JP2696626B2 - Failure determination device for air-fuel ratio sensing system - Google Patents
Failure determination device for air-fuel ratio sensing systemInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるリニア空燃比
センサと呼ばれ、エンジン運転状態に応じて空燃比を理
論空燃比近傍或いは理論空燃比より燃料希薄側の目標空
燃比にフィードバック制御する際に使用する空燃比セン
サを含む空燃比センシングシステムの故障判定装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a so-called linear air-fuel ratio sensor, which is used for feedback control of an air-fuel ratio to a target air-fuel ratio near a stoichiometric air-fuel ratio or on a side leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in accordance with an engine operating condition. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a failure determination device for an air-fuel ratio sensing system including an air-fuel ratio sensor used for a vehicle.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、ジルコニアの酸素濃淡電池作用と
酸素イオンポンピング作用という特性を利用して、排気
ガス中の酸素濃度からエンジンに供給される混合気の空
燃比が単に理論空燃比より燃料リッチ側にあるか燃料リ
ーン側にあるかだけでなく、どの程度の値であるかを検
出することが出来る、いわゆるリニア空燃比センサが知
られている。リニア空燃比センサを使用すると、リニア
空燃比センサアンプ、電子制御装置、燃料噴射弁、およ
びエンジンの運転状態を検出する各種センサと協働し
て、例えば加速時や発進時等の、比較的大きい機関出力
が要求されるエンジン運転状態においては、空燃比を理
論空燃比近傍にフィードバック制御し、それ以外の定常
走行時には空燃比を２２程度の燃料リーン側の目標空燃
比にフィードバック制御することができる。このよう
に、空燃比を目標値に精度よく制御することは、燃費の
向上、エンジン出力の向上、アイドル回転の安定化、排
気ガス特性の改善、ドライバビリティの改善等、エンジ
ン性能の改善の上で極めて重要である。2. Description of the Related Art Conventionally, the air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to an engine based on the oxygen concentration in exhaust gas has been determined to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio by utilizing the characteristics of zirconia such as oxygen concentration cell operation and oxygen ion pumping operation. There is known a so-called linear air-fuel ratio sensor capable of detecting not only whether the fuel cell is on the side or the fuel lean side, but also how much the value is. The use of a linear air-fuel ratio sensor, in cooperation with a linear air-fuel ratio sensor amplifier, an electronic control unit, a fuel injection valve, and various sensors that detect the operating state of the engine , makes it relatively large, for example, when accelerating or starting. In an engine operating state in which engine output is required, the air-fuel ratio can be feedback-controlled to near the stoichiometric air-fuel ratio, and during other steady-state running, the air-fuel ratio can be feedback-controlled to the target air-fuel ratio on the fuel lean side of about 22. . As described above, controlling the air-fuel ratio to the target value with high accuracy requires improvement of engine performance such as improvement of fuel efficiency, improvement of engine output, stabilization of idle rotation, improvement of exhaust gas characteristics, and improvement of drivability. Is extremely important.
【０００３】なお、リニア空燃比センサは、排気ガス中
の酸素濃度に応じた電気信号を出力するセンサセル、供
給されるポンプ電流に応じて酸素イオンを移動させるポ
ンプセル、センサセルとポンプセルを活性温度に加熱す
るヒータ等を備えている。リニア空燃比センサアンプ
は、センサセルからの出力が設定値となるようにポンプ
電流をポンプセルに出力する制御回路、制御回路とポン
プセル間で授受されるポンプ電流に応じた空燃比信号を
出力する空燃比検出回路等を備えている。The linear air-fuel ratio sensor includes a sensor cell for outputting an electric signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas, a pump cell for moving oxygen ions according to a supplied pump current, and heating the sensor cell and the pump cell to an active temperature. And the like. The linear air-fuel ratio sensor amplifier is a control circuit that outputs a pump current to the pump cell so that the output from the sensor cell becomes a set value, and an air-fuel ratio that outputs an air-fuel ratio signal corresponding to the pump current transmitted and received between the control circuit and the pump cell. It has a detection circuit and the like.
【０００４】ところで、空燃比センサ、特にリニア空燃
比センサは、その構造が複雑で、機能させるにはセンサ
セルおよびポンプセルを十分に活性化した状態で作動さ
せる必要がある。そして、セルが十分に活性化していな
い状態等の作動不能時にポンプ電流を流すと、センサが
いわゆるブラックニング現象を起こして破損するという
問題がある。Incidentally, the air-fuel ratio sensor, particularly the linear air-fuel ratio sensor, has a complicated structure, and it is necessary to operate the sensor cell and the pump cell in a sufficiently activated state in order to function. If a pump current is supplied when the cell is not activated, for example, in a state where the cell is not sufficiently activated, there is a problem that the sensor causes a so-called blackening phenomenon and is damaged.
【０００５】そこで、上述のリニア空燃比センサアンプ
に、リニア空燃比センサが不活性状態にあるとき、或い
は作動不能時に、ポンプカット信号の供給を受けてポン
プ電流を強制的に０に設定するポンプカット回路を設け
たものが提案されている。Therefore, when the linear air-fuel ratio sensor is in an inactive state or inoperable, a pump cut signal is supplied to the linear air-fuel ratio sensor amplifier to forcibly set the pump current to zero. A device provided with a cut circuit has been proposed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、リニア空燃
比センサ、センサとアンプ間の配線、空燃比センサアン
プ、アンプと電子制御装置間の配線等を含む空燃比セン
シングシステムにおいて断線や短絡が生じた場合、電子
制御装置における空燃比制御が不能となり、排気ガス特
性やアイドル回転の安定化に悪影響を及ぼすばかりか、
エンジンの不調、最悪の場合にはエンジンの停止を招来
する虞がある。特に、上述したポンプカット回路にポン
プカット信号を供給する信号線が断線すると、ポンプカ
ット回路にポンプカット信号を供給することができなく
なり、上述したブラックニング現象を起こす虞がある。By the way, disconnection or short circuit occurred in the air-fuel ratio sensing system including the linear air-fuel ratio sensor, the wiring between the sensor and the amplifier, the air-fuel ratio sensor amplifier, the wiring between the amplifier and the electronic control unit, and the like. In this case, the air-fuel ratio control by the electronic control unit becomes impossible, which not only adversely affects exhaust gas characteristics and stabilization of idle rotation,
In the worst case, there is a possibility that the engine will stop. In particular, when the signal line for supplying a pump cut signal to the pump cut circuit described above can it cross lines, it becomes impossible to supply the pump cut signal to the pump cut circuit, there is a possibility of causing a blackening phenomenon described above.
【０００７】本発明はこのような不都合を解消するため
になされたもので、断線や短絡等の空燃比センシングシ
ステムの故障を確実に検出することができ、しかも、ポ
ンプカット信号線の断線が生じてもブラックニング現象
を防止することができる空燃比センシングシステムの故
障判定装置を提供することを目的とする。[0007] The present invention has been made in order to solve this problem, it is possible to reliably detect a failure of the air-fuel ratio sensing system, such as disconnection or short-circuit, moreover, the cross-sectional line of the pump cut signal lines An object of the present invention is to provide a failure determination device for an air-fuel ratio sensing system that can prevent a blackening phenomenon even if it occurs.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、内燃エンジンの排気ガス中
の酸素濃度と参照気体中の酸素濃度差に応じた起電力信
号を出力するセンサセル、供給されるポンプ電流に応じ
て酸素イオンを移動させるポンプセル、前記センサセル
およびポンプセルをそれらの活性温度に加熱するヒータ
手段、前記起電力信号値が設定値になるように前記ポン
プ電流の電流値を設定する制御手段、およびポンプ電流
の電流値に応じた空燃比信号を出力すると共に、ポンプ
電流値が実質的に０であるとき、所定基準信号を出力す
る空燃比検出手段を備えた空燃比センシングシステムの
故障判定装置において、空燃比センシングシステムの作
動不能時にポンプカット指令信号を出力すると共に、空
燃比が理論空燃比より燃料リーン側の目標値にフィード
バック制御される時に、前記所定基準信号値より大き
く、かつ、前記目標値より小さい故障判別値を設定し、
空燃比信号値がこの故障判別値以下である状態が所定時
間に亘って継続したとき、前記空燃比センシングシステ
ムが故障であると判定してポンプカット指令信号を出力
する指令信号出力手段と、該指令信号出力手段からの信
号線が接続される入力端子を有し、該入力端子にポンプ
カット指令信号を受けたときポンプ電流を強制的に０に
するポンプ停止手段と、前記入力端子に接続され、前記
信号線が断線したとき、ポンプ停止手段に擬似ポンプカ
ット指令信号を供給してポンプ電流を強制的に０にさせ
る擬似信号発生手段とを備えることを特徴する、空燃比
センシングシステムの故障判定装置が提供される。According to the present invention, there is provided a sensor cell for outputting an electromotive force signal in accordance with a difference between an oxygen concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine and an oxygen concentration in a reference gas. A pump cell for moving oxygen ions in accordance with the supplied pump current, heater means for heating the sensor cell and the pump cell to their activation temperatures, and a current value of the pump current such that the electromotive force signal value becomes a set value. Air-fuel ratio sensing comprising: a control means for setting; and an air-fuel ratio detection means for outputting an air-fuel ratio signal corresponding to the current value of the pump current and outputting a predetermined reference signal when the pump current value is substantially zero. The system failure judgment device outputs a pump cut command signal when the air-fuel ratio sensing system is inoperable, and sets the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. Ri when is feedback controlled to the target value of the fuel-lean side, the larger than a predetermined reference signal value, and sets the target value is smaller than the failure determination value,
When the state in which the air-fuel ratio signal value is equal to or less than the failure determination value continues for a predetermined time, it is determined that the air-fuel ratio sensing system has failed and a pump cut command signal is output.
Command signal output means for performing
Line has an input terminal which is connected, a pump stop means for forcibly 0 the pump current upon receiving a pump cut instruction signal to the input terminal, connected to said input terminal, said
And a pseudo signal generating means for supplying a pseudo pump cut command signal to the pump stopping means to forcibly reduce the pump current to 0 when the signal line is disconnected. Provided.
【０００９】[0009]
【作用】空燃比センシングシステムの作動不能時にポン
プ停止手段はポンプカット信号を受けてポンプ電流を０
に設定し、これによりセンサのブラックニング現象が回
避される。また、ポンプカット指令信号を供給する信号
線が断線したときであっても、擬似信号発生手段がポン
プ停止手段にポンプカット指令信号と同等の擬似ポンプ
カット指令信号を供給することにより、センサのブラッ
クニング現象が回避される。When the air-fuel ratio sensing system cannot be operated, the pump stop means receives the pump cut signal and reduces the pump current to zero.
To avoid the sensor blackening phenomenon. Further, even when the signal line for supplying a pump cut command signal is cross-sectional line, by the pseudo signal generating means for supplying a pump cut command signal equivalent to the pseudo pump cut command signal to the pump stop means, sensor Blackening phenomenon is avoided.
【００１０】そして、断線や短絡により空燃比センシン
グシステムが作動不能の場合において、ポンプカット信
号により強制的にポンプ電流が０にされると空燃比検出
手段から空燃比信号として所定基準信号値（略理論空燃
比に対応する値）が継続して出力されることになる。故
障判別装置は、空燃比が理論空燃比より燃料リーン側の
目標値にフィードバック制御される時に、空燃比信号値
が故障判別値以下である状態が所定時間に亘って継続し
たことを検出することによって、空燃比センシングシス
テムが故障であると判定することができる。[0010] Then, when the air-fuel ratio sensing system by disconnection or short circuit inoperative and forcing pump current is zero by the pump cut signal the air-fuel ratio predetermined reference signal value as the air-fuel ratio signal from the detecting means ( (A value substantially corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio) is continuously output. The failure determination device detects that the state in which the air-fuel ratio signal value is equal to or less than the failure determination value has continued for a predetermined time when the air-fuel ratio is feedback-controlled to the target value on the fuel lean side from the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, it can be determined that the air-fuel ratio sensing system is out of order.
【００１１】[0011]
【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１は、本発明に係る空燃比センシング
システムの故障判定装置の概略構成を示す。エンジンＥ
は、例えば４気筒ガソリンエンジンであり、気筒内に供
給される混合気の流れが、理論空燃比では勿論のこと、
空燃比２２程度のリーン空燃比でも燃焼が可能なように
設計されている。エンジンＥの各気筒の吸気ポートには
燃料噴射弁２がそれぞれ配設されている。この燃料噴射
弁２は、後述する電子制御装置４０の出力側に電気的に
接続されており、電子制御装置４０からの開弁駆動信号
により開弁して、所要の燃料量をエンジンＥに噴射供給
する。一方、排気通路３の途中には、排気ガス中の酸素
濃度を検出するリニア空燃比センサＳが配設されおり、
リニア空燃比センサアンプ４５を介して電子制御装置４
０に接続されている。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a failure determination device for an air-fuel ratio sensing system according to the present invention. Engine E
Is, for example, a four-cylinder gasoline engine, and the flow of the air-fuel mixture supplied into the cylinder is, of course, the stoichiometric air-fuel ratio.
It is designed so that combustion is possible even with a lean air-fuel ratio of about 22. A fuel injection valve 2 is provided at an intake port of each cylinder of the engine E. The fuel injection valve 2 is electrically connected to an output side of an electronic control unit 40, which will be described later. Supply. On the other hand, in the middle of the exhaust passage 3, a linear air-fuel ratio sensor S for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas is provided.
Electronic control unit 4 via linear air-fuel ratio sensor amplifier 45
Connected to 0.
【００１２】図２はリニア空燃比センサＳおよびリニア
空燃比センサアンプ４５の内部構成を示す。リニア空燃
比センサＳは、その基部がそれぞれ安定化ジルコニア素
子であるセンサセル２０とポンプセル２１とを絶縁層２
２を介して結合して構成されている。両セルには排気ガ
スの通過する拡散口２３，２４が形成され、絶縁層２２
内には拡散口２３，２４からの排気ガスを収容する検出
室２５が形成され、これらにより拡散律速体が構成され
ている。また、絶縁層２２にはリファレンス室２５ａが
形成され、ここに参照気体の大気を導くように構成され
ている。更に、両セルには触媒を兼ねて白金の電極２６
〜２９が設けてあり、これらの電極は多数の微少孔を有
している。図中符号３０は電気ヒータを示し、この電気
ヒータ３０は、ヒータ駆動回路３２により電流制御され
て、セル全体を所定温度に加熱して各セルを活性化状態
で作動させている。FIG. 2 shows the internal configuration of the linear air-fuel ratio sensor S and the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45. The linear air-fuel ratio sensor S has a sensor cell 20 and a pump cell 21 whose bases are stabilized zirconia elements, respectively.
2 are connected. Diffusion ports 23 and 24 through which exhaust gas passes are formed in both cells, and an insulating layer 22 is formed.
A detection chamber 25 for accommodating exhaust gas from the diffusion ports 23 and 24 is formed therein, and these constitute a diffusion-controlling body. Further, a reference chamber 25a is formed in the insulating layer 22, and is configured to guide the atmosphere of the reference gas into the reference chamber 25a. Furthermore, a platinum electrode 26 is used in both cells as a catalyst.
29 are provided, and these electrodes have a large number of micropores. In the figure, reference numeral 30 denotes an electric heater. The electric heater 30 is controlled in current by a heater drive circuit 32, heats the entire cell to a predetermined temperature, and operates each cell in an activated state.
【００１３】センサセル２０は、従来の酸素センサと同
様の原理で電極２６，２７間に酸素濃度差があると起電
力を生じる性質を備え、ポンプセル２１は逆に電極２
８，２９間に強制的にポンプ電流Ｉpが流されると酸素
をマイナス電極側からプラス電極側に汲み出す性質を備
えている。そこで、リニア空燃比センサアンプ４５にて
センサセル２０の起電力Ｖsを検出し、この起電力Ｖsを
一定に保つように、すなわち、検出室２５内または拡散
孔２３，２４内を理論空燃比に対応する酸素濃度に保つ
ようにポンプ電流Ｉpをフィードバック制御する。この
ときのポンプ電流Ｉpは、空燃比に対応して連続的に変
化するので、ポンプ電流Ｉpから空燃比を算出すること
ができる。The sensor cell 20 has the property of generating an electromotive force when there is a difference in oxygen concentration between the electrodes 26 and 27 according to the same principle as the conventional oxygen sensor.
When the pump current Ip is forcibly applied between the electrodes 8 and 29, oxygen is pumped from the negative electrode side to the positive electrode side. Therefore, the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45 detects the electromotive force Vs of the sensor cell 20 and keeps the electromotive force Vs constant, that is, the inside of the detection chamber 25 or the diffusion holes 23 and 24 corresponds to the stoichiometric air-fuel ratio. The feedback control of the pump current Ip is performed so as to maintain the oxygen concentration to be maintained. Since the pump current Ip at this time continuously changes in accordance with the air-fuel ratio, the air-fuel ratio can be calculated from the pump current Ip.
【００１４】リニア空燃比センサアンプ４５の制御部３
１は、その比較回路１０において、センサセル２０の起
電力Ｖsを理論空燃比相当の参照電圧Ｖref（例えば、
０．４Ｖ）と比較し、その出力を積分アンプ１２で積分
して正又は負の制御出力をポンプセル２１の電極２８，
２９間に印加し、前述した通り、センサセル２０の起電
力Ｖsが参照電力Ｖrefに等しくなるようにポンプセル２
１にポンプ電流Ｉpを流す。The control unit 3 of the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45
1, the comparison circuit 10 compares the electromotive force Vs of the sensor cell 20 with a reference voltage Vref (for example,
0.4 V), the output is integrated by the integrating amplifier 12, and the positive or negative control output is output to the electrodes 28,
29 so that the electromotive force Vs of the sensor cell 20 becomes equal to the reference power Vref as described above.
1 is supplied with a pump current Ip.
【００１５】そして、ポンプ電流Ｉpの回路に電流検出
用の抵抗器１５を介装し、抵抗器１５の電圧降下から電
流検出回路１３によりポンプ電流Ｉpを検出している。
更に、回路１３の出力を加算回路１４に入力させ、下式
により、図３に示すような空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した
空燃比信号Ｖoutを得て、これを電子制御装置４０に供
給している。A resistor 15 for current detection is interposed in the circuit for the pump current Ip, and the pump current Ip is detected by the current detection circuit 13 from the voltage drop of the resistor 15.
Further, by inputting the output of the circuit 13 to the adding circuit 14, by the following equation, to obtain an air-fuel ratio signal Vout corresponding to the air-fuel ratio (A / F) as shown in FIG. 3, this the electronic control unit 40 Supplying.
【００１６】Ｖout＝Ｇ・Ｉp＋Ｖst ここに、Ｇは電流・電圧変換ゲイン、Ｖstはステップア
ップ電圧（例えば、２．５Ｖ）である。センサセル２０
とリニア空燃比センサアンプ４５の制御部３１間にはセ
ンサセル起電力Ｖsを検出する検出回路３８が接続され
ており、検出信号Ｖsは電子制御装置４０に供給され
る。また、比較回路１０と積分アンプ１２間には、電子
制御装置４０からのポンプカット信号を受けてポンプ電
流Ｉpをカットするポンプカット回路（ポンプ停止手
段）３９が接続されている。ポンプカット回路３９の入
力端子（ベース端子）３９ａ側は、抵抗３９ｂを介して
所定電圧電源＋Ｖccに接続されている。この抵抗３９ｂ
および所定電圧電源＋Ｖccにより擬似信号発生手段が構
成される。Vout = G ・ Ip + Vst Here, G is a current / voltage conversion gain, and Vst is a step-up voltage (for example, 2.5 V). Sensor cell 20
A detection circuit 38 for detecting a sensor cell electromotive force Vs is connected between the control unit 31 of the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45 and the detection signal Vs is supplied to an electronic control unit 40. Further, a pump cut circuit (pump stopping means) 39 for receiving a pump cut signal from the electronic control unit 40 and cutting the pump current Ip is connected between the comparison circuit 10 and the integrating amplifier 12. The input terminal (base terminal) 39a side of the pump cut circuit 39 is connected to a predetermined voltage power supply + Vcc via a resistor 39b. This resistor 39b
And a predetermined voltage power supply + Vcc constitute a pseudo signal generating means.
【００１７】電子制御装置４０は、リニア空燃比センサ
Ｓが十分に活性化されていないとき、或いは断線や短絡
により空燃比センシングシステムが故障しているとき等
の、空燃比センシングシステムが空燃比検出不能状態に
あるとき、上述のポンプカット信号をポンプカット回路
３９に出力するようになっている。リニア空燃比センサ
Ｓの不活性状態は、上述したセンサセル起電力検出回路
３８が検出する起電力Ｖsの信号変化から判別すること
もできるし、図示されていないけれども、ヒータ温度検
出回路（この回路は、ヒータ３０の印加電圧および供給
電流を検出してヒータ温度および異常を監視する）から
のヒータ温度検出信号等を監視することにより判別する
こともできる。この不活性状態判別方法は種々の、従来
知られている方法を用いることができる。空燃比センシ
ングシステムの故障は、上述した信号値が上下限判別値
を逸脱した状態が所定時間に亘って継続した場合、或い
は、後述する本発明の故障判定方法により検出すること
ができる。The electronic control unit 40 detects the air-fuel ratio when the linear air-fuel ratio sensor S is not sufficiently activated, or when the air-fuel ratio sensing system fails due to disconnection or short circuit. In the disabled state, the above-described pump cut signal is output to the pump cut circuit 39. The inactive state of the linear air-fuel ratio sensor S can be determined from a signal change of the electromotive force Vs detected by the sensor cell electromotive force detection circuit 38 described above, and although not shown, a heater temperature detection circuit (this circuit And monitoring the heater temperature and abnormality by detecting the applied voltage and supply current of the heater 30). As the method for determining the inactive state, various conventionally known methods can be used. A failure of the air-fuel ratio sensing system can be detected when the above-mentioned signal value has deviated from the upper and lower limit determination value for a predetermined time or by a failure determination method of the present invention described later.
【００１８】ポンプカット信号がポンプカット回路３９
に出力されると、比較回路１０の出力側電圧レベルが０
となり、この結果、空燃比信号Ｖoutとして、検出室２
５が理論空燃比に保たれていることを表す擬似信号Ｖst
（図３参照）を出力することになる。また、何らかの理
由で、ポンプカット回路３９と電子制御装置４０間のポ
ンプカット信号線が断線した場合、ポンプカット回路３
９の入力端子（ベース端子）３９ａ側は所定電圧（例え
ば、５Ｖ）でプルアップされているので、ポンプカット
回路３９にはハイレベルが入力され、信号線断線時に
も、ポンプ電流Ｉpを０にすることができ、リニア空燃
比センサＳのブラックニングを防止することができる。The pump cut signal is supplied to the pump cut circuit 39.
, The output side voltage level of the comparison circuit 10 becomes 0
As a result, as the air-fuel ratio signal Vout, the detection chamber 2
5 is a pseudo signal Vst indicating that the stoichiometric air-fuel ratio is maintained.
(See FIG. 3). If the pump cut signal line between the pump cut circuit 39 and the electronic control unit 40 is disconnected for any reason, the pump cut circuit 3
9, the input terminal (base terminal) 39a is pulled up at a predetermined voltage (for example, 5 V), so that a high level is input to the pump cut circuit 39, and the pump current Ip is set to 0 even when the signal line is disconnected. The blackening of the linear air-fuel ratio sensor S can be prevented.
【００１９】なお、本明細書において、上述したリニア
空燃比センサＳ、リニア空燃比センサアンプ４５、セン
サＳとアンプ４５間の配線、及びアンプ４５と電子制御
装置４０間の配線を含んで空燃比センシングシステムと
定義することにする。電子制御装置４０は、後述するよ
うに空燃比センシングシステムの故障を常時監視すると
共に、エンジンＥに供給する燃料量、すなわち空燃比を
制御する機能を有している。電子制御装置４０は、空燃
比センシングシステムの故障監視、および空燃比制御の
ためのプログラムを実行する中央演算装置（ＣＰＵ）４
０ａ、前述のプログラムやＣＰＵでの演算結果、種々の
プログラム変数値等を記憶する記憶装置４０ｂ、各種セ
ンサからの信号値の入力、燃料噴射弁２を駆動する開弁
駆動信号の出力等を行なう入出力回路（図示せず）等か
ら構成される。そして、電子制御装置４０の入力側に
は、エンジンＥの運転状態を検出する種々のセンサ、例
えば、吸気通路に配設され、カルマン渦の発生周期から
吸入空気量を検出するエアフローセンサ４１、エンジン
回転数を検出する回転数センサ４２、イグニッションキ
ースイッチ（ＳＷ）のオンオフ状態を検出するイグニッ
ションキースイッチセンサ４３、エンジンＥの冷却水温
を検出する水温センサ４４等が接続され、電子制御装置
４０にはこれらのセンサが検出するエンジン運転状態信
号が入力される。In this specification, the air-fuel ratio includes the above-described linear air-fuel ratio sensor S, the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45, the wiring between the sensor S and the amplifier 45, and the wiring between the amplifier 45 and the electronic control unit 40. We will define it as a sensing system. The electronic control unit 40 has a function of constantly monitoring a failure of the air-fuel ratio sensing system and controlling the amount of fuel supplied to the engine E, that is, the air-fuel ratio, as described later. The electronic control unit 40 is a central processing unit (CPU) 4 that executes a program for monitoring the failure of the air-fuel ratio sensing system and controlling the air-fuel ratio.
0a, a storage device 40b for storing the above-mentioned programs and calculation results of the CPU, various program variable values, etc., input of signal values from various sensors, output of a valve opening drive signal for driving the fuel injection valve 2, and the like. It comprises an input / output circuit (not shown) and the like. On the input side of the electronic control unit 40, various sensors for detecting an operating state of the engine E, for example, an air flow sensor 41 disposed in an intake passage and detecting an intake air amount from a generation cycle of Karman vortex, an engine A rotation speed sensor 42 for detecting a rotation speed, an ignition key switch sensor 43 for detecting an on / off state of an ignition key switch (SW), a water temperature sensor 44 for detecting a cooling water temperature of the engine E, and the like are connected. An engine operating state signal detected by these sensors is input.
【００２０】電子制御装置４０が空燃比フィードバック
制御を実行する場合には、上述した種々のセンサからの
エンジン運転状態に応じた目標空燃比が設定される。例
えばエンジンＥが急加速運転時、発進加速運転時等の、
比較的大きな機関出力が要求される運転状態、すなわ
ち、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御すべき運
転状態にあることが検出された場合、目標空燃比は理論
空燃比（１４．７）に設定される。一方、上記以外の運
転状態にある場合、目標空燃比は、理論空燃比より燃料
リーン側の所定値（例えば、２２）或いは運転状態に応
じた値に設定されることになる。そして、電子制御装置
４０は、リニア空燃比センサアンプ４５から出力される
空燃比信号Ｖoutと目標空燃比とを比較し、空燃比が目
標空燃比になるようにフィードバック補正係数を演算
し、エンジン負荷（例えば、体積効率Ｅv）とエンジン
回転数とで演算される基本燃料量に、上述のフィードバ
ック補正係数や、冷却水温に応じた補正係数等を乗算し
て燃料供給量を演算する。そして、演算した燃料供給量
に応じた開弁駆動信号を燃料噴射弁２に供給して所要量
の燃料量をエンジンＥに噴射供給させる。When the electronic control unit 40 executes the air-fuel ratio feedback control, the target air-fuel ratio according to the engine operating state from the various sensors described above is set. For example, when the engine E is in a rapid acceleration operation or a start acceleration operation,
If it is detected that an operation state requiring a relatively large engine output, that is, an operation state in which the air-fuel ratio should be feedback-controlled to the stoichiometric air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio (14.7). Is done. On the other hand, in the operating state other than the above, the target air-fuel ratio is set to a predetermined value (for example, 22) on the fuel lean side from the stoichiometric air-fuel ratio or a value corresponding to the operating state. Then, the electronic control unit 40 compares the air-fuel ratio signal Vout output from the linear air-fuel ratio sensor amplifier 45 with the target air-fuel ratio, calculates a feedback correction coefficient so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio, and calculates the engine load. The fuel supply amount is calculated by multiplying the basic fuel amount calculated by (for example, the volumetric efficiency Ev) and the engine speed by the above-described feedback correction coefficient, a correction coefficient corresponding to the cooling water temperature, and the like. Then, a valve opening drive signal corresponding to the calculated fuel supply amount is supplied to the fuel injection valve 2 to inject and supply a required amount of fuel to the engine E.
【００２１】一方、電子制御装置４０が空燃比をオープ
ンループ制御する場合には、エンジン負荷（例えば、体
積効率Ｅv）とエンジン回転数とで演算される基本燃料
量に、冷却水温に応じた補正係数等を乗算して燃料供給
量が演算されることになる。なお、本発明においては、
フィードバック制御或いはオープンループ制御による空
燃比制御方法は、特に限定されるものではなく、従来公
知の種々の方法を採用することができる。On the other hand, when the electronic control unit 40 controls the air-fuel ratio in an open loop, the basic fuel amount calculated based on the engine load (for example, volumetric efficiency Ev) and the engine speed is corrected according to the cooling water temperature. The fuel supply amount is calculated by multiplying by a coefficient or the like. In the present invention,
The air-fuel ratio control method by feedback control or open-loop control is not particularly limited, and various conventionally known methods can be adopted.
【００２２】次に、本発明装置に実行される空燃比セン
サの故障判定方法について、図４に示すフローチャート
を参照しながら説明する。電子制御装置４０は、先ず、
ステップＳ１０において、リーン空燃比フィードバック
制御中か否か、すなわち、空燃比が、理論空燃比より燃
料リーン側の値を目標空燃比としてフィードバック制御
されているか否かを判別する。この判別結果が否定（Ｎ
ｏ）の場合にはステップＳ１０が繰り返し実行される。
すなわち、リーン空燃比フィードバック制御が実行され
ていない場合には、空燃比センシングシステムの故障判
定は行なわない。Next, a method for determining a failure of the air-fuel ratio sensor executed in the apparatus of the present invention will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, the electronic control unit 40
In step S10, it is determined whether or not the lean air-fuel ratio feedback control is being performed, that is, whether or not the air-fuel ratio is feedback-controlled using a value on the fuel lean side of the stoichiometric air-fuel ratio as the target air-fuel ratio. If the result of this determination is negative (N
In the case of o), step S10 is repeatedly executed.
That is, when the lean air-fuel ratio feedback control is not being executed, the failure determination of the air-fuel ratio sensing system is not performed.
【００２３】リーン空燃比フィードバック制御が実行さ
れており、ステップＳ１０の判別結果が肯定（Ｙｅｓ）
の場合には、ステップＳ１２に進み、設定されている目
標空燃比が所定値λt（例えば、２０）より大であるか
否かを判別する。この判別が否定の場合にもステップＳ
１０に戻り、空燃比センシングシステムの故障判定は行
なわない。なお、リーン空燃比フィードバック制御が実
行されているとき、リニア空燃比センサＳは当然のこと
として活性状態にあり、空燃比検出可能状態にある。従
って、この場合には電子制御装置４０からポンプカット
信号がポンプカット回路３９に出力されることはない。The lean air-fuel ratio feedback control is being executed, and the determination result of step S10 is affirmative (Yes).
In step S12, the process proceeds to step S12, and it is determined whether or not the set target air-fuel ratio is larger than a predetermined value λt (for example, 20). Even if this determination is negative, step S
Returning to 10, the failure determination of the air-fuel ratio sensing system is not performed. When the lean air-fuel ratio feedback control is being executed, the linear air-fuel ratio sensor S is in an active state as a matter of course, and is in an air-fuel ratio detectable state. Accordingly, in this case, the electronic control unit 40 does not output the pump cut signal to the pump cut circuit 39.
【００２４】設定されている目標空燃比が所定値λtよ
り大であり、ステップＳ１２の判別結果が肯定の場合に
は、ステップＳ１４に進み、空燃比信号Ｖoutが所定判
別値Ｖsth以下であるか否かを判別する。この所定判別
値Ｖsthは、電子制御装置４０からポンプカット回路３
９にポンプカット信号を供給する信号線が断線したり、
短絡した時に、加算回路１４から強制的に出力される擬
似信号値Ｖst（例えば、２．５Ｖ）より僅かに大きい値
（例えば、２．７Ｖ）に設定されている。空燃比信号Ｖ
outがこの所定判別値Ｖsthより大の場合には、エンジン
Ｅに供給される空燃比が理論空燃比よりリーン側の値で
あるため、空燃比センシングシステムには特に異常がな
いことを意味し、この場合にもステップＳ１０に戻り、
空燃比センシングシステムの故障判定を初めからやり直
すことになる。If the set target air-fuel ratio is larger than the predetermined value λt and the determination result of step S12 is affirmative, the process proceeds to step S14, where it is determined whether or not the air-fuel ratio signal Vout is equal to or less than the predetermined determination value Vsth. Is determined. The predetermined determination value Vsth is supplied from the electronic control unit 40 to the pump cut circuit 3.
9, the signal line for supplying the pump cut signal is disconnected,
The value is set to a value (for example, 2.7 V) slightly larger than the pseudo signal value Vst (for example, 2.5 V) forcibly output from the adding circuit 14 when the short circuit occurs. Air-fuel ratio signal V
When out is larger than the predetermined determination value Vsth, the air-fuel ratio supplied to the engine E is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, which means that the air-fuel ratio sensing system has no particular abnormality. Also in this case, the process returns to step S10,
The failure determination of the air-fuel ratio sensing system will be restarted from the beginning.
【００２５】空燃比信号Ｖoutが所定判別値Ｖsth以下
で、ステップＳ１４の判別結果が肯定の場合には、空燃
比信号Ｖoutが所定判別値Ｖsth以下である状態が所定時
間ｔ（例えば、１０秒）に亘って継続したか否かを判別
する（ステップＳ１６）。この判別により、電子制御装
置４０が、ノイズ等により一時的に発生する異常値によ
って直ちに空燃比センシングシステムが故障であると判
定してしまうことを防止する。空燃比信号Ｖoutが所定
判別値Ｖsth以下である状態が所定時間継続しなけれ
ば、空燃比センシングシステムには特に異常がないこと
を意味し、この場合にもステップＳ１０に戻り、空燃比
センシングシステムの故障判定を初めからやり直す。If the air-fuel ratio signal Vout is equal to or smaller than the predetermined judgment value Vsth and the judgment result in step S14 is affirmative, the state where the air-fuel ratio signal Vout is equal to or smaller than the predetermined judgment value Vsth is kept for a predetermined time t (for example, 10 seconds). Is determined (step S16). This determination prevents the electronic control unit 40 from immediately determining that the air-fuel ratio sensing system is out of order due to an abnormal value temporarily generated due to noise or the like. If the state in which the air-fuel ratio signal Vout is equal to or less than the predetermined determination value Vsth does not continue for a predetermined time, it means that the air-fuel ratio sensing system is not particularly abnormal. In this case as well, the process returns to step S10, and the air-fuel ratio sensing system Restart the failure judgment from the beginning.
【００２６】一方、ステップＳ１６において空燃比信号
Ｖoutが所定判別値Ｖsth以下である状態が所定時間ｔに
亘って継続したことが判別された場合には、空燃比セン
シングシステムが故障であると判定し、これを記憶する
（ステップＳ１８）。目標空燃比が理論空燃比より遙に
大きいリーン側の所定値λtに設定されているのに、検
出される空燃比Ｖoutが所定時間ｔに亘って所定判別値
Ｖsth以下である状態、すなわち、理論空燃比近傍値よ
り燃料リッチ側の値であるとき、空燃比センシングシス
テムが故障であると判定するのである。これによって、
たとえ、電子制御装置４０からポンプカット回路３９に
ポンプカット信号を供給する信号線が断線して、加算回
路１４から強制的に常時擬似信号値Ｖst（２．５Ｖ）が
出力されることがあっても、空燃比センシングシステム
が故障であることを確実に検出することができる。な
お、ステップＳ１８において空燃比センシングシステム
が故障と判定されたとき、例えば、インストルメントパ
ネル等に警告灯を点灯させて空燃比センシングシステム
が故障であることを運転者に警報するようにしてもよ
い。On the other hand, if it is determined in step S16 that the state in which the air-fuel ratio signal Vout is equal to or less than the predetermined determination value Vsth has continued for a predetermined time t, it is determined that the air-fuel ratio sensing system is out of order. Is stored (step S18). Although the target air-fuel ratio is set to the lean-side predetermined value λt which is much larger than the stoichiometric air-fuel ratio, the detected air-fuel ratio Vout is equal to or less than the predetermined determination value Vsth for a predetermined time t. When the value is on the fuel rich side from the value near the air-fuel ratio, it is determined that the air-fuel ratio sensing system is out of order. by this,
For example, the signal line that supplies the pump cut signal from the electronic control unit 40 to the pump cut circuit 39 may be disconnected, and the adder circuit 14 may forcibly output the pseudo signal value Vst (2.5 V) at all times. Also, it is possible to reliably detect that the air-fuel ratio sensing system is out of order. Incidentally, when the air-fuel ratio sensing system is determined as a failure in step S18, for example, instrument-Pas
A warning lamp may be lit on a panel or the like to alert the driver that the air-fuel ratio sensing system is out of order.
【００２７】空燃比センシングシステムの故障が判定さ
れると、電子制御装置４０は空燃比のフィードバック制
御を停止して前述したオープンループ空燃比（Ａ／Ｆ）
制御を実行する（ステップＳ２０）。この場合、故障し
た空燃比センシングシステムからの空燃比情報を利用し
ないので、空燃比制御が不能になる事態が未然に防止さ
れ、空燃比が適正値に保持されることになる。When it is determined that the air-fuel ratio sensing system has failed, the electronic control unit 40 stops the feedback control of the air-fuel ratio and stops the open loop air-fuel ratio (A / F).
The control is executed (Step S20). In this case, since the air-fuel ratio information from the failed air-fuel ratio sensing system is not used, a situation in which the air-fuel ratio control cannot be prevented is prevented beforehand, and the air-fuel ratio is maintained at an appropriate value.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
空燃比センシングシステムの故障判定装置に依れば、空
燃比センシングシステムの作動不能時にポンプ停止手段
はポンプカット信号を受けてポンプ電流を０に設定し、
これによりセンサのブラックニング現象を回避すること
ができる。また、ポンプカット指令信号を供給する信号
線が断線したときであっても、擬似信号発生手段がポン
プ停止手段にポンプカット指令信号と同等の擬似ポンプ
カット指令信号を供給することにより、センサのブラッ
クニング現象が回避できる。As is apparent from the above description, according to the air-fuel ratio sensing system failure judging device of the present invention, when the air-fuel ratio sensing system cannot operate, the pump stop means receives the pump cut signal and receives the pump current. Is set to 0,
Thereby, the blackening phenomenon of the sensor can be avoided. Further, even when the signal line for supplying a pump cut command signal is cross-sectional line, by the pseudo signal generating means for supplying a pump cut command signal equivalent to the pseudo pump cut command signal to the pump stop means, sensor Blackening phenomenon can be avoided.
【００２９】そして、断線により空燃比センシングシス
テムが作動不能の場合において、擬似ポンプカット信号
により強制的にポンプ電流が０にされると空燃比検出手
段から空燃比信号として所定基準信号値が継続して出力
されることになり、故障判別装置は、空燃比が理論空燃
比より燃料リーン側の目標値にフィードバック制御され
る時に、空燃比信号値が故障判別値以下である状態が所
定時間に亘って継続したことを検出することによって、
空燃比センシングシステムが故障であると確実に判定す
ることができる。[0029] Then, when the air-fuel ratio sensing system is inoperable more broken wires, pseudo pump cut signal by forcing pump current when is 0 the air-fuel ratio predetermined reference signal value as the air-fuel ratio signal from the detecting means Is continuously output, and when the air-fuel ratio is feedback-controlled to the target value on the fuel lean side from the stoichiometric air-fuel ratio, the failure determination device determines that the state where the air-fuel ratio signal value is equal to or less than the failure determination value is predetermined. By detecting that it has continued over time,
It is possible to reliably determine that the air-fuel ratio sensing system is out of order.
【００３０】従って、空燃比センシングシステムの故障
時においても、空燃比をオープンループ制御を直ちに実
行するようにすれば、排気ガス特性の悪化、ドランバビ
リティの低下、アイドル回転の不安定化等の弊害を防止
し、或いは最小限に抑えることができる。Therefore, even when the air-fuel ratio sensing system fails, if the air-fuel ratio is immediately subjected to the open-loop control, the exhaust gas characteristics are deteriorated, the drivability is reduced, and the idle rotation is unstable. Evils can be prevented or minimized.
【図１】本発明に係る空燃比センシングシステムの故障
判定装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a failure determination device of an air-fuel ratio sensing system according to the present invention.
【図２】図１に示すリニア空燃比センサＳおよびリニア
空燃比センサアンプ４５の内部構成をしめす回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram showing an internal configuration of a linear air-fuel ratio sensor S and a linear air-fuel ratio sensor amplifier 45 shown in FIG.
【図３】図１に示すリニア空燃比センサアンプ４５から
出力される空燃比信号Ｖout と空燃比との関係を示すグ
ラフである。FIG. 3 is a graph showing a relationship between an air-fuel ratio signal Vout output from a linear air-fuel ratio sensor amplifier 45 shown in FIG. 1 and an air-fuel ratio.
【図４】図１に示す電子制御装置４０が実行する空燃比
センシングシステムの故障判別の手順を示すフローチャ
ートである。FIG. 4 is a flowchart showing a procedure of failure determination of the air-fuel ratio sensing system executed by the electronic control device 40 shown in FIG.
Ｅ 内燃エンジン Ｓ リニア空燃比センサ ＋Ｖcc 所定電圧電源（擬似信号発生手段） ２ 燃料噴射弁 １０ 比較回路 １２ 積分回路 １３ 電流検出回路 １４ 加算回路 ２０ センサセル ２１ ポンプセル ３０ ヒータ ３１ 制御回路 ３８ センサセル起電力検出回路 ３９ ポンプカット回路（ポンプ停止手段） ３９ａ 抵抗（擬似信号発生手段） ４０ 電子制御装置 ４５ リニア空燃比センサアンプ E Internal combustion engine S Linear air-fuel ratio sensor + Vcc Predetermined voltage power supply (pseudo signal generating means) 2 Fuel injection valve 10 Comparison circuit 12 Integration circuit 13 Current detection circuit 14 Addition circuit 20 Sensor cell 21 Pump cell 30 Heater 31 Control circuit 38 Sensor cell electromotive force detection circuit 39 pump cut circuit (pump stop means) 39a resistance (pseudo signal generation means) 40 electronic control unit 45 linear air-fuel ratio sensor amplifier
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−138243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129445（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−103546（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−105855（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−184961（ＪＰ，Ｕ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-58-138243 (JP, A) JP-A-61-129445 (JP, A) Fully open Showa 61-103546 (JP, U) Really open Showa 63- 105855 (JP, U) Really open Sho 61-184961 (JP, U)
Claims (1)
参照気体中の酸素濃度差に応じた起電力信号を出力する
センサセル、供給されるポンプ電流に応じて酸素イオン
を移動させるポンプセル、前記センサセルおよびポンプ
セルをそれらの活性温度に加熱するヒータ手段、前記起
電力信号値が設定値になるように前記ポンプ電流の電流
値を設定する制御手段、およびポンプ電流の電流値に応
じた空燃比信号を出力すると共に、ポンプ電流値が実質
的に０であるとき、所定基準信号を出力する空燃比検出
手段を備えた空燃比センシングシステムの故障判定装置
において、空燃比センシングシステムの作動不能時にポ
ンプカット指令信号を出力すると共に、空燃比が理論空
燃比より燃料リーン側の目標値にフィードバック制御さ
れる時に、前記所定基準信号値より大きく、かつ、前記
目標値より小さい故障判別値を設定し、空燃比信号値が
この故障判別値以下である状態が所定時間に亘って継続
したとき、前記空燃比センシングシステムが故障である
と判定してポンプカット指令信号を出力する指令信号出
力手段と、該指令信号出力手段からの信号線が接続され
る入力端子を有し、該入力端子にポンプカット指令信号
を受けたときポンプ電流を強制的に０にするポンプ停止
手段と、前記入力端子に接続され、前記信号線が断線し
たとき、ポンプ停止手段に擬似ポンプカット指令信号を
供給してポンプ電流を強制的に０にさせる擬似信号発生
手段とを備えることを特徴とする、空燃比センシングシ
ステムの故障判定装置。1. A sensor cell for outputting an electromotive force signal corresponding to a difference between an oxygen concentration in exhaust gas of an internal combustion engine and an oxygen concentration in a reference gas, a pump cell for moving oxygen ions according to a supplied pump current, and the sensor cell. And heater means for heating the pump cells to their activation temperatures, control means for setting the current value of the pump current so that the electromotive force signal value becomes a set value, and an air-fuel ratio signal corresponding to the current value of the pump current. When the pump current value is substantially 0, a failure determination device for an air-fuel ratio sensing system including an air-fuel ratio detection unit that outputs a predetermined reference signal. Output a signal, and when the air-fuel ratio is feedback-controlled to a target value on the fuel lean side from the stoichiometric air-fuel ratio, the predetermined A failure determination value larger than the reference signal value and smaller than the target value is set, and when the air-fuel ratio signal value continues to be equal to or less than the failure determination value for a predetermined time, the air-fuel ratio sensing system fails. Command signal output to determine that the
Force means and a signal line from the command signal output means are connected.
Has an input terminal that includes a pump stop means for forcibly 0 the pump current upon receiving a pump cut instruction signal to the input terminal, connected to said input terminal, said signal line is disconnected
A false signal generating means for supplying a pseudo pump cut command signal to the pump stopping means to forcibly reduce the pump current to 0 when the pump stop means is provided.
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|---|---|---|---|
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