JPH06229969A

JPH06229969A - 空燃比制御装置および酸素センサの劣化検出装置

Info

Publication number: JPH06229969A
Application number: JP5019064A
Authority: JP
Inventors: Chikaaya Abe; 親礼安部
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】酸素センサが長期に亘って使用されても、酸
素センサを用いて正確な空燃比を測定し、適正なエンジ
ンの空燃比制御を行うことのできる空燃比制御装置の提
供。【構成】燃料噴射弁１６の噴射量を制御し、エンジン
１１の空燃比制御を行う制御装置１５は、排気ガス通路
１２内の空燃比を検出する酸素センサ１４と、燃焼室１
７内の火炎抵抗値を測定する電極プラグ１８とを備え
る。そして、制御装置１５は、電極プラグ１８で測定さ
れた火炎抵抗値の最低値の平均値から比較空燃比を求め
（空燃比算出手段）、酸素センサ１４の検出する空燃比
と比較空燃比とから補正係数を求め、酸素センサ１４の
検出する空燃比を補正係数によって補正している（空燃
比補正手段）。そして、制御装置１５は、補正された空
燃比を用いてエンジン１１の空燃比制御を行っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素センサによって検
出される排気ガス中の酸素濃度に応じてエンジンの空燃
比制御を行う空燃比制御装置、および排気ガス中の酸素
濃度を検出する酸素センサの劣化検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】酸素センサには、理論空燃比付近で出力
値が急激に変化して、理論空燃比付近の空燃比を検出す
るセンサ（λ点酸素センサ）と、出力値によってリーン
状態およびリッチ状態の幅広い範囲の空燃比を検出する
センサ（広域酸素センサ）等が知られている。そして、
酸素センサの検出する空燃比に応じて、制御装置がエン
ジンの空燃比をフィードバック補正によって制御してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの酸素センサ
は、長期に亘って排気ガスに晒されるため、熱変化や化
学変化によって検出する空燃比の値が変化してしまう。
この具体的な一例を示すと、λ点酸素センサは、図１２
の実線Ｂに示すように、出力が急激に変化する空燃比
（検出する理論空燃比点）が、長期に使用されるに従
い、リッチ側へ移行してしまう。また、広帯域酸素セン
サでは、図１３に示すように、長期に使用されるに従
い、実線Ｃに示す値から一点鎖線Ｄに示すように出力
（ポンプ電流）が低下してしまう。そして、従来では、
酸素センサを長期に使用するに従って、酸素センサによ
って検出される空燃比の値が変化するため、制御装置に
よって適正なエンジンの空燃比制御を行うことができな
かった。また、酸素センサの劣化状態は、運転状態履歴
によって変化する。このため、使用時間や走向距離によ
って酸素センサの劣化状態を正しく知ることができな
い。そして、使用時間や走向距離によって酸素センサを
交換する従来の方法では、劣化の速い状態を想定して交
換時期を設定するため、多くの酸素センサは充分に正常
な範囲で交換される。つまり、従来では充分使用できる
酸素センサでも交換していた。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その第１の目的は、酸素センサが長期に亘って
使用されても、酸素センサを用いて正確な空燃比を測定
し、適正なエンジンの空燃比制御を行うことのできる空
燃比制御装置の提供にあり、第２の目的は、酸素センサ
を適切な時期で交換するために、酸素センサの劣化状態
を正確に知ることのできる酸素センサの劣化検出装置の
提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】最低火炎抵抗値と空燃比
は、対応した関係にある（図６参照）。第１発明の空燃
比制御装置は、図１に示すように次の技術的手段を採用
した。空燃比制御装置は、エンジン１の排気ガス通路２
に設けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素セン
サ３と、この酸素センサ３によって検出される排気ガス
中の酸素濃度に応じて前記エンジン１の空燃比補正制御
を行う制御装置４とを備える。そして、前記制御装置４
は、前記エンジン１の燃焼室内における火炎抵抗を検出
する電極プラグ５を備える。また、前記制御装置４は、
前記酸素センサ３によって検出された空燃比を、前記電
極プラグ５によって検出される火炎抵抗値の最小抵抗値
から求められる空燃比によって補正する空燃比補正手段
７を備える。そして、前記制御装置４は、この空燃比補
正手段７によって補正された空燃比によって前記エンジ
ン１の空燃比補正制御を行う。

【０００６】第２発明の酸素センサの劣化検出装置は、
図２に示すように次の技術的手段を採用した。酸素セン
サの劣化検出装置は、エンジン１の排気ガス通路２に設
けられ、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ３
と、前記エンジン１の燃焼室内における火炎抵抗を検出
する電極プラグ５と、この電極プラグ５によって検出さ
れる火炎抵抗値の最小抵抗値から求められる空燃比と前
記酸素センサ３によって検出された空燃比との差が所定
値に達した際に、前記酸素センサ３の劣化を判定する劣
化判定手段８とを具備する。なお、火炎抵抗値の最小抵
抗値は空燃比と対応しているため、火炎抵抗値の最小抵
抗値の変化のみに注目してこれを検出し比較判定するよ
うにしても良い。

【０００７】

【第１発明の作用】制御装置は、電極プラグによって検
出される火炎抵抗値の最低値から求められる空燃比と、
酸素センサによって検出される空燃比とを空燃比補正手
段で比較し、その差に応じて、酸素センサによって検出
された空燃比を補正する。そして、制御装置は、空燃比
補正手段で補正された空燃比によって、エンジンの空燃
比制御を行う。

【０００８】

【第１発明の効果】火炎抵抗値から求められる比較空燃
比は経年変化による影響を殆ど受けない。このため、酸
素センサが長期に使用されて、酸素センサの検出する空
燃比が変化しても、電極プラグを用いて測定した空燃比
から酸素センサの検出する空燃比を補正して使用するこ
とにより、適正なエンジンの空燃比制御を行うことがで
きる。

【０００９】

【第２発明の作用】劣化判定手段は、火炎抵抗値の最小
抵抗値から求められる空燃比と、酸素センサによって検
出された空燃比とを比較する。そして、その差が所定値
に達した際、劣化判定手段は、酸素センサが劣化した旨
の判定を行う。

【００１０】

【第２発明の効果】火炎抵抗値から求められる比較空燃
比は経年変化による影響を殆ど受けない。そして、経年
変化による影響を殆ど受けない火炎抵抗値から求められ
る比較空燃比と、酸素センサの検出する空燃比とを比較
することによって、使用条件が異なっても、酸素センサ
の劣化の度合に応じた適切な時期に酸素センサの劣化を
知ることができる。つまり、酸素センサの劣化の度合に
応じた適切な時期に酸素センサの交換を行うことができ
るため、使用に耐えうる酸素センサを交換する不具合を
無くすことができる。

【００１１】

【実施例】第１本発明の空燃比制御装置および第２発明
の酸素センサの劣化検出装置を図面を用いて説明する。〔第１実施例の構成〕図３ないし図９は第１本発明の空
燃比制御装置の実施例を示すもので、図３は空燃比制御
装置の概略構成図である。エンジン１１は、排気ガス通
路１２に、排気ガスを浄化する３元触媒１３が配置され
ている。この３元触媒１３の上流の排気ガス通路１２に
は、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１４が
取り付けられている。この酸素センサ１４は、制御装置
１５に接続されている。制御装置１５は、コンピュータ
を用いてエンジン１１の吸気通路に装着された燃料噴射
弁１６を電気的に制御するもので、酸素センサ１４によ
って検出される空燃比や、車両走行状態（車速、スロッ
トル開度、エンジン回転数、クランク角、水温、ブレー
キ信号、エアフロメータ等）に応じて、燃料の噴射量を
制御している。なお、酸素センサ１４は、排気ガス通路
１２中の排気ガスの酸素濃度によって電気的出力が変化
する周知の構造のもので、特に構造や材質を限定するも
のではない。酸素センサ１４の一例を示すと、理論空燃
比よりもリッチ側およびリーン側の広い範囲を検出する
周知の広域空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）を使用する
ものとする。

【００１２】酸素センサ１４によって検出される空燃比
は、制御装置１５内において、エンジン１１の燃焼室１
７内の火炎抵抗を検出する電極プラグ１８の出力を用い
て補正される。本実施例の電極プラグ１８は、例えば図
４に示すように、点火栓１９と一体に設けられたもの
で、点火栓１９の外側電極２０と電圧印加電極２１との
間で火炎抵抗値を測定する。火炎抵抗値は、図５に示す
回路と、次の数式によって求められる。

【数１】Ｒｉ＝Ｒ（Ｖ−Ｖｒ）／Ｖｒなお、Ｒｉは外側電極２０と電圧印加電極２１との間の
火炎抵抗値、Ｒは直列抵抗２２の抵抗値、Ｖは印加電
圧、Ｖｒは直列抵抗２２の両端に検出された電圧値であ
る。

【００１３】火炎抵抗値Ｒｉの最低値と、空燃比との関
係を図６に示す。図６に示すように、燃焼室１７内で爆
発がコンスタントに行われても、燃料の混ざり具合など
により火炎抵抗値Ｒｉの最低値がばらつく（図６の矢印
参照）。しかるに、平均値を算出することにより、火炎
抵抗値Ｒｉは、実際の空燃比に対応した曲線Ａを描く。
そして、本実施例の制御装置１５は、火炎抵抗値Ｒｉの
最低値の平均値と、図６の曲線とから空燃比を求め（こ
の空燃比を、以下比較空燃比とする）、この比較空燃比
と、酸素センサ１４の検出する空燃比とを比較して、そ
の差から酸素センサ１４の検出する空燃比を補正する補
正値を算出する。なお、図６の火炎抵抗値Ｒｉの最低値
と空燃比との関係は、予めベンチテストで求めておいて
も良いし、酸素センサ１４を装着した車両搭載エンジン
で、未だ酸素センサ１４が新しく、劣化していない間の
使用中に学習によって得るように設けても良い。

【００１４】この補正値を算出する制御の一例を、図７
のフローチャートを用いて説明する。エンジン１１が始
動されると（スタート）、まず火炎抵抗値Ｒｉによる空
燃比チェックを行うのに適したエンジン１１の運転状態
か否かの判断を行う（ステップＳ1 ）。それは、最低火
炎抵抗値Ｒｉmin は、空燃比の他に、燃焼空気の充填率
（負荷）や、スワール（エンジン回転速度）など主とし
て温度の影響を受けて変化する。このため、空燃比の測
定を行うために最低火炎抵抗値Ｒｉmin の測定を行う際
や、第２実施例で示すように、酸素センサ１４で測定さ
れる空燃比と比較する最低火炎抵抗値Ｒｉmin の測定を
行う際は、エンジンの運転状態が所定の条件を満たして
いることを確認する必要がある。また、本実施例では、
エンジンの運転状態が理論空燃比（λ＝１）付近以外で
安定しているか否かの判断を行う（図１３で示したよう
に、広域酸素センサによるポンプ電流で酸素濃度を測定
する場合、理論空燃比付近では劣化による変化がほとん
どないため）。このステップＳ1 の判断結果がNOの場合
は、ステップＳ1 へ戻る。またYES の場合は、火炎抵抗
値Ｒｉを算出するとともに、火炎抵抗値Ｒｉの最低値を
記憶する（ステップＳ2 ）。なお、このステップＳ2 に
ついては、後述する。続いて、所定データを記憶したか
否かの判断を行う。つまり、例えば数１０行程又はそれ
以上の行程分の爆発時の火炎抵抗値Ｒｉの最低値を記憶
したか否かの判断を行う（ステップＳ3 ）。この判断結
果がNOの場合は、火炎抵抗値Ｒｉによる空燃比チェック
を行うのに適したエンジン１１の運転状態が継続してい
るか否かの判断を行う（ステップＳ4 ）。この判断結果
がYES の場合は、ステップＳ2 へ戻る。また、ステップ
Ｓ4 の判断結果がNOの場合は、記憶した火炎抵抗値Ｒｉ
の最低値のデータをリセットして（ステップＳ5 ）、リ
ターンする。ステップＳ3 の判断結果がYES の場合は、
記憶した所定量の火炎抵抗値Ｒｉの最低値を平均化し、
その平均値と制御装置１５の図示しないＲＯＭに記憶す
る図６のグラフに相当するデータとから比較空燃比を算
出する（ステップＳ6 ）。続いて、ステップＳ6 で算出
された比較空燃比と、酸素センサ１４で検出される空燃
比（こちらも平均化しても良い）とを比較し、その差か
ら酸素センサ１４で検出される空燃比を補正するための
補正係数αを求める（リーン側の補正係数とリッチ側の
補正係数をそれぞれ別に求めても良い）（ステップＳ7
）。そして、算出された補正係数αを、制御装置１５
の図示しないＲＡＭに記憶させ（ステップＳ8 ）、その
後、リターンする。

【００１５】酸素センサ１４の検出する空燃比を上記の
補正係数αを用いて補正する制御、およびその補正され
た空燃比を用いたエンジン１１の空燃比制御は、上記の
制御とは別に行われ、その一例を図８のフローチャート
を用いて簡単に説明する。エンジン１１が始動されると
（スタート）、まず、制御装置１５の記憶する補正係数
αを読み出す（ステップＳ9 ）。続いて、酸素センサ１
４で検出された空燃比に補正係数αを乗算する（ステッ
プＳ10）。そして、車両走行状態と補正された空燃比と
を用いた周知の制御技術によって燃料噴射弁１６を制御
する（ステップＳ11）。なお、火炎抵抗値の最小抵抗値
から比較空燃比を算出する本発明の空燃比算出手段は、
上記ステップＳ1 〜Ｓ6 によって実施され、酸素センサ
によって検出された空燃比を、比較空燃比によって補正
する本発明の空燃比補正手段は、上記ステップＳ7 〜Ｓ
10によって実施される。

【００１６】上記ステップＳ2 の制御を、図９のフロー
チャートを用いて説明する。本実施例においては、火炎
抵抗値を、クランク角１°毎に測定するもので、まず、
クランク角センサより読み取られたクランク角が、１°
経過したか否かの判断を行う（ステップＳ21）。この判
断結果がNOの場合は、ステップＳ21へ戻る。ステップＳ
21の判断結果がYES の場合は、直列抵抗２２の両端の電
圧値Ｖｒを読み込み（ステップＳ22）、上記〔数１〕か
ら火炎抵抗値Ｒｉを算出する（ステップＳ23）。次に、
今回算出した火炎抵抗値Ｒｉが、Ｒｉmin より小さいか
否かの判断を行う（ステップＳ24）。なお、Ｒｉmin
は、燃焼の１サイクルの初期にクリアされているので、
１回目の読み込み値は、Ｒｉmin より小さい。このステ
ップＳ24の判断結果がYES の場合は、今回算出した火炎
抵抗値ＲｉをＲｉmin とする（ステップＳ25）。つま
り、火炎抵抗値Ｒｉが低下する間は、Ｒｉmin をつぎつ
ぎと小さい値に更新する。また、ステップＳ24の判断結
果がNOの場合は、つまり、火炎抵抗値Ｒｉが上昇を始め
ると、前回更新したＲｉmin を今回のサイクルの最低火
炎抵抗値Ｒｉmin として記憶する（ステップＳ26）。な
お、本実施例では説明を容易にするために、気筒数が１
つのエンジンを示したが、多気筒エンジンに適用しても
良い。その場合、各気筒毎に火炎抵抗値を測定しても良
いが、代表して１つまたは複数の気筒の火炎抵抗値を測
定するように設けても良い。また、酸素センサの検出す
る空燃比と、電極プラグによって測定される比較空燃比
との差が、所定値以上に達したら、酸素センサを交換す
る旨を使用者に表示するように設けても良い。

【００１７】〔第１実施例の効果〕火炎抵抗値による比
較空燃比は経年変化による影響を殆ど受けない。そし
て、酸素センサ１４の検出する空燃比は、安定したエン
ジン１１の運転状態となる毎に、経年変化を受けない比
較空燃比によって補正係数の更新を受ける。このため、
酸素センサ１４が長期に使用されて、酸素センサ１４の
検出する空燃比が変化しても、更新された補正係数と、
酸素センサ１４の出力とから、常に正確な空燃比を検出
できる。つまり、本実施例の空燃比制御装置は、酸素セ
ンサ１４を長期に亘って使用しても、正確な空燃比によ
って、適正なエンジン１１の空燃比制御を行うことがで
きる。また、本実施例では、１つの酸素センサ１４でセ
ンサの耐久劣化に対応できる。このため、従来、酸素セ
ンサを２つ使用して耐久劣化に対処していた技術に比較
して、空燃比制御装置のコストを低く抑えることができ
る。

【００１８】〔第２実施例の構成〕図１０および図１１
は、第１本発明の空燃比制御装置の実施例とともに、第
２本発明の酸素センサの劣化検出装置の実施例を示すも
ので、図１０は空燃比制御装置の概略構成図である。な
お、第１実施例と同一符号は、同一機能物を示す。本実
施例に示すエンジン３１は４気筒エンジンで、制御装置
３２は、酸素センサ１４によって検出される平均空燃比
λｍに基づき、燃料噴射弁１６の噴射量制御を行ってい
る。このフィードバック制御中における第１〜第４気筒
の最低火炎抵抗値Ｒｉmin １〜４は、バラツキが発生す
る（図１１参照）。これは、吸気通路の形状等によって
各気筒によって燃料供給量が変化したり、燃焼空気量が
変化する等によって発生する。そして、本実施例では、
１つの気筒、ここでは第３気筒のみに火炎抵抗値Ｒｉを
測定する電極プラグ１８を設けた例に基づき説明する。

【００１９】第１〜第４気筒の最低火炎抵抗値Ｒｉmin
１〜４の平均最低火炎抵抗値Ｒｉmin ｍは、次の数式に
よって表される。

【数２】Ｒｉmin ｍ＝（Ｒｉmin １＋Ｒｉmin ２＋Ｒｉmin ３＋Ｒｉmin ４）／４そして、上記の平均空燃比λｍと、平均最低火炎抵抗値
Ｒｉmin ｍとの関係は、次の関係によって表される。

【数３】λｍ＝Ｆ（Ｒｉmin ｍ）一方、平均最低火炎抵抗値Ｒｉmin ｍと第３気筒の最低
火炎抵抗値Ｒｉmin ３との関係は、電極プラグ１８の経
年変化を問わず次式によって表される。

【数４】Ｒｉmin ｍ≒ｋ3 ・Ｒｉmin ３なお、ｋ3 は定数である。上記の関係により、第３気筒
の最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３によって、平均空燃比λｍ
を次式により求めることができる。

【数５】 λｍ＝Ｆ（Ｒｉmin ｍ）＝Ｆ（ｋ3 ・Ｒｉmin ３）

【００２０】今、制御装置３２による平均空燃比λｍの
フィードバック制御が、制御目標値を（λｍ）₀とし
て、酸素センサ１４による検出空燃比λｍｓに基づいて
行われ燃料噴射弁１６の噴射量制御が行われていると
し、未だ酸素センサ１４が新しく、劣化していない時の
検出空燃比λｍｓを（λｍ）₀、その時の電極プラグ１
８で検出される最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３を（Ｒｉmin
３）₀とする。そして、その後酸素センサ１４の使用を
継続してきたある時点における酸素センサ１４による検
出空燃比を（λｍ）₀₁、その時の電極プラグ１８で検出
される最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３を（Ｒｉmin ３）₀₁と
すると、酸素センサ１４によって検出される空燃比（λ
ｍｓ）₀₁に対して実際に制御された空燃比（λｍｓ）₀₁
は次式によって表される。

【数６】（λｍｓ）₀₁＝（λｍ）₀＋Δλ ＝（λｍ）₀＋｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）・ ΔＲｉmin ｍ＝（λｍ）₀＋｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）・ｋ3 ・ΔＲｉmin ３但し、ここでΔＲｉmin ３＝（Ｒｉmin ３）₀₁−（Ｒｉ
min ３）₀ 即ち、第３気筒の最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３のみを測定
し、これが初期値（Ｒｉmin ３）₀からΔＲｉmin ３だ
け変化した時は、数式６より実際の空燃比（λｍ）₀₁が
求められる。そして、制御装置３２は、数式６より算出
される実際の空燃比（λｍ）₀₁を基に、酸素センサ１４
によって検出される空燃比（λｍｓ）₀₁を自動補正し、
この補正された空燃比を基に燃料噴射弁１６の噴射量の
フィードバック制御を行う。

【００２１】また、制御装置３２には、酸素センサ１４
の交換時期を判定する劣化判定手段３３が設けられてい
る。この劣化判定手段３３は、ΔＲｉmin ３のみに着目
して、数式６から求められる実際の平均空燃比λｍ値で
ある（λｍ）_{0 01}と、酸素センサ１４の検出値（λｍ）
₀₁とを比較し、例えばその差が一定値を越えたとき酸素
センサ１４が劣化したと判定する。そして、劣化判定手
段３３が酸素センサ１４の劣化を判定した際は、図示し
ない表示装置によって酸素センサ１４を交換する旨を使
用者に知らせる。

【００２２】なお、上記数式６中の｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin
ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）の値〔但し、Ｒｉmin ３＝
（Ｒｉmin ３）₀〕、および定数ｋ３は、ベンチテスト
等で予め必要な範囲で求めておくものとする。また、最
低火炎抵抗値Ｒｉmin ３の初期値（Ｒｉmin ３）₀は、
ベンチテスト等で予め求めても良いし、酸素センサ１４
の正常なとき、例えば装着初期時に学習によって修得し
これを記憶するようにさせても良い。なお、当然なが
ら、学習で記憶する際は、所定の運転条件が安定して実
現されていることを確認の上、行う必要がある。また、
本実施例では、酸素センサ１４の空燃比の自動補正制御
と酸素センサ１４の劣化検出とを併せて行った例を示し
たが、酸素センサの劣化検出のみを行っても良い。その
場合、最低火炎抵抗値例えばＲｉmin ３の変化のみに注
目し、この変化量が所定値を越えたとき劣化判定するこ
とができ簡単となる

【００２３】〔変形例〕上記の実施例では、火炎抵抗値
をクランク角が１°進む毎に算出して最低値を読み取っ
た例を示したが、常時火炎抵抗値を検出するようにして
も良い。一例として、ピークホールド回路を用いてアナ
ログ的に求める方法、即ち火炎抵抗値に比例する電圧に
よってダイオードを介してコンデンサを充放電するよう
に設け、そのコンデンサによって保持された充電電圧か
ら火炎抵抗値の最低値をアナログ的に検出するようにす
る方法など、他の技術によって火炎抵抗値の最低値を求
めても良い。酸素センサに広域酸素センサ（ＵＥＧＯセ
ンサ）を使用した例を示したが、この広域酸素センサに
ヒータを組み込んだ酸素センサや、出力の急激な変化に
よって理論空燃比付近の空燃比を検出するλ点センサな
ど、全ての酸素センサに適用可能なものである。電極プ
ラグを点火栓と一体に設けた例を示したが、点火栓と別
体に設けて燃焼室に設けても良い。また、点火栓の火花
放電ギャップから火炎抵抗値を測定するように設けても
良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の構成を説明するブロック図である。

【図２】第２発明の構成を説明するブロック図である。

【図３】空燃比制御装置の概略構成図である。

【図４】電極プラグと一体化された点火栓の側面図であ
る。

【図５】火炎抵抗値を測定する電気回路図である。

【図６】火炎抵抗値の最低値と空燃比との関係を示すグ
ラフである。

【図７】補正係数を算出するフローチャートである。

【図８】酸素センサの検出する空燃比を補正するフロー
チャートである。

【図９】火炎抵抗値の最低値を読み取るフローチャート
である。

【図１０】空燃比制御装置および酸素センサの劣化検出
装置の概略構成図である。

【図１１】各気筒によって最低火炎抵抗値にバラツキが
発生することを説明するグラフである。

【図１２】λ点酸素センサの経年変化を示すグラフであ
る。

【図１３】広域酸素センサの経年変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１エンジン２排気ガス通路３酸素センサ４制御装置５電極プラグ７空燃比補正手段８劣化判定手段

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【手続補正書】

【提出日】平成５年２月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】〔第２実施例の構成〕図１０および図１１
は、第１本発明の空燃比制御装置の実施例とともに、第
２本発明の酸素センサの劣化検出装置の実施例を示すも
ので、図１０は空燃比制御装置の概略構成図である。な
お、第１実施例と同一符号は、同一機能物を示す。本実
施例に示すエンジン３１は４気筒エンジンで、制御装置
３２は、酸素センサ１４によって検出される検出空燃比
λｍｓに基づき、燃料噴射弁１６の噴射量制御を行って
いる。このフィードバック制御中における第１〜第４気
筒の最低火炎抵抗値Ｒｉmin １〜４は、バラツキが発生
する（図１１参照）。これは、吸気通路の形状等によっ
て各気筒によって燃料供給量が変化したり、燃焼空気量
が変化する等によって発生する。そして、本実施例で
は、１つの気筒、ここでは第３気筒のみに火炎抵抗値Ｒ
ｉを測定する電極プラグ１８を設けた例に基づき説明す
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【数３】λｍ＝Ｆ（Ｒｉmin ｍ）一方、平均最低火炎抵抗値Ｒｉmin ｍと第３気筒の最低
火炎抵抗値Ｒｉmin ３との関係は、酸素センサ１４の経
年変化を問わず次式によって表される。

【数５】 λｍ＝Ｆ（Ｒｉmin ｍ）＝Ｆ（ｋ3 ・Ｒｉmin ３）

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】今、制御装置３２による平均空燃比λｍの
フィードバック制御が、制御目標値を（λｍ）₀とし
て、酸素センサ１４による検出空燃比λｍｓに基づいて
行われているとし、未だ酸素センサ１４が新しく、劣化
していない時の検出空燃比λｍｓを（λｍｓ）₀、その
時の電極プラグ１８で検出される最低火炎抵抗値Ｒｉmi
n ３を（Ｒｉmin ３）₀とする。そして、その後酸素セ
ンサ１４の使用を継続してきたある時点における酸素セ
ンサ１４による検出空燃比を（λｍｓ）₀₁、その時の電
極プラグ１８で検出される最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３を
（Ｒｉmin ３）₀₁とすると、酸素センサ１４によって検
出される空燃比（λｍｓ）₀₁に対して実際に制御された
空燃比（λｍ） ₀₁は次式によって表される。

【数６】（λｍ） ₀₁＝（λｍ）₀＋Δλｍ＝（λｍ）₀＋｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）・ ΔＲｉmin ｍ＝（λｍ）₀＋｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）・ｋ3 ・ΔＲｉmin ３但し、ここでΔＲｉmin ３＝（Ｒｉmin ３）₀₁−（Ｒｉ
min ３）₀ 即ち、第３気筒の最低火炎抵抗値Ｒｉmin ３のみを測定
し、これが初期値（Ｒｉmin ３）₀からΔＲｉmin ３だ
け変化した時は、数式６より実際の空燃比（λｍ）₀₁が
求められる。そして、制御装置３２は、数式６より算出
される実際の空燃比（λｍ）₀₁を基に、酸素センサ１４
によって検出される空燃比（λｍｓ）₀₁を自動補正し、
この補正された空燃比を基に燃料噴射弁１６の噴射量の
フィードバック制御を行う。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】また、制御装置３２には、酸素センサ１４
の交換時期を判定する劣化判定手段３３が設けられてい
る。この劣化判定手段３３は、ΔＲｉmin ３のみに着目
して、数式６から求められる実際の平均空燃比λｍ値で
ある（λｍ） ₀₁と、酸素センサ１４の検出値（λｍｓ）
₀₁とを比較し、例えばその差が一定値を越えたとき酸素
センサ１４が劣化したと判定する。そして、劣化判定手
段３３が酸素センサ１４の劣化を判定した際は、図示し
ない表示装置によって酸素センサ１４を交換する旨を使
用者に知らせる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】なお、上記数式６中の｛ｄ／ｄ（Ｒｉmin
ｍ）｝・Ｆ（Ｒｉmin ｍ）の値〔但し、Ｒｉmin ３＝
（Ｒｉmin ３）₀〕、および定数ｋ３は、ベンチテスト
等で予め必要な範囲で求めておくものとする。また、最
低火炎抵抗値Ｒｉmin ３の初期値（Ｒｉmin ３）₀は、
ベンチテスト等で予め求めても良いし、酸素センサ１４
の正常なとき、例えば装着初期時に学習によって修得し
これを記憶するようにさせても良い。なお、当然なが
ら、学習で記憶する際は、所定の運転条件が安定して実
現されていることを確認の上、行う必要がある。また、
本実施例では、酸素センサ１４の空燃比の自動補正制御
と酸素センサ１４の劣化検出とを併せて行った例を示し
たが、酸素センサの劣化検出のみを行っても良い。その
場合、最低火炎抵抗値例えばＲｉmin ３の変化のみに注
目し、この変化量が所定値を越えたとき劣化判定するこ
とができ簡単となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 27/419 27/60 Ｄ 7414−2Ｊ 27/68 Ｃ 7414−2Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気ガス通路に設けられ、排
気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、この酸素センサによって検出される排気ガス中の酸素濃
度に応じて前記エンジンの空燃比補正制御を行う制御装
置とを備える空燃比制御装置において、前記制御装置は、前記エンジンの燃焼室内における火炎抵抗を検出する電
極プラグを備えるとともに、前記酸素センサによって検出された空燃比を、前記電極
プラグによって検出される火炎抵抗値の最小抵抗値から
求められる空燃比によって補正する空燃比補正手段を備
え、この空燃比補正手段によって補正された空燃比によって
前記エンジンの空燃比補正制御を行うことを特徴とする
空燃比制御装置。
【請求項２】エンジンの排気ガス通路に設けられ、排
気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサと、前記エンジンの燃焼室内における火炎抵抗を検出する電
極プラグと、この電極プラグによって検出される火炎抵抗値の最小抵
抗値から求められる空燃比と、前記酸素センサによって
検出された空燃比との差が所定値に達した際に、前記酸
素センサの劣化を判定する劣化判定手段とを具備する酸
素センサの劣化検出装置。