JPH04365951A - 補助酸素センサの劣化検出方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスを浄化するた
めの三元触媒を備えた自動車に適用される補助酸素セン
サの劣化検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化手段の一つとして広く利用
されている三元触媒は、混合気の空燃比が理論空燃比近
傍の値に維持されていないと、排気ガス中に含まれるＮ
ＯＸ　、ＨＣ、ＣＯのすべてを効率よく浄化することが
できない。その為、一般に自動車に空燃比制御装置を設
けて、エンジンに供給する混合気の空燃比を理論空燃比
付近に維持するようにしている。

【０００３】例えば、インジェクタを採用したエンジン
においては、触媒コンバータの上流側に主酸素センサが
配置してあり、エンジン回転速度と吸気管負圧をパラメ
ータとする各種運転条件に見合う基本燃料噴射量を決定
し、その上で、前記酸素センサの出力電圧が空燃比リッ
チ状態を示している場合には前記基本燃料噴射量を減少
させ、逆に空燃比リーン状態を示している場合には前記
基本燃料噴射量を増加させるようにフィードバック補正
係数を変化させることで、空燃比を理論空燃比近傍に維
持するようにしている。また、フィードバックキャブシ
ステムを採用したエンジンにおいても、同様に、触媒コ
ンバータの上流に主酸素センサを設け、その出力電圧に
応じて気化器のエアブリード通路に配置した流量制御弁
を開閉制御して混合気の空燃比を理論空燃比近傍に維持
する補正を行うようにしている。

【０００４】ところが、主酸素センサのみを利用して空
燃比のフィードバック制御を行うと、個々の酸素センサ
間における出力特性の微妙な誤差や経時変化による影響
、あるいはインジェクタの燃料噴射量のばらつき等に起
因して所定通りに空燃比フィードバック制御が行われな
い事態を生じる恐れがあり、空燃比の制御中心が理論空
燃比の近傍からずれてしまう可能性がある。

【０００５】このような不具合を防止するために、触媒
コンバータの下流側に前述した主酸素センサとは別異の
補助酸素センサを配置しておき、両酸素センサの出力電
圧を利用して空燃比のフィードバック制御を行うように
しているものがある。なお、触媒コンバータの下流側で
は、各気筒から排出される排気ガスが十分に攪拌された
状態にあり、しかも、三元触媒の働きによって排気ガス
中の酸素濃度が略平衡状態に達している。そのため、補
助酸素センサの出力電圧は、主酸素センサの出力電圧よ
りも緩慢な変化を示す。具体的には、主酸素センサの出
力電圧に基づいて調整された混合気が全体的にリッチ傾
向の場合は、補助酸素センサの出力電圧がリッチを示す
時間が長く、混合気が全体的にリーン傾向の場合は、補
助酸素センサの出力電圧がリーンを示す時間が長くなる
。そこで、前述のように、主酸素センサの信号を利用し
て空燃比のフィードバック制御を行いつつ、補助酸素セ
ンサの信号により混合気全体の傾向を検出し、その検出
結果に基づいて前記空燃比フィードバック補正係数を微
少修正する。このような構成によれば、混合気の空燃比
をより正確に理論空燃比の近傍に調節することができ、
三元触媒により排気ガスを効率よく浄化することが可能
になる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、主酸素セン
サには経年変化を通じた劣化により適正な出力が得られ
なくなる事があり、このような事態はエミッションの悪
化に直結することから、制御系に主酸素センサ劣化検出
機能を付加してセンサ交換時期をドライバーに知らせる
ようにしたものが考えられている。例えば、本発明の先
行技術である特開昭６１ー１９６１４９号公報開示のも
の等は、定常運転時に主酸素センサが正常であればその
出力がリッチ、リーン、リッチ…と規則正しく変化する
筈であることに着目して、その応答周期を計測すること
により基本となるフィードバック制御周期と比較し、こ
の周期が不当に長くなったり短くなったりした場合に劣
化と判断するようにしている。具体的には、一定時間内
（例えば２０ｓｅｃ　）に何回リッチスキップしたかを
カウントすることによって周期を求める等の手法が用い
られている。

【０００７】一方、補助酸素センサも劣化する恐れがあ
り、このセンサが劣化した場合には空燃比フィードバッ
ク補正係数を修正できなくなることから、このセンサに
ついても主酸素センサと同様に劣化検出を行っておくこ
とが望まれる。しかし、このセンサは主酸素センサと違
って緩慢な動きしかせず、所定の周期というものが存在
しないため、上述した従来の技術は適用できず、他に有
効な手法も現在までのところ考えられていないのが実状
である。

【０００８】本発明は、かかる補助酸素センサの劣化を
有効に検出することができるようにした補助酸素センサ
の劣化検出方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような方法を採用したものである
。

【００１０】すなわち、本発明に係る補助酸素センサの
劣化検出方法は、排気ガスを浄化する触媒コンバータの
上流側に排気ガス中の酸素濃度を検出する主酸素センサ
を配置し、その出力電圧に基づき空燃比フィードバック
補正係数を変化させて燃焼室に供給する混合気の空燃比
を理論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに、
前記触媒コンバータの下流側に補助酸素センサを配置し
、その出力電圧に基づき前記空燃比フィードバック補正
係数を修正する制御を行うように構成されたエンジンに
おいて、始動時のエンジン冷却水温および吸気温がコー
ルドスタートと見なし得る所定の範囲内にあり、且つ空
燃比のフィードバック制御が開始されていないことを前
提として、始動時からの総燃焼量が予め定めた基準値に
達した時点で補助酸素センサの出力電圧を検出し、それ
が設定値に達していない場合に劣化判定を下すようにし
たことを特徴とする。

【００１１】

【作用】コールドスタート時の補助酸素センサは当初不
活性状態にある。そして、エンジンが外気を吸入しつつ
ある程度燃焼を進行させたときに、補助酸素センサがエ
ンジンとともに次第に昇温してゆき、活性化するに至る
。その時期は、燃焼室における始動時からの総燃焼量に
おおむね関連づけることができるが、始動時のエンジン
冷却水温や吸気温によってもその到来時期は左右される
。しかして、本発明のように始動時のコールドスタート
条件を絞り、その条件下に始動時からどれだけ燃焼が進
んだときに補助酸素センサが活性化するかを正常な補助
酸素センサについて割り出して、それを基準値にして実
際の補助酸素センサの出力を設定値と比較すれば、その
出力不足から補助酸素センサの劣化を検出することがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１３】図１はこの方法が実施される自動車用エン
ジンを示している。このエンジンは、インジェクタ１と
、主酸素センサ２ｍと、補助酸素センサ２ｓと、フィー
ドバック制御手段であるマイクロコンピュータユニット
３とを具備してなる。

【００１４】インジェクタ１は、吸気管４に装着してあ
り、電磁コイル等を主体として構成されている。そして
、電磁コイルにマイクロコンピュータユニット３から燃
料噴射信号ａが入力されると、そのデュティ比等に比例
した量の燃料を吸気ポート付近に噴射し得るようにして
ある。主酸素センサ２ｍは、触媒コンバータたるマニバ
ータ５の上流側に装着してあり、排気ガス中の酸素濃度
に感応して出力信号ｂｍを発生するようになっている。 具体的には、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比近傍に
存在する判定値よりもリーン側にあって排気ガス中の酸
素濃度が高い場合には低い電圧を発生し、混合気の空燃
比Ａ／Ｆが前記判定値よりもリッチ側にあって排気ガス
中の酸素濃度が低い場合には高い電圧を発生し得るもの
である。補助酸素センサ２ｓは、前述した主酸素センサ
２ｍと同様の構成からなるもので、マニバータ５の下流
側に装着されており、排気ガス中の酸素濃度に感応して
低電圧又は高電圧の出力信号ｂｓを発生するようになっ
ている。そして、これらの出力信号ｂｍ、ｂｓを前記マ
イクロコンピュータユニット３に入力している。

【００１５】マイクロコンピュータユニット３は、燃焼
室に供給する混合気の空燃比を調節する役割を担ってお
り、中央演算処理装置６と、メモリ７と、入力インター
フェース８と、出力インターフェース９とを備えている
。そして、その入力インターフェース８に、前記出力信
号ｂｍ、ｂｓの他に、図示されないクランク角センサが
発生するエンジン回転速度ＮＥに対応したエンジン回転
信号ｃと、図示されない圧力センサが発生する吸気管負
圧ＰＭに比例した吸気圧信号ｄと、図示されないアイド
ルスイッチが発生するスロットル信号ｅと、図示されな
い水温センサが発生するエンジン冷却水温ＴＨＷに対応
した水温信号ｆと、図示されない吸気温センサが発生す
る吸気温ＴＷＡに対応した吸気温信号ｇとを少なくとも
入力し、メモリ７内に格納されている図示されないプロ
グラムに沿って中央演算処理装置６が一定クランクアン
グル毎に所定の演算処理を実行して、出力インターフェ
ース９を介して前記インジェクタ１に燃料噴射信号ａを
出力するようになっている。

【００１６】そのプログラムの概要について略述すると
、先ず、メインルーチンの最初で運転条件が空燃比フィ
ードバック領域内にあるか否かが諸条件によって判断さ
れる。その条件とは、例えば、エンジン冷却水温が４０
℃以上であること、フューエルカット中でないこと、パ
ワー増量中でないこと、エンジン始動開始から所定時間
経過していること、主酸素センサ２ｍが活性中であるこ
と、圧力センサが正常であること等である。そして、全
ての条件が成立した場合に、エンジン回転信号ｃ及び吸
気圧信号ｄなどから吸入空気量を算出し、その吸入空気
量に応じて先ず基本噴射量ＴＰを決定するとともに、こ
の基本噴射量ＴＰを、主酸素センサ２ｍの出力信号ｂｍ
により定められる空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ
で補正して、インジェクタ１への最終通電時間Ｔを決定
し、その時間Ｔだけインジェクタ１を開弁させるための
信号ａを出力するようになっている。空燃比フィードバ
ック補正係数ＦＡＦは、サブルーチン等において算出さ
れるもので、図２に示すように、主酸素センサ２からの
出力電圧ＯＸ　が判定電圧を上回った場合には先ずリッ
チ判定遅延時間ＴＤＲ経過後に空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦを所定値ＲＳＭだけ減少側にスキップさせ
、引き続きリーン積分ＫＩＭに基づいて一定値づつ徐々
に減少させるようにし、逆に、主酸素センサ２からの出
力電圧ＯＸ　が判定電圧を下回った場合には先ずリーン
判定遅延時間ＴＤＬ経過後に空燃比フィードバック補正
係数ＦＡＦを所定値ＲＳＰだけ増加側にスキップさせ、
引き続きリッチ積分ＫＩＰに基づいて一定値づつ徐々に
増加させるようにしている。このようにして、補正係数
ＦＡＦに空燃比Ａ／Ｆを交互にリッチ側又はリーン側に
判定させるような値をとらせ、これを通じて空燃比Ａ／
Ｆを理論空燃比近傍に保持するようになっている。

【００１７】また、上記のフィードバック制御中に補助
酸素センサ２ｓによるフィードバック条件が成立すると
、補助酸素センサ２ｓによるフィードバック制御が行わ
れる。そのフィードバック条件としては、例えば、主酸
素センサ２ｍによる空燃比フィードバック制御の実行開
始時から所定時間経過していること、エンジン冷却水温
ＴＨＷが７０℃以上であること、過渡時の燃料補正量が
所定量を下回っていること、エンジンがアイドリング状
態にあって車速が０か、若しくはエンジンが非アイドリ
ング状態にあって車速が所定領域内にあること、等が挙
げられる。補助酸素センサ２ｓによる空燃比のフィード
バック制御は、図３に示すように、基本的には一定のゲ
ート時間ＣＤＵＴＹＳＯ　（例えば、４０ｍｓｅｃ）毎
に行われる。先ず、補助酸素センサ２ｓの出力電圧ＯＸ
　が判定電圧を上回っているのが連続して検出されると
、リッチ時間ＤＵＴＹＳＯが設定時間毎にカウントアッ
プされる。リッチ時間ＤＵＴＹＳＯがカウントアップさ
れて一定値に達すると、リッチフラグＳＯＦＬＧ　が１
にリッチセットされるとともに、フィードバック制御値
ＦＡＣＦが一定値ＦＡＣＦＫＩＭ　づつ減少される。逆
に、補助酸素センサ２ｓの出力電圧ＯＸ　が判定電圧を
下回り、前記フラグＳＯＦＬＧ　が０にリーンセットさ
れた場合には、フィードバック制御値ＦＡＣＦを一定値
ＦＡＣＦＲＳＰ　だけ増加側にスキップさせた後、一定
値ＦＡＣＦＫＩＰ　づつ徐々に増加させる。このような
手順に基づいてフィードバック制御値ＦＡＣＦが変更さ
れるとともに、そのフィードバック制御値ＦＡＣＦに基
づいて、図４に示すマップから空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦのリッチ判定遅延時間ＴＤＲ　およびリー
ン判定遅延時間ＴＤＬ　がそれぞれ決定される。フィー
ドバック制御値ＦＡＣＦが大きくなれば、リッチ判定遅
延時間ＴＤＲ　が長くなり、リーン判定遅延時間ＴＤＬ
　が短縮される。その結果、空燃比フィードバック補正
係数ＦＡＦが増加側から減少側に転換する時期が遅くな
るとともに、減少側から増加側に転換する時期が早くな
り、インジェクタ１から噴射される燃料が増量されるこ
とになる。逆に、フィードバック制御値ＦＡＣＦが小さ
くなる場合には、燃料供給量が減少することになる。

【００１８】このような構成からなるエンジンにおいて
、本実施例は、前記マイクロコンピュータユニット３の
メモリ７に、補助酸素センサ劣化検出用のプログラムを
格納している。図５および図６はそのプログラムの概要
を示すフローチャート図である。以下、これらの図に沿
ってプログラムの内容を説明する。

【００１９】このプログラムは、一定クランクアングル
毎に処理される前処理部（図５参照）と、適当なゲート
時間（例えば８ｍｓｅｃ）毎に処理されるメイン処理部
（図６参照）とからなる。前処理部では、先ず、ステッ
プ１１で全ての設定条件をイニシャライズする。そして
、ステップ１２、１３でコールドスタートと見なし得る
ための条件を判断する。すなわち、ステップ１２では始
動時のエンジン冷却水温ＴＨＷが下限値Ｔ１　（例えば
１５℃）と上限値Ｔ２　（例えば２０℃）の間にあるか
どうかを判断し、ステップ１３では始動時の吸気温ＴＨ
Ａが下限値Ｔ３　と上限値Ｔ４　の間にあるかどうかを
判断する。 そして、両ステップ１２、１３が共にＹｅｓと判断され
た場合にステップ１４に進み、何れかのステップ１２、
１３でＮｏと判断された場合にはステップ１５で補助酸
素劣化判定実行フラグを０にリセットしてリターンする
。ステップ１４に進むと、フィードバック制御がスター
トしていないかどうか、換言すれば前述したメインプロ
グラムがスタートしていないかどうかを判断する。スタ
ートしている場合には既に劣化検出を有効に行い得ない
ので前述したステップ１５を処理してリターンするが、
スタートしていない場合はステップ１６に進む。このス
テップ１６は総燃焼量に略比例したパラメータである燃
料噴射量（時間）ＴＡＵの始動時からの総量ΣＴＡＵｉ
を基準値ｘ１　と比較するところであり、総燃料噴射量
ΣＴＡＵｉは他の適当な手段によって計測されている。 また、基準値ｘ１　は正常な補助酸素センサ２ｓを用い
て予め実測した際の始動時から活性化するまでの総燃料
噴射量をもって定められている。そして、ここで総燃料
噴射量ΣＴＡＵｉが基準値ｘ１　を上回っていると判断
されると、ステップ１７でその時点における負荷が定常
のものであるか否かを判断する。具体的には、エンジン
回転速度ＮＥが下限値ＮＥ１　と上限値ＮＥ２　とによ
って定められる範囲内にあるかどうか、そして吸気管負
圧ＰＭが下限値ＰＭ１　と上限値ＰＭ２　とによって定
められる範囲内にあるかどうかが判断される。そして、
最終的にここでＹｅｓと判断された場合に、ステップ１
８に進み、補助酸素劣化判定実行フラグＥＯ２　を１に
セットしてリターンする。また、前記ステップ１６、１
７でＮｏと判断された場合には、ステップ１５を処理し
た後にリターンする。

【００２０】一方、メイン処理部は、ステップ２１で補
助酸素劣化判定実行フラグＥＯ２　が１にセットされた
か否かを判断し、ＮＯと判断された場合に速やかにリタ
ーンする動作を常時繰り返している。そして、前記ステ
ップ２１でＹｅｓと判断された場合に、ステップ２２に
進んでその時の補助酸素センサ２ｓの出力ＯＸ　が正常
な値よりも若干低めに設定された設定値ＯＸ０を上回っ
ているか否かを判断し、Ｙｅｓの場合には補助酸素セン
サ２ｓが正常であると判断してリターンするが、Ｎｏの
場合にはステップ２３で補助酸素劣化異常フラグＯＸＤ
ＡＩを１にセットしてリターンするようにしている。こ
のフラグが立つと、別のルーチンにおける適当な処理に
よってインストルメントパネル等に警告表示がなされる
ようになっている。

【００２１】以上のような劣化検出方法を車両に適用す
ると、始動状態が前述した所定のコールドスタート条件
を満たし、空燃比フィードバック制御が未だ開始されず
、負荷状態が定常である場合に、総燃料噴射量ΣＴＡＵ
ｉが基準値ｘ１　に達した時点で補助酸素劣化判定実行
フラグＥＯ２　が１にセットされ、その時の補助酸素セ
ンサ２ｓの出力電圧ＯＸ　が設定値ＯＸ０と比較される
ことになる。補助酸素センサ２ｓが正常であれば、その
出力電圧ＯＸ　は図７中実線で示すように始動時から徐
々に上昇していって総燃料噴射量ΣＴＡＵｉが基準値ｘ
１　に達する手前で出力Ｏｘ　が設定値Ｏｘ０を上回っ
ている筈であり、該センサ２ｓが劣化している場合には
、同図中破線で示すように総燃料噴射量ΣＴＡＵｉが基
準値ｘ１　に達しても出力Ｏｘ　が設定値ＯＸ０まで上
昇せずかなり遅れてその値ＯＸＯに達するか或いはその
値ＯＸＯに達し得ないかの何れかになる筈であるので、
劣化時には補助酸素劣化異常フラグＯＸＤＡＩが１にセ
ットされ、インストルメントパネル等に警告表示がなさ
れることになる。このため、補助酸素センサ２ｓの早期
交換を行ってエミッションの悪化を防止する等の適切な
措置を講ずることが可能になる。

【００２２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では総燃焼量の基準値
を燃料噴射量に基づいて定めているが、吸入空気量に基
づいて定めてもよい。また、本発明はフィードバックキ
ャブシステム等に適用することも可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る補助酸素センサの劣化検出
方法は、以上説明したように、コールドスタート時にお
ける補助酸素センサの出力の立ち上がり特性からその劣
化を有効に判定することができる。このため、主酸素セ
ンサのようには劣化検出ができなかった従来の不具合を
解決し、空燃比フィードバック制御の信頼性向上に資す
るものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に使用するエンジンを示す部
分断面図。

【図２】同実施例において主酸素センサの出力に基づい
て行われる空燃比フィードバック制御の概要を説明する
図。

【図３】同実施例において補助酸素センサの出力に基づ
いて行われる空燃比フィードバック補正係数の修正のた
めの制御の概要を説明する図。

【図４】同実施例において補助酸素センサの出力に基づ
いて行われる空燃比フィードバック補正係数の修正のた
めの制御の概要を説明する図。

【図５】同実施例において実行される劣化検出プログラ
ムの前処理部を示すフローチャート図。

【図６】同実施例において実行される劣化検出プログラ
ムのメイン処理部を示すフローチャート図。

【図７】同実施例において車両がコールドスタートした
際の補助酸素センサの出力の変化の様子を示す図。

【符号の説明】

２ｍ…主酸素センサ ２ｓ…補助酸素センサ ５…触媒コンバータ（マニバータ） ＦＡＦ…空燃比フィードバック補正係数ＴＨＷ…エンジ
ン冷却水温 ＴＨＡ…吸気温 ΣＴＡＵｉ…総燃焼量（総燃料噴射量）ｘ１　…基準値 Ｏｘ　…出力電圧 ＯＸ０…設定値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流
   側に排気ガス中の酸素濃度を検出する主酸素センサを配
   置し、その出力電圧に基づき空燃比フィードバック補正
   係数を変化させて燃焼室に供給する混合気の空燃比を理
   論空燃比近傍にフィードバック制御するとともに、前記
   触媒コンバータの下流側に補助酸素センサを配置し、そ
   の出力電圧に基づき前記空燃比フィードバック補正係数
   を修正する制御を行うように構成されたエンジンにおい
   て、始動時のエンジン冷却水温および吸気温がコールド
   スタートと見なし得る所定の範囲内にあり、且つ空燃比
   のフィードバック制御が開始されていないことを前提と
   して、始動時からの総燃焼量が予め定めた基準値に達し
   た時点で補助酸素センサの出力電圧を検出し、それが設
   定値に達していない場合に劣化判定を下すことを特徴と
   する補助酸素センサの劣化検出方法。