JPH04233447A - 排気濃度センサの劣化検出方法 - Google Patents

排気濃度センサの劣化検出方法

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JPH04233447A
JPH04233447A JP2417322A JP41732290A JPH04233447A JP H04233447 A JPH04233447 A JP H04233447A JP 2417322 A JP2417322 A JP 2417322A JP 41732290 A JP41732290 A JP 41732290A JP H04233447 A JPH04233447 A JP H04233447A
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sensor
exhaust gas
gas concentration
concentration sensor
output voltage
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茂樹 馬場
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    • Y02T10/40Engine management systems

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの排気濃
度センサの出力電圧と基準値との偏差に応じて混合気の
空燃比を制御するようにした燃料供給制御装置における
排気濃度センサの劣化検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、内燃エンジンに供給される混合
気の空燃比が所望の値を中心としたある範囲内となるよ
うに制御するために、排気ガスに含まれている特定の成
分濃度、例えば酸素ガス濃度を検出し、該検出した酸素
ガス濃度に応じて空燃比補正係数値を設定し、この補正
係数値を用いて空燃比を補正している。内燃エンジンの
排気ガスから酸素ガス濃度を検出するための排気濃度セ
ンサである酸素ガス濃度センサ(O2センサ)は、例え
ばジルコニア固体電解質(ZrO2)を備えた形式のも
ので、その超電力が内燃エンジンの理論空燃比の前後に
おいて急激に変化する特性を有し、O2センサの出力信
号は排気ガスのリッチ側において高レベルとなり、リー
ン側において低レベルとなる。このような酸素ガス濃度
を検出するO2センサの断線、短絡が空燃比制御に与え
る影響は大きい。このため、O2センサ等の排気濃度セ
ンサを含む排気ガス濃度検出系を常時監視して正常なセ
ンサ信号によって空燃比制御系を正常に機能させる必要
がある。
【0003】そのための排気濃度センサの故障検出方法
として、特開平1−272956号公報に示されている
ように、排気濃度センサに所定電圧を印加した時の排気
濃度センサの出力電圧の変化量が所定値以下のとき、排
気濃度センサが故障していると判定するようにしたもの
がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の故障検出方法においては、センサの故障自体を検出
することはできるが、排気濃度センサが経時劣化した場
合にこれを検出することができない。排気濃度センサが
経時劣化したときは内部インピーダンスが変化して出力
電圧が変化するため、空燃比を正確に検出することがで
きない。このため、経時劣化した排気濃度センサは速や
かに正常なものと取り換える必要があり、かかる経時劣
化を検出できる方法が望まれている。
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、排気濃度センサの経時劣化を検出できる排気濃度
センサの劣化検出方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、内燃エンジンの排気ガス濃度を検出する排気
濃度センサの出力電圧値と基準値との偏差に応じて前記
内燃エンジンに供給する混合気の空燃比を制御する内燃
エンジンの排気濃度センサの劣化検出方法において、前
記排気濃度センサに所定電圧を印加した時の前記排気濃
度センサの出力電圧の変化量に基づいて前記排気濃度セ
ンサの内部インピーダンスを算出し、該算出した内部イ
ンピーダンスから前記排気濃度センサの劣化を検出する
ようにしたものである。
【0007】
【作用】本発明による排気濃度センサの劣化検出方法に
おいては、排気濃度センサに所定電圧を印加した時のそ
の出力電圧の変化量に基づいて算出された排気濃度セン
サの内部インピーダンスにより排気濃度センサの経時劣
化を検出することができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳
細に説明する。
【0009】図1は本発明の劣化検出方法が適用される
内燃エンジンの燃料供給制御装置の全体構成を示すブロ
ック図である。符号1は例えば4気筒の内燃エンジンを
示し、該エンジン1には吸気管2が接続され、該吸気管
2の途中にはスロットル弁3が設けられている。該スロ
ットル弁3にはその弁開度θTHを検出し、検出θTH
値に応じた電気的な信号をスロットル弁開度信号として
出力するスロットル弁開度センサ4が接続されており、
該スロットル弁開度信号は以下で説明するように空燃比
等を算出する演算処理及び排気ガス濃度センサの異常検
出処理を実行する電子コントロールユニット(以下「E
CU」という)5に送られる。
【0010】前記エンジン1とスロットル弁3との間に
は燃料噴射弁6が設けられている。該燃料噴射弁6は前
記エンジン1の各気筒毎に設けられており、図示しない
燃料ポンプに接続され、前記ECU5から供給される駆
動信号によって燃料を噴射する開弁時間を制御している
【0011】一方、前記スロットル弁3の下流の吸気管
2には、管7を介して該吸気管2内の絶対圧PBAを検
出する吸気管内絶対圧センサ8が接続されており、その
検出信号はECU5に送られる。更に管7の下流の吸気
管2には吸気温度(TA)を検出する吸気温度センサ9
が取り付けられ、その検出信号はECU5に送られる。
【0012】冷却水が充満されている前記エンジン1の
気筒周壁には、例えばサーミスタからなり、冷却水の温
度(TW)を検出するエンジン冷却水温度センサ10が
設けられ、その検出信号は前記ECU5に送られる。エ
ンジン回転数センサ(以下、Neセンサという)11及
び気筒判別(CYL)センサ12が前記エンジン1の図
示していないカム軸又はクランク軸周囲に取り付けられ
、前者のNeセンサ11はクランク軸の180度回転毎
に1パルスの信号を出力し、後者の気筒判別センサ12
は気筒を判別する信号をクランク軸の所定角度位置で1
パルス出力し、これらのパルス信号は前記ECU5に送
られる。
【0013】前記エンジン1の排気管13には三元触媒
14が接続され、排気ガス中のHC,CO,NOx成分
の浄化作用を行う。この三元触媒14の上流側の排気管
13には排気濃度センサであるO2センサ15が装着さ
れ、該O2センサ15は排気ガス中の酸素ガス濃度を検
出し、その検出信号を前記ECU5に供給している。
【0014】更に、前記ECU5には、他のエンジン運
転パラメータセンサ、例えば大気圧センサ16が接続さ
れ、該大気圧センサ16はその検出信号を前記ECU5
に供給している。また、ECU5にはO2センサ15の
故障及び劣化時のフェイルセーフ処理部、例えば警報手
段17が接続されている。該警報手段17は、上記O2
センサに故障又は劣化が発生し、これが診断(チェック
)されたときにはECU5から送出される制御信号に基
づいて警報音の発生、LEDによる表示などを行なう。
【0015】ECU5は上述の各種信号を入力し、前記
燃料噴射弁6の燃料噴射時間Toutを次式により演算
する。
【0016】
【数1】Tout=Ti×Ko2×K1+K2ここで、
Tiは前記燃料噴射弁6の基準噴射時間であり、前記N
eセンサ11から検出されたエンジン回転数Neと吸気
管内絶対圧センサ8からの絶対圧PBAとに応じて演算
される。Ko2は空燃比補正係数であり、フィードバッ
ク制御時では前記O2センサ15の検出信号により示さ
れる酸素ガス濃度に従って設定されるもので、オープン
ループ制御時ではフィードバック制御時に設定された空
燃比補正係数値Ko2の平均値KREFに設定される。
【0017】K1及びK2は前述の各種センサ、即ち前
記スロットル弁開度センサ4、吸気管内絶対圧センサ8
、吸気温度センサ9、エンジン冷却水温度センサ10、
Neセンサ11、気筒判別センサ12、O2センサ15
及び大気圧センサ16からのエンジンパラメータ信号に
応じて演算される補正係数又は補正変数であって前記エ
ンジン1の運転状態に応じ、始動特性、排気ガス特性、
燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性が最適なものと
なるように所定の演算式に基づいて演算される。前記E
CU5は前記式
【数1】により求めた燃料噴射時間Toutに基づく駆
動制御信号を前記燃料噴射弁6に供給し、その開弁時間
を制御する。
【0018】図2は、O2センサの劣化検出のためのチ
ェッカーサーキットを含む前記ECU5内部におけるO
2センサ入力回路部分の回路構成図を示す回路図である
【0019】同図に示す如く、素子内部インピーダンス
rと電池15aとで表されるO2センサ15の一端は排
気管壁に接地され、他端が信号ラインlを通してECU
5に接続されている。ECU5内部には、2つのコンデ
ンサC1,C2及び抵抗R1から成るローパスフィルタ
とオペレーショナルアンプ520が設けられ、O2セン
サ15の出力電圧VO2は該ローパスフィルタを介して
オペレーショナルアンプ520の非反転入力端子に印加
され、該オペレーショナルアンプ520で増幅されてE
CU5内部のマルチプレクサ、A/Dコンバータ(図示
せず)へ供給される。
【0020】上記コンデンサC1と抵抗R1との接続点
と、所定電源電圧Vccが供給される端子との間には、
チェッカーサーキットスイッチ(SW)としての切換制
御可能なスイッチ530と抵抗R2との直列回路が接続
されており、該スイッチ530が出力回路5dからの制
御信号によりオン、オフ制御される。スイッチ530は
、適宜のスイッチ素子であってよい。
【0021】上記スイッチ530によるチェッカーサー
キットでは、O2センサ15の出力電圧VO2が所定時
間変化しない場合フューエルカット時、WOT時のよう
な出力電圧安定状態)において、スイッチ530をオン
することによりO2センサ15に流し込む電流を増大さ
せ、O2センサ15の出力電圧をチェックすることによ
ってO2センサ15の劣化検出を行う。
【0022】次に本発明によるO2センサの劣化検出方
法の一実施例を図3のフローチャートにより説明する。
【0023】まず、エンジン冷却水温度センサ10によ
り検出されたエンジン冷却水温度TWを読み込み(ステ
ップS1)、該冷却水温度TWが所定温度TWX以上か
否かを判断する(ステップS1,S2)。冷却水温度T
Wが所定値TWX以上、即ちO2センサが高温状態でな
ければ、直ちに本プログラムを終了する。O2センサが
高温になるまで待つのは、O2センサ15の内部インピ
ーダンスの値rの経時変化が、図4の経時変化特性で示
すように、高温(曲線SA)時の方が低温(曲線SB)
時よりも大きいからである。高温状態の場合にはステッ
プS3でエンジンがフューエルカット状態あるいはWO
T状態か否かを判断し、これらの状態のいずれかであれ
ば空燃比が理論空燃比に対してリーン側又はリッチ側に
とどまるため、O2センサの出力電圧VO2、即ち電池
電圧Vsは反転せず、安定していると判断し、ステップ
S4へ進む。フューエルカット状態あるいはWOT状態
でない場合は直ちに本プログラムを終了する。
【0024】次に、ステップS4で、スイッチ530を
オフにした状態でO2センサ15の出力電圧VO2を測
定し、これを記憶する。次に、スイッチ530をオンし
、抵抗R2を介してO2センサ15に所定電圧Vccを
印加し(ステップS5)、このときのO2センサ15の
出力電圧VO2′を測定し、これを記憶する(ステップ
S6)。上述のように電池電圧Vsは安定しているので
、出力電圧VO2、VO2′はそれぞれ下記
【数2】,
【数3】のように表わされる。
【0025】
【数2】VO2=Vs+ri ここでiはオペレーショナルアンプ520から流し込ま
れる電流である。
【0026】
【数3】VO2′=Vs+r(i+i′)ここでiは抵
抗R2を介して流し込まれる電流である。
【0027】次に、スイッチ530をオフする(ステッ
プS7)。そして、ECU5は、
【0028】
【数2】,
【数3】の式から出力電圧VO2,VO2′間の差ΔV
O2を下記
【数4】により演算する。
【0029】
【数4】ΔVO2−VO2′=ri′ また、オペレーションアンプ520の入力インピーダン
スが高インピーダンスであることから、i′>>iであ
り、次式
【数5】が成り立つ。
【0030】
【数5】i′=(Vcc−Vs)/(r2+r)
【00
31】
【数5】においてr2は抵抗R2の抵抗値である。
【0032】
【数5】式において、Vcc,Vs,r2は既知である
ので、
【数4】と
【数5】から、
【0033】
【数6】ΔVO2(r2+r)=(Vcc−Vs)r従
って、
【0034】
【数7】 r=ΔVO2r2/(Vcc−Vs−ΔVO2)となる
。 このようにして、差ΔVO2からrを求めることができ
(ステップS8,S9)、この求めたr値に基いて図4
の特性から、O2センサ15の劣化の程度を判断するこ
とができる。すなわち、r値が所定値以上であればO2
センサ15は劣化と判断し(ステップS10,S11)
、所定値より小さければO2センサ15は正常であると
判断する(ステップS10,S12)。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に依れば、
内燃エンジンの排気ガス濃度を検出する排気濃度センサ
の出力電圧値と基準値との偏差に応じて前記内燃エンジ
ンに供給する混合気の空燃比を制御する内燃エンジンの
排気濃度センサの劣化検出方法において、前記排気濃度
センサに所定電圧を印加した時の前記排気濃度センサの
出力電圧の変化量に基づいて前記排気濃度センサの内部
インピーダンスを算出し、該算出した内部インピーダン
スから前記排気濃度センサの劣化を検出するようにした
ので、排気濃度センサの経時変化を検出することができ
、経時劣化した排気濃度センサの交換を早期に行なうこ
とができ、不正確な空燃比の検出に因る空燃比制御の異
常を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法が適用される内燃エンジンの燃料
供給制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】図1のECU内部のチェッカーサーキットを含
むO2センサ入力回路部分の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の一実施例による劣化検出手順を示すフ
ローチャートである。
【図4】O2センサの内部抵抗値の経時劣化特性を示す
グラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  内燃エンジンの排気ガス濃度を検出す
    る排気濃度センサの出力電圧値と基準値との偏差に応じ
    て前記内燃エンジンに供給する混合気の空燃比を制御す
    る内燃エンジンの排気濃度センサの劣化検出方法におい
    て、前記排気濃度センサに所定電圧を印加した時の前記
    排気濃度センサの出力電圧の変化量に基づいて前記排気
    濃度センサの内部インピーダンスを算出し、該算出した
    内部インピーダンスから前記排気濃度センサの劣化を検
    出することを特徴とする排気濃度センサの劣化検出方法
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