(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系の触媒上流に２次エアを供給可能な２次エア供給系を備えるとともに、前記触媒上流で２次エア供給通路の接続位置下流にセラミック系センサ素子により構成され素子加熱用ヒータが付設された酸素濃度センサを備えたエンジンの制御装置であって、前記酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態を検出するセンサ活性化検出手段と、前記酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態で触媒上流に２次エアを供給するよう前記２次エア供給系を制御する２次エア供給制御手段と、前記酸素濃度センサの素子温度が一旦活性温度に達した後で前記２次エア供給制御手段による制御に先駆けて予備的にエアを供給するよう前記２次エア供給系を制御するプリエア供給制御手段と、前記酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達し前記プリエア供給制御手段による制御によって予備的にエアを供給する前に前記酸素濃度センサの素子温度を活性温度より低い所定の温度まで下げ、予備的にエアを供給した後で、前記酸素濃度センサの素子温度を活性温度まで上昇させるよう前記ヒータへの通電を制御する素子温度制御手段を設けたことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
２次エア供給により変化するパラーメータによって２次エア供給系の故障を診断する２次エア故障診断手段を備え、前記２次エア供給制御手段が該２次エア故障診断手段の一部を構成する請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
始動直後に触媒活性用の２次エアを供給するよう前記２次エア供給系を制御する触媒活性用２次エア制御手段を備えた請求項１または２記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記素子温度制御手段は前記酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態および活性温度より低い前記所定の温度まで下がった状態を該酸素濃度センサの出力に基づいて判定するものであり、前記プリエア供給制御手段は前記素子温度が前記所定の温度まで下がった後で予備的にエアを供給するよう前記２次エア供給系を制御するものである請求項１，２または３記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はセラミック系センサ素子を用いた酸素濃度センサを排気系に設けたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気系に酸素濃度センサ（Ｏ2センサ）を設けたエンジンにおいては、酸素濃度センサが通常の場合ジルコニア等のセラミック系センサ素子を用いたものであって、熱衝撃に弱いため、素子温度が急激に変化しないよう対策を講じたものが従来から知られている。例えば特開平４−３５９１４２号公報に記載されたものでは、セラミック系センサ素子は伝熱性に優れているため運転停止時に温度低下が速くて雰囲気中の水分が付着し易く、その付着した水分が運転再開時に蒸発することにより熱が奪われて素子温度が急低下し熱衝撃で素子割れが発生するということから、イグニッションスイッチがオフされたときに所定時間だけヒータに通電して素子を加熱することにより素子温度の急激な低下を抑止し、以て、雰囲気中の水分が素子表面に付着するのを抑止することを狙っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
始動直後に触媒の活性化を速めるため排気系の触媒上流に２次エアを供給する２次エア供給系を設けたエンジンでは、２次エア供給系にエア漏れやエアポンプ作動不良が発生していないか否かの故障診断を行う必要がある。そこで、例えば、触媒上流で２次エア供給通路接続位置の下流に素子加熱用ヒータが付設された酸素濃度センサを設け、触媒活性化のための２次エア供給が終了して低負荷安定走行に入った時に２次エアを供給し、その時の酸素濃度センサの出力変化によって２次エア供給系の故障を診断するようにしたものが提案されている。ところが、このように触媒上流で２次エア供給通路接続位置の下流に酸素濃度センサを設けて２次エア供給系の故障診断を行うようにした場合に、この故障診断は触媒活性化のための２次エア供給が終了し、かつ、酸度濃度センサが活性化した後で行うもので、その際、２次エア供給系の２次エア供給通路，開閉弁（ＡＣＶ：エアカットバルブ），２次エアポンプ等には排気ガス中の水分が凝縮水となって滞留していて、その凝縮水が２次エアと共に一気に放出されるため、活性温度にある高温のセンサ素子が被水することによって素子割れが発生する。
【０００４】
本発明は、エンジンの排気系において２次エアの供給により高温の酸素濃度センサが被水して素子割れが発生するのを防止することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気系の触媒上流に２次エアを供給可能な２次エア供給系を備えるとともに、前記触媒上流で２次エア供給通路の接続位置下流にセラミック系センサ素子により構成され素子加熱用ヒータが付設された酸素濃度センサを備えたエンジンの制御装置に係るものであって、酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態を検出するセンサ活性化検出手段と、酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態で触媒上流に２次エアを供給するよう２次エア供給系を制御する２次エア供給制御手段と、酸素濃度センサの素子温度が一旦活性温度に達した後で２次エア供給制御手段による制御に先駆けて予備的にエアを供給するよう２次エア供給系を制御するプリエア供給制御手段と、酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達しプリエア供給制御手段による制御によって予備的にエアを供給する前に酸素濃度センサの素子温度を活性温度より低い所定の温度まで下げ、予備的にエアを供給した後で、酸素濃度センサの素子温度を活性温度まで上昇させるようヒータへの通電を制御する素子温度制御手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
本発明のエンジンの制御装置、例えば、２次エア供給により変化するパラーメータによって２次エア供給系の故障を診断する２次エア故障診断手段を備えたエンジンに適用することができ、その場合、２次エア供給制御手段が２次エア故障診断手段の一部となる。
【０００７】
本発明のエンジンの制御装置において、２次エア供給系は、例えば、触媒活性用２次エア制御手段により始動直後に触媒活性用の２次エアを供給するよう制御するものであってよい。
【０００８】
本発明のエンジンの制御装置は、好ましくは、素子温度制御手段を酸素濃度センサの素子温度が活性温度より低い所定の温度まで下がった状態を該酸素濃度センサの出力に基づいて判定するものとし、プリエア供給制御手段を素子温度が所定の温度まで下がった後で予備的にエアを供給するよう２次エア供給系を制御するものとする。
【０００９】
図１は本発明の上記構成を示す全体構成図である。
【００１０】
【作用】
本発明のエンジンの制御装置によれば、２次エア供給系は例えばエンジンの始動直後に触媒活性のための２次エアを排気系の触媒上流に供給するよう制御される。そして、その後、排気系の触媒上流で２次エア供給通路の接続位置下流に設けられた酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達したことが例えばセンサ出力によって判定された状態で例えば最初の低負荷安定走行に入ると、例えば２次エア供給系の故障診断のため２次エア供給系が制御されて２次エアが供給される。この２次エア供給系の故障診断は、２次エア供給により変化する酸素濃度センサ出力等のパラメータによって行うものである。そして、その酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態で故障診断等のための２次エア供給を行うに際しては、２次エア供給系に溜まっている凝縮水を予め排出するよう予備的にエアが供給される。また、この凝縮水排出のために予備的にエアを供給する前に酸素濃度センサの素子温度が活性温度より低い所定の温度まで下げられ、それによって被水によるセンサの素子割れが抑止される。そして、予備的なエアの供給によって凝縮水が排出された後、酸素濃度センサの素子温度が再び活性温度まで高められ、活性温度に達した状態で故障診断が実行される。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図２は本発明の一実施例の全体図である。図において、１はシリンダブロック２，シリンダヘッド３等からなるエンジン本体を示し、４は吸気系、５は排気系を示す。また、６は２次エア供給系を示す。
【００１２】
吸気系４は、シリンダヘッド３に連結された吸気マニホールド７と、その上流に接続する吸気管８と、吸気管８の入口に連結されたエアクリーナ９とで構成されている。
【００１３】
一方、排気系５は、吸気マニホールド７に対向する側でシリンダヘッド３に連結された排気マニホールド１０と、その下流に接続する排気管１１と、排気管１１の下流側に設けられた触媒１２とで構成されている。
【００１４】
また、２次エア供給系６は、一端がエアクリーナ９に開口し他端が触媒１２の直上流において排気管１１に開口するよう設けられた２次エア供給通路１３と、２次エア供給通路１３の途中に設けられたエアポンプ１４と、２次エア供給通路１３の排気管１１との接続部近傍に設けられたチェックバルブ（ワンウエイバルブ）１５と、エアポンプ１４とチェックバルブ１５との間で２次エア供給通路１３を開閉するよう設けられたＡＣＶ（エアカットバルブ）１６とで構成されている。
【００１５】
また、排気管１１には、排気マニホールド１０との接続部近傍に第１のＯ2センサ１７が設けられ、触媒１２との接続部近傍で２次エア供給通路１３の接続位置下流に第２のＯ2センサ１８が設けられ、触媒１２の下流に第３のＯ2センサ１９が設けられている。これらＯ2センサ１７，１８，１９は，ジルコニア等のセラミック系センサ素子を用い排気中の酸素濃度に感応して理論空燃比を境に出力値が急変するようにしたもので、そのうち、排気マニホールド１０との接続部近傍に設けられた第１のＯ2センサ１７は、空燃比フィードバック制御に用いられるものである。また、触媒１２と２次エア供給通路１３の接続位置との間に設けられた第２のＯ2センサ１８は、２次エア故障診断に用いられるものであって、素子加熱用ヒータが付設されている。また、触媒１２の下流の第３のＯ2センサ１９は、主として触媒１２の劣化検出に用いられる。
【００１６】
２次エア供給系６は、本来は始動直後の触媒１２の活性化を促進するために２次エアを供給するためのものである。そして、２次エア供給系６が触媒活性化のための本来の２次エア供給を行っていないときに、２次エア供給系を開通させて２次エアを供給し、そのときの第２のＯ2センサ１８の出力値を基に２次エア供給系の故障診断を行う。この２次エア故障診断は、始動後、第２のＯ2センサ１８の素子温度が活性温度に達した状態で最初の低負荷安定走行に入ったときに行うものである。また、２次エア故障診断は、次の前処理を行った後で実行する。すなわち、故障診断の実行条件が成立すると、まず、第２のＯ2センサ１８の素子温度を被水による素子割れを抑止できる温度（例えば３５０゜Ｃ）まで下げ、その状態で２次エア供給系６に溜まっている凝縮水を放出するための予備的なエア供給を行い、次いで、素子温度を再び活性温度まで上昇させ、然る後、故障診断のための２次エア供給を実行する。ここで、素子温度が活性温度に達した状態および素子温度が活性温度より低い例えば３５０゜Ｃまで下がった状態は、第２のＯ2センサ１８の出力により判定する。また、この判定は、ヒータをオンあるいはオフした後の時間の経過によって判定することも可能である。
【００１７】
図３は、この実施例における２次エア故障診断およびその前処理を示すタイムチャートである。２次エア故障診断は上述のように始動後で第２のＯ2センサ１８の素子温度が活性温度に達し最初の低負荷安定走行の状態であるときに行うものであって、そのような状態になると判定条件（ＯＢＤII２次エア故障診断条件）がＯＦＦからＯＮになる。そして、第２のＯ2センサ１８の素子加熱用ヒータは、イグニッションがオンになると同時にオンとなって加熱を開始し、ＯＢＤII判定条件がオフからオンになると同時にオンからオフに変わる。そして、ヒータがオフになっている間に第２のＯ2センサ１８の素子温度は徐々に下がり、素子温度が所定温度（例えば３５０゜Ｃ）まで下がった時に短時間２次エアを供給して２次エア供給系６から凝縮水を放出する。そして、ヒータをオンに戻して第２のＯ2センサ１８の素子温度を上昇させ、第２のＯ2センサ１８の素子温度が活性温度に達したところで正規の２次エア故障診断を実行する。
【００１８】
図４および図５はこの実施例における２次エア故障診断およびその前処理のメインルーチンおよびサブルーチンを示すフローチャートである。
【００１９】
まず、図４のメインルーチンはＳ１〜Ｓ７のステップからなり、スタートすると、ステップＳ１で、始動後で第２のＯ2センサ１８の素子温度が活性温度に達し最初の低負荷安定走行の状態であるというＯＢＤII２次エア故障診断条件が成立しているか否かを判定する。そして、成立していなければ元へ戻り、成立したときにステップＳ２へ進む。
【００２０】
ステップＳ１の判定でＯＢＤII２次エア故障診断条件が成立したときは、ステップＳ２で第２のＯ2センサのヒータをオフにする。そして、ステップＳ３で素子温度が被水ＯＫレベルまで下がったか否かを見て、被水ＯＫレベルまで下がっていないときはステップＳ２へ戻ってヒータオフを続け、素子温度が被水ＯＫレベルまで下がれば、ステップＳ４へ進む。
【００２１】
ステップＳ３の判定で素子温度が被水ＯＫレベルまで下がったというときは、ステップＳ４で２次エアポンプをオンにするとともにＡＣＶを開いて短時間２次エアを供給し、凝縮水を放出する。そして、その後ステップＳ５でヒータを再びオンにし、次いで、ステップＳ６で素子温度が活性温度まで上昇したか否かを見て、活性温度に達していなければステップＳ５へ戻ってヒータオンを続け、素子温度が活性温度に達したというときはステップＳ７へ進んで図５のルーチンにより２次エア故障診断を実行する。
【００２２】
図５に示す２次エア故障診断のルーチンはＳ１１〜Ｓ２０のステップからなり、スタートすると、ステップＳ１１でＯ2センサ（第２のＯ2センサ１８）が活性化しているか否かを判定し、このＯ2センサが活性化していなければ、そのままこのルーチンを終了する。また、Ｏ2センサが活性化していると判定したときはステップＳ１２へ進む。
【００２３】
ステップＳ１２では、ＯＢＤII２次エア故障診断条件である低負荷安定走行に相当する運転領域（故障診断実行ゾーン）であるか否かを判定する。この運転領域には、例えば、車速が０（ゼロ）でアイドルスピードコントロールが行われている状態が含まれる。
【００２４】
ステップＳ１２で故障診断実行ゾーンでないと判定したときはルーチンを終了する。また、故障診断実行ゾーンであると判定したときは、ステップＳ１３で２次エア供給を行い、次いで、ステップＳ１４で故障診断実行ゾーンであるか否かを見て、故障診断実行ゾーンでなければそのままルーチンを終了する。そして、故障診断実行ゾーンであれば、ステップＳ１５で、２次エアを供給したことによりＯ2センサの出力がリーン側に変わったか否かを見て、２次エアが供給されたにもかかわらずそのようなリーン出力にならないということであれば、ステップＳ１６で故障判定を出す。
【００２５】
また、ステップ１５でＯ2センサの出力がリーン出力に変わったというときは、ステップＳ１７で２次エアの供給を停止し、次いで、ステップＳ１８で故障診断実行ゾーンであるか否かを見て、故障診断実行ゾーンでなければそのままルーチンを終了する。そして、故障診断実行ゾーンであれば、ステップＳ１９でＯ2センサの出力がリッチ側に戻ったか否かを見て、リッチ出力に戻らないときはステップＳ１６へ進んで故障判定を出す。
【００２６】
また、ステップＳ１３で２次エアを供給したことによりステップ１５でＯ2センサの出力がリーン出力に変わったことが確認でき、また、ステップ１７で２次エア供給を停止したことによりステップＳ１９でＯ2センサの出力がリッチ側に戻ったことが確認できたときは、ステップＳ２０で正常判定を出す。
【００２７】
なお、上記実施例においては空燃比フィードバック制御のためのＯ2センサ（第１のＯ2センサ１７）を排気マニホールド１０との接続部近傍に設け、それとは別に２次エア故障診断のためのＯ2センサ（第２のＯ2センサ１９）を設けたものを説明したが、空燃比フィードバック制御のためのＯ2センサを触媒と２次エア供給通路の接続位置との間に設ける場合には、その空燃比フィードバック制御用のＯ2センサを２次エア故障診断用のセンサとして利用することも可能である。
【００２８】
また、上記実施例においては、２次エア供給系が触媒活性化のために２次エアを供給するものであり、その触媒活性化のための２次エア供給が終了した後、Ｏ2センサの素子温度が活性温度に達した状態で２次エア供給系の故障診断を行う場合について説明したが、Ｏ2センサの素子温度が活性温度に達した状態で２次エアを供給するケースには、他に例えば排気系の三元触媒を備えたエンジンにおいて触媒上流をλ＝１状態にするために２次エアを供給する場合などがあり、本発明はそのような場合にも適用できるものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、酸素濃度センサの素子温度が活性温度に達した状態で故障診断等のための２次エア供給を行う場合に、２次エア供給系に溜まっている凝縮水を予め排出するよう予備的にエアを供給し、その際、凝縮水排出のためのエア供給を行う前に酸素濃度センサの素子温度を被水による素子割れを抑止できる温度まで下げるようにすることにより、正規の２次エア供給時のセンサの素子割れを抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施例の全体図である。
【図３】本発明の一実施例における２次エア故障診断およびその前処理を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の一実施例における２次エア故障診断およびその前処理のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施例における２次エア故障診断のサブルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
５  排気系
６  ２次エア供給系
１２  触媒
１３  ２次エア供給通路
１４  エアポンプ
１５  チェックバルブ
１６  ＡＣＶ（エアカットバルブ）
１７  第１のＯ2センサ
１８  第２のＯ2センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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