JPH0830437B2

JPH0830437B2 - 内燃機関の空燃比制御装置のフェイルセイフ装置

Info

Publication number: JPH0830437B2
Application number: JP20250990A
Authority: JP
Inventors: 昭彦荒木; 文博吉原; 正信大崎; 貢一狩野
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1996-03-27
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0491340A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、内燃機関の空燃比制御装置のフェイルセイ
フ装置に関し、特に、電子制御燃料噴射装置を備え、全
気筒を２つのグループに分け、グループ毎に設けた２つ
の酸素センサからの信号に基づいて、燃料噴射弁による
燃料噴射量の制御をグループ毎に行って、空燃比制御を
行う内燃機関の空燃比制御装置のフェイルセイフ装置に
関する。

〈従来の技術〉内燃機関の電子制御燃料噴射装置は、機関吸気系に燃
料噴射弁を備え、機関回転に同期した所定のタイミング
で燃料を噴射するようになっており、機関に吸入される
空気量に関与する機関運転状態のパラメータ（例えば機
関吸入空気流量と機関回転数）に基づいて基本燃料噴射
量を設定し、これを適宜補正して最終的な内燃噴射量と
している。

また、その補正の１つとして、機関排気系に酸素セン
サを設け、所定の機関運転条件において、この酸素セン
サからの信号に基づく補正を行っている。すなわち、酸
素センサは排気中の酸素濃度を介して機関吸入混合気の
空燃比を検出するもので、混合気を理論空燃比で燃焼さ
せたときを境として出力電圧（起電力）が急変し、出力
電圧小のリーン信号と出力電圧大のリッチ信号とを出力
するから、これらのリーン・リッチ信号に基づいて比例
・積分制御などにより空燃比フィードバック補正係数を
設定し、基本燃料噴射量に空燃比フィードバック補正係
数を乗じて、燃料噴射量を演算している。これにより、
空燃比を理論空燃比にフィードバック制御している。

ところで、上記のような空燃比制御をより正確に行う
ために、全気筒共通な１つの酸素センサではなくて、従
来より、全気筒を２つのグループに分け、グループ毎に
設けた２つの酸素センサからの信号に基づいて、燃料噴
射弁による燃料噴射量の制御をグループ毎に行うように
した、所謂ツイン酸素センサ方式としたものがある。

〈発明が解決しようとする課題〉しかしながら、このようなツイン酸素センサ方式の空
燃比制御において、片方の酸素センサが故障した場合、
故障判定の手段を備えていないために、故障した酸素セ
ンサからの信号に基づいて、これが属するグループの各
気筒について、空燃比のフィードバック制御、更には学
習制御等を行ってしまうので、それらの各気筒について
は、空燃比制御が適切に行われず、エミッションが悪化
するという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、片方の酸
素センサが故障した場合の、内燃機関の空燃比制御装置
のフェイルセイフ装置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〉上記の目的を達成するために、本発明では、第１図に
示すように、全気筒を２つのグループに分け、グループ
毎に設けた２つの酸素センサ（ａ）から信号に基づい
て、燃料噴射弁（ｂ）による燃料噴射量の制御をグルー
プ毎に行う２つの燃料噴射量制御手段（ｃ）を有する内
燃機関の空燃比制御装置に加えて、下記の（ｄ）〜
（ｈ）の構成を設ける。

（ｄ）両酸素センサからの信号の周期をそれぞれ検出す
る周期検出手段（ｅ）両周期の差が所定値以上のとき長い周期の方の酸
素センサを故障と判定する故障判定手段（ｆ）両酸素センサからの信号のピーク電圧をそれぞれ
検出するピーク電圧検出手段（ｇ）両ピーク電圧の差が所定値以上のとき低いピーク
電圧の方の酸素センサを故障と判定する故障判定手段（ｈ）前記両故障判定手段により、故障と判定されたと
きに、故障と判定された酸素センサが属するグループの
燃料噴射量制御手段に対し、故障と判定された酸素セン
サに代えて、他の酸素センサからの信号を入力するよう
にしたフェイルセイフ手段〈作用〉上記の構成によると、周期検出手段により、両酸素セ
ンサからの信号の周期をそれぞれ検出して、故障判定手
段により、両周期の差が所定値以上のとき長い周期の方
の酸素センサを故障と判定する。

また、ピーク電圧検出手段により、両酸素センサから
の信号のピーク電圧をそれぞれ検出して、故障判定手段
により、両ピーク電圧の差が所定値以上のとき低いピー
ク電圧の方の酸素センサを故障と判定する。

そして、両故障判定手段の少なくとも何れかにより、
故障と判定されたときに、フェイルセイフ手段により、
故障と判定された酸素センサに代えて、正常な酸素セン
サを用いて、全気筒の燃料噴射量の制御を行う。

〈実施例〉以下に本発明の一実施例を第２図〜第９図に基づいて
説明する。

先ず、第２図を参照して、本実施例のシステムを、４
気筒の場合について説明する。

機関１の吸気系には、各気筒毎に、燃料噴射弁２が設
けられており、これにより、噴射された燃料は、図示し
ないエアクリーナを介して吸入され、エアフローメータ
により、その流量（吸入空気流量）Ｑを検出された吸入
空気と共に、機関１に供給され、図示しない点火栓によ
り、機関の回転に同期した所定のタイミングで火花点火
される。

排気マニホールド３は、先ず、合流部3a,3bにて、２
つのグループ毎に合流し、その後、１つに統合される。
これは、４気筒の場合、各気筒の点火順が、＃１→＃３
→＃４→＃２であるので、排気干渉を回避するためであ
る。

２つのグループ毎に合流した合流部3a,3b内に、それ
ぞれ第１酸素センサ４及び第２酸素センサ５が配置さ
れ、これら両酸素センサ4,5からの信号は、コントロー
ルユニット（図示せず）に出力される。

コントロールユニットは、CPU,ROM,RAM,A/D変換器及
び入出力インタフェイスを含んで構成されるマイクロコ
ンピュータを備え、各種のセンサからの入力信号を受
け、後述の如く演算処理して、燃料噴射弁２の作動を制
御することにより、燃料噴射量を制御し、空燃比制御を
行っている。

前記各種のセンサとしては、前述した第１酸素センサ
4,第２酸素センサ５の他に、吸入空気流量Ｑを検出する
ためのエアフローメータ、機関回転数Ｎを算出するため
のクランク角センサ、機関冷却水温Twを検出するための
水温センサ等が設けられる。

第３図〜第５図のフローチャートを参照して、＃１気
筒及び＃４気筒の合流部3aに設けられた第１酸素センサ
４からの信号に基づく燃料噴射量制御手段に相当するル
ーチンについて説明する。尚、第１酸素センサ４に固有
の値については、その値に（１）を添えている。

また、＃２気筒及び＃３気筒の合流部3bに設けられた
第２酸素センサ５からの信号に基づく燃料噴射量制御手
段に相当するルーチンについては、第３図〜第５図のフ
ローチャート中の（１）を（２）に置き換えて、第２酸
素センサ５に固有な値とすることにより、容易に得られ
るので、説明を省略する。

第３図は燃料噴射量演算ルーチンで、所定時間毎に実
行される。

ステップ１（図にはS1と記してある。以下同様）では
エアフローメータからの信号に基づいて検出される吸入
空気流量Q,クランク角センサからの信号に基づいて算出
される機関回転数N,水温センサからの信号に基づいて検
出される機関冷却水温Tw等を入力する。

ステップ２では吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎとから
単位回転当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量Tp
＝Ｋ・Q/N（Ｋは定数）を演算する。

ステップ３では機関冷却水温Twに応じた水温補正係数
K_TW，機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Tpとに応じた混合
比補正係数K_MRなどを含む各種補正係数COEF＝１＋K_TW＋
K_MR＋…を設定する。

ステップ４では機関運転状態を表わす機関回転数Ｎと
基本燃料噴射量Tpとに対応して学習補正係数KLRN（１）
を記憶してあるRAM上のマップを参照し、実際のN,Tpに
対応するKLRN（１）を検索して読込む。尚、学習補正係
数KLRN（１）のマップ（１）は、機関回転数Ｎを横軸、
基本燃料噴射量Tpを縦軸として、８×８程度の格子によ
り機関運転状態のエリアを分け、各エリア毎に学習補正
係数KLRN（１）を記憶させてあり、学習が開始されてい
ない時点では、全て初期値１を記憶させてある。

ステップ５ではバッテリ電圧に基づいて電圧補正分Ts
を設定する。これはバッテリ電圧の変動による燃料噴射
弁２の噴射流量変化を補正するためのものである。

ステップ６では燃料噴射量Ti（１）を次式に従って演
算する。

Ti（１）＝Tp・COEF・KLRN（１）・LAMBDA（１）＋Ts ここで、LAMBDA（１）は空燃比フィードバック補正係
数であって、後述する第４図の空燃比フィードバック制
御ルーチンによって設定され、その基準値は１である。

ステップ７では演算されたTi（１）を出力用レジスタ
にセットする。これにより予め定められた機関回転同期
（例えば１回転毎）の燃料噴射タイミングになると、最
新にセットされたTi（１）のパルス幅をもつ駆動パルス
信号が＃１気筒と＃４気筒の燃料噴射弁２に与えられ
て、燃料噴射が行われる。

第４図は空燃比フィードバック制御ルーチンで、開口
同期あるいは時間同期で実行され、これにより空燃比フ
ィードバック補正係数LAMBDA（１）が設定される。

ステップ11では機関回転数Ｎから基本燃料噴射量の比
較値Tp′を検索し、ステップ12では実際の基本燃料噴射
量Tpと比較値Tp′とを比較する。

Tp＞Tp′の場合は、ステップ13へ進んでλcontフラグ
を０にしてこのルーチンを終了する。従って、空燃比フ
ィードバック補正係数LAMBDA（１）は前回値（又は基準
値１）にクランプされ、空燃比フィードバック制御が停
止される。これは、高負荷領域では空燃比フィードバッ
ク制御を停止し、前記混合比補正係数K_MRによりリッチ
な出力空燃比を得て、排気温度の上昇を制御し、機関１
の焼付きや三元触媒の焼損などを防止するためである。

Tp≦Tp′の場合は、ステップ14へ進んでλcontフラグ
を１にした後、ステップ15以降へ進む。これは、低中回
転かつ低中負荷領域において空燃比フィードバック制御
を行うためである。

ステップ15では第１酸素センサ４からの信号Ｏ（１）
を入力し、次のステップ16でスライスレベル電圧Ｓと比
較することにより空燃比のリーン・リッチを判定する。

空燃比がリーン（Ｏ（１）＜Ｓ）のときは、ステップ
16からステップ17へ進んでリッチからリーンへの反転時
（反転直後）であるか否かを判定し、反転時にはステッ
プ18へ進んで後述する第５図の学習ルーチンのため前回
の空燃比フィードバック補正係数LAMBDA（１）の基準値
１からの偏差をΔａ（１）＝LAMBDA（１）−１として記
憶した後、ステップ19へ進んで空燃比フィードバック補
正係数LAMBDA（１）を前回値に対し所定の比例定数PR分
増大させる。反転時以外はステップ20へ進んで空燃比フ
ィードバック補正係数LAMBDA（１）を前回値に対し所定
の積分定数IR分増大させ、こうして空燃比フィードバッ
ク補正係数LAMBDA（１）を一定の傾きで増大させる。
尚、PR＞＞IRである。

空燃比がリッチ（Ｏ（１）＞Ｓ）のときは、ステップ
16からステップ21へ進んでリーンからリッチへの反転時
（反転直後）であるか否かを判定し、反転時にはステッ
プ22へ進んで後述する第５図の学習ルーチンのため前回
の空燃比フィードバック補正係数LAMBDA（１）の基準値
１からの偏差をΔｂ（１）＝LAMBDA（１）−１として記
憶した後、ステップ23へ進んで空燃比フィードバック補
正係数LAMBDA（１）を前回値に対し所定の比例定数PL分
減少させる。反転時以外はステップ24へ進んで空燃比フ
ィードバック補正係数LAMBDA（１）を前回値に対し所定
の積分定数IL分減少させ、こうして空燃比フィードバッ
ク補正係数LAMBDA（１）を一定の傾きで減少させる。
尚、PL＞＞ILである。

第５図は学習ルーチンで、バックグラウンドジョブと
して実行され、これにより学習補正係数KLRN（１）が設
定・更新される。

ステップ31ではλcontフラグが１か否かを判定し、０
の場合はこのルーチンを終了する。これは空燃比フィー
ドバック制御が停止されているときは学習を行うことが
できないからである。

ステップ32では所定の学習条件が成立しているか否か
を判定する。ここで、所定の学習条件とは、機関冷却水
温Twが所定値以上であり、機関回転数Ｎと基本燃料噴射
量Tpとによる機関運転状態のエリアが定まり、かつその
同一エリアで酸素センサのリーン・リッチ信号の反転回
数が所定値（例えば３）以上となって、定常状態にある
ことを条件とする。かかる条件が満たされていない場合
はこのルーチンを終了する。

空燃比フィードバック制御中でかつ所定の学習条件が
成立し、学習する機関運転状態のエリアが定まった場合
は、ステップ33へ進んで前述のΔａ（１）とΔｂ（１）
との平均値を求める。このとき記憶されているΔａ
（１）とΔｂ（１）とは第６図に示すように空燃比フィ
ードバック補正係数LAMBDA（１）の増減方向の反転から
反転までの空燃比フィードバック補正係数LAMBDA（１）
の基準値１からの偏差の上下のピーク値であり、これら
の平均値を求めることにより、空燃比フィードバック補
正係数LAMBDA（１）の基準値１からの平均的な偏差ΔLA
MBDA（１）を求めている。

次にステップ34に進んでRAM上のマップに現在の機関
運転状態のエリアに対応して記憶してある学習補正係数
KLRN（１）（初期値１）を検索して読出す。

次にステップ35に進んで次式に従って現在の学習補正
係数KLRN（１）に空燃比フィードバック補正係数の基準
値からの偏差ΔLAMBDA（１）を所定割合加算することに
よって新たな学習補正係数KLRN（１）を演算する。

KLRN（１）←KLRN（１）＋Ｍ・ΔLAMBDA（１）（Ｍは加算割合定数で、１≧Ｍ＞０）次にステップ36に進んでRAM上のマップ（１）の同一
エリアの学習補正係数KLRN（１）のデータを書換える。

その次に、第７図を参照して、本発明に係るフェイル
セイフ制御ルーチンを説明する。

ステップ41では、機関回転数N,基本燃料噴射量Tp,機
関冷却水温Twを入力する。

ステップ42では、λcontフラグが１か否かを判定し、
０の場合は、このルーチンを終了する。これは、空燃比
フィードバック制御が停止されているときは、酸素セン
サからの信号を制御に使用していないので、故障判定を
する必要がないからである。１の場合は、ステップ43に
進む。

ステップ43では、第１酸素センサ４及び第２酸素セン
サ５からの信号Ｏ（１）及びＯ（２）をそれぞれ入力す
る。

ステップ44では、第８図に示すように、それぞれの信
号Ｏ（１）,O（２）について、周期Ｐ（１）,P（２）を
それぞれ検出する。但し、第８図は、第２酸素センサ５
が故障した場合について示してある。

ステップ45では、次式に従って、周期差ΔＰを演算す
る。

ΔＰ＝|P（１）−Ｐ（２）｜ステップ46では、周期差ΔＰを所定値Ａと比較して、
ΔＰ＜Ａのときは、両酸素センサ4,5共に正常と見做し
て、ステップ50に進むが、ΔＰ≧Ａのときは、どちらか
の酸素センサが故障していると判定して、ステップ47に
進む。

ステップ47では、ステップ44で検出した周期Ｐ
（１）,P（２）の大小を比較して、Ｐ（１）＞Ｐ（２）
のときは、ステップ48に進んで、第１酸素センサ４故障
と判定し、ステップ56に進む。

Ｐ（１）＜Ｐ（２）のときは、ステップ49に進んで、
第２酸素センサ５故障と判定し、ステップ56に進む。

一方、ステップ46で、周期による判定において正常で
あると判定された場合は、ステップ50で、第９図に示す
ように、両酸素センサ4,5からの信号Ｏ（１）,O（２）
について、ピーク電圧Ｖ（１）,V（２）をそれぞれ検出
する。但し、第９図では、第２酸素センサ５が故障した
場合について示してある。

ステップ51では、次式に従って、ピーク電圧差ΔＶを
演算する。

ΔＶ＝|V（１）−Ｖ（２）｜ステップ52では、ピーク電圧差ΔＶを所定値Ｂと比較
して、ΔＶ＜Ｂのときは、両酸素センサ4,5共に正常と
見做して、このルーチンを終了するが、ΔＶ≧Ｂのとき
は、どちらかの酸素センサが故障していると判定して、
ステップ53に進む。

ステップ53では、ステップ50で検出したピーク電圧Ｖ
（１）,V（２）の大小を比較する。

その結果、Ｖ（１）＜Ｖ（２）のときは、第１酸素セ
ンサ４が故障であると判定し、ステップ56に進み、Ｖ
（１）＞Ｖ（２）のときは、第２酸素センサ５が故障で
あると判定し、ステップ56に進む。

ステップ56では、酸素センサ4,5の何れかが故障した
ことを、運転者に知らしめるために、警告灯を点灯す
る。

ステップ57では、故障した酸素センサの使用を中止す
る。

ステップ58では、故障した酸素センサからの信号に基
づいて行った学習値のマップ（第５図参照）をクリアし
て、初期値１に戻す。例えば、第１酸素センサ４が故障
した場合は、学習値KLRN（１）のマップ（１）をクリア
して初期値１に戻す。これは、故障した酸素センサから
の信号に基づいて行った学習値KLRNのマップのデータに
は、信頼性がもてないからである。

ステップ59では、正常な方の酸素センサからの信号及
び学習値KLRNのマップを利用して、全気筒の燃料噴射量
の制御を行うようにする。

即ち、例えば、第１酸素センサ４が故障したとする
と、第３図に示したルーチンのステップ４での学習値KL
RNの検索をマップ（２）から行い、また、第４図に示し
たルーチンのステップ15で、第２酸素センサ５からの信
号Ｏ（２）を入力するようにする。また、第５図に示し
た学習ルーチンは、実行しないようにする。

ここで、ステップ44が周期検出手段に相当し、ステッ
プ45〜49が故障判定手段に相当し、ステップ50がピーク
電圧検出手段に相当し、ステップ51〜55が故障判定手段
に相当し、ステップ56〜59がフェイルセイフ手段に相当
する。

〈発明の効果〉以上説明したように本発明によれば、通常は、２つの
酸素センサにより、より正確な空燃比制御を行い、片方
の酸素センサが故障したときには、これを検出して、こ
のセンサによる制御を中止すると共に、正常な酸素セン
サを用いて、全気筒について、空燃比制御を行うように
するので、従来のように、故障した酸素センサをそのま
ま、使用し続けて、エミッションが悪化することを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図〜第５図は
燃料噴射量演算処理内容を示すフローチャート、第６図
は空燃比フィードバック補正係数の変化の様子を示す
図、第７図はフェイルセイフ処理内容を示すフローチャ
ート、第８図及び第９図は第２酸素センサが故障したと
きの信号波形図である。１…機関、２…燃料噴射弁、３…排気マニホールド、3
a,3b…合流部、４…第１酸素センサ、５…第２酸素セン
サ

フロントページの続き (72)発明者狩野貢一群馬県伊勢崎市粕川町1671番地１日本電子機器株式会社内 (56)参考文献特開昭52−77931（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−215433（ＪＰ，Ａ) 特開平３−202656（ＪＰ，Ａ) 特開平４−47139（ＪＰ，Ａ) 特開平４−54249（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−77930（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−18154（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】全気筒を２つのグループに分け、グループ
毎に設けた２つの酸素センサからの信号に基づいて、燃
料噴射弁による燃料噴射量の制御をグループ毎に行う２
つの燃料噴射量制御手段を有する内燃機関の空燃比制御
装置において、両酸素センサからの信号の周期をそれぞれ検出する周期
検出手段と、両周期の差が所定値以上のとき長い周期の方の酸素セン
サを故障と判定する故障判定手段と、両酸素センサからの信号のピーク電圧をそれぞれ検出す
るピーク電圧検出手段と、両ピーク電圧の差が所定値以上のとき低いピーク電圧の
方の酸素センサを故障と判定する故障判定手段と、前記両故障判定手段により、故障と判定されたときに、
故障と判定された酸素センサが属するグループの燃料噴
射量制御手段に対し、故障と判定された酸素センサに代
えて、他の酸素センサからの信号を入力するようにした
フェイルセイフ手段と、を設けてなることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置のフェイルセイフ装置。