JP2695294B2 - 酸素センサの異常検出装置 - Google Patents

酸素センサの異常検出装置

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車用エンジンの
排出ガス浄化装置の異常を検出する酸素センサの異常検
出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車エンジンの排出ガス浄化のために
三元触媒と酸素センサを用いた空燃比フィードバック制
御が従来から広く用いられているが、さらに、これらの
排出ガス浄化システムのキーパーツである酸素センサの
異常を検出し排出ガスの劣化を運転者に警報することが
必要となってきた。
【0003】このような異常検出のための方法として提
案されている公知例を以下に説明する。図8は従来の酸
素センサの異常検出装置の構成図であり、図中の1はエ
ンジン、2は吸気管、3は吸気管2内に設置されエンジ
ン1へ燃料を供給するインジェクタ、4は吸入空気量を
検出するエアフローセンサ、5は吸気量を調節する絞り
弁、6は排気管、7はこの排気管6に設けられた三元触
媒、8は排気管6内の排気ガスに感応する酸素センサ、
9はエンジン1の回転数を検出する回転センサ、10は
各種入力情報を処理し、その結果に基づきエンジン1へ
供給する基本燃料量を演算してインジェクタ3を制御す
るとともに、酸素センサ8の信号に基づき空燃比をフィ
ードバック補正などを行う制御装置である。
【0004】さらに、制御装置10の内部は図9のブロ
ック図のように各種入力情報を読み込み、それらの情報
から演算処理する演算装置50、演算手順や予め定めた
データを収納するROM51、演算時に演算結果を一時
的にストアするためのRAM52、演算装置50の出力
に基づき、インジェクタ3を駆動する駆動回路53とか
らなる。
【0005】次に動作について、図10のフローチャー
トにしたがって説明する。この図10において、ステッ
プS100でエアフローセンサ4の信号を演算装置50
に入力し、ステップS101で回転センサ9の信号を読
み込み、ステップS102でこれらの信号をベースに基
本燃料量を演算して、インジェクタ3の基本駆動パルス
幅を算出する。この算出方法は広く知られているので、
詳細説明は省略する。
【0006】次に、ステップS103で酸素センサ8の
出力信号を読み込み、ステップS104でその値がリッ
チかリーンの何れであるかを判別し、リッチであれば、
ステップS106に進み、このステップS106で燃料
を減量補正演算し、また、リーンであれば、ステップS
104からステップS105に進み、このステップS1
05で燃料を増量補正演算する。
【0007】この結果、実際の空燃比は図11(b) に示
すように、図11(a) に示す酸素センサ8のリッチ/リ
ーン信号に応動して、理論空燃比をクロスしながら積分
波形で交互に反転する。酸素センサ8の動作、応答性が
正常であれば、空燃比の振幅λRは1%程度と小さな値
にとどまり、三元触媒7の浄化効率は良好な状態に保た
れる。
【0008】ところが、酸素センサ8が燃料に含まれる
鉛などの不純物によって侵されると、応答性が悪化し、
図12(b) に示すように、空燃比の振幅λRは大きな値
を示すようになり、その結果、図12(b) に示す酸素セ
ンサ8の出力を低下させ、三元触媒7の浄化効率を著し
く悪化させるばかりか、空燃比変動によりエンジンの回
転数がハンチングするという悪影響をもたらす。
【0009】このような酸素センサ8の異常を検知する
方法として、車両が加減速のような過渡時ではなく、定
常状態において酸素センサ8の応答性をチェックするこ
とが提案されている(米国カリフォルニア州のCARB
案)。なお、この酸素センサ8の異常判定は、図10の
燃料の補正演算フィードバックを一時、強制的に停止さ
せて行われる。
【0010】図13はこの方法による動作を説明するフ
ローチャートであり、この図13において、ステップS
200で基本燃料量を図10に示す手順と同様に行った
後、ステップS203でタイマ{制御装置10内の演算
装置(以下、CPUという)50,ROM51,RAM
52によりプログラムで予め作成されている}をセット
(起動)する。
【0011】次に、ステップS204で燃料量をステッ
プ的にリッチからリーンへ変化させ、その後、ステップ
S205で酸素センサ8の出力信号V0を読み込み、ス
テップS206でその出力信号V0が所定の判別レベル
eより小さい(リーン信号)値か否かを判別し、V0
eならば、ステップS206からステップS205に
戻り、酸素センサ8の出力信号V0を繰り返し読み取
り、また、V0<Veとなった時点で、ステップS203
で起動されたタイマによって燃料量をステップ的に変化
させてから酸素センサ8の信号がリーン側に反転するま
での応答時間Tdを計測する。
【0012】次に、ステップS208でこの応答時間T
d が予め設定された所定値Td1より大きくなければ、正
常判定、大きければ、異常判定され、診断結果として記
憶またはアラームされる。
【0013】以上の動作は燃料量をリーンからリッチへ
変化させた場合にも同様に行われる(この場合ステップ
S206はTo >Te となる)。これらの動作をチャー
トに表わしたのが図14であり、図14(a) は供給燃料
量、図14(b) は酸素センサ出力を示し、また酸素セン
サ8の温度と応答時間の関係、並びに異常判別に係わる
特性図が図15である。
【0014】この図15の特性図において、実線の曲線
aは応答の速い、つまり正常な酸素センサ8の特性で、
破線の曲線bは応答の悪い、つまり異常な酸素センサ8
の特性である。応答時間Td のしきい値として、レベル
d1を予め設定しておけば、酸素センサ8が通常使用さ
れる温度(例えば300℃)以上において劣化して、異
常な応答時間を示す特性の曲線bは酸素センサ8の温度
が約400℃以下の運転条件の時に異常と判定される。
さらに、特性の曲線cのように、応答性が悪化したもの
は、酸素センサの温度に関係なく、異常と判定される。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】従来の酸素センサの異
常検出装置は以上のように構成されているので、空燃比
を強制的にリーンからリッチに、またはその逆に変化さ
せたときの酸素センサ8の応答時間をある一定の判別値
で判定しているため、酸素センサ8の温度が高くなる
と、異常であっても、異常判定ができにくく、また、温
度が低いときには、正常な酸素センサ8を異常と誤判定
する危険性を有していた。
【0016】酸素センサの温度は運転条件(始動開始か
らの経温時間、回転数、負荷、走行風による冷却など)
によって大きく変動するため、上記の誤判定は避け難い
面がある。
【0017】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、酸素センサの応答時間の温度依
存性によって生ずる正常を異常と誤判別するのを防止で
き、かつ広い温度範囲で酸素センサの異常判定を可能と
する酸素センサの異常検出装置を得ることを目的とす
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明に係る酸素セン
サの異常検出装置は、酸素センサの温度を検出して、そ
の検出信号を制御装置の演算部に入力する温度センサを
設け、酸素センサの応答時間が検出温度に応じた判定値
を越えたときに異常と判定するものである。 又、この発
明に係る酸素センサの異常検出装置は、上記異常判定を
エンジンの加減速時には停止するようにしたものであ
る。
【0019】
【作用】この発明においては、温度センサで検出した酸
素センサの温度の検出信号に基づいて制御装置は酸素セ
ンサの応答時間の判別レベルを補正し、広い温度範囲で
酸素センサの異常判定を行うとともに誤判定を防止する
ように作用する。又、この発明においては、上記異常判
定がエンジンの加減速時には行なわれない。
【0020】
【実施例】以下、この発明の酸素センサの異常検出装置
の実施例について図面に基づき説明する。図1はその一
実施例の構成を示すブロック図であり、この図1におい
て、図8で示した従来例と同一部分には同一符号を付し
て、その構成の重複説明を避け、図8とは異なる部分を
主体に述べる。
【0021】この図1を図8と比較しても明らかなよう
に、図1では符号1〜10で示す部分は図8と同じであ
り、符号11で示す部分が図8とは異なるものである。
すなわち、図1の実施例では、図8の構成に新たに温度
センサ11が設けられていることを特徴とするものであ
る。
【0022】この温度センサ11は酸素センサ8の温度
を検出するものであり、温度センサ11の検出信号はE
CU10に送出するようになっている。このECU10
内の構成は図4で示されているが、図9で示した従来例
と同様であり、ECU10内の演算装置50(CPU)
に図4に示すように上記温度センサ11の検出信号が入
力されるようになっている。この温度センサ11を用い
た動作を図2に示すフローチャートおよび図3に示す特
性図に基づき以下に説明する。
【0023】図2のフローチャートに示す動作は図4に
示す制御装置10内のマイクロコンピュータ(CPU,
ROM,RAMで構成される)によって実行される。ま
た、この酸素センサ8の異常判定は、車両が加減速のよ
うな過渡時ではなく定常状態において実行され、更に、
図10の燃料の補正演算フィードバックを一時、強制的
に停止させて行われる。図2において、まずステップS
200で基本燃料量を演算した後、ステップS201で
酸素センサ11部の温度センサ11の値Tempを読み込
み、ステップS202でこの温度Tempに応じた酸素セ
ンサ8の応答時間判別値Tdo(t)を予め設定された計算
式、またはテーブルルックアップにより求める。この応
答時間判別値Tdo(t)の温度Tempに対する特性は図3に
示すように、酸素センサ8の温度が高い程小さな値とな
る。この図3の曲線a,曲線bはそれぞれ図15の曲線
a,曲線bに対応している。
【0024】次に、ステップS203からステップS2
07までの動作は従来例として前述した図13のステッ
プS203〜ステップS207と同じなので省略する。
この図13におけるステップS207で酸素センサ8の
応答時間Tdを測定した後、ステップS208aで応答
時間Td がステップS202で算出された応答時間判別
値Tdo(t) より大きいか否かを判定し、大きければ異常
判定、小さければ正常判定される。
【0025】燃料量をリーンからリッチにステップ的に
変化させた場合も上記と同様の動作が行われる(ステッ
プS206がVo >Ve になる)。
【0026】なお、酸素センサ8の温度が活性温度より
も低いときには、異常判別を停止させることが必要であ
るが、この動作は図2のフローチャートのステップS2
02の温度Temp に帯する応答時間判別値Tdo(t)の値
の設定により容易にできる。
【0027】ところで、上記の温度センサ11による具
体的な温度検出方法としては、例えば、次の二つの方法
が考えられる。その第1の方法は最近実用化されている
電熱式ヒータを酸素センサに内蔵したタイプにおいて、
このヒータの抵抗値の温度依存性を利用する方法であ
り、ヒータに白金抵抗を用いた場合には、良好な温度セ
ンサとして利用することができる。この特性の一例を図
5に、構造の一例を図6,図7に示す。
【0028】このヒータの抵抗値から温度を検出する具
体的な方法としては、温度測定時に一瞬だけヒータへの
通電を停止し、ヒータの抵抗値を測定する方法が挙げら
れる。さらにはヒータへの通電状態においてヒータへの
印加電圧と通電電流からも求めることができる。
【0029】また、第2の方法は最も一般的なもので、
図6に示すように、酸素センサ8の内部または外周にサ
ーミスタや白金などの温度センサ11を付加するもので
ある。図7は図6の断面図であり、酸素センサ8の内部
構成を示すものである。
【0030】この図7からも明らかなように、複数の孔
を有するケース8aを排気ガスA中に接触させ、このケ
ース8の上端近傍にフランジ8bが取り付けられてい
る。このフランジ8bを排気管に取り付けることによ
り、排気管6を通して排気される排気ガスAがケース8
aの孔を通してケース8a内に入り、このケース8a内
のジルコニア素子8c(セラミックに固体電解質をコー
ティング)で排気ガスA中の酸素イオンを検出するよう
にしている。このジルコニア素子8cの内面には、大気
側白金電極8dが設けられ、外面には排気側白金電極8
eが設けられている。大気側白金電極8dと所定の間隔
をもってヒータ8fが挿入されている。このヒータ8f
と大気側白金電極8dとの間に大気が流通し、ヒータ8
fの温度を上記温度センサ11で検出するようにしてい
る。
【0031】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、酸素
センサの劣化などによる異常を空燃比をステップ的に変
化させたときの応答時間から判別する場合に、その判別
時間を酸素センサの温度に対応して変化させるように構
成したので、酸素センサの応答時間の温度依存性によっ
て生ずる誤判別(正常を異常と判別)を防止できるとと
もに、広い温度範囲で酸素センサの異常判定を可能とし
ている。又、この発明によれば、酸素センサの異常判定
をエンジンの加減速時には行なわず、酸素センサの出力
が安定した状態で行なっているので、これによっても異
常判定を正確に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による酸素センサの異常検
出装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の酸素センサの異常検出装置の動作の流れ
を示すフローチャートである。
【図3】図1の酸素センサの異常検出装置に使用される
酸素センサの異常判定特性図である。
【図4】図1の酸素センサの異常検出装置における制御
装置の内部構成を示すブロック図である。
【図5】図1の酸素センサの異常検出装置に使用される
ヒータ内蔵の酸素センサのヒータ抵抗値の特性図であ
る。
【図6】図1の酸素センサの異常検出装置に適用される
酸素センサにおける温度センサの配置例を示す正面図で
ある。
【図7】図6の酸素センサの構成を示す断面図である。
【図8】従来の酸素センサの異常検出装置の構成を示す
ブロック図である。
【図9】図8の酸素センサの異常検出装置における制御
装置の内部構成を示すブロック図である。
【図10】図8の酸素センサの異常検出装置における制
御装置の演算手順を示すフローチャートである。
【図11】図8の酸素センサの異常検出装置の動作を説
明するための酸素センサの出力と空燃比の関係を示す波
形図である。
【図12】図8の酸素センサの異常検出装置の動作を説
明するための酸素センサの出力と空燃比の関係を示す波
形図である。
【図13】図8の酸素センサの異常検出装置における酸
素センサの異常検出のための動作の流れを示すフローチ
ャートである。
【図14】図8の酸素センサの異常検出装置における酸
素センサの波形図である。
【図15】図8の酸素センサの異常検出装置における酸
素センサの異常判定特性図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 吸気管 3 インジェクタ 4 エアフローセンサ 5 絞り弁 6 排気管 7 三元触媒 8 酸素センサ 9 回転センサ 10 制御装置 11 温度センサ 50 演算装置 51 ROM 52 RAM 53 駆動回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの排出ガス成分から空燃比を検
    出する酸素センサと、エンジンの吸入空気量を検出する
    エアフローセンサと、エンジンの回転数を検出する回転
    センサと、上記エンジンに燃料を供給するインジェクタ
    と、上記酸素センサの温度を検出する温度センサと、
    記吸入空気量および上記回転数により基本燃料量を演算
    しさらに上記酸素センサの信号に基づき上記空燃比をフ
    ィードバック補正することにより上記エンジンへの燃料
    量を制御する手段と、上記燃料制御の停止時に、所定の
    タイミングで上記空燃比が理論空燃比を横切ってリッチ
    からリーンまたはその逆になるようにステップ的に変化
    させ、上記酸素センサのリッチからリーンまたはその逆
    に変化するまでの応答時間が上記温度センサの検出温度
    に応じて変化させた応答時間判定値を越えると上記酸素
    センサが異常であると判定する手段とを備えた酸素セン
    サの異常検出装置。
  2. 【請求項2】 上記異常判定は、エンジンの加減速時に
    は作動を停止するようにしたことを特徴とする請求項1
    記載の酸素センサの異常検出装置。
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