CN106414977A - 发动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明高精度地检测空燃比传感器的死区时间特性的劣化而无运转性及排气性能的劣化。本发明的发动机的控制装置的特征在于，包括如下单元：检测空燃比的单元；以规定周期改变空燃比的单元；以及在空燃比检测单元的输出信号中的规定频率的振幅处于规定范围内、并且从与发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度为规定值以上时，通知空燃比检测单元的异常，或者至少为发动机控制的一部分开启故障保险的单元。

Description

发动机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种发动机的控制装置，尤其涉及检测排气管的空燃比的空燃比传感器的劣化检测。
背景技术
作为本技术领域的背景技术，有日本专利特开2008-175202号公报(专利文献1)。在该公报中揭示有如下内容：根据检测内燃机的废气的空燃比的空燃比传感器的输入空燃比的方差值峰值和输出空燃比峰值的时间来测量空燃比传感器的死区时间，从而进行异常诊断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2008-175202号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所记载的技术中，在算出方差值的期间内，必须使空燃比以规定的中心空燃比为界而阶段性地朝贫侧和富侧变化。因而，必须在算出方差值的期间使改变空燃比的控制持续，从而存在发动机的运转性及排气性能发生劣化的问题。此外，存在为了算出方差值而导致检测期间也变长的问题。
本发明是鉴于这种问题而成，其目的在于高精度地检测空燃比传感器的死区时间特性的劣化而无运转性及排气性能的劣化。
解决问题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的控制装置的特征在于，包括：空燃比检测单元，其检测排气管的空燃比；以及空燃比变动单元，其以规定周期改变排气管的空燃比，在通过所述空燃比变动单元而使得空燃比发生变动时的所述空燃比检测单元的输出信号中的规定频率的振幅为规定值以上、并且从与发动机相位相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度为规定值以上时，通知所述空燃比检测单元的异常，或者为发动机控制的一部分开启故障保险。
发明的效果
根据本发明，由于是根据空燃比传感器输出信号的振幅和相位变化来诊断空燃比传感器的劣化，因此能以较短时间进行劣化诊断。
此外，由于是在平均空燃比为排气最佳空燃比的状态下使用频率相对较高的空燃比振动来检测空燃比传感器的死区时间特性的劣化，因此可实现短时间且高精度的检测而无运转性及排气性能的劣化。
附图说明
图1为实施例1～4中的发动机控制系统图。
图2为表示实施例1～4中的控制单元的内部的图。
图3为表示实施例1中的控制整体的框图。
图4为实施例1中的燃料喷射量修正值运算部的框图。
图5为实施例1中的振幅运算部的框图。
图6为实施例1中的所需时间(所需角度)运算部的框图。
图7为实施例1中的死区时间异常判定部的框图。
图8为表示实施例2中的控制整体的框图。
图9为实施例2～4中的燃料喷射量修正值运算部的框图。
图10为实施例2中的振幅运算部的框图。
图11为实施例2中的所需角度运算部的框图。
图12为实施例2中的死区时间异常判定部的框图。
图13为表示实施例3中的控制整体的框图。
图14为实施例3、4中的二旋转成分运算部的框图。
图15为实施例3、4中的振幅运算部的框图。
图16为实施例3、4中的所需角度运算部的框图。
图17为实施例3、4中的死区时间异常判定部的框图。
图18为表示实施例4中的控制整体的框图。
图19为实施例4中的空燃比反馈修正值运算部的框图。
具体实施方式
下面，使用附图，对实施例进行说明。
实施例1
图1为表示本实施例的系统图。在由多汽缸(此处为4汽缸)构成的发动机9中，来自外部的空气通过空气滤清器1，并经过进气歧管4、集流器5而流入至汽缸内。流入空气量由电子节气门3加以调节。空气流量传感器2检测流入空气量。此外，进气温度传感器29检测进气温度。曲轴转角传感器15输出曲轴的每10°转角的信号和每一燃烧周期的信号。水温传感器14检测发动机9的冷却水温度。此外，加速器开度传感器13检测加速器6的踩踏量，由此检测驾驶员的要求扭矩。
加速器开度传感器13、空气流量传感器2、进气温度传感器29、安装于电子节气门3的节气门开度传感器17、曲轴转角传感器15、水温传感器14各自的信号被送至后文叙述的控制单元16，根据这些传感器输出而获得发动机9的运转状态，从而最佳地运算空气量、燃料喷射量、点火正时等发动机9的主要操作量。
控制单元16内所运算出的目标空气量被转换为目标节气门开度→电子节气门驱动信号，并送至电子节气门3。燃料喷射量被转换为开阀脉冲信号，并送至燃料喷射阀(喷油器)7。此外，以在由控制单元16运算出的点火正时进行点火的方式将驱动信号送至火花塞8。
所喷射的燃料与来自进气歧管的空气混合而流入至发动机9的汽缸内，形成混合气体。混合气体在规定的点火正时通过产生自火花塞8的火花而爆炸，通过其燃烧压力来下压活塞而成为发动机9的动力。爆炸后的废气经过排气歧管10而送入至三元催化剂11。废气的一部分通过废气回流管18而回流至进气侧。回流量由EGR阀19控制。
在排气管集合部安装有空燃比传感器12。催化剂下游O2传感器20安装在三元催化剂11的下游。
图2表示控制单元16的内部。空气流量传感器2、空燃比传感器12、加速器开度传感器13、水温传感器14、曲轴转角传感器15、节气门阀开度传感器17、催化剂下游O2传感器20、进气温度传感器29的各传感器输出值输入至ECU 16内，在输入电路24中进行去噪等信号处理后，被送至输入输出端口25。输入端口的值保管在RAM 23中，在CPU 21内加以运算处理。记述有运算处理的内容的控制程序被预先写入在ROM 22中。表示按照控制程序运算出的各致动器动作量的值被保管至RAM 23之后，被送至输入输出端口25。火花塞8的动作信号被设定ON/OFF信号，该ON/OFF信号在点火输出电路26内的初级线圈的通电时为ON、在不通电时为OFF。点火正时是从ON变为OFF的时间。设定在输出端口中的火花塞8用信号在点火输出电路26中被放大至燃烧所需的足够能量并供给至火花塞8。此外，燃料喷射阀7的驱动信号被设定开阀时ON、闭阀时OFF的ON/OFF信号，在燃料喷射阀驱动电路27中被放大至足以打开燃料喷射阀7的能量并送至燃料喷射阀7。实现电子节气门3的目标开度的驱动信号经过电子节气门驱动电路28而送至电子节气门3。实现EGR阀19的目标开度的驱动信号经过EGR阀驱动电路30而送至EGR阀19。
下面，对写入至ROM 22的控制程序进行叙述。图3为表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。
·燃料喷射量修正值运算部(图4)
·振幅运算部(图5)
·所需时间(所需角度)运算部(图6)
·死区时间异常判定部(图7)
在“燃料喷射量修正值运算部”中，以规定周期运算用以使全部汽缸的燃料喷射量一律变化的燃料喷射量修正值(Ti_hos)和每规定周期导通一次的周期标志(f_sin_init)。对基本燃料喷射量(Tp)乘以Ti_hos，运算决定各汽缸的燃料喷射量的喷射脉冲宽度(Ti1～Ti4)。再者，关于Tp的运算方法，是根据吸入空气量、发动机转速、喷油器的喷射量特性等来求，由于有广为人知的通常方法，因此此处不作详细叙述。在“振幅运算部”中，根据催化剂上游空燃比信号传感器信号(Rabf)求空燃比信号的振幅(A1)。在“所需时间(所需角度)运算部”中，根据催化剂上游空燃比传感器信号(Rabf)求从所述f_sin_init变为1起到在所述规定周期一循环内Rabf达到最大为止的所需时间(T1)或角度。在“死区时间异常判定部”中，根据A1和T1求异常标志(f_MUL)。下面，对各运算部的详情进行说明。
＜燃料喷射量修正值运算部(图4)＞
在本运算部中，运算Ti_hos(燃料喷射量修正值)和f_sin_init(周期标志)。具体内容示于图4。
i)在转速处于规定范围且发动机负荷处于规定范围，并且，
转速的本次值与前次值的差为规定值以下，并且，
发动机负荷的本次值与前次值的差为规定值以下时，
·以周期fa运算sin波的值s0。
其中，设定fa≥fc。
fc：截止频率
·每一周期设定f_sin_init＝1。
除此以外，
设定f_sin_init＝0。
ii)除‘i)’以外时，
设定s0＝0
f_sin_init＝0。
对s0乘以K_Ti_hos(修正值范围)并加1，将所得值作为Ti_hos(燃料喷射量修正值)。K_Ti_hos为决定燃料喷射量或实际空燃比的振动振幅的值，是考虑发动机9的运转性、排气性能、死区时间特性的检测精度来确定的。再者，考虑到对发动机性能的影响等，使Ti_hos以周期fa进行振动的次数被确定为规定次数，较理想为仅以所需最小次数使Ti_hos振动。
＜振幅运算部(图5)＞
在本运算部中，运算A1(振幅)。具体内容示于图5。
将从f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1为止的Rabf的最大值与最小值的差作为振幅A1。
＜所需时间(所需角度)运算部(图6)＞
在本运算部中，运算T1(所需时间)。具体内容示于图6。
·f_sin_init＝1时，重置计时器。
·将在从f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1为止的期间内Rabf达到最大值时的计时器值设作为T1。
再者，虽然上述处理涉及的是所需时间，但也可像下述那样运算所需角度。
·存储f_sin_init＝1时的发动机转角θa。
·将在从f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1为止的期间内Rabf达到最大值时的发动机转角作为θb，将θb－θa作为所需角度θ0。再者，θ0的动态范围是根据空燃比传感器12的死区时间的长度、检测时的发动机运转条件以及周期fa来设定的(也存在大于360deg的情况)。
＜死区时间异常判定部(图7)＞
在本运算部中，运算f_MUL(异常标志)。具体内容示于图7。
K_A1≤A1且K_T1≤T1时，设定f_MUL＝1。
K_A1、K_T1是对判定为死区时间异常的电平进行规定的值。是根据诊断目标性能来确定的。
再者，上述使用所需角度θ0来进行判定的情况为下述处理。
K_A1≤A1且K_θ0≤θ0时，设定f_MUL＝1。
K_θ0为对判定为死区时间异常的电平进行规定的值。是根据诊断目标性能来确定的。此外，即便空燃比传感器12的死区时间固定，由于所用角度θ0会根据发动机9的转速而变化，因此在各种转速下进行检测的情况下，以转速的灵敏度消失的方式进行修正。
实施例2
在本实施例中，将一汽缸的空燃比相较于其他汽缸的空燃比错开规定量而产生发动机二旋转周期的空燃比振动，使用该信号来检测空燃比传感器12的死区时间劣化。
图1为表示本实施例的系统图，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。图2表示控制单元16的内部，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。
下面，对写入至ROM 22的控制程序进行叙述。图8为表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。
·燃料喷射量修正值运算部(图9)
·振幅运算部(图10)
·所需角度运算部(图11)
·死区时间异常判定部(图12)
在“燃料喷射量修正值运算部”中，运算各汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本实施例中，通过仅将第1汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1)错开规定量来产生发动机二旋转周期的空燃比振动。对基本燃料喷射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，运算确定各汽缸的燃料喷射量的喷射脉冲宽度(Ti1～Ti4)。再者，关于Tp的运算方法，由于有广为人知的通常方法，因此此处不作详细叙述。在“振幅运算部”中，根据催化剂上游空燃比信号传感器信号(Rabf)求空燃比信号的振幅(A1)。在“所需角度运算部”中，根据催化剂上游空燃比传感器信号(Rabf)求在一周期(发动机二旋转)内Rabf达到最大为止的所需角度(θ1)。在“死区时间异常判定部”中，根据A1和θ1求异常标志(f_MUL)。下面，对各运算部的详情进行说明。
＜燃料喷射量修正值运算部(图9)＞
在本运算部中，运算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料喷射量修正值)。具体内容示于图9。
i)在转速处于规定范围且发动机负荷处于规定范围，并且，
转速的本次值与前次值的差为规定值以下，并且，
发动机负荷的本次值与前次值的差为规定值以下时，
设定Ti_hos1＝K_Ti_hos1。
ii)除‘i)’以外时，
设定Ti_hos1＝1。
K_Ti_hos1(第1汽缸燃料喷射量修正值)为确定燃料喷射量或实际空燃比的振动振幅的值，是考虑发动机9的运转性、排气性能、死区时间特性的检测精度来确定的。再者，考虑到对发动机性能的影响等，设定为Ti_hos1＝K_Ti_hos1的期间被确定为规定期间，较理想为仅以所需最小期间使其振动。
＜振幅运算部(图10)＞
在本运算部中，运算A1(振幅)。具体内容示于图10。将发动机9进行二旋转期间的Rabf的最大值与最小值的差作为振幅A1。
＜所需角度运算部(图11)＞
在本运算部中，运算θ1(所需角度)。具体内容示于图6。将在发动机9进行二旋转期间Rabf达到最大值时的发动机转角作为θ1a(所需角度基本值)。将θ1_Gak(所需角度学习值)除以720所得余数作为Mod_θ1_Gak(所需角度学习值余数值)。将Mod_θ1_Gak与θ1a的差作为Δθ1(所需角度变化值)。将θ1_Gak与Mod_θ1_Gak的差作为θ1_Gak0(所需角度学习值偏移)。
Δθ1≥K_Δθ1时，
设定θ1＝θ1_Gak0+Δθ1
θ1_Gak＝θ1。
·除此以外时，
设定θ1＝θ1_Gak。
空燃比传感器12的死区时间的长度也存在通过角度换算而大于相当于发动机二旋转的720deg的情况。另一方面，0≤θ1a＜720。假设相当于空燃比传感器12的死区时间的长度的角度即θ1_Gak(所需角度学习值)大于720的情况而进行上述处理。
再者，θ1_Gak的初始值设为空燃比传感器初始状态下的死区时间的长度。此外，即便空燃比传感器12的死区时间固定，由于本运算部中所处理的各所需角度值会根据发动机9的转速而变化，因此在各种转速下进行检测的情况下，以转速的灵敏度消失的方式进行修正。
＜死区时间异常判定部(图12)＞
在本运算部中，运算f_MUL(异常标志)。具体内容示于图12。
K_A1≤A1且K_θ1≤θ1时，设定f_MUL＝1。
K_A1、K_θ1为对判定为死区时间异常的电平进行规定的值。是根据诊断目标性能来确定的。
本实施例中通过错开第1汽缸的燃料喷射量来产生以与发动机二旋转相当的频率进行振动的空燃比变动，但错开第2～4汽缸中的任一方的燃料喷射量均会获得相同现象。此外，也可同时错开多个汽缸的燃料喷射量。宜考虑排气性能、运转性能等来确定各汽缸的最佳燃料喷射量修正值。此外，由于发动机二旋转周期的空燃比变动的振幅、相位也会根据各汽缸的燃料喷射量修正值而变化，因此θ1_Gak的初始值、K_A1、K_θ1也根据各汽缸的燃料喷射量修正值来设定。
实施例3
在本实施例中，将一汽缸的空燃比相较于其他汽缸的空燃比错开规定量来产生发动机二旋转周期的空燃比振动。对空燃比传感器信号进行傅立叶变换，运算相当于发动机二旋转周期的频率的功率谱和相位谱。使用功率谱和相位谱来检测死区时间劣化。
图1为表示本实施例的系统图，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。图2表示控制单元16的内部，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。
下面，对写入至ROM 22的控制程序进行叙述。图13为表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。
·燃料喷射量修正值运算部(图9)
·二旋转成分运算部(图14)
·振幅运算部(图15)
·所需角度运算部(图16)
·死区时间异常判定部(图17)
在“燃料喷射量修正值运算部”中，运算各汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本实施例中，通过仅将第1汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1)错开规定量来产生发动机二旋转周期的空燃比振动。对基本燃料喷射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，运算确定各汽缸的燃料喷射量的喷射脉冲宽度(Ti1～Ti4)。再者，关于Tp的运算方法，由于有广为人知的通常方法，因此此处不作详细叙述。在“二旋转成分运算部”中，对催化剂上游空燃比传感器信号(Rabf)进行傅立叶变换，运算相当于发动机二旋转周期的频率成分的实数部分(R_2rev)和虚数部分(I_2rev)。在“振幅运算部”中，根据R_2rev和I_2rev求功率谱，作为振幅(A1)。在“所需角度运算部”中，根据R_2rev和I_2rev求相位谱，作为所需角度(θ2)。在“死区时间异常判定部”中，根据A1和θ2求异常标志(f_MUL)。下面，对各运算部的详情进行说明。
＜燃料喷射量修正值运算部(图9)＞
在本运算部中，运算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料喷射量修正值)。具体内容示于图9，由于与实施例2相同，因此不作详细叙述。
＜二旋转成分运算部(图14)＞
在本运算部中，运算催化剂上游空燃比传感器12的信号(Rabf)的二旋转成分的实数部分(R_2rev)和虚数部分(I_2rev)。具体内容示于图14。运算Rabf的本次值与前次值的差，作为dRabf(催化剂上游空燃比传感器信号差值)。对dRabf实施图中的被波状线围绕的处理(离散傅立叶变换)。
将C_R×dRabf的本次值、前次值、前前次值、前前前次值的和作为R_2rev。此外，将C_I×dRabf的本次值、前次值、前前次值、前前前次值的和作为I_2rev。此处，C_R及C_I是根据CYLCNT(气缸No.)以如下方式加以运算的。在第N汽缸的活塞位置处于规定值时，更新CYLCNT。此处设为在该汽缸的压缩TDC前110deg下加以更新。
CYLCNT＝1时，C_R＝1
CYLCNT＝3或2时，C_R＝0
CYLCNT＝4时，C_R＝-1
此外，
CYLCNT＝1或4时，C_I＝0
CYLCNT＝3时，C_I＝1
CYLCNT＝2时，C_I＝-1
＜振幅运算部(图15)＞
在本运算部中，运算A2(振幅)。具体内容示于图15。根据R_2rev和I_2rev，通过下式求二旋转成分的功率谱，作为A2。
√((R_2rev×R_2rev)+(I_2rev×I_2rev))
为了提高精度，也可多次求功率谱而使用其平均值(也可为移动平均)。
＜所需角度运算部(图16)＞
在本运算部中，运算θ2(所需角度)。具体内容示于图16。根据R_2rev和I_2rev，通过下式求Phase0(二旋转成分相位基本值)。
arctan2(I_2rev/R_2rev)×(180/π)
此处，arctan2进行与4象限(-180～180deg)相对应的反正切值(＝相位)运算。
进而，将相位的范围设为0～360deg的相位谱作为θ2a(所需角度基本值)。具体而言，
Phase0＜0时，设定θ2a＝Phase0+360，
除此以外时，设定θ2a＝Phase0。
设定θ2b＝2×θ2a。
这是为了将θ2a换算为发动机转角。
将θ2_Gak(所需角度学习值)除以720所得余数作为Mod_θ2_Gak(所需角度学习值余数值)。将Mod_θ2_Gak与θ2a的差作为Δθ2(所需角度变化值)。将θ2_Gak与Mod_θ2_Gak的差作为θ2_Gak0(所需角度学习值偏移)。
Δθ2≥K_Δθ2时，
设定θ2＝θ2_Gak0+Δθ2
θ2_Gak＝θ2。
·除此以外时，
设定θ2＝θ2_Gak。
空燃比传感器12的死区时间的长度也存在通过角度换算而大于相当于发动机二旋转的720deg的情况。另一方面，0≤θ2b＜720。假设相当于空燃比传感器12的死区时间的长度的角度即θ2_Gak(所需角度学习值)大于720的情况而进行上述处理。
再者，θ2_Gak的初始值设为空燃比传感器初始状态下的死区时间的长度。此外，即便空燃比传感器12的死区时间固定，由于本运算部中所处理的各所需角度值会根据发动机9的转速而变化，因此，在各种转速下进行检测的情况下，以转速的灵敏度消失的方式进行修正。此外，为了提高精度，θ2a的运算也可使用平均值(也可为移动平均)。
＜死区时间异常判定部(图17)＞
在本运算部中，运算f_MUL(异常标志)。具体内容示于图17。
K_A1≤A1且K_θ2≤θ2时，设定f_MUL＝1。
K_A1、K_θ2为对判定为死区时间异常的电平进行规定的值。是根据诊断目标性能来确定的。
本实施例中通过错开第1汽缸的燃料喷射量来产生以与发动机二旋转相当的频率进行振动的空燃比变动，但错开第2～4汽缸中的任一方的燃料喷射量均会获得相同现象。此外，也可同时错开多个汽缸的燃料喷射量。宜考虑排气性能、运转性能等来确定各汽缸的最佳燃料喷射量修正值。此外，由于发动机二旋转周期的空燃比变动的振幅、相位也会根据各汽缸的燃料喷射量修正值而变化，因此θ2_Gak的初始值、K_A1、K_θ2也是根据各汽缸的燃料喷射量修正值来设定的。
实施例4
在本实施例中，根据检测到的死区时间来修正空燃比反馈控制的参数。
图1为表示本实施例的系统图，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。图2表示控制单元16的内部，由于与实施例1相同，因此不作详细叙述。
下面，对写入至ROM 22的控制程序进行叙述。图18为表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。
·燃料喷射量修正值运算部(图9)
·二旋转成分运算部(图14)
·振幅运算部(图15)
·所需角度运算部(图16)
·死区时间异常判定部(图17)
·空燃比反馈修正值运算部(图19)
在“燃料喷射量修正值运算部”中，运算各汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本实施例中，通过仅将第1汽缸的燃料喷射量修正值(Ti_hos1)错开规定量来产生发动机二旋转周期的空燃比振动。对基本燃料喷射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，运算确定各汽缸的燃料喷射量的喷射脉冲宽度(Ti1～Ti4)。再者，关于Tp的运算方法，由于有广为人知的通常方法，因此此处不作详细叙述。在“二旋转成分运算部”中，对催化剂上游空燃比传感器信号(Rabf)进行傅立叶变换，运算相当于发动机二旋转周期的频率成分的实数部分(R_2rev)和虚数部分(I_2rev)。在“振幅运算部”中，根据R_2rev和I_2rev求功率谱，作为振幅(A1)。在“所需角度运算部”中，根据R_2rev和I_2rev求相位谱，作为所需角度(θ2)。在“死区时间异常判定部”中，根据A1和θ2求异常标志(f_MUL)。在“空燃比反馈修正值运算部”中，以催化剂上游空燃比传感器信号(Rabf)的输出值达到目标值的方式对修正燃料喷射量的修正值(Alpha)进行运算。此外，根据θ2的值来修正与空燃比反馈相关的参数。下面，对各运算部的详情进行说明。
＜燃料喷射量修正值运算部(图9)＞
在本运算部中，运算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料喷射量修正值)。具体内容示于图9，由于与实施例2相同，因此不作详细叙述。
＜二旋转成分运算部(图14)＞
在本运算部中，运算催化剂上游空燃比传感器12的信号(Rabf)的二旋转成分的实数部分(R_2rev)和虚数部分(I_2rev)。具体内容示于图14，由于与实施例3相同，因此不作详细叙述。
＜振幅运算部(图15)＞
在本运算部中，运算A2(振幅)。具体内容示于图15，由于与实施例3相同，因此不作详细叙述。
＜所需角度运算部(图16)＞
在本运算部中，运算θ2(所需角度)。具体内容示于图16，由于与实施例3相同，因此不作详细叙述。
＜死区时间异常判定部(图17)＞
在本运算部中，运算f_MUL(异常标志)。具体内容示于图17，由于与实施例3相同，因此不作详细叙述。
＜空燃比反馈修正值运算部(图19)＞
在本运算部中，运算Alpha(空燃比反馈修正值)。具体内容示于图19。根据Rabf(催化剂上游空燃比)与TaRabf(目标空燃比)的差，通过PI控制来运算Alpha。
根据θ2，参考表格M_Phos来求PI控制P部分增益(P_hos)。
根据θ2，参考表格M_Ihos来求PI控制I部分增益(I_hos)。
M_Phos、M_Ihos是根据空燃比控制系统的传递特性等来求的。此外，也可根据发动机9的运转条件而改变方法。作为对死区时间系统的控制方法，有史密斯法等使用死区时间系统模型的方式。图19中虽未表示，但也可设为使用θ2来修正死区时间模型的死区时间参数的方式。
再者，有一边检测或推断各汽缸的空燃比、一边将各汽缸的空燃比控制为目标空燃比的汽缸各自空燃比。在未实施该控制时，较理想为实施本实施例2～4。但即便实施该控制，在将特定汽缸的燃料喷射量错开时，也可在通过该控制来进行修正的期间进行诊断。
下面，对本发明的特征进行概括。本发明的一形态中的控制装置的特征在于包括如下单元：检测空燃比的单元；以规定周期改变空燃比的单元；以及，在空燃比检测单元的输出信号中的规定频率的振幅为规定值以上、并且从与发动机相关的参数的基准位置或基准时间起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度为规定值以上时，通知空燃比检测单元的异常，或者至少为发动机控制的一部分开启故障保险的单元。
即，空燃比传感器的劣化模式主要有增益劣化、响应性劣化、死区时间劣化这3种。在空燃比以规定频率进行振动时，发生增益劣化时的振动空燃比的振幅比正常时小或大。发生响应性劣化时，振动空燃比的振幅在规定频率以上比正常时的振幅小，此外，振动空燃比的相位(振动空燃比的最大值、最小值等的位置)比正常时的相位慢。相对于此，发生死区时间劣化时，振动空燃比的振幅与正常时相比无变化，此外，振动空燃比的相位比正常时慢。相位与正常时相比发生变化是在发生响应性劣化时和发生死区时间劣化时。振幅在响应性劣化时变小，而在发生死区时间劣化时无变化。因而，如上所述，在“空燃比传感器的输出信号中的规定频率的振幅为规定值以上”(振动空燃比的振幅与正常时相比无变化)、并且“从与发动机相关的参数的基准位置或基准时间起到所述空燃比传感器的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度为规定值以上”(振动空燃比的相位比正常时慢)时，表明空燃比传感器的死区时间特性发生了劣化(死区时间变长)，从而通知空燃比传感器的异常，或者至少为发动机控制的一部分开启故障保险。
此外，本发明的控制装置的特征在于包括使空燃比以规定频率以上的频率进行振动的单元。
即，通过使空燃比以规定频率以上的频率进行振动，将在短时间内获得大量检测结果，因此在实用上较为有利。此外，如上所述，在发生响应性劣化时，若频率低于规定频率，则振幅与正常时相比几乎不会变小，因此，为了与死区时间劣化分开进行检测，也要将频率设为规定频率以上。
此外，本发明的发动机的控制装置的特征在于，所述规定频率为空燃比传感器频率特性中的截止频率以上的频率。
即，明确记载有如下内容：在发生响应性劣化时，作为振幅比正常时小的频带，是比截止频率高的频率。
此外，本发明的控制装置的特征在于包括如下单元：将至少一个汽缸的空燃比相较于其他汽缸的空燃比错开规定量，由此使空燃比(检测单元的输出信号)以发动机二旋转周期进行振动。
即，若将至少一个汽缸的空燃比相较于其他汽缸的空燃比错开规定量，则汽缸间的空燃比会产生偏差，从而产生排气管集合部的空燃比信号以发动机进行二旋转的周期进行振动的现象。根据该振动空燃比，通过上述方法来检测空燃比传感器的死区时间劣化。在该情况下，由于全部汽缸的平均空燃比达到目标空燃比，因此可检测空燃比传感器的死区时间特性而几乎无排气性能的劣化、运转性的劣化。
此外，本发明的控制装置的特征在于，与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期为发动机的规定曲轴转角或燃料喷射量变更时机。
即，明确记载有如下内容：作为求振动空燃比的相位(振动空燃比的最大值、最小值等的位置)的基准位置，为发动机的规定角度。即，由于上述由汽缸间空燃比偏差引起的空燃比振动现象的频率相当于发动机二旋转周期，因此能以发动机的规定角度(例如，特定汽缸的TDC、BDC等)为基准点，例如求到振动波形的最大值或最小值为止的所需角度作为相位。此外，明确记载有如下内容：作为求振动空燃比的相位的基准时间，为燃料喷射变更时机。在通过以规定频率对全部汽缸的燃料喷射量进行增减量来产生振动空燃比的情况下，能以变更燃料喷射量的时机为基准点，例如求到振动波形的最大值或最小值为止的所需角度作为相位。
此外，本发明的控制装置的特征在于，所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为所述空燃比检测单元的输出信号的振动波形每一周期的最大值或最小值。
即，在求空燃比振动波形的相位的情况下，像上述那样获得从发动机的规定角度、燃料喷射量变更时机等确定好的基准点起到空燃比振动波形的确定的位置为止的角度、时间即可。明确记载有如下内容：作为空燃比振动波形的确定的位置，为易于处理的振动波形每一周期的最大值或最小值。
此外，本发明的控制装置的特征在于，包括如下单元：对所述空燃比检测单元的输出信号进行傅立叶变换的单元；根据通过所述傅立叶变换而获得的功率谱求所述振幅的单元；以及根据通过所述傅立叶变换而获得的相位谱，求从与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度的单元。
即，通过对振动空燃比的信号进行傅立叶变换来获得功率谱和相位谱。“振动空燃比的振动频率下的功率谱的大小”与“振动空燃比的振幅的大小”具有比例关系。此外，“振动空燃比的振动频率下的相位谱值”与“从与发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到振动空燃比的规定值(例如最大值、最小值)为止的所需时间或所需角度”之间存在相关。本发明利用该关系。
此外，本发明的控制装置的特征在于包括如下单元：根据从与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度，对空燃比反馈控制的参数进行变更的单元。
即，与使用空燃比传感器的空燃比反馈控制性能相关的参数是假设空燃比传感器正常的情况或者某一范围内的特性劣化而预先确定好的。当空燃比传感器的死区时间特性较大程度地变化时，会产生与该参数的失配，从而导致空燃比反馈控制的性能劣化。因而，通过上述方法，根据相当于死区时间的、从与发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到振动空燃比的规定值(例如最大值、最小值)为止的所需时间或所需角度，将空燃比反馈控制的参数最佳化，从而抑制性能的劣化。
符号说明
1 空气滤清器
2 空气流量传感器空气流量传感器
3 电子节气门
4 进气管
5 集流器
6 加速器
7 燃料喷射阀
8 火花塞
9 发动机
10 排气管
11 三元催化剂
12 空燃比传感器
13 加速器开度传感器
14 水温传感器
15 曲轴转角传感器
16 控制单元
17 节气门开度传感器
18 废气回流管
19 EGR阀
20 催化剂下游O2传感器
21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 输入电路
25 输入输出端口
26 点火输出电路
27 燃料喷射阀驱动电路
28 电子节气门驱动电路
29 进气温度传感器
30 EGR阀驱动电路。

Claims (8)

1.一种发动机的控制装置，其特征在于，包括：
空燃比检测单元，其检测排气管的空燃比；以及
空燃比变动单元，其以规定周期改变排气管的空燃比，
在通过所述空燃比变动单元而使得空燃比发生变动时的所述空燃比检测单元的输出信号中的规定频率的振幅为规定值以上、并且从与发动机相位相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度为规定值以上时，通知所述空燃比检测单元的异常，或者为发动机控制的一部分开启故障保险。
2.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于，
所述空燃比变动单元使空燃比以规定频率以上的频率进行振动。
3.根据权利要求2所述的发动机的控制装置，其特征在于，
所述规定频率为空燃比传感器频率特性中的截止频率以上的频率。
4.根据权利要求2所述的发动机的控制装置，其特征在于，
所述空燃比变动单元将至少一个汽缸的空燃比相较于其他汽缸的空燃比错开规定量，由此使所述空燃比检测单元的信号以发动机二旋转周期进行振动。
5.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于，
与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期为发动机的规定曲轴转角或燃料喷射量变更时机。
6.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于，
所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为所述空燃比检测单元的输出信号的振动波形每一周期的最大值或最小值。
7.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于，包括：
傅立叶变换单元，其对所述空燃比检测单元的输出信号进行傅立叶变换；
振幅算出单元，其根据通过所述傅立叶变换而获得的功率谱求所述振幅；以及
所需时间算出单元，其根据通过所述傅立叶变换而获得的相位谱，求从与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度。
8.根据权利要求1所述的发动机的控制装置，其特征在于，包括如下单元：
根据从与所述发动机相关的参数的基准位置或基准时期起到所述空燃比检测单元的输出信号的规定值为止的所需时间或所需角度，对空燃比反馈控制的参数进行变更的单元。
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Patentee after: Hitachi astemo Co.,Ltd.

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Patentee before: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, Ltd.