(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気が流れる排気通路と、
前記排気通路に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
素子を暖めるヒータを内蔵し、前記排気通路に設けられて排気の空燃比を検出するとともに素子温度が高くなるほどリッチ側出力が低出力となる酸素センサと、
を備えるエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置であって、
前記酸素センサの出力平均を算出する出力平均算出手段と、
前記酸素センサの出力平均が所定値よりも高くなったときに、前記空燃比センサが本来の出力特性に対してリッチ側又はリーン側に出力特性がずれる故障であるシフト故障を起こしていると仮判定するシフト故障仮判定手段と、
前記空燃比センサがシフト故障を起こしていると仮判定したときに、前記酸素センサの素子温度が、その酸素センサのリッチ側出力が高出力となる所定の温度領域内に収まるように前記ヒータを制御するヒータ制御手段と、
前記空燃比センサがシフト故障を起こしているか否かを、前記空燃比センサ及び前記酸素センサで検出した空燃比の差に基づいて判定するシフト故障判定手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置。
【請求項２】
前記ヒータ制御手段は、高負荷運転領域ほど前記ヒータへの通電量を小さくすることで、前記酸素センサの素子温度が所定の温度領域内に収まるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置。
【請求項３】
前記ヒータ制御手段は、前記酸素センサの素子温度を検出する素子温検出手段によって検出した素子温度に基づいて、前記酸素センサの素子温度が所定の温度領域内に収まるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記酸素センサの出力に基づいて算出される空燃比がリッチになる値である
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンの空燃比センサのシフト故障診断装置は、空燃比センサの下流に酸素センサを設け、その酸素センサで検出した空燃比から空燃比センサのシフト状態を検出し、その積算量に基づいて空燃比センサのシフト故障を診断していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３４８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、酸素センサは、素子温度が高くなるとリッチ側出力が低下するという特性を有する。そのため、従来のエンジンの空燃比センサのシフト故障診断装置では、素子温度が高くなるような運転状態のもとでは、積算スピードが本来よりも遅くなり、空燃比センサのシフト故障を診断するまでに時間がかかるという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、空燃比センサのシフト故障を素早く診断することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００６】
本発明は、排気が流れる排気通路と、前記排気通路に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサと、素子を暖めるヒータを内蔵し、前記排気通路に設けられて排気の空燃比を検出するとともに素子温度が高くなるほどリッチ側出力が低出力となる酸素センサと、を備えるエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置であって、前記酸素センサの出力平均を算出する出力平均算出手段と、前記酸素センサの出力平均が所定値よりも高くなったときに、前記空燃比センサが本来の出力特性に対してリッチ側又はリーン側に出力特性がずれる故障であるシフト故障を起こしていると仮判定するシフト故障仮判定手段と、前記空燃比センサがシフト故障を起こしていると仮判定したときに、前記酸素センサの素子温度が、その酸素センサのリッチ側出力が高出力となる所定の温度領域内に収まるように前記ヒータを制御するヒータ制御手段と、前記空燃比センサがシフト故障を起こしているか否かを、前記空燃比センサ及び前記酸素センサで検出した空燃比の差に基づいて判定するシフト故障判定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
ここで、酸素センサは、素子温度が所定の温度領域にあるときの出力に基づいて空燃比を検出する。したがって、素子温度が所定の温度領域よりも高くなって、酸素センサのリッチ側の出力が低下すると、酸素センサによって検出される空燃比が実際よりもストイキ側の空燃比になってしまう。そうすると、空燃比センサで検出した空燃比と、酸素センサで検出した空燃比と、の差が小さくなってしまうので、空燃比センサのシフト故障を素早く判定できない。
【０００８】
本発明によれば、酸素センサの素子温度が、その酸素センサのリッチ側出力が高出力となる所定の温度領域内に収まるようにヒータを制御する。そのため、素子温度が高くなって酸素センサのリッチ側出力が低下するのを抑制できる。したがって、空燃比センサで検出した空燃比と、酸素センサで検出した空燃比と、の差が小さくならず、空燃比センサのシフト故障を素早く判定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態によるエンジンの空燃比センサシフト故障診断装置のシステム概略図である。
【００１１】
エンジンの空燃比センサ故障検出装置は、エンジン１と、排気通路２と、空燃比センサ３と、酸素センサ４と、三元触媒５と、コントローラ６と、を備える。
【００１２】
エンジン１は、車両の駆動力を発生する。
【００１３】
排気通路２は、エンジン１に接続される。排気通路２は、エンジン１から排出される排気が流れる通路である。
【００１４】
三元触媒５は、排気通路２に設けられる。三元触媒５は、ストイキでの運転時に、排気中の有害成分（炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯ、窒素酸化物ＮＯｘ）を同時に効率よく浄化する。
【００１５】
空燃比センサ３は、三元触媒５よりも上流の排気通路２に設けられる。空燃比センサ３は、三元触媒５の上流の排気の空燃比を検出する。
【００１６】
酸素センサ４は、三元触媒５よりも下流の排気通路２に設けられる。酸素センサ４は、ジルコニア固体電解質素子（以下「素子」という）を用いて、三元触媒５の下流の排気の空燃比を検出するセンサである。酸素センサ４によって空燃比を検出するためには、センサ自体が十分に暖まり、素子の温度が数百度まで上がっている必要がある。そのため、酸素センサ４は、素子を早期に活性化させるヒータを内蔵している。
【００１７】
コントローラ６は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００１８】
コントローラ６は、空燃比センサ３で検出した空燃比に基づいて、その空燃比がストイキになるように燃料噴射量をフィードバック制御する。
【００１９】
コントローラ６は、酸素センサ４で検出した空燃比に応じて、空燃比センサ３のシフト量（本体の出力特性からのずれ量）を学習し、空燃比センサ３のシフト故障（本来の出力特性に対してリッチ側又はリーン側に出力特性がずれること）を診断する。コントローラ６は、酸素センサ４のヒータをデューティ制御して、酸素センサ４を常に所定の温度領域に維持する。
【００２０】
図２は、酸素センサ４の出力と、空燃比と、の関係を示した図である。図２において、実線は酸素センサ４の素子が所定の温度領域にあるときの出力を示し、破線は素子の温度が所定の温度領域よりも高くなったときの出力を示す。
【００２１】
図２に示すように、酸素センサ４は、素子の温度が高くなると、リッチ側の出力が小さくなるという特性を有する。
【００２２】
しかしながら、コントローラ６は、酸素センサ４の素子が所定の温度領域にあるときの出力に基づいて、空燃比を検出する。そして、酸素センサ４によって検出した空燃比と、空燃比センサ３が検出した空燃比と、の差（以下「シフト量学習値」という）が故障判定閾値を超えたときに、空燃比センサ３がシフト故障していると判定する。
【００２３】
そのため、例えば実際の空燃比が、図２のＡ点であったとすると、素子温度が所定の温度領域にあるときは、酸素センサ４は図２のＰ点の出力値を出力する。一方で、素子温度が所定の温度領域より高くなったときは、図２のＱ点の出力値を出力する。
【００２４】
前述したように、コントローラ６は、酸素センサ４の素子が所定の温度領域にあるときの出力に基づいて空燃比を検出する。そのため、素子温度が所定の温度領域より高くなると、実際の空燃比はＡ点であるにもかかわらず、Ｂ点を実際の空燃比として検出してしまう。
【００２５】
そうすると、素子温度が所定の温度領域より高い場合には、シフト量学習値が小さくなるため、空燃比センサ３がシフト故障していると判定するまでに時間がかかる。
【００２６】
そこで、本実施形態では、空燃比センサ３がシフト故障したおそれがあるときには、運転状態に応じて酸素センサ４のヒータへの入力デューティ比（通電量）を可変制御する。これにより、酸素センサ４の素子温度を常に所定の温度領域に維持する。
【００２７】
図３は、空燃比センサ３のシフト故障診断制御について説明するフローチャートである。コントローラ６は、本ルーチンをエンジン１の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
【００２８】
ステップＳ１において、数演算周期分の酸素センサ４の出力平均を算出する。
【００２９】
ステップＳ２において、コントローラ６は、空燃比センサ３がシフト故障しているか否かの仮判定を実施する。具体的には、空燃比センサ３の検出値に基づいて空燃比がストイキになるように制御しているにもかかわらず、酸素センサ４によって検出した空燃比がリッチになっている状態が続いているか否かを判定する。つまり、酸素センサ４の出力平均が所定値よりも高くなっている否かを判定する。コントローラ６は、酸素センサ４の出力平均が所定値よりも高ければ空燃比センサ３が故障していると仮判定してステップＳ３に処理を移行し、そうでなければステップＳ６に処理を移行する。
【００３０】
ステップＳ３において、コントローラ６は、通常時ヒータ制御を実施する。具体的には、運転状態にかかわらず、予め定められたデューティ比（例えば３０％）をヒータへ入力する。
【００３１】
ステップＳ４において、コントローラ６は、故障時ヒータ制御を実施する。具体的には、運転状態に応じて、ヒータへ入力するデューティ比を変化させる。詳細については図４を参照して後述する。
【００３２】
ステップＳ５において、コントローラ６は、シフト量学習値が故障判定閾値を超えたか否かを判定する。コントローラ６は、シフト量学習値が故障判定閾値値を超えればステップＳ５に処理を移行し、超えていなければ今回の処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ６において、コントローラ６は、空燃比センサ３がシフト故障していると判定して、故障警告灯（ＭＩＬ：Malfunction Indicator Lamp）を点灯させる。
【００３４】
図４は、故障時ヒータ制御時にヒータへ入力するデューティ比を、運転状態に応じて設定したマップである。
【００３５】
図４に示すように、排気温度の低い低負荷領域に比べて、排気温度の高い高負荷運転領域ほどデューティ比を小さくする。これにより、運転状態にかかわらず、酸素センサ４の素子温度を所定の温度領域に維持することができる。
【００３６】
図５は、空燃比センサ３の故障診断制御の動作を示すタイムチャートである。以下の説明では、図３のフローチャートとの対応を明確にするため、フローチャートのステップ番号を併記して説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、故障時ヒータ制御を実施しなかったときの動作を、比較例として細線で示した。
【００３７】
時刻ｔ１で、酸素センサ４の出力平均が所定値よりも高くなると、コントローラ６は、空燃比センサ３がシフト故障していると仮判定し（図５（Ｄ）；Ｓ２でＹｅｓ）、故障時ヒータ制御を実施する（図５（Ｅ）；Ｓ４）。
【００３８】
これにより、運転状態にかかわらず、酸素センサ４の素子温度を常に所定の温度領域に維持することができ、故障時ヒータ制御を実施しない場合（細線）と比べて、酸素センサ４の出力値を大きくできる（図５（Ｄ））。その結果、酸素センサ４の出力値に基づいて算出される空燃比も、故障時ヒータ制御を実施しない場合と比べて、小さくなる（図５（Ｃ））。
【００３９】
これにより、シフト量学習値が大きくなり（図５（Ａ））、故障判定閾値に到達するまでの故障判定時間を短くすることができる。つまり、故障時ヒータ制御を実施しないときは時刻ｔ１から時刻ｔ４まで要していた故障判定時間を、故障時ヒータ制御を実施したときは時刻ｔ１から時刻ｔ３までに短縮できる（図５（Ｂ））。その結果、空燃比センサ３のシフト故障判定を素早く判定して故障警告灯を表示させることができる。
【００４０】
時刻ｔ２で、酸素センサ４の出力平均が所定値よりも低くなると（図５（Ｄ）；Ｓ２でＮｏ）、通常時ヒータ制御を実施する（図５（Ｅ）；Ｓ３）。
【００４１】
時刻ｔ３で、シフト量学習値が故障判定閾値を超えると（図５（Ａ）；Ｓ５でＹｅｓ）、コントローラ６は空燃比センサ３がシフト故障していると判定する（図５（Ｂ）；Ｓ６）。
【００４２】
以上説明した本実施形態によれば、空燃比センサ３がシフト故障しているおそれがあると仮判定したときは、酸素センサ４のヒータをデューティ制御して、酸素センサ４の素子温度を所定の温度領域に維持する。これにより、排気温度が高くなる高回転・高負荷運転状態のときでも、素子温度が所定の温度領域よりも高くなることを防止でき、酸素センサ４のリッチ側の出力を安定して高い値に維持できる。
【００４３】
その結果、酸素センサ４の出力値に基づいて算出される空燃比も小さくなる。これにより、シフト量学習値が大きくなるため、素早く故障判定閾値に到達させることができる。したがって、空燃比センサ３のシフト故障判定を素早く判定して故障警告灯を表示させることができる。
【００４４】
また、空燃比センサ３がシフト故障しているおそれがあると判定したときにのみ、デューティ比を変化させるので、酸素センサ４の検出値がストイキ近傍にあるときに不要なヒータ制御をして誤診断を引き起こしたり、制御値を発散させたりするのを防止できる。
【００４５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、故障時ヒータ制御時にヒータへ入力するデューティ比を、運転状態に応じたマップを参照して変更させていた。
【００４７】
しかしながら、これに限らず素子温計測センサによって検出した素子温度に基づいて、ヒータへ入力するデューティ比を変更してもよい。また、運転履歴や運転状態に応じて素子温度を推定し、その推定した素子温度に基づいて、ヒータへ入力するデューティ比を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態によるエンジンの空燃比センサ故障検出装置のシステム概略図である。
【図２】酸素センサの出力と、空燃比と、の関係を示した図である。
【図３】空燃比センサのシフト故障診断制御について説明するフローチャートである。
【図４】故障時ヒータ制御時にヒータへ入力するデューティ比を、運転状態に応じて設定したマップである。
【図５】空燃比センサの故障診断制御の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１    エンジン
２    排気通路
３    空燃比センサ
４    酸素センサ
Ｓ１    出力平均算出手段
Ｓ４    ヒータ制御手段
【図１】
0005136226.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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