JP4604882B2 - Degradation diagnosis device for linear air-fuel ratio sensor - Google Patents

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Description

本発明はリニア空燃比センサの劣化診断装置に関し、より詳細には、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リニア空燃比センサの劣化を検出するリニア空燃比センサの劣化診断装置に関する。   The present invention relates to a deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor, and more particularly, to a linear air-fuel ratio sensor that is provided in an engine exhaust system and that detects deterioration of a linear air-fuel ratio sensor that outputs a value proportional to the oxygen concentration in exhaust gas. The present invention relates to a deterioration diagnosis device for a fuel ratio sensor.

従来、この種のリニア空燃比センサの劣化診断装置としては、例えば特許文献1に開示されている技術がある。この特許文献1に開示されている技術では、通常運転時では、PID動作によって空燃比のフィードバック制御を実行するとともに、診断時には、フィードバック制御系のD動作を禁止してPI動作に切り換えることによりリニア空燃比センサの出力変動を拡大し、センサ劣化度合いが大きい程、応答周期が長くなることに基づいて、リニア空燃比センサの応答劣化を拡大して検出するようにしている。
特許第3377336号公報
Conventionally, as this type of linear air-fuel ratio sensor deterioration diagnosis device, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1. In the technique disclosed in Patent Document 1, air-fuel ratio feedback control is executed by PID operation during normal operation, and linear operation is performed by prohibiting D operation of the feedback control system and switching to PI operation during diagnosis. The output fluctuation of the air-fuel ratio sensor is expanded, and the response deterioration of the linear air-fuel ratio sensor is expanded and detected based on the fact that the response cycle becomes longer as the degree of sensor deterioration increases.
Japanese Patent No. 3377336

特許文献1に開示されている装置では、リニア空燃比センサの出力変動を拡大しているのでリニア空燃比センサの劣化判定が容易になる反面、診断時には、専らD動作を禁止してPI動作に切り換えているに過ぎないので、リニア空燃比センサの過渡的な特性(むだ時間や一次遅れ)の変化を検出することができなかった。そのため、リニア空燃比センサの劣化そのものを検出することはできるものの、劣化態様を詳細に分析することはできなかった。   In the device disclosed in Patent Document 1, since the output fluctuation of the linear air-fuel ratio sensor is enlarged, the deterioration determination of the linear air-fuel ratio sensor becomes easy. However, at the time of diagnosis, the D operation is exclusively prohibited and the PI operation is performed. Since the switching is merely performed, changes in the transient characteristics (dead time and first-order lag) of the linear air-fuel ratio sensor cannot be detected. Therefore, although the deterioration of the linear air-fuel ratio sensor itself can be detected, the deterioration mode cannot be analyzed in detail.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、劣化態様をも詳細に分析することのできるリニア空燃比センサの劣化診断装置を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a degradation diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor that can analyze the degradation mode in detail.

上記課題を解決するために本発明は、エンジンの目標空燃比を制御するフィードバック制御系と、このフィードバック制御系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、前記フィードバック制御系に設けられ、前記リニア空燃比センサの出力が入力されるとともに、この出力と目標値との差に基づいて操作量を出力する主制御要素と、所定の診断条件が成立したときに前記フィードバック制御系にインパルス状の外乱を出力する外乱発生手段と、外乱発生手段による外乱出力後にリニア空燃比センサの出力の微分値を出力する微分手段と、微分手段が出力した微分値に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間と時定数とのうち少なくとも一方を劣化判定の判定パラメータとして演算する判定パラメータ演算手段と、前記診断条件の成立時に前記主制御要素のゲインを小さくするゲイン切換手段とを備え、該ゲイン切換手段は、診断終了後において目標空燃比とリニア空燃比センサの検出に基づく実空燃比との差が所定値未満となったときに前記ゲインを通常値に戻すものであり、前記外乱発生手段は、むだ時間の演算を終了した時点で外乱の生成をリセットするものであるとともに、外乱のリセット後に収束判定手段がリニア空燃比センサの出力の収束を判定した場合に次回の外乱を生成するものであることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置である。この態様では、所定の診断条件が成立したときに、外乱発生手段がインパルス状の外乱をフィードバック制御系に出力することにより、外乱に対応した実空燃比がリニア空燃比センサから出力される結果、このリニア空燃比センサの出力の微分値からむだ時間または時定数の少なくとも一方を検出し、リニア空燃比センサの過渡的な特性(むだ時間や時定数)の変化を検出して劣化診断を実行することが可能になる。このため、リニア空燃比センサの劣化そのものばかりでなく、劣化態様を詳細に分析することも可能になる。しかも、劣化診断時にフィードバック制御系の主制御要素のゲインを小さくする制御を実行しているので、外乱を出力しているにも拘わらずフィードバック制御系の発散を防止することができ、フィードバック制御系の安定度を維持することが可能になる。また、診断終了後直ちにゲインを戻すのではなく、目標空燃比とリニア空燃比センサの検出に基づく実空燃比との差が所定値未満となったときにゲインを戻しているので、ゲインの変更後に大きなフィードバック補正が作用して発散が生じるのを防止し、制御の乱れによるエミッションの低下を抑制することが可能になる。この発明において、エンジンの目標空燃比は、原則として理論空燃比(λ=1)に設定される。さらに、外乱発生手段が生成する「外乱」とは、空燃比のフィードバック制御系の状態を一時的に乱す外的作用をいい、具体的な例としては、燃料噴射量を意図的にリッチ側またはリーン側に変動させることにより、空燃比のフィードバック制御系に付加されるものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a feedback control system that controls a target air-fuel ratio of an engine, a linear air-fuel ratio sensor that is provided in the feedback control system and outputs a value proportional to the oxygen concentration in exhaust gas, A main control element that is provided in the feedback control system and that outputs an output of the linear air-fuel ratio sensor and outputs an operation amount based on a difference between the output and a target value, and a predetermined diagnosis condition is established Sometimes a disturbance generating means for outputting an impulse-like disturbance to the feedback control system, a differentiating means for outputting a differential value of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the disturbance is output by the disturbance generating means, and a differential value output by the differentiating means. Determination parameter that calculates at least one of the dead time and time constant of the linear air-fuel ratio sensor as a determination parameter for deterioration determination based on Calculating means, and gain switching means for reducing the gain of the main control element when the diagnostic condition is satisfied, the gain switching means after the diagnosis is completed, based on detection of the target air-fuel ratio and the linear air-fuel ratio sensor. the difference between the fuel ratio is all SANYO returned to normal value the gain when it becomes less than the predetermined value, the disturbance generating means with those to reset the generation of disturbance after completing the operation of the dead time An apparatus for diagnosing deterioration of a linear air-fuel ratio, characterized in that the next-time disturbance is generated when the convergence determination means determines the convergence of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the disturbance is reset . In this aspect, when a predetermined diagnostic condition is satisfied, the disturbance generating means outputs an impulse-like disturbance to the feedback control system, so that the actual air-fuel ratio corresponding to the disturbance is output from the linear air-fuel ratio sensor, At least one of a dead time or a time constant is detected from the differential value of the output of the linear air-fuel ratio sensor, and a deterioration diagnosis is executed by detecting a change in a transient characteristic (dead time or time constant) of the linear air-fuel ratio sensor. It becomes possible. For this reason, it becomes possible to analyze not only the degradation of the linear air-fuel ratio sensor itself but also the degradation mode in detail. Moreover, since the control for reducing the gain of the main control element of the feedback control system is executed at the time of deterioration diagnosis, it is possible to prevent the feedback control system from diverging even though a disturbance is output. It becomes possible to maintain the stability of. Also, instead of returning the gain immediately after the diagnosis is completed, the gain is returned when the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio based on the detection of the linear air-fuel ratio sensor is less than a predetermined value. It becomes possible to prevent the occurrence of divergence due to a large feedback correction later, and to suppress a reduction in emission due to control disturbance. In the present invention, the target air-fuel ratio of the engine is set to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) in principle. Furthermore, the “disturbance” generated by the disturbance generating means refers to an external action that temporarily disturbs the state of the feedback control system of the air-fuel ratio. As a specific example, the fuel injection amount is intentionally set to the rich side or By changing to the lean side, it is added to the feedback control system of the air-fuel ratio.

好ましい態様において、前記フィードバック制御系は、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒の下流側に配置され、当該触媒に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値として出力する酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサからの検出値が入力されるとともに、この検出値に基づく副補正量に基づき目標値を補正する副制御要素とを備え、前記ゲイン切換手段は、前記診断条件の成立時に前記副制御要素のゲインを小さくするものである。この態様では、リニア空燃比センサによるフィードバックのみならず、酸素濃度センサも制御要素として機能し、基準入力を修正することになる。そして、この態様においては、劣化診断時に副制御要素の伝達関数のゲインもゲイン切換手段によって制御されることになるので、外乱を出力しているにも拘わらずフィードバック制御系の発散を防止することができ、フィードバック制御系の安定度を維持することが可能になる。   In a preferred aspect, the feedback control system is disposed on the downstream side of the catalyst that purifies the exhaust gas of the engine, and outputs an oxygen concentration sensor in the exhaust gas purified by the catalyst as a detection value; A detection value from the oxygen concentration sensor is input, and a sub-control element that corrects a target value based on a sub-correction amount based on the detection value is provided, and the gain switching means is configured to control the sub-control when the diagnosis condition is satisfied. The gain of the element is reduced. In this aspect, not only the feedback by the linear air-fuel ratio sensor but also the oxygen concentration sensor functions as a control element, and the reference input is corrected. In this aspect, since the gain of the transfer function of the sub-control element is also controlled by the gain switching means at the time of deterioration diagnosis, it is possible to prevent the feedback control system from diverging even though a disturbance is output. And the stability of the feedback control system can be maintained.

好ましい態様において、前記外乱発生手段は、むだ時間の演算を終了した時点で外乱の生成をリセットするものであるとともに、外乱のリセット後に収束判定手段がリニア空燃比センサの出力の収束を判定した場合に次回の外乱を生成するものである。この態様では、リニア空燃比センサの劣化状態に応じて必要最小限の期間だけ外乱を出力させることが可能になる。従って、診断時間を可及的に短縮化できるとともに、むだ時間に基づく正確な劣化診断を実行することが可能になる。また、このように外乱の出力時間を可変長とした場合であっても、ゲイン切換手段によって、開ループ伝達関数のゲインが小さくされるので、外乱の出力態様に対応して、制御の発散を防止し、エミッションの低下を防止することが可能になる。   In a preferred aspect, the disturbance generating means resets the generation of the disturbance when the dead time calculation is completed, and the convergence determining means determines the convergence of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the reset of the disturbance. The next disturbance is generated. In this aspect, it is possible to output a disturbance only for a necessary minimum period according to the deterioration state of the linear air-fuel ratio sensor. Therefore, the diagnosis time can be shortened as much as possible, and an accurate deterioration diagnosis based on the dead time can be executed. Further, even when the disturbance output time is variable, the gain switching means reduces the gain of the open loop transfer function. And it is possible to prevent a reduction in emissions.

以上説明したように、本発明によれば、外乱をインパルス状に出力してリニア空燃比センサのむだ時間や時定数を判定パラメータとして利用し、劣化態様を詳細に分析することが可能になるとともに、そのような外乱を利用しているにも拘わらず、フィードバック制御系の発散を可及的に防止することができるという顕著な効果を奏する。   As described above, according to the present invention, disturbance can be output in an impulse form, and the dead time and time constant of the linear air-fuel ratio sensor can be used as determination parameters to analyze the deterioration mode in detail. In spite of using such a disturbance, there is a remarkable effect that the divergence of the feedback control system can be prevented as much as possible.

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の実施の一形態に係るエンジン10の系統図である。   FIG. 1 is a system diagram of an engine 10 according to an embodiment of the present invention.

図1を参照して、本実施形態の劣化判定装置1に係るエンジン10には、複数の気筒11が設けられるとともに、各気筒11の内部には、図略のクランクシャフトに連結されたピストン12が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室14が形成されている。エンジン10には、前記クランクシャフトのエンジン回転速度Neを検出する回転角度センサSW1が設けられている。   Referring to FIG. 1, an engine 10 according to the degradation determination device 1 of the present embodiment is provided with a plurality of cylinders 11, and pistons 12 connected to a crankshaft (not shown) are provided in each cylinder 11. Is inserted, and the combustion chamber 14 is formed above it. The engine 10 is provided with a rotation angle sensor SW1 that detects an engine rotation speed Ne of the crankshaft.

エンジン10のシリンダヘッドには、前記気筒11毎に燃焼室14に向かって開口する吸気ポート15、排気ポート16がそれぞれ形成されているとともに、これらのポート15、16には、吸気弁17および排気弁18がそれぞれ装備されている。   In the cylinder head of the engine 10, an intake port 15 and an exhaust port 16 that open toward the combustion chamber 14 are formed for each cylinder 11, and an intake valve 17 and an exhaust port are provided in these ports 15 and 16, respectively. Each valve 18 is equipped.

吸気ポート15には、吸気システム20が、排気ポート16には排気システム30がそれぞれ設けられている。   The intake port 15 is provided with an intake system 20, and the exhaust port 16 is provided with an exhaust system 30.

吸気システム20は、吸入空気を浄化するエアクリーナ21を上流端に備えている。エアクリーナ21には、エレメント22が内蔵されている。エアクリーナ21の下流側には、スロットルボディ23が設けられている。スロットルボディ23には、吸気システム20内を流通する吸入空気量Qaを調整するスロットルバルブ24が設けられている。そして、スロットルボディ23の下流側には、インテークマニホールド25が設けられ、このインテークマニホールド25の下流端に設けられた分岐吸気通路26が対応する気筒11の吸気ポート15に接続されている。図示の例では、分岐吸気通路26に燃料噴射弁27が設けられている。この吸気システム20には、エアクリーナ21とスロットルボディ23の間にエアフローセンサSW2が配置されている。エアフローセンサSW2は、エレメント22に浄化された吸入空気の吸入空気量Qaを出力するものである。さらに、スロットルボディ23には、当該スロットルバルブ24のスロットル開度TVOを検出するスロットルセンサSW3が設けられている。   The intake system 20 includes an air cleaner 21 for purifying intake air at the upstream end. An element 22 is built in the air cleaner 21. A throttle body 23 is provided on the downstream side of the air cleaner 21. The throttle body 23 is provided with a throttle valve 24 that adjusts the intake air amount Qa flowing through the intake system 20. An intake manifold 25 is provided on the downstream side of the throttle body 23, and a branch intake passage 26 provided at the downstream end of the intake manifold 25 is connected to the intake port 15 of the corresponding cylinder 11. In the illustrated example, a fuel injection valve 27 is provided in the branch intake passage 26. In the intake system 20, an air flow sensor SW <b> 2 is disposed between the air cleaner 21 and the throttle body 23. The air flow sensor SW2 outputs the intake air amount Qa of the intake air purified by the element 22. Further, the throttle body 23 is provided with a throttle sensor SW3 for detecting the throttle opening TVO of the throttle valve 24.

排気システム30は、排気ポート16に接続されるエキゾーストマニホールド31と、このエキゾーストマニホールド31の下流側に配置され、当該エキゾーストマニホールド31内に排出された既燃ガスを浄化する三元触媒32とが設けられている。そして、この排気システム30には、三元触媒32の上流側に配置されたリニア空燃比センサSW4と、下流側に配置された酸素濃度センサSW5とが設けられている。リニア空燃比センサSW4は、既燃ガスから酸素濃度に概ね比例する信号を出力するためのものである。酸素濃度センサSW5は、理論空燃比に相当する酸素濃度で出力電圧が急変するように構成されており、理論空燃比に対し酸素濃度が多いか少ないかをオンオフ的に検出することにより、空燃比のフィードバック制御を実行するためのものである。リニア空燃比センサSW4は、フィードバック制御の実空燃比に相当する出力を演算するものであるのに対し、酸素濃度センサSW5は、浄化後の既燃ガスの酸素濃度に相当する検出値を演算するものである。本実施形態において、エンジン10の目標空燃比は、原則として理論空燃比(λ=1)に設定される。   The exhaust system 30 includes an exhaust manifold 31 connected to the exhaust port 16, and a three-way catalyst 32 that is disposed downstream of the exhaust manifold 31 and purifies the burned gas discharged into the exhaust manifold 31. It has been. The exhaust system 30 is provided with a linear air-fuel ratio sensor SW4 disposed upstream of the three-way catalyst 32 and an oxygen concentration sensor SW5 disposed downstream. The linear air-fuel ratio sensor SW4 is for outputting a signal that is approximately proportional to the oxygen concentration from the burned gas. The oxygen concentration sensor SW5 is configured such that the output voltage changes abruptly at an oxygen concentration corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. The feedback control is executed. The linear air-fuel ratio sensor SW4 calculates an output corresponding to the actual air-fuel ratio of feedback control, whereas the oxygen concentration sensor SW5 calculates a detection value corresponding to the oxygen concentration of the burned gas after purification. Is. In the present embodiment, the target air-fuel ratio of the engine 10 is set to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) in principle.

上述した各センサSW1〜SW5並びに燃料噴射弁27は、コントロールユニット100に接続されることにより、空燃比のフィードバック制御系を構成している。   Each of the sensors SW1 to SW5 and the fuel injection valve 27 described above are connected to the control unit 100 to constitute an air-fuel ratio feedback control system.

図2は本実施形態に係る劣化判定装置1の制御回路ブロック図であり、図3は図2の制御回路によって実現される劣化判定装置1のブロック線図である。   FIG. 2 is a control circuit block diagram of the degradation determination apparatus 1 according to the present embodiment, and FIG. 3 is a block diagram of the degradation determination apparatus 1 realized by the control circuit of FIG.

まず、図2を参照して、コントロールユニット100は、CPU101、ROMで具体化される補助記憶装置102、RAMで具体化される主記憶装置103を含んでいる。上述した各センサSW1〜SW5は、CPU101に接続されており、それぞれ対応する信号Ne、Qa、TVO、PF、SFをCPU101に出力するように構成されている。   First, referring to FIG. 2, the control unit 100 includes a CPU 101, an auxiliary storage device 102 embodied by ROM, and a main storage device 103 embodied by RAM. Each of the sensors SW1 to SW5 described above is connected to the CPU 101 and is configured to output the corresponding signals Ne, Qa, TVO, PF, and SF to the CPU 101, respectively.

CPU101は、補助記憶装置102に記憶されているプログラムに基づいて、各センサSW1〜SW5の出力した信号Ne、Qa、TVO、PF、SFを処理し、燃料噴射弁27を制御して空燃比をフィードバック制御するように構成されている。   The CPU 101 processes the signals Ne, Qa, TVO, PF, SF output from the sensors SW1 to SW5 based on the program stored in the auxiliary storage device 102, and controls the fuel injection valve 27 to set the air-fuel ratio. It is configured to perform feedback control.

補助記憶装置102には、詳しくは後述する劣化診断プログラムが記憶されている。   The auxiliary storage device 102 stores a deterioration diagnosis program to be described later in detail.

主記憶装置103は、補助記憶装置102に記憶されたプログラムを実行する過程で、各センサSW1〜SW5が出力した信号Ne、Qa、TVO、PF、SFやこれに基づいて演算された演算値を記憶するように構成されている。   In the process of executing the program stored in the auxiliary storage device 102, the main storage device 103 receives signals Ne, Qa, TVO, PF, SF output from the sensors SW1 to SW5 and calculated values based on the signals Ne, Qa, TVO, PF, SF. It is configured to memorize.

図3を参照して、コントロールユニット100は、同図に示すフィードバック制御系110を構成している。このフィードバック制御系110は、目標空燃比(λ=1)を目標値DVとする基準入力要素111と、基準入力要素111の出力した基準入力IPに補正をかけるBIAS補正要素112と、BIAS補正要素112に補正された動作信号ASに基づいて、エンジン10(より詳細には燃料噴射弁27)への操作量OVを決定する主制御要素114とを含んでいる。   Referring to FIG. 3, control unit 100 constitutes feedback control system 110 shown in FIG. The feedback control system 110 includes a reference input element 111 having a target air-fuel ratio (λ = 1) as a target value DV, a BIAS correction element 112 for correcting the reference input IP output from the reference input element 111, and a BIAS correction element. And a main control element 114 that determines an operation amount OV to the engine 10 (more specifically, the fuel injection valve 27) based on the operation signal AS corrected to 112.

BIAS補正要素112は、基準入力要素111の出力する基準入力IPを補正するものであり、初期値は、0となるように設定されている。   The BIAS correction element 112 corrects the reference input IP output from the reference input element 111, and the initial value is set to be zero.

BIAS補正要素112と主制御要素114との間には、リニア空燃比センサSW4により検出された実空燃比に相当する出力PFが入力されるようになっており、主制御要素114は、基準入力要素111の基準入力IPからBIAS補正要素112の補正量SSを差し引き、さらにリニア空燃比センサSW4の出力PFを差し引いた動作信号ASを受けて、ゲインKPPを含む所定の伝達関数
P(S)=KPP{1+(1/TI)+TD} (1)
但し、KPP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間
に基づき、操作量OVを出力するように構成されている。(1)式から明らかなように、本実施形態において、主制御要素114は、PID動作の伝達関数GP(S)に設定されている。図3では簡略化されているが、主制御要素114の出力した操作量OVに基づき、エンジン10の燃料噴射弁27は、所定のタイミングと噴射量で燃料を噴射し、その混合気がエンジン10で燃焼される。そして、その既燃ガスがエンジン10から排気システム30に排出されると、リニア空燃比センサSW4が、三元触媒32の上流側で当該既燃ガスの酸素濃度を検出し、実空燃比に相当する出力PFをフィードバックするとともに、酸素濃度センサSW5が、三元触媒32の下流側で浄化された排気ガスの酸素濃度を検出し、検出値SFを出力する。
An output PF corresponding to the actual air-fuel ratio detected by the linear air-fuel ratio sensor SW4 is input between the BIAS correction element 112 and the main control element 114, and the main control element 114 receives the reference input. A predetermined transfer function including a gain K PP is received by receiving an operation signal AS obtained by subtracting the correction amount SS of the BIAS correction element 112 from the reference input IP of the element 111 and further subtracting the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4.
G P (S) = K PP {1+ (1 / T I ) + T D } (1)
However, the operation amount OV is output based on K PP : proportional gain, T I : integration time, and T D : differentiation time. As is apparent from the equation (1), in the present embodiment, the main control element 114 is set to the transfer function G P (S) of the PID operation. Although simplified in FIG. 3, based on the operation amount OV output from the main control element 114, the fuel injection valve 27 of the engine 10 injects fuel at a predetermined timing and injection amount, and the air-fuel mixture is the engine 10. Burned in. When the burned gas is discharged from the engine 10 to the exhaust system 30, the linear air-fuel ratio sensor SW4 detects the oxygen concentration of the burned gas on the upstream side of the three-way catalyst 32 and corresponds to the actual air-fuel ratio. The oxygen concentration sensor SW5 detects the oxygen concentration of the exhaust gas purified on the downstream side of the three-way catalyst 32 and outputs the detection value SF.

次に、基準入力要素111とBIAS補正要素112との間には、副制御要素115が接続されている。この副制御要素115は、酸素濃度センサSW5からの検出値SFを受けて、ゲインKSPを含む所定の伝達関数
S(S)=KSP{1+(1/TI)+TD} (2)
但し、KSP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間
に基づき、副補正量SbSを出力するように構成されている。従って、主制御要素114には、この副補正量SbSが差し引かれた動作信号ASが入力されることになっている。(2)式から明らかなように、本実施形態において、副制御要素115は、PID動作の伝達関数GS(S)に設定されている。
Next, a sub control element 115 is connected between the reference input element 111 and the BIAS correction element 112. The sub-control element 115 receives the detection value SF from the oxygen concentration sensor SW5, the predetermined transfer function including a gain K SP
G S (S) = K SP {1+ (1 / T I ) + T D } (2)
However, the sub correction amount SbS is output based on K SP : proportional gain, T I : integration time, and T D : differentiation time. Therefore, the operation signal AS from which the sub correction amount SbS has been subtracted is input to the main control element 114. As apparent from the equation (2), in the present embodiment, the sub control element 115 is set to the transfer function G S (S) of the PID operation.

次に、本実施形態に係るフィードバック制御系110には、外乱LR、RLを交互に発生させる外乱発生手段116が機能的に構成されている。この外乱発生手段116は、補助記憶装置102に記憶されたプログラムが実行されることにより、次に説明するリニア空燃比センサSW4の劣化診断時において、動作するものである。外乱発生手段116は、燃料噴射量にインパルス状の外乱を与えることによって、過渡的に空燃比をリッチ側またはリーン側に変更するように構成されている。以下の説明では、リッチ側に空燃比を変化させるときの外乱はLRと表記し、リーン側に空燃比を変化させるときの外乱はRLと表記する。外乱発生手段116が出力した外乱LR、RLの発生回数NLR、NRLは、それぞれ主記憶装置103に記憶されるようになっている。そして、予め劣化診断プログラムに設定されている出力回数NENDだけ外乱LR、RLを交互に同数出力するように設定されている。これにより、診断によって意図的に変更された空燃比が中和され、主制御要素114によって制御されている空燃比が必要以上に乱されないようにして、エミッションの低下を阻止するようにしている。 Next, in the feedback control system 110 according to the present embodiment, the disturbance generating means 116 that generates the disturbances LR and RL alternately is functionally configured. This disturbance generating means 116 operates when a deterioration diagnosis of the linear air-fuel ratio sensor SW4 described below is performed by executing a program stored in the auxiliary storage device 102. The disturbance generating means 116 is configured to transiently change the air-fuel ratio to the rich side or the lean side by giving an impulse-like disturbance to the fuel injection amount. In the following description, the disturbance when changing the air-fuel ratio to the rich side is expressed as LR, and the disturbance when changing the air-fuel ratio to the lean side is expressed as RL. The number of occurrences N LR and N RL of the disturbances LR and RL output from the disturbance generation means 116 is stored in the main storage device 103, respectively. Then, the same number of disturbances LR and RL are alternately output for the number of output times N END set in advance in the deterioration diagnosis program. As a result, the air-fuel ratio intentionally changed by the diagnosis is neutralized, and the air-fuel ratio controlled by the main control element 114 is prevented from being disturbed more than necessary, thereby preventing the emission from being lowered.

さらに、本実施形態に係るフィードバック制御系110には、後述する劣化診断時において、各制御要素114、115のゲインKPP、KSPを変更可能なゲイン切換手段118が機能的に構成されている。 Further, the feedback control system 110 according to the present embodiment is functionally configured with gain switching means 118 capable of changing the gains K PP and K SP of the control elements 114 and 115 at the time of deterioration diagnosis described later. .

図4および図5は本実施形態における劣化診断プログラムのフローチャートである。また図6は図4および図5のフローチャートを実行することによって得られた信号のタイミングチャートである。   4 and 5 are flowcharts of the deterioration diagnosis program in the present embodiment. FIG. 6 is a timing chart of signals obtained by executing the flowcharts of FIGS.

まず、図4および図6を参照して、劣化診断プログラムが実行されると、CPU101は診断条件が成立するのを待機する(ステップS1)。ここで診断条件とは、
(1) 回転角度センサSW1で検出されるエンジン回転速度Neの変化量が所定変化量以下であり、
(2) スロットルセンサSW3によって検出されるスロットル開度TVOの変化量が所定変化量以下であり、且つ
(3) CE=Qa/Neで演算される充填効率CEの変化量が所定変化量以下である
という条件を全て満たすいわゆる定常運転時であることをいう。
First, referring to FIG. 4 and FIG. 6, when the deterioration diagnosis program is executed, the CPU 101 waits for the diagnosis condition to be satisfied (step S1). Here, diagnostic conditions are
(1) The change amount of the engine rotation speed Ne detected by the rotation angle sensor SW1 is equal to or less than a predetermined change amount,
(2) The change amount of the throttle opening TVO detected by the throttle sensor SW3 is not more than a predetermined change amount, and (3) The change amount of the charging efficiency CE calculated by CE = Qa / Ne is not more than the predetermined change amount. It means that it is a so-called steady operation that satisfies all of the conditions.

仮に加速時等、診断条件を満たさない場合には、診断条件を満たすまで待機し、診断条件が成立している場合には、ゲイン切換手段118が両制御要素114、115のゲインKPP、KSPを小さく変更する(ステップS2)。 If the diagnostic conditions are not satisfied, such as during acceleration, the system waits until the diagnostic conditions are satisfied. If the diagnostic conditions are satisfied, the gain switching means 118 has the gains K PP , K of both control elements 114, 115. SP is changed small (step S2).

この制御により、リニア空燃比センサSW4の主フィードバック量に対する主制御要素114の応答は緩やかになるとともに、副制御要素115は、診断時に外乱LR、RLが出力された場合でも、比較的小さな副補正量SbSを出力することになる。   By this control, the response of the main control element 114 to the main feedback amount of the linear air-fuel ratio sensor SW4 becomes gentle, and the sub control element 115 allows the sub-correction to be relatively small even when disturbances LR and RL are output at the time of diagnosis. The amount SbS is output.

次いで、収束判定しきい値設定副ルーチンに移行し、収束判定しきい値ThC、dThCが設定される(ステップS3)。   Next, the process proceeds to a convergence determination threshold value setting subroutine, and convergence determination threshold values ThC and dThC are set (step S3).

収束判定しきい値ThC、dThCが設定されると、今度はこの収束判定しきい値ThC、dThCに基づいて、収束判定が実行される(ステップS4)。この収束判定では、外乱発生手段116による外乱LR、RLがリセットされている状態において、図6に示すように、リニア空燃比センサSW4の出力PFの変動幅OPとしきい値ThCとが比較されるとともに、微分値DO2の変動幅dOPとしきい値dThCとが比較され、各変動幅OP、dOPが何れも対応するしきい値ThC、dThC未満である場合に空燃比が収束したと判定する。このステップS4を実行することにより、CPU101は、収束判定手段を機能的に構成している。 When the convergence determination threshold values ThC and dThC are set, the convergence determination is performed based on the convergence determination threshold values ThC and dThC (step S4). In this convergence determination, the fluctuation range OP of the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 is compared with the threshold value ThC as shown in FIG. 6 in a state where the disturbances LR and RL by the disturbance generating means 116 are reset. At the same time, the fluctuation range dOP of the differential value D O2 and the threshold value dThC are compared, and it is determined that the air-fuel ratio has converged when the fluctuation ranges OP and dOP are both less than the corresponding threshold values ThC and dThC. By executing step S4, the CPU 101 functionally constitutes a convergence determination unit.

空燃比が収束したと判定されると、CPU101は、タイマをスタートし(ステップS5)、タイマのカウントダウンにより、そのタイマ時間が0になるのを待機する(ステップS6)。そして、タイマ時間が0になった後、診断を開始してから外乱LR、RLの発生回数NLR、NRLが比較され(ステップS7)、NRL>NLRが成立する場合には外乱LRがフィードバック制御系110に出力されるとともに(ステップS8)、不成立の場合には、外乱RLがフィードバック制御系110に出力される(ステップS9)。これにより、例えば、図6に示すように、まず、外乱LRが出力され、これによってリニア空燃比センサSW4の出力が変化することになる。 If it is determined that the air-fuel ratio has converged, the CPU 101 starts a timer (step S5), and waits for the timer time to become zero due to the countdown of the timer (step S6). Then, after the timer reaches 0, the number of occurrences N LR and N RL of the disturbances LR and RL are compared after the diagnosis is started (step S7). If N RL > N LR is satisfied, the disturbance LR Is output to the feedback control system 110 (step S8), and if not established, the disturbance RL is output to the feedback control system 110 (step S9). As a result, for example, as shown in FIG. 6, the disturbance LR is first output, which changes the output of the linear air-fuel ratio sensor SW4.

外乱発生手段116が外乱LR(またはRL)を出力すると、CPU101は、入力されたリニア空燃比センサSW4の出力PFの微分値DO2を演算する(ステップS10)。これにより、リニア空燃比センサSW4の出力PFが外乱LR(またはRL)によってどのように変化するか把握することが可能になる。このように本実施形態のCPU101は、外乱発生手段116による外乱出力後にリニア空燃比センサSW4の出力PFを微分した微分値DO2を出力する微分手段を機能的に構成している。 When the disturbance generating means 116 outputs the disturbance LR (or RL), the CPU 101 calculates the differential value D O2 of the input output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 (step S10). Thereby, it becomes possible to grasp how the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 changes due to the disturbance LR (or RL). As described above, the CPU 101 of the present embodiment functionally configures a differentiating unit that outputs a differential value D O2 obtained by differentiating the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 after the disturbance output by the disturbance generating unit 116.

ここで、リニア空燃比センサSW4の検出値は、通常、所定のむだ時間Lと時定数τを伴うものである。   Here, the detected value of the linear air-fuel ratio sensor SW4 usually has a predetermined dead time L and a time constant τ.

図7はリニア空燃比センサSW4のステップ応答特性を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing the step response characteristics of the linear air-fuel ratio sensor SW4.

図7を参照して、リニア空燃比センサSW4の入力x(t)と出力y(t)との間には
y(t)=x(t−L) (L≧0) (3)
という関係が成立し、むだ時間要素としてのリニア空燃比センサSW4は、次式の伝達関数に従う。
Referring to FIG. 7, between the input x (t) and the output y (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4,
y (t) = x (t−L) (L ≧ 0) (3)
The linear air-fuel ratio sensor SW4 serving as a dead time element follows a transfer function of the following equation.

G(s)=Y(s)/X(s)=e-Ls (4)
但し、Y(s):出力の複素関数、X(s):入力の複素関数
従って、むだ時間要素としてのリニア空燃比センサSW4のステップ応答h(t)は、逆ラプラス変換により、次式の通りとなり、図7のように決まる。
G (s) = Y (s) / X (s) = e −Ls (4)
However, Y (s): Complex function of output, X (s): Complex function of input Therefore, the step response h (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4 as a dead time element is expressed by the following equation by inverse Laplace transform. As shown in FIG.

h(t)=u(t−L) (5)
但し、u(t):単位ステップ関数(1(t≧0)且つ0(t<0))
そこで、本実施形態では、むだ時間Lが経過するのを待機し、むだ時間Lの終了を検出して外乱LR、RLをリセットするようにしている。かかる制御を実行するために、CPU101は、図4に示すように、演算された微分値±DO2と所定のしきい値±ThDとを比較し、+DO2>+ThDまたは−DO2<−ThDが成立するのを待機し(ステップS11)、成立した場合には、リニア空燃比センサSW4のむだ時間Lを演算し(ステップS12)、外乱発生手段116による外乱をリセットする(ステップS14)。
h (t) = u (t−L) (5)
Where u (t): unit step function (1 (t ≧ 0) and 0 (t <0))
Therefore, in this embodiment, the system waits for the dead time L to elapse, detects the end of the dead time L, and resets the disturbances LR and RL. In order to execute such control, as shown in FIG. 4, the CPU 101 compares the calculated differential value ± D O2 with a predetermined threshold value ± ThD, and + D O2 > + ThD or -D O2 <-ThD. Is established (step S11), and if established, the dead time L of the linear air-fuel ratio sensor SW4 is calculated (step S12), and the disturbance caused by the disturbance generating means 116 is reset (step S14).

次に、時定数τは、一次遅れ要素の伝達関数
G(s)=Y(s)/X(s)=K/(1−τ) (6)
の定数である。
Next, the time constant τ is the transfer function of the first-order lag element
G (s) = Y (s) / X (s) = K / (1-τ) (6)
Is a constant.

この式(6)から逆ラプラス変換によって得られるステップ応答h(t)
h(t)=K(1−e-t/M) (7)
但し、K、M:定数
から、
h(t)|τ=M =0.632K (8)
が得られることから、これにむだ時間Lの特性を加えると、時定数τとリニア空燃比センサSW4のステップ応答h(t)とは図7で示す関係になる。
Step response h (t) obtained by inverse Laplace transform from this equation (6)
h (t) = K (1−e −t / M ) (7)
However, from K and M: constants,
h (t) | τ = M = 0.632K (8)
Therefore, if the characteristic of the dead time L is added to this, the time constant τ and the step response h (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4 have the relationship shown in FIG.

図7から明らかなように、時定数τが大きい程、ステップ応答波形の立ち上がりが遅くなり、最終値に達するまでの時間がかかる。そして、リニア空燃比センサSW4の劣化が進む程、時定数τは長くなる。   As is apparent from FIG. 7, the larger the time constant τ, the slower the rise of the step response waveform and the longer it takes to reach the final value. The time constant τ becomes longer as the deterioration of the linear air-fuel ratio sensor SW4 progresses.

図5を参照して、そこで本実施形態では、時定数τを劣化診断の要素として取り入れるために、リニア空燃比センサSW4の出力の微分ピーク値(CPU101が出力した微分値±DO2のピーク値)DO2PKを演算し(ステップS15)、この微分ピーク値DO2PKからリニア空燃比センサSW4の時定数τを演算するようにしている(ステップS16)。 Referring to FIG. 5, in this embodiment, in order to incorporate the time constant τ as an element of deterioration diagnosis, the differential peak value of the output of the linear air-fuel ratio sensor SW4 (the peak value of the differential value ± D O2 output by the CPU 101). ) D O2PK is calculated (step S15), and the time constant τ of the linear air-fuel ratio sensor SW4 is calculated from the differential peak value D O2PK (step S16).

時定数τの演算が終了すると、CPU101は、外乱発生手段116が生成した外乱が、燃料を減量するものであったか、増量するものであったかを判定し(ステップS17)、減量の場合はRLとして、増量の場合はLRとして、それぞれ判定パラメータ(演算されたむだ時間L、時定数τ)を主記憶装置103に保存し(ステップS18、S19)、主記憶装置103に記憶されている発生回数NLR、NRLをインクリメントする(ステップS20、S21)。 When the calculation of the time constant τ is finished, the CPU 101 determines whether the disturbance generated by the disturbance generating means 116 is to reduce or increase the fuel (step S17). In the case of increase, the determination parameters (calculated time delay L, time constant τ) are stored in the main storage device 103 as LR (steps S18 and S19), and the occurrence number N LR stored in the main storage device 103 is stored. , N RL is incremented (steps S20 and S21).

その後、各外乱LR、RLについて、所要の回数NENDを終了したか否かが判定され(ステップS22、S23)、何れかの発生回数NLR、NRLが所要の回数NENDに満たない場合には、ステップS1に戻って処理を繰り返す。 Thereafter, for each disturbance LR, RL, it is determined whether or not the required number of times N END has been completed (steps S22 and S23), and any of the number of occurrences N LR and N RL is less than the required number of times N END. Return to step S1 and repeat the process.

他方、ステップS22、S23において、何れの発生回数NLR、NRLも所要の回数NENDに達している場合には、目標空燃比から実空燃比を差し引いた値が所定のしきい値ThAF未満になる、すなわち、制御が充分に収束するのを待機する(ステップS24)。出力が収束した場合には、各制御要素115のゲインKPP、KSPを元の値に戻す(ステップS25)。これにより、出力が発散するのを抑制し、診断状態からエミッションの低下を来すことなく、通常のフィードバック制御に戻すことができる。そして、その後、制御は、劣化判定処理に移行する。 On the other hand, in steps S22 and S23, when any occurrence number N LR , N RL has reached the required number N END , the value obtained by subtracting the actual air-fuel ratio from the target air-fuel ratio is less than the predetermined threshold value ThAF. That is, it waits for the control to sufficiently converge (step S24). When the output has converged, the gains K PP and K SP of each control element 115 are returned to the original values (step S25). As a result, it is possible to suppress the output from diverging and return to normal feedback control without causing a reduction in emission from the diagnosis state. Thereafter, the control shifts to a deterioration determination process.

このように本実施形態では、CPU101が図4のステップS12並びに図5のステップS16を実行することにより、判定パラメータ演算手段を機能的に構成している。   As described above, in the present embodiment, the CPU 101 executes step S12 in FIG. 4 and step S16 in FIG.

図8は劣化判定処理の詳細を示すフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart showing details of the deterioration determination process.

図8を参照して、ここでは、劣化判定を行うために、むだ時間Lと時定数τの和を過渡時間Tとして定義し、ステップS25までの処理が終了すると、CPU101は、リッチ側の外乱LRとリーン側の外乱RLに係る平均過渡時間TLR、TRLをそれぞれ演算する(ステップS211)。次いで、両平均過渡時間TLR、TRL差の絶対値を演算し、その値が所定のしきい値ThBを越えていないかどうか判定する(ステップS212)。各平均過渡時間TLR、TRLにおいて、差の絶対値が大きい場合には、主制御要素114による空燃比制御がリッチ側またはリーン側にずれてしまうので、そのようなずれを防止するために、両平均過渡時間TLR、TRL差の絶対値が演算されている。 Referring to FIG. 8, here, in order to determine the deterioration, the sum of the dead time L and the time constant τ is defined as the transition time T, and when the processing up to step S25 is completed, the CPU 101 Average transient times T LR and T RL related to the LR and the lean side disturbance RL are calculated (step S211). Next, the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL is calculated, and it is determined whether or not the value exceeds a predetermined threshold value ThB (step S212). When the absolute value of the difference is large in each of the average transient times T LR and T RL , the air-fuel ratio control by the main control element 114 shifts to the rich side or the lean side. The absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL is calculated.

仮に両平均過渡時間TLR、TRL差の絶対値がしきい値ThB以下の場合、今度は、両平均過渡時間TLR、TRLがしきい値ThAを越えているか否かが判定される(ステップS213)。両平均過渡時間TLR、TRLが大きい場合には、酸素濃度センサSW5で副フィードバック制御を実行していることもあり、フィードバック制御が過補正になり、制御が緩慢になって発散しやすくなるからである。 If the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL is less than or equal to the threshold value ThB, then whether or not the sum of the two average transient times T LR and T RL exceeds the threshold value ThA is determined. Determination is made (step S213). If the sum of both average transient times T LR and T RL is large, the sub-feedback control may be executed by the oxygen concentration sensor SW5, the feedback control becomes overcorrected, and the control becomes slow and diverges. This is because it becomes easier.

仮に、両平均過渡時間TLR、TRLがしきい値ThA以下の場合には、過渡時間について正常と判定される(ステップS214)。他方、両平均過渡時間TLR、TRLがしきい値ThAを越えている場合には、リニア空燃比センサSW4の劣化がリッチ側でもリーン側でも起きていると判定される(ステップS215)。 If the sum of both average transient times T LR and T RL is less than or equal to the threshold ThA, it is determined that the transient time is normal (step S214). On the other hand, if the sum of the average transient times T LR and T RL exceeds the threshold value ThA, it is determined that the degradation of the linear air-fuel ratio sensor SW4 occurs on both the rich side and the lean side (step S215). ).

他方、ステップS212において、両平均過渡時間TLR、TRL差の絶対値がしきい値ThBを越えている場合、リッチ側の平均過渡時間TLRとリッチ側のしきい値ThRとが比較されてリッチ側で過渡時間劣化が生じているか否かが判定され(ステップS216)、しきい値ThRを越えている場合には、リッチ側過渡時間TLR劣化が生じていると判定される(ステップS217)。他方、平均過渡時間TLRがしきい値ThR以下の場合には、さらにリーン側の平均過渡時間TRLとリーン側のしきい値ThLとが比較され、リーン側で過渡時間劣化が生じているか否かが判定される(ステップS218)。リーン側の平均過渡時間TRLがしきい値ThLを越えている場合には、リーン側過渡時間TRL劣化が生じていると判定され(ステップS219)、しきい値ThL以内である場合には、正常判定がなされる。なおしきい値ThB、ThAの設定によっては、ステップS218を省略し、ステップS216でNOと判定された場合には、そのままステップS219の判定を実行するようにしてもよい。 On the other hand, if the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL exceeds the threshold ThB in step S212, the rich average transient time T LR is compared with the rich threshold ThR. Then, it is determined whether or not the transient side deterioration has occurred on the rich side (step S216). If the threshold value ThR is exceeded, it is determined that the rich side transient time T LR deterioration has occurred (step S216). Step S217). On the other hand, if the average transient time T LR is equal to or less than the threshold value ThR, the lean-side average transient time T RL and the lean-side threshold value ThL are further compared, and whether transient time degradation has occurred on the lean side. It is determined whether or not (step S218). When the lean-side average transient time T RL exceeds the threshold value ThL, it is determined that the lean-side transient time T RL has deteriorated (step S219), and when it is within the threshold value ThL. A normal judgment is made. Depending on the settings of the threshold values ThB and ThA, step S218 may be omitted, and if NO is determined in step S216, the determination in step S219 may be performed as it is.

そして、ステップS214、S215、S217、S219の何れかが終了すると、処理が終了する。これらの判定により、本実施形態においては、表1に示すようにリニア空燃比センサSW4の劣化により、どのようなエミッション低下が生じているかを分析することが可能になる。   Then, when any of steps S214, S215, S217, and S219 ends, the process ends. Based on these determinations, in the present embodiment, as shown in Table 1, it is possible to analyze what kind of emission reduction is caused by the deterioration of the linear air-fuel ratio sensor SW4.

Figure 0004604882
Figure 0004604882

図9は図4における収束判定しきい値設定副ルーチン(ステップS3)の一例を示すフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing an example of the convergence determination threshold value setting subroutine (step S3) in FIG.

図9を参照して、この例では、予め、吸入空気量Qaからしきい値ThC、dThCを求めるマップ220を主記憶装置103内に記憶させておき、エアフローセンサSW2から検出された吸入空気量Qaからしきい値ThC、dThCを索引して(ステップS305)、収束判定しきい値ThC、dThCを設定するようにしている(ステップS306)。この形態では、吸入空気量Qaが少なくなるに連れて収束判定しきい値ThC、dThCの値を小さく設定し、収束判定を厳格にすることが可能になる。このように図9の実施形態では、エンジン10の吸入空気量Qaを検出するエアフローセンサSW2を設け、CPU101が機能的に構成する収束判定手段は、吸入空気量Qaが少ないほど収束条件を厳しくするものである。これにより、吸入空気量Qaの変化に伴う時定数τの判定基準を補正することができ、誤判定を回避することが可能になる。   Referring to FIG. 9, in this example, a map 220 for obtaining threshold values ThC and dThC from intake air amount Qa is stored in main storage device 103 in advance, and the intake air amount detected from air flow sensor SW2 is stored. The threshold values ThC and dThC are indexed from Qa (step S305), and the convergence determination threshold values ThC and dThC are set (step S306). In this embodiment, as the intake air amount Qa decreases, the convergence determination threshold values ThC and dThC can be set smaller to make the convergence determination stricter. As described above, in the embodiment of FIG. 9, the air flow sensor SW2 for detecting the intake air amount Qa of the engine 10 is provided, and the convergence determination means functionally configured by the CPU 101 makes the convergence condition stricter as the intake air amount Qa is smaller. Is. As a result, the determination criterion for the time constant τ associated with the change in the intake air amount Qa can be corrected, and erroneous determination can be avoided.

以上説明したように本実施形態では、所定の診断条件が成立したときに、外乱発生手段116がインパルス状の外乱LR、RLをフィードバック制御系110に出力することにより、外乱LR、RLを受けた実空燃比に対応する出力PFがリニア空燃比センサSW4から主制御要素114に入力される結果、このリニア空燃比センサSW4の出力PFの微分値DO2からむだ時間Lまたは時定数τの少なくとも一方を検出し、リニア空燃比センサSW4の過渡的な特性(むだ時間Lや時定数τ)の変化を検出して劣化診断を実行することが可能になる。このため、リニア空燃比センサSW4の劣化そのものばかりでなく、劣化態様を詳細に分析することも可能になる。しかも、劣化診断時にフィードバック制御系110の開ループ伝達関数GP(S)、GS(S)のゲインKPP、KSPを小さくする制御を実行しているので、外乱LR、RLを出力しているにも拘わらずフィードバック制御系110の発散を防止することができ、フィードバック制御系110の安定度を維持することが可能になる。 As described above, in the present embodiment, when a predetermined diagnosis condition is satisfied, the disturbance generating means 116 outputs the impulse-like disturbances LR and RL to the feedback control system 110, thereby receiving the disturbances LR and RL. the results output PF corresponding to the actual air-fuel ratio is input from the linear sensor SW4 to the main control element 114, at least one of the linear air-fuel ratio dead time from the differential value D O2 of the output PF of the sensor SW4 L or the time constant τ , And a deterioration diagnosis can be executed by detecting a change in the transient characteristics (dead time L and time constant τ) of the linear air-fuel ratio sensor SW4. For this reason, it becomes possible to analyze not only the degradation of the linear air-fuel ratio sensor SW4 but also the degradation mode in detail. Moreover, since control is performed to reduce the gains K PP and K SP of the open loop transfer functions G P (S) and G S (S) of the feedback control system 110 during the deterioration diagnosis, disturbances LR and RL are output. Nevertheless, the divergence of the feedback control system 110 can be prevented, and the stability of the feedback control system 110 can be maintained.

また、本実施形態では、前記フィードバック制御系110は、エンジン10の排気ガスを浄化する触媒32の下流側に配置され、当該触媒に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値SFとして出力する酸素濃度センサSW5と、前記酸素濃度センサSW5からの検出値SFが入力されるとともに、この検出値SFに基づく副補正量を基準入力IPに加える副制御要素115とを備え、前記ゲイン切換手段は、前記診断条件の成立時に副制御要素115のゲインを小さくするものである。このため本実施形態では、リニア空燃比センサSW4によるフィードバックのみならず、酸素濃度センサSW5も制御要素として機能し、基準入力IPを修正することになる。そして、この態様においては、劣化診断時に副制御要素115の伝達関数のゲインKSPもゲイン切換手段118によって制御されることになるので、外乱LR、RLを出力しているにも拘わらずフィードバック制御系110の発散を防止することができ、フィードバック制御系110の安定度を維持することが可能になる。 Further, in the present embodiment, the feedback control system 110 is arranged downstream of the catalyst 32 that purifies the exhaust gas of the engine 10, and outputs the oxygen concentration in the exhaust gas purified by the catalyst as the detection value SF. The gain switching means includes an oxygen concentration sensor SW5 and a sub-control element 115 that receives the detection value SF from the oxygen concentration sensor SW5 and adds a sub-correction amount based on the detection value SF to a reference input IP. The gain of the sub control element 115 is reduced when the diagnostic condition is satisfied. For this reason, in this embodiment, not only the feedback by the linear air-fuel ratio sensor SW4 but also the oxygen concentration sensor SW5 functions as a control element to correct the reference input IP. In this aspect, since the gain K SP of the transfer function of the sub control element 115 is also controlled by the gain switching means 118 at the time of deterioration diagnosis, the feedback control is performed even though the disturbances LR and RL are output. Divergence of the system 110 can be prevented, and the stability of the feedback control system 110 can be maintained.

また、本実施形態では、前記ゲイン切換手段118は、診断終了後において目標空燃比とリニア空燃比センサSW4の検出に基づく実空燃比との差が所定の条件を満たす場合に各制御要素114、115のゲインKPP、KSPを通常値に戻すものである。このため本実施形態では、各制御要素114、115のゲインKPP、KSPの変更後に大きなフィードバック補正が作用して発散が生じるのを防止し、制御の乱れによるエミッションの低下を抑制することが可能になる。 Further, in the present embodiment, the gain switching means 118 controls each control element 114 when the difference between the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio based on the detection of the linear air-fuel ratio sensor SW4 satisfies a predetermined condition after completion of the diagnosis. The gains K PP and K SP of 115 are returned to normal values. For this reason, in this embodiment, it is possible to prevent divergence from occurring due to a large feedback correction after the gains K PP and K SP of the control elements 114 and 115 are changed, and to suppress a reduction in emission due to control disturbance. It becomes possible.

また、本実施形態では、外乱発生手段116は、むだ時間Lの演算を終了した時点で外乱LR、RLの生成をリセットするものであるとともに、外乱LR、RLのリセット後にCPU101がリニア空燃比センサSW4の出力PFの収束を判定した場合に次回の外乱LR、RLを生成するものである。このため本実施形態では、リニア空燃比センサSW4の劣化状態に応じて必要最小限の期間だけ外乱LR、RLを出力させることが可能になる。従って、診断時間を可及的に短縮化できるとともに、むだ時間Lに基づく正確な劣化診断を実行することが可能になる。また、このように外乱LR、RLの出力時間を可変長とした場合であっても、ゲイン切換手段118によって、開ループ伝達関数GP(s)、GS(s)のゲインKPP、KSPが小さくされるので、外乱LR、RLの出力態様に対応して制御の発散を防止し、エミッションの低下を防止することが可能になる。 In the present embodiment, the disturbance generating means 116 resets the generation of the disturbances LR and RL when the calculation of the dead time L is completed, and the CPU 101 performs the linear air-fuel ratio sensor after the disturbances LR and RL are reset. When the convergence of the output PF of SW4 is determined, next disturbances LR and RL are generated. For this reason, in the present embodiment, it is possible to output the disturbances LR and RL for a necessary minimum period according to the deterioration state of the linear air-fuel ratio sensor SW4. Therefore, the diagnosis time can be shortened as much as possible, and an accurate deterioration diagnosis based on the dead time L can be executed. Even when the output times of the disturbances LR and RL are variable lengths as described above, the gain switching means 118 allows the gains K PP and K of the open loop transfer functions G P (s) and G S (s). Since SP is reduced, it becomes possible to prevent divergence of control in accordance with the output modes of the disturbances LR and RL, and to prevent a reduction in emissions.

以上説明したように本実施形態によれば、外乱LR、RLをインパルス状に出力してリニア空燃比センサSW4のむだ時間Lや時定数τを判定パラメータとして利用し、劣化態様を詳細に分析することが可能になるとともに、そのような外乱LR、RLを利用しているにも拘わらず、フィードバック制御系110の発散を可及的に防止することができるという顕著な効果を奏する。   As described above, according to the present embodiment, the disturbances LR and RL are output in an impulse form, and the dead time L and the time constant τ of the linear air-fuel ratio sensor SW4 are used as determination parameters to analyze the deterioration mode in detail. In addition, the divergence of the feedback control system 110 can be prevented as much as possible despite the use of such disturbances LR and RL.

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。   The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.

例えば、劣化診断を具体化するに当たり、図8で示したフローチャートにおける過渡時間Tに代えて、選択される判定パラメータ毎(むだ時間L毎、時定数τ毎)に処理を実行するようにしてもよい。   For example, in actualizing the deterioration diagnosis, instead of the transition time T in the flowchart shown in FIG. 8, the process may be executed for each selected determination parameter (for each dead time L, for each time constant τ). Good.

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。   It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.

本発明の実施の一形態に係るエンジンの系統図である。1 is a system diagram of an engine according to an embodiment of the present invention. 本実施形態に係る劣化判定装置の制御回路ブロック図である。It is a control circuit block diagram of the degradation determination apparatus which concerns on this embodiment. 図2の制御回路によって実現される劣化判定装置のブロック線図である。It is a block diagram of the deterioration determination apparatus implement | achieved by the control circuit of FIG. 本実施形態における劣化診断プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the deterioration diagnosis program in this embodiment. 本実施形態における劣化診断プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the deterioration diagnosis program in this embodiment. 図4および図5のフローチャートを実行することによって得られた信号のタイミングチャートである。6 is a timing chart of signals obtained by executing the flowcharts of FIGS. 4 and 5. FIG. リニア空燃比センサのステップ応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the step response characteristic of a linear air fuel ratio sensor. 劣化判定処理の詳細を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the detail of a deterioration determination process. 図4における収束判定しきい値設定副ルーチンの別の例を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing another example of a convergence determination threshold value setting subroutine in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 劣化判定装置
10 エンジン
32 三元触媒
100 コントロールユニット
101 CPU(微分手段、判定パラメータ演算手段の一例)
102 補助記憶装置
103 主記憶装置
110 フィードバック制御系
111 基準入力要素
112 BIAS補正要素
114 主制御要素
115 副制御要素
116 外乱発生手段
118 ゲイン切換手段
O2 微分値
DV 目標値
P、GS 伝達関数
IP 基準入力
PP、KSP ゲイン
L むだ時間
LR、RL 外乱
Ne エンジン回転速度
PF 実空燃比に相当するリニア空燃比センサの出力
Qa 吸入空気量
SbS 副補正量
SF 検出値
SW1 回転角度センサ
SW2 エアフローセンサ
SW3 スロットルセンサ
SW4 リニア空燃比センサ
SW5 酸素濃度センサ
T 過渡時間
RL、TLR 平均過渡時間
τ 時定数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Degradation determination apparatus 10 Engine 32 Three-way catalyst 100 Control unit 101 CPU (An example of a differentiation means and a determination parameter calculation means)
102 Auxiliary storage device 103 Main storage device 110 Feedback control system 111 Reference input element 112 BIAS correction element 114 Main control element 115 Sub control element 116 Disturbance generating means 118 Gain switching means D O2 differential value DV Target value G P , G S transfer function IP reference input K PP , K SP gain L Dead time LR, RL Disturbance Ne Engine rotation speed PF Output of linear air-fuel ratio sensor corresponding to actual air-fuel ratio Qa Intake air amount SbS Sub correction amount SF Detection value SW1 Rotation angle sensor SW2 Air flow Sensor SW3 Throttle sensor SW4 Linear air-fuel ratio sensor SW5 Oxygen concentration sensor T Transient time TRL , TLR Average transient time τ Time constant

Claims (2)

エンジンの目標空燃比を制御するフィードバック制御系と、
このフィードバック制御系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、
前記フィードバック制御系に設けられ、前記リニア空燃比センサの出力が入力されるとともに、この出力と目標値との差に基づいて操作量を出力する主制御要素と、
所定の診断条件が成立したときに前記フィードバック制御系にインパルス状の外乱を出力する外乱発生手段と、
外乱発生手段による外乱出力後にリニア空燃比センサの出力の微分値を出力する微分手段と、
微分手段が出力した微分値に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間と時定数とのうち少なくとも一方を劣化判定の判定パラメータとして演算する判定パラメータ演算手段と、
前記診断条件の成立時に前記主制御要素のゲインを小さくするゲイン切換手段とを備え、
該ゲイン切換手段は、診断終了後において目標空燃比とリニア空燃比センサの検出に基づく実空燃比との差が所定値未満となったときに前記ゲインを通常値に戻すものであり、
前記外乱発生手段は、むだ時間の演算を終了した時点で外乱の生成をリセットするものであるとともに、外乱のリセット後に収束判定手段がリニア空燃比センサの出力の収束を判定した場合に次回の外乱を生成するものであることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。
A feedback control system for controlling the target air-fuel ratio of the engine;
A linear air-fuel ratio sensor that is provided in the feedback control system and outputs a value proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas;
A main control element that is provided in the feedback control system and receives an output of the linear air-fuel ratio sensor and outputs an operation amount based on a difference between the output and a target value;
Disturbance generating means for outputting an impulse-like disturbance to the feedback control system when a predetermined diagnosis condition is satisfied;
Differential means for outputting a differential value of the output of the linear air-fuel ratio sensor after disturbance output by the disturbance generating means;
Determination parameter calculation means for calculating at least one of the dead time and the time constant of the linear air-fuel ratio sensor as a determination parameter for deterioration determination based on the differential value output by the differentiation means;
Gain switching means for reducing the gain of the main control element when the diagnostic condition is satisfied,
The gain switching unit state, and it is not returning the gain when the difference between the Jitsusora ratio based on the detection of the target air-fuel ratio and the linear air-fuel ratio sensor after the diagnosis end is less than the predetermined value to the normal value,
The disturbance generating means resets the generation of the disturbance when the dead time calculation is completed, and when the convergence determination means determines the convergence of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the reset of the disturbance, the next disturbance deterioration diagnosis system for a linear air-fuel ratio sensor, characterized in that to generate.
請求項1記載のリニア空燃比センサの劣化診断装置において、
前記フィードバック制御系は、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒の下流側に配置され、当該触媒に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値として出力する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサからの検出値が入力されるとともに、この検出値に基づく副補正量に基づき目標値を補正する副制御要素と
を備え、
前記ゲイン切換手段は、前記診断条件の成立時に前記副制御要素のゲインを小さくするものである
ことを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。
The deterioration diagnosis device for a linear air-fuel ratio sensor according to claim 1,
The feedback control system is disposed on the downstream side of the catalyst that purifies the exhaust gas of the engine, and outputs an oxygen concentration sensor in the exhaust gas purified by the catalyst as a detection value;
A detection value from the oxygen concentration sensor is input, and a sub-control element that corrects a target value based on a sub-correction amount based on the detection value, and
The linear air-fuel ratio sensor deterioration diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the gain switching means reduces the gain of the sub control element when the diagnosis condition is satisfied.
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