JP2008240679A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a drop of accuracy in air fuel ratio feed back control controlling a fuel injection quantity based on the output of an oxygen sensor arranged in an exhaust passage. <P>SOLUTION: In a control device executing air fuel ratio feed back control controlling fuel injection quantity to make actual air fuel ratio provided from output of an oxygen sensor (oxygen concentration) arranged in an exhaust passage coincide with target air fuel ratio, and fuel cut when predetermined conditions are satisfied, it is judged that output of the oxygen sensor is not normal when output voltage level of the oxygen sensor during fuel cut is negative, and air fuel ratio feed back control and sensor failure diagnosis are prohibited (step ST1-ST3). Deterioration of emission and non conversion of exhaust gas and wrong diagnosis of a sensor failure can be prevented by prohibiting air fuel ratio feed back control and sensor failure diagnosis when output of an oxygen sensor is not normal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、排気通路に配置した酸素センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that executes air-fuel ratio feedback control based on an output of an oxygen sensor disposed in an exhaust passage.

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、通常、エンジンの排気通路に配置した触媒によって、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するようにしている。この触媒による浄化作用は、混合気が理論空燃比で燃焼されるときに最も効率が高くなる。   In an internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) mounted on a vehicle, harmful components (HC, CO, NOx, etc.) contained in exhaust gas are usually purified by a catalyst disposed in the exhaust passage of the engine. Yes. This purification action by the catalyst is most efficient when the air-fuel mixture is burned at the stoichiometric air-fuel ratio.

そこで、エンジンの排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by an oxygen sensor disposed in the exhaust passage of the engine, and fuel injection is performed so that the actual air-fuel ratio obtained from the detected oxygen concentration matches the target air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio). The amount is feedback controlled (for example, see Patent Document 1).

空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサとしては、例えば、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）に、大気側電極（白金電極）、排気側電極（白金電極）及び多孔質層を設けてセンサ素子を構成し、このセンサ素子の大気側電極を大気に開放するとともに、排気側電極を排気通路内の排気ガスに接触させる構造のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。   As an oxygen sensor used for air-fuel ratio feedback control, for example, a solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) is provided with an atmosphere side electrode (platinum electrode), an exhaust side electrode (platinum electrode), and a porous layer. In this structure, the atmosphere side electrode of the sensor element is opened to the atmosphere, and the exhaust side electrode is in contact with the exhaust gas in the exhaust passage (see, for example, Patent Document 2).

このような酸素センサでは、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力が発生し、この起電力の大きさに基づいて空燃比を検出することができる。具体的には、大気側と排気側において酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。このような酸素分子の移動に伴って排気側電極から大気側電極に向かう電子の移動が生じて大気側電極と排気側電極との間に起電力が発生し、その起電力の大きさ（大気側電極と排気側電極との間の電圧差）に基づいて排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出することができる。   In such an oxygen sensor, an electromotive force is generated according to the oxygen concentration of the exhaust gas, and the air-fuel ratio can be detected based on the magnitude of the electromotive force. Specifically, if there is a difference in oxygen partial pressure between the atmosphere side and the exhaust side, oxygen on the higher oxygen partial pressure side (usually the air side) is ionized and passes through the solid electrolyte layer, resulting in a lower oxygen partial pressure. To the side (usually the exhaust side). As the oxygen molecules move, electrons move from the exhaust side electrode to the atmosphere side electrode, and an electromotive force is generated between the atmosphere side electrode and the exhaust side electrode. The oxygen concentration (air-fuel ratio) in the exhaust gas can be detected based on the voltage difference between the side electrode and the exhaust side electrode.

そして、上記した空燃比フィードバック制御では、酸素センサによって検出される空燃比がリッチであるときには燃料噴射量を減量補正し、空燃比がリーンであるときには燃料噴射量を増量補正することで、エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）に近づけている。このように空燃比フィードバック制御の実行中は、エンジンの空燃比を理論空燃比に近づけるべく燃料噴射量が増減されるため、排気ガス中の酸素濃度が周期的に変化して酸素センサからリッチ信号とリーン信号とが交互に出力されるようになる。   In the air-fuel ratio feedback control described above, when the air-fuel ratio detected by the oxygen sensor is rich, the fuel injection amount is corrected to decrease, and when the air-fuel ratio is lean, the fuel injection amount is increased to correct. The air-fuel ratio is brought close to the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). Thus, during the execution of the air-fuel ratio feedback control, the fuel injection amount is increased or decreased to bring the engine air-fuel ratio closer to the stoichiometric air-fuel ratio, so that the oxygen concentration in the exhaust gas changes periodically and the rich signal is output from the oxygen sensor. And the lean signal are output alternately.

ここで、酸素センサでは、センサ素子の劣化や、センサ素子のクラック（素子割れ）などが生じると、検出対象である排気ガスの酸素濃度を正確に検出することが困難となるため、酸素センサの故障を診断する必要がある。   Here, in the oxygen sensor, if the sensor element is deteriorated or the sensor element is cracked (element crack), it is difficult to accurately detect the oxygen concentration of the exhaust gas to be detected. It is necessary to diagnose the failure.

酸素センサの故障診断方法としては、例えば、酸素センサの劣化による特性変化が生じると、空燃比フィードバック制御中における酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が長くなることに着目し、その反転周期に基づいて酸素センサの異常を診断する方法（例えば、特許文献３参照）や、センサ素子にクラックが生じたときの出力パターン（出力電圧波形）が正常時の出力パターンとは異なることに着目し、出力パターンを基準パターン（正常時パターン）と比較することで、センサ素子のクラックの有無を判断する方法（例えば、特許文献４参照）などがある。
特開２００６−２２００８５号公報 実開平６−６９８３４号公報 特開２００５−２０７２４９号公報 特開２００３−１４６８３号公報 特開２００６−２２００８５号公報 As a method for diagnosing the failure of the oxygen sensor, for example, paying attention to the fact that the inversion cycle of the rich signal and the lean signal from the oxygen sensor during the air-fuel ratio feedback control becomes longer when a characteristic change occurs due to the deterioration of the oxygen sensor. A method of diagnosing an abnormality of the oxygen sensor based on the inversion period (for example, refer to Patent Document 3) and an output pattern (output voltage waveform) when a crack occurs in the sensor element is different from a normal output pattern There is a method of judging whether or not there is a crack in the sensor element by comparing the output pattern with a reference pattern (normal pattern), for example (see Patent Document 4).
JP 2006-220085 A Japanese Utility Model Publication No. 6-69834 JP 2005-207249 A JP 2003-14683 A JP 2006-220085 A

ところで、酸素センサはセンサ素子が暖機される過程において、正常なセンサ出力が得られない場合がある。この点について説明する。   By the way, the oxygen sensor may not obtain a normal sensor output in the process of warming up the sensor element. This point will be described.

まず、酸素センサの大気側電極は大気に開放されているため、エンジン停止中などにおいて大気中の水蒸気の一部が結露して液化する場合がある。大気側電極において結露・液化した水分は、センサ素子が暖機される過程で蒸発して大気側に多量の水蒸気が発生し、この水蒸気の発生によって大気側の酸素分圧が相対的に低下する。ここで、酸素センサの出力は、上述したように、大気側と排気側の酸素分圧差で生じる起電力によって発生するが、大気側での水蒸気の発生により大気側の酸素分圧（酸素濃度）が低下すると、酸素センサの出力から得られる酸素濃度が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれてしまい、排気ガスの酸素濃度を正確に反映したセンサ出力が得られない場合がある。   First, since the atmosphere side electrode of the oxygen sensor is open to the atmosphere, a part of the water vapor in the atmosphere may be condensed and liquefied when the engine is stopped. The moisture condensed or liquefied at the atmosphere side electrode evaporates in the process of warming up the sensor element, and a large amount of water vapor is generated on the atmosphere side, and the generation of this water vapor relatively reduces the oxygen partial pressure on the atmosphere side. . Here, as described above, the output of the oxygen sensor is generated by an electromotive force generated by a difference in oxygen partial pressure between the atmosphere side and the exhaust side, but due to the generation of water vapor on the atmosphere side, the oxygen partial pressure (oxygen concentration) on the atmosphere side. If the oxygen concentration decreases, the oxygen concentration obtained from the output of the oxygen sensor shifts to the lean side with respect to the actual exhaust-side oxygen concentration, and a sensor output that accurately reflects the oxygen concentration of the exhaust gas may not be obtained.

そして、実際の酸素濃度を反映していないセンサ出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行うと、制御中心がリッチ側にずれてしまうので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化が発生する可能性がある。また、酸素センサの出力に基づいて故障診断を実施している場合、センサ故障を誤診断する可能性がある。   And if air-fuel ratio feedback control is performed based on sensor output that does not reflect the actual oxygen concentration, the control center will shift to the rich side, which may cause emission deterioration and unpurified exhaust gas. is there. Further, when a failure diagnosis is performed based on the output of the oxygen sensor, there is a possibility that a sensor failure is erroneously diagnosed.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置において、空燃比フィードバック制御の精度低下を防止することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an oxygen concentration in exhaust gas is detected by an oxygen sensor disposed in an exhaust passage, and an actual air-fuel ratio obtained from the detected oxygen concentration is a target air-fuel ratio. An object of the present invention is to prevent a reduction in the accuracy of air-fuel ratio feedback control in an internal combustion engine control apparatus that executes air-fuel ratio feedback control for controlling the fuel injection amount so as to match the above.

−課題の解決原理−
まず、空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサの暖機は、内燃機関の始動後に直ぐに完了するのではなく、車両の走行時などにおいて暖機が完了する。このため、酸素センサが暖機される過程において、フューエルカット条件（具体的には、例えばエンジン回転数がフューエルカット回転数以上でアクセルオフ）が成立してフューエルカットが実施される場合ある。 -Solving principle-
First, the warm-up of the oxygen sensor used for air-fuel ratio feedback control is not completed immediately after the internal combustion engine is started, but is warmed up when the vehicle is running. For this reason, in the process in which the oxygen sensor is warmed up, fuel cut conditions (specifically, for example, when the engine speed is equal to or higher than the fuel cut speed and the accelerator is off) may be established and the fuel cut is performed.

また、空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサは、上述したように、大気側電極に結露・液化した水分が、センサ素子の暖機過程において蒸発して大量の水蒸気となることによって大気側の酸素分圧が相対的に低下し、この大気側の酸素分圧低下により、センサ出力電圧が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれる。ここで、フューエルカット（リーン）時の酸素センサの出力電圧は０Ｖに近い値（例えば０．１Ｖ程度）であり、上記した水蒸気発生による大気側の酸素分圧低下が生じると、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルは０Ｖ以下（負レベル）となる。このような点に着目して、本発明では、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、その判定結果を基に空燃比フィードバック制御の禁止・許可を行う点に特徴がある。   In addition, as described above, the oxygen sensor used for air-fuel ratio feedback control is configured such that moisture condensed or liquefied on the atmosphere side electrode evaporates during the warm-up process of the sensor element and becomes a large amount of water vapor, thereby causing oxygen concentration on the atmosphere side. The pressure relatively decreases, and the sensor partial output voltage shifts to the lean side with respect to the actual exhaust-side oxygen concentration due to the decrease in oxygen partial pressure on the atmosphere side. Here, the output voltage of the oxygen sensor at the time of fuel cut (lean) is a value close to 0 V (for example, about 0.1 V), and if the oxygen partial pressure drop on the atmosphere side due to the generation of water vapor occurs, The output voltage level of the oxygen sensor is 0 V or less (negative level). Focusing on such points, in the present invention, it is determined whether or not the output voltage level of the oxygen sensor at the time of fuel cut is negative, and the air-fuel ratio feedback control is prohibited / permitted based on the determination result. There is a feature in the point.

−解決手段−
具体的には、本発明は、排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御と、所定の条件が成立したときに前記内燃機関の燃料噴射をカットするフューエルカットとを実行する内燃機関の制御装置を前提とする。そして、このような制御装置において、フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定する判定手段と、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御を禁止する禁止手段とを設けていることを特徴としている。 -Solution-
Specifically, in the present invention, the oxygen concentration in the exhaust gas is detected by an oxygen sensor disposed in the exhaust passage, and fuel injection is performed so that the actual air-fuel ratio obtained from the detected oxygen concentration matches the target air-fuel ratio. A control device for an internal combustion engine that executes air-fuel ratio feedback control for controlling the amount and fuel cut for cutting fuel injection of the internal combustion engine when a predetermined condition is satisfied is assumed. And in such a control device, when the output voltage level of the oxygen sensor at the time of fuel cut is negative, the determination means for determining whether the output voltage level of the oxygen sensor at the time of fuel cut is negative, Prohibiting means for prohibiting air-fuel ratio feedback control is provided.

本発明によれば、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負であるときには、酸素センサの出力が正常でないと判断して、空燃比フィードバック制御を禁止するので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化を防止することができる。   According to the present invention, when the output voltage level of the oxygen sensor is negative at the time of the fuel cut, it is determined that the output of the oxygen sensor is not normal and the air-fuel ratio feedback control is prohibited. Purification can be prevented.

本発明の具体的な構成として、空燃比フィードバック制御を禁止した後、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御を許可するという構成を挙げることができる。さらに、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負となったときに、その負電圧レベルに基づいて酸素センサの出力電圧が０レベルに復帰するまでの時間を推定し、その推定時間が経過したときに空燃比フィードバック制御を許可するという構成を挙げることができる。   As a specific configuration of the present invention, after prohibiting the air-fuel ratio feedback control, a configuration in which the air-fuel ratio feedback control is permitted when the output voltage level of the oxygen sensor at the time of fuel cut becomes 0 or more. it can. Furthermore, when the output voltage level of the oxygen sensor becomes negative during fuel cut, the time until the output voltage of the oxygen sensor returns to 0 level is estimated based on the negative voltage level, and the estimated time has elapsed. A configuration in which air-fuel ratio feedback control is sometimes permitted can be mentioned.

また、酸素センサの出力に基づいて、当該酸素センサの故障を診断する故障診断手段を備えている場合、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を禁止し、禁止処理後に酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可するという構成を挙げることができる。この場合、出力電圧レベルが負になった時点から前記推定時間（酸素センサの出力電圧レベルが負から０レベルに復帰するまでの時間）が経過したときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可するという構成を採用してもよい。   Further, when a failure diagnosis means for diagnosing a failure of the oxygen sensor is provided based on the output of the oxygen sensor, the air-fuel ratio feedback control and the oxygen sensor are performed when the output voltage level of the oxygen sensor is negative at the time of fuel cut. In this configuration, the failure diagnosis is prohibited, and when the output voltage level of the oxygen sensor becomes 0 or more after the prohibition process, the air-fuel ratio feedback control and the failure diagnosis of the oxygen sensor are permitted. In this case, when the estimated time (time until the output voltage level of the oxygen sensor returns from negative to 0 level) has elapsed since the output voltage level has become negative, the air-fuel ratio feedback control and the failure of the oxygen sensor have occurred. You may employ | adopt the structure of permitting a diagnosis.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。   First, an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied will be described.

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジン１の一例を示す概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１の１気筒の構成のみを示している。 -Engine-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration showing an example of an engine 1 to which the present invention is applied. FIG. 1 shows only the configuration of one cylinder of the engine 1.

この例のエンジン１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。   The engine 1 in this example is, for example, a four-cylinder gasoline engine, and includes a piston 1b that forms a combustion chamber 1a and a crankshaft 15 that is an output shaft. The piston 1b is connected to the crankshaft 15 via the connecting rod 16, and the reciprocating motion of the piston 1b is converted into rotation of the crankshaft 15 by the connecting rod 16.

クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２４が配置されている。クランクポジションセンサ２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。   A signal rotor 17 having a plurality of protrusions (teeth) 17 a on the outer peripheral surface is attached to the crankshaft 15. A crank position sensor (engine speed sensor) 24 is disposed near the side of the signal rotor 17. The crank position sensor 24 is, for example, an electromagnetic pickup, and generates a pulsed signal (output pulse) corresponding to the protrusion 17a of the signal rotor 17 when the crankshaft 15 rotates.

エンジン１のシリンダブロック１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２１が配置されている。   The cylinder block 1c of the engine 1 is provided with a water temperature sensor 21 that detects the engine water temperature (cooling water temperature).

エンジン１の燃焼室１ａには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。   A spark plug 3 is disposed in the combustion chamber 1 a of the engine 1. The ignition timing of the spark plug 3 is adjusted by the igniter 4. The igniter 4 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 200.

エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。   An intake passage 11 and an exhaust passage 12 are connected to the combustion chamber 1 a of the engine 1. An intake valve 13 is provided between the intake passage 11 and the combustion chamber 1a. By opening and closing the intake valve 13, the intake passage 11 and the combustion chamber 1a are communicated or blocked. Further, an exhaust valve 14 is provided between the exhaust passage 12 and the combustion chamber 1a. By opening and closing the exhaust valve 14, the exhaust passage 12 and the combustion chamber 1a are communicated or blocked. The opening / closing drive of the intake valve 13 and the exhaust valve 14 is performed by each rotation of the intake camshaft and the exhaust camshaft to which the rotation of the crankshaft 15 is transmitted.

吸気通路１１には、エアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ２２、吸気温センサ２３（エアフロメータ２２に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ２５によって検出される。   An air cleaner 7, a hot-wire air flow meter 22, an intake air temperature sensor 23 (built in the air flow meter 22), and an electronically controlled throttle valve 5 that adjusts the intake air amount of the engine 1 are disposed in the intake passage 11. Yes. The throttle valve 5 is driven by a throttle motor 6. The opening degree of the throttle valve 5 is detected by a throttle opening degree sensor 25.

エンジン１の排気通路１２には三元触媒８が配置されている。三元触媒８の上流側の排気通路１２に空燃比センサ２６が配置されている。空燃比センサ２６は、広い空燃比領域にわたって空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒８の下流側の排気通路１２には酸素センサ１０１が配置されている。酸素センサ１０１は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。なお、酸素センサ１０１の詳細については後述する。   A three-way catalyst 8 is disposed in the exhaust passage 12 of the engine 1. An air-fuel ratio sensor 26 is disposed in the exhaust passage 12 upstream of the three-way catalyst 8. The air-fuel ratio sensor 26 is a sensor that generates an output voltage corresponding to the air-fuel ratio over a wide air-fuel ratio region. An oxygen sensor 101 is disposed in the exhaust passage 12 on the downstream side of the three-way catalyst 8. The oxygen sensor 101 is a sensor whose output value changes stepwise near the theoretical air-fuel ratio. Details of the oxygen sensor 101 will be described later.

そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ２が配置されている。インジェクタ２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１は運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。   A fuel injection injector 2 is disposed in the intake passage 11. Fuel of a predetermined pressure is supplied from the fuel tank to the injector 2 by a fuel pump, and the fuel is injected into the intake passage 11. This injected fuel is mixed with intake air to form an air-fuel mixture and introduced into the combustion chamber 1a of the engine 1. The air-fuel mixture (fuel + air) introduced into the combustion chamber 1a is ignited by the spark plug 3 and burns and explodes. The piston 1b reciprocates due to combustion / explosion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 1a, and the crankshaft 15 rotates. The operation state of the engine 1 described above is controlled by the ECU 200.

−酸素センサ−
次に、酸素センサ１０１の構造について説明する。 -Oxygen sensor-
Next, the structure of the oxygen sensor 101 will be described.

この例の酸素センサ１０１は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型の酸素センサであって、図２に示すように、センサ素子１１０、通気性の内カバー１１６及び外カバー１１７などを備えている。また、酸素センサ１０１にはヒータ１０２が組み込まれている。ヒータ１０２は、車載のバッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１１０の全体を加熱する。   The oxygen sensor 101 in this example is a stacked oxygen sensor that outputs a signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas. As shown in FIG. 2, the sensor element 110, a breathable inner cover 116, and an outer cover are provided. 117 and the like. In addition, a heater 102 is incorporated in the oxygen sensor 101. The heater 102 is composed of a linear heating element that generates heat when energized from an in-vehicle battery power source, and heats the entire sensor element 110 by the heat generated by the heating element.

センサ素子１１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１１、この固体電解質層１１１の一方の面に形成された大気側電極（白金電極）１１２、固体電解質層１１１の他方の面に形成された排気側電極（白金電極）１１３、及び、拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１１４などによって構成されている。   The sensor element 110 includes a plate-shaped solid electrolyte layer (for example, made of partially stabilized zirconia) 111, an atmosphere side electrode (platinum electrode) 112 formed on one surface of the solid electrolyte layer 111, and the other of the solid electrolyte layer 111. An exhaust side electrode (platinum electrode) 113 formed on the surface and a diffusion resistance layer (for example, porous ceramic) 114 are formed.

センサ素子１１０の大気側電極１１２は大気ダクト１１５内に配置されている。大気ダクト１１５内は大気に開放されており、この大気ダクト１１５内に流入した大気が大気側電極１１２に接触する。   The atmosphere side electrode 112 of the sensor element 110 is disposed in the atmosphere duct 115. The atmosphere duct 115 is open to the atmosphere, and the atmosphere flowing into the atmosphere duct 115 contacts the atmosphere side electrode 112.

排気側電極１１３の表面は拡散抵抗層１１４にて覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１１４によって拡散された状態で排気側電極１１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１１７の小孔１１７ａ及び内カバー１１６の小孔１１６ａを通過してセンサ素子１１０（排気側電極１１３）に達する。   The surface of the exhaust side electrode 113 is covered with the diffusion resistance layer 114, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 contacts the exhaust side electrode 113 while being diffused by the diffusion resistance layer 114. The exhaust gas passes through the small hole 117a of the outer cover 117 and the small hole 116a of the inner cover 116 and reaches the sensor element 110 (exhaust side electrode 113).

以上の構造の酸素センサ１０１において、センサ素子１１０の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層１１１を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で電子を大気側電極１１２から受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で電子を排気側電極１１３に放出する。   In the oxygen sensor 101 having the above structure, when a difference occurs in the oxygen partial pressure between the atmosphere inside the sensor element 110 and the exhaust gas outside, oxygen on the side having a higher oxygen partial pressure (usually the atmosphere side) is ionized. It passes through the solid electrolyte layer 111 and moves to the side with low oxygen partial pressure (usually the exhaust side). Oxygen molecules receive electrons from the atmosphere-side electrode 112 in the process of ionization, and emit electrons to the exhaust-side electrode 113 in the process of returning from the ionized state to the molecule.

このような酸素分子の移動に伴って排気側電極１１３から大気側電極１１２に向かう電子の移動が生じ、その結果として、大気側電極１１２と排気側電極１１３との間に起電力が発生する。この起電力は酸素分圧比に比例するが、燃料の濃いリッチな混合気で燃焼したときの排気ガス中のＨＣやＣＯは、排気側電極１１３の表面において白金の触媒作用により、酸素と化学平衡に達するまで反応する。その結果、理論空燃比を境に酸素分圧が急激に低下して起電力が大きく変化し、出力電圧の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。   As the oxygen molecules move, electrons move from the exhaust-side electrode 113 toward the atmosphere-side electrode 112, and as a result, an electromotive force is generated between the atmosphere-side electrode 112 and the exhaust-side electrode 113. Although this electromotive force is proportional to the oxygen partial pressure ratio, HC and CO in the exhaust gas when combusted with a rich fuel rich mixture are in chemical equilibrium with oxygen due to the catalytic action of platinum on the surface of the exhaust side electrode 113. React until it reaches. As a result, the oxygen partial pressure rapidly decreases with the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary, and the electromotive force changes greatly, and it can be determined whether the air-fuel ratio is rich or lean based on the output voltage.

なお、この例では、公知の手法でセンサ素子１１０の素子インピーダンスを算出し、その素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１１０の温度を推定し、その推定した素子温度が目標温度（センサ素子１１０の活性温度：例えば５５０℃）に一致するようにヒータ２の通電制御を行うことで、センサ素子１１０を活性化することができる。   In this example, the element impedance of the sensor element 110 is calculated by a known method, the temperature of the sensor element 110 is estimated based on the element impedance, and the estimated element temperature is the target temperature (the active temperature of the sensor element 110). : For example, the sensor element 110 can be activated by performing energization control of the heater 2 so as to coincide with 550 ° C.).

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。 -ECU-
The ECU 200 includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like. The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM. The RAM is a memory that temporarily stores calculation results from the CPU, data input from each sensor, and the like. The backup RAM is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped. is there.

ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、クランクポジションセンサ２４、スロットル開度センサ２５、空燃比センサ２６、及び、酸素センサ１０１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ６などが接続されている。   As shown in FIG. 1, the ECU 200 includes various sensors such as a water temperature sensor 21, an air flow meter 22, an intake air temperature sensor 23, a crank position sensor 24, a throttle opening sensor 25, an air-fuel ratio sensor 26, and an oxygen sensor 101. It is connected. The ECU 200 is connected to an injector 2, an igniter 4 of a spark plug 3, a throttle motor 6 of a throttle valve 5, and the like.

そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、エンジン１の排気通路１２に配置した酸素センサ１０１の出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように、インジェクタ２から吸気通路１１に噴射する燃料噴射量を制御することで、最適浄化点に空燃比を制御する空燃比フィードバック制御（以下、空燃比Ｆ／Ｂ制御ともいう）を実行する。   The ECU 200 executes various controls of the engine 1 based on the detection signals of the various sensors described above. For example, the oxygen concentration in the exhaust gas is calculated based on the output of the oxygen sensor 101 disposed in the exhaust passage 12 of the engine 1, and the actual air-fuel ratio obtained from the calculated oxygen concentration is the target air-fuel ratio (theoretical air-fuel ratio). The air-fuel ratio feedback control (hereinafter also referred to as air-fuel ratio F / B control) for controlling the air-fuel ratio to the optimum purification point by controlling the fuel injection amount injected from the injector 2 into the intake passage 11 so as to match Execute.

さらに、ＥＣＵ２００は、酸素センサ１０１の故障診断を実行する。酸素センサ１０１の故障診断方法としては、上述したように、酸素センサ１０１の劣化による特性変化が生じると、空燃比フィードバック制御中における酸素センサ１０１からのリッチ信号とリーン信号との反転周期が長くなることに着目し、その反転周期に基づいて酸素センサの異常を診断する方法や、センサ素子１１０にクラックが生じたときの出力パターン（出力電圧波形）が正常時の出力パターンとは異なることに着目し、出力パターンを基準パターン（正常時パターン）と比較することで、センサ素子１１０のクラックの有無を判断する方法などを挙げることができる。   Further, the ECU 200 executes a failure diagnosis of the oxygen sensor 101. As a failure diagnosis method for the oxygen sensor 101, as described above, when a characteristic change occurs due to deterioration of the oxygen sensor 101, the inversion cycle of the rich signal and the lean signal from the oxygen sensor 101 during the air-fuel ratio feedback control becomes longer. Paying attention to that, the method of diagnosing an abnormality of the oxygen sensor based on the inversion period, and the output pattern (output voltage waveform) when the sensor element 110 is cracked are different from the output pattern at the normal time. In addition, a method of determining the presence or absence of cracks in the sensor element 110 by comparing the output pattern with a reference pattern (normal pattern) can be used.

また、ＥＣＵ２００は、所定のフューエルカット条件、例えばエンジン回転数が予め定められた所定値（フューエルカット回転数）以上でアクセルオフという条件が成立したときにフューエルカットを実行する（Ｆ／ＣフラグＯＮ（図４参照））。このようにフューエルカットを実行することにより、インジェクタ２からの燃料噴射が停止されて燃費やエミッションが向上する。   Further, ECU 200 executes fuel cut when a predetermined fuel cut condition, for example, a condition that the accelerator is turned off when the engine speed is equal to or higher than a predetermined value (fuel cut speed) is satisfied (F / C flag ON) (See FIG. 4)). By executing the fuel cut in this way, fuel injection from the injector 2 is stopped, and fuel consumption and emission are improved.

なお、フューエルカット中に車両の速度が低下し、エンジン回転数がフューエルカット回転数よりも低くなったときには、エンジンストールを防止するためにフューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。また、フューエルカット中にアクセルペダルが踏まれた場合（加速時）にも、フューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。   When the speed of the vehicle decreases during the fuel cut and the engine speed becomes lower than the fuel cut speed, the fuel cut is stopped and fuel injection from the injector 2 is performed to prevent engine stall. Even when the accelerator pedal is depressed during fuel cut (acceleration), fuel cut is stopped and fuel injection from the injector 2 is performed.

ところで、空燃比Ｆ／Ｂ制御に用いる酸素センサ１０１は、上述したように、大気側電極１１２に結露・液化した水分が、センサ素子１１０の暖機過程において蒸発して大量の水蒸気となることで大気側の酸素分圧が相対的に低下する。このような大気側の酸素分圧の低下が生じると、酸素センサ１０１の出力から得られる酸素濃度が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれてしまい、排気ガスの酸素濃度を正確に反映したセンサ出力が得られない場合がある。そして、実際の酸素濃度を反映していないセンサ出力に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うと、制御中心がリッチ側にずれてしまうので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化が発生する可能性がある。また、酸素センサ１０１の出力に基づいて故障診断を実施している場合、センサ故障を誤診断する可能性がある。   By the way, as described above, the oxygen sensor 101 used for the air-fuel ratio F / B control allows moisture condensed or liquefied to the atmosphere side electrode 112 to evaporate into a large amount of water vapor during the warm-up process of the sensor element 110. The oxygen partial pressure on the atmosphere side is relatively lowered. When such a decrease in oxygen partial pressure on the atmosphere side occurs, the oxygen concentration obtained from the output of the oxygen sensor 101 shifts to the lean side with respect to the actual exhaust side oxygen concentration, and the oxygen concentration of the exhaust gas is accurately set. The reflected sensor output may not be obtained. When the air-fuel ratio F / B control is performed based on the sensor output that does not reflect the actual oxygen concentration, the control center is shifted to the rich side, so that emission deterioration and exhaust gas unpurification may occur. There is sex. Further, when a failure diagnosis is performed based on the output of the oxygen sensor 101, there is a possibility that a sensor failure is erroneously diagnosed.

このような問題を解消するため、この例では、酸素センサ１０１が暖機される過程において、正常なセンサ出力が得られない場合には、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止する処理を実行する。その具体的な処理の例を図３〜図６を参照して説明する。   In order to solve such a problem, in this example, when a normal sensor output is not obtained in the process of warming up the oxygen sensor 101, air-fuel ratio F / B control and failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are performed. Execute the prohibited process. An example of the specific processing will be described with reference to FIGS.

図３は、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止・許可する処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この図３に示す制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of a control routine of processing for prohibiting / permitting air-fuel ratio F / B control and failure diagnosis of the oxygen sensor 101. The control routine shown in FIG. 3 is repeatedly executed by the ECU 200 at predetermined time intervals.

まず、酸素センサ１０１の暖機は、エンジン１の始動後に直ぐに完了するのではなく、車両の走行時などにおいて暖機が完了する。このため、酸素センサ１０１が暖機される過程において、上記したフューエルカット条件（エンジン回転数がフューエルカット回転数以上でアクセルオフ）が成立してフューエルカットが実施される場合がある。このようなフューエルカットを利用して、この例では、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止・許可する。   First, the warm-up of the oxygen sensor 101 is not completed immediately after the engine 1 is started, but is warmed up when the vehicle is running. For this reason, in the process in which the oxygen sensor 101 is warmed up, the fuel cut may be performed when the fuel cut condition (the engine speed is equal to or higher than the fuel cut speed) and the fuel cut is performed. By using such fuel cut, in this example, the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are prohibited / permitted.

具体的には、ステップＳＴ１において、Ｆ／ＣフラグのＯＮ／ＯＦＦ（図４）に基づいてフューエルカットが実施されているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合（フューエルカット時）はステップＳＴ２に進む。   Specifically, in step ST1, it is determined whether or not fuel cut is performed based on ON / OFF of the F / C flag (FIG. 4), and the determination result is affirmative determination (at the time of fuel cut) ) Proceeds to step ST2.

ステップＳＴ２では、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ出力≧０）、酸素センサ１０１の出力が正常であると判断して、通常制御（空燃比Ｆ／Ｂ制御許可・酸素センサ１０１の故障診断許可）を行う（ステップＳＴ６）。   In step ST2, it is determined whether or not the output voltage level of the oxygen sensor 101 is negative. If the determination result is negative (oxygen sensor output ≧ 0), it is determined that the output of the oxygen sensor 101 is normal. Then, normal control (permission of air-fuel ratio F / B control / permitted failure diagnosis of oxygen sensor 101) is performed (step ST6).

一方、ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ出力＜０）、酸素センサ１０１の出力が正常でないと判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止し（ステップＳＴ３）、ステップＳＴ４において、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する時間、つまり、空燃比Ｆ／Ｂ制御・故障診断を禁止した時点から空燃比Ｆ／Ｂ制御・故障診断を許可するまでの制御許可時間Ｔａを算出する。この制御許可時間Ｔａは、（１）図４に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧の負電圧レベル［−ＶＬ］を検出するとともに、酸素センサ１０１の出力電圧の傾きαを算出する。（２）算出した負電圧レベル［−ＶＬ］及び傾きαに基づいて、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが［０Ｖ］に復帰するまでの時間（Ｔａ）を推定する、という処理によって算出する。   On the other hand, if the determination result of step ST2 is affirmative (oxygen sensor output <0), it is determined that the output of the oxygen sensor 101 is not normal, and air-fuel ratio F / B control and failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are prohibited. (Step ST3) In step ST4, the time during which the prohibition of the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 is continued, that is, the air-fuel ratio F / B from the time when the air-fuel ratio F / B control / failure diagnosis is prohibited. A control permission time Ta until the control / failure diagnosis is permitted is calculated. This control permission time Ta (1) detects the negative voltage level [−VL] of the output voltage of the oxygen sensor 101 and calculates the slope α of the output voltage of the oxygen sensor 101 as shown in FIG. (2) Based on the calculated negative voltage level [−VL] and slope α, the time (Ta) until the output voltage level of the oxygen sensor 101 returns to [0V] is estimated.

ここで、酸素センサ１０１は暖機される過程において、センサ出力（出力電圧）がリッチ側に上昇するので、例えば図５に示すように、フューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であっても、時間の経過にともなって酸素センサ１０１の出力電圧が上昇して［０Ｖ］に復帰する。そして、出力電圧レベルが［０Ｖ］に復帰した以降においては酸素センサ１０１の出力が正常であると判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可しても問題はない。   Here, in the process in which the oxygen sensor 101 is warmed up, the sensor output (output voltage) rises to the rich side. For example, as shown in FIG. 5, the output voltage level of the oxygen sensor 101 during fuel cut is negative. Even if it exists, the output voltage of the oxygen sensor 101 rises with the passage of time and returns to [0V]. Then, after the output voltage level returns to [0V], it is determined that the output of the oxygen sensor 101 is normal, and there is no problem even if the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are permitted. .

そこで、この例では、上記した処理により、酸素センサ１０１の出力電圧（負電圧）が［０Ｖ］に復帰するまでの時間（制御許可時間Ｔａ）を算出し、フューエルカット時に酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１（図４参照）から、制御許可時間Ｔａが経過した否かを判定し（ステップＳＴ５）、その制御許可時間Ｔａが経過した時点ｔ２以降は空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可する（ステップＳＴ６）。   Therefore, in this example, the time (control permission time Ta) until the output voltage (negative voltage) of the oxygen sensor 101 returns to [0V] is calculated by the above-described processing, and the output voltage of the oxygen sensor 101 at the time of fuel cut. It is determined whether or not the control permission time Ta has elapsed from the time t1 when the level becomes negative (see FIG. 4) (step ST5). After the time t2 when the control permission time Ta has elapsed, the air-fuel ratio F / B control is performed. Then, failure diagnosis of the oxygen sensor 101 is permitted (step ST6).

なお、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間に、フューエルカットが実施されない場合（ステップＳＴ１及びＳＴ５の判定結果がいずれも否定判定である場合）は、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する（ステップＳＴ７）。   In the case where the fuel cut is not performed between the time point t1 when the output voltage level of the oxygen sensor 101 becomes negative and the control permission time Ta elapses (the determination results of steps ST1 and ST5 are both negative determinations). In the case), the prohibition of the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 is continued (step ST7).

また、図５に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間において、フューエルカットが実施（Ｆ／ＣフラグＯＮ）された場合であっても、そのフューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負である場合（ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定である場合）は、制御許可時間Ｔａが経過するまで、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する。   Further, as shown in FIG. 5, when the fuel cut is performed (F / C flag ON) from the time t1 when the output voltage level of the oxygen sensor 101 becomes negative until the control permission time Ta elapses. Even so, when the output voltage level of the oxygen sensor 101 at the time of the fuel cut is negative (when the determination result of step ST2 is affirmative determination), the air-fuel ratio F / is kept until the control permission time Ta elapses. Continue prohibition of the B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101.

一方、図６に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間において、フューエルカットが実施（Ｆ／ＣフラグＯＮ）されたときに、そのフューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが０以上である場合（ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合）は、制御許可時間Ｔａが経過していなくても、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可する（ステップＳＴ６）。   On the other hand, as shown in FIG. 6, when the fuel cut is performed (F / C flag ON) from the time t1 when the output voltage level of the oxygen sensor 101 becomes negative until the control permission time Ta elapses. In addition, when the output voltage level of the oxygen sensor 101 at the time of the fuel cut is 0 or more (when the determination result of step ST2 is negative), the air-fuel ratio F can be obtained even if the control permission time Ta has not elapsed. / B control and failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are permitted (step ST6).

以上のように、この例では、フューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、出力電圧レベルが負である場合には、酸素センサ１０１の出力が正常でないと判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止しているので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化、及び、センサ故障の誤診断を防止することができる。   As described above, in this example, it is determined whether or not the output voltage level of the oxygen sensor 101 at the time of fuel cut is negative. If the output voltage level is negative, the output of the oxygen sensor 101 is not normal. Therefore, since the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of the oxygen sensor 101 are prohibited, it is possible to prevent deterioration of emissions, exhaust gas unpurification, and erroneous diagnosis of sensor failure.

−他の実施形態−
以上の例では、積層型の酸素センサに本発明の制御装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の酸素センサにも適用可能である。コップ型の酸素センサの一例を図７に示す。 -Other embodiments-
In the above example, an example in which the control device of the present invention is applied to a stacked oxygen sensor has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to a cup-type oxygen sensor. An example of a cup-type oxygen sensor is shown in FIG.

この図７に示す酸素センサ３０１はセンサ素子３１０及びカバー３１６を備えている。カバー３１６には、その内部に排気ガスを導くための孔（図示せず）が設けられている。センサ素子３１０はカバー３１６の内部に配置されている。   The oxygen sensor 301 shown in FIG. 7 includes a sensor element 310 and a cover 316. The cover 316 is provided with a hole (not shown) for introducing exhaust gas therein. The sensor element 310 is disposed inside the cover 316.

センサ素子３１０は一端が閉じられた管状（コップ状）の構造を有している。センサ素子３１０は、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）３１１、この固体電解質層３１１の内側の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）３１２、固体電解質層３１１の外側の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）３１３、及び、多孔質保護層（例えば多孔質のセラミック）３１４などによって構成されている。   The sensor element 310 has a tubular (cup-like) structure with one end closed. The sensor element 310 includes a solid electrolyte layer (for example, partially stabilized zirconia) 311, an atmosphere side electrode (for example, a platinum electrode) 312 formed on the inner surface of the solid electrolyte layer 311, and an outer surface of the solid electrolyte layer 311. The exhaust-side electrode (for example, platinum electrode) 313 and the porous protective layer (for example, porous ceramic) 314 are formed.

センサ素子３１０の内側には、大気に開放された大気室３１５が形成されている。この大気室３１５に流入した大気が大気側電極３１２に接触する。大気室３１５には、センサ素子３１０を加熱するためのヒータ３０２が配置されている。また、排気側電極３１３の表面は多孔質保護層３１４にて覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が多孔質保護層３１４を通じて排気側電極３１３に接触する。   An air chamber 315 that is open to the atmosphere is formed inside the sensor element 310. The atmosphere flowing into the atmosphere chamber 315 contacts the atmosphere side electrode 312. A heater 302 for heating the sensor element 310 is disposed in the atmospheric chamber 315. Further, the surface of the exhaust side electrode 313 is covered with the porous protective layer 314, and a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 12 comes into contact with the exhaust side electrode 313 through the porous protective layer 314.

そして、この例の酸素センサ３０１においても、出力電圧（大気側電極３１２と排気側電極３１３との間の電圧差）の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。   Also in the oxygen sensor 301 of this example, it is possible to determine whether the air-fuel ratio is rich or lean based on the magnitude of the output voltage (voltage difference between the atmosphere side electrode 312 and the exhaust side electrode 313).

以上の例では、４気筒ガソリンエンジンの制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒６気筒ガソリンエンジンなど、他の任意の気筒数の多気筒ガソリンエンジンの制御にも適用できる。   In the above example, the present invention is applied to control of a four-cylinder gasoline engine. However, the present invention is not limited to this, and for example, a multi-cylinder having any other number of cylinders such as a cylinder six-cylinder gasoline engine. It can also be applied to gasoline engine control.

また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジンの制御にも適用可能である。さらに、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンの制御にも適用可能である。   Further, the present invention is not limited to a port injection type gasoline engine, but can be applied to control of an in-cylinder direct injection type gasoline engine. Furthermore, the present invention is not limited to gasoline engines, and can be applied to control diesel engines.

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of an engine to which the present invention is applied. 酸素センサの一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of an oxygen sensor typically. 空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the control routine of the process which prohibits and permits the air-fuel ratio F / B control and the failure diagnosis of an oxygen sensor. 空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the process which prohibits / permits failure diagnosis of an air fuel ratio F / B control and an oxygen sensor. 空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the process which prohibits / permits failure diagnosis of an air fuel ratio F / B control and an oxygen sensor. 空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows an example of the process which prohibits / permits failure diagnosis of an air fuel ratio F / B control and an oxygen sensor. 酸素センサの他の例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of an oxygen sensor typically.

符号の説明Explanation of symbols

１ エンジン
２ インジェクタ
８ 三元触媒
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１０１ 酸素センサ
１１０ センサ素子
１１１ 固体電解質層
１１２ 大気側電極
１１３ 排気側電極
２００ ＥＣＵ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Injector 8 Three way catalyst 11 Intake passage 12 Exhaust passage 101 Oxygen sensor 110 Sensor element 111 Solid electrolyte layer 112 Atmosphere side electrode 113 Exhaust side electrode 200 ECU

Claims (5)

排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御と、所定の条件が成立したときに前記内燃機関の燃料噴射をカットするフューエルカットとを実行する内燃機関の制御装置において、
フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定する判定手段と、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに前記空燃比フィードバック制御を禁止する禁止手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Air-fuel ratio feedback control for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas by an oxygen sensor disposed in the exhaust passage and controlling the fuel injection amount so that the actual air-fuel ratio obtained from the detected oxygen concentration matches the target air-fuel ratio; In a control device for an internal combustion engine that performs fuel cut for cutting fuel injection of the internal combustion engine when a predetermined condition is satisfied,
Determining means for determining whether or not the output voltage level of the oxygen sensor is negative during fuel cut, and prohibiting means for prohibiting the air-fuel ratio feedback control when the output voltage level of the oxygen sensor during fuel cut is negative And a control device for an internal combustion engine. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比フィードバック制御を禁止した後、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに空燃比フィードバック制御を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
A control apparatus for an internal combustion engine, wherein after the air-fuel ratio feedback control is prohibited, the air-fuel ratio feedback control is permitted when the output voltage level of the oxygen sensor during fuel cut becomes 0 or more. 請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負となったときに、その負電圧レベルに基づいて、当該酸素センサの出力電圧が０レベルに復帰するまでの時間を推定し、その推定時間が経過したときに空燃比フィードバック制御を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
When the output voltage level of the oxygen sensor becomes negative during a fuel cut, the time until the output voltage of the oxygen sensor returns to 0 level is estimated based on the negative voltage level, and the estimated time has elapsed. A control device for an internal combustion engine, wherein air-fuel ratio feedback control is permitted when the control is performed. 請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
前記酸素センサの出力に基づいて、当該酸素センサの故障を診断する故障診断手段を備え、フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を禁止し、前記禁止処理後に前記酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
Failure diagnosis means for diagnosing a failure of the oxygen sensor based on the output of the oxygen sensor is provided, and air-fuel ratio feedback control and failure diagnosis of the oxygen sensor are performed when the output voltage level of the oxygen sensor is negative during fuel cut. And the air-fuel ratio feedback control and the oxygen sensor failure diagnosis are permitted when the output voltage level of the oxygen sensor becomes 0 or more after the prohibiting process. 請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
前記出力電圧レベルが負になった時点から前記推定時間が経過したときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
A control apparatus for an internal combustion engine, wherein air-fuel ratio feedback control and oxygen sensor failure diagnosis are permitted when the estimated time has elapsed since the output voltage level became negative.

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