JPH08189402A - エンジンの空燃比制御装置における自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン始動時に、センサヒータの故障診断
に誤判定を生じさせることなく、センサヒータでリニア
Ｏ₂センサを早期に活性化温度まで昇温させてエミッシ
ョン性能を高めることができる有効な手段を提供する。 【構成】 エンジン始動時には、エンジン始動開始時点
以前に制御ＣＰＵ２９とパワートタンジスタ２７とによ
ってセンサヒータ２０が通電され、リニアＯ₂センサ１
９が早期に活性化温度以上に昇温され、エミッション性
能が高められる。そして、制御ＣＰＵ２９によってセン
サヒータ２０の故障診断が行われるが、バッテリ電圧の
低下等に起因して制御ＣＰＵ２９がリセットされ、これ
に伴ってＥＣＵ１２がフェイル状態となったときには、
該フェイル状態が終了するまでは故障診断禁止回路３６
によって制御ＣＰＵ２９による故障診断が禁止され、故
障診断における誤判定が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
装置における自己診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用の燃料噴射式エンジン
においては、エミッション性能及び燃費性能を高めるた
めに、空燃比が所定の目標値(目標空燃比)に保持される
ようになっている。すなわち、基本的には、空燃比が目
標空燃比と一致するよう吸入空気量に応じて燃料噴射弁
から燃料が噴射されるようになっている。しかしなが
ら、燃料噴射弁の噴射量コントロールの精度には限度が
あり、また燃料噴射弁から噴射された燃料の一部は吸気
通路壁に付着するなどしてすぐには燃焼室に入らない。
また、燃料噴射弁の噴射特性は経時的に変化することが
ある。このため、単に吸入空気量に応じて燃料を噴射す
るだけでは、高精度で空燃比を目標空燃比に保持するこ
とはむずかしい。

【０００３】そこで、通常、燃料噴射式エンジンにおい
ては、マイクロコンピュータを備えたエンジンコントロ
ールユニット(以下、これをＥＣＵという)を用いて、所
定の運転領域(フィードバック領域)では、リニアＯ₂セ
ンサ(空燃比センサ)で排気ガス中のＯ₂濃度を検出して
該Ｏ₂濃度から空燃比を算出し、この空燃比の目標空燃
比に対する偏差(空燃比偏差)に応じて該空燃比偏差をな
くす方向に燃料噴射量を補正して空燃比を目標値に追従
させるといった空燃比制御、すなわち空燃比のフィード
バック制御を行うようにしている。

【０００４】そして、かかる燃料噴射式エンジンにおい
て、リニアＯ₂センサが所定の活性化温度(例えば、３５
０℃)以上になっていないときには、Ｏ₂濃度が正確には
検出されず、したがって精密な空燃比のフィードバック
制御を行うことができない。したがって、排気ガス温度
が高い通常運転時においてはリニアＯ₂センサが十分に
高温となり何ら問題は生じないが、エンジン始動時(と
くに冷間始動時)においては排気ガス温度がすぐには高
まらないのでリニアＯ₂センサはなかなか活性化温度に
達しない。このため、エンジン始動時にはしばらくの間
空燃比のフィードバック制御を行うことができないの
で、エミッション性能が悪くなるといった問題がある。

【０００５】そこで、リニアＯ₂センサに電気式のセン
サヒータを付設し、エンジン始動時(とくに冷間始動時)
には該センサヒータに通電することによって、リニアＯ
₂センサを迅速に活性化温度まで昇温させるようにした
エンジンが提案されている(例えば、特開昭６１−１１
６０４３号公報参照)。さらに、かかるセンサヒータに
おいては断線等の故障が生じる場合があるので、センサ
ヒータの故障診断を自動的に行う故障診断装置を備えた
エンジンも提案されている(例えば、特開平４−１９１
４４０号公報参照)。

【０００６】そして、このようなセンサヒータの故障診
断手法の１つとして、例えばＥＣＵを構成する１つの制
御ＣＰＵによってセンサヒータの故障診断を行うといっ
たものが知られている。具体的には、例えば、センサヒ
ータの一端を電源(バッテリ側)に接続し、他端をスイッ
チとして用いられるnpn型パワートランジスタのコレク
タに接続し、該パワートランジスタのエミッタをアース
し、さらにパワートランジスタのベースを制御ＣＰＵの
出力端子に接続した普通のセンサヒータ回路(図２参照)
においては、制御ＣＰＵからベースへ出力された制御信
号と、コレクタにかかる電圧(コレクタ電圧)とを比較す
ることによって、センサヒータの故障診断が行われる。
すなわち、かかるセンサヒータ回路において、正常時に
は、制御ＣＰＵからベースにオン信号が印加されればパ
ワートランジスタがスイッチオン状態となり、したがっ
てコレクタ電圧はグランド電圧(ほぼ０Ｖ)となる。他
方、制御ＣＰＵからベースにオフ信号が印加されればパ
ワートランジスタがスイッチオフ状態となり、したがっ
てコレクタ電圧はバッテリ電圧(ほぼ１２Ｖ)となる。し
たがって、制御ＣＰＵから出力された制御信号がオンで
ありかつコレクタ電圧がバッテリ電圧である場合、又は
制御ＣＰＵから出力された制御信号がオフでありかつコ
レクタ電圧がグランド電圧である場合は、センサヒータ
が故障しているものと判定されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にＥＣ
Ｕは、これを構成する制御ＣＰＵが電圧低下等に起因し
てリセットされたときには、レジスタセット、メモリチ
ェック等を行うために所定のフェイル期間(例えば、１
００ms)だけフェイル状態(ＬＩＭＰ−ＨＯＭＥ状態)と
される。そして、このようにＥＣＵがフェイル状態にあ
るときには、そのバックアップ機構により制御ＣＰＵの
出力にかかわりなく被制御機器(センサヒータを含む)へ
の出力信号が設定(固定)されることになる。そして、一
般には、ＥＣＵのフェイル時には、センサヒータ用のパ
ワートランジスタのベースにはオフ信号が印加され、セ
ンサヒータへの通電は停止されるようになっている。

【０００８】かくして、上記のような故障診断手法を用
いたエンジンにおいては、バッテリ起電力の低下あるい
は冷機による始動抵抗の増加等に起因してＥＣＵに供給
される電圧が大幅に低下し、このため制御ＣＰＵがリセ
ットされたときには、ＥＣＵがフェイル状態となり、し
たがってセンサヒータは通電されない。他方、制御ＣＰ
Ｕは、ＥＣＵのフェイル期間中であってもリセット後は
速やかにその機能を回復し、パワートランジスタのベー
スに対してオン信号を印加しはじめる。

【０００９】しかしながら、前記したとおり、フェイル
期間中はバックアップ機構によってパワートランジスタ
のベースにはオフ信号が印加され、このためセンサヒー
タは通電されず、したがってコレクタ電圧はバッテリ電
圧となる。したがって、この場合、制御ＣＰＵから出力
された制御信号がオンでありかつコレクタ電圧がバッテ
リ電圧であるので、制御ＣＰＵによってセンサヒータが
故障しているものと誤判定されるといった問題が生じ
る。

【００１０】かかる不具合を回避するため、エンジン始
動時において、電圧低下を起こしやすいクランキングが
終了してからセンサヒータへの通電を開始するといった
対応が考えられるが、このようにするとリニアＯ₂セン
サを早期に活性化温度まで昇温させることができなくな
り、エミッション性能が悪くなるといった問題が生じ
る。

【００１１】本発明は上記従来の問題を解決するために
なされたものであって、エンジン始動時(とくに冷間始
動時)等において、バッテリ電圧の低下等によって制御
ＣＰＵがリセットされたときに、センサヒータの故障診
断に誤判定を生じさせることなく、センサヒータでリニ
アＯ₂センサ(空燃比センサ)を早期に活性化温度まで昇
温させてエミッション性能を高めることができる有効な
手段を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、本発明の第１の態様は、空燃比を検出する空燃比セ
ンサと、空燃比センサを活性化させるセンサヒータと、
センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵとが設けられ
ているエンジンの空燃比制御装置における自己診断装置
において、制御ＣＰＵがリセットされたときには、この
後所定の診断禁止期間、制御ＣＰＵに対して故障診断の
実施を禁止する故障診断禁止手段が設けられていること
を特徴とするものである。

【００１３】本発明の第２の態様は、空燃比を検出する
空燃比センサと、空燃比センサを活性化させる電気式の
センサヒータと、センサヒータへの通電を制御する通電
制御手段と、センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵ
とが設けられているエンジンの空燃比制御装置における
自己診断装置において、通電制御手段が、イグニッショ
ンスイッチがオンされた時点以降において遅くともエン
ジン始動開始時点にはセンサヒータに通電するようにな
っていて、イグニッションスイッチがオンされた時点以
降において、遅くともエンジン始動開始時点からスター
タへの電力供給開始後にわたって所定の診断禁止期間、
制御ＣＰＵに対して故障診断の実施を禁止する故障診断
禁止手段が設けられていることを特徴とするものであ
る。

【００１４】本発明の第３の態様は、本発明の第２の態
様にかかるエンジンの空燃比制御装置における自己診断
装置において、制御ＣＰＵが、該制御ＣＰＵからセンサ
ヒータ側に出力された制御信号とセンサヒータ出力との
間に不整合状態が生じたときに、センサヒータが故障し
ているものと診断するようになっていることを特徴とす
るものである。

【００１５】本発明の第４の態様は、本発明の第２の態
様にかかるエンジンの空燃比制御装置における自己診断
装置において、制御ＣＰＵが、該制御ＣＰＵからセンサ
ヒータに出力された制御信号とセンサヒータ出力との間
の不整合状態が所定の故障判定期間以上に継続されたと
きに、センサヒータが故障しているものと診断するよう
になっていることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の第５の態様は、本発明の第２〜第
４の態様のいずれか１つにかかるエンジンの空燃比制御
装置における自己診断装置において、制御ＣＰＵがエン
ジンコントロールユニットの一部をなし、制御ＣＰＵが
リセットされたときにはエンジンコントロールユニット
が所定時間フェイル状態とされるようになっていて、故
障診断禁止手段によって故障診断の実施が禁止される診
断禁止期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセットさ
れた時点からエンジンコントロールユニットのフェイル
状態が終了するまでの所定時間とされていることを特徴
とするものである。

【００１７】本発明の第６の態様は、本発明の第２〜第
４の態様のいずれか１つにかかるエンジンの空燃比制御
装置における自己診断装置において、故障診断禁止手段
によって故障診断の実施が禁止される診断禁止期間が、
エンジン回転数が、クランキング回転数からアイドリン
グ回転数までの間の所定の回転数に上昇するまでの期間
とされていることを特徴とするものである。

【００１８】本発明の第７の態様は、空燃比を検出する
空燃比センサと、空燃比センサを活性化させる電気式の
センサヒータと、センサヒータへの通電を制御する通電
制御手段と、センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵ
とが設けられているエンジンの空燃比制御装置における
自己診断装置において、制御ＣＰＵがエンジンコントロ
ールユニットの一部をなし、制御ＣＰＵがリセットされ
たときにはエンジンコントロールユニットが所定時間フ
ェイル状態とされるようになっており、かつ、制御ＣＰ
Ｕが、該制御ＣＰＵからセンサヒータ側に出力された制
御信号とセンサヒータ出力との間の不整合状態が所定の
故障判定期間以上に継続されたときに、センサヒータが
故障しているものと診断するようになっていて、上記故
障判定期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセットさ
れた時点からエンジンコントロールユニットのフェイル
状態が終了するまでに要する時間よりも長く設定されて
いることを特徴とするものである。

【００１９】

【作用】本発明の第１の態様によれば、制御ＣＰＵがリ
セットされたときには、この後所定の診断禁止期間、制
御ＣＰＵによる故障診断の実施が禁止される。したがっ
て、イグニッションスイッチがオンされた後においてエ
ンジン始動開始以前にセンサヒータを作動させた場合、
この後のクランキングによって電圧が低下して制御ＣＰ
Ｕがリセットされてもセンサヒータが故障しているとの
誤判定が生じない。

【００２０】本発明の第２の態様によれば、イグニッシ
ョンスイッチがオンされた後遅くともエンジン始動開始
時点にはセンサヒータに通電されるので、空燃比センサ
が早期に活性化温度まで昇温される。さらに、遅くとも
エンジン始動開始時点からスタータへの電力供給開始後
にわたって所定の診断禁止期間は制御ＣＰＵによる故障
診断の実施が禁止されるので、クランキングにより電圧
が低下して制御ＣＰＵがリセットされた場合にセンサヒ
ータの故障診断に誤判定が生じない。

【００２１】本発明の第３の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２の態様の場合と同様の作用が生じる。
さらに、制御ＣＰＵからセンサヒータ側に出力された制
御信号とセンサヒータ出力との間に不整合状態が生じた
ときにセンサヒータが故障しているものと診断するよう
にしているので、故障診断が容易かつ迅速に行われる。

【００２２】本発明の第４の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２の態様の場合と同様の作用が生じる。
さらに、制御ＣＰＵからセンサヒータに出力された制御
信号とセンサヒータ出力との間の不整合状態が所定の故
障判定期間以上に継続されたときにセンサヒータが故障
しているものと診断するようにしているので、ノイズの
発生等による瞬間的な異常によってセンサヒータの故障
診断に誤判定が生じることが防止される。

【００２３】本発明の第５の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２〜第４の態様のいずれか１つの場合と
同様の作用が生じる。さらに、センサヒータの故障診断
の診断禁止期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセッ
トされた時点からエンジンコントロールユニットのフェ
イル状態が終了するまでの所定時間とされているので、
制御ＣＰＵのリセットに伴ってエンジンコントロールユ
ニットがフェイルした場合、制御ＣＰＵによってセンサ
ヒータが故障していると誤判定されるのが確実に防止さ
れる。

【００２４】本発明の第６の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２〜第４の態様のいずれか１つの場合と
同様の作用が生じる。さらに、故障診断の診断禁止期間
が、エンジン回転数が、クランキング回転数からアイド
リング回転数までの間の所定の回転数に上昇するまでの
期間とされているので、エンジン始動に一度失敗して再
度エンジンを始動させる場合でも、制御ＣＰＵによって
センサヒータが故障していると誤判定されるのが防止さ
れる。

【００２５】本発明の第７の態様によれば、故障判定期
間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセットされた時点
からエンジンコントロールユニットのフェイル状態が終
了するまでに要する時間よりも長く設定されているの
で、クランキング時においてバッテリ電圧が低下してエ
ンジンコントロールユニットがフェイルした場合、エン
ジンコントロールユニットのフェイルが回復されるまで
に故障診断が実施されず、したがって制御ＣＰＵによっ
てセンサヒータが故障していると誤判定されるのが防止
される。このため、イグニッションスイッチがオンされ
た後においてエンジン始動開始以前にセンサヒータを作
動させた場合、この後のクランキングによりバッテリ電
圧が低下して制御ＣＰＵがリセットされてもセンサヒー
タが故障しているとの誤判定が生じない。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１に示すように、燃料噴射式のガソリンエンジンＣＥ
は、吸気弁１が開かれたときに吸気ポート２から燃焼室
３内に混合気を吸入し、この混合気をピストン４で圧縮
して点火プラグ５で着火・燃焼させ、排気弁６が開かれ
たときに燃焼ガス(排気ガス)を排気ポート７を介して排
気通路８に排出するようになっている。排気通路８に
は、排気ガスを浄化する触媒コンバータ９が設けられて
いる。

【００２７】点火プラグ５へは、ディストリビュータ１
０と点火制御装置１１とによって、エンジンコントロー
ルユニット１２(以下、これをＥＣＵ１２という)により
設定される所定のタイミングで高電圧の点火用電力が供
給されるようになっている。なお、ディストリビュータ
１０ではクランク角(エンジン回転数)を検出できるよう
になっている。

【００２８】そして、エンジンＣＥ(燃焼室３)に燃料燃
焼用の空気を供給するために、上流端が大気に開放され
下流端が吸気ポート２と連通する吸気通路１４が設けら
れ、この吸気通路１４には、上流側から順に、吸入空気
中のダストを除去するエアクリーナ(図示せず)と、吸入
空気量を検出するエアフローセンサ１５と、アクセルペ
ダル(図示せず)と連動して開閉されるスロットル弁１６
と、吸入空気の流れを安定させるサージタンク１７とが
設けられている。また、吸気ポート２近傍において、吸
気通路１４(吸気ポート２)内に燃料を噴射する燃料噴射
弁１８が、噴射口が吸気ポート２方向に向くようにして
設けられている。ここで、燃料噴射弁１８の燃料噴射量
及び噴射タイミングはＥＣＵ１２によって制御されるよ
うになっている。

【００２９】排気ガス流れ方向にみて、触媒コンバータ
９のやや上流の排気通路８には、排気ガス中のＯ₂濃度
(空燃比)を検出するリニアＯ₂センサ１９(空燃比セン
サ)が設けられ、このリニアＯ₂センサ１９には、これを
加熱して活性化させる電気式のセンサヒータ２０が付設
されている。また、触媒コンバータ９のやや下流の排気
通路８には、センサヒータを備えていない第２のリニア
Ｏ₂センサ２１が設けられている。なお、リニアＯ₂セン
サ１９によって検出される排気ガス中のＯ₂濃度からは
一義的にかつ容易に混合気の空燃比が求められるので、
該Ｏ₂濃度は実質的には空燃比と同義である。かくし
て、リニアＯ₂センサ１９は実質的には空燃比を検出す
るセンサであり、したがって特許請求の範囲に記載され
た「空燃比センサ」に相当する。

【００３０】図２に示すように、リニアＯ₂センサ１９
を活性化させるためのセンサヒータ２０の一端は、バッ
テリ電圧(１２Ｖ)がかけられているメイン導線２３から
分岐する分岐導線２４に接続され、他端はＥＣＵ１２の
１つの出力端子２５に接続されている。そして、センサ
ヒータ２０は通電されたときには発熱してリニアＯ₂セ
ンサ１９を加熱し、該リニアＯ₂センサ１９を迅速に活
性化温度以上に昇温させることができるようになってい
る。

【００３１】ＥＣＵ１２には、スイッチとして機能する
npn型のパワートランジスタ２７が設けられ、このパワ
ートランジスタ２７のコレクタは第１導線２６を介して
出力端子２５に接続されている。また、パワートランジ
スタ２７のベースは第２導線２８を介してマイクロコン
ピュータからなる制御ＣＰＵ２９に接続され、パワート
ランジスタ２７のエミッタは第３導線３０を介してアー
ス部３１(車体)に接続されている。このパワートランジ
スタ２７は、そのベースに第２導線２８を介してオン信
号(正電圧)が印加されたときにはコレクタとエミッタと
を電気的に導通させ(スイッチオン状態)、センサヒータ
２０に通電させるようになっている。他方、パワートラ
ンジスタ２７のベースにオフ信号(無電圧ないしは負電
圧)が印加されたときには、コレクタとエミッタとを電
気的に遮断し(スイッチオフ状態)、センサヒータ２０へ
の通電を停止させるようになっている。なお、パワート
ランジスタ２７は、特許請求の範囲に記載された「通電
制御手段」の一部をなす。また、制御ＣＰＵ２９も特許
請求の範囲に記載された「通電制御手段」の一部をなす。

【００３２】そして、第１導線２６から分岐する第４導
線３２が設けられ、この第４導線３２の他端は制御ＣＰ
Ｕ２９に接続されている。なお、この第４導線３２には
バッファアンプ３３が介設されている。したがって、制
御ＣＰＵ２９には、パワートランジスタ２７のコレクタ
電圧(センサヒータ出力)が入力されることになる。

【００３３】制御ＣＰＵ２９は、運転状態に応じて、パ
ワートランジスタ２７のベースにオン信号又はオフ信号
を印加して、パワートランジスタ２７をスイッチオン状
態又はスイッチオフ状態にする(通電制御を行う)ように
なっている。さらに、制御ＣＰＵ２９は、センサヒータ
２０の故障診断を行うようになっている。すなわち、制
御ＣＰＵ２９は、該制御ＣＰＵ２９からパワートランジ
スタ２７のベースに(センサヒータ側に)出力された制御
信号と、パワートランジスタ２７のコレクタ電圧(セン
サヒータ出力)との間に不整合状態が生じたときには、
センサヒータ２０が故障しているものと診断するように
なっている。

【００３４】具体的には、制御ＣＰＵ２９は、該制御Ｃ
ＰＵ２９からパワートランジスタ２７のべースにオン信
号が出力されかつパワートランジスタ２７のコレクタ電
圧がバッテリ電圧(ほぼ１２Ｖ)である場合(不整合)、又
は該制御ＣＰＵ２９からパワートランジスタ２７のベー
スにオフ信号が出力されかつパワートランジスタ２７の
コレクタ電圧がグランド電圧(ほぼ０Ｖ)である場合(不
整合)には、前記の段落番号[０００６]で説明したのと
同様の理由により、センサヒータ２０が故障しているも
のと診断するようになっている。

【００３５】また、ＥＣＵ１２には、バッテリ(図示せ
ず)から該ＥＣＵ１２に供給される電圧(バッテリ電圧)
が所定の保証電圧(例えば、６Ｖ)より低下したときに
は、制御ＣＰＵ２９をリセットさせるリセット回路３４
が設けられている。ここで、リセット回路３４によって
制御ＣＰＵ２９がリセットさせられたときには、ＥＣＵ
１２はレジスタセット、メモリチェック等を行うために
所定のフェイル期間だけフェイル状態(ＬＩＭＰ−ＨＯ
ＭＥ状態)とされるようになっている。

【００３６】そして、第２導線２８にはバックアップＩ
Ｃ３５が介設され、このバックアップＩＣ３５は、ＥＣ
Ｕ１２がフェイル状態にあるときには、制御ＣＰＵ２９
からパワートランジスタ側に出力される制御信号のいか
んにかかわらず、パワートランジスタ２７のベースにオ
フ信号を印加してパワートランジスタ２７をスイッチオ
フ状態にし、センサヒータ２０への通電を強制的に停止
させるようになっている。なお、バックアップＩＣ３５
は、ＥＣＵ１２がフェイル状態でないときにはとくには
作用を及ぼさず、したがってこの場合は制御ＣＰＵ２９
から出力された制御信号がそのままパワートランジスタ
２７のベースに印加される。

【００３７】さらに、ＥＣＵ１２には、制御ＣＰＵ２９
に対して故障診断の実施を任意に禁止することができる
故障診断禁止回路３６が設けられている。この故障診断
禁止回路３６が、いかなる場合に制御ＣＰＵ２９による
故障診断の実施を禁止するかは後で説明するとおりであ
る。なお、故障診断禁止回路３６は、特許請求の範囲に
記載された「故障診断禁止手段」に相当する。

【００３８】ＥＣＵ１２はエンジンＣＥの総合的な制御
装置であって、リニアＯ₂センサ１９、２１によって検
出される排気ガス中のＯ₂濃度(空燃比)、ディストリビ
ュータ１０から出力されるクランク角信号(エンジン回
転数)、エアフローセンサ１５によって検出される吸入
空気量等を制御情報としてエンジンＣＥの空燃比制御等
の各種制御を行うようになっている。しかしながら、エ
ンジンＣＥの一般的な空燃比制御等はよく知られた普通
の制御手法で行われ、またかかる一般的な空燃比制御等
は本願発明の要旨とするところでもないのでその説明を
省略する。

【００３９】そして、ＥＣＵ１２は、制御ＣＰＵ２９及
びパワートランジスタ２７によりセンサヒータ２０への
通電制御を行うようになっているとともに、制御ＣＰＵ
２９によりセンサヒータ２０の故障診断を行うようにな
っている。さらに、ＥＣＵ１２は、故障診断禁止回路３
６により、制御ＣＰＵ２９によるセンサヒータ２０の故
障診断に誤判定が生じるおそれがある場合には制御ＣＰ
Ｕ２９に対して故障診断を禁止するといった故障診断禁
止制御を行うようになっている。以下、ＥＣＵ１２によ
る通電制御、故障診断及び故障診断禁止制御の具体的な
手法について説明する。

【００４０】通電制御においては、制御ＣＰＵ２９及び
パワートランジスタ２７は、エンジン始動時にイグニッ
ションスイッチ(図示せず)がオンされた時点以降におい
て遅くともエンジン始動開始時点ではセンサヒータ２０
に通電するようになっている。具体的には、例えばエン
ジン始動時(とくに冷間始動時)において、イグニッショ
ンスイッチがオンされた時点でセンサヒータ２０に通電
を開始してもよく、あるいはエンジン始動開始時点以前
の任意の時期に通電を開始してもよい。このように、エ
ンジン始動時において早期にセンサヒータ２０に通電す
るようにしているので、リニアＯ₂センサ１９が早期に
活性化温度以上に昇温されてエミッション性能が高めら
れる。

【００４１】故障診断においては、前記したとおり、制
御ＣＰＵ２９からパワートランジスタ２７のべースにオ
ン信号が出力されかつパワートランジスタ２７のコレク
タ電圧がバッテリ電圧である場合、又は該制御ＣＰＵ２
９からパワートランジスタ２７のベースにオフ信号が出
力されかつパワートランジスタ２７のコレクタ電圧がグ
ランド電圧である場合にセンサヒータ２０が故障してい
るものと診断される。このように、ＥＣＵ１２の一部を
構成する制御ＣＰＵ２９を用いてセンサヒータ２０の故
障診断を容易にかつ迅速に行うようにしているので、格
別のセンサヒータ用故障診断装置を設ける必要がなく、
空燃比制御機構ないしは故障診断機構が簡素化される。

【００４２】なお、制御ＣＰＵ２９からパワートランジ
スタ２７のベースに出力された制御信号と、パワートラ
ンジスタ２７のコレクタ電圧との間の上記不整合状態が
所定の故障判定期間以上に継続されたときにセンサヒー
タ２０が故障しているものと診断するようにしてもよ
い。このようにすれば、ノイズの発生等による瞬間的な
異常によってセンサヒータの故障診断に誤判定が生じる
ことが防止される。

【００４３】故障診断禁止制御においては、エンジン始
動時にイグニッションスイッチがオンされた時点以降に
おいて、遅くともエンジン始動開始時点からスタータ
(図示せず)への電力供給開始後(クランキング開始後)に
わたって所定の診断禁止期間は、制御ＣＰＵ２９による
故障診断が禁止される。より好ましくは、上記診断禁止
期間は、クランキングによる電圧低下により制御ＣＰＵ
２９がリセットされ、これに伴ってＥＣＵ１２がフェイ
ル状態となった場合において、制御ＣＰＵ２９がリセッ
トされた時点からＥＣＵ１２のフェイル状態が終了する
までの時間、あるいはこれよりもやや長い時間とされ
る。

【００４４】以下、図３に示すフローチャートに従っ
て、かかる故障診断禁止制御の具体的な制御手法の一例
について説明する。図３に示すように、この故障診断禁
止制御は、エンジン始動時(とくに冷間始動時)において
イグニッションスイッチがオンされたときに制御が開始
される。そして、制御が開始されるとまずステップＳ１
で、制御ＣＰＵ２９がリセットされたか否かが判定され
る。ここで、制御ＣＰＵ２９がリセットされていないと
判定された場合は(ＮＯ)、ステップＳ５にスキップして
故障診断が実施される。すなわち、この場合は、ＥＣＵ
１２はフェイル状態(ＬＩＭＰ−ＨＯＭＥ状態)にはな
く、制御ＣＰＵ２９から出力された制御信号がそのまま
(バックアップＩＣ３５によって変更されずに)パワート
ランジスタ２７のベースに印加されるので、センサヒー
タ２０が本当に故障していない限り、上記制御信号とコ
レクタ電圧との間に不整合が生じることはなく、したが
って制御ＣＰＵ２９が故障診断において誤判定を行うお
それはないからである。なお、エンジン始動時におい
て、バッテリ起電力が低下している場合、あるいはエン
ジンＣＥが冷機状態にあって始動抵抗が大きい場合に
は、クランキングによるバッテリ電圧の低下が大きくな
り、このようなときにバッテリ電圧が所定の保証電圧
(例えば、６Ｖ)よりも低下したときにはリセット回路３
４によって制御ＣＰＵ２９がリセットされる。そして、
前記したとおり、制御ＣＰＵ２９がリセットされたとき
には、ＥＣＵ１２は所定のフェイル期間フェイル状態と
される。

【００４５】他方、ステップＳ１で制御ＣＰＵ２９がリ
セットされたと判定された場合は、制御ＣＰＵ２９が故
障診断において誤判定を行うおそれがあるので、ステッ
プＳ２〜ステップＳ４が実行され、所定の診断禁止期間
だけ制御ＣＰＵ２９にる故障診断が禁止される。具体的
には、ステップＳ２でカウンタに０がセットされ、次に
ステップＳ３でカウンタが所定の増分でインクリメント
され、続いてステップＳ４でカウンタがカウントアップ
したか否か、すなわちカウンタのカウント値が上記診断
禁止期間に相応する比較値に達したか否かが判定され
る。そして、ステップＳ４でカウンタがカウントアップ
していないと判定された場合は(ＮＯ)、ステップＳ３〜
ステップＳ４が繰り返し実行され、カウンタがカウント
アップした場合(ＹＥＳ)、すなわち診断禁止期間を経過
したときには、ステップＳ５で制御ＣＰＵ２９による故
障診断が実施される。ここで、診断禁止期間は、制御Ｃ
ＰＵ２９がリセットされた時点からＥＣＵ１２のフェイ
ル状態が終了するまでの時間よりもやや長い所定の時間
とされている。

【００４６】このように、エンジン始動時において、バ
ッテリ起電力の低下あるいは冷機による抵抗増等に起因
してＥＣＵ１２に供給される電圧が保証電圧以下に低下
し、制御ＣＰＵ２９がリセットされたときに、制御ＣＰ
Ｕ２９によるセンサヒータ２０の故障診断に誤判定が生
じる理由はおよそ次のとおりである。図４は、エンジン
始動時(とくに冷間始動時)における、クランク角センサ
信号(グラフＧ₁)、スタータ信号(グラフＧ₂)、バッテリ
電圧(グラフＧ₃)、制御ＣＰＵ２９へのリセット信号(グ
ラフＧ₄)、ＥＣＵ１２のフェイル信号(グラフＧ₅)、制
御ＣＰＵ２９からパワートランジスタ側に出力される制
御信号(グラフＧ₆)及びバックアップＩＣ３５からパワ
ートランジスタ側に出力される制御信号(グラフＧ₇)の
経時変化の一例を示している。なお、図４中において、
グラフＧ₈とグラフＧ₉とは、夫々、従来の故障診断にお
ける故障判定タイマのカウント値と故障判定結果とを示
している。

【００４７】図４に示す例では、時刻t₁でスタータがオ
ンされ、時刻t₂でスタータへの電力供給が開始されてい
る(クランキング開始されている)。そして、時刻t₂にお
いては、スタータで消費される電力が非常に大きいの
で、バッテリ電圧が大幅に低下し、保証電圧Ｅ₁よりも
低くなっている。このため、時刻t₂〜時刻t₃でリセット
回路３４から制御ＣＰＵ２９にリセット信号が印加さ
れ、制御ＣＰＵ２９がリセットされている。これに伴っ
て、時刻t₃でＥＣＵ１２がフェイル状態となり、このフ
ェイル状態は所定のフェイル期間Ａ₁(例えば、１００m
s)が経過するまで(時刻t₅まで)継続される。

【００４８】したがって、時刻t₃〜時刻t₅では、バック
アップＩＣ３５からパワートランジスタ２７のベースに
オフ信号が印加され、パワートランジスタ２７はスイッ
チオフ状態となって、センサヒータ２０への通電は停止
される。他方、制御ＣＰＵ２９はリセット中はパワート
ランジスタ側にオフ信号を出力しているが、リセット終
了後は速やかに正常状態に復帰し、図４に示す例ではリ
セットの終了とほぼ同時にすなわち時刻t₃で正常状態に
復帰してパワートランジスタ側にオン信号を出力しはじ
めている。

【００４９】このため、時刻t₃〜時刻t₅では、制御ＣＰ
Ｕ２９からパワートランジスタ側にオン信号が出力され
るものの、バックアップＩＣ３５によってパワートラン
ジスタ２７がスイッチオフ状態とされる(センサヒータ
２０への通電が停止される)のでコレクタ電圧がバッテ
リ電圧となり、したがって制御ＣＰＵ２９から出力され
た制御信号とコレクタ電圧とが不整合状態となる。した
がって、この間に制御ＣＰＵ２９が故障診断を行った場
合はセンサヒータ２０が故障していると診断されること
になる。

【００５０】かくして、従来の故障診断においては、上
記不整合状態が発生した時刻t₃の後、若干の時間遅れd
を伴って時刻t₄で故障診断が実施され、センサヒータ２
０が故障しているものと誤判定されてしまうことにな
る。

【００５１】これに対して、本発明にかかる故障診断禁
止制御においては、エンジン始動時に制御ＣＰＵ２９が
リセットされた場合は、ステップＳ２〜ステップＳ４が
実行され、少なくとも時刻t₅までは制御ＣＰＵ２９によ
る故障診断が禁止されるので、制御ＣＰＵ２９による故
障診断の誤判定が生じない。

【００５２】かかる故障診断禁止制御により、クランキ
ングによる電圧低下に起因して制御ＣＰＵ２９がリセッ
トされ、これに伴ってＥＣＵ１２がフェイル状態となっ
た場合でも、制御ＣＰＵ２９によってセンサヒータ２０
が故障していると誤判定されるのが確実に防止される。

【００５３】なお、上記の故障診断禁止制御のほか、次
のような故障診断禁止制御を行うようにしてもよい。す
なわち、故障診断禁止回路３６によって故障診断の実施
が禁止される診断禁止期間を、エンジン回転数がクラン
キング回転数からアイドリング回転数までの間の所定の
回転数に上昇するまでの期間としてもよい。このように
した場合は、エンジン始動に一度失敗して再度エンジン
を始動させる場合でも、制御ＣＰＵ２９によってセンサ
ヒータ２０が故障していると誤判定されるのが防止さ
れ、エンジンＣＥの信頼性が高められる。

【００５４】また、制御ＣＰＵ２９からパワートタンジ
スタ側に出力された制御信号とコレクタ電圧との間の不
整合状態が所定の故障判定期間以上に継続されたとき
に、センサヒータ２０が故障しているものと診断するよ
うにした上で、上記故障判定期間を、電圧低下により制
御ＣＰＵ２９がリセットされた時点からＥＣＵ１２のフ
ェイル状態が終了するまでに要する時間よりもやや長い
所定の時間に設定するようにしてもよい。このようにす
れば、クランキング時においてバッテリ電圧が低下して
ＥＣＵ１２がフェイル状態となった場合、ＥＣＵ１２の
フェイル状態が回復されるまでは制御ＣＰＵ２９による
故障診断が実施されず、したがって制御ＣＰＵ２９によ
ってセンサヒータ２０が故障していると誤判定されるの
が防止される。

【００５５】

【発明の効果】本発明の第１の態様によれば、制御ＣＰ
Ｕがリセットされたときには、この後所定の診断禁止期
間、制御ＣＰＵによる故障診断の実施が禁止される。し
たがって、イグニッションスイッチがオンされた後にお
いてエンジン始動開始以前にセンサヒータを作動させた
場合、この後のクランキングによって電圧が低下して制
御ＣＰＵがリセットされてもセンサヒータが故障してい
るとの誤判定が生じない。したがって、エンジン始動時
(とくに冷間始動時)において、センサヒータの故障診断
に誤判定を生じさせることなく、空燃比センサを早期に
活性化温度まで昇温させてエミッション性能を高めるこ
とができる。

【００５６】本発明の第２の態様によれば、イグニッシ
ョンスイッチがオンされた後遅くともエンジン始動開始
時点にはセンサヒータに通電されるので、空燃比センサ
が早期に活性化温度まで昇温され、エミッション性能が
高められる。さらに、遅くともエンジン始動開始時点か
らスタータへの電力供給開始後にわたって所定の診断禁
止期間は制御ＣＰＵによる故障診断の実施が禁止される
ので、クランキングにより電圧が低下して制御ＣＰＵが
リセットされた場合にセンサヒータの故障診断に誤判定
が生じない。したがって、エンジン始動時(とくに冷間
始動時)において、センサヒータの故障診断に誤判定を
生じさせることなく、空燃比センサを早期に活性化温度
まで昇温させてエミッション性能を高めることができ
る。

【００５７】本発明の第３の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２の態様の場合と同様の効果が得られ
る。さらに、制御ＣＰＵからセンサヒータ側に出力され
た制御信号とセンサヒータ出力との間に不整合状態が生
じたときにセンサヒータが故障しているものと診断する
ようにしているので、故障診断が容易となり、空燃比制
御装置の構造が簡素化される。

【００５８】本発明の第４の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２の態様の場合と同様の効果が得られ
る。さらに、制御ＣＰＵからセンサヒータに出力された
制御信号とセンサヒータ出力との間の不整合状態が所定
の故障判定期間以上に継続されたときにセンサヒータが
故障しているものと診断するようにしているので、ノイ
ズの発生等による瞬間的な異常によってセンサヒータの
故障診断に誤判定が生じることが防止される。また、故
障診断が容易となり空燃比制御装置の構造が簡素化され
る。

【００５９】本発明の第５の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２〜第４の態様のいずれか１つの場合と
同様の効果が得られる。さらに、センサヒータの故障診
断の診断禁止期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセ
ットされた時点からエンジンコントロールユニットのフ
ェイル状態が終了するまでの所定時間とされているの
で、制御ＣＰＵのリセットに伴ってエンジンコントロー
ルユニットがフェイルした場合、制御ＣＰＵによってセ
ンサヒータが故障していると誤判定されるのが確実に防
止され、エンジンの信頼性が高められる。

【００６０】本発明の第６の態様によれば、基本的に
は、本発明の第２〜第４の態様のいずれか１つの場合と
同様の効果が得られる。さらに、故障診断の診断禁止期
間が、エンジン回転数が、クランキング回転数からアイ
ドリング回転数までの間の所定の回転数に上昇するまで
の期間とされているので、エンジン始動に一度失敗して
再度エンジンを始動させる場合でも、制御ＣＰＵによっ
てセンサヒータが故障していると誤判定されるのが防止
され、エンジンの信頼性が高められる。

【００６１】本発明の第７の態様によれば、故障判定期
間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセットされた時点
からエンジンコントロールユニットのフェイル状態が終
了するまでに要する時間よりも長く設定されているの
で、クランキング時においてバッテリ電圧が低下してエ
ンジンコントロールユニットがフェイルした場合、エン
ジンコントロールユニットのフェイルが回復されるまで
に故障診断が実施されず、したがって制御ＣＰＵによっ
てセンサヒータが故障していると誤判定されるのが防止
される。このため、イグニッションスイッチがオンされ
た後においてエンジン始動開始以前にセンサヒータを作
動させた場合、この後のクランキングによりバッテリ電
圧が低下して制御ＣＰＵがリセットされてもセンサヒー
タが故障しているとの誤判定が生じない。したがって、
エンジンの冷間始動時において、センサヒータの故障診
断に誤判定を生じさせることなく、空燃比センサを早期
に活性化温度まで昇温させてエミッション性能を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる空燃比制御装置における自己
診断装置を備えたエンジンのシステム構成図である。

【図２】 図１に示すエンジンのＥＣＵ及びセンサヒー
タの回路構成を示す模式図である。

【図３】 故障診断禁止制御の制御方法を示すフローチ
ャートである。

【図４】 エンジン始動時における各種運転特性の経時
変化を示す図である。

【符号の説明】

ＣＥ…エンジン ８…排気通路 １２…エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ) １８…燃料噴射弁 １９…リニアＯ₂センサ ２０…センサヒータ ２７…パワートタンジスタ ２９…制御ＣＰＵ ３４…リセット回路 ３５…バックアップＩＣ ３６…故障診断禁止回路

フロントページの続き (72)発明者 田端 伸章 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空燃比を検出する空燃比センサと、 空燃比センサを活性化させるセンサヒータと、 センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵとが設けられ
   ているエンジンの空燃比制御装置における自己診断装置
   において、 制御ＣＰＵがリセットされたときには、この後所定の診
   断禁止期間、制御ＣＰＵに対して故障診断の実施を禁止
   する故障診断禁止手段が設けられていることを特徴とす
   るエンジンの空燃比制御装置における自己診断装置。
2. 【請求項２】 空燃比を検出する空燃比センサと、 空燃比センサを活性化させる電気式のセンサヒータと、 センサヒータへの通電を制御する通電制御手段と、 センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵとが設けられ
   ているエンジンの空燃比制御装置における自己診断装置
   において、 通電制御手段が、イグニッションスイッチがオンされた
   時点以降において遅くともエンジン始動開始時点にはセ
   ンサヒータに通電するようになっていて、 イグニッションスイッチがオンされた時点以降におい
   て、遅くともエンジン始動開始時点からスタータへの電
   力供給開始後にわたって所定の診断禁止期間、制御ＣＰ
   Ｕに対して故障診断の実施を禁止する故障診断禁止手段
   が設けられていることを特徴とするエンジンの空燃比制
   御装置における自己診断装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されたエンジンの空燃比
   制御装置における自己診断装置において、 制御ＣＰＵが、該制御ＣＰＵからセンサヒータ側に出力
   された制御信号とセンサヒータ出力との間に不整合状態
   が生じたときに、センサヒータが故障しているものと診
   断するようになっていることを特徴とするエンジンの空
   燃比制御装置における自己診断装置。
4. 【請求項４】 請求項２に記載されたエンジンの空燃比
   制御装置における自己診断装置において、 制御ＣＰＵが、該制御ＣＰＵからセンサヒータに出力さ
   れた制御信号とセンサヒータ出力との間の不整合状態が
   所定の故障判定期間以上に継続されたときに、センサヒ
   ータが故障しているものと診断するようになっているこ
   とを特徴とするエンジンの空燃比制御装置における自己
   診断装置。
5. 【請求項５】 請求項２〜請求項４のいずれか１つに記
   載されたエンジンの空燃比制御装置における自己診断装
   置において、 制御ＣＰＵがエンジンコントロールユニットの一部をな
   し、制御ＣＰＵがリセットされたときにはエンジンコン
   トロールユニットが所定時間フェイル状態とされるよう
   になっていて、 故障診断禁止手段によって故障診断の実施が禁止される
   診断禁止期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセット
   された時点からエンジンコントロールユニットのフェイ
   ル状態が終了するまでの所定時間とされていることを特
   徴とするエンジンの空燃比制御装置における自己診断装
   置。
6. 【請求項６】 請求項２〜請求項４のいずれか１つに記
   載されたエンジンの空燃比制御装置における自己診断装
   置において、 故障診断禁止手段によって故障診断の実施が禁止される
   診断禁止期間が、エンジン回転数が、クランキング回転
   数からアイドリング回転数までの間の所定の回転数に上
   昇するまでの期間とされていることを特徴とするエンジ
   ンの空燃比制御装置における自己診断装置。
7. 【請求項７】 空燃比を検出する空燃比センサと、 空燃比センサを活性化させる電気式のセンサヒータと、 センサヒータへの通電を制御する通電制御手段と、 センサヒータの故障診断を行う制御ＣＰＵとが設けられ
   ているエンジンの空燃比制御装置における自己診断装置
   において、 制御ＣＰＵがエンジンコントロールユニットの一部をな
   し、制御ＣＰＵがリセットされたときにはエンジンコン
   トロールユニットが所定時間フェイル状態とされるよう
   になっており、 かつ、制御ＣＰＵが、該制御ＣＰＵからセンサヒータ側
   に出力された制御信号とセンサヒータ出力との間の不整
   合状態が所定の故障判定期間以上に継続されたときに、
   センサヒータが故障しているものと診断するようになっ
   ていて、 上記故障判定期間が、電圧低下により制御ＣＰＵがリセ
   ットされた時点からエンジンコントロールユニットのフ
   ェイル状態が終了するまでに要する時間よりも長く設定
   されていることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置
   における自己診断装置。