JP3627608B2

JP3627608B2 - Air-fuel ratio sensor activity determination device

Info

Publication number: JP3627608B2
Application number: JP2000016756A
Authority: JP
Inventors: 雅智角山; 成章柿崎; 修松野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: JP2001208714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は空燃比センサの活性判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気通路に三元触媒を備えるガソリンエンジンでは、冷間始動後できるだけ早く空燃比フィードバック制御に入ったほうが排気浄化性能がよくなるので、空燃比センサをヒータ加熱などで活性化させ、触媒は活性化途中であっても空燃比センサが活性化したタイミングで空燃比フィードバック制御に入るようにしている（特開平１０−７３５６４号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空燃比センサのセンサ出力（以下単に「センサ出力」という）はセンサ素子の抵抗値を流れる電流値を計測することによって得ており、冷間始動時にはセンサ素子温度の上昇とともにセンサ素子の抵抗値が漸増（増加）または漸減（減少）するので、空燃比センサが活性状態となったかどうかの判定に際してはセンサ出力と活性判定レベルの上限基準値（リーン側基準値）、下限基準値（リッチ側基準値）を比較し、センサ出力が上限基準値以上となるかまたは下限基準値以下となったタイミングで空燃比センサが活性状態となったと判定している。
【０００４】
しかしながら、従来装置のように活性判定レベルが一定値である場合、センサ素子抵抗を含んだ電流検出回路のアースが十分に接地されない状態（こうした現象を以下「アース浮き」という）が生じると、このときのセンサ出力はアース浮きが生じていない場合より高い側にシフトするため活性判定のタイミングが遅れたり、この逆に早まったりしてしまう。
【０００５】
これをさらに説明すると、図５において基準センサ（アース浮きがないだけでなく、後述する製造バラツキや経時劣化の生じてない空燃比センサのこと）の場合のセンサ出力の波形を実線で、またアース浮きがある場合のセンサ出力の波形を一点鎖線でモデル的に示す。まずアース浮きがない場合、冷間始動時にヒータ通電が開始されると、センサ出力は基準電圧をしばらく保ったあとに漸減（減少）してゆく。そして、センサ出力が下限基準値に達したｔ２のタイミングで空燃比センサが活性状態となったと判定される。これに対してアース浮きがある場合にはセンサ出力が基準電圧より高いところから始まるためセンサ出力が下限基準値に達するタイミングがｔ３となり、アース浮きがない場合より活性判定のタイミングが遅れる。なお、図５にはヒータ加熱とともにセンサ出力が漸減してゆくセンサの場合で説明したが、ヒータ加熱とともにセンサ出力が漸増（増加）してゆくセンサを用いることもある。このときには上記と反対にアース浮きがある場合、アース浮きがない場合よりも上限基準値に達するタイミング（活性判定のタイミング）が早過ぎてしまう。
【０００６】
このように、活性判定のタイミングが遅れてしまったのではそれだけ排気浄化性能が悪くなり、またタイミングが早くなりすぎたのではセンサ出力に信頼性がないまま空燃比フィードバック制御を開始してしまうことになる。
【０００７】
ここまでセンサ出力が基準電圧よりはずれる場合の一つとしてアース浮きがある場合で述べてきたが、冷間始動時における基準電圧からのずれはセンサ出力に製造バラツキがある場合にも生じるし、またセンサ出力の経時劣化によっても生じ、この場合、冷間時のセンサ出力は基準電圧に対し高い側または低い側にずれる。
【０００８】
そこで本発明は、冷間始動時のセンサ出力を低温時出力としてサンプリングし、この低温時出力に基づいて活性判定レベルを設定することにより、冷間始動時における基準電圧からのずれがセンサ出力に生じている場合にも、基準センサの場合とほぼ変わらないタイミングで活性判定できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図７に示すように、素子温度の上昇につれて素子の抵抗値が増加または減少する空燃比センサ２１と、冷間始動時であるかどうかを判定する手段２２と、この判定結果より冷間始動時であればそのときのセンサ出力を低温時出力としてサンプリングする手段２３と、この低温時出力に基づいて活性判定レベルを設定する手段２４と、センサ出力とこの活性判定レベルとの比較により空燃比センサ１６が活性したかどうかを判定する手段２５とを設けた。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において前記活性判定レベルが下限基準値である場合に前記センサ出力がこの下限基準値以下となったとき空燃比センサが活性状態になったと判定する。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明において前記活性判定レベルが上限基準値である場合に前記センサ出力がこの上限基準値以上となったとき空燃比センサが活性状態になったと判定する。
【００１２】
第４の発明では、第２の発明において前記低温時出力が基準電圧より大きいとき前記下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも大きな値に設定する。
【００１３】
第５の発明では、第２の発明において前記低温時出力が基準電圧より小さいとき前記下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも小さな値に設定する。
【００１４】
第６の発明では、第３の発明において前記低温時出力が基準電圧より大きいとき前記上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも大きな値に設定する。
【００１５】
第７の発明では、第３の発明において前記低温時出力が基準電圧より小さいとき前記上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも小さな値に設定する。
【００１６】
第８の発明では、第１の発明において前記活性判定レベル設定手段２４が、前記低温時出力の基準電圧からのずれ量を活性判定レベルの更新量として演算する手段と、この更新量で活性判定レベルの基準値をシフトさせた値を活性判定レベルとして演算する手段とからなる。
【００１７】
第９の発明では、第１の発明において前記空燃比センサの素子温を検出する手段を備え、この素子温が所定値以下の場合に冷間始動時であると判定する。
【００１８】
第１０の発明では、第１の発明においてエンジン水温を検出する手段を備え、このエンジン水温の前回のエンジン停止時の値と今回始動時の値との差が所定値以上の場合に冷間始動時であると判定する。
【００１９】
【発明の効果】
第１、第２、第３の発明では、低温時出力に基づいて活性判定レベルが設定されるので、センサ出力にアース浮きのほか製造バラツキがあったり経時劣化が生じることがあっても、基準センサの場合とほぼ変わらないタイミングで活性判定を行わせることができる。
【００２０】
たとえばセンサ出力が下限基準値以下となったときセンサが活性状態になったと判定する場合に、低温時出力が基準電圧より大きいときにも下限基準値が一定であるのでは活性判定タイミングが遅れてしまうが、第４の発明によれば下限基準値を大きくすることで活性判定タイミングが早められる。同じ場合に、低温時出力が基準電圧より小さいときにも下限基準値が一定であるのでは活性判定タイミングが早くなり過ぎるのであるが、第５の発明によれば下限基準値を小さくすることで活性判定タイミングが遅められる。
【００２１】
同様にしてセンサ出力が上限基準値以上となったときセンサが活性状態になったと判定する場合に、低温時出力が基準電圧より大きいときにも上限基準値が一定であるのでは活性判定タイミングが早すぎてしまうが、第６の発明によれば上限基準値を大きくすることで活性判定タイミングが遅められる。同じ場合に、低温時出力が基準電圧より小さいときにも上限基準値が一定であるのでは活性判定タイミングが遅くなり過ぎるのであるが、第７の発明によれば上限基準値を小さくすることで活性判定タイミングが早められる。
【００２２】
このように、第４から第７までの発明によれば、低温時出力に基づいて下限基準値や上限基準値といった活性判定レベルを動かすようにしたので、活性判定タイミングが大きく遅れたり早すぎることがない。
【００２３】
第８の発明によれば、低温時出力の基準電圧からのずれ量に応じて活性判定レベルの基準値からのシフト量が変化するので、そのぶん活性判定レベルの演算精度がよくなる。
【００２４】
第９の発明によれば、冷間始動時を精度よく判定できる。
【００２５】
第１０の発明によれば、素子温を検出する手段を備えることなく冷間始動時を判定できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジン本体で、燃焼室内に直接臨んで（あるいは吸気ポートに位置して）燃料噴射弁４が設けられ、コントロールユニット（図ではＥＣＵで略記）１１からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。２は吸気通路、３はアクセルセンサ１４からのアクセル開度信号に基づいてコントロールユニット１１により駆動されるスロットル装置、５は点火プラグである。
【００２７】
コントロールユニット１１にはクランク角センサ１２からのＲｅｆ信号（基準位置信号）とＰｏｓ信号（１°信号）、エアフローメータ１３からの吸入空気量信号、水温センサ１５からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するとともに、排気通路６の三元触媒７の上流側に設置した空燃比センサ１６からの空燃比（酸素濃度）信号に基づいて空燃比のフィードバック制御を行う。なお、ここでの空燃比センサ１６は、リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する、いわゆる広域空燃比センサである。ただし、このセンサに限定されるものでなく、特定の酸素濃度（特に理論空燃比雰囲気）で出力がステップ状に変化する、いわゆるＯ_２センサでもかまわない。
【００２８】
ここで、空燃比フィードバック制御は排気空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振れるようにする制御であり、このとき排気通路６に設けた三元触媒７が最大の転換効率をもって排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。
【００２９】
さて、冷間始動後にはできるだけ早く空燃比フィードバック制御に入ったほうが排気浄化性能がよくなるので、空燃比センサ１６をヒータ加熱で活性化させ、触媒７は活性化途中であっても空燃比センサ１６が活性化したタイミングで空燃比フィードバック制御に入らせる。この場合、空燃比センサ１６にはその素子温を検出するセンサ１７を設けており、この素子温センサ１７により検出される素子温に基づいて冷間始動時であるかどうかを判定し、この判定結果より冷間始動時であればそのときのセンサ出力を低温時出力としてサンプリングし、その低温時出力の基準電圧からのずれ量を活性判定レベルの更新量として演算し、この更新量で活性判定ベルの基準値をシフトさせた値を活性判定レベルとして演算し、センサ出力とこのようにして演算した活性判定レベルとの比較により空燃比センサ１６が活性したかどうかを判定する。
【００３０】
コントロールユニット１１で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００３１】
図２のフローチャートは活性判定レベルの更新量を演算するためのもので、一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３２】
ステップ１では更新量演算済フラグをみる。イグニッションスイッチ１８（図１参照）をＯＦＦからＯＮにしたタイミングでコントロールユニット内のＣＰＵにより各種データの初期化が開始され、このとき更新量演算済フラグの値はゼロにリセットされるので、このデータ初期化の後に図２のフローが実行されるときには更新量演算済フラグ＝０になっている。このため、ステップ２に進んで素子温センサ１７からの素子温を読み込み、この素子温と所定値をステップ３において比較する。
【００３３】
ここで、所定値にはホットリスタート時でないと達し得ない素子温を予め設定している。したがって、素子温が所定値を超えているときにはホットリスタート時であると判断し、ステップ８、９に進んで活性判定フラグ＝１かつ活性判定済フラグ＝１としたあと今回の処理を終了する。
【００３４】
エンジン冷間状態で空燃比センサ１６に対してヒータ通電を行った当初はセンサ素子温が所定値以下の状態にあるので、ステップ３よりステップ４に進み、そのときのセンサ出力（つまり低温時出力）をサンプル値に移し、ステップ５において基準電圧からこのサンプル値を差し引いた値を更新量として計算する。
【００３５】
ここで、基準電圧は基準センサ（アース浮きのほか製造バラツキおよび経時劣化のいずれもない空燃比センサ）のヒータ非通電状態での低温時出力で、予め定まる値である。したがって、アース浮きのある場合にはサンプル値のほうが基準電圧より大きくなるため更新量は正の値となる。製造バラツキのある場合はセンサ毎に更新量が正の値になったり負の値になったりする。経時劣化により仮にセンサ出力が大きくなる側にずれるとすれば、こうした経時劣化の生じたセンサでは更新量が正の値になる。
【００３６】
このようにして演算した更新量は空燃比センサの活性判定（図３のフローチャートで後述）で用いるためメモリ（ＲＡＭ）に保存する。また、更新量の演算を一回限りで終了させるためステップ７で更新量演算済フラグ＝１とする。このフラグの１へのセットにより次回からはステップ２以降に進むことができない。
【００３７】
図３のフローチャートは空燃比センサが活性状態となったかどうかを判定するためのもので、一定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００３８】
ステップ１１では活性判定済フラグをみる。このフラグもイグニッションスイッチをＯＦＦからＯＮにしたタイミングでのＣＰＵによるデータ初期化によりゼロの状態にあるためステップ１２に進み、更新量演算済フラグをみる。更新量演算済フラグ＝０であるときには更新量が演算されていないので、そのまま今回の処理を終了する。
【００３９】
更新量演算済フラグ＝１になるとステップ１３に進み、そのときのセンサ出力とメモリに格納されている更新量を読み込む。このうち更新量を用いステップ１４、１５において、
【００４０】
【数１】
上限判定値＝上限基準値＋更新量、
下限判定値＝下限基準値＋更新量、
の式により２つの活性判定レベル（上限判定値と下限判定値）を演算する。
【００４１】
ここで、数１式の上限基準値、下限基準値は基準センサに対してリッチ側、リーン側の活性判定タイミングを決めているもので、予め与えられる値である。
【００４２】
このようにして演算した活性判定レベルとセンサ出力とをステップ１６で比較する。センサ出力が上限判定値以上になったかまたはセンサ出力が下限判定値以下になったとき空燃比センサが活性状態になったと判断し、ステップ１７に進んで活性判定フラグ＝１とする。また、活性判定を一回で終了するためステップ１８で活性判定済フラグ＝１とする。この活性判定済フラグの１へのセットにより次回以降ステップ１２に進むことができない。
【００４３】
図４のフローチャートは空燃比フィードバック補正係数αを演算するためのもので、Ｒｅｆ信号（４気筒エンジンではクランク角で１８０度毎の信号、６気筒エンジンではクランク角で１２０度毎の信号）の入力毎に実行する。
【００４４】
ステップ２１では活性判定フラグをみる。このフラグもイグニッションスイッチをＯＦＦからＯＮにしたタイミングでのデータ初期化によりゼロの状態にあるので、始動当初はステップ２２に進み空燃比フィードバック補正係数αをクランプする（α＝１．０）。
【００４５】
活性判定フラグ＝１となればステップ２３に進み、他の空燃比フィードバック条件が成立しているかどうかみる。空燃比センサが活性状態にあることも空燃比フィードバック条件の一つであるため、これ以外の条件をここでは「他の空燃比フィードバック条件」として区別している。この「他の空燃比フィードバック条件」にはたとえば空燃比センサが故障していないことなどがある。他のフィードバック条件のいずれかが成立していないときはステップ２２に進んで空燃比フィードバック補正係数αをクランプし、他の空燃比フィードバック条件もすべて成立したときステップ２４、２５に進み、センサ出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数αを演算する。
【００４６】
ここで、冷間始動時の本実施形態の作用を図５を参照して説明する。
【００４７】
まず基準センサの場合には更新量がゼロであることから、上限判定値は上限基準値に、また下限判定値も下限基準値に等しく、したがって基準センサの場合のセンサ出力が下限判定値（＝下限基準値）に達するタイミングは従来と変わらずｔ２である。
【００４８】
これに対して、アース浮きがある場合にセンサ出力が基準電圧より高い位置から始まる。始動直後のｔ１のタイミングで図２のフローが実行されたとすれば、ｔ１のタイミングでのセンサ出力が低温時出力Ａとしてサンプリングされ、このＡの値と基準電圧との差が更新量として算出される。そして、この更新量を用いて活性判定レベルが演算されると、上限判定値は上限基準値より更新量の分だけ高く、また下限判定値も下限基準値より更新量の分だけ高くなる（破線参照）。このため、アース浮きがある場合のセンサ出力が下限判定値に達するタイミングがｔ３からｔ２′へと早まり、基準センサの場合の活性タイミングであるｔ２とほぼ同様のタイミングとなる。
【００４９】
このように、本実施形態によれば、素子温に基づいて冷間始動時であることを判定したときのセンサ出力を低温時出力としてサンプリングし、この低温時出力に基づいて活性判定レベルを設定し、この活性判定レベルとセンサ出力との比較により空燃比センサが活性状態となったかどうかを判定するようにしたので、センサ出力にアース浮きのほか製造バラツキがあったり経時劣化が生じることがあっても、基準センサの場合とほぼ変わらないタイミングで活性判定を行わせることができる。
【００５０】
また、活性判定レベルを設定するに際しては、低温時出力の基準電圧からのズレ量を更新量として演算し、この更新量で活性判定レベルの基準値を上下方向にずらせた値を活性判定レベルとして演算するようにしたので、低温時出力の基準電圧からのずれ量に応じて活性判定レベルの基準値からのシフト量が変化し、そのぶん活性判定レベルの演算精度がよくなる。
【００５１】
図６のフローチャートは第２実施形態で、第１実施形態の図２と置き換わるものである。図２と同一部分には同一のステップ番号をつけている。
【００５２】
第２実施形態は素子温センサ１７を設けることなく冷間始動時かどうかを判定するようにしたものである。すなわち、ステップ３１でスタータスイッチのＯＮからＯＦＦへの切換タイミング（始動）からの経過時間と所定値を比較し、所定値未満であれば始動直後にあると判断してステップ３２に進み、前回のエンジン停止時水温ＴＷＳＴＰ（不揮発性メモリに記憶させている）から今回始動時水温ＴＷＳＴを差し引いた値を温度差ΔＴＷとして計算し、この温度差ΔＴＷと所定値を比較する。ホットリスタート時であれば、前回エンジン停止時水温ＴＷＳＴＰと今回始動時水温ＴＷＳＴとのあいだにほとんど差がないので、ΔＴＷが所定値未満であればホットリスタート時であると判断してステップ８、９の処理に進み、これに対してΔＴＷが所定値以上であるとき（つまり冷間始動時）だけステップ４以降に進んで活性判定レベルの更新量を計算する。
【００５３】
このように第２実施形態では既存の水温センサ１５を用いることで冷間始動時であるかどうかを判定できるため素子温センサを設けることが必要でなく、コスト的に安価である。
【００５４】
実施形態では、活性判定レベル設定手段が、低温時出力の基準電圧からのずれ量を活性判定レベルの更新量として演算する手段と、この更新量で活性判定ベルの基準値をシフトさせた値を活性判定レベルとして演算する手段とからなる場合で説明したが、これに限られるものでない。たとえば、次のように活性判定レベル設定してもかまわない。
【００５５】
〈１〉活性判定レベルが下限基準値である場合にセンサ出力がこの下限基準値以下となったときセンサが活性状態になったと判定する場合：
▲１▼低温時出力が基準電圧より大きいとき下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも大きな値に設定する（第３実施形態）。▲２▼低温時出力が基準電圧より小さいとき下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも小さな値に設定する（第４実施形態）。
【００５６】
〈２〉活性判定レベルが上限基準値である場合にセンサ出力がこの上限基準値以上となったときセンサが活性状態になったと判定する場合：
▲１▼低温時出力が基準電圧より大きいとき上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも大きな値に設定する（第５実施形態）。▲２▼低温時出力が基準電圧より小さいとき上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも小さな値に設定する（第６実施形態）。
【００５７】
このように、第３から第６までの実施形態によれば、低温時出力に基づいて活性判定レベルを動かすようにしたので、活性判定タイミングが大きく遅れたり早すぎることがない。
【００５８】
実施形態ではヒータ付きの空燃比センサで説明したが、ヒータ付きでない空燃比センサにも本発明を適用できる。空燃比センサを設ける位置も触媒上流に限定されるものでなく、触媒下流に設けられる空燃比センサにも適用がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の制御システム図。
【図２】更新量の演算を説明するためのフローチャート。
【図３】活性判定を説明するためのフローチャート。
【図４】空燃比フィードバック補正係数の演算を説明するためのフローチャート。
【図５】一実施形態の作用を説明するための波形図。
【図６】第２実施形態の更新量の演算を説明するためのフローチャート。
【図７】第１の発明のクレーム対応図。
１１コントロールユニット
１６空燃比センサ
１７素子温センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an activity determination device for an air-fuel ratio sensor.
[0002]
[Prior art]
In a gasoline engine equipped with a three-way catalyst in the exhaust passage, the exhaust gas purification performance improves when the air-fuel ratio feedback control is started as soon as possible after cold start, so the air-fuel ratio sensor is activated by heating the heater, etc. Even so, the air-fuel ratio feedback control is started at the timing when the air-fuel ratio sensor is activated (see JP-A-10-73564).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the sensor output of the air-fuel ratio sensor (hereinafter simply referred to as “sensor output”) is obtained by measuring the current value flowing through the resistance value of the sensor element. During cold start, the sensor element resistance increases as the sensor element temperature rises. Since the value gradually increases (increases) or gradually decreases (decreases), when determining whether the air-fuel ratio sensor is activated, the upper limit reference value (lean side reference value) and the lower limit reference value (rich) of the sensor output and the activation determination level Side reference value), and it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated at the timing when the sensor output becomes equal to or higher than the upper limit reference value or lower than the lower limit reference value.
[0004]
However, when the activity determination level is a constant value as in the conventional device, if the ground of the current detection circuit including the sensor element resistance is not sufficiently grounded (this phenomenon is hereinafter referred to as “earth floating”), The sensor output at that time shifts to a higher side than when no ground float occurs, so the timing of the activity determination is delayed or vice versa.
[0005]
To explain this further, in FIG. 5, the waveform of the sensor output in the case of a reference sensor (which is an air-fuel ratio sensor not only having no ground floating but also causing manufacturing variations and deterioration with time described later) is indicated by a solid line and ground. The waveform of the sensor output when there is a float is shown as a model with a one-dot chain line. First, when there is no ground floating, when the heater energization is started at the cold start, the sensor output gradually decreases (decreases) after maintaining the reference voltage for a while. Then, it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated at the timing t2 when the sensor output reaches the lower limit reference value. On the other hand, when there is ground floating, the sensor output starts from a position higher than the reference voltage, so the timing at which the sensor output reaches the lower limit reference value is t3, and the activation determination timing is delayed compared to when there is no ground floating. Note that FIG. 5 illustrates a sensor in which the sensor output gradually decreases with heater heating, but a sensor in which the sensor output gradually increases (increases) with heater heating may be used. At this time, when there is a ground lift contrary to the above, the timing for reaching the upper limit reference value (activation determination timing) is too early than when there is no ground lift.
[0006]
In this way, if the timing of the activation determination is delayed, the exhaust purification performance is deteriorated that much, and if the timing is too early, the air-fuel ratio feedback control is started without the reliability of the sensor output. become.
[0007]
Up to this point, we have described the case where there is a ground float as one of the cases where the sensor output deviates from the reference voltage, but the deviation from the reference voltage during cold start also occurs when there is manufacturing variation in the sensor output. This also occurs due to deterioration of the sensor output over time. In this case, the sensor output during cold shifts to a higher side or a lower side with respect to the reference voltage.
[0008]
Therefore, in the present invention, the sensor output at the cold start is sampled as the output at the low temperature, and the activation judgment level is set based on the output at the low temperature, so that the deviation from the reference voltage at the cold start becomes the sensor output. It is an object of the present invention to make it possible to make an activity determination at almost the same timing as in the case of the reference sensor even if it occurs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 7, the first invention includes an air-fuel ratio sensor 21 in which the resistance value of the element increases or decreases as the element temperature increases, means 22 for determining whether or not it is during cold start, and this determination. Based on the result, if it is during cold start, the means 23 for sampling the sensor output at that time as the low temperature output, the means 24 for setting the activity determination level based on the low temperature output, the sensor output and the activity determination level And means 25 for determining whether or not the air-fuel ratio sensor 16 has been activated.
[0010]
In the second invention, in the first invention, when the activity determination level is the lower limit reference value, it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated when the sensor output becomes equal to or lower than the lower limit reference value.
[0011]
In the third invention, when the activity determination level is the upper limit reference value in the first invention, it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated when the sensor output becomes equal to or higher than the upper limit reference value.
[0012]
In a fourth aspect, when the low temperature output is greater than a reference voltage in the second aspect, the lower limit reference value is set to a value larger than the lower limit reference value for the reference sensor.
[0013]
In a fifth aspect, when the low temperature output is smaller than a reference voltage in the second aspect, the lower limit reference value is set to a value smaller than the lower limit reference value for the reference sensor.
[0014]
In a sixth aspect, when the low temperature output is greater than a reference voltage in the third aspect, the upper limit reference value is set to a value larger than the upper limit reference value for the reference sensor.
[0015]
In a seventh aspect, when the low temperature output is smaller than a reference voltage in the third aspect, the upper limit reference value is set to a value smaller than the upper limit reference value for the reference sensor.
[0016]
According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect, the activity determination level setting means 24 calculates an amount of deviation from the reference voltage of the low temperature output as an update amount of the activity determination level, and an activity determination is performed using this update amount. And means for calculating a value obtained by shifting the reference value of the level as the activity determination level.
[0017]
According to a ninth aspect of the invention, there is provided a means for detecting the element temperature of the air-fuel ratio sensor in the first aspect of the invention.
[0018]
According to a tenth aspect of the invention, there is provided a means for detecting the engine water temperature in the first aspect of the invention, and when the difference between the value at the previous engine stop and the value at the current start of the engine water temperature is a predetermined value or more, a cold start is performed. It is determined that it is time.
[0019]
【The invention's effect】
In the first, second, and third inventions, the activity determination level is set based on the low temperature output. Therefore, even if the sensor output has a grounding float or manufacturing variation or deterioration with time, The activity determination can be performed at a timing almost the same as that of the sensor.
[0020]
For example, when it is determined that the sensor has been activated when the sensor output falls below the lower limit reference value, the activation determination timing is delayed if the lower limit reference value is constant even when the low temperature output is greater than the reference voltage. However, according to the fourth aspect of the invention, the activation determination timing is advanced by increasing the lower limit reference value. In the same case, if the lower limit reference value is constant even when the low temperature output is smaller than the reference voltage, the activation determination timing is too early. According to the fifth aspect of the invention, however, the lower limit reference value can be reduced. The activity determination timing is delayed.
[0021]
Similarly, when it is determined that the sensor is activated when the sensor output is equal to or higher than the upper limit reference value, if the upper limit reference value is constant even when the low temperature output is greater than the reference voltage, the activation determination timing is Although it is too early, according to the sixth aspect of the invention, the activity determination timing is delayed by increasing the upper limit reference value. In the same case, the activation determination timing is too late if the upper limit reference value is constant even when the low temperature output is smaller than the reference voltage. However, according to the seventh aspect, the upper limit reference value can be reduced. The activity determination timing is advanced.
[0022]
As described above, according to the fourth to seventh inventions, the activity determination level such as the lower limit reference value and the upper limit reference value is moved based on the low temperature output, so that the activity determination timing is greatly delayed or too early. There is no.
[0023]
According to the eighth aspect of the invention, the shift amount from the reference value of the activity determination level changes according to the amount of deviation from the reference voltage of the low temperature output, so that the calculation accuracy of the activity determination level is improved.
[0024]
According to the ninth aspect, the cold start time can be accurately determined.
[0025]
According to the tenth aspect, it is possible to determine the cold start time without providing means for detecting the element temperature.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body, which is provided with a fuel injection valve 4 that directly faces the combustion chamber (or is located at the intake port), and is operated by an injection signal from a control unit (abbreviated as ECU in the figure) 11. Accordingly, fuel is injected and supplied during intake so that a predetermined air-fuel ratio is obtained. 2 is an intake passage, 3 is a throttle device driven by the control unit 11 based on an accelerator opening signal from the accelerator sensor 14, and 5 is a spark plug.
[0027]
The control unit 11 receives a Ref signal (reference position signal) and a Pos signal (1 ° signal) from the crank angle sensor 12, an intake air amount signal from the air flow meter 13, an engine cooling water temperature signal from the water temperature sensor 15, and the like. Based on these, the basic injection pulse width Tp is calculated, and the air-fuel ratio feedback control is performed based on the air-fuel ratio (oxygen concentration) signal from the air-fuel ratio sensor 16 installed upstream of the three-way catalyst 7 in the exhaust passage 6. I do. The air-fuel ratio sensor 16 here is a so-called wide-area air-fuel ratio sensor whose output continuously changes from the lean region to the rich region. However, the sensor is not limited to this sensor, and a so-called O ₂ sensor in which the output changes stepwise at a specific oxygen concentration (especially the theoretical air-fuel ratio atmosphere) may be used.
[0028]
Here, the air-fuel ratio feedback control is a control that causes the exhaust air-fuel ratio to periodically swing around the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, the three-way catalyst 7 provided in the exhaust passage 6 has a maximum conversion efficiency in the exhaust gas. NOx reduction and HC and CO oxidation.
[0029]
Now, after the cold start, it is better to enter the air-fuel ratio feedback control as soon as possible so that the exhaust purification performance is improved. Therefore, the air-fuel ratio sensor 16 is activated by heating the heater, and the catalyst 7 is activated even during the activation. The air-fuel ratio feedback control is entered at the timing when is activated. In this case, the air-fuel ratio sensor 16 is provided with a sensor 17 for detecting the element temperature. Based on the element temperature detected by the element temperature sensor 17, it is determined whether or not it is during cold start. If it is during cold start from the result, the sensor output at that time is sampled as a low temperature output, and the deviation from the reference voltage of the low temperature output is calculated as the update amount of the activity determination level, and the activity determination is made with this update amount A value obtained by shifting the reference value of the bell is calculated as an activity determination level, and it is determined whether the air-fuel ratio sensor 16 is activated by comparing the sensor output with the activity determination level thus calculated.
[0030]
The contents of this control executed by the control unit 11 will be described according to the following flowchart.
[0031]
The flowchart of FIG. 2 is for calculating the update amount of the activity determination level, and is executed at regular intervals (for example, every 10 ms).
[0032]
In step 1, the update amount calculated flag is viewed. Initialization of various data is started by the CPU in the control unit at the timing when the ignition switch 18 (see FIG. 1) is turned from OFF to ON. At this time, the value of the update amount calculation flag is reset to zero. When the flow of FIG. 2 is executed after initialization, the update amount calculated flag = 0. Therefore, the process proceeds to step 2, the element temperature from the element temperature sensor 17 is read, and the element temperature is compared with a predetermined value in step 3.
[0033]
Here, an element temperature that cannot be reached unless hot restart is set in advance as the predetermined value. Accordingly, when the element temperature exceeds the predetermined value, it is determined that the hot restart is being performed, and the process proceeds to steps 8 and 9 to set the activation determination flag = 1 and the activation determination flag = 1, and then terminate the current process. .
[0034]
When the heater is energized to the air-fuel ratio sensor 16 in the engine cold state, the sensor element temperature is in a state equal to or lower than a predetermined value. ) Is moved to the sample value, and a value obtained by subtracting the sample value from the reference voltage in step 5 is calculated as the update amount.
[0035]
Here, the reference voltage is a predetermined value that is a low-temperature output of the reference sensor (air-fuel ratio sensor that is free of grounding, and has neither manufacturing variation nor deterioration over time) in a heater non-energized state. Therefore, when the ground is floating, the sample value is larger than the reference voltage, so the update amount is a positive value. If there is a manufacturing variation, the renewal amount becomes a positive value or a negative value for each sensor. Assuming that the sensor output shifts to a larger side due to deterioration over time, the update amount becomes a positive value in a sensor in which such deterioration over time has occurred.
[0036]
The update amount calculated in this way is stored in a memory (RAM) for use in determining the air-fuel ratio sensor activity (described later in the flowchart of FIG. 3). In addition, in order to finish the calculation of the update amount only once, the update amount calculated flag is set to 1 in step 7. By setting this flag to 1, it is not possible to proceed to step 2 and thereafter from the next time.
[0037]
The flowchart of FIG. 3 is for determining whether or not the air-fuel ratio sensor has been activated, and is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms).
[0038]
In step 11, the activity determination flag is checked. Since this flag is also in a zero state due to the data initialization by the CPU at the timing when the ignition switch is turned from OFF to ON, the process proceeds to step 12 to see the update amount calculated flag. When the update amount calculated flag = 0, the update amount has not been calculated, so the current process is terminated.
[0039]
When the update amount calculated flag = 1, the process proceeds to step 13 where the sensor output at that time and the update amount stored in the memory are read. Of these, the update amount is used in steps 14 and 15,
[0040]
[Expression 1]
Upper limit judgment value = upper limit reference value + update amount,
Lower limit judgment value = lower limit reference value + update amount,
Two activity determination levels (upper limit determination value and lower limit determination value) are calculated by the following formula.
[0041]
Here, the upper limit reference value and the lower limit reference value in Equation 1 determine the rich side and lean side activity determination timings with respect to the reference sensor, and are values given in advance.
[0042]
In step 16, the activity determination level calculated in this way is compared with the sensor output. When the sensor output is equal to or higher than the upper limit determination value or the sensor output is equal to or lower than the lower limit determination value, it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated, and the routine proceeds to step 17 where the activation determination flag = 1 is set. In addition, in order to complete the activity determination at one time, the activity determination flag is set to 1 in step 18. By setting this activity determination flag to 1, it is not possible to proceed to step 12 from the next time.
[0043]
The flowchart in FIG. 4 is for calculating the air-fuel ratio feedback correction coefficient α, and inputs a Ref signal (a signal for every 180 degrees in crank angle for a 4-cylinder engine and a signal for every 120 degrees in crank angle for a 6-cylinder engine). Run every time.
[0044]
In step 21, the activity determination flag is checked. Since this flag is also in a zero state by data initialization at the timing when the ignition switch is turned from OFF to ON, at the beginning of the start, the routine proceeds to step 22 where the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is clamped (α = 1.0).
[0045]
If the activation determination flag = 1, the process proceeds to step 23 to check whether another air-fuel ratio feedback condition is satisfied. Since the air-fuel ratio sensor is in an active state is also one of the air-fuel ratio feedback conditions, other conditions are distinguished here as “other air-fuel ratio feedback conditions”. This “other air-fuel ratio feedback condition” includes, for example, that the air-fuel ratio sensor has not failed. When any of the other feedback conditions is not satisfied, the routine proceeds to step 22 where the air-fuel ratio feedback correction coefficient α is clamped. When all the other air-fuel ratio feedback conditions are also satisfied, the routine proceeds to steps 24 and 25, and the sensor output is output. Based on this, an air-fuel ratio feedback correction coefficient α is calculated.
[0046]
Here, the operation of the present embodiment at the time of cold start will be described with reference to FIG.
[0047]
First, since the update amount is zero in the case of the reference sensor, the upper limit determination value is equal to the upper limit reference value, and the lower limit determination value is also equal to the lower limit reference value. Therefore, the sensor output in the case of the reference sensor is lower limit determination value (= The timing of reaching the lower limit reference value) is t2 as before.
[0048]
On the other hand, when there is a ground floating, the sensor output starts from a position higher than the reference voltage. If the flow in FIG. 2 is executed at the timing t1 immediately after the start, the sensor output at the timing t1 is sampled as the low temperature output A, and the difference between the value of A and the reference voltage is calculated as the update amount. The When the activity determination level is calculated using this update amount, the upper limit determination value is higher than the upper limit reference value by the update amount, and the lower limit determination value is also higher than the lower limit reference value by the update amount (dashed line). reference). For this reason, the timing at which the sensor output reaches the lower limit judgment value when there is ground floating is accelerated from t3 to t2 ′, and is substantially the same timing as t2 which is the activation timing in the case of the reference sensor.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the sensor output when it is determined that the engine is cold start based on the element temperature is sampled as the low temperature output, and the activation determination level is set based on the low temperature output. However, since it is determined whether the air-fuel ratio sensor is in an active state by comparing the activation determination level with the sensor output, the sensor output may have a manufacturing variation or deterioration with time in addition to the ground floating. However, the activity determination can be performed at a timing almost the same as that of the reference sensor.
[0050]
Also, when setting the activity determination level, the amount of deviation from the reference voltage of the low temperature output is calculated as the update amount, and the value obtained by shifting the reference value of the activity determination level in the vertical direction by this update amount is used as the activity determination level. Since the calculation is performed, the shift amount from the reference value of the activity determination level changes according to the deviation amount of the low temperature output from the reference voltage, and the calculation accuracy of the activity determination level is improved.
[0051]
The flowchart of FIG. 6 is a second embodiment, which replaces FIG. 2 of the first embodiment. The same step numbers are assigned to the same parts as in FIG.
[0052]
In the second embodiment, it is determined whether or not it is during cold start without providing the element temperature sensor 17. That is, in step 31, the elapsed time from the switching timing (starting) of the starter switch from ON to OFF is compared with a predetermined value, and if it is less than the predetermined value, it is determined that it is immediately after starting and the process proceeds to step 32. A value obtained by subtracting the current start time water temperature TWST from the engine stop time water temperature TWSTP (stored in the nonvolatile memory) is calculated as a temperature difference ΔTW, and this temperature difference ΔTW is compared with a predetermined value. At the time of hot restart, there is almost no difference between the water temperature TWSTP at the time of the previous engine stop and the water temperature TWST at the time of this start, so if ΔTW is less than a predetermined value, it is determined that it is a hot restart time. , 9, and when ΔTW is equal to or greater than a predetermined value (that is, during cold start), the process proceeds to step 4 and subsequent steps to calculate the update amount of the activity determination level.
[0053]
In this way, in the second embodiment, it is not necessary to provide an element temperature sensor because it is possible to determine whether or not it is a cold start by using the existing water temperature sensor 15, and the cost is low.
[0054]
In the embodiment, the activity determination level setting means calculates a deviation amount from the reference voltage of the low temperature output as the update amount of the activity determination level, and a value obtained by shifting the reference value of the activity determination bell by this update amount. Although the case where it comprises a means for calculating the activity determination level has been described, it is not limited to this. For example, the activity determination level may be set as follows.
[0055]
<1> When determining that the sensor is activated when the sensor output is equal to or lower than the lower limit reference value when the activity determination level is the lower limit reference value:
(1) When the low temperature output is larger than the reference voltage, the lower limit reference value is set larger than the lower limit reference value for the reference sensor (third embodiment). (2) When the low temperature output is smaller than the reference voltage, the lower limit reference value is set to a value smaller than the lower limit reference value for the reference sensor (fourth embodiment).
[0056]
<2> When determining that the sensor is activated when the sensor output is equal to or higher than the upper limit reference value when the activity determination level is the upper limit reference value:
(1) When the low temperature output is larger than the reference voltage, the upper reference value is set to a value larger than the upper reference value for the reference sensor (fifth embodiment). (2) When the low temperature output is smaller than the reference voltage, the upper reference value is set to a value smaller than the upper reference value for the reference sensor (sixth embodiment).
[0057]
Thus, according to the third to sixth embodiments, the activation determination level is moved based on the low temperature output, so that the activation determination timing is not greatly delayed or too early.
[0058]
Although the embodiment has been described with an air-fuel ratio sensor with a heater, the present invention can also be applied to an air-fuel ratio sensor without a heater. The position where the air-fuel ratio sensor is provided is not limited to the upstream side of the catalyst, and the present invention is applicable to an air-fuel ratio sensor provided downstream of the catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control system diagram of one embodiment.
FIG. 2 is a flowchart for explaining calculation of an update amount.
FIG. 3 is a flowchart for explaining an activity determination.
FIG. 4 is a flowchart for explaining calculation of an air-fuel ratio feedback correction coefficient.
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining the operation of the embodiment;
FIG. 6 is a flowchart for explaining calculation of an update amount according to the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram corresponding to a claim of the first invention.
11 Control unit 16 Air-fuel ratio sensor 17 Element temperature sensor

Claims

素子温度の上昇につれて素子の抵抗値が増加または減少する空燃比センサと、
冷間始動時であるかどうかを判定する手段と、
この判定結果より冷間始動時であればそのときのセンサ出力を低温時出力としてサンプリングする手段と、
この低温時出力に基づいて活性判定レベルを設定する手段と、
センサ出力とこの活性判定レベルとの比較により空燃比センサが活性したかどうかを判定する手段と
を設けたことを特徴とする空燃比センサの活性判定装置。An air-fuel ratio sensor in which the resistance value of the element increases or decreases as the element temperature rises;
Means for determining whether it is during cold start;
If it is a cold start from this determination result, means for sampling the sensor output at that time as a low temperature output,
Means for setting the activity determination level based on the low temperature output;
An apparatus for determining an activity of an air-fuel ratio sensor, comprising means for determining whether or not the air-fuel ratio sensor is activated by comparing the sensor output with the activity determination level.

前記活性判定レベルが下限基準値である場合に前記センサ出力がこの下限基準値以下となったとき空燃比センサが活性状態になったと判定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの活性判定装置。2. The air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein when the activity determination level is a lower limit reference value, it is determined that the air-fuel ratio sensor is activated when the sensor output becomes equal to or lower than the lower limit reference value. Activity determination device.

前記活性判定レベルが上限基準値である場合に前記センサ出力がこの上限基準値以上となったとき空燃比センサが活性状態になったと判定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの活性判定装置。2. The air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein when the activity determination level is an upper limit reference value, it is determined that the air-fuel ratio sensor is in an active state when the sensor output becomes equal to or higher than the upper limit reference value. Activity determination device.

前記低温時出力が基準電圧より大きいとき前記下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも大きな値に設定することを特徴とする請求項２に記載の空燃比センサの活性判定装置。3. The air-fuel ratio sensor activity determination device according to claim 2, wherein when the low temperature output is larger than a reference voltage, the lower limit reference value is set to a value larger than the lower limit reference value for the reference sensor.

前記低温時出力が基準電圧より小さいとき前記下限基準値を基準センサに対する下限基準値よりも小さな値に設定することを特徴とする請求項２に記載の空燃比センサの活性判定装置。The air-fuel ratio sensor activity determination device according to claim 2, wherein when the low temperature output is smaller than a reference voltage, the lower limit reference value is set to a value smaller than a lower limit reference value for the reference sensor.

前記低温時出力が基準電圧より大きいとき前記上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも大きな値に設定することを特徴とする請求項３に記載の空燃比センサの活性判定装置。4. The air-fuel ratio sensor activity determination device according to claim 3, wherein when the low temperature output is larger than a reference voltage, the upper limit reference value is set to a value larger than the upper limit reference value for the reference sensor.

前記低温時出力が基準電圧より小さいとき前記上限基準値を基準センサに対する上限基準値よりも小さな値に設定することを特徴とする請求項３に記載の空燃比センサの活性判定装置。4. The air-fuel ratio sensor activity determination device according to claim 3, wherein when the low temperature output is smaller than a reference voltage, the upper limit reference value is set to a value smaller than the upper limit reference value for the reference sensor.

前記活性判定レベル設定手段は、前記低温時出力の基準電圧からのずれ量を活性判定レベルの更新量として演算する手段と、この更新量で活性判定レベルの基準値をシフトさせた値を活性判定レベルとして演算する手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの活性判定装置。The activity determination level setting means calculates the amount of deviation from the reference voltage of the low temperature output as the update amount of the activity determination level, and determines whether the value obtained by shifting the reference value of the activity determination level by this update amount is the activity determination 2. The air-fuel ratio sensor activity determination device according to claim 1, further comprising means for calculating the level.

前記空燃比センサの素子温を検出する手段を備え、この素子温が所定値以下の場合に冷間始動時であると判定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの活性判定装置。2. The air-fuel ratio sensor activity determination according to claim 1, further comprising means for detecting an element temperature of the air-fuel ratio sensor, wherein when the element temperature is equal to or lower than a predetermined value, it is determined that the engine is cold starting. apparatus.

エンジン水温を検出する手段を備え、このエンジン水温の前回のエンジン停止時の値と今回始動時の値との差が所定値以上の場合に冷間始動時であると判定することを特徴とする請求項１に記載の空燃比センサの活性判定装置。A means for detecting the engine water temperature is provided, and when the difference between the value at the previous engine stop of the engine water temperature and the value at the current start is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the engine is cold start. The activity determination device for an air-fuel ratio sensor according to claim 1.