JPH07166940A - 酸素センサモニタおよび片寄り補正を備えた燃料コントローラ - Google Patents

酸素センサモニタおよび片寄り補正を備えた燃料コントローラ

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JPH07166940A
JPH07166940A JP6240291A JP24029194A JPH07166940A JP H07166940 A JPH07166940 A JP H07166940A JP 6240291 A JP6240291 A JP 6240291A JP 24029194 A JP24029194 A JP 24029194A JP H07166940 A JPH07166940 A JP H07166940A
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fuel
engine
air
oxygen sensor
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JP6240291A
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English (en)
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Douglas R Hamburg
アール.ハンバーグ ダグラス
Nicholas G Zorka
ジー.ゾーカ ニコラス
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Ford Motor Co
Original Assignee
Ford Motor Co
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493Details
    • F02D41/1495Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン(11)への供給燃料を制御する電子燃
料制御システム(100) の入力の一つである排気ガス酸素
センサ(30)の劣化を検出し,劣化していればその出力を
補正して供給燃料の空燃比を理論値に近く保つことによ
り,排気ガス中の排出物の増加を防ぐ。 【構成】 エンジン(11)の排気ガス中の酸素含有量を検
出する酸素センサ(30)の,薄い空燃組成から濃い空燃組
成へ転換するための第1転換時間(t1-r ) と濃い空燃組
成から薄い空燃組成へ転換するための第2転換時間(t
r-1)の和である全転換時間(ttotal ) を測定し,所定の
範囲内にあるかどうかをチェックする。範囲内にあれ
ば,第1の転換時間と第2の転換時間の差が第2の所定
の範囲内にあるかどうかをチェックする。範囲内ならば
この酸素センサは有効に動作していると判定し,テスト
を終える。範囲外であればこの転換時間の差の関数とし
て補償値を算出し,空燃比を変える。このテストを所定
回繰り返しそれでも上記の差が第2の所定範囲内に入ら
なければ,この酸素センサを無効と判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は,内燃機関への燃料送
出を適応性があるように制御する方法および装置に関
し,更に詳しくは,その広い面で排他的にではないが,
酸素センサのある特性を検出し,この検出した特性に応
答してエンジンへの燃料の送出を変えるための装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】電子燃料制御システムは,エンジン要件
を変更に際し必要な燃料の量を正確に計量するために内
燃機関に多々使われている。そのようなシステムは,ス
ロットル角および空気と燃料の燃焼により生じた排気ガ
ス組成を含む多数のシステム入力に応じて燃焼のために
送出される燃料の量を制御する。
【0003】電子燃料制御システムは,主として空気と
燃料の比(A/F)を理論値にまたはそれに近く維持す
るように動作する。電子燃料制御システムは,例えば始
動,急加速,急減速,およびアイドリングのようなエン
ジンの状態によって多様なモードで動作する。主たる動
作モードは,閉ループA/F制御である。
【0004】閉ループA/F運転では,酸素センサによ
って排気ガス中の酸素を検出する。電子燃料制御システ
ムは,この酸素センサの出力に応じて送出する燃料の量
を調整する。空燃混合物が濃いこと(理論値以下の空燃
混合物)を示すセンサ出力は,送出する燃料の量を減ら
す結果となる。空燃混合物が薄いこと(理論値以上の空
燃混合物)を示すセンサ出力は,送出する燃料の量を増
やす結果となる。
【0005】酸素センサの経年度化により,その出力は
劣化する傾向がある。例えば,そのセンサは希薄指示か
ら濃厚指示に転換するのに長い時間かかるかもしれず,
逆もまた同じである。そのような劣化が検出されず,補
償されないと,この燃料コントローラがエンジンへ送出
する燃料は過剰か過少で、その結果,排気排出物は増す
だろう。従って,酸素センサの有効性を正確に決定する
方法が必要である。また,エンジンへ送出する燃料の量
を決定するときに,この酸素センサ出力の劣化を補償す
ることも必要である。
【0006】
【発明の概要】この発明の主な特徴によれば,とりわけ
劣化から生ずる酸素センサのバイアスを検出し,この検
出した酸素センサのバイアスに応じてエンジンへ送出す
る燃料の量を変える。この発明が意図するように,内燃
機関において点火用に空燃組成を計算するための燃料コ
ントローラは,この酸素センサが検出した,燃焼空燃組
成比の中の酸素含有量に応じてこの空燃組成に対する燃
料の量を計算する。この酸素センサの出力は燃料コント
ローラがバイアス用にチェックして,計算した燃料の量
をこの検出したバイアスに応じて変える。
【0007】この発明によれば,最初にこの酸素センサ
の薄い空燃組成から濃い空燃組成へ転換するための第1
転換時間と濃い空燃組成から薄い空燃組成へ転換するた
めの第2転換時間との和を含む全転換時間を決めること
によってこのバイアスを検出する。この全転換時間をそ
れが所定の範囲内にあるかどうか決めるために照合し,
もしそうなら,この第1転換時間と第2転換時間との差
を決める。もしこの全転換時間がこの所定の範囲外にあ
るならば,酸素センサ不作動状態をセットする。次に,
この転換時間の差を第2の所定の範囲と照合し,それが
この範囲外にあるならば,酸素センサ不作動状態をセッ
トする。もし,この差がこの範囲内なら,この計算した
燃料の量をこの検出したバイアスと一致する量だけ変え
る。
【0008】この発明は,特にある好ましい実施例にお
いて,酸素センサのある特性を検出することによってそ
のセンサの劣化によって起こる動作特性の変化を適応性
があるように補償し,エンジンへ送出する燃料の量を,
この劣化を補償するように変更するという利点を提供す
る。従って,酸素センサの劣化から生ずる排気排出物の
増加が最少になる。
【0009】この発明のこれらやその他の特徴および利
点は,以下のこの発明の好ましい実施例の詳細な説明を
考慮することによって,よりよく理解されよう。この説
明中,しばしば添付の図面を参照するだろう。
【0010】
【実施例】図1は,この発明の原理を具体化したシステ
ムを示す。燃料ポンプ12は,燃料タンク10から燃料
を燃料管路13を通して,内燃機関11の中へ燃料を噴
射する一組の燃料噴射装置14へ送る。燃料噴射装置1
4は,従来の設計のもので,それらの関連するシリンダ
へ燃料を正確な量で送るために配置されている。燃料タ
ンク10は,ガソリン,メタノール,または各種燃料の
組み合わせのような液体燃料を含むと都合がよい。
【0011】エンジン11の排気系に配置された加熱排
気ガス酸素(HEGO)センサ30は,このエンジン1
1が発生した排気ガスの酸素含有量を検出し,対応する
信号を電子エンジン制御装置(EEC)100に伝達す
る。この好ましい実施例はHEGO型酸素センサを使用
している。しかし,非加熱排気ガス酸素(EGO)セン
サまたは万能排気ガス酸素(UEGO)センサのような
他の形式の酸素センサを使用してもよい。触媒コンバー
タ32は,排気排出物を減少するために排気ガスのある
成分を化学的に変えるように作用する。全体を101で
示すさらに他のセンサは,クランクシャフト位置,角速
度,スロットル位置,等のようなエンジン動作について
の付加的情報をこのEEC100へ提供する。これらの
センサからの情報は,このEEC100が使ってエンジ
ン動作を制御する。
【0012】エンジン11の空気取り入れ口に配置され
た空気流量検出器15は,燃焼のためにこれらのシリン
ダに供給される空気の量を検出する。EEC100は図
1に点線100の中にブロック線図の形で示す機能を実
施する。このEEC100の機能は,一つ以上のマイク
ロコントローラで実施されるのが好ましく,それらのコ
ントローラは,各々プロセッサ,構成データおよびこの
プロセッサが実行するプログラムを記憶する読み出し専
用記憶素子(ROM),周辺データ取り扱い回路,並び
に動的に変化するデータを記憶するためのランダムアク
セス読み取り書き込み作業用記憶装置を提供する一つ以
上の集積回路から成る。これらのマイクロコントローラ
は,典型的にはセンサ等からのアナログ信号をディジタ
ルで表現した値に変えるために有用な内蔵アナログ・デ
ィジタル変換機能,ならびに時間を切った中断をするた
めのタイマ/カウンタを含む。
【0013】EEC100内のマイクロコントローラ
は,更に比例要素121,積分要素122,およびこの
比例要素と積分要素の出力を足すための加算器120か
ら成る比例足す積分(P- I)コントローラ107を含
む。コンパレータ124は,HEGO信号8を受け,こ
のHEGOセンサが理論値より濃い空燃比を示すとき+
1の値をもち,HEGOセンサが理論値より薄い空燃比
を示すとき−1の値をもつ2進HEGO信号131を発
生する。このP- Iコントローラは,2進HEGO信号
131に応答し,加算器123で修正され,信号線13
0を介してP- Iコントローラ107に伝達される。こ
のP- Iコントローラは,2進HEGO信号131に応
答して,相対A/F値の所望の変化を表すLAMBSE
と呼ばれる空燃フィードバック信号116を,燃料送出
値を計算しその結果の燃料送出値信号17を噴射装置1
4へ供給するさらなるコントロールモジュール129に
供給することによって噴射装置14によって送出される
燃料の量を制御する。
【0014】EEC100は,更に127に見られる空
燃調整機能,125に見られる酸素センサモニタ機能,
および126に見られる(A/F)バイアス発生機能を
実行する。このA/F調整機能は,制御線140を介し
て酸素センサ125から制御信号を受け,128に見ら
れる加算器を介してLAMBSEを調整する。酸素セン
サモニタ125は,一般的にA/Fフィードバック信号
LAMBSE,並びにセンサ信号51および52を介し
てHEGOセンサ30のある動作特性を周期的にモニタ
する。A/Fバイアス発生ブロック126は,補償項を
発生して酸素センサモニタ125が検出した作動特性に
応じて2進HEGO信号131を123で修正する。
【0015】基本燃料コントローラ129もエンジンセ
ンサ101からセンサ信号51および52を介してエン
ジン角速度(rpm)および正規化した空気流量(負
荷)に関するデータを受ける。これらの信号は,組合わ
さってこのエンジンの各シリンダへの予測空気充填値
(シリンダ空気充填値)を示す。この好ましい実施例
は,エンジン角速度と空気流量を使ってこのエンジンの
中へのシリンダ空気充填値の予測をなす。その代わり
に,マニホールド圧力とエンジン角速度の組み合わせの
ような,他の指示値を使ってこのエンジンの中へのシリ
ンダ空気充填値の予測をなすこともできる。
【0016】P- Iコントローラ107は,2進HEG
O信号131によって,それぞれこのHEGOセンサ3
0が理論値より上の酸素レベルを示すか下のレベルを示
すかによって,噴射装置14での燃料送出量を増すべき
か減らすべきかを決める。図2の(a)は,このP- I
コントローラ107を使った空燃コントロールシステム
によって生じた典型的な波形を示す。そのようなコント
ローラは,米国自動車技術協会の論文800826で
D.R.ハンバーグとM.A.シュルマンが記述してい
る形を取ってもよい。このコントローラ出力信号,LA
MBSEは,HEGOセンサ出力信号についての積分お
よび比例演算の和から得られ,それで図2の(a)に
“燃料コントローラ出力”と表示した時間に対して鋸歯
状波形の曲線を形成する。変数ttotal は,このコント
ローラ出力信号,LAMBSEが1サイクルを完了する
ために要する時間を示す。この時間は,この波形の周波
数の逆数の項で表してもよい。そこで限界サイクル周波
数と呼び,これは燃料指示信号が変わる周波数である。
【0017】図2の(b)に“エンジン排気A/F”と
表示した曲線は,このセンサでの排気ガスの酸素含有量
の時間に対する変動を示す。燃料コントローラ出力曲線
と図2の(b)の“排気A/F”曲線の両方ともA/F
の増加(濃厚さの減少)がグラフ上で正の方向の増加に
よって表されるようにプロットされている。この排気A
/F曲線はエンジンを通る時間遅延の為に燃料コントロ
ーラ出力に関して時間が変位していることに注意を要す
る。
【0018】図2の(c)に“HEGOセンサ出力”と
表示した曲線は,エンジンA/Fに応じた時間に対する
HEGOセンサ出力を示す。A/Fの減少が正の方向の
増加によって表されるようにプロットされたこの曲線
は,このHEGOセンサに関する転換時間遅延を示す。
特に,tr-1 はこの酸素センサが最大濃厚指示から最大
希薄指示まで転換するに要する時間で,t1-r はこのセ
ンサが最大希薄指示から最大濃厚指示間で転換するため
に要する時間である。このセンサの全転換時間(t
total )は,tr-1 とt1-r の和として定義される。
【0019】以下に説明するように,この発明の好まし
い実施例は,エンジンの実際の作動限界サイクル周波数
を測定することによって容認しがたく長い転換時間のH
EGOセンサを排除する。もしこのHEGOセンサの全
転換時間が容認できるなら,次にこのセンサを更にチェ
ックしてこの測定した限界サイクル周波数でA/Fを外
部から調節することによって,このセンサに希薄から濃
厚および濃厚から希薄までの転換時間の間に許容できる
差があるかどうかを決める。この測定した限界サイクル
周波数でA/Fを調節することは,もしこの調節周波数
をエンジンの作動条件に関係なく一定に保ったときよ
り,欠陥のある酸素センサに都合よく高い感度を与え
る。
【0020】図3の(a)は,この発明の好ましい実施
例の一般的動作を示す流れ線図である。EEC100が
暖機したエンジンを閉ループA/F制御で運転し,エン
ジンの1分間回転数と負荷がある範囲にあるとき,20
1で,このエンジンが始動する度毎に少なくとも1度モ
ニタテストが始まる。この発明の好ましい実施例は,こ
のエンジン負荷をこのエンジンの正規化した空気流量か
ら決めるが,他の手段を使ってもよい。202で,ルー
プカウンタを初期化する。このループカウンタは,完全
なモニタ/補正処理を行うステップの回数を制御する。
この完全なモニタ/補正処理は,HEGOセンサの状態
の正確な指示を出すために都合よく4回行われる。
【0021】このエンジンの1分間回転数と負荷は,そ
れらがこのモニタテストに必要な所定の範囲内にあるこ
とを保証するために203と204でチェックされ,記
憶される。図3の(a- c)の212,232,235
および238で行われるテストから分かるように,これ
らのパラメータは,このテストの結果の正確さを保証す
るためにこのモニタテスト全体を通じて定期的にチェッ
クされる。検出したパラメータは,コントローラ100
内に含まれるメモリに記憶される。もしパラメータのど
れかが指定の範囲を超え,テストを中止したなら,これ
らのパラメータはEEC100によって定期的にチェッ
クされ,これらのパラメータが各々それぞれの指定され
た範囲内にあるときはテストを再開する。
【0022】205で,酸素センサテストを行う。上述
のように,このテストは,HEGOセンサの有効性を確
認するために都合よく2段階のテストを行う。図3の
(b)は,図3の(a)の205に示した酸素センサテ
ストで行われるステップを示す。最初に,前述のよう
に,エンジンの回転数と負荷が203で測定したときと
同じ範囲内にあることを保証するためにそれらをチェッ
クする。もしそうでなければ,この酸素センサテストを
中断し,モニタテストを再開する。もしこのエンジンの
回転数と負荷が指定の範囲内にあるならば,このHEG
Oセンサの全転換時間が増したかどうかを確認するため
に213で限界サイクル周波数を測定する。これを行う
ために,この測定した限界サイクル周波数が,閾値を選
ぶことによって作られた特定の所定の限界サイクル周波
数範囲内にあるかどうかを確認するために214でそれ
をチェックする。この閾値は,エンジンの回転数の関数
であることが好ましく,もしこのHEGOセンサが完全
であれば存在する,即ち転換時間ゼロの限界サイクル周
波数の特定の小部分に選ぶ。この好ましい実施例では,
この閾値は,もしこのHEGOセンサが完全であれば存
在する限界サイクル周波数の75%に選ぶ。もしこの測
定した限界サイクル周波数がこの閾値以下であるなら
ば,それはこのHEGOセンサの全転換時間が増し,限
界サイクル周波数を減らしたからだろう。そのような場
合,HEGOセンサは欠陥があると決定され,EEC1
00内に酸素センサ欠陥状態がセットされ,それが内蔵
診断誤動作表示灯を点灯させる。それでこの酸素センサ
テストは終わりである。
【0023】図4の(a)は,HEGOセンサ全転換時
間が限界サイクル周波数についてもつ効果を示す。七つ
の異なる値のHEGOセンサ全転換時間(以下の表にミ
リセカンド(ms)で示す)に対して種々のエンジンの
回転数に対しプロットした限界サイクル周波数のヘルツ
での値を示すこの図は,典型的エンジンのコンピュータ
モデルから得た。参照番号507−513で示す曲線は
以下のHEGOセンサ全転換時間に対応する。 曲線参照番号 HEGOセンサ全転換時間(ms) 507 60 508 100 509 140 510 180 511 200 512 400 513 600 図4の(a)から分かるように,典型的全転換時間60
msのほぼ完全なセンサに対する限界サイクル周波数は
1600rpmで1. 7Hzである。もしこのHEGO
センサの全転換時間が180msに増加するようにそれ
が劣化したなら,1600rpmでの限界サイクル周波
数は1. 25Hzに低下するだろう。完全なHEGOセ
ンサより約25%低いそのような限界サイクル周波数
は,図3の(b)の214に示したテストで所定の範囲
の外にあるだろう。そのような低い限界サイクル周波数
は,過渡A/F応答時間の減少と限界サイクルA/F振
幅の増加により排気排出物質を増加する結果となるため
に望ましくない。従って,この発明の好ましい実施例
は,そのようなセンサは欠陥があると判定し,図3の
(b)の217で酸素センサ不作動状態をセットする。
【0024】もし測定した限界サイクル周波数が所定の
範囲内にあるなら,即ち完全なセンサの限界サイクル周
波数の75%の閾値より大きいなら,215で示すよう
に濃厚から希薄へおよび希薄から濃厚への転換時間の間
の差を決めることによって,このセンサを更にチェック
する。以下の議論は,酸素センサの有効性を決めるこの
第2ステップの必要性と利益を説明する。
【0025】先に説明したように,酸素センサの全転換
時間ttotal は,希薄から濃厚への転換時間t1-r と濃
厚から希薄への転換時間tr-1 の和を含む。もしt1-r
とt r-1 が等しくないなら,このエンジンの閉ループA
/Fにその結果生ずるシフトまたはバイアスがあるだろ
う。この現象を図4の(b)に示し,その図は濃厚から
希薄および希薄から濃厚への転換時間の間にミリセコン
ド(ms)で次の差のあるHEGOセンサについてエン
ジンの回転数に対してこの閉ループA/Fの平均値をプ
ロットしたものである。
【表1】 図4の(b)に示すように,もしこのHEGOセンサが
劣化しtr-1 とt1-r の差が曲線501のゼロmsから
曲線502の20msへ増加したなら,その結果この閉
ループA/Fの平均値に生ずるシフトまたはバイアス
は,3200rpmで0. 02A/F(14. 72−1
4. 0)だろう。典型的な触媒コンバータが高い変換効
率を与えるウインドウは幅約0. 03A/Fに過ぎない
ので,tr-1とt1-r の差20msがこのHEGOセン
サの最大許容劣化と考えられる。図4の(b)の曲線5
02は、20msの差を有するセンサは、低回転で0.
02以下のA/Fのずれすなわちバイアスを与えること
を示している。しかし,エンジンの回転数は米国連邦テ
スト手順(FTP)のテストサイクルを上回って運転す
るとき広く変動するだろうから,tr-1 とt1-r の許容
差を指定するために最大期待値(図4の(b)で320
0rpm)を使用した。
【0026】この発明のこの好ましい実施例HEGOセ
ンサの有効性を正確に表示するために濃厚から希薄およ
び希薄から濃厚への転換時間の間の差がたった20ms
のオーダに対応するバイアスをもつセンサを都合よく検
出する。図3の(c)は,転換時間の差を決めるために
取られるステップを示す。先に議論したように,エンジ
ンの回転数と負荷を232,235および238でチェ
ックして,このエンジンがモニタテストを始めたときと
同じ範囲内で運転していることを保証する。空燃フィー
ドバック信号LAMBSEの平均値を所定の時間間隔に
わたって233で測定する。次にこの測定した値を実際
のエンジン運転1分間回転数と共にEEC100のメモ
リに記憶する。
【0027】次に空燃フィードバック信号LAMBSE
を236で,213で測定した限界サイクル周波数で,
および好ましくはこの指示した空燃比でピーク間変動が
約10%になるように選んだ振幅で調整する。
【0028】この調整をしてから,この新しいLAMB
SEの平均値を237で測定し,LAMBSEの記憶し
た(元の)値とLAMBSEの調整した値との間の差を
計算する。このLAMBSEの差は,HEGOセンサの
濃厚から希薄および希薄から濃厚への転換時間の間の差
(DELTA)を決めるために記憶したエンジンの1分
間回転数と共に239で使う。(LAMBSEの差とエ
ンジンの1分間回転数からDELTAを決める方法は後
に説明する。)次にこのDELTAの値を240で所定
の値DELTAMAXと比較する。(前に記したよう
に,センサが劣化しても触媒のウインドウの中に留まる
ためにはHEGOセンサの濃厚から希薄および希薄から
濃厚への転換時間の間の最大許容差は20msと考えら
れるので,DELTAMAXの典型的な値は20msで
ある)。
【0029】もし240でDELTAがDELTAMA
Xより大きいなら,以下に説明するように,242でこ
の燃料送出値を変えるための補償項が発生し,EC10
0の不揮発性メモリに記憶される。次に252でループ
カウンタが進められ,253でチェックされる。もし図
3の(a)の201で始まったこのループがN回を超え
たら,このHEGOセンサは不作動と考えられる。それ
で254でセンサ不作動状態をセットし,このテストは
255で終わる。劣化したHEGOセンサを正確に補償
するために,全体を図3の(a)に示し,詳細なステッ
プを図3の(b)と(c)に示すモニタテストを都合よ
く数回(N=4)行う。このモニタテストの回数は,完
全に壊れたかまたは補償値を使ってこの片寄ったA/F
誤差を正確に補正することができない程度に壊れたセン
サを補償しようとする補償値を発生させないために,4
に限定される。
【0030】もし240でDELTAがDELTAMA
Xより小さいなら,このHEGOセンサは動作してい
て,それ以上の補償の変更またはA/Fバイアス項を必
要としない動作特性をもつと考えられる。従って,24
1で図3の(a)に始まったこのモニタテストは終わ
る。
【0031】239でDELTAを決めることは,LA
MBSEの調整しない値(233で測定)とLAMBS
Eの調整した値(237で測定)の間の差はDELTA
とエンジンの回転数に依るという事実に基づく。LAM
BSEの差をDELTAとエンジンの回転数に関係づけ
る関数はEC100に記憶され,典型的なエンジンのコ
ンピュータモデルから求めた図4の(c)に示す曲線に
含まれるようなデータから求められる。図4の(c)
は,濃厚から希薄へおよび希薄から濃厚への転換時間の
異なる組み合わせに対してエンジンの1分間回転数の関
数としてプロットしたLAMBSEの変化(無調整から
調整へ)を示す。この転換時間は,濃厚から希薄へおよ
び希薄から濃厚への差(DELTA)と共に,以下の表
に曲線参照番号を左側の欄につけて示す。
【表2】 DELTAの決定は,図4の(c)に示すようなデータ
から,単にLAMBSEの測定した変化(調整による)
とエンジンの回転数に対応する転換時間差を見つけるこ
とによって得られる。例えば,調整によるLAMBSE
の測定した変化0. 0125で,エンジンの1分間回転
数は1600rpmとする。もしこれらの値を図4の
(c)に適用するなら,40msの値が得られるだろう
(曲線516から)。この発明の好ましい実施例は,1
600rpmでのそのような変化は対応するDELTA
MAX値の外にあると決定し,従って酸素センサ不作動
状態をセットするだろう。
【0032】HEGOセンサの有効性を決定するために
それをモニタすることに加えて,この発明の好ましい実
施例はこのモニタ手順の結果も利用して,劣化した酸素
センサから生ずる燃料流の不正確さを都合よく補正する
方法で,このエンジンへの燃料流を変える。EC100
が差値DELTAを利用して,劣化したHEGOセンサ
から生ずる燃料流の誤差,即ち閉ループA/F片寄り誤
差を補償またはバイアスする際に使う回転数に対するA
/Fバイアスの関数である補償項を発生する。この好ま
しい実施例は,EC100のメモリに記憶されたデータ
を都合よく利用してそのような項を発生する。
【0033】図4の(d)は,この補償項を発生するた
めに使う種類のデータをグラフで示す。図4の(d)に
必要なA/Fバイアス,即ちこのA/Fを理論値に等し
くするために必要なバイアスがDELTAの種々の値に
対してエンジンの1分間回転数の関数としてプロットさ
れている。曲線521,522,523,524および
525はそれぞれつぎのDELTAの値を表す。即ち,
100ms,80ms,60ms,40ms,および2
0ms。EC100はそのようなデータを使って与えら
れたDELTAとエンジンの1分間回転数での補償項を
決定する。
【0034】この補償項の演算は,図1で見ることがで
きる。126のA/Fバイアス発生ブロックで発生した
補償項は,123で比較器124の出力に加えられる。
比例・積分(P- I)フィードバックコントローラ10
7は,エンジンA/Fをこのコントローラへの入力13
0にゼロに等しい平均値をもたせるような値にするまで
動作する。もし信号線115を介して123に加えられ
るこのA/Fバイアス,または補償項がゼロにセットさ
れると,このP- Iコントローラへの入力は,完全に比
較器124の出力から供給される。完全なHEGOセン
サで,EC100が正常な限界サイクル振動モードで動
作しているとき,この比較器の出力131は50%の時
間+1で,50%の時間−1(50%のデューティサイ
クル)だろう。そのようなデューティサイクルは,平均
A/Fが理論値に等しいときに対応する。このバイアス
または補償項が123でP- Iコントローラ入力に加え
られるとき,このコントローラは,濃厚から希薄へおよ
び希薄から濃厚への振動に対し等しくない積分速度を生
ずることによって応答する。これは,次に,このコント
ローラへの入力を平均値ゼロに維持するためにエンジン
A/Fをシフトさせる。これが起こるようにするため
に,比較器の出力信号のデューティサイクルは,バイア
スの変化に対応して変わる。従って,A/Fが理論値に
等しいとき比較器の出力のデューティサイクルが50%
でないように,濃厚から希薄へおよび希薄から濃厚への
転換時間が等しくなく,このセンサへの入力が50%の
デューティサイクルで振動するHEGOセンサにおい
て,この好ましい実施例はバイアスを調整して平均A/
Fを理論値に等しくする。
【0035】図3の(a- c)に示すステップはエンジ
ンを始動する度に行うのが好ましい。従って,酸素セン
サモニタステップを前のモニタ/補正サイクルから求め
たA/Fバイアス値を適用して行う場合が起きるかもし
れない。そのような場合,もしモニタステップが不作動
センサを検出したなら,このモニタステップから生じた
A/Fバイアスはもう適用されない。そうではなくて,
既存のA/Fバイアスは除去され,モニタおよび補正ス
テップが再び行われ,その結果の新しいA/Fバイアス
値が適用される。
【0036】図5の(a)は,この発明の代替実施例を
示し,それは,触媒作用を受けた燃焼生成物を示す触媒
後フィードバック信号を信号線613を介してEC10
0に伝えてフィードバックループを作る触媒後フィード
バック酸素センサ603を利用する。そのような実施例
では,この後フィードバックループは開かれ,線613
を介して伝達される信号は単一値にセットされ,または
図3の(a−c)に示すテスト中にゼロにリセットされ
て,この触媒後フィードバック信号が図1で30に示し
たような触媒前フィードバック酸素センサによって生じ
た空燃比の片寄りを“遮蔽すること”を防ぐ。
【0037】図5の(a)に示す実施例において,LA
MBSEの元の測定値とLAMBSEの調整した値との
差に基づく触媒前センサを拒否する基準は,触媒後フィ
ードバックルの動的補正範囲と矛盾がない方法でゆるめ
てもよい。それで,もし図3の(a−c)に示すステッ
プを図5の(a)に示す実施例に適用するなら,DEL
TAMAX値を先に記した20msから40msのよう
な高い値に増すことができる。
【0038】図5の(b)は,複式触媒前フィードバッ
ク酸素センサ501および602を示し,それらは,機
能は図1に示すHEGOセンサ30と類似で,複シリン
ダバンクを備えたV型エンジンの各バンクに設けてもよ
い。これらのセンサは,各々信号線511および612
を介してEC100に触媒作用を受ける前の燃焼生成物
を表す信号を伝え,各センサはフィードバックループを
形成する。そのような実施例では,図3の(a−c)に
示すステップは,各センサに個々に適用する。各センサ
に関連するフィードバックループは,別々に扱われ、そ
れでそれ自身の調整を受け,その後のLAMBSEシフ
トを決定される。
【0039】当業者には,この発明の実施例は,両触媒
前酸素センサ501および602と共に触媒後フィード
バック酸素センサ603を組み込んでもよいことが分か
るだろう。
【0040】説明した特定の機構および技術はこの発明
の原理の一つの応用の単なる例示に過ぎないことを理解
すべきである。記述した方法および装置にこの発明の真
の精神および範囲を逸脱することなく多数の変更をなす
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関とこの発明を具体化した電子燃料制御
システムの模式図である。
【図2】(a)から(c)は,それぞれ空燃制御システ
ムの出力,エンジン排気の中の対応するA/Fおよびこ
の排気A/Fに応答する酸素センサの出力を示すグラフ
である。
【図3】(a)から(c)は,この発明の好ましい実施
例の動作を示す流れ線図である。
【図4】(a)から(d)は,エンジンの1分間回転数
の関数としての種々のエンジン制御システムパラメータ
の変動を示すグラフである。
【図5】(a)から(b)は,この発明の好ましい実施
例に使うことができる排気システムの線図である。
【符号の説明】
11 エンジン 30 酸素センサ 32 触媒コンバータ 100 燃料コントローラ 501 触媒前酸素センサ 602 触媒前酸素センサ 603 触媒後酸素センサ LAMBSE 空燃フィードバック信号平均値 t1-r 希薄空燃組成から濃厚空燃組成への転換時間 tr-1 濃厚空燃組成から希薄空燃組成への転換時間 ttotal 全転換時間

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関(11)内での点火のために空
    燃組成を計算するための燃料コントローラ(100)で
    あって,点火した空燃組成物の酸素生成物を検出する酸
    素センサ(30)に応答して,上記空燃組成に対する燃
    料の量を計算するための手段,上記酸素センサに応答し
    て上記酸素センサのバイアスを検出するための手段,お
    よび上記バイアスに応答して上記燃料の計算した量を変
    えるための手段を含むコントローラ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載する燃料コントローラに
    おいて,この酸素センサが,薄い空燃組成から濃い空燃
    組成へ転換するための第1転換時間(t1-r) と濃い空
    燃組成から薄い空燃組成へ転換するための第2転換時間
    (tr-1 )を含む全転換時間(ttotal )を有すること
    を特徴とし,更に上記バイアスを表す上記第1転換時間
    と上記第2転換時間との差を有することを特徴とし,こ
    の上記バイアスに応答して上記燃料の計算した量を変え
    るための手段が,上記第1転換時間と上記第2転換時間
    との差を決定するための第1手段,および上記第1手段
    に応答して上記燃料の計算した量を変えるための第2手
    段を含むコントローラ。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載する燃料コントローラに
    おいて,上記バイアスに応答して上記燃料の計算した量
    を変えるための手段が,上記センサの全転換時間を決定
    するための第3手段を含み,上記第1手段および第2手
    段が上記第3手段に応答するコントローラ。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載する燃料コントローラに
    おいて,この第3手段が,限界サイクル周波数をもつこ
    とを特徴とし,および閉ループの形の制御の下で上記エ
    ンジンを運転するための手段,上記限界サイクル周波数
    を検出するための手段,ならびに上記限界サイクル周波
    数の関数として全転換時間を決めるための手段を含むコ
    ントローラ。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載する燃料コントローラに
    おいて,この第1手段が,上記空燃組成を変えるために
    上記酸素センサに応答する空燃フィードバック信号の平
    均値(LAMBSE)を所定の時間間隔にわたって測定
    するための手段,上記空燃フィードバック信号の上記平
    均値をメモリに記憶するための手段,このエンジン空燃
    フィードバック信号を所定の振幅および上記測定した限
    界サイクル周波数にほぼ等しい周波数で調整するための
    手段,上記調整した空燃フィードバック信号の平均値を
    測定するための手段,および上記調整した空燃フィード
    バック信号と上記記憶したフィードバック信号との差を
    決め,上記差を使って上記酸素センサの第1転換時間と
    第2転換時間との差を決めるための手段を含むコントロ
    ーラ。
  6. 【請求項6】 空燃組成物をエンジンに送出し,限界サ
    イクル周波数をもつことを特徴とする制御手段(10
    0)を含む内燃機関(11)の酸素センサ(30)をモ
    ニタする方法であって,上記エンジンが生成した排気ガ
    スの酸素含有量を検出する酸素センサ用の,希薄から濃
    厚への転換時間(t1-r )と濃厚から希薄への転換時間
    (tr-1 )を含む全転換時間(ttotal )を決めるステ
    ップ,この全転換時間を第1範囲と照合し,この転換時
    間が上記範囲外にあるならば,酸素センサ不作動状態を
    セットするステップ,そうでなければ上記希薄から濃厚
    への転換時間と濃厚から希薄への転換時間との差を決め
    るステップ,およびこの差を第2範囲と照合し,この差
    が上記第2範囲外にあるならば,酸素センサ不作動状態
    をセットするステップを含む方法。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載する方法であって,上記
    方法中に上記エンジンが所定の運転範囲内で運転してい
    るかどうかを定期的に決定する付加的ステップを含む方
    法。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載する方法において,上記
    エンジンが所定の運転範囲内で運転しているかどうかを
    定期的に決定するステップが,上記エンジンの運転速度
    および上記エンジンへの空気流量を検知するステップ,
    上記エンジン速度および上記空気流量が,それぞれ所定
    のエンジン速度範囲および所定の空気流量範囲内にある
    かどうかを決めるために,上記エンジン速度および上記
    空気流量を所定の値と比較するステップ,並びに上記エ
    ンジン速度が所定のエンジン速度範囲内にあり,上記空
    気流量が所定の空気流量範囲内にあるならば,上記エン
    ジンが所定の運転範囲内で運転していると決めるステッ
    プを含む方法。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載する方法において,上記
    所定の限界サイクル周波数範囲が上記エンジンの上記運
    転速度の関数である方法。
  10. 【請求項10】 請求項6に記載する方法において,上
    記第1転換時間と上記第2転換時間との差を決めるステ
    ップが,空燃フィードバック信号の平均値を所定の時間
    間隔にわたって測定するステップ,上記空燃フィードバ
    ック信号の上記平均値をメモリに記憶するステップ,こ
    のエンジン空燃フィードバック信号を所定の振幅および
    上記測定した限界サイクル周波数にほぼ等しい周波数で
    調整するステップ,上記調整した空燃フィードバック信
    号の平均値を測定するステップ,および上記調整した空
    燃フィードバック信号と上記記憶したフィードバック信
    号との差を決め,上記差を使って上記酸素センサの第1
    転換時間と第2転換時間との差を決めるステップを含む
    方法。
  11. 【請求項11】 請求項6に記載する方法であって,更
    に上記転換時間差の関数として補償係数を発生するステ
    ップ,および上記空燃組成に対する上記燃料の量を上記
    補償係数の関数として計算するステップを含む方法。
  12. 【請求項12】 請求項11に記載する方法において,
    前記エンジンが更に触媒コンバータ(12)を含み,こ
    の酸素センサが触媒作用を受ける前の排気ガスに曝され
    るように配置されている方法。
  13. 【請求項13】 請求項11に記載する方法において,
    このエンジンが更に複数のシリンダバンクと各シリンダ
    バンクに対応する酸素センサを含み,上記酸素センサテ
    ストが上記バンクの各々について個々に行われる方法。
  14. 【請求項14】 請求項12に記載する方法において,
    このエンジンが更に触媒後酸素センサ(603)を含
    み,上記センサが触媒作用を受けた後の排気ガスに曝さ
    れるように配置されている方法。
  15. 【請求項15】 請求項13に記載する方法において,
    上記差を所定の第1転換時間差値と比較するステップが
    上記差を所定の第1転換時間差値の代わりに第2転換時
    間差値を使う方法。
  16. 【請求項16】 請求項15に記載する方法において,
    このエンジンが更に触媒後フィードバックループを含
    み,この触媒後フィードバックループが動的補正範囲を
    もつことを特徴とし,上記所定の第1転換時間差値と上
    記所定の第2転換時間差値との差が上記動的補正範囲の
    関数である方法。
  17. 【請求項17】 請求項12に記載する方法において,
    このエンジンが更に上記エンジンによって生成された上
    記排気ガスを上記触媒コンバータへ移送するための少な
    くとも2本の排気管,および上記触媒コンバータからの
    上記排気ガスを移送するための単一触媒後排気管を含
    み,このエンジンが更に上記排気管の各々に対応する酸
    素センサ(501,602,603)を含む方法。
  18. 【請求項18】 内燃機関であって,上記エンジンに空
    燃組成物を送出するための手段,上記エンジンが生成し
    た排気ガスの酸素含有量を検出する酸素センサ(3
    0),および上記酸素センサが検出した燃焼ガスの酸素
    含有量に応答して,上記空燃組成に対する燃料の量を計
    算するための手段を含み,上記酸素センサは薄い空燃組
    成から濃い空燃組成へ転換するための第1転換時間(t
    1-r )と濃い空燃組成から薄い空燃組成へ転換するため
    の第2転換時間(tr-1 )を有することを特徴とし,上
    記エンジンが更にこの酸素センサの第1転換時間と第2
    転換時間との差を決める方法を含むエンジンにおいて,
    この方法が,限界サイクル周波数をもつことを特徴とす
    る,閉ループの形の制御の下で上記エンジンを運転する
    ステップ,上記エンジンが所定の運転範囲内で運転して
    いるかどうかを決めるために複数のエンジン運転パラメ
    ータをチェックするステップ,並びにもし上記エンジン
    が所定の運転範囲内で運転しているなら,この限界サイ
    クル周波数を測定するステップ,空燃フィードバック信
    号の平均値(LAMBSE)を所定の時間間隔にわたっ
    て測定するステップ,上記空燃フィードバック信号の上
    記平均値をメモリに記憶するステップ,このエンジン空
    燃フィードバック信号を所定の振幅および上記測定した
    限界サイクル周波数にほぼ等しい周波数で調整するステ
    ップ,上記調整した空燃フィードバック信号の平均値を
    測定するステップ,および上記調整した空燃フィードバ
    ック信号と上記記憶したフィードバック信号との差を決
    め,上記差を使って上記酸素センサの第1転換時間と第
    2転換時間との差を決めるステップを含む方法。
  19. 【請求項19】 請求項18に記載する方法において,
    上記差が上記エンジンの運転速度の関数である方法。
  20. 【請求項20】 請求項18に記載する方法であって,
    上記転換時間差が所定の値を超えたならば酸素センサ不
    作動状態をセットする付加的ステップを含む方法。
JP6240291A 1993-10-04 1994-10-04 酸素センサモニタおよび片寄り補正を備えた燃料コントローラ Pending JPH07166940A (ja)

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