JP4384132B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の排気系に設けられた酸素濃度センサの劣化判定機能を有するものに関する。

内燃機関の排気系に設けられる酸素濃度センサの劣化判定手法は、従来より種々提案されている。特許文献１には、酸素濃度センサ出力の所定周波数帯域成分をバンドパスフィルタで抽出し、抽出した信号成分の振幅またはパワーに基づいて、酸素濃度センサの劣化を判定する装置が示されている。

特開２００５−２４０６１８号公報

上記特許文献１に示された装置では、酸素濃度センサが、排気浄化用触媒の下流側に配置される場合には、バンドパスフィルタにより抽出される信号成分の振幅（パワー）が小さくなり、判定精度が低下するおそれがある。このため、特許文献１に示された装置では、バンドパスフィルタにより抽出される信号成分の振幅（パワー）に応じて直接的に判定せずに、抽出される信号成分の振幅（パワー）に応じて空燃比制御パラメータが変更され、空燃比制御の制御周期によって劣化判定が行われる。このため、劣化判定処理が複雑化するという課題があった。

また上記特許文献１に示された装置では、抽出した信号成分の振幅またはパワーに基づいて劣化判定が行われるため、センサ出力の立ち上り部分の応答劣化か、立ち下がり部分の応答劣化かを独立して判定することはできない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、酸素濃度センサの劣化判定を、センサの設置位置に拘わらず比較的簡便な手法で正確に行うことができ、しかもセンサ出力の立ち上り特性または立ち下がり特性のいずれが劣化しているかを判定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、排気系（１３）に酸素濃度センサ（１８）を備える内燃機関の制御装置において、前記酸素濃度センサ出力（ＳＶＯ２）に含まれる低域成分を相対的に強調する低域強調演算を行い、低域強調センサ出力（ＳＶＯ２ＩＮＶ）を算出する低域強調手段と、前記低域強調センサ出力（ＳＶＯ２ＩＮＶ）と所定上側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨ）及び所定下側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬ）の少なくとも一方との比較結果に基づいて、前記酸素濃度センサ（１８）の劣化を判定する判定手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記低域強調手段は、前記低域強調演算を行う応答遅れ補償器（２１）と、ローパスフィルタ（２３）とを組み合わせて構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記判定手段は、前記低域強調センサ出力（ＳＶＯ２ＩＮＶ）が前記所定上側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨ）以下であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち上り特性が劣化したと判定し、前記低域強調センサ出力（ＳＶＯ２ＩＮＶ）が前記所定下側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬ）以上であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち下がり特性が劣化したと判定することを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記判定手段は、前記酸素濃度センサ出力の最大値が所定上限値（ＳＶＯ２ＴＨＨ）以上であり、かつ前記酸素濃度センサ出力の最小値が所定下限値（ＳＶＯ２ＴＨＬ）以下であるとき、前記劣化判定を実行することを特徴とする。

前記判定手段は、前記低域強調センサ出力の最大値（ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ）が所定上側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨ）以下であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち上り特性が劣化したと判定し、前記低域強調センサ出力の最小値（ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮ）が所定下側閾値（ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬ）以上であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち下がり特性が劣化したと判定するようにしてもよい。

請求項１に記載の発明によれば、酸素濃度センサ出力に含まれる低域成分を相対的に強調する低域強調演算が行われ、低域強調センサ出力が算出され、低域強調センサ出力と所定上側閾値及び所定下側閾値の少なくとも一方との比較結果に基づいて、酸素濃度センサの劣化が判定される。低域強調センサ出力は、応答遅れの影響が顕著に表れる低域成分が相対的に強調されるため、正常な（劣化していない）センサの低域強調センサ出力の振幅は、劣化しているセンサの補償センサ出力の振幅に比べて非常に大きくなる。そのため、センサの劣化を比較的簡単な構成で正確に検出することができる。また、センサ出力の立ち上り特性が劣化したときは、低域強調センサ出力が所定上側閾値以下となる一方、センサ出力の立ち下がり特性が劣化したときは、低域強調センサ出力が所定下側閾値以上となるので、立ち上がり特性または立ち下がり特性のいずれが劣化したかを判定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、比較的周波数の高いノイズ成分をローパスフィルタによって除去することができるので、ノイズに対するロバスト性の高い判定を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の上流側には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ７が設けられている。またスロットル弁３の下流側には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ５に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

排気管１３には三元触媒１４及び１５が上流側からこの順序で設けられている。
三元触媒は、酸素蓄積能力を有し、エンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定され、排気中の酸素濃度が比較的高い排気リーン状態では、排気中の酸素を蓄積し、逆にエンジン１に供給される混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定され、排気中の酸素濃度が低く、ＨＣ、ＣＯ成分が多い排気リッチ状態では、蓄積した酸素により排気中のＨＣ，ＣＯを酸化する機能を有する。

三元触媒１４の上流位置には、比例型酸素濃度センサ１７（以下「ＬＡＦセンサ１７」という）が装着されており、このＬＡＦセンサ１７は排気中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
三元触媒１４と１５の間には、二値型酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１８が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。このＯ２センサ１８は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。

ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）を用いて、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭ×ＫＣＭＤ×ＫＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２ （１）

ここに、ＴＩＭは基本燃料量、具体的には燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、吸入空気流量ＧＡＩＲに応じて設定されたＴＩＭテーブルを検索して決定される。ＴＩＭテーブルは、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。

ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、通常制御中は、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２に応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。

ＫＡＦは、フィードバック制御の実行条件が成立するときは、ＬＡＦセンサ１７の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ（比例積分微分）制御あるいは適応制御器（Self Tuning Regulator）を用いた適応制御により算出される空燃比補正係数である。

Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
ＥＣＵ５のＣＰＵは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を出力回路を介して燃料噴射弁６に供給する。また、ＥＣＵ５のＣＰＵは、以下に説明するようにＯ２センサ１８の劣化判定を行う。

図２は、劣化判定を行うモジュールの構成を示すブロック図である。この図に示すブロックの機能は、実際にはＥＣＵ５のＣＰＵで実行される処理により実現される。

図２に示すモジュールは、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が入力される遅れ補償器２１と、劣化判定部２２とからなる。遅れ補償器２１は、Ｏ２センサの経時変化により発生する応答遅れを補償する演算をおこない、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶを出力する。遅れ補償器２１は、例えば図４に示すような周波数特性を有しており、Ｏ２センサの応答遅れの影響が顕著に表れる低周波帯域を強調する特性を有する。

劣化判定部２２は、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを算出し、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮに基づいて、Ｏ２センサ１８の劣化判定を行う。

図３は、図２に示す遅れ補償器２１及び劣化判定部２２の機能を実現する処理のフローチャートである。この処理は、エンジン運転中において所定時間（例えば１０ミリ秒）毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ２１では、下記式（２）にＯ２センサ出力ＳＶＯ２を適用してＯ２センサの応答遅れ補償演算を実行し、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)を算出する。
ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)＝
ｂ０・ＳＶＯ２(k)＋ｂ１・ＳＶＯ２(k-1)＋…＋ｂｍ・ＳＶＯ２(k-m)
＋ａ１・ＳＶＯ２ＩＮＶ(k-1)＋ａ２・ＳＶＯ２ＩＮＶ(k-2)＋…
＋ａｎ・ＳＶＯ２ＩＮＶ(k-n) （２）

ここで、kは本処理の実行周期で離散化した制御時刻、ｂ０〜ｂｍ及びａ１〜ａｎはフィルタ係数である。ｍ及びｎはそれぞれ例えば３及び２に設定され、ｂ０，ｂ１，ｂ２，及びｂ３は、それぞれ例えば０．０２４，０．０７３．０．０７３，及び０．０２４に設定され、ａ１及びａ２は、それぞれ例えば−１．９５６及び０．９５７に設定される。式（２）による演算の周波数特性は、例えば図４に示されるようになる。周波数帯域ＦＲ１は、Ｏ２センサ１８が劣化したときに、その出力特性に大きく影響する帯域であるため、ゲインが大きく設定されている。周波数帯域ＦＲ２は、劣化の影響を受けない帯域であるため、ゲインを０［ｄＢ］としている。また周波通帯域ＦＲ３は、ノイズの影響を除くために周波数が高くなるほど減衰するように設定されている。

ステップＳ２２では、活性フラグＦＳＯ２ＨＴが「１」であるか否か、すなわちＯ２センサ１８が活性化しているか否かを判別する。ＦＳＯ２ＨＴ＝０であって、Ｏ２センサ１８が活性化していないときは直ちに本処理を終了する。ＦＳＯ２ＨＴ＝１であるときは、下記式（３）及び（４）により、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを算出する（ステップＳ２３）。式（３）の右辺は、前回までに算出された最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸと、今回の補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)のうち大きい方を選択する演算であり、式（４）の右辺は、前回までに算出された最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮと、今回の補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)のうち小さい方を選択する演算である。
ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ＝ｍａｘ（ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ，ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)）
（３）
ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮ＝ｍｉｎ（ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮ，ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)）
（４）

ステップＳ２４では、センサ出力ＳＶＯ２(k)が第１上側閾値ＳＶＯ２ＴＨＨ（例えば６５０ｍＶ）以上であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｈを「１」に設定する。その後ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２４でＳＶＯ２(k)＜ＳＶＯ２ＴＨＨであるときは、センサ出力ＳＶＯ２(k)が第１下側閾値ＳＶＯ２ＴＨＬ（例えば２００ｍＶ）以下であるか否かを判別する（ステップＳ２６）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｌを「１」に設定する（ステップＳ２７）。その後ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２６でＳＶＯ２(k)＞ＳＶＯ２ＴＨＬであるときは、直ちにステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８では、上側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｈ及び下側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｌがともに「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに本処理を終了する。

上側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｈ及び下側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｌがともに「１」であるときは、ステップＳ２９に進み、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸが第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨ（例えば７００ｍＶ）以下であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮが第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬ（例えば０Ｖ）以上であるか否かを判別する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の答が否定（ＮＯ）であるときは、Ｏ２センサ１８は正常（劣化していない）と判定し、正常フラグＦＯＫ６７及び終了フラグＦＤＯＮＥをともに「１」に設定する（ステップＳ３１）。

ステップＳ３０でＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮ≧ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬであるときは、Ｏ２センサ出力の立ち下がり特性が劣化していると判定し、立ち下がり劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｆを「１」に設定するとともに、終了フラグＦＤＯＮＥを「１」に設定する（ステップＳ３４）。

ステップＳ２９でＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ≦ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨであるときは、Ｏ２センサ出力の立ち上り応答特性が劣化していると判定し、立ち上り劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｒを「１」に設定する（ステップＳ３２）。次いで、ステップＳ３０と同様に、最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮが第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬ以上であるか否かを判別する（ステップＳ３３）。ステップＳ３３の答が否定（ＮＯ）であるときは、終了フラグＦＤＯＮＥを「１」に設定し（ステップＳ３５）、本処理を終了する。ステップＳ３３で、ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮ≧ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬであるときは、前記ステップＳ３４に進む。したがってこの場合は、立ち上り劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｒ及び立ち下がり劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｆがともに「１」に設定される。

図５及び図６は、図３の処理を説明するためのタイムチャートであり、図５はＯ２センサ１８が正常である場合に対応し、図６は劣化している場合に対応する。図５（ａ）及び図６（ａ）に示す実線が、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの推移を示し、破線がセンサ出力ＳＶＯ２の推移を示す。

図５に示す例では、時刻ｔ０にＯ２センサ１８の活性化が完了し、活性フラグＦＳＯ２ＨＴが「１」に設定される（同図（ｄ））。その後補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが大きく減少し、それに伴って最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮが減少して、第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬより小さくなる。次いで補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが増加し、それに伴って最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸが増加し、第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨを超える。時刻ｔ１において、センサ出力ＳＶＯ２が第１下側閾値ＳＶＯ２ＴＨＬ以下となり、下側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｌが「１」に設定される（同図（ｃ））。さらに時刻ｔ２において、センサ出力ＳＶＯ２が第１上側閾値ＳＶＯ２ＴＨＨ以上となり、上側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｈが「１」に設定される（同図（ｂ））。したがって、図３のステップＳ２９以下の処理が実行され、ステップＳ２９及びＳ３０の答がともに否定（ＮＯ）となって、正常と判定される。その結果、時刻ｔ２において、終了フラグＦＤＯＮＥ及び正常フラグＦＯＫ６７がともに「１」に設定される（図５（ｅ）（ｇ））一方、立ち上り劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｒ及び立ち下がり劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｆはともに「０」を維持する（同図（ｆ））。

図６に示す例では、時刻ｔ１０にＯ２センサ１８の活性化が完了し、活性フラグＦＳＯ２ＨＴが「１」に設定される。その後補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが減少し、それに伴って最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮが徐々に減少するが、第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬには達しない。一方最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸは、第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨを僅かに超える。時刻ｔ１１において、センサ出力ＳＶＯ２が第１上側閾値ＳＶＯ２ＴＨＨ以上となり、上側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｈが「１」に設定される（同図（ｂ））。次いで時刻ｔ１２において、センサ出力ＳＶＯ２が第１下側閾値ＳＶＯ２ＴＨＬ以下となり、下側振幅フラグＦＳＶＯ２Ｌが「１」に設定される（同図（ｃ））。したがって、図３のステップＳ２９以下の処理が実行され、ステップＳ２９の答が否定（ＮＯ）で、ステップＳ３０の答が肯定（ＹＥＳ）となり、立ち下がり特性が劣化していると判定され、立ち下がり劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｆが「１」に設定される（図６（ｆ））。同時に、終了フラグＦＤＯＮＥが「１」に設定される（同図（ｅ））。正常フラグＦＯＫ６７は「０」を維持する（同図（ｇ））。

以上詳述したように本実施形態では、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２の応答遅れを補償する演算が行われ、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが算出され、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮに基づいて、Ｏ２センサ１８の劣化判定が行われる。補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶは、応答遅れの影響が顕著に表れる低域成分が相対的に強調されるため、正常な（劣化していない）センサの補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの振幅は、劣化しているセンサの補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの振幅に比べて非常に大きくなる。そのため、センサの劣化を比較的簡単な構成で正確に検出することができる。また、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸに基づいて、センサ出力ＳＶＯ２の立ち上り特性の劣化判定が行われ、最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮに基づいてセンサ出力ＳＶＯ２の立ち下がり特性の劣化判定が行われるので、立ち上がり特性または立ち下がり特性のいずれが劣化したかを判定することができる。

本実施形態では、ＥＣＵ５が低域強調手段及び判定手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ２１が低域強調手段に相当し、ステップＳ２３〜Ｓ３５が判定手段に相当する。

［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態では、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを算出し、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸと第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨとの比較結果、及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮと第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬとの比較結果に基づいて、劣化判定を行うが、本実施形態は、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを算出せずに、劣化判定を行うようにしたものである。なお、本実施形態は、以下に説明する点以外は、第１の実施形態と同一である。

図７は、本発明の第２の実施形態にかかるＯ２センサ劣化判定処理のフローチャートである。この処理は、図３に示す処理のステップＳ２３を削除して、ステップＳ４１〜Ｓ４４を追加するとともに、図３のステップＳ２９，Ｓ３０，及びＳ３３を、それぞれステップＳ２９ａ，Ｓ３０ａ，及びＳ３３ａに変更したものである。

ステップＳ４１では、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)が第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、上側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＨＯＫを「１」に設定し（ステップＳ４２）、ステップＳ２４に進む。ステップＳ４１でＳＶＯ２ＩＮＶ(k)≦ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨであるときは、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶ(k)が第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬより小さいか否かを判別する（ステップＳ４３）。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＬＯＫを「１」に設定し（ステップＳ４４）、その後ステップＳ２４に進む。ステップＳ４３でＳＶＯ２ＩＮＶ(k)≧ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬであるときは、直ちにステップＳ２４に進む。

ステップＳ２９ａでは、上側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＨＯＫが「０」であるか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ３０ａで下側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＬＯＫが「０」であるか否かを判別する。ステップＳ３０ａの答が否定（ＮＯ）であるときは、正常判定が行われる（ステップＳ３１）。

ステップＳ３０ａでＦＳＶＯ２ＬＯＫ＝０であるときは、Ｏ２センサ出力の立ち下がり特性が劣化していると判定し、ステップＳ３４に進む。
またステップＳ２９ａでＦＳＶＯ２ＨＯＫ＝０であるときは、Ｏ２センサ出力の立ち上り応答特性が劣化していると判定し、立ち上り劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｒを「１」に設定する（ステップＳ３２）。次いで、ステップＳ３３ａで下側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＬＯＫが「０」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３３ａで、ＦＳＶＯ２ＯＫＬ＝０であるときは、ステップＳ３４に進む。

図８及び図９は、図７の処理を説明するためのタイムチャートである。図８（ａ）には、図５（ａ）と同一の波形が示されており、図８（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｇ），（ｈ），及び（ｉ）は、それぞれ図５（ｂ）〜（ｇ）と同一である。また、図９（ａ）には、図６（ａ）と同一の波形が示されており、図９（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｇ），（ｈ），及び（ｉ）は、それぞれ図６（ｂ）〜（ｇ）と同一である。

本実施形態では、上側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＨＯＫ及び下側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＬＯＫが用いられている。図８に示す例では、時刻ｔ３において補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬより小さくなり、下側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＬＯＫが「１」に設定されるとともに（図８（ｆ））、時刻ｔ４において補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨより大きくなり、上側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＨＯＫが「１」に設定される（図８（ｅ））。したがって、時刻ｔ２において、正常フラグＦＯＫ６７が「１」に設定される。

一方図９に示す例では、時刻ｔ１３において補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨより大きくなり、上側ＯＫフラグＦＳＶＯ２ＨＯＫが「１」に設定される（図９（ｅ））。しかし、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶが第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬより小さくならない。その結果、時刻ｔ１２にセンサ出力ＳＶＯ２が第１下側閾値ＳＶＯ２ＴＨＬより小さくなり、立ち下がり劣化フラグＦＦＳＤ６７Ｆが「１」に設定される。

以上のように本実施形態では、補償センサ出力ＳＶＯ２ＩＮＶの最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを算出することなく、第１の実施形態と同様にＯ２センサ１８の劣化判定を行うことができる。

本実施形態では、図７のステップＳ２１が低域強調手段に相当し、ステップＳ２４〜Ｓ３５及びＳ４１〜Ｓ４４が判定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、劣化判定モジュールは、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示すように構成してもよい。図１０の構成は、図２の構成にローパスフィルタ２３を追加したものである。上述した実施形態の応答遅れ補償器２１は、高域成分を減衰させる特性を有するが、さらに図４に示す周波数帯域ＦＲ３のノイズ成分を減衰させるローパスフィルタ２３を追加することにより、ノイズに対するロバスト性を高めることができる。

また上述した第１の実施形態では、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸ及び最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮを用いて劣化判定を行っているが、最大値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＡＸまたは最小値ＳＶＯ２ＩＮＶＭＩＮのいずれか一方のみを用いて、Ｏ２センサ１８の劣化判定を行うようにしてもよい。また第２の実施形態では、補正出力ＳＶＯ２ＩＮＶと第２上側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＨとの比較結果、並びに補正出力ＳＶＯ２ＩＮＶと第２下側閾値ＳＶＯ２ＩＮＶＴＨＬとの比較結果を用いて劣化判定を行っているが、いずれか一方の比較結果のみに基づいてＯ２センサ１８の劣化判定を行うようにしてもよい。

また、本発明はＯ２センサ１８が排気浄化用の三元触媒の下流側に配置される場合だけでなく、図１１（ａ）に示すように上流側に配置される場合にも適用可能である。この場合には、目標当量比ＫＣＭＤを「１．０」に固定し、Ｏ２センサ１８の出力に基づいて空燃比補正係数ＫＡＦを算出することにより、Ｏ２センサ出力ＳＶＯ２が高レベルと低レベルとの間を変動し、上述した劣化判定を行うことができる。

さらに図１１（ｂ）に示すように、三元触媒１４及び１５を単一の容器に格納し、その中間に酸素濃度センサ１８を配置した場合にも本発明を適用することができる。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの排気系に設けられる酸素濃度センサの劣化判定にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 Ｏ２センサの劣化判定モジュールの構成を示すブロック図である。 Ｏ２センサの劣化判定処理のフローチャートである。 図２に示す応答遅れ補償器の周波数特性を示す図である。 図３の処理による、Ｏ２センサが正常である場合の判定例を説明するためのタイムチャートである。 図３の処理による、Ｏ２センサが劣化している場合の判定例を説明するためのタイムチャートである Ｏ２センサの劣化判定処理（第２の実施形態）のフローチャートである。 図７の処理による、Ｏ２センサが正常である場合の判定例を説明するためのタイムチャートである。 図７の処理による、Ｏ２センサが劣化している場合の判定例を説明するためのタイムチャートである 劣化判定モジュールの変形例を示すブロック図である。 Ｏ２センサの配置を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関
４ 電子制御ユニット（低域強調手段、判定手段）
６ 燃料噴射弁
１３ 排気管
１８ 酸素濃度センサ

Claims (4)

1. 排気系に酸素濃度センサを備える内燃機関の制御装置において、
   前記酸素濃度センサ出力に含まれる低域成分を相対的に強調する低域強調演算を行い、低域強調センサ出力を算出する低域強調手段と、
   前記低域強調センサ出力と所定上側閾値及び所定下側閾値の少なくとも一方との比較結果に基づいて、前記酸素濃度センサの劣化を判定する判定手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記低域強調手段は、前記低域強調演算を行う応答遅れ補償器と、ローパスフィルタとを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記判定手段は、前記低域強調センサ出力が前記所定上側閾値以下であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち上り特性が劣化したと判定し、前記低域協調センサ出力が前記所定下側閾値以上であるとき、前記酸素濃度センサ出力の立ち下がり特性が劣化したと判定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記判定手段は、前記酸素濃度センサ出力の最大値が所定上限値以上であり、かつ前記酸素濃度センサ出力の最小値が所定下限値以下であるとき、前記劣化判定を実行することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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