JPH11352097A - 酸素濃度センサ異常判別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサの異
常が検出された場合にその運転中に酸素濃度センサが異
常であるか否かを確定することができる酸素濃度センサ
異常判別装置を提供する。 【解決手段】 空燃比フィードバック制御運転状態が検
出されなくなった後、リッチ運転領域での運転中に酸素
濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示しているこ
とが初めて検出された回数を計数手段が計数し、また、
空燃比フィードバック制御運転状態が検出されている場
合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリ
ーンの反転を示すとき計数手段の計数値が初期値に戻さ
れ、その計数値が所定値をより大きくなったとき酸素濃
度センサの異常が確定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃エンジンの排
気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの異常を
判別する酸素濃度センサ異常判別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンにおいては、供給混合気の
空燃比を理論空燃比等の目標空燃比に制御するために排
気系に酸素濃度センサを設け、その酸素濃度センサの出
力信号から実際にエンジンに供給された混合気の空燃比
を判別し、その判別結果に応じてエンジンに供給すべき
燃料量又は空気量を制御する空燃比フィードバック制御
が行われている。

【０００３】かかる空燃比フィードバック制御において
は、酸素濃度センサに異常が生じた場合には供給混合気
の空燃比を目標空燃比に正確に制御することができない
ので、酸素濃度センサの異常を判別することが重要であ
る。従来、酸素濃度センサの異常を判別するためには、
エンジンが高回転数域にあり、同時にスロットル弁が高
開度域にある空燃比がリッチと推定される運転状態とな
ったときに酸素濃度センサの出力信号から空燃比がリー
ンにあることが検出された場合にはそのことを記憶して
おき、エンジン運転停止後に、エンジンが再び運転され
たときに上記したリッチと推定される運転状態が得られ
たときに酸素濃度センサの出力信号から空燃比が同様に
リーンにあることが検出された場合には酸素濃度センサ
は異常であるという確定が行なわれていた。酸素濃度セ
ンサの異常を確定すると、フェールセーフ機能により空
燃比フィードバック制御に代わってオープンループでの
空燃比制御が実行される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
酸素濃度センサ異常判別では、エンジンを始動させてか
らその運転を停止するまでに酸素濃度センサが異常であ
ることを確定することができないので、実際に酸素濃度
センサが異常であっても次のエンジン始動後でなければ
異常の確定ができないという問題点があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、内燃エンジンの
運転中に酸素濃度センサの異常が検出された場合にその
運転中に酸素濃度センサが異常であるか否かを確定する
ことができる酸素濃度センサ異常判別装置を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の酸素濃度センサ
異常判別装置は、内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度
を検出する酸素濃度センサの異常を判別する酸素濃度セ
ンサ異常判別装置であって、内燃エンジンへの供給混合
気の空燃比がリッチを継続するリッチ運転領域にて内燃
エンジンが運転中にあることを検出する第１運転状態検
出手段と、リッチ運転領域での運転が検出されている場
合に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示し
ていることを検出するリーン空燃比検出手段と、リーン
空燃比検出手段の検出結果に基づいて酸素濃度センサの
異常を判別する異常判別手段と、を備え、異常判別手段
は、内燃エンジンが酸素濃度センサの出力信号に応じて
供給混合気の空燃比をフィードバック制御を行なうフィ
ードバック制御運転状態にあるか否かを検出する第２運
転状態検出手段と、第２運転状態検出手段によってフィ
ードバック制御運転状態が検出されなくなった後、リー
ン空燃比検出手段によって酸素濃度センサの出力信号が
空燃比のリーンを示していることの検出が初めてあった
回数を計数する計数手段と、第２運転状態検出手段によ
ってフィードバック制御運転状態が検出されている場合
に酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリー
ンの反転を示すとき計数手段の計数値を初期値に戻す手
段と、計数手段の計数値が所定値より大きくなったとき
酸素濃度センサの異常を確定する手段と、からなること
を特徴としている。

【０００７】かかる構成の本発明によれば、空燃比フィ
ードバック制御運転状態が検出されなくなった後、リッ
チ運転領域での運転中に酸素濃度センサの出力信号が空
燃比のリーンを示していることが初めて検出された回数
を計数手段が計数する。また、空燃比フィードバック制
御運転状態が検出されている場合に酸素濃度センサの出
力信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示すとき計
数手段の計数値が初期値に戻され、その計数値が所定値
をより大きくなったとき酸素濃度センサの異常が確定さ
れる。よって、リッチ運転領域での運転中に酸素濃度セ
ンサの出力信号が空燃比のリーンを示して酸素濃度セン
サの異常が検出されても、その後、空燃比フィードバッ
ク制御運転状態にて酸素濃度センサの出力信号が空燃比
のリッチ及びリーンの反転を示さないことを確認しなけ
れば、酸素濃度センサの異常を確定しないので、誤確定
を防止しつつ、内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサ
の異常が検出された場合にその運転中に酸素濃度センサ
が異常であるか否かを確定することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ詳細に説明する。図１は本発明による酸素濃度
センサの異常検出装置を適用した内燃エンジンのエンジ
ン制御システムを示している。エンジン制御システムに
おいては、クランク角センサ１は１組又は複数組の回転
体及び電磁ピックアップ（共に図示せず）からなり、回
転体の外周には磁性材からなる凸部がそれぞれ所定の角
度で設けられ、電磁ピックアップは回転体の外周近傍に
配置されている。エンジンのクランク軸（図示せず）の
回転に連動して回転体が回転し、回転体の凸部が電磁ピ
ックアップの近傍を通過する毎にそれぞれクランクパル
スが発生するようになっている。

【０００９】クランク角センサ１の出力にはＥＣＵ(Ele
ctric Control Unit：電子制御ユニット)５が接続され
ている。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ６、ＲＡＭ７，ＲＯＭ８、
カウンタ９，出力インターフェース回路１０及びＡ／Ｄ
変換器１２を備えている。カウンタ９はクランク角セン
サ１から出力されたクランクパルスによってリセットさ
れて図示しないクロック発生器から出力されたクロック
パルスを計数し、そのクロックパルス発生数を計数する
ことによりエンジン回転数Ｎｅを示す信号を発生する。
なお、ＣＰＵ６、ＲＡＭ７，ＲＯＭ８、カウンタ９，出
力インターフェース回路１０及びＡ／Ｄ変換器１２は共
にバスに共通接続されている。

【００１０】Ａ／Ｄ変換器１２はエンジン制御において
必要な吸気管内圧Ｐ_B、冷却水温Ｔｗ、スロットル弁開
度ＴＨ、排気ガス中の酸素濃度Ｏ₂等のエンジン運転パ
ラメータを検出する複数のセンサからのアナログ信号を
ディジタル信号に変換するために設けられている。吸気
管内圧Ｐ_Bはスロットル弁１１下流の吸気管３に設けら
れた吸気管内圧センサ１３によって検出される。冷却水
温Ｔｗは冷却水温センサ１４によって検出される。スロ
ットル弁開度ＴＨはスロットル開度センサ１５によって
検出される。更に、排気ガス中の酸素濃度Ｏ₂は排気管
４に設けられた酸素濃度センサ１６によって検出され
る。この酸素濃度センサ１６は理論空燃比を閾値として
リッチ側及びリーン側の空燃比で異なるレベルを発生す
る２値出力型の酸素濃度センサである。ＣＰＵ６はＲＯ
Ｍ８に予め書き込まれた燃料噴射制御ルーチンを実行
し、これらのエンジン運転パラメータ及び上記のエンジ
ン回転数Ｎｅを用いて燃料噴射時間Ｔoutを決定する。
燃料噴射時間Ｔoutは例えば、次の算出式を用いて算出
される。

【００１１】

【数１】 Ｔout＝Ｔｉ×Ｋ_O2×Ｋ_WOT×Ｋ_TW×Ｋ_TA＋Ｔ_ACC＋Ｔ_DEC ここで、Ｔｉはエンジン回転数Ｎｅと吸気管内圧力Ｐ_B
とに応じてＲＯＭ８からのデータマップ検索により決定
される空燃比基準制御値である基本燃料噴射時間であ
る。Ｋ_O2は空燃比フィードバック制御において算出され
た空燃比補正係数である。Ｋ_WOTはスロットル弁全開時
のような高負荷時の燃料増量補正係数、Ｋ_{T W}は冷却水温
Ｔ_Wに応じて設定される冷却水温補正係数、Ｋ_TAは吸気
温Ｔ_Aに応じて設定される吸気温補正係数、Ｔ_ACCはエン
ジン回転数Ｎｅの加速の程度に応じて設定される加速増
量値、Ｔ_DECはエンジン回転数Ｎｅの減速の程度に応じ
て設定される減速減量値である。補正係数Ｋ_WOT、
Ｋ_TW、Ｋ_TA、加速増量値Ｔ_ACC、減速減量値Ｔ_DECは、Ｒ
ＯＭ８からのデータマップ検索により決定される。この
ように決定された燃料噴射時間Ｔoutの時間だけの燃料
噴射を指令するためにインジェクタ駆動指令がＣＰＵ６
から発生される。

【００１２】出力インターフェース回路１０はＣＰＵ６
からのインジェクタ駆動指令に応じてインジェクタ１７
を駆動する。インジェクタ１７は内燃エンジンの吸気管
３の吸気ポート近傍に設けられ、駆動されたとき燃料を
噴射する。エンジン２の運転状態が空燃比フィードバッ
ク制御を行うべき運転領域にあるときには、供給された
混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ及びリーンのい
ずれであるかが酸素濃度センサ１６の出力レベルから判
別され、その判別結果に応じて空燃比補正係数Ｋ_O2が設
定され、設定された空燃比補正係数Ｋ_O2を用いて燃料噴
射時間Ｔoutが上記の算出式から算出される。その燃料
噴射時間Ｔoutだけエンジン２に燃料が噴射され、それ
がエンジン２内で燃焼し、燃焼結果としての排気ガスが
排気管４に排出され、酸素濃度センサ１６によって排気
ガス中の酸素濃度が検出される。この動作が繰り返され
ることにより、供給混合気の空燃比は理論空燃比にフィ
ードバック制御されるのである。

【００１３】一方、空燃比フィードバック制御を行うべ
き運転領域にない場合には酸素濃度センサ１６の出力レ
ベルに関係なく空燃比補正係数Ｋ_O2が１と設定されて燃
料噴射時間Ｔoutの算出に用いられる。これにより空燃
比フィードバック制御が停止され、空燃比はオープンル
ープ制御となる。空燃比フィードバック制御を行なうた
めには酸素濃度センサ１６が正常に動作している必要が
あるので、ＣＰＵ６は酸素濃度センサ１６についてのフ
ェールセーフ処理を次のように行なう。なお、このフェ
ールセーフ処理は例えば、クロックパルスによって定ま
る等間隔の時間毎に、或いは特定のクランクパルスに同
期して繰り返し実行される。

【００１４】フェールセーフ処理において、ＣＰＵ６は
図２に示すように、先ず、エンジン２の現在の運転状態
が空燃比フィードバック制御領域にあるか否かを判別す
る（ステップＳ１）。空燃比フィードバック制御領域は
図３に示すように、エンジン回転数Ｎｅとスロットル弁
開度ＴＨとから設定される領域である。すなわち、エン
ジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１以下で、かつスロット
ル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨ１以下の領域である。な
お、エンジン回転数Ｎｅはカウンタ９から得られ、スロ
ットル弁開度ＴＨはスロットル開度センサ１５の出力か
らＡ／Ｄ変換器１２を介して得られる。

【００１５】エンジン２の運転状態が空燃比フィードバ
ック制御領域にない場合には、酸素濃度センサ異常判別
許可フラグＦＯ２が許可を示す０に等しいか否かを判別
する（ステップＳ２）。ＦＯ２＝０ならば、エンジン２
の現在の運転状態が酸素濃度センサ１６の異常を判別す
るリッチ運転領域にあるか否かを判別する（ステップＳ
３）。リッチ運転領域は供給混合気の空燃比がリッチを
継続するような運転領域であり、図３に示すように、エ
ンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ２以上となり、かつス
ロットル弁開度ＴＨが所定開度ＴＨ２以上となる領域で
ある。エンジン２の現在の運転状態がリッチ運転領域に
ある場合には、酸素濃度センサ１６の出力レベルが空燃
比のリーンを示す低レベルであるか否かを判別する（ス
テップＳ４）。

【００１６】リッチ運転領域では供給混合気の空燃比は
理論空燃比よりリッチになるべきであるので、酸素濃度
センサ１６の出力レベルが空燃比のリーンを示すなら
ば、酸素濃度センサ１６は正常ではなく異常状態であ
る。酸素濃度センサ１６の出力レベルが空燃比のリーン
を示すときには、異常確定カウンタの計数値ＣＯＵＮＴ
を１だけアップ計数させる（ステップＳ５）。そして、
異常確定カウンタの計数値ＣＯＵＮＴが所定値（例え
ば、２）より大であるか否かを判別する（ステップＳ
６）。ＣＯＵＮＴ＞所定値ならば、酸素濃度センサ１６
は異常であることを確定する（ステップＳ７）。一方、
ＣＯＵＮＴ≦所定値ならば、酸素濃度センサ異常判別許
可フラグＦＯ２をセットして１に等しくさせる（ステッ
プＳ８）。ここで、ＦＯ２＝１と設定されたことによ
り、次の本フェールセーフ処理の実行時にステップＳ１
で空燃比フィードバック制御領域以外と判別されたため
にステップＳ２に進んでもステップＳ３以降のステップ
は実行されないので、酸素濃度センサ１６の異常が確定
することない。

【００１７】ステップＳ１において、エンジン２の現在
の運転状態が空燃比フィードバック制御領域にあると判
別した場合には、酸素濃度センサ異常判別許可フラグＦ
Ｏ２をリセットして０に等しくさせる（ステップＳ
９）。空燃比フィードバック制御領域にあるということ
は空燃比フィードバック制御が行なわれ、エンジン２に
供給される混合気の空燃比は理論空燃比を中心にして小
幅でリーン及びリッチを繰り返すように微小変動するの
で、酸素濃度センサ１６は正常であればその出力レベル
は反転を繰り返す。よって、ＣＰＵ６はステップＳ９の
実行後、酸素濃度センサ１６の出力レベルは反転したか
否かを判別する（ステップＳ１０）。この判別において
は、例えば、空燃比フィードバック制御領域にあること
が継続している状態で、酸素濃度センサ１６の出力レベ
ルを読み取り、前回の出力レベルと比較することが行な
われる。酸素濃度センサ１６の出力レベルが反転したな
らば、酸素濃度センサ１６は正常であるので、異常確定
カウンタの計数値ＣＯＵＮＴをリセットして０（初期
値）に等しくさせる（ステップＳ１１）。酸素濃度セン
サ１６の出力レベルが反転しないならば、酸素濃度セン
サ１６が正常であるとは確定できないので、異常確定カ
ウンタＣＯＵＮＴの計数値をそのまま維持する。

【００１８】ステップＳ１０の酸素濃度センサ１６の出
力レベルの反転判別については所定回数（例えば、３
回）の反転が行われたことを検出したときに酸素濃度セ
ンサ１６の出力レベルは反転したと断定してステップＳ
１１に進むようにしても良い。例えば、エンジン２が始
動後、高回転数及び高スロットル開度となったためにリ
ッチ運転領域にて運転されているときに、酸素濃度セン
サ１６の出力レベルから判別される空燃比がリーンであ
るならば、ステップＳ５にて異常確定カウンタの計数値
ＣＯＵＮＴは１となる。ＣＯＵＮＴ＝１のため計数値Ｃ
ＯＵＮＴが所定値以下である場合にはステップＳ８にて
酸素濃度センサ異常判別許可フラグＦＯ２はセットされ
る。このセットはリッチ運転領域での運転が継続して酸
素濃度センサ１６の出力レベルから判別される空燃比が
リーンのままでも更なる酸素濃度センサ１６の異常判別
を禁止することを意味する。

【００１９】その後、エンジン２が空燃比フィードバッ
ク制御領域にて運転されると、ステップＳ９にて酸素濃
度センサ異常判別許可フラグＦＯ２はリセットされる。
このリセットはリッチ運転領域での運転が再び行なわれ
たならば、酸素濃度センサ１６の異常判別を許可するこ
とを意味する。更に、空燃比フィードバック制御領域で
の運転中に酸素濃度センサ１６の出力レベルが反転した
ならば、酸素濃度センサ１６は正常であるとしてステッ
プＳ１１にて異常確定カウンタの計数値ＣＯＵＮＴがク
リアされる。

【００２０】しかしながら、ステップＳ１０にて酸素濃
度センサ１６の出力レベルの反転が判別されず、その
後、エンジン２がリッチ運転領域にて再び運転され、酸
素濃度センサ１６の出力レベルから判別される空燃比が
リーンであるならば、ステップＳ５にて異常確定カウン
タの計数値ＣＯＵＮＴは更に１だけ増加する。このよう
な動作を繰り返したことにより、異常確定カウンタの計
数値ＣＯＵＮＴが所定値を越えると、ステップＳ７で酸
素濃度センサ１６の異常が確定する。酸素濃度センサ１
６の異常の確定によって例えば、警報が発せられると共
に、その後の空燃比フィードバック制御が禁止され、空
燃比はオープンループ制御される。

【００２１】なお、上記した実施例においては、空燃比
フィードバック制御領域及びリッチ運転領域の各々をエ
ンジン回転数及びスロットル弁開度によって検出してい
るが、これに限定されない。吸気管内圧、吸入空気量、
冷却水温等の他のエンジンパラメータを用いて空燃比フ
ィードバック制御領域及びリッチ運転領域を各々判別し
ても良い。

【００２２】また、上記した実施例においては、酸素濃
度センサとして理論空燃比を閾値としてレベル反転する
２値出力型のセンサを用いているが、酸素濃度、すなわ
ち空燃比に比例して出力レベルが変化する比例出力型の
酸素濃度センサを用いても良い。更に、上記した実施例
において、異常確定カウンタはフェールセーフ処理のプ
ログラム上にて形成されているが、ハード的なカウンタ
を用いても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、リッチ運
転領域での運転中に酸素濃度センサの出力信号が空燃比
のリーンを示して酸素濃度センサの異常が検出されて
も、その後、空燃比フィードバック制御運転状態にて酸
素濃度センサの出力信号が空燃比のリッチ及びリーンの
反転を示さないことを確認しなければ、酸素濃度センサ
の異常の確定動作を行なわないので、誤確定を防止しつ
つ、内燃エンジンの運転中に酸素濃度センサの異常が検
出された場合にその運転中に酸素濃度センサが異常であ
るか否かを確定することができる。また、次のエンジン
運転時まで酸素濃度センサの異常が検出されたことを記
憶しておく必要はないので、装置の構成も簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図２】フェールセーフ処理ルーチンを示すフローチャ
ートである。

【図３】空燃比フィードバック制御領域及びリッチ運転
領域を示す図である。

【符号の説明】

１ クランク角センサ ２ エンジン ３ 吸気管 ４ 排気管 ５ ＥＣＵ １５ スロットル開度センサ １６ 酸素濃度センサ

フロントページの続き (72)発明者 町田 健一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社 本田技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃エンジンの排気ガス中の酸素濃度を
   検出する酸素濃度センサの異常を判別する酸素濃度セン
   サ異常判別装置であって、 前記内燃エンジンへの供給混合気の空燃比がリッチを継
   続するリッチ運転領域にて前記内燃エンジンが運転中に
   あることを検出する第１運転状態検出手段と、 前記リッチ運転領域での運転が検出されている場合に前
   記酸素濃度センサの出力信号が空燃比のリーンを示して
   いることを検出するリーン空燃比検出手段と、 前記リーン空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記酸
   素濃度センサの異常を判別する異常判別手段と、を備
   え、 前記異常判別手段は、 前記内燃エンジンが前記酸素濃度センサの出力信号に応
   じて供給混合気の空燃比をフィードバック制御を行なう
   フィードバック制御運転状態にあるか否かを検出する第
   ２運転状態検出手段と、 前記第２運転状態検出手段によってフィードバック制御
   運転状態が検出されなくなった後、前記リーン空燃比検
   出手段によって前記酸素濃度センサの出力信号が空燃比
   のリーンを示していることの検出が初めてあった回数を
   計数する計数手段と、 前記第２運転状態検出手段によってフィードバック制御
   運転状態が検出されている場合に酸素濃度センサの出力
   信号が空燃比のリッチ及びリーンの反転を示すとき前記
   計数手段の計数値を初期値に戻す手段と、 前記計数手段の計数値が所定値より大きくなったとき前
   記酸素濃度センサの異常を確定する手段と、からなるこ
   とを特徴とする酸素濃度センサ異常判別装置。