KR0127495B1 - 산소 센서의 고장 판정 방법 - Google Patents

Abstract

O₂센서의 고장 판별 방법으로서 기관의 아이들 영역에서 운전되게 된때부터 소정의 시간에 걸쳐서 혼합기의 공연비를 이론 공연비 보다도 소정량 만큼 희박 또는 농후한 값으로 유지하고 이것에 의해 O₂센서의 주위의 배기가스중 산소 농도를 일정하게 한다. 다음으로, 이론 공연비에 관해서 이론 공연비의 ±10 내지 15%의 소정의 진폭으로 또한 수 Hz의 소정 주기로 공연비를 강제적으로 진동적으로 변화시키면서 O₂센서 출력 전압 변화에 의거해서 O₂센서의 이상을 판정한다.

Description

산소 센서의 고장 판정 방법

도1A도 및 제1B도는 본 발명에 따른 O₂센서 고장 판정 방법의 개요를 설명하기 위한 시간 경과에 따르는 공연비 및 정상 및 열화를 발생하는 O₂센서의 출력 전압의 변화를 도시하는 그래프.

제2도는 본 발명의 O₂센서 고장 판정 방법을 실시하기 위한 공연비 제어 장치의 요부를 예시하는 개략도.

제3도는 본 발명의 제1실시예에 의한 O₂센서 고장 판정 방법에 있어서 고장 판정 처리를 도시하는 순서도.

제4도는 제3도의 이상 판별 서브 루틴을 상세히 도시하는 순서도.

제5도는 본 발명의 제2실시예에 의한 O₂센서 고장 판정 방법에 있어서 이상 판별 서브 루틴을 상세히 도시하는 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 내연 기관2 : 배기통로

3 : 흡기통로4 : 컨버터

5 : O₂센서6 : 연료 분사 밸브

8 : 경고 램프

[발명의 배경]

본 발명은 내연 기관의 배기 가스중의 산소 농도를 검출하기 위한 산소(O₂) 센서의 고장 판정 방법에 관한 것으로서, 특히, O₂센서의 성능 열화, 단선 고장등을 정확히 판정할 수 있는 판정 방법에 관한 것이다.

차량에 탑재한 내연기관에서 배출되는 배기가스중에 포함되는 CO, HC, NOX 등의 유해물질을 제거하기 위해 3원 촉매 컨버터를 기관의 배기통로에 설치하는 것이 알려져 있다. 3원 촉매 컨버터는, CO, HC 및 NOX의 3성분을 1개의 촉매로 동시 처리할 수 있는 이점을 갖추고 있다. 단, 3원 촉매 컨버터의 동시처리 능력을 발휘시키는 데에는 기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 공연비가 이론 공연비 영역(14.7±0.05)내에 들어가도록 제어하지 않으면 안된다. 그래서, 이 종류의 공연비 피이드백 제어를 행하는데에는, 혼합기의 실제의 공연비가 진한가 혹은 엷은가를 나타내는 정보가 필요하여, 전형적으로는, 실제 공연비를 나타내는 정보로서 배기가스중의 산소 농도가 검출된다. 배기중 산소 농도는, 공연비의 증대에 따라서 증대하는 것으로서, 배기통로내에 있어서 3원 촉매 컨버터의 상류측에 설치한 O₂센서에 의해 건출된다. 그래서, 실제 공연비를 나타내는 O₂센서 출력과 이론 공연비와의 비교 결과에 의해서 공연비 제어가 행해진다.

상술한 바와 같이, O₂센서는 배기통로내에 설치되고, 따라서, 고온의 배기가스에 그을린다. 이로 인하여, O₂센서의 성능이 열화하거나, O₂센서에 단선 또는 절연불량이 발생하는 일이 있다. 이와 같은 고장이 O₂센서에 생기면 실제 공연비를 나타내는 배기가스중의 산소 농도의 검출 정도가 저하하거나 산소 농도 검출을 할 수 없고, 따라서, O₂센서 출력에 의거한 공연비 제어를 적정하게 할 수 없게 된다. 이 경우, 공연비를 이론 공연비 근처에 제어하는 것은 곤란하고, 3원 촉매 컨버터의 기능을 유효하게 발휘시킬 수 없게 되고, 양호한 배기가스 정화는 행할 수 없다.

이와 같은 불합리함을 해소하기 위해 O₂센서의 고장이 각종의 방법으로 판정된다. 예를 들자면, 특개평4-16757호의 종래 기술 설명에 있는 바와 같이, 공연비 제어중의 O₂센서의 진폭 전압이 설정치를 하회할 때, 혹은, 공연비 제어의 제어 주기가 설정치를 상회할 때에 O₂센서의 열화를 판정하는 방법이 알려져 있다. 또한, 특개평 4-16757호에서는 판정 정도 향상을 위해 기관이 농후 공연비 상태로서 연료 차단이 행해졌을 때, O₂센서 출력이 농후측에서 슬라이스 레벨을 가로질러 희박측으로 변화할 때까지의 응답시간을 측정하고, 기관 회전수에 의해 진단 기준치와 응답 시간과의 비교 결과에 의해서 O₂센서의 열화를 진단하고 있다 다시, 일본국 실개평 2-54347호에는 특별히 큰 값으로 설정된 비례분을 포함하는 보정량을 사용해서, 공연비를 단계적으로 변화시키는 것과 같은 연료 분사량을 결정하고, 이와 같이 결정한 분사량의 연료가 연소한 결과 생긴 가스가 실린더로부터 배기되어 공연비 센서 출력이 이론 공연비 상당의 슬라이스 레벨을 가로지를 때까지의 경과 시간을 측정하고 경과 시간과 기준치와의 비교 결과에 의하여 공연비 센서의 응답 열화를 판정하는 장치가 제안되어 있다.

그러나, O₂센서 고장 판정 정도의 새로운 향상이 요망되고 있다.

[발명의 목적 및 개요]

본 발명의 하나의 목적은, O₂센서의 성능 열화, 단선 고장등을 정확히 판정되고, 이에 따라, O₂센서 고장에 기인하는 부적정한 공연비 제어를 방지하여 3원 촉매 컨버터의 배기가스 정화 능력을 유효하게 발휘가능케 하는 O₂센서의 고장 판정 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 기관 출력 토오크 변동의 증대 및 기관으로부터의 배기가스 배출량의 증대를 방지하면서 고장을 판정할 수 있는 O₂센서의 고장 판정 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 의하면, 내연 기관의 배기가스중의 산소 농도를 검출하기 위한 O₂센서의 고장 판정 방법이 제공된다. 이 고장 판정 방법은, 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 시간의 경과에 따라서 이론 공연비에 관해서 농후한 제1의 소정치 및 이론 공연비에 관해서 희박한 제2의 소정치를 교대로 취하도록 공연비를 강제적으로 진동 변화시키는 행정과, 공연비가 강제적으로 진동 변화되어 있는 사이에 있어서 O₂센서의 출력 전압의 변화를 검출하는 행정과 이같이 검출한 O₂센서 출력 전압 변화에 의거해서 O₂센서의 이상을 판별하는 행정을 구비한다.

바람직하게는 공연비의 진동 변화를 개시하기 전에 공연비를 이론 공연비에 관해서 농후 또는 희박한 제3의 소정치에 소정 기간에 걸쳐 유지한다.

바람직하게는 내연 기관의 흡입 공기량이 적은 소정 운전 영역에서 내연 기관이 운전되고 있을 때에만, 공연비를 제3의 소정치로 유지하는 행정 혹은 공연비를 진동 변화시키는 행정을 개시하여, O₂센서의 고장판정의 실행을 허용한다.

바람직하게는 O₂센서에 이상이 생긴 것으로 판별되었을 때에, O₂센서 이상의 발생을 운전자에 고지한다.

본 발명의 이점은 공연비를 강제적으로 진동 변화시키고 있는 사이의 O₂센서 출력 전압 변화를 검출하므로서 공연비의 변화에 대한 O₂센서의 응답 지연의 정도 나아가서는 O₂센서의 고장 유무를 확실히 판단할 수 있는 점에 있다.

공연비를 진동 변화시키면, 이론 공연비에 관하여 농후측과 희박측과의 사이에서의 공연비의 절환이 복수회에 걸쳐서 행해진다. 따라서, O₂센서의 이상에 기인하는 O₂센서의 응답 지연이 있으면 복수회의 공연비 절환에 대한 누적된 응답 지연이 O₂센서 출력 전압 변화에 나타나게 된다. 따라서, 예를들자면, 농후 공연비에서의 운전역으로부터 연료 차단역으로의 이행에 의해, 혹은 공연비를 인위적으로 대폭적으로 증대보정함으로서 공연비 절환을 1회만 행하고, 이 1회의 공연비 절환에 대해서만 O₂센서의 응답성의 양부에 의거해서 O₂센서의 고장을 판별하는 수법에 비해서 본 발명의 방법은 O₂의 이상을 보다 정확하게 판별가능케 한다.

또한, 공연비의 진동 변화를 개시하기 전에 공연비를 농후한 또는 희박한 값에 소정 기간에 걸쳐서 유지하는 본 발명의 특정한 상태에 의하면 공연비의 진동 변화 즉 실질적인 고장 판정 처리 전에 O₂센서 주위의 배기가스의 산소 농도 나아가서는 O₂센서 출력 전압을 안정시키는 전처리가 행해진다. 또한, 이 전처리에서의 농후 공연비 또는 희박 공연비를 가장 적합한 값으로 설정함으로서 공연비의 진동 변화의 개시직전에서의 O₂센서 출력 전압을 농후측 또는 희박측의 레벨에 확실하게 유지할 수가 있고, 따라서, O₂센서에 이상이 있는 경우에서의 O₂센서 출력 전압 변화와 정상인 경우에서의 그것과의 사이에 유의한 상위를 확실하게 일으킬 수가 있고, 따라서 고장 판정 정도가 향상한다.

다시, 흡입 공기량이 적은 소정의 기관 운전 영역에서만이 고장 판정을 행하는 본 발명의 특정한 모양에 의하면 이같은 운전역에서는 기관 출력 토오크 자체가 적으므로서, 고장 판정을 위해 공연비를 진동 변화시킨 경우에 생기는 토오크 변동을 억제할 수 있다. 또한, 흡입 공기량이 적은 운전역에서는 배기가스 배출량도 스스로 저감할 수 있다.

산소 센서 이상의 발생을 운전자에 고지하는 본 발명의 가장 적합한 상태에 의하면 O₂센서 고장이 방치되는 것을 방지할 수 있고 O₂센서 고장에 의한 불적정한 공연비 제어 나아가서는 3원 촉매 컨버터의 배기가스 정화 작용 저하를 조기에 수복할 수 있다.

제1A도 및 제1B도를 참조하여, 본 발명의 O₂센서 고장 판정 방법의 기술 개념을 설명한다.

본 발명 방법에 따른 고장 판정 처리에 있어서, 바람직하기는 흡입 공기량이 적은 소정의 운전 영역(예를들자면 아이들 운전 영역)에서 기관이 운전되고 있는가 아닌가를 먼저 판별한다. 그래서, 소정의 기관 운전 영역일 때에 한해서 고장 판정 처리의 실질적인 부분(후술한, 공연비를 강제적으로 진동 변화를 시키는 행정) 혹은 이것에 앞서서 실행되는 후술하는 전처리를 개시한다. 이 고장 판정 처리 개시 요건은 기관 출력 토오크의 변동 및 배기가스 배출량을 억제하는 것을 기도하고 있다. 즉, 흡입 공기량이 적고, 따라서 기관 출력 토오크가 적은 소정의 기관 운전 영역에서만이 고장 판정 처리를 허용하면 고장 판정을 위해 공연비를 후술하는 바와 같이 진동 변화를 시킨 경우에 생길 수 있는 토오크 변동이 억제된다. 또한, 소정 운전 영역에서는 흡입 공기량이 적으므로 배기가스 배출량도 스스로 억제된다.

다음으로, 바람직하기로는 O₂센서 주위의 배기가스의 산소 농도 나아가서는 O₂센서 출력 전압을 안정시키기 위한 전처리(초기화처리)를 행한다. 이 전처리에서는, 공연비를 농후 또는 희박한 값으로 소정 기간에 걸쳐서 유지한다. 전 처리에서의 농후 공연비 또는 희박 공연비는 가장 적합한 값으로 설정되고, 이에 따라 실질적인 고장 판정 처리를 개시하기 직전에서의 O₂센서 출력 전압이 농후측 또는 희박측의 레벨을 취하도록 한다. 이는 O₂센서에 이상이 있는 경우에서의 O₂센서 출력 전압 변화(공연비 변화에 대한 O₂센서의 응답성의 양부)와 정상인 경우에서의 그것과의 사이에 보다 명확한 상위를 일으켜 고장 판정 정도를 향상할 것을 기도하고 있다.

제1A도의 좌측 부분에 예시한 전처리에서는 이론 공연비보다도 12.5% 만큼 희박한 공연비가 1초간에 걸쳐서 유지된다. 이 경우에, 제1B도의 좌측 부분에 실선으로 도시하는 바와 같이 O₂센서 출력 전압은 희박측 레벨로 안정한다.

다음으로, 공연비를 진동 변화시키는 행정(공연비의 강제가진 또는 변조)을 개시한다. 이 행정에서는 공연비를 소정기간에 걸쳐서 이론 공연비에 관해서 예를들자면 ±10~15%의 진동 진폭으로 또한 10Hz 이하의 진동 주기로 강제적으로 진동적으로 변화시킨다. 제1A도에 도시하는 예에서의 진동 짖폭 및 진동 주기는 ±10% 및 약 2Hz이다.

이 경우, 공연비는 제1A도에 도시하는 바와 같이 시간 경과에 따라서, 이론 공연비에 관해서 10% 만큼 희박한 값을 교대로 취하게 된다. 확언하면, 진동 변화 행정의 실행 기간중 이론 공연비에 관해서 농후측과 희박측 사이에서 공연비가 복수회에 걸쳐 교체된다.

전형적인 O₂센서는 공연비가 농후하면 센서 출력 전압이 제1레벨 예를들자면 0V 근처를 취하고, 공연비가 희박하면 출력 전압이 제2레벨 예를들자면 1V 근처를 취하도록 되어 있다. 그래서, O₂센서가 정상이면 O₂센서 출력 전압은 공연비의 변화에 추종해서 변화하는 한편, O₂센서에 이상이 있으면 공연비 변화에 대한 출력 전압의 추종성이 나빠진다.

따라서, 제1A도에 도시하는 바와 같이 공연비가 진동적으로 변화하는 경우 O₂센서가 정상이면 그 출력 전압은 제1B도에 실선으로 도시하는 바와 같이 변화하고 O₂센서에 이상이 있으면 센서 출력 전압은 제1B도에 2점쇄선으로 도시하는 바와 같이 변화한다. 제1B도에서 명백한 바와 같이 O₂센서가 정상인 경우에서의 센서 출력 전압 변화와 센서에 이상이 있는 경우에서의 그것과의 사이에는 유의한 상위가 있다. 이 이유는 공연비가 진동 변화하는 사이에서의 O₂센서 출력 전압의 변화는 복수회의 공연비 절환에 대한 O₂센서의 응답지연의 정도를 나타내기 때문으로 O₂센서의 이상에 기인하는 O₂센서의 응답지연이 있으면, 복수회의 공연비 절환에 대한 누적된 응답지연이 O₂센서 출력 전압 변화로 나타난다.

공연비의 진동 진폭 및 진동주기를 상술한 바와 같이 가장 적합한 값으로 설정하면 O₂센서에 이상이 있는 경우의 O₂센서 출력 전압 변화와 정상인 경우에서의 그것과의 사이에 명확한 상위가 생겨 고장 판정상 편의한다.

상술하는 바와 같이, 본 발명의 주된 특징의 하나는 강제적으로 공연비에 진동적 변화를 일으키게 하는 공연비의 강제가진(공연비의 변조)을 함으로서 O₂센서가 정상인 때와 이상인 때와의 사이에서 센서 출력 전압 변화에 유의한 상위를 일으키는데에 있으며, 이에 따라, O₂센서가 정상인가 아닌가를 확실하게 판별가능케 한다.

다시, 공연비 변화에 대한 O₂센서의 응답지연 정도를 나타내는 O₂센서 출력 전압 변화에 의거해서, O₂센서에 이상이 있는가 없는가를 판별한다.

상세하기로는, 공연비의 진동 변화가 개시되어서부터 복수의 공연비 진동 변화 싸이클이 완료될 때까지의 기간에 있어서 O₂센서 출력 전압의 최소한 1개의 진동 변화 싸이클에서의 진폭의 값을 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 검출한다. 그래서, 이같이 검출한 최소한 1개의 진동 변화 싸이클에서의 O₂센서 출력 전압의 진폭치 소정의 전압치와의 비교 결과에 의거해서 O₂센서의 이상을 판별하다.

바람직하기로는, 복수의 공연비 진동 변화 싸이클의 각각에서의 O₂센서 출력 전압의 진폭치를 검출하여 이같이 검출한 진폭치의 평균치를 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 산출되고, 다시 이 평균치와 소정의 전압치와의 비교 결과에 의거해서 O₂센서의 이상을 판별한다. 이에 따라, 복수회의 공연비 진동 변화에 대한 O₂센서의 누적적인 응답지연을 확실하게 검출할 수 있고 O₂센서 고장 판정 정도가 향상한다.

제1B도에 도시하는 예에서는, 3개의 진동 변화 싸이클의 각각에서의 O₂센서 출력 전압의 진폭량 V1, V2 및 V3을 검출한 진폭치의 평균치{(V1+V2+V3)/3)}를 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 산출한다. 그래서, 평균치가 소정 전압치 Vs(예를들자면 0.5V) 보다도 적은 때에 O₂센서가 이상이라고 판별한다. 이에 따라 O₂센서 출력 전압 진폭의 감소라는 형으로 나타나는 O₂센서 이상을 확실히 검출할 수 있다.

또한, 제1A도에 도시하는 예와 다르고, 공연비의 진동 변화를 개시하기 전에 공연비를 농후측에 유지한 경우도 O₂센서 출력 전압의 진폭치 혹은 그 평균치가 소정 전압치 Vs 보다도 클때에, O₂센서에 이상이 생겼다고 판별할 수 있다.

별개의 센서 이상 판별 상태에서는, 공연비의 진동 변화가 개시되어서부터 O₂센서 출력 전압치가 소정전압치 Vs에 달할 때까지의 경과 시간을 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 검출하고, 이같이 검출한 경과 시간이 소정 시간 Ts 보다도 긴 때에 O₂센서에 이상이 생겼다고 판별한다. 이에 따라, 공연비 절환에 대한 O₂센서 출력 전압의 추종성 악화란 형으로 나타나는 O₂센서 이상을 확실하게 검출할 수 있다.

소정 시간 Ts은 정상인 O₂센서에 있어서 소정 전압치 Vs로의 도달에 통상 요하는 시간 TN 보다도 큰 값(통상은 약간 큰 값)으로 설정되어 있다. O₂센서에 이상이 생기면 소정 전압치 Vs로의 도달에 요하는 시간 TA는 소정의 시간 Ts 보다도 길어진다.

이상과 같이 하여, O₂센서 이상의 발생을 검출하였을 때 센서 이상을 드라이버에 고지하고 이에 따라 O₂센서 고장이 방치되는 것을 방지한다.

다음에, 본 발명의 제1실시예에 의한 O₂센서 고장 판정 방법을 설명한다.

제2도는 본 실시예의 방법을 실시하기 위한 공연비 제어 시스템을 도시하고 같은 도면에 있어서 내연기관(1)의 배기통로(2)의 도중에는 기관(1)에 배출되는 배기가스중에 포함되는 CO, HC, Nox를 제거하기 위한 3원 촉매 컨버터(4)가 설치되어 있다. 또한, 3원 촉매 컨베이어(4)의 상류측에는 배기가스중의 산소 농도를 검출하기 위한 O₂센서(5)가 설치되어져 있다.

O₂센서(5)는, 전형적으로는, 산화 지루코늄과 소량의 산화 이토륨과의 혼합물을 소성하여 얻은 지루코니아관(도시생략)과, 그 선단에 장착된 보호관(도시생략)으로 형성되는 것으로 지루코니아관의 내측에 산소농도가 높은 대기를 도입하는 한편에서 보호관의 구멍을 거쳐서 지루코니아관의 외측에 배기관(2)내의 산소 농도가 낮은 배기가스를 도입하도록 되어 있다. 대기중의 산소 농도는 일정하기 때문에 지루코니아관의 내측과의 외측과의 산소 농도차는 배기가스중의 산소 농도에 의해서 변화한다. 다시, 지루코니아관의 내면 및 외면에는 전극 및 촉매로서의 다공질의 백금이 코팅되어 있다.

기관(1)에 공급되는 혼합기의 공연비가 농후함으로서 배기가스중의 산소 농도가 적고, 따라서, 지루코니아관의 내측과 외측과의 산소 농도 차가 커지면, O₂센서(5)는 백금의 촉매 작용에 의해 기전력을 발생한다. 반대로, 산소 과잉인 희박 혼합기(희박)측에서는 산소 농도 차가 적고, O₂센서(5)는 기전력을 발생하지 않는다. 또한, 산소 농도 검출 정도를 양호하게 하기 위해 O₂센서(5)는 기관(1)의 배기 매니폴드의 바로 하류의 각 기통의 배기가스의 합류부에 있어서 배기가스 흐름에 대해서 직각을 이루고 배기관(2)에 장착되고, 또한, 흙탕물 등에 의한 급냉이나 전기 절연도의 저하를 가져오지 않는 곳에 설치하고 있다.

참조부호 7은, 전자 제어 장치(이하 ECU라 함)를 도시한, ECU 7의 입력측에는 O₂센서(5), 기관 회전수(Ne)를 검출하는 기관 회전 센서, 기관 수온(Tw)를 검출하는 수온 센서, 쓰로틀 밸브의 개도 θt를 검출하는 쓰로틀 센서 및 흡입 공기 유량(Q)을 검출하는 공기 흐름 센서(어느거나 도시않음)가 접속되어 있다. 또한, ECU 7의 출력측에는 기관(1)의 흡기통로(3)에 설치한 연료 분사 밸브(6)와 경고 램프(8)가 접속되어 있다.

ECU 7은 상술한 각종 센서로부터의 출력 신호에 의거해서 결정한 연료 분사량에 대응하는 밸브가 열린 시간에 걸쳐서 연료 분사 밸브(6)를 밸브가 열리도록 연료 분사량 제어기능, 즉 공연비 기능을 띠운다. 예를들자면, 기관(1)이 공연비 피이드백역에서 운전되고 있는 경우, ECU 7의 제어하에서, 3원 촉매 컨버터(4)가 유효하게 정화 능력을 발휘하는 이론 공연비 영역(윈도우 영역)내에 공연비가 들어가도록 O₂센서 출력에 의거해서 공연비 피드백 제어가 행해진다. 또한, 기관(1)이 공연비 피드백역 이외의 영역에서 운전되고 있는 경우는 공연비 피드백 제어가 해제되는 한편 공연비가 시동시, 가속시 등의 각종 기관 운전 상태에 적합한 값으로 되도록 공연비 제어가 행해진다. 다음의 설명에 있어서 공연비 피드백 제어 및 이것이 해제되었을 때에 행해지는 공연비 제어를 통상의 공연비 제어라 칭한다.

또한, ECU 7은 O₂센서의 성능 열화, 단선 고장등의 O₂센서 고장을 판정하는 기능을 구비하고 있다. 즉, ECU 7은 본 실시예의 O₂센서 고장 판정 방법을 실시하기 위한 장치의 주요부를 구성하고 있다.

다음에 ECU 7에 의해 실행되는 O₂센서 고장 판정 처리를 설명한다.

ECU 7은 기관(1)의 시동후, 제3도에 도시하는 O₂센서 고장 판정 처리를 반복해서 실행한다. 즉, 각 판정 처리 싸이클에 있어서 ECU 7의 흐름 센서 출력(Q)에 의거해서 기관의 흡입 공기 유량(Q)이 소정치(Qo)보다도 적은가 그렇치 않은가를 판별한다(단계 S1). 이 판별답이 부정으로 기관이 아이들 운전 영역에 없을 때에는 ECU 7은 첵크 플래그(F CHK)을 O₂센서 이상 판별중이 아님을 나타내는 0에 설정시킴과 함께 이니셜 플래그 F INIT를 전처리 실행중이 아님을 나타내는 0에 설정하고(단계 S2), 이어서 통상의 공연비 제어를 한다(단계 S3). 이에 따라 아이들 운전 영역 이외에서는 고장 판정 처리의 실행이 실질적으로 금지된다.

그후, 단계 S1 내지 S3이 반복해서 실행된다. 그래서 기관(1)이 아이들 영역에서 운전되기에 이르러 단계 S1의 판별답이 긍정으로 되면 ECU 7은 고장 판정 처리의 실행이 허용된 것으로 판단하여 첵크 플래그 F CHK가 이상 판별중을 나타내는 1인가 아닌가를 판별한다(단계 S4). 고장 판정 처리를 개시한 직후에는 단계 S4에서의 판별 결과는 부정으로 되므로 ECU 7은 이니셜 플래그 F INIT가 앞처리 실행중을 나타내는 1인가 아닌가를 판별한다(단계 S5). 고장 판정 처리 개시 직후에 있어서는 단계 S5의 판별답은 부정으로 된다. 거기에서, ECU 7은 이니셜 플래그 F INIT를 1로 설정하여(단계 S6), 공연비 A/F를 이론 공연비 보다도 예를 들자면 12.5%만이 희박한 값(제1A도)에 유지하기 위한 전처리를 개사한다(단계 S7). 이로 인하여 ECU 7은 통상의 공연비 제어를 해제하고, 다음으로, 기관 회전수 센서 출력(Ne)과 흐름 센서 출력(Q)과 전처리에 있어서 목표 희박 공연비에 의거해서 산출한 밸브가 열린 시간에 걸쳐서 연료 분사 밸브(6)를 밸브 열림 제어한다. 다음으로, ECU 7은 전처리 개시 시점으로부터의 경과 시간을 계시하기 위한, 예를들자면 다운 카운터로 형성되는 제1타이머(도시 생략)에 소정의 전처리 기간 T1, 예를들자면 1초간(제1A도)을 설정하여 시작케 한다(단계 S8). 이에 따라 금번 싸이클에서의 고장 판정 처리가 종료하게 단계 S1로 귀환된다.

다음번 및 그 이후의 처리 싸이클에서는 아이들 영역에서의 운전이 계속되고 있는 한 단계 S1, S2, S5 및 S9가 되풀이 하여 실행된다. 즉, 전처리의 실행중은 단계 S2에서의 판별 결과가 항상 부정으로 됨과 함께 단계 S5에서의 판별 결과가 항상 긍정으로 된다. 거기에서, ECU 7은 단계 S9에 있어서 제1타이머에 의해 다운 카운트되는 카운트 값이 0으로 되었는가 아닌가를 판별함으로서 제1타이머에 의해 개시되는 전처리 개시 시점으로부터의 경과 시간이 소정 시간 T1에 달했는가 아닌가를 판별한다.

그후, 단계 S9에 있어서 소정의 전처리 기간(T1)이 경과하였다고 판별하면, ECU 7은 이니셜 플래그 F INIT를 전처리 완료를 나타내는 0으로 설정함과 함께 첵크 플래그 F CHK를 O₂센서(5)의 첵크(이상 판별)중을 나타내는 1에 설정한다(단계 S10). 또한, 전처리에 의해 공연비가 목표 희박 공연비에 제어되는 결과 전처리 완료 시점에서의 O₂센서 출력 전압은 희박 공연비에 대응하는 0V 부근의 레벨로 된다(제1B도).

다음의 싸이클의 단계 S1에서 기관(1)의 아이들 영역에서 의연하게 운전되고 있다고 판별한 경우, ECU 7은 첵크 플래그 F CHK가 1이면 단계 S4에서 판별한 후, O₂센서의 이상 판별을 하도록 공연비의 변조 제어(강제가진 제어)를 개시한다(단계 S11). 이를 위해서, ECU 7은 목표 희박 공연비로의 공연비 제어를 해제하고 다음으로, 이론 공연비 보다도 예를 들자면 10% 만큼 농후한, 공연비 변조제어에서의 제1목표 공연비(제1A도), 및, 이론 공연비 보다도 예를들자면 10%만 희박한 제2목표 공연비(제1A도)의 각각에 대응하는 제1 및 제2목표치를 차례로 산출하여 다시, 제1목표치에 대응하는 밸브 열림 시간으로 연료 분사 밸브(6)를 밸브 열림 제어한다. 그래서, 단계 S12에 있어서, 제4도에 상세히 도시하는 고장 판정 서브 루틴을 실행한다.

다음회 및 그 이후의 싸이클에서는 아이들 영역에서의 기관 운전이 계속하는 한, 단계 S1, S4, S11 및 S12가 되풀이 해서 실행되고, 이에 따라 공연비 변조 제어가 행해진다. 이 공연비 변조 제어중 ECU 7은 제1목표치와 제2목표치와의 사이에서 약 2Hz의 주기(제1A도)로 교대로 변화하는 밸브 열림 시간을 설정하고 이 밸브 열림 시간에 연료 분사 밸브(6)를 밸브 열림 제어한다. 이 결과, 공연비는 제1A도에 도시하는 바와 같이, 이론 공연비에 관해서 ±10%의 진폭으로 또한 약 2Hz의 주기로 진동적으로 변화한 것으로 된다.

제4도를 참조하면, 이상 판별 서브 루틴에 있어서, ECU 7은 타이머 클래그 F TIM가 O₂센서 출력 전압 계측이 아직껏 개시되지 아니한 것을 나타내는 1인가 아닌가를 판별한다(단계 S20). 이상 판별 서브 루틴의 개시 직후는 타이머 플래그 F TIM은 초기치 1에 설정된 채로이고, 따라서, 단계 S20에서의 판별답은 긍정으로 된다. 거기에서, ECU 7은 공연비 변조 제어 개시 시점으로부터의 경과 시간을 개시하기 위한 제2타이머(도시 생략)에 변조 제어 실행 시간 T2을 설정하여 시작케 한다(단계 S21).

다음으로, ECU 7의 제2타이머를 참조하여 변조 제어 실행 시간 T2가 아직 경과하지 아니했는가 아닌가를 판별하고(단계 S22), 판별답이 긍정인 때에는 O₂센서(5)의 출력 전압을 계측한다(단계 S23). 또한, 단계(S23)에 있어서 ECU 7은 공연비 변조 제어 개시 시점에서 금번 싸이클까지에 차례로 계측된 O₂센서 출력 전압치를 비교하여 O₂센서 출력 전압이 극대치를 취했는가 아닌가를 판별한다. 그래서, O₂센서 출력 전압이 극대치를 취했다고 판별하면, 이 극대치와 그것에 이어지는 극소치와의 차를 O₂센서 출력 전압의 진폭치 Vi로서 기억 장치(도시 생략)에 격납함과 함께 이 진폭치가 변조 제어 개시 이후에 있어서 몇번째에 판별된 것인가를 표시하는 데이터를 기억 장치에 격납한다.

단계(S24)에 있어서 ECU 7은 3번째의 진폭치 V3의 계측이 종료하였는가 아닌가를 판별하여, 이 판별 결과가 부정이면 타이머 플래그 F TIM을 O₂출력 전압 게측중을 나타내는 0에 설정한다(단계 S25).

다음회 및 그 이후의 싸이클에서는 아이들 영역에서의 기관 운전이 계속하고 있는 한 제3도의 주루틴의 단계(S1, S4, S11 및 S12)가 되풀이해서 실행된다. 그래서, 단계(S12)에 대응하는 제4도의 서브 루틴에서는 단계(S20, S22 및 S23 내지 S25)가 차례로 실행된다. 이 결과, O₂출력 전압 진폭치 V1, V2, V3이 차례로 계측된다.

그후의 처리 싸이클의 단계(S24)에 있어서 O₂센서(5)의 3회째의 출력 전압 V3의 계측이 종료되었다고 판별하면 ECU 7은 전회까지에 계측 기억한 O₂센서(5)의 출력 전압 V1, V2과 금회 계측한 출력 전압 V3의 상가평균(V1+V2+V3)/3을 산출하여 이어서, 이 평균치가 소정의 전압 Vs 보다도 적은가 아닌가를 판별한다(단계 S26). 이 판별답이 부정인 때에는 ECU 7은 O₂센서(5)가 정상이라고 판정하여 경고 램프(8)를 소등시킨다(단계 S27).

한편, 단계(S26)의 판별답이 긍정인 때, 즉, O₂센서(5)의 출력 전압 V1, V2, V3의 상가평균(V1+V2+V3)/3이 소정의 전압 Vs 보다도 적을 때에는 ECU 7은 O₂센서(5)가 고장으로 판정하여 이것을 운전자에게 경고하도록 경고 램프(8)를 점등시킨다(단계 S28).

또한, 단계(S22)의 판별답이 부정, 즉, 제3번째의 O₂센서 출력 전압의 진폭치 V3의 계측이 종료하기 전에 공연비 변조 제어 기간 T2이 경과하였을 때에는 ECU 7은 이 기간 T₂내에 O₂센서(5)의 출력의 상가 평균치가 소정치 Vs에 이르지 못한 것으로 하여 O₂센서(5)가 이상이라고 판별하다. 이 경우, ECU 7은 경고 램프(8)를 점등시킨다(단계 S28).

이와 같이 하여, O₂센서 이상 판별을 완료하면, ECU 7은 단계(S27 또는 S28)에 이어지는 단계(S29)에 있어서 공연비 변조 제어를 해제하고, 이어서, 통상의 공연비 제어에 이행한다. 다시, ECU 7은 첵크 플래그 F CHK를 O₂센서 이상 판별의 종료를 나타내는 0에 설정하고, 또한, 타이머 플래그 F TIM을 O₂센서 출력 전압 계측이 아님을 나타내는 1에 설정한다(단계 S30). 이에 따라, 제3도 및 제4도의 고장 판정 처리를 종료한다.

다음에, 본 발명의 제2실시예에 의한 O₂센서 고장 판정 방법을 설명한다.

3개의 공연비 진동 변화 싸이클의 각각에 있어서 O₂센서 출력 전압의 진폭치의 평균치{(V1+V2+V3/3)}에 의거해서 O₂센서의 이상을 판별하는 상기 제1실시예에 비해서, 본 실시예는, O₂센서 출력 전압치가 소정치 Vs에 도달할 때까지의 소요시간에 의거해서 이상 판별을 하는 점이 다르다.

본 실시예의 방법은 제2도에 도시하는 장치에 의해 실시가능하며 장치 설명을 생략한다. 또한, 본 실시예의 O₂센서 고장 판정 처리는 기본적으로는 제1실시예의 경우와 동일하여, 제3도에 도시하는 주루틴이 실행된다. 그것의 한편에서 제4도의 이상 판별 서브 루틴에 대신해서 제5도의 이상 판별 루틴이 실행된다. 거기에서, 이하, 이상 판별 서브 루틴에 디해서만 설명한다. 또한, 제4도와 제5도에서 공통의 단계에 대해서는 설명을 일부 생략한다.

제5도를 참조하면, O₂센서 이상 판별 서브 루틴(제3도의 주루틴의 단계(S12)에 대응)에 있어서, ECU 7은 제4도의 단계(S20)에 대응하는 단계(S40)으로 타이머 플래그 F TIM가 초기치 1로 판별한 후, 제4도의 단계(S21)에 대응하는 단계(S41)에 있어서 공연비 변조 제어 개시 시점으로부터의 경과 시간을 계시하도록 제2타이머를 시작케하여 이어서, 제2타이머를 참조하여 변조 제어 개시 시점으로부터의 경과 시간이 소정기간 T2(제1B도의 소정 시간 Ts에 대응) 이상인가 아닌가를 판별한다(단계 S42).

변조 제어 개시 직후는 단계(S42)의 판별답은 부정으로 된다. 이 경우, ECU 7은 O₂센서(5)의 출력 전압 V(제1B도)를 계측하고(단계 S43), 이 출력 전압 V이 소정 전압 Vs(예를 들자면, 0.5V) 이상으로 되었는가 아닌가를 판별한다(단계 S44). 그래서, 단계(S44)의 판별답이 부정인 때에는, ECU 7은 타이머 플래그 F TIM를 O₂센서 출력 계측중을 나타내는 0으로 설정한다(단계 S46). 이에 따라, 금회 싸이클에서의 제5도의 이상 판별 처리를 종료한다.

그래서, 기관(1)이 아이들 영역에서 운전되고 있는한, 제5도(제3도의 단계 S12)의 이상 판별 처리가 되풀이하여 실행된다. 그래서, 상술한 이상 판별 처리 싸이클의 다음의, 및 그 이후의 싸이클에서는 소정 기간 T2이 경과하지 아니한 한, 단계(S40, S42 내지 S44 및 S46)이 되풀이 하여 실행된다. 그후의 싸이클의 단계(S44)에 있어서 소정 기간 T2이 경과하지 아니하기 전에 O₂센서(5)의 출력 전압 V이 소정치 Vs 이상으로 되었을 때에는 ECU 7은 O₂센서(5)가 정상이라고 판정하여 경고 램프(8)를 소등시킨다(단계 S45).

한편, O₂센서 출력 전압 V이 소정치 Vs에 달하기 전에 소정기간 T2이 경과하면, 단계(S42)의 판별답이 긍정으로 된다. 이 경우 ECU 7은 O₂센서(5)에 이상이 발생하였다고 판정하여, 경고 램프(8)를 점등시킨다(단계 S47).

단계(S45 또는 S46)에 이어지는 단계(S48)에 있어서 ECU 7는 공연비 변조 제어를 해제한 후, 통상의 공연비 제어를 개시한다(단계 S48). 다시, ECU 7은 첵크 플래그 F CHK를 0으로 설정함과 함께 타이머 플래그 F TIM를 1로 설정한다(단계 S49).

본 발명은 상기 제1 및 제2실시예에 한정되지 않고 각종으로 변형이 가능하다.

양 상기 실시예에는 공연비 변조 제어에 앞서는 전처리에 있어서 공연비를 이론 공연비 보다도 희박한 값으로 유지하였으나, 농후 공연비에 유지하여도 좋다. 또한, 본 발명 방법에 있어서 전처리를 행하는 것은 필수는 아니다.

양 실시예에서는 기관이 아이들 영역에서 운전되고 있을 때에만 O₂센서 고장 판정 처리를 시행하였으나, 아이들 영역 이외의 흡입 공기량이 적은 기관 운전 영역에 있어서만 고장 판정 처리의 실행을 허용하도록 하여도 좋다. 또한, 아이들 영역등의 고정역 이외의 기관 운전 영역에 있어서 고장 판정 처리의 실행을 금지하는 것은 본 발명 방법에 있어서 필수는 아니다.

상기한 제1실시예에서는 3개(보다 일반적으로는 복수)의 공연비 진동 싸이클의 각각에서의 O₂센서 출력 전압의 진폭치의 평균치에 의거해서 O₂센서의 이상을 판별하였으나, 이상 판별 순서는 각종으로 변형이 가능하다. 예를 들자면, 공연비 진동 변화 싸이클을 복수회 실행하면서 최소한 1개의 진동 변화 싸이클(예를들자면 2번째 또는 3번째의 싸이클)에서의 O₂센서 출력 전압의 진폭치에 의거해서 센서 이상을 판별하여도 좋다.

다시, 제1 및 제2실시예에서의 센서 이상 판별 순서를 조합시켜도 좋다.

Claims (11)

1. 내연 기관의 배기가스중의 산소 농도를 검출하기 위한 O₂센서의 고장 판정 방법에 있어서, 상기 내연 기관에 공급되는 혼합기의 공연비가 시간 경과에 따라서 이론 공연비에 관하여 농후한 제1의 소정치 및 이론 공연비에 관하여 희박한 제2의 소정치를 교대로 취하도록 공연비를 강제적으로 진동 변화시키는 단계와, 공연비가 강제적으로 진동 변화되어 있는 사이에서 상기 O₂센서의 출력 전압의 변화를 검출하는 단계와, 이같이 검출한 O₂센서 출력 전압 변화에 의거해서 상기 O₂센서의 이상을 판별하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
2. 제1항에 있어서, 공연비를 강제적으로 진동 변화시키는 상기 단계는 공연비를 소정의 진폭 또한 소정의 주기로 제1의 소정 기간에 걸쳐서 진동적으로 변화시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 소정의 진폭은 이론 공연비의 ±10~15%와 같고, 상기 소정의 주기는 10Hz 보다도 작은 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
4. 제1항에 있어서, 공연비를 강제적으로 진동 변화시키는 상기 행정을 개시하기 전에 공연비를 이론 공연비에 관하여 농후 또는 희박한 제3의 소정치에 제2의 소정의 기간에 걸쳐서 유지하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
5. 제1항에 있어서, 공연비를 강제적으로 진동 변화시키는 상기 단계를 내연 기관의 흡입 공기량이 적은 소정의 운전 영역으로 내연 기관이 운전되고 있을 때를 검출하여 개시하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
6. 제4항에 있어서, 공연비를 상기 제3의 소정치로 유지하는 상기 단계를 내연 기관의 흡입 공기량이 적은 소정의 운전 영역으로 내연 기관이 운전되고 있을 때를 검출하여 개시하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
7. 제5항 또는 6항에 있어서, 상기 소성의 운전 영역은 아이들 운전 영역인 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 O₂센서 이상 판별 단계는, 공연비의 진동 변화가 개시되는 것으로부터 복수의 공연비 진동 변화 싸이클이 완료할 때까지의 기간에 걸쳐 O₂센서 출력 전압의 최소한 1개의 진동 변화싸이클에서의 진폭의 값은 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 검출하는 단계와, 이같이 검출한 상기 최소한 1개의 진동 변화 싸이클에서의 상기 O₂센서 출력 전압의 상기 진폭치와 소정의 전압치와의 비교 결과에 의거해서 상기 O₂센서의 이상을 판별하는 단계도 구비하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 진동 변화 싸이클의 각각에서의 상기 O₂센서 출력 전압의 상기 진폭치를 검출하고, 이같이 검출한 진폭치의 평균치를 상기 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 산출하고, 다시, 상기 평균치와 상기 소정 전압치와의 비교 결과에 의거해서 상기 O₂센서의 이상을 판별하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 O₂센서 이상의 판별 단계는, 공연비의 진동 변화가 개시되어서부터 상기 O₂센서 출력 전압치가 소정의 전압치에 달할 때까지의 경과 시간을 O₂센서 출력 전압 변화를 나타내는 파라미터로서 검출하는 단계와, 이같이 검출한 경과 시간이 소정의 시간 보다도 길 때에 상기 O₂센서에 이상이 생겼다고 판별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 O₂센서에 이상이 생겼다고 판별하였을 때에 O₂센서 이상의 발생을 운전자에 고지하는 단계로 포함하는 것을 특징으로 하는 O₂센서의 고장 판정 방법.