JP6112619B2

JP6112619B2 - Ｏ２センサの故障診断装置

Info

Publication number: JP6112619B2
Application number: JP2014189978A
Authority: JP
Inventors: 卓大北村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: JP2016061681A; FR3026142A1; DE102015114108B4; FR3026142B1; DE102015114108A1

Description

本発明は、Ｏ２センサの故障診断装置に係り、特に、エンジンから排出される燃焼ガスの酸素濃度を検知するＯ２センサの故障診断装置に関する。

従来から、エンジンから排出される燃焼ガスの酸素濃度を検知するＯ２センサの故障診断装置が知られている。

特許文献１には、エンジンや燃焼ガスで加熱されて活性化温度以上にある間だけ所望のセンサ出力を得ることができるＯ２センサの特性を利用し、Ｏ２センサの温度が活性化温度を下回っているにもかかわらず活性化温度以上であるようなセンサ出力がある場合には、Ｏ２センサに異常が発生していると判断するようにしたＯ２センサの故障診断装置が開示されている。

特開２００１−００４５８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、エンジン停止後の経過時間に基づいてＯ２センサの温度が活性化温度より十分に低くなったことを推測検知する方式であるため、エンジン停止中も経過時間を計測するタイマを含む制御装置を駆動し続ける必要があり、エンジン停止中でも車載バッテリの電力を消費するという課題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、エンジン停止中に電力を消費することなく、かつ正確な診断が可能なＯ２センサの故障診断装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、所定温度以上で活性化してエンジンの燃焼ガスの酸素濃度を計測するＯ２センサ（１２）と、前記Ｏ２センサ（１２）の温度を推測検知するＯ２センサ温度推定手段（２２）と、前記Ｏ２センサ（１２）の出力電圧（Ｖ）および前記Ｏ２センサ温度推定手段（２２）が推測検知した温度に基づいて前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断をするＯ２センサ故障診断手段（２３）とを有するＯ２センサの故障診断装置において、前記Ｏ２センサ温度推定手段（２２）は、前記エンジンの冷却水の冷却水温（ＴＷ）に基づいて前記Ｏ２センサ（１２）の温度を推測検知し、前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記冷却水温（ＴＷ）が第１所定温度（ＴＷ１）以下で、かつ前記Ｏ２センサ（１２）の出力電圧（Ｖ）が前記活性化状態で検知される値であると、前記Ｏ２センサ（１２）に故障が生じていると診断する点に第１の特徴がある。

また、前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断が完了すると成立する診断済フラグ（２５）を保存する不揮発メモリ（２４）を備え、前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記不揮発メモリ（２４）に前記診断済フラグ（２５）が保存されている間は前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断を実行しない点に第２の特徴がある。

また、前記Ｏ２センサ故障診断手段（２０）は、前記冷却水温（ＴＷ）が前記第１所定値（ＴＷ１）より大きい第２所定温度（ＴＷ）を超えると、前記診断済フラグ（２５）を前記不揮発メモリ（２４）から消去する点に第３の特徴がある。

さらに、前記Ｏ２センサ（１２）は、設定電圧（５Ｖ）にプルアップされることで、不活性化状態では前記設定電圧（５Ｖ）寄りの値を出力すると共に、活性化状態になると０Ｖ寄りの値を出力するように構成されており、前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記故障診断の際に、前記Ｏ２センサ（１２）の電圧出力（Ｖ）が０Ｖ寄りにあると前記Ｏ２センサ（１２）の故障と診断する点に第４の特徴がある。

第１の特徴によれば、Ｏ２センサ温度推定手段は、エンジンの冷却水の冷却水温に基づいてＯ２センサの温度を推測検知し、Ｏ２センサ故障診断手段は、冷却水温が第１所定温度以下で、かつＯ２センサの出力電圧が活性化状態で検知される値であると、Ｏ２センサに故障が生じていると診断するので、エンジンの冷却水温に基づいてＯ２センサの活性／不活性化状態を推定し、Ｏ２センサの故障診断を実行できる。これにより、エンジン停止後の経過時間に基づいてＯ２センサの温度を推定するためにエンジン停止後も制御部等を駆動し続ける方式に比して、エンジン停止中にバッテリ電力を消費することがなくなる。

第２の特徴によれば、Ｏ２センサの故障診断が完了すると成立する診断済フラグを保存する不揮発メモリを備え、Ｏ２センサ故障診断手段は、不揮発メモリに診断済フラグが保存されている間はＯ２センサの故障診断を実行しないので、故障診断が完了した後の短時間の間にエンジンの停止／始動が繰り返された場合でも、このエンジンの停止／始動のたびに故障診断が実行されることがなくなり、制御装置の負担を低減することができる。

第３の特徴によれば、Ｏ２センサ故障診断手段は、冷却水温が第１所定値より大きい第２所定温度を超えると、診断済フラグを不揮発メモリから消去するので、冷却水温が十分に高くなった場合は、エンジン始動からある程度の時間が経過し、再度の故障診断が有効であるとして、次回のエンジン始動時に故障診断を実行させることが可能となる。

第４の特徴によれば、Ｏ２センサは、設定電圧にプルアップされることで、不活性化状態では設定電圧寄りの値を出力すると共に、活性化状態になると０Ｖ寄りの値を出力するように構成されており、Ｏ２センサ故障診断手段は、故障診断の際に、Ｏ２センサの電圧出力が０Ｖ寄りにあるとＯ２センサの故障と診断するので、Ｏ２センサのグランドショートを故障として検出することができる。

本発明の一実施形態に係るＯ２センサの故障診断装置の構成を示す機能ブロック図である。Ｏ２センサ故障診断制御の流れを示すタイムチャートである。Ｏ２センサ故障診断制御の手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＯ２センサの故障診断装置の構成を示す機能ブロック図である。制御部２０は、エンジンを駆動源とする車両のＥＣＵ等に組み込むことができる。制御部２０には、エンジン始動時に車両の電源を投入するＩＧスイッチ１０、エンジンの冷却水の温度を検知する水温センサ１１、エンジンの排気管に取り付けられて燃焼ガスの酸素濃度を検知するＯ２センサ１２がそれぞれ接続されている。

ＩＧスイッチ１０は、エンジンの始動時にオフからオンに切り替えられることにより、制御部２０を含むＥＣＵのほか車体各部の電子部品に車載バッテリの電力を供給する機能を有する。水温センサ１１は、エンジンのシリンダ内部等を通る冷却水の温度を検知する温度センサである。

Ｏ２センサ１２は、ジルコニア等の素子を用いた酸素センサであり、排気管の触媒装置の下流側に取り付けられる。Ｏ２センサ１２は、所定温度（例えば、３００度）以上に加熱されて活性化した状態になってはじめて酸素濃度の検知が可能となる。本実施形態では、活性化温度により十分に低い温度にあっては、設定電圧（例えば、５Ｖ）が出力されるようにプルアップされており、温度上昇に伴って徐々に出力電圧が低下して、活性化温度まで上昇すると活性化判定電圧を下回るように設定されている。これにより、Ｏ２センサ１２の出力電圧に基づいて、活性化状態に達したことを推測検知することができる。

上記した設定によれば、Ｏ２センサ１２の温度が活性化温度より十分に低いにもかかわらず出力電圧が大きく低下しているような場合には、Ｏ２センサに何らかの故障（特に、グランドショート）が生じていると診断することが可能となる。

本実施形態では、Ｏ２センサ１２の温度を、水温センサ１１のセンサ出力に基づいて推測検知するように構成されている。ここで、エンジン冷却水は、電動ファン付きのラジエータで冷却され、その温度が上限値（例えば、１００度）を超えないように管理されている。したがって、特に高温域においては、水温センサ１１で検知される温度と実際のＯ２センサ１２の温度と大きく異ってくるものの、冷間状態からエンジンを始動した後の温度上昇の態様は互いに相関関係があり、この相関関係に基づいてＯ２センサ１２の温度を推定検知している。

本実施形態では、水温センサ１１の出力およびＯ２センサ１２の出力に加えて、ＩＧスイッチ１０をオンしてからの経過時間を考慮し、Ｏ２センサ１２の故障診断を実行する。

制御部２０には、ＩＧスイッチ１０をオンしてからの経過時間を計測するタイマ２１、水温センサ１１の出力等に基づいてＯ２センサ１２の温度を推定するＯ２センサ温度推定手段２２、水温センサ１１の出力等に基づいてＯ２センサの故障診断を行うＯ２センサ故障診断手段２３、診断済フラグ２５を保存する不揮発メモリ２４が含まれる。

Ｏ２センサ故障診断手段２３は、ＩＧスイッチ１０をオンしてからの経過時間が所定値に達した時点で、水温センサ１１の出力およびＯ２センサ１２の出力を考慮してＯ２センサ１２の故障診断を実行する。Ｏ２センサ温度推定手段２２は、予め実験等で求められた水温センサ１１の出力とＯ２センサ１２の温度との相関関係に基づいて、Ｏ２センサ１２の温度を推測検知する。Ｏ２センサ故障診断手段２３は、Ｏ２センサ１２が正常か異常かの故障診断が完了すると診断済フラグ２５を成立させ、この診断済フラグ２５を電源をオフにしても記憶を保持できる不揮発メモリ２４に保存する。

図２は、Ｏ２センサ故障診断の流れを示すタイムチャートである。上段のグラフは、Ｏ２センサ１２の出力電圧Ｖおよび水温センサ１１により検知される冷却水温ＴＷとの関係を示している。下段のグラフには、上から順に、ＩＧスイッチ１０のオン／オフ状態、判定タイマの作動状態、診断済フラグ２５の成立／不成立状態、故障判定フラグの成立／不成立状態、正常判定フラグの成立／不成立状態を示している。

時刻ｔ＝０において、エンジンは、前回のエンジン停止から十分に時間が経過した冷間状態にある。時刻ｔ１において、エンジンを始動するためにＩＧスイッチ１０がオンに切り換えられると、車載バッテリの電力がＥＣＵ等の電力機器に供給される。これに伴って、Ｏ２センサ１２の出力電圧Ｖは、プルアップされた設定電圧の５Ｖを示す。

本実施形態では、ＩＧスイッチ１０のオン後に速やかにエンジンが始動されると共に、時刻ｔ１から所定時間を計測する判定タイマがスタートしている。次に、判定タイマが所定時間に達する時刻ｔ２では、Ｏ２センサ１２の故障診断が実行され、このグラフの例では、正常判定フラグが成立すると共に、診断済フラグ２５が成立する。

Ｏ２センサ故障診断手段２３は、時刻ｔ２において、冷却水温ＴＷが第１所定温度としてのＧＮＤショート検知上限水温ＴＷ１以下であることを条件として、Ｏ２センサ１２の出力電圧Ｖが活性化判定電圧Ｖ１以下であるか否かを判定する。ここでは、時刻ｔ２において、冷却水温ＴＷがＧＮＤショート検知上限水温ＴＷ１以下であり、かつ出力電圧Ｖが活性化判定電圧Ｖ１を上回っているため、Ｏ２センサ１２は正常と判定されている。これに対し、冷却水温ＴＷがＧＮＤショート検知上限水温ＴＷ１以下で、かつＯ２センサ１２の出力が活性化判定電圧Ｖ１以下である場合には、Ｏ２センサ１２にグランドショート等が発生していると判定され、正常判定フラグに替えて故障判定フラグが成立する。

次に、このグラフの例では、時刻ｔ３において、Ｏ２センサ１２の出力がリッチ・リーン判定電圧Ｖ２に到達する。エンジンの運転中には、このリッチ・リーン判定電圧Ｖ２との比較により酸素濃度が推測検知される。

続く時刻ｔ４では、冷却水温ＴＷが判定済フラグリセット水温ＴＷ２に達する。これにより、Ｏ２センサ故障診断手段２３は、時刻ｔ２で故障診断を実行してから十分な時間が経過したとして、時刻ｔ２で成立した診断済フラグを不成立に戻す。なお、本実施形態では、時刻ｔ４以降も冷却水温ＴＷが上昇を続けるが、ラジエータで冷却されるため予め設定された上限値ＴＷ３より高くなることはない。

なお、本実施形態では、時刻ｔ１でＩＧスイッチ１０をオンに切り換えた後に速やかにエンジンが始動されているが、例えば、ＩＧスイッチ１０をオンに切り換えてからエンジンを始動するまでの間が空いた場合でも、冷却水温ＴＷの上昇が遅れるだけであるため、故障診断において実際は正常であるものを異常と誤診することはない。

また、Ｏ２センサ１２が活性化した状態でエンジンを停止すると、Ｏ２センサ１２の温度が徐々に下がって、ある時点で活性化状態から不活性化状態に移行するが、このエンジンを停止してからＯ２センサ１２が不活性化状態に移行するまでの時間は、冷却水温ＴＷが判定済フラグリセット水温ＴＷ２からＧＮＤショート検知上限水温ＴＷ１に下がるまでの時間より短くなるように設定されている。

図３は、Ｏ２センサ故障診断制御の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図２に示したタイムチャートに対応する。

まず、ステップＳ１では、ＩＧスイッチ１０がオンに切り換えられ、ステップＳ２では判定タイマを構成するタイマ２１がスタートする。次に、ステップＳ３では、判定タイマが所定時間に達し、ステップＳ４でエンジンの冷却水温ＴＷが検知され、ステップＳ５においてＯ２センサ１２の出力電圧Ｖが検知される。

そして、ステップＳ６では、エンジンの冷却水温ＴＷが第１所定温度（ＧＮＤショート検知上限水温）ＴＷ１以下であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ７に進む。ステップＳ７では、Ｏ２センサ１２の出力電圧Ｖが所定電圧（活性化判定電圧）Ｖ１以下であるか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ８に進む。

そして、ステップＳ８では、故障判定フラグがオンに切り換えられる。これと同時に診断済フラグ２５が成立し、不揮発メモリ２４に保存される。なお、故障判定フラグがオンに切り換えられた時は、Ｏ２センサ１２の故障をメータ装置のインジケータに表示する等により報知することができる。

なお、ステップＳ６で否定判定されるとそのまま一連の制御を終了し、ステップＳ７で否定判定されるとステップＳ８をスキップしてステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、エンジンの冷却水温ＴＷが第２所定温度（判定済フラグリセット水温）ＴＷ２を超えたか否かが判定され、肯定判定されるとステップＳ１０に進む。そして、ステップＳ１０では、故障判定フラグがリセットされると同時に、診断済フラグ２５が不揮発メモリ２４から消去され、一連の制御を終了する。

上記の処理手順により、不揮発メモリ２４に保存された診断済フラグ２５は、エンジンの冷却水温ＴＷが第２所定温度ＴＷ２を超えない限り、その保存状態を維持する。すなわち、診断済フラグ２５が不揮発メモリ２４に保存されている間は、エンジンの停止／再始動に伴う電源のオフ／オンが繰り返されても、その都度Ｏ２センサの故障診断が繰り返されることがなくなり、制御部２０の負担を低減することができる。

上記したように、本発明に係るＯ２センサの故障診断装置によれば、エンジンの冷却水温に基づいてＯ２センサの活性化状態／不活性化状態を推定すると共に、Ｏ２センサの故障診断を実行できる。これにより、エンジン停止からの経過時間に基づいてＯ２センサの温度を推測検知する方式に比して、エンジン停止中にバッテリ電力を消費することがなくなるという効果を奏することができる。

なお、Ｏ２センサの構造および活性化温度の設定値、第１所定温度および第２所定温度の設定値、活性化判定電圧Ｖ１およびＧＮＤショート検知上限水温Ｖ２の設定値等は、上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。本発明に係るＯ２センサの故障診断装置は、エンジンを駆動源とする車両のほか、種々の作業機械等に適用することが可能である。

１０…ＩＧ（イグニッション）スイッチ、１１…水温センサ、１２…Ｏ２センサ、２０…制御部、２１…タイマ、２２…Ｏ２センサ温度推定手段、２３…Ｏ２センサ故障診断手段、２４…不揮発メモリ、２５…診断済フラグ、ＴＷ…冷却水温、ＴＷ１…第１所定温度、ＴＷ２…第２所定温度、Ｖ１…活性化判定電圧、Ｖ２…ＧＮＤショート検知上限水温

Claims

所定温度以上で活性化してエンジンの燃焼ガスの酸素濃度を計測するＯ２センサ（１２）と、
前記Ｏ２センサ（１２）の温度を推測検知するＯ２センサ温度推定手段（２２）と、
前記Ｏ２センサ（１２）の出力電圧（Ｖ）および前記Ｏ２センサ温度推定手段（２２）が推測検知した温度に基づいて前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断をするＯ２センサ故障診断手段（２３）とを有するＯ２センサの故障診断装置において、
前記Ｏ２センサ温度推定手段（２２）は、前記エンジンの冷却水の冷却水温（ＴＷ）に基づいて前記Ｏ２センサ（１２）の温度を推測検知し、
前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記冷却水温（ＴＷ）が第１所定温度（ＴＷ１）以下で、かつ前記Ｏ２センサ（１２）の出力電圧（Ｖ）が前記活性化状態で検知される値であると、前記Ｏ２センサ（１２）に故障が生じていると診断し、
前記エンジンを停止してからＯ２センサ（１２）が不活性化状態に移行するまでの時間は、前記冷却水温（ＴＷ）が前記第１所定温度（ＴＷ１）より大きい第２所定温度（ＴＷ２）から前記第１所定温度（ＴＷ１）に下がるまでの時間より短くなるように設定されており、
前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断が完了すると成立する診断済フラグ（２５）を保存する不揮発メモリ（２４）を備え、
前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記不揮発メモリ（２４）に前記診断済フラグ（２５）が保存されている間は前記Ｏ２センサ（１２）の故障診断を実行せず、
前記Ｏ２センサ故障診断手段（２０）は、前記冷却水温（ＴＷ）が前記第１所定温度（ＴＷ１）より大きい第２所定温度（ＴＷ２）を超えると、前記診断済フラグ（２５）を前記不揮発メモリ（２４）から消去することを特徴とするＯ２センサの故障診断装置。
前記Ｏ２センサ（１２）は、設定電圧である５Ｖにプルアップされることで、不活性化状態では前記設定電圧である５Ｖ寄りの値を出力すると共に、活性化状態になると０Ｖ寄りの値を出力するように構成されており、
前記Ｏ２センサ故障診断手段（２３）は、前記故障診断の際に、前記Ｏ２センサ（１２）の電圧出力（Ｖ）が０Ｖ寄りにあると前記Ｏ２センサ（１２）の故障と診断することを特徴とする請求項１に記載のＯ２センサの故障診断装置。