JP2757625B2 - 空燃比センサの劣化判定装置 - Google Patents

空燃比センサの劣化判定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の空燃比制
御システムに用いる空燃比センサの劣化判定装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】排気中の酸素濃度から理論空燃比を含む
広範囲の空燃比を連続的に検出する空燃比センサがあ
る。
【0003】この空燃比センサを用いた空燃比制御シス
テムでは、エンジンの負荷と回転数等に基づいて基本的
な燃料噴射量を定めると共に、空燃比センサの出力(実
空燃比)と目標空燃比の差異に基づき燃料噴射装置から
の燃料噴射量をフィードバック補正することで、理論空
燃比だけでなく広範囲に所定空燃比の混合気を得ること
が可能であるが、この場合空燃比センサに劣化がある
と、空燃比を精度良く制御できなくなる。
【0004】このため、定常運転域等での制御中に、空
燃比センサの出力と目標空燃比の差異に基づき演算した
フィードバック補正係数が所定範囲外の値かどうかを判
断し、所定範囲外の値になったときは空燃比センサの劣
化と判定するものがある(特開昭62ー186029号
公報等参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これだ
と空燃比センサの劣化を正確に判定できないときがあ
る。
【0006】即ち、空燃比制御中にフィードバック補正
係数が所定範囲外つまり補正が大きくなる原因として、
空燃比センサの劣化の他に、燃料インジェクタやエアフ
ローセンサ等のバラツキ、劣化によるものがある。
【0007】このため、従来の方法では、燃料インジェ
クタ等にバラツキや劣化があると、誤って空燃比センサ
の劣化と判定しかねないのである。
【0008】この発明は、このような問題点を解決した
空燃比センサの劣化判定装置を提供することを目的とし
ている。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、図1に示す
ように排気系に設けた理論空燃比を含む広範囲の空燃比
を連続的に検出可能な空燃比センサ51の出力を用い
て、機関に供給する混合気の空燃比を空燃比制御手段5
2が目標空燃比にフィードバック補正する空燃比制御シ
ステムにおいて、目標空燃比を理論空燃比に設定する手
段53と、目標空燃比を理論空燃比と異なる空燃比に設
定する手段54と、理論空燃比への制御時において、エ
ンジンの負荷と回転数が同一エリア内にあるときの空燃
比センサの出力に基づくフィードバック補正係数の平均
値と基準値との偏差を積算して求めた学習制御係数を学
習する手段55と、理論空燃比と異なる空燃比への制御
時において、エンジンの負荷と回転数が同一エリア内に
あるときの空燃比センサの出力に基づくフィードバック
補正係数の平均値と基準値との偏差を積算して求めた学
習制御係数を学習する手段56とを設けると共に、双方
の学習制御係数を比較し、その差が所定値以上のときに
空燃比センサの劣化と判定する手段57を設けた
【0010】
【0011】
【作用】空燃比センサに劣化がある場合、理論空燃比の
検出時に比べて理論空燃比以外の検出時にその出力のバ
ラツキ、劣化は大きくなる。
【0012】即ち、理論空燃比の制御時の空燃比センサ
の出力に基づくフィードバック補正量から空燃比センサ
以外のバラツキ、劣化を、理論空燃比と異なる空燃比の
制御時の空燃比センサの出力に基づくフィードバック補
正量から空燃比センサを含めたバラツキ、劣化を判断で
き、これによりそれぞれの補正量を学習した学習値の相
異から空燃比センサ自体の劣化を判定できる。
【0013】また、エンジンの負荷と回転数が同一エリ
ア内にあるときの空燃比センサの出力に基づくフィード
バック補正係数の平均値と基準値との偏差を積算して求
めた学習制御係数を使ったので、空燃比センサの正確な
劣化判定が行える。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0015】図2に示すように、吸入空気はエアクリー
ナ2から吸気管3を通ってエンジン1のシリンダに導入
され、燃料は気筒毎に設けた燃料インジェクタ(燃料噴
射装置)4から各吸気ポートに向けて噴射される。
【0016】シリンダ内で燃焼したガスは排気管5を通
して触媒装置6に導入され、ここで燃焼ガス中の有害成
分(CO,HC,NOx)が清浄化されて排出される。
【0017】吸入空気の流量はホットワイヤ式のエアフ
ローセンサ7により検出され、アクセルペダルと連動す
るスロットルバルブ8によってその流量が制御される。
【0018】スロットルバルブ8の開度はスロットル開
度センサ9により検出される。エンジンの回転数はディ
ストリビュータ10に内蔵されたクランク角センサ11
により検出され、ウォータジャケットの冷却水温は水温
センサ12により検出される。
【0019】排気中の空燃比(酸素濃度)は排気管5に
設置された空燃比センサ13により検出され、空燃比セ
ンサ13はリッチ側からリーン側まで幅広く空燃比を検
出し得る特性を持つものが用いられる。
【0020】空燃比センサ13は、図3のようにジルコ
ニア等の固体電解質14からなり、内部に設けた大気室
15と貫通孔16を通して排気が導入される拡散室17
とその拡散室外部の各面に多孔質の白金電極18〜21
をコーティングしたもので、電極18,19間に生じる
起電力を差動増幅器22を介し比較増幅して電極20,
21間を流れる電流Ipを電圧Vpに変換し検出する。
【0021】24はアイドル吸気を制御するアイドル制
御弁、25は暖機時のエアレギュレータ、26はキャニ
スタ、27はトランスミッションのニュートラル位置を
検出するニュートラルスイッチ、28は車速センサを示
す。
【0022】運転条件検出手段としてのエアフローセン
サ7、スロットル開度センサ9、クランク角センサ1
1、水温センサ12、空燃比センサ13、ニュートラル
スイッチ27、車速センサ28の各信号はキースイッチ
等からの信号とともにコントロールユニット30に入力
される。
【0023】コントロールユニット(空燃比制御手段、
目標空燃比設定手段、学習手段、異常判定手段)30
は、図4のようにCPU31、ROM32、RAM3
3、インタフェイス(I/O)34、記憶保持機能付き
のBURAM35、AーDコンバータ(ADC)36等
からなるマイクロコンピュータにて構成され、前記各信
号に基づき燃料インジェクタ4からの燃料噴射量制御を
行うと共に、空燃比センサ13の劣化判定を行う。
【0024】次に、コントロールユニット30の制御内
容を図5〜図10のフローチャートに基づいて説明す
る。
【0025】まず、燃料インジェクタ4の燃料噴射量
(噴射パルス幅)Tiの演算式(1)を示す。
【0026】 Ti=Tp×COEF×TDML×α×Lα+Ts ‥‥(1) Tpは、エンジンの吸入空気量Qa、エンジンの回転数
Neから、定数Kc×Qa/Neの式にて求まる基本的
な噴射量(基本パルス幅)である。
【0027】COEFは、運転域の空燃比補正係数、水
温増量補正係数、始動および始動後増量補正係数等の和
で、それぞれ所定のテーブルから読み込む。
【0028】TDMLは、空燃比の設定値で、理論空燃
比/目標空燃比の値を取る。
【0029】αは空燃比センサ13の出力(実空燃比)
と目標空燃比の差異に基づいて決定する空燃比のフィー
ドバック補正係数、Lαはその補正に基づく空燃比の学
習制御係数である。
【0030】Tsは無効パルス幅である。
【0031】この噴射パルス幅Tiのパルス信号を燃料
インジェクタ4に出力することで、燃料噴射量つまり空
燃比を制御する。
【0032】図5は目標空燃比の設定フローで、ステッ
プ101にてエンジンの吸入空気量Qa、回転数Ne、
水温Tw等の運転条件を読み込み、ステップ102にて
リーン(希薄)空燃比の運転条件かどうかを判定する。
【0033】冷機中にない軽負荷域等にはステップ10
3に進んで、目標空燃比にリーン空燃比を設定つまり前
式(1)のTDMLをリーンに定め、リーン運転に入
る。
【0034】リーン運転条件にないときはステップ10
4に進んで、目標空燃比に理論空燃比をつまりTDML
を1にし、理論空燃比運転に入る。
【0035】理論空燃比運転に入ると、図6、図7のフ
ローに基づいてフィードバック補正係数αS、学習制御
係数LαSを演算し、空燃比のフィードバック制御、学
習制御を行う。
【0036】図6では、運転条件からステップ201に
て冷機時、始動直後、アイドル時、スロットル全開時等
を除いた所定のフィードバック制御域に、ステップ20
3以降の制御を実行する。
【0037】空燃比センサ13の出力Vp(図3参照)
が負(リッチ)から正(リーン)に変わると、前回の補
正係数αSに所定比例分PSLを加算し、この後出力Vp
が負に変わるまで、補正係数αSに所定積分分ISLを加
算していく(ステップ203→204〜206)。
【0038】また、空燃比センサ13の出力Vpが正か
ら負に変わると、前回の補正係数αSから所定比例分P
SRを減算し、この後出力Vpが正に変わるまで、補正係
数αSから所定積分分ISRを減算していく(ステップ2
03→207〜209)。
【0039】なお、ハンチングを防止するために、出力
Vpの正負を判定する0値を間にヒステリヒスを設けて
ある。
【0040】このようにフィードバック補正係数αS
比例積分にて求める。
【0041】そして、空燃比センサ13の出力Vpが正
から負、負から正に変わるごとに(ステップ210,2
11)、図7の学習制御係数LαSの演算を行う。
【0042】図7では、ステップ221にてエンジンの
負荷(基本パルス幅Tp)、回転数Neが同一エリア内
にあり、空燃比センサ13の出力が数回サンプリングさ
れること等の条件が成立すると、ステップ222にて前
回のフィードバック補正係数αS0(前回空燃比センサ1
3の出力が正から負または負から正に変わったときの
値)と今回のフィードバック補正係数αS(今回空燃比
センサ13の出力が負から正または正から負に変わった
ときの値)の平均値αSMを求める。
【0043】次に、ステップ224にて平均値αSM
基準値との偏差に重み係数RSを乗算して、前回の学習
制御係数に積算し、新たな学習制御係数LαSを求め
る。
【0044】なお、学習回数NSをカウントする(ステ
ップ225)。
【0045】理論空燃比制御時に、このフィードバック
補正係数αS(α)、学習制御係数LαS(Lα)にて空
燃比をフィードバック制御、学習制御する。
【0046】一方、リーン運転に入ると、図8、図9の
フローに基づいてフィードバック補正係数αL,学習制
御係数LαLを演算し、空燃比のフィードバック制御、
学習制御を行う。
【0047】図8では、ステップ301にて車速等の変
化の小さい所定のフィードバック制御域に、ステップ3
03以降の制御を実行する。
【0048】この場合、リーン空燃比の設定値TDML
から目標となるVpを定め、空燃比センサ13の出力V
pを目標Vpと比較する(ステップ303,304)。
【0049】空燃比センサ13の出力Vpが目標Vpよ
りも高いと(リーン)、前回の補正係数αLに所定積分
分ILLを加算していき、出力Vpが目標Vpに下がるま
で、続ける(ステップ304→305)。
【0050】また、空燃比センサ13の出力Vpが目標
Vpよりも低いと(リッチ)、前回の補正係数αLから
所定積分分ILRを減算していき、出力Vpが目標Vpに
上がるまで、続ける(ステップ304→306)。
【0051】なお、ハンチングを防止するために、目標
Vpを間にヒステリヒスを設けてある。
【0052】そして、空燃比センサ13の出力Vpが目
標Vpよりも高くまたは低く変わるごとに(ステップ3
07)、図9の学習制御係数LαLの演算を行う。
【0053】図9では、ステップ321にてエンジンの
負荷(基本パルス幅Tp)、回転数Neが同一エリア内
にあり、空燃比センサ13の出力が数回サンプリングさ
れること等の条件が成立すると、ステップ322にてフ
ィードバック補正係数αLの平均値αLM(空燃比センサ
13の出力が目標Vpよりも高く変わったときの値と低
く変わったときの値の平均)を求め、平均値αLMの偏差
に重み係数RLを乗算して、前回の学習値に加算し、新
たな学習制御係数LαLを求める。
【0054】なお、学習回数NLをカウントする(ステ
ップ323)。
【0055】リーン空燃比制御時に、このフィードバッ
ク補正係数αL(α)、学習制御係数LαL(Lα)にて
空燃比をフィードバック制御、学習制御する。
【0056】そして、理論空燃比制御時、リーン空燃比
制御時の学習制御係数LαS,LαLが求まると、図10
のフローにて空燃比センサ13の劣化判定を行う。
【0057】即ち、ステップ401,402にてそれぞ
れの学習が所定回数行われると、ステップ403にて理
論空燃比時の学習制御係数LαSとリーン空燃比時のL
αLの差(絶対差)を求め、ステップ404にてその差
が所定値以上のとき空燃比センサ13の劣化と判定す
る。
【0058】なお、各プログラムはエンジンの回転角に
同期、実行する。
【0059】このように構成したので、理論空燃比時、
リーン空燃比時に、エンジンの空燃比をフィードバック
制御、学習制御により、それぞれ要求空燃比に制御する
ことができる。
【0060】一方、空燃比センサ13に劣化がある場
合、理論空燃比制御、リーン空燃比制御からその劣化を
判定できる。
【0061】空燃比センサ13の出力は、図11のよう
な特性を有しており、理論空燃比時は排気の化学組成に
完全に従うので、出力のバラツキや劣化は極めて小さい
が、理論空燃比以外のときは空燃比センサ13の貫通孔
16(図3参照)におけるガス拡散に支配されるため、
出力のバラツキや劣化は大きい。
【0062】即ち、理論空燃比制御時に空燃比センサ1
3の出力にずれがあれば、燃料インジェクタ4やエアフ
ローセンサ7等のバラツキや劣化によるもので、理論空
燃比以外の空燃比制御時に空燃比センサ13の出力にず
れがあれば、燃料インジェクタ4等のバラツキや劣化な
らびに空燃比センサ13の劣化によるものである。
【0063】これにより、エンジンの負荷と回転数が同
一エリア内にあるときの理論空燃比制御時ならびに理論
空燃比以外の空燃比制御時に、それぞれ空燃比センサ1
3の出力に基づくフィードバック補正係数の平均値と基
準値との偏差を積算して学習制御係数を求め、双方の学
習制御係数を比較することで、空燃比センサ13の劣化
状態を正確に判定出来る
【0064】
【0065】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、排気系に
設けた理論空燃比を含む広範囲の空燃比を連続的に検出
可能な空燃比センサの出力を用いて、機関に供給する混
合気の空燃比を空燃比制御手段が目標空燃比にフィード
バック補正する空燃比制御システムにおいて、目標空燃
比を理論空燃比に設定する手段と、目標空燃比を理論空
燃比と異なる空燃比に設定する手段と、理論空燃比への
制御時において、エンジンの負荷と回転数が同一エリア
内にあるときの空燃比センサの出力に基づくフィードバ
ック補正係数の平均値と基準値との偏差を積算して求め
た学習制御係数を学習する手段と、理論空燃比と異なる
空燃比への制御時において、エンジンの負荷と回転数が
同一エリア内にあるときの空燃比センサの出力に基づく
フィードバック補正係数の平均値と基準値との偏差を積
算して求めた学習制御係数を学習する手段とを設けると
共に、双方の学習制御係数を比較し、その差が所定値以
上のときに空燃比センサの劣化と判定する手段を設けた
ので、燃料インジェクタ等のバラツキや劣化等にかかわ
らず、空燃比センサ自体の劣化を判定出来る。
【0066】特に、エンジンの負荷と回転数が同一エリ
ア内にあるときの空燃比センサの出力に基づくフィード
バック補正係数の平均値と基準値との偏差を積算して求
めた学習制御係数を使ったので、空燃比センサの正確な
劣化判定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成図である。
【図2】制御システム構成図である。
【図3】空燃比センサの構成図である。
【図4】コントロールユニットのブロック図である。
【図5】空燃比設定のフローチャートである。
【図6】理論空燃比制御時のフローチャートである。
【図7】学習のフローチャートである。
【図8】リーン空燃比制御時のフローチャートである。
【図9】学習のフローチャートである。
【図10】劣化判定のフローチャートである。
【図11】空燃比センサの出力特性図である。
【符号の説明】
1 エンジン 4 燃料インジェクタ 7 エアフローセンサ 9 スロットル開度センサ 11 クランク角センサ 12 水温センサ 13 空燃比センサ 30 コントロールユニット

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気系に設けた理論空燃比を含む広範囲の
    空燃比を連続的に検出可能な空燃比センサの出力を用い
    て、機関に供給する混合気の空燃比を空燃比制御手段が
    目標空燃比にフィードバック補正する空燃比制御システ
    ムにおいて、目標空燃比を理論空燃比に設定する手段
    と、目標空燃比を理論空燃比と異なる空燃比に設定する
    手段と、理論空燃比への制御時において、エンジンの負
    荷と回転数が同一エリア内にあるときの空燃比センサの
    出力に基づくフィードバック補正係数の平均値と基準値
    との偏差を積算して求めた学習制御係数を学習する手段
    と、理論空燃比と異なる空燃比への制御時において、エ
    ンジンの負荷と回転数が同一エリア内にあるときの空燃
    比センサの出力に基づくフィードバック補正係数の平均
    値と基準値との偏差を積算して求めた学習制御係数を学
    習する手段とを設けると共に、双方の学習制御係数を比
    較し、その差が所定値以上のときに空燃比センサの劣化
    と判定する手段を設けたことを特徴とする空燃比センサ
    の劣化判定装置。
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