JPH06194331A - 内燃機関の空燃比センサ異常検出装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比センサ異常検出装置

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JPH06194331A
JPH06194331A JP5214416A JP21441693A JPH06194331A JP H06194331 A JPH06194331 A JP H06194331A JP 5214416 A JP5214416 A JP 5214416A JP 21441693 A JP21441693 A JP 21441693A JP H06194331 A JPH06194331 A JP H06194331A
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ratio sensor
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒劣化に伴うＯ2 ストレージ効果低減が下
流側空燃比センサの異常判定に影響しないようにした空
燃比センサ異常検出装置を提供すること。 【構成】 上流側及び下流側空燃比センサとして、空燃
比をリニアに検出可能なリニア空燃比センサを用いると
共に、空燃比がリーン状態での空燃比フィードバック制
御時における空燃比センサの検出結果に基づいて、両空
燃比センサ間のガス応答遅れ時間を算出する遅れ時間算
出手段と、該算出した遅れ時間に基づいて下流側空燃比
センサの異常を検出する異常検出手段を備えている。Ｏ
2 ストレージ効果に影響されない空燃比リーン領域にお
ける空燃比センサの検出結果に基づいているため、算出
した遅れ時間には触媒の劣化状態は関わっておらず、下
流側空燃比センサの異常検出を精度良く行うことができ
る。また、リニア空燃比センサを用いることで安定した
リーン状態を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、触媒の上流側及び下流
側の排気通路に配設された空燃比センサの検出結果に基
づいて空燃比フィードバック制御をするようにした内燃
機関における下流側空燃比センサの異常を検出する空燃
比センサ異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関は、特に排気系に設けら
れた例えば三元触媒の浄化効率向上や燃費向上の点から
三元触媒の上流に上流側空燃比センサを設け、空燃比を
フィードバック制御している。しかし、三元触媒の上流
に配置されている上流側空燃比センサは高熱のため劣化
し易い。そのため三元触媒の下流にもう一つの下流側空
燃比センサを設けて、いわゆる２センサ方式とし、下流
側空燃比センサにより三元触媒の上か性能が良い状態と
なるよう上流側空燃比センサの制御を監視して補正をす
るように構成されている。
【０００３】そして、その下流側空燃比センサに劣化等
の異常が生じたことを検出するものとして、燃料カット
時の上流側空燃比センサと下流側空燃比センサとの応答
時間差に基づいて下流側空燃比センサの異常を検出する
ものがある（特開昭６３−２３９３３３号）。すなわ
ち、内燃機関が燃料カット状態となったときに、上流側
空燃比センサの出力がリーンを示した時点から下流側空
燃比センサの出力がリーンを示した時点までの時間を計
測し、その応答時間差が所定時間以上の場合に異常であ
ると判定するのである。これは、下流側空燃比センサが
劣化して応答性が悪化すると、上記応答時間差が長くな
ってしまうことに着目したものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合の比較基準となる所定時間の設定は触媒劣化状態を考
慮しておらず、例えば触媒劣化状態において触媒後の下
流側空燃比センサが劣化して応答性が悪化しても、触媒
前後の空燃比センサの応答時間差が、触媒及び下流側空
燃比センサが共に正常な場合と変わらないことがある。
これは、触媒劣化により触媒のＯ2 ストレージ効果が少
なくなることに関係している。
【０００５】ここで、Ｏ2 ストレージ効果について説明
する。Ｏ2 ストレージ効果とは、空燃比がリーン状態
（空燃比が理論空燃比より大きい状態）で酸素（Ｏ2 ）
を貯蔵し、リッチ状態（空燃比が理論空燃比より小さい
状態）に変化した後、しばらくの間、貯蔵した酸素を放
出して酸化反応を助長する効果をいう。このＯ2 ストレ
ージ効果は、図２に示すように、理論空燃比（Ａ／Ｆ＝
１４．７）より少しでもリーン状態であれば酸素を貯蔵
してその効果を発揮する。また、触媒のＯ2 ストレージ
量は、新品すなわち劣化していない正常時では大きい値
を示し、劣化するとその量が小さくなってＯ2 ストレー
ジ効果が減少する。
【０００６】従って、触媒劣化によりＯ2 ストレージ効
果が少なくなると、理論空燃比付近での触媒前後の空燃
比センサ出力変化（リッチ→リーン信号）の応答時間差
が触媒正常時より短かくなり、下流側空燃比センサの劣
化による応答性悪化分を補ってトータルの応答時間差が
変わらない場合が生じてくるのである。このように、触
媒劣化により空燃比センサの劣化判定がしずらく、応答
時間差の設定によっては、誤判定の恐れもあり、検出時
の正確性が課題となってくる。
【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決し、触媒
劣化に伴うＯ2 ストレージ効果低減が下流側空燃比セン
サの異常判定に影響しないようにした内燃機関の空燃比
センサ異常検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本発明の内燃機関の空燃比センサ異常検出装
置は、図１の基本構成図に例示するように、内燃機関の
排気通路に配設された排気浄化用の触媒と、上記触媒の
上流側の排気通路に配設され、上記内燃機関の空燃比を
検出する上流側空燃比センサと、上記触媒の下流側の排
気通路に配設され、上記内燃機関の空燃比を検出する下
流側空燃比センサと、上記両空燃比センサの検出結果に
基づいて空燃比フィードバック制御を実行する制御手段
と、を備えた内燃機関における上記下流側空燃比センサ
の異常を検出する空燃比センサ異常検出装置であって、
上記上流側及び下流側空燃比センサとして、空燃比をリ
ニアに検出可能なリニア空燃比センサを用いると共に、
空燃比がリーン状態での空燃比フィードバック制御時に
おける上記上流側及び下流側空燃比センサの検出結果に
基づいて、両空燃比センサ間のガス応答遅れ時間を算出
する遅れ時間算出手段と、該算出した遅れ時間に基づい
て上記下流側空燃比センサの異常を検出する異常検出手
段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】上記構成を有する本発明の内燃機関の空燃比セ
ンサ異常検出装置によれば、遅れ時間算出手段が、空燃
比がリーン状態での空燃比フィードバック制御時におけ
る上流側及び下流側空燃比センサの検出結果に基づい
て、両空燃比センサ間のガス応答遅れ時間を算出し、異
常検出手段が、その算出した遅れ時間に基づいて下流側
空燃比センサの異常を検出する。
【００１０】このように、Ｏ2 ストレージ効果に影響さ
れない空燃比リーン領域における空燃比センサの検出結
果に基づいているため、算出した遅れ時間には触媒の劣
化状態は関わっておらず、下流側空燃比センサの異常検
出を精度良く行うことができる。また、上流側及び下流
側空燃比センサとして、空燃比をリニアに検出可能なリ
ニア空燃比センサを用いているため、安定したリーン状
態を実現可能であり、異常検出の正確性を向上させる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。図３は
本発明に係る内燃機関の空燃比センサ異常検出装置の一
実施例を示す全体構成図である。図３において、機関本
体１の吸気通路２にはエアフロメータ３が設けられてい
る。エアフロメータ３は吸入空気量Ｑを直接計測するも
のであって、ポテンショメータを内臓して吸入空気量Ｑ
に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出
力信号は制御回路２０のマルチプレクサ内蔵Ａ／Ｄ変換
器１０１に供給されている。また、バッテリ４０の電圧
も出力信号としてＡ／Ｄ変換器１０１に供給されてい
る。
【００１２】ディストリビュータ９には、その軸がたと
えばクランク角に換算して７２０°毎に基準位置検出用
パルス信号を発生するクランク角センサ１０及びクラン
ク角に換算して３０°毎に基準位置検出用パルス信号を
発生するクランク角センサ１１が設けられている。これ
らクランク角センサ１０、１１のパルス信号は制御回路
２０の入出力インターフェース１０２に供給され、この
うち、クランク角センサ１１の出力はＣＰＵ１０３の割
込み端子に供給される。また、車速センサ３０の出力信
号も入出力インターフェース１０２に供給されている。
【００１３】さらに、吸気通路２には各気筒毎に燃料供
給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴
射弁８が設けられている。また、機関本体１のシリンダ
ブロックのウォータジャケット１２には、冷却水の温度
ＴＨＷを検出するための水温センサ１３が設けられてい
る。水温センサ１３は冷却水の温度ＴＨＷに応じたアナ
ログ電圧の電気信号を発生する。この出力もＡ／Ｄ変換
器１０１に供給されている。
【００１４】排気マニホールド１４より下流の排気系に
は、排気ガス中の３つの有害成分ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx を
同時に浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ１５
が設けられている。排気マニホールド１４には、すなわ
ち触媒コンバータ１５の上流側には上流側リニア空燃比
センサ１６が設けられ、触媒コンバータ１５の下流側の
排気管１７には下流側リニア空燃比センサ１８が設けら
れている。両リニア空燃比センサ１６，１８は排気中の
空燃比に応じたリニアな検出信号（センサ電流）を発生
させるものである。
【００１５】このリニア空燃比センサ１６，１８につい
てさらに説明する。上下流２つのリニア空燃比センサ１
６，１８は同じ構成なので、上流側リニア空燃比センサ
１６について図４を参照して説明を進める。本空燃比セ
ンサ１６は、センサ素子をヒータで加熱できるようにさ
れており、バッテリ４０を電源としてヒータに通電する
電力を制御可能に構成されている。そのヒータに加わる
電圧及びヒータ電流は制御回路２０のＡ／Ｄ変換器１０
１に入力するよう構成されており、ＣＰＵ１０３にて検
知可能にされている。また、センサ素子側から出力され
る空燃比に応じたセンサ電流を求めるため、所定抵抗間
の電圧（電位差）を制御回路２０のＡ／Ｄ変換器１０１
に入力し、ＣＰＵ１０３にて検知可能に構成されてい
る。
【００１６】図３に戻り、吸気通路２のスロットル弁６
には、スロットル弁６が全閉か否かを検出するためのア
イドルスイッチ２１が設けられており、この出力信号は
制御回路２０の入出力インターフェイス１０２に供給さ
れる。さらに、１９は下流側リニア空燃比センサ１８の
応答性劣化を表示するためのアラームである。
【００１７】制御回路２０は、例えばマイクロコンピュ
ータとして構成され、Ａ／Ｄ変換器１０１、入出力イン
ターフェイス１０２，ＣＰＵ１０３の外にＲＯＭ１０
４，ＲＡＭ１０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロッ
ク発生回路１０７等が設けられている。
【００１８】また、制御回路２０において、ダウンカウ
ンタ１０８、フリップフロップ１０９、及び駆動回路１
１０は燃料噴射弁８を制御するためのものである。すな
わち燃料噴射時間ＴＡＵが演算されると、燃料噴射時間
ＴＡＵがダウンカウンタ１０８にプリセットされると共
にフリップフロップ１０９もセットされる。この結果、
駆動回路１１０が燃料噴射弁８の付勢を開始する。
【００１９】他方、ダウンカウンタ１０８がクロック信
号（図示せず）を計数して最後にそのキャリアウト端子
が“１”レベルとなったときに、フリップフロップ１０
９がセットされて駆動回路１１０は燃料噴射弁８の付勢
を停止する。つまり、上述の燃料噴射時間ＴＡＵだけ燃
料噴射弁８は付勢され、従って、燃料噴射時間ＴＡＵに
応じた量の燃料が機関本体１の燃焼室に送り込まれるこ
とになる。
【００２０】なお、ＣＰＵ１０２における割込み発生
は、Ａ／Ｄ変換器１０１のＡ／Ｄ変換終了時、入出力イ
ンターフェイス１０２がクランク角センサ１１のパルス
信号を受信した時、クロック発生回路１０７からの割込
信号を受信した時、等である。エアフロメータ３からの
吸入空気量データＱ及び冷却水温データＴＨＷは、所定
時間毎に実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによって取り込
まれてＲＡＭ１０５の所定領域に格納される。つまり、
ＲＡＭ１０５における吸入空気量データＱ及び冷却水温
データＴＨＷは所定時間毎に更新されている。また、回
転速度データＮＥはクランク角センサ１１の３０°ＣＡ
毎の割込みによって演算されて、ＲＡＭ１０５の所定領
域に格納される。
【００２１】本実施例の作動を図を参照しながら説明す
る。図５及び図６は制御回路２０において実行されるセ
ンサ異常判定ルーチンを示し、所定時間例えば１２８ｍ
ｓ毎に実行される。図１３は後述するカウンタ、センサ
出力ＶF ，ＶR 及びリッチフラグＸFF，ＸFRの値を示す
タイムチャートである。
【００２２】ステップ２０１でエンジン回転数ＮＥ、吸
入空気量Ｑ、冷却水温ＴＨＷ、車速ＳＰＤ、Ａ／Ｄ変換
した上流側リニア空燃比センサ出力ＶF 及び下流側リニ
ア空燃比センサ出力ＶR を入力する。続くステップ２０
１ａにおいて上流側空燃比センサ１６の素子の正常判
定、ステップ２０１ｂにおいてはフロントヒータの正常
判定を行う。そして共に肯定判断、すなわちフロント素
子及びフロントヒータが共に正常であると判定された場
合には、ステップ２０２へ進み、上流側空燃比センサ１
６によるリーンフィードバック（フロントリーンＦ／
Ｂ）が許可されたならば（ステップ２０２：ＹＥＳ）、
ステップ２０３でそのフロントリーンＦ／Ｂを行う。な
お、ステップ２０１ａあるいは２０１ｂにおける判定の
内どちらか一つでも否定判断、すなわちフロント素子及
びフロントヒータのどちらかでも異常の場合は、以下の
処理を実行することなく本ルーチンを終了する、ここで
ステップ２０３にて実行されるフロントリーンＦ／Ｂ処
理について、図７を参照して詳しく説明する。
【００２３】まずステップ３０１にて、エンジン回転数
ＮＥ、吸入空気量Ｑ等の運転パラメータから目標空燃比
を算出し、ステップ３０２では、その目標空燃比に応じ
た所定の電圧しきい値を設定する。続くステップ３０３
では、運転パラメータから積分項ＩR ，ＩL 及び比例項
ＰR ，ＰL を設定する。そして、ステップ３０４におい
ては、上流側リニア空燃比センサ出力ＶF を上記ステッ
プ３０２で設定されたしきい値と比較し、上流側リニア
空燃比センサ出力ＶF がしきい値よりも大きい場合には
目標空燃比に対してリーンであると判定し、上流側リニ
ア空燃比センサ出力ＶF がしきい値よりも小さい場合に
は目標空燃比に対してリッチであると判定する。
【００２４】目標空燃比に対してリーンと判定した場合
（ステップ３０４：ＹＥＳ）、まずステップ３０５にて
所定時間が経過（リーン状態が継続）しているか否かを
判別し、所定時間が経過したならば（ステップ３０５：
ＹＥＳ）、上流側センサリッチフラグＸFFをクリアす
る。一方、所定時間が経過してなければ（ステップ３０
５：ＮＯ）、ステップ３２１〜３２３の積分制御を行
う。この積分制御については後述する。
【００２５】ステップ３０６での上流側センサリッチフ
ラグＸFFクリア後、ステップ３０７で、そのリッチフラ
グＸFFの反転（ＸFF＝１→０）をチェックする。そし
て、反転しているならば（ステップ３０７：ＹＥＳ）ス
テップ３０８〜３１０の比例制御（この比例制御につい
ては後述する。）を実行し、反転していなければ（ステ
ップ３０７：ＮＯ）ステップ３２１〜３２３の積分制御
を実行する。
【００２６】一方、ステップ３０４に戻り、目標空燃比
に対してリッチと判定した場合（ステップ３０４：Ｎ
Ｏ）、上記リーンと判定した場合と同様に、ステップ３
３１にて所定時間が経過（リッチ状態が継続）している
か否かを判別し、所定時間が経過したならば（ステップ
３３１：ＹＥＳ）、ステップ３３２にて上流側センサリ
ッチフラグＸFFをセットする。一方、所定時間が経過し
てなければ（ステップ３３２：ＮＯ）、ステップ３２１
〜３２３の積分制御を実行する。
【００２７】ステップ３３２での上流側センサリッチフ
ラグＸFFセット後、ステップ３０７に移行して、そのリ
ッチフラグＸFFの反転（ＸFF＝０→１）をチェックす
る。そして、反転しているならばステップ３０８〜３１
０の比例制御を実行し、反転していなければステップ３
２１〜３２３の積分制御を実行する。
【００２８】次にステップ３０８〜３１０の比例制御に
ついて説明する。この比例制御は、上流側センサリッチ
フラグＸFFが反転したときに行われる。すなわち、上流
側リニア空燃比センサ出力ＶF がしきい値よりも小さい
状態から大きい状態に変化（リッチ→リーン）、あるい
は大きい状態から小さい状態に変化（リーン→リッチ）
し、その変化が確実に判別できるまでの時間が経過した
後に比例制御を許可しているのである。
【００２９】比例制御の内容は、まずステップ３０８に
おいて、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦに比例項を加減するため
に上流側センサリッチフラグＸFFをチェックする。リッ
チフラグＸFF＝０の場合（ステップ３０８：ＹＥＳ）
は、リーン状態であり、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦに比例項
ＰR を加算（リッチスキップ）し、リッチフラグＸFF＝
１の場合（ステップ３０８：ＮＯ）は、リッチ状態であ
り、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦから比例項ＰL を減算（リー
ンスキップ）する。
【００３０】一方、比例制御を行わない場合には積分制
御（ステップ３２１〜３２３）を行う。上述したステッ
プ３０５，３３１における所定時間経過の判別処理で所
定時間が経過していなければ、リッチフラグＸFFは操作
されないため、前回にこのＦ／Ｂルーチンで判定した状
態（ＸFF＝０またはＸFF＝１）になっている。そこでリ
ッチフラグＸFF＝０（ステップ３２１：ＹＥＳ）ならば
リーン状態継続と判定し、ステップ３２２で、補正係数
ＦＡＦに積分項ＩR を加算し、一方リッチフラグＸFF＝
１（ステップ３２１：ＮＯ）ならばリッチ状態継続と判
定し、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦから積分項ＰL を減算す
る。
【００３１】また、上述の所定時間経過の判定（ステッ
プ３０５，３３１）で所定時間が経過していれば、リッ
チフラグＸFFの操作（ステップ３０６，３３２）後、リ
ッチフラグＸFFの反転をチェックする（ステップ３０
７）。反転していれば上記比例制御（ステップ３０８〜
３１０）を行い、反転していなければ、リッチあるいは
リーン状態が安定しているということなので、リッチフ
ラグＸFFの状態（０又は１）に応じて積分項ＩR の加算
あるいは積分項ＰL の減算を行う（ステップ３２１〜３
２３）。この比例・積分制御により、任意のリーン状態
な目標空燃比に制御するのである。
【００３２】ここで、上記ステップ３０９，３１０，３
２２，３２３において設定されたＦ／Ｂ補正係数ＦＡＦ
を取り込んで噴射パルス時間ＴＡＵを演算する辺りの一
般的な作動を説明する。噴射パルス時間ＴＡＵはＣＰＵ
１０３において下式に基づいて演算する。
【００３３】ＴＡＵ＝ＴＡＵＥ＋ＴＡＵＶ ここでＴＡＵＶとは、燃料噴射弁８を中心とする燃料供
給手段のメカ的な作動遅れを補正する値であり、ＴＡＵ
Ｅは概略的には下式で表される。 ＴＡＵＥ＝ＴＰ×ＦＥＦＩ×ＦＡＦ ここでＴＰとは基本噴射時間を意味し、エアフロメータ
３からの吸入空気量データＱ、エンジン回転数ＮＥ、そ
の他センサからの情報に基づき、ＣＰＵ１０３にて演算
される。一方、ここでのＦＥＦＩとは、エンジン暖機状
態（始動直後や暖機中）、運転状態（加減速時、高負荷
時）等に応じた補正を意味する。
【００３４】そして、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦは、理論空
燃比を含め、目標空燃比になるような補正を行うための
ものである。以下、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦについての作
動を説明する。Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦとは、排気系に配
設した空燃比ンサの出力に基づき、センサ出力信号の波
形に対して比例・積分等の処理を行い、基本噴射時間Ｔ
Ｐに乗算するための係数である。
【００３５】今、仮に目標空燃比に制御するために１０
％増量が必要と演算された場合、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦ
＝１．１として基本噴射時間ＴＰを補正すればよい。但
し、補正方法としては比例・積分を組み合わせて補正し
ないと過補正や応答遅れ等が生じる。
【００３６】以上、Ｆ／Ｂ補正係数ＦＡＦによる補正は
上述したステップ３０１〜３０９のような、空燃比が大
きく変化するような増量、減量及び燃料カット状態でな
いときに行うのが望ましい。また、本実施例ではリニア
空燃比センサの出力を用いてリーンＦ／Ｂを行ってい
る。リニア空燃比センサは所定領域の空燃比に対し出力
電圧がリニアに出るため、例えば上記しきい値をＡ／Ｆ
＝２３〜２４辺りに対応する値にしておけば、安定した
リーン状態を実現可能である。なお、空燃比が理論空燃
比に対してリーン側かリッチ側かに応じて異なる出力電
圧を発生するタイプのセンサでは、単にリーン側かリッ
チ側かの判定しかできず、安定したリーン状態を保証す
ることは難しいため、本発明ではリニア空燃比センサを
用いているのである。
【００３７】本実施例の作動説明に戻る。図５におい
て、続くステップ２０４、２０５では前述のステップ２
０２、２０３と同様に、触媒後の下流側空燃比センサ１
８によるリーンＦ／Ｂ（リアリーンＦ／Ｂ）が許可され
た場合にはそのリアリーンＦ／Ｂを行い、ステップ２０
６へ進む。
【００３８】ここでステップ２０５にて実行されるリア
リーンＦ／Ｂ処理について、図８を参照して詳しく説明
する。上述したフロントリーンＦ／Ｂ処理と同様の部分
については簡単な説明ですませる。まずステップ４０１
にて目標空燃比を算出し、ステップ４０２では、その目
標空燃比に応じた所定の電圧しきい値を設定する。続く
ステップ４０３では、運転パラメータから定数Ｐ1 ，Ｐ
2 を設定する。そして、ステップ４０４においては、下
流側リニア空燃比センサ出力ＶR を上記ステップ４０２
で設定されたしきい値と比較し、下流側リニア空燃比セ
ンサ出力ＶR がしきい値よりも大きい場合には目標空燃
比に対してリーン、上流側リニア空燃比センサ出力ＶF
がしきい値よりも小さい場合には目標空燃比に対してリ
ッチであるとそれぞれ判定する。
【００３９】目標空燃比に対してリーンと判定した場合
（ステップ４０４：ＹＥＳ）、ステップ４０５にて所定
時間が経過（リーン状態が継続）しているか否かを判別
し、所定時間が経過したならば（ステップ４０５：ＹＥ
Ｓ）、下流側センサリッチフラグＸFRをクリアする。一
方、所定時間が経過してなければ（ステップ４０５：Ｎ
Ｏ）、ステップ４２１〜４２３の処理を行う。
【００４０】このステップ４２１〜４２３の処理につい
て説明すると、ステップ４２１ではリッチフラグＸFR＝
０か否かを判定し、ＸFR＝０であれば（ステップ４２
１：ＹＥＳ）ステップ４２２で比例項ＰR に定数Ｐ1 を
加算する。一方、ＸFR＝１であれば（ステップ４２１：
ＮＯ）ステップ４２３で比例項ＰR から定数Ｐ1 を減算
する。
【００４１】ステップ４０６での下流側センサリッチフ
ラグＸFRクリア後、ステップ４０７で、そのリッチフラ
グＸFRの反転（ＸFR＝１→０）をチェックする。そし
て、反転しているならば（ステップ４０７：ＹＥＳ）ス
テップ４０８〜４１０の処理（この処理については後述
する。）を実行し、反転していなければ（ステップ４０
７：ＮＯ）ステップ４２１〜４２３の処理を実行する。
【００４２】ここでステップ４０８〜４１０の処理につ
いて説明すると、ステップ４０８ではリッチフラグＸFR
＝０か否かを判定し、ＸFR＝０であれば（ステップ４２
１：ＹＥＳ）ステップ４０９で比例項ＰR に定数Ｐ2 を
加算する。一方、ＸFR＝１であれば（ステップ４０８：
ＮＯ）ステップ４１０で比例項ＰR から定数Ｐ2 を減算
する。
【００４３】また、ステップ４０４に戻り、目標空燃比
に対してリッチと判定した場合（ステップ４０４：Ｎ
Ｏ）は、上記リーンと判定した場合と同様に、ステップ
４３１にて所定時間が経過（リッチ状態が継続）してい
るか否かを判別し、所定時間が経過したならば（ステッ
プ４３１：ＹＥＳ）、ステップ４３２にて下流側センサ
リッチフラグＸFRをセットする。一方、所定時間が経過
してなければ（ステップ４３２：ＮＯ）、ステップ４２
１〜４２３の処理を実行する。
【００４４】ステップ４３２での下流側センサリッチフ
ラグＸFRセット後、ステップ４０７に移行して、そのリ
ッチフラグＸFRの反転（ＸFR＝０→１）をチェックす
る。そして、反転しているならばステップ４０８〜４１
０の処理を実行し、反転していなければステップ４２１
〜４２３の処理を実行する。
【００４５】こうしてステップ４０９，４１０，４２
２，４２３の各処理において比例項ＰR が算出された後
は、ステップ４２４に移行し、所定値Ｋからそのリッチ
用の比例項ＰR を減算してリーン用の比例項ＰL を算出
し、本ルーチンを終了する。なお、ステップ４０８〜４
１０の処理ではリッチフラグＸFRの値により定数Ｐ1 を
加減算し、ステップ４２１〜４２３の処理ではリッチフ
ラグＸFRの値により定数Ｐ2 を加減算しているが、この
２つの定数Ｐ1 ，Ｐ2 について補足しておく。概念的に
はステップ４０８〜４１０の処理は図７のフロントリー
ンＦ／Ｂ処理におけるステップ３０８〜３１０の比例制
御に対応するものであり、ステップ４２１〜４２３の処
理は同じくフロントリーンＦ／Ｂ処理におけるステップ
３２１〜３２３の積分制御に対応するものである。従っ
て、フロントリーンＦ／Ｂ処理において加減算される比
例項ＰR と積分項ＩR との関係のように、定数Ｐ1 は定
数Ｐ2 に比べてかなり大きな値に設定される。
【００４６】図５に戻って、ステップ２０６では、上流
側リニア空燃比センサ出力ＶF と所定のしきい値とを比
較し、条件が成立すれば（すなわちＶF がしきい値より
も大きければ）ステップ２０７で所定時間のディレイ経
過判定後、ディレイ経過していればステップ２０８で目
標空燃比よりもリーンと判定し、触媒前の空燃比リッチ
フラグ（フロントリッチフラグ）ＸFFをクリア（ＸFF←
０）してステップ２１１へ進む。前述のステップ２０７
でディレイ経過してなければ、そのままステップ２１１
へ進む。
【００４７】一方、前述ステップ２０６で条件不成立な
らば（すなわちＶF がしきい値以下であれば）、ステッ
プ２０９で所定時間のディレイ経過判定後、ディレイ経
過していればステップ２１０で目標空燃比よりもリッチ
と判定し、フロントリッチフラグＸFFをセット（ＸFF←
１）してステップ２１１へ進む。前述ステップ２０９で
ディレイ経過してなければ、そのままステップ２１１
（図６）へ進む。
【００４８】次に、ステップ２１１では前回のルーチン
からフロントリッチフラグＸFFが反転したか否かをチェ
ックし、反転したならばステップ２１２でカウンタクリ
アし、反転してなければステップ２１３で空燃比リッ
チ、もしくはリーンが継続しているとしてカウンインク
リメントし、ステップ２１５へ進む。
【００４９】また、前述のステップ２０２、あるいはス
テップ２０４にて、リニア空燃比センサ１６，１８のフ
ロントあるいはリアリーンＦ／Ｂが許可されていなけれ
ば、ステップ２１４にてカウンタをクリアし、そのまま
このルーチンを終了する。続くステップ２１５〜２１９
（図６）は、前述のステップ２０６〜２１０と同様の処
理である。まずステップ２１５で下流側リニア空燃比セ
ンサ出力ＶR について所定のしきい値と比較し、条件が
成立すれば（すなわちＶR がしきい値よりも大きけれ
ば）ステップ２１６で所定時間のディレイ経過判定後、
ディレイ経過していればステップ２１７で目標空燃比よ
りもリーンと判定し、触媒後の空燃比リッチフラグ（リ
アリッチフラグ）ＸFRをクリア（ＸFF←０）してステッ
プ２２０へ進む。ステップ２１６でディレイ経過してな
ければ、そのままステップ２２０へ進む。
【００５０】一方、ステップ２１５で条件不成立ならば
（すなわちＶR がしきい値以下であれば）、ステップ２
１８で所定時間のディレイ経過判定後、ディレイ経過し
ていればステップ２１９で目標空燃比よりもリッチと判
定し、リアリッチフラグＸFRをセット（ＸFF←１）して
ステップ２２０へ進む。前述ステップ２１８でディレイ
経過してなければ、そのままステップ２２０へ進む。
【００５１】そして、ステップ２２０にてカウンタ値と
所定時間を比較し、所定時間すなわち、触媒前後に設け
た上流側リニア空燃比センサ１６及び下流側リニア空燃
比センサ１８の間のガス輸送遅れ時間（例えば、エンジ
ン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｑを基にしたマップを参照し
て定まる。）をカウンタ値が越えたならば、ステップ２
２１でフロントリッチフラグＸFFとリアリッチフラグＸ
FRの状態が異なっているかどうかを判定する。両リッチ
フラグＸFF，ＸFRの状態が異なっていたら（ステップ２
２１：ＹＥＳ）、ステップ２２２で下流側リニア空燃比
センサ１８が異常であると判定する。前述のステップ２
２０でカウンタ値が所定値以下の場合、またはステップ
２２１で両リッチフラグＸFF，ＸFRの状態が等しけれ
ば、異常判定行わずそのまま終了する。
【００５２】なお、上述したステップ２０１ａ（図５）
における上流側空燃比センサ１６の素子（フロント素
子）の正常判定、及びステップ２０１ｂにおけるフロン
トヒータの正常判定は、それぞれ別のルーチンで判定が
なされた結果を読み込んでなされているので、このルー
チンについて説明する。。
【００５３】まず、フロント素子が正常であるか否かを
判定するルーチンについて図９〜１１を参照して説明す
る。ステップ５０１〜５０８は各種判定に係る処理であ
る。ステップ５０１では始動状態でないか否か、具体的
にはエンジン回転数ＮＥが例えば４００ｒｐｍ以下かど
うかを判定しており、４００ｒｐｍを越えれば始動状態
でないと判定してステップ５０２へ進む。
【００５４】ステップ５０２では燃料供給における高負
荷増量補正の有無を判定する。高負荷増量補正はエンジ
ン出力を確保するために制御する出力空燃比や排気温度
が上昇し過ぎないように制御する空燃比、すなわち理論
空燃比より濃い空燃比になるような増量補正をいう。本
ステップ５０２ではこの増量補正の有無をフラグ（ＸＯ
ＴＰ）等で判定する。そして高負荷増量（フラグ）＝０
の場合はステップ５０３へ進む。
【００５５】ステップ５０３では減速運転のような軽負
荷の判定、具体的には燃料供給手段である燃料噴射弁８
側へ出力する噴射パルス時間ＴＡＵの計算値が所定値
（例えば０．７ｍｓｅｃ）を越えれば条件成立（肯定判
断）、つまり減速運転でないと判定してステップ５０４
へ進む。
【００５６】ステップ５０４では燃料カット復帰時に減
量が入っていないか否かを判定している。この減量は、
燃料カット復帰時のトルクショックを軽減するために復
帰直後には２０％程度の減量を行い、後は時間減衰で減
量なしまで補正するものである。燃料カット状態でない
場合はステップ５０５へ進む。
【００５７】ステップ５０５では高回転燃料カット状態
でないか否かの判定を行う。例えばエンジン回転数が６
４００ｒｐｍを越えるとエンジン保護のために燃料カッ
トを行い、一旦越えてから６００〜６２００ｒｐｍ程度
にまで回転数が落ちると燃料カット復帰を行っており、
この状態をフラグ（ＸＦＣＮＥ１）等で判定している。
高回転燃料カット状態でない場合はステップ５０６へ進
む。
【００５８】ステップ５０６では燃料カット復帰から所
定時間が経過した状態か否かを判定している。具体的に
は例えば燃料カット復帰から０．７ｓｅｃ以上経過して
いるか否かを判定し、経過していればステップ５０７へ
進む。このステップ５０６は上記ステップ５０４，５０
５での燃料カット状態の判定をさらに確実にするために
実行している。
【００５９】ステップ５０７では、吸入空気量Ｑが所定
値より大きいかどうかを見て、上記ステップ３０３で判
定した減速運転状態か否かをさらに判定している。吸入
空気量Ｑが所定値より大きい場合はステップ５０８へ進
む。ステップ５０８では上流側リニア空燃比センサ１６
が内蔵するフロントヒータが正常か否かを判定する。フ
ロントヒータの正常判定はフロント素子の正常判定ルー
チン後に行うが、初期状態ではフロントヒータは正常と
判定しており、ヒータ異常を判定されない限り正常と判
定し続ける。
【００６０】そして、ステップ５０１〜５０８まで全て
の条件が成立、つまり全ステップにおいて肯定判断であ
ればステップ５０９に進み、フラグＸＪＬＮＳＲ＝１
（フラグをセット）にしてからステップ５１１（図１
０）に移行する。一方、ステップ５０１〜５０９までで
一つでも条件に合わない（否定判断）の場合は、空燃比
フィードバック補正の実行前提条件でないとして、ステ
ップ５１０でフラグＸＪＬＮＳＲ＝０（フラグをクリ
ア）にしてから、ステップ５１１に移行する。なお、ス
テップ５０９へ進む場合、すなわち空燃比フィードバッ
ク補正の実行前提条件が成立する状態（ＸＪＬＮＳＲ＝
１）とは、空燃比が大きく変化するような増量、減量及
び燃料カット状態でないことを意味している。
【００６１】続くステップ５１１〜５２３の処理は、フ
ロント素子の正常・異常判定に係る処理である。ステッ
プ５１１ではフラグＸＪＬＮＳＲがセット（＝１）され
ているか否かを判断し、否定判断、すなわちＸＪＬＮＳ
Ｒ＝０の場合は、以下の処理を行うことなくそのまま本
ルーチンを終了する。一方、フラグＸＪＬＮＳＲがセッ
トされている場合（ステップ５１１：ＹＥＳ）は、以下
に示すステップ５１２〜５１９の判定処理を行う。
【００６２】ステップ５１２はエンジンが完全暖機後か
どうかの判定であり、実際には冷却水温度ＴＨＷが所定
値（例えば８０℃）以上で完全暖機後と判定する。冷却
水温度ＴＨＷが所定値以上であれば条件成立としてステ
ップ５１３に進む。ステップ５１３ではエンジンの吸入
空気量Ｑの総和値ΣＱが所定値以上であるか否かを判定
している。これは、総吸入空気量ΣＱから排気温度の推
定を行い、排気通路に配設するセンサ周りの排気温度
が、安定したセンサ活性状態をもたらす温度がどうかを
判定しているのである。総和値ΣＱが所定値以上であれ
ば条件成立でステップ５１４に進む。
【００６３】ステップ５１４では過去３分間の燃料カッ
ト時間が所定時間より小さいか否かを判定している。こ
れは、上記ステップ５１３における総吸入空気量ΣＱの
条件を満足してから長い時間経過後、燃料カットが繰り
返されると排気温度が下がってしまうのを防ぐためであ
り、具体的には例えば過去３秒間の燃料カット時間が１
８ｓｅｃ未満であれば条件成立と判定してステップ５１
５に進む。
【００６４】ステップ５１５では車速ＳＰＤが所定値よ
り小さいか否かを判定しており、例えば車速ＳＰＤが１
００ｋｍ／ｈ未満であれば条件成立と判定してステップ
５１６に進む。ステップ５１６では車速センサ３０、水
温センサ１３、エアフロメータ３の正常判定を行い、各
センサが全て異常でなければ条件成立と判定してステッ
プ５１７に進む。これはいままで条件判定した各センサ
の値がセンサの異常によるものでないことを判定するた
めである。
【００６５】続くステップ５１７〜５２１までの処理
（図１１）は、燃料カット中の所定時間範囲内でセンサ
電流が所定範囲内であればフロント素子が正常と判定、
所定範囲外であればフロント素子異常と判定する。まず
ステップ５１７では燃料カット中であるか否かを判定
し、カット中であれば条件成立としてステップ５１８に
進む。
【００６６】次にステップ５１８では燃料カット開始か
ら所定の下限時間経過したか否かを判定する。具体的に
は例えば燃料カット開始から２ｓｅｃ以上経過（継続）
していれば条件成立と判定してステップ５１９に進む。
ステップ５１９では燃料カット開始から所定の上限時間
未満の経過時間であるか否かを判定してステップ５２０
に進む。具体的には例えば燃料カット開始から５ｓｅｃ
以内の経過時間であれば条件成立と判定する。
【００６７】そして、これらステップ５１２〜５１９の
判断処理において全て肯定判断がされた場合にのみ、ス
テップ５２０〜５２３におけるフロント素子の正常・異
常判定に直接係る処理が実行される。また、上記ステッ
プ５１２〜５１９の判断処理においていずれかで否定判
断がされた場合には、その時点で、本ルーチンは終了す
る。
【００６８】ステップ５２０ではセンサ電流が所定の下
限値（例えば５ｍＡ）以上であるか否か、またステップ
５２１ではセンサ電流が所定の上限値（例えば４５ｍ
Ａ）未満であるか否かを判定する。そして、ステップ５
２０，５２１で肯定判断、すなわちセンサ電流が５ｍＡ
以上かつ４５ｍＡ未満の場合には、燃料カット中の正常
な電流値であるため、ステップ５２２に進んでフロント
素子正常フラグをセットする。
【００６９】一方、ステップ５２０でセンサ電流が５ｍ
Ａ未満の場合、またはステップ５２１でセンサ電流が４
５ｍＡ以上の場合には、ステップ５２３へ進んでフロン
ト素子異常フラグをセットする。なお、この場合に誤判
定を避けるため、ステップ５２０またはステップ５２１
で条件不成立（否定判断）によりステップ５２３へ進ん
でも、即異常判定はせずに、ステップ５１８及びステッ
プ５１９での条件成立時の間に、所定回数継続してセン
サ電流値が所定範囲外となった場合にのみ、フロント素
子が異常であると判定するようにすることも考えられ
る。
【００７０】以上図９〜図１１で示したフロント素子正
常判定ルーチンにおいて、ステップ５０１〜５１０の処
理は空燃比フィードバック実行の前提条件の判定に係る
処理、ステップ５１１〜５１６の処理は上記空燃比フィ
ードバック実行前提条件を含むセンサ素子異常の判定条
件に係る処理、ステップ３１７〜３２１の処理はフロン
ト素子が正常か異常かを時間及びセンサ電流値で判定す
る処理である。
【００７１】次に、フロントヒータが正常であるか否か
を判定するルーチンについて図１２を参照して説明す
る。ステップ６０１はフロントヒータの電源であるバッ
テリ４０のの電圧値を読むことでヒータの正常動作状態
を確認するための処理で、具体的にはバッテリ電圧が所
定値（例えば１２Ｖ）以上であればヒータの電源は正常
であると判定してステップ６０２に進む。
【００７２】ステップ６０２では、フロントヒータへの
通電が開始されてから所定時間が経過した否かを判定す
る。具体的には通電開始から例えば２ｍｓｅｃ以上経過
していれば条件成立と判定してステップ６０３に進む。
なお、通電状態はヒータ電圧から判定できる。
【００７３】ステップ６０３では、上記フロント素子正
常判定ルーチンにおけるステップ５１６（図１０）のよ
うに、車速センサ３０、水温センサ１３、エアフロメー
タ３の正常判定を行い、各センサが全て正常であれば条
件成立と判定してステップＳ６０４に進む。
【００７４】以上ステップ６０１〜６０３の処理によ
り、フロントセンサのヒータ正常判定条件が揃う。ステ
ップ６０１〜６０３のいずれかで否定判断された場合に
は、その時点で本ルーチンは終了する。そして、続くス
テップ６０４で判定されるヒータ電流の大きさによりヒ
ータが正常か若しくは異常かを判定する。
【００７５】ステップ６０４ではヒータ電流が所定値以
上か否かを判定する。例えばヒータ電流が１．５Ａ以上
であれば、ステップ６０５へ進んでフロントヒータ正常
フラグをセットして本ルーチンを終了する。一方、ヒー
タ電流が１．５Ａ未満であればステップ６０６へ進み、
誤判定防止のために、ヒータ電流が１．５Ａ未満である
状態の継続状態を判定するためカウンタが所定時間より
大きいか否かを判断する。所定時間以下の場合（ステッ
プ６０６：ＮＯ）はそのまま本ルーチンを終了し、所定
時間より大きい場合（ステップ６０６：ＹＥＳ）はステ
ップ６０７へ進んでフロントヒータ異常フラグをセット
して本ルーチンを終了する。なお、上述したフロント素
子正常判定及びフロントヒータ正常判定において使用す
るセンサ電流、ヒータ電圧及びヒータ電流の各判定値
は、空燃比センサの特性や回路構成によって大きく変わ
る。上記した具体的な数値はあくまで本実施例における
値である。
【００７６】以上のように、触媒前後に設けたリニア空
燃比センサ１６，１８で空燃比リーンＦ／Ｂする運転状
態において触媒のＯ2 ストレージ効果を少なくすると、
触媒後の下流側リニア空燃比センサ１８の応答遅れは触
媒前後の空燃比センサ間のガス輸送遅れ時間となる。す
なわち、上流側リニア空燃比センサ１６によりフロント
リッチフラグＸFFが反転してから、下流側リニア空燃比
センサ１８によりリアリッチフラグＸFRが反転するまで
の時間がガス輸送遅れ時間より長いと、下流側リニア空
燃比センサ１８が劣化しているものと判断できる。
【００７７】このように、Ｏ2 ストレージ効果に影響さ
れない空燃比リーン領域におけるリニア空燃比センサ１
６，１８の検出結果に基づいているため、算出した遅れ
時間には、触媒の劣化状態は関わっておらず、下流側リ
ニア空燃比センサ１８の異常検出を精度良く行うことが
できる。そして、空燃比をリニアに検出可能なリニア空
燃比センサ１６，１８を用いているため、安定したリー
ン状態を実現可能であり、異常検出の正確性を向上させ
る。
【００７８】以上本発明はこの様な実施例に何等限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々なる態様で実施し得る。例えば、上述した実施
例においては、ステップ２２０で両リッチフラグＸFF，
ＸFRの状態が異なっていたら、直ちにステップ２２２で
下流側リニアセンサ１８が異常であると判断するように
したが、誤動作防止のために、両リッチフラグＸFF，Ｘ
FRの状態が複数回継続して異なっているときに下流側リ
ニアセンサ１８が異常であると判断するようにしてもよ
い。
【００７９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の内燃機関の
空燃比センサ異常検出装置によれば、Ｏ2 ストレージ効
果に影響されない空燃比リーン領域における空燃比セン
サの検出結果に基づいてガス応答遅れ時間を算出するた
め、その遅れ時間には触媒の劣化状態は関わっておら
ず、下流側空燃比センサの異常検出を精度良く行うこと
ができる。そして、上流側及び下流側空燃比センサとし
て、空燃比をリニアに検出可能なリニア空燃比センサを
用いているため、安定したリーン状態を実現可能であ
り、上記異常検出の正確性を向上させるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基本的構成を例示するブロック図で
ある。
【図２】 空燃比と触媒のＯ2 ストレージ量の関係を示
すグラフである。
【図３】 本発明の一実施例である内燃機関の空燃比セ
ンサ異常検出装置の全体構成図である。
【図４】 実施例の空燃比センサに関連する構成を説明
するための回路図である。
【図５】 制御回路において実行されるセンサ異常判定
ルーチンの前半を示すフローチャートである。
【図６】 同じセンサ異常判定ルーチンの後半を示すフ
ローチャートである。
【図７】 図４のステップ２０３で実行されるフロント
リーンＦ／Ｂ処理を示すフローチャートである。
【図８】 図４のステップ２０５で実行されるリアリー
ンＦ／Ｂ処理を示すフローチャートである。
【図９】 上流側空燃比センサ１６の素子が正常である
か否かを判定するルーチンの前半を示すフローチャート
である。
【図１０】 上流側空燃比センサ１６の素子が正常であ
るか否かを判定するルーチンの中盤を示すフローチャー
トである。
【図１１】 上流側空燃比センサ１６の素子が正常であ
るか否かを判定するルーチンの後半を示すフローチャー
トである。
【図１２】 フロントヒータが正常であるか否かを判定
するルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】 異常判定制御時のカウンタ、センサ出力Ｖ
F ，ＶR 及びリッチフラグＸFF，ＸFRの値を示すタイム
チャートである。
【符号の説明】
１…機関本体、 ２…吸気通路、 ３…エ
アフロメータ、６…スロットル弁、 ８…燃料噴射
弁、 １４…排気マニホールド、１５…触媒コンバー
タ、 １６…上流側リニア空燃比センサ、１７…排気
管、 １８…下流側リニア空燃比センサ、２０
…制御回路
【手続補正書】
【提出日】平成５年９月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】従来、内燃機関は、特に排気系に設けら
れた例えば三元触媒の浄化効率向上や燃費向上の点から
三元触媒の上流に上流側空燃比センサを設け、空燃比を
フィードバック制御している。しかし、三元触媒の上流
に配置されている上流側空燃比センサは高熱のため劣化
し易い。そのため三元触媒の下流にもう一つの下流側空
燃比センサを設けて、いわゆる２センサ方式とし、下流
側空燃比センサにより三元触媒の浄化性能が良い状態と
なるよう上流側空燃比センサの制御を監視して補正をす
るように構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５７】ステップ５０５では高回転燃料カット状態
でないか否かの判定を行う。例えばエンジン回転数が６
４００ｒｐｍを越えるとエンジン保護のために燃料カッ
トを行い、一旦越えてから６０００〜６２００ｒｐｍ程
度にまで回転数が落ちると燃料カット復帰を行ってお
り、この状態をフラグ（ＸＦＣＮＥ１）等で判定してい
る。高回転燃料カット状態でない場合はステップ５０６
へ進む。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配設された排気浄
    化用の触媒と、 上記触媒の上流側の排気通路に配設され、上記内燃機関
    の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 上記触媒の下流側の排気通路に配設され、上記内燃機関
    の空燃比を検出する下流側空燃比センサと、 上記両空燃比センサの検出結果に基づいて空燃比フィー
    ドバック制御を実行する制御手段と、 を備えた内燃機関における上記下流側空燃比センサの異
    常を検出する空燃比センサ異常検出装置であって、 上記上流側及び下流側空燃比センサとして、空燃比をリ
    ニアに検出可能なリニア空燃比センサを用いると共に、 空燃比がリーン状態での空燃比フィードバック制御時に
    おける上記上流側及び下流側空燃比センサの検出結果に
    基づいて、両空燃比センサ間のガス応答遅れ時間を算出
    する遅れ時間算出手段と、 該算出した遅れ時間に基づいて上記下流側空燃比センサ
    の異常を検出する異常検出手段を備えたことを特徴とす
    る内燃機関の空燃比センサ劣化検出装置。
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