(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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(Electric 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ＰB、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ＰB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ＲＯＭ８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×ＫO2×ＫWOT×ＫTW×ＫTA＋ＴACC＋ＴDEC
ここで、Ｔｉはエンジン回転数Ｎｅと吸気管内圧力ＰB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。ＫO2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。ＫWOT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、ＫTWは冷却水温ＴWに応じて設定される冷却水温補正係数、ＫTAは吸気温ＴAに応じて設定される吸気温補正係数、ＴACC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、ＴDEC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ＫWOT、ＫTW、ＫTA、加速増量値ＴACC、減速減量値ＴDECは、ＲＯＭ８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ＫO2が設定され、設定された空燃比補正係数ＫO2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ＫO2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Ｓ３）。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Ｓ６）。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ＦＯ２をリセットして０に等しくさせる（ステップＳ９）。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Ｓ１１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ＣＯＵＮＴ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１６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
【図１】
0003657776.tif 000002
【図２】
0003657776.tif 000003
【図３】
0003657776.tif 000004