JPH10110646A - 内燃機関における酸素センサの劣化診断装置 - Google Patents
内燃機関における酸素センサの劣化診断装置Info
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- JPH10110646A JPH10110646A JP8262688A JP26268896A JPH10110646A JP H10110646 A JPH10110646 A JP H10110646A JP 8262688 A JP8262688 A JP 8262688A JP 26268896 A JP26268896 A JP 26268896A JP H10110646 A JPH10110646 A JP H10110646A
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Abstract
に基づいて精度良く診断する。 【解決手段】触媒上流側の第1酸素センサの出力に基づ
き、比例・積分制御によって空燃比をフィードバック制
御する一方、触媒下流側の第2酸素センサの出力に基づ
いて前記比例制御に用いる比例定数を補正する。ここ
で、第1酸素センサの出力の周期Tを計測し(S3)、
計測された周期を機関負荷Tp及び機関回転速度Neに
応じて補正する(S5)。一方、第2酸素センサの出力
に基づき設定される比例定数の補正値PHOSに応じて、前
記周期Tと比較させる判定値を補正する(S10)。そし
て、前記周期Tの平均値(S8)と前記補正された判定
値とを比較して、第1酸素センサの応答劣化を診断する
(S11〜S13)。
Description
素センサの劣化診断装置に関し、詳しくは、空燃比のフ
ィードバック制御中における酸素センサの検出信号の周
波数に基づいて、酸素センサの応答劣化を診断する技術
に関する。
ィードバック制御において、酸素センサの検出信号の周
波数に基づき、酸素センサの応答劣化を診断する方法が
知られている(特開昭61−192832号公報等参
照)。また、触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素セ
ンサを設け、上流側の酸素センサからの検出信号に基づ
き空燃比フィードバック制御を行わせる一方、下流側の
酸素センサからの検出信号に基づいて前記空燃比フィー
ドバック制御における制御定数(例えば比例定数)を変
更する空燃比制御装置が提案されている(特開昭62−
147034号公報等参照)。
に触媒の下流側に設けられる酸素センサの検出信号に基
づき比例定数などの制御定数を変更する構成の場合、上
流側の酸素センサの検出信号の周波数が、前記制御定数
の変更に影響されて変化し、上流側の酸素センサの周波
数に基づく劣化診断の精度が低下してしまう惧れがあっ
た。
あり、空燃比フィードバック制御に用いる制御定数が変
更されても、周波数に基づく劣化診断の信頼性が低下す
ることを回避できるようにすることを目的とする。
の発明は、図1に示すように構成される。図1におい
て、空燃比フィードバック制御手段は、排気通路に設け
られた酸素センサからの検出信号に基づいて燃焼混合気
の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。
ドバック制御手段における制御定数を変更する。一方、
周波数検出手段は、前記空燃比フィードバック制御手段
によるフィードバック制御中に、前記酸素センサからの
検出信号の周波数を検出する。そして、劣化診断手段
は、周波数検出手段で検出された周波数と判定値とを比
較して、前記酸素センサにおける劣化の有無を判定す
る。
手段で変更される制御定数に応じて、劣化診断手段にお
ける判定値を補正する。上記構成において、酸素センサ
の検出信号の周波数が応答劣化によって減少変化してい
ることを、初期状態の酸素センサで得られる周波数に基
づいて設定される判定値と、実際に検出された周波数と
を比較することで判別するが、前記周波数が、制御定数
の変更に影響されて変化することに対応して、前記判定
値を補正する構成としてある。
ことができるので、判定値との比較においても周期を用
いる構成であっても良い。請求項2記載の発明では、前
記判定値補正手段に代えて、前記制御定数変更手段によ
り変更される制御定数の基本値からのずれが所定値以上
であるときに、前記劣化診断手段における判定を停止さ
せる判定停止手段(図1中点線示)を設ける構成とし
た。
に大きく変更したときには、これに影響されて周波数も
大きく変化することになって、劣化による周波数の変化
と区別することができなくなるので、制御定数の変更が
小さいときにのみ診断を行わせ、制御定数の変更が所定
値以上に大きなときには、診断を停止させる。尚、制御
定数の基本値からのずれが所定値未満であるときに、変
更される制御定数に応じて判定値を補正させて、診断を
行わせることが好ましい。
が排気通路に介装された触媒の上流側に設けられる一
方、前記触媒の下流側に第2の酸素センサを備え、前記
制御定数変更手段が、前記第2の酸素センサからの検出
信号に基づいて前記制御定数を変更する構成とした。前
記触媒下流側に設けられる第2の酸素センサは、触媒上
流側に設けられる酸素センサ(第1の酸素センサ)の出
力特性のばらつきを補償するために設けられるものであ
り、第2の酸素センサで検出される空燃比が目標空燃比
になるように制御定数を変更することで空燃比制御点の
修正を図る。
ードバック制御手段が、比例・積分制御によって燃焼混
合気の空燃比をフィードバック制御する構成であり、前
記制御定数変更手段が、前記比例・積分制御における比
例定数を変更する構成とした。前記第2の酸素センサの
検出信号に基づいて比例定数を変更する場合には、リッ
チ化方向の比例定数を減少させた分だけリーン化方向の
比例定数を増大させることで制御点をリーン側に修正
し、逆に、リーン化方向の比例定数を減少させた分だけ
リッチ化方向の比例定数を増大させることで制御点をリ
ッチ側が修正することが行われるが、このようにして前
記比例定数のバランスを変更することで周波数が変化す
る。
手段で検出された周波数を、少なくとも機関回転速度に
応じて補正設定する周波数補正手段を設ける構成とし
た。空燃比フィードバック制御の周波数は、排気流速に
強く影響されるため、排気流速に相関が強い機関回転速
度に応じて周波数を補正設定することで、機関回転速度
の変化による周波数の変動を除外して、応答劣化による
周波数の低下を診断し得る。ここで、機関回転速度と共
に機関負荷に応じて周波数を補正設定する構成としても
良いが、機関負荷により酸素センサの温度が変化して周
波数が変化する程度であり、機関回転速度の方が周波数
に与える影響が大きく、補正による効果が大きい。
の活性状態を判定する活性判定手段を備え、前記劣化診
断手段が、前記活性判定手段により前記酸素センサの活
性状態が判定されているときにのみ、前記周波数に基づ
く劣化診断を行う構成とした。酸素センサの非活性状態
では応答性が低下し、劣化による応答性の低下と区別が
できなくなってしまうので、活性化してから診断を行わ
せる構成とした。
手段が、計測された周波数の平均値を演算し、劣化診断
手段が前記周波数の平均値に基づいて劣化診断を行う構
成とした。かかる構成によると、瞬間的な周波数の変化
ではなく、継続的な周波数のシフトに基づいて、劣化診
断を行わせることになる。
ィードバック制御における制御定数の変更に伴う周波数
の変化があっても、劣化による周波数の変化と区別し
て、酸素センサの応答劣化を精度良く診断できるという
効果がある。請求項2記載の発明によると、空燃比フィ
ードバック制御における制御定数の変更に伴う周波数の
変化に基づいて酸素センサの応答劣化が誤診断されるこ
とを未然に防止できるという効果がある。
に設けた酸素センサによって上流側酸素センサの出力特
性のばらつき等を補償して、高精度な空燃比制御を実現
しつつ、上流側酸素センサの応答劣化を誤診断なく行わ
せることができるという効果がある。請求項4記載の発
明によると、比例・積分制御によって空燃比フィードバ
ック制御が行われる構成において、比例定数の変更によ
る制御周波数の変化があっても、酸素センサの応答劣化
が誤診断されることを防止できるという効果がある。
度の変化による周波数の変動を除外して、劣化による周
波数の変化を精度良く判定させることができるという効
果がある。請求項6記載の発明によると、酸素センサの
非活性による低い周波数を、酸素センサの応答劣化に因
るものとして誤診断することを回避できるという効果が
ある。
間的な低下を、酸素センサの応答劣化に因るものとして
誤診断することを回避できるという効果がある。
する。図2は、実施例における内燃機関のシステム構成
を示す図である。図において、内燃機関1には、スロッ
トル弁2によって計量される空気が、吸気マニホルード
3を介して吸引され、燃焼排気は、排気マニホールド4
及び触媒5を介して大気中に排出される。
ンピュータを内蔵したコントロールユニット6には、各
種のセンサからの検出信号が入力される。前記各種のセ
ンサとしては、スロットル弁2の上流側で機関の吸入空
気量を検出するエアフローメータ7、機関のカム軸やク
ランク軸から機関回転信号を取り出す回転センサ8、機
関の冷却水温度を検出する水温センサ9,機関の吸気温
度を検出する吸気温センサ10、機関1と組み合わされる
変速機11の出力軸から車速信号を取り出す車速センサ1
2、排気マニホールド4の集合部で排気中の酸素濃度を
検出する第1の酸素センサ13、触媒5の下流側で排気中
の酸素濃度を検出する第2の酸素センサ14などが設けら
れる。
ーメータ7で検出される吸入空気量Qa及び回転センサ
8からの検出信号に基づき算出される機関回転速度Ne
に基づいて基本燃料噴射量Tpを演算する。また、前記
第1,第2の酸素センサ13,14からの検出信号に基づい
て空燃比フィードバック補正係数αを設定し、また、水
温などに応じて各種補正係数COを演算し、更に、バッ
テリ電圧に応じて電圧補正分Tsを設定する。ここで、
前記基本燃料噴射量Tpを、前記空燃比フィードバック
補正係数α,各種補正係数CO,電圧補正分Tsで補正
して、最終的な燃料噴射量Tiを算出する(Ti=Tp
×α×CO+Ts)。
前記燃料噴射量Tiに相当するパルス幅の駆動信号を回
転に同期した噴射タイミングにおいて出力することで、
燃料噴射弁から前記燃料噴射量Tiの燃料を噴射させ
る。前記空燃比フィードバック補正係数αは、以下のよ
うにして設定される。まず、第1の酸素センサ13の検出
信号(出力電圧)と、目標空燃比相当のスライスレベル
とを比較することで、燃焼混合気の空燃比が目標空燃比
に対してリッチであるかリーンであるかを判別する。
リーンに反転するまで、補正係数α(初期値=1.0 )を
所定の積分定数IRによって徐々に減少変化させ、空燃
比がリーンに反転すると、所定の比例定数PLだけ補正
係数αを増大させる。そして、空燃比が再度のリッチに
反転するまで、補正係数αを所定の積分定数ILによっ
て徐々に増大変化させ、空燃比がリッチに反転すると、
所定の比例定数PRだけ補正係数αを減少させた後、前
記積分定数IRによる積分制御を行わせ、以下、これを
繰り返すことで、実際の空燃比を目標空燃比付近に比例
・積分制御する(空燃比フィードバック制御手段)。
と、目標空燃比相当のスライスレベルとを比較すること
で、燃焼混合気の空燃比が目標空燃比に対してリッチで
あるかリーンであるかを判別し、前記比例定数PL,P
R(制御定数)を補正するためのP分補正値PHOS (初
期値=0)を、前記同様に比例・積分制御する。ここ
で、前記P分補正値PHOS により、比例定数PL,PR
(制御定数)の基本値PLB ,PRB を下式のようにし
て補正して、補正係数αの比例制御に用いる比例定数P
L,PRを設定する(制御定数変更手段)。
であるときには、P分補正値PHOS が増大設定されるこ
とで、比例定数PLが増大されるのに対して、比例定数
PRが減少され、空燃比制御点がリッチ方向に修正され
る。同様に、第2の酸素センサ14で検出される空燃比が
リッチであるときには、P分補正値PHOS が減少設定さ
れることで、比例定数PLが減少されるのに対して、比
例定数PRが増大され、空燃比制御点がリーン方向に修
正され、結果的に、第2の酸素センサ14で検出される空
燃比が目標空燃比に近づく方向に、第1の酸素センサ13
による空燃比制御点が修正される。
フローチャートに示すようにして、前記第1の酸素セン
サ13における応答劣化の有無を診断する。まず、S1で
は、酸素センサ13が活性状態であるか否かを判別する
(活性判定手段)。活性判定は、機関負荷,水温,車
速,外気温などの運転条件に基づいて酸素センサ13の素
子温が活性温度に達しているか否かを推定させることに
よって行える。また、触媒の温度を検出するセンサを備
える場合には、該温度センサの検出結果から酸素センサ
13の素子温を推定する構成としても良いし、また、運転
条件から推定される触媒温度に基づいて酸素センサ13の
素子温を推定する構成としても良い。
ると、S2へ進み、運転条件が予め設定された診断領域
内であるか否かを判別する。診断領域は、機関負荷を代
表する基本燃料噴射量Tpが所定範囲内、機関回転速度
Neが所定範囲内、車速が所定範囲内である領域として
予め設定される。尚、診断領域は、空燃比のフィードバ
ック制御領域に含まれており、診断領域に該当している
か否かの判別は、第1,第2酸素センサ13,14からの検
出信号に基づく空燃比フィードバック制御が行われてい
るか否かを判別することにもなる。
ードバック制御中)には、S3(周波数検出手段)へ進
み、酸素センサ13からの検出信号の周期Tを計測する
(図4参照)。S4では、酸素センサ13の出力電圧の変
化幅が所定値以上であるか否かを判別し、前記変化幅が
所定値未満であるときには、周期Tが正しく計測できて
いないものと判断し、S1の活性判定に戻って周期の計
測を再度行わせる。
きには、S5へ進み、計測された周期Tを、機関負荷を
代表する基本燃料噴射量Tpと機関回転速度Neとに基
づいて補正して、機関負荷及び機関回転速度による周期
Tの変動分を除く標準化を行う(周波数補正手段)。周
期T(周波数)は、排気流速に強く影響され、排気流速
は、機関回転速度Neとの相関が強いので、排気流速が
速くなって周期が短くなる傾向となる高回転側では、周
期Tを増大修正し、逆に低回転側では周期Tを減少補正
し、一定回転速度条件で計測される周期Tに揃えるよう
にする。また、機関負荷による周期Tの変動は比較的小
さいが、高負荷になって酸素センサ13の温度が高くなる
と、応答が速くなって周波数が早くなる(周期が短くな
る)ので、高負荷時に周期Tを増大補正し、低負荷時に
周期Tを減少補正し、一定負荷条件で計測される周期T
に揃えるようにする。
機関回転速度の方が大きいので、機関回転速度のみに基
づいて周期Tを補正する構成としても良い。次のS6で
は、計測された周期Tの数をカウントすると共に、周期
Tを逐次積算する。そして、S7では、周期Tの計測数
が所定値以上になっているか否かを判別し、所定数に達
するまでは、S1に戻って周期Tの計測を再度行わせる
ようにする。
たことが判別されると、S8へ進み、周期Tの積算値を
計測数で除算することで、周期Tの平均値を求め、周期
Tの瞬間的な変化に基づいて酸素センサ13の応答劣化が
誤診断されることを回避する。尚、周期Tを周波数に変
換し、周波数の平均値を求める構成としても良い。S9
では、第2の酸素センサ14に基づき設定されるP分補正
値PHOS の絶対値が、所定値以上であるか否かを判別す
る。
あるときには、比例定数PL,PRが大きく補正される
ことによる周波数の変化が大きく、酸素センサ13の応答
劣化に因る周波数の変化と区別することが困難になるた
め、最終的な診断結果を出すことなく本ルーチンを終了
させて、診断を停止させる(判定停止手段)。一方、P
分補正値PHOS の絶対値が所定値未満であるときには、
S10へ進み、前記周期Tの平均値と比較させる判定値
を、P分補正値PHOS に応じて補正設定する(判定値補
正手段)。
L,PRの基本値PLB ,PRB が、PLB =5%,P
RB =5%であったときに、P分補正値PHOS によって
PLB=1%,PRB =9%或いはPLB =9%,PR
B =1%のように大きく補正されて比例定数PL,PR
のバランスが大きく変化するほど、周期Tが大きくなる
(周波数が低下する)傾向を示すときには、P分補正値
PHOS の絶対値が大きいときほど、判定値(周期のOK
範囲)を増大シフトさせる。
上の場合であっても、P分補正値PHOS の絶対値に基づ
く判定値の補正設定によって、診断精度を確保できると
きには、前記S9のステップを省略しても良い。S11で
は、周期Tの平均値と、前記S10で補正設定された判定
値(周期の許容範囲)とを比較する。そして、周期Tの
平均値が、判定値に対して所定以上に大きい場合或いは
所定以上に小さい場合(許容範囲外であるとき)には、
S12へ進み、酸素センサ13の応答劣化の発生を判定する
(劣化診断手段)。
が発生していることを、ランプ15等で警告することが好
ましい。一方、S11で、周期Tの平均値と判定値とが近
似している場合(周期Tの平均値が許容範囲内であると
き)には、S13へ進んで、酸素センサ13の正常判定を行
う。
ロック図。
ト。
チャート。
比例定数との相関を示す図。
Claims (7)
- 【請求項1】排気通路に設けられた酸素センサからの検
出信号に基づいて燃焼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、 該空燃比フィードバック制御手段における制御定数を変
更する制御定数変更手段と、 を備えた内燃機関における酸素センサの劣化診断装置で
あって、 前記空燃比フィードバック制御手段によるフィードバッ
ク制御中に、前記酸素センサからの検出信号の周波数を
検出する周波数検出手段と、 該周波数検出手段で検出された周波数と判定値とを比較
して、前記酸素センサにおける劣化の有無を判定する劣
化診断手段と、 前記制御定数変更手段で変更される制御定数に応じて、
前記劣化診断手段における判定値を補正する判定値補正
手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関における
酸素センサの劣化診断装置。 - 【請求項2】前記判定値補正手段に代えて、前記制御定
数変更手段により変更される制御定数の基本値からのず
れが所定値以上であるときに、前記劣化診断手段におけ
る判定を停止させる判定停止手段を設けたことを特徴と
する請求項1記載の内燃機関における酸素センサの劣化
診断装置。 - 【請求項3】前記酸素センサが排気通路に介装された触
媒の上流側に設けられる一方、前記触媒の下流側に第2
の酸素センサを備え、前記制御定数変更手段が、前記第
2の酸素センサからの検出信号に基づいて前記制御定数
を変更することを特徴とする請求項1又は2記載の内燃
機関における酸素センサの劣化診断装置。 - 【請求項4】前記空燃比フィードバック制御手段が、比
例・積分制御によって燃焼混合気の空燃比をフィードバ
ック制御する構成であり、前記制御定数変更手段が、前
記比例・積分制御における比例定数を変更することを特
徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関
における酸素センサの劣化診断装置。 - 【請求項5】前記周波数検出手段で検出された周波数
を、少なくとも機関回転速度に応じて補正設定する周波
数補正手段を設けたことを特徴とする請求項1〜4のい
ずれか1つに記載の内燃機関における酸素センサの劣化
診断装置。 - 【請求項6】前記酸素センサの活性状態を判定する活性
判定手段を備え、 前記劣化診断手段が、前記活性判定手段により前記酸素
センサの活性状態が判定されているときにのみ、前記周
波数に基づく劣化診断を行うことを特徴とする請求項1
〜5のいずれか1つに記載の内燃機関における酸素セン
サの劣化診断装置。 - 【請求項7】前記周波数測定手段が、計測された周波数
の平均値を演算し、前記劣化診断手段が前記周波数の平
均値に基づいて劣化診断を行うことを特徴とする請求項
1〜6のいずれか1つに記載の内燃機関における酸素セ
ンサの劣化診断装置。
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JP26268896A JP3733660B2 (ja) | 1996-10-03 | 1996-10-03 | 内燃機関における酸素センサの劣化診断装置 |
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