JPH048845A - 内燃機関制御システムの診断装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空燃比センサを用いた燃料供給量のフィード
バック制御機能と、触媒コンバータによる排ガス浄化機
能を備えた内燃機関の診断装置に係り、−特に自動車用
ガソリンエンジンに好適な内燃機関の異常診断装置に関
する。

〔従来の技術〕

各種の内燃機関のうち、特に自動車用ガソリンエンジン
では、厳しい排ガス規制のクリアと、充分なエンジン性
能の向上とが要求されており、且つ、使用中、これらの
要求を常に満足していることの保証が必要である。

そこで、従来から、空燃比センサの診断機能を備えた内
燃機関の制御システムが使用されるようになってきてい
る。

従来の装置は、特開昭６３−２９５８３５号に記載のよ
うに、触媒コンバータ（以下、キャタライザという）の
上流側および下流側に空燃比センサを設け、両方の出力
特性を比較することにより、上流側の空燃比センサの劣
化診断をし、ユーザに部品交換を促し、部品劣化による
エミッション（空燃比）悪化を防止するものであった。

この従来技術について、第３図により説明すると、キヤ
タライザ１１の前後に２個の０２センサ（第１のＯ，セ
ンサを１２、第２のＯ，センサを１３とする）を取り付
けている。そして、Ｏ，フィードバック制御を行う場合
、第１の０２センサ１２の出力を利用することにより、
キヤタライザ１１の前の排ガス成分を検出して、フィー
ドバック係数αを変化させ、理想空燃比α１に収斂する
ようにフィードバックを行う。

一方、０□センサ診断時には、これら第１の０２センサ
１２の出力と第２の０２センサ１３の出力を比較して異
常を判定する。このとき、通常、排ガスが矢印方向に流
れている場合、第２の０．センサ１３に比べ、第１の０
２センサ１２の方が劣化が早いことが知られているので
、第２のＯ！センサ１３の出力を基準にして、第１のＯ
，センサ１２の異常判定を行なうのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、上流側と下流側の空燃比センサ出力を
比較しているため、触媒前後での排ガス成分の構成の違
い、時間差等のファクターを考慮する必要が生じ、必ず
しも正確な判定を行っているとはいえない６また、比較
ロジックも複雑となっている。また、上流側空燃比セン
サ異常時には、ユーザが部品交換を行うまで、良好な空
燃比制御を行えないなどの問題があった。

本発明は、排気経路を切替えることにより、簡単なロジ
ックでより正確な空燃比センサの自己診断を行う装置を
提供することを目的とする。

さらに、本発明は、空燃比センサ異常時にも、排気経路
を切替え正常な空燃比センサを用い、ユーザが部品交換
を行うまでも、異常発生以前と変すない、良好な空燃比
制御が継続できるようにした空燃比制御装置の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、内燃機関から上記触媒コン
バータに到る排ガス通路内で排ガス成分を検出する第１
と第２の空燃比センサと、これら第１と第２の空燃比セ
ンサの検出信号を比較処理する信号比較処理手段とを設
け、この信号比較処理手段の検出結果に基づいて空燃比
センサの異常診断を行なうようにしたものであり、この
ため、２個の空燃比センサ、２個の空燃比センサ出力を
保持するバッファ装置及び空燃比センサ出力を比較する
比較装置、空燃比フィードバック係数を計算する演算装
置、さらには、排気管経路を切替える装置、及び、それ
らを制御するコントロールユニットを備え、これらをシ
ステムとして構築したものである。

〔作用〕

エンジンの排ガス経路に関して同一の条件にある２個の
空燃比センサにより異常診断が行なわれるので、信頼性
の高い診断が可能になり、また、切替式の排気管経路を
利用することにより、空燃比センサに異常ありと診断さ
れたときには、排気管経路を切替え、正常な空燃比セン
サを用いて、良好な空燃比制御が継続できる。

〔実施例〕

以下、本発明による内燃機関制御システムの診断装置に
ついて、図示の実施例により詳細に説明する。なお、以
下の実施例では、空燃比センサとして０２センサを用い
たものについて説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体構成図で、図において
、エンジン１に配設された排気管２には、排気管通路切
替装置３．４．５が設けられており、これにより、制御
装置９の制御のもとに、Ａ方向又はＢ方向の排気経路が
任意に設定できるようになっており、この結果、キャタ
ライザ６を通過する排ガスの経路をＡ方向とＢ方向に切
替えることができるように構成しである。

キャタライザ６の経路の両側には、第１のＯ。

センサ７と第２のＯ，センサ８が配設され、これらの出
力信号は制御装置９に取り込まれるようになっている。

ここで、０．センサの劣化パターンについて、第２図に
より説明する。

まず第２図（ｉ）は、正常なＯ，センサの出力の応答を
示したものである。

次に第２図の（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）はいずれ
も異常をきたしたＯ、センサの出力の応答を示したもの
で、まず（ｉｉ）は０．センサの出力振幅の劣化、（ｉ
ｉｉ）は応答が傾いてしまう劣化、そして（ｉｖ）は出
力変化点が変化してしまう劣化の例をそれぞれ示したも
のである。

なお、通常、０２センサの劣化は、これら第２図の（ｉ
ｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）の各パターンの組合せとい
う形で現われる場合が多い。

次に、上記実施例の動作について、第４図と第５図の制
御フローにより説明する。

まず、第４図において、第１の０．センサ７及び第２の
Ｏ，センサ８の双方が活性化状態にあるか否かの判断を
する（Ｓｌ）。活性化状態にないときは処理を終了する
６ 次に、Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かの判断を行い（
Ｓｌ）、成立していないときは終了する。

次に、Ｑ２センサの異常診断を行える条件下にあるか否
かの判断を行う（Ｓ３）。行えない条件下では終了する
。

次に、排気の経路が通常方向（本実施例では第１図式方
向に排出）にあるか否かの確認をする（５４）。但し、
この実施例では、切替えの際、排気管に残る未触媒通過
ガスを閉じ込め、次の切替えまで保持することにより、
未触媒通過ガスの排出が防げるようになっている（第１
図参照）。否の場合は、通常方向にしてから（Ｓ５）、
次の処理へ進む。

まず、第１の０２センサ７の出力信号を取り込み、その
振幅Ａ４、周波数応答Ｆ、、フィードバック係数α１を
それぞれ計測し、制御装置９内のバッファに記憶する（
Ｓ６）。

次に、排気方向をＢに切替えた後（Ｓ７）、同様に第２
のｏＲセンサ８の出力特性を計測記憶する（Ｓ８）。

その後、排気経路は通常に戻しくＳ９）、第５図のＯｔ
センサの異常判断に移る。

この第５図の処理に進むのは、電フィードバック制御中
であることが条件になっているがら（Ｓｌ）、まず、こ
の条件のもとで第１のＯ，センサ７の出力信号Ａ、を取
り込み、その出力特性を調べ、出力振幅が正常であるか
否かの判定、及び、ストイキオでの出力切替わり応答が
正常であるが否かの判定を行う（Ｓ　Ｉ　Ｏ）。

ここでの判定処理の詳細を、第６図により説明する。

まず、出力振幅の判定には、図示のように、センサ出力
について、Ｑｅａｎ側劣化判定基準定数に１と、ｒｉｃ
ｈ側劣化側室化判定基準定数設定し、ｒｉｃｈ側出力時
出力時出力信号Ａ、のレベルがｒｉｃｈ側劣化側室化判
定基準定数上となること、またＱ　ｅａｎ側出力出力時
、Ｑ　ｅａｎ側劣化判定基準定数に、以下になれば正常
とする。

次に、ストイキオでのｏ２センサ出力切替わり応答に関
しては、出力信号Ａ工が定数に、から定数に２または、
定数に、から定数に１までの傾きを、その経過時間へｔ
、又は、その微分値ｄＬ／ｄｔの大きさで判定する。つ
まり、ある一定値以上の傾きとなった場合、０２センサ
劣化と判定するのである。

こうして、第１の○、センサ７が劣化と判定した場合は
、排気方向をＢに切替えて第２の０１センサ８を用いて
のフィードバック制御に移行させ（Ｓｌｌ）、第１のＯ
，センサ異常処理（Ｓ　ｌ　５）を実行して処理を終了
する。

他方、（Ｓ　Ｉ　Ｏ）の処理で第１の０２センサ７が正
常と判定された場合には、続いて第２の０２センサ８か
らの出力信号Ａおを取り込み、同じようにして、今度は
第２の０２センサ８の劣化判定を行う（Ｓ　１２）。

そして、第２の０２センサ異常と判定された場合には、
今度は第２の０８センサ異常処理を行い終了する（Ｓ　
１５）。

しかして、第２のＯ，センサも正常と判定された場合に
は１次の処理へ進み、第１の０８センサフイードバツク
係数α１と第２の○、センサフィードバック係数α２を
比較して、１α１−α２１≦βの判定を行う（Ｓ　１３
）。

この判定は、第２図の（ｉｖ）に示す、０．センサの出
力点が変化してしまうモードの劣化を診断するものであ
り、Ｏ，センサ単体では、その劣化判定ができない部分
である。そして、このとき、上記したように、一般に第
１の０２センサの方が第２のＯ，センサよりも劣化が激
しいことが知られていることから、この処理（８１３）
では、上記した１α１−α、１≦βを調べ、この結果が
Ｎｏ、つまり１α、−α２１〉βとなったとき、第１の
０２センサ異常と診断し、排気経路をＢ方向に切替え、
第２の０□センサで０２フイードバツク制御を行うよう
にしくＳ　１４）、第１の０１センサ異常診断処理をし
て終了する（Ｓ　ｌ　５）。

従って、この実施例によれば、第１の０□センサ７と第
２のＯヨセンサ８とを同じ条件、すなわち、いずれもキ
ャタライザ６の前の排気通路に位置した状態で診断を行
なうことができるので、信頼性の高い診断を容易に得る
ことができる上、方の○、センサに異常が発生しても、
他方のセンサにより、異常発生前と変らないＯ！フィー
ドバック制御が継続できるので、排ガス悪化を充分に抑
えることができる。

吹に、本発明の他の実施例について説明する。

まず第７図は、排気通路切替機構の別の一実施例で、キ
ャタライザ６の流入方向を切替えるための排気管遮断手
段として、モータ、ソレノイド等のアクチュエータを備
えたコック１５、ちょう形弁１６、スイング弁１７を用
い、これらを制御装置９により制御するようにしたもの
である。なお、その他、玉形弁、回り弁、仕切弁や電磁
弁を用いるようにしてもよい。

ところで、第１図に示した実施例では、Ｏ，センサをキ
ャタライザの両側に○□センサを配設し。

排気通路を切り替えるように構成したが、本発明の実施
例はこれに限らない。

第８図は本発明の他の一実施例で、第１のＯ８センサ７
及び第２の○、センサ８を、共にキャタライザ６のエン
ジン側に配設した例である。

この第８図の実施例の制御フローは、第４図。

第５図に示すフローチャートにおいて、排気経路切替操
作を除いたものと同じになるので、説明は省略する。

そして、この実施例によっても、やはり、第１の０２セ
ンサ７が劣化した場合には、第２の０２センサ８を用い
て良好な０２フイードバツク制御を継続できる。

加えて、この第８図の実施例によれば、第１の０２セン
サ７と第２の○、センサ８の出力信号の計測が同一タイ
ミングで行えるため、第１図の実施例のように、排気経
路を切替えるようにした場合の診断に比して、より正確
に制御が行える上、さらには、排気経路を切替える最中
に診断条件を満たせない運転領域に入り１診断が行えな
くなる状況がないなどの利点がある。

なお、この第８図の実施例では、第１のＯ，センサ７及
び第２のＯ，センサ８の配設位置は、計測時の排気ガス
流位相差を生じない位置（例えば、対向する位置）、位
相差の影響を無視できる位置範囲内（例えば、並列に設
置）、または位相差を補償できる位置に定める必要があ
る。

ところで、本発明では、第１と第２の２個の０□センサ
のうち、できれば第２の０２センサにだけは異常をきた
さないようにするのが望ましい。

しかして、この第８図の実施例では、第１と第２の２個
の０．センサが、いずれも共にキャタライザ６のエンジ
ン側に配設され、高温の排ガス中に常時曝されているの
で、両方共、劣化し易い。

そこで、第１の○、センサは仕方がないとしても、第２
の０□センサについては、診断時、又は第１のＯ，セン
サ劣化時以外は、排気ガス中に曝されないようにして、
この第２の０１センサの劣化が防止できるようにした実
施例について、第９図により説明する。

まず第９図（ａ）は、半円筒形のコック２１を用いて第
２の０２センサ８を覆うようにした実施例、次に同図（
ｂ）は、引き抜き装置２２と仕切弁２３とを組合せて用
い、必要なとき以外は第２の０３センサ８を排気管中か
ら引き抜いておき、このときには仕切弁２３により排気
管を塞いでおくようにした実施例、さらに（Ｃ）は底ぶ
た２５を有する引き抜く装置２４を用いて、第２の０２
センサ８が排気管から引き抜かれたときには、自動的に
底ぶた２５が排気管の孔を塞ぐようにした実施例である
。

なお、以上のコック２１、引き抜き装置２２．２４、そ
れに仕切弁２３などは、モータやソレノイドなどのアク
チュエータによって駆動され、これらのアクチュエータ
は制御装置９により制御されるようになっている。

従って、これら第９図の実施例によれば、第２の０！セ
ンサ８の無用な劣化が防止でき、信頼性の高い、良好な
診断及び空燃比制御を継続させることができる。

第１ｏ図は、第１図の実施例における排気経路切替方式
に代えて、バイパス経路２６と仕切弁２７を用い、この
バイパス経路２７に第２に０２センサ８を配設した、本
発明のさらに別の実施例を示したものである。

この実施例では、通常は仕切弁２７によりバイパス経路
２６を閉じておき、診断時だけバイパス経路２６側へも
排気ガスを流し、この状態で、第１の０２センサ７と第
２に０．センサ８の双方を用いて、前述の劣化診断を行
なうように構成したものである。

そして、第１に０８センサ７の劣化時には、仕切弁２７
を開いて、バイパス経路２６に排ガスを流し、第２のＯ
，センサ８を用いて良好な空燃比制御が継続できるよう
にしたものである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、複
数個の空燃比センサを同一条件のもとで比較することが
できるから、より正確な空燃比センサの自己診断を行う
ことができるという効果が得られる。

さらに、２個の空燃比センサの内の一方に異常が検出さ
れたときにも、排気経路を切替えるだけで、良好な空燃
比制御を継続できるという効果が期待できる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による内燃機関制御システムの診断装置
の一実施例を示す全体構成図、第２図は空燃比センサの
劣化パターンの説明図、第３図は従来技術の説明図。第
４図及び第５図は本発明の一実施例の動作を説明するフ
ローチャート、第６図はセンサ出力特性の劣化判定動作
の説明図、第７図は本発明の他の一実施例を示す構成図
、第８図は本発明のさらに別の一実施例を示す説明図、
第９図はやはり本発明の一実施例を示す説明図、第１０
図はさらに本発明の別の一実施例を示す説明図である。 ｌ・・・・・・エンジン、２・・・・・・排気管、３．
４．５・・・・・・排気管通路切替装置、６・・・・・
・キャタライザ、７・・・・・第１のＯ，センサ、８・
・・・・・第２のＯ，センサ、９・・・・・・制御装置
。 第４図 ＮＧ２図 第３図 吋圓 第５図 第６図 第８図 第９図 す 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、空燃比センサの検出結果に応じて燃料供給量を制御
   し、触媒コンバータにより排ガスを浄化する方式の内燃
   機関の制御装置において、内燃機関から上記触媒コンバ
   ータに到る排ガス通路内で排ガス成分を検出する第１と
   第２の空燃比センサと、これら第１と第２の空燃比セン
   サの検出信号を比較処理する信号比較処理手段とを設け
   、この信号比較処理手段の検出結果に基づいて空燃比セ
   ンサの異常診断を行なうように構成したことを特徴とす
   る内燃機関制御システムの診断装置。 ２、空燃比センサの検出結果に応じて燃料供給量を制御
   し、触媒コンバータにより排ガスを浄化する方式の内燃
   機関の制御装置において、上記触媒コンバータの一方の
   ガス通路側と他方のガス通路側の双方に夫々設置した第
   １と第２の空燃比センサと、これら第１と第２の空燃比
   センサを含めて上記触媒コンバータ内での排ガスの流通
   方向を反転させる排ガス通路切替手段と、上記第１と第
   ２の空燃比センサの検出信号を比較処理する信号比較処
   理手段とを設け、上記第１と第２の空燃比センサが、内
   燃機関から上記触媒コンバータに到る排ガス通路内に位
   置するように上記排ガス通路切替手段を制御した状態で
   、上記信号比較処理手段から与えられる検出結果に基づ
   いて空燃比センサの異常診断を行なうように構成したこ
   とを特徴とする内燃機関制御システムの診断装置。 ３、請求項１の発明において、上記第１と第２の空燃比
   センサの双方が、内燃機関から上記触媒コンバータに到
   る排ガス通路に設置され、且つこれら第１と第２の空燃
   比センサの一方は、必要なとき以外は排ガス通路内の排
   ガスから遮蔽されるように構成されていることを特徴と
   する内燃機関制御システムの診断装置。 ４、請求項３の発明において、上記触媒コンバータを迂
   回するバイパス排ガス通路と、このバイパス通路を開閉
   する弁手段とを設け、上記第１と第２の空燃比センサの
   一方が上記バイパス通路に設置されていることを特徴と
   する内燃機関制御システムの診断装置。