JPH04204047A - 内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化診断装置 - Google Patents

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おける空燃比セン
サ劣化診断装置に関し、詳しくは、触媒式排気浄化装置
め上流側及び下流側それぞれで空燃比を検出し、機関吸
入混合気の空燃比をフィードバック制御するよう構成さ
れた空燃比制御装置において、空燃比を検出するセンサ
の劣化を診断するための装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、排気浄化用に排気系に設けられる三元触媒に
おける転換効率を良好に維持するために、機関吸入混合
気の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御すること
が行われており、排気中の酸素濃度を介して空燃比を検
出する酸素センサを、応答性を確保するために燃焼室に
比較的近い排気マニホールドの集合部なとに設け、この
酸素センサて検出される排気中酸素濃度に基づいて理論
空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを検出し
て、機関への燃料供給量などをフィードバック制御する
ようにしている。

しかしながら、上記のように燃焼室に比較的近い排気系
に設けられる酸素センサは、高温排気に曝されることに
なるため、熱劣化などにより特性（内部抵抗、起電力、
応答時間）か変化し易く、また、気筒毎の排気の混合が
不十分であるため金気筒の平均的な空燃比を検出し難い
ため、空燃比の検出精度にバラツキがあり、引いては、
空燃比の制御精度を悪化させていた。

この点に鑑み、触媒の下流側にも酸素センサを設け、２
つの酸素センサの検出値を用いて空燃比をフィードバッ
ク制御するものが種々提案されている（特開昭５８−４
８７５６号公報等参照）。

即ち、下流側の酸素センサは、三元触媒の０２ストレー
ジ効果（理論空燃比よりもリーン時には酸素量が大、リ
ッチ時には酸素量小となる状態か一定時間継続し出力が
遅延する。）によって応答性は悪いが、三元触媒にとっ
てＣｏ、ＨＣ，ＮＯｘの転換効率が最も良い空燃比を検
出することかできるため、上流側の酸素センサの劣化状
態を補償した高精度で安定した検出特性か得られる。

そこで、２つの酸素センサの検出値に基づいてそれぞれ
に独立した空燃比のフィードバック制御を行わせたり、
上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御の
特性を下流側の酸素センサで補償したりして、上流側の
センサで応答性を確保しつつ、下流側で制御点の精度を
補償して、高精度な空燃比フィードバック制御を行うよ
うにしている。

上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御の
特性を下流側の酸素センサで補償する装置としては、例
えば応答性の良い上流側センサの検出に基づいて空燃比
フィードバック制御を行わせながら、下流側センサて制
御点のずれを検出し、下流側センサて目標に対するリッ
チ・リーンか検出されたときには、上流側センサ出力に
基づく空燃比フィードバック制御の制御定数（制御操作
量）を目標に対するリッチ・リーンか解消される方向に
徐々に変化させることにより、下流側の酸素センサて検
出される空燃比か目標に対してリッチ・リーンを繰り返
して、結果、上流側センサに基つくフィードバック制御
の制御点の平均を目標空燃比付近とする制御が行われて
いる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記のように、触媒式排気浄化装置の上流側及び下流側
それぞれに空燃比センサを設けて空燃比をフィードバッ
ク制御する空燃比制御装置では、上流側空燃比センサか
ある程度劣化しても、これを補償して目標空燃比に制御
てきるものではあるが、上流側の空燃比センサの劣化か
補正限界を越えて進行すると、目標空燃比にフィードバ
ック制御できなくなって、排気性状を悪化させてしまう
ことになる。

ここで、前記上流側の空燃比センサが、断線やショート
などのオン・オフ的な故障を起こしたために、下流側セ
ンサによる補正限界を越えた場合には、前記断線・ショ
ートを従来からある検出回路で容易に検出てきるため、
上流側センサの交換などの対策を促すことができるが、
上流側空燃比センサによる空燃比検出の静的特性が大き
くずれたり、検出応答速度か大きく変化したために、下
流側センサによる補正限界を越えることになった場合に
は、これを検出することが困難であり、空燃比ずれを補
正しきれずに排気性状が悪化したままの状態で運転され
てしまう惧れがあった。　゛そこで、空燃比フィードバ
ック制御の制御定数を下流側センサの検出結果に基づい
て補正した量ＰＨ０３や、上流側センサに基づく空燃比
フィードバック補正の周期に基づいて、上流側センサの
劣化を診断する装置を、本出願人は先に出願した（特願
平２−１８２７９８号参照）が、触媒が劣化してそのス
トレージ効果か低下すると、触媒劣化前の診断レベルに
基づく診断ては、上流側センサの劣化を精度良く検出で
きなくなることがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒の
劣化が発生しても、精度良く上流側の空燃比センサの劣
化を診断てきる空燃比センサ劣化診断装置を提供するこ
とを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図に示すようにして内燃機関
の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化診断装置を
構成した。

第１図において、第１及び第２の空燃比センサは、内燃
機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装置の上流側
及び下流側にそれぞれ設けられ、機関吸入混合気の空燃
比によって変化する排気中の特定成分の濃度に感応して
出力値か変化するセンサであり、空燃比フィードバック
制御手段は、第１の空燃比センサの出力値に基ついて機
関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制
御する。

一方、制御操作量補正手段は、第２の空燃比センサの出
力値による目標空燃比に対するリッチ・リーン検出に基
づいて空燃比フィードバック制御手段における制御操作
量を増減補正する。

ここて、劣化診断手段は、空燃比フィードバック制御手
段による空燃比フィードバック制御に関わるパラメータ
であって第１の空燃比センサの劣化度合いを示すパラメ
ータと所定のスライスレベルとを比較して第１の空燃比
センサの劣化を診断するが、スライスレベル補正手段が
前記所定のスライスレベルを触媒式排気浄化装置の劣化
度合いを示すパラメータによって補正設定するようにし
である。

上記の第１の空燃比センサの劣化度合いを示すパラメー
タとしては、空燃比フィードバック制御手段による空燃
比の増減補正周期と制御操作量補正手段による制御操作
量の増減補正レベルとの少なくとも一方とすることかで
きる。

また、触媒式排気浄化装置の劣化度合いを示すパラメー
タとしては、第１の空燃比センサによるリッチ・リーン
検出の反転周期と第２の空燃比センサによるリッチ・リ
ーン検出の反転周期との比を用いることかできる。

〈作用〉 かかる構成によると、上流側の第１の空燃比センサの出
力に基ついて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制机するが、かかる空燃比フィードバック
制御における制御操作量が、下流側の第２の空燃比セン
サて増減補正されることにより、上流側のセンサの劣化
によるフィードバック制御点のずれが補償される。

ここで、空燃比フィードバック制御に関わるパラメータ
であって第１の空燃比センサの劣化度合いを示すパラメ
ータと所定のスライスレベルとを比較して第１の空燃比
センサの劣化を診断するが、スライスレベル補正手段か
前記所定のスライスレベルを触媒式排気浄化装置の劣化
度合いを示すパラメータによって補正設定するようにし
である。

第１の空燃比センサの劣化度合いを示すパラメータは、
空燃比フィードバック制御に関わるパラメータであり、
本発明における空燃比フィードバツク制御では触媒式排
気浄化装置の下流側に設けられる第２の空燃比センサに
よる検出結果が関与し、該第２の空燃比センサによる空
燃比検出は触媒ストレージ効果の変化に影響されるので
、結果、第１の空燃比センサの劣化度合いを示すパラメ
ータは、触媒ストレージ効果の変化、換言すれば、触媒
劣化に影響されて変化することになる。

従って、触媒の非劣化時にマツチングさせてスライスレ
ベルを設定しであると、劣化時に第１の空燃比センサの
診断精度か悪化するので、触媒劣化を示すパラメータに
基づいてスライスレベルを補正設定するものである。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第２図において、機関１には、エアクリ
ーナ２から吸気ダクト３．スロットル弁４及び吸気マニ
ホールド５を介して空気か吸入される。吸気マニホール
ド５のブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けら
れている。前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電され
て開弁じ、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁で
あって、後述するコントロールユニット１２からの駆動
パルス信号により通電されて開弁じ、図示しない燃料ポ
ンプから圧送されプレッシャレギュレータにより所定の
圧力に調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射供
給する。

尚、本実施例では上記のようにマルチポイントインジェ
クションシステム（ＭＰ１方式）としたが、スロットル
弁４の上流などに全気筒共通に単一の燃料噴射弁を設け
るシングルポイントインジェクションシステム（ＳＰ１
方式）であっても良しく。

機関ｌの燃焼室にはそれぞれ点火栓７か設けられていて
、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。

そして、機関ｌからは、排気マニホールド８゜排気ダク
ト９．三元触媒（触媒式排気浄化装置）１０及びマフラ
ー１１を介して排気か排出される。前記三元触媒１０は
、排気成分中のＣｏ、ＨＣを酸化し、また、ＮＯＸを還
元して、他の無害な物質に転換する触媒式排気浄化装置
であり、機関吸入混合気を理論空燃比て燃焼させたとき
に両転換効率か最も良好なものとなる（第９図参照）。

コントロールユニット１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの検出信号を入力して、後述の如く演算処理して
、燃料噴射弁６の作動を制画する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或
いはフラップ式などのエアフローメータ１３か設けられ
ていて、機関１の吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出
力する。

また、クランク角センサ１４か設けられていて、４気筒
の場合、クランク角１８００毎の基準信号と、クランク
角１°又は２°毎の単位信号とを出力する。ここで、前
記基準信号の周期、或いは、所定時間内における前記単
位信号の発生数を計測することより、機関回転速度Ｎを
算出することができる。

また、機関１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを
検出する水温センサ１５か設けられている。

更に、三元触媒１０の上流側となる排気マニホールド８
の集合部に第１の空燃比センサとしての第１酸素センサ
１６か設けられており、また、三元触媒ｌＯの下流側で
マフラー１１の上流側には第２の空燃比センサとしての
第２酸素センサ１７か設けられている。

前記第１酸素センサ１６及び第２酸素センサ１７は、排
気中の特定成分としての酸素の濃度に感応して出力値か
変化する公知のセンサであり、理論空燃比を境に排気中
の酸素濃度か急変することを利用し、基準気体としての
大気と排気との酸素濃度差に応じて理論空燃比よりもリ
ッチであるときには１■付近の電圧を、また、理論空燃
比よりもＩＪ　−ンであるときには０付近の電圧を出力
する（第９図参照）。

ここにおいて、コントロールユニット１２に内蔵された
マイクロコンピュータのＣＰＵは、第３図〜第７図のフ
ローチャートにそれぞれ示すＲＯＭ上のプログラムに従
って演算処理を行い、機関１吸入混合気の空燃比を目標
空燃比（理論空燃比）にフィードバック制御すると共に
、三元触媒１０の上流側に設けられた第１酸素センサ１
６の劣化診断を行うようになっている。

尚、空燃比フィードバック制御手段、制御操作量補正手
段、劣化診断手段、スライスレベル補正手段としての機
能は、前記第３図〜第７図のフローチャートに示すよう
にコントロールユニット１２がソフトウェア的に備えて
いる。

第３図のフローチャートに示すプログラムは、燃料噴射
弁６による燃料噴射量Ｔｉを増減補正することで、機関
１吸入混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に近
づけるための空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比
例積分制御によって設定するためのものであり、機関１
の１回転毎に実行されるようになっている。

かかる第３図のフローチャートにおいて、まず、ステッ
プ１　（図中ではＳｌとしである。以下同様）では、機
関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとによって複数に区
分される運転領域毎に領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓを記
憶したマツプから現在の運転状態に対応するデータを検
索して求める。

本実施例では、後述するように、空燃比フィードバック
補正係数ＬＭＤを第１酸素センサ１６の８カに基づいて
比例積分制御するときの制御操作量のうちの比例操作量
（Ｐ分）を、第２酸素センサ１７による目標空燃比に対
するリッチ・リーン検出に基づいて増減補正するように
してあり、前記領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓはかかる比
例操作量Ｐの増減補正値を運転領域別に学習記憶したも
のである。

次のステップ２では、ステップ１てマツプから検索して
求めた領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓに、全運転領域で一
律に比例操作量を補正するために前記領域別学習補正値
ＰＨ０３Ｓの平均レベルとして記憶されている一律補正
値ＰＨ０３Ｍを加えた値を最終的な比例分増減補正値ｒ
ａｔｅとして設定する。

ステップ３では、第１酸素センサ１６の出力電圧をＡ／
Ｄ変換して読み込み、そのデータをＦＶ。２にセットす
る。

そして、次のステップ４ては、ステップ３て読み込んだ
電圧ＦＶ。２と、目標空燃比である理論空燃比相当のス
ライスレベル（本実施例では５００ｍＶ）とを比較して
、第１酸素センサ１６により検出される機関吸入混合気
の空燃比か理論空燃比に対してリッチであるかリーンで
あるかの判別を行う。

ここで、電圧ＦＶＯ２かスライスレベルよりも大てあっ
て空燃比がリッチであると判別されたときには、ステッ
プ５へ進む。このステップ５ては、リッチ・リーン検出
の初回を判別するためのフラグＰＲ判別を行い、フラグ
ＰＲかゼロであるリッチ判別初回であるときには、ステ
ップ６に進んて前記フラグＦＲに１をセットする。

次のステップ７では、第２酸素センサ１７の出力電圧を
Ａ／Ｄ変換して読み込み、そのデータをＲｖｏ２にセッ
トする。

そして、ステップ８では、ステップ７て読み込んた電圧
ＲＶ、２と、目標空燃比である理論空燃比相当のスライ
スレベル（本実施例では５００ｍＶ）とを比較して、第
２酸素センサ１７により検出される機関吸入混合気の空
燃比か理論空燃比に対してリッチであるかリーンである
かの判別を行う。

ここで、電圧ＲＶ　Ｏ２かスライスレベルを越えていて
リッチ判別されたときには、ステップ９へ進み、ステ、
ツブ２て設定した比例分増減補正値ｒａｔｅから所定微
小値（例えば０．０００１）を減算し、この減算結果を
新たな補正値ｒａｔｅとし、次のステップ１０では、第
２酸素センサ１７て検出される空燃比のリッチ・リーン
反転を判別するためのフラグであるｆｒｒに１をセット
する。

一方、ステップ８て、電圧ＲＶ０２かスライスレベル以
下であってリーン判別されたときには、ステップ１１へ
進み、ステップ２て設定した比例分増減補正値ｒａｔｅ
に所定微小値（例えば０．０００１）を加算し、この加
算結果を新たな補正値ｒａｔｅとし、次のステップ・１
２では、前記フラグｆｒｒにφをセットする。

上記比例分増減補正値ｒａｔｅは、後述するように、第
１酸素センサ１６によるリッチ検出初回時に空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＭＤを減少制御するための比例操
作量Ｐに対して（１−ｒａｔｅ）として乗算され、リー
ン検出初回時に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを
増大制御するための比例操作量Ｐに対して（１＋ｒａｔ
ｅ）として乗算されるようになっているから、第２酸素
センサ１７によるリーン検出時にｒａｔｅを増大補正す
ると、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤのレベルを
増大させる側（空燃比リッチ方向）に補正されることに
なり、逆に、第２酸素センサ１７によるリッチ検出時に
ｒａｔｅを減少補正すると、空燃比フィードバック補正
係数ＬＭＤのレベルを減少させる側（空燃比リーン方向
）に補正されることになる。

従って、第２酸素センサ１７により検出される空燃比が
目標空燃比に近づく方向に、第１酸素センサ１６の検出
結果に基づく空燃比のフィードバック補正が修正される
ことになり、第１酸素センサ１６の劣化によってフィー
ドバック制御点が理論空燃比からずれても、これを補償
して理論空燃比へのフィードバック制御性を維持てきる
ものである。

上記のようにして比例分増減補正値ｒａｔｅを設定する
と、次のステップ１３では、第１酸素センサ１６による
リーン検出時間をカウントしたカウンタＴｍｏｎｔをＴ
ＭＯＮＴＬにセットする。尚、このリーン検出時間ＴＭ
ＯＮＴＬは、後述するリッチ検出時間ＴＭＯＮＴＲと共
に、第１酸素センサ１６の劣化診断に用いられるデータ
である。

ステップ１４では、ステップ９又はステップ１１におい
て増減補正された比例分増減補正値ｒａｔｅと、予め設
定されている比例操作量Ｐとを用い、以下の式に従って
空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例制御を行わ
せる。

ＬＭＤ−ＬＭＤ−Ｐ　（１−ｒ　ａ　ｔ　ｅ）即ち、今
回はリッチ検出の初回であり、上記比例制御によって空
燃比フィードバック補正係数ＬＭＤが減少設定されて、
リッチ検出状態か解消される方向に燃料噴射量Ｔｉか減
少補正されることになる。

前記空燃比フィードバック補正係数Ｌ　Ｍ　Ｄ、は、機
関回転速度Ｎと吸入空気流量Ｑとから演算される基本燃
料噴射量Ｔｐ（←ＫＸＱ／Ｎ；には定数）に乗算される
補正項であり、前記基本燃料噴射量Ｔｐはこの他バッテ
リ電圧補正分子ｓや水温補正係数や始動時補正係数など
からなる各種補正係数Ｃ０ＦＦ等によって補正され、最
終的な燃料噴射量Ｔｉ　（”ＴｐＸＣＯＥＦｘＬＭＤ＋
Ｔｓ）か設定される。

一方、前記ステップ５てフラグＦＲか１であると判別さ
れたときには、リッチ検出の継続状態であり、このとき
には、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを積分制御
すべくステップ１５へ進む。

ステップ１５では、以下の式に従って空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＭＤを積分制御する。

ＬＭＤ４−ＬＭＤ　−１−Ｔ　ｉ ここで、■は予め設定されている積分操作量であり、こ
の積分操作量■に燃料噴射量Ｔｉを乗算した値を、前回
までの空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤから減算し
て、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを減少補正す
る。

また、ステップ４において、第１酸素センサ１６に基づ
きリーン空燃比か検出されたときには、ステップ１６へ
進み、リッチ検出時の前記ステップ５〜ステツプ１５と
略同様にして比例分増減補正値ｒａｔｅを設定すると共
に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例積分制御
を行う（ステップ１６〜ステツプ２６）。但し、第１酸
素センサＩ６に基つきリーン空燃比が検出されていると
きには、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを増大さ
せて空燃比をリッチ方向に修正する必要かあるので、補
正係数ＬＭＤの比例制御及び積分制御は、下式に従って
行われる。

ＬＭＤ−ＬＭＤ十Ｐ　（１＋ｒ　ａ　ｔ　ｅ）ＬＭＤ４
−ＬＭＤ＋ｌ−Ｔｉ また、第１酸素センサ１６に基づくリーン空燃比の初回
においては、第１酸素センサ１６によるリッチ検出時間
をＴＭＯＮＴＲにセットする。

前記リーン検出時間ＴＭＯＮＴＬ及びリッチ検出時間Ｔ
ＭＯＮＴＲを計測するためのカウンタＴｍｏｎｔは、第
１酸素センサ１６によるリッチ又はリーン検出の初回に
進むことになるステップ２７てセロリセットされ、第５
図のフローチャートに示すプログラムで１０ｍ　ｓ毎に
１アツプされるようになっており、これにより、リーン
検出時間及びリッチ検出時間を交互に計測できるように
しである。

また、第１酸素センサ１６によるリッチ又はり一ン検出
の初回には、以下のようにして前記領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０３Ｓ及び−律補正値ＰＨ０３Ｍの更新制御が行われ
る。

まず、ステップ２８ては、前記フラグｆｒｒの前回値Ｍ
ｆｒｒと今回値ｆｒｒとを比較することで、第２酸素セ
ンサ１７て検出される空燃比か反転したか否かを判別す
る。

ここて、Ｍｆｒｒ＝ｆｒｒであると判別されたときには
、第２酸素センサ１７て検出される空燃比か継続してリ
ーン又はリッチの状態てあり、この場合には、領域別学
習補正値ＰＨ０３Ｓの更新のみを行うが、Ｍｆｒｒ＝ｆ
ｒｒてないと判別されたリッチ・リーン反転時には、前
記領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの更新と共に一律補正値
ＰＨ０５Ｍの更新を行う。

Ｍｆ　ｒ　ｒ＝ｆ　ｒ　ｒてないと判別されたときには
、まず、ステップ２９で次回のステップ２８での判別の
ために今回更新されたフラグｆｒｒをＭ　ｆ　ｒ　ｒに
セットし、次のステップ３０て一律補正値ＰＨ０３Ｍの
更新を行う。

前記ステップ３０における一律補正値ＰＨ０８Ｍの更新
制御は、第４図のフローチャートに示しである。

まず、ステップ５１ては、領域別学習補正値ＰＨ０８Ｓ
を機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとによって区分
される複数の運転領域毎に記憶させるマツプにおける番
地をカウントするためのカウンタｉ及びｊをそれぞれゼ
ロリセットする。

そして、次のステップ５２ては、機関回転速度Ｎの複数
に区分された領域のうちｉ番目の領域における最大速度
Ｎ　（ｉ）と現在の回転速度Ｎとを比較する。ここで、
Ｎ＞Ｎ　（ｉ）であるときには、もっと高いレベルの速
度域で運転されていることになるので、ステップ５３へ
進んて前記カウンタｉを１アツプさせ、次のステップ５
４でカウントアツプさせたｉが、ｉの最大値である７を
越えているかを判別し、最大値を越えていないときには
、再びステップ５２に戻って、カウントアツプされた領
域内における最大速度よりも小さいか否かを判別させる
。

このようにして、現在の回転速度Ｎが、マツプ上の機関
回転速度Ｎの格子のとこに該当しているかを、速度の低
い領域から順次参照することて判別するものであり、Ｎ
≦Ｎ　（ｉ）と判別された格子確定時には、ステップ５
６へ進んでそのときのｉの値を確定値としてＩにセット
する。但し、カウンタｉが最大値になってもＮ≦Ｎ　（
ｉ）の判別か下されないときには、ステップ５５て最大
値をＩにセットし、回転速度Ｎの格子の最大領域に該当
するものとする。

このようにして、現在の回転速度Ｎが該当する格子位置
か検出されると、次には同様にして現在の基本燃料噴射
量Ｔｐが該当する格子位置（Ｊ）を検出する（ステップ
５７〜ステツプ６１）。

そして、ステップ６２ては、領域別学習補正値ＰＨ０３
Ｓか記憶されるマツプ格子毎に、第２酸素センサ１７に
よるリッチ・リーン反転検出回数を積算するカウンタｃ
ｎｔ　　（Ｉ）（Ｊ）のうち、現在の運転状態に対応す
る格子のデータを１アツプさせる。前記カウンタｃｎｔ
　　（１）（Ｊ）によって、領域別学習補正値ＰＨ０３
Ｓそれぞれに対応する第２酸素センサ１７によるリッチ
・リーン反転検出回数が判別てきるものであり、領域別
学習補正値ＰＨ０３Ｓは、第２酸素センサ１７て検出さ
れる空燃比かリッチ・リーンを繰り返して平均空燃比か
理論空燃比に制御されるようにするためのものであるか
ら、領域別学習補正値Ｐ　ＨＯＳ−３に対応するカウン
タｃｎｔ　（１）（Ｊ）の値が大きい場合には、それだ
け領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの学習が進行しているこ
とになり、逆に、カウンタＣｎｔ　（Ｉ）（Ｊ）の値か
小さいときには、学習か充分に進行してなく、領域別学
習補正値ＰＨ０３Ｓの信頼性が低いと見做せる。

かかるカラン′９ｃｎｔ　（１）（Ｊ）の特性を利用し
、ステップ６３以降では、学習が充分に進行している領
域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのみをピ・ツクアップし、こ
れらの平均レベルとして一律補正値ＰＨ０３Ｍの更新設
定を行う。

ステップ６３ては、前記ステップ５１と同様にカウンタ
ｉ、ｊをゼロリセットすると共に、領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０３Ｓのサンプリング数をカウントするためのＺｃｎ
ｔをゼロリセットする。

そして、ますカウンタｊをゼロのままとして、ｉをゼロ
から順次カウントアツプさせるようにして、ステップ６
４でそのときのカウンタｃｎｔ　（１）（Ｊ）が所定値
（例えば５）以上であると判別されたときには、ステッ
プ６５で同じ格子位置（１）（Ｊ）に対応して記憶され
ている領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのデータ（ＭＡＰ　
［，１）（、Ｊ）’）を積算値ＳＵＭに加算しくＳＵＭ
−３ＵＭ十ＭＡＰ（１）（Ｊ））、積算値ＳＵＭを更新
したときにはステップ６６て前記サンプリング数Ｚｃｎ
　ｔを１アツプさせる。

そして、ステップ６７でカウンタｉが最大値を越えたと
判別されるまては、ステップ６８でカウンタｉを１アツ
プさせて再びステップ６４ての判別を行わせる。

そして、カウンタｉか最大値を越えたと判別され、カウ
ンタｊを固定してカウンタｉを変化させたときの全ての
格子についてサンプリングを終えたときには、ステップ
６９へ進んてカウンタｊを１アツプさせ、次のステップ
７０てはカウンタ１をセロリセットして、エアツブさせ
たカウンタＪの下にカウンタｉをセロから順次カウント
アツプさせて、領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのサンプリ
ンクを行わせる。

このようにして、カウンタｊがステップ７１て最大値に
達したと判別されるまて、ステップ６４ての判別を行わ
せて、カウンタｃｎｔ　（Ｉ）（Ｊ）か所定値以上であ
る、換言すれば、学習か充分に進行している領域別学習
補正値ＰＨ０３Ｓの積算値ＳＵＭ及び該積算値のサンプ
ル数Ｚｃｎｔを求めると、次のステップ７１て一律補正
値ＰＨ０３Ｍの更新を以下の式に従って行う。

ここて、前記Ｘは加重平均の重み定数であり、例えばこ
のＸを１／４程度の値に設定しておき、前回までの一律
補正値ＰＨ０３Ｍと、学習か充分に進行している領域別
学習補正値ＰＨ０ＳＳの平均値（ＳＵＭ／Ｚｃｎｔ）と
を加重平均して、新たな一律補正値ＰＨ０３Ｍを求める
ものである。

前記−律補正値ＰＨ０３Ｍによって、全運転領域で一律
に、比例操作量Ｐが補正されることになる。

再び、第３図のフローチャートに戻って領域別学習補正
値ＰＨ０３Ｓのマツプ値更新を説明すると、ステップ３
１〜ステツプ４１ては、前記ステップ５１〜ステツプ６
１と同様にして、現在の運転条件か該当するマツプの格
子位置（１）（Ｊ）を求める。

そして、ステップ４２ては、該当する格子の領域別学習
補正値ＰＨ０８Ｓのデータを、比例分増減補正値ｒａｔ
ｅから一律補正値ＰＨ０３Ｍを減算した値に書き換える
。ここで書き換えられるマツプか前記ステップ１て検索
されて、そのときの運転状態に応じた領域別学習補正値
ＰＨ０３Ｓか比例操作量Ｐの補正に用いられるようにし
である。

次に本発明にかかる空燃比センサ劣化診断に関わる制御
を、第６図及び第７図のフローチャートに示すプログラ
ムに従って説明する。

第６図のフローチャートに示すプログラムは、バックグ
ラウンド処理されるものであり、まず、ステップ８１で
は、第２酸素センサ１７（ＲＯ２／Ｓ）によるリッチ・
リーン検出の反転周期の周波数を、第１酸素センサｔ６
　（ＦＯ２／Ｓ）によるリッチ・リーン検出の反転周期
の周波数で除算した値に基づいて、第１酸素センサ１６
の劣化診断のレベルを補正するための診断レベル補正値
ＰＯ’ＦＳをマツプから検索して求める。

三元触媒１０においては、理論空燃比よりも＋）　−ン
時には酸素量が大、リッチ時には酸素量小となる状態か
一定時間継続し出力か遅延するという０２ストレージ効
果かあり、三元触媒１０上流側での空燃比のリッチ”・
リーン反転（酸素濃度のリッチ・リーン反転）周期に対
して、下流側での前記反転周期は長くなる。ところが、
触媒が劣化すると前記０□ストレージ効果が低下し、下
流側ての反転周期が上流側でのそれに近づくことなる。

従って、第２酸素センサ１７（Ｒｏｔ／Ｓ）によるリッ
チ・リーン検出の反転周期の周波数を、第１酸素センサ
ｔ６　（ＦＯ２／Ｓ）によるリッチ・リーン検出の反転
周期の周波数で除算した値は、三元触媒１０か新品に近
く触媒能力に優れているときには、小さな値となり、逆
に、三元触媒１０が劣化してその触媒能力（０２ストレ
ージ効果）が低下すると、大きな値となり、結果、前記
診断レベル補正値ＰＯＦＳは、触媒の劣化度合いの増大
に伴って減少設定されるようになっている。

次のステップ８２ては、前述のように領域別学習補正値
ＰＨ０３Ｓの平均レベルとして記憶されている一律補正
値ＰＨ０３Ｍの絶対値から前記診断レベル補正値ＰＯＦ
Ｓを減算した値と、予め設定された診断スライスレベル
としての所定値と、を比較する。ここで、前記所定値を
ｌ　ＰＨ０３Ｍ１−ＰＯＦＳか上回っているときには、
触媒の上流側に設けられている第１酸素センサ１６の劣
化が、第２酸素センサ１７による補償制御の限界を越え
て進行しており、三元触媒１０による転換効率を維持で
きなくなっている状態であると判断し、ステップ８３へ
進んで第１酸素センサ１６の劣化進行を診断したことを
表示させる。

前記劣化診断の表示は、例えば車両の運転席付近に設け
た表示装置によって行わせ、運転者に第１酸素−ごンサ
１６の交換を促すようにする。

上流側の第１酸素センサ１６の劣化による空燃比制御点
のずれは、前述のように空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤの比例操作量Ｐの補正によって補償されるが、前
記劣化か進行して制御点のずれが拡大すると、より大き
く比例操作量Ｐを補正する必要が生じることになるから
、比例分増減補正値ｒａｔｅ絶対値レベルが、所定値以
上になった場合には、第１酸素センサ１６の劣化が進行
していると推測できるものである。

即ち、例えば第１酸素センサ１６のリッチ→り一ン応答
時間か増大すると、空燃比制御点としてはリーン側にず
れることになり、前記比例分増減補正値ｒａｔｅはこれ
を補償すへく基準値であるゼロからプラス側に増大設定
され、逆に、リーン−リッチ応答時間か増大すると、空
燃比制御点としてはリッチ側にずれることになり、前記
比例分増減補正値ｒａｔｅはこれを補償すべく基準値で
あるゼロからマイナス側に減少設定されることになるか
ら、いずれの場合も応答時間か大きく変化するに従って
比例分増減補正値ｒａｔｅの絶対値レベルか増大して、
劣化を診断てきるものである。

但し、学習が進行していない領域の領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０３Ｓては、第１酸素センサ１６か劣化してない状態
でも異常レベルを示す惧れかあるので、その都度の比例
分増減補正値ｒａｔｅ絶対値レベルに基づいて劣化診断
することは診断精度を低下させることになるため、上記
のように学習か進行した領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの
平均レベルである一律補正値ＰＨ０８Ｍに基づいて劣化
診断させることが望ましい。

また、三元触媒１０が劣化し、その０□ストレージ効果
か低下すると、第１酸素センサ１６によるリッチ・リー
ン検出の反転周期に対して第２酸素センサ１７による検
出周期か近つくようになり、この第２酸素センサの検出
周期か速くなることが、第１酸素センサ１６の応答遅れ
を補うようになって、前記比例分増減補正値ｒａｔｅの
絶対値レベルに基づく診断精度を悪化させることになっ
てしまう。

しかしながら、本実施例のように三元触媒１０の劣化度
合いか大きくなるに従って前記−律補正値ＰＨ０３Ｍの
絶対値のマイナス補正量が減少されて、より劣化診断さ
れ易い方向に補正されることになるから、三元触媒１ｏ
の劣化が発生しても前記−律補正値ＰＨ０３Ｍに基づく
劣化診断の精度が大きく悪化することを防止できる。

尚、第１酸素センサ１６のりッチーリーン応答時間又は
リーシ→リッチ応答時間のいずれが一方が劣化により増
大した場合には、それが制御点のずれ（空燃比ずれ）と
して表れて、比例分増減補正値ｒａｔｅの絶対値レベル
を増大させることになり、上記のようにして劣化診断さ
せることかできるが、制御点のずれか小さい場合であっ
ても、応答時間が両検出方向で増大して空燃比の振れ幅
か大きくなったときにも、やはり触媒における転換効率
を維持できなくなるので、第１酸素センサ１６の出力波
形の周期、換言すれば、第１酸素センサ１６の検出に基
づくフィードバック制御の周期も検出して劣化診断させ
るようにすることが好ましく、その実施例を第７図のフ
ローチャートに示しである。

第７図のフローチャートに示すプログラムは、バックグ
ラウンド処理されるものであり、まず、ステップ９１で
は、前記第６図のフローチャートにおけるステップ８１
と同様にして、第２酸素センサ１７　（ＲＯ２／Ｓ）に
よるリッチ・リーン検出の反転周期の周波数を、第１酸
素センサ１６（ＦＯ２／Ｓ）によるリッチ・リーン検出
の反転周期の周波数で除算した値、即ち、その値の増大
に応じて三元触媒１０の劣化進行を示す値に基づいて、
第１酸素センサ１６の劣化診断のレベルを補正するため
の診断レベル補正値ＰＯＦＳをマツプから検索して求め
る。

次のステップ９２ては、空燃比フィードバック制御周期
に基づいて劣化診断させるに当たって、機関回転速度Ｎ
による空燃比フィードバック制御周期の変化分を補償す
るための補正針０ＦＳＴを、予゛め設定されたマツプか
ら検索して求める。

そして、次のステップ９３ては、第３図のフローチャー
トにおいて求められているリーン検出時間ＴＭＯＮＴＲ
及びリッチ検出時間ＴＭＯＮＴＬの加算値として得られ
る周期に、前記補正針○ＦＳＴに加算して補正して得ら
れる時間と、前記−律補正値ＰＨ０３Ｍの絶対値とに基
づいて区分される領域に劣化領域を予め設定したマツプ
に基づいて、現状の周期及び制御操作量の補正レベルか
対応する領域を参照する。

ここで、前記−律補正値ＰＨ０３Ｍの絶対値と制御周期
（ＴＭＯＮＴＲ＋ＴＭＯＮＴＬ十○ＦＳＴ）とをパラメ
ータとして設定される劣化領域が、前記ステップ９１て
設定された診断レベル補正値ＰＯＦＳに応じて変動する
ようにしてあり、補正値ＰＯＦＳか小さく三元触媒１０
の劣化度合いか大きいときには、より低レベルの補正値
ＰＨ０３Ｍ及び周期て劣化か診断されるようにしである
。即ち、三元触媒１０の劣化時にはそのストレージ効果
の低下によって第８図に示すように、第１酸素センサ１
６の真の劣化状態に対応する診断レベルは、より低補正
量・短周期側に移行するので、かかる真の診断レベルの
変化に対応できるようにしてあり、ここでも、第６図の
フローチャートにおける劣化診断と同様に、三元触媒ｌ
Ｏの劣化度合いが増大すると、第１酸素センサ１６の劣
化かより診断され易くなるようにしである。

そして、次のステップ９４ては、ステップ９３て参照し
た領域が劣化領域（フローチャート中の斜線領域）に含
まれているか否かを判別し、劣化領域に該当していると
きには、ステップ９５て第１酸素センサ１６の劣化が検
出されたことを表示させる。

前記周期（ＴＭＯＮＴＲ＋ＴＭＯＮＴＬ＋０ＦＳＴ）と
ｌ　ＰＨ０３Ｍ　ｌとに基づく劣化診断においては、前
述と同様にｌ　ＰＨ０３Ｍ　ｌか大きいときには劣化と
診断されるが、＋　ＰＨ０３Ｍ１か小さくても周期か長
いときには劣化と診断されるようにしである。

これにより、応答時間か両検出方向で増大して、制御点
のずれとしては小さいものの空燃比の振れ幅か大きくな
っているときにも、第１酸素センサ１６の劣化を診断さ
せることかでき、ｌ　ＰＨ０３Ｍ　ｌのみに基づいて劣
化診断させる場合に比へ、診断範囲を拡大できる。

尚、本実施例では、−律補正値ＰＨ０３Ｍによっも、比
例操作量Ｐの増減補正を行うようにしたが、記憶補正値
として領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのマツプのみを備え
る構成であっても良（、この場合、学習が進行している
領域の領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの平均レベルを劣化
診断のためにのみ演算するようにすれば良い。

また、本実施例では、第１酸素センサ１６と第２酸素セ
ンサ１７との反転周期を比較することて、三元触媒１０
の劣−化を推定するようにしたが、触媒の劣化度合いを
示すパラメータを上記反転周期に限定するものてはない
。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、触媒式排気浄化装
置の上流側と下流側とにそれぞれ空燃比センサを設け、
上流側の空燃比センサの劣化による制御点のずれを補償
しつつ空燃比フィードバック制御を行わせるよう構成さ
れた空燃比制御装置において、補償限界を越える上流側
空燃比センサの劣化を触媒の劣化度合いに影響されずに
精度良く診断てきることから、この診断結果に基づいて
空燃比センサの交換を促すことなとかてき、劣化したま
まの空燃比センサか使用され続け、排気性状か悪化した
ままで運転されることを回避し得るという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック図、第２図は本発
明の一実施例を示すシステム概略図、第３図〜第７図は
それぞれ同上実施例における空燃比フィードバック制御
の様子を示すフローチャート、第８図は触媒劣化による
適正診断レベルの変化の様子を示す線図、第９図は三元
触媒の転換効率と空燃比との関係を示す線図である。 １・・・機関　　６・・・燃料噴射弁　　８・・・排気
マニホールド　　１０・・・三元触媒（触媒式排気浄化
装置）１２・・・コントロールユニット　　１６・・・
第１酸素セン゛す（第１の空燃比センサ）１７・・・第
２酸素センサ（第２の空燃比センサ） 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　　弁理士　　笹　島　富二雄 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装
   置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、機関吸入混
   合気の空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃度
   に感応して出力値が変化する第１及び第２の空燃比セン
   サと、 前記第１の空燃比センサの出力値に基づいて機関吸入混
   合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空
   燃比フィードバック制御手段と、前記第２の空燃比セン
   サの出力値による目標空燃比に対するリッチ・リーン検
   出に基づいて前記空燃比フィードバック制御手段におけ
   る制御操作量を増減補正する制御操作量補正手段と、 を含んで構成された内燃機関の空燃比制御装置において
   、 前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィー
   ドバック制御に関わるパラメータであって前記第１の空
   燃比センサの劣化度合いを示すパラメータと所定のスラ
   イスレベルとを比較して前記第１の空燃比センサの劣化
   を診断する劣化診断手段と、 前記劣化診断手段における所定のスライスレベルを触媒
   式排気浄化装置の劣化度合いを示すパラメータによって
   補正設定するスライスレベル補正手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制
   御装置における空燃比センサ劣化診断装置。
2. （２）前記劣化診断手段において、第１の空燃比センサ
   の劣化度合いを示すパラメータが、前記空燃比フィード
   バック制御手段による空燃比の増減補正周期と前記制御
   操作量補正手段による制御操作量の増減補正レベルとの
   少なくとも一方であることを特徴とする請求項１記載の
   内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化診
   断装置。
3. （３）前記スライスレベル補正手段における触媒式排気
   浄化装置の劣化度合いを示すパラメータが、第１の空燃
   比センサによるリッチ・リーン検出の反転周期と第２の
   空燃比センサによるリッチ・リーン検出の反転周期との
   比であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに
   記載の内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサ
   劣化診断装置。