JP6431813B2

JP6431813B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP6431813B2
Application number: JP2015113248A
Authority: JP
Inventors: 真二郎石田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-06-03
Also published as: JP2016223415A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、例えば内燃機関の空燃比センサの故障を診断し、酸素センサの信号に基づいて空燃比制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来から、車両から排出される排気ガスに起因する大気汚染を低減するために、車両から排出される微少物質の抑制を行う様々な技術開発が進められている。例えば、自動車の有害排気ガスを減少させ、かつ燃費や運転性を向上させるための手段として、エンジン等内燃機関の排気ガス成分に関する情報によって、空燃比を制御するフィードバック方式の空燃比制御装置が実用化されている。

上記の空燃比制御装置において、排気ガス成分の異常や、制御システム上での異常は、使用されるセンサ、例えば空燃比センサ（以下、ＬＡＦセンサと呼称）自身の故障や劣化により、制御を適正に行うことができない場合が生じる。特に上記のＬＡＦセンサは、エンジン排気直後に設置されるため、高温、高圧や振動の影響、粗悪燃料等の影響を受けるため、劣化し易い傾向がある。また、多気筒エンジンの場合、他のサイクルの影響を受けるため、極めて正確な検出精度を有している必要がある。

特に北米向けの自動車は、ＯＢII規制（車載自己診断装置の装着を義務付けた法律）に対応する必要があり、上記ＬＡＦセンサに排気規制値の１．５倍を超えるような故障が発生した場合、速やかに運転者の異常を警告し、修理を促す必要がある。

したがって、ＬＡＦセンサの検出精度が何らかの原因で低下した時には、センサの交換等の適切な処置を施す必要があり、従来においては、ＬＡＦセンサの異常状態を判定するために、酸素センサの出力信号に基づいて、ＬＡＦセンサの異常状態判定を行う手段が知られている。

特許文献１には、触媒前に配置されたＬＡＦセンサの出力信号と空気流量とに基づいて触媒内の酸素蓄積量を演算し、該酸素蓄積量と触媒後に配置された酸素センサの出力信号に基づいて、ＬＡＦセンサの故障モードであるオフセット故障を判定する診断装置が開示されている

また、特許文献２には、燃料カットから燃料リカバまでの計測時間と燃料リカバ後の触媒後に設置された酸素センサの出力信号の上昇勾配に基づいて、ＬＡＦセンサの故障を判定する診断装置が開示されている。

特開２０１２−２２９６５９号公報特開２０１１−１２２４７０号公報

しかしながら、上記の診断装置においては、オフセット故障分を吸収するまでの間、排気ガス性能が低下する。このため、大気中に濃度の高い排気ガスが放出されてしまう。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、触媒後（下流）に設置された酸素センサ信号のリッチ／リーン応答時間より、燃料量のズレを検出し、適正の燃料量に補正することで、空燃比センサのオフセット故障中であっても排気ガス性能を悪化させないように空燃比を制御する内燃機関の制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側の空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒の下流側の排気ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサと、目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、前記目標空燃比と前記空燃比センサの出力信号とに基づいて燃料量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、を備え、前記制御装置は、燃料補正部を備え、該燃料補正部は、前記酸素センサの信号に基づいて燃料補正量を演算して目標空燃比を補正することを特徴とする。また、前記燃料補正部は、前記燃料補正量を演算する燃料補正演算手段を備え、該燃料補正演算手段は、前記酸素センサの信号に基づいて、リッチ／リーンに反転する時間を学習値と現在値で比較し、前記燃料補正量を演算する。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、触媒の上流に配置された空燃比センサ信号によって空燃比フィードバック制御するシステムにおいて、酸素センサ信号の信号に基づいて、触媒前空燃比センサのオフセット故障を的確に検出したとき、触媒の下流に配置された酸素センサ信号のリッチ／リーン応答時間より、燃料量のズレを検出し、適正な燃料量とするように燃料補正量を演算して補正することで、排気ガス性能の悪化を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を示す内燃機関全体の基本構成図。図１に示す制御装置２００の詳細を示すブロック図。図２に示す制御装置の内燃機関の空燃比制御手段と空燃比センサの診断装置と燃料補正部の詳細を示すブロック図。図３で示す空燃比センサのオフセット故障の診断指標を示すと共に燃料補正を示した図。図２〜４で示す空燃比センサの診断装置の空燃比センサの診断と、燃料補正部の動作を示すフローチャート。空燃比センサのオフセットずれを説明した図。

以下、本発明に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の一実施形態を示す内燃機関全体の基本構成図、図２は、図１に示す制御装置の詳細を示すブロック図、図３は、図２に示す内燃機関の空燃比制御手段と空燃比センサの診断装置と燃料補正部を示すブロック図、図４は、図３で示す空燃比センサのオフセット故障の診断指標を示すと共に燃料補正を示したブロック図である。

図１で示す内燃機関１００は、内部に燃焼室１０１が形成された気筒１０２と、該気筒１０２に接続された吸気通路１０３と排気通路１０４を備えている。なお、内燃機関１００の気筒１０２には、さらに点火装置１０５とプレート（又はリングギア）１０６が取り付けられており、回転数検出手段１１８によって前記プレート１０６の回転数が検出されるようになっている。

また、吸気通路１０３には、燃料噴射装置１０７が取り付けられており、エアクリーナ１０８から流入される空気は、スロットルバルブ１０９によって流量を調節された後、吸気通路１０３で燃料噴射装置１０７から所定の角度で噴射される燃料と混合されて、気筒１０２の燃焼室１０１へ供給される。ここで、吸気通路１０３には空気流量検出手段１１０が設けられており、スロットルバルブ１０９によって流量を調節された後の空気の流量が検出されるようになっている。

また、排気通路１０４には、三元触媒１１１が取り付けられており、燃焼室１０１で燃料が燃焼した後の排気ガスは三元触媒１１１で浄化されて外部へ排出される。ここで、排気通路１０４の三元触媒１１１の上流側には空燃比センサ１１２が取り付けられ、三元触媒１１１の下流側には酸素センサ１１３が取り付けられており、三元触媒１１１前の排気ガスの空燃比と、三元触媒１１１後の排気ガス中の酸素濃度がそれぞれ検出されるようになっている。

なお、燃料噴射装置１０７は、プレッシャーレギュレータ１１４を備えた燃料管１１５を介して燃料タンク１１６に接続されており、燃料タンク１１６の内部の燃料Ｆは、燃料ポンプ１１７によって吸引及び加圧された後、燃料管１１５を通って燃料噴射装置１０７の燃料入口へ導入されると共に、余分な燃料Ｆは、燃料タンク１１６へ戻されるようになっている。

また、制御装置２００は、吸気通路１０３に設けた空気流量検出手段１１０の出力信号ＱＡＲと回転数検出手段１１８によって検出された内燃機関１００のプレート１０６の回転数Ｎｅを取り込み、燃料噴射量Ｔｉを計算して燃料噴射装置１０７の噴射量を制御する。その際、制御装置２００は、さらに排気通路１０４の触媒の上流側に配置された空燃比センサ１１２の出力信号ＲＡＢＦを取り込み、内燃機関１００の空燃比を理論空燃比になるように燃料噴射量Ｔｉを補正することで空燃比フィードバック制御を行う。

また、図示する制御装置２００では、排気通路１０４の触媒の下流側に配置された酸素センサ１１３の出力信号ＶＯ２Ｒも取り込み、さらに高度な空燃比フィードバック制御を行うことができる。また、制御装置２００は、点火装置１０５やスロットルバルブ１０９、燃料ポンプ１１７にも制御信号を送信し、例えば点火装置１０５の点火時期やスロットルバルブ１０９の開度等を制御して、内燃機関１００の効率的な運転が行われるようになっている。

次に、図２は、図１で示す制御装置２００の内部構成を示したものである。制御装置２００は、空燃比センサ１１２の出力信号を使用して空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御手段２３０と、前記空燃比センサ１１２を診断する診断装置２５０と、燃料補正部２７０を備えており、燃料補正部２７０は酸素センサ１１３の信号に基づいて燃料補正量を演算して前記目標空燃比を補正するものである。

前記空燃比フィードバック制御は、主として酸素濃度制御手段２１０と目標空燃比演算手段２２０と空燃比制御手段２３０と燃料噴射制御手段２４０とによって実行される。通常、三元触媒１１１による排気浄化システムにおいては、触媒前に配置された空燃比センサ１１２の信号を用いて、ＰＩ制御等によって触媒前の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比等）となるように制御される。その際、図示するように酸素濃度制御手段２１０を適用することで、触媒後に配置された酸素センサ１１３の信号を用いて目標空燃比を補正することができ、該補正によって空燃比センサ１１２の検出信号のずれを制御（吸収）すると共に、触媒が要求する空燃比（触媒内中心空燃比）に目標空燃比を合わせることができる。これにより、一層正確な空燃比フィードバック制御を実現することができ、燃焼室に噴射される燃料の燃料噴射量を精緻に制御することができる。

より具体的には、酸素濃度制御手段２１０では、空気流量検出手段１１０の出力信号ＱＡＲと空燃比センサ１１２の出力信号ＲＡＢＦと酸素センサ１１３の出力信号ＶＯ２Ｒとに基づいて目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２を演算する。次いで、目標空燃比演算手段２２０では、その演算結果に基づいて目標空燃比を演算する。そして、空燃比制御手段２３０では、その目標空燃比と空燃比センサ１１２の出力信号ＲＡＢＦに基づいて、触媒前の空燃比が目標空燃比となるように空燃比制御量を演算し、その演算結果を燃料噴射制御手段２４０へと送信する。燃料噴射制御手段２４０では、燃焼室に噴射される燃料の燃料噴射量を制御するために、空燃比制御手段２３０から送信された演算結果と空気流量検出手段１１０の出力信号ＱＡＲとに基づいて燃料噴射量を演算し、その制御信号を燃料噴射装置１０７へ送信する。

次に、酸素濃度制御手段２１０の内部構成について、図３，４を参照して、より詳細に説明する。酸素濃度制御手段２１０は、触媒内の酸素蓄積量演算手段２０１と、比例分補正値演算手段２０２と、積分分補正値演算手段２０３と、触媒内の中心空燃比演算手段２０４と、目標空燃比補正量演算手段２０５とから大略構成される。

酸素蓄積量演算手段２０１では、空燃比センサ１１２によって検出された空燃比ＲＡＢＦと、空気流量検出手段１１０によって検出された吸入空気流量ＱＡＲと、中心空燃比演算手段２０４によって少なくとも１回以上前に演算された中心空燃比ＣＮＴＡＢＦとから、触媒内の酸素蓄積量ＯＳＥＳＴを以下の式（１）に基づいて演算する。

ＯＳＥＳＴ＝ＯＳＥＳＴ＿ｏｌｄ
＋（ＲＡＢＦ−ＣＮＴＡＢＦ＿ｏｌｄ）×ＱＡＲ・・・（１）
ここで、「ｏｌｄ」とは、ループ演算における前回時の演算結果を意味するものである。

次いで、比例分補正値演算手段２０２と積分分補正値演算手段２０３と中心空燃比演算手段２０４では、酸素蓄積量演算手段２０１によって演算された酸素蓄積量と酸素センサ１１３によって検出された酸素濃度ＶＯ２Ｒとから、それぞれ比例分補正値ＰＢと積分分補正値ＩＢと中心空燃比ＣＮＴＡＢＦを演算する。そして、目標空燃比補正量演算手段２０５では、これらの演算結果に基づいて目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２を演算する。なお、既述したように、中心空燃比演算手段２０４で演算された中心空燃比ＣＮＴＡＢＦは、酸素蓄積量演算手段２０１における酸素蓄積量の演算にも使用される。

次に、前記空燃比制御手段２３０内で演算される演算結果を用いて制御装置２００内で実行される、空燃比センサ１１２のオフセット故障診断について説明する。前記オフセット故障診断は、主として空燃比センサの診断装置２５０によって実行される。ここで、空燃比センサ１１２のオフセット故障はオフセットずれの過度の状態であり、既述したように、酸素濃度制御手段２１０には、空燃比センサ１１２のオフセットずれを制御（吸収）する機能が備わっていることから、酸素濃度制御手段２１０内で演算されるパラメータをモニタリングすることで、空燃比センサ１１２のオフセット故障を診断することができる。より具体的には、空燃比センサの診断装置２５０では、酸素濃度制御手段２１０内で演算された目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２や中心空燃比ＣＮＴＡＢＦに基づいて空燃比センサ１１２のオフセット故障を診断する。

すなわち、前記空燃比センサの診断装置２５０は、上限判定値演算手段２５１と、下限判定値演算手段２５２と、第１故障診断手段２５３と、第２故障診断手段２５４と、診断領域判定手段２５５とから大略構成されており、上限判定値演算手段２５１と下限判定値演算手段２５２では、中心空燃比演算手段２０４によって演算された中心空燃比ＣＮＴＡＢＦから、それぞれ目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２を判定するための上限判定値と下限判定値を演算する。次いで、第１故障診断手段２５３では、目標空燃比補正量演算手段２０５によって演算された目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２と上限判定値と下限判定値とを比較し、例えば目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が上限判定値以上、または目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が下限判定値以下の場合には、空燃比センサのオフセット故障であると診断する。なお、この故障診断は、診断領域判定手段２５５によって診断領域が判定され、故障診断の実行が許可された場合に実行される。

また、第２故障診断手段２５４では、中心空燃比演算手段２０４によって演算された中心空燃比ＣＮＴＡＢＦから空燃比センサのオフセット故障診断を実行する。例えば、前記中心空燃比ＣＮＴＡＢＦと予め定められた所定値を比較することで、空燃比センサの故障診断を行う。この第２故障診断手段２５４においても、診断領域判定手段２５５によって診断領域が判定され、故障診断の実行が許可された場合に空燃比センサの故障診断が実行される。

なお、第１故障診断手段２５３と第２故障診断手段２５４の故障診断結果等は、例えば図１で示すＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置に記憶され、標準規格化されたスキャンツールを車両に接続することで、該スキャンツールで読み出せるようになっている。また、前記第１故障診断手段２５３と第２故障診断手段２５４は、例えばインパネ上の警告灯等と接続されていて、その警告灯の点灯等によって前記故障診断結果を運転者に認識させることもできる。

本発明の特徴構成である燃料補正部２７０には、車輌の走行距離状態を計測する走行距離計測手段２６０、車輌の燃料カット状態を計測する燃料カット信号計測手段２６１、内燃機関への燃料供給を制御すると共に、現在の燃料増量分を計測する燃料増量計測手段２６２の出力が入力される。燃料補正部２７０では、酸素センサ信号応答時間演算手段２７１は、三元触媒１１１の下流側に設置された酸素センサ１１３の信号と、燃料カット信号計測手段２６１の信号と、燃料増量計測手段２６２の信号に基づいて、リッチ／リーン反転時の応答時間を演算する。酸素センサ信号積分分演算手段２７２は、酸素センサ１１３の信号と、燃料カット信号計測手段２６１の信号と、燃料増量計測手段２６２の信号に基づいて、リッチ／リーン反転時の積分をする。なお、走行距離計測手段はＣＡＮから受信する。

学習更新判定手段２７３は、酸素センサ信号応答時間演算手段２７１と、酸素センサ信号積分分演算手段２７２の信号が入力され、学習更新判定をする。リッチ応答時間学習手段２７４、リーン応答時間学習手段２７５は、それぞれ走行距離計測手段２６０、燃料カット信号計測手段２６１、酸素センサ信号応答時間演算手段２７１、学習更新判定手段２７３の信号が入力され、燃料カット信号計測手段２６１の信号をトリガとし、リッチ応答時間学習手段２７４はリッチ反転時の応答時間を学習し、リーン応答時間学習手段２７５はリーン反転時の応答時間を学習する。

リッチ応答時間演算手段２７６、リーン応答時間演算手段２７７は、それぞれ走行距離計測手段２６０、燃料カット信号計測手段２６１、酸素センサ信号応答時間演算手段２７１、学習更新判定手段２７３の信号が入力され、リッチ応答時間演算手段２７６は、燃料カット信号計測手段２６１の信号をトリガとし、酸素センサ１１３の信号の出力値を演算し、リーン応答時間演算手段は、燃料カット信号計測手段２６１の信号をトリガとし、酸素センサ１１３の信号の出力値を演算する。

燃料補正演算手段２７８は、リッチ応答時間学習手段２７４、リーン応答時間学習手段２７５、リッチ応答時間演算手段２７６、リーン応答時間演算手段２７７からの信号が入力されると共に、空燃比センサ１１２、酸素センサ１１３の信号が入力され、酸素センサ１１３の信号の出力値に基づき、リッチ／リーンに反転する時間を学習値と現在値で比較し、燃料過不足（燃料量のズレ分）を補正し、適性燃料量にする。具体的には、リッチ／リーン応答時間学習値とリッチ／リーン応答時間演算値の比率を燃料補正値ＴＡＢＦＳＨＩＦＴとし、目標空燃比補正量演算値に反映する。これにより、空燃比センサが故障しても、目標空燃比を精度良く、迅速に補正することができ、排ガス性能を維持することができる。

つぎに、図２，３を参照して、本発明の燃料補正部２７０を含めた空燃比フィードバック制御のブロック図を説明する。通常、三元触媒による排気浄化システムでは、触媒前の空燃比センサの信号を用いて、ＰＩ制御等により、触媒前の空燃比を目標空燃比（理論空燃比etc）に制御している。その際、触媒後の酸素センサ信号により、目標空燃比を補正することによって、空燃比センサの検出ずれを吸収し、また触媒が要求する空燃比（触媒内中心空燃比）に目標空燃比を合わせることにより、より的確な空燃比フィードバック制御を実現する。

これらを実現する手段として、三元触媒１１１の下流に設置された酸素センサの制御があり、まず、前提となる酸素センサ制御について、説明する。酸素センサ制御の目的の一つとして、空燃比センサのオフセットずれの吸収がある。

このオフセットずれの吸収について図６を参照して説明すると、正規の特性Ｌに対して、上方又は下方にオフセットずれが発生し、空燃比センサの特性がオフセットずれの特性（破線）Ｌ１，Ｌ２となると、仮に実空燃比が１４．７の場合、動作点はそれぞれａ１点、ａ２点に移動する（矢印Ａ１，Ａ２方向）。すると、空燃比センサの検出値が１４．７から逸脱してしまうため、仮に実空燃比を１４．７で制御するように指示されている場合には、空燃比センサ制御によって動作点はそれぞれｂ１，ｂ２点へ移動する（矢印Ｂ１，Ｂ２方向）。しかし、このときの実空燃比はｃ１点、ｃ２点の値であるため、このｃ１点、ｃ２点の空燃比が、酸素センサ信号に現れてくるため、上方へのオフセットずれの場合には酸素センサはリッチを示し、下方へのオフセットずれの場合には酸素センサはリーンを示すこととなる。そこで、触媒の下流に設置された酸素センサ１１３の出力信号を活用し、目標空燃比を補正する。すなわち、ｂ１，ｂ２点の動作点をｏ点へ移動させる（矢印Ｃ１，Ｃ２方向）ことで、空燃比が１４．７となるように空燃比センサ１１２のオフセットずれを吸収し、あたかもオフセットずれが無い空燃比センサを使用しているような制御を行う。

もう一つの目的は、酸素センサ１１３の出力信号を用いることで、触媒の状況に応じて、目標空燃比を補正することにある。その方法として、酸素センサ制御内で、触媒内酸素蓄積量を推定し、その結果から、触媒の状況に応じて最も排気浄化率の高い空燃比（触媒内中心空燃比）を演算する。通常の三元触媒の場合、空燃比を理論空燃比１４．７に制御することが望ましいが、運転領域や、触媒の劣化、活性状態により、必ずしも、空燃比を１４．７に制御することが良いとは限らない。そこで、酸素センサ制御内で、触媒内の酸素蓄積量を演算し、触媒の状況に応じて、最も排気浄化率が高い空燃比（触媒内中心空燃比）を演算し、目標空燃比を補正することで、最良の空燃比フィードバック制御を実現する。以上が、特許文献１の発明に対応する制御である。

では、上記制御を前提として、本発明の説明に入る。図２に戻るが、空燃比センサのオフセット故障は、オフセットずれの過度の状態であり、前述したように、触媒の下流側に設置された酸素センサ制御の動作自体に、オフセットずれを吸収する機能が備わっているため、酸素センサ制御内のパラメータをモニタすることで、オフセット故障を検出することができ、更に排気ガス性能が向上することについて説明する。

図３，４に空燃比センサオフセット故障の動作を示す。空燃比センサオフセット故障時は、触媒を介して、酸素センサ信号ＶＯ２Ｒに、その影響が出やすくなり、比例分補正値ＰＢ、積分分補正値ＩＢが変化し、結果として、酸素センサ制御の出力値である目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２が変化する。したがって、目標空燃比が補正され、空燃比センサ制御により、空燃比センサ信号ＲＡＢＦが実空燃比に制御される。つまり、空燃比センサ信号ＲＡＢＦのオフセット故障分が、ＴＡＢＦＲＯ２に反映される。よって、ＴＡＢＦＲＯ２をモニタすることで空燃比センサの故障の診断を行うことができる。また、空燃比センサ正常時と故障時の酸素センサ信号ＶＯ２Ｒのリッチ／リーン応答時間を比較し、燃料量のズレ分を適正燃料量に補正することで、排気ガス性能を向上させることができる。

次に図５のフローチャートを説明する。ステップ５０１で、三元触媒１１１の上流側に設置された空燃比センサ信号ＲＡＢＦを計測する。ステップ５０２で、吸入空気量ＱＡＲを計測する。ステップ５０３で、前記式（１）に基づいてＲＡＢＦ、ＣＮＴＡＢＦ、ＱＡＲから、触媒内酸素蓄積量ＯＳＥＳＴを演算する。ステップ５０４で、触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒを計測する。ステップ５０５で、走行距離ＯＤＯを計測する。ステップ５０６で、燃料カット信号ＦＣを計測する。ステップ５０７で、燃料増量ＦＳＨＩＦＴを計測する。ステップ５０８で、触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒと燃料増量ＦＳＨＩＦＴから、酸素センサ信号応答時間Ｏ２Ｔを演算する。ステップ５０９で、触媒後酸素センサ信号ＶＯ２Ｒと燃料増量ＦＳＨＩＦＴから、酸素センサ信号積分分Ｏ２Ｉを演算する。ステップ５１０で、酸素センサ信号応答時間Ｏ２Ｔと酸素センサ信号積分分Ｏ２Ｉから学習更新判定ＬＲＮを行う。

ステップ５１１で、計測された走行距離ＯＤＯと燃料カット信号ＦＣと酸素センサ信号応答時間Ｏ２Ｔと学習更新判定ＬＲＮから、リッチ／リーン応答時間学習ＬＲＮ１，２を行う。走行距離ＯＤＯについては、走行距離が少ない場合に学習更新を許可し、例えば所定値以上走行した場合は学習更新を許可しない。ステップ５１２で、計測された走行距離ＯＤＯと燃料カット信号ＦＣと酸素センサ信号応答時間Ｏ２Ｔから、リッチ／リーン応答時間Ｏ２１，２を演算する。ステップ５１３で、三元触媒１１１の上流側に設置された空燃比センサ信号と、三元触媒１１１の下流側に設置された酸素センサ信号と、目標空燃比補正量と、リッチ／リーン応答時間学習と、リッチ／リーン応答時間から、燃料補正量ＴＡＢＦＳＨＩＦＴを演算する。すなわち、ＴＡＢＦＳＨＩＦＴ＝Ｏ２１，２／ＬＲＮ１，２で求める。ステップ５１４で、ＯＳＥＳＴ、ＶＯ２Ｒから、マップ１を用いて比例分補正値ＰＢを演算する。ステップ５１５で、ＯＳＥＳＴ、ＶＯ２Ｒから、マップ２を用いて積分分補正値ＩＢを演算する。ステップ５１６で、ＯＳＥＳＴ、ＶＯ２Ｒから、マップ３を用いて触媒内中心空燃比ＣＮＴＡＢＦを演算する。本制御は、ステップ５０６で計測された燃料カット信号ＦＣをトリガとして実行されるため、タイミング良く、精度の良い空燃比制御が実行される。

ステップ５１７で、ＴＡＢＦＳＨＩＦＴ、ＰＢ、ＩＢ、ＣＮＴＡＢＦを加算し、目標空燃比補正量ＴＡＢＦＲＯ２を演算する。ステップ５１８で、ＩＢ、ＣＮＴＡＢＦ、ＯＳＥＳＴの前回値を、それぞれ、ＩＢ＿ｏｌｄ、ＣＮＴＡＢＦ＿ｏｌｄ、ＯＳＥＳＴ＿ｏｌｄとする。ステップ５１９で、ＣＮＴＡＢＦの加重平均値または学習値をＣＮＴＡＢＦＬＴとする。ステップ５２０で、上限判定値をＣＮＴＡＢＦＬＴから演算する。ステップ５２１で、下限判定値をＣＮＴＡＢＦＬＴから演算する。ステップ５２２で、診断領域か、どうかチェックする。

診断領域であれば、ステップ５２３に進む。診断領域外であれば、診断は実行しない。次に、ステップ５２３の条件をチェックする。ステップ５２３の条件が成立（ＴＡＢＦＲＯ２が上限判定値より大または、ＴＡＢＦＲＯ２が下限判定値より小）の時、ステップ５２５で、オフセット故障と判定する。ステップ５２３の条件が不成立の時は、ステップ５２４の条件をチェックする。ステップ５２４の条件が成立（ＣＮＴＡＢＦ２が定数２より大または、ＣＮＴＡＢＦが定数１より小）の時、ステップ５２５で、オフセット故障と判定する。ステップ５２４の条件が不成立の時は、ステップ５２６で、ＯＫと判定する。ステップ５２３が第１故障診断手段２５３を示し、ステップ５２４が第２故障診断手段２５４を示している。

このように、本発明によれば、例えば診断装置２５０で空燃比センサ１１２が故障と診断されたとき、燃料補正部２７０の燃料補正演算手段２７８で燃料補正量を演算し、演算結果を目標空燃比演算手段２２０に供給し、空燃比制御手段２３０と燃料噴射制御手段２４０とによって空燃比フィードバック制御を実行する。このため、三元触媒１１１の上流側に設置された空燃比センサ１１２のオフセット故障が起きても、燃料噴射量の過不足分を補正し適正燃料量として、排ガス性能の悪化を抑制することができる。

また、目標空燃比を補正する燃料補正部２７０では、リーン応答時間とリッチ応答時間を演算すると共に、リーン応答時間とリッチ応答時間を学習し、酸素センサの信号に基づいて燃料補正量を演算するため、空燃比センサが故障状態でも排ガスの悪化を精度よく抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

内燃機関に取り付けられた触媒前空燃比センサのオフセット故障を検出し、目標空燃比を補正する制御装置であり、必須の技術である。本発明の活用例として、自動車用の内燃機関の他に、他の用途の内燃機関にも適用できる。

１００：内燃機関、１０１：燃焼室、１０２：気筒、１０３：吸気通路、１０４：排気通路、１０５：点火装置、１０６：プレートまたはリングギア、１０７：燃料噴射装置、１０８：エアクリーナ、１０９：スロットルバルブ、１１０：空気流量検出手段、１１１：三元触媒、１１２：空燃比センサ、１１３：酸素センサ、１１４：プレッシャーレギュレータ、１１５：燃料管、１１６：燃料タンク、１１７：燃料ポンプ、１１８：回転数検出手段、２００：制御装置、２０１：酸素蓄積量演算手段、２０２：比例分補正値演算手段、２０３：積分分補正値演算手段、２０４：中心空燃比演算手段、２０５：目標空燃比補正量演算手段、２１０：酸素濃度制御手段、２２０：目標空燃比演算手段、２３０：空燃比制御手段、２４０：燃料噴射制御手段、２５０：空燃比センサの診断装置、２５１：上限判定値演算手段、２５２：下限判定値演算手段、２５３：第１故障診断手段、２５４：第２故障診断手段、２５５：診断領域判定手段、２６０：走行距離計測手段、２６１：燃料カット信号計測手段、２６２：燃料増量計測手段、２７０：燃料補正部、２７１：酸素センサ信号応答時間演算手段、２７２：酸素センサ信号積分分演算手段、２７３：学習更新判定手段、２７４：リッチ応答時間学習手段、２７５：リーン応答時間学習手段、２７６：リッチ応答時間演算手段、２７７：リーン応答時間演算手段、２７８：燃料補正演算手段

Claims

排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側の空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒の下流側の排気ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、
前記目標空燃比と前記空燃比センサの出力信号とに基づいて燃料量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサの信号に基づいて空燃比がリーンからリッチに反転する応答時間を学習するリッチ応答時間学習手段と、
前記酸素センサの信号に基づいて空燃比がリーンからリッチに反転する応答時間の現在値を演算するリッチ応答時間演算手段と、
前記リッチ応答時間学習手段により学習された学習値とリッチ応答時間演算手段により演算された現在値とを比較することで燃料補正量を演算して前記目標空燃比を補正する燃料補正部を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側の空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒の下流側の排気ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、
前記目標空燃比と前記空燃比センサの出力信号とに基づいて燃料量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記酸素センサの信号に基づいて空燃比がリッチからリーンに反転する応答時間を学習するリーン応答時間学習手段と、
前記酸素センサの信号に基づいて空燃比がリッチからリーンに反転する応答時間の現在値を演算するリーン応答時間演算手段と、
前記リーン応答時間学習手段により学習された学習値とリーン応答時間演算手段により演算された現在値とを比較することで燃料補正量を演算して前記目標空燃比を補正する燃料補正部を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
排気通路に配置された触媒と、該触媒の上流側の空燃比を検出する空燃比センサと、前記触媒の下流側の排気ガス中における酸素濃度を検出する酸素センサと、目標空燃比を演算する目標空燃比演算手段と、前記目標空燃比と前記空燃比センサの出力信号とに基づいて燃料量をフィードバック制御する空燃比制御手段と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、前記酸素センサの信号に基づいて燃料補正量を演算して前記目標空燃比を補正する燃料補正部を備え、
前記燃料補正部は、前記燃料補正量を演算する燃料補正演算手段と、前記酸素センサの信号に基づいて、リッチ側応答時間を演算するリッチ応答時間演算手段及びリーン側応答時間を演算するリーン応答時間演算手段と、前記酸素センサの信号に基づいて、リッチ側応答時間を学習するリッチ応答時間学習手段及びリーン側応答時間を学習するリーン応答時間学習手段とを備え、
前記燃料補正部には、前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット信号計測手段の信号が入力され、
前記リッチ応答時間演算手段、リーン応答時間演算手段、リッチ応答時間学習手段及びリーン応答時間学習手段は、前記燃料カット信号計測手段の燃料カット信号をトリガとし、前記燃料補正演算手段に出力し、
該燃料補正演算手段は、前記酸素センサの信号に基づいて、リッチ／リーンに反転する時間を学習値と現在値で比較し、前記燃料補正量を演算することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記燃料補正部には、前記内燃機関への燃料供給を制御する燃料増量計測手段の信号が入力され、
前記燃料補正部は、前記燃料カット信号計測手段の信号と、前記酸素センサの信号と、前記燃料増量計測手段の信号に基づいて、前記酸素センサの信号のリッチ／リーンに反転するまでの時間を計測する酸素センサ信号応答時間演算手段と、前記燃料カット信号計測手段の信号と、前記酸素センサの信号と、前記燃料増量計測手段の信号に基づいて、前記酸素センサの信号のリッチ／リーンに反転するまでの時間を積分する酸素センサ信号積分分演算手段と、前記酸素センサ信号応答時間演算手段と前記酸素センサ信号積分分演算手段に基づいて、リッチ／リーンに反転するまでの時間を学習値へ更新する更新可否を判定する学習更新判定手段と、をさらに備え、
前記燃料補正演算手段は、前記空燃比センサの出力信号と、前記酸素センサの信号と、目標空燃比の補正量と、前記リッチ応答時間演算手段及びリーン応答時間演算手段で演算されたリッチ／リーン応答時間と、前記リッチ応答時間学習手段及びリーン応答時間学習手段で演算されたリッチ／リーン応答時間から、前記燃料補正量を演算することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
前記リッチ応答時間学習手段は、前記学習更新判定手段の結果に基づいて、リッチ反転時の応答時間を学習することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記リーン応答時間学習手段は、前記学習更新判定手段の結果に基づいて、リーン反転時の応答時間を学習することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記学習更新判定手段は、前記酸素センサの信号に基づいて、リッチ／リーンに反転する時間と積分値から学習更新判定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記空燃比センサの故障を診断する故障診断装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。