて空
燃比のフィードバラ制御を行う空燃比制御手段１０４と
、エンジンが所定のリッチ空燃比運転状態からフューエ
ルカットが行われたとき、酸素センサ１０１の出力がリ
ッチ側から目標値に対応するスライスレベルを横切って
リーン側に変化するまでの応答時間を計測する計測手段
１０５と、エンジンの回転数に基づいて酸素センサ１０
１の劣化を診断する診断基準値を設定する基準値設定手
段１０６と、酸素センサ１０１の前記応答時間を該診断
基準値と比較して酸素センサ１０１の劣化を診断する診
断手段１０７とを備えるものである。

８０作用 エンジンが所定のリッチ空燃比運転状態にあってフュー
エルカットが行われたとき、酸素センサの出力がリッチ
側から目標値に対応するスライスレベルを横切ってリー
ン側に変化するまでの応答時間が計測されるとともに、
エンジンの回転数に基づいて酸素センサの劣化を診断す
る診断基準値が設定される。その後、前記応答時間が該
診断基準値と比較されて酸素センサの劣化が診断される
。

この場合、リッチに切り換わるときに酸素センサが直ち
に追従しないことで、汚れ等があることがわかり、劣化
が診断される。汚れがあると、リーン時に酸素センサが
追従しにくいからである。

したがって、酸素センサの劣化を精度よく、かつ正確に
診断することができる。

Ｆ、実施例 第２図〜第８図により本発明の一実施例を説明する。

第２図は本装置の全体構成図である。この図において、
１はエンジジンであり、吸入空気はエアークリーナ２か
ら吸気通路３を通して各気筒に供給され、燃料はインジ
ェクタ４により噴射される。

気筒内の混合気は点火プラグ５の放電作用によって着火
・爆発し、排気管６を通して排出される。

吸入空気の流量はエアーフローメータ７により検出され
、吸気通路３内のスロットルバルブ８によって制御され
る。エンジン１の回転数は回転数センサ９により検出さ
れ、冷却水の温度は水温センサ１０により検出される。

また、排気中の酸素濃度は酸素センサ１１により検出さ
れ、スロットルバルブ８の全開状態はアイドルスイッチ
１２により検出される。

エアーフローメータ７、回転数センサ９、水温センサ１
０、酸素センサ１１およびアイドルスイッチ１２からの
信号はコントロールユニット２０に入力されており、コ
ントロールユニット２０は主にマイクロコンピュータに
より構成され、各センサ７．９．１０．１１．１２から
の信号に基づき基本噴射量を演算するとともに、これを
排気中の酸素濃度に応じて目標空燃比となるように補正
し、さらに必要に応じてツユ一二ルカットする他、酸素
センサ１１の劣化診断を行う。なお、コントロールユニ
ット２０からは制御信号がインジェクタ４および点火プ
ラグ５に出力される。

次に、動作を説明する。

第３図は酸素センサ１１の劣化診断処理のフローチャー
トであり、このフローは２　ｍ　ｓ毎に実行される。

まず、ステップＳ１で酸素センサ１１の振幅電圧ｏ、ｖ
　（ｐ−ｐ）をセンサ電圧Ｖ○２として読み込み、ステ
ップＳ２でセンサ電圧ＶＯ２を目標空燃比に対応するリ
ッチ・リーン判断のスライスレベルＳＬと比較する。ス
ライスレベルＳＬよりリッチのときはステップＳ３でリ
ッチ・リーンフラグＦＲＬを口１］にセットし、リーン
のときはステップＳ４で同フラグＦＲＬを［０］にリセ
ットする。次いで、ステップＳ５で前回のリッチ・リー
ンフラグＢＦＲＬを判別し、［０コのときはステップＳ
６に進み、［１コのときはステップｓ７に進む。ステッ
プＳ６ではリッチ・リーンフラグＦＲＬを判別し、［０
］のときはステップｓ８でリッチ状態フラグＦＲｉｃｈ
を［０１とし、さらにステップＳ９で前回のリッチ・リ
ーンフラグＢＦＲＬとしてリッチ・リーンフラグＦＲＬ
を格納してリターンする。すなわち、このときは空燃比
がリーン域にとどまっており、リッチ側に変化していな
いと判断する。

一方、ステップＳ６でリッチ・リーンフラグＦＲＬが［
１コのときはリーンからリッチに変化したと判断し、ス
テップＳ１０で酸素センサ１１の出力に基づくフィード
バック制御のＰＩ（比例積分）制御値ＰＩをＰＩ値の最
大値ＰＩＭＡＸとおく。

次いで、ステップＳｌｌでリッチ状態フラグＦＲｉｃｈ
を［１］とし、ステップＳＬ２でＰＩ制御値ＰＩのほぼ
中央値ＲＬｅｖｅｌを次式に従って演算した後、ステッ
プＳ９に進む。

＋ＰＩＭＩＮ 一方、ステップＳ５で前回のリッチ・リーンフラグＢＦ
ＲＬが［１］のときは、ステップＳ７でリッチ・リーン
フラグＦＲＬを判別し、［１１のときはステップＳ６に
戻り、［０］のときは空燃比がリッチからリーンに変化
したと判断し、ステップＳ１３でフィードバック制御の
ＰＩ制御値ＰＩをＰＩ値の最小値ＰＩＭＩＮとおき、ス
テップＳ１４でリッチ状態フラグＦＲユｃｈを［０］と
する。次いで、ステップＳ１５でタイマをストップする
。このタイマは、空燃比がリッチからリーンに変化した
ときの酸素センサ１１の応答時間ｔを測定するもので、
そのスタートは後述のフローチャートによって実行され
る。次いで、ステップＳ１６でエンジン回転数をＮとし
て読み込み、ステップＳ１７で第４図に示すマツプから
エンジン回転数Ｎをパラメータとして酸素センサ１１の
劣化判断のための反応時間のマツプ値（診断基準値）を
ルックアップする。次いで、ステップＳ１８で今回のタ
イマ値ｔがルックアップしたマツプ値以上であるか否か
を判別し、ＮＯのときはステップＳ１９で応答時間が短
くて酸素センサ１１が正常であると診断し、リターンす
る。また、ＹＥＳのときはステップＳ２０で応答時間が
長くて酸素センサ１１が劣化していると診断する。

第５図はＰＩ制御値ＰＩがリッチゾーンにあるか否かを
判別するフローチャートである。

まず、ステップＳ２１で現在のＰＩ値を今回のＰＩ制御
値ＰＩとおき、ステップＳ２２でリッチ状態フラグＦＲ
ｉ　ｃ　ｈを判別する。このフラグが［０］のときはリ
ターンし、［１］のときはリッチであるから、次いでス
テップＳ２３でＰＩ制御値ＰＩがｐｒ制御値ＰＩのほぼ
中央値ＲＬｅｖｅ１以下であるか否かを判別する。Ｎｏ
のときはＰ■制御値ＰＩがリッチゾーンにあると判断し
てリターンし、ＹＥＳのときは該リッチゾーンにないと
判断し、ステップＳ２４でリッチ状態フラグＦＲｉｃｈ
を［０コにリセットしてリターンする。

第６図は前記タイマのスタート処理のフローチャートで
ある。

まず、ステップＳ３１で前回のアイドルスイッチ１２の
状態を表すアイドルフラグＢＩｄｅｌを判別し、［０］
のときはステップＳ３２でアイドルスイッチ１２がオン
であるか否かを判別する。

アイドルスイッチ１２がオンのときは今回アイドルに移
行したと判断し、まずステップＳ３３でエンジン回転数
Ｎが所定のカット回転数ＮＣ以下であるか否かを判別す
る。これは、高回転時は酸素センサ１１の劣化診断に好
ましくないから、カットするための判断処理である。ま
た、アイドルに移行したときはフューエルカットが行わ
れる。ステップＳ３３でＹＥＳのときはステップＳ３４
でアイドルフラグＢＩｄｅｌを［１］にセットし、次い
でステップＳ３５でリッチ状態フラグＦＲｉｃｈを判別
し、［１］のときはステップＳ３６でタイマをスタート
する。したがって、アイドルに移行してフューエルカッ
トが行われ、さらに空燃比がリッチであるときタイマが
スタートする。

方、ステップＳ３１でＮＯのときは前回がアイドルでな
く、ステップＳ３２でＮｏのときは今回アイドルになら
ないので、ステップＳ３７でアイドルフラグＢＩｄｅｌ
を［０１にリセットしてリターンする。また、ステップ
Ｓ３３でＮｏのときは高回転時を除くため、ステップＳ
３５でＮＯのときは空燃比がリッチでないために今回の
ルーチンはリターンする。

次に、第７図の波形図を参照して劣化診断を具体的に説
明する。

酸素センサ１１の劣化モードはリッチからり−ンへの応
答性劣化がほとんどであり、そのために本実施例では排
気ガスがリッチ状態のときに減速したときの酸素センサ
１１の応答時間を計測することで、劣化診断を正確なも
のとしている。この場合、排気管６内のガスが明らかに
リッチ状態であることを保証するため１本診断はＰＩ制
御がリッチからリーン制御に反転してから、ΔＰＴ／２
に余裕代＋αを加えたまでの間にフューエルカットを伴
う減速が行われた場合のみ実行することとしている。こ
れは、フューエルカットにより排気管６内のガスが明ら
かにリーンになること、およびスロットルバルブ８が全
開状態であるため、排気ガスの量が制限され、酸素セン
サ１１の反応時間に影響を与える要因が少なくなって診
断が容易になる１′−めである。

すなわち、第７図（ａ）に示すように酸素センサ１１の
出力が変化していると８．空燃比フィードバック制御に
おけるＰＩ制御値ＰＩは同図（ｂ）に示すように変化し
ている。いま、排気管６内のガスが明らかにリッチ状態
であるとき、例えば同図に示すリッチ保証範囲にあると
きにアイドルスイッチ１２がオンしてツユ一二ルカット
が行われた場合の動作を考察する。

ここで、明らかに空燃比がリッチ状態であることを保証
するために酸素センサ１１の出力信号がリーンからリッ
チに切り換わった瞬間からＰＩ制御の中央値（実際には
前述の如く余裕を持って６０％程度）までの間にのみ限
定される。例えば、第７図におけるＰＩ制御値ＰＩで各
極点をＰＡ、ＰＢとすると、リッチ保証範囲は次式で算
出される。

（ＰＡ−ＰＢ）Ｘ　（６０／１００）　十ＰＡこの式の
２項目が６０％の安全率を決定している部分である。

また、明らかに空燃比がリッチ状態であることの保証と
して本実施例では、第８図にＫ　Ｍ　Ｒマツプを示すよ
うにいわゆるＫＭＲ域に運転状態があるか否かで判断し
ている。ただし、余裕代をみて酸素センサ１１の診断領
域はＫＭＲ領域の深い位置に設定しておくことが望まし
い。ここでＫＭＲ域とは、燃料の高負荷増量を行って空
燃比がリッチとなる部分であり、使用頻度は少ないが、
−度でもフューエルカットが発生すれば診断が行える領
域である。一方、参考までに述べると、ＰＩ制御は使用
頻度の多い領域であるが、フューエルカットのタイミン
グによっては、診断が実施できないことが多い部分であ
る。

このような状況下、排気管６内のガスが明らかにリッチ
状態であるときにフューエルカットが行われると、その
時点からタイマがカウントを開始し、酸素センサ１１の
８力がリッチからリーンに反転するまでの応答時間ｔが
計測され、これが第４図のマツプ値と比較され、マツプ
値より大きいときは酸素センサ１１が劣化していると判
断される。例えば、第４図に示すようにエンジン回転数
が２０００ｒｐｍであるとき応答時間の診断基準値はｔ
ｌとしてルックアップされ、実際の応答時間ｔがこれよ
り大きいと酸素センサ１１が劣化していると診断される
。これは、酸素センサ１１の応答時間は排気管６を流れ
る排気ガスの流量により左右されるが、フューエルカッ
ト中はスロットルバルブ８が全閉となっているため、エ
ンジン回転数のみに影響されると考えても問題はないか
らである。そのため、本実施例ではリッチ空燃比からフ
ューエルカット後の酸素センサ１１の出力がリッチから
リーンに反応するときの時間の規格値はエンジン回転数
を横軸とするマツプにより決定することとしている。こ
のように、リッチに切り換わるときに酸素センサ１１が
直ちに追従しないことで、汚れ等があることがわがり、
劣化が診断される。汚れがあると、リーン時に酸素セン
サ１１が追従しにくいからである。その結果、酸素セン
サ１１の機能劣化をエンジン回転数を横軸とする一次元
マツブの規格値から精度よく、かつ正確に検品すること
ができる。

以上の実施例の構成において、酸素センサ１１が酸素セ
ンサ１０１を、回転数センサ９が回転数検出手段１０２
を、エアーフローメータ７、回転数センサ９およびアイ
ドルスイッチ１２が運転状態検出手段１０３を、コント
ロールユニット２０が空燃比制御手段１０４、計測手段
１０５、基準値設定手段１０６および診断手段１０７を
構成している。

Ｇ１発明の効果 本発明によれば、リッチからリーンに切り換わるときに
酸素センサが直ちに追従しないことを検出することで酸
素センサに汚れ等があることがわかり、酸素センサの劣
化を精度よく、かつ正確に診断することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図である。 第２図〜第８図は本発明に係る酸素センサの劣化診断装
置の一実施例を説明するもので、第２図が全体構成図、
第３図が酸素センサの劣化診断処理のフローチャート、
第４図がａ素センサの劣化判断のための反応時間のマツ
プを示す図、第５図がＰ工制御値Ｐ工がリッチゾーンに
あるか否かを判別するフローチャート、第６図がタイマ
のスタート処理のフローチャート、第７図が劣化診断を
具体的に説明する波形図、第８図が診断基準値のマツプ
を示す図、第９図が従来の劣化診断を説明する図である
。 １：エンジン　　　　　　　２：エアークリーナ３：吸
気通路　　　　　　　４：インジェクタ５：点火プラグ
　　　　　　６：排気管７：エアーフローメータ　　８
：スロットルバルブ９：回転数センサ　　　　１０：水
温センサ１１：酸素センサ　　　　　１２：アイトルス
イッチ２０：コントロールユニット １０１　：酸素センサ　　　　１０２：回転数検出手段
１０３：運転状態検出手段　１０４：空燃比制御手段１
０５：計測手段　　　　　１０６：基準値設定手段１０
７：診断手段 特許出願人　　日本電子機器株式会社 代理人弁理士　　　永　井　冬　紀 第１図 第２図 １：エンジン　　　　　　　２：エアークリーナ　　３
：吸気通路４：インジェクタ　　　　　５：点大プラグ
　　　　６：排気管７：エアー７０−メータ　　８：ス
ロットルノ鴫ルブ　９：回転数センサ１０：水温センサ
　　　　　１１：酸素センサ　　　１２：アイドルスイ
ッチ２０：コントロールユニット 第４図 第８図 第６図 第５図 第７図 にクフユエルカット 応答時間Ｔ　：

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 排気中の酸素濃度を検出する酸素センサの劣化を診断す
   る装置であって、 エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、エンジ
   ンが所定のリッチ空燃比運転状態にあって、フューエル
   カットが行われたことを検出する運転状態検出手段と、 酸素センサの出力に基づいて空燃比のフィードバック制
   御を行う空燃比制御手段と、 エンジンが所定のリッチ空燃比運転状態からフューエル
   カットが行われたとき、酸素センサの出力がリッチ側か
   ら目標値に対応するスライスレベルを横切ってリーン側
   に変化するまでの応答時間を計測する計測手段と、 エンジンの回転数に基づいて酸素センサの劣化を診断す
   る診断基準値を設定する基準値設定手段酸素センサの前
   記応答時間を該診断基準値と比較して酸素センサの劣化
   を診断する診断手段と、を備えたことを特徴とする酸素
   センサの劣化診断装置