JP6276096B2 - Air-fuel ratio imbalance diagnosis device and air-fuel ratio imbalance diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、複数の気筒を有する内燃機関における気筒間での空燃比のばらつきを診断する空燃比インバランス診断装置及び空燃比インバランス診断方法に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio imbalance diagnosis apparatus and an air-fuel ratio imbalance diagnosis method for diagnosing variation in air-fuel ratio among cylinders in an internal combustion engine having a plurality of cylinders.
従来、車両に搭載されるような複数の気筒を有する内燃機関の空燃比制御においては、内燃機関の各気筒につながる排気通路の合流箇所よりも下流側で検出される空燃比が目標値となるように、燃料噴射量や吸気量のフィードバック制御が行われている。この空燃比は全気筒の平均的な空燃比を示し、空燃比センサを用いて検出される。 Conventionally, in an air-fuel ratio control of an internal combustion engine having a plurality of cylinders mounted on a vehicle, the air-fuel ratio detected downstream of the joining point of an exhaust passage connected to each cylinder of the internal combustion engine becomes a target value. As described above, feedback control of the fuel injection amount and the intake air amount is performed. This air-fuel ratio indicates the average air-fuel ratio of all cylinders and is detected using an air-fuel ratio sensor.
ここで、複数の気筒を有する内燃機関では、気筒間の吸気特性の相違や各気筒に備えられた燃料噴射弁の詰まり等による噴射特性の相違によって、気筒間で空燃比にばらつきが生じる場合がある。この空燃比のばらつきが大きくなると排気エミッションを悪化させることにもなるため、空燃比センサのセンサ値を利用して空燃比のばらつきを診断する自己診断(以下、「空燃比インバランス診断」と称する。)が実行されるようになっている(例えば、特許文献1を参照)。 Here, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, air-fuel ratios may vary among cylinders due to differences in intake characteristics among the cylinders or differences in injection characteristics due to clogging of fuel injection valves provided in each cylinder. is there. If this variation in air-fuel ratio becomes large, exhaust emission may be worsened. Therefore, a self-diagnosis (hereinafter referred to as “air-fuel ratio imbalance diagnosis”) that diagnoses the variation in air-fuel ratio using the sensor value of the air-fuel ratio sensor. .) Is executed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された従来の空燃比インバランス診断は、空燃比センサが正常であることを前提としている。そのため、空燃比センサの応答性が低下している場合には、空燃比のばらつきが生じているにもかかわらず、異常を検出できないおそれがあった。具体的に、空燃比の振幅は、空燃比のばらつきが大きくなるほど大きくなるが、空燃比センサの応答性が低下していると、センサ値の振幅が実際の空燃比の変動量よりも小さくなってしまい、空燃比のばらつきを発見できない場合がある。特に、空燃比センサでは、空燃比がリーン方向又はリッチ方向のいずれか一方向に変化する状態でのみ空燃比センサの応答性が低下する異常(以下、このような異常を「片側応答遅れ」と称する。)が生じる場合がある。この片側応答遅れが生じている場合には、空燃比センサのセンサ値の振幅が実際の空燃比の振幅よりも小さくなるために、気筒間の空燃比のばらつきを検出できないおそれがあった。
However, the conventional air-fuel ratio imbalance diagnosis described in
一方、空燃比センサの応答性の低下は空燃比制御に影響を与えることから、空燃比センサの応答性を診断する自己診断(以下、「応答性診断」と称する。)も併せて実行されるようになっている。空燃比のばらつきが生じている場合に、空燃比インバランス診断で異常と判定されないとしても、空燃比センサの応答性診断で異常と判定されれば、いずれにしても空燃比制御が正常に実行されない状態を把握することができる。しかしながら、空燃比センサの応答性診断では、応答性が低下しているもののフィードバック制御等で吸収されるような軽度の異常である場合には、異常と判定しないように設定される場合がある。 On the other hand, since the decrease in the responsiveness of the air-fuel ratio sensor affects the air-fuel ratio control, a self-diagnosis (hereinafter referred to as “responsiveness diagnosis”) that diagnoses the responsiveness of the air-fuel ratio sensor is also executed. It is like that. If the air-fuel ratio variation has occurred, even if the air-fuel ratio imbalance diagnosis does not determine that the air-fuel ratio is abnormal, if the air-fuel ratio sensor response is determined to be abnormal, the air-fuel ratio control is executed normally. It is possible to grasp the state that is not done. However, in the responsiveness diagnosis of the air-fuel ratio sensor, there is a case where the abnormality is set so as not to be determined to be abnormal if the responsiveness is low but it is a slight abnormality that is absorbed by feedback control or the like.
図12は、空燃比のばらつきが生じている状態における、空燃比センサの応答性診断による異常検出状況、空燃比インバランス診断による異常検出状況、警告ランプ(MIL)の点灯状況を示している。領域Aにおいては、空燃比センサの応答性は規格内であり、空燃比インバランス診断により異常が検出されるため、警告ランプが点灯する。また、領域Cにおいては、空燃比センサの応答性が低下しており、空燃比インバランス診断では異常が検出されないものの、空燃比センサの応答性の低下が著しく、応答性診断で異常が検出されるため、警告ランプが点灯する。一方、領域Bにおいては、空燃比インバランス診断で異常が検出されず、空燃比センサの応答性診断においても異常が検出されないために、空燃比のばらつきが生じていても、警告ランプが点灯しない。したがって、領域Bにおいては、気筒間の空燃比のばらつきが生じていても、何ら異常が検出されることなく空燃比制御が実行されることとなってしまう。 FIG. 12 shows an abnormality detection situation based on air-fuel ratio sensor responsiveness diagnosis, an abnormality detection situation based on air-fuel ratio imbalance diagnosis, and a warning lamp (MIL) lighting state in a state where variations in air-fuel ratio occur. In region A, the response of the air-fuel ratio sensor is within the standard, and an abnormality is detected by the air-fuel ratio imbalance diagnosis, so the warning lamp is lit. Further, in region C, the response of the air-fuel ratio sensor is reduced, and no abnormality is detected by the air-fuel ratio imbalance diagnosis, but the response of the air-fuel ratio sensor is significantly reduced, and the abnormality is detected by the response diagnosis. Therefore, the warning lamp lights up. On the other hand, in region B, no abnormality is detected in the air-fuel ratio imbalance diagnosis, and no abnormality is detected in the response diagnosis of the air-fuel ratio sensor, so even if the air-fuel ratio varies, the warning lamp does not light up. . Therefore, in the region B, even if the air-fuel ratio varies between the cylinders, the air-fuel ratio control is executed without detecting any abnormality.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、空燃比センサの片側応答遅れが生じている場合であっても気筒間の空燃比のばらつきを検出することが可能な、新規かつ改良された空燃比インバランス診断装置及び空燃比インバランス診断方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to vary the variation in air-fuel ratio between cylinders even when there is a one-side response delay of the air-fuel ratio sensor. It is an object of the present invention to provide a new and improved air-fuel ratio imbalance diagnosis apparatus and air-fuel ratio imbalance diagnosis method that can be detected.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断装置において、空燃比センサのセンサ値の変動量を算出する空燃比変動量算出部と、前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間との比率に基づいて前記変動量を補正する補正部と、前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するインバランス判定部と、を備える、空燃比インバランス診断装置が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to an aspect of the present invention, in an air-fuel ratio imbalance diagnosis apparatus for diagnosing variation in air-fuel ratio between cylinders of an internal combustion engine, a fluctuation amount of a sensor value of an air-fuel ratio sensor A first time from the rich side peak to the lean side peak and a second time from the lean side peak to the rich side peak in the fluctuation of the sensor value of the air / fuel ratio sensor. An air-fuel ratio imbalance diagnosis apparatus comprising: a correction unit that corrects the fluctuation amount based on a ratio to the time of the first time; and an imbalance determination unit that determines variation in the air-fuel ratio based on the fluctuation amount after the correction. Provided.
また、前記補正部は、前記第1の時間と前記第2の時間との比に応じた補正係数により前記変動量を補正してもよい。 Further, the correction unit may correct the fluctuation amount by a correction coefficient corresponding to a ratio between the first time and the second time.
また、前記補正部は、前記センサ値の変動周期が前記内燃機関の回転周期と同期している状態で前記第1の時間及び前記第2の時間を算出してもよい。 In addition, the correction unit may calculate the first time and the second time in a state where a fluctuation cycle of the sensor value is synchronized with a rotation cycle of the internal combustion engine.
また、前記補正部は、前記第1の時間と前記第2の時間との比が所定範囲の場合に前記変動量を補正してもよい。 The correction unit may correct the variation when the ratio between the first time and the second time is within a predetermined range.
また、前記所定範囲は、前記空燃比センサの応答性が低下している一方で、別途実行される応答性診断により異常と判定されない状態が示す比率の範囲を含んでもよい。 Further, the predetermined range may include a range of a ratio indicated by a state in which the responsiveness of the air-fuel ratio sensor is lowered, but is not determined to be abnormal by a separately executed responsiveness diagnosis.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、内燃機関の気筒間での空燃比のばらつきを診断するための空燃比インバランス診断方法において、空燃比センサのセンサ値の変動量を算出するステップと、前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間との比率に基づいて前記変動量を補正するステップと、前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するステップと、を備えることを特徴とする空燃比インバランス診断方法が提供される。 In order to solve the above-described problem, according to another aspect of the present invention, in an air-fuel ratio imbalance diagnosis method for diagnosing variation in air-fuel ratio between cylinders of an internal combustion engine, a sensor value of an air-fuel ratio sensor And a first time from the rich side peak to the lean side peak and a second time from the lean side peak to the rich side peak in the fluctuation of the sensor value of the air-fuel ratio sensor and correcting the variation amount based on the ratio of the air-fuel ratio imbalance diagnostic method characterized by and a determining variation of the air-fuel ratio based on the amount of variation of the corrected are provided The
本発明によれば、空燃比センサの片側応答遅れが生じている場合であっても気筒間での空燃比のばらつきを検出することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to detect variations in air-fuel ratio among cylinders even when a one-side response delay of the air-fuel ratio sensor occurs.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
1.内燃機関の全体構成
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る空燃比インバランス診断装置100を備えた内燃機関10の全体構成の一例について説明する。図1は、空燃比インバランス診断装置100を備えた内燃機関10の全体構成を示す模式図である。
1. Overall Configuration of Internal Combustion Engine First, an example of the overall configuration of an
内燃機関10は、例えば水平対向型の4気筒ガソリンエンジンである。この内燃機関10は、エアクリーナ16を介して吸入された空気が、吸気管15に設けられたスロットルバルブ13により絞られ、インテークマニホールド11を介して、内燃機関10の各気筒に吸入される。エアクリーナ16を介して吸入される空気の量は、エアクリーナ16とスロットルバルブ13との間に設けられたエアフローメータ14により検出される。また、インテークマニホールド11には、吸気の圧力を検出するバキュームセンサ30が設けられている。さらに、スロットルバルブ13には、スロットルバルブ13の開度を検出するスロットル開度センサ31が設けられている。
The
インテークマニホールド11から分岐して各気筒に連通する吸気ポート22には、各気筒毎に、燃料を噴射する燃料噴射弁12が設けられている。燃料噴射弁12は、燃料タンク23からフィードポンプ24により吸い上げられて送出された燃料を吸気ポート22内に噴射する。各気筒のシリンダヘッドには、燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ17が備えられている。内燃機関10の各気筒では、吸入された空気と燃料噴射弁12により噴射された燃料とが混合した混合気が点火プラグ17により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気管18を介して排出される。
The
排気管18には、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサ19が設けられている。空燃比センサ19は、各気筒に連通する排気ポートの合流箇所26あるいは合流箇所26よりも下流側に設けられている。空燃比センサ19としては、排気空燃比をリニアに検出可能なセンサが用いられる。
The
空燃比センサ19の下流には、排気浄化触媒20が備えられている。排気浄化触媒20は、例えば三元触媒であり、排気中の炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)の酸化と、窒素酸化物(NOX)の還元を同時に行い、排気中の有害ガス成分を無害な二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)及び窒素(N2)に浄化する。
An
また、内燃機関10には、クランクシャフトの位置を検出する図示しないクランク角センサが設けられている。クランク角センサと併せて、上述したエアフローメータ14、バキュームセンサ30、スロットル開度センサ31、空燃比センサ19のセンサ信号は、電子制御装置(以下、「ECU」と称する)100に送信される。さらに、ECU100には、アクセルペダルの踏込量、すなわちアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ、車両の速度を検出する車速センサ等、図示しない各種センサのセンサ信号が入力される。
The
ECU100は、主として、公知のマイクロコンピュータを備えて構成されている。ECU100には、ROMやRAM等の記憶部が備えられている。ROMは、例えばマイクロコンピュータに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶する。RAMは、例えば演算結果等の各種データを記憶する。この他、ECU100は、燃料噴射弁12を駆動する駆動回路、点火プラグ17を駆動する駆動回路、スロットルバルブ13を開閉する電動モータ25を駆動する駆動回路等を備えている。本実施形態においては、ECU100が空燃比インバランス診断装置としての機能を有している。
The
[2.空燃比インバランス診断装置(ECU)の構成例]
図2は、ECU100の構成のうち、空燃比インバランス診断に関連する部分を機能的なブロックで示した図である。ECU100は、空燃比検出部110、空燃比変動量算出部120、補正部140及びインバランス判定部130を有して構成されている。これらの各部は、具体的には、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される。
[2. Configuration example of air-fuel ratio imbalance diagnosis device (ECU)]
FIG. 2 is a functional block diagram showing a part related to the air-fuel ratio imbalance diagnosis in the configuration of the
空燃比検出部110は、空燃比センサ19のセンサ値Safを所定の周期で読み込む。センサ値Safの読込周期は、空燃比センサ19あるいはECU100の性能等により異なるが、例えば、1m秒とすることができる。
The air-fuel
空燃比変動量算出部120は、読み込まれたセンサ値Safの変動量Pを算出する。センサ値Safの変動量Pは、例えば、内燃機関10の回転周期ごとの最大値Saf_maxと最小値Saf_minとの差分ΔS1の平均値とすることができる。空燃比変動量算出部120で求められる空燃比センサ19のセンサ値Safの変動量Pは、空燃比インバランス診断を実行する際に用いられる値である。
The air-fuel ratio fluctuation
図3は、空燃比センサ19の応答性が適正範囲にある場合のセンサ値Safを模式的に示す図である。図中、実線は、気筒間での空燃比のばらつきがある場合のセンサ値Safを示し、点線は、気筒間での空燃比のばらつきがない場合のセンサ値Safを示している。また、一点鎖線は、目標空燃比Af_tgtを示している。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the sensor value Saf when the responsiveness of the air-
図3に示すように、空燃比センサ19のセンサ値Safは、内燃機関10の回転周期に合わせて、目標空燃比Af_tgtを中心に振幅を繰り返すようになっている。この振幅は、気筒間での空燃比のばらつきが大きいほど大きくなる。空燃比変動量算出部120は、例えば、内燃機関10の回転周期ごとに、空燃比センサ19のセンサ値Safの最大値Saf_maxと最小値Saf_minとの差分ΔS1を求め、蓄積される差分ΔS1の平均値を変動量Pとする。このとき、空燃比変動量算出部120は、あらかじめ設定された所定時間Ti_A0以上の期間におけるセンサ値Safにより蓄積された差分ΔS1を用いて、変動量Pを求めるようにすることができる。これにより、瞬間的に表れる空燃比の変動の影響を小さくすることができる。所定時間Ti_A0は、例えば10秒とすることができる。
As shown in FIG. 3, the sensor value Saf of the air-
図4は、気筒間での空燃比のばらつきが生じている状態において、空燃比センサ19の片側応答遅れがある場合とない場合それぞれのセンサ値Safを模式的に示す図である。実線Aは、空燃比がリッチ側からリーン側に変化したときの応答性のみが低下している状態(以下、このような状態を「リーン方向片側応答遅れ」と称する。)の空燃比センサ19のセンサ値Saf1を示している。また、実線Bは、空燃比がリーン側からリッチ側に変化したときの応答性のみが低下している状態(以下、このような状態を「リッチ方向片側応答遅れ」と称する。)の空燃比センサ19のセンサ値Saf2を示している。また、点線Cは、応答性が適正範囲にある空燃比センサ19のセンサ値Saf3を示しており、センサ値Saf3の推移は、実際の空燃比の変動に相当すると見なせる。
FIG. 4 is a diagram schematically showing sensor values Saf in the case where there is a one-side response delay of the air-
例えば、実線Aで示すリーン方向片側応答遅れの状態の空燃比センサ19のセンサ値Saf1は、図4に示すように、上昇速度が実際の空燃比の変化速度よりも遅い。一方で、当該空燃比センサ19は、空燃比がリーン側からリッチ側に変化したときには適正に応答する。したがって、空燃比がリッチ側、リーン側、リッチ側と変化する場合、センサ値Saf1は、実際の空燃比の変化速度よりも遅い速度で下側のピーク値(以下、「リッチ側ピーク」と称する。)からリーン方向に上昇する。その後、センサ値Saf1は、実際の空燃比の上側のピーク値まで上昇する前に、リッチ側に変化する実際の空燃比の値に一致した時点から下降する。その結果、センサ値Saf1の変動量は、実際の空燃比の変動量よりも小さくなる。このとき、リーン方向片側遅れの程度が大きいほど、センサ値Safの上昇時間が長くなる一方、下降時間が短くなる。
For example, the sensor value Saf1 of the air-
また、実線Bで示すリッチ側片側応答遅れの状態の空燃比センサ19のセンサ値Saf2は、下降速度が実際の空燃比の変化速度よりも遅い。一方で、当該空燃比センサ19は、空燃比がリッチ側からリーン側に変化した時には適正に応答する。したがって、空燃比がリーン側、リッチ側、リーン側と変化する場合、センサ値Saf2は、実際の空燃比の変化速度よりも遅い速度で上側のピーク値(以下、「リーン側ピーク」と称する。)からリッチ方向に下降する。その後、センサ値Saf2は、実際の空燃比の下側のピーク値まで下降する前に、リーン側に変化する実際の空燃比の値に一致した時点から上昇する。その結果、センサ値Saf2の変動量は、実際の空燃比の変動量よりも小さくなる。このとき、リッチ方向片側遅れの程度が大きいほど、センサ値Saf2の下降時間が長くなる一方、上昇時間が短くなる。
Further, the sensor value Saf2 of the air-
補正部140は、空燃比センサ19のセンサ値Safの変動量Pを用いて空燃比インバランス診断を行う際の補正パラメータαを算出する。この補正パラメータαは、空燃比センサ19の片側応答遅れに起因して、実際の空燃比の変動量よりも小さくなっているセンサ値Safの変動量Pを本来の変動量に近似させるために用いられる。具体的に、補正部140は、内燃機関10の回転周期ごとに、空燃比センサ19のセンサ値Safがリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間Per1と、リーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間Per2とを算出する。
The
また、補正部140は、算出された第1の時間Per1と第2の時間Per2とに基づき偏り指数Rを算出し、蓄積される偏り指数Rの平均値を平均偏り指数Raとする。本実施形態では、第1の時間Per1と第2の時間Per2との合計時間に対する第1の時間Per1の割合を偏り指数Rとする。合計時間に対する第2の時間Per2の割合を偏り指数Rとしてもよい。このとき、補正部140は、あらかじめ設定された所定時間Ti_B0以上の期間におけるセンサ値Safにより蓄積された偏り指数Rを用いて、平均偏り指数Raを求めるようにすることができる。これにより、瞬間的に表れる空燃比の変動の影響を小さくすることができる。所定時間Ti_B0は、例えば10秒とすることができる。
Further, the
図5は、応答性が適正範囲にある空燃比センサ、リーン方向片側応答遅れの状態の空燃比センサ、及びリッチ方向片側遅れの状態の空燃比センサそれぞれのセンサ値における偏り指数Rの例を示している。空燃比センサ19の応答性が適正範囲にある場合、第1の時間Per1と第2の時間Per2とはほぼ等しく、その偏り指数Rは0.5となる。一方、リーン方向片側応答遅れの状態では、第1の時間Per1と第2の時間Per2との比が8:2であり、その偏り指数Rは0.8となる。また、リッチ方向片側応答遅れの状態では、第1の時間Per1と第2の時間Per2との比が2:8であり、その偏り指数Rは0.2となる。
FIG. 5 shows an example of the bias index R in the sensor values of the air-fuel ratio sensor in which the responsiveness is in an appropriate range, the air-fuel ratio sensor in the lean direction one-side response delay state, and the air-fuel ratio sensor in the rich direction one-side delay state. ing. When the responsiveness of the air-
なお、図5に示したように、空燃比センサ19の応答性が適正範囲にある場合、気筒間での空燃比のばらつきの有無にかかわらず、第1の時間Per1と第2の時間Per2とがほぼ等しくなることが分かっている。本実施形態による空燃比インバランス診断は、この知見に基づくものとなっている。
As shown in FIG. 5, when the responsiveness of the air-
補正部140は、平均偏り指数Raを求めると、当該平均偏り指数Raに応じた補正パラメータαを求める。補正パラメータαは、片側応答遅れが生じている場合のセンサ値Safの変動量Pを実際の空燃比の変動量に近似させることができるように、実機を用いたシミュレーション等によって、あらかじめ最適な値に設定される。
When determining the average deviation index Ra, the
図6は、補正パラメータαの設定方法を示す説明図である。横軸は偏り指数Rを示し、縦軸は空燃比の変動量を示している。図6中、三角△で示すデータは、気筒間での空燃比のばらつきのない状態で取得されたデータであり、丸○で示すデータは、気筒間での空燃比のばらつきがある状態で取得されたデータである。図6において、空燃比の変動量が閾値Pd0を超えた場合に空燃比のばらつきが生じていると判定するものと仮定する。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing a method for setting the correction parameter α. The horizontal axis indicates the bias index R, and the vertical axis indicates the variation amount of the air-fuel ratio. In FIG. 6, the data indicated by triangles △ is data obtained with no air-fuel ratio variation between cylinders, and the data indicated with circles ○ is obtained with air-fuel ratio variations between cylinders. Data. In FIG. 6, it is assumed that it is determined that the variation of the air-fuel ratio has occurred when the variation amount of the air-fuel ratio exceeds the threshold value Pd0.
丸○で示すデータは空燃比のばらつきがある場合のデータであるために、閾値Pd0以上となっていれば異常を検出することができる。ここで、領域A3に属するデータは、閾値Pd0を超えているために適切に異常と検出される。係る領域A3は、偏り指数Rが0.5付近にあり、第1の時間Per1と第2の時間Per2とがほぼ等しい状態、すなわち、空燃比センサに片側応答遅れのない状態を示している。一方、領域A1,A2,A4,A5に属するデータは、第1の時間Per1と第2の時間Per2との割合が偏った片側応答遅れの状態のデータを示している。係る領域A1,A2,A4,A5に属するデータは、片側応答遅れに起因して空燃比の変動量が閾値Pd0未満となって、異常が検出されないものとなっている。したがって、これらのデータについても異常が検出されるよう、補正後の変動量の値が閾値Pd0を超えるように補正パラメータαを設定する。 Since the data indicated by circles is data when there is a variation in the air-fuel ratio, an abnormality can be detected if it is equal to or greater than the threshold value Pd0. Here, the data belonging to the area A3 is appropriately detected as abnormal because it exceeds the threshold value Pd0. Such a region A3 shows a state in which the bias index R is near 0.5 and the first time Per1 and the second time Per2 are substantially equal, that is, the air-fuel ratio sensor has no one-side response delay. On the other hand, the data belonging to the areas A1, A2, A4, and A5 indicates data in a one-side response delay state in which the ratio between the first time Per1 and the second time Per2 is biased. In the data belonging to the regions A1, A2, A4, and A5, the variation amount of the air-fuel ratio is less than the threshold value Pd0 due to the one-side response delay, and no abnormality is detected. Therefore, the correction parameter α is set so that the corrected variation value exceeds the threshold value Pd0 so that an abnormality is detected in these data.
ただし、領域A1,A2に属するデータは、偏り指数RがR1以下、あるいは、R2以上であり、別途実行される空燃比センサ19の応答性診断により異常が検出され得る。したがって、特に領域A4,A5に属するデータが空燃比インバランス診断により異常と判定されるように補正パラメータαを設定するようにしてもよい。具体的には、領域A4,A5に属するデータが、それぞれ閾値Pd0を超えて破線で表した丸○のデータとなるように、偏り指数Rに応じて補正パラメータαを設定する。このとき、三角△で示す空燃比のばらつきのないデータが閾値Pd0を超えないように、補正パラメータαを設定する。例えば、偏り指数RがR1,R2のときの補正パラメータαを3として、偏り指数Rが0.5のときに補正パラメータαがゼロとなるように補正パラメータαをリニアに変化させてもよい。また、補正パラメータαをリニアに変化させるのではなく、段階的に変化させてもよい。
However, in the data belonging to the regions A1 and A2, the bias index R is R1 or less, or R2 or more, and an abnormality can be detected by the responsiveness diagnosis of the air-
補正部140は、以上のように補正パラメータαを算出するにあたり、空燃比センサ19のセンサ値Safが特定の周期で変動しているときに、第1の時間Per1と第2の時間Per2とを算出するようにしてもよい。例えば、センサ値Safが内燃機関10の回転周期と同期して変動しているときに第1の時間Per1と第2の時間Per2とを算出するようにしてもよい。これにより、ドライバのアクセル操作による空燃比の変化の影響を排除することができ、片側応答遅れの有無及び程度を精度よく反映させることができる。
When calculating the correction parameter α as described above, the
インバランス判定部130は、補正部140で求めた補正パラメータαにより、空燃比変動量算出部120で求めた変動量Pを補正した上で、気筒間での空燃比のばらつきの有無を判定する。例えば、インバランス判定部130は、変動量Pに補正パラメータαを乗じて診断用変動量Pdを求め、診断用変動量Pdがあらかじめ設定した閾値Pd0を超えるときに、空燃比のばらつきが生じていると判定する。用いる閾値Pd0は、あらかじめ実機を用いたシミュレーション等によって適宜の値に設定することができる。
The
[3.空燃比インバランス診断処理の例]
次に、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置(ECU)100により実行される空燃比インバランス診断処理の例を、図7〜図10のフローチャートに基づいて説明する。なお、以下に説明する空燃比インバランス診断処理は、内燃機関10のイグニションスイッチがオンにされてからオフにされるまでの間に、少なくとも1回以上実行されるようにすることができる。
[3. Example of air-fuel ratio imbalance diagnosis process]
Next, an example of the air-fuel ratio imbalance diagnosis process executed by the air-fuel ratio imbalance diagnosis apparatus (ECU) 100 according to the present embodiment will be described based on the flowcharts of FIGS. The air-fuel ratio imbalance diagnosis process described below can be executed at least once during the period from when the ignition switch of the
まず、図7のステップS100において、ECU100は、内燃機関10の運転状態が、空燃比の変動量Pを算出可能な状態か否かを判別する。例えば、内燃機関10の要求トルクが安定した状態か否かにより判定することができる。空燃比の変動量Pを算出可能な運転状態でない場合には(S100:No)、空燃比の変動量Pを算出する処理を実行せずにステップS400に進む。一方、空燃比の変動量Pを算出可能な運転状態である場合には(S100:Yes)ステップS200に進む。
First, in step S100 in FIG. 7, the
ステップS200において、ECU100は、すでに蓄積されている空燃比の変動量Pを算出するために費やした時間Ti_Aが、あらかじめ設定した所定時間Ti_A0未満であるか否かを判別する。空燃比の変動量Pの算出時間Ti_Aがすでに所定時間Ti_A0に到達している場合には(S200:No)、空燃比の変動量Pを算出する処理を実行せずにステップS400に進む。一方、空燃比の変動量Pの算出時間Ti_Aが所定時間Ti_A0未満である場合には(S200:Yes)、ステップS300に進み、ECU100は、空燃比の変動量Pの算出処理を実行する。
In step S200, the
図8は、空燃比の変動量Pの算出処理の例を示すフローチャートである。係る空燃比変動量算出処理では、まずステップS310において、ECU100は、空燃比センサ19のセンサ値Safを継続的に読み取る。次いで、ステップS320において、ECU100は、内燃機関10の回転周期ごとに、センサ値Safの差分ΔS1を算出する。具体的には、内燃機関10の回転周期ごとに、センサ値Safの最大値Saf_maxと最小値Saf_minとを特定して、その差分ΔS1を算出する。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a calculation process of the air-fuel ratio fluctuation amount P. In the air-fuel ratio fluctuation amount calculation process, first, in step S310, the
次いで、ステップS330において、ECU100は、蓄積された差分ΔS1の平均値を変動量Pとして算出する。次いで、ステップS340において、ECU100は、空燃比の変動量Pを算出可能な運転状態が継続しているか否かを判別する。例えば、内燃機関10の要求噴射量が大きく変化しているか否かにより判別することができる。当該運転状態が継続している場合には(S340:Yes)、ステップS310に戻って、上述した手順に沿ってステップS310〜ステップS330を繰り返す。一方、空燃比の変動量Pを算出可能な運転状態でなくなった場合には(S340:No)、空燃比の変動量Pの算出処理を終了する。このとき、今回空燃比の変動量Pを算出するために費やした時間をこれまでの積算時間に加算し、合計の算出時間Ti_Aとして記録する。
Next, in step S330, the
図7に戻り、ステップS400において、ECU100は、内燃機関10の運転状態が、補正パラメータαを算出可能な状態か否かを判別する。例えば、内燃機関10の要求トルクが安定した状態か否かにより判定することができる。あるいは、空燃比センサ19のセンサ値Safの変動周期が内燃機関10の回転周期に同期しているか否かにより判定することができる。補正パラメータαを算出可能な運転状態でない場合には(S400:No)、補正パラメータαを算出する処理を実行せずにステップS700に進む。一方、補正パラメータαを算出可能な運転状態である場合には(S400:Yes)ステップS500に進む。
Returning to FIG. 7, in step S400, the
ステップS500において、ECU100は、すでに蓄積されている補正パラメータαを算出するために費やした時間Ti_Bが、あらかじめ設定した所定時間Ti_B0未満であるか否かを判別する。補正パラメータαの算出時間Ti_Bがすでに所定時間Ti_B0に到達している場合には(S500:No)、補正パラメータαを算出する処理を実行せずにステップS700に進む。一方、補正パラメータαの算出時間Ti_Bが所定時間Ti_B0未満である場合には(S500:Yes)、ステップS600に進み、ECU100は、補正パラメータαの算出処理を実行する。
In step S500, the
図9は、補正パラメータαの算出処理の例を示すフローチャートである。係る補正パラメータ算出処理では、まずステップS610において、ECU100は、空燃比センサ19のセンサ値Safを継続的に読み取る。次いで、ステップS620において、ECU100は、空燃比の変動周期ごとに、リッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間Per1と、リーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間Per2とを算出する。具体的には、空燃比の変動周期ごとに空燃比センサ19のセンサ値Safのリッチ側ピークとリーン側ピークとを特定し、リッチ側ピークを開始点として第1の時間Per1を求めるとともに、リーン側ピークから次の周期のリッチ側ピークに至るまでの第2の時間Per2を求める。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a calculation process of the correction parameter α. In the correction parameter calculation process, first, in step S610, the
次いで、ステップS630において、ECU100は、空燃比の変動周期ごとに、第1の時間Per1と第2の時間Per2との合計時間に対する第1の時間Per1の割合を偏り指数Rとして算出する。次いで、ステップS640において、ECU100は、蓄積された偏り指数Rの平均値を算出し平均偏り指数Raとする。次いで、ステップS650において、ECU100は、あらかじめ記憶したマップを参照する等により、平均偏り指数Raに応じた補正パラメータαを算出する。このとき、空燃比センサ19の片側応答遅れの程度が著しいほど、求められる補正パラメータαの値は大きくなる。
Next, in step S630, the
次いで、ステップS660において、補正パラメータαを算出可能な運転状態が継続しているか否かを判別する。例えば、内燃機関10の要求トルクが大きく変化しているか否かにより判別することができる。当該運転状態が継続している場合には(S660:Yes)、ステップS610に戻って、上述した手順に沿ってステップS610〜ステップS650を繰り返す。一方、補正パラメータαを算出可能な運転状態でなくなった場合には(S660:No)、ステップS670に進み、空燃比の燃料リッチ状態及び燃料リーン状態を繰り返し変動させる制御を終了し、補正パラメータαの算出処理を終了する。このとき、今回補正パラメータαを算出するために費やした時間をこれまでの積算時間に加算し、合計の算出時間Ti_Bとして記録する。
Next, in step S660, it is determined whether or not the operation state in which the correction parameter α can be calculated continues. For example, the determination can be made based on whether or not the required torque of the
図7に戻り、ステップS700において、ECU100は、空燃比の変動量Pの算出時間Ti_Aがすでに所定時間Ti_A0に到達し、かつ、補正パラメータαの算出時間Ti_Bがすでに所定時間Ti_B0に到達しているか否かを判別する。算出時間Ti_A,Ti_Bのうちの少なくとも一方が所定時間Ti_A0,Ti_B0に到達していない場合には(S700:No)、ステップS100に戻って、上述した手順に沿ってステップS100〜ステップS600を繰り返す。一方、算出時間Ti_A,Ti_Bがともに所定時間Ti_A0,Ti_B0に到達している場合には(S700:Yes)、ステップS800に進み、ECU100は、空燃比インバランス診断を実行する。
Returning to FIG. 7, in step S700, the
図10は、空燃比インバランス診断処理の例を示すフローチャートである。係る空燃比インバランス診断処理では、まずステップS810において、ECU100は、空燃比の変動量Pに補正パラメータαを乗じて診断用変動量Pdを算出する。次いで、ステップS820において、ECU100は、診断用変動量Pdがあらかじめ設定された閾値Pd0を超えているか否かを判別する。診断用変動量Pdが閾値Pd0を超えている場合には(S820:Yes)、ステップS830に進み、ECU100は気筒間での空燃比のばらつきが生じていると判定する。これに伴って、警告ランプ(MIL)を点灯させる等の処置を行う。一方、診断用変動量Pが閾値Pd0以下の場合には(S820:No)、ステップS840に進み、ECU100は気筒間での空燃比のばらつきは生じていないものと判定する。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of the air-fuel ratio imbalance diagnosis process. In the air-fuel ratio imbalance diagnosis process, first, in step S810, the
上述のように、本実施形態による空燃比インバランス診断で用いる補正パラメータαの値は、空燃比センサ19の片側応答遅れの程度が大きいほど大きくなる。したがって、内燃機関10の運転中に得られた空燃比の変動量Pを補正パラメータαで補正することにより、空燃比センサ19の片側応答遅れの影響を低減した状態の診断用変動量Pdを得ることができる。係る診断用変動量Pdを用いて空燃比インバランス診断を実行することにより、空燃比センサ19の片側応答遅れの影響が小さくされた診断結果を得ることができる。
As described above, the value of the correction parameter α used in the air-fuel ratio imbalance diagnosis according to the present embodiment increases as the one-side response delay of the air-
図11は、空燃比のばらつきが生じている状態における、空燃比センサ19の応答性診断による異常検出状況、本実施形態に係る空燃比インバランス診断による異常検出状況、警告ランプ(MIL)の点灯状況を示している。領域A及び領域Cにおいては、図12で示した場合と同様に、応答性異常又は空燃比インバランス異常が検出されて警告ランプが点灯する。また、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置100によれば、応答性診断で異常と検出されない程度に空燃比センサ19の片側応答遅れが生じている領域Bにおいても、空燃比インバランス診断で異常を検出することができるようになる。したがって、気筒間の空燃比のばらつきが生じていても何ら異常が検出されることなく空燃比制御が実行されることを防ぐことができる。
FIG. 11 shows an abnormality detection situation based on the responsiveness diagnosis of the air-
以上説明したように、本実施形態に係る空燃比インバランス診断装置100は、空燃比センサ19のセンサ値Safの変動量Pに補正パラメータαを乗じた診断用変動量Pdを用いて空燃比インバランス診断を実行する。したがって、空燃比センサ19の片側応答遅れの影響を低減したうえで、空燃比インバランス診断を実行することができる。これにより、空燃比センサ19の片側応答遅れが生じている場合であっても、気筒間の空燃比のばらつきを検出することが可能となる。その結果、警告ランプ等を点灯させることなく空燃比制御が継続することを防ぐことができる。
As described above, the air-fuel ratio
特に、本実施形態では、補正パラメータαを算出する際には、空燃比センサ19のセンサ値Safの変動の周期が内燃機関10の回転周期と同期している状態で検出されるセンサ値Safを用いて補正パラメータαを求めるようにしている。したがって、ドライバのアクセル操作等による空燃比の変動が排除されて片側応答遅れが反映された補正パラメータαを取得することができる。したがって、空燃比センサ19の片側応答遅れの程度に応じた適切な補正パラメータαを得ることができる。その結果、気筒間の空燃比のばらつきを精度よく検出することができる。
In particular, in the present embodiment, when calculating the correction parameter α, the sensor value Saf detected in a state where the fluctuation cycle of the sensor value Saf of the air-
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can make various modifications or application examples within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記の実施形態では、空燃比の変動量Pの算出時間Ti_Aや補正パラメータαの算出時間Ti_Bが、それぞれ所定時間Ti_A0,Ti_B0以上となったときに空燃比インバランス判定に移るようにしていたが、この例に限定されない。空燃比の最大値Saf_maxと最小値Saf_minとの差分ΔS1や、偏り指数Rを算出した回数が所定回数以上となったときに空燃比インバランス判定に移るようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, when the calculation time Ti_A of the air-fuel ratio fluctuation amount P and the calculation time Ti_B of the correction parameter α are equal to or longer than the predetermined times Ti_A0 and Ti_B0, respectively, the air-fuel ratio imbalance determination is started. However, it is not limited to this example. The air-fuel ratio imbalance determination may be started when the difference ΔS1 between the maximum value Saf_max and the minimum value Saf_min of the air-fuel ratio or the number of times the bias index R is calculated exceeds a predetermined number.
10 内燃機関
12 燃料噴射弁
18 排気管
19 空燃比センサ
100 空燃比インバランス診断装置(ECU)
110 空燃比検出部
120 空燃比変動量算出部
130 インバランス判定部
140 補正部
DESCRIPTION OF
110 Air-fuel
Claims (6)
空燃比センサのセンサ値の変動量を算出する空燃比変動量算出部と、
前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間との比率に基づいて前記変動量を補正する補正部と、
前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するインバランス判定部と、
を備える、空燃比インバランス診断装置。 In an air-fuel ratio imbalance diagnostic apparatus for diagnosing variation in air-fuel ratio between cylinders of an internal combustion engine,
An air-fuel ratio fluctuation amount calculating unit for calculating the fluctuation amount of the sensor value of the air-fuel ratio sensor;
The fluctuation amount based on the ratio of the first time from the rich side peak to the lean side peak and the second time from the lean side peak to the rich side peak in the fluctuation of the sensor value of the air-fuel ratio sensor. A correction unit for correcting
An imbalance determination unit for determining a variation in the air-fuel ratio based on the corrected variation amount;
An air-fuel ratio imbalance diagnosis device comprising:
空燃比センサのセンサ値の変動量を算出するステップと、
前記空燃比センサのセンサ値の変動におけるリッチ側ピークからリーン側ピークに至るまでの第1の時間とリーン側ピークからリッチ側ピークに至るまでの第2の時間との比率に基づいて前記変動量を補正するステップと、
前記補正後の変動量に基づき前記空燃比のばらつきを判定するステップと、
を備えることを特徴とする空燃比インバランス診断方法。 In an air-fuel ratio imbalance diagnosis method for diagnosing variation in air-fuel ratio between cylinders of an internal combustion engine,
Calculating the fluctuation amount of the sensor value of the air-fuel ratio sensor;
The fluctuation amount based on the ratio of the first time from the rich side peak to the lean side peak and the second time from the lean side peak to the rich side peak in the fluctuation of the sensor value of the air-fuel ratio sensor. A step of correcting
Determining a variation in the air-fuel ratio based on the corrected variation amount;
An air-fuel ratio imbalance diagnosis method comprising:
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