JP3878398B2 - エンジンの自己診断装置および制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車輌で使用されるエンジン(内燃機関)の自己診断装置および制御装置に係り、特に、空燃比検出装置の異常を自己診断する自己診断装置および制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンから排出される排気ガス中のHC、CO、NOxを浄化するために、排気通路の途中に三元触媒コンバータを取り付けることが従来より行われている。三元触媒コンバータは、図20に示されているように、理論空燃比近傍においてのみ、HC、CO、NOxの三成分を高い効率で浄化する特性を有している。
【0003】
このため、エンジンの空燃比制御システムにおいて、図21に示されているように、理論空燃比にてセンサ出力が急激に変化する出力特性をもつO2センサによって排気ガス中の酸素の有無を検出し、O2センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御することが行われている。
【0004】
より高度に排気ガスを浄化するために、より精密な空燃比制御を可能とする空燃比制御システムとして、図22に示されているように、空燃比(排気ガスの酸素濃度)に対してリニアな出力特性を持つリニアA/Fセンサを採用して空燃比をフィードバック制御するシステムが普及しつつある。
【0005】
このような空燃比制御システムにおいては、リニアA/Fセンサが何らかの理由により障害をきたし、リニアA/Fセンサの出力特性が変化すると、理論空燃比へのフィードバック制御精度が悪化し、排気ガスを十分に浄化できなくなる。このことからリニアA/Fセンサの特性変化を検出するための方法、装置が従来より提案されている。
【0006】
リニアA/Fセンサの特性変化を検出する従来技術の一つとして、特開平8−177575号公報には、燃料カット開始時や燃料カット復帰時等、エンジンへ供給する燃料供給量を変化させる前後のセンサ出力より、燃料供給量変化時のセンサ出力変化率を求め、センサ出力変化率に基づいてリニアA/Fセンサの異常の有無を判定する技術が示されている。
【0007】
また、特開平8−270482号公報には、エンジンの運転条件の変化に伴い目標空燃比が移行した際、目標空燃比の変化量とセンサ出力の変化量との比較結果、もしくは目標空燃比の変化量と燃料噴射補正量の変化量との比較結果によってセンサ異常の有無を判定する技術が示されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
実際には、空燃比制御系の特性は、種々の外乱の影響を受けるため、リニアA/Fセンサの出力信号にはばらつきが存在する。したがって診断(異常の有無判定)の回数が少ないと、十分な診断精度が得られないことがある。
【0009】
これに対し、上述のいずれのものも、燃料カット時あるいは目標空燃比変化時など、特定の運転条件においてのみ診断を実施するものであり、診断機会は決して多いとは言えず、診断精度の点において、必ずしも良好とはいえない。また、センサ出力の変化量を演算する場合には、ノイズの影響を受けやすく、同様に診断精度の悪化を招くと考えられる。
【0010】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、ほとんどあらゆる運転条件において、短時間に、かつ高精度にリニアA/Fセンサの応答特性変化やエンジンの運転状態を検出することができる自己診断装置、および適切にエンジンの運転状態を制御する制御装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するべく、本発明によるエンジンの自己診断装置は、多気筒エンジンの気筒毎に空燃比を制御する手段と、排気管集合部の空燃比に比例した出力をする空燃比検出手段と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御する手段と、気筒毎の空燃比が不均一となる制御下において前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分から前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出する手段と、を有するエンジンの自己診断装置であって、前記空燃比検出手段から得られる信号で、エンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーから前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出することを特徴としている。
【0012】
これにより、気筒毎の空燃比を不均一にした際に発生する排気管集合部の空燃比の振動の周波数成分を検出し、その値に応じて空燃比検出手段の応答特性もしくは空燃比制御系の応答特性を検出することができる。また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号で、エンジン回転数に基づく周波数成分から空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出するものである。
【0013】
排気管集合部の空燃比はエンジン回転数と同期して振動するので、エンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーは特定の気筒にのみ施した空燃比変化量に比例する。しかし、空燃比検出手段の応答特性が劣化してくると、集合部空燃比の振幅は小さくなる。したがって特定の気筒のみに施した空燃比変化量と周波数成分のパワーとの比例関係の比例係数が変化する。このことから空燃比検出手段の応答劣化が検出できる。
【0014】
また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーが所定値以下であると空燃比検出手段の応答性異常と判断する手段を有しているものである。また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたことを報知する手段を有しているものである。
【0015】
また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分からエンジンが冷機時は燃料の性状を検出するものである。エンジン冷機時のときには、燃料性状による応答性変化が起こり得るため、空燃比検出手段の応答性が正常な場合には、冷機時の応答性変化は燃料性状によるものと判断する。空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたときには空燃比検出手段から得られる信号に基づいて行う制御を停止するものである。
【0016】
また、本発明によるエンジンの制御装置は、空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいてエンジンの運転パラメータを制御する手段を有しているものである。これにより、理論空燃比補正項演算部におけるPI制御の可変ゲイン制御等を空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいて行うことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンの全体システムを示している。エンジン10は、多気筒エンジンで構成され、吸気系に、エアクリーナ12、吸気マニホールド13を接続されている。
【0018】
外部からの空気はエアクリーナ12を通過し、吸気マニホールド13を経て各気筒の燃焼室11内に流入する。流入空気量はアクセルペダル14と機械的に連結されているスロットルバルブ15により主に調節され、アイドル時にはバイパス用空気通路16に設けられたISCバルブ17によって空気量を調節してエンジン回転数を制御することが行われる。
【0019】
エンジン10には、各気筒毎に燃料噴射弁18、点火プラグ19が取り付けられている。燃料噴射弁18より噴射された燃料は、吸気マニホールド13からの空気と混合され、燃焼室11内に流入して混合気を形成する。燃焼室11内の混合気は所定の点火時期をもって点火プラグ19から発生される火花により着火し、燃焼する。
【0020】
エンジン10の排気系には、排気マニホールド20、三元触媒コンバータ21が接続されている。エンジン10の排気ガスは、排気マニホールド10を経て三元触媒コンバータ21に送り込まれる。排気ガス中のHC、CO、NOxの各排気成分は三元触媒コンバータ21によって浄化され、大気中に排出される。
【0021】
エンジン10には排気ガス再循環装置が組み込まれており、排気ガスの一部は排気還流通路22を通って吸気側に還流される。排気ガスの還流量は排気還流通路22の途中に設けられた排気ガス還流制御バルブ23によって制御される。エンジン10には、センサ類として、エアフロセンサ24、スロットル開度センサ25、クランク角センサ26、水温センサ27、リニアA/Fセンサ28が設けられる。
【0022】
エアフロセンサ24は流入空気量を検出し、スロットル開度センサ25はスロットルバルブ15の開度を検出し、クランク角センサ26はエンジン10のクランク軸10Aの回転角1度毎の信号および各気筒のTDC信号を出力する。水温センサ27はエンジン10の冷却水温度を検出する。
【0023】
リニアA/Fセンサ28は、エンジン10と三元触媒コンバータ21との間に取り付けられており、排気ガス中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって排気ガスの酸素濃度を検出するリニアA/Fセンサ28の出力信号より空燃比を定量的に求めることが可能となる。
【0024】
エアフロセンサ24、スロットル開度センサ25、クランク角センサ26、水温センサ27、リニアA/Fセンサ28のそれぞれの信号はコントロールユニット(ECU)30に送られ、コントロールユニット30は、これらセンサ出力からエンジン10の運転状態を得て、燃料の基本噴射量、点火時期の主要な操作量を最適に演算する。コントロールユニット30で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、各気筒の燃料噴射弁18に送られる。また、コントロールユニット30で演算された点火時期にて点火されるよう、駆動信号が点火プラグ19に送られる。
【0025】
コントロールユニット30は、リニアA/Fセンサ28の出力信号から、三元触媒コンバータ上流の空燃比を算出し、燃焼室内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう前述の基本噴射量に逐次補正するフィードバック制御を行う。コントロールユニット30は、リニアA/Fセンサ28の異常検出を行う診断機能を有しており、リニアA/Fセンサ28が異常と判定したときにはセンサ異常警告ランプ29を点灯し、センサ異常を、例えば運転者に報知する。
【0026】
つぎに、コントロールユニット30の内部構成を図2を参照して説明する。コントロールユニット30は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、相互にバス接続されたCPU31、ROM32、RAM33、入出力ポート34と、入力回路35と、燃料噴射弁駆動回路36と、点火出力回路37とを有している。
【0027】
コントロールユニット30は、エアフロセンサ24、スロットル開度センサ25、クランク角センサ26、水温センサ27、リニアA/Fセンサ28の各センサ出力値を入力回路35に入力し、入力回路35にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート34に転送する。各センサの入力値は、RAM33に保管され、CPU31により演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはROM32に予め書き込まれており、制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、RAM33に保管された後、入出力ポート34に送られる。
【0028】
火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ19の作動信号は、点火出力回路37内の一次側コイルの通流時にはオンとなり、非通流時にはオフとなるオン・オフ信号をセットされる。点火時期は作動信号がオンからオフになる時である。入出力ポート34にセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路37にて燃焼に必要な十分なエネルギに増幅されて点火プラグ19に供給される。
【0029】
燃料噴射弁18の駆動信号は、開弁時がオンで、閉弁時がオフとなるオン・オフ信号をセットされ、燃料噴射弁駆動回路36で燃料噴射弁18を開くに十分なエネルギに増幅されて燃料噴射弁18に送られる。なお、燃料噴射弁18は気筒毎に独立に制御可能である。
つぎに、コントロールユニット30のROM21に書き込まれ、CPU31が実行する制御プログラムについて説明する。
【0030】
(参考形態、図3〜図13)
図3は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の参考形態の機能ブロック図であり、CPU31が制御プログラムを実行することにより、基本燃料噴射量演算部40、理論空燃比補正項演算部41、応答特性検出許可判定部42、#1特定空燃比補正量演算部43、振幅検出部44、応答特性指数演算部45、A/Fセンサ異常判定部46の各制御ブロックが具現される。
【0031】
空燃比制御に関しては、通常時、すなわち応答特性検出不許可時には、基本燃料噴射量演算部40が算出する基本燃料制御操作量Tpと理論空燃比補正項演算部41が算出するフィードバック制御操作量Lalphaにより、全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう、各気筒燃料噴射量Tiを演算する。これに対し、応答特性検出許可時には、マニホールド20にて空燃比の振動を起こすべく1番気筒#1の当量比のみ所定量増量し、燃料噴射量Ti1とする。
【0032】
以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
(1)基本燃料噴射量演算部40
基本燃料噴射量演算部40は、エンジン10の流入空気量と回転数とに基づいて、任意の運転条件において、目標トルクと目標空燃比を同時に実現する燃料噴射量(基本燃料噴射量)を演算する。
【0033】
具体的には、図4に示されているように、基本燃料噴射量Tp=K(Qa/Ne・Cyl)を演算する。ここに、Kは定数であり、流入空気量Qaに対して常に理論空燃比を実現するよう調節させる値である。Neはエンジン回転数を、Cylはエンジン10の気筒数を表す。
【0034】
(2)理論空燃比補正項演算部41
理論空燃比補正項演算部41は、リニアA/Fセンサ28によって検出される空燃比に基づいて、任意の運転条件において、エンジン10の空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御を行う。具体的には、図5に示されているように、目標空燃比(理論空燃比)TabfとA/Fセンサ検出空燃比Rabfとの偏差Dltabfから、空燃比補正項LalphaをPI制御(比例・積分制御)により演算する。空燃比補正項Lalphaは前述の基本燃料噴射量Tpに乗ぜられ、エンジン10の空燃比を理論空燃比となるようする。この時の排気マニホールド20での空燃比は、図11に示されているように、概ね理論空燃比となる。
【0035】
ただし、リニアA/Fセンサ28が異常である時、すなわち、後述するA/Fセンサ異常フラグFafng=0の時には、Lalpha=1とし、A/Fセンサ検出空燃比Rabfによるフィードバック制御は行わない。なお、PI制御の各ゲインは、エンジン10の応答特性を表す応答特性指数Indresに応じて可変設定される。
【0036】
(3)応答特性検出許可判定部42
応答特性検出許可判定部42は、応答特性検出の許可判定を行う。具体的には、図6に示されているように、エンジン冷却水温Twn≧Twndag、かつエンジン回転数変化率ΔNe≦DNedag、かつ空気流入量変化率ΔQa≦Dqadag、かつ応答特性検出完了フラグFcmpdag=0のとき、応答特性検出許可フラグFpdag=1とし、応答特性の検出を許可する。それ以外のときは応答特性検出禁止し、Fpdag=0とする。
【0037】
エンジン回転数変化率ΔNeの規定値DNedag、空気流入量変化率ΔQaの規定値Dqadagは、予めパラメータ設定されている。なお、エンジン回転数変化率ΔNe、空気流入量変化率ΔQaは、前回ジョブで演算された値と今回ジョブで演算された値との差とすることもできる。
【0038】
(4)#1特定空燃比補正量演算部43
#1特定空燃比補正量演算部43は、1番気筒#1をエンジン10の特定の気筒として、1番気筒#1の空燃比補正量の演算を行う。通常時、すなわち、応答特性検出許可フラグFpdag=0のときには、前述の基本燃料噴射量Tpおよび空燃比補正項Lalphaにより全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう各気筒燃料噴射量が演算されるが、応答特性検出許可フラグFpdag=1のときには、排気マニホールド20にて空燃比の振動を起こすべく、1番気筒#1の当量比のみ所定量Kchos1だけ増量する。これにより、1番気筒#1の空燃比のみがリッチ空燃比になる。
【0039】
この時の排気マニホールド20での空燃比は、図12に示されているように、周期的に比較的大きく変動する。この空燃比の振動の振幅は、図13に示されているように、リニアA/Fセンサ28が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少する。
【0040】
具体的には、図7に示されているように、Fpdag=1の時には1番気筒当量比変化量Chos1この時の排気マニホールド20での空燃比は、図12に示されているように、周期的に比較的大きく変動する。具体的には、図7に示されているように、Fpdag=1の時には1番気筒当量比変化量Chos1=Kchos1とし、Fpdag=0の時にはChos1=0とする。なお、1番気筒当量比変化量Kchos1の値は、エンジン10および三元触媒コンバータ21の特性に合わせて、排気性能が悪化しないよう設定するのが好ましい。
【0041】
(5)振幅検出部44
振幅検出部44は、上述したように、#1特定空燃比補正量演算部43によって1番気筒#1の空燃比が所定量Kchos1だけ増量されている状態下でのA/Fセンサ検出空燃比の振幅(周期的変動値)の検出を行う。
【0042】
具体的には、図8に示されているように、応答特性検出許可フラグFpdagのn回前の値が1、かつ回転角度Ndegが所定角度Kdegの場合にサンプリング許可フラグFsmp=1とし、A/Fセンサ検出空燃比Rabfの値をサンプリングし、これを空燃比サンプリング値Mrabfとする。
【0043】
応答特性検出許可フラグFpdagのn回前の値を用いるのは、Fpdag=1としてから、実際に排気マニホールド21の空燃比に振動(変動)が現れるまでには、エンジン10による遅れがあるためである。また、1番気筒#1の空燃比をリッチにしたことにより発生する空燃比の振動周期はエンジン回転数に従うので、所定角度KdegでA/Fセンサ検出空燃比Rabfのサンプリングを行う。回転角度Ndegはクランク角センサ26から出力されるクランク回転角1度毎の信号および各気筒のTDC信号から得られる。
【0044】
サンプリング許可フラグFsmp=1の時には、空燃比サンプリング値Mrabfの積算値を計算し、計算回数Cntを1ずつインクリメントする。なお、計算回数Cntの初期値は0とする。Cnt=Cntmaxとなったとき、応答特性検出完了フラグFcmpdag=1として積算値の計算を停止し、積算値を振幅Mafとして出力する。計算回数設定値Cntmaxは実際の運転状態を考慮して、実現可能な値として設定するのがよい。
【0045】
(6)応答特性指数演算部45
応答特性指数演算部45は、理論空燃比補正項演算部41におけるPI制御の可変ゲイン制御のために、A/Fセンサ検出空燃比の振幅より応答特性指数の演算を行う。具体的には、図9に示されているように、振幅Mafを変換テーブルで変換して応答特性指数Indresを得る。応答特性指数Indresは、例えば、時定数に相当する値であり、伝達特性を表す代表的なパラメータである。
【0046】
この場合、振幅Mafと応答特性指数Indresの相関関係を表す変換テーブルは振幅Mafと時定数の関係を表す。PI制御のフィードバックゲインを決定する場合、応答特性指数Indresのように、伝達特性を表すパラメータの方が扱いやすいので、PI制御上、このような変換を行うものとする。
【0047】
(7)A/Fセンサ異常判定部46
A/Fセンサ異常判定部46は、A/Fセンサ応答特性の異常判定を行う。具体的には、図10に示されているように、リニアA/Fセンサ28の応答性が劣化すると、応答特性指数Indresが小さくなるから、応答特性指数Indresが所定値(センサ異常判定値)Lindresより小さい場合には、A/Fセンサ応答性異常と判断するものである。
【0048】
すなわち、応答特性指数Indres≦Lindresの時には、応答性異常と判断してA/Fセンサ異常フラグFafng=1とする。それ以外の時には、リニアA/Fセンサ28は正常と判断し、Fafng=0とする。A/Fセンサ異常フラグFafng=1の時には、前述のように、リニアA/Fセンサ28による空燃比フィードバック制御を停止する。また、A/Fセンサ異常フラグFafng=1の時には、センサ異常警告ランプ29を点灯し、例えば運転者に報知するのもよい。
【0049】
なお、応答特性指数Indresによるセンサ異常の判定値Lindresは、リニアA/Fセンサ28の応答特性およびフィードバック制御の制御性から適正値にパラメータ設定することができる。上述の処理により、少なくともエンジン10のクランク軸10Aが2回転する間に空燃比の振幅が得られることから、空燃比検出手段であるリニアA/Fセンサ28の応答特性を短時間に診断することがができ、しかも、広範な運転条件において実施可能であるので、診断機会が増え、外乱の影響を受けにくい高精度の診断が行われるようになる。
【0050】
(実施の形態1)
図14は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態1の機能ブロック図である。なお、図14において、図3に対応する部分は、図3に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。なお、システム構成は、図1、図2に示されている実施の形態のものと同一である。
【0051】
CPU31が制御プログラムを実行することにより、基本燃料噴射量演算部40、理論空燃比補正項演算部41、応答特性検出許可判定部42、#1特定空燃比補正量演算部43、パワー検出部47、応答特性指数演算部45’、A/Fセンサ異常判定部46の各制御ブロックが具現される。
【0052】
空燃比制御に関しては、前述の実施の形態1の場合と同様に、通常時、すなわち応答特性検出不許可時には、基本燃料噴射量演算部40が算出する基本燃料制御操作量Tpと理論空燃比補正項演算部41が算出するフィードバック制御操作量Lalphaにより、全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう、各気筒燃料噴射量Tiを演算する。
【0053】
これに対し、応答特性検出許可時には、マニホールド20にて空燃比の振動を起こすべく1番気筒#1の当量比のみ所定量増量し、燃料噴射量Ti1とする。
以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。基本燃料噴射量演算部40、理論空燃比補正項演算部41、応答特性検出許可判定部42、#1特定空燃比補正量演算部43、A/Fセンサ異常判定部46は、実施の形態1のものと同一であり、説明の重複を避けるため、これらの説明は割愛する。
【0054】
(5’)パワー検出部47
パワー検出部47はA/Fセンサ検出空燃比Rabfの所定周波数のパワーの検出を行う。具体的には、図15に示されているように、A/Fセンサ検出空燃比Rabfをサンプリングし、FFTにより所定周波数のパワーPowerおよび位相phaseを演算する。
【0055】
サンプリング周期は、回転同期で少なくともエンジン10が1回転する間で、Cyl/2が望ましい。ここのCylは気筒数である。また、所定周波数はfe/2が望ましい。ここにfeはエンジン回転数相当周波数である。応答特性検出許可フラグFpdagのn回前の値が1で、かつ位相が所定範囲にあるとき、すなわちKphase1≦Phase≦Kphase2のとき、サンプリング許可フラグFsmp=1とする。応答特性検出許可フラグFpdagのn回前値を用いるのは、やはり、Fpdag=1としてから実際に排気マニホールド20の空燃比に振動が現れるまでには、エンジン10による遅れがあるためである。
【0056】
また、1番気筒#1の空燃比をリッチにしたことにより発生する空燃比の振動周期はエンジン回転数に従うので、所定位相範囲Kphase1〜Kphase2の間に位相が現れたときのみ、1番気筒をリッチにしたことによって発生したパワーとする。Kphase1およびKphase2はエンジンの伝達特性に合わせて設定する。サンプリング許可フラグFsmp=1のとき、Powerの積算値Pafを計算し、計算回数Cntを1ずつインクリメントする。なお、計算回数Cntの初期値は0とする。
【0057】
Cnt=Cntmaxとなったとき、応答特性検出完了フラグFcmpdag=1として積算値の計算を停止し、積算値をMafsとして出力する。Mafsは特定位相内でのA/Fセンサ検出空燃比の変化量である。Cntmaxは実際の運転状態を考慮して、実現可能な値として設定するのがよい。
【0058】
空燃比の振動の振幅は、図13に示されているように、リニアA/Fセンサ28が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少するから、図16に示されているように、特定位相内でのA/Fセンサ検出空燃比の変化量Mafsも、リニアA/Fセンサ28が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少する。
【0059】
(6’)応答特性指数演算部45’
応答特性指数演算部45’は、理論空燃比補正項演算部41におけるPI制御の可変ゲイン制御のために、特定位相でのA/Fセンサ検出空燃比の変化量より応答特性指数の演算を行う。
【0060】
具体的には、図17に示されているように、特定位相でのA/Fセンサ検出空燃比の変化量Mafsを変換テーブルで変換して応答特性指数Indresを得る。応答特性指数Indresは、例えば、時定数に相当する値であり、伝達特性を表す代表的なパラメータである。
【0061】
この場合、空燃比変化量Mafsと応答特性指数Indresの相関関係を表す変換テーブルは空燃比変化量Mafsと時定数の関係を表す。この場合も、PI制御のフィードバックゲインを決定する場合、応答特性指数Indresのように、伝達特性を表すパラメータの方が扱いやすいので、PI制御上、このような変換を行うものとする。
【0062】
従って、この実施の形態でも、少なくともエンジン10のクランク軸10Aが2回転する間には特定位相でのA/Fセンサ検出空燃比の変化が得られることから、空燃比検出手段であるリニアA/Fセンサ28の応答特性を短時間に診断することがができ、しかも、広範な運転条件において実施可能であるので、診断機会が増え、外乱の影響を受けにくい高精度の診断が行われるようになる。
【0063】
なお、実施の形態1においては、エンジン冷却水温Twnが所定値Twndagの時に応答特性の検出を行うようにしているが、エンジン冷機時、すなわちエンジン冷却水温Twnが低いときでも、リニアA/Fセンサ28が活性化していれば、実施可能である。冷機時と暖機時のそれぞれで応答特性の検出を実施し、双方の結果に差が発生した場合には冷機時の結果を燃料性状判定に用いることも可能であることを付言しておく。
【0064】
(他の実施の形態)
図18、図19は各々本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示されている。なお、図18、図19において、図1、図3、図14に対応する部分は、図1、図3、図14に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【0065】
図18に示されている実施の形態では、エンジン10の各気筒毎に空燃比を制御する気筒別空燃比制御手段50と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下において空燃比検出手段であるリニアA/Fセンサ28から得られる信号(検出空燃比)の振幅を検出する振幅検出手段51と、振幅検出手段51によって検出された検出空燃比の振幅からリニアA/Fセンサ28の応答特性を検出するリニアA/Fセンサ応答特性検出手段52と、振幅検出手段51によって検出された検出空燃比の振幅から空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出するエンジン制御応答特性検出手段53とを具備している。
【0066】
この実施の形態では、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下で、振幅検出手段51によって検出される検出空燃比振幅から、リニアA/Fセンサ応答特性あるいは空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出することができる。
【0067】
図19に示されている実施の形態では、エンジン10の各気筒毎に空燃比を制御する気筒別空燃比制御手段50と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下において空燃比検出手段であるリニアA/Fセンサ28から得られる信号(検出空燃比)の周波数成分を検出する周波数成分検出手段54と、周波数成分検出手段54によって検出された検出空燃比の周波数成分からリニアA/Fセンサ28の応答特性を検出するリニアA/Fセンサ応答特性検出手段55と、周波数成分検出手段54によって検出された検出空燃比の周波数成分から空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出するエンジン制御応答特性検出手段56とを具備している。
【0068】
この実施の形態では、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下で、周波数成分検出手段54によって検出された検出空燃比の周波数成分から、リニアA/Fセンサ応答特性あるいは空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出することができる。
【0069】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によるエンジンの自己診断装置によれば、広範な運転条件において複数回に亘って空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジンの応答特性を検出することが可能であるので、極めて高精度な診断が可能である。
【0070】
また、本発明によるエンジンの制御装置によれば、自己診断装置による空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジンの応答特性の検出結果に基づいて適切にエンジンの運転状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンの全体システムを示す構成図である。
【図2】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンのコントロールユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図3】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の参考形態の機能ブロック図である。
【図4】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の基本燃料噴射量演算部のブロック図である。
【図5】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の理論空燃比補正項演算部のブロック図である。
【図6】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の応答特性検出許可判定部のブロック図である。
【図7】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の#1特定空燃比補正量演算部のブロック図である。
【図8】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の振幅検出部のブロック図である。
【図9】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の応答特性指数演算部のブロック図である。
【図10】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態のA/Fセンサ異常判定部のブロック図である。
【図11】 気筒毎の空燃比が均一な時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図12】 気筒毎の空燃比が不均一な時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図13】 リニアA/Fセンサ応答特性正常時および異常時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図14】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態1の機能ブロック図である。
【図15】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態1におけるパワー検出部のブロック図である。
【図16】 特定の気筒に施した空燃比と所定位相範囲内の空燃比変化量との関係を示すグラフである。
【図17】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態1における応答特性指数演算部のブロック図である。
【図18】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図19】 本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図20】 空燃比に対する三元触媒コンバータの浄化効率を示すグラフである。
【図21】 空燃比に対するO2センサの出力特性を示すグラフである。
【図22】 空燃比に対するリニアA/Fセンサの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
10 エンジン
13 吸気マニホールド
15 スロットルバルブ
18 燃料噴射弁
19 点火プラグ
20 排気マニホールド
21 三元触媒コンバータ
24 エアフロセンサ
25 スロットル開度センサ
26 クランク角センサ
27 水温センサ
28 リニアA/Fセンサ
30 コントロールユニット
40 基本燃料噴射量演算部
41 理論空燃比補正項演算部
42 応答特性検出許可判定部
43 #1特定空燃比補正量演算部
44 振幅検出部
45 応答特性指数演算部
46 A/Fセンサ異常判定部
47 パワー検出部
50 気筒別空燃比制御手段
51 振幅検出手段
52 リニアA/Fセンサ応答特性検出手段
53 エンジン制御応答特性検出手段
54 周波数成分検出手段
55 リニアA/Fセンサ応答特性検出手段
56 エンジン制御応答特性検出手段
Claims (6)
- 多気筒エンジンの気筒毎に空燃比を制御する手段と、排気管集合部の空燃比に比例した出力をする空燃比検出手段と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御する手段と、気筒毎の空燃比が不均一となる制御下において前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分から前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出する手段と、を有するエンジンの自己診断装置であって、
前記空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーから前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出することを特徴とするエンジンの自己診断装置。 - 前記空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーが所定値以下であると前記空燃比検出手段の応答性異常と判断する手段を有していることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたことを報知する手段を有していることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの自己診断装置。
- 前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分からエンジンが冷機時は燃料の性状を検出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のエンジンの自己診断装置。
- 請求項2に記載のエンジンの自己診断装置を有し、前記空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたときには前記空燃比検出手段から得られる信号に基づいて行う制御を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
- 請求項1に記載のエンジンの自己診断装置を有し、前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいてエンジンの運転パラメータを制御する手段を有していることを特徴とするエンジンの制御装置。
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