JPH04191440A - 内燃機関における空燃比フィードバック制御系の自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関における空燃比フィードバック制御
系の故障を自己診断する装置に関する。

〈従来技術〉 機関のシリンダ内に供給される混合気の空燃比を目標空
燃比（理論空燃比）にフィードバック制御する電子制御
燃料噴射装置を備えた内燃機関においては、燃料噴射弁
に目詰まり或いは燃料噴射弁駆動回路の出力回路の短絡
等の異常を生じると燃料噴射量か適正量から外れて空燃
比か大きく変化し、混合気は稀薄になるか又は過濃とな
る。この場合、機関か停止したり、出力か低下して運転
性が悪化するという問題かあった。

かかる問題点を解決するため、空燃比のフィードバック
制御信号に基づいて混合気か稀薄になっているか或いは
過濃となっているかを判断し、それによって空燃比制御
装置か故障しているか否かを判別するようにした自己診
断装置か既に提案されている（特開昭６３−１００２５
５号公報等参照）。

〈発明か解決しようとする課題〉 ところで、かかる従来の自己診断装置にあっては、現状
の機関運転状態を診て故障診断を実行する運転条件の判
別は行っているものの、過去の運転履歴による故障診断
への影響は考慮していないため次のような問題かある。

即ち、１回の運転時間か極端に短く、機関温度か十分に
上昇しないうちに機関の運転を停止するような運転状態
が変電なった場合（例えば車両か工場から出荷され販売
会社に納入されるまでの間）、内燃機関においては拡散
燃焼等の不完全燃焼か発生し易い。その結果、排気中に
発生したカーボンで排気通路に介装された酸素センサ（
空燃比センサ）の皮膜か汚損されることにより、酸素濃
度検出量が実際の量に比較して減少する。該酸素センサ
からの検出信号により、空燃比フィードバック制御系は
空燃比か過濃側にずれているとの把握に基づいて、燃料
噴射量を減少させる方向に制御するため、フィードバッ
ク制御信号としては過ａ側の信号か連続的に出力される
ことになる。

したかって、空燃比フィードバック制御系は正常に作動
しているにも拘らず、異常と誤判断してしまうことかあ
る。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもの
で、上記のような自己診断に適しない機関状態を見出し
、該機関状態では診断を禁止することにより上記問題点
を解決した内燃機関における空燃比フィードバック制御
系の自己故障診断装置を提供することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、第１図に示すように内燃機関の排気
通路に装着された空燃比センサの出力信号に基づいて空
燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制
御系の故障を自己診断する装置において、前記空燃比フ
ィードバック制御系のフィードバック制御信号に基づい
て故障の有無を判別する故障判別手段と、機関の１回毎
の運転時間を計測する運転時間計測手段と、機関温度を
検出する機関温度検出手段と、前記計測された運転時間
か所定値以下であって、かつ、運転終了時の機関温度が
所定値以下である所定運転状態の頻度を検出する運転頻
度検出手段と、検出された所定運転状態の頻度か所定値
以上であるときに前記故障判別手段による故障判別を禁
止する故障判別禁止手段と、を含んで構成した。

〈作用〉 運転時間計測手段により計測される１回の運転時間が所
定値以下であって、かつ、該運転終了時に機関温度検出
手段によって検出される機関温度か所定値以下である運
転状態では、不完全燃焼により発生するカーホンか空燃
比センサの皮膜に付着し易い。

したがって、かかる運転状態の頻度を運転頻度検出手段
によって検出し、該頻度か所定値以上の場合はカーボン
付着により空燃比センサの皮膜の汚損度か大きく、故障
判別を行うと誤判別される可能性かあるため、故障判別
禁止手段により故障判別手段の故障判別を禁止する。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本実施例のシステム構成を示し、機関本体１０
に接続された吸気マニホールド１１には燃料を噴射供給
するインジェクタ１２か装着されている。

インジェクタ１２より上流側の吸気通路にはスロットル
弁１３と更に上流側に吸入空気流量を検出するエアフロ
ーメータＩ４か装着されている。前記スロットル弁１３
には、該スロットル弁１３の開度を検出するスロットル
センサ１５が装着されている。

一方、排気マニホールド１６には、排気中の酸素濃度等
の検出によって空燃比を検出する空燃比センサ１７か装
着されている。また、機関本体１０には、機関温度の代
表として水温を検出する機関温度検出手段としての水温
センサ１８が装着されている。

その他、機関回転数を検出する回転数センサ１９、スタ
ータスイッチ２０を備える。

空燃比フィードバック制御を行う電子制御ユニット５０
は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１
によってデータを相互伝送可能に接続されたＲＯＭ（リ
ードオンリーメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセス
メモリ）５３、ＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）５４、
入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。入力ポ
ート５５には、前記スロットルセンサ１５．空燃比セン
サ１７．水温センサ１８゜回転数センサ１９．スタータ
スイッチ２０からの各検出信号が入力される。そして、
ＣＰＵ５４は、前記各検出信号に基づいて運転状態に応
じた燃料噴射量を演算し、該燃料噴射量に見合ったパル
ス幅を有する燃料噴射信号を出力ポート５６から前記イ
ンジェクタ１２に出力する。これにより、インジェクタ
１２を通電駆動し、演算された量の燃料を噴射供給する
。ここで、前記燃料噴射量の演算は、吸入空気流量Ｑと
機関回転数Ｎとに基づいて演算した基本燃料噴射量Ｔ、
（＝Ｑ／Ｎ）を、水温Ｔｗにより補正する一方、所定の
運転条件では後述するように、空燃比センサ１７により
検出された空燃比を目標空燃比（理論空燃比）とすべく
比例積分制御により設定されたフィードバック補正量α
により補正して行う。

第３図は、空燃比センサ１７の出力電圧Ｖの変化を示し
、混合気か過濃（リッチ）なときは、０．９（Ｖ）程度
の出力電圧を発生し、混合気か稀薄（リーン）なときは
、０．１　　（Ｖ）程度の出力電圧を発生する。該空燃
比センサ１７の出力電圧Ｖは、ＣＰＵ５４において０．
５　　（Ｖ）程度の基準電圧ｖＦと比較され、出力電圧
■が基準電圧Ｖ、よりも高ければリッチであると判断さ
れ、ｖＦよりも低ければリーンであると判断される。

第４図は、前記リッチ、リーンの判断に基づいて行われ
るフィードバック補正量αの演算ルーチンを示す。この
ルーチンは所定時間間隔毎、例えば４ｍｓ毎に実行され
る。

ステップ６０で空燃比のリッチ、リーン判別を行い、リ
ーンと判定されたときはステップ６１に進んで前回の処
理サイクルから今回の処理サイクルの間に、リッチから
リーンに反転したか否かを判別する。

反転していれば、ステップ６２に進み、αに所定の比例
分Ｐか加算され、反転していなければステップ６３へ進
んてαに積分分■か加算される。

一方、ステップ６０てリッチと判定されたときには、ス
テップ６４へ進んて前回の処理サイクルから今回の処理
サイクルの間にリーンからリッチに反転したか否かを判
別する。反転していればステップ６５へ進んてαから比
例分Ｐか減算され、反転していなければステップ６６へ
進んてαに積分分■か減算される。

したがって、αは第３図に示すようにリッチからリーン
へ反転したときには、急激に比例分Ｐだけ増大した後に
積分分Ｉずつ徐々に増大し、り一ンからリッチへ反転し
たときには急激に比例分Ｐだけ減少した後に積分分■ず
つ徐々に減少する。

また、通常フィードバック補正量αは第３図に示すよう
に、設定された上限値ＭＡＸと下限値ＭＩＮとの間にあ
って、空燃比センサ１７がリッチ。

リーンの検出を周期的に繰り返すため上下動する。

しかしながら、何らかの原因により混合気がリッチにな
り続けた場合はＭＩＮに達し、リーンになり続けた場合
はＭＡＸに達する。したがって、αかＭＡＸとなったか
、或いはＭＩＮとなったかによって空燃比フィードバッ
ク制御系の故障を診断することかできる。但し、それた
けでは、前述のように故障診断を行うことか不適切であ
る場合にも診断か行われてしまうため、本発明ではかか
る場合か起こる運転条件を検出して該条件では診断を禁
止する。

第５図及び第６図はＣＰＵ５４によって行われる本発明
に係る故障診断のための制御ルーチンを示す。これらル
ーチンは一定時間毎の割込によって実行される。

第５図において、ステップ７０てはスタータスイッチ２
０のオン、オフか判別され、オフである場合はステップ
７１へ進み、前回の処理サイクルから今回の処理サイク
ルの間にスタータスイッチ２０がオンからオフに切り換
えられたか否かを判別する。

そして、オンからオフに切り換えられたと判定された場
合はステップ７２へ進み、機関回転数Ｎを所定値例えば
５００ｒｐｍと比較し、Ｎ≧５００のときは機関か始動
して回転していると判定してステップ７３へ進む。

また、ステップ７０てスタータスイッチ２０かオンと判
定されたとき、ステップ７１てスタータスイッチ２０か
ＯＮからＯＦＦに切り換えられた直後てないと判定され
たとき、ステップ７２て機関回転数Ｎ〈５００と判定さ
れたときのいずれかの場合は、このルーチンを終了する
。

ステップ７３て、機関始動後の経過時間を測定するタイ
マをセットした後ステップ７４へ進み、機関回転数Ｎか
０となったか否か、つまり始動後に機関か停止されたか
否かを判別し、停止されていない間はこのステップ７３
の判定を繰り返して停止を待つ。

そして、機関か停止されるとステップ７５に進んで、前
記タイマの測定値により始動後一定時間を経過している
か否かを判別し、経過していると判定されたときにはス
テップ７８へ進み、後述するルーチンにより故障診断の
禁止期間を設定するための故障診断禁止カウンタをデク
リメント（値をｌ減らす）する。尚、前記タイマは運転
時間計測手段に相当する。

また、ステップ７５て始動後一定時間を経過していない
と判定されたときにはステップ７６へ進み機関温度を代
表する水温Ｔか設定値Ｔ　ｓ　ｅ、以下か否かを判別す
る。

Ｔ≦Ｔ、６．と判定されたときにはステップ７７へ進ん
で前記故障診断禁止カウンタをインクリメント（値を１
増やす）し、ＴＮＴ、。１と判定されたときにはステッ
プ７８へ進んで故障診断禁止カウンタをデクリメントす
る。

つまり、このルーチンでは１回の運転時間か短く、かつ
、停止直後の水温か低温であるような運転かなされる毎
に故障診断禁止期間を増大し、上記以外の運転かなされ
る毎に故障診断禁止期間を減少させる。ここで、前記故
障診断禁止期間を増大させる運転は、水温か低い状態て
運転されるため不完全燃焼により発生したカーホンか空
燃比センサ１７に付着し、そのまま運転を停止するのて
除去されず、かかる運転か繰り返されると付着したカー
ホンか堆積することとなる。一方、それ以外の運転では
運転終了までに水温か上かりカーホンの発生か停止する
と共に、排気温度か上昇して高温の排気により空燃比セ
ンサ１７に付着したカーボンか焼き切られる。したかっ
て、これら運転回数の差として計測される故障診断禁止
カウンタのカウント値Ｃは空燃比センサの皮膜のカーホ
ンによる汚損度の指標となる。一方、前記カウント値Ｃ
は、前記カーホンか付着する運転の頻度に相当する値の
指標でもあるので、故障診断禁止カウンタは運転頻度検
出手段に相当する。

第６図は、故障診断ルーチンを示す。

ステップ８０ては前記第４図のルーチンで計測される故
障診断禁止カウンタのカウント値Ｃを設定値Ｃ８，１と
比較する。

そして、Ｃ＜Ｃ，。１であるときは、空燃比センサ１７
のカーホンによる汚損度は小さく、故障診断を実行して
差し支えないと判断して、ステップ８１へ進むか、Ｃ２
Ｏ４゜、であるときは汚損度か大きく故障診断を行うと
誤診断を行う可能性かあると判断して診断を行うことな
く、このルーチンを終了する。このステップ８１により
Ｃ≧Ｃ８゜１であるときに故障診断を禁止する機能か、
故障判別禁止手段に相当する。

ステップ８１ては、現在の運転状態か空燃比制御系の故
障診断領域であるか否かを判別し、該領域てないときは
このルーチンを終了する。ここで故障診断領域としては
、空燃比フィードバック制御系の診断であるため、該フ
ィードバック制御中であることは当然であるか、機関の
始動時や暖機時おける燃料噴射量の増量中等過渡的な領
域は避け、定常的な領域か選択される。

故障診断領域であると判定されたときは、ステップ８２
以降へ進んで故障診断を行う。

まず、ステップ８２てはフィードバック補正量αか第３
図で示した上限値ＭＡ　Ｘ、下限値ＭＩＮに対しＭＩＮ
＜α＜ＭＡＸの範囲にあるか否かを判別する。

ＭＩＮ＜α＜ＭＡＸの範囲にある場合は、空燃比フィー
ドバック制細系は正常であると判断してステップ８５へ
進み、故障フラグＦαを０にリセットする。

一方、ＭＩＮ＜α〈〜ｆＡＸの範囲外と判定されたとき
、つまりα≦ＭＩＮであるリーン異常状態或いはα≧Ｍ
ＡＸであるリッチ異常状態のいずれかであると判定され
たときには、ステップ８３へ進み、これらの異常状態か
過渡的てな（所定時間例えば１０秒間以上継続して生じ
ているか否かを判別する。

そして、異常状態か１０秒間以上継続している場合は、
空燃比フィードバック制御系が故障していると判断して
ステップ８４へ進み、故障フラグＦαを１にセットする
。

このようにして故障フラグＦαの値により故障の有無が
示される。尚、ステップ８２〜ステツプ８５の機能か故
障判別手段に相当する。

かかる構成とすれば、空燃比センサ１７の皮膜がカーボ
ンにより汚損され、故障を誤診断する可能性がある状態
では故障診断が禁止されるため、診断精度か向上する。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれは、空燃比センサの皮
膜のカーボンによる汚損度か高くなる条件を検出し、該
検出時には空燃比フィードバック制御系の故障診断を禁
止する構成としたため、上記状況での誤診を防止てき自
己診断精度か向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例のシステム構成図、第３図は空燃比センサ
の出力電圧とフィードバック補正量との関係を示す線図
、第４図は同上のフィードバック補正量の設定ルーチン
を示すフローチャート、第５図は同じく故障診断禁止期
間の設定ルーチンを示すフローチャート、第６図は同じ
く故障診断ルーチンを示すフローチャートである。 １２・・・インジェクタ　　１６・・・排気マニホール
ド１７・・・空燃比センサ　　Ｉ８・・・水温センサ　
　１９・・・回転数センサ　　２０・・・スタータスイ
ッチ　　５０・・・電子制御ユニット 第１図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気通路に装着された空燃比センサの出力信
   号に基づいて空燃比をフィードバック制御する空燃比フ
   ィードバック制御系の故障を自己診断する装置において
   、前記空燃比フィードバック制御系のフィードバック制
   御信号に基づいて故障の有無を判別する故障判別手段と
   、機関の１回毎の運転時間を計測する運転時間計測手段
   と、機関温度を検出する機関温度検出手段と、前記計測
   された運転時間が所定値以下であって、かつ、運転終了
   時の機関温度が所定値以下である所定運転状態の頻度を
   検出する運転頻度検出手段と、検出された所定運転状態
   の頻度が所定値以上であるときに前記故障判別手段によ
   る故障判別を禁止する故障判別禁止手段と、を含んで構
   成したことを特徴とする内燃機関の空燃比フィードバッ
   ク制御系の自己診断装置。