JP2011106309A - エンジンの異常検出方法及び異常検出装置 - Google Patents

エンジンの異常検出方法及び異常検出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する異常検出方法において、空燃比検出手段の個体差に応じて、気筒間におけるずれ異常を精度良く検出する。
【解決手段】リニアOセンサ47の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジン1の異常検出方法である。所定の第1条件で、リニアOセンサ47の出力特性を測定する。そして、測定された出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、リニアOセンサ47の個体差に応じて、当該リニアOセンサ47の出力を補正するための補正値を算出する。次いで、所定の第2条件で、算出された補正値に基づいてリニアOセンサ47の出力値を補正し、当該補正されたリニアOセンサ47の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する。
【選択図】図1

Description

本発明は、空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出方法及び異常検出装置に関するものである。
従来から、排気通路に設けられた触媒による排気ガス中の有害成分の浄化率を向上させるために、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの出力に基づいて、排気ガスの空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック補正量を補正する空燃比フィードバック制御を行うことが知られている。
この種の空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御システムでは、フィードバック補正量の補正によっては、排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけ難い場合、例えば、混合気の空燃比の気筒間におけるずれが生じた場合には、いずれかの気筒の空燃比が異常であると判定する異常判定機能を備えたものが多い。
例えば、特許文献1には、エンジンの排気通路に空燃比センサを設置し、この空燃比センサの出力信号に基づいて各気筒に供給する混合気の空燃比を制御する内燃機関の制御装置において、センサ信号変化率積算手段によって所定間隔で空燃比センサ信号の変化率を演算してその変化率の絶対値を積算し、その空燃比センサ信号の変化率積算値に基づいていずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定するようにしたものが開示されている。
特開2008−121533号公報
ところで、精度の高い異常判定を行う前提として、空燃比センサの適切な出力値が担保されている必要があるが、空燃比センサには、劣化度合(経時変化による個体差)によって出力値にばらつきが生じることのみならず、製品の機械的な個体差によって出力値のばらつきがあることが知られている。
しかしながら、上記特許文献1に記載のものでは、空燃比センサの異常が自己診断機能によって検出されていないことを、いずれかの気筒の空燃比の異常診断を実行する際の条件としており、かかる空燃比センサの機械的な個体差や経時変化による個体差に対して何ら積極的な対策が講じられていないことから、空燃比センサの個体差によって出力値のばらつきがある場合には、異常診断が実行されないという問題がある。
また、空燃比センサの経時変化による個体差に応じて空燃比センサの出力低下分を補正することは知られているが、空燃比センサの機械的な個体差を考慮しなければ、同じ条件で空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出したとしても、その検出結果に影響を与えてしまうという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、空燃比検出手段の出力に基づいて、空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出方法において、空燃比検出手段の個体差に応じて、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出する技術を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、空燃比検出手段の適切な出力特性が得られているか否か判断の指標となる基準特性を予め設定し、空燃比検出手段の個体差に応じて、当該空燃比検出手段の出力を補正するようにしている。
第1の発明は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力する空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出方法であって、所定の第1条件で、上記空燃比検出手段の出力特性を測定する出力特性測定工程と、測定された上記出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、上記空燃比検出手段の個体差に応じて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程と、所定の第2条件で、上記空燃比検出手段の出力値を検出し、且つ、当該検出された出力値を上記補正値に基づいて補正する出力値補正工程と、上記補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する異常検出工程と、を有することを特徴とするものである。
なお、本発明において、「個体差」とは、製品の機械的な個体差(製品ばらつき)のみならず、経時変化による個体差、すなわち、劣化度合も含む。
第1の発明によれば、車両走行中に所定の第1条件が成立、例えば、エンジン回転数が所定の回転数に達すると、空燃比検出手段の出力特性の測定が開始される。このように、出力特性が測定されると、当該出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、空燃比検出手段の機械的な個体差及び/又は経時変化による個体差(劣化度合)に応じて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値が算出される。
補正値算出後、所定の第2条件が成立すると、空燃比検出手段の出力値が検出されるとともに、算出された補正値に基づいて(例えば、算出された補正値や当該補正値に補正係数を乗じたものを用いて)、当該空燃比検出手段の出力値が補正される。そうして、当該補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常の検出が行われる。
以上により、空燃比検出手段の個体差によって適切な出力値が出力されていない場合にも、所定の第2条件で検出された空燃比検出手段の出力値を、所定の第1条件で算出された補正値に基づいて補正することで、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
第2の発明は、上記第1の発明において、上記補正値は、上記測定された出力特性が上記基準特性に比して小さい場合は、上記空燃比検出手段の出力値を増大させるような値をとる一方、上記測定された出力特性が上記基準特性に比して大きい場合は、上記空燃比検出手段の出力値を減少させるような値をとることを特徴とするものである。
第2の発明によれば、補正値は、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、空燃比検出手段の出力値を増大させるような値をとるので、空燃比の気筒間におけるずれが実際には大きいときに、異常ではないとの誤判定が抑制される一方、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、空燃比検出手段の出力値を減少させるような値をとるので、空燃比の気筒間におけるずれが実際には極めて小さいときに、異常であるとの誤判定が抑制される。
第3の発明は、上記第1又は第2の発明において、上記出力値補正工程は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際の、排気流量に関連する値及び/又はエンジン回転数に基づいて、上記補正値を修正するための補正値修正工程を有し、当該修正された補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正することを特徴とするものである。
ところで、空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する際の負荷やエンジン回転数と、当該補正値に基づいて補正しようとする、空燃比検出手段の出力値を検出する際の負荷やエンジン回転数とが、余りにもかけ離れている場合には、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することが困難になるおそれがある。
ここで、第3の発明によれば、補正値算出工程で算出された補正値を出力値補正工程においてそのまま適用するのではなく、空燃比検出手段の出力値を補正する際の、排気流量に関連する値(負荷)及び/又はエンジン回転数に基づいて補正値を修正するので、異なる走行条件において算出された補正値を用いても、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
第4の発明は、上記第3の発明において、上記補正値は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際の排気流量に関連する値が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも減少するほど、大きくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも増大するほど、小さくなるように修正されることを特徴とするものである。
ところで、気筒から空燃比検出手段に至る空間の容積は一定であることから、気筒から排出された排気ガスが空燃比検出手段に到達するまでの時間は、排気ガスが当該空間をどれだけ早く満たすか、例えば排気流量がどれくらい多いかに因る。換言すると、排気流量が多いほど、気筒から排出された排気ガスが空燃比検出手段で検出可能となるまでの時間が短くなるため、排気流量が多い場合には、排気流量が少ない場合に比して、空燃比検出手段自体の出力特性があたかも向上したように測定される。
ここで、第4の発明によれば、空燃比検出手段の出力値を補正する際の排気流量に関連する値が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも減少するほど、補正値が大きくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも増大するほど、補正値が小さくなるように修正されるので、排気流量に関連する値が異なる条件において算出された補正値を用いても、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
第5の発明は、上記第3の発明において、上記補正値は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際のエンジン回転数が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも減少するほど、小さくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、大きくなるように修正されることを特徴とするものである。
ところで、エンジン回転数が上昇した場合、空燃比検出手段が空燃比の変化を検出するのに要する時間が短縮される訳ではなく、あくまで変動の間隔が短くなることから、ある気筒から排出された排気ガスの空燃比を検出している途中で、他の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を受けることになる。このため、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数が低い場合に比して、空燃比検出手段自体の出力特性があたかも低下したように測定される。
ここで、第5の発明によれば、空燃比検出手段の出力値を補正する際のエンジン回転数が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも減少するほど、補正値が小さくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、補正値が大きくなるように修正されるので、異なるエンジン回転数において算出された補正値を用いても、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
第6の発明は、上記第1〜第5のいずれか1つの発明において、上記出力特性は、無駄時間及び応答性に関するものであることを特徴とするものである。
なお、本発明において「無駄時間」とは、混合気の空燃比を変更させてから、空燃比検出手段が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでに要する時間をいう。また、本発明において「応答性」とは、空燃比検出手段が排気ガスの空燃比の変化を検出した後の検出される空燃比の変化率をいう。
第6の発明によれば、空燃比検出手段の無駄時間及び応答性を反映した好適な補正値を算出することが可能となり、以て空燃比検出手段の出力値を適切に補正することが可能となる。
第7の発明は、上記第1〜第6のいずれか1つの発明において、上記基準特性は、空燃比検出手段の機械的な個体差により生じる、空燃比検出手段の出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定されることを特徴とするものである。
第7の発明によれば、空燃比検出手段のうち、極端に無駄時間が長いものや応答性が低いものを除外して、空燃比検出手段の基準特性が算出されるので、基準特性への信頼性が向上する。
第8の発明は、エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力する空燃比検出手段を備え、当該空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出装置であって、所定の第1条件で、上記空燃比検出手段の出力特性を測定する測定手段と、測定された上記出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、上記空燃比検出手段の個体差に応じて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出手段と、所定の第2条件で、上記補正値算出手段によって算出された補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正する出力値補正手段と、を備え、上記補正手段によって補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出することを特徴とするものである。
第8の発明によれば、上記第1の発明と同様の効果を得ることができる。
本発明に係るエンジンの異常検出方法によれば、車両走行中に所定の第1条件が成立すると、空燃比検出手段の出力特性が測定され、当該出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、空燃比検出手段の個体差(機械的な個体差及び/又は経時変化による個体差)に応じて、当該空燃比検出手段の出力を補正するための補正値が算出される。
そうして、補正値算出後、所定の第2条件が成立すると、空燃比検出手段の出力値が検出され、且つ、当該検出された出力値が算出された補正値に基づいて補正されることから、空燃比検出手段の適切な出力値が出力されていない場合にも、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
本発明の実施形態に係るエンジンの制御システムの概略構成図である。 各気筒と排気集合部との関係を模式的に示す図である。 空燃比による三元触媒の浄化率を模式的に示す図である。 燃料噴射量制御値とリニアOセンサ出力値との関係を模式的に示す図である。 リニアOセンサの測定された出力特性と基準特性との関係を模式的に示す概念図であり、同図(a)は、測定された応答性が基準応答性よりも小さい場合を示し、同図(b)は、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合を示す。 リニアOセンサの応答性及び片側無駄時間と出力補正値との関係を模式的に示す概念図である。 出力補正値と排気流量との関係を模式的に示す概念図である。 出力補正値とエンジン回転数との関係を模式的に示す概念図である。 PCMの制御フローチャートである。 空燃比変動制御サブルーチンの制御内容を説明するフローチャートである。 PCMの制御フローチャートである。 ずれ異常診断制御サブルーチンの制御内容を説明するフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの制御システムの概略構成図である。エンジン1は、直列4気筒型の火花点火式直墳ガソリンエンジンであり、各気筒は、シリンダブロック3と、当該シリンダブロック3の上部に固定されたシリンダヘッド5とを備えている。シリンダブロック3のシリンダ13内には、往復動可能なピストン7が嵌挿されており、このピストン7の上方には、当該ピストン7の頂面とシリンダ13の内壁面とシリンダヘッド5のペントルーフ型の底面とに囲まれた燃焼室11が形成されている。一方、ピストン7の下方のクランクケース内には、クランク軸(図示せず)が配設されており、コネクティングロッド17によって当該ピストン7と連結されている。
このクランクケース内には、クランク軸の回転角(クランク角)を検出するためのクランク角センサ37が設けられている。このクランク角センサ37は、クランク軸と一体回転するように当該クランク軸の端部に取付けられたロータ27の回転に伴い、当該ロータ27の外周部に設けられた凸部の通過に対応して、信号をPCM(Power-train Control Module)21に出力する電磁ピックアップコイルを有している。
加えて、シリンダブロック3には、ウォータジャケット(図示せず)内を流れる冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサ23と、エンジンオイルの温度を検出するためのエンジンオイル温度センサ33とが設けられている。
一方、シリンダヘッド5には、各シリンダ13に対応して点火プラグ9が複数設けられている。これらの点火プラグ9の先端電極は、各燃焼室11内に臨んでいるとともに、各点火プラグ9は、シリンダヘッド5の上部に設けられた点火回路19にそれぞれ接続されている。なお、図1の例では、点火回路19は、各点火プラグ9に対応する数だけ設けられているが、これに限らず、複数の点火プラグ9に対応して1つ又は複数設ける構成としてもよい。
各シリンダ13に対応する点火回路19は、PCM21から、点火プラグ9を点火放電させるための制御信号を受けている間は、不図示の点火コイルに通電する一方、所定の通電時間経過後、制御信号を受けなくなると当該点火コイルの二次巻線から点火放電電流を流し、点火プラグ9を点火放電させるように構成されている。
この点火回路19には、点火プラグ9の点火放電によって充電されるコンデンサ19aと、当該コンデンサ19aの充電電荷が放電することで流れる電流を、イオン電流として検出するイオン電流検出回路19bとが設けられている。点火回路19は、イオン電流検出回路19bによって検出されたイオン電流の検出信号をPCM21へ出力するように構成されている。
さらに、シリンダヘッド5には、各燃焼室11に連通する吸気ポート15及び排気ポート25が2つずつ形成されており、これら吸気ポート15及び排気ポート25のポート開口部には、電磁VVT(電磁式の可変バルブタイミング機構)35a,45aによって所定タイミングで独立に開閉動作が行われる吸排気バルブ(吸気弁35及び排気弁45)が配設されている。
吸気弁35及び排気弁45は、電磁VVT35a,45aによって、開閉動作タイミングが進角側及び遅角側に変更可能となっており、これによりオーバーラップ期間が変化し、燃焼室11に残留する既燃ガスの量を変化させることが可能となっている。
また、各気筒には、吸気ポート15に連通するように吸気通路55が配設されているとともに、排気ポート25に連通するように排気通路65が配設されている。これら吸気通路55と排気通路65とは、EGR通路85で接続されており、当該EGR通路85に設けられた開度調節可能な電気式のEGR弁51により、排気通路65の排気ガスの一部が吸気通路55に還流されるようになっている。
吸気通路55には、上流側から、エアクリーナ75と、吸気温度センサ43と、吸気流量を検出するエアフローセンサ29と、電動モータ41aにより駆動されて吸気通路55を絞るスロットル弁41と、燃焼室11内の吸気流動の強さを調整するTSCV(タンブルスワールコントロール弁)31と、供給されるガソリンを各燃焼室11内に直接噴射供給するためのガソリン噴射用のインジェクタ39と、が配設されている。
一方、排気通路65には、図2に示すように、4つの気筒♯1,♯2,♯3,♯4からの排気通路65a,65b,65c,65dが集合する排気集合部95(エグマニ集合部)に、排気ガス中の酸素濃度に基づき混合気の空燃比を検出するためのリニアOセンサ(空燃比検出手段)47と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ49とが配設されている。なお、触媒コンバータ49としては、例えば、HC,CO,NOの3成分を同時に浄化し得る三元触媒を用いることができる。
PCM21は、周知の如くCPU、ROM、RAM、I/Oインターフェース回路等を備えて構成されている。このPCM21には、本実施形態に係る制御に必要な信号として、少なくとも、上記クランク角センサ37、上記エンジン水温センサ23、上記エアフローセンサ29、上記リニアOセンサ47の各出力信号に加え、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ53、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ57の各出力信号が入力されるようになっている。そして、PCM21は、これらのセンサの出力信号に基づいて、エンジン1のフィードバック制御や、空燃比の気筒間におけるずれ異常検出制御を行うようになっている。
図3は、空燃比による触媒の浄化率を模式的に示す図であり、横軸の左へ向かうほど空燃比はリッチとなり、縦軸の上部へ向かうほど触媒による浄化率が高くなるように表している。図3に示すように、空燃比がリッチになると、HC、CO等が浄化されずにそのまま排出される一方、空燃比がリーンになると触媒の転換能が失われNOを増加させてしまう結果となる。
このため、PCM21は、リニアOセンサ47の検出値によってエンジン1の実空燃比が理論空燃比を中心とした所定目標空燃比の範囲に収束するように、排気ガス中の酸素濃度のリッチ状態又はリーン状態を検出して、吸入空気量を基準として設定されたインジェクタ39からの燃料噴射量を高精度にフィードバック制御するように構成されている。なお、目標空燃比の範囲とは、理論空燃比の状態から約0.25程度リッチ又はリーンな範囲である。
このようなフィードバック制御を行うことにより、排気ガス中に含まれるCO、HC、NOxのいずれについても、高い浄化率を得られるようになるが、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が生じた場合、換言すると、例えば、他の3つの気筒は正常だが1つの気筒だけが燃料噴射量が足りずリーンになっているような場合には、以下のような問題が生じる。
すなわち、各気筒から排出されるガスは、各々独立して触媒コンバータ49に流れ込むことから、例えばリーン状態になっている気筒から排出されたガスが触媒コンバータ49に流れ込むと、触媒の転換能が失われNOが外に排出されるおそれがある一方、リッチ状態になっている気筒から排出されたガスが触媒コンバータ49に流れ込むと、HC、CO等が浄化されずにそのまま排出されるおそれがある。
そこで、PCM21は、リニアOセンサ47の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するように構成されている。具体的には、エンジン運転中に、所定クランク角(例えば、点火に同期したクランク角)間隔で、リニアOセンサ47の空気過剰率λ(=出力値/理論空燃比)の変化率である差分値を演算し、その差分値の絶対値を積算し、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定の判定値以上であるか否かで、ずれ異常が発生しているか否かを判定するようになっている。
ところで、精度の高い異常判定を行う前提として、リニアOセンサ47の適切な出力特性が担保されている必要があるが、リニアOセンサ47には、機械的な個体差、すなわち、製品によって出力特性のばらつきがあることや、経時変化による個体差、すなわち、劣化度合によって出力特性にばらつきが生じてくることが知られている。このため、リニアOセンサ47の出力特性のばらつき如何よっては、空燃比の気筒間におけるずれが極めて小さい(図3の目標空燃比の範囲内に収まっている)場合に、異常であると判定したり、逆に、空燃比の気筒間におけるずれが大きい(図3の目標空燃比の範囲内に収まっていない)場合に、異常ではないと判定したりするおそれがある。
そこで、PCM21は、エンジン1が始動される毎に、リニアOセンサ47の出力特性を測定し、当該測定された出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、リニアOセンサ47の個体差(機械的な個体差及び/又は経時変化による個体差)に応じて、当該リニアOセンサ47の出力を補正するための出力補正値CV1を算出するように構成されている。
具体的には、PCM21は、リニアOセンサ47の出力特性を測定する出力特性測定部(出力特性測定手段)21aと、測定条件判定部21bとを有していて、測定条件判定部21bにより所定の第1条件が成立していると判定されると、出力特性測定部21aが、意図的に燃料噴射量の増量又は減量を所定回数繰り返し実行し、その際のリニアOセンサ47の無駄時間及び応答性に関する値を測定するように構成されている。なお、「無駄時間」とは、混合気の空燃比が補正されてから、リニアOセンサ47が排気ガスの空燃比の変化を検出するまでに要する時間をいう。また、「応答性」とは、リニアOセンサ47が排気ガスの空燃比の変化を検出した後の検出される空燃比の変化率をいう。
ここで、所定の第1条件とは、空燃比を変動(燃料噴射量を増量又は減量)させるとエンジン回転数Neへの影響が大きい(走行性への影響が大きい)場合を除外するための条件である。そうして、測定条件判定部21bは、例えば、暖機運転が終了した状態、すなわち水温Twが所定温度以上になっている状態や、エンジン回転数Ne、吸気充填効率、スロットル開度Thの各変動量が小さく(所定値以下)、安定している状態では、所定の第1条件が成立していると判定する一方、例えばアイドル時のような低回転数領域では、所定の第1条件が成立しているとは判定しない。
なお、リニアOセンサ47の出力特性の測定を複数回行う場合、例えば、燃料噴射量を増量させた後減量させるという変動制御を5回(所定回数)行う場合には、変動制御を必ずしも5回連続して行う必要はなく、各変動制御(増量開始から減量終了まで)が所定の第1条件下で行われるなら、断続的に測定してもよい。
さらに、PCM21は、測定された無駄時間及び応答性と、予め設定された基準特性(基準無駄時間及び基準応答性)とを比較して、リニアOセンサ47の機械的な個体差及び/又は経時変化に応じて、当該リニアOセンサ47の出力値OV1を補正するための出力補正値CV1を算出する補正値算出部(補正値算出手段)21cを有している。ここで、基準特性は、リニアOセンサ47の機械的な個体差により生じるリニアOセンサ47の出力特性のばらつきの中央値(製品ばらつきの中央値)に基づいて設定されている。具体的には、経時変化による個体差がない、すなわち、新品のリニアOセンサをサンプルとし、サンプル毎に燃料噴射量の増量又は減量を実行した際の無駄時間及び応答性を測定し、これらの中央値を基準無駄時間及び基準応答性として設定している。
図4は、燃料噴射量制御値とリニアOセンサの出力値との関係を模式的に示す図であり、図中のt1はリッチからリーンへの無駄時間を、t2はリーンかリッチらへの無駄時間を、αはリッチからリーンへの応答性を、βはリーンからリッチへの応答性をそれぞれ表している。図4に示すように、リニアOセンサ47は、燃料噴射量の減量による空燃比のリッチからリーンへの変化を検出するまでにt1だけ要し、その後リッチからリーンへの空燃比の変化率としてαを検出する一方、燃料噴射量の増量による空燃比のリーンからリッチへの変化を検出するまでにt2だけ要し、その後リーンからリッチへの空燃比の変化率としてβを検出する。
また、図5は、リニアOセンサの測定された出力特性と基準特性との関係を模式的に示す概念図であり、同図(a)は、測定された応答性が基準応答性よりも小さい場合を示し、同図(b)は、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合を示す。図5に示すように、リニアOセンサ47の応答性が基準応答性よりも小さい(傾きが小さい)と、出力値が小さくなり、また、リニアOセンサ47の片側無駄時間(リッチからリーンへの無駄時間)が基準無駄時間よりも長いと、出力値が小さくなることが分かる。
このため、補正値算出部21cによって算出される出力補正値CV1は、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、リニアOセンサ47の出力値を増大させるような値をとる一方、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、リニアOセンサ47の出力値を減少させるような値をとるようになっている。換言すると、補正値算出部21cは、図6に示すように、測定された応答性(変化率)が基準応答性よりも小さく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長い場合は、リニアOセンサ47の出力値を増大させるような出力補正値CV1を算出する一方、測定された応答性(変化率)が基準応答性よりも大きく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも短い場合は、リニアOセンサ47の出力値を減少させるような出力補正値CV1を算出するように構成されている。より具体的には、本実施形態においては、出力補正値CV1(より詳しくは後述する診断用補正値CV2)を乗じることで、リニアOセンサ47の出力値を補正するので、補正値算出部21cは、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、出力補正値CV1として1以上の値を算出する一方、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、出力補正値CV1として1未満の値を算出する。このようにして補正値算出部21cにより算出された出力補正値CV1は、PCM21内の出力値補正部21dに入力される。
出力値補正部(出力値補正手段)21dは、所定の第2条件で、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正するようになっている。具体的には、出力値補正部21dは、測定条件判定部21bにより所定の第2条件が成立していると判定されると、リニアOセンサ47の出力値OV1を測定し、補正値算出部21cによって算出された出力補正値CV1に基づいて当該測定された出力値OV1を補正するように構成されている。
なお、所定の第2条件とは、補正値算出部21cによって出力補正値CV1が算出されたことを確認するための条件、及び、リニアOセンサ47の出力値が確保され難い状態を除外するための条件である。そうして、測定条件判定部21bは、補正値算出部21cによって出力補正値CV1が算出された後、例えば、車両走行中に占める割合が高い状態(例えば、中回転高負荷状態)では、所定の第2条件が成立していると判定する一方、補正値算出部21cによって出力補正値CV1が算出されていない場合や、例えばアイドル時のような低回転数領域では、所定の第2条件が成立しているとは判定しない。
出力値補正部21dは、このようにして補正値算出部21cにより算出された出力補正値CV1を用いてリニアOセンサ47の出力値OV1を補正するが、かかる出力補正値CV1を算出する際の負荷やエンジン回転数が、当該出力補正値CV1に基づいて補正しようとする、リニアOセンサ47の出力値OV1を検出する際の負荷やエンジン回転数と余りにもかけ離れている場合には、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することが困難になるおそれがある。
より詳しくは、気筒から排気集合部95に設けられたリニアOセンサ47に至る空間の容積は一定であることから、各気筒から排出された排気ガスがリニアOセンサ47に到達するまでの時間は、排気ガスが当該空間をどれだけ早く満たすか、例えば排気流量がどれくらい多いかに因る。換言すると、排気流量が多いほど、気筒から排出された排気ガスがリニアOセンサ47で検出可能となるまでの時間が短くなるため、排気流量が多い場合には、排気流量が少ない場合に比して、リニアOセンサ47自体の出力特性があたかも向上したように測定される。
そこで、出力値補正部21dは、図7に示すように、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する際の排気流量(排気流量に関連する値)が、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときの排気流量(排気流量に関連する値)よりも減少するほど、出力補正値CV1が大きくなるように当該出力補正値CV1を修正する一方、リニアOセンサ47の出力特性を測定したときの排気流量(排気流量に関連する値)よりも増大するほど、出力補正値CV1が小さくなるように当該出力補正値CV1を修正するように構成されている。
なお、λ=1を前提とすると、排気流量は、燃料量と吸気流量との和で決まることから、排気流量に関連する値としてエアフローセンサ29によって検出された吸気流量を用いることができる。
他方、エンジン回転数が上昇した場合、リニアOセンサ47が空燃比の変化を検出するのに要する時間が短縮される訳ではなく、あくまで変動の間隔が短くなることから、ある気筒から排出された排気ガスの空燃比を検出している途中で、他の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を受けることになる。このため、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数が低い場合に比して、リニアOセンサ47自体の出力特性があたかも低下したように測定される。
そこで、出力値補正部21dは、図8に示すように、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する際のエンジン回転数が、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも減少するほど、出力補正値CV1が小さくなるように当該出力補正値CV1を修正する一方、リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、出力補正値CV1が大きくなるように当該出力補正値CV1を修正するように構成されている。
そうして、出力値補正部21dは、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する際の排気流量(又はエンジン回転数)と、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときの排気流量(又はエンジン回転数)との差に応じて修正した診断用補正値CV2を用いて、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する。このようにして出力値補正部21dにより補正された診断用出力値OV2は、PCM21内のずれ異常検出部21eに入力される。
ずれ異常検出部21eは、出力値補正部21dにより補正されたリニアOセンサ47の診断用出力値OV2を用いて空気過剰率λ(=出力値/理論空燃比)を算出し、上述の如く、空気過剰率λの変化率である差分値を演算し、その差分値の絶対値を積算し、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定の判定値以上であるか否かで、ずれ異常が発生しているか否かを判定するように構成されている。
ここで、気筒♯1〜♯4に供給される混合気の空燃比が正常であれば、空気過剰率λは、理論空燃比付近に収まるが、いずれかの気筒の空燃比が異常になると、排出ガスの空燃比が乱れて、空気過剰率λの変動が大きくなって、空気過剰率λの差分値の積算値が大きくなる。このため、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定値以上であるか否かで、いずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定することが可能となる。
−異常検出装置の処理動作−
《補正値算出処理》
ここで、異常検出装置の補正値算出処理について、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
このフローチャートに示すルーチンはイグニッションオンでスタートし、先ず、最初のステップSA1では、エンジン回転数センサ57により検出されたエンジン回転数Ne1と、スロットル開度センサ53により検出されたスロットル開度Th1と、エアフローセンサ29により検出された吸気流量A1と、エンジン水温センサ23により検出されたエンジン水温Tw1と、を測定条件判定部21bが読み込み、しかる後にステップSA2に進む。
次のステップSA2では、測定条件判定部21bが、空燃比センサ出力特性測定、すなわち、リニアOセンサ47の出力特性測定の実行条件が成立しているか否かを判定する。より詳しくは、エンジン水温Tw1が暖機完了を示す所定温度以上になっているか否か、又は、エンジン回転数Ne1、吸気充填効率、スロットル開度Th1の各変動量が小さく、安定しているか否かを判定する。このステップSA2の判定がNOであるとき、例えば、アイドル時のような低回転数領域にある場合には、再びステップSA1に戻る。
一方、ステップSA2の判定がYESであるとき、すなわち、空燃比を変動させても走行性への影響が小さいと判定したときは、ステップSA3に進み、後述する空燃比変動制御を行った後に、ステップSA4に進む。次のステップSA4では、出力特性測定部21aが、空燃比センサの出力特性測定を実行、すなわち、空燃比変動制御における燃料の増量及び減量に対するリニアOセンサ47の無駄時間及び応答性を測定し、しかる後にステップSA5に進む。
次のステップSA5では、補正値算出21cが、ステップSA4で測定されたリニアOセンサ47の無駄時間及び応答性と、リニアOセンサ47の機械的な個体差により生じる出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定され、予め記憶された基準特性(基準無駄時間及び基準応答性)とに基づいて、リニアOセンサ47の出力値を、当該リニアOセンサ47の個体差に応じて補正するための出力補正値CV1を算出する。具体的には、補正値算出部21cは、測定された応答性(変化率)が基準応答性よりも小さく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも長いような場合は、リニアOセンサ47の出力値を増大させるような出力補正値CV1を算出する一方、測定された応答性(変化率)が基準応答性よりも大きく、測定された無駄時間が基準無駄時間よりも短い場合は、リニアOセンサ47の出力値を減少させるような出力補正値CV1を算出し、しかる後にエンドする。
《空燃比変動制御》
次に、空燃比変動制御(ステップSA3)サブルーチンについて、図10に示すフローチャートを用いて説明する。
先ず、最初のステップSB1では、4つの気筒のうち第1気筒♯1から燃料増量を開始し、しかる後にステップSB2に進む。次のステップSB2では、第3気筒♯3、第4気筒♯4、第2気筒♯2の順に燃料を増量し、4気筒分の燃料増量を終了した後、ステップSB3に進む。
次のステップSB3では、4つの気筒のうち第1気筒♯1から燃料減量を開始し、しかる後にステップSB4に進む。次のステップSB4では、第3気筒♯3、第4気筒♯4、第2気筒♯2の順に燃料を減量し、4気筒分の燃料減量を終了した後エンドする。このように、燃料噴射量を変動させる際には、常に特定の気筒(第1気筒♯1)から燃料噴射量の増量又は減量が開始されるので、燃料噴射量の変動を開始させる気筒が異なることに起因する測定誤差の発生が抑制される。なお、本実施形態では、燃料噴射量を増減させる空燃比変動制御を1回としたが、かかる燃料変動制御を複数回行ってもよい。
《出力値補正処理》
次に、出力値補正処理について、図11に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、最初のステップSC1では、エンジン回転数センサ57により検出されたエンジン回転数Ne2と、スロットル開度センサ53により検出されたスロットル開度Th2と、エアフローセンサ29により検出された吸気流量A2と、エンジン水温センサ23により検出されたエンジン水温Tw2と、補正値算出部21cにより算出された出力補正値CV1と、を測定条件判定部21bが読み込み、しかる後にステップSC2に進む。
次のステップSC2では、測定条件判定部21bが、気筒間におけるずれ異常診断の実行条件が成立しているか否かを判定する。このステップSB2の判定がNOであるとき、すなわち、補正値算出部21cによって算出された出力補正値CV1が読み込まれていない場合や、例えばアイドル時のようにエンジン回転数Ne2が低回転数領域である場合には、再びステップSC1に戻る。
一方、ステップSC2の判定がYESであるときは、ステップSC3に進み、出力値補正部21dが、エンジン回転数Ne1と、エンジン回転数Ne2と、出力補正値CV1とに基づき、診断用補正値CV2を算出する。具体的には、出力値補正部21dは、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する際のエンジン回転数Ne2が、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数Ne1よりも減少するほど、出力補正値CV1が小さくなるように当該出力補正値CV1を修正する一方、リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数Ne1よりも増大するほど、出力補正値CV1が大きくなるように当該出力補正値CV1を修正して、診断用補正値CV2を算出し、しかる後にステップSC4に進む。
次のステップSC4では、出力値補正部21dが、リニアOセンサ47の出力値OV1を測定し、しかる後にステップSC5に進む。次のステップSC5では、出力値補正部21dが、ステップSC4で測定したリニアOセンサ47の出力値OV1を、ステップSC3で算出した診断用補正値CV2を用いて補正することで、具体的には、出力値OV1に診断用補正値CV2を乗じて診断用出力値OV2を算出し、しかる後にステップSC6に進む。
次のステップSC6では、後述するずれ異常診断制御を行った後にエンドする。
《ずれ異常診断制御》
次に、ずれ異常診断制御(ステップSC6)サブルーチンについて、図12に示すフローチャートを用いて説明する。
先ず、最初のステップSD1では、上記クランク角センサ37からの信号に基づいて、現在のクランク角が、空気過剰率λの差分値λd を演算する所定クランク角であるか否かを判定する。このステップSD1の判定がNOであるときは、再びステップSD1に戻る一方、ステップSD1の判定がYESであるときは、ステップSD2に進む。
次のステップSD2では、空気過剰率λ(=診断用出力値OV2/理論空燃比)を算出し、しかる後にステップSD3に進む。
次のステップSD3では、前回(1回前)の空気過剰率λをλ(i−1)とし、今回の空気過剰率λをλ(i)として、空気過剰率λの差分値λd(=λ(i−1)−λ(i))を算出し、しかる後にステップSD4に進む。
次のステップSD4では、ステップSD3で算出した今回の空気過剰率λの差分値λd の絶対値|λd |を、PCM21に記憶されている前回の空気過剰率λの差分値の積算値λsに加算して、今回の空気過剰率λの差分値の積算値λsを求め、しかる後にステップSD5に進む。
次のステップSD5では、空気過剰率λの差分値λd の絶対値|λd |を積算する期間が所定期間を経過したか否かを判定する。このステップSD5の判定がNOであるときは、再びステップSD1に戻って差分値の積算値λsへの加算を継続する一方、ステップSD5の判定がYESであるときは、ステップSD6に進む。
次のステップSD6では、空気過剰率λの差分値の積算値λsが、所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。このステップSD6の判定がNOであるときは、ステップSD9に進み、正常と判定した後エンドする。一方、ステップSD6の判定がYESであるときは、ステップSD7に進み、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が生じていると判定し、しかる後にステップSD8に進む。
次のステップSD8では、警報を作動(例えば、警告ランプ59を点滅)させることで、乗員に対し、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常が発生していることを報知し、しかる後にエンドする。
−効果−
本実施形態によれば、リニアOセンサ47の機械的な個体差(製品ごとの出力特性のばらつき)及び/又は経時変化による個体差(劣化度合い)によって適切な出力値が出力されない場合にも、所定の第2条件で検出されたリニアOセンサ47の出力値OV1を、所定の第1条件で算出された出力補正値CV1に基づいて補正することで、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
また、出力補正値CV1は、測定された出力特性が基準特性に比して小さい場合は、リニアOセンサ47の出力値OV1を増大させるような値をとるので、空燃比の気筒間におけるずれが実際には大きいときに、異常ではないとの誤判定が抑制される。一方、出力補正値CV1は、測定された出力特性が基準特性に比して大きい場合は、リニアOセンサ47の出力値OV1を減少させるような値をとるので、空燃比の気筒間におけるずれが実際には極めて小さいときに、異常であるとの誤判定が抑制される。これらにより、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
また、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正する際のエンジン回転数Ne2が、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数Ne1よりも減少するほど、出力補正値CV1を小さくする一方、当該リニアOセンサ47の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、出力補正値CV1を大きくするので、異なるエンジン回転数において算出された補正値を用いても、空燃比の気筒間におけるずれ異常を精度良く検出することができる。
さらに、基準特性は、リニアOセンサ47の機械的な個体差により生じるリニアOセンサ47の出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定されていることから、リニアOセンサ47のうち、極端に無駄時間が長いものや応答性が低いものを除外して、リニアOセンサ47の基準特性が算出されるので、基準特性への信頼性が向上する。
(その他の実施形態)
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
上記実施形態では、リニアOセンサ47の出力値を補正する際のエンジン回転数に基づいて補正値を修正したが、これに限らず、例えば、リニアOセンサ47の出力を補正する際の排気流量に基づいて補正値を修正してもよい。
また、上記実施形態では、所定期間内における空気過剰率λの差分値の積算値が所定値以上であるか否かで、いずれかの気筒の空燃比が異常であるか否かを判定したが、これに限らず、他の判定手法を用いてもよい。
さらに、上記実施形態では、基準特性(基準無駄時間及び基準応答性)をリニアOセンサ47の製品ばらつきの中央値としたが、これに限らず、例えば、リニアOセンサ47の設計基準値としてもよい。
また、上記実施形態では、診断用補正値CV2を乗じることで、リニアOセンサ47の出力値OV1を補正するようにしたが、これに限らず、例えば、診断用補正値CV2を加えたり減じたりすることで出力値OV1を補正してもよい。
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
以上説明したように、本発明は、空燃比検出手段の出力に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出方法及び異常検出装置等について有用である。
1 エンジン
47 リニアOセンサ(空燃比検出手段)
95 排気集合部(排気系)
SA4 出力特性測定工程
SA5 補正値算出工程
SC3〜Sc5 出力値補正工程
SC6 異常検出工程
21a 出力特性測定部(出力特性測定手段)
21c 補正値算出部(補正値算出手段)
21d 出力値補正部(出力値補正手段)

Claims (8)

  1. エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力する空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出方法であって、
    所定の第1条件で、上記空燃比検出手段の出力特性を測定する出力特性測定工程と、
    測定された上記出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、上記空燃比検出手段の個体差に応じて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出工程と、
    所定の第2条件で、上記空燃比検出手段の出力値を検出し、且つ、当該検出された出力値を上記補正値に基づいて補正する出力値補正工程と、
    上記補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出する異常検出工程と、を有することを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  2. 請求項1記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記補正値は、上記測定された出力特性が上記基準特性に比して小さい場合は、上記空燃比検出手段の出力値を増大させるような値をとる一方、上記測定された出力特性が上記基準特性に比して大きい場合は、上記空燃比検出手段の出力値を減少させるような値をとることを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  3. 請求項1又は2記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記出力値補正工程は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際の、排気流量に関連する値及び/又はエンジン回転数に基づいて、上記補正値を修正するための補正値修正工程を有し、当該修正された補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正することを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  4. 請求項3記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記補正値は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際の排気流量に関連する値が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも減少するほど、大きくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときの排気流量に関連する値よりも増大するほど、小さくなるように修正されることを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  5. 請求項3記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記補正値は、上記空燃比検出手段の出力値を補正する際のエンジン回転数が、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも減少するほど、小さくなるように修正される一方、当該空燃比検出手段の出力特性を測定したときのエンジン回転数よりも増大するほど、大きくなるように修正されることを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記出力特性は、無駄時間及び応答性に関するものであることを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  7. 請求項1〜6のいずれか1つに記載のエンジンの異常検出方法において、
    上記基準特性は、空燃比検出手段の機械的な個体差により生じる、空燃比検出手段の出力特性のばらつきの中央値に基づいて設定されることを特徴とするエンジンの異常検出方法。
  8. エンジンの排気系に設けられ排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力する空燃比検出手段を備え、当該空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出するエンジンの異常検出装置であって、
    所定の第1条件で、上記空燃比検出手段の出力特性を測定する測定手段と、
    測定された上記出力特性と予め設定された基準特性とを比較して、上記空燃比検出手段の個体差に応じて、当該空燃比検出手段の出力値を補正するための補正値を算出する補正値算出手段と、
    所定の第2条件で、上記補正値算出手段によって算出された補正値に基づいて上記空燃比検出手段の出力値を補正する出力値補正手段と、を備え、
    上記補正手段によって補正された空燃比検出手段の出力値に基づいて、供給される混合気の空燃比の気筒間におけるずれ異常を検出することを特徴とするエンジンの異常検出装置。
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