JP2001082235A - 空燃比センサの活性判定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】空燃比センサの活性判定を、早期にかつ誤判定
することなく行えるようにする。 【解決手段】始動時に、水温増量や始動後増量が施され
た燃料噴射量とシリンダ吸入空気量とに基づいて空燃比
を推定し、該推定される空燃比のリーン方向への変化に
応じて活性判定レベルをリーン出力側に追従変化させ
る、そして、非活性状態で空気過剰率λ＝１に略相当す
る出力を維持する空燃比センサの出力が、前記活性判定
レベルを横切ったときに、空燃比センサの活性を判定
し、空燃比センサの検出結果に基づく空燃比フィードバ
ック制御を開始させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空燃比センサの活性
判定装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気管に介装さ
れて燃焼混合気の空燃比に応じた検出信号を出力する空
燃比センサにおいて、センサ素子の活性状態を判定する
ための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、車両用内燃機関において、機
関の排気管に装着させた空燃比センサによって、燃焼混
合気の空燃比を検出し、該検出結果を目標空燃比に一致
させるべく機関への燃料噴射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行われている。

【０００３】しかし、前記空燃比センサは、素子が活性
化しないと（活性温度に達しないと）所期のセンサ出力
を発生せず、空燃比を誤検出することになってしまうた
め、素子活性を待って空燃比フィードバック制御を開始
させる必要があり、従来、例えば特開平０５−２３１２
３０号公報や特開平９−１７０９９７号公報に開示され
るようにして、空燃比センサの活性判定を行っていた。

【０００４】特開平０５−２３１２３０号公報に開示さ
れるものは、空燃比センサの温度を上昇させる運転条件
ではカウント値をカウントアップさせ、逆に、空燃比セ
ンサの温度を低下させる運転条件では前記カウント値を
カウントダウンさせ、前記カウント値が基準値を超えた
ときに空燃比センサの活性を判定させる構成である。

【０００５】また、特開平９−１７０９９７号公報に開
示されるものは、機関始動後に空燃比センサの出力が閾
値を超えたときに半活性状態を判定し、該半活性状態に
なるまでにセンサを加熱するヒータに供給された電力の
積算値から完全活性状態にするために必要な電力積算値
を設定し、該完全活性のための電力積算値になった時点
で、空燃比センサの完全活性を判定する構成である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平０５−
２３１２３０号公報のものでは、機関の発生する熱量や
機関温度から空燃比センサの温度を推定するため、判定
精度が環境条件等に大きく影響されて、精度良く活性状
態を判定させることが困難であり、誤判定を回避しよう
とすると、活性判定が遅れてしまうという問題があっ
た。

【０００７】また、特開平９−１７０９９７号公報のも
のでも、半活性状態にするのに要した電力積算値が同じ
でも、完全活性にするための電力積算値は、環境条件や
始動時の機関温度条件などによって変動するため、活性
判定を遅れなく然も誤判定することなく行わせることが
困難であるという問題があった。

【０００８】即ち、上記従来の活性判定は、ある限られ
た始動条件のときには、精度良く活性状態を判定できる
ものの、条件が異なると誤判定の可能性があり、条件ば
らつきに対して誤判定を回避しようとすると、活性判定
が遅れてしまうという問題があったものである。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、空燃比センサの活性状態を誤判定することなく早
期に判定できる活性判定装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、始動後の空燃比の変化に応じて活性判定レベル
を変化させ、該活性判定レベルを空燃比センサの検出信
号が横切ったときに、空燃比センサの活性を判定する構
成とした。

【００１１】かかる構成によると、空燃比センサの検出
信号が活性判定レベルを横切ったときに、空燃比センサ
が活性状態に至ったものと判定するが、前記活性判定レ
ベルは固定値ではなく、始動後の空燃比の変化に応じて
変化し、空燃比変化に応じて異なる活性判定レベルとセ
ンサの検出信号とを比較させる。

【００１２】請求項２記載の発明では、始動後の空燃比
を燃料噴射量と吸入空気量とに基づいて推定する構成と
した。かかる構成によると、燃料噴射弁によって機関に
供給される燃料量である燃料噴射量と、機関の吸入空気
量とから燃焼混合気の空燃比を推定し、該推定した空燃
比に応じて活性判定レベルを変化させる。

【００１３】尚、前記燃料噴射量は、始動後において各
種の増量補正（冷却水温度に応じた増量補正等）が施さ
れ、前記増量補正率の変化によって空燃比が変化するこ
とになる。

【００１４】請求項３記載の発明では、始動後の空燃比
がリーン方向に変化するほど、前記活性判定レベルをよ
りリーン出力側に変化させる構成とした。かかる構成に
よると、始動後において燃料噴射量の増量補正率が徐々
に低下するのに伴って空燃比がリーン方向に変化する
と、活性判定レベルをよりリーン出力側に変化させる。
即ち、空燃比の変化方向に対応する検出信号の変化方向
に、活性判定レベルを変化させるものである。

【００１５】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、空燃比セ
ンサが活性状態で出力する信号レベルに対応して活性判
定レベルを変化させることができ、空燃比センサの活性
を早期にかつ精度良く判定することができるという効果
がある。

【００１６】請求項２記載の発明によると、始動後の空
燃比の変化を、簡便かつ精度良く推定することができる
という効果がある。請求項３記載の発明によると、始動
後の燃料増量率の減少変化に対応する空燃比センサの活
性状態での出力変化に追従させて、活性判定レベルを変
化させることができ、空燃比センサの活性を早期にかつ
精度良く判定することができるという効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明に係る活性判定装置
によって活性判定が行われる空燃比センサを備えた車両
用内燃機関のシステム構成を示すものである。

【００１８】この図１において、内燃機関１には、スロ
ットル弁２で計量される空気が、吸気弁３を介してシリ
ンダ内に吸引される。各気筒の吸気ポート部には、それ
ぞれに燃料噴射弁４が設けられており、該燃料噴射弁４
から噴射される燃料によってシリンダ内に混合気が形成
される。

【００１９】前記混合気は、点火栓５による火花点火に
よって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁６を介してシリ
ンダ内から排出され、触媒７で浄化された後に大気中に
放出される。

【００２０】前記燃料噴射弁４における燃料噴射量を制
御するコントロールユニット８には、各種センサからの
検出信号が入力され、これらの検出信号に基づく演算処
理によって燃料噴射量を算出し、該燃料噴射量に基づい
て燃料噴射弁４の開弁時間を制御する。

【００２１】前記各種センサとしては、機関１の吸入空
気流量Ｑを検出するエアフローメータ１０、機関１のク
ランク軸回転に同期する検出信号を発生するクランク角
センサ１１、機関１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温セ
ンサ１２、触媒７上流側の排気管に介装され、燃焼混合
気の空燃比と相関のある排気中の酸素濃度に感応して検
出信号を発生させる空燃比センサ１３などが設けられて
いる。

【００２２】前記空燃比センサ１３は、図２に示すよう
に、空燃比（空気過剰率）に応じたセンサ出力を発生さ
せるものであり、該空燃比とセンサ出力（検出信号）と
の相関から実際の空燃比を検出できる。

【００２３】前記コントロールユニット８は、クランク
角センサ１１からの検出信号に基づいて機関回転速度Ｎ
ｅを算出し、該機関回転速度Ｎｅと吸入空気流量Ｑとか
ら基本燃料噴射量Ｔｐを算出し、該基本燃料噴射量Ｔｐ
を、各種増量補正係数，空燃比フィードバック補正係数
及び電圧補正分で補正して最終的な燃料噴射量Ｔｉを算
出する。

【００２４】前記各種増量補正係数には、冷機時に冷却
水温度Ｔｗに応じて増量補正するための水温増量補正係
数、始動後の回転安定性を確保するための始動後増量補
正係数などが含まれる。

【００２５】また、前記空燃比フィードバック補正係数
は、空燃比センサ１３で検出される実際の空燃比を目標
空燃比に一致させるべく例えば比例・積分制御される。
但し、前記空燃比センサ１３は、図２に示すように、始
動後にセンサ素子が活性温度に到達するまでは所期出力
を発生せず、空燃比を誤検出することになってしまうの
で、空燃比センサ１３が活性化するまでは前記空燃比フ
ィードバック制御をクランプし、前記水温増量補正係数
や始動後増量補正係数による増量補正を施すようにして
ある。

【００２６】即ち、空燃比センサ１３の活性判定に基づ
いて空燃比フィードバック制御が開始される構成であ
り、前記活性判定の詳細を図３のフローチャートに従っ
て説明する。

【００２７】図３のフローチャートにおいて、機関の始
動が行われると（Ｓ１）、初爆したか否かを判別する
（Ｓ２）。前記初爆の判別は、例えば機関回転速度Ｎｅ
が所定回転速度を超えたか否かに基づき行うことができ
る。

【００２８】初爆が検出されると、そのときの空燃比セ
ンサ１３の検出出力（検出信号）を読み込む（Ｓ３）。
一方、そのときの燃料噴射量Ｔｉとシリンダ吸入空気量
（Ｑ／Ｎｅ）とに基づいて空燃比を推定し（Ｓ４）、該
推定した空燃比に応じて活性判定のために空燃比センサ
１３の出力と比較させる活性判定レベルを設定する（Ｓ
５）。

【００２９】本実施の形態において空燃比センサ１３
は、図２に示すように、空燃比がリーンであるほど検出
出力が大きくなる構成であり、空燃比センサ１３が活性
化している場合には、空燃比のリーン変化に対してセン
サ出力は増大変化することになるが、非活性状態におい
ては、空燃比に関わらずに空気過剰率λ＝１（理論空燃
比）に略対応する出力を維持し、素子温度の上昇に伴っ
て空燃比変化に対するセンサ出力変化量が大きくなる特
性となっている。

【００３０】一方、前記空燃比の推定値は、暖機の進行
に伴い水温増量補正係数や始動後増量補正係数による増
量補正率が減少することに対応してリーン方向に変化す
ることになるから、空燃比センサ１３が活性化していれ
ば、該空燃比のリーン方向への変化に対応してセンサ出
力は増大方向に変化することになる。

【００３１】そこで、図４に示すように、前記活性判定
レベルも空燃比のリーン方向変化（増量補正率の減少変
化）に応じて徐々に増大設定し、活性化状態における空
燃比センサ１３の検出出力よりも所定値だけ高い値とし
て変化するようにすれば、非活性状態であるために空気
過剰率λ＝１（理論空燃比）に対応する出力に近い出力
を発生させている状態から、活性化によってそのときの
空燃比に対応すべき出力を発生したことを確実に判定で
きることになる。

【００３２】機関が暖機された状態での始動時（ホット
リスタート時）であって、空燃比センサ１３の素子温度
がある程度高い場合には、図５に示すように、増量補正
率が小さく短期間で早く０にまで収束することになる
が、この場合も、そのときの燃料噴射量Ｔｉとシリンダ
吸入空気量とから空燃比が推定して、該推定した空燃比
に基づいて活性判定レベルを設定するので、空燃比の違
いによるセンサ出力レベルの違いに対応した活性判定レ
ベルを設定でき、誤判定の発生を回避しつつ、活性化し
た直後の活性判定が可能となる。

【００３３】上記のようにして活性判定レベルを設定す
ると、空燃比センサ１３の出力が前記活性判定レベルを
横切ったか否かを判別し（Ｓ６）、空燃比センサ１３の
出力が前記活性判定レベルを横切ったときに、空燃比セ
ンサ１３の活性を判定する（Ｓ７）。

【００３４】空燃比センサ１３の活性が判定されると、
空燃比フィードバック制御の開始を許可し（Ｓ８）、更
に、前記水温増量補正係数や始動後増量補正係数による
増量補正をキャンセルし（Ｓ９）、空燃比センサ１３の
検出結果を用いた空燃比フィードバック制御を開始させ
る（Ｓ１０）。

【００３５】尚、上記実施の形態では、空燃比センサ１
３が触媒７の上流側に設けられる構成としたが、触媒７
の下流側に設けられる空燃比センサの活性判定も上記と
同様にして行わせることが可能である。但し、触媒７の
下流側の酸素濃度変化は、触媒７の酸素ストレージ能力
に影響されて遅れを生じるので、該遅れを見込んで活性
判定レベルを設定する必要がある。

【００３６】また、燃料噴射弁４がシリンダ内に直接燃
料を噴射する構成の内燃機関であっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成
図。

【図２】実施の形態における空燃比センサの出力特性を
示す線図。

【図３】実施の形態における空燃比センサの活性判定を
示すフローチャート。

【図４】実施の形態における冷機始動時の活性判定の様
子を示すタイムチャート。

【図５】実施の形態における暖機後始動時の活性判定の
様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関 ４…燃料噴射弁 ８…コントロールユニット １０…エアフローメータ １１…クランク角センサ １２…水温センサ １３…空燃比センサ

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Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気管に介装されて燃焼混合気
   の空燃比に応じた検出信号を出力する空燃比センサの活
   性判定装置であって、 始動後の空燃比の変化に応じて活性判定レベルを変化さ
   せ、該活性判定レベルを前記空燃比センサの検出信号が
   横切ったときに、前記空燃比センサの活性を判定するこ
   とを特徴とする空燃比センサの活性判定装置。
2. 【請求項２】前記始動後の空燃比を、燃料噴射量と吸入
   空気量とに基づいて推定することを特徴とする請求項１
   記載の空燃比センサの活性判定装置。
3. 【請求項３】前記始動後の空燃比がリーン方向に変化す
   るほど、前記活性判定レベルをよりリーン出力側に変化
   させることを特徴とする請求項１又は２記載の空燃比セ
   ンサの活性判定装置。