(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の活性化温度以上である場合に、空燃比がリーンのときに低出力状態となるとともに、リッチのときに高出力状態となる空燃比センサと、この空燃比センサが活性化温度以上であるか否かを検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって空燃比センサが活性化温度未満であることが検出されたにも拘わらず、高出力状態であることが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断する故障診断手段とを備えたことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の空燃比センサの故障診断装置において、温度検出手段は、エンジンが停止後に再始動されるまでの停止時間を計測する停止時間計測手段からなり、上記停止時間が予め設定された基準時間よりも長い場合に、空燃比センサが活性化温度未満であると検出するように構成されたことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の空燃比センサの故障診断装置において、上記停止時間計測手段によって計測された停止時間が予め設定された基準時間よりも長い状態で、エンジン始動直後の未暖機期間内に、上記故障診断手段によって空燃比センサの故障を診断するように構成したことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の下流側に、空燃比センサが配設されたことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、エンジンの始動後に、所定時間が経過した時点で上記故障診断手段による空燃比センサの故障診断を行うように構成したことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、上記故障診断手段により、空燃比センサの出力電圧が基準電圧以上となった状態が所定時間に亘り継続したことが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断するように構成したことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に配設された空燃比センサに故障が発生したか否かを診断する空燃比センサの故障診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、特公平６−３１５８号公報に示すように、排気系に設けられた空燃比センサからの出力信号に基づいて燃料噴射量を決定する空燃比制御装置において、燃料噴射が停止されていることを検出する燃料噴射量検出手段と、上記空燃比センサから空燃比がリッチ状態であることを示すリッチ信号が一定時間以上出力されていることを検出するリッチ信号検出手段と、燃料噴射が停止されており、かつリッチ信号が一定時間以上に亘って出力されているときに空燃比センサが故障していると判断する故障検出手段とを備え、この故障検出手段によって空燃比センサのリッチ故障を検出することによって空燃比が大幅にリーン状態となるのを未然に防止することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された従来技術では、燃料噴射が停止された状態で一定時間に亘り継続したにも拘わらず、空燃比センサから空燃比がリッチ状態であることを示すリッチ信号が一定時間以上に亘って出力されていることが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断するように構成されているため、この故障診断の実効性と精度とを同時に満足することができないという問題がある。
【０００４】
すなわち、エンジンの作動中に燃料噴射が停止される時間は比較的短い場合が多く、このような場合の故障診断の実効性を確保するために、燃料噴射の停止時間を判定するための基準時間を、例えば６秒程度の短い時間に設定した場合には、上記故障診断を実行する際に、燃料の噴射を停止する前に噴射された燃料の影響によって空燃比センサから空燃比がリッチ状態であることを示すリッチ信号が出力されることがあり、空燃比センサに故障が発生したと誤診断される可能性が高い。
【０００５】
特に、排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の下流側に、この排気ガス浄化触媒の劣化を検出するために配設された空燃比センサでは、上記排気ガス浄化触媒を通過する際に酸素が消費された排気ガスの酸素濃度を測定して、空燃比を検出するように構成されているので、上記燃料噴射の停止時間を判定するための基準時間を短くすると、排気ガス中の酸素が消費されることに起因して空燃比がリッチ状態であることを示すリッチ信号が出力される可能性が極めて高く、空燃比センサの誤診断が発生し易いという問題がある。
【０００６】
また、上記燃料噴射の停止時間を判定するための基準時間を充分に長く設定することにより、燃料噴射の停止前に噴射された燃料の影響や、排気ガス浄化触媒を通過する際に排気ガス中の酸素が消費されることによる影響を受けることなく空燃比を適正に検出できるように構成した場合には、空燃比センサの故障診断を実行する機会が著しく減少して、故障診断の実効性を確保することができなくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、故障診断の実効性を確保しつつ、その精度を向上させることができる空燃比センサの故障診断装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、所定の活性化温度以上である場合に、空燃比がリーンのときに低出力状態となるとともに、リッチのときに高出力状態となる空燃比センサと、この空燃比センサが活性化温度以上であるか否かを検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって空燃比センサが活性化温度未満であることが検出されたにも拘わらず、高出力状態であることが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断する故障診断手段とを備えたものである。
【０００９】
上記構成によれば、温度検出手段によって空燃比センサが活性化温度未満であることが検出され、この空燃比センサが低出力状態にあると考えられる状態で、高出力状態となったことが確認された場合には、上記空燃比センサが高出力側にスタックした故障が発生したことが上記故障診断手段において正確に診断されることになる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の空燃比センサの故障診断装置において、温度検出手段は、エンジンが停止後に再始動されるまでの停止時間を計測する停止時間計測手段からなり、上記停止時間が予め設定された基準時間よりも長い場合に、空燃比センサが活性化温度未満であると検出するように構成されたものである。
【００１１】
上記構成によれば、エンジンが停止後に再始動されるまでの停止時間が予め設定された基準時間よりも長いことが上記停止時間計測手段において確認された場合、つまりエンジンが冷間状態で始動された場合に、上記空燃比センサは活性化温度未満の状態にあると検出されて上記故障診断手段よる空燃比センサの故障診断が実行されることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、上記請求項２記載の空燃比センサの故障診断装置において、上記停止時間計測手段によって計測された停止時間が予め設定された基準時間よりも長い状態で、エンジン始動直後の未暖機期間内に、上記故障診断手段によって空燃比センサの故障を診断するように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、停止時間計測手段によって計測された停止時間が予め設定された基準時間よりも長い状態でエンジンが始動された後、所定時間以内に、上記故障診断手段によって空燃比センサの故障が診断されるため、エンジンの始動後に、上記空燃比センサが活性化温度に上昇する前に、上記故障診断手段による故障の診断が適正に実行されることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の下流側に、空燃比センサが配設されたものである。
【００１５】
上記構成によれば、排気通路に設けられた排気ガス浄化触媒の下流側に配設され、この排気ガス浄化触媒によって酸素が消費された排気ガスの酸素濃度を測定して、空燃比を検出する空燃比センサの故障が上記故障診断手段によって診断されることになる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項１〜４の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、エンジンの始動後に、所定時間が経過した時点で上記故障診断手段による空燃比センサの故障診断を行うように構成したものである。
【００１７】
上記構成によれば、エンジンの始動後に所定時間が経過してエンジンコントロールユニット等が安定した制御状態にあることが確認された時点で、上記故障診断手段による故障診断が実行されるため、上記エンジン始動時に発生するノイズに起因した誤診断の発生が防止され、上記空燃比センサの故障が正確に診断されることになる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜５の何れかに記載の空燃比センサの故障診断装置において、上記故障診断手段により、空燃比センサの出力電圧が基準電圧以上となった状態が所定時間に亘り継続したことが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断するように構成したものである。
【００１９】
上記構成によれば、空燃比センサが高出力側にスタックした故障が発生していないにも拘わらず、一時的に出力電圧が基準電圧以上となった場合に、故障が発生したと誤診断されることが効果的に防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る空燃比センサの故障診断装置を有するエンジンの概略構成を示している。このエンジンは、エンジン本体１と、吸気通路２と、排気通路３とを有している。上記吸気通路２には、その上流側から順に、エアクリーナ４と、エアフローメータ５と、スロットル弁６と、サージタンク８と、燃料噴射手段９とが設けられ、上記エアクリーナ４には、吸気温センサ２７が配設されている。
【００２１】
上記スロットル弁６の下流側に位置する吸気通路２、例えばサージタンク８には、排気通路３に連通する排気還流通路１０が接続され、この排気還流通路１０には、排気還流制御弁１１が設けられ、この排気還流通路１０と排気還流制御弁１１とによって排気還流制御装置７が構成されている。また、上記排気還流制御弁１１の設置部と、吸気通路２との間に配設された排気還流通路１０の下流部には、圧力センサ１２の設置部に連通する連通路１３が接続されている。
【００２２】
上記排気還流制御弁１１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４から出力される制御信号に応じて作動するアクチュエータと、このアクチュエータによって開閉駆動される弁体とを有し、この弁体が上記排気還流通路１０の全閉位置から全開位置に至る範囲に亘って駆動されることにより、エンジンの運転状態に対応して排気通路３から吸気通路２に還流される排気の還流量が制御されるようになっている。
【００２３】
一方、上記排気通路３には、三元触媒等からなる排気ガス浄化用触媒１５，１６が配設されるとともに、これらの排気ガス浄化用触媒１５，１６の上流側には、燃料フィードバック制御用の第１空燃比センサ１７が配設され、一方の排気ガス浄化用触媒１５の下流側で他方の排気ガス浄化用触媒１６の上流側には、触媒モニタ用の第２空燃比センサ１８が配設されている。
【００２４】
上記両空燃比センサ１７，１８は、所定の活性化温度以上である場合において、空燃比がリーンのときに低出力状態となるとともに、空燃比がリッチのときに高出力状態となることにより、理論空燃比に相当する酸素濃度で出力電圧が急変するように構成されたいわゆるλＯ2センサからなっている。
【００２５】
上記エンジンコントロールユニット１４には、図２に示すように、上流側の第１空燃比センサ１７から出力された空燃比の検出信号と、エンジン回転数を検出する回転数センサ１９およびエンジンの冷却水温を検出する水温センサ２０等から出力される検出信号とに基づいて空燃比を理論空燃比とするように燃料噴射量をフィードバック制御する制御信号を燃料噴射手段９に出力する燃料噴射量制御手段２１が設けられている。
【００２６】
さらに、上記エンジンコントロールユニット１４には劣化診断手段２３が設けられ、この劣化診断手段２３において、上記第１空燃比センサ１７から出力された空燃比の検出信号と、下流側の第２空燃比センサ１８から出力された空燃比の検出信号とが比較されることにより、排気ガス浄化触媒１５に劣化が生じか否かが診断され、必要に応じて劣化が生じたことを表示手段２２に表示させる制御信号が出力されるようになっている。
【００２７】
すなわち、空燃比のフィードバック制御中には、上記第１空燃比センサ１７の出力が頻繁に変化して理論空燃比付近が維持されようになっている。一方、上記第２空燃比センサ１８の出力は、排気ガス浄化触媒１５が正常であれば、Ｏ2ストレージ効果により略リッチ状態が維持され、排気ガス浄化触媒１５が劣化すると、第１空燃比センサ１７と同じように出力が変化することになるため、このような状況を調べることにより、排気ガス浄化触媒１５の劣化を診断することができる。
【００２８】
また、上記エンジンコントロールユニット１４には、イグニッションキースイッチの操作状態を検出するＩＧセンサ２４の検出信号に応じてエンジンが停止後に再始動されるまでの停止時間を計測する停止時間計測手段２５と、この停止時間計測手段２５および上記第２空燃比センサ１８等の出力信号に応じて、この第２空燃比センサ１８に故障が発生したか否かを診断する故障診断手段２６とが設けられている。
【００２９】
上記停止時間計測手段２５は、ＩＧセンサ２４の検出信号に応じてエンジンが停止状態となった時点から、イグニッションキースイッチが再操作されるまでの時間、つまりエンジンの停止時間を計測し、エンジンのスタート時点で、上記停止時間の計測値が予め設定された基準時間よりも長いことが確認された場合に、上記第２空燃比センサ１８が活性温度未満の状態にあると判断して、この検出信号を故障診断手段２６に出力するように構成されている。
【００３０】
そして、上記故障診断手段２６は、停止時間計測手段２５によって計測されたエンジンの停止時間が基準値未満であることが確認された場合、つまり上記第２空燃比センサ１８が活性温度未満の状態でエンジンがスタートしたことが確認された時点で、上記第２空燃比センサ１８の出力電圧が基準電圧以上であるか否かを判定することにより、この第２空燃比センサ１８に故障が発生したか否かを診断し、故障発生時に表示ランプまたはブザー等からなる警報手段２７を作動させる制御信号を出力するように構成されている。
【００３１】
上記構成の故障診断装置によって実行される制御動作を図３および図４に示すフローチャートに基づいて説明する。上記制御動作がスタートすると、まずステップＳ１において、イグニッションキースイッチがＯＮ状態からＯＦＦ状態になってエンジンが停止状態となったことが確認された時点で、エンジンの停止時間を計測する停止時間計測手段２５のカウント値ＳｏａｋＴを０にリセットする（ステップＳ２）。
【００３２】
上記イグニッションキースイッチがＯＦＦ状態からＯＮ状態になったか否かを判定し（ステップＳ３）、ＮＯと判定された場合には、上記停止時間計測手段２５のカウント値ＳｏａｋＴに１を加算して上記停止時間の計測を継続する（ステップＳ４）。そして、上記ステップＳ３でＹＥＳと判定された時点で、上記回転数センサ１９等からなる運転状態検出手段の検出信号を入力して運転状態を検出した後（ステップＳ５）、この検出信号に応じてエンジンが作動状態となった判定する（ステップＳ６）。
【００３３】
上記ステップＳ６でＹＥＳと判定されてエンジンが作動状態となったことが確認された時点で、上記停止時間計測手段２５のカウント値ＳｏａｋＴが、例えば６時間程度に設定された基準時間に対応する基準値Ｂよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ７）、ＮＯと判定された場合には、上記第２空燃比センサ１８の故障診断を実行する状態にないと判断して制御動作を終了する。
【００３４】
一方、上記ステップＳ７でＹＥＳと判定されてエンジンの停止時間が基準時間よりも長いことが確認された場合には、タイマーのカウント値に応じて所定時間が経過したか否かを判定する等により、制御状態が安定して第２空燃比センサ１８の故障診断条件が成立した状態にあるか否かを判定する（ステップＳ８）。上記タイマーにより計測される所定時間は、エンジンの始動後に、コントロールユニット１４の制御状態が充分に安定する時間以上であり、かつエンジンの始動直後で未暖機期間内となるように設定され、これによって第２空燃比センサ１８が活性化温度に上昇する前に上記故障診断が実行されるようになっている。
【００３５】
上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されて第２空燃比センサ１８の故障診断条件が成立したことが確認された時点で、上記第２空燃比センサ１８の出力電圧Ｖｏｒ２を入力した後（ステップＳ９）、この出力電圧Ｖｏｒ２が予め設定された基準電圧Ａよりも高いか否かを判定し（ステップＳ１０）、ＮＯと判定された場合には、上記第２空燃比センサ１８が正常であると判断して制御動作を終了する。
【００３６】
また、上記ステップＳ１０でＹＥＳと判定されて上記出力電圧Ｖｏｒ２が予め設定された基準電圧Ａよりも高いことが確認された場合には、この状態が予め設定された所定時間に亘って継続したか否かを判別するためのタイマーのカウント値Ｔを１だけインクリメントした後（ステップＳ１１）、このタイマーのカウント値Ｔが予め設定された基準時間に対応する値Ｃよりも大きいか否かを判定することにより、上記出力電圧Ｖｏｒが基準電圧Ａよりも高い状態が所定時間に亘って継続したか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【００３７】
そして、上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されて上記出力電圧Ｖｏｒが基準電圧Ａよりも高い状態が所定時間に亘って継続したことが確認された場合には、上記第２空燃比センサ１８に故障が発生したと診断して警報手段２７を作動させるための作動指令信号を出力した後（ステップＳ１３）、制御動作を終了する。
【００３８】
上記のように所定の活性化温度以上である場合に、空燃比がリーンのときに低出力状態となるとともに、リッチのときに高出力状態となる空燃比センサ１８と、この空燃比センサ１８が活性化温度以上であるか否かを検出する停止時間検出手段２５からなる温度検出手段と、この温度検出手段によって空燃比センサ１８が活性化温度未満であることが検出されたにも拘わらず、高出力状態であることが確認された場合に、上記空燃比センサ１８に故障が発生したと診断する故障診断手段２６とを設けたため、この故障診断手段２６による故障診断の実効性を確保しつつ、その精度を向上させることができる。
【００３９】
すなわち、エンジンの始動直後等において空燃比センサ１８が活性化温度未満の状態にある場合には、この空燃比センサ１８の出力電圧は、基準電圧以下となるはずあり、これに反して上記空燃比センサ１８が高出力状態であれば、この空燃比センサ１８が高出力側にスタックした故障が発生した考えられるため、これによって上記空燃比センサ１８の故障を診断することができる。
【００４０】
そして、上記故障診断手段２６による故障の診断は、エンジンの停止直後にエンジンを再始動する場合を除くエンジンの通常の始動時には、常に実行されるため、故障診断の実効性を確保することができるとともに、この故障診断時の以前に噴射された燃料の影響を受けて誤診断される等の問題を生じることなく、上記空燃比センサ１８の故障診断を正確に実行することができる。
【００４１】
また、上記実施形態では、停止時間計測手段２５によりエンジンが停止後に再始動されるまでの停止時間を計測し、この停止時間の計測値に基づいて上記空燃比センサ１８が活性化温度以上であるか否かを間接的に検出するように構成したため、上記空燃比センサ１８の設置部の温度を直接的に検出する温度検出手段を設けた場合に比べて、製造コストを安価に押さえることができるという利点がある。
【００４２】
また、上記実施形態では、停止時間計測手段２５によって計測された停止時間が予め設定された基準時間よりも長い状態で、エンジンの始動直後の未暖機期間内に、上記故障診断手段２６によって空燃比センサ１８の故障を診断するように構成したため、エンジンの始動後に上記空燃比センサ１８が活性化温度に上昇する前に、上記故障診断手段２６によって空燃比センサ１８が高出力状態であるか否かを判別することにより、この空燃比センサ１８に故障が発生したか否かを正確に診断することができる。
【００４３】
特に、上記実施形態では、排気通路３に設けられた排気ガス浄化触媒１５の下流側に配設され、この排気ガス浄化触媒１５によって酸素が消費された排気ガスの酸素濃度を測定することにより空燃比を検出する第２空燃比センサ１８の故障を、上記故障診断手段２６によって診断するように構成したため、上記排気ガス浄化触媒１５によって酸素が消費されることに起因する誤診断を生じることなく、上記第２空燃比センサ１８の故障を正確に診断することができる。
【００４４】
すなわち、上記排気ガス浄化触媒１５の上流側に配設された第１空燃比センサ１７では、空燃比のフィードバック制御中に出力変化が生じなくなったときに、これに基づいて故障を容易に診断することができる。これに対して、排気ガス浄化触媒１５の下流側に配設された触媒モニタ用の上記第２空燃比センサ１８では、空燃比のフィードバック制御中にリッチ状態であることを示す高出力状態が維持された場合でも、故障であるとは限られない。
【００４５】
したがって、上記のように停止時間検出手段２５によってエンジンの停止時間が長く第２空燃比センサ１８が活性化温度未満の状態にあることが確認された場合に、上記故障診断手段２６による第２空燃比センサ１８の故障診断を実行することにより、上記排気ガス浄化触媒１５を通過する際に酸素が消費されることに起因した誤診断等を生じることなく、上記第２空燃比センサ１８の故障を正確に診断することができる。
【００４６】
このように本発明に係る空燃比センサの故障診断装置は、排気通路３に設けられた排気ガス浄化触媒１５の下流側に配設され、この排気ガス浄化触媒１５によって排気ガス中の酸素が消費されることに起因して正確な故障診断を実行することが困難な触媒モニタ用の第２空燃比センサ１８に対して有効に使用されるものであるが、これに限定されることなく、上記排気ガス浄化装置１５の上流側に配設された燃料フィードバック制御用の第１空燃比センサ１７に故障が発生したか否かを診断する場合にも使用できることは勿論である。
【００４７】
また、上記実施形態では、エンジンの始動後に所定時間が経過してエンジンコントロールユニット１４等が安定した制御状態にあることが確認された時点で、上記故障診断手段２６による故障診断を実行するように構成したため、上記エンジン始動時に発生するノイズに起因した誤診断の発生を防止し、上記第２空燃比センサ１８の故障を正確に診断できるという利点がある。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、故障診断手段２６により、空燃比センサ１８の出力電圧が基準電圧以上となった状態が所定時間に亘り継続したことが確認された場合に、空燃比センサ１８に故障が発生したと診断するように構成したため、この故障診断時に、上記空燃比センサ１８が高出力側にスタックした故障が発生していないにも拘わらず、一時的に出力電圧が基準電圧以上となった場合に、故障が発生したと誤診断されるのを防止できるという利点がある。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、所定の活性化温度以上である場合に、空燃比がリーンのときに低出力状態となるとともに、リッチのときに高出力状態となる空燃比センサと、この空燃比センサが活性化温度以上であるか否かを検出する温度検出手段と、この温度検出手段によって空燃比センサが活性化温度未満であることが検出されたにも拘わらず、高出力状態であることが確認された場合に、空燃比センサに故障が発生したと診断する故障診断手段とを設けたため、故障診断手段による故障診断の実効性を確保しつつ、その精度を向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る空燃比センサの故障診断装置を備えたエンジンの概略図である。
【図２】本発明に係る空燃比センサの故障診断装置の実施形態を示すブロック図である。
【図３】図２に示す故障診断装置による故障診断時の制御動作の前半部を示すフローチャートである。
【図４】上記故障診断時の制御動作の後半部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１５  排気ガス浄化触媒
１８  空燃比センサ
２５  停止時間測定手段（温度検出手段）
２６  故障診断手段
【図１】
0004089088.tif 000002
【図２】
0004089088.tif 000003
【図３】
0004089088.tif 000004
【図４】
0004089088.tif 000005