JP2008267883A - Abnormality diagnosis device of air-fuel ratio sensor - Google Patents

Abnormality diagnosis device of air-fuel ratio sensor Download PDF

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靖志 岩▲崎▼
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To appropriately diagnose abnormality of each property involved in an air/fuel ratio sensor. <P>SOLUTION: A system from a fuel injection valve to an air/fuel ratio sensor is modeled with a plurality of primary delay elements, and a plurality of first delay elements are identified based on the input u(t) and the output y(t) to the air/fuel ratio sensor. The abnormality of predetermined property of the air/fuel ratio sensor is determined based on the identified parameters. Mere abnormality in the air/fuel ratio sensor but the abnormality in the predetermined property of the air/fuel ratio sensor is determined, so, the abnormality diagnosis can be executed more precisely and in details. This is especially effective for the case when modeled with a plurality of primary delay is more accurate than modeled with a simple primary delay for an actual system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの異常を診断する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for diagnosing abnormality of an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio of exhaust gas of an internal combustion engine.

触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの特定成分の濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサを設け、その検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるようフィードバック制御を実施している。   In an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, in order to effectively remove harmful components of exhaust gas by the catalyst, the mixture ratio of air and fuel in the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, the air-fuel ratio is reduced. Control is essential. In order to perform such control of the air-fuel ratio, an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine based on the concentration of a specific component of the exhaust gas, and the detected air-fuel ratio is set to a predetermined target air-fuel ratio. Feedback control is carried out so that it can approach.

ところで、空燃比センサに劣化、故障等の異常を来すと、正確な空燃比フィードバック制御が実行できなくなり排ガスエミッションが悪化する。よって空燃比センサの異常を診断することが従来から行われている。特に、自動車に搭載されたエンジンの場合、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態(オンボード)で空燃比センサの異常を検出することが各国法規等からも要請されている。   By the way, if an abnormality such as deterioration or failure occurs in the air-fuel ratio sensor, accurate air-fuel ratio feedback control cannot be performed, and exhaust gas emission deteriorates. Therefore, it has been conventionally performed to diagnose abnormality of the air-fuel ratio sensor. In particular, in the case of an engine mounted on an automobile, it is requested by the laws and regulations of each country to detect an abnormality in the air-fuel ratio sensor in an on-board state (onboard) in order to prevent traveling in a state where exhaust gas has deteriorated. ing.

特許文献1には、オープンループ制御により空燃比を周期的に増減し、これに伴って増減する空燃比センサ出力の軌跡長又は面積に基づいて空燃比センサの異常を検出する空燃比センサの異常検出装置が開示されている。また、特許文献2には、燃料の噴射から触媒下流の空燃比センサ出力までの系をモデル化し、このモデルの伝達関数を一次遅れ要素とむだ時間要素とで表し、このモデルにおいて逐次同定された同定パラメータ(比例定数、遅れの時定数、むだ時間)に基づいて空燃比フィードバック制御ゲインを逐次変更することが開示されている。同定されたむだ時間は触媒の劣化診断にも利用される。   Patent Document 1 discloses an abnormality of an air-fuel ratio sensor that detects an abnormality of the air-fuel ratio sensor based on a trajectory length or area of an air-fuel ratio sensor output that periodically increases and decreases by open-loop control. A detection device is disclosed. Further, in Patent Document 2, a system from fuel injection to an air-fuel ratio sensor output downstream of the catalyst is modeled, and the transfer function of this model is expressed by a first-order lag element and a dead time element, which are sequentially identified in this model. It is disclosed that the air-fuel ratio feedback control gain is successively changed based on the identification parameters (proportional constant, delay time constant, dead time). The identified dead time is also used for diagnosis of catalyst deterioration.

特開2005−30358号公報JP 2005-30358 A 特開2004−360591号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-360591

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、空燃比センサ自体が正常なのか異常なのかは判別できるものの、空燃比センサの特性のうち、いずれが正常なのか異常なのかは判別することができない。即ち、空燃比センサには複数の特性が含まれているが、特許文献1に記載の技術だと、これら特性のうちのいずれが異常なのかを判別することができない。また、特許文献2に記載の技術は、空燃比フィードバック制御の制御ゲインの最適化を狙ったものであり、これに付随して触媒の劣化診断は行えるものの、空燃比センサの異常診断を行うことはできない。   However, although the technique described in Patent Document 1 can determine whether the air-fuel ratio sensor itself is normal or abnormal, it cannot determine which of the characteristics of the air-fuel ratio sensor is normal or abnormal. That is, the air-fuel ratio sensor includes a plurality of characteristics. However, with the technique described in Patent Document 1, it is impossible to determine which of these characteristics is abnormal. The technique described in Patent Document 2 is aimed at optimizing the control gain of the air-fuel ratio feedback control, and accompanying this, although the deterioration of the catalyst can be diagnosed, the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor is performed. I can't.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、空燃比センサに含まれる個々の特性の異常を好適に診断することができる空燃比センサの異常診断装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor that can preferably diagnose abnormality of individual characteristics included in the air-fuel ratio sensor. It is in.

本発明の第1の形態によれば、
内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの異常診断装置であって、
燃料噴射弁から空燃比センサまでの系を複数の一次遅れ要素によりモデル化し、空燃比センサに与えられる入力と空燃比センサから得られる出力とに基づき、前記複数の一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、
該同定手段により同定されたパラメータに基づき空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置が提供される。
According to the first aspect of the present invention,
An air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas of an internal combustion engine,
A system from the fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor is modeled by a plurality of first-order lag elements, and parameters in the plurality of first-order lag elements are identified based on an input given to the air-fuel ratio sensor and an output obtained from the air-fuel ratio sensor. An identification means;
There is provided an abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor, comprising abnormality determination means for determining an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter identified by the identification means.

この第1の形態によれば、単に空燃比センサの異常が判定されるのではなく、空燃比センサの所定の特性の異常が判定される。よって空燃比センサの複数の特性のうち、いずれが異常なのかを判別することができ、空燃比センサの異常診断をより緻密且つ詳細に実行することができる。燃料噴射弁から空燃比センサまでの系を、単純な一次遅れよりもむしろ複数の一次遅れで表した方がより正確である場合があり、この場合に第1の形態は非常に有効である。   According to the first embodiment, the abnormality of the air-fuel ratio sensor is not simply determined, but the abnormality of the predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor is determined. Therefore, it can be determined which of the plurality of characteristics of the air-fuel ratio sensor is abnormal, and the abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor can be executed more precisely and in detail. In some cases, it is more accurate to express the system from the fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor with a plurality of first-order delays rather than a simple first-order delay. In this case, the first embodiment is very effective.

本発明の第2の形態は、前記第1の形態において、
前記異常判定手段が、前記同定手段により同定された二つの一次遅れ要素の少なくとも四つのパラメータに基づき、前記空燃比センサの特性のうちの少なくとも二つの異常を判定することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect,
The abnormality determination means determines at least two abnormalities among the characteristics of the air-fuel ratio sensor based on at least four parameters of the two first-order lag elements identified by the identification means.

この第2の形態によれば、前記空燃比センサの特性のうちの少なくとも二つの異常が判定されるので、その少なくとも二つの特性の異常を個別に判定でき、空燃比センサの異常診断として極めて好適なものとすることができる。   According to the second embodiment, since at least two abnormalities among the characteristics of the air-fuel ratio sensor are determined, abnormalities in the at least two characteristics can be individually determined, which is extremely suitable as an abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor. Can be.

本発明の第3の形態は、前記第2の形態において、
前記少なくとも四つのパラメータが少なくとも第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とであり、前記空燃比センサの特性のうちの少なくとも二つが少なくとも出力と応答性であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect,
The at least four parameters are at least a first gain and a second gain, a first time constant and a second time constant, and at least two of the characteristics of the air-fuel ratio sensor are at least output and responsiveness. It is characterized by being.

空燃比センサの特性のうち、出力と応答性はセンサの性能を左右するような重要な特性である。この第3の形態によれば、少なくとも、これら重要な二つの特性の異常を診断できるので、空燃比センサの異常診断として極めて好適である。   Among the characteristics of the air-fuel ratio sensor, output and responsiveness are important characteristics that influence the performance of the sensor. According to the third embodiment, at least the abnormality of these two important characteristics can be diagnosed, so that it is extremely suitable as an abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor.

本発明の第4の形態は、前記第3の形態において、
前記同定手段が、前記第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とを同時に同定することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect,
The identification means identifies the first gain and the second gain, and the first time constant and the second time constant at the same time.

本発明の第5の形態は、前記第4の形態において、
前記異常判定手段が、前記同定された第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とに基づいて、前記空燃比センサの出力と応答性の異常を同時に判定する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect,
The abnormality determination means simultaneously determines an abnormality in the output of the air-fuel ratio sensor and the responsiveness based on the identified first gain and second gain, the first time constant and the second time constant. To do.

これら第4及び第5の形態によれば、四つのパラメータの同定を同時に行うと共に、二つの異常判定を同時に行うので、同定及び異常判定を効率良く行うことができる。   According to the fourth and fifth embodiments, the identification of the four parameters is performed simultaneously and the two abnormality determinations are performed simultaneously, so that the identification and abnormality determination can be performed efficiently.

本発明の第6の形態は、前記第3の形態において、
前記同定手段が、前記二つの一次遅れ要素における第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とを同定し、
前記異常判定手段が、
前記第1のゲインが所定の第1のゲイン増大異常判定値より大きいか又は前記第2のゲインが所定の第2のゲイン増大異常判定値より大きいとき、空燃比センサを出力増大異常と判定し、
前記第1のゲインが所定の第1のゲイン縮小異常判定値より小さいか又は前記第2のゲインが所定の第2のゲイン縮小異常判定値より小さいとき、空燃比センサを出力減少異常と判定し、
前記第1の時定数が所定の第1の時定数異常判定値より大きいか又は前記第2の時定数が所定の第2の時定数異常判定値より大きいとき、空燃比センサを応答性異常と判定する
ことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect,
The identifying means identifies a first gain and a second gain, a first time constant and a second time constant in the two first-order lag elements;
The abnormality determining means is
When the first gain is greater than a predetermined first gain increase abnormality determination value or the second gain is greater than a predetermined second gain increase abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined to be an output increase abnormality. ,
When the first gain is smaller than a predetermined first gain reduction abnormality determination value or the second gain is smaller than a predetermined second gain reduction abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined as an output decrease abnormality. ,
When the first time constant is larger than a predetermined first time constant abnormality determination value or the second time constant is larger than a predetermined second time constant abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined to be responsive abnormality. It is characterized by judging.

二つの一次遅れ要素における第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とは、その各々に対し正常とみなせる数値範囲がある。この第6の形態によれば、四つのパラメータのいずれかが正常範囲から外れた場合に空燃比センサの出力又は応答性の異常と判定するので、より緻密に異常診断を実行することができる。   The first gain, the second gain, the first time constant, and the second time constant in the two first-order lag elements have a numerical range that can be regarded as normal for each of them. According to the sixth aspect, when any of the four parameters is out of the normal range, it is determined that the output of the air-fuel ratio sensor or the responsiveness is abnormal, so that the abnormality diagnosis can be executed more precisely.

本発明の第7の形態は、前記第1乃至第6のいずれかの形態において、
前記系が複数の一次遅れ要素の和によりモデル化される
ことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects,
The system is characterized by being modeled by the sum of a plurality of first-order lag elements.

燃料噴射弁から空燃比センサまでの系は、複数の一次遅れ要素の和によりモデル化できる場合があり、この場合に第7の形態は非常に有効である。   In some cases, the system from the fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor can be modeled by the sum of a plurality of first-order lag elements. In this case, the seventh embodiment is very effective.

本発明の第8の形態は、前記第1乃至第7のいずれかの形態において、
前記入力から前記出力までの間のむだ時間を算出し、該むだ時間分だけ前記入力と前記出力との少なくとも一方をシフト補正するむだ時間補正手段を備えることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects,
There is provided a dead time correcting means for calculating a dead time from the input to the output and shift-correcting at least one of the input and the output by the dead time.

これにより輸送遅れの影響を無くし、パラメータの同定精度を向上することが可能となる。   As a result, the influence of transport delay can be eliminated, and the parameter identification accuracy can be improved.

本発明の第9の形態は、前記第8の形態において、
前記むだ時間補正手段が、前記内燃機関の運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づき、所定のマップ又は関数に従って、前記むだ時間を算出することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect,
The dead time correction means calculates the dead time according to a predetermined map or function based on at least one parameter relating to the operating state of the internal combustion engine.

本発明の第10の形態は、前記第8の形態において、
前記むだ時間補正手段が、前記入力と前記出力との分散値を算出し、前記出力の分散値ピークが所定値より大きい場合、前記入力の分散値ピークと前記出力の分散値ピークとの時間差に基づき、前記むだ時間を算出することを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the eighth aspect,
The dead time correction means calculates a variance value between the input and the output, and when the variance value peak of the output is larger than a predetermined value, a time difference between the variance value peak of the input and the variance value peak of the output is calculated. Based on this, the dead time is calculated.

本発明の第11の形態は、前記第10の形態において、
前記むだ時間補正手段が、前記出力の分散値ピークが前記所定値以下の場合、前記入力と前記出力との極値の時間差に基づき、前記むだ時間を算出することを特徴とする。
In an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect,
The dead time correction means calculates the dead time based on a time difference between extreme values of the input and the output when the output dispersion value peak is equal to or less than the predetermined value.

本発明の第12の形態は、前記第8の形態において、
前記むだ時間補正手段が、前記内燃機関の運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づき、所定のマップに従って、第1のむだ時間を算出すると共に、前記入力と前記出力との分散値ピークの時間差又は前記入力と前記出力との極値の時間差に基づき、第2のむだ時間を算出し、前記第1のむだ時間に対する前記第2のむだ時間のズレ量が所定値より大きいとき、前記第2のむだ時間を最終的なむだ時間として決定すると共に、その第2のむだ時間により前記マップのデータを更新することを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the eighth aspect,
The dead time correction means calculates a first dead time according to a predetermined map based on at least one parameter relating to the operating state of the internal combustion engine, and a time difference of a dispersion value peak between the input and the output, or the Based on the time difference between the extreme values of the input and the output, a second dead time is calculated, and when the amount of deviation of the second dead time with respect to the first dead time is larger than a predetermined value, the second dead time The time is determined as the final dead time, and the map data is updated with the second dead time.

本発明の第13の形態は、前記第1乃至第12のいずれかの形態において、
前記入力と前記出力との間のバイアスを除去するように前記入力と前記出力との少なくとも一方を補正するバイアス補正手段を備える
ことを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the first to twelfth aspects,
Bias correcting means for correcting at least one of the input and the output so as to remove a bias between the input and the output is provided.

これにより負荷変動や学習ズレ等に対するロバスト性を向上することができる。   As a result, robustness against load fluctuation, learning deviation, and the like can be improved.

本発明の第14の形態は、前記第1乃至第13のいずれかの形態において、
燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき前記入力を補正する燃料補正手段を備えることを特徴とする。
In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects,
Fuel correction means for correcting the input based on the amount of fuel wall surface adhesion and the amount of evaporation is provided.

これによりパラメータの同定精度を向上することが可能となる。   This makes it possible to improve parameter identification accuracy.

本発明の第15の形態は、前記第1乃至第14のいずれかの形態において、
前記入力を強制的に振動させるアクティブ制御を実行するアクティブ制御手段を備え、前記同定手段が、前記アクティブ制御中の前記入力と前記出力とに基づき、前記複数の一次遅れ要素におけるパラメータを同定することを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fourteenth aspects,
Active control means for executing active control for forcibly oscillating the input is provided, and the identification means identifies a parameter in the plurality of first-order lag elements based on the input and the output during the active control. It is characterized by.

本発明によれば、空燃比センサに含まれる個々の特性の異常を好適に診断することができるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, an excellent effect that an abnormality of each characteristic included in the air-fuel ratio sensor can be suitably diagnosed is exhibited.

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストン4を往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関1は車両用多気筒エンジン(例えば4気筒エンジン、1気筒のみ図示)であり、火花点火式内燃機関、より具体的にはガソリンエンジンである。   FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine according to the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air inside a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston 4 in the combustion chamber 3. To do. The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a vehicular multi-cylinder engine (for example, a four-cylinder engine, only one cylinder is shown), and is a spark ignition internal combustion engine, more specifically a gasoline engine.

内燃機関1のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Viと、排気ポートを開閉する排気弁Veとが気筒ごとに配設されている。各吸気弁Viおよび各排気弁Veは図示しないカムシャフトによって開閉させられる。また、シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。   In the cylinder head of the internal combustion engine 1, an intake valve Vi for opening and closing the intake port and an exhaust valve Ve for opening and closing the exhaust port are provided for each cylinder. Each intake valve Vi and each exhaust valve Ve are opened and closed by a camshaft (not shown). A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気集合通路をなす吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式スロットルバルブ10とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 serving as an intake air collecting chamber via a branch pipe for each cylinder. An intake pipe 13 that forms an intake manifold passage is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. An air flow meter 5 for detecting the intake air amount and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in the intake pipe 13 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the branch pipe, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁Viの開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストン4で圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector (fuel injection valve) 12 that injects fuel into the intake passage, particularly into the intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve Vi is opened, compressed by the piston 4, and ignited and burned by the spark plug 7. It is done.

一方、各気筒の排気ポートは気筒毎の枝管を介して排気集合通路をなす排気管6に接続されている。排気ポート、枝管及び排気管6により排気通路が形成される。排気管6には、その上流側と下流側とに三元触媒からなる触媒11,19が取り付けられている。上流側触媒11の前後の位置にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ17,18、即ち触媒前センサ及び触媒後センサ17,18が設置されている。これら触媒前センサ及び触媒後センサ17,18は排気ガス中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能で、その空燃比に比例した電流信号を出力する。他方、触媒後センサ18は所謂O2センサからなり、理論空燃比を境に出力電圧が急変する特性を持つ。 On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to an exhaust pipe 6 forming an exhaust collecting passage through a branch pipe for each cylinder. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the branch pipe, and the exhaust pipe 6. Catalysts 11 and 19 made of a three-way catalyst are attached to the exhaust pipe 6 on the upstream side and the downstream side. Air-fuel ratio sensors 17 and 18 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, that is, pre-catalyst sensors and post-catalyst sensors 17 and 18 are installed at positions before and after the upstream catalyst 11, respectively. These pre-catalyst sensors and post-catalyst sensors 17 and 18 detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas. The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-area air-fuel ratio sensor, can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide area, and outputs a current signal proportional to the air-fuel ratio. On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic that the output voltage changes suddenly at the theoretical air-fuel ratio.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ14、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。   The spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, and the like described above are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 14 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1 and an accelerator that detects the accelerator opening, as shown in the figure. The opening sensor 15 and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown). The ECU 20 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, throttle opening. Control the degree etc. The throttle opening is normally controlled to an opening corresponding to the accelerator opening.

触媒11,19は、これに流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ、例えばA/F=14.6)のときにNOx ,HCおよびCOを同時に浄化する。そしてこれに対応して、ECU20は、内燃機関の通常運転時、触媒11,19に流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比に等しくなるように、空燃比を制御する(所謂ストイキ制御)。具体的にはECU20は、理論空燃比に等しい目標空燃比A/Ftを設定すると共に、燃焼室3内に流入する混合気の空燃比を目標空燃比A/Ftに一致させるような基本噴射量を算出する。そして、触媒前センサ17によって検出される実際の空燃比と目標空燃比A/Ftとの差に応じて基本噴射量をフィードバック補正し、この補正後の噴射量に応じた通電時間だけインジェクタ12を通電(オン)する。この結果、触媒11,19に供給される排気ガスの空燃比は理論空燃比近傍に保たれ、触媒11,19において最大の浄化性能が発揮されるようになる。このようにECU20は、触媒前センサ17によって検出される実際の空燃比が目標空燃比A/Ftに近づくように空燃比(燃料噴射量)をフィードバック制御する。なお、触媒後センサ18は、このような空燃比フィードバック制御における空燃比ズレを補正するために設けられている。   The catalysts 11 and 19 simultaneously purify NOx, HC and CO when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 and 19 is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric, for example, A / F = 14.6). In response to this, the ECU 20 controls the air-fuel ratio so that the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into the catalysts 11 and 19 becomes equal to the stoichiometric air-fuel ratio during normal operation of the internal combustion engine (so-called stoichiometric). control). Specifically, the ECU 20 sets a target air-fuel ratio A / Ft that is equal to the stoichiometric air-fuel ratio, and makes the basic injection amount such that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture flowing into the combustion chamber 3 matches the target air-fuel ratio A / Ft. Is calculated. Then, the basic injection amount is feedback-corrected according to the difference between the actual air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 and the target air-fuel ratio A / Ft, and the injector 12 is operated for the energization time corresponding to the corrected injection amount. Energize (turn on). As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas supplied to the catalysts 11 and 19 is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio, and the maximum purification performance is exhibited in the catalysts 11 and 19. Thus, the ECU 20 feedback-controls the air-fuel ratio (fuel injection amount) so that the actual air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 approaches the target air-fuel ratio A / Ft. The post-catalyst sensor 18 is provided to correct the air-fuel ratio deviation in such air-fuel ratio feedback control.

次に、本実施形態における空燃比センサの異常診断について説明する。本実施形態で診断対象となるのは上流側触媒11の上流側に設置された空燃比センサ、即ち触媒前センサ17である。   Next, abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor in the present embodiment will be described. The object of diagnosis in this embodiment is an air-fuel ratio sensor installed on the upstream side of the upstream catalyst 11, that is, a pre-catalyst sensor 17.

当該異常診断においては、インジェクタ12から触媒前センサ17までの系が複数の一次遅れ要素によりモデル化され、触媒前センサ17に与えられる入力と、触媒前センサ17から得られる出力とに基づき、複数の一次遅れ要素におけるパラメータが同定(推定)される。そして、この同定されたパラメータに基づき、触媒前センサ17の所定の特性の異常が判定される。   In the abnormality diagnosis, the system from the injector 12 to the pre-catalyst sensor 17 is modeled by a plurality of first-order lag elements, and based on the input given to the pre-catalyst sensor 17 and the output obtained from the pre-catalyst sensor 17, The parameters in the first order lag element are identified (estimated). Then, based on the identified parameter, an abnormality of a predetermined characteristic of the pre-catalyst sensor 17 is determined.

入力として、インジェクタ12の通電時間に基づいて計算された燃料噴射量Qと、エアフローメータ5の出力に基づいて計算された吸入空気量Gaとの比Ga/Q、即ち入力空燃比A/Fuが用いられる。以下、入力をu(t)で表す(u(t)=A/Fu=Ga/Q)。他方、出力として、触媒前センサ17の出力電流値から換算される空燃比、即ち出力空燃比A/Fyが用いられる。以下、出力をy(t)で表す(y(t)=A/Fy)。入力u(t)を触媒前センサ17に与えたときの出力y(t)の出方から、複数の一次遅れ要素におけるパラメータを同定し、この同定されたパラメータに基づき触媒前センサ17の所定の特性の異常が判定される。   As an input, the ratio Ga / Q between the fuel injection amount Q calculated based on the energization time of the injector 12 and the intake air amount Ga calculated based on the output of the air flow meter 5, that is, the input air-fuel ratio A / Fu is Used. Hereinafter, the input is represented by u (t) (u (t) = A / Fu = Ga / Q). On the other hand, the air-fuel ratio converted from the output current value of the pre-catalyst sensor 17, that is, the output air-fuel ratio A / Fy is used as the output. Hereinafter, the output is represented by y (t) (y (t) = A / Fy). A parameter in a plurality of first-order lag elements is identified from how the output y (t) is output when the input u (t) is applied to the pre-catalyst sensor 17, and a predetermined value of the pre-catalyst sensor 17 is determined based on the identified parameter. A characteristic abnormality is determined.

図2に示すように、本実施形態では、空燃比センサの異常診断の際に、入力u(t)を強制的に振動させるアクティブ制御が実行される。このアクティブ制御では、目標空燃比A/Ftひいては入力u(t)が、所定の中心空燃比A/Fcを境にリーン側及びリッチ側に同一振幅だけ振れるように、一定周期で振動させられる。そしてこれに伴って、触媒前センサ17で検出される空燃比即ち出力y(t)が、入力u(t)の振動に追従するように振動させられる。目標空燃比A/Ft及び入力u(t)の振動における中心空燃比A/Fcは理論空燃比に等しくされ、その振動の振幅は通常の空燃比制御のときより大きく、例えば空燃比で0.5などとされる。   As shown in FIG. 2, in the present embodiment, active control for forcibly oscillating the input u (t) is executed at the time of abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor. In this active control, the target air-fuel ratio A / Ft, and hence the input u (t), is vibrated at a constant period so as to swing by the same amplitude on the lean side and the rich side with a predetermined center air-fuel ratio A / Fc as a boundary. Along with this, the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17, that is, the output y (t) is vibrated so as to follow the vibration of the input u (t). The center air-fuel ratio A / Fc in the vibration of the target air-fuel ratio A / Ft and the input u (t) is made equal to the theoretical air-fuel ratio, and the amplitude of the vibration is larger than that in the normal air-fuel ratio control. 5 etc.

このように異常診断時にアクティブ制御を実行する理由は、空燃比を通常時より敢えて大きく急激に変化させて触媒前センサ17の異常診断を行い易くするためであり、また、アクティブ制御がエンジンの定常運転時に実行されることから、各制御量及び各検出値が安定し、診断精度が向上するからである。しかしながら、通常の空燃比制御時に異常診断を実行するようにしてもよい。   The reason why the active control is executed at the time of abnormality diagnosis is to make it easier to diagnose the abnormality of the pre-catalyst sensor 17 by changing the air-fuel ratio more drastically and suddenly than usual, and the active control is performed in a steady state of the engine. This is because each control amount and each detected value is stabilized and diagnostic accuracy is improved because it is executed during operation. However, abnormality diagnosis may be executed during normal air-fuel ratio control.

ここで、複数の一次遅れについて説明する前に、まず系が単純な一次遅れ系であると仮定して説明を行う。図2に示されるように、ステップ状の入力u(t)を与えたとき、出力y(t)の波形は一次遅れを伴った波形となる。図中Lは、入力u(t)から出力y(t)までの輸送遅れに基づくむだ時間である。このむだ時間Lは、シリンダ内の燃焼室3に存在する混合気が燃焼した時からこの燃焼に基づく排気ガスが触媒前センサ17に到達する時までの時間差に相当する。実用上は、むだ時間Lの開始時点を例えば点火時又は排気弁開弁時とすることができる。もっとも、むだ時間全体に比べると点火時から排気弁開弁時までの時間は極短いので、いずれに設定しても精度上特に差し支えない。   Here, before describing a plurality of first-order lags, the description will be given assuming that the system is a simple first-order lag system. As shown in FIG. 2, when a step-like input u (t) is given, the waveform of the output y (t) becomes a waveform with a first-order lag. In the figure, L is a dead time based on a transport delay from the input u (t) to the output y (t). This dead time L corresponds to the time difference from the time when the air-fuel mixture existing in the combustion chamber 3 in the cylinder burns to the time when the exhaust gas based on this combustion reaches the pre-catalyst sensor 17. Practically, the start point of the dead time L can be set, for example, at the time of ignition or when the exhaust valve is opened. However, since the time from ignition to opening the exhaust valve is extremely short compared to the entire dead time, there is no particular problem in terms of accuracy even if it is set at any time.

ここでは仮に、インジェクタ12から触媒前センサ17までの系が一次遅れ要素G(s)=k/(1+Ts)によりモデル化される。kは触媒前センサ17のゲインであり、Tは触媒前センサ17の時定数を表す。ゲインkは、触媒前センサ17の特性のうち出力に関わるパラメータであり、他方、時定数Tは、触媒前センサ17の特性のうち応答性に関わるパラメータである。図2において、出力y(t)を表す実線は触媒前センサ17が正常な場合を示す。これに対し、触媒前センサ17の出力特性に異常が生じると、ゲインkが正常時より大きくなり、aで示す如くセンサ出力が増大(拡大)するか、またはゲインkが正常時より小さくなり、bで示す如くセンサ出力が減少(縮小)する。よって、同定されたゲインkを所定値と比較することでセンサ出力の増大異常又は減少異常を特定することができる。他方、触媒前センサ17の応答性に異常が生じると、殆どの場合、時定数Tが正常時より大きくなり、cで示す如くセンサ出力が遅れて出てくるようになる。よって、同定された時定数Tを所定値と比較することでセンサの応答性異常を特定することができる。   Here, it is assumed that the system from the injector 12 to the pre-catalyst sensor 17 is modeled by a first-order lag element G (s) = k / (1 + Ts). k is a gain of the pre-catalyst sensor 17, and T represents a time constant of the pre-catalyst sensor 17. The gain k is a parameter related to output among the characteristics of the pre-catalyst sensor 17, while the time constant T is a parameter related to responsiveness among the characteristics of the pre-catalyst sensor 17. In FIG. 2, a solid line representing the output y (t) indicates a case where the pre-catalyst sensor 17 is normal. On the other hand, when an abnormality occurs in the output characteristics of the pre-catalyst sensor 17, the gain k becomes larger than normal, and the sensor output increases (expands) as indicated by a, or the gain k becomes smaller than normal. As shown by b, the sensor output decreases (reduces). Therefore, an increase abnormality or a decrease abnormality of the sensor output can be specified by comparing the identified gain k with a predetermined value. On the other hand, if an abnormality occurs in the responsiveness of the pre-catalyst sensor 17, in most cases, the time constant T becomes larger than normal, and the sensor output comes out with a delay as shown by c. Therefore, the responsiveness abnormality of the sensor can be specified by comparing the identified time constant T with a predetermined value.

ところで、実際には、出力y(t)の波形が図2に示されたような単純な一次遅れの波形ではなく、複数の一次遅れに基づく波形となることがある。即ち、系のモデル化に際して、たしかに単純な一次遅れ系に近似すると簡便ではあるが、複数の一次遅れで表した方がより正確にパラメータ同定及び異常診断を行える場合がある。こうした場合に対応して、本発明では複数の一次遅れ要素を用いてモデル化を行う。以下、複数の一次遅れ要素を用いる例として、二つの一次遅れ要素を用いる場合を挙げて説明を行う。   Actually, the waveform of the output y (t) may be a waveform based on a plurality of primary delays instead of a simple primary delay waveform as shown in FIG. That is, when modeling a system, it is convenient to approximate a simple first-order lag system, but there are cases in which parameter identification and abnormality diagnosis can be performed more accurately when represented by a plurality of first-order lags. Corresponding to such a case, the present invention performs modeling using a plurality of first-order lag elements. Hereinafter, a case where two first order lag elements are used will be described as an example using a plurality of first order lag elements.

本実施形態において、二つの一次遅れ要素を用いた伝達関数H(s)は次式で表される。   In the present embodiment, the transfer function H (s) using two first order lag elements is expressed by the following equation.

Figure 2008267883
Figure 2008267883

即ち、伝達関数H(s)は、二つの一次遅れ要素即ち第1の一次遅れ要素H1(s)=k1/(1+T1s)と第2の一次遅れ要素H2(s)=k2/(1+T2s)との和で表される。以下適宜、k1及びk2を第1のゲイン及び第2のゲイン、T1及びT2を第1の時定数及び第2の時定数と称する。なお、一般化すると、伝達関数H(s)は、第1から第n(n≧2)までのn個の一次遅れ要素H1(s)、・・・Hn(s)の和で表される。 That is, the transfer function H (s) includes two first-order lag elements, that is, a first first-order lag element H 1 (s) = k 1 / (1 + T 1 s) and a second first-order lag element H 2 (s) = k. 2 / (1 + T 2 s). Hereinafter, k 1 and k 2 will be referred to as a first gain and a second gain, respectively, and T 1 and T 2 will be referred to as a first time constant and a second time constant, respectively. In general, the transfer function H (s) is represented by the sum of n first-order lag elements H 1 (s),... H n (s) from the first to the n-th (n ≧ 2). Is done.

本実施形態では、以下に述べるように、これらパラメータk1、k2、T1、T2が同時に逐次同定され、触媒前センサ17の出力異常及び応答性異常が同時に判定される。よって、触媒前センサ17の二つの特性の異常を同時に且つ個別に診断することができる。 In the present embodiment, as will be described below, these parameters k 1 , k 2 , T 1 , and T 2 are sequentially identified simultaneously, and the output abnormality and responsiveness abnormality of the pre-catalyst sensor 17 are simultaneously determined. Therefore, the abnormality of the two characteristics of the pre-catalyst sensor 17 can be diagnosed simultaneously and individually.

これらパラメータの同定は、以下の基本アルゴリズムに従ってECU20によって実行される。   Identification of these parameters is executed by the ECU 20 according to the following basic algorithm.

まず、式(1)は連続系で表現されているため、これをサンプリング間隔Δの離散系で表現する。式(1)に式(2)を代入して双一次変換を施し、式(3)を得る。   First, since Expression (1) is expressed as a continuous system, it is expressed as a discrete system with a sampling interval Δ. Substituting equation (2) into equation (1) and bilinear transformation is performed to obtain equation (3).

Figure 2008267883
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Figure 2008267883
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ここで、(t)は今回のサンプル時刻、(t−1)は前回のサンプル時刻、(t−2)は前々回のサンプル時刻を意味する。   Here, (t) represents the current sample time, (t-1) represents the previous sample time, and (t-2) represents the last sample time.

Figure 2008267883
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Figure 2008267883
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Figure 2008267883
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このように、パラメータk1、k2、T1、T2は逐次最小自乗法により逐次同定され、これらの値はサンプリング間隔Δ毎に更新されていく。この逐次同定を行うやり方だと、サンプルデータを多数取得して一時記憶し、その上で同定を行うやり方よりも演算負荷を軽減できると共に、データを一時的に溜めるバッファの容量も減少できて、ECU(特に自動車用ECU)への実装に好適である。 In this way, the parameters k 1 , k 2 , T 1 , T 2 are sequentially identified by the sequential least square method, and these values are updated at every sampling interval Δ. In this sequential identification method, a large number of sample data is acquired and temporarily stored, and the calculation load can be reduced as compared with the method of performing identification, and the capacity of the buffer for temporarily storing data can be reduced. It is suitable for mounting on an ECU (particularly an automotive ECU).

こうして同定されたパラメータk1、k2、T1、T2に基づき、ECU20により次のように異常判定が実行される。まず、同定された第1の時定数T1が所定の第1の時定数異常判定値Ts1より大きいか、又は、同定された第2の時定数T2が所定の第2の時定数異常判定値Ts2より大きい場合、触媒前センサ17は応答性異常であると判定される。他方、同定された第1の時定数T1が第1の時定数異常判定値Ts1以下であり、且つ、同定された第2の時定数T2が第2の時定数異常判定値Ts2以下の場合、触媒前センサ17は応答性に関して正常と判定される。 Based on the parameters k 1 , k 2 , T 1 , T 2 thus identified, the ECU 20 performs an abnormality determination as follows. First, the identified first time constant T 1 is greater than a predetermined first time constant abnormality determination value Ts 1 , or the identified second time constant T 2 is a predetermined second time constant abnormality. When it is larger than the determination value Ts 2 , it is determined that the pre-catalyst sensor 17 is responsive abnormality. On the other hand, the identified first time constant T 1 is equal to or less than the first time constant abnormality determination value Ts 1 , and the identified second time constant T 2 is the second time constant abnormality determination value Ts 2. In the following cases, the pre-catalyst sensor 17 is determined to be normal with respect to responsiveness.

また、同定された第1のゲインk1が所定の第1のゲイン増大異常判定値Ksh1より大きいか、又は、同定された第2のゲインk2が所定の第2のゲイン増大異常判定値ksh2より大きい場合、触媒前センサ17は出力増大異常であると判定される。また、同定された第1のゲインk1が所定の第1のゲイン縮小異常判定値Ksl1(<Ksh1)より小さいか、又は、同定された第2のゲインk2が所定の第2のゲイン縮小異常判定値ksl2(<Ksh2)より小さい場合、触媒前センサ17は出力減少異常であると判定される。他方、同定された第1のゲインk1が第1のゲイン増大異常判定値Ksh1以下でかつ第1のゲイン縮小異常判定値Ksl1以上であり、且つ、同定された第2のゲインk2が第2のゲイン増大異常判定値Ksh2以下でかつ第2のゲイン縮小異常判定値Ksl2以上の場合、触媒前センサ17は出力に関して正常と判定される。 Also, the identified first gain k 1 is greater than a predetermined first gain increase abnormality determination value Ksh 1 , or the identified second gain k 2 is a predetermined second gain increase abnormality determination value. If it is greater than ksh 2 , it is determined that the pre-catalyst sensor 17 has an abnormal output increase. Further, the identified first gain k 1 is smaller than a predetermined first gain reduction abnormality determination value Ksl 1 (<Ksh 1 ), or the identified second gain k 2 is a predetermined second gain. When it is smaller than the gain reduction abnormality determination value ksl 2 (<Ksh 2 ), it is determined that the pre-catalyst sensor 17 has an output decrease abnormality. On the other hand, the identified first gain k 1 is equal to or less than the first gain increase abnormality determination value Ksh 1 and equal to or greater than the first gain decrease abnormality determination value Ksl 1 , and the identified second gain k 2. Is less than or equal to the second gain increase abnormality determination value Ksh 2 and greater than or equal to the second gain decrease abnormality determination value Ksl 2 , the pre-catalyst sensor 17 is determined to be normal with respect to the output.

このように本実施形態に係る異常診断によれば、単に空燃比センサ自体の異常に止まらず、空燃比センサの個々の特性の異常が診断される。そして、出力及び応答性という二つのセンサ特性の異常が、とりわけ同時且つ個別に、診断される。よって空燃比センサの異常診断として極めて好適なものを実現することが可能となる。さらに、出力異常に関しては二つのゲインk1、k2の正常・異常を個別に判定し、応答性異常については二つの時定数T1、T2の正常・異常を個別に判定するので、個々の特性異常をより細部に亘り診断できるようになり、診断精度を向上することができる。 As described above, according to the abnormality diagnosis according to the present embodiment, the abnormality of the individual characteristics of the air-fuel ratio sensor is diagnosed, not just the abnormality of the air-fuel ratio sensor itself. Then, abnormalities in the two sensor characteristics of output and responsiveness are diagnosed, particularly simultaneously and individually. Therefore, it is possible to realize a very suitable abnormality diagnosis for the air-fuel ratio sensor. Furthermore, regarding the output abnormality, the normality / abnormality of the two gains k 1 and k 2 are individually determined, and for the response abnormality, the normality / abnormality of the two time constants T 1 and T 2 are individually determined. This makes it possible to diagnose the characteristic abnormality in detail and improve the diagnostic accuracy.

図3には、ゲインk1、k2と時定数T1、T2を逐次最小自乗法により前述の方法で逐次同定した試験結果を示す。なおこの試験は、エンジンの車載状態において車両が60km/hで定常走行している最中に行われた。図3(A)はアクティブ制御によって強制振動される入力(破線)と出力(実線)を示す。なお図示される入力及び出力は後述する各補正を行った後の値である。図3(B)、(C)はそれぞれゲイン及び時定数の同定値の推移を示す。 FIG. 3 shows the test results in which the gains k 1 and k 2 and the time constants T 1 and T 2 are sequentially identified by the above-described method using the successive least square method. This test was performed while the vehicle was running at a steady speed of 60 km / h with the engine mounted on the vehicle. FIG. 3A shows an input (broken line) and an output (solid line) that are forcibly vibrated by active control. The input and output shown in the figure are values after performing each correction described later. FIGS. 3B and 3C show transitions of identification values of gain and time constant, respectively.

ゲインと時定数はサンプル時刻毎に毎回更新されていき、次第に一定値に収束していく。本試験結果によれば、入出力データのサンプリング開始時(t=0)から5秒程度でゲインと時定数が収束している。よって実際上は、そのような収束が見られる時点、例えばサンプリング開始時から5秒後の時点を、判定時期として予め定めておき、ECU20により、判定時期における同定値k1、k2、T1、T2が取得され、これら取得された同定値k1、k2、T1、T2が前記の各異常判定値と比較され、出力及び応答性の異常判定がなされる。 The gain and time constant are updated every sampling time and gradually converge to a constant value. According to this test result, the gain and time constant converge in about 5 seconds from the start of sampling of input / output data (t = 0). Therefore, in practice, a time point at which such convergence is observed, for example, a time point 5 seconds after the start of sampling is determined in advance as a determination time, and the ECU 20 identifies the identification values k 1 , k 2 , T 1 at the determination time. , T 2 are acquired, and the acquired identification values k 1 , k 2 , T 1 , T 2 are compared with the above-described abnormality determination values, and output and responsiveness abnormality determinations are made.

本試験結果によれば、収束後の各同定値はk1が約1.2、k2が約0、T1が約0.16、T2が約0であった。つまり結果的に、単純な一次遅れの場合とほぼ変わらないという結果が得られた。しかしながら、空燃比センサの種類によってはk2、T2が0付近とならない可能性もあり、k1、T1よりもむしろk2、T2の方が、センサ劣化により、正常値から外れ易い場合も想定し得る。この場合に特に本発明は有効である。ここでは二つの一次遅れの例を示したが、実際の空燃比センサの特性等に相応させて三つの一次遅れとすることも可能である。 According to the test results, the identified value after the convergence is k 1 is about 1.2, k 2 is approximately 0, T 1 is about 0.16, T 2 was about 0. In other words, as a result, the result was almost the same as the case of a simple first-order lag. However, there is a possibility that some types of air-fuel ratio sensor does not become k 2, T 2 is a near 0, k 1, who k 2, T 2 rather than T 1 is, the sensor deterioration, easily deviates from the normal value A case can also be assumed. In this case, the present invention is particularly effective. Although two examples of the first-order delay are shown here, three first-order delays can be used in accordance with the actual characteristics of the air-fuel ratio sensor.

ところで、実際のエンジンには負荷変動などの様々な外乱があり、これらを適切に考慮しないと同定精度やロバスト性を向上することができない。このため、本実施形態に係る異常診断では、以下のような入出力に対する種々の補正を行うこととしている。   By the way, an actual engine has various disturbances such as load fluctuations, and the identification accuracy and robustness cannot be improved unless these are properly considered. For this reason, in the abnormality diagnosis according to the present embodiment, various corrections for the following input / output are performed.

図4は異常診断システムのブロック図であり、このシステムはECU20内に構築されている。同定部(同定手段)50において前述のようなパラメータk1、k2、T1、T2の同定を行うため、入力算出部(燃料補正手段)52、バイアス補正部(バイアス補正手段)54及びむだ時間補正部(むだ時間補正手段)56が設けられる。なお、異常診断がアクティブ制御中に実施されることから、アクティブ制御フラグ出力部58も設けられている。また、同定部50において同定されたパラメータに基づき各異常判定を行うため、異常判定部(異常判定手段)60も設けられている。 FIG. 4 is a block diagram of the abnormality diagnosis system, and this system is constructed in the ECU 20. In order to identify the parameters k 1 , k 2 , T 1 , and T 2 as described above in the identification unit (identification unit) 50, an input calculation unit (fuel correction unit) 52, a bias correction unit (bias correction unit) 54, and A dead time correction unit (dead time correction means) 56 is provided. Note that an active control flag output unit 58 is also provided because abnormality diagnosis is performed during active control. An abnormality determination unit (abnormality determination unit) 60 is also provided to perform each abnormality determination based on the parameters identified by the identification unit 50.

入力算出部52では入力u(t)の算出が行われる。入力u(t)は前述の例では、インジェクタ12の通電時間に基づいて計算される燃料噴射量Qと、エアフローメータ5の出力に基づいて計算される吸入空気量Gaとの比(即ち、入力空燃比)Ga/Qであった。しかしながらここでは、インジェクタ通電時間に基づいて計算される燃料噴射量Qが燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき補正され、その補正後の燃料噴射量Q’を使用して入力u(t)が計算される。u(t)=Ga/Q’であり、結果的に入力u(t)が燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき補正される。   The input calculation unit 52 calculates the input u (t). In the above example, the input u (t) is the ratio of the fuel injection amount Q calculated based on the energization time of the injector 12 and the intake air amount Ga calculated based on the output of the air flow meter 5 (that is, the input u (t) Air / fuel ratio) Ga / Q. However, here, the fuel injection amount Q calculated based on the injector energization time is corrected based on the fuel wall adhesion amount and the evaporation amount, and the input u (t) is calculated using the corrected fuel injection amount Q ′. Calculated. u (t) = Ga / Q ', and as a result, the input u (t) is corrected based on the amount of fuel adhering to the wall and the amount of evaporation.

インジェクタ12から燃料が噴射されると、そのうち大部分は筒内燃焼室3に吸入されるが、残りの部分は吸気ポートの内壁面に付着し燃焼室3に入らない。そこで、インジェクタ12から噴射された燃料量をfiとし、全気筒分の燃料付着率をR(<1)とすると、その噴射燃料量fiのうち、吸気ポート壁面に付着する分はR・fi、燃焼室3に入る分は(1−R)・fiで表される。   When fuel is injected from the injector 12, most of the fuel is sucked into the in-cylinder combustion chamber 3, but the remaining portion adheres to the inner wall surface of the intake port and does not enter the combustion chamber 3. Therefore, if the fuel amount injected from the injector 12 is fi, and the fuel adhesion rate for all cylinders is R (<1), the amount of the injected fuel amount fi that adheres to the wall surface of the intake port is R · fi, The amount entering the combustion chamber 3 is represented by (1-R) · fi.

他方、吸気ポート壁面に付着した燃料のうち、一部は蒸発して次の吸気行程で燃焼室3内に入るが、残りは残留してそのまま付着し続ける。そこで、吸気ポート壁面に付着した燃料量をfwとし、全気筒分の燃料残留率をP(<1)とすると、壁面付着燃料量fwのうち、そのまま壁面に付着し続ける分はP・fw、燃焼室3に入る分は(1−P)・fwで表される。   On the other hand, some of the fuel adhering to the wall surface of the intake port evaporates and enters the combustion chamber 3 in the next intake stroke, but the rest remains and remains attached. Therefore, if the fuel amount adhering to the wall surface of the intake port is fw and the fuel residual ratio for all cylinders is P (<1), the amount of fuel adhering to the wall surface of the wall surface adhering fuel amount fw is P · fw, The amount that enters the combustion chamber 3 is represented by (1-P) · fw.

4サイクルエンジンの吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を1回ずつ終えて1サイクルとし(即ち、1サイクル=720°クランク角)、今回のサイクルをks、次回のサイクルをks+1とする。また、筒内燃焼室3に入る燃料量をfcとすると、次の関係が成り立つ。
fw(ks+1)=P・fw(ks)+R・fi(ks) ・・・(16)
fc(ks)=(1−P)・fw(ks)+(1−R)・fi(ks) ・・・(17)
Each cycle of intake, compression, expansion, and exhaust of the 4-cycle engine is completed once to make one cycle (that is, 1 cycle = 720 ° crank angle), the current cycle is ks, and the next cycle is ks + 1. Further, when the fuel amount entering the in-cylinder combustion chamber 3 is fc, the following relationship is established.
fw (ks + 1) = P.fw (ks) + R.fi (ks) (16)
fc (ks) = (1-P) .fw (ks) + (1-R) .fi (ks) (17)

式(16)の意味するところは、次回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks+1)が、今回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks)の残留分P・fw(ks)と、今回サイクルの噴射燃料量fi(ks)の壁面付着分R・fi(ks)との和で表される、ということである。また、式(17)の意味するところは、今回サイクルで燃焼室3内に流入する流入燃料量fc(ks)が、今回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks)のうちの蒸発分(1−P)・fw(ks)と、今回サイクルの噴射燃料量fi(ks)のうち壁面付着しないで直接燃焼室3内に流入する分(1−R)・fi(ks)との和で表される、ということである。   The meaning of the equation (16) is that the wall-attached fuel amount fw (ks + 1) of the next cycle is the residual amount P · fw (ks) of the wall-attached fuel amount fw (ks) of the current cycle and the injected fuel of the current cycle. That is, it is expressed as the sum of the amount fi (ks) and the wall surface adhesion R · fi (ks). Further, the expression (17) means that the inflow fuel amount fc (ks) flowing into the combustion chamber 3 in the current cycle is the evaporation amount (1-) of the wall surface adhering fuel amount fw (ks) in the current cycle. P) · fw (ks) and the sum (1-R) · fi (ks) of the injected fuel amount fi (ks) of this cycle that flows directly into the combustion chamber 3 without adhering to the wall surface. That is.

こうして、入力u(t)の算出に際し、燃料噴射量Q’の値として流入燃料量fcの値が用いられる。この流入燃料量fcは、燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき、インジェクタ12の通電時間に基づいて計算された燃料噴射量を補正したものにほかならない。よって、入力u(t)の算出に流入燃料量fcの値を用いることにより、入力の値を実情に近いより正確な値とすることができ、パラメータの同定精度を向上することが可能になる。   Thus, when calculating the input u (t), the value of the inflow fuel amount fc is used as the value of the fuel injection amount Q ′. This inflow fuel amount fc is nothing but a correction of the fuel injection amount calculated based on the energization time of the injector 12 based on the amount of fuel adhering to the wall and the evaporation amount. Therefore, by using the value of the inflow fuel amount fc for the calculation of the input u (t), the input value can be set to a more accurate value close to the actual situation, and the parameter identification accuracy can be improved. .

なお、エンジン温度及び吸気温が高いほど、燃料の気化が促進されることから、燃料付着量は減少し、燃料蒸発量は増大する。従って燃料残留率P及び燃料付着率Rはエンジン温度(若しくは水温)及び吸気温の少なくとも一方の関数とするのが好ましい。ここで説明したような燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づく補正を「燃料ダイナミクス補正」と称することとする。   Note that the higher the engine temperature and the intake air temperature, the more the fuel vaporization is promoted, so the fuel adhesion amount decreases and the fuel evaporation amount increases. Therefore, the fuel residual rate P and the fuel adhesion rate R are preferably functions of at least one of the engine temperature (or water temperature) and the intake air temperature. The correction based on the fuel wall adhesion amount and the evaporation amount as described herein is referred to as “fuel dynamics correction”.

図5には、燃料ダイナミクス補正のない場合(破線)とある場合(実線)とでアクティブ制御中の入力の変化の違いを調べた試験結果を示す。図中円内に示されるように、燃料ダイナミクス補正のある場合はない場合に比べ、入力空燃比が反転された直後に入力空燃比の波形が若干なまされる傾向にある。   FIG. 5 shows a test result in which a difference in input during active control is examined when there is no fuel dynamics correction (dashed line) and when there is a fuel dynamics correction (solid line). As shown in the circle in the figure, the waveform of the input air-fuel ratio tends to be slightly rounded immediately after the input air-fuel ratio is reversed, compared to the case where there is no fuel dynamics correction.

次に、バイアス補正部54について説明する。このバイアス補正部54では、入力u(t)と出力y(t)との間のバイアスを除去するように入力u(t)と出力y(t)との両方がシフト補正される。   Next, the bias correction unit 54 will be described. In the bias correction unit 54, both the input u (t) and the output y (t) are shift-corrected so as to remove the bias between the input u (t) and the output y (t).

入力u(t)と出力y(t)とは、負荷変動、学習ズレ及びセンサ値ズレ等の要因に伴い、一方に対し他方がリーン側又はリッチ側にバイアスしてしまう(ズレてしまう)場合がある。図6はこのバイアスの様子を示す試験結果である。図中、u(t)c及びy(t)cはそれぞれ入力u(t)と出力y(t)とをローパスフィルタを通した値、もしくはそれらの移動平均を示す。触媒前センサ17で検出される空燃比が理論空燃比(A/F=14.6)付近となるよう制御されていることから、触媒前センサ17の検出値である出力y(t)は理論空燃比を中心に変動し、そのローパスフィルタを通した値もしくは移動平均y(t)cも理論空燃比付近に保たれる。これに対し、入力u(t)は、前述の理由から、図示例ではリーン側にバイアスしている。   When the input u (t) and the output y (t) are biased to the lean side or the rich side with respect to one side (deviation) due to factors such as load fluctuation, learning deviation, and sensor value deviation. There is. FIG. 6 is a test result showing the state of the bias. In the figure, u (t) c and y (t) c represent values obtained by passing the input u (t) and the output y (t) through a low-pass filter, or their moving averages. Since the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 is controlled to be close to the theoretical air-fuel ratio (A / F = 14.6), the output y (t) that is the detection value of the pre-catalyst sensor 17 is theoretically. It fluctuates around the air-fuel ratio, and the value passed through the low-pass filter or the moving average y (t) c is also kept near the theoretical air-fuel ratio. On the other hand, the input u (t) is biased to the lean side in the illustrated example for the reason described above.

かかるバイアス状態で同定を行うのは好ましくないことから、バイアスを除去するような補正が行われる。具体的には、図7に示すように、入力u(t)と出力y(t)とのデータがローパスフィルタを通過され、もしくは移動平均を算出し、バイアス値u(t)c、y(t)cが逐次的に算出される。そして、逐次的に、入力u(t)とそのバイアス値u(t)cとの差Δu(t)(=u(t)−u(t)c)、及び出力y(t)とそのバイアス値y(t)cとの差Δy(t)(=y(t)−y(t)c)が算出され、これら差Δu(t)、Δy(t)がゼロ基準の値に置き換えられる。なお、これら差Δu(t)、Δy(t)をまとめてΔA/Fで表示する。   Since it is not preferable to perform identification in such a bias state, a correction that removes the bias is performed. Specifically, as shown in FIG. 7, the data of the input u (t) and the output y (t) are passed through a low-pass filter or a moving average is calculated, and the bias values u (t) c, y ( t) c is calculated sequentially. Then, sequentially, the difference Δu (t) (= u (t) −u (t) c) between the input u (t) and its bias value u (t) c, and the output y (t) and its bias A difference Δy (t) (= y (t) −y (t) c) from the value y (t) c is calculated, and these differences Δu (t) and Δy (t) are replaced with zero reference values. These differences Δu (t) and Δy (t) are collectively displayed as ΔA / F.

こうしてバイアスは除去され、バイアス補正後の入出力の値Δu(t)、Δy(t)は図8に示される如くゼロ基準の値に変更される。即ち、両者の変動の中心がゼロに合わせられ、負荷変動や学習ズレ等の影響を無くすことができる。これにより負荷変動や学習ズレ等に対するロバスト性を高めることができる。   Thus, the bias is removed, and the input / output values Δu (t) and Δy (t) after the bias correction are changed to zero reference values as shown in FIG. That is, the center of both fluctuations is set to zero, and influences such as load fluctuations and learning deviation can be eliminated. As a result, robustness against load fluctuation, learning deviation, and the like can be improved.

なお、この例では入出力の両方を補正し、入出力の変動中心をゼロに合わせてバイアスを除去する方法を採用したが、これ以外の方法も採用できる。例えば、入力のみを補正し、その変動中心を出力の変動中心に合わせたり、その逆を行ったりすることができる。補正の対象は入出力の少なくともいずれか一方であればよい。   In this example, both the input and output are corrected, and the bias is removed by adjusting the input and output fluctuation centers to zero. However, other methods can also be used. For example, it is possible to correct only the input and align the fluctuation center with the output fluctuation center, or vice versa. The correction target may be at least one of input and output.

次に、むだ時間補正部56について説明する。前述したように、入力u(t)と出力y(t)との間には輸送遅れによるむだ時間Lが存在する。しかしながら、正確なモデルパラメータの同定を行うためには、このむだ時間Lを除去するような補正を行うのが好ましい。そこでこのような補正をむだ時間補正部56で行うこととしている。具体的には、後述の方法でむだ時間Lが算出され、このむだ時間L分だけ入力u(t)が出力y(t)に近づくよう遅らせられる。   Next, the dead time correction unit 56 will be described. As described above, there is a dead time L due to transport delay between the input u (t) and the output y (t). However, in order to accurately identify the model parameter, it is preferable to perform correction so as to remove this dead time L. Therefore, such a correction is performed by the dead time correction unit 56. Specifically, the dead time L is calculated by the method described later, and the input u (t) is delayed so as to approach the output y (t) by this dead time L.

図9には、むだ時間補正前の入力(破線)、むだ時間補正後の入力(実線)及び出力(一点鎖線)が示される。なお入力及び出力としてバイアス補正後の値が用いられる。むだ時間Lだけ入力が遅らせられると、入力の振動と出力の振動とが時間差無く同期するようになり、これによりモデルパラメータの同定精度を向上させることができる。   FIG. 9 shows the input before the dead time correction (broken line), the input after the dead time correction (solid line), and the output (dashed line). Note that values after bias correction are used as input and output. When the input is delayed by the dead time L, the input vibration and the output vibration are synchronized without a time difference, thereby improving the identification accuracy of the model parameters.

むだ時間算出の第1の態様としては、エンジン運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づいて所定のマップ又は関数に従ってむだ時間を算出する方法がある。図10にはそのようなむだ時間算出マップの一例を示す。このマップでは、エンジン回転速度Neの検出値に基づきむだ時間Lを算出するようになっている。なおエンジン回転速度Neは、クランク角センサ14の出力に基づきECU20により算出される。   As a first aspect of the dead time calculation, there is a method of calculating the dead time according to a predetermined map or function based on at least one parameter relating to the engine operating state. FIG. 10 shows an example of such a dead time calculation map. In this map, the dead time L is calculated based on the detected value of the engine speed Ne. The engine speed Ne is calculated by the ECU 20 based on the output of the crank angle sensor 14.

むだ時間算出の第2の態様として次のようなものもある。まず、アクティブ制御中の入力及び出力の分散値が次式により逐次的に求められる。   There is the following as a second mode of dead time calculation. First, the variance values of the input and output during active control are sequentially obtained by the following equations.

Figure 2008267883
Figure 2008267883

ηは入力又は出力の値であり、ηavgはM回移動平均、即ち今回(t)から(M−1)回前(t−(M−1))までのデータの平均値である。Mは例えば5などとされる。入力又は出力の変化が大きいほどその分散値は大きくなる。 η is an input or output value, and η avg is a moving average of M times, that is, an average value of data from this time (t) to (M−1) times before (t− (M−1)). For example, M is 5 or the like. The greater the change in input or output, the greater the variance value.

図11はむだ時間補正に関する試験結果であり、正常センサの場合を示す。上段のグラフは、a:燃料ダイナミクス補正の無い場合の入力、b:燃料ダイナミクス補正のある場合の入力、c:出力をそれぞれ示す。なおこれら入力及び出力はバイアス補正後の値である。中段のグラフは、d:燃料ダイナミクス補正のある場合の入力の分散値、e:出力の分散値をそれぞれ示す。下段のグラフにおいて、鋸歯状の波形fはむだ時間カウンタの値、高い位置にある横線gは後述のようにして算出されるむだ時間、低い位置にある横線hはむだ時間gを1/4になました値をそれぞれ示す。   FIG. 11 shows a test result regarding the dead time correction, and shows a case of a normal sensor. The upper graph shows a: input when there is no fuel dynamics correction, b: input when there is fuel dynamics correction, and c: output. These inputs and outputs are values after bias correction. The middle graph shows d: variance value of input when there is fuel dynamics correction, and e: variance value of output. In the lower graph, the sawtooth waveform f is the dead time counter value, the horizontal line g at the high position is the dead time calculated as described later, and the horizontal line h at the lower position is the dead time g ¼. Each of the values is shown.

図12には図11のb,c,d,eのみが簡略化して示してある。この図12から分かるように、入力の分散値d及び出力の分散値eは、入力b及び出力cが反転するタイミングでピークdp,epを生ずる。よって、これらピークの時間差(ep−dp)をむだ時間gとして算出する。図11に戻って、入力の分散値ピークdpが発生すると、その発生時からむだ時間カウンタfが時間のカウントを開始する。そして、出力の分散値ピークepが発生した時点で、カウントが停止され、そのカウント値がむだ時間gとして保持される。このむだ時間gは入力の反転毎に更新され、且つその反転毎に、なまし後のむだ時間hが計算されていく。なまし後のむだ時間hを計算する理由はノイズの影響を除去するためである。なまし後のむだ時間hの値はやがて一定値付近に収束するようになる。そこで、アクティブ制御の開始時から、なまし後のむだ時間hがほぼ一定値に収束するようになる所定時間経過後の時点で、なまし後のむだ時間hが取得され、その取得された値が最終的なむだ時間Lとして決定される。   FIG. 12 shows only b, c, d, and e in FIG. 11 in a simplified manner. As can be seen from FIG. 12, the input variance value d and the output variance value e generate peaks dp and ep at the timing when the input b and the output c are inverted. Therefore, the time difference (ep−dp) between these peaks is calculated as the dead time g. Returning to FIG. 11, when the input dispersion value peak dp occurs, the dead time counter f starts counting time from the time when the input dispersion value peak dp occurs. Then, when the output dispersion value peak ep occurs, the count is stopped and the count value is held as a dead time g. This dead time g is updated every inversion of the input, and the dead time h after annealing is calculated for each inversion. The reason for calculating the dead time h after annealing is to remove the influence of noise. The value of the dead time h after annealing will eventually converge to a certain value. Therefore, the dead time h after the annealing is acquired at the time after the predetermined time when the dead time h after the annealing converges to a substantially constant value from the start of the active control, and the obtained value Is determined as the final dead time L.

ところで、図11及び図12により説明した以上の算出方法は正常センサの場合であるが、これに対し、異常センサの場合だと、同様の方法を採用するのが必ずしも適切ではない。即ち、図13及び図14に示される如く、例えば応答遅れが生じている異常センサの場合だと、出力の分散値eとして十分大きな値を得ることができず、そのピークepが現れるタイミングに関しても誤差が大きくなる。   By the way, although the above calculation method demonstrated by FIG.11 and FIG.12 is a case of a normal sensor, when it is a case of an abnormal sensor, it is not necessarily appropriate to employ | adopt the same method. That is, as shown in FIGS. 13 and 14, for example, in the case of an abnormal sensor in which a response delay occurs, a sufficiently large value cannot be obtained as the output dispersion value e, and the timing at which the peak ep appears is also obtained. The error increases.

そこで、出力の分散値ピークepを所定のしきい値epsと比較し、その分散値ピークepがしきい値epsより大きい場合(図11及び図12の場合)は、前述のように、入出力の分散値ピークdp,ep同士の時間差(ep−dp)を以てむだ時間gとする。他方、図13及び図14に示すように、出力の分散値ピークepがしきい値eps以下の場合は、入出力b,c自体の極値bp,cp同士の時間差(cp−bp)を以てむだ時間gとする。これにより異常センサの場合でも正確にむだ時間を算出することができる。   Therefore, the output dispersion value peak ep is compared with a predetermined threshold value eps, and when the dispersion value peak ep is larger than the threshold value eps (in the case of FIGS. 11 and 12), the input / output is performed as described above. A time difference (ep−dp) between the dispersion value peaks dp and ep is defined as a dead time g. On the other hand, as shown in FIGS. 13 and 14, when the output dispersion value peak ep is less than or equal to the threshold value eps, the time difference (cp−bp) between the extreme values bp and cp of the input and output b and c itself is wasted. Let time g. Thereby, even in the case of an abnormal sensor, the dead time can be calculated accurately.

さて、これら第1の態様及び第2の態様のいずれか一方のみを用いてむだ時間を算出し、入力のむだ時間補正を行うことができるが、以下の第3の態様では、第1の態様及び第2の態様の両方を使用してむだ時間を算出する。第3の態様では、第1の態様に従ってマップから算出された第1のむだ時間と、第2の態様に従って分散値又は極値から算出された第2のむだ時間とを比較し、両者が接近していればマップから算出された第1のむだ時間を用いる。他方、両者が乖離していれば分散値又は極値から算出された第2のむだ時間を用いると共に、その第2のむだ時間を用いてマップデータを更新する。本来、最適なむだ時間の値はマップ値から大きくずれることはないが、何等かの原因でその最適なむだ時間の値がマップ値から大きくずれる可能性もある。一方、分散値又は極値から算出された第2のむだ時間は現状を反映した実際の値といえる。よって、このようなマップ更新を行うことで不測の事態に対処可能となると共に、マップデータを常に現状に即した最適値に維持することが可能になる。   Now, it is possible to calculate the dead time using only one of the first and second modes and correct the dead time of the input. In the third mode described below, the first mode is used. And calculating the dead time using both of the second aspect. In the third aspect, the first dead time calculated from the map according to the first aspect is compared with the second dead time calculated from the dispersion value or the extreme value according to the second aspect, and both are approaching. If so, the first dead time calculated from the map is used. On the other hand, if the two deviate from each other, the second dead time calculated from the variance value or the extreme value is used, and the map data is updated using the second dead time. Originally, the optimum time delay value does not deviate greatly from the map value, but the optimum time delay value may deviate greatly from the map value for some reason. On the other hand, the second dead time calculated from the variance value or the extreme value can be said to be an actual value reflecting the current situation. Therefore, by performing such a map update, it becomes possible to cope with unforeseen situations, and it is possible to always maintain the map data at an optimum value in accordance with the current situation.

図15には第3の態様の手順を概略的に示す。まずステップS101では、第1の態様に従い、図10に示したようなマップから第1のむだ時間L1を算出する。次にステップS102では、第2の態様に従い、入出力の分散値又は極値から第2のむだ時間L2を算出する。この後、ステップS103では、これら第1及び第2のむだ時間L1,L2の差の絶対値であるむだ時間ズレ量L12を算出し、このむだ時間ズレ量L12を所定値L12sと比較する。むだ時間ズレ量L12が所定値L12s以下の場合、両者のズレが小さいとして、ステップS104において、マップから算出された第1のむだ時間L1を最終的なむだ時間Lとして決定する。   FIG. 15 schematically shows the procedure of the third aspect. First, in step S101, according to the first mode, a first dead time L1 is calculated from a map as shown in FIG. Next, in step S102, according to the second mode, the second dead time L2 is calculated from the input / output variance or extreme value. Thereafter, in step S103, a dead time deviation amount L12 which is an absolute value of the difference between the first and second dead times L1 and L2 is calculated, and the dead time deviation amount L12 is compared with a predetermined value L12s. If the dead time deviation amount L12 is equal to or smaller than the predetermined value L12s, the first dead time L1 calculated from the map is determined as the final dead time L in step S104, assuming that the deviation between the two is small.

他方、むだ時間ズレ量L12が所定値L12sより大きい場合、両者のズレが大きいとして、ステップS105において、入出力空燃比の分散値又は極値から算出された第2のむだ時間L2を最終的なむだ時間Lとして決定する。そして、ステップS106において、その第2のむだ時間L2に対応するマップ中の第1のむだ時間L1を第2のむだ時間L2で置き換え、マップデータを更新する。   On the other hand, if the dead time deviation amount L12 is larger than the predetermined value L12s, the second dead time L2 calculated from the dispersion value or extreme value of the input / output air-fuel ratio is determined as the final value in step S105, assuming that the deviation between the two is large. The dead time L is determined. In step S106, the first dead time L1 in the map corresponding to the second dead time L2 is replaced with the second dead time L2, and the map data is updated.

ところで、前述のむだ時間補正では、入力をむだ時間分だけ遅らせて出力とタイミングを一致させる補正を行ったが、これ以外の方法も採用できる。例えば、逐次同定を行わないやり方、例えばサンプルデータを多数取得して一時記憶し、その上で同定を行うやり方だと、出力をむだ時間分だけ早めて入力とタイミングを一致させたり、入力を遅らせ且つ出力を早めて両者のタイミングを一致させたりすることができる。補正の対象は入出力の少なくともいずれか一方であればよい。   By the way, in the above-described dead time correction, the input is delayed by the dead time and the correction is performed so that the output coincides with the timing. However, other methods can be adopted. For example, if you do not perform sequential identification, for example, if you acquire a lot of sample data and store it temporarily, then perform identification, you can make the output coincide with the timing by delaying the output by the dead time or delay the input. In addition, the output can be advanced and the timings of both can be matched. The correction target may be at least one of input and output.

なお、図3(A)に示したのは、むだ時間補正部56においてむだ時間補正がなされた後の入出力データである。   3A shows the input / output data after the dead time correction unit 56 has performed the dead time correction.

次に、上述の全ての補正を含む空燃比センサ異常診断の手順を図16に基づいて説明する。まず、ステップS201では入力を強制的に振動させるアクティブ制御が実行され、ステップS202では、燃料ダイナミクス補正がなされた後の入力u(t)の値が算出され、ステップS203では、図6〜図8に示したように、入出力の間のバイアスが無くなるように入力u(t)及び出力y(t)の値がシフト補正される。   Next, an air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis procedure including all the above-described corrections will be described with reference to FIG. First, in step S201, active control for forcibly oscillating the input is executed. In step S202, the value of the input u (t) after the fuel dynamics correction is calculated. In step S203, FIGS. As shown in FIG. 5, the values of the input u (t) and the output y (t) are shift-corrected so that the bias between the input and output is eliminated.

続くステップS204ではむだ時間Lが算出され、ステップS205においてむだ時間Lが無くなるように、バイアス補正後の入力u(t)の値がむだ時間L分だけシフト補正される。次のステップS206では、ステップS205で得られたむだ時間補正後の入力u(t)と、ステップS203で得られたバイアス補正後の出力y(t)とに基づき、モデルパラメータである時定数T1、T2とゲインk1、k2とが同定される。そして、ステップS207において、同定されたパラメータT1、T2、k1、k2と、各パラメータに対応する各異常判定値とが比較され、触媒前センサ17の応答性及び出力の正常・異常が判定される。 In the following step S204, the dead time L is calculated, and the value of the input u (t) after the bias correction is shift-corrected by the dead time L so that the dead time L is eliminated in step S205. In the next step S206, the time constant T which is a model parameter based on the input u (t) after the dead time correction obtained in step S205 and the output y (t) after the bias correction obtained in step S203. 1 and T 2 and gains k 1 and k 2 are identified. In step S207, the identified parameters T 1 , T 2 , k 1 , k 2 are compared with each abnormality determination value corresponding to each parameter, and the response of the pre-catalyst sensor 17 and the normality / abnormality of the output are compared. Is determined.

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば上述の内燃機関は吸気ポート(吸気通路)噴射式であったが、直噴式エンジンにも本発明は適用可能である。但し、この場合は吸気通路壁面への燃料付着を考慮する必要がないので、燃料ダイナミクス補正は省略されることとなる。前記実施形態では所謂広域空燃比センサへの適用例を示したが、本発明は触媒後センサ18のような所謂O2センサにも適用可能である。このようなO2センサも含めて、広く、排気ガスの空燃比を検出するためのセンサを本発明にいう空燃比センサというものとする。前記実施形態では空燃比センサの特性のうち、出力及び応答性という二つの特性の異常が診断されたが、これに限らず、一若しくは三以上の特性について異常を診断するものであってもよい。同様に、同定される複数の一次遅れ要素のパラメータは、ゲイン及び時定数のいずれか一方のみであってもよいし、ゲイン及び時定数に加えてさらに別のパラメータを追加してもよい。前記実施形態では複数のパラメータを同時に同定し、複数の異常を同時に判定しているが、これに限らず、複数のパラメータの同定を時間差を以て行ってもよいし、複数の異常の判定を時間差を以て行ってもよい。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the above-mentioned internal combustion engine is an intake port (intake passage) injection type, but the present invention can also be applied to a direct injection type engine. However, in this case, it is not necessary to consider fuel adhesion to the wall surface of the intake passage, so that fuel dynamics correction is omitted. Although in the above embodiment shows an example of application to a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, the present invention is also applicable to a so-called O 2 sensor, such as a post-catalyst sensor 18. A sensor for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas including such an O 2 sensor is referred to as an air-fuel ratio sensor according to the present invention. In the embodiment, abnormality of two characteristics of output and responsiveness among the characteristics of the air-fuel ratio sensor is diagnosed. However, the present invention is not limited to this, and abnormality of one or more characteristics may be diagnosed. . Similarly, the parameter of the plurality of first-order lag elements to be identified may be only one of the gain and the time constant, or another parameter may be added in addition to the gain and the time constant. In the embodiment, a plurality of parameters are simultaneously identified and a plurality of abnormalities are simultaneously determined. However, the present invention is not limited thereto, and a plurality of parameters may be identified with a time difference, or a plurality of abnormalities may be determined with a time difference. You may go.

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

本実施形態に係る内燃機関の概略図である。It is the schematic of the internal combustion engine which concerns on this embodiment. アクティブ制御時の入力と出力との変化の様子を示すグラフであり、一次遅れ系と仮定した場合である。It is a graph which shows the mode of the change of the input and output at the time of active control, and is a case where it is assumed that it is a first order lag system. ゲイン及び時定数を同定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having identified the gain and the time constant. 異常診断システムのブロック図である。It is a block diagram of an abnormality diagnosis system. 燃料ダイナミクス補正のある場合とない場合とで入力を比較した試験結果である。This is a test result comparing the input with and without the fuel dynamics correction. 入力と出力との変化の様子を示す試験結果であり、バイアス補正前の状態である。It is a test result which shows the mode of a change with an input and an output, and is the state before bias correction. バイアス補正の方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the method of bias correction. 入力と出力との変化の様子を示す試験結果であり、バイアス補正後の状態である。It is a test result which shows the mode of a change with an input and an output, and is the state after bias correction. むだ時間補正前後の入力を示す試験結果である。It is a test result which shows the input before and behind dead time correction. むだ時間算出マップである。It is a dead time calculation map. むだ時間算出の第2の態様を説明するための試験結果であり、正常センサの場合である。It is a test result for demonstrating the 2nd aspect of dead time calculation, and is a case of a normal sensor. むだ時間算出方法を説明するための図11に対応した概略図である。It is the schematic corresponding to FIG. 11 for demonstrating a dead time calculation method. むだ時間算出の第2の態様を説明するための試験結果であり、異常センサの場合である。It is a test result for demonstrating the 2nd aspect of dead time calculation, and is a case of an abnormal sensor. むだ時間算出方法を説明するための図13に対応した概略図である。It is the schematic corresponding to FIG. 13 for demonstrating a dead time calculation method. むだ時間算出の第3の態様に係るフローチャートである。It is a flowchart which concerns on the 3rd aspect of dead time calculation. 空燃比センサの異常診断の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the procedure of abnormality diagnosis of an air fuel ratio sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
3 燃焼室
5 エアフローメータ
6 排気管
7 点火プラグ
12 インジェクタ
14 クランク角センサ
15 アクセル開度センサ
17 触媒前センサ
20 電子制御ユニット(ECU)
50 同定部
52 入力算出部
54 バイアス補正部
56 むだ時間補正部
58 アクティブ制御フラグ出力部
60 異常判定部
A/F 空燃比
u(t) 入力
y(t) 出力
1 第1のゲイン
2 第2のゲイン
1 第1の時定数
2 第2の時定数
L むだ時間
L1 第1のむだ時間
L2 第2のむだ時間
1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 5 Air flow meter 6 Exhaust pipe 7 Spark plug 12 Injector 14 Crank angle sensor 15 Accelerator opening sensor 17 Pre-catalyst sensor 20 Electronic control unit (ECU)
50 identification unit 52 input calculation unit 54 bias correction unit 56 dead time correction unit 58 active control flag output unit 60 abnormality determination unit A / F air-fuel ratio u (t) input y (t) output k 1 first gain k 2 first 2 gain T 1 first time constant T 2 second time constant L dead time L1 first dead time L2 second dead time

Claims (15)

内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの異常診断装置であって、
燃料噴射弁から空燃比センサまでの系を複数の一次遅れ要素によりモデル化し、空燃比センサに与えられる入力と空燃比センサから得られる出力とに基づき、前記複数の一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、
該同定手段により同定されたパラメータに基づき空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
An air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas of an internal combustion engine,
A system from the fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor is modeled by a plurality of first-order lag elements, and parameters in the plurality of first-order lag elements are identified based on an input given to the air-fuel ratio sensor and an output obtained from the air-fuel ratio sensor. An identification means;
An abnormality determination device for an air-fuel ratio sensor, comprising: an abnormality determination means for determining an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter identified by the identification means.
前記異常判定手段が、前記同定手段により同定された二つの一次遅れ要素の少なくとも四つのパラメータに基づき、前記空燃比センサの特性のうちの少なくとも二つの異常を判定することを特徴とする請求項1記載の空燃比センサの異常診断装置。   2. The abnormality determination unit determines at least two abnormalities of the characteristics of the air-fuel ratio sensor based on at least four parameters of two first-order lag elements identified by the identification unit. The abnormality diagnosis device for the air-fuel ratio sensor described. 前記少なくとも四つのパラメータが少なくとも第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とであり、前記空燃比センサの特性のうちの少なくとも二つが少なくとも出力と応答性であることを特徴とする請求項2記載の空燃比センサの異常診断装置。   The at least four parameters are at least a first gain and a second gain, a first time constant and a second time constant, and at least two of the characteristics of the air-fuel ratio sensor are at least output and responsiveness. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 2, wherein the abnormality diagnosis device is provided. 前記同定手段が、前記第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とを同時に同定することを特徴とする請求項3記載の空燃比センサの異常診断装置。   4. The abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to claim 3, wherein the identification unit simultaneously identifies the first gain and the second gain, and the first time constant and the second time constant. 前記異常判定手段が、前記同定された第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とに基づいて、前記空燃比センサの出力と応答性の異常を同時に判定することを特徴とする請求項4記載の空燃比センサの異常診断装置。   The abnormality determination means simultaneously determines an abnormality in the output of the air-fuel ratio sensor and the responsiveness based on the identified first gain and second gain, the first time constant and the second time constant. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 4. 前記同定手段が、前記二つの一次遅れ要素における第1のゲイン及び第2のゲインと第1の時定数及び第2の時定数とを同定し、
前記異常判定手段が、
前記第1のゲインが所定の第1のゲイン増大異常判定値より大きいか又は前記第2のゲインが所定の第2のゲイン増大異常判定値より大きいとき、空燃比センサを出力増大異常と判定し、
前記第1のゲインが所定の第1のゲイン縮小異常判定値より小さいか又は前記第2のゲインが所定の第2のゲイン縮小異常判定値より小さいとき、空燃比センサを出力減少異常と判定し、
前記第1の時定数が所定の第1の時定数異常判定値より大きいか又は前記第2の時定数が所定の第2の時定数異常判定値より大きいとき、空燃比センサを応答性異常と判定する
ことを特徴とする請求項3記載の空燃比センサの異常診断装置。
The identifying means identifies a first gain and a second gain, a first time constant and a second time constant in the two first-order lag elements;
The abnormality determining means is
When the first gain is greater than a predetermined first gain increase abnormality determination value or the second gain is greater than a predetermined second gain increase abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined to be an output increase abnormality. ,
When the first gain is smaller than a predetermined first gain reduction abnormality determination value or the second gain is smaller than a predetermined second gain reduction abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined as an output decrease abnormality. ,
When the first time constant is larger than a predetermined first time constant abnormality determination value or the second time constant is larger than a predetermined second time constant abnormality determination value, the air-fuel ratio sensor is determined to be responsive abnormality. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 3, wherein the determination is made.
前記系が複数の一次遅れ要素の和によりモデル化される
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。
The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein the system is modeled by a sum of a plurality of first-order lag elements.
前記入力から前記出力までの間のむだ時間を算出し、該むだ時間分だけ前記入力と前記出力との少なくとも一方をシフト補正するむだ時間補正手段を備え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空燃比センサの異常診断装置。   8. A dead time correction means for calculating a dead time from the input to the output and shift-correcting at least one of the input and the output by the dead time. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to any one of the above. 前記むだ時間補正手段が、前記内燃機関の運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づき、所定のマップ又は関数に従って、前記むだ時間を算出することを特徴とする請求項8記載の空燃比センサの異常診断装置。   9. The air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis according to claim 8, wherein the dead time correction means calculates the dead time according to a predetermined map or function based on at least one parameter relating to an operating state of the internal combustion engine. apparatus. 前記むだ時間補正手段が、前記入力と前記出力との分散値を算出し、前記出力の分散値ピークが所定値より大きい場合、前記入力の分散値ピークと前記出力の分散値ピークとの時間差に基づき、前記むだ時間を算出することを特徴とする請求項8記載の空燃比センサの異常診断装置。   The dead time correction means calculates a variance value between the input and the output, and when the variance value peak of the output is larger than a predetermined value, a time difference between the variance value peak of the input and the variance value peak of the output is calculated. 9. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 8, wherein the dead time is calculated based on the dead time. 前記むだ時間補正手段が、前記出力の分散値ピークが前記所定値以下の場合、前記入力と前記出力との極値の時間差に基づき、前記むだ時間を算出することを特徴とする請求項10記載の空燃比センサの異常診断装置。   11. The time delay correction unit calculates the time delay based on a time difference between extreme values of the input and the output when a dispersion value peak of the output is equal to or less than the predetermined value. An air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device. 前記むだ時間補正手段が、前記内燃機関の運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づき、所定のマップに従って、第1のむだ時間を算出すると共に、前記入力と前記出力との分散値ピークの時間差又は前記入力と前記出力との極値の時間差に基づき、第2のむだ時間を算出し、前記第1のむだ時間に対する前記第2のむだ時間のズレ量が所定値より大きいとき、前記第2のむだ時間を最終的なむだ時間として決定すると共に、その第2のむだ時間により前記マップのデータを更新することを特徴とする請求項8記載の空燃比センサの異常診断装置。   The dead time correction means calculates a first dead time according to a predetermined map based on at least one parameter relating to the operating state of the internal combustion engine, and a time difference of a dispersion value peak between the input and the output, or the Based on the time difference between the extreme values of the input and the output, a second dead time is calculated, and when the amount of deviation of the second dead time with respect to the first dead time is larger than a predetermined value, the second dead time 9. The abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to claim 8, wherein the time is determined as a final dead time, and the data of the map is updated with the second dead time. 前記入力と前記出力との間のバイアスを除去するように前記入力と前記出力との少なくとも一方を補正するバイアス補正手段を備えることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。   The air-fuel ratio according to any one of claims 1 to 12, further comprising bias correction means for correcting at least one of the input and the output so as to remove a bias between the input and the output. Sensor abnormality diagnosis device. 燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき前記入力を補正する燃料補正手段を備え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空燃比センサの異常診断装置。   The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 13, further comprising fuel correction means for correcting the input based on an amount of fuel adhering to a wall surface and an evaporation amount. 前記入力を強制的に振動させるアクティブ制御を実行するアクティブ制御手段を備え、前記同定手段が、前記アクティブ制御中の前記入力と前記出力とに基づき、前記複数の一次遅れ要素におけるパラメータを同定することを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。   Active control means for executing active control for forcibly oscillating the input is provided, and the identification means identifies a parameter in the plurality of first-order lag elements based on the input and the output during the active control. The air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 14.
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