JPH0599043A - 空燃比センシングシステムの故障判定方法 - Google Patents

空燃比センシングシステムの故障判定方法

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JPH0599043A
JPH0599043A JP26367291A JP26367291A JPH0599043A JP H0599043 A JPH0599043 A JP H0599043A JP 26367291 A JP26367291 A JP 26367291A JP 26367291 A JP26367291 A JP 26367291A JP H0599043 A JPH0599043 A JP H0599043A
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air
sensing system
fuel
signal value
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Yoshihiro Konno
義博 紺野
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Mitsubishi Motors Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気ガス中の酸素濃度を検出して内燃エンジ
ンEに供給される混合気の空燃比に対応した信号値を出
力し、この出力信号値に応じて空燃比を理論空燃比近傍
の第1の目標空燃比および第1の目標空燃比より燃料希
薄側の第2の目標空燃比の何れか一方にフィードバック
制御を行なう、空燃比センシングシステムS,45の断
線やショート等による故障を確実に検出する。 【構成】 空燃比を目標空燃比にフィードバック制御す
る際に、空燃比センシングシステムからの出力信号値が
所定上限判別値より大の状態が第1の所定時間に亘って
継続するか、内燃エンジンが所定の加速又は減速運転状
態になく、且つ、空燃比センシングシステムからの出力
信号値が所定下限判別値より小の状態が第2の所定時間
に亘って継続したとき、空燃比センシングシステムが故
障であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆるリニア空燃比
センサと呼ばれ、エンジン運転状態に応じて空燃比を理
論空燃比近傍或いは理論空燃比より燃料希薄側の目標空
燃比にフィードバック制御する際に使用する空燃比セン
サを含む空燃比センシングシステムの故障判定方法に関
する。
【従来の技術】従来、ジルコニアの酸素濃淡電池作用と
酸素イオンポンピング作用という特性を利用して、排気
ガス中の酸素濃度からエンジンに供給される混合気の空
燃比が単に理論空燃比より燃料リッチ側にあるか燃料リ
ーン側にあるかだけでなく、どの程度の値であるかを検
出することが出来る、いわゆるリニア空燃比センサが知
られている。リニア空燃比センサを使用すると、空燃比
センサアンプ、電子制御装置、燃料噴射弁、およびエン
ジンを運転状態を検出する各種センサと協働して、例え
ば加速時や発進時等の、比較的大きい機関出力が要求さ
れるエンジン運転状態においては、空燃比を理論空燃比
近傍にフィードバック制御し、それ以外の定常走行時に
は空燃比を22程度の燃料リーン側の目標空燃比にフィ
ードバック制御することができる。このように、空燃比
を目標値に精度よく制御することは、燃費の向上、エン
ジン出力の向上、アイドル回転の安定化、排気ガス特性
の改善、ドライバビリティの改善等、エンジン性能の改
善の上で極めて重要である。なお、リニア空燃比センサ
は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する
センサセル、供給されるポンプ電流に応じて酸素イオン
を移動させるポンプセル、センサセルとポンプセルを活
性温度に加熱するヒータ等を備えている。空燃比センサ
アンプは、センサセルからの出力が設定値となるように
ポンプ電流をポンプセルに出力する制御回路、制御回路
とポンプセル間で授受されるポンプ電流に応じた空燃比
信号を出力する空燃比検出回路等を備えている。
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リニア
空燃比センサ、センサとアンプ間の配線、空燃比センサ
アンプ、アンプと電子制御装置間の配線等を含む空燃比
センシングシステムにおいて断線やショートが生じた場
合、電子制御装置における空燃比制御が不能となり、排
気ガス特性やアイドル回転の安定化に悪影響を及ぼすば
かりか、エンジンの不調、最悪の場合にはエンジンの停
止を招来する虞がある。本発明はこのような不都合を解
消するためになされたもので、断線やショート等の空燃
比センシングシステムの故障を確実に検出することがで
きる空燃比センシングシステムの故障判定方法を提供す
ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、排気ガス中の酸素濃度を検
出して内燃エンジンに供給される混合気の空燃比に対応
した信号値を出力し、この出力信号値に応じて空燃比を
理論空燃比近傍の第1の目標空燃比および第1の目標空
燃比より燃料希薄側の第2の目標空燃比の何れか一方に
フィードバック制御を行なう、空燃比センシングシステ
ムの故障判別方法において、空燃比を前記第1および第
2の目標空燃比の何れか一方にフィードバック制御する
際に、空燃比センシングシステムからの出力信号値が所
定上限判別値より大の状態が第1の所定時間に亘って継
続するか、前記内燃エンジンが所定の加速又は減速運転
状態になく、且つ、空燃比センシングシステムからの出
力信号値が所定下限判別値より小の状態が第2の所定時
間に亘って継続したとき、空燃比センシングシステムが
故障であると判定することを特徴とする、空燃比センシ
ングシステムの故障判定方法が提供される。
【作用】空燃比センシングシステムの故障は、その出力
信号値がエンジンの通常運転時に起こりえない上下限判
別値を逸脱するか否かにより判別することができる。こ
の場合、空燃比センシングシステムが正常に作動してい
ると、内燃エンジンが所定の加速又は減速運転状態にあ
る場合を除いて、空燃比センシングシステムからの出力
信号値は所定下限判別値以上の値を示す。空燃比センシ
ングシステムからの出力信号値がこの所定下限判別値よ
り小であることを検出して空燃比センシングシステムの
故障判定を行なう場合、上述の内燃エンジンが所定の加
速又は減速運転状態での故障判定を禁止することによ
り、空燃比センシングシステムの故障を確実に検出する
ことができる。
【実施例】以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図1は、本発明の空燃比センシングシス
テムの故障判定方法が適用された空燃比制御装置の概略
構成を示す。エンジンEは、例えば4気筒ガソリンエン
ジンであり、気筒内に供給される混合気の流れが、理論
空燃比では勿論のこと、空燃比22程度のリーン空燃比
でも燃焼が可能なように設計されている。エンジンEの
各気筒の吸気ポートには燃料噴射弁2がそれぞれ配設さ
れている。この燃料噴射弁2は、後述する電子制御装置
40の出力側に電気的に接続されており、電子制御装置
40からの開弁駆動信号により開弁して、所要の燃料量
をエンジンEに噴射供給する。一方、排気通路3の途中
には、排気ガス中の酸素濃度を検出するリニア空燃比セ
ンサSが配設されおり、リニアA/Fセンサアンプ45
を介して電子制御装置40に接続されている。図2はリ
ニア空燃比センサSおよびリニアA/Fセンサアンプ4
5の内部構成を示す。リニア空燃比センサSは、その基
部がそれぞれ安定化ジルコニア素子であるセンサセル2
0とポンプセル21とを絶縁層22を介して結合して構
成されている。両セルには排気ガスの通過する拡散口2
3,24が形成され、絶縁層22内には拡散口23,2
4からの排気ガスを収容する検出室25が形成され、こ
れらにより拡散律速体が構成されている。また、絶縁層
22にはリファレンス室25aが形成され、ここに参照
気体の大気を導くように構成されている。更に、両セル
には触媒を兼ねて白金の電極26〜29が設けてあり、
これらの電極は多数の微少孔を有している。図中符号3
0は電気ヒータを示し、この電気ヒータ30は、ヒータ
駆動回路32により電流制御されて、セル全体を所定温
度に加熱して各セルを活性化状態で作動させている。セ
ンサセル20は、従来の酸素センサと同様の原理で電極
26,27間に酸素濃度差があると起電力を生じる性質
を備え、ポンプセル21は逆に電極28,29間に強制
的にポンプ電流Ip が流されると酸素をマイナス電極側
からプラス電極側に汲み出す性質を備えている。そこ
で、リニアA/Fセンサアンプ45にてセンサセル20
の起電力Vs を検出し、この起電力Vs を一定に保つよ
うに、すなわち、検出室25内または拡散孔23,24
内を理論空燃比に対応する酸素濃度に保つようにポンプ
電流Ip をフィードバック制御する。このときのポンプ
電流Ip は、空燃比に対応して連続的に変化するので、
ポンプ電流Ip から空燃比を算出することができる。リ
ニアA/Fセンサアンプ45の制御部31は、その比較
回路10において、センサセル20の起電力Vs を理論
空燃比相当の参照電圧Vref (例えば、0.4V)と比
較し、その出力を積分アンプ12で積分して正又は負の
制御出力をポンプセル21の電極28,29間に印加
し、前述した通り、センサセル20の起電力Vsが参照
電力Vref に等しくなるようにポンプセル21にポンプ
電流Ipを流す。そして、ポンプ電流Ip の回路に電流
検出用の抵抗器15を介装し、抵抗器15の電圧降下か
ら電流検出回路13によりポンプ電流Ip を検出してい
る。更に、回路13の出力を加算回路14に入力させ、
下式により、図3に示すような空燃比(A/F)に対応
した空燃比信号Vout を得て、これを出電子制御装置4
0に供給している。 Vout =G・Ip +Vst ここに、Gは電流・電圧変換ゲイン、Vstはステップア
ップ電圧(例えば、2.5V)である。センサセル20
とリニアA/Fセンサアンプ45の制御部31間にはセ
ンサセル起電力Vs を検出する検出回路38が接続され
ており、検出信号Vs は電子制御装置40に供給され
る。また、比較回路10と積分アンプ12間には、電子
制御装置40からのポンプカット信号(ハイレベル信
号)を受けてポンプ電流Ipをカットするポンプカット
回路39が接続されている。ポンプカット回路39の入
力端子(ベース端子)39a側は、抵抗39bを介して
所定電圧電源+Vccに接続されている。電子制御装置4
0は、上述したセンサセル起電力検出回路38が検出す
る起電力Vs や、図示されていないけれども、ヒータ温
度検出回路(この回路は、ヒータ30の印加電圧および
供給電流を検出してヒータ温度および異常を監視する)
からのヒータ温度検出信号等を常時監視しており、これ
らの信号値に異常値があるとき、或いは、ヒータ30に
よりリニア空燃比センサSが十分に加熱されていないと
き、上述のポンプカット信号をポンプカット回路39に
出力するようになっている。ポンプカット信号がポンプ
カット回路39に出力されると、比較回路10の出力側
電圧レベルが0となり、この結果、空燃比信号Vout と
して、検出室25が理論空燃比に保たれていることを表
す擬似信号Vst(図3参照)を出力することになる。ま
た、何らかの理由で、ポンプカット回路39と電子制御
装置40間のポンプカット信号線が断線した場合、ポン
プカット回路39の入力端子(ベース端子)39a側は
所定電圧(例えば、5V)でプルアップされているの
で、ポンプカット回路39にはハイレベルが入力され、
信号線断線時にも、ポンプ電流Ip を0にすることがで
き、リニア空燃比センサSのブラックニングを防止する
ことができる。なお、本明細書において、上述したリニ
ア空燃比センサS、リニアA/Fセンサアンプ45、セ
ンサSとアンプ45間の配線、及びアンプ45と電子制
御装置40間の配線を含んで空燃比センシングシステム
と定義することにする。電子制御装置40は、後述する
ように空燃比センシングシステムの故障を常時監視する
と共に、エンジンEに供給する燃料量、すなわち空燃比
を制御する機能を有している。電子制御装置40は、空
燃比センシングシステムの故障監視、および空燃比制御
のためのプログラムを実行する中央演算装置(CPU)
40a、前述のプログラムやCPUでの演算結果、種々
のプログラム変数値等を記憶する記憶装置40b、各種
センサからの信号値の入力、燃料噴射弁2を駆動する開
弁駆動信号の出力等を行なう入出力回路(図示せず)等
から構成される。そして、電子制御装置40の入力側に
は、エンジンEの運転状態を検出する種々のセンサ、例
えば、吸気通路に配設され、カルマン渦の発生周期から
吸入空気量を検出するエアフローセンサ41、エンジン
回転数を検出する回転数センサ42、イグニッションキ
ースイッチ(SW)のオンオフ状態を検出するイグニッ
ションキースイッチセンサ43、エンジンEの冷却水温
を検出する水温センサ44等が接続され、電子制御装置
40にはこれらのセンサが検出するエンジン運転状態信
号が入力される。電子制御装置40が空燃比フィードバ
ック制御を実行する場合には、上述した種々のセンサか
らのエンジン運転状態に応じた目標空燃比が設定され
る。例えばエンジンEが急加速運転時、発進加速運転時
等の、比較的大きな機関出力が要求される運転状態、す
なわち、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御すべ
き運転状態にあることが検出された場合、目標空燃比は
理論空燃比(14.7)に設定される。一方、上記以外
の運転状態にある場合、目標空燃比は、理論空燃比より
燃料リーン側の所定値(例えば、22)或いは運転状態
に応じた値に設定されることになる。そして、電子制御
装置40は、リニアA/Fセンサアンプ45から出力さ
れる空燃比信号Vout と目標空燃比とを比較し、空燃比
が目標空燃比になるようにフィードバック補正係数を演
算し、エンジン負荷とエンジン回転数とで演算される基
本燃料量に、上述のフィードバック補正係数や、冷却水
温に応じた補正係数等を乗算して燃料供給量を演算す
る。そして、演算した燃料供給量に応じた開弁駆動信号
を燃料噴射弁2に供給して所要量の燃料量をエンジンE
に噴射供給させる。一方、電子制御装置40が空燃比を
オープンループ制御する場合には、エンジン負荷(例え
ば、体積効率Ev)とエンジン回転数とで演算される基本
燃料量に、冷却水温に応じた補正係数等を乗算して燃料
供給量が演算されることになる。なお、本発明において
は、フィードバック制御或いはオープンループ制御によ
る空燃比制御方法は、特に限定されるものではなく、従
来公知の種々の方法を採用することができる。次に、本
発明による空燃比センシングシステムの故障判定方法に
ついて、図4及び図5に示すフローチャートを参照して
説明する。電子制御装置40は、先ず、ステップS10
およびS12において、リニア空燃比センサSを使用し
て空燃比がフィードバック制御されているか否かを判別
する。ステップS10では、空燃比が理論空燃比を目標
値としてフィードバック制御(ストイキオA/Fフィー
ドバック制御)されているか否かを判別し、ステップS
12では、空燃比が理論空燃比より燃料リーン側の空燃
比を目標値としてフィードバック制御(リーンA/Fフ
ィードバック制御)されているか否かを判別する。これ
らの判別のいずれもが否定(No)の場合にはステップ
S10およびS12が繰り返し実行される。すなわち、
空燃比のフィードバック制御が実行されていない場合に
は、空燃比センシングシステムの故障判別は行なわれな
い。ステップS10およびS12のいずれかの判別結果
が肯定(Yes)の場合には、ステップS14に進み、
空燃比信号Vout が所定上限判別値VHFより大であるか
否かを判別する。この上限判別値VHFは、図3に示され
にように、空燃比センシングシステムがエンジンEの通
常の運転時に検出する上限値VH (例えば、空燃比28
に相当する4.4V)より僅かに大きい値(例えば、
4.5V)に設定されている。空燃比信号Vout がこの
上限判別値VHF以下の場合、すなわちステップS14の
判別結果が否定の場合には、図5のステップS18に進
む。ステップS14において、空燃比信号Vout が上限
判別値VHFより大であることが検出されると、空燃比信
号Vout が上限判別値VHFより大である状態が所定のt
1 時間(例えば、10秒)に亘って継続したか否かを判
別する(ステップS16)。この判別により、電子制御
装置40がノイズ等により一時的に発生する異常値によ
って、直ちに空燃比センシングシステムを異常と判定し
てしまうことを防止する。空燃比信号Vout が上限判別
値VHFより大である状態が所定時間継続しなければ、ス
テップS18に進むが、継続した場合にはステップS2
4において空燃比センシングシステムが故障であると判
定し、これを記憶する。このとき、例えば、インスツル
パネル等に警告灯を点灯させて空燃比センシングシステ
ムが故障であることを運転者に警報するようにしてもよ
い。図5のステップS18においては、エンジンEが所
定の加速運転状態、或いは所定の減速運転状態であるか
否を判別する。このような判別は、例えば、図示しない
スロットル弁の開弁位置や開弁速度を検出することによ
り判別することができる。エンジンEが所定の加速運転
状態、或いは所定の減速運転状態である場合には、排気
ガスから検出される空燃比が極めて小さい値(リッチ信
号)を示す等、空燃比センシングシステムが正常作動し
ていても特異な空燃比信号を出力する場合があり、この
ような場合には故障判別が不能であるので前述したステ
ップS10に戻る。ステップS18での判別結果が否定
の場合、すなわち、所定の加速或いは減速走行中ではな
いと判別されると、ステップS20に進み、空燃比信号
Vout が所定の下限判別値VLFより小であるか否かを判
別する。この下限判別値VLFは、図3に示されによう
に、空燃比センシングシステムがエンジンEの通常の運
転時に検出する下限値VL (例えば、空燃比10に相当
する0.6V)より僅かに小さい値(例えば、0.5
V)に設定されている。空燃比信号Vout がこの下限判
別値VLF以上の場合、すなわちステップS20の判別結
果が否定の場合には、空燃比センシングシステムに異常
はなく、図4のステップS10に戻る。一方、ステップ
S20において、空燃比信号Vout が下限判別値VLF
り小であることが検出されると、空燃比信号Vout が下
限判別値VLFより小である状態が所定のt2 時間(例え
ば、10秒)に亘って継続したか否かを判別する(ステ
ップS22)。この判別により、電子制御装置40がノ
イズ等により瞬間的に発生する異常値により、直ちに空
燃比センシングシステムを異常と判定してしまうことを
防止する。空燃比信号Vout が下限判別値VLFより小で
ある状態が所定時間に亘って継続しなければ、空燃比セ
ンシングシステムに異常はなく、この場合にも図4のス
テップS10に戻る。ステップS22において、空燃比
信号Vout が下限判別値VLFより小である状態が所定時
間に亘って継続したことが判別された場合には、前述の
ステップS24に進み、空燃比(A/F)センシングシ
ステムが故障であると判定し、これを記憶することにな
る。空燃比センシングシステムの故障が判定されると、
電子制御装置40は空燃比のフィードバック制御を停止
して前述したオープンループ空燃比(A/F)制御を実
行する。この場合、故障した空燃比センシングシステム
からの空燃比情報を利用しないので、空燃比制御が不能
になる事態が未然に防止され、空燃比は適正に保持され
ることになる。そして、イグニッションキースイッチ
(SW)43がオフであるか否かを判別し(ステップS
28)、判別結果が否定、すなわちエンジンEが運転中
である限り、前記ステップS26が繰り返し実行され、
オープンループA/F制御が継続される。一方、イグニ
ッションキースイッチ(SW)をオフにしてエンジンE
を停止させると、前記記憶装置40bに記憶されていた
空燃比(A/F)センシングシステムの故障判定を解除
して(ステップS30)、当該プログラムの実行を終了
する。従って、エンジンEを再始動した場合、空燃比セ
ンシングシステムの故障判別は初めから実行し直される
ことになる。
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
装置によれば、空燃比を目標空燃比にフィードバック制
御する際に、空燃比センシングシステムからの出力信号
値が所定上限判別値より大の状態が第1の所定時間に亘
って継続するか、内燃エンジンが所定の加速又は減速運
転状態になく、且つ、空燃比センシングシステムからの
出力信号値が所定下限判別値より小の状態が第2の所定
時間に亘って継続したとき、空燃比センシングシステム
が故障であると判定するようにしたので、空燃比センシ
ングシステムの故障を確実に検出することができ、空燃
比センシングシステムの異常時においても、空燃比をオ
ープンループ制御を直ちに実行するようにすれば、排気
ガス特性の悪化、ドランバビリティの低下、アイドル回
転の不安定化等の弊害を防止し、或いは最小限に抑える
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の空燃比センシングシステムの故障判定
方法が適用される空燃比制御装置の概略構成を示すブロ
ック図である。
【図2】図1に示すリニア空燃比センサSおよびリニア
A/Fセンサアンプ45の内部構成をしめす回路図であ
る。
【図3】図1に示すリニアA/Fセンサアンプ45から
出力される空燃比信号Vout と空燃比との関係を示すグ
ラフである。
【図4】図1に示す電子制御装置40が実行する空燃比
センシングシステムの故障判別の手順を示すフローチャ
ートの一部である。
【図5】図4の空燃比センシングシステムの故障判別の
手順に続く残部のフローチャートである。
【符号の説明】
E 内燃エンジン S リニア空燃比センサ 2 燃料噴射弁 10 比較回路 12 積分回路 13 電流検出回路 14 加算回路 20 センサセル 21 ポンプセル 30 ヒータ 31 制御回路 38 センサセル起電力検出回路 39 ポンプカット回路 40 電子制御装置 45 リニアA/Fセンサアンプ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気ガス中の酸素濃度を検出して内燃エ
    ンジンに供給される混合気の空燃比に対応した信号値を
    出力し、この出力信号値に応じて空燃比を理論空燃比近
    傍の第1の目標空燃比および第1の目標空燃比より燃料
    希薄側の第2の目標空燃比の何れか一方にフィードバッ
    ク制御を行なう、空燃比センシングシステムの故障判別
    方法において、空燃比を前記第1および第2の目標空燃
    比の何れか一方にフィードバック制御する際に、空燃比
    センシングシステムからの出力信号値が所定上限判別値
    より大の状態が第1の所定時間に亘って継続するか、前
    記内燃エンジンが所定の加速又は減速運転状態になく、
    且つ、空燃比センシングシステムからの出力信号値が所
    定下限判別値より小の状態が第2の所定時間に亘って継
    続したとき、空燃比センシングシステムが故障であると
    判定することを特徴とする、空燃比センシングシステム
    の故障判定方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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