JPH0769288B2

JPH0769288B2 - 内燃エンジンの排気濃度センサの故障検出方法

Info

Publication number: JPH0769288B2
Application number: JP63101571A
Authority: JP
Inventors: 正彦八鍬; 智彦川鍋; 久五十嵐
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-04-25
Filing date: 1988-04-25
Publication date: 1995-07-26
Anticipated expiration: 2010-07-26
Also published as: JPH01272956A

Description

【発明の詳細な説明】（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故障
検出方法に関し、特に排気濃度センサの出力電圧の変化
から排気濃度センサの断線、短絡等の検出する故障検出
方法に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）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、その起電力が内
燃エンジンの排気ガス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、短絡や劣化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。

そのための排気濃度センサの異常検出方法として、従
来、O₂センサの出力の反転時間、即ちリッチ側からリー
ン側へのまたはその逆への反転時間間隔を検出すること
によって故障検出を行う方法（例えば、特公昭56−2910
0号公報）、あるいはO₂センサの通常動作時の出力電圧
（0.1V〜1V程度）よりも大きい電圧とO₂センサ出力電圧
とを比較して異常検知を行う方法（特開昭53−95431号
公報）が知られている。

前者の方法は、O₂センサの出力が供給されるコンパレー
タの出力の反転時間を蓄積コンデンサへの蓄積電荷量に
よってみており、上記反転時間が長ければ、即ちなかな
か反転しなければ故障であるとみなすものであるが、か
かる手法にあっては、ベースの空燃比（A/F）がズレて
いるなどしているときに、それによりリッチ状態あるい
はリーン状態を誤ってO₂センサの故障状態と検出しまう
おそれがある。

即ち、基本燃料量をマップ化して予め記憶させておく場
合においてかかるベースマップ値が少しズレていたよう
なとき、具体的にはエンジンに合わなかった場合とか、
あるいは、エンジン及び電子コントロールユニット内の
上記マップが正しくてもインジェクタの開口面積、もし
くはプレッシャレギュレータの設定圧等にバラツキがあ
るといったような場合においては、通常は反転すべき状
態であっても、既述の如く、O₂センサ出力の理論空燃比
において非常に急崚に変化する（換言すれば、その前後
においてはリッチまたはリーンを表わす所定レベルを示
す）ものであることから、わずかの空燃比（A/F）のズ
レ（変化）でも、例えばリッチ状態を続けたりするとき
がある。

しかして、上記O₂センサの反転時間を検出する方法によ
るときは、かかるリッチ状態が継続したりしている場合
でも、即ちシステム系の異常であっても、O₂センサの異
常であると誤判断してしまう（実際には、O₂センサは正
常であるにもかかわらず異常であると誤診してしまう）
ことになる。従って、ベースの空燃比や上述のバラツキ
に左右され易く、故障検知の正確性、確実性の面で問題
がある。

一方、後者の方法、即ち、排気濃度センサからの出力電
圧が例えば6V以上の高電圧になったとき、該排気濃度セ
ンサが異常であると判定する異常検出方法では、排気濃
度センサ、即ちO₂センサの断線を検出することはできる
が、O₂センサが短絡したときは出力電圧が０に下がるの
で、O₂センサの短絡による異常を検出することはできな
い。

（発明の目的）本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、排気濃度セ
ンサの断線及び短絡、更には劣化をも含めてこれら故障
を確実にしかも短時間で検出し得るようにした内燃エン
ジンの排気濃度センサの異常検出方法を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、上記目的を達成するため、内燃エンジンの排
気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する排気濃
度センサであって、その起電力が前記内燃エンジンの排
気ガスの理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有するは排気濃度センサの出力電力と基準値との偏差
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故障検出方法
において、前記排気濃度センサに所定電圧を印加したと
きの前記出力電圧の変化量が所定値以下のとき、前記排
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
である。

（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図は本発明の故障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
スロットル弁開度センサ４が接続されており、該検出さ
れた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
「ECU」という）５に送られる。

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。

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P_BA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
（T_A）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。

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゜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。

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。

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、EC
U5にはO₂センサ15故障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。

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T_OUTを次式により演算する。

T_OUT＝Ti×Ko₂×K₁＋K₂ …（１）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Ne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からの絶対圧信号P_BA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K_REFに設定される。

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EUC5は前記式（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前記燃料噴射弁６に供給し、そ
の開弁時間を制御する。

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１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。該M
e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
計数値Meはエンジン回転数Neの逆数に比例しており、該
Meカウンタ502はこの計数値Meをバス510を介して前記CP
U503に供給する。

第１図のスロットル弁開度（θ_TH）センサ４、吸気管内
絶対圧（P_BA）センサ８、エンジン冷却水温度（Tw）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503に供給され
る。該A/Dコンバータ506は前述の各センサからの出力信
号を逐次デジタル信号に変換してこのデジタル信号を前
記バス510を介して前記CPU503に供給する。

該CPU503は、更に前記バス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、駆動回路511
に接続している。該ROM507は前記CPU503により実行され
る、後述する第６図の排気濃度センサの故障検出プログ
ラム等各種プログラム、基準噴射時間Ti及び後述するO₂
センサ出力電圧に関する判別値V_O2FSH、V_O2FSL等の各種
データ、更にはT_W−t_WBZテーブル等の各種テーブルを記
憶している。前記RAM508は前記CPU503で実行される演算
の結果、前記Meカウンタ502及びA/D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。
前記駆動回路509は前記式（１）により算出された燃料
噴射時間T_OUTを受け取り、これにより示される時間だけ
前記燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を該燃料噴射弁
６に供給する。

前記駆動回路511は、フェイルセーフ系の駆動回路であ
り、O₂センサ故障診断に使用されるチェッカーサーキッ
トスイッチ（SW）へのオン、オフ用の切換制御信号を送
出する。前記警報手段17は該駆動回路511に接続されて
おり、故障検出時には該駆動回路511を介して警告用の
制御信号が供給される。

第３図は、O₂センサの故障診断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O₂センサ入力回路部
分の回路構成図を示す。

同図に示す如く、素子内部抵抗ｒと起電力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ECU5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ヨンアンプ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
オペレーシヨンアンプ520の非反転入力端子に印加さ
れ、該オペレーシヨンアンプ520で増幅されて前記マル
チプレクサ505、A/Dコンバータ506へ供給される。

上記コンデンサC₁と抵抗R₁との接続点と、所定電源電圧
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が前記駆動回路5
11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。

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の信号が所定時間変化しない場合において、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の故障検出、即ち自己診断を行
う。

かかる故障検出は、以下の動作原理に基づくものであ
り、まず、これについて、第４図、第５図をも含めて説
明する。

チェッカーサーキットスイッチ530は、通常は、即ち自
己診断を行わない状態では、オフさせておく。スイッチ
530がオフ状態の場合、O₂センサ15の出力電圧VO₂は、O₂
センサ15の起電力の値をVs［Ｖ］、オペレーシヨンアン
プ520から流し込む電流をｉ［Ａ］、素子内部抵抗ｒの
値をｒ［ＫΩ］とすれば、次式で表される。

VO₂＝Vs＋ｉ×ｒ …（２） O₂センサ15が活性化されているときは、電流ｉは数10nA
で、ｉ＋ｒは数nVであるため、VO₂≒Vsであり、従っ
て、空燃比（A/F）がリッチのときの出力電圧値VO_2R、
リーンのときの出力電圧VO_2Lは、VO_2R≒１［Ｖ］、VO_2L
≒０［Ｖ］である。

即ち、通常動作時は、第４図、第５図に示すように、い
わゆる流し込み型（一定電流を供給する検出回路構成）
の場合と同様の動作で出力電圧VO₂は反転を繰り返すこ
とになる。

次に、上記スイッチ530をオンした場合について考える
と、該スイッチ530をオンしてO₂センサ15に所定電圧を
印加した場合は、抵抗R₂を介して電流ｉ′が流れるた
め、O₂センサ15に流れ込む電流はｉとｉ′の合計のｉ＋
ｉ′となり、この場合のO₂センサ出力電圧VO₂は、次式
で表される。

VO₂＝Vs＋（ｉ＋ｉ′）×ｒ …（３）上記スイッチ530を通して流れる電流ｉ′を数10μＡと
すると、O₂センサ15の活性時は前述の如くｉ×ｒは数nV
であるから、出力電圧VO₂は VO₂≒Vs＋ｉ′×ｒ …（４）となり、信号ラインｌ正常時、即ちO₂センサ15の断線故
障、短絡故障がない状態では、第４図（ａ）、第５図
（ａ）に示すように、出力電圧VO₂はスイッチ530をオン
すれば、これに伴って、ΔVO₂＝ｉ′×ｒ分だけ変化す
ることになる。かかる変化量ΔVO₂は0.1〜1.0V程度であ
る。

即ち、O₂センサ15が正常であれば、スイッチ530のオン
により生ずる上記VO₂の変化を見ることによって、正常
であることを確認できる。

これに対して、O₂センサ15に故障がある場合には、スイ
ッチ530をオンにしても、上述のような変化は発生しな
いので、これをチェックすることにより故障発生を検知
することができる。

即ち、信号ラインｌが断線した場合には、該断線によっ
てECU5からO₂センサ側を見たセンサ側抵抗は無限大とな
るから、センサ側に流し出す電流に関係なく、即ち、ス
イッチ530のオフ状態、オン状態にかかわらず、ECU5の
入力端の電圧は、次式で示されるものとなる。

VO_2(ECU)＝∞×ｉ≒∞×（ｉ＋ｉ′）＝∞ …（５）実際には、第３図の回路構成では、オペレーシヨンアン
プ520のプラス側電源電圧値（出力Max値）となる（第４
図（ｂ））。

従って、O₂センサ15に断線が発生し、第４図（ｂ）のよ
うにプラス側電源電圧値にまで電圧が上昇して変化しな
い状態が生じたとき、たとえスイッチ530をオンしても
電圧変化は発生せず、同図（ａ）の正常時と区別して明
確に断線故障を検出することができる。

しかも、短絡故障のケースの場合であっても、かかるス
イッチ530によって同様に検出できる。

即ち、信号ラインがグランド（ボディアース）に短絡
（シヨート）した時も、第５図（ｂ）に示すように、EC
U5の入力端に接地電位に保持されるため、センサ側に流
し込む電流に関係なく、即ちスイッチ530のオフ、オン
にかかわらず、VO₂≒０となり、スイッチ530のオンに伴
う電圧変化は生じない。従って、同図（ａ）の正常時の
場合と明確に区別して短絡故障を検出することができ
る。

以上のように、第３図のスイッチ530によるチェッカー
サーキットでは、O₂センサ15が正常であれば、スイッツ
530をオンさせてO₂センサ15に流し込む電流を増大させ
ると、第４図（ａ）、第５図（ａ）に示すように出力電
圧VO₂にΔVO₂の変化が生じ、他方、O₂センサ15に断線、
シヨートの異常があれば、上記スイッチ530をオンして
も、第４図（ｂ）、第５図（ｂ）に示したように上記Δ
VO₂の変化は発生しない。従って、一定条件下で、即ちO
₂センサ電圧が所定時間変化しないという条件下で、ス
イッチ530をオンしてVO₂の変化をみることにより、O₂セ
ンサ15の故障検知が可能である。

第６図は上記原理に基づいた本発明の故障検出方法によ
る故障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
６図において、ステップ601では故障判別用の第１及び
第２のフラグnFS1及びnFS2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602に進む。

該ステップ602では、O₂フィードバック制御中か否かを
判別し、その答が肯定（Yes）、即ち今回ループがO₂フ
ィードバック制御中であるときは後述のステップ609以
下へ進み、答が否定（No）の場合には、更にO₂フィード
バックゾーンか否かを判別する（ステップ603）。

該ステップ603の答が否定（No）の場合には、エンジン
冷却水温Twに応じてタイマ値t_FBZが設定されるt_FBZタイ
マをリセットし、及びこれをスタートさせる（ステップ
604）。第７図は、該ステップ604で使用されるTw−t_FBZ
テーブルの一例を示し、Tw値が大きい程、即ち、高温程
タイマ値t_FBZが短くなるように設定されている。

Ozフィードバック制御中でもなく、しかもO₂フィードバ
ックゾーンでない場合にも、上記ステップ604に続くス
テップ605以降において、後述のステップ610の判別で使
用るフラグF_LAGVO2iを値０に設定し、更に前記各故障判
別用の第１及び第２のフラグnFS1,nSF2を共に値０に設
定すると共に、後述のステップ615及び617で使用するダ
ウンカウンタ式のt_VO2FBタイマを所定時間（例えば4.5
秒）にリセットし、及びこれをスタートさせ（ステップ
606）、更に第３図に示したチェッカーサーキットのス
イッチ530をオフ状態に維持して（ステップ607）、本プ
ログラムを終了する。

前記ステップ603の答が肯定（Yes）の場合、即ちO₂フィ
ードバック制御中でなくても、O₂フィードバックゾーン
であれば、前記t_FBZタイマによるTw値に応じて設定され
た所定時間を経過したか否かを判別し（ステップ60
8）、その答が否定（No）、即ち所定時間経過前は上記
ステップ605〜607を実行して本プログラムを終了し、ス
テップ608で肯定（Yes）の判別結果が得られたとき、即
ち上記所定時間経過したならば、ステップ609以降の処
理を実行する。

O₂フィードバック制御中であるかどうかの上記ステップ
602の判別に加えて、ステップ603,604及びステップ608
の処理を設けているのは、次のような観点からである。

ステップ602での判別については、エンジン冷却水温が
実際に上がっているかどうか、O₂センサ15が活性化して
いる状態にあるかどうか等の種々の条件で判断してお
り、実際にO₂フィードバック制御が行われているときに
ステップ609以下でO₂センサ15の自己診断を実行する
が、O₂フィードバック制御中でなくても、吸気管内絶対
圧P_BAとエンジン回転数Neによって設定されるO₂フィヘ
ドバックゾーンに入っている場合には、一定条件下で、
いわゆる強制活性化みなしによって上記O₂センサ15に対
する自己診断を行える場合がある。

即ち、O₂センサ15が活性化する時間は、エンジン温度に
応じてほぼ決まるので、Tw値による上記t_FBZタイマの設
定時間をこれに対応させる（高温の場合はタイマ値t_FBZ
を短くし、低温の場合はタイマ値t_FBZを長くする）と共
に、O₂フィードバックゾーンに入って該設定タイマ時間
経過したならば、活性化したとみなしてステップ609以
降の処理を実行させることとしている。

従って、前記ステップ604でのTw値によるt_FBZタイマの
リセット及びスタート処理はエンジン始動中においても
行わせている。

以上により、O₂フィードバック制御中でなければ故障検
知が行えないという事態を避けることができ、上記ステ
ップ603,604,608によって更により早くO₂センサ15の自
己診断を実施することが可能となる。

ステップ609に進むと、ここでは、O₂センサの出力電圧V
O₂所定上限判別値V_O2FSH（例えば0.9V）より大きいか、
もしくは出力電圧VO₂が所定下限判別値V_O2FSL（例えば
0.1V）より小さいかを判別する（第８図（ａ），（ｂ）
参照）。該ステップ609の答が否定（No）、即ちVO₂値が
V_O2FSL≦VO₂≦V_O2FSHの範囲内にあるときは、エンジン
１の通常運転で出現し得る範囲内に上記VO₂値があり、O
₂センサ15は正常な状態にあるとみて、前記ステップ605
以下を実行し、この場合も自己診断処理を開始させるこ
となく本プログラムを終了する。

これに対し、ステップ609の答が肯定（Yes）、即ちVO₂
＞V_O2FSHが成立する（第８図（ａ））か、またはVO₂＜V
_O2SFLが成立する（同図（ｂ））ときは、断線故障また
は短絡故障が発生している可能性もあるので、ステップ
610以下の処理を開始させる。

まず、ステップ610では、前記フラグF_LAGVO2iの値が０
であるか否かを判別し、その答が肯定（Yes）のとき
は、即ち今回ループが、上記VO₂値が上記判別値V_O2FSH,
V_O2FSL外になった最初のループのときは、VO₂値をV
_O2LEVELにストアし（ステップ611）、フラグF_LAGVO2iを
値１に設定する（ステップ612）。即ち、VO₂値が予め設
定した判別値範囲内の値を示さなくなり始めた場合に
は、まずVO₂値をトスアし、そして１回だけフラグF
_LAGVO2iを立てる。以後、該フラグF_LAGVO2iが値１にセ
ットされれば、次回ループからはステップ609からステ
ップ610へ進んだとき、その判別結果は否定（No）の答
が得られるので、前記ステップ611はスキップされ、前
回ループ以前において当該ステップ611でストアされたV
O₂値が、後述する出力電圧VO₂の変化を監視し、判定す
るときの基準として使用されることになる。

ステップ612に引き続くステップ613では、VO₂値の今回
検出値VO₂nと上記ステップ611でストアされた基準値た
るV_O2LEVEL値との差の絶対値、即ちΔVO₂値を算出し、
該ΔVO₂値が所定変化量ΔV_O2FSよりも小さいか否かを判
別する（ステップ614）。上記所定変化量ΔV_O2FSについ
ては、第４図及び第５図で説明したように、O₂センサ正
常時にチェッカーサーキットスイッチ530をオンした場
合において生じるであろう出力電圧VO₂の変化量に応じ
て設定される（具体的には、その動作電源電圧、抵抗R₂
の抵抗値、使用O₂センサ等に応じて設定される）もので
あり、正常時の変化値よりも小なる値に設定すればよ
い。

今回ループは、VO₂値をV_O2LEVELにストアした直後のル
ープであるから、上記ステップ614の答は肯定（Yes）で
あり、従って、今の場合は、ステップ615に進み、ここ
で前記t_VO2FSタイマの所定時間t_VO2FSの内の所定時間T
_FS（例えば4.0秒）が経過したか否かを判断する（第８
図（ａ）参照）。

該ステップ615の答が否定（No）の場合、即ち上記所定
時間T_FS経過前のときは、そのまま本プログラムを終了
し、次回ループ以後において、ΔVO₂＜V_O2FSの状態が依
然として継続している場合、即ち出力電圧VO₂が変化し
ないかもしくは変化してもその変化がΔV_O2FS内のもの
である場合において上記所定時間が経過してステップ61
5で肯定（Yes）の判別結果が得られたとき、当該時点で
チェッカーサーキットのスイッチ530をオン制御する
（ステップ616）。

しかして、チェッカーサーキットのスイッチオン制御後
は、続くステップ617において、前記t_VO2FSタイマの残
り所定時間、即ちt_VO2FS−T_FS（0.5秒）時間経過か否か
を判断し、その答が否定（No）、即ち前記ステップ606
でのt_VO2FSタイマスタート後所定時間t_VO2FS経過前は、
そのまま本プログラムを終了する。

上述の如く、チェッカーサーキットのスイッチ530をオ
ンした場合、O₂センサ15が正常であって断線も短絡も発
生していなければ、第４図（ａ）及び第５図（ａ）で示
したように、出力電圧VO₂は所定の電圧変化が発生する
はずであるから、次回ループ以後において、VO₂値は第
８図（ａ）に波線立上り特性で示すように変化すること
となり、このため前記ステップ614での判別において、
出力電圧VO₂の変化ΔVO₂は所定値ΔV_O2FSを超えること
となる。従って、正常時には、ステップ614へ進んだと
きその判別結果は否定（No）となり、かかる場合は前記
ステップ605〜607を実行し、本プログラムを終了するこ
ととなる。即ち、フラグF_LAGVO2i、nFS1、nFS2、t_VO2FS
タイマ並びにチェッカーサーキットスイッチは、全てリ
セットされ、正常状態であることの自己診断はここで終
了する。

これに対し、チェッカーサーキットスイッチ530のオン
制御にもかかわらず、上記ステップ614での答が依然と
して肯定（Yes）であり、かつ、かかる状態が一定時間
（t_VO2FS−T_FS）続いた場合、即ちステップ617の答とし
て肯定（Yes）の結果が得られたときは、O₂センサ15が
故障であるとみて、ステップ618以下の処理を実行し、
最終的に故障と判断する。

本プログラム例では２度検知を行うので、まず、ステッ
プ618では故障判別用の第１のフラグnFS1が値１にセッ
トされているか否か（nFS1＝１）を判別し、その結果が
否定（No）のときはステップ619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620にて所定時間T
_FSW（例えば0.5秒）を計測するためのT_FSWタイマをリセ
ットし、及びこれをスタートさせ、本プログラムを終了
する。

次回ループ以後において、ステップ617からステップ618
へ進んでステップ618の判別結果が肯定（Yes）となった
とき、即ち第１のフラグnFS1が既に値１にセットされて
いるときはステップ621に進み、上記所定時間T_FS経過が
否かを判別し、その答が否定（No）、即ち所定時間T_FSW
経過前はそのまま本プログラムを終了し、一方所定時間
T_PSW経過したならば、即ちステップ621の答が肯定（Ye
s）となったときは、第２のフラグnFS2を値１にセット
し（ステップ622）、本プログラムを終了する。

ステップ622における第２のフラグnFS2のセットにより
次回ループにおけるステップ601の判別結果が肯定（Ye
s）となるので、これによってO₂センサ15の断線、短絡
などの故障が最終的に判別され、この場合は、チェッカ
ーサーキットのスイッチ530をオフ制御し（ステップ62
3）、故障が発生の旨の警告、LED表示、故障補償動作を
実行し（ステップ624）、本プログラムを終了する。

かくして、故障時についてのO₂センサの自己診断が終了
する。

上述の故障検出は、O₂センサ15にスイッチ530により所
定電圧を印加し、そのときのVO₂の変化量ΔVO₂を検出す
るものであるため、断線故障の場合も短絡故障の場合
も、同様の検出手順で故障検知を行うことができる上、
ベースの空燃比（A/F）等のズレに対してもその影響を
排除して確実に故障検知を行える。

特に、高速走行後のホットリスタート後の状態のように
吸気管に燃料が付着していて燃料が濃くなるような場合
や、あるいは高地での走行でO₂センサの出力の反転が通
常のように行われ難いような場合であっても、このよう
な場合と、本当のO₂センサ15の故障とを明確に区別して
検出することができる。

しかも、これら断線、短絡に加えて、上記構成によれ
ば、O₂センサの劣化についても、これを検出することが
できる。

即ち、O₂センサ15が劣化すると、その素子内部抵抗ｒの
抵抗値は高くなり、かように抵抗値が高くなれば、既述
の如くチェッカーサーキットスイッチのオン制御によっ
て電流を増大させても、VO₂値の変化量は、正常時の場
合に比べて大きくはなく、ほとんど変化しない。

従って、前記ステップ614での所定判別値ΔV_O2FSの設定
にあたり、これを考慮して設定しておけば、O₂センサ15
の劣化についても故障検出を行うことができることとな
る。

また、本実施例では、２つのフラグnFS1及びnFS2による
２度検知を行っているので、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、それに起因
する誤診を防止し得ると共に、このように２度検知を行
う場合であっても、O₂センサ15の劣化を含めた故障検出
を短時間（本例では具体的には５秒）で行うことがで
き、早期故障検出の要請にも充分応え得るものである。

更に、本発明は、使用O₂センサ15としては、既存のもの
をそのまま適用できるのは勿論であるが、O₂センサ15を
第９図に示すような構成のものとすれば、更に確実な故
障検出を行うこともできる。

即ち、O₂センサ15の素子内部抵抗ｒは、O₂センサ素子部
が高温になるとその抵抗値が減少し、非常に小さくなる
傾向があるので、第３図で説明したのと同様の流し込み
電流ｉ′を与えても、ｒが小さいが故にスイッチ530の
オンに伴う正常の変化ΔVO₂が発生しない場合もある。
かかる場合には、そのままでは正常であるにもかかわら
ず断線と誤判断するおそれがあるため、第９図に示すよ
うに、O₂センサ内部に或る程度の抵抗値、即ち数ＫΩ〜
数10KΩの検出用内部抵抗ｒ′を直列に挿入すれば、上
述の如きケースにも対応でき、誤検出を未然に回避する
ことが可能であり、より一層確実性を高められる。

（発明の効果）本発明によれば、内燃エンジンの排気系に設けられ排気
ガス中の酸素濃度を検出する排気濃度センサであって、
その起電力が前記内燃エンジンの排気ガスの理論空燃比
の前後において急激に変化する特性を有する排気濃度セ
ンサの出力電圧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故障検出方法において、前記排気濃
度センサに所定電圧を印加したときの前記出力電圧の変
化量が所定値以下のとき、前記排気濃度センサが故障し
ていると判定するようにしたので、排気濃度センサの故
障検出にあたり、該センサの劣化、断線、短絡のいずれ
のケースをも同じ検出手法によって同時に検出すること
ができ、更には他の誤検出を招く可能性がある要因、例
えばベースの空燃比、インジェクタ、プレッシャレギュ
レータのプラグ等の性能バラツキに依存せずに排気濃度
センサの故障を確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気濃度センサの故障検出方法が
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
を示すブロック図、第２図は第１図に示す電気コントロ
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
回路部分の回路構成図、第４図はO₂センサ正常時と断線
故障時のO₂センサ出力の様子を示す特性説明図、第５図
は同じくO₂センサ正常時と短絡故障時の場合の特性説明
図、第６図は本発明の故障検出手順を示すフローチャー
ト、第７図はTw−t_FBZテーブルの一例を示す図、第８図
は第６図の故障検出手段の説明に供するVO₂値特性図、
第９図は本発明に適用し得るO₂センサの一変形例を示す
構成図である。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、13……排気管、15……O₂センサ
（排気濃度センサ）、17……警報手段、503……CPU、50
7……ROM、508……RAM、509,511……駆動回路、520……
オペレーションアンプ、530……スイッチ、R₂……抵
抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃エンジンの排気系に設けられ排気ガス
中の酸素濃度を検出する排気濃度センサであって、その
起電力が前記内燃エンジンの排気ガスの理論空燃比の前
後において急激に変化する特性を有する排気濃度センサ
の出力電圧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
気濃度センサの故障検出方法において、前記排気濃度セ
ンサに所定電圧を印加したときの前記出力電圧の変化量
が所定値以下のとき、前記排気濃度センサが故障してい
ると判定することを特徴とする内燃エンジンの排気濃度
センサの故障検出方法。