JPH03217637A - 酸素センサの活性判定装置 - 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、酸素センサの活性を判定する装置に関する。

［従来の技術］ 近年、内燃機関の空燃比を好適に制御するために、内燃
機関の排ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する酸
素センサ（リーンセンサ）が使用されており、この酸素
センサの出力に応じて、燃料噴射弁め開弁時間を補正す
ることにより、内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃
比より大きな所望の空燃比にフィードバック制御してい
る。

上記酸素センサとして｛友安定化ジルコニアなどからな
る固体電解質等を使用したセンサが知られでいる。これ
は、固体電解質と、固体電解質の一方の側に設けられて
測定ガス側に接する通気性電極と、固体電解質の他方の
側に設けられて基準ガス側（例えば大気側）に接する通
気性電極とを備えたセンサである。

この様な酸素センサにおいては、両電極間に所定範囲内
で直流の電圧を印加すると、排ガス中の酸素濃度に応じ
て一定値の電流　つまり限界電流と呼ばれる電流が流れ
る。従って、酸素センサの呂力電流値を検出することに
より、排ガスの酸素濃度を知ることができ、この酸素濃
度から内燃機関の空燃比を推定することができる。

ところが、この酸素センサの固体電解質からなる素子の
温度（素子温）が低いと、第７図に示されるＣ′やＤ″
の様に、実用Ａ／Ｆ域において、同一空燃比でもセンサ
出力が下がることがあり、つまり、実際の酸素濃度より
も低い酸素濃度に対応した値が出力されることがあり、
この結果、センサ出力に応じて内燃機関の空燃比をフィ
ードバック制御すると、所望の空燃比よりも大きな空燃
比に誤制御してしまう。

そこで、内燃機関の空燃比をフィードバック制御するた
めには、まずその制御に先だって酸素センサが活性状態
にあるか否かを判定する必要かある。

この様な酸素センサの活性状態を判定する技術として、
燃料カット（Ｆ／Ｃ）中の酸素センサの呂力を使用した
ものが知られている。即ち、燃料カット中の酸素濃度は
大気中の酸素濃度と等しいことを利用し、このときの酸
素センサの出力が略大気中の酸素濃度を示しているか否
か判断することにより、酸素センサの活性状態を判定す
るものである（特開昭５９−４６３５０号公報参照）。

つまり、燃料カット中の酸素センサの出力が第７図に示
す所定の活性判定値以上であるか否かを判断し、図のＡ
”やＢ′の様に活性判定値以上である場合には、素子温
が高く酸素センサが活性状態であると判定するものであ
る。

更に、より的確に酸素センサの活性状態を判断する技術
として、酸素センサの出力が上記所定の活性判定値以上
である状態が継続しているか否かを判断することによっ
て、酸素センサが活性状態か否かを判定する技術（特開
昭６０−２１２６５０号公報参照）が提案されている。

これは、燃料カット中１；、所定の間隔をおいてセンサ
出力を測定し、この測定によってセンサ出力の活性判定
値以上である状態が一定期間以上継続したなら（′ｉ．
酸素センサが活性状態であると判定するものである。

尚、ここで、酸素センサの出力が所定の活性判定値以上
である状態が継続しているか否かを判断する理由は、通
常できるだけ早く空燃比フィードバック制御を行うため
１二活性判定値を酸素センサが活性可能な最低値に設定
しているからであり、センサ出力の検出バラッキにより
非活性状態であっても、所定の活性判定値以上と判断さ
れる場合があるために、酸素センサが安定して所定の活
性判定値以上の値乞出力しているが否かを判断すること
により、活性判定の信頼性を高めるためである ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記技術で｛よ必ずしも好適に酸素セン
サの活性状態を判定できないという問題があった。

即ち、例えば高速道路における走行のように、定常走行
が比較的に長く行われる運転条件では、燃料カットが行
われる頻度が少ないので、この様な場合でも酸素センサ
の活性状態を精度よく判定するために、酸素センサの出
力が上記所定の活性判定値以上である状態が継続してい
るが否かを判断することにより活性判断を行うと、空燃
比のフィードバック制御の制止状態が長引くことがあり
、それによって、かえって空燃比を好適に制御できない
という問題が生じることがあった。

本発明は、空燃比のフィードバック制御の頻度を向上さ
せて空燃比を好適１二制御するために、短時間で確実に
センサの活性判定を行うことができる酸素センサの活性
判定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］ 上記目的を達成するためになされた本発明は、第１図に
例示するように、 内燃機関Ｍ１の排ガス中の酸素濃度に比例した出力を発
生する酸素センサＭ２の活性判定装置において、 上記内燃機関Ｍ］が燃料カット中か否かを判定する燃料
カット判定手段Ｍ３と、 該燃料カット判定手段Ｍ３によって、燃料カット中であ
ると判定されるときに、上記酸素センサＭ２の出力が第
１の活性判定値以上か否かを判断する第１判断手段Ｍ４
と、 上記燃料カット判定手段Ｍ３によって、燃料カット中で
あると判定されるときに、上記酸素センサＭ２の出力が
上記第１の活性判定値を下回る第２の活性判定値以上か
否かを判断する第２判断手段Ｍ５と、 上記第１判断手段Ｍ４によって、上記酸素センサＭ２の
出力が上記第１の活性判定値以上と判断されるときに上
記酸素センサＭ２の活性を判定するとともに、上記第２
判断手段Ｍ５によって、上記酸素センサＭ２の出力が上
記第２の活性判定値以上と継続して判断されるときに上
記酸素センサＭ２の活性を判定する活性判定手段Ｍ６と
、を備えたことを特徴とする酸素センサＭ２の活性判定
装置を要旨とする。。

［作用］ 本発明の酸素センサの活性判定装置は、第１図に例示す
るように、 内燃機関Ｍ］の排ガス中の酸素濃度に比例した出力を発
生する酸素センサＭ２の活性を判定するものであり、燃
料カット判定手段Ｍ３によって、内燃機関Ｍ］が燃料カ
ット中か否かを判定し、この燃料カット判定手段Ｍ３に
よって、燃料カット中であると判定されるときには、第
１判断手段Ｍ４によって、酸素センサＭ２の出力が第１
の活性判定値以上か否かを判断する。

それとともに、同じく燃料カット判定手段Ｍ３によって
、燃料カット中であると判定されるとき二（よ第２判断
手段Ｍ５によって、酸素センサＭ２の出力が第１の活性
判定値を下回る第２の活性判定値以上か否かを判断する
。

そして、活性判定手段Ｍ６によって、第１判断手段Ｍ４
により、酸素センサＭ２の出力が第１の活性判定値以上
と判断されるときに上記酸素センサの活性を判定すると
ともに、第２判断手段Ｍ６により、酸素センサＭ２の出
力が第２の活性判定値以上と継続して判断されるときに
酸素センサＭ２の活性を判定する。

この様な判定を行うことによって、酸素センサＭ２の活
性状態を迅速かつ確実に判断することが可能になる。

次に、本発明の原理を第２図に基づいて説明する。

図に示すように、本発明は、確実に酸素センサの活性を
判定できる高い活性判定値（第１の活性判定値）１１と
、酸素センサの活性状態の最低限に近い低い活性判定値
（第２の活性判定値）１２とを備えたものである。

それによって、センサ出力が、第１の活性判定値１１以
上の場合には　１回の判定で迅速に酸素センサが活性状
態であると判断でき、一方、第２の活性判定値１２を用
いる場合には、センサ出力が低い場合でも複数回の判定
を行って、その判定の信頼性を高め、酸素センサが活性
状態か否かを確実に判定することができる。

つまり、第１の活性判定値１１を用いた判定と第２の活
性判定値１２を用いた判定のどちらか一方の判定によっ
て、酸素センサが活性状態であると判断されればよく、
これによって、酸素センサの活性状態の判定を迅速に行
うことができるとともに、その判定を確実に行うことが
可能になる。

例え｛戴燃料カット中（大気中）の各素子温における酸
素センサの出力が、図のようにＡ〜Ｃであるとすると、
１回の判定を行う第１の活性判定値Ｉ１はＡと８の間の
高い値に設定しておき、一方、２回以上め判定を行う第
２の活性判定値はＢとＣの間の低い活性判定値１２に設
定し、この両活性判定値Ｉ１，＋２を用いて判定を行う
ことができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
３図は、本発明が適用された実施例の内燃機関およびそ
の周辺装置の構成を示す概略構成図である。

同図に示すように、内燃機関２の吸気管４には、アクセ
ルペダル６にリンクして開閉動作するスロットルバルブ
８が設けら札　その上流側には、吸入空気量を検出する
エアフロメータ１０や、吸入空気の温度を検出する吸気
温センサ］２が備えられている。また、吸気管４には、
スロットルバルブ８の開度を検出する開度センサと内燃
機関２のアイドリング時にＯＮ状態とされるアイドルス
イッチとを備えたスロットルポジションセンサ１４が設
けられている。

一方、内燃機関２の排気管］８には、排ガス中の酸素濃
度から内燃機関２に供給された燃料混合気の空燃比を検
出する酸素センサ（リーンセンサ）２０や、排ガスを浄
化するための三元触媒コンバタ２２が備えられている。

また、内燃機関２には、その運転状態を検出するために
、上述のエアフロメータ］０，吸気温センサ１２．スロ
ットルポジションセンサ１４および酸素センサ２０のイ
包　　ディストリビュータ２４のロータ２４ａの回転か
ら内燃機関２の回転数を検出する回転数センサ２６、同
じくディストリビュータ２４の回転に応じて内燃機関２
のクランク軸２回転に１回の割でパルス信号を出力する
気筒判別センサ２８、および内燃機関２の冷却水温を検
出する水温センサ３０等が備えられている。

そして、上記各センサからの検出信号｛よ　マイクロコ
ンピュータを中心とする論理演算回路として構成された
電子制御装置（ＥＣＵ）４０に出力される。

ＥＣＵ４０は、第４図に示すように、各種の演算を行う
Ｃ　Ｐ　Ｕ　４　０　ａ，制御プログラムや酸素センサ
２０の判定レベル等を予め記憶してお（ＲＯＭ４０ｂ，
−データの一時的な保存を行うＲＡＭ４０ｃ，図示しな
いバッテリによってデータを保存するバックアップＲＡ
Ｍ４０ｄ及びそれらを接続するバス４０ｅ等を備え、更
にデータの入出力を行う入力部４０ｆ及び出力部４０ｇ
を備えている。

この入力部４０ｆには、上記エアフロメータ１０，吸気
温センサ１２，スロットルポジションセンサ１４，酸素
センサ２０，　　回転数センサ２６，気筒判別センサ２
８，水温センサ３０等が接続さね　一方、呂力部４０ｇ
には、イグナイタ３２及び燃料噴射弁５０に加え、酸素
センサ２０の活性状態を報知するインジケータランプ５
２が接続されている。

従って、上記ＥＣＵ４０により、各種センサを用いて検
出される内燃機関２の運転状態に応じて、燃料噴射弁５
０からの燃料噴射量の制徨　イグナイタ３２を介した点
火時期の制御等が実行されるとともに、本実施例の主要
部分である酸素センサ２０の出力の状態をモニタして、
酸素センサ２０の活性状態を判定する等の処理を行う。

以下、ＥＣＵ４０で実行される本実施例に関わるＩＪ御
について、第５図及び第６図のフローチャトを用いて説
明する。

ここで、本実施例で使用される高温の第１の活性判定値
１１Ｆ　上述した第２図に示すように、例えば燃料カッ
ト（Ｆ／Ｃ）中の素子温６６０℃に対応したセンサ出力
Ａと素子温６４０℃の対応したセンサ出力Ｂとの間の、
６５０゜Ｃに対応したセンサ出力の値Ｉ１として設定す
る。一方、第１の活性判定値１ｌより低温の第２の活性
判定値１２は、同様に例えば燃料カット中の素子温６４
０℃に対応したセンサ出力Ｂと素子温６２０℃の対応し
たセンサ出力Ｃとの間の、例えば６３０°Ｃに対応した
センサ出力の値１２として設定する。

第５図にて、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御実行ルーチ
ンについて説明する。このルーチンではフィードバック
の実行又は停止の処理を行う。尚、本ルーチンは、所定
時間間隔、例え［瓜４　ｍ　ｓ　ｅ　ｃ毎に実行される
ものである。

まず、ステップ１００にて、酸素センサ２０が活性状態
℃あるか否かを示すフラグＦ１が、活性状態を示す値「
１」であるか否かを判定する。ここで、酸素センサ２０
が活性状態であると判断された場合には　ステップ１１
０に進み、他の公知のフィードバック条件が成立してい
るか否かを判定する。

このステップ１１０で肯定判断された場合に（よステッ
プ１２０にてリーン空燃比のフィードバック制御を実行
し、一旦本処理を終了する。

方、上記ステップ１００にて、酸素センサ２０が活性状
態ではないと否定判断された場合に（よステップ１３０
にて空燃比のオープン制御を実行する。

つまり、上記ステップ１００ないし１３０の処理は、後
述する酸素センサ２０の活性状態に応じて設定されるフ
ラグＦｌＯ値に基づいて、フィードバック制御を実行す
るか、或はフィードバック制御を停止してオープン制御
を実行するかを判断して処理するものである。

次に、本実施例の主要な処理である酸素センサ２０の活
性判定の処理について、第６図に基づいて説明する。尚
、本ルーチンは、燃料カット開始後所定時間間隔、例え
ば、２ｓｅｃ，　　１　８ｓｅｃ，　　２　５ｓｅｃ後
に割込により実行されるものである。

まず、ステップ２００にて、燃料カット中か否かを判定
し、燃料カット中であればステップ２］０に進み、一方
、燃料カット中でなければ一旦本処理を終了する。

ステップ２］０では、酸素センサ２０の出力Ｒが、上記
第２図に示す低い活性判定｛ｉ　即ち２回の判定に使用
される第２の活性判定値１２以上であるか否かを判定す
る。ここで、酸素センサ２０の出力ＩＲが第２の活性判
定値１２以上であると肯定判断されると、ステップ２２
０に進む。一方、ステップ２１０で否定判断されると、
ステップ２３０に進み、即座に酸素センサ２０が不活性
であると見なして、フィードバック制御の実行の判断に
使用されるフラグＦ１及び後述する仮のフラグＦ２をリ
セットし、一旦本処理を終了する。

つまり、このフラグＦ１のリセットの処理によって、空
燃比のフィードバック制御が停止されることになる。

上記ステップ２２０では、酸素センサ２０の出力ＩＲが
、上記第２の活性判定値１２より高い活性判定｛ｉ　即
ち１回の判定に使用される第１の活性判定値１１以上で
あるか否かを判定する。ここで、酸素センサ２０の呂力
ＩＲが第１の活性判定値１１以上であると肯定判断され
ると、ステップ２４〇二進む。

ステップ２４０では、上記フラグＦ１の値を、酸素セン
サ２０が活性状態であることを示す値、即ちフィードバ
ック制御の実行を許可する値「］」にセットし、一旦本
処理を終了する。

つまり、上記ステップ２２０，２４０の処理は、酸素セ
ンサ２０の出力ＩＲが、確実に酸素センサ２０の活性状
態を判断できる第１の活性判定値１以上の場合には、フ
ィードバック制御を許可するフラグＦ１をセットして、
直ちに空燃比のフィードバック制御を実行させるための
処理である。

方、上記ステップ２２０で否定判断されて進むステップ
２５０では、フィードバック制御の実行を許可する仮の
フラグＦ２の値が「１」であるか否かを判定する。ここ
で肯定判断されると、上述したステップ２４０に進み、
フィードバック制御許可するフラグＦ１の値を「１」に
セットする。

方、否定判断されると、ステップ２６０に進み、仮のフ
ラグＦ２の値を「］」にセットして、一旦本処理を終了
する。

このステップ２５０，２６０の処理は、仮のフラグＦ２
の値が前回の処理で「］」にセットされているか否かを
判定し、既に仮のフラグＦ２がセットされている場合に
は、上記ステップ２］０における２回目の肯定判断とな
るので、酸素センサ２０が活性状態であると判断する。

一方、仮のフラグＦ２がセットされていない場合に（よ
　ステップ２１０における１回目の肯定判断となるので
、２回目の判断のために仮のフラグＦ２をセットするも
のである。つまり、仮のフラグＦ２は、酸素センサ２０
の出力ＩＲが第２の活性判定値１２以上であることを２
回判定するためのフラグであり、それによって、酸素セ
ンサ２０の活性状態を確実に判定するものである。

上述した様に、本実施例で｛表異なる大小２つの活性判
定値１１、Ｉ２を用いて酸素センサ２０の活性状態を判
定するので、酸素センサ２０の活性状態を迅速かつ確実
に判定できる。従って、空燃比のフィードバック制御を
行う頻度を向上させて、空燃比を好適に制御することが
できる。

例えば高速道路における走行のように、定常走行が比較
的に長く行われる運転条件で１表燃料カットが行われる
頻度が少ないが、この様な場合でも、大きなセンサ呂力
ＩＲに対応する第１の活性判定値１ｌを使用することに
より、酸素センサ２ｏの活性状態を迅速に判定すること
ができる。また、第１の活性判定値１２より小さな第２
の活性判定値２を使用して２回の活性の判定を行うこと
により、酸素センサ２０の出力ＩＲが低い場合にも確実
に酸素センサ２０の活性状態を判断することができる。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこの
ような実施例に何等限定されるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し
得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳記したように本発明の酸素センサの活性判定装置
は、内燃機関が燃料カット中の場合に（よ酸素センサの
出力が第１の活性判定値以上か否かを判定することによ
って、迅速に酸素センサの活性状態を判断することがで
きる。更に、酸素センサの出力が第２の活性判定値以上
か否かを判定し、それとともに、この第２の活性判定値
以上と継続して判断されたか否かを判定することにより
、酸素センサの出力が低い場合にも確実に酸素センサの
活性状態を判断することができる。これによって、酸素
センサの活性状態を迅速かつ確実に判定できるので、空
燃比のフィードバック制御を行う頻度を向上させて、゛
空燃比を好適に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１゜図は本発明の基本的構成の例示図、第２図は本発
明の原理を説明するグラフ、第３図は実施例のシステム
構成図、第４図は電子制御装置の構成を示すブロック図
、第５図はフィードバック制御の判断を示すフローチャ
ート、第６図は酸素センサの活性判定を示すフローチャ
ート、第７図は従来の酸素センサの活性判定を示すグラ
フである。 Ｍ］ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ４ Ｍ５ Ｍ６ ２ ２０ ４０ 内燃機関 酸素センサ 燃料カット判定手段 第１判断手段 第２判断手段 活性判定手段 内燃機関 酸素センサ（リーンセンサ） 電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の排ガス中の酸素濃度に比例した出力を発
   生する酸素センサの活性判定装置において、 上記内燃機関が燃料カット中か否かを判定する燃料カッ
   ト判定手段と、 該燃料カット判定手段によって、燃料カット中であると
   判定されるときに、上記酸素センサの出力が第１の活性
   判定値以上か否かを判断する第１判断手段と、 上記燃料カット判定手段によって、燃料カット中である
   と判定されるときに、上記酸素センサの出力が上記第１
   の活性判定値を下回る第２の活性判定値以上か否かを判
   断する第２判断手段と、上記第１判断手段によって、上
   記酸素センサの出力が上記第１の活性判定値以上と判断
   されるときに上記酸素センサの活性を判定するとともに
   、上記第２判断手段によつて、上記酸素センサの出力が
   上記第２の活性判定値以上と継続して判断されるときに
   上記酸素センサの活性を判定する活性判定手段と、 を備えたことを特徴とする酸素センサの活性判定装置。