JPH04365952A - 酸素センサの劣化検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガスを浄化するた
めの三元触媒を備えた自動車に適用される酸素センサの
劣化検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】排気ガス浄化手段の一つとして広く利用
されている三元触媒は、混合気の空燃比が理論空燃比近
傍の値に維持されていないと、排気ガス中に含まれるＮ
ＯＸ　、ＨＣ、ＣＯのすべてを効率よく浄化することが
できない。その為、一般に自動車に空燃比制御装置を設
けて、エンジンに供給する混合気の空燃比を理論空燃比
付近に維持するようにしている。

【０００３】例えば、インジェクタを採用したエンジン
においては、触媒コンバータの上流側に酸素センサが配
置してあり、エンジン回転速度と吸気管負圧をパラメー
タとする各種運転条件に見合う基本燃料噴射量を決定し
、その上で、前記酸素センサの出力電圧が空燃比リッチ
状態を示している場合には前記基本燃料噴射量を減少さ
せ、逆に空燃比リーン状態を示している場合には前記基
本燃料噴射量を増加させる補正を行うことで、空燃比を
理論空燃比近傍に維持するようにしている。また、フィ
ードバックキャブシステムを採用したエンジンにおいて
も、同様に、触媒コンバータの上流に酸素センサを設け
、その出力電圧に応じて気化器のエアブリード通路に配
置した流量制御弁を開閉制御して混合気の空燃比を理論
空燃比近傍に維持する補正を行うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、酸素センサ
には経年変化を通じた劣化により適正な出力が得られな
くなる事があり、このような事態はエミッションの悪化
に直結することから、制御系に酸素センサ劣化検出機能
を付加してセンサ交換時期を適切にドライバーに知らせ
るようにしておくことが従来から望まれている。しかし
て、本発明の先行技術である特開昭６１ー１９６１４９
号公報開示のもの等は、定常運転時に酸素センサが正常
であればその出力がリッチ、リーン、リッチ…と規則正
しく変化する筈であることに着目して、その応答周期を
計測することにより基本となるフィードバック制御周期
と比較し、この周期が不当に長くなったり短くなったり
した場合に劣化と判断するようにしている。具体的には
、一定時間内（例えば２０ｓｅｃ　）に何回リッチスキ
ップしたかをカウントすることによって周期を求める等
の手法が用いられている。

【０００５】しかしながら、酸素センサが劣化した際に
現れる現象は応答周期の変化に限らず、例えば、応答周
期は変わらないが応答にリッチ側又はリーン側へ偏った
指向性が現れる場合がある。そして、このような場合に
上述した従来の手法では酸素センサの劣化を検出できず
、空燃比Ａ／Ｆのリーン側又はリッチ側への行き過ぎ制
御を招いてエミッションを悪化させる問題を生じる。

【０００６】本発明は、そのような場合にも酸素センサ
の劣化を有効に検出することのできる新たな着想に基づ
いた酸素センサの劣化検出方法を提供することを目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる目的を
達成するために、次のような方法を採用したものである
。

【０００８】すなわち、本発明に係る酸素センサの劣化
検出方法は、排気系に設けた酸素センサの信号に基づい
て燃焼室に供給する混合気の空燃比をフィードバック制
御するようにしたエンジンにおいて、定常運転時のフィ
ードバック制御中に、酸素センサがリッチ状態検出信号
又はリーン状態検出信号を出力し続けている時間を複数
回に亘って計測し、各計測値が連続して設定範囲を外れ
るか若しくは各計測値の平均値が設定範囲を外れるかし
た場合に、酸素センサが劣化している旨の判定を下すよ
うにしたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】先ず、酸素センサが劣化していないときは、酸
素センサの応答周期は略一定であり、一周期中に占める
リッチ状態検出時間およびリーン状態検出時間も各周期
を通じて殆ど変わらない。次に、応答周期全体が長くな
り或いは短くなる劣化状態下では、一応答周期中に占め
るリッチ状態検出時間およびリーン状態検出時間もそれ
に連動して長くなり或いは短くなるのは説明するまでも
ない。さらに、叙述した応答周期が不変であり応答に指
向性が現れる劣化状態下では、一周期中に占めるリッチ
状態検出時間がリーン状態検出時間よりも不当に長くな
ったり短かくなったりする。しかして、本発明の方法に
よりリッチ側又はリーン側の何れかの状態検出信号が出
力され続ける時間を計測してそれが設定範囲を外れてい
ないかどうかを監視するようにすれば、酸素センサが何
れの劣化状態に陥ってもその劣化を有効に検出できるこ
とになる。

【００１０】しかも、本発明は単に１回の計測値のみに
基づいて劣化判定を下すのではなく、複数回の計測を行
いそれらが連続して設定範囲を外れるか若しくはそれら
の平均値が設定範囲を外れるかした場合に始めて劣化判
定を下すようにしている。このため、負荷変動等によっ
て一時的かつ偶発的に生じた出力の乱れに反応すること
なく、劣化状態が傾向として現れた時点を捉えて正確な
判定を下すことが可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１２】図１はこの方法が実施される自動車用エン
ジンを示している。このエンジンは、インジェクタ１と
、酸素センサ２と、フィードバック制御手段であるマイ
クロコンピュータユニット３とを具備してなる。

【００１３】インジェクタ１は、吸気管４に装着してあ
り、電磁コイル等を主体として構成されている。そして
、電磁コイルにマイクロコンピュータユニット３から燃
料噴射信号ａが入力されると、そのデュティ比等に比例
した量の燃料を吸気ポート付近に噴射し得るようにして
ある。酸素センサ２は、触媒コンバータたるマニバータ
５の上流側に装着してあり、排気ガス中の酸素濃度に感
応して状態検出信号ｂを発生するようになっている。 具体的には、混合気の空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比近傍に
存在する判定値よりもリーン側にあって排気ガス中の酸
素濃度が高い場合にはリーン状態検出信号として低い電
圧を発生し、混合気の空燃比Ａ／Ｆが前記判定値よりも
リッチ側にあって排気ガス中の酸素濃度が低い場合には
リッチ状態検出信号として高い電圧を発生し得るもので
ある。そして、それらの状態検出信号ｂを前記マイクロ
コンピュータユニット３に入力するようにしている。

【００１４】マイクロコンピュータユニット３は、燃焼
室に供給する混合気の空燃比を調節する役割を担ってお
り、中央演算処理装置６と、メモリ７と、入力インター
フェース８と、出力インターフェース９とを備えている
。そして、その入力インターフェース８に、前記状態検
出信号ｂの他に、図示されないクランク角センサが発生
するエンジン回転速度ＮＥに対応したエンジン回転信号
ｃと、図示されない圧力センサが発生する吸気管負圧Ｐ
Ｍに比例した吸気圧信号ｄと、図示されないアイドルス
イッチが発生するスロットル信号ｅと、図示されない水
温センサが発生するエンジン冷却水温に応じた水温信号
ｆとを少なくとも入力し、メモリ７内に格納されている
図示されないプログラムに沿って中央演算処理装置６が
一定クランクアングル毎に所定の演算処理を実行して、
出力インターフェース９を介して前記インジェクタ１に
燃料噴射信号ａを出力するようになっている。

【００１５】そのプログラムの概要について略述すると
、先ず、メインルーチンの最初で運転条件が空燃比フィ
ードバック領域内にあるか否かが諸条件によって判断さ
れる。その条件とは、例えば、エンジン冷却水温が４０
℃以上であること、フューエルカット中でないこと、パ
ワー増量中でないこと、エンジン始動開始から所定時間
経過していること、酸素センサが活性中であること、圧
力センサが正常であること等である。そして、全ての条
件が成立した場合に、エンジン回転信号ｃ及び吸気圧信
号ｄなどから吸入空気量を算出し、その吸入空気量に応
じて先ず基本噴射量ＴＰを決定するとともに、この基本
噴射量ＴＰを、酸素センサ２の状態検出信号ｂにより定
められる空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦで補正し
て、インジェクタ１への最終通電時間Ｔを決定し、その
時間Ｔだけインジェクタ１を開弁させるための信号ａを
出力するようになっている。空燃比フィードバック補正
係数ＦＡＦは、サブルーチン等において算出されるもの
で、図２に示すように、酸素センサ２からの状態検出信
号ｂが判定値を上回った場合には先ずリッチ判定遅延時
間ＴＤＲ後に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを所
定値ＲＳＭだけ減少側にスキップさせ、引き続きリーン
積分ＫＩＭに基づいて一定値づつ徐々に減少させるよう
にし、逆に、酸素センサ２からの状態検出信号ｂが判定
電圧を下回った場合には先ずリーン判定遅延時間ＴＤＬ
後に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを所定値ＲＳ
Ｐだけ増加側にスキップさせ、引き続きリッチ積分ＫＩ
Ｐに基づいて一定値づつ徐々に増加させるようにしてい
る。このようにして、補正係数ＦＡＦに空燃比Ａ／Ｆを
交互にリッチ側又はリーン側に判定させるような値をと
らせ、これを通じて空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比近傍に保
持するようになっている。

【００１６】このような構成からなるエンジンにおいて
、本実施例は、前記マイクロコンピュータユニット３の
メモリ７に、酸素センサ劣化検出用のプログラムを格納
している。図３はそのプログラムの概要を示すフローチ
ャート図である。以下、この図に沿ってプログラムの内
容を説明する。

【００１７】このプログラムは、例えば８ｍｓｅｃ毎に
スタートし処理を終えてリターンするという動作を繰り
返す。先ずステップ１１では、系が空燃比フィードバッ
ク制御中か否か、換言すれば前述したメインプログラム
が実行中であるか否かを判断する。Ｎｏの場合には以下
のステップを実行しても無意味なのでリターンし、Ｙｅ
ｓの場合にのみステップ１２、ステップ１３へと順次に
進む。これらのステップ１２、１３では吸気管負圧ＰＭ
が下限値ＰＭ１と上限値ＰＭ２の間にあるかどうか、エ
ンジン回転速度ＮＥが下限値ＮＥ１と上限値ＮＥ２の間
にあるかどうか、水温が下限値Ｔ１よりも大きいかどう
か、吸気温が下限値Ｔ２よりも大きいかどうかを判断す
る。そして、全ての条件が満たされた場合にのみステッ
プ１４へ進み、１つでも条件が満たされなければステッ
プ１２又は１３の時点でリターンする。これらの条件は
定常走行（すなわち負荷一定）の下でのみ酸素センサ２
の劣化判定を行うようにするためのものである。次のス
テップ１４からステップ２０までは酸素センサ２がリッ
チ状態検出信号ｂを出力し続けている時間を複数回に亘
って計測するためのものであり、ステップ１４で前回リ
ーンと判断されステップ１５で今回リッチと判断された
場合にはステップ１６でＴＲカウンタのカウント値ＴＲ
を０にリセットし、第１回目の計測を開始する。その後
しばらくは酸素センサ２の出力はリッチ状態を示すので
、次の処理でステップ１４、１７に来たときの判断は共
にＹｅｓとなってステップ１８を通過する。このステッ
プ１８では通過毎にカウント値ＴＲをインクリメントし
ていく。そして、酸素センサ２がリッチから再びリーン
に反転すると、その直後にステップ１７を通過する際に
Ｎｏと判定されてステップ１９に移るので、このときの
カウント値ＴＲを第１回目（ｉ＝１）の計測値として配
列ｔＲｉの要素ｔＲ１に入れ、このｔＲ１が積算値Ｓｔ
Ｒに初期値として加算される。そして、このステップ１
９でｉをインクリメントし（ｉ＝２）、再び何回目かの
処理でステップ１６に来た時点から第２回目の計測を開
始する。このステップ１９の次段に設けられているステ
ップ２０はｉが測定回数ｒに達したか否かを判断するた
めものであり、ｒには予め適当な値（例えば「５」程度
）が与えられている。これにより、上述した計測は第５
回目まで行われ、残り４つの計測値ｔＲ２、ｔＲ３、ｔ
Ｒ４、ｔＲ５と、それらの総積算値ＳｔＲとが最終的に
得られる。以上の様子は図４に示される。ｉがｒ＝５に
達すると、始めてステップ２１に進み、今度は積算値Ｓ
ｔＲを測定回数ｒで除して測定平均値ｔＲＸを求め、次
のステップ２２でその平均値ｔＲＸがエミッションの許
容限度において予め定められている設定範囲内、すなわ
ち下限値ＬＴＲと上限値ＨＴＲの間にあるかどうかを判
断する。Ｙｅｓの場合には酸素センサ２が適正に作動し
ていると判定し、ステップ２３で各条件をクリア（ｉ＝
１、ＳｔＲ＝０）後にリターンするが、Ｎｏの場合は次
のステップ２４で酸素劣化フラグＯＸＤＡＩをセットす
る（ＯＸＤＡＩ＝１）ことにより酸素センサ２が劣化し
た旨の判定を下し、リターンする。

【００１８】一方、上記のプログラムがリターンする度
に別のサブルーチンのステップ３１で酸素劣化フラグＯ
ＸＤＡＩが１にセットされたか否かを常時監視する態勢
がとられており、そこでＮＯの場合はリターンするがＹ
ｅｓと判断されるとステップ３２でインストルメントパ
ネル等に装備されている表示手段に対して警告表示を行
うようにしている。

【００１９】以上のような劣化検出方法によると、先ず
、酸素センサが劣化していないときは、酸素センサの応
答周期は図５中＜正常＞に示すように略一定であり、個
々の周期中に占めるリッチ状態検出時間ＴＲも各周期を
通じて殆ど変わらない。このため、各計測値ｔＲｉの平
均値ｔＲＸは下限値ＬＴＲと上限値ＨＴＲの略中間付近
の値に落ち着くことになる。次に、応答周期全体が図５
中＜劣化１＞に示すように長くなった場合には、リッチ
状態検出時間ＴＲもそれに連動して正常時のそれより長
くなるので、それが一定の傾向として大きく現れ各計測
値ｔＲｉの平均値ｔＲＸが上限値ＨＴＲを上回った時に
、酸素劣化フラグＯＸＤＡＩがセットされて警告がなさ
れることになる。逆に、応答周期全体が図５中＜劣化２
＞に示すように短くなった場合には、リッチ状態検出時
間ＴＲもそれに連動して正常時のそれより短くなるので
、それが一定の傾向として大きく現れ各計測値ｔＲｉの
平均値ｔＲＸが下限値ＬＴＲを下回った時に、酸素劣化
フラグＯＸＤＡＩがセットされて警告がなされることに
なる。さらに、応答周期が不変であるが応答に例えば図
６に示すようなリーン側に偏在化する指向性が現れた場
合には、一周期中に占めるリッチ状態検出時間ＴＲが正
常時のそれよりも短かくなるので、＜劣化２＞で説明し
たと同様にして酸素劣化フラグＯＸＤＡＩがセットされ
、警告がなされることになる。このため、本実施例によ
ると、酸素センサ２が何れの劣化状態に陥ってもそれを
有効に検出することが可能になる。

【００２０】しかも、本実施例は単に１回の計測値のみ
に基づいて劣化判定を下すのではなく、叙述の如く５回
の計測値ｔＲｉの平均値ｔＲＸを下限値ＬＴＲと上限値
ＨＴＲの間で比較することにより劣化判定を行うように
している。このため、負荷変動等によって一時的ないし
偶発的に生じた酸素センサ２の出力の乱れに反応するこ
となく、該センサ２の劣化状態が傾向として現れた時期
を捉えて正確な判定を下すことが可能になる。

【００２１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では複数回の計測値の
平均値を設定範囲と比較するようにしているが、各計測
値をそれぞれ設定範囲と比較してそれが連続的に設定範
囲を外れた場合に劣化判定を下すようにしても同様の作
用効果を得ることができる。また、上記実施例ではリッ
チ状態検出信号を利用して判定を行うようにしているが
、リーン状態検出信号を利用して判定を行っても事情は
同じである。さらに、本発明はフィードバックキャブシ
ステム等にも同様に適用が可能である。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る酸素センサの劣化検出方法
は、以上説明したように、応答周期全体が変化する現象
だけではなく、応答周期は殆ど不変であるが応答にリッ
チ側またはリーン側へ偏った指向性が現れるような現象
をも捉えて、酸素センサの劣化状態を誤判定なく確実に
検出することができる。このため、この方法を適用する
ことにより、酸素センサの交換時期を従来に比べてより
適確に検出することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に使用するエンジンを示す部
分断面図。

【図２】同実施例における空燃比フィードバック制御の
概要を説明する図。

【図３】同実施例における酸素センサの劣化検出プログ
ラムを示すフローチャート図。

【図４】同実施例においてリッチ状態検出信号の出力持
続時間を計測する方法を示す図。

【図５】同実施例における酸素センサ劣化時の状態検出
信号の変化の様子を示す図。

【図６】図５とは異なる状態検出信号の変化の様子を示
す図。

【符号の説明】

２…酸素センサ ｂ…リッチ状態検出信号（リーン状態検出信号）ｔＲｉ
、ｔＲ１、ｔＲ２、ｔＲ３、ｔＲ４、ｔＲ５…計測値 ｔＲＸ…平均値

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気系に設けた酸素センサの信号に基づい
   て燃焼室に供給する混合気の空燃比をフィードバック制
   御するようにしたエンジンにおいて、定常運転時のフィ
   ードバック制御中に、酸素センサがリッチ状態検出信号
   又はリーン状態検出信号を出力し続けている時間を複数
   回に亘って計測し、各計測値が連続して設定範囲を外れ
   るか若しくは各計測値の平均値が設定範囲を外れるかし
   た場合に、酸素センサが劣化している旨の判定を下すこ
   とを特徴とする酸素センサの劣化検出方法。