JP2006046179A

JP2006046179A - 空燃比センサの故障診断装置

Info

Publication number: JP2006046179A
Application number: JP2004228118A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Toyoda; 克彦豊田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】この発明の目的は、エンジン始動時から空燃比センサが故障している場合においても、強制的に空燃比フィードバック制御を行うことによって空燃比センサの故障を早期に発見することができ、排気有害成分が増加した状態の時間を短くすることことにある。
【解決手段】この発明は、エンジンの排気通路に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段を備えた空燃比センサの故障診断装置において、前記空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、前記空燃比センサの出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えなかったときには、前記空燃比センサが故障していると判定する判定手段を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は空燃比センサの故障診断装置に係り、特に、エンジン始動時から空燃比センサが故障している場合においても、強制的に空燃比フィードバック制御を行うことによって、空燃比センサの故障を早期に発見することができる空燃比センサの故障診断装置に関する。

車両に搭載されるエンジンには、排気通路に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサとしてＯ２センサを設け、Ｏ２センサの出力電圧を用いて空燃比が目標値になるように空燃比フィードバック制御による燃料制御を行う空燃比フィードバック制御手段を備えたものがある。エンジンは、空燃比フィードバック制御によって、空燃比を適正化して燃焼性を改善し、触媒による排気浄化効率を向上し、排出される排気有害成分の低減を図っている。

空燃比フィードバック制御においては、Ｏ２センサが故障すると、空燃比フィードバック制御に狂いが生じ、空燃比が不適切となってエンジン不調を生じるため、Ｏ２センサの故障を判定する故障診断装置が提案されている。

従来の空燃比センサの故障診断装置には、空燃比センサであるＯ２センサの活性前に出力電圧を検出し、異常判定条件によってＯ２センサの異常判定を行い、エンジンの冷機始動時にＯ２センサの異常診断を行うものがある。
特開２００１−１７３４９６号公報

また、従来の空燃比センサの故障診断装置には、エンジン始動後、所定時間以上経過するまでは、空燃比センサであるＯ２センサの出力値が第１の条件を満足しないとき、Ｏ２センサが断線状態あるいは未活性であると判別し、Ｏ２センサの出力値が第２の条件を満足しないときには、Ｏ２センサが断線状態あるいは未活性であると判別するものがある。
特開平５−６５８４０号公報

ところで、近時は、車両に搭載されたエンジンの排気ガス規制が厳しくなり、今まで以上に高精度でしかも多様な故障パターンでＯ２センサの故障診断を行う必要性が増加しており、Ｏ２センサが故障した状態で走行され、排気有害成分が増加する状態が長く続くことを防止することが要求されている。

従来は、エンジンの始動時に空燃比を制御するための燃料制御をオープンループ制御とし、その後、Ｏ２センサの出力電圧がリッチリーン判定電圧を低側と高側とのいずれか一側から他側に超えることによってＯ２センサが活性している判断されると、燃料制御をクローズドループ制御（空燃比フィードバック制御）の状態にし、このクローズドループ制御の状態においてＯ２センサの故障を判定していた。

ところが、図６に示す如く、エンジンの始動時からＯ２センサが故障していて、Ｏ２センサの出力電圧がリッチリーン判定電圧を超えずにＯ２センサが活性されないと判断され、空燃比を制御するための燃料制御がオープンループ制御の状態を続けた場合には、オープンループ制御の状態であるためＯ２センサの故障を判定することができなかった。このような場合には、燃料制御がクローズドループ制御の状態にならないため、Ｏ２センサの故障判定が遅くなってしまい、排気有害成分が増加した状態で走行してしまう時間が長くなるという問題があった。

この発明は、エンジンの排気通路に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段を備えた空燃比センサの故障診断装置において、前記空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、前記空燃比センサの出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えなかったときには、前記空燃比センサが故障していると判定する判定手段を設けたことを特徴とする。

この発明は、判定手段によって、空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、空燃比センサの出力電圧が一度もリッチ・リーン判定電圧を超えなかったときには、空燃比センサが故障していると判定することにより、エンジンの始動時から空燃比センサが故障している場合においても、強制的に空燃比フィードバック制御を行うことによって、空燃比センサの故障を早期に発見することができ、排気有害成分が増加した状態の時間を短くすることができる。

この発明の空燃比センサの故障診断装置は、空燃比センサの故障を早期に発見するために、空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、空燃比センサの出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えなかったときには、空燃比センサが故障していると判定するものである。
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。図５において、２は図示しない車両に搭載されたエンジン、４は吸気通路、６は排気通路である。エンジン２は、Ｖ型エンジンであり、一側の第１シリンダバンク８−１と他側の第２シリンダバンク８−２とをＶ字形状に配置して構成されている。

前記吸気通路４は、上流端にエアクリーナ１０を設け、途中にスロットルバルブ１２を設け、下流側を２本の第１、第２分岐吸気通路４−１、４−２に分岐し、第１分岐吸気通路４−１の下流端を第１シリンダバンク８−１側の燃焼室（図示せず）に連通するとともに、第２分岐吸気通路４−２の下流端を第２シリンダバンク８−２側の燃焼室（図示せず）に連通している。

前記吸気通路４には、スロットルバルブ１２をバイパスして上流側と下流側とを連通するバイパス空気通路１４を設けている。バイパス空気通路１４の途中には、バイパス空気通路１４を流れるアイドル空気流量を調整可能なアイドル制御弁１６を設けている。アイドル制御弁１６は、後述する空燃比フィードバック制御手段６８に接続している。

前記排気通路６は、上流側を２本の第１・第２分岐排気通路６−１・６−２に分岐し、第１分岐排気通路６−１の上流端を第１シリンダバンク８−１側の燃焼室に連通するとともに、第２分岐排気通路６−２の上流端を第２シリンダバンク８−２側の燃焼室に連通し、第１・第２分岐排気通路６−１・６−２の下流端を合流している。

前記第１分岐排気通路６−１には、第１三元触媒１８−１を設け、第１三元触媒１８−１よりも上流側部位に空燃比センサである第１フロントＯ２センサ２０−１を設けるとともに、第１三元触媒１８−１よりも下流側部位に第１リヤＯ２センサ２２−１を設けている。

前記第２分岐排気通路６−２には、第２三元触媒１８−２を設け、第２三元触媒１８−２よりも上流側部位に空燃比センサである第２フロントＯ２センサ２０−２を設けるとともに、第２三元触媒１８−２よりも下流側部位に第２リヤＯ２センサ２２−２を設けている。

第１・第２フロントＯ２センサ２０−１・２０−２は、第１・第２分岐排気通路６−１・６−２内の排気中の酸素濃度を検出し、出力電圧として反転するリッチ信号とリーン信号とを出力する。第１・第２リヤＯ２センサ２２−１・２２−２は、第１・第２三元触媒１８−１・１８−２下流側の第１・第２分岐排気通路６−１・６−２内の排気中の酸素濃度を検出し、出力電圧として反転するリッチ信号とリーン信号とを出力する。第１・第２分岐排気通路６−１・６−２の合流部位よりも下流側の排気通路６には、三元触媒２４を設けている。

前記エンジン２は、第１・第２シリンダバンク８−１・８−２の各燃焼室に指向させて、各側の第１・第２燃料噴射弁２６−１・２６−２を設けている。第１・第２燃料噴射弁２６−１・２６−２は、燃料供給通路２８により燃料タンク３０に連絡されている。燃料タンク３０内の燃料は、燃料ポンプ３２により燃料供給通路２８に圧送され、燃料フィルタ３４により塵挨を除去されて第１・第２燃料噴射弁２６−１・２６−２に供給される。

前記燃料供給通路２８途中には、燃料の圧力を調整する燃料圧力調整部３６を設けている。燃料圧力調整部３６は、吸気通路４に連通する導圧通路３８から導入される吸気管圧力により燃料圧力を所定値に調整し、余剰の燃料を燃料戻り通路４０により燃料タンク３０に戻す。

前記燃料タンク３０は、エバポ通路４２によりキャニスタ４４に連通している。エバポ通路４２の途中には、タンク圧制御バルブ４６を設けている。タンク圧制御バルブ４６は、吸気通路４に連通する圧力通路４８から導入される吸気管圧力をタンク圧制御用ソレノイドバルブ５０により調整し、開閉制御される。前記キャニスタ４４は、パージ通路５２によりスロットルバルブ１２下流側の吸気通路４に連通している。パージ通路５２の途中には、パージ制御バルブ５４を設けている。また、キャニスタ４４には、導入する大気を調整する大気バルブ５６を設けている。

前記エンジン２には、排気系システムを構成する第２フロントＯ２センサ２０−２よりも上流側の第２分岐排気通路６−２と吸気系システムを構成する第１・第２分岐吸気通路４−１・４−２の合流部位とを連通するＥＧＲ通路５８を設けている。ＥＧＲ通路５８の途中には、ＥＧＲ制御バルブ６０を設けている。ＥＧＲ制御バルブ６０は、排気系システムから吸気系システムに還流される排気のＥＧＲ量を調整する。

また、このエンジン２には、第１・第２シリンダバンク８−１・８−２の各燃焼室に設けた点火プラグ（図示せず）に飛火させる各側の第１・第２イグニションコイル６２−１・６２−２を設け、第２シリンダバンク８−２にＰＣＶバルブ６４を設けている。

前記アイドル制御弁１６と、第１・第２フロントＯ２センサ２０−１・２０−２と、第１・第２リヤＯ２センサ２２−１・２２−２と、第１・第２燃料噴射弁２６−１・２６−２と、燃料ポンプ３２と、パージ制御バルブ５４と、ＥＧＲ制御バルブ６０と、第１・第２イグニションコイル６２−１・６２−２とは、第１・第２フロントＯ２センサ２０−１・２０−２（以下「Ｏ２センサ２０」と記す。）の故障診断装置６６を構成する空燃比フィードバック制御手段６８に接続している。

空燃比フィードバック制御手段６８には、吸気温度を検出する吸気温センサ７０と、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ７２と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ７４と、カム角を検出するカム角センサ７６と、吸気管圧力を検出する吸気圧センサ７８と、エンジン２の冷却水温度を検出する水温センサ８０と、エンジン２のクランク角を検出してエンジン回転数センサとしても機能するクランク角センサ８２と、燃料タンク３０の燃料レベルを検出する燃料レベルセンサ８４と、燃料タンク３０内の圧力を検出する圧力センサ８６とを接続している。

また、空燃比フィードバック制御手段６８には、表示ランプ８８と、電気負荷９０と、パワーステアリング圧力スイッチ９２と、ヒータブロアファンスイッチ９４と、車速センサ９６と、コンビネーションメータ９８と、クルーズコントロールモジュールｌ００と、メインリレー１０２と、イグニションスイッチ１０４と、バッテリ１０６とを接続している。

空燃比フィードバック制御手段６８は、エンジン２の排気通路６に設けた排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサ２０・２２の出力電圧を用いて空燃比が目標値になるように空燃比フィードバック制御による燃料制御を行い、空燃比を適正化して燃焼性を改善し、触媒１８・２４による排気浄化効率を向上し、排出される排気有害成分の低減を図っている。

前記Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、空燃比フィードバック制御手段６８に判定手段１０８を設けている。判定手段１０８は、図２に示す如く、エンジン２の始動後に、冷却水温度が設定水温（例えば、摂氏２０度）に達してからの燃料制御のオープンループ制御が設定時間（例えば、６０秒）を経過した場合に、Ｏ２センサ２０が活性しているとみなして強制的にクローズドループ制御（空燃比フィードバック制御）を開始する。そして、判定手段１０８は、空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えなかったときには、Ｏ２センサ２０が故障していると判定するものである。

次に、この実施例の作用を説明する。

Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、図３に示す如く、エンジン２を始動して燃料制御をオープンループ制御しているとき、強制的にクローズドループ制御にするプログラムがスタートすると（２０２）、エンジン２の冷却水温度Ｗｔが設定水温Ｗｔｓ（例えば、摂氏２０度）以上であるかを判断する（２０４）。

この判断（２０４）がＹＥＳの場合は、燃料カットの実行中でないかを判断する（２０６）。

この判断（２０６）がＹＥＳの場合は、燃料の高負荷増量の実行中でないかを判断する（２０８）。

この判断（２０８）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０が活性しているかを判断する（２１０）。

Ｏ２センサ２０が活性しているかの判断は、図４に示す如く、Ｏ２センサ２０の活性判定のプログラムがスタートすると（２１０−２）、Ｏ２センサ２０の出力電圧Ｖがリッチリーン判定電圧Ｖｔを高側から低側にあるいは低側から高側に超えたかを判断する（２１０−４）。

この判断（２１０−４）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０が活性していると判定し（２１０−６）、判断（２１０）に戻る。

前記判断（２１０−４）がＮＯの場合は、エンジン２の冷却水温度Ｗｔが設定水温Ｗｔｓ（例えば、摂氏２０度）以上であるかを判断する（２１０−８）。

この判断（２１０−８）がＹＥＳの場合は、オープンループ制御の実施時間Ｔｏｐが設定時間Ｔｏｐｓ（例えば、６０秒）以上となったかを判断する（２１０−１０）。

この判断（２１０−１０）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０が活性していると判定し（２１０−６）、判断（２１０）に戻る。

一方、前記判断（２１０−８）及び（２１０−１０）がＮＯの場合は、判断（２１０−４）に戻る。

Ｏ２センサ２０の活性判定の結果によって、前記判断（２１０）がＹＥＳの場合は、燃料制御のオープンループ制御を終了して強制的にクローズドループ制御を実施する（２１２）。

一方、前記判断（２０４）〜（２１０）がＮＯの場合は、判断（２０４）に戻る。

つまり、Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、エンジン２始動後のオープンループ制御中に、
（１）、燃料カット中でない、または高負荷増量中でない
（２）、冷却水温度が設定水温以上
（３）、Ｏ２センサ２０が活性中
（３−１）、Ｏ２センサ２０の出力電圧がリッチリーン判定電圧を超えた
または、
（３−２）、冷却水温度が設定水温以上でオープンループ制御が設定時間以上
をクローズドループ制御の実施条件として判定し、これらの条件が成立すると、強制的にクローズドループ制御（空燃比フィードバック制御）を開始する（図２参照）。

Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、図１に示す如く、エンジン２の始動後に強制的にクローズドループ制御しているときに、故障診断のプログラムがスタートすると（３０２）、エンジン２の冷却水温度Ｗｔが第１設定水温Ｗｔｓ１（例えば、摂氏１０度）以上、第２設定水温Ｗｔｓ２（例えば、摂氏１１０度）以下であるかを判断する（３０４）。

この判断（３０４）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０に設けられたセンサヒータ（図示せず）のヒータ積算時間Ｈｔが設定時間Ｈｔｓ（例えば、２４秒）以上となったかを判断する（３０６）。

この判断（３０６）がＹＥＳの場合は、燃料カットを実行中でないかを判断する（３０８）。

この判断（３０８）がＹＥＳの場合は、燃料制御のクローズドループ制御の実施時間Ｔｃｌが設定時間Ｔｃｌｓ（例えば、３０秒）以上となったかを判断する（３１０）。

この判断（３１０）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０の出力電圧Ｖが一度もリッチリーン判定電圧Ｖｓ（例えば、０．４５Ｖ）以上にならないかを判断する（３１２）。

この判断（３１２）がＹＥＳの場合は、Ｏ２センサ２０の故障と判定する（３１４）。

一方、前記判断（３０４）〜（３１２）がＮＯの場合は、判断（３０４）に戻る。

つまり、Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、エンジン２始動後の強制的なクローズドループ制御中に、
（１）、強制的なクローズドループ制御（空燃比フィードバック制御）が設定時間を経過
（２）、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えない
をＯ２センサ２０の故障判定条件として判定し、これらの条件が成立すると、Ｏ２センサ２０が故障していると判定するものである。

このように、Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、エンジン２の始動後に冷却水温度が設定水温に達してからの燃料制御のオープンループ制御が設定時間を経過した場合に、Ｏ２センサ２０が活性しているとみなして強制的にクローズドループ制御（空燃比フィードバック制御）を開始する。そして、Ｏ２センサ２０の故障診断装置６６は、空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチ・リーン判定電圧を超えなかったときには、Ｏ２センサ２０が故障していると判定する。

これにより、このＯ２センサ２０の故障診断装置６６は、エンジン２の始動時からＯ２センサ２０が故障している場合においても、強制的に空燃比フィードバック制御を行うことによって、Ｏ２センサ２０の故障を早期に発見することができ、排気有害成分が増加した状態の時間を短くすることができる。

なお、上述実施例においては、空燃比フィードバック制御を開始後の設定時間を経過した時点で、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチ・リーン判定電圧を低側から高側に超えなかった（出力電圧がリッチ・リーン判定電圧未満の状態に固着した）場合を例示したが、空燃比フィードバック制御を開始後の設定時間を経過した時点で、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチ・リーン判定電圧を高側から低側に超えなかった（出力電圧がリッチ・リーン判定電圧を超えた状態に固着した）場合においても、同様にＯ２センサ２０が故障していると判定するものである。

また、上述実施例においては、エンジン２の始動後にオープンループ制御から強制的にクローズドループ制御を開始し、この空燃比フィードバック制御中にＯ２センサ２０の出力電圧で故障を判定したが、エンジン２の運転中においても、オープンループ制御からクローズドループ制御になったことを条件として、この空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、Ｏ２センサ２０の出力電圧が一度もリッチ・リーン判定電圧を超えなかったときには、Ｏ２センサ２０が故障していると判定することにより、エンジン２の始動時だけでなく、エンジン２運転中のＯ２センサ２０の故障診断にも適用することができる。なお、この実施例では、空燃比センサをＯ２センサとして説明したが、排気系に設けられる種々の空燃比センサ（例えば、排気ガスの空燃比を直接検出する空燃比センサ等）においても、同様な制御が可能である。

この発明の空燃比センサの故障診断装置は、空燃比センサの故障を早期に発見することができるため、空燃比センサが故障した状態で車両が走行される時間を短くすることができる。

実施例を示す故障診断装置の故障診断のフローチャートである。故障診断のタイミングチャートである。クローズドループ制御実施のフローチャートである。活性判定のフローチャートである。故障診断装置のシステム構成図である。従来の故障診断のタイミングチャートである。

符号の説明

２エンジン
４吸気通路
６排気通路
２０−１第１フロントＯ２センサ
２０−２第２フロントＯ２センサ
６６故障診断装置
６８空燃比フィードバック制御手段
８０水温センサ
１０８判定手段

Claims

エンジンの排気通路に排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサを設け、この空燃比センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段を備えた空燃比センサの故障診断装置において、前記空燃比フィードバック制御を開始後、設定時間を経過した場合において、前記空燃比センサの出力電圧が一度もリッチリーン判定電圧を超えなかったときには、前記空燃比センサが故障していると判定する判定手段を設けたことを特徴とする空燃比センサの故障診断装置。