JP3890830B2 - Ｏ２センサ診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＯ２センサ診断装置に係り、特に排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサの異常状態を正確に診断し得るＯ２センサ診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるエンジンには、空燃比を目標値に制御する空燃比制御装置を設けたものがある。空燃比制御装置においては、排気通路途中にＯ２センサを設け、このＯ２センサの出力信号から算出されるフィードバック制御量をフィードバック補正量により補正して空燃比が目標値になるよう燃料を制御するものがある。
【０００３】
これにより、空燃比制御装置は、Ｏ２センサからの出力信号によりエンジンの空燃比を適正化して燃焼性を改善し、触媒体による排気浄化効率を向上し、排出される排気有害成分値の低減を図っている。
【０００４】
前記Ｏ２センサ診断装置としては、特開平１０−１４１１２２号公報に開示されるものがある。この公報に開示されるエンジンにおける酸素センサの劣化診断装置は、エンジンの排気通路に設けられて排気中の酸素濃度に感応して出力が変化するセンサであって、センサ素子を加熱するためのヒータが付設された酸素センサの劣化診断装置であって、ヒータへの通電開始後の経過時間が所定のディレー時間以上になっていることを条件として、酸素センサの劣化診断を行う劣化診断手段と、エンジンの温度状態を冷機状態と完暖状態とのいずれかに判別する冷機・完暖判別手段と、冷機・完暖判別手段によりエンジンの冷機状態が判別されたときに、劣化診断手段におけるディレー時間として、予め冷機状態に適合して設定されたディレー時間をセットする冷機時ディレー時間設定手段と、冷機・完暖判別手段によりエンジンの完暖状態が判別されたときに、劣化診断手段におけるディレー時間として、予め完暖状態に適合して設定されたディレー時間をセットする完暖時用ディレー時間設定手段とを含んで構成され、ヒータを備えた酸素センサの劣化診断を、活性状態の的確な判断の下に高頻度に実行させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のＯ２センサ診断装置において、Ｏ２センサの異常及び劣化による特性異常を診断する制御としては、既に多数の先願が存在する。
【０００６】
そして、先願における劣化診断制御方法は、主に被毒や高温に晒されることによって生ずる出力特性の異常を診断するものである。
【０００７】
また、上記以外のものにおいては、単なるＯ２センサの配線上のトラブルやショート、あるいは断線状態を診断する制御方法も存在するが、Ｏ２センサの出力特性は、図６に示す如く、エンジンの冷機状態時または始動後の所定時間の間、安定していない。
【０００８】
このため、エンジン始動後の所定時間だけ及びエンジンの冷却水温度が低い場合には、診断を禁止している。
【０００９】
そして、Ｏ２センサのコネクタまたはＯ２センサ内部に水等の侵入があると、Ｏ２センサ用ヒータ電源がＯ２センサ信号線にリークしたり、Ｏ２センサ素子絶縁抵抗が低下したり、Ｏ２センサの大気との呼吸状態が阻害され、この結果、図７に示す如く、Ｏ２センサの出力が異常となり、燃料制御が正確に行われなくなることにより、ドライバビリティ不良が発生したり、エンジンストールが発生してしまうという惧れがあり、実用上不利であるという不都合がある。
【００１０】
更に、図７に示す如く、エンジンの一側たる第１シリンダバンク側の排気系に配設される第１Ｏ２センサ出力電圧であるＯ２バンク１の異常にように、異常状態が長く継続する場合には、現行の異常診断制御にて異常状態を判断することができるが、エンジンの他側たる第２シリンダバンク側の排気系に配設される第２Ｏ２センサ出力電圧であるＯ２バンク２に示すように、始動後しばらくの間のみ第２Ｏ２センサ出力電圧が異常状態にあり、その後に正常状態に復帰すると、Ｏ２センサの異常を検出することができなくなってしまうものである。
【００１１】
エンジン始動時から何秒間だけ異常状態となるかは、水等の侵入度合いによって変動し、定まった値をとるものではない。
【００１２】
実際の使用時に、上述した如き不具合が発生してしまうと、始動後、エンジンストールが発生したり、アイドル不調や加速不良等のドライバビリティの不良が発生するが、エンジンが暖まってしまうと正常状態に復帰してしまうことから、Ｏ２センサの異常状態を検出することができず、エンジンコントローラやスロットル、ＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）バルブ、ＡＦＳ等の様々な部品が異常でないにもに拘わらず、ディーラー等での修理作業時に交換されてしまい、多大な時間が必要となり、実用上不利であるとともに、修理費用も嵩み、経済的に不利であるという不都合がある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンの排気通路途中に排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサを設け、このＯ２センサの診断を行うべく制御する制御手段を有するＯ２センサ診断装置において、前記制御手段は、エンジン始動後のＯ２センサ異常診断時間を所定エンジン冷却水温以下となるエンジン冷却水温にて設定するとともに、Ｏ２センサ異常診断電圧幅を所定エンジン冷却水温以下となるエンジン冷却水温毎に設定する一方、エンジン始動後の経過時間が前記Ｏ２センサ異常診断時間以内であることと、検出したＯ２センサ出力電圧がＯ２センサの設計電圧に対して前記Ｏ２センサ異常診断電圧幅から外れることと、前記エンジンがアイドリング中であることとを異常判定条件として設定し、この制御手段が、前記エンジンの燃料フィードバック制御の開始前でありかつ前記Ｏ２センサの活性前にＯ２センサ出力電圧を検出し、前記異常判定条件によって前記Ｏ２センサの診断を行う機能を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上述の如く発明したことにより、制御手段によるＯ２センサの異常診断の際には、Ｏ２センサの活性前にＯ２センサ出力電圧を検出し、所定の異常判定条件によってＯ２センサの診断を行い、従来、診断困難であったＯ２センサの異常状態を正確に診断している。
【００１５】
【実施例】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【００１６】
図１〜図５はこの発明の実施例を示すものである。図２において、２はエンジン、４は吸気通路、６は排気通路である。
【００１７】
このエンジン２は、一側の第１シリンダバンク８と他側の第２シリンダバンク１０とをＶ字形状に配設している。
【００１８】
そして、前記吸気通路４には、上流側から、エアクリーナ１２と、吸気温センサ１４と、マスエアフローセンサ１６と、スロットルバルブ１８とが順次配設され、吸気通路４の下流側を２本の第１、第２分岐吸気通路４−１、４−２に分岐させて設け、第１分岐吸気通路４−１を前記第１シリンダバンク８側の図示しない燃焼室に接続して設けるとともに、第２分岐吸気通路４−２を前記第２シリンダバンク１０側の図示しない燃焼室に接続して設ける。
【００１９】
また、前記スロットルバルブ１８には、このスロットルバルブ１８のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ２０を設けるとともに、前記スロットルバルブ１８をバイパスするバイパス通路２２を設け、このバイパス通路２２途中にアイドル・エア・コントロールバルブ２４を設ける。
【００２０】
更に、前記排気通路６は、上流側を２本の第１、第２分岐排気通路６−１、６−２に分岐して設け、第１分岐排気通路６−１を前記第１シリンダバンク８側の図示しない燃焼室に接続して設けるとともに、第２分岐排気通路６−２を前記第２シリンダバンク１０側の図示しない燃焼室に接続して設ける。
【００２１】
そして、第１分岐排気通路６−１途中に第１触媒コンバータ２６−１を設けるとともに、第２分岐排気通路６−２途中に第２触媒コンバータ２６−２を設け、第１分岐排気通路６−１途中の第１触媒コンバータ２６−１よりも上流側部位に、排気ガス中の酸素濃度を検出する第１フロント側Ｏ２センサ２８−１を設け、第１分岐排気通路６−１途中の第１触媒コンバータ２６−１よりも下流側部位には第１リヤ側Ｏ２センサ３０−１を設ける。
【００２２】
前記第２分岐排気通路６−２途中の第２触媒コンバータ２６−２よりも上流側部位に第２フロント側Ｏ２センサ２８−２を設け、第２分岐排気通路６−２途中の第２触媒コンバータ２６−２よりも下流側部位には第２リヤ側Ｏ２センサ３０−２を設ける。
【００２３】
更にまた、前記第１、第２リヤ側Ｏ２センサ３０−１、３０−２よりも下流側部位において、第１、第２分岐排気通路６−１、６−２を合流させ、この合流部位よりも下流側の排気通路６途中には三元触媒コンバータ３２を配設する。
【００２４】
前記エンジン２には、図示しない各燃焼室に指向させて燃料噴射弁３４を設けている。燃料噴射弁３４は、燃料供給通路３６により燃料タンク３８に連通されている。燃料タンク３８内の燃料は、燃料ポンプ４０により圧送され、燃料フィルタ４２により塵埃を除去されて燃料供給通路３６により燃料噴射弁３４に供給される。
【００２５】
前記燃料供給通路３６途中には、燃料の圧力を調整する燃料圧力調整部４４を連絡して設けている。燃料圧力調整部４４は、吸気通路４に連通する導圧通路４６から導入される吸気圧により燃料圧力を一定値に調整し、余剰の燃料を燃料戻り通路４８により燃料タンク３８に戻す。この燃料タンク３８には燃料レベルセンサ５０や圧力センサ５２が配設されている。
【００２６】
また、前記燃料タンク３８は、蒸発燃料用通路５４によりスロットルバルブ１８よりも下流側の吸気通路４に連通して設け、蒸発燃料用通路５４の途中にキャニスタ５６を介設している。
【００２７】
前記エンジン２には、ＥＧＲ制御手段５８を設けている。ＥＧＲ制御手段５８は、排気系から吸気系に還流される排気のＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ６０を設けている。このＥＧＲバルブ６０は、排気系の第２フロント側Ｏ２センサ２８−２よりも上流側の第２分岐排気通路６−２と吸気系の第１、第２分岐吸気通路４−１、４−２の合流部位とを連通するＥＧＲ通路６２に設けられ、作動を電子的に制御されてＥＧＲ量を調整する。
【００２８】
なお、符号６４はＰＣＶバルブである。
【００２９】
前記吸気温センサ１４と、マスエアフローセンサ１６と、スロットル開度センサ２０と、アイドル・エア・コントロールバルブ２４と、第１フロント側Ｏ２センサ２８−１と、第１リヤ側Ｏ２センサ３０−１と、第２フロント側Ｏ２センサ２８−２と、第２リヤ側Ｏ２センサ３０−２と、燃料噴射弁３４と、燃料ポンプ４０と、圧力センサ５２と、ＥＧＲバルブ６０とを、制御手段（「ＥＣＭ」ともいう）６６に接続して設ける。
【００３０】
この制御手段６６には、カムシャフトポジジョンセンサ６８と、吸気圧センサ７０と、イグニションコイルアセンブリ７２と、水温センサ７４と、クランク角センサ７６と、インジケータランプ７８と、接続端子８０と、パワーステアリング圧力スイッチ８２と、ヒータブロアファンスイッチ８４と、クルーズ・コントロール・モジュール８６と、車速センサ８８と、コンビネーションメータ９０と、Ａ／Ｄコンデンサファンリレー９２と、Ａ／Ｃコントローラ９４と、データリンクコネクタ９６と、ＡＢＳコントローラモジュール９８と、メインリレー１００と、イグニションスイッチ１０２、Ｐ／Ｎポジションスイッチ１０４と、バッテリ１０６と、スタータスイッチ１０８と、Ｏ／Ｄオフランプ１１０と、パワーランプ１１２と、ライティングスイッチ１１４と、ストップランプスイッチ１１６と、Ｏ／Ｄカットスイッチ１１８と、パワー／ノーマルチェンジスイッチ１２０と、４ＷＤ ＬＯＷスイッチ１２２と、トランスミッションレンジスイッチ１２４と、第１ソレノイドバルブ１２６と、第２ソレノイドバルブ１２８と、ＴＣＣソレノイドバルブ１３０と、Ａ／Ｔインプットスピードセンサ１３２と、Ａ／Ｔアウトプットスピードセンサ１３４とを夫々接続して設ける。
【００３１】
前記制御手段６６は、第１フロント側Ｏ２センサ２８−１と第１リヤ側Ｏ２センサ３０−１と第２フロント側Ｏ２センサ２８−２と第２リヤ側Ｏ２センサ３０−２との診断を行う機能を有しているものであるが、制御手段６６に、Ｏ２センサの活性前にＯ２センサ出力電圧を検出し、所定の異常判定条件によってＯ２センサの診断を行う機能を付加する構成とする。
【００３２】
詳述すれば、所定の異常判定条件は、
（１）エンジン始動後の時間ｔａ経過からＯ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔ以内
（２）設計電圧０．３±Ｏ２センサ異常診断電圧幅Ｖａ以外（※設計電圧はシステムにより異なる。）
（３）アイドルスイッチがＯＮ
の（１）〜（３）の全てが成立した際に、Ｏ２センサ異常と判定するものである。
【００３３】
また、フロント側の前記Ｏ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔは、図４に斜線で示す如く、エンジン冷却水温にて設定される。なお、図４に示す如く、エンジン冷却水温にて、リヤ側のエンジン始動からのＯ２センサ活性時間ＫＯ２Ｔも求められる。
【００３４】
更に、Ｏ２センサ異常診断電圧幅Ｖａは、図５に示す如く、エンジン冷却水温毎に設定される。
【００３５】
次に、図１の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
【００３６】
エンジン２が始動（２００）して制御用プログラムがスタートすると、始動後にエンジン冷却水温の計測（２０２）を行い、図４によってエンジン冷却水温からフロント側のＯ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔを求めて設定（２０４）する。
【００３７】
そして、図５によってエンジン冷却水温から異常診断電圧幅Ｖａを求めて設定（２０６）するとともに、活性前のＯ２センサ出力電圧Ｏ２Ｖを計測（２０８）する。
【００３８】
また、活性前のＯ２センサ出力電圧Ｏ２Ｖが、設計電圧０．３±Ｏ２センサ異常診断電圧幅Ｖａ以内、つまり、
（０．３−Ｖａ）＜Ｏ２Ｖ＜（０．３＋Ｖａ）
を満足しているか否かの判断（２１０）を行い、この判断（２１０）がＹＥＳの場合には、Ｏ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔが経過したか否かの判断（２１２）に移行させ、判断（２１０）がＮＯの場合には、Ｏ２センサ異常と診断し、ランプ点灯等を行ってユーザーに異常を知らせ（２１４）、後述するエンド（２１８）に移行させる。
【００３９】
上述のＯ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔが経過したか否かの判断（２１２）において、この判断（２１２）がＮＯの場合には、活性前のＯ２センサ出力電圧Ｏ２Ｖの計測処理（２０８）に戻り、判断（２１２）がＹＥＳの場合には、Ｏ２センサ正常と診断（２１６）し、エンド（２１８）に移行させる。
【００４０】
これにより、Ｏ２センサの活性前にＯ２センサ出力電圧を検出し、所定の異常判定条件によってＯ２センサの診断を行う機能を付加した前記制御手段６６によって、従来、診断困難であったＯ２センサの異常状態を正確に診断することができ、実用上有利であるとともに、Ｏ２センサ不具合によるドライバビリティの不良の発生をなくすことができ、しかもＯ２センサの異常診断ができなかったために生じたディーラー等での修理作業が不要となり、異常のないエンジンコントローラやスロットル、ＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）バルブ、ＡＦＳ等の様々な部品が交換されることもなく、修理費用を大きく低減でき、経済的に有利である。
【００４１】
また、前記Ｏ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔをエンジン冷却水温にて設定することにより、エンジン状態に応じた適正なＯ２センサ異常診断時間ＴＯ２Ｔを求めることができるとともに、Ｏ２センサの不具合の原因追及に要する時間を短縮させることができ、使い勝手を向上し得る。
【００４２】
更に、Ｏ２センサ異常診断電圧幅Ｖａをエンジン冷却水温毎に設定することにより、エンジン状態に応じた適正なＯ２センサ異常診断電圧幅Ｖａを求めることができ、異常診断制御の信頼性を向上し得る。
【００４３】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００４４】
例えば、この発明の実施例においては、エンジン始動後のＯ２センサ異常診断時間やＯ２センサ異常診断電圧幅を、エンジン冷却水温によって設定する構成としたが、吸気温センサからの検出信号をも併用する特別構成とすることも可能である。
【００４５】
すなわち、図２からも明らかな如く、吸気温センサがエアクリーナ近傍に配設されており、吸気温センサによって外気温度に近い検出信号を得ることができるものである。
【００４６】
さすれば、吸気温センサからの検出信号によって、季節や天候等の外気状態に応じた適正制御が可能となり、実用上有利である。
【００４７】
また、この発明の実施例においては、Ｏ２センサの異常を診断した際に、ランプ等を点灯してユーザーに知らせる旨の方策としているが、異常診断時にＯ２センサをエンジン制御から排除する特別構成とすることも可能である。
【００４８】
すなわち、Ｏ２センサの異常が診断された場合には、Ｏ２センサからの信号が制御手段で使用しないようにして、Ｏ２センサの信号によるエンジン制御を止めるものである。あるいは、エンジン制御を止めるために、エンジンそのものを停止させる方策も考えられる。
【００４９】
さすれば、異常と診断されたＯ２センサをエンジン制御から排除することができ、正確なエンジン制御を行い得て、制御の信頼性を向上させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、従来、診断困難であったＯ２センサの異常状態を正確に診断することができ、実用上有利であるとともに、Ｏ２センサ不具合によるドライバビリティの不良の発生をなくすことができ、しかもＯ２センサの異常診断ができなかったために生じたディーラー等での修理作業が不要となり、異常のないエンジンコントローラやスロットル、ＩＳＣ（アイドル・スピード・コントロール）バルブ、ＡＦＳ等の様々な部品が交換されることもなく、修理費用を大きく低減でき、経済的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すＯ２センサ診断装置の制御用フローチャートである。
【図２】Ｏ２センサ診断装置の概略構成図である。
【図３】燃料フードバック（Ｆ／Ｂ）補正値と回転数とフロントＯ２出力とリヤＯ２出力と車速とを夫々示すタイムチャートである。
【図４】エンジン（Ｅ／Ｇ）冷却水温とエンジン（Ｅ／Ｇ）始動時からのＯ２センサ活性時間との関係を示す図である。
【図５】エンジン（Ｅ／Ｇ）冷却水温とＯ２センサ以上診断電圧幅との関係を示す図である。
【図６】この発明の従来技術を示すＯ２センサ出力電圧のタイムチャートである。
【図７】燃料フードバック（Ｆ／Ｂ）補正値とＯ２センサ出力電圧とを夫々示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２ エンジン
４ 吸気通路
４−１ 第１分岐吸気通路
４−２ 第２分岐吸気通路
６ 排気通路
６−１ 第１分岐排気通路
６−２ 第２分岐排気通路
８ 第１シリンダバンク
１０ 第２シリンダバンク
１２ エアクリーナ
１４ 吸気温センサ
１６ マスエアフローセンサ
１８ スロットルバルブ
２０ スロットル開度センサ
２４ アイドル・エア・コントロールバルブ
２６−１ 第１触媒コンバータ
２６−２ 第２触媒コンバータ
２８−１ 第１フロント側Ｏ２センサ
２８−２ 第２フロント側Ｏ２センサ
３０−１ 第１リヤ側Ｏ２センサ
３０−２ 第２リヤ側Ｏ２センサ
３２ 三元触媒コンバータ
３４ 燃料噴射弁
３８ 燃料タンク
４４ 燃料圧力調整部
５２ 圧力センサ
５６ キャニスタ
５８ ＥＧＲ制御手段
６０ ＥＧＲバルブ
６６ 制御手段
７０ 吸気圧センサ
７４ 水温センサ
７６ クランク角センサ

Claims (2)

1. エンジンの排気通路途中に排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ２センサを設け、このＯ２センサの診断を行うべく制御する制御手段を有するＯ２センサ診断装置において、前記制御手段は、エンジン始動後のＯ２センサ異常診断時間を所定エンジン冷却水温以下となるエンジン冷却水温にて設定するとともに、Ｏ２センサ異常診断電圧幅を所定エンジン冷却水温以下となるエンジン冷却水温毎に設定する一方、エンジン始動後の経過時間が前記Ｏ２センサ異常診断時間以内であることと、検出したＯ２センサ出力電圧がＯ２センサの設計電圧に対して前記Ｏ２センサ異常診断電圧幅から外れることと、前記エンジンがアイドリング中であることとを異常判定条件として設定し、この制御手段が、前記エンジンの燃料フィードバック制御の開始前でありかつ前記Ｏ２センサの活性前にＯ２センサ出力電圧を検出し、前記異常判定条件によって前記Ｏ２センサの診断を行う機能を有することを特徴とするＯ２センサ診断装置。
2. 前記Ｏ２センサを前記排気通路途中の触媒の上流と下流にそれぞれ設け、この上流側Ｏ２センサと下流側Ｏ２センサとにそれぞれ前記エンジン始動後のＯ２センサ異常診断時間を設定し、下流側Ｏ２センサのエンジン始動後のＯ２センサ異常診断時間を上流側Ｏ２センサのそれよりも同じエンジン冷却水温について長く設定することを特徴とする請求項１に記載のＯ２センサ診断装置。

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