JPH0694828B2 - 内燃エンジンの排気ガス濃度検出系の異常検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は内燃エンジンのエンジン濃度センサの出力信号
に応じて空燃比をフィードバック制御するようにした燃
料供給制御装置の排気ガス濃度センサを含む排気ガス濃
度検出系の異常検出方法に関し、特に空燃比を補正する
空燃比補正値からその検出系の異常を検出する異常検出
方法に関する。

（発明の技術的背景及びその問題点） 従来、内燃エンジンに供給する混合気の空燃比を補正す
るために排気ガス濃度センサの出力に基づいて設定され
る空燃比補正値から、該排気ガス濃度センサを含む排気
ガス濃度検出系の異常を検出する異常検出方法としては
種々の方法が提案されている。例えば特開昭59−3137号
は、空燃比補正値が排気ガス濃度センサ等の正常作動時
に取り得る範囲の上・下限値を外れてからの経過時間を
計測し、この経過時間が所定時間を超過したときに、排
気ガス濃度センサ等が異常であるとする異常検出方法を
開示している。また、特開昭60−81541号は、空燃比補
正値が排気ガス濃度センサ等の正常作動時に取り得る範
囲よりも少し内側に上・下限値を設定し、これらの上・
下限値を外れてからの経過時間が所定時間を超過したと
きに、排気ガス濃度センサ等が異常であるとする異常検
出方法を開示している。

ところで、一般に内燃エンジンには燃料タンクからの燃
料蒸発ガスを吸着貯蔵し、この吸着燃料ガスを機関吸気
系に供給するキャニスタを備える燃料蒸発ガス処理装置
が設けられている。該燃料蒸発ガス処理装置は吸気管内
の負圧が所定値より大きくなったとき、当該装置のキャ
ニスタに蓄積された吸着燃料を吸気管内へ吸引させるよ
うにしている。かかる処理装置を備える内燃エンジンに
混合気の空燃比を補正するための排気ガス濃度センサに
基づく前記空燃比補正値を適用した場合、前記吸着燃料
ガスの吸引により、排気ガス濃度がリッチ化するので、
前記空燃比補正値は小さくなる。

ところが、前記キャニスタに蓄積された燃料蒸発ガスが
非常に多いときは、排気ガス濃度が非常にリッチ化し、
混合気の空燃比を補正する空燃比補正値が上述した下限
値を下回る時間が長くなることがある。従って、このと
き、排気ガス濃度センサを含む排気ガス濃度検出系が正
常であるにもかかわらず、異常であると判定してしまう
虞があった。

（発明の目的） 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料蒸発
ガス処理装置を介して機関吸気系に供給される燃料蒸発
ガスの影響により排気ガス濃度センサの異常が誤って検
知されることを防止するようにした内燃エンジンの排気
ガス濃度検出系の異常検出方法を提供することを目的と
する。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明においては、燃料タ
ンクの燃料蒸発ガスを機関吸気系に供給する燃料蒸発ガ
ス処理装置を有する内燃エンジンの排気ガス濃度を検出
する排気ガス濃度センサの出力信号に応じて設定される
空燃比補正値に基づいて前記内燃エンジンに供給する燃
料量をフィードバック制御する内燃エンジンの排気ガス
濃度検出系の異常検出方法において、前記燃料蒸発ガス
の機関吸気系への供給を停止した状態で前記空燃比補正
値がエンジンの正常作動時にとり得る上限値及び下限値
により定められた範囲外にある状態を所定期間に亘って
継続させたとき、前記排気ガス濃度センサを含む排気ガ
ス濃度検出系が異常であると判定することを特徴とする
内燃エンジンの排気ガス濃度検出系の異常検出方法が供
給される。

（発明の実施例） 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。

第１図は本発明の異常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、エン
ジン１には吸気管２が接続され、吸気管２の途中にはス
ロットル弁３が設けられている。スロットル弁３にはそ
の弁開度θ_THを検出し、電気的な信号を出力するスロッ
トル弁開度（θ_TH）センサ４が接続されており、検出さ
れた弁開度θ_THは以下で説明するように空燃比等を算出
する演算処理及び酸素濃度検出系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「ECU」という）
５に送られる。

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。燃料噴射弁６はエンジン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、
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。

一方、スロットル弁３の下流の吸気管２には、管７を介
して吸気管２内の絶対圧P_BAを検出する絶対圧（P_BA）セ
ンサ８が接続されており、検出信号はECU5に送られる。
更に管７の下流の吸気管２上には吸気温度T_Aを検出する
吸気温（T_A）センサ９が取り付けられ、その検出信号は
ECU5に送られる。

冷却水が充満されているエンジン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
ンジン水温（Tw）センサ10が設けられ、その検出信号は
ECU5に送られる。エンジン回転数（Ne）センサ11及び気
筒判別（CYL）センサ12がエンジン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センサ11はク
ランク軸の180゜回転毎に１パルスにて出力し、センサ1
2は気筒を判別する信号をクランクの所定角度位置で１
パルス出力し、これらのパルス信号はECU5に送られる。

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,NO_X成分の浄化作用を行う。この三元触
媒14の上流側には排気ガス濃度センサとしての酸素
（O₂）センサ15が排気管13に接続され、センサ15は排気
中の酸素濃度を検出し、検出信号をECU5に供給してい
る。

更に、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、センサ16は検出信号
をECU5に供給している。

ECU5は上述の各種信号を入力し、燃料噴射弁６の燃料噴
射時間T_OUTを次式により演算する。

T_OUT＝Ti×K_O2×K₁＋K₂ …（１） ここで、Tiは燃料噴射弁６の基準噴射時間であり、Neセ
ンサ11から検出されたエンジン回転数Neと絶対圧センサ
８からの絶対圧信号P_BAとに応じて演算される。K_O2は空
燃比補正係数であり、フィードバック制御時ではO₂セン
サ15の検出信号により示される酸素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係数値K_O2の平均値K_REFに設定され
る。

K₁及びK₂は前述の各種センサ、即ちスロットル弁開度セ
ンサ４、吸気管内絶対圧センサ８、吸気温センサ９、エ
ンジン水温センサ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
てエンジン運転状態に応じ、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。

ECU5は式（１）により求めた燃料噴射時間T_OUTに基づく
駆動制御信号を燃料噴射弁６に供給し、その開弁時間を
制御する。

また、燃料タンク20からの燃料蒸発ガスを、機関吸気系
に供給するための燃料蒸発ガス処理装置は以下のように
構成されている。即ち、キャニスタ21、コントロールバ
ルブ22を備えたガス通路23は、燃料タンク20と吸気通路
２を結んでいる。キャニスタ21は蒸発ガスを一旦カーボ
ン粒に吸着させるが、吸入負圧に応動するコントロール
バルブ22の開度に基づき、吸着燃料は大気導入口25から
の外気と共に通路23を経て吸気通路２内に吸引される。
コトロールバルブ22は負圧通路28を介して吸入負圧が負
圧作動室29に導かれ、この吸引負圧に応じてスプリング
30の力に抗してダイヤフラム弁31が作動する。

このようにして、燃料タンク20内の燃料蒸発ガスが、通
路23′からキャニスタ21に導かれてそのカーボン粒に吸
収附着し、機関の吸入負圧に応じてコントロールバルブ
22が開くと、吸着燃料が大気と共に混合状態で通路23か
ら吸気通路２内に吸引供給されるようになっている。

更に、前記負圧通路28の途中には、ソレノイドバルブ32
が設けられている。該ソレノイドバルブ32は通電（ON）
時に負圧通路28を閉じ、負圧作動室29をエアクリーナ33
を介して大気と連通させる。このとき、キャニスタ21の
送出口21aが閉じられるため、吸着燃料の吸引供給が停
止され、カーボン粒によるパージ（浄化）がカットされ
る。ソレノイドバルブ32はECU5により後述する第３図の
パージカットコントロールプログラムに基づいて制御さ
れる。

第２図は第１図に示すECU5の内部構成を示すブロック図
である。第２図のNeセンサ11からのエンジン回転数信号
は、波形整形回路501で波形整形された後、上死点（TD
C）信号として中央処理装置（以下、CPUという）503に
供給されると共に、Meカウンタ502にも供給される。Me
カウンタ502は、TDC信号の前回のパルスと今回のパルス
のパルス発生時間間隔を計数するもので、その結果の値
Meはエンジン回転数Neの逆数に比例しており、Meカウン
タ502はこの計数値Meをバス510を介してCPU503に供給す
る。

第１図のスロットル弁開度センサ４、絶対圧センサ８、
エンジン水温センサ10、O₂センサ15等からの夫々の出力
信号はレベル修正回路504で所定の電圧レベルに修正さ
れた後、マルチプレクサ505により順次A/Dコンバータ50
6に供給される。A/Dコンバータ506は前述の各センサか
らの出力信号を遂次デジタル信号に変換してこのデジタ
ル信号をバス510を介してCPU503に供給する。

CPU503は、更にバス510を介してリードオンリメモリ
（以下、ROMという）507、ランダムアクセスメモリ（以
下、RAMという）508及び駆動回路509に接続している。R
OM507はCPU503により実行される、後述するO₂濃度検出
系異常判別プログラム等各種のプログラム、基準噴射時
間Ti及び後述する補正計数K_O2の異常判別値K_O2FSH,K
_O2FSL等の各種のデータ及びテーブルを記憶している。R
AM508はCPU503で実行される演算結果、Meカウンタ502及
びA/Pコンバータ506から読み込んだデータ等を一時記憶
するときに用いられる。駆動回路509は前記式（１）に
より算出された燃料噴射時間T_OUTに応じた制御信号を受
け取り、これにより示される時間だけ燃料噴射弁６を開
弁させる駆動信号を燃料噴射弁６に供給する。また、該
駆動回路509は第３図のパージカットコントロールプロ
グラムに基づいてパージカットソレノイド32をONする駆
動信号をパージカットソレノイド32に供給する。

第３図はパージカットコントロールプログラムの処理手
順を示すフローチャートである。

まず、ステップ１では、エンジンが始動モードか否かを
判別し、その答が肯定（Yes）のときは、始動時のエン
ジン運転状態の安定化のため、後述するステップ３の判
定で使用するパージカットタイマ（t_PCタイマ）を所定
時間t_PC（例えば10秒）にセットし（ステップ７）、パ
ージカットソレノイド32をON（ステップ８）、キャニス
タパージを中止して本プログラムを終了する。

ステップ１の答が否定（No）のときは、次のステップ２
でスロットル弁開度θ_THが所定のアイドル開度θ_IDLH以
下か否かを判別する。この答が肯定（Yes）のときは、
アイドル時のエンジン運転状態の安定化のため、前記ス
テップ８を実行して本プログラムを終了する。

ステップ２の答が否定（No）のときは、次のステップ３
で前記ステップ７でセットしたt_PCタイマのタイマ値t_PC
が０になったか否かを判別する。この答が否定（No）の
ときは、エンジンの始動直後であるので、エンジン運転
状態の安定化のため、前記ステップ８を実行して本プロ
グラムを終了する。

ステップ３の答が肯定（Yes）のときは、次のステップ
４でエンジン水温T_Wが所定水温T_WPC（ヒステリシスを付
ける場合は、例えば、75℃及び73℃）より高いか否かを
判別する。この答が否定（No）のときは、エンジンの暖
機が不十分で運転状態が不安定になりやすいので、前記
ステップ８を実行して本プログラムを終了する。

ステップ４の答が肯定（Yes）のときは、次のステツプ
５で後述する第４図のO₂センサ15の故障診断プログラム
で設定される異常判別用のフラグN_FS1が１にセットされ
ているか否かを判別する。この答が肯定（Yes）のとき
は、詳細については後述するが、O₂センサ15の故障検知
中なので、キャニスタパージによる影響を防ぐため、前
記ステップ８を実行して本プログラムを終了する。

ステップ５の答が否定（No）のときは、パージカットソ
レノイド32をOFFし（ステップ６）、キャニスタパージ
を実行させるようにして本プログラムを終了する。

第４図は本発明の異常検出方法による異常検出プログラ
ムのフローチャートを示す。本プログラムはTDC信号の
発生毎に実行されるものである。第４図において、ステ
ップ１では異常判別用の第１及び第２のフラッグN_FS1及
びN_FS2が共に値１にセットされているか否かを判別し、
その結果が否定（No）のときはステップ２に進む。該ス
テップ２では当該処理がO₂フィードバックループ制御か
否かを判別する。今回ループがO₂フィードバックループ
でないときにはK_O2値の異常判別を行うことく、ステッ
プ12に進み後述するη_TDCFS1カウンタを初期値（例え
ば、2000回）にリセットすると共に、異常判別用の第１
のフラグN_FS1を零にして（ステップ13）本プログラムを
終了する。今回ループがO₂フィードバックループ制御の
ときはステップ３においてエンジン１がアイドル運転領
域にあるか否かを判別する。その結果が肯定（Yes）、
即ちアイドル運転状態の場合はO₂センサ15の温度が低く
その活性化が十分でなく出力電圧が不安定となり、実際
にはリーンであってもリッチと判定し、補正計数K_O2を
小さい方向にシフトさせることによりK_O2値が1.0からシ
フトすることがあり、異常検出の誤診を招くため、該異
常検出を行なうことなくステップ12及び13を実行して本
プログラムを終了する。前記ステップ３の判別結果が否
定（No）、即ちエンジン１がアイドル運転領域にない場
合は、ステップ４においてK_O2値が異常値を示すか否か
を判別する。即ち、K_O2値が所定上限判別値K_O2FSH（例
えば1.4）より大きいか否か、及び所定下限判別値K
_O2FSL（例えば0.8）より小さいか否かを判別する。所定
上限判別値K_O2FSH及び所定下限判別値K_O2FSLはK_O2＝１
を中心にしてO₂フィードバックループ制御時のエンジン
の通常運転で実現され得るK_O2値の上限値K_O2LMTH（例え
ば1.6）及び下限値K_O2LMTL（例えば0.6）により定めら
れる範囲内に設定された異常検出用の値である。

ステップ４の判別結果が否定（No）、即ちK_O2値が正常
値範囲にあるとき、前記ステップ12及び13を実行して本
プログラムを終了する。一方、ステップ４における判別
結果が肯定（Yes）の場合には前記η_TDCFS1カウンタを
して１カウントだけダウンカウントさせ（ステップ
５）、ステップ６に進み、K_O2値が異常値を示してから
所定回（例えば、2000回）のTDC信号パルスが発生した
か否かを判別する。もし、ステップ６での判別結果が否
定（No）の場合には、K_O2値の異常は一時的なものとし
て、以降のステップ７〜11を実行することなく本プログ
ラムを終了する。一方、ステップ６での判別結果が肯定
（Yes）となったとき即ち、K_O2値の異常が所定のTDC信
号パルス発生回数に亘って継続した場合はステップ７に
進む。

該ステップ７では異常判別用の第１のフラグN_FS1が値１
にセットされているか否か（N_FS1＝１）を判別し、その
結果が否定（No）のときはステップ８に進み、第１のフ
ラグN_FS1を値１にセットし、更にステップ９にてη
_TDCFS1カウンタを再スタートさせ、ステップ10にてパー
ジカットソレノイド32をONしてパージを中止してこの異
常判別プログラムを終了する。一方、ステップ７の判別
結果が肯定（Yes）となったとき、即ち第１のフラグN
_FS1が既に値１にセットされているときはステップ11に
進み、第２のフラグN_FS2を値１にセットしこの異常判別
プログラムを終了する。ステップ11における第２のフラ
グN_FS2のセットにより次回ループにおけるステップ１の
判別結果が肯定（Yes）となり、即ち、K_O2値の異常が最
終的に判別され、ステップ14に進み、排気ガス濃度検出
系の故障補償動作を実行する。この様に、異常検出を２
回行い、２つのフラッグN_FS1及びN_FS2のいずれもが値１
にセットされたときに初めて排気ガス濃度検出系が異常
であると診断するので、ノイズ等により誤っていずれか
一方のフラグが値１にセットされても排気ガス濃度検出
系を異常であると誤診することがなく異常検出をより確
実に行なうことが出来る。

また、１回目の異常検出時にステップ10によりキャニス
タ21のパージカットソレノイド32をONすることにより
（第６図（ｃ）のt₁時点）、キャニスタ21に蓄積された
燃料蒸発ガスが非常に多いときに、該燃料蒸発ガスを吸
気管２に吸引して空燃比補正係数K_O2がK_O2FSLMTL値を下
回った場合は、燃料蒸発ガスの吸引が行われなくなり、
O₂センサ15が正常であれば、空燃比補正係数K_O2は正常
値範囲内へ戻る（第６図（ｂ）のt₁時点）。従って、ス
テップ４の判別結果は否定（No）となり、第１のフラグ
N_FS1は０にされる（ステップ13）。この結果、O₂センサ
15が正常であり且つ燃料蒸発ガスの吸引供給により空燃
比補正係数K_O2が異常値になったときは、１回目の異常
検知後も、再び１回目の異常検出を繰返すようにされ
（第６図（ｂ）参照）、誤ってO₂センサ15が異常である
と検知することはない。

第５図は空燃比補正係数K_O2の値が前記通常運転で実現
され得る上限値K_O2LMTH及び下限値K_O2LMTLにより定めら
れる範囲外になった場合、該K_O2値を修正するプログラ
ムのフローチャートである。

まず、ステップ１ではK_O2値が前記所定値K_O2LMTHより大
きいか否かを判別し、その答が肯定（Yes）のときは、
後述するK_O2′値として１＜K_O2H＜K_O2LMTHである所定値
K_O2Hを設定し（ステップ５）、該K_O2′値により前記式T
_OUT値を算出して（ステップ４）、本プログラムを終了
する。ステップ１の答が否定（No）のときは、次のステ
ップ２でK_O2値が前記所定値K_O2LMTLより小さいか否かを
判別し、その答が肯定（Yes）のときは、K_O2′値として
１＞K_O2L＞K_O2LMTLである所定値K_O2Lを設定し（ステッ
プ３）、前記ステップ４を実行して本プログラムを終了
する。

従って、第６図（ａ）に示すように前記式（１）中の全
補正係数K_TOTAL＝K_O2×K₁は例えばK_O2値が下限値K
_O2LMTL以下になったときはK_O2′×K₁により算出される
ので、K_O2×K₁で算出したときより若干大きくなる。こ
の結果、O₂センサ15の異常によりK_O2値が小さくなりす
ぎたときに、不適切なK_O2値により混合気の空燃比がリ
ーン化しすぎることが防止される。また、K_O2値が上限
値K_O2LMTHを超えたときも同様な処理がされ、混合気の
空燃比がリッチ化しすぎることが防止される。一方、K
_TOTAL＝K_O2′×K₁により空燃比が制御されている間も、
K_O2値についてはO₂センサ15の出力信号に応じた比例積
分制御が継続されている。そして、前述したように２回
の異常検出の後、最終的にO₂センサ15が異常とされたと
きは、故障補償動作が実行される。

故障補償動作としては、例えば補正係数K_O2の値を1.0又
はK_REF値に設定し、排気ガス濃度検出系に異常が発生し
たことを示す制御信号をCPU503より図示しない警報手段
に出力し、これを点灯させるものであってもよい。そし
て、この故障補償動作は、一旦実行されると、排気ガス
濃度検出系の故障個所が修理され正常状態に復帰するま
で保持される。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明の内燃エンジンの排気ガス濃
度検出系の異常検出方法によれば、蒸発ガスの機関吸気
系への供給を停止した状態で空燃比補正値がエンジンの
正常作動時にとり得る上限値及び下限値により定められ
た範囲外にある状態を所定期間に亘って継続させたと
き、排気ガス濃度センサを含む排気ガス濃度検出系が異
常であると判定するようにしたので、燃料蒸発ガス処理
装置を介して機関吸気系に供給される燃料蒸発ガスの影
響により排ガス濃度センサの異常が誤って検知されるこ
とを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による酸素濃度検出系の異常検出方法が
実施される内燃エンジンの燃料供給制御装置の全体構成
図を示すブロック図、第２図は第１図に示す電子コント
ロールユニット（ECU）の構成を示すブロック図、第３
図は第１図に示すパージカットソレノイドバルブの制御
手順を示すフローチャート、第４図は本発明の酸素濃度
検出系の異常検出手順を示すフローチャート、第５図は
K_O2値が異常値となったときに行う修正の手順を示すフ
ローチャート、第６図は本発明により異常が検知される
空燃比補正係数値K_O2の時間変化を示すグラフである。 １……内燃エンジン、２……吸気管、５……電子コント
ロールユニット（ECU）、６……燃料噴射弁、11……エ
ンジン回転数センサ、12……気筒判別センサ、13……排
気管、15……酸素（O₂）センサ、20……燃料タンク、21
……キャニスタ、32……パージカットソレノイドバル
ブ、503……CPU、507……ROM、508……RAM、509……駆
動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料タンクの燃料蒸発ガスを機関吸気系に
   供給する燃料蒸発ガス処理装置を有する内燃エンジンの
   排気ガス濃度を検出する排気ガス濃度センサの出力信号
   に応じて設定される空燃比補正値に基づいて前記内燃エ
   ンジンに供給する燃料量をフィードバック制御する内燃
   エンジンの排気ガス濃度検出系の異常検出方法におい
   て、前記燃料蒸発ガスの機関吸気系への供給を停止した
   状態で前記空燃比補正値がエンジンの正常作動時にとり
   得る上限値及び下限値により定められた範囲外にある状
   態を所定期間に亘って継続させたとき、前記排気ガス濃
   度センサを含む排気ガス濃度検出系が異常であると判定
   することを特徴とする内燃エンジンの排気ガス濃度検出
   系の異常検出方法。