JPH0354345A

JPH0354345A - 空燃比制御装置の異常検出方法

Info

Publication number: JPH0354345A
Application number: JP18876489A
Authority: JP
Inventors: Akira Yokoshima; 横島　皓; Masami Shida; 正実志田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1991-03-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に定常運
転状態における予想空燃比と実際の計測空燃比を比較す
ることでセンサ及びインジエクタ不良、そして失火等な
どの空燃比制御装置に関する異常を検出する方法に関す
る，〔従来の技術〕自動車用内燃機関の燃費性能向上とＮＯｘ排出量低減の
両方に有効な燃焼方式として、理論空燃比より希薄な混
合気で燃焼させる希薄燃焼方式がある。希薄燃焼方式で
は空燃比センサとして、空燃比に対し連続的な出力特性
を持つ第２図に示すようなリーンミックスチャセンサを
使用する。空燃比フィードバック制御系は第ｌ図の内燃
機関１０，センサ群１ａ，燃料噴射量演算手段２０，空
燃比制御手段３０、及びアクチェータ群１ｂより或る。

燃料噴射量演算手段２０では、まず基本噴射量がエンジ
ン回転数Ｎと吸入空気量Ｑ＆の信号より算出する。また
、水温Ｔｗ等の補正量が基本噴射量に加えられる。同時
に、空燃比フイードバック制御のための空燃比センサ出
力（Ａ／Ｆ）Ｍが目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｏと比較されフ
ィードバック゜補正量が求められ，これも共に基本噴射
量に加えられる。これら各種補正された燃料噴射量Ｔ，
が燃料噴射量演算手段２０より出力され空燃比制御手段
３０を介してインジェクタ等のアクチェータ群１ｂから
燃料が噴射される。

上記空燃比フィードバック制御系における異常検出方法
としては、従来は一部の機器については個別に検出し、
他の機器については検出しないものもあった。個別に検
出するものとしては燃料カット時における空燃比センサ
異常診断等が，また異常検出しないものとしてはインジ
エクタの目詰り等があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は個々の機器の異常を判別できる利点はあ
るが検出手段を複数個必要とし経済的に問題があった。

また、インジエクタの目詰り等に関しては異常を検出す
る手段が見い出せない状況にある。

本発明の目的は上記従来技術の問題点、特にインジエク
タの目詰りなど従来では検出不可能であったものに対し
ても異常検出できるよーうにすることにある。即ち、本
発明では個々の機器に関する異常を検出するのでなく、
空燃比フィードバック制御系としての全体的異常を検出
することを目的にしている。なお、空燃比フィードバッ
ク制御系の異常としては、（１）空燃比センサなどのセンサ不良（２）インジエクタなどのアグチェータ不良（３）失火
などの点火不良などがある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では従来のフィード
バック制御系に加え、内燃機関の予想される空燃比を演
算する予想空燃比演算手段と、内燃機関の定常運転状態
を検出する定常状態検出手段と，前記予想空燃比演算出
力である予想空燃比と内燃機関の実際の計測空燃比を比
較しその差がある許容範囲（エンジン劣化や燃料気化状
態などによる変動幅）を逸脱したことを判定する空燃比
比較手段と、前記空燃比比較手段の出力を受け空燃比フ
ィードバック制御系の異常を外部に出力する異常出力手
段とを備えたものである。

〔作用〕

予想空燃比演算手段は内燃機関の吸入空気量Ｑ＆、エン
ジン回転数Ｎ、及び燃料噴射量演算手段の出力である燃
料噴射量ＴＩに基づき予想空燃比（Ａ／Ｆ）ｃを演算す
る．演算方法としてはパラメータＱａ　，Ｎ，Ｔｉ　の
関数として演算する以外に、パラメータＱａ　，Ｎ，Ｔ
ｉ　に基づくマップとして予想空燃比（Ａ／Ｆ）ｃを与
えることも可能である．また，上記パラメータ以外にエ
ンジン水温，吸入空気温度、点火時期などを補正パラメ
ータに加えれば、より実際に近い燃焼状態をモデル化で
き、予想空燃比を実際の空燃比とを近づけることができ
る。内燃機関の燃焼の完全モデル化ができれば、予想空
燃比と実際の空燃比は等しくなる。

しかし、現実には燃焼の完全モデル化は困難なこと、及
び空燃比センサや吸入空量センサなどの誤差，そしてイ
ンジエクタの動作速度の誤差などにより予想空燃比と実
際の空燃比はある程度ずれることになる。この様相を第
２図で示す。実線で示される空燃比センサの計測空燃比
（Ａ／Ｆ）Ｍを実際の空燃比と仮定すると、空燃比フィ
ードバックｉｔｔｌＪ御系が正常であれば、予想空燃比
（Ａ／Ｆ）ｃは点線で示す（Ａ／Ｆ）ｃ下限と（Ａ／Ｆ
）ｃ上限の範囲に入る．即ち（Ａ／Ｆ）Ｍと（Ａ／Ｆ）
ｃを比較しその差がある許容範囲Ｋ Δ（Ａ／Ｆ）＝　ｌ　（Ａ／Ｆ）Ｍ　　（Ａ／Ｆ）ＣＩ
≦Ｋ・・・（１）を逸脱した場合は空燃比フィードバック制御系に異常が
あると判定する。即ち，インジエクタ不良２センサ不良
，失火などのいずれかが生じていると判定する。この判
定は空燃比比較手段によって行なわれる。

なお、上記（１）式はフィードバック制御系が正常であ
っても急加速や急減速などの過渡運転状態では制御系遅
れなどにより逸脱することがある。

そのため、上記（１）式の判定は内燃機関が定常状態で
ある場合に行う。定常状態とはある一定期間Ｔｓにおい
て，吸入空気量Ｑ＆が一定、エンジン回転数Ｎが一定，
及び燃料噴射量Ｔｔ　が一定などで判定できる。実際に
はＱａの変動幅がＡＱａｏ以内、Ｎの変動幅がΔＮｏ以
内、Ｔｉの変動幅がΔＴｏｏ以内である時に定常状態と
判定する。しかし、ＱａやＮやＴ１が単独で一定である
場合に定常状態と判定するよりは，これら３つのパラメ
ータが全て一定であるときに定常状態と判定するほうが
よい．例えば登坂中であればＮが一定でもＱａ及びＴＩ
が増加している。このように定常状態を検出するのが定
常状態検出手段である。そして、この出力がある場合の
み空燃比比較手段はその異常検出信号を異常出力手段に
渡す。

異常出力手段は運転パネルにランプ表示したり、故障診
断記憶媒体に異常を記録したりするための信号を与える
．異常出力手段としては、前記空燃比比較手段の信号を
受ける毎に外部出力する方法もあるが、空燃比比較手段
から複数回の異常検出信号を受けて初めて外部出力する
ようにした確実性を重視した方法も考えられる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。空燃
比フィードバック制御系は内燃機関１０，センサ群１ａ
，燃料噴射量演算手段２０，空燃比制御手段３０、及び
アクチュエータ群１ｂより成る。これらの機能について
は〔従来の技術〕の所で説明したので省略する．本発明
のために付加された手段は、予想空燃比演算手段４０と
、定常状態検出手段５０と、空燃比比較手段６０と、異
常出力手段７０である．予想空燃比演算手段４ｏは吸入
空気量センサ（センサ群１ａに包含）より吸入空気量Ｑ
ａを、またクランク角センサ等（センサ群１ａに包含）
よりエンジン回転数Ｎを取り込む．更に燃料噴射量演算
手段２ｏから燃料噴射量Ｔ１　を取り込む。ＴＩ　をエ
ンジン１回転当りの噴射量とすると、予想空燃比（　Ａ
　／　Ｆ　）ｃは次式のようになる。

ＫＡＦＣは混合気の気化状態や燃焼状態などにより定ま
る比例係数である。なお、燃料噴射量演算手段２０では
噴射量Ｔ１を目標空燃比（Ａ／Ｆ）Ｏとなる次式のよう
に演算している。

ＫＴＩＯは前記（２）式と同様に比例係数である。

（２）式と（３）式において、ＫＡＦＣ：　ＫＴＩＯと
すれば予想空燃比（Ａ／Ｆ）ｃは目標空燃比（Ａ／Ｆ）
ｏに等しくなる。従って、燃料噴射量演算手段２０にお
ける目標空燃比設定手段（図示は省略）を予想空燃比演
算手段４０とすることも可能である。

予想空燃比演算手段４０の出力である前記予想空燃比（
　Ａ／ｉ”）ｃと、空燃比センサ（センサ群１ａに含包
）からの計測空燃比（Ａ／Ｆ）ｓは空燃比比較手段６０
に導びかれ前記（１）式により（Ａ／Ｆ）Ｍと（Ａ／Ｆ
）ｃの差がある許容範囲Ｋを逸脱したかどうか判定され
る。

定常状態検出手段５０は吸入空気量Ｑａ、エンジン回転
数Ｎ、及び燃料噴射量ＴＩ　を受け内燃機関１０が定常
運転状態であるかを判定する．具体的な構成は第３図の
ようになる。第３図において、Ｔｓ期間におけるＴ．，
Ｎ、及びＱａの変動幅ΔＴＩ，ΔＮ、及びΔＱ＆は各々
の変動幅検出回路５１，５２．５３で得られる。

ΔＴｉ＝　ｌ　Ｔｉ−ａｘ−Ｔｔ−ｉｎｌ　　　　　　
”’（４．１）ΔＮ＝　Ｉ　Ｎ−ａｘ　　Ｎ−＋ｎＩ　
　　　　　　・＝（４．２）ΔＱａ＝　Ｉ　Ｑａ−−−
　　Ｑａ−＋−　１　　　　　　−（４．３）Ｔ　Ｉｍ
ｔｌＸ及びＴ　ｌ　ｍ　ｉ　ｎ・・・Ｔｓ期間における
噴射量Ｔ１の最大値及び最小値。

Ｎｍａｘ及びＮ　ａ　＋　ｎ・・・Ｔ３期間における回
転数Ｎの最大値及び最小値。

Ｑ　＆　ｍ　ａ　ｘ及びＱ　ａ　ｍ　ｌ　ｎ・・・Ｔｓ
期間における吸入空気：！ｉＱ．の最大値及び最小値。

これら変動幅は各々のスレーショルド値ΔＴｏｏ，ΔＮ
ｏ　．及びΔＱａｏと比較器５４，５５．５６で比較さ
れ次式が満足する時に比較器出力はｒｅ　１　ｔｔにな
る。

ΔＴｉ＞ΔＴ　＋　ｏ　　　　　　　　　　　　−　（
５．　１）ΔＮ〉ΔＮｏ　　　　　　　　　　　　　・
・・（５．２）ΔＱａ＞ΔＱａｏ　　　　　　　　　　
　　−（５．３）各々の比較器出力は論理積回路５７に
導びかれる。論理積回路５７の出力は上記（５．１）〜
（５．３）式が全て満たされた時にＳＴＥＡＤＹとして
出力される。

即ちＳＴＥＡＤＹの出力条件は、燃料噴射量一定、回転
数一定及び吸入空気量一定が同時にある期間Ｔｓ継続す
る場合であり，この場合は内燃機関１０は定常状態であ
ると判定される。

第１図において，定常状態検出手段５０で定常状態がＳ
ＴＥＡＤＹとして検出され、かつ空燃比比較手段６０で
前記（１）式より（Ａ／Ｆ）Ｍと（Ａ／Ｆ）ｃの差があ
る許容範囲Ｋを逸脱したと判定された場合は、空燃比比
較手段６０は異常出力手段７０にＯＵＴ信号を出力する
。異常出力手段７０はこのＯＵＴ信号を受けると運転パ
ネル等に異常出力する．なお，異常出力手段７０が上記
ＯＵＴ信号を複数回受信した時に外部に異常出力する場
合は第４図のような構或となる６第４図において、上記
Ｏ　Ｕ　Ｔ　｛ｉｊ号はカウンタ回路７１の計数入力端
子１こ導びかれる。このカウンタ回路の計数出力値と殺
定値回路７３に設定された設定値とが等しくなると、一
致検出回路７２から外部に異常出力される。

本発明の動作を第７図で説明すると次のようになる。空
燃比フィードバック制御系に関するセンサ群やアクチェ
ータ群の機器が正常の場合は、（ａ）のように加速及び
減速などの過渡状態では予想空燃比（Ａ／Ｆ）ｃと計測
空燃比（Ａ／Ｆ）Ｈの差は大きくなるが、定常状態では
前記（１）式で示す許容範囲Ｋ内にある．一方、センサ
群やアクチェータ群の機器のいずれか一部に異常がある
場合は（ｂ）のように定常状態においても前記（１）式
で示す許容範囲Ｋを逸脱する。そのため異常出力が運転
パネル等の外部に出力される．Ｔｓは定常状態を判定す
るための判定期間である。空燃比フィードバック制御系
における４気筒のうちの１つの気簡のインジエクタが完
全に目詰り生じた場合は、予想空燃比（Ａ／Ｆ）ｃはイ
ンジエクタが正常のものとして常に演算されるのに対し
，空燃比センサからの計測空燃比（Ａ／Ｆ）Ｍはインジ
エクタ目詰りのため空気に対し燃料の量が小さくなるた
め、（Ａ／Ｆ）ｃに対し（Ａ／Ｆ）Ｍはリーン側に大き
くずれることになる。（Ａ／Ｆ）ｃに対し（Ａ／Ｆ）Ｍ
力くリーン側に大きくずれる不良としては連続的な失火
もある．失火は燃料が未燃焼のため排出ガスの酸素濃度
が濃＜（Ａ／Ｆ）Ｍがリーン側になる。

また、空燃比センサが経年劣化などからリーン側に大き
くオフセットしている場合は（Ａ／Ｆ）ｃに対し（Ａ／
Ｆ）Ｍはリーン側に大きくずれる。逆にリッチ側に大き
くオフセットしている場合は（Ａ／Ｆ）ｃに対し（Ａ／
Ｆ）Ｍｉｔリーン側に大きくずれる．これらのことは他
の吸入空気量センサの異常についても言える。要は本発
明では、定常状態における目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｃと計
測空燃比（Ａ／Ｆ）Ｈの差がある許容範囲Ｋを逸脱する
場合は，空燃比フィードバック制御系に関する機器のい
ずれかに異常あるいは、不良が生じるとして運転パネル
等の外部に異常出力するものである。

〔発明の効果〕本発明によれば、定常状態における目標空燃比と計測空
燃比を比較し、その差が許容変動範囲よリ大きい場合に
は、空燃比フィートバック制御系に関するいずれかの機
器が異常であると判断するもので以下のような効果があ
る。

１）空燃比センサや吸入空気量センサなどの異常の検出
ができる。

２）インジエクタの目鎖り等の従来は検出不可能であっ
た異常の検出ができる。

３）失火の点火不良が検出できる。

また、本発明は従来のように個々の機器の異常を個別に
検出するものでなく，空燃比フィードバック制御系全体
としての異常を統括的に検出するものであるから、４）総統的異常検出を単純かつ経済的に可能の効果もあ
る。

更に本発明によれば定常状態の検出を、吸入空気量とエ
ンジン回転数と燃料噴射量のいずれもが、ある期間一定
であるとの条件で検出していることから、５）過渡運転状態での異常誤検出の防止の効果もある。

次に予想空燃比を吸入空気量とエンジン回転数と燃料噴
射量に基づき演算することから、６）従来の燃料噴射量
演算手段に包含されている目標空燃比を予想空燃比とし
て代替可能の効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は空燃
比センサの出力特性図、第３図は第１−図の定常状態検
出手段の一実施例のブロック図、第４図は第１図の異常
出力手段の一実施例のブロック図、第５図は本発明の動
作を説明するための波形図である。１０・・・内燃機関、２０・・・燃料噴射量演算手段、
３０・・・空燃比制御手段、４０・・・予想空燃比演算
手段、５０・・・定常状態検出手段、６０・・・空燃比
比較手段、７０・・・異常出力手段、↓ａ・センサ群、
１ｂ・・・アクチェータ群、（Ａ／Ｆ）ｃ・・・予想空
燃比、第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御する空燃
比制御手段と、前記空燃比制御手段の燃料噴射量をフィ
ードバック制御する燃料噴射量演算手段とを備えた空燃
比制御装置において、前記燃料噴射量演算手段の出力及
び前記内燃機関の運転状態信号を受けて内燃機関の予想
される空燃比を演算する予想空燃比演算手段と、前記内
燃機関の定常運転状態を検出する定常状態検出手段と、
前記定常状態検出手段の出力を受け前記内燃機関が定常
状態である時の前記予想空燃比演算手段の出力と前記内
燃機関の実際の計測空燃比との差がある範囲を逸脱した
ことを判定する空燃比比較手段と、前記空燃比比較手段
の出力を受け前記空燃比制御装置の異常を外部に出力す
る異常出力手段とを備えたことを特徴とする空燃比制御
装置の異常検出方法。２、第１項記載の請求範囲における定常状態検出手段と
して、前記内燃機関の吸入空気量Ｑ＿ａと回転数Ｎと、
前記燃料噴射量演算手段の出力Ｔ＿ｉとが、ある一定期
間Ｔ＿ｓにおいてそれぞれ変動幅が対応する許容範囲Δ
Ｑ＿ａ＿０、ΔＮ＿０、ΔＴ＿ｉ＿０内であることを条
件に前記内燃機関が定常運転状態であると検出すること
を特徴とする空燃比制御装置の異常検出方法。３、第１項記載の請求範囲における予想空燃比演算手段
として、前記内燃機関の吸入空気量Ｑ＿ａと回転数Ｎと
、前記燃料噴射量演算手段の出力Ｔ＿ｉを用いて予想空
燃比（Ａ／Ｆ）ｃを演算することを特徴とする空燃比制
御装置の異常検出方法。４、第１項記載の請求範囲における異常出力手段として
、前記空燃比比較手段の出力を複数回受けたことを条件
に異常出力手段が外部に異常を出力することを特徴とす
る空燃比制御装置の異常検出方法。