JP2000179396A - 空燃比センサの活性診断装置 - Google Patents
空燃比センサの活性診断装置Info
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- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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Abstract
(57)【要約】
【課題】広域型空燃比センサの活性化を高精度に診断す
る。 【解決手段】外気温度に基づいて空燃比センサの基準活
性化時間Ｔｏを算出し（Ｓ１，Ｓ２) 、ヒーターの発熱
量に応じた短縮時間ＴＡと排気の発熱量に応じた短縮時
間ＴＢとをそれぞれ算出し（Ｓ３，Ｓ４) 、空燃比セン
サが機関の運転開始後、活性化されるまでの時間ＴをＴ
＝Ｔｏ−ＴＡ−ＴＢとして算出する（Ｓ５) 。
る。 【解決手段】外気温度に基づいて空燃比センサの基準活
性化時間Ｔｏを算出し（Ｓ１，Ｓ２) 、ヒーターの発熱
量に応じた短縮時間ＴＡと排気の発熱量に応じた短縮時
間ＴＢとをそれぞれ算出し（Ｓ３，Ｓ４) 、空燃比セン
サが機関の運転開始後、活性化されるまでの時間ＴをＴ
＝Ｔｏ−ＴＡ−ＴＢとして算出する（Ｓ５) 。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
フィードバック制御のために用いられる広域型の空燃比
センサの活性状態を診断する技術に関する。
フィードバック制御のために用いられる広域型の空燃比
センサの活性状態を診断する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、機関排気中の酸素濃度を酸素
センサで検出することによって機関吸入混合気の空燃比
を間接的に検出し、該酸素センサで検出される空燃比を
目標空燃比に近づけるように燃料供給量をフィードバッ
ク制御する空燃比フィードバック制御が知られている
（特開昭６０−２４０８４０号公報等参照) 。
センサで検出することによって機関吸入混合気の空燃比
を間接的に検出し、該酸素センサで検出される空燃比を
目標空燃比に近づけるように燃料供給量をフィードバッ
ク制御する空燃比フィードバック制御が知られている
（特開昭６０−２４０８４０号公報等参照) 。
【０００３】かかる空燃比フィードバック制御において
は、理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出できる酸
素センサを用いて、目標空燃比を理論空燃比とする制御
が従来から一般的に行われてきたが、近年の排気浄化性
能向上、燃費向上要求の高まりに対応して、理論空燃比
より極めて高い空燃比（例えば２０〜２４) を目標空燃
比とする希薄燃焼機関が開発されており、酸素センサと
しても広範囲な空燃比領域を検出できる広域型の空燃比
センサが用いられるようになってきている。
は、理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出できる酸
素センサを用いて、目標空燃比を理論空燃比とする制御
が従来から一般的に行われてきたが、近年の排気浄化性
能向上、燃費向上要求の高まりに対応して、理論空燃比
より極めて高い空燃比（例えば２０〜２４) を目標空燃
比とする希薄燃焼機関が開発されており、酸素センサと
しても広範囲な空燃比領域を検出できる広域型の空燃比
センサが用いられるようになってきている。
【０００４】ところで、かかる空燃比フィードバック制
御においては、従来は良好な制御精度を得るため、酸素
センサが良好な出力特性が得られるように活性化された
状態を判定した後、該出力値に基づく空燃比フィードバ
ック制御を開始していた。
御においては、従来は良好な制御精度を得るため、酸素
センサが良好な出力特性が得られるように活性化された
状態を判定した後、該出力値に基づく空燃比フィードバ
ック制御を開始していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記酸素センサの活性
判定は、理論空燃比に対してリッチ・リーンをオン・オ
フ的に検出する酸素センサの場合は、出力値（出力電
圧) がリッチ側の上限値に張りつくか又はリーン側の下
限値に張りつくことで判定できる。
判定は、理論空燃比に対してリッチ・リーンをオン・オ
フ的に検出する酸素センサの場合は、出力値（出力電
圧) がリッチ側の上限値に張りつくか又はリーン側の下
限値に張りつくことで判定できる。
【０００６】しかしながら、広範囲な空燃比領域を検出
できる前記広域型の空燃比センサの場合は、活性化され
た後その時の空燃比近傍（例えば理論空燃比近傍) に対
応した検出信号が出力され出力値の変動幅が小さいた
め、活性化前との判別が困難であった。このため、従来
は、機関の運転開始後、空燃比センサが確実に活性化さ
れたと判断される所定時間の経過を待って、空燃比フィ
ードバック制御に移行するようにしていた。しかし、こ
の方式では、最も活性化が遅れる運転条件に対応しても
空燃比センサが確実に活性化された状態が判定されるよ
うに、前記所定時間を相当余裕を持たせて大きめの値に
設定しているため、実際には既に活性化されていても、
空燃比フィードバック制御が開始されない期間が長引く
場合が多く、特に、排気浄化性能を促進させようとする
広域型の空燃比センサの使用目的と逆行するものであっ
た。
できる前記広域型の空燃比センサの場合は、活性化され
た後その時の空燃比近傍（例えば理論空燃比近傍) に対
応した検出信号が出力され出力値の変動幅が小さいた
め、活性化前との判別が困難であった。このため、従来
は、機関の運転開始後、空燃比センサが確実に活性化さ
れたと判断される所定時間の経過を待って、空燃比フィ
ードバック制御に移行するようにしていた。しかし、こ
の方式では、最も活性化が遅れる運転条件に対応しても
空燃比センサが確実に活性化された状態が判定されるよ
うに、前記所定時間を相当余裕を持たせて大きめの値に
設定しているため、実際には既に活性化されていても、
空燃比フィードバック制御が開始されない期間が長引く
場合が多く、特に、排気浄化性能を促進させようとする
広域型の空燃比センサの使用目的と逆行するものであっ
た。
【０００７】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、広域型空燃比センサの活性化状態を
精度良く診断できるようにし、以て空燃比フィードバッ
ク制御の開始を早めて排気浄化性能を促進できるように
した広域型空燃比センサの活性診断装置を提供すること
を目的とする。
てなされたもので、広域型空燃比センサの活性化状態を
精度良く診断できるようにし、以て空燃比フィードバッ
ク制御の開始を早めて排気浄化性能を促進できるように
した広域型空燃比センサの活性診断装置を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明は、図１に示すように、内燃機関の吸入混合気の
空燃比によって変化する排気中酸素濃度に感応して出力
値が変化する広域型の空燃比センサの活性状態を診断す
る装置において、前記空燃比センサに対する熱の授受に
基づいて機関の運転を開始してから空燃比センサが活性
化されるまでの活性化時間を推定する活性化時間推定手
段と、機関の運転開始後、前記活性化時間推定手段によ
って推定された活性化時間の経過後に該空燃比センサに
基づく空燃比フィードバック制御を開始させる空燃比フ
ィードバック制御開始手段と、を含んで構成したことを
特徴とする。
る発明は、図１に示すように、内燃機関の吸入混合気の
空燃比によって変化する排気中酸素濃度に感応して出力
値が変化する広域型の空燃比センサの活性状態を診断す
る装置において、前記空燃比センサに対する熱の授受に
基づいて機関の運転を開始してから空燃比センサが活性
化されるまでの活性化時間を推定する活性化時間推定手
段と、機関の運転開始後、前記活性化時間推定手段によ
って推定された活性化時間の経過後に該空燃比センサに
基づく空燃比フィードバック制御を開始させる空燃比フ
ィードバック制御開始手段と、を含んで構成したことを
特徴とする。
【０００９】請求項１に係る発明によると、活性化推定
手段は、空燃比センサに対する熱の授受に基づいて空燃
比センサの温度上昇特性を推定でき、これによって空燃
比センサが活性化するのに要する時間を推定でき、空燃
比フィードバック制御開始手段は、機関運転開始後、前
記推定された活性化時間の経過後に、空燃比センサに基
づく空燃比フィードバック制御を開始させる。これによ
り、空燃比フィードバック制御の開始を十分早めること
ができ、排気浄化性能を促進できる。
手段は、空燃比センサに対する熱の授受に基づいて空燃
比センサの温度上昇特性を推定でき、これによって空燃
比センサが活性化するのに要する時間を推定でき、空燃
比フィードバック制御開始手段は、機関運転開始後、前
記推定された活性化時間の経過後に、空燃比センサに基
づく空燃比フィードバック制御を開始させる。これによ
り、空燃比フィードバック制御の開始を十分早めること
ができ、排気浄化性能を促進できる。
【００１０】また、請求項２に係る発明は、前記活性化
時間推定手段は、機関温度と、空燃比センサに内蔵され
たヒーターの発熱量と、排気の熱量との中、少なくとも
２つに基づいて前記活性化時間を推定することを特徴と
する。
時間推定手段は、機関温度と、空燃比センサに内蔵され
たヒーターの発熱量と、排気の熱量との中、少なくとも
２つに基づいて前記活性化時間を推定することを特徴と
する。
【００１１】請求項２に係る発明によると、外気温度や
機関冷却水温度などの機関温度は、空燃比センサからの
放熱量に関与し、ヒーターの発熱量，排気の熱量は空燃
比センサへの供給熱量に関与するので、これらの中、少
なくとも２つに基づいて空燃比センサの活性化に要求さ
れる時間を高精度に推定することができる。
機関冷却水温度などの機関温度は、空燃比センサからの
放熱量に関与し、ヒーターの発熱量，排気の熱量は空燃
比センサへの供給熱量に関与するので、これらの中、少
なくとも２つに基づいて空燃比センサの活性化に要求さ
れる時間を高精度に推定することができる。
【００１２】また、請求項３に係る発明は、内燃機関の
排気が導かれる中空室内の酸素濃度に応じた検出信号を
出力する固体電解質からなる酸素濃度検出部と、前記中
空室内の酸素濃度を所定の酸素濃度とするように該中空
室と機関の排気側とを仕切る固体電解質壁に印加する電
流を制御して前記中空室に酸素を入出させる酸素ポンプ
部と、を備え、前記固体電解質壁に印加する電流を検出
して排気中酸素濃度に応じた空燃比の信号を出力する広
域型の空燃比センサの活性状態を検出する装置におい
て、機関の運転開始後、前記酸素ポンプ部の非作動状態
で前記酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以
上又はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出し
たことを条件として、空燃比センサに基づく空燃比フィ
ードバック制御を開始させる空燃比フィードバック制御
開始手段を含んで構成したことを特徴とする。
排気が導かれる中空室内の酸素濃度に応じた検出信号を
出力する固体電解質からなる酸素濃度検出部と、前記中
空室内の酸素濃度を所定の酸素濃度とするように該中空
室と機関の排気側とを仕切る固体電解質壁に印加する電
流を制御して前記中空室に酸素を入出させる酸素ポンプ
部と、を備え、前記固体電解質壁に印加する電流を検出
して排気中酸素濃度に応じた空燃比の信号を出力する広
域型の空燃比センサの活性状態を検出する装置におい
て、機関の運転開始後、前記酸素ポンプ部の非作動状態
で前記酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以
上又はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出し
たことを条件として、空燃比センサに基づく空燃比フィ
ードバック制御を開始させる空燃比フィードバック制御
開始手段を含んで構成したことを特徴とする。
【００１３】請求項３に係る発明によると、酸素ポンプ
部の非作動状態では、酸素濃度検出部は、理論空燃比に
対してリッチ・リーンをオン・オフ的に判別する酸素セ
ンサとして機能とする。
部の非作動状態では、酸素濃度検出部は、理論空燃比に
対してリッチ・リーンをオン・オフ的に判別する酸素セ
ンサとして機能とする。
【００１４】そこで、上記のように酸素センサとして機
能する酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以
上又はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出し
たときには、空燃比センサが略活性化されたと診断する
ことができるため、該判定の後に空燃比フィードバック
制御を開始させることで良好な空燃比フィードバック制
御を開始させることができる。
能する酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以
上又はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出し
たときには、空燃比センサが略活性化されたと診断する
ことができるため、該判定の後に空燃比フィードバック
制御を開始させることで良好な空燃比フィードバック制
御を開始させることができる。
【００１５】また、請求項４に係る発明は、前記空燃比
フィードバック制御開始手段は、前記酸素濃度検出部の
出力電圧がリッチ側設定電圧以上又はリーン側設定電圧
以下に張りついた状態を検出した後、所定時間経過後に
空燃比センサに基づく空燃比フィードバック制御を開始
させることを特徴とする。
フィードバック制御開始手段は、前記酸素濃度検出部の
出力電圧がリッチ側設定電圧以上又はリーン側設定電圧
以下に張りついた状態を検出した後、所定時間経過後に
空燃比センサに基づく空燃比フィードバック制御を開始
させることを特徴とする。
【００１６】請求項４に係る発明によると、実際には、
酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以上又は
リーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出してか
ら、少し時間を置くことにより、空燃比センサが完全に
活性状態となる。
酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以上又は
リーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出してか
ら、少し時間を置くことにより、空燃比センサが完全に
活性状態となる。
【００１７】そこで、前記出力電圧がいずれかに張りつ
いた状態の検出の後、所定時間経過後に空燃比フィード
バック制御を開始することで、より良好な状態で空燃比
フィードバック制御を開始させることができる。
いた状態の検出の後、所定時間経過後に空燃比フィード
バック制御を開始することで、より良好な状態で空燃比
フィードバック制御を開始させることができる。
【００１８】また、請求項５に係る発明は、前記所定時
間は、空燃比センサに対する熱の授受に基づいて設定さ
れることを特徴とする。
間は、空燃比センサに対する熱の授受に基づいて設定さ
れることを特徴とする。
【００１９】請求項５に係る発明によると、機関温度に
起因する空燃比センサからの放熱量や、ヒーターの発熱
量，排気の熱量に起因する空燃比センサへの供給熱量な
どに基づいて、前記所定時間を高精度に推定することが
できる。
起因する空燃比センサからの放熱量や、ヒーターの発熱
量，排気の熱量に起因する空燃比センサへの供給熱量な
どに基づいて、前記所定時間を高精度に推定することが
できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。一実施形態におけるシステム構成を
示す図２において、機関11の吸気通路12には吸入空気流
量Ｑａを検出するエアフローメータ13及びアクセルペダ
ルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14が設
けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に燃料供給
手段としての電磁式の燃料噴射弁15が設けられる。
基づいて説明する。一実施形態におけるシステム構成を
示す図２において、機関11の吸気通路12には吸入空気流
量Ｑａを検出するエアフローメータ13及びアクセルペダ
ルと連動して吸入空気流量Ｑａを制御する絞り弁14が設
けられ、下流のマニホールド部分には気筒毎に燃料供給
手段としての電磁式の燃料噴射弁15が設けられる。
【００２１】燃料噴射弁15は、マイクロコンピュータを
内蔵したコントロールユニット16からの噴射パルス信号
によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御され
た燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット
内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ17が設けられ
ると共に、排気通路18の排気中酸素濃度に応じて吸入混
合気の空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ
19が設けられ、更に下流側の排気中のＣＯ，ＨＣの酸化
とＮＯX の還元を行って浄化する三元触媒20が設けられ
る。
内蔵したコントロールユニット16からの噴射パルス信号
によって開弁駆動し、図示しない燃料ポンプから圧送さ
れてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御され
た燃料を噴射供給する。更に、機関11の冷却ジャケット
内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ17が設けられ
ると共に、排気通路18の排気中酸素濃度に応じて吸入混
合気の空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ
19が設けられ、更に下流側の排気中のＣＯ，ＨＣの酸化
とＮＯX の還元を行って浄化する三元触媒20が設けられ
る。
【００２２】ここで、前記広域型の空燃比センサ19の構
造を、図３に基づいて説明する。ジルコニア（ＺｒＯ2)
等の固体電解質部材からなる基板31上には、酸素濃度測
定用の＋電極32が設けられている。また、基板31には大
気が導入される大気導入孔33が開設され、この大気導入
孔33には、−電極34が＋電極32に対向させて取り付けら
れている。
造を、図３に基づいて説明する。ジルコニア（ＺｒＯ2)
等の固体電解質部材からなる基板31上には、酸素濃度測
定用の＋電極32が設けられている。また、基板31には大
気が導入される大気導入孔33が開設され、この大気導入
孔33には、−電極34が＋電極32に対向させて取り付けら
れている。
【００２３】このようにして、基板31と＋電極32と−電
極34とにより酸素濃度検出部35が形成される。また、ジ
ルコニア等からなる固体電解質部材36の両面に一対の白
金からなるポンプ電極37, 38を設けて形成される酸素ポ
ンプ部39を有している。
極34とにより酸素濃度検出部35が形成される。また、ジ
ルコニア等からなる固体電解質部材36の両面に一対の白
金からなるポンプ電極37, 38を設けて形成される酸素ポ
ンプ部39を有している。
【００２４】そして、該酸素ポンプ部39を、例えばアル
ミナで枠状に形成したスペーサ40を介して酸素濃度検出
部35の上方に積層して、酸素濃度検出部35と酸素ポンプ
部39との間に密閉された中空室41が設けられ、かつ、こ
の中空室41に機関の排気を導入するための導入孔42が酸
素ポンプ部39の固体電解質部材36に形成されている。
尚、前記スペーサ40の外周にはガラス製の接着剤43が充
填され、中空室41の密閉性を確保すると共に、基板31及
びスペーサ40と固体電解質36とを接着固定するようにし
てある。ここで、スペーサ40と基板31とは同時焼成して
結合されるため、中空室41の密閉性はスペーサ40と固体
電解質部材36とを接着することによって確保されるもの
である。また、酸素濃度検出部39には、暖機用のヒータ
ー44が内蔵されている。
ミナで枠状に形成したスペーサ40を介して酸素濃度検出
部35の上方に積層して、酸素濃度検出部35と酸素ポンプ
部39との間に密閉された中空室41が設けられ、かつ、こ
の中空室41に機関の排気を導入するための導入孔42が酸
素ポンプ部39の固体電解質部材36に形成されている。
尚、前記スペーサ40の外周にはガラス製の接着剤43が充
填され、中空室41の密閉性を確保すると共に、基板31及
びスペーサ40と固体電解質36とを接着固定するようにし
てある。ここで、スペーサ40と基板31とは同時焼成して
結合されるため、中空室41の密閉性はスペーサ40と固体
電解質部材36とを接着することによって確保されるもの
である。また、酸素濃度検出部39には、暖機用のヒータ
ー44が内蔵されている。
【００２５】そして、導入孔42を介して中空室41に導入
された排気の酸素濃度を前記＋電極32の電圧から検出す
る。具体的には、大気導入孔33内の大気中の酸素と中空
室41内の排気中の酸素との濃度差に応じて基板31内を酸
素イオン電流が流れ、これに伴って、＋電極32に排気中
の酸素濃度に対応する電圧が発生する。
された排気の酸素濃度を前記＋電極32の電圧から検出す
る。具体的には、大気導入孔33内の大気中の酸素と中空
室41内の排気中の酸素との濃度差に応じて基板31内を酸
素イオン電流が流れ、これに伴って、＋電極32に排気中
の酸素濃度に対応する電圧が発生する。
【００２６】そして、この検出結果に応じて中空室41内
の雰囲気を一定（例えば理論空燃比) に保つように酸素
ポンプ部39に流す電流値を可変制御し、その時の電流値
から排気中の酸素濃度が検出できる。
の雰囲気を一定（例えば理論空燃比) に保つように酸素
ポンプ部39に流す電流値を可変制御し、その時の電流値
から排気中の酸素濃度が検出できる。
【００２７】具体的には、前記＋電極32の電圧を、制御
回路45によって増幅処理した後、電圧検出抵抗46を介し
て電極37，38間に印加し、中空室41内の酸素濃度を一定
に保つようにする。
回路45によって増幅処理した後、電圧検出抵抗46を介し
て電極37，38間に印加し、中空室41内の酸素濃度を一定
に保つようにする。
【００２８】例えば、排気中の酸素濃度の高いリーン領
域での空燃比を検出する場合には、外側のポンプ電極37
を陽極、中空室41側のポンプ電極38を陰極にして電圧を
印加する。すると、電流に比例した酸素（酸素イオンＯ
2- )が中空室41から外側に汲み出される。そして、印加
電圧が所定値以上になると、流れる電流は限界値に達
し、この限界電流値を前記制御回路45で測定することに
より排気中の酸素濃度、換言すれば、空燃比を検出でき
る。
域での空燃比を検出する場合には、外側のポンプ電極37
を陽極、中空室41側のポンプ電極38を陰極にして電圧を
印加する。すると、電流に比例した酸素（酸素イオンＯ
2- )が中空室41から外側に汲み出される。そして、印加
電圧が所定値以上になると、流れる電流は限界値に達
し、この限界電流値を前記制御回路45で測定することに
より排気中の酸素濃度、換言すれば、空燃比を検出でき
る。
【００２９】逆に、ポンプ電極７を陰極、ポンプ電極38
を陽極にして中空室41内に酸素を汲み入れるようにすれ
ば、排気中の酸素濃度の低い空燃比リッチ領域での検出
ができる。
を陽極にして中空室41内に酸素を汲み入れるようにすれ
ば、排気中の酸素濃度の低い空燃比リッチ領域での検出
ができる。
【００３０】かかる限界電流は、前記電圧検出抵抗46の
端子間電圧を検出する差動増幅器47の出力電圧から検出
する。図２に戻って、図示しないディストリビュータに
は、クランク角センサ21が内蔵されており、該クランク
角センサ21から機関回転と同期して出力されるクランク
単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基
準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出す
る。その他、外気温度を検出する外気温度センサ22が設
けられる。
端子間電圧を検出する差動増幅器47の出力電圧から検出
する。図２に戻って、図示しないディストリビュータに
は、クランク角センサ21が内蔵されており、該クランク
角センサ21から機関回転と同期して出力されるクランク
単位角信号を一定時間カウントして、又は、クランク基
準角信号の周期を計測して機関回転速度Ｎｅを検出す
る。その他、外気温度を検出する外気温度センサ22が設
けられる。
【００３１】そして、前記コントロールユニット16は、
前記燃料噴射弁15からの燃料噴射量や点火時期を演算し
て制御すると共に、本発明に係る空燃比センサの活性診
断を行う。
前記燃料噴射弁15からの燃料噴射量や点火時期を演算し
て制御すると共に、本発明に係る空燃比センサの活性診
断を行う。
【００３２】以下に、第１の実施の形態に係る空燃比セ
ンサの活性診断ルーチンを、図４、図５のフローチャー
トに従って説明する。図４は、機関運転を開始してから
空燃比センサが活性化するまでに要する時間Ｔを算出す
るルーチンを示す。
ンサの活性診断ルーチンを、図４、図５のフローチャー
トに従って説明する。図４は、機関運転を開始してから
空燃比センサが活性化するまでに要する時間Ｔを算出す
るルーチンを示す。
【００３３】ステップ（図ではＳと記す。以下同様) １
では、前記外気温度センサ22によって検出される外気温
度（又は水温センサ17によって検出される冷却水温度)
を読み込む。
では、前記外気温度センサ22によって検出される外気温
度（又は水温センサ17によって検出される冷却水温度)
を読み込む。
【００３４】ステップ２では、前記外気温度（又は水
温) に基づいて、空燃比センサ19の熱容量によって決ま
る基準の活性化時間Ｔｏをマップからの検索等により算
出する。具体的には、外気温度（又は水温) 等が低いと
きほど、空燃比センサ19からの放熱量が増大するので、
活性化に要する基準活性化時間Ｔｏは増大して設定され
る。
温) に基づいて、空燃比センサ19の熱容量によって決ま
る基準の活性化時間Ｔｏをマップからの検索等により算
出する。具体的には、外気温度（又は水温) 等が低いと
きほど、空燃比センサ19からの放熱量が増大するので、
活性化に要する基準活性化時間Ｔｏは増大して設定され
る。
【００３５】ステップ３では、空燃比センサ19に内蔵さ
れたヒーター14からの単位時間当たりの発熱量に応じた
活性化時間の短縮時間ＴＡを次式により算出する。 ＴＡ＝Ｖｓ（バッテリ電圧) ×Ｄｔｙ（ヒーター14への
通電デューティ)×ｋ（定数)（* コメント：原案は、ヒーターの通電時間Ｔａも乗じ
て累積の発熱量に相当する値としてＴＡを算出するよう
になっていますが、その場合、ＴＡ、したがって活性化
時間Ｔが通電時間Ｔａと共に変化する値となり、その場
合、後に空燃比制御でＴａとＴとを比較している間にＴ
が変化するのは不自然なように思われ、また、排気熱量
については単位時間（累積値でない) の発熱量として求
めており、バランス的にも一致していないように思われ
ましたので修正しました。御検討下さい。) ステップ４では、空燃比センサ19に供給される排気の熱
量に応じた活性化時間の短縮時間ＴＢを、図示されるよ
うに吸入空気量Ｑに比例的に設定される基本値ＴＢｏ
に、機関回転速度Ｎｅによって排気の流速に応じた補正
係数ｋＢを乗じた値として次式のように設定する。
れたヒーター14からの単位時間当たりの発熱量に応じた
活性化時間の短縮時間ＴＡを次式により算出する。 ＴＡ＝Ｖｓ（バッテリ電圧) ×Ｄｔｙ（ヒーター14への
通電デューティ)×ｋ（定数)（* コメント：原案は、ヒーターの通電時間Ｔａも乗じ
て累積の発熱量に相当する値としてＴＡを算出するよう
になっていますが、その場合、ＴＡ、したがって活性化
時間Ｔが通電時間Ｔａと共に変化する値となり、その場
合、後に空燃比制御でＴａとＴとを比較している間にＴ
が変化するのは不自然なように思われ、また、排気熱量
については単位時間（累積値でない) の発熱量として求
めており、バランス的にも一致していないように思われ
ましたので修正しました。御検討下さい。) ステップ４では、空燃比センサ19に供給される排気の熱
量に応じた活性化時間の短縮時間ＴＢを、図示されるよ
うに吸入空気量Ｑに比例的に設定される基本値ＴＢｏ
に、機関回転速度Ｎｅによって排気の流速に応じた補正
係数ｋＢを乗じた値として次式のように設定する。
【００３６】ＴＢ＝ＴＢｏ×ｋＢ ステップ５では、活性化時間Ｔを次式により算出する。 Ｔ＝Ｔｏ−ＴＡ−ＴＢ 図５は、前記算出した活性化時間Ｔに基づいて、空燃比
フィードバック制御を開始させるルーチンを示す。
フィードバック制御を開始させるルーチンを示す。
【００３７】ステップ11では、空燃比センサ19に内蔵し
たヒーター14の通電を開始したか否か（機関の運転を開
始したか) を判定する。ステップ11の判定がＹＥＳの場
合は、ステップ12へ進んで通電開始後の時間を計測する
タイマーＴａをカウントアップする。
たヒーター14の通電を開始したか否か（機関の運転を開
始したか) を判定する。ステップ11の判定がＹＥＳの場
合は、ステップ12へ進んで通電開始後の時間を計測する
タイマーＴａをカウントアップする。
【００３８】ステップ13では、前記タイマーＴａの値
が、前記活性化時間Ｔに達したか否かを判定する。そし
て、活性化時間Ｔに達する前は、ステップ14へ進んで空
燃比センサ19の検出値を用いず、空燃比をフィードフォ
ワード制御するが、活性化時間Ｔに達した後は、ステッ
プ15へ進んで空燃比センサ19を用いた空燃比フィードバ
ック制御を開始する。
が、前記活性化時間Ｔに達したか否かを判定する。そし
て、活性化時間Ｔに達する前は、ステップ14へ進んで空
燃比センサ19の検出値を用いず、空燃比をフィードフォ
ワード制御するが、活性化時間Ｔに達した後は、ステッ
プ15へ進んで空燃比センサ19を用いた空燃比フィードバ
ック制御を開始する。
【００３９】このようにすれば、広域型空燃比センサ19
の活性状態を高精度に判定することができ、空燃比フィ
ードバック制御を可能な限り早く開始させることができ
るので、排気浄化性能を十分に促進することができる。
の活性状態を高精度に判定することができ、空燃比フィ
ードバック制御を可能な限り早く開始させることができ
るので、排気浄化性能を十分に促進することができる。
【００４０】図６は、本発明の第２の実施の形態に係る
空燃比センサの活性診断ルーチンを示す。ハードウエア
の構成については、第１の実施の形態と同様である。本
ルーチンは、ヒーター14の通電開始つまり機関の運転開
始と同時に起動する。
空燃比センサの活性診断ルーチンを示す。ハードウエア
の構成については、第１の実施の形態と同様である。本
ルーチンは、ヒーター14の通電開始つまり機関の運転開
始と同時に起動する。
【００４１】ステップ21では、空燃比センサ19の酸素濃
度検出部５の出力電圧Ｖｏ2 を読み込む。ステップ22で
は、前記出力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧ＶRICH以上
であるか否かを判定し、ＶRICH未満と判定されたときは
ステップ23へ進んで前記出力電圧Ｖｏ2 がリーン側設定
電圧ＶLEAN以下であるか否かを判定する。
度検出部５の出力電圧Ｖｏ2 を読み込む。ステップ22で
は、前記出力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧ＶRICH以上
であるか否かを判定し、ＶRICH未満と判定されたときは
ステップ23へ進んで前記出力電圧Ｖｏ2 がリーン側設定
電圧ＶLEAN以下であるか否かを判定する。
【００４２】 そして、出力電圧Ｖｏ2 がリーン側設定電
圧ＶLEANより大と判定されたときは、空燃比センサ19が
まだ活性されていないと判定し、ステップ24へ進んで空
燃比をフィードフォワード制御する。
圧ＶLEANより大と判定されたときは、空燃比センサ19が
まだ活性されていないと判定し、ステップ24へ進んで空
燃比をフィードフォワード制御する。
【００４３】また、ステップ22で酸素濃度検出部35の出
力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧Ｖ RICH以上と判定され
た場合、及びステップ23で空燃比センサ19の出力電圧Ｖ
ｏ2がリーン側設定電圧ＶLEAN以下と判定された場合
は、空燃比センサ19が略活性化したと判定する。
力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧Ｖ RICH以上と判定され
た場合、及びステップ23で空燃比センサ19の出力電圧Ｖ
ｏ2がリーン側設定電圧ＶLEAN以下と判定された場合
は、空燃比センサ19が略活性化したと判定する。
【００４４】次いでステップ25でその後の経過時間を計
測するタイマーＴM をカウントアップした後、ステップ
26へ進んで該タイマーＴM の値が所定値に達したか、つ
まり、所定時間ＴAFを経過したかを判定する。
測するタイマーＴM をカウントアップした後、ステップ
26へ進んで該タイマーＴM の値が所定値に達したか、つ
まり、所定時間ＴAFを経過したかを判定する。
【００４５】そして、前記所定時間ＴAFの経過前は、ス
テップ24へ進んで空燃比をフィードフォワード制御を継
続するが、所定時間ＴAFを経過すると空燃比センサ19が
完全に活性化したと診断し、ステップ27へ進んで、空燃
比センサ19の検出値に基づく空燃比フィードバック制御
を開始する。
テップ24へ進んで空燃比をフィードフォワード制御を継
続するが、所定時間ＴAFを経過すると空燃比センサ19が
完全に活性化したと診断し、ステップ27へ進んで、空燃
比センサ19の検出値に基づく空燃比フィードバック制御
を開始する。
【００４６】ここで、前記所定時間ＴAFを空燃比センサ
19への熱の授受に基づいて設定してもよく、機関温度に
起因する空燃比センサからの放熱量や、ヒーターの発熱
量，排気の熱量に起因する空燃比センサへの供給熱量な
どの少なくとも１つに基づいて完全に活性化するまでの
時間を高精度に推定して設定することができる。
19への熱の授受に基づいて設定してもよく、機関温度に
起因する空燃比センサからの放熱量や、ヒーターの発熱
量，排気の熱量に起因する空燃比センサへの供給熱量な
どの少なくとも１つに基づいて完全に活性化するまでの
時間を高精度に推定して設定することができる。
【００４７】また、簡易的には、酸素濃度検出部35の出
力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧Ｖ RICH以上又はリーン
側設定電圧ＶLEAN以下と判定された場合、即ち、空燃比
センサ19が略活性化したと判定されたときに、直ちに空
燃比フィードバック制御を開始する構成とすることもで
きる。
力電圧Ｖｏ2 がリッチ側設定電圧Ｖ RICH以上又はリーン
側設定電圧ＶLEAN以下と判定された場合、即ち、空燃比
センサ19が略活性化したと判定されたときに、直ちに空
燃比フィードバック制御を開始する構成とすることもで
きる。
【図１】本発明の構成・機能を示すブロック図。
【図２】本発明に係る実施の形態のシステム構成を示す
図。
図。
【図３】同上の実施の形態の空燃比センサ及びその周辺
回路を示す図。
回路を示す図。
【図４】第１の実施の形態に係る空燃比センサの活性化
時間を算出するルーチンを示すフローチャート。
時間を算出するルーチンを示すフローチャート。
【図５】同じく空燃比フィードバック制御を開始させる
ルーチンを示すフローチャート。
ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第２の実施の形態に係る空燃比センサの活性診
断ルーチンを示すフローチャート。
断ルーチンを示すフローチャート。
11 内燃機関 15 燃料噴射弁 16 コントロールユニット 19 空燃比センサ 41 中空室 44 ヒーター
Claims (5)
- 【請求項１】内燃機関の吸入混合気の空燃比によって変
化する排気中酸素濃度に感応して出力値が変化する広域
型の空燃比センサの活性状態を診断する装置において、 前記空燃比センサに対する熱の授受に基づいて機関の運
転を開始してから空燃比センサが活性化されるまでの活
性化時間を推定する活性化時間推定手段と、 機関の運転開始後、前記活性化時間推定手段によって推
定された活性化時間の経過後に該空燃比センサに基づく
空燃比フィードバック制御を開始させる空燃比フィード
バック制御開始手段と、 を含んで構成したことを特徴とする空燃比センサの活性
診断装置。 - 【請求項２】前記活性化時間推定手段は、機関温度と、
空燃比センサに内蔵されたヒーターの発熱量と、排気の
熱量との中、少なくとも２つに基づいて前記活性化時間
を推定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比セ
ンサの活性診断装置。 - 【請求項３】内燃機関の排気が導かれる中空室内の酸素
濃度に応じた検出信号を出力する固体電解質からなる酸
素濃度検出部と、前記中空室内の酸素濃度を所定の酸素
濃度とするように該中空室と機関の排気側とを仕切る固
体電解質壁に印加する電流を制御して前記中空室に酸素
を入出させる酸素ポンプ部と、を備え、前記固体電解質
壁に印加する電流を検出して排気中酸素濃度に応じた空
燃比の信号を出力する広域型の空燃比センサの活性状態
を検出する装置において、 機関の運転開始後、前記酸素ポンプ部の非作動状態で前
記酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧以上又
はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出したこ
とを条件として、空燃比センサに基づく空燃比フィード
バック制御を開始させる空燃比フィードバック制御開始
手段を含んで構成したことを特徴とする空燃比センサの
活性診断装置。 - 【請求項４】前記空燃比フィードバック制御開始手段
は、前記酸素濃度検出部の出力電圧がリッチ側設定電圧
以上又はリーン側設定電圧以下に張りついた状態を検出
した後、所定時間経過後に空燃比センサに基づく空燃比
フィードバック制御を開始させることを特徴とする請求
項３に記載の空燃比センサの活性診断装置。 - 【請求項５】前記所定時間は、空燃比センサに対する熱
の授受に基づいて設定されることを特徴とする請求項４
に記載の空燃比センサの活性診断装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35823198A JP3621280B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 空燃比センサの活性診断装置 |
| US09/452,127 US6453720B1 (en) | 1998-12-16 | 1999-12-01 | Activation diagnosis method and activation diagnosis apparatus for air-fuel ratio sensor |
| DE19960227A DE19960227A1 (de) | 1998-12-16 | 1999-12-14 | Aktivierungsbestimmungsverfahren und Aktivierungsbestimmungsvorrichtung für einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor |
| US10/241,480 US6550305B2 (en) | 1998-12-16 | 2002-09-12 | Activation diagnosis method and activation diagnosis apparatus for air-fuel ratio sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35823198A JP3621280B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 空燃比センサの活性診断装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000179396A true JP2000179396A (ja) | 2000-06-27 |
| JP3621280B2 JP3621280B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=18458225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35823198A Expired - Fee Related JP3621280B2 (ja) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 空燃比センサの活性診断装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6453720B1 (ja) |
| JP (1) | JP3621280B2 (ja) |
| DE (1) | DE19960227A1 (ja) |
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1999
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