JP2005307961A - センサ応答特性検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 定常運転状態で空燃比センサの出力が安定しているときに、燃料供給量をステップ的に増量して、センサ出力の変化勾配がしきい値を越えた点を変化開始点として検出し、燃料増量タイミングから変化開始点までの時間を無駄時間TAとして検出する。この後、燃料増量前のセンサ出力の定常値BAからのセンサ出力の変化量が、燃料増量後のセンサ出力の定常値AAまでの変化量(AA−BA)の所定割合に達するまでの応答時間TBを算出する。そして、無駄時間TAと応答時間TBに基づいて空燃比センサ24の異常の有無を判定すると共に、無駄時間TAと応答時間TBに基づいて空燃比フィードバック制御パラメータの修正が必要と判断されたときには、該パラメータを修正する。
【選択図】 図2
Description
尚、変化開始点は、所定割合応答点(例えば10%応答点)としても良い。
(a) 無駄時間TAが許容範囲外であること
(b) 応答時間TBが許容範囲外であること
(c) 無駄時間TAと応答時間TBとの合計時間(TA+TB)が許容範囲外であること
以下、ECU27が実行する図4乃至図8の各ルーチンの処理内容を説明する。
図4の空燃比センサ応答特性検出メインルーチンは、エンジン運転中に周期的に実行され、特許請求の範囲でいう応答特性検出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ101で、応答特性検出実行条件が成立しているか否か(計測処理フラグがONであるか否か)を判定する。ここで、応答特性検出実行条件は、エンジン運転状態が定常運転状態(定常運転フラグがON)で、空燃比センサ24の出力(センサ出力)が目標空燃比近傍で安定してことである。センサ出力が不安定な状態では、空燃比センサ24の応答特性を精度良く検出できないためである。
図5の無駄時間算出ルーチンは、エンジン運転中に周期的に実行され、特許請求の範囲でいう応答特性検出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ201で、無駄時間算出条件が成立しているか否かを判定する。この無駄時間算出条件は、(1) 計測処理フラグがON(応答特性の計測処理中)であること、(2) 無駄時間TAがまだ算出されていないことであり、これら2つの条件(1) 、(2) のうちのいずれか一方でも満たさない条件があれば、無駄時間算出条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
TA={(N−M)−J}×演算周期
図6の1次遅れ特性算出ルーチンは、エンジン運転中に周期的に実行され、特許請求の範囲でいう応答特性検出手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ301で、応答時間算出条件が成立しているか否かを判定する。この応答時間算出条件は、(1) 計測処理フラグがOFF(応答特性の計測処理終了)であること、(2) 応答時間TBがまだ算出されていないことであり、これら2つの条件(1) 、(2) のいずれか一方でも満たさない条件があれば、応答時間算出条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
AF63=(AA−BA)×所定割合
TB={NT−(N−M)}×演算周期
図7の空燃比センサ異常診断ルーチンは、前記図4の空燃比センサ応答特性検出メインルーチンのステップ110で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいう異常判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ400で、前記図5及び図6の各ルーチンによって無駄時間TAと応答時間TBが算出されるまで待機する。そして、無駄時間TAと応答時間TBが算出された時点で、ステップ401に進み、現在のエンジン運転状態に応じて、標準無駄時間TAref、標準応答時間TBref、標準検出時間TABrefをマップ等により算出する。ここで、標準無駄時間TArefは標準的な無駄時間TAであり、標準応答時間TBrefは標準的な応答時間TBであり、標準検出時間TABrefは、無駄時間TAと応答時間TBの合計時間(=検出時間TAB)の標準値である。
これに対して、ステップ403〜405で全て「Yes」と判定された場合は、ステップ406に進み、空燃比センサ24が正常であると判定する。
図8の空燃比フィードバック制御パラメータ修正ルーチンは、前記図4の空燃比センサ応答特性検出メインルーチンのステップ111で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ501で、無駄時間TAと標準無駄時間TArefとの差が所定値よりも大きいか否かを判定し、無駄時間TAと標準無駄時間TArefとの差が所定値よりも大きければ、ステップ502に進み、制御モデルの無駄時間を修正(変更又は補正)して、ステップ503に進む。一方、無駄時間TAと標準無駄時間TArefとの差が所定値以下であれば、制御モデルの無駄時間を修正せずに、ステップ503に進む。
TA={(N−M)−J}×演算周期
AF1=(AA−BA)×所定割合1
この後、ステップ604に進み、ECU27のメモリに記憶されたセンサ出力の時系列データを検索して、センサ出力がAF1に達した時点NT1(30%応答時間)を求める。
AF2=(AA−BA)×所定割合2
この後、ステップ606に進み、ECU27のメモリに記憶されたセンサ出力の時系列データを検索して、センサ出力がAF2に達した時点NT2(63%応答時間)を求める。
G(s)=1/(1+T×s)
TA=(N−J)×演算周期
また、2次遅れのセンサ出力変化曲線の近似式を推定する場合には、3個以上の応答時間を検出すれば良く、要は、n次遅れのセンサ出力変化曲線の近似式を推定する場合には、n+1個以上の応答時間を検出すれば良い。
G(s)=ω2 /(s2 +2×ζ×ω×s+ω2 )
ここで、ωは固有角周波数、ζは減衰係数である。
これに対して、ステップ604〜606で全て「Yes」と判定された場合は、ステップ607に進み、空燃比センサ24が正常であると判定する。
これに対して、ステップ604〜606で全て「Yes」と判定された場合は、ステップ607に進み、空燃比センサ24が正常であると判定する。
空燃比センサ24の応答特性を算出する手法は、上記各実施例に限定されず、例えば、一般的なシステム同定法であるパラメトリック手法やノンパラメトリック手法を用いて空燃比センサ24の応答特性を算出するようにしても良い。
尚、空燃比センサ24の出力の変化割合が分かっている場合は、簡易的に50%応答時の接線の傾きを求め、この傾きの2倍を63%応答時間としても良い。
(2) EGR(排気還流制御)の実行時
(3) エバポガス(燃料蒸発ガス)を吸気系にパージしているとき(又はエバポ濃度が高濃度であるとき)
(4) 失火発生時
(5) 燃料系システムの自己診断結果が異常であるとき
このようにすれば、空燃比の外乱発生による異常の誤診断を防止することができ、異常診断の信頼性を向上させることができる。
Claims (18)
- 内燃機関の排出ガスの空燃比又は酸素濃度を検出するセンサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量をフィードバック制御する空燃比制御システムに適用されるセンサ応答特性検出装置において、
前記内燃機関への燃料供給量の変化タイミングを判定する燃料変化タイミング判定手段と、
前記燃料供給量の変化前後の前記センサ出力の挙動を監視して前記センサの応答特性を前記燃料供給量が変化した時点から前記センサ出力が変化し始めるまでの無駄時間とその後のセンサ出力変化特性を表すn次遅れ特性(nは正の整数)とに分けて検出する応答特性検出手段と
を備えていることを特徴とするセンサ応答特性検出装置。 - 前記応答特性検出手段で検出した無駄時間とn次遅れ特性の少なくとも一方に基づいて前記センサの異常の有無を判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段で無駄時間又はn次遅れ特性を検出する処理中にその処理時間が正常範囲を越えたときに前記センサの異常と判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記センサの応答特性に影響を与える運転パラメータ、該センサの出力に重畳するノイズの検出情報及び内燃機関の運転条件のうちの少なくとも1つに基づいて正常範囲を設定する正常範囲設定手段を備え、
前記異常判定手段は、前記正常範囲設定手段で設定した正常範囲を用いて前記センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項2又は3に記載のセンサ応答特性検出装置。 - 前記異常判定手段が前記センサの異常有りと判定したときにそれを警告する警告手段を備えていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段で検出した無駄時間とn次遅れ特性の少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御パラメータを変更又は補正する手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、内燃機関を目標空燃比近傍で定常運転しているときに前記燃料供給量をステップ的に変化させて無駄時間とn次遅れ特性を検出することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、前記燃料供給量の変化後に前記センサ出力が変化し始める点(以下「変化開始点」という)を検出して、前記燃料供給量の変化タイミングから変化開始点までの時間を無駄時間として検出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、前記燃料供給量の変化後に前記センサ出力の変化勾配がしきい値を越えた点を変化開始点として検出することを特徴とする請求項8に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、前記燃料供給量の変化後に前記センサ出力の変化勾配がしきい値を所定回数越えるまで変化開始点の検出を継続することを特徴とする請求項9に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記センサ出力に重畳するノイズに影響を与える運転パラメータ又は該ノイズの検出情報に基づいて前記しきい値を設定するしきい値設定手段を備えていることを特徴とする請求項9又は10に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、n+1個以上の応答時間を検出してn次遅れのセンサ出力変化曲線を推定し、このセンサ出力変化曲線と前記燃料供給量の変化前の定常状態のセンサ出力とに基づいて、前記燃料供給量の変化後にセンサ出力が変化し始めた点(以下「変化開始点」という)を推定し、その変化開始点を用いて無駄時間を算出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、前記燃料供給量の変化後にセンサ出力が変化し始める点(以下「変化開始点」という)を検出して、前記燃料供給量の変化タイミングから前記変化開始点までの時間を無駄時間として検出する第1の無駄時間算出手段と、n+1個以上の応答時間を検出してn次遅れのセンサ出力変化曲線を推定し、このセンサ出力変化曲線と前記燃料供給量の変化前の定常状態のセンサ出力とに基づいて変化開始点を推定し、その変化開始点を用いて無駄時間を算出する第2の無駄時間算出手段とを有し、前記燃料供給量の変化前のセンサ出力の変動量又は運転条件に応じて前記第1の無駄時間算出手段と前記第2の無駄時間算出手段のいずれか一方を選択して無駄時間を算出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、n次遅れ特性を検出する際に前記センサ出力の変化量が所定割合に達するまでの応答時間又はn次遅れの伝達関数の係数を算出することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、n次遅れ特性を検出する際に、前記燃料供給量の変化前の定常状態を基準にしてセンサ出力の変化量を算出し、その変化量が前記燃料供給量の変化前の定常状態から変化後の定常状態までの変化量の所定割合に達するまでの応答時間を算出することを特徴とする請求項14に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、n次遅れ特性を検出する際に、n+1個以上の応答時間を検出して、n+1個以上の応答時間に基づいてn次遅れの応答を表す伝達関数の係数を算出することを特徴とする請求項14に記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記応答特性検出手段は、前記センサの応答特性を所定の運転条件で検出し、その検出値に基づいて他の運転条件での応答特性を推定することを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載のセンサ応答特性検出装置。
- 前記異常判定手段は、前記センサの出力がリッチからリーンに変化した場合とリーンからリッチに変化した場合にそれぞれ前記センサの異常の有無を判定することを特徴とする請求項2又は3に記載のセンサ応答特性検出装置。
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