JPH04109445U - 内燃機関の空燃比センサの故障診断装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比センサの故障診断装置

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JPH04109445U
JPH04109445U JP1991020678U JP2067891U JPH04109445U JP H04109445 U JPH04109445 U JP H04109445U JP 1991020678 U JP1991020678 U JP 1991020678U JP 2067891 U JP2067891 U JP 2067891U JP H04109445 U JPH04109445 U JP H04109445U
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air
fuel ratio
sensor
ratio sensor
internal combustion
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幸人 藤本
康次郎 堤
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本田技研工業株式会社
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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F02D41/1495Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 内燃機関の空燃比センサを三元触媒の下流に
設けた場合でも、その空燃比センサの故障を精度良く診
断できるようにする。 【構成】 内燃機関の排気系に設けられた三元触媒14
と、この三元触媒14の下流の排気系に設けられた空燃
比センサ16とを有する内燃機関の空燃比センサ16の
故障診断装置において、内燃機関に供給される混合気の
空燃比を所定の周期と所定の振幅で振動させる空燃比変
動手段5と、この空燃比変動手段5によって振動させら
れた混合気の空燃比の変動に応じた空燃比センサ16の
出力の変動量を検出する空燃比変動量検出手段5と、空
燃比センサ16の出力変動量を基に空燃比センサの故障
を検出する故障検出手段5とを有するようにした。 【効果】 三元触媒14の下流に設けられた空燃比セン
サ16の故障を精度良く検出できる。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本考案は、内燃機関の排気系に設けられた三元触媒の下流に設けられた空燃比 センサ(本明細書ではO2センサ)の故障診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比センサの劣化を検出する方法として、例えば特開平2−11 840号公報に記載されている方法がある。この方法においては、図5(a)に 示すように、機関の定常状態時に一定周期且つ一定振幅の強制デューティ比波形 信号により例えば燃料噴射弁の燃料噴射量の補正量を制御して吸気系における混 合気の空燃比を強制的に振動させ、この振動させられた空燃比に応じた、排気系 の三元触媒の上流側に設けられたO2センサの出力のデューティ比を検出し、こ の検出デューティ比から該O2センサの劣化度を判別するものである。このO2セ ンサの出力デューティ比の検出結果の例を図5(b),(c),(d)に示す。 図5(b)はO2センサの出力がセンサの劣化によりリーン側にずれた場合、図 5(c)はO2センサの出力が正常な場合、図5(d)はO2センサの出力がセン サの劣化によりリッチ側にずれた場合を示す。図5(b),(c),(d)にお いて、VOXはO2センサの出力電圧、VRは比較電圧(例えば0.45V)、TR およびTLは出力電圧VOXが比較電圧VR以上(リッチ側)および以下(リー ン側)である期間を示し、TR/(TR+TL)はそれぞれの出力電圧VOXの デューティ比を示す。出力電圧VOXのデューティ比が図5(c)のように標準 状態のときはO2センサは正常と判断する一方、図5(b)、図5(d)の如く 、O2センサの出力が夫々リーン側、リッチ側にずれてデューティ比が過大、過 小になったときO2センサが劣化又は故障していると判別するものである。
【0003】
【考案が解決しようとする課題】
上記のO2センサの劣化判別方法に依れば、O2センサの出力電圧のデューティ 比、即ち、センサ出力がリッチ側にある時間比率によりO2センサの劣化を判別 しているが、O2センサが三元触媒の下流に設けられた場合、三元触媒の酸素ス トレージ効果によりO2センサの出力が大きく変動しない(例えば0.1V〜0.9V のように大きく変動しない)ため、上記時間比率による方法では、O2センサの 劣化を正確に判別できないと云う問題がある。
【0004】 本考案は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内 燃機関の空燃比センサを三元触媒の下流に設けた場合にも、その空燃比センサの 故障を精度良く診断できる装置を得ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本考案は、内燃機関の排気系に設けられた三元触媒 と、この三元触媒の下流の排気系に設けられた空燃比センサとを有する内燃機関 の空燃比センサの故障診断装置において、前記内燃機関に供給される混合気の空 燃比を所定の周期と所定の振幅で振動させる空燃比変動手段と、この空燃比変動 手段によって振動させられた混合気の空燃比の変動に応じた前記空燃比センサの 出力の変動量を検出する空燃比変動量検出手段と、前記空燃比センサの出力変動 量を基に前記空燃比センサの故障を検出する故障検出手段とを有するようにした ものである。
【0006】
【作用】
本考案においては、内燃機関に供給する混合気の空燃比を所定の周期と所定の 振幅で振動させ、この振動させられた空燃比センサの出力の変動量を検出し、こ の出力の変動量を基に空燃比センサの故障の有無を判断する。
【0007】
【実施例】
以下、本考案の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【0008】 図1は本考案の一実施例を有する内燃機関の燃料供給制御装置の全体構成を示 すブロック図である。符号1は例えば4気筒の内燃機関を示し、該機関1には吸 気管2が接続され、該吸気管2の途中にはスロットル弁3が設けられている。該 スロットル弁3にはその弁開度θTHを検出し、検出したθTH値に応じた電気 的な信号をスロットル弁開度信号として出力するスロットル弁開度センサ4が接 続されており、該スロットル弁開度信号は電子コントロールユニット(以下「E CU」という)5に送られる。このECU5は、空燃比変動手段と空燃比変動量 検出手段と故障検出手段を有する。
【0009】 前記機関1とスロットル弁3との間には燃料噴射弁6が設けられている。該燃 料噴射弁6は前記機関1の各気筒毎に設けられており、図示しない燃料ポンプに 接続され、前記ECU5から供給される駆動信号によって燃料を噴射する開弁時 間を制御している。
【0010】 前記スロットル弁3の下流の吸気管2には、管7を介して該吸気管2内の絶対 圧PBAを検出する吸気管内絶対圧センサ8が接続されており、その検出信号は ECU5に送られる。更に管7の下流の吸気管2には吸気温度(TA)を検出す る吸気温度センサ9が取り付けられ、その検出信号はECU5に送られる。
【0011】 冷却水が充満されている前記機関1の気筒周壁には、例えばサーミスタからな り、冷却水の温度(TW)を検出する機関冷却水温度センサ10が設けられ、そ の検出信号は前記ECU5に送られる。機関回転数センサ(以下、Neセンサと いう)11及び気筒判別(CYL)センサ12が前記機関1の図示していないカ ム軸又はクランク軸周囲に取り付けられ、前者のNeセンサ11はクランク軸の 180度回転毎に1パルスの信号を出力し、後者の気筒判別センサ12は気筒を 判別する信号をクランク軸の所定角度位置で1パルス出力し、これらのパルス信 号は前記ECU5に送られる。
【0012】 前記機関1の排気管13には三元触媒14が接続され、排気ガス中のHC,C O,NOx成分の浄化作用を行う。この三元触媒14の下流側の排気管15には 排気濃度センサであるO2センサ16が装着され、該O2センサ16は排気ガス中 の酸素ガス濃度を検出し、その検出信号を前記ECU5に供給している。
【0013】 更に、前記ECU5には、他の機関運転パラメータセンサ、例えば大気圧セン サ17が接続され、該大気圧センサ17はその検出信号を前記ECU5に供給し ている。
【0014】 ECU5は上述の各種信号を入力し、前記燃料噴射弁6の燃料噴射時間Tou tを次式により演算する。
【0015】
【数1】 Tout=Ti×KO2×K1+K2 ここで、Tiは前記燃料噴射弁6の基準噴射時間であり、前記Neセンサ11 から検出された機関回転数Neと吸気管内絶対圧センサ8からの絶対圧PBAと に応じて演算される。KO2は空燃比補正係数であり、フィードバック制御時で は前記O2センサ16の検出信号により示される酸素ガス濃度に従って設定され るもので、オープンループ制御時ではフィードバック制御時に設定された空燃比 補正係数値KO2の平均値KREFに設定される。
【0016】 K1及びK2は前述の各種センサ、即ち前記スロットル弁開度センサ4、吸気管 内絶対圧センサ8、吸気温度センサ9、機関冷却水温度センサ10、Neセンサ 11、気筒判別センサ12、O2センサ16及び大気圧センサ17からの機関パ ラメータ信号に応じて演算される補正係数又は補正変数であって前記機関1の運 転状態に応じ、始動特性、排気ガス特性、燃費特性、機関加速特性等の諸特性が 最適なものとなるように所定の演算式に基づいて演算される。
【0017】 前記ECU5は前記式〔数1〕により求めた燃料噴射時間Toutに基づく駆 動制御信号を前記燃料噴射弁6に供給し、その開弁時間を制御する。
【0018】 図2は、ECU5内部におけるO2センサ入力回路部分の回路構成を示す回路 図である。同図に示す如く、O2センサ16の一端は排気管15の壁に接地され 、他端が信号ライン18を通してECU5に接続されている。ECU5内部には 、コンデンサC1及び抵抗R1から成るローパスフィルタとオペレーショナルアン プ51と分圧抵抗R2,R3とが設けられ、O2センサ16の出力電圧VO2は 該ローパスフィルタを介してオペレーショナルアンプ51の非反転入力端子に印 加され、該オペレーショナルアンプ51で増幅されてECU5内部のマルチプレ クサ、A/Dコンバータ(図示せず)へ供給される。
【0019】 図3は、本考案の一実施例のO2センサの故障検出動作を実行するためのプロ グラムを示すフローチャートである。本プログラムは一定周期(例えば40mse c)で、即ちタイマからのクロックパルスの発生毎に繰り返し実行される。まず 、機関のイグニッションスイッチオン後所定時間T1(例えば10秒)が経過し たか否かを判別し(ステップS1)、経過していなければO2センサ16の故障 チェックは行わず(ステップS2)、本プログラムを直ちに終了する。所定時間 T1が経過したときにはステップS3へ移行し、パータベーション、即ち混合気 の空燃比の振動の実行中か否かを判別する。該パータベーションは、車両のクル ーズ走行が所定時間継続し、機関が所定の定常運転状態にあるときに行われ、例 えば、前記空燃比補正係数KO2の値を係数KO2の平均値を中心に所定の周期( 例えば0.5秒)且つ所定の振幅(例えば±4〜10%)で反転することにより行 う。
【0020】 図4(a)にパータベーション中の補正係数KO2の変動の様子を示す。この パータベーションによって機関に供給される混合気の空燃比が規則的に変動し機 関から定常的に酸素濃度が変動した排気ガスが排出され、それがO2センサ16 で検出される。
【0021】 ステップS3でパータベーション実行中でないと判別されたときもO2センサ 16の故障チェックは行わず(ステップS2)、本プログラムを直ちに終了する 。パータベーション実行中と判別されたときは、O2センサ16の出力の変動量 として、今回のO2センサの出力電圧値VO2Rnと前回のO2センサの出力電圧 値VO2Rn-1との差分ΔVO2Rを求め(ステップS4)、該差分ΔVO2R の絶対値|ΔVO2R|が所定差分値ΔV(例えば0.1V)より小さいか否かを 判別する(ステップS5)。|ΔVO2R|>ΔVであれば、混合気の空燃比の 振動に対してO2センサ16は十分に応答しているのであり、O2センサ16は正 常であると判別される(ステップS6)。これは、O2センサ16の出力電圧が 例えば図4(b)の特性線Saで示すようなものである場合である。なお、O2 センサ16の出力の変動量を検出する所定期間として本プログラムの今回の実行 周期と直前の即ち前回の実行周期との間の期間とした、換言すれば、上述のよう に今回の実行周期におけるO2センサ16の出力電圧VO2Rの値を直前即ち前 回の実行周期において得られ記憶された出力電圧VO2Rの値とを比較したが、 これに限らず、今回の実行周期の出力電圧VORの値を所定数回前の実行周期に おける出力電圧VORとの差分を算出してもよい。
【0022】 ステップS5で|ΔVO2R|≦ΔVと判別された場合、ステップS7へ移行 し、O2センサ16の出力電圧値VO2Rが所定電圧値VA(例えば1.5V)を越 えているか否かを判別する。VO2R>VAの場合にはVO2R>VAの状態が 所定時間T2(例えば3秒)以上継続したか否かを判別し、該所定時間T2以上 継続していない場合にはO2センサの故障チェックを行わず(ステップS2)、 本プログラムの実行を直ちに終了する。VO2R>VAの状態が前記所定時間T 2以上継続している場合にはO2センサ本体又はその配線が断線しているものと 判別し(ステップS9)、O2センサの故障チェックを完了する(ステップS1 0)。これは、図4(b)の特性線Sbで示すような電圧をO2センサ16が出 力している場合であり、例えば図2の信号ライン18が断線し、分圧抵抗R2, R3により演算増幅器51から前記所定電圧VA(1.5V)より高い電圧が出力 される場合である。また、上記所定時間T2を設けたことにより、O2センサの 断線を誤診なく確実に検出することができる。
【0023】 ステップS7でVO2R≦VAと判別された場合にはステップS11へ移行し 、O2センサ16の出力電圧VO2Rが所定電圧値VB(例えば0.1V)より低い か否かを判別し、VO2R≧VBの場合には、O2センサ16は正常であると判 別する(ステップS6)。VO2R<VBの場合にはVO2R<VBの状態が所 定時間T3(例えば3秒)以上継続したか否かを判別し(ステップS12)、該 所定時間T3以上継続していなければO2センサ16の故障チェックを行わず( ステップS2)、本プログラムの実行を終了する。VO2R<VBの状態が前記 所定時間T3以上継続している場合にはO2センサ本体又はその配線に短絡が発 生していると判別し(ステップS13)、O2センサ16の故障チェックを完了 する(ステップS10)。これは、図4(b)の特性線Scで示すような電圧を O2センサ16が出力している場合であり、例えば図2の信号ライン18が排気 管15の壁等に接地され、演算増幅器51から0.1Vより低い電圧が出力される 場合である。また、上記所定時間T3も前記所定時間T2と同様に誤診防止のた めに設けられる。
【0024】 尚、上述した実施例では、パータベーションを空燃比補正係数KO2の値を変 動させることにより行ったが、これに代えて排気管13に2次空気を供給する装 置を設けて該2次空気の量を所定周期で、所定量(所定振幅)変動させることに より行ってもよい。
【0025】 又、三元触媒14の上流の排気管13に別のO2センサを設けて、このセンサ 出力により上記パータベーションの波形の中心値を調整して混合気の空燃比をフ ィードバック制御するようにしてもよい。
【0026】
【考案の効果】
以上説明したように本考案は、内燃機関の排気系に設けられた三元触媒と、こ の三元触媒の下流の排気系に設けられた空燃比センサとを有する内燃機関の空燃 比センサの故障診断装置において、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を 所定の周期と所定の振幅で振動させる空燃比変動手段と、この空燃比変動手段に よって振動させられた混合気の空燃比の変動に応じた前記空燃比センサの出力の 変動量を検出する空燃比変動量検出手段と、前記空燃比センサの出力変動量を基 に前記空燃比センサの故障を検出する故障検出手段とを有することにより、三元 触媒の下流に空燃比センサを設けた場合にも、その空燃比センサの故障を精度良 く検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案による内燃機関の空燃比センサの故障診
断装置を含む内燃機関の燃料供給制御装置の全体構成を
示すブロック図である。
【図2】ECU内部におけるO2センサ入力回路部分の
回路構成を示す回路図である。
【図3】本考案の一実施例の動作を説明するためのプロ
グラムのフローチャートである。
【図4】パータベーションによる空燃比補正係数KO2
とO2センサの出力電圧との関係を例示するタイミング
チャートである。
【図5】従来技術による空燃比センサの劣化検出方法を
説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関 5 ECU(空燃比変動手段、空燃比変動量検出手段、
故障検出手段) 13,15 排気管 14 三元触媒 16 O2センサ

Claims (2)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられた三元触媒
    と、この三元触媒の下流の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサとを有する内燃機関の空燃比センサの故障診断装置
    において、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を
    所定の周期と所定の振幅で振動させる空燃比変動手段
    と、この空燃比変動手段によって振動させられた混合気
    の空燃比の変動に応じた前記空燃比センサの出力の変動
    量を検出する空燃比変動量検出手段と、前記空燃比セン
    サの出力変動量を基に前記空燃比センサの故障を検出す
    る故障検出手段とを有することを特徴とする内燃機関の
    空燃比センサの故障診断装置。
  2. 【請求項2】 前記空燃比変動量検出手段は、所定期間
    内の空燃比センサの出力変動量を検出することを特徴と
    する内燃機関の空燃比センサの故障診断装置。
JP1991020678U 1991-03-08 1991-03-08 内燃機関の空燃比センサの故障診断装置 Pending JPH04109445U (ja)

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