JPH08110320A - 酸素センサ用ヒータの診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】酸素センサに備えられたヒータの劣化を高精度
に診断する。 【構成】酸素センサに備えられたヒータの容量を、ヒー
タ容量＝ヒータ電流×ヒータ印加電圧として算出する
（Ｓ６）。一方、機関回転速度Ｎｅと基本燃料噴射量Ｔ
ｐとに基づいて現在の排気温度を推定し（Ｓ４）、該排
気温度とヒータ印加電圧とに基づいてヒータ容量の閾値
を設定する（Ｓ５）。そして、前記算出されたヒータ容
量と閾値とを比較し（Ｓ７）、現在のヒータ容量が閾値
よりも小さいときには、ヒータの劣化を判定する（Ｓ
８）。

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用ヒータの診
断装置に関し、詳しくは、ヒータの劣化を診断するため
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排気中の酸素濃度に基づいて
機関吸入混合気の空燃比を検出し、機関吸入混合気の空
燃比を目標空燃比に近づけるように、機関に対する燃料
供給量をフィードバック制御する空燃比フィードバック
制御が知られている（特開昭６０−２４０８４０号公報
等参照）。

【０００３】前記酸素濃度の検出に用いられる酸素セン
サとしては、例えば、ジルコニアチューブの内外表面に
それぞれ電極を形成し、チューブの内側に導入した大気
中の酸素濃度（基準酸素濃度）と外側の機関排気中の酸
素濃度との比に応じて前記電極間に起電力を発生させ、
この起電力をモニタすることで排気中の酸素濃度、引い
ては、機関吸入混合気の理論空燃比に対するリッチ・リ
ーンを間接的に検出するものがある（実開昭６３−５１
２７３号公報等参照）。

【０００４】また、上記酸素センサでは、低排気温時に
センサ素子が不活性となって所期の出力特性を得ること
ができなくなる場合があるので、例えば上記ジルコニア
チューブタイプの酸素センサでは、ジルコニアチューブ
の中空部に棒状のヒータを挿置し、かかるヒータを機関
回転速度や排気温度等の情報に基づいてオン・オフ制御
したり、又は常時通電させることにより、低温排気中に
おいても酸素センサを活性化させて、高排気温度状態と
同様に所期の空燃比フィードバック制御が行えるように
しているものがある。

【０００５】酸素センサの構造としては、上記チューブ
タイプの他、複数のシートを積層してセンサ素子を形成
するものがあり、かかる構成の酸素センサでは、シート
間にヒータ線を挟み込むようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にヒータを備えた酸素センサにおいては、ヒータの劣化
をヒータ容量の検出結果に基づいて診断する方法がある
が、検出したヒータ容量と固定された閾値とを比較し
て、ヒータ劣化の有無を診断する構成であったため、ヒ
ータ劣化を誤判定する惧れがあった。

【０００７】即ち、ヒータ容量を、ヒータ容量＝ヒータ
電流×ヒータ印加電圧とすると、ヒータ電流（ヒータ抵
抗）は、ヒータ印加電圧によって変化し、また、排気温
度によっても変化するため（図６〜図８参照）、実際に
は図５に示すようなヒータ容量特性となる。従って、ヒ
ータ電流とヒータ印加電圧とに基づいて算出したヒータ
容量と固定の閾値とを比較する場合、ヒータ容量が小さ
くなる高排温側では、劣化のない状態であっても閾値よ
りも小さなヒータ容量が検出されて、ヒータ劣化が誤判
定される可能性があり、また、ヒータ容量が大きくなる
低排温側では、劣化が発生しているのに閾値よりも大き
なヒータ容量が検出されて、正常判定がなされてしまう
可能性があった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ヒータ印加電圧や排気温度に影響されずにヒータ
劣化を高い精度で診断できる診断装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる酸素センサ用ヒータの診断装置は、機関排気中
の酸素濃度に感応して出力値が変化する酸素センサに備
えられたヒータを診断する装置であって、図１に示すよ
うに構成される。図１において、ヒータ容量算出手段
は、前記ヒータの容量を前記ヒータに流れる電流と前記
ヒータへの印加電圧とに基づいて算出する。

【００１０】一方、閾値設定手段は、排気温度検出手段
によって検出された機関の排気温度と前記ヒータに対す
る印加電圧とに基づいてヒータ容量の閾値を設定する。
そして、劣化診断手段は、閾値設定手段で設定された閾
値と前記ヒータ容量算出手段で算出されたヒータ容量と
の比較に基づいて前記ヒータの劣化判別を行う。

【００１１】請求項２の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置では、前記排気温度検出手段が、機関運転
条件に基づいて機関の排気温度を推定する構成とした。
請求項３の発明にかかる酸素センサ用ヒータの診断装置
では、前記排気温度検出手段が、前記酸素センサの近傍
位置で排気温度を検出する排気温度センサにより直接的
に排気温度を検出する構成とした。

【００１２】請求項４の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置では、前記閾値設定手段が、排気温度が高
いときほど閾値をより小さく設定する構成とした。

【００１３】

【作用】請求項１の発明にかかる酸素センサ用ヒータの
診断装置によると、ヒータ容量が、ヒータ印加電圧と排
気温度とに基づいて設定された閾値と比較されてヒータ
の劣化が診断される構成であるから、印加電圧や排気温
度の変化によるヒータ容量の変動を排除して、ヒータの
劣化によるヒータ容量の変化のみを診断することが可能
となる。

【００１４】請求項２の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置によると、排気温度を機関運転条件から推
定するから、排気温度を直接検出するセンサを備えない
システムにおいても、排気温度に応じた閾値の設定が行
える。請求項３の発明にかかる酸素センサ用ヒータの診
断装置によると、酸素センサの近傍で直接的に排気温度
を検出するから、排気温度を高精度に検出することが可
能である。

【００１５】請求項４の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置によると、排気温度が高いときほど閾値を
より小さく設定するから、排気温度の上昇に伴うヒータ
抵抗の上昇に対応して閾値を設定させることができる。

【００１６】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられて
いる。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開
弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力
に調整された燃料を、機関１に噴射供給する。

【００１７】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排
出される。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
のセンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理し
て、燃料噴射弁６の作動を制御する。

【００１８】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、本実施例の４気筒の場
合、クランク角180 °毎の基準クランク角信号ＲＥＦ
と、クランク角１°又は２°毎の単位クランク角信号Ｐ
ＯＳとを出力する。ここで、基準クランク角信号ＲＥＦ
の周期、或いは、所定時間内における単位クランク角信
号ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転速度
Ｎｅを算出できる。

【００１９】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
また、排気マニホールド８の集合部に酸素センサ16が設
けられており、この酸素センサ16の出力が排気中の酸素
濃度に感応して変化することで機関吸入混合気の空燃比
を検出できるようになっている。

【００２０】前記酸素センサ16は、図２中に等価回路と
して示すように、例えば大気中の酸素濃度に対する排気
中の酸素濃度の比に応じた起電力を発生する一種の濃淡
電池であり、排気中の酸素濃度が理論空燃比を境に急変
することを利用して、実際の空燃比の理論空燃比に対す
るリッチ・リーンを検出する公知のものである。本実施
例では、前記酸素センサ16に、センサ素子を低排気温状
態であっても活性化させて所期の検出特性（活性化状
態）を維持させるためにヒータ16ａが付設されており、
イグニッションスイッチ17を介して電源電圧（バッテリ
電圧）が印加されるようになっている。

【００２１】尚、酸素センサ16は、ジルコニアチューブ
型の他、シート状部材を積層して構成されるものであっ
ても良く、また、上記のように理論空燃比のみを検出す
る構成に限らず空燃比を広域に検出できるセンサであっ
ても良い。ここにおいて、コントロールユニット12に内
蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、所定の空燃
比フィードバック制御条件が成立しているときに、前記
酸素センサ16の出力に基づいて理論空燃比（目標空燃
比）に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判別し、
該判別結果に基づいて実際の空燃比が理論空燃比に近づ
くように空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを例えば
比例・積分制御する。そして、吸入空気流量Ｑと機関回
転速度Ｎｅとに基づいて算出した基本燃料噴射量Ｔｐ
を、前記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤで補正設
定し、該補正設定された噴射量に基づいて燃料噴射弁６
の開弁時間を制御する。

【００２２】更に、コントロールユニット12は、図３の
フローチャートに示すようにして、前記酸素センサ16の
ヒータ16ａの劣化診断を行う。尚、本実施例において、
ヒータ容量算出手段，排気温度検出手段，閾値設定手段
及び劣化診断手段としての機能は、前記図３のフローチ
ャートに示すように、コントロールユニット12がソフト
ウェア的に備えている。

【００２３】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
イグニッションスイッチ17のＯＮ・ＯＦＦを判別し、Ｏ
Ｎであるときには、ステップ２へ進み、機関が運転中で
あるか否かを、機関回転速度Ｎｅや吸入空気流量Ｑに基
づいて判別する。そして、機関が運転中であるときに
は、ステップ３へ進み、ヒータ16ａに対する印加電圧
（バッテリ電圧）を検出する。

【００２４】次のステップ４では、機関負荷を代表する
前記基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎｅとに基づい
て、現在の運転条件における排気温度を推定する（図４
参照）。このように、機関運転条件に基づいて、排気温
度を推定する構成であれば、排気温度センサを備えない
場合であっても、排気温度に基づいたヒータ16ａの劣化
診断が行え、安価なシステム構成となる。

【００２５】ここで、前記酸素センサ16の近傍位置で排
気温度を直接的に検出する排気温度センサを設ける構成
としても良く、この場合には、排気温度を高い精度で検
出できることになる。ステップ５では、図５に示すよう
に、予め排気温度とヒータ印加電圧とをパラメータとし
てヒータ容量の閾値を記憶したマップを参照して、現在
の排気温度と印加電圧とに対応する閾値を設定する。

【００２６】前記マップは、ヒータ印加電圧と排気温度
とによるヒータ容量の変化に対応して設定されており、
ヒータ抵抗が増大するためにヒータ容量が小さくなる排
気温度が高いときには、閾値がより小さく設定されるよ
うにしてある。ステップ６では、現在のヒータ容量を、 ヒータ容量＝ヒータ電流×ヒータ印加電圧 として算出する。

【００２７】そして、ステップ７では、前記ステップ６
で算出した現在のヒータ容量と、前記ステップ５でマッ
プを参照して求めた閾値とを比較する。ここで、現在の
ヒータ容量が閾値よりも小さいときには、ヒータに劣化
が生じているものと判断し、ステップ８へ進んで劣化判
定を行う。一方、現在のヒータ容量が閾値以上であると
きには、ヒータに劣化は生じていないものと判断し、ス
テップ９へ進んでヒータ16ａの正常判定を行う。

【００２８】このように本実施例によると、ヒータ16ａ
の劣化とは無関係にヒータ容量の変動を来すヒータ印加
電圧と排気温度とに基づいて閾値を設定したことによ
り、ヒータ印加電圧や排気温度の変動があっても、ヒー
タ16ａの劣化によるヒータ容量の減少のみを判別するこ
とができ、高い精度の診断結果を提供できる。尚、ステ
ップ８で劣化判定を行ったときには、ヒータ16ａによる
加熱がないと酸素センサ16の活性化が図れない所定の低
排温時において、酸素センサ16を用いた空燃比フィード
バック制御を停止するフェイルセーフを実行させたり、
或いは、ヒータ16ａの劣化発生を運転者に警告するよう
にすると良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる酸素センサ用ヒータの診断装置によると、印加電圧
や排気温度の変化によるヒータ容量の変動を排除して、
ヒータの劣化によるヒータ容量の変化のみを精度良く診
断することができるという効果がある。

【００３０】請求項２の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置によると、排気温度を直接検出するセンサ
を備えないシステムにおいても、排気温度に応じた閾値
の設定が行えるという効果がある。請求項３の発明にか
かる酸素センサ用ヒータの診断装置によると、酸素セン
サの近傍で直接的に排気温度を検出するから、排気温度
を高精度に検出することができるという効果がある。

【００３１】請求項４の発明にかかる酸素センサ用ヒー
タの診断装置によると、排気温度が高いときほど閾値を
より小さく設定するから、排気温度の上昇に伴うヒータ
抵抗の上昇に対応して閾値を設定させることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる診断装置の基本構成を
示すブロック図。

【図２】実施例を示すシステム構成を示す図。

【図３】実施例の劣化診断制御を示すフローチャート。

【図４】運転条件による排気温度の推定制御を示す線
図。

【図５】排気温度と印加電圧に基づくヒータ容量変化の
様子を示す線図。

【図６】排気温度と印加電圧とによるヒータ表面温度の
変化を示す線図。

【図７】排気温度と印加電圧とによるヒータ表面温度の
変化を示す線図。

【図８】ヒータ表面温度とヒータ抵抗との相関を示す線
図。

【符号の説明】

１ 機関 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 酸素センサ 16ａ ヒータ 17 イグニッションスイッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関排気中の酸素濃度に感応して出力値が
   変化する酸素センサに備えられたヒータを診断する酸素
   センサ用ヒータの診断装置であって、 前記ヒータの容量を前記ヒータに流れる電流と前記ヒー
   タへの印加電圧とに基づいて算出するヒータ容量算出手
   段と、 機関の排気温度を検出する排気温度検出手段と、 該排気温度検出手段で検出された排気温度と前記ヒータ
   に対する印加電圧とに基づいて前記ヒータ容量の閾値を
   設定する閾値設定手段と、 該閾値設定手段で設定された閾値と前記ヒータ容量算出
   手段で算出されたヒータ容量との比較に基づいて前記ヒ
   ータの劣化判別を行う劣化診断手段と、 を含んで構成された酸素センサ用ヒータの診断装置。
2. 【請求項２】前記排気温度検出手段が、機関運転条件に
   基づいて機関の排気温度を推定することを特徴とする請
   求項１記載の酸素センサ用ヒータの診断装置。
3. 【請求項３】前記排気温度検出手段が、前記酸素センサ
   の近傍位置で排気温度を検出する排気温度センサにより
   直接的に排気温度を検出することを特徴とする請求項１
   記載の酸素センサ用ヒータの診断装置。
4. 【請求項４】前記閾値設定手段が、排気温度が高いとき
   ほど閾値をより小さく設定することを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１つに記載の酸素センサ用ヒータの診
   断装置。