JPH10169501A - 空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents
空燃比センサの異常診断装置Info
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- JPH10169501A JPH10169501A JP33366496A JP33366496A JPH10169501A JP H10169501 A JPH10169501 A JP H10169501A JP 33366496 A JP33366496 A JP 33366496A JP 33366496 A JP33366496 A JP 33366496A JP H10169501 A JPH10169501 A JP H10169501A
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Abstract
アに検出するA/Fセンサ26が配設されている。EC
U41内のCPU42は、A/Fセンサ26による検出
空燃比λと目標空燃比との偏差に応じて空燃比補正係数
FAFを設定し、該FAF値を用いて空燃比フィードバ
ック制御を実行する。また、CPU42は、λの2階差
分値の積算値Σ|Δ^2λSM|とFAFの2階差分値の
積算値Σ|Δ^2FAFSM|との比を異常診断パラメー
タとし、そのパラメータと所定の異常判定値αとの比較
判定により異常診断を実施する。すなわち、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α が成立すれば、A/Fセンサ26が正常である旨を診断
し、上記不等式が不成立であればA/Fセンサ26が異
常である旨を診断する。
Description
比に対してリニアに出力を増減させる空燃比センサの異
常診断装置に関するものである。
排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出す
る空燃比センサ(例えば、限界電流式酸素センサ)が用
いられており、マイクロコンピュータは前記空燃比セン
サにより検出された空燃比を取り込んで内燃機関への燃
料噴射量を制御する。具体的には、マイクロコンピュー
タは、前記検出空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて
空燃比補正係数FAFを算出し、該FAF値にて燃料噴
射量を補正する。これにより、内燃機関での最適な燃焼
が実現され、排気ガス中の有害成分(CO,HC,NO
X 等)が低減される。
空燃比センサに異常が発生して同センサによる検出空燃
比の信頼性が低下すると、空燃比の制御精度が著しく悪
化し、ひいては上記有害成分の排出量が増加する、すな
わちエミッションが悪化するという問題を引き起こすこ
とになる。つまり、空燃比をリニアに検出する空燃比セ
ンサを用いた空燃比制御システムでは、センサ出力に追
従してFAF値が逐次変化し、該FAF値を用いて燃料
供給量を補正することで精密な空燃比制御が実現され
る。従って、空燃比センサが正常であればその検出結果
は実際の空燃比を反映したものとなり、空燃比フィード
バックの制御精度が保持されてエミッションが良好に保
たれるが、空燃比センサが異常になればその検出結果は
実際の空燃比を反映できず、空燃比フィードバックの制
御精度が低下してエミッションが悪化する。因みに、空
燃比センサの異常モードとしては、センサ出力の特性異
常や応答性の低下といったものが従来より知られてい
る。
(a)を用いて説明する。すなわち、センサ正常時に
は、同図に実線で示すように検出空燃比(検出λ)と実
際の空燃比(実λ)とが略一致するのに対し、センサ異
常時には、破線で示すように実λに対して検出λが小さ
くなったり又は大きくなったりする。この特性異常の原
因としては、熱による電極凝集、電極剥離、素子割れ
(拡散抵抗層の割れ又は固体電解質層の割れ)といった
経時変化に起因するものや、導通不良或いは絶縁不良に
起因するもの等が考えられる。
を図23(b)を用いて説明する。すなわち、センサ出
力の応答性低下時には、例えば図示するように燃料噴射
量がリーン側からリッチ側に変化した際において実λの
推移に対して検出λの推移が大幅に遅れることになる。
この応答性低下の原因としては、センサの汚損によるカ
バーや多孔質電極層の目詰まりやヒータ異常による活性
不良といった原因が考えられる。
因からその出力が異常となりうるものであり、従来より
同空燃比センサの異常診断を精度良く検出するための技
術が要望されていた。こうした要望に対し、例えば空燃
比センサによる検出空燃比の挙動、或いはFAF値の挙
動に基づいてセンサ異常を診断する装置が提案されてい
た。
ィードバック制御では一般に、例えば燃料タンクでの蒸
発燃料(エバポガス)を機関吸気系に放出するために前
記FAF値が目標値(例えば、基準値=1.0)から不
用意にずれたり、過渡運転時にも同じくFAF値が目標
値からずれたりする。さらに、バッテリの交換直後に空
燃比学習値がクリアされている場合にも、機関の個体差
に応じてFAF値に誤差が生じたりする。そのため、こ
うしたFAF値の変動時において、既存のセンサ異常の
診断処理を実施すると、誤診断を生じ易いという問題が
あった。
れたものであってその目的は、空燃比センサの異常を精
度良く診断し、ひいては当該空燃比センサの検出結果を
用いた空燃比制御システムの制御精度向上に貢献するこ
とができる空燃比センサの異常診断装置を提供すること
にある。
に、請求項1に記載の発明ではその特徴として、空燃比
センサにより検出された空燃比が変動する際の速度変化
量と、空燃比補正係数が変動する際の速度変化量とを比
較し、その比較結果に基づいて空燃比センサの異常を診
断するようにしている。
と、空燃比補正係数FAFとを比較した場合、それらの
感度は互いに独立したものであり、例えばセンサ異常が
発生してその応答性が低下した場合にはその差が顕著に
なる。具体的には、センサの応答性低下時には、検出空
燃比の変化速度が大幅に遅くなるのに対し、FAF値の
変化速度の遅れは比較的小さい。これは、例えばセンサ
応答性が低下しても、FAF値は設計当初の適合値に基
づいて推移しようとするためである。
値の速度変化量とを異常診断のパラメータとして両パラ
メータを比較判定すれば、空燃比センサの異常を精度良
く診断することができることとなる。この場合、実機へ
の適用に際し、既述したようにエバポパージ、空燃比学
習値のクリア処理、過渡運転等によりFAF値が変動し
ても、両パラメータの算出誤差への影響が少なく、異常
診断の誤検出が防止できる。その結果、信頼性の高い空
燃比制御システムが実現でき、エミッションが悪化する
等の不都合を抑制することができる。
として、請求項2に記載の発明では、空燃比が変動した
際の速度変化量を空燃比の2階差分演算により求めるよ
うにし、請求項3に記載の発明では、空燃比補正係数が
変動した際の速度変化量を補正係数の2階差分演算によ
り求めるようにしている。また、請求項4に記載の発明
では、空燃比が変動した際の速度変化量及び空燃比補正
係数が変動した際の速度変化量を、空燃比変動及び前記
補正係数変動の振幅により求めるようにしている。
算出するようにすれば、これら速度変化量に適確に対応
したパラメータが得られることとなり、センサ異常の診
断精度が向上する。
の2階差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記空
燃比が変動した際の速度変化量とすると共に、空燃比補
正係数の2階差分値を所定期間で積算し、その積算値を
前記補正係数が変動した際の速度変化量とする。また、
空燃比の2階差分値の積算値と空燃比補正係数の2階差
分値の積算値との比を所定の異常判定値と比較し、その
比較結果から前記空燃比センサの異常を診断するように
している。
を所定期間内で積算することは、空燃比センサの特性異
常や応答性異常といった現象をフィードバック制御系に
相関させつつ、各々の挙動の差を明確化するための一手
法であり、これら積算値の比を求めれば、センサ異常
(特性異常や応答性異常)が容易に診断できるようにな
る。
振幅を所定時間で積算し、その積算値を前記空燃比が変
動した際の速度変化量とすると共に、空燃比補正係数変
動の振幅を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係
数が変動した際の速度変化量とする。また、空燃比変動
の振幅の積算値と空燃比補正係数変動の振幅の積算値と
の比を所定の異常判定値と比較し、その比較結果から前
記空燃比センサの異常を診断するようにしている。
同様に、空燃比変動及びFAF変動の振幅を所定期間内
で積算することは、空燃比センサの特性異常や応答性異
常といった現象をフィードバック制御系に相関させつ
つ、各々の挙動の差を明確化するための一手法であり、
これら積算値の比を求めれば、センサ異常が容易に診断
できるようになる。
際し、異常診断の精度を向上させるにはその積算時間を
できるだけ長く設定するのが望ましいが、少なくとも空
燃比変動又はFAF変動の半波長分だけを積算すれば請
求項5,6のいずれの手法においても同等の精度で異常
診断が実施できることになる(但し、各変動は略正弦波
状に推移し、その半波長内で複数回の積算が実施され
る)。このことは、空燃比変動又はFAF変動の2階差
分値が各変動時の加速度に相当すると共に、空燃比変動
又はFAF変動の振幅が各変動時の速度の振幅に相当
し、空燃比変動又はFAF変動の波形から見ると前記両
者の積算値が実質上同意になることから言えることであ
る。
値を機関運転状態に応じて可変に設定するようにしてい
る。この場合、例えば吸気圧、機関回転数、スロットル
開度、水温等の機関運転条件が変化したとしても、それ
に追従した正確な異常診断が実施できる。
動した際の速度変化量と、空燃比補正係数FAFが変動
した際の速度変化量との比を所定の異常判定値Aと比較
する場合に、 (FAFの速度変化量/λの速度変化量)<A であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
ようにしている。つまり、既述したように、センサの応
答性低下時には概ね、検出λの変化速度が大幅に遅くな
るのに対し、FAF値の変化速度の遅れの程度は比較的
小さい。そのため、本構成の診断処理によれば、センサ
応答性が低下するといった異常が好適に診断できること
となる。
動した際の速度変化量と、空燃比補正係数FAFが変動
した際の速度変化量との比を所定幅の異常判定値B1,
B2と比較する場合に、 B1<(FAFの速度変化量/λの速度変化量)<B2 であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
ようにしている。つまり、センサの特性異常時はその出
力が実際の空燃比に対して大きくなるか、若しくは小さ
くなる(図23(a)参照)。そのため、本構成の診断
処理のように異常診断パラメータの正常域(B1〜B
2)を設定すれば、センサの特性異常が好適に診断でき
ることとなる。
前記請求項7に記載したように、異常判定値A,B1,
B2を機関運転状態に応じて可変に設定することも可能
である。
動した際の速度変化量及び空燃比補正係数が変動した際
の速度変化量に対し、平滑化処理を実施するようにして
いる。この場合には、多気筒内燃機関に本発明を適用す
る際において、各要素の気筒間バラツキを解消すること
ができ、センサ異常の診断精度をより一層向上させるこ
とが可能となる。
制御装置において具体化した第1の実施の形態を説明す
る。
燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概
略構成図である。図1に示すように、内燃機関1は4気
筒4サイクルの火花点火式として構成されている。その
吸入空気は上流よりエアクリーナ2、吸気管3、スロッ
トルバルブ4、サージタンク5及びインテークマニホー
ルド6を通過して、インテークマニホールド6内で各燃
料噴射弁7から噴射された燃料と混合され、所定空燃比
の混合気として各気筒に供給される。また、内燃機関1
の各気筒に設けられた点火プラグ8には、点火回路9か
ら供給される高電圧がディストリビュータ10にて分配
供給され、点火プラグ8は前記各気筒の混合気を所定タ
イミングで点火する。そして、燃焼後の排気ガスはエキ
ゾーストマニホールド11及び排気管12を通過し、排
気管12に設けられた三元触媒13にて有害成分(C
O、HC、NOX 等) が浄化されて大気に排出される。
気圧センサ22が設けられ、吸気温センサ21は吸入空
気の温度(吸気温Tam)を、吸気圧センサ22はスロ
ットルバルブ4の下流側の吸入空気の圧力(吸気圧P
M)をそれぞれ検出する。また、前記スロットルバルブ
4には同バルブ4の開度(スロットル開度TH)を検出
するためのスロットルセンサ23が設けられ、このスロ
ットルセンサ23はスロットル開度THに応じたアナロ
グ信号を出力すると共に、スロットルバルブ4が略全閉
である旨の検出信号を出力する。また、内燃機関1のシ
リンダブロックには水温センサ24が設けられ、この水
温センサ24は内燃機関1内の冷却水の温度(冷却水温
Thw)を検出する。前記ディストリビュータ10には
内燃機関1の回転数(機関回転数Ne)を検出するため
の回転数センサ25が設けられ、この回転数センサ25
は内燃機関1の2回転、すなわち720°CA毎に等間
隔で24個のパルス信号を出力する。
上流側には、内燃機関1から排出される排気ガスの酸素
濃度に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力す
る、限界電流式酸素センサからなるA/Fセンサ(空燃
比センサ)26が設けられている。また、三元触媒13
の下流側には、空燃比λが理論空燃比(=14.7)に
対してリッチかリーンかに応じた電圧VOX2を出力す
る下流側O2 センサ27が設けられている。なお、本実
施の形態では、空燃比を空気過剰率「λ」で表し、理論
空燃比(=14.7)を空燃比λ=1として記載する。
面図である。図2において、A/Fセンサ26は排気管
12の内部に向けて突設されており、同センサ26はカ
バー31、センサ本体32及びヒータ33に大別され
る。カバー31は断面コ字状をなし、その周壁にはカバ
ー内外を連通する多数の小孔31aが形成されている。
センサ本体32は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、若しくは空燃比リッチ領域における一酸化炭素(C
O)濃度に対応する限界電流を発生する。
センサ本体32において、断面カップ状に形成された固
体電解質層34の外表面には、排気ガス側電極層36が
固着され、内表面には大気側電極層37が固着されてい
る。また、排気ガス側電極層36の外側には、プラズマ
溶射法等により拡散抵抗層35が形成されている。固体
電解質層34は、ZrO2 、HfO2 、ThO2 、Bi
2 O3 等にCaO、MgO、Y2 O3 、Yb2 O3 等を
安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体
からなり、拡散抵抗層35は、アルミナ、マグネシャ、
ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質から
なる。排気ガス側電極層36及び大気側電極層37は共
に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面に
は多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガ
ス側電極層36の面積及び厚さは、10〜100mm^2
(平方ミリメートル)及び0.5〜2.0μm程度とな
っており、一方、大気側電極層37の面積及び厚さは、
10mm^2(平方ミリメートル)以上及び0.5〜2.
0μm程度となっている。
れており、その発熱エネルギーによりセンサ本体32
(大気側電極層37、固体電極質層34、排気ガス側電
極層36及び拡散抵抗層35)を加熱する。ヒータ33
は、センサ本体32を活性化するに十分な発熱容量を有
している。
ンサ本体32は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃
度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に
対応する限界電流は、排気ガス側電極層36の面積、拡
散抵抗層35の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定さ
れる。また、センサ本体32は酸素濃度を直線的特性に
て検出し得るものであるが、このセンサ本体32を活性
化するのに約650℃以上の高温が必要とされると共
に、同センサ本体32の活性温度範囲が狭いため、内燃
機関1の排気ガスのみによる加熱ではセンサ本体32を
活性温度域に保持できない。そのため、本実施の形態で
は、ヒータ33の加熱制御によりセンサ本体32を所定
の活性温度にまで加熱するようにしている。なお、理論
空燃比よりもリッチ側の領域では未燃ガスである一酸化
炭素(CO)の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化
し、センサ本体32はCO濃度に応じた限界電流を発生
する。
図3を用いて説明する。図3によれば、A/Fセンサ2
6の検出酸素濃度(空燃比)に比例する固体電解質層3
4への流入電流と、同固体電解質層34への印加電圧と
がリニアな特性を有することが分かる。そして、センサ
本体32が温度T=T1にて活性状態にあるとき、図3
の実線で示すように特性線L1でもって安定した状態を
示す。かかる場合、特性線L1の電圧軸Vに平行な直線
部分がセンサ本体32の限界電流を特定する。この限界
電流の増減は空燃比の増減(即ち、リーン・リッチ)に
対応しており、空燃比がリーン側になるほど限界電流は
増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少す
る。
Vに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域と
なっており、その抵抗支配域における特性線L1の傾き
は、センサ本体32における固体電解質層34の内部抵
抗により特定される。固体電解質層34の内部抵抗は温
度変化に伴い変化するため、センサ本体32の温度が低
下すると抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。つま
り、センサ本体32の温度TがT1よりも低いT2にあ
るとき、電流−電圧特性は図3の破線で示すように特性
線L2でもって特定される。かかる場合、特性線L2の
電圧軸Vに平行な直線部分がT=T2におけるセンサ本
体32の限界電流を特定するもので、この限界電流は特
性線L1による限界電流とほぼ一致している。
32の固体電解質層34に正の印加電圧Vposを印加
すれば、センサ本体32に流れる電流が限界電流Ipo
sとなる(図3の点Pa参照)。また、センサ本体32
の固体電解質層34に負の印加電圧Vnegを印加すれ
ば、センサ本体32に流れる電流が酸素濃度に依存せ
ず、温度のみに比例する負の温度電流Inegとなる
(図3の点Pb参照)。
電子制御装置(以下、ECUという)41は、CPU
(中央処理装置)42、ROM(リードオンリメモリ)
43、RAM(ランダムアクセスメモリ)44、バック
アップRAM45等を中心に論理演算回路として構成さ
れ、これらCPU42、ROM43、RAM44及びバ
ックアップRAM45は前記各センサの検出信号を入力
する入力ポート46及び各アクチュエータに制御信号を
出力する出力ポート47等に対しバス48を介して相互
に接続されている。そして、ECU41は、入力ポート
46を介して前記の各種センサから吸気温Tam、吸気
圧PM、スロットル開度TH、冷却水温Thw、機関回
転数Ne、空燃比信号等を入力してそれらの各値に基づ
いて燃料噴射量TAU、点火時期Ig等の制御信号を算
出し、さらに、それら制御信号を出力ポート47を介し
て燃料噴射弁7及び点火回路9等にそれぞれ出力する。
また、ECU41は後述するセンサ異常診断処理を実行
してA/Fセンサ26の異常の有無を診断し、異常時に
は警告灯49を点灯して運転者に異常発生の旨を警告す
る。
リン)を保有する燃料タンク50には、タンクポート通
路51を介してキャニスタ52が接続されており、この
キャニスタ52には燃料タンク50内で発生する蒸発燃
料を吸着する吸着剤としての活性炭が収納されている。
キャニスタ52には外気を導入するための大気ポート5
3が設けられている。また、キャニスタ52と吸気管3
内のスロットルバルブ4下流側との間は放出通路54に
より接続されており、キャニスタ52から給送される蒸
発ガスは吸気管2の集合部(図示しないインテークマニ
ホールドの上流部)に放出されるようになっている。
の制御信号に応じてパージ流量を制御するパージVSV
(Vacuum Switching Valve)55が配設されている。つ
まり、パージVSV55にECU41から制御信号を供
給し、それによりキャニスタ52と前記吸気管2とが放
出通路54を介して連通されるようにしてやれば、大気
中から新気が大気ポート53を介して導入される。こう
して新気がキャニスタ52内を換気して内燃機関1の吸
気管2内に送り込まれることにより、キャニスタ52の
吸着機能が回復されることになる。このときの新気の導
入量に基づくパージ流量は、ECU41からパージVS
V55に供給されるパルス信号のデューティ比を変える
ことにより調整される。要するに、パージVSV55
は、ECU41からのパルス幅変調に基づくデューティ
比信号により開度調整され、キャニスタ52からの蒸発
燃料を含む空気のパージ流量を調整する。
いて、空燃比制御を行うために予め設計されている手法
について順次説明する。なお、以下の設計手法は特開平
1−110853号公報に開示されている。
システムのモデルに、むだ時間P=3を有する次数1の
自己回帰移動平均モデルを用い、更に外乱dを考慮して
近似している。
燃比λを制御するシステムのモデルは、次の式(1)に
より近似できる。
は空燃比補正係数を表す。また、符号a,bはモデルの
応答性を決定するためのモデル定数を表し、符号kは、
最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変数を表
す。
ムのモデルは、次の式(2)で近似できる。
ップ応答を用いて回転周期(360°CA)サンプリン
グで離散化して上記モデル定数a,bを定めること、す
なわち空燃比λを制御する系の伝達関数Gを求めること
は容易である。
Xはベクトル量である) 上記式(2)を、状態変数量X(k)=[X1(k),
X2(k),X3(k),X4(k)]^Tを用いて書き
直すと、下記の式(3)の如き行列式となり、更には式
(4)のようになる。ここで、符号Tは転置行列を示
す。また、「^」はべき乗を表すこととする(以下の記
載についても同様の符号を用いる)。
すると、空燃比補正係数FAFは、最適フィードバック
ゲインK=[K1,K2,K3,K4]と、状態変数量
X^T(k)=[λ(k),FAF(k−3),FAF
(k−2),FAF(k−1)]とを用いて、次の式
(5)のように表せる。
収させるための積分項ZI(k)加えると、空燃比補正
係数FAFは、次の式(6)によって与えられる。
燃比λTG及び現実の空燃比λ(k)間の偏差と積分定数
Kaとから決まる値であって、次の式(7)により与え
られる。
燃比λの制御システムのブロック線図を表す。なお、こ
の図4においては、空燃比補正係数FAF(k)をFA
F(k−1)から導出するためにZ-1変換を用いて表記
したが、これは過去の空燃比補正係数FAF(k−1)
をRAM44に記憶しておき、次の制御タイミングで読
み出して用いている。因みに、「FAF(k−1)」は
1回前の空燃比補正係数を表し、「FAF(k−2)」
は2回前の空燃比補正係数を表し、「FAF(k−
3)」は3回前の空燃比補正係数を表す。
たブロックP1が、空燃比λ(k)を目標空燃比λTGに
フィードバック制御している状態にて状態変数量X
(k)を定める部分であり、ブロックP2が、積分項Z
I(k)を求める部分(累積部)であり、そしてブロッ
クP3が、ブロックP1で定められた状態変数量X
(k)とブロックP2で求められた積分項ZI(k)と
から今回の空燃比補正係数FAF(k)を演算する部分
である。
分定数Kaの決定 最適フィードバックゲインK及び積分定数Kaは、例え
ば次の式(8)で示される評価関数Jを最小にすること
で設定できる。
は、空燃比補正係数FAF(k)の動きを制約しつつ、
空燃比λ(k)と目標空燃比λTGとの偏差を最小にする
ことを意図したものである。また、空燃比補正係数FA
F(k)に対する制約の重み付けは、重みのパラメータ
Q,Rの値によって変更できる。従って、重みパラメー
タQ,Rの値を種々変えて最適な制御特性が得られるま
でシミュレーションを繰り返し、最適フィードバックゲ
インK及び積分定数Kaを定めればよい。
積分定数Kaは、先のモデル定数a,bに依存してい
る。従って、実際の空燃比λを制御する系の変動(パラ
メータ変動)に対するシステムの安定性(ロバスト性)
を保証するためには、これら各モデル定数a,bの変動
分を見込んで、最適フィードバックゲインK及び積分定
数Kaを設定する必要がある。よって、シミュレーショ
ンは、各モデル定数a,bの現実に生じ得る変動を加味
して行い、安定性を満足する最適フィードバックゲイン
K及び積分定数Kaを定める。
(2)状態変数量の表示方法、(3)レギュレータの設
計、(4)最適フィードバックゲイン及び積分定数の決
定について説明したが、該実施の形態の装置では、これ
らは何れも既に設定されているものとする。そして、E
CU41では、前記式(6)及び式(7)のみを用い
て、該燃料噴射制御システムにおける空燃比制御を実行
するものとする。
態における空燃比制御装置の動作を説明する。図5は、
ECU41内のCPU42により実行される燃料噴射量
算出ルーチンを示すフローチャートであり、同ルーチン
は、内燃機関1の回転に同期して360°CA毎に実行
される。
で吸気圧PM、機関回転数Ne等に基づいて基本燃料噴
射量Tpを算出し、続くステップ102で空燃比λのフ
ィードバック条件が成立しているか否かを判別する。こ
こで、周知のようにフィードバック条件とは、冷却水温
Thwが所定水温以上で、且つ高回転・高負荷でないと
きに成立する。現時点にてフィードバック条件が成立し
ていれば、CPU42はステップ103に進み、空燃比
λを目標空燃比λTG(本実施の形態では、理論空燃比λ
=1としている)とするための空燃比補正係数FAFを
設定し、その後ステップ104に進む。すなわち、ステ
ップ103では、前述の式(6)及び式(7)に基づい
て目標空燃比λTGとA/Fセンサ26にて検出された空
燃比λ(k)とから空燃比補正係数FAFが算出され
る。
ク条件が成立していなければ、CPU42はステップ1
05に進んで空燃比補正係数FAFを「1.0」に設定
し、その後ステップ104に進む。この場合、FAF=
1.0とは空燃比λを補正しないことを意味し、いわゆ
るオープン制御が実施される。
式(9)に従って基本燃料噴射量Tp、空燃比補正係数
FAF及びその他の補正係数FALLから燃料噴射量T
AUを設定する。
噴射弁7に出力され、同弁7の開弁時間、即ち実際の燃
料噴射時間が制御され、その結果、空燃比λが目標空燃
比λTGに調整される。
その特徴として、A/Fセンサ26により検出された空
燃比λを用いてそのなまし値λSMの2階差分値Δ^2λ
SMを算出すると共に、空燃比補正係数FAFを用いて
そのなまし値FAFSMの2階差分値Δ^2FAFSMを
算出する。そして、これら2階差分値Δ^2λSM,Δ^2
FAFSMの積算値Σ|Δ^2λSM|及びΣ|Δ^2FA
FSM|の比と所定の判定値との比較結果に応じてA/
Fセンサ26の特性異常や応答性異常を診断するように
している。本実施の形態では、これら2階差分値の積算
値Σ|Δ^2λSM|及びΣ|Δ^2FAFSM|がそれぞ
れ、空燃比λが変動した際の速度変化量及び空燃比補正
係数FAFが変動した際の速度変化量に相当する。ま
た、なまし値λSMが空燃比を平滑化した値に、なまし
値FAFSMが補正係数FAFを平滑化した値に相当す
る。
ms周期(噴射同期でも可)で実行されるセンサ異常診
断ルーチンを示すフローチャートであり、以下、このフ
ローを用いて異常診断手順を説明する。
は、先ず図6のステップ201でA/Fセンサ26の活
性状態を判別する。具体的には、A/Fセンサ26の素
子温(センサ本体32の温度)が650℃以上、或いは
A/Fセンサ26の素子抵抗が90Ω以下であれば、A
/Fセンサ26が活性化している旨が判別される。ま
た、CPU42は、ステップ202でA/Fセンサ26
以外の他の異常が検出されていないか否かを判別する。
この処理は、他の異常がA/Fセンサ26の異常診断に
影響を与えないことを判別するために実施される。
に成立することを条件に、CPU42はステップ300
に進み、後述する図8,9のサブルーチンにより積算値
Σ|Δ^2λSM|,Σ|Δ^2FAFSM|を算出する。
積算時間カウンタCDG1が所定値KX1(本実施の形
態では、積算時間30秒に相当する数値)になったか否
かを判別する。そして、CDG1≠KX1であれば、C
PU42はそのまま本ルーチンを終了し、CDG1=K
X1であればステップ204に進む。CPU42は、ス
テップ204で積算値Σ|Δ^2λSM|,Σ|Δ^2FA
FSM|の比を異常診断パラメータとして、そのパラメ
ータと所定の異常判定値αとを比較判別する。すなわ
ち、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α が成立するか否かを判別する。
は、空燃比λとFAF値との速度変化量が良好な状態で
相関しつつ変化していることを意味し、例えばA/Fセ
ンサ26の応答性が確保されていることに相当する。こ
こで、図10には、センサ応答性と上記異常診断パラメ
ータ「(Σ|Δ^2FAF|)/(Σ|Δ^2λ|)」との
関係を表す特性線Laを示しており(但し、Σ|Δ^2F
AF|,Σ|Δ^2λ|は、便宜上なまし処理をしていな
いパラメータ値で表す)、同図によれば、センサ応答性
の良否の判定基準を例えば500msとした場合に、前
記異常判定値αが特性線Laに応じて設定されるように
なる。図10の特性線Laでは、センサ応答性が悪化す
るほど、「(Σ|Δ^2FAF|)/(Σ|Δ^2λ|)」
の数値が大きくなっており、同図の縦軸に示す異常診断
パラメータは、センサ応答性をより良く反映してセンサ
異常を判定するには好都合であることが分かる。
ができ、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|≧α であれば、A/Fセンサ26が異常であるとみなすこと
ができることとなる。
PU42は、センサ正常とみなしてステップ205に進
み、ステップ204が不成立であれば、センサ異常とみ
なしてステップ207に進む。ステップ205に進む
と、CPU42は異常判定カウンタCDG3をホールド
し、続くステップ206で連続正常判定カウンタCDG
4を「1」インクリメントする。また、ステップ207
に進むと、CPU42は異常判定カウンタCDG3を
「1」インクリメントし、続くステップ208で連続正
常判定カウンタCDG4を「0」にクリアする。
積算値Σ|Δ^2λSM|を「0」にクリアし、続くステ
ップ210で積算値Σ|Δ^2FAFSM|を「0」にク
リアする。さらに、CPU42は、ステップ211で積
算時間カウンタCDG1を「0」にクリアする。
12に進んで異常診断実行カウンタCDG2を「1」イ
ンクリメントし、続くステップ213で異常診断実行カ
ウンタCDG2が所定値KX2(本実施の形態では、K
X2=3)に達しているか否かを判別する。この場合、
CDG2≠KX2であれば、CPU42はそのまま本ル
ーチンを終了し、CDG2=KX2であれば、ステップ
214に進んでその時の異常判定カウンタCDG3が所
定値KX3(本実施の形態では、KX3=2)以上であ
るか否かを判別する。
発生の有無を判定する処理に相当し、CDG3<KX3
であれば、CPU42はステップ215に進んで異常判
定フラグXDGAFを「0」にクリアする。この異常判
定フラグXDGAFは、異常の有無の最終判断により操
作されるものであって、XDGAF=0は異常無しの旨
を表し、XDGAF=1は異常有りの旨を表す。
3≧KX3であれば、CPU42はステップ216に進
んで異常判定フラグXDGAFに「1」をセットする。
そして、このフラグ操作に伴い、CPU42は、続くス
テップ217で警告灯49を点灯させる。なお因みに、
こうした異常判定時には、上記警告灯49の点灯処理の
他に、空燃比フィードバック制御を停止させたりする等
のダイアグ処理を実施してもよい。
219で異常診断実行カウンタCDG2及び異常判定カ
ウンタCDG3を共に「0」にクリアする。さらに、C
PU42は、ステップ220で連続正常判定カウンタC
DG4が所定値KX4(本実施の形態では、KX4=
4)以上であるか否かを判別すると共に、続くステップ
221で今現在、警告灯49が点灯中であるか否か、す
なわち異常判定フラグXDGAFがセット状態されてい
るか否かを判別する。そして、ステップ220,221
のいずれかが否定判別されれば、CPU42はそのまま
本ルーチンを終了する。また、ステップ220,221
が共に肯定判別されれば、CPU42はステップ222
に進んで警告灯49を消灯した後、本ルーチンを終了す
る。またこれと同時に、異常判定フラグXDGAFを
「0」にクリアしておく。
/Fセンサ26の異常が一時的に発生したものであっ
て、その異常状態が回避された時にその旨を知らしめる
ものである。また、異常診断時に空燃比フィードバック
制御が停止されるのであれば、当該制御を再開させるも
のである。
て前記6のステップ300の詳細な処理であるところ
の、積算値Σ|Δ^2λSM|,Σ|Δ^2FAFSM|の
算出手順を説明する。
42は、空燃比フィードバックが実行中であることを条
件に(ステップ301の診断条件が成立していることを
条件に)、ステップ302〜304でA/Fセンサ26
により検出された空燃比λを用いて2階差分値Δ^2λS
Mi (λの加速度に相当)を算出すると共に、ステップ
305〜307で空燃比補正係数FAFを用いて2階差
分値Δ^2FAFSMi(FAFの加速度に相当)を算出
する。
A/D変換後の空燃比λを読み込み、続くステップ30
3で前記読み込んだ空燃比λに対してフィルタリング処
理を実施する。このフィルタリング処理は、気筒間バラ
ツキの影響を取り除くために実施されるものであり、同
処理では次の式(10)によりなまし値λSMi が求め
られる。
し、添字iを付した値は今回値を、添字i−1を付した
値は前回値を示している。
の式(11)を用いてなまし値λSMi の2階差分値Δ
^2λSMi を算出する。 Δ^2λSMi =(λSMi −λSMi-1 ) −(λSMi-1 −λSMi-2 ) ・・・(11) また、CPU42は、ステップ305で空燃比補正係数
FAFを読み込み、続くステップ306で前記読み込ん
だ空燃比補正係数FAFに対してフィルタリング処理を
実施する。このフィルタリング処理では次の式(12)
によりなまし値FAFSMi が求められる。
いてなまし値FAFSMi の2階差分値Δ^2FAFSM
i を算出する。
2階差分値Δ^2λSMi 及びΔ^2FAFSMi を積算す
るための条件(積算条件)が成立しているか否かを判別
する。
機関の暖機が完了しているか否かを判別する。具体的に
は、冷却水温Thwが所定温度Y1(例えば80℃)を
越えるか否かを判別する。また、CPU42は、ステッ
プ309で運転条件が所定条件を満たすか否かを判別す
る。具体的には、機関回転数Neが所定域Y2〜Y3
(例えば、600〜4000rpm)の範囲内にあるか
否か、車速SPDが所定域Y4〜Y5(例えば、0〜1
20km/h)の範囲内にあるか否か、吸気圧PMが所
定域Y6〜Y7(例えば、25〜95kPa)の範囲内
にあるか否かをそれぞれに判別する。さらに、CPU4
2は、ステップ310で急加速時でないか否かを判別す
る。具体的には、吸気圧PMの変化量ΔPMが所定値未
満であるか否かを判別する。
ック制御系では、A/Fセンサ26と内燃機関1とをモ
デル化していることから、その適合条件下で上記積算条
件が成立すれば、空燃比λ及びFAF値の挙動として、 Δ^2λSM<Δ^2FAFSM といった関係が得られることとなる。
算条件が全て成立していれば、CPU42は、図9のス
テップ311に進み、それまでの積算値Σ|Δ^2λSM
|に今回算出した2階差分値Δ^2λSMi の絶対値を加
算して新たな積算値Σ|Δ^2λSM|を算出する(Σ|
Δ^2λSM|=Σ|Δ^2λSM|+|Δ^2λSMi
|)。さらに、CPU42は、続くステップ312でそ
れまでの積算値Σ|Δ^2FAFSM|に今回算出した2
階差分値Δ^2FAFSMi の絶対値を加算して新たな積
算値Σ|Δ^2FAFSM|を算出する(Σ|Δ^2FAF
SM|=Σ|Δ^2FAFSM|+|Δ^2FAFSMi
|)。
積算時間カウンタCDG1を「1」インクリメントして
本ルーチンを終了する。一方、前記ステップ301の診
断条件が不成立の場合、或いはステップ308〜310
のいずれかの積算条件が不成立の場合、CPU42は、
図9のステップ314に進む。そして、CPU42は、
ステップ314,315で積算値Σ|Δ^2λSM|及び
Σ|Δ^2FAFSM|をホールドすると共に、続くステ
ップ316で積算時間カウンタCDG1をホールドして
本ルーチンを終了する。
1のタイムチャートを用いてより具体的に説明する。な
お、図11において、時間t1以前はA/Fセンサ26
の異常が検出されることがないのに対し、時間t1以降
にはA/Fセンサ26の異常が検出されるようになって
いる。また、積算条件(前記図8のステップ308〜3
10の条件)は、通常、時間t1以前に示すように成立
及び不成立を繰り返すものであるが、ここでは便宜上、
時間t1以降において積算条件が常に成立しているもの
としている。診断条件(前記図8のステップ301の条
件)についても、ここでは便宜上、一旦成立した後はそ
の状態が保持されるものとしている。
タCDG1、積算値Σ|Δ^2λSM|及びΣ|Δ^2FA
FSM|がそれぞれ、診断条件及び積算条件の成立時に
増加し、診断条件又は積算条件の不成立時にその時の値
にホールドされるようになっている。
間t1以前では、例えば時間t0で積算時間カウンタC
DG1が所定値KX1に達し、このタイミングで積算値
Σ|Δ^2λSM|及びΣ|Δ^2FAFSM|の比を用い
て異常診断が実施される(前記図6のステップ20
4)。時間t1以前では、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α の関係が成立しているため(図6のステップ204がY
ES)、異常判定カウンタCDG3がカウントアップさ
れることはない。またこの時間t0では、異常診断実行
カウンタCDG2がカウントアップされ、そのカウント
値が所定値KX2(=3)に達するため(図7のステッ
プ213がYES)、CDG2が「0」にクリアされ
る。かかる場合には、異常判定カウンタCDG3=0で
あるため、異常判定フラグXDGAFが「0」に保持さ
れている。
2,t3,t4で異常診断実行カウンタCDG2がカウ
ントアップされる。このとき、時間t2では、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α の関係が成立するものの(図6のステップ204がYE
S)、時間t3,t4では、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|≧α の関係となり(図6のステップ204がNO)、それに
伴い異常判定カウンタCDG3がカウントアップされ
る。その結果、時間t4で異常判定カウンタCDG3が
所定値KX3(=2)に達し(図7のステップ214が
YES)、異常判定フラグXDGAFがセットされるこ
とになる(図7のステップ216)。そして、このフラ
グ操作に伴い警告灯49が点灯される。
図6のステップ204が再び肯定判別されるようになる
と、その回数が連続正常判定カウンタCDG4によりカ
ウントされる(図示略)。そして、A/Fセンサ26の
正常状態が連続し同カウンタCDG4のカウント値がK
X4(=4)になると(図7のステップ220がYE
S)、異常判定フラグXDGAFがクリアされると共
に、警告灯49が消灯される。
ば、次の効果が得られる。 (a)要するに、A/Fセンサ26による検出λと、F
AF値とを比較した場合、それらの感度は互いに相違す
るものであり、例えばセンサ異常が発生してその応答性
が低下した場合にはその差が顕著になる。従って、検出
λの速度変化量とFAF値の速度変化量との比を異常診
断パラメータとして同パラメータを比較判定すれば、A
/Fセンサ26の異常を精度良く診断することができ
る。この場合、実機への適用に際し、既述したようにエ
バポパージや空燃比学習値の変動等によりFAF値が変
動しても、異常診断パラメータの算出誤差が小さく、異
常診断の誤検出が防止できる。
その影響が異常診断パラメータに及びにくいことから、
異常診断の実行が制限されることが少なくなり、異常診
断の実行頻度を高めることができる。その結果、信頼性
の高い空燃比制御システムが実現でき、エミッションの
悪化等の不都合が抑制できる。なお、本実施の形態にお
いては実際上、前記図8のフローにて診断条件や積算条
件を設定していたが、これらの条件は比較的制限の緩い
ものであり、センサ異常の診断頻度を著しく低下させる
ようなことはない。
分値Δ^2λSMを所定期間で積算し、その積算値Σ|Δ
^2λSM|を空燃比λの速度変化量とすると共に、FA
Fの2階差分値Δ^2FAFSMを所定期間で積算し、そ
の積算値Σ|Δ^2FAFSM|をFAF値の速度変化量
とした。また、λの2階差分値の積算値とFAFの2階
差分値の積算値との比を異常診断パラメータとしてその
パラメータを所定の異常判定値αと比較し、その比較結
果からA/Fセンサ26の異常を診断するようにした。
この場合、λ及びFAFの2階差分値を所定期間内で積
算することは、A/Fセンサ26の特性異常や応答性異
常といった現象をフィードバック制御系に相関させつ
つ、各々の挙動の差を明確化するための一手法であり、
これら積算値の比を求めることにより、センサ異常(特
性異常や応答性異常)が容易に診断できるようになる。
差分値の積算値Σ|Δ^2λSM|とFAFの2階差分値
の積算値Σ|Δ^2FAFSM|との比を所定の異常判定
値αと比較する際に、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α であれば、A/Fセンサ26が正常である旨を診断する
ようにした。つまり、既述したように、センサ26の応
答性低下時には概ね、検出λの変化速度が大幅に遅くな
るのに対し、FAF値の変化速度の遅れは比較的小さ
い。そのため、本構成の診断処理によれば、センサ応答
性が低下するといった異常が好適に診断できることとな
る。
比補正係数FAFの変動量に対し、平滑化処理としての
フィルタリング処理を実施した。この場合、4気筒内燃
機関に診断処理を適用する際において、各要素の気筒間
バラツキを解消することができ、異常診断精度をより一
層向上させることが可能となる。
ウンタCDG4を用い、異常の旨の判定後であっても当
該カウンタCDG4のカウント処理により異常判定をク
リアできるようにした。その結果、センサ異常が一時的
に発生したものであってその異常状態が回避された場
合、或いは一度だけ異常が誤判定された場合において、
空燃比フィードバック制御が適宜再開できるようにな
る。
ように変更して具体化することも可能である。つまり、
前記異常判定値αを機関運転状態に応じて可変に設定す
る。この場合、図12に示す処理を前記図6のステップ
203とステップ204との間に挿入する。
圧PMの積算値ΣPMを読み込む。この積算値ΣPM
は、所定期間内における吸気圧PMの変動量を表すパラ
メータである。そして、続くステップ251では前記P
Mの積算値ΣPMに基づいて異常判定値αを可変に設定
する。このとき、例えば図13の関係を用いてα値が求
められる。図13ではΣPM値が大きくなるほど、α値
が大きくなる関係が設定されている。
したとしても、それに追従した異常診断が逐次実施で
き、センサ異常の診断精度をより一層向上させることが
できるようになる。因みに、図13に示す関係は、横軸
を機関回転数Neの変動量、或いはスロットル開度TH
の変動量としても略同様に得られるため、α値を可変設
定するパラメータをこれらの変動量に変更してもよい。
ついて図面を用いて説明する。但し、以下の各実施の形
態の構成において、上述した第1の実施の形態と同等で
あるものについてはその説明を簡略化する。そして、以
下には第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
の実施の形態について図14を用いて説明する。図14
は、本実施の形態における異常診断ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この図14は、前記第1の実施の形
態における図6のフローチャートに取って代わるもので
あり、前記した通り所定周期(又は噴射同期)にてCP
U42により実行されるようになっている。
図6との相違点のみを抽出して説明する。つまり、前記
図6では、ステップ300において、空燃比λの速度変
化量として空燃比λの2階差分値Δ^2λSMの積算値
「Σ|Δ^2λSM|」を算出すると共に、FAF値の速
度変化量としてFAF値の2階差分値Δ^2FAFSMの
積算値「Σ|Δ^2FAFSM|」を算出していた。そし
て、同図のステップ204で、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α が成立するか否かにより、A/Fセンサ26の異常診断
を実施していた。
ップ410で空燃比λの速度変化量として差分値ΔλS
M(=λSMi −λSMi-1 )の積算値「Σ|ΔλSM
|」を算出すると共に、FAF値の速度変化量として2
階差分値Δ^2FAFSMの積算値「Σ|Δ^2FAFSM
|」を算出するようにしている。すなわち、空燃比λの
速度変化量を、「Σ|Δ^2λSM|」から「Σ|ΔλS
M|」に変更している。かかる場合、本ルーチンで用い
る積算値Σ|ΔλSM|は、積算時間カウンタCDG1
が所定値KX1に達するまでの期間内で積算される値で
ある(Σ|ΔλSM|=Σ|ΔλSM|+ΔλSMi
)。
判定値β1を用い、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|ΔλSM|<β1 が成立するか否かによりA/Fセンサ26の異常を診断
するようにしている。また、異常診断後のステップ43
0では、Σ|ΔλSM|を「0」にクリアするようにし
ている。なお、前記図6と同一のステップ番号を付した
処理、並びにステップ211以降の処理は前記図6,7
と同一であるため、ここではその説明を省略する。
の形態と同様に、本発明の目的が達せられる。因みに、
前記図12及び図13で説明したように、ΣPM値など
により異常判定値β1を可変に設定して異常診断の精度
向上を図るようにすることも可能である。
の実施の形態について図15を用いて説明する。図15
は、本実施の形態における異常診断ルーチンを示すフロ
ーチャートである。この図15は、前記第1の実施の形
態における図6のフローチャートに取って代わるもので
あり、前記した通り所定周期(又は噴射同期)にてCP
U42により実行されるようになっている。
図6との相違点のみを抽出して説明する。つまり、図1
5のルーチンでは、ステップ450で空燃比λの速度変
化量として2階差分値Δ^2λSMの積算値「Σ|Δ^2λ
SM|」を算出すると共に、FAF値の速度変化量とし
て差分値ΔFAFSM(=FAFSMi −FAFSMi-
1 )の積算値「Σ|ΔFAFSM|」を算出するように
している。すなわち、FAF値の速度変化量を、「Σ|
Δ^2FAFSM|」から「Σ|ΔFAFSM|」に変更
している。かかる場合、本ルーチンで用いる積算値Σ|
ΔFAFSM|は、積算時間カウンタCDG1が所定値
KX1に達するまでの期間内で積算される値である(Σ
|ΔFAFSM|=Σ|ΔFAFSM|+ΔFAFSM
i )。
判定値β2を用い、 Σ|ΔFAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<β2 が成立するか否かによりA/Fセンサ26の異常を診断
するようにしている。また、異常診断後のステップ47
0では、Σ|ΔFAFSM|を「0」にクリアするよう
にしている。なお、前記図6と同一のステップ番号を付
した処理、並びにステップ211以降の処理は前記図
6,7と同一であるため、ここではその説明を省略す
る。
の形態と同様に、本発明の目的が達せられる。因みに、
前記図12及び図13で説明したように、ΣPM値など
により異常判定値β2を可変に設定して異常診断の精度
向上を図るようにすることも可能である。
の実施の形態について図16〜図18を用いて説明す
る。本実施の形態では、空燃比λの速度変化Δλの振幅
ΔλLRを求めると共に、FAF値の速度変化ΔFAF
の振幅ΔFAFLRを求め、それぞれの振幅値の所定期
間内における積算値「ΣΔλLR」,「ΣΔFAFL
R」を速度変化量としている。そして、この積算値ΣΔ
λLR,ΣΔFAFLRに基づいてA/Fセンサ26の
異常診断を実施するようにしている。
値Σ|Δ^2λSM|,Σ|Δ^2FAFSM|と、本実施
の形態で用いる積算値ΣΔλLR,ΣΔFAFLRと
は、各値の積算期間が空燃比λ又は空燃比補正係数FA
Fの変動周期の半波長よりも長ければ実質上、同等とな
る(「2階差分値の和=振幅の和」の関係が成立す
る)。そこで、本実施の形態では、積算値ΣΔλLR,
ΣΔFAFLRを速度変化量として、それを用いた異常
診断処理を実施する。
ルーチンを示すフローチャートである。この図16は、
前記第1の実施の形態における図6のフローチャートに
取って代わるものであり、前記した通り所定周期(又は
噴射同期)にてCPU42により実行されるようになっ
ている。
2は、先ずステップ501でA/Fセンサ26の活性状
態を判別し、続くステップ502でA/Fセンサ26以
外の他の異常が検出されていないかを判別する。そし
て、上記ステップ501,502が共に成立することを
条件に、CPU42はステップ600に進み、後述する
図17,18のサブルーチンにより積算値ΣΔλLR,
ΣΔFAFLRを算出する。
積算時間カウンタCDG0,CDG1が共に所定値KX
1(本実施の形態では、積算時間30秒に相当する数
値)以上になったか否かを判別する。そして、CDG0
<KX1又はCDG1<KX1であれば、CPU42は
そのまま本ルーチンを終了し、CDG0≧KX1且つC
DG1≧KX1であれば、ステップ504に進む。CP
U42は、ステップ504で積算値ΣΔλLR,ΣΔF
AFLRの比を異常診断パラメータとして、そのパラメ
ータと所定の異常判定値γとを比較判別する。すなわ
ち、 ΣΔFAFLR/ΣΔλLR<γ が成立するか否かを判別する。
は、空燃比λとFAF値との速度変化量が良好な状態で
相関しつつ変化していることを意味し、例えばA/Fセ
ンサ26の応答性が確保されていることに相当する。つ
まり、この異常判定パラメータ(ΣΔFAFLR/ΣΔ
λLR)と異常判定値γとの間には、前記図10で示し
たような関係が成立し(図10の縦軸及び横軸が上記パ
ラメータ及びγに置換できる)、当該パラメータが異常
判定値γを越えることはセンサ応答性が悪化したことに
相応する。
ができ、 ΣΔFAFLR/ΣΔλLR≧γ であれば、A/Fセンサ26が異常であるとみなすこと
ができる。
PU42は、ステップ505で異常判定カウンタCDG
3をホールドすると共に、続くステップ506で連続正
常判定カウンタCDG4を「1」インクリメントする。
また、ステップ504が不成立であれば、ステップ50
7で異常判定カウンタCDG3を「1」インクリメント
すると共に、続くステップ508で連続正常判定カウン
タCDG4を「0」にクリアする。
積算値ΣΔλLRを「0」にクリアし、続くステップ5
10で積算値ΣΔFAFLRを「0」にクリアする。さ
らに、CPU42は、ステップ511で積算時間カウン
タCDG0,CDG1を共に「0」にクリアする。な
お、ステップ511以降の処理は前記図7と同一である
ため、ここではその説明を省略する。
用いて前記16のステップ600の詳細な処理であると
ころの、積算値ΣΔλLR,ΣΔFAFLRの算出手順
を説明する。
CPU42は、ステップ601〜603でA/Fセンサ
26による検出空燃比λを用いて差分値ΔλSMi を算
出すると共に、ステップ604〜606で空燃比補正係
数FAFを用いて差分値ΔFAFSMi を算出する。す
なわちCPU42は、ステップ601でA/D変換後の
空燃比λを読み込み、続くステップ602で前記読み込
んだ空燃比λに対してフィルタリング処理を実施してな
まし値λSMi を算出する。また、ステップ603にお
いて、CPU42は、前記算出したなまし値λSMの今
回値と前回値とから差分値ΔλSMi を算出する(Δλ
SMi =λSMi −λSMi-1 )。
AF値を読み込み、続くステップ605で前記読み込ん
だFAF値に対してフィルタリング処理を実施してなま
し値FAFSMi を算出する。また、ステップ606に
おいて、CPU42は、前記算出したなまし値FAFS
Mの今回値と前回値とから差分値ΔFAFSMi を算出
する(ΔFAFSMi =FAFSMi −FAFSMi-1
)。
609で前記差分値ΔλSMi 及びΔFAFSMi を積
算するための条件(積算条件)が成立しているか否かを
判別する(なおこの処理は、前記図8のステップ308
〜310の処理と同一である)。つまり、ステップ60
7では、冷却水温Thwに基づいて機関の暖機が完了し
ているか否かを判別し、ステップ608では、機関回転
数Ne,車速SPD,吸気圧PMに基づいて運転条件が
所定条件を満たすか否かを判別する。さらに、ステップ
ン609では、吸気圧PMの変化度合に基づいて急加速
時でないか否かを判別する。
算条件のいずれかが不成立であれば、CPU42はステ
ップ610に進み、積算値ΣΔλLR,ΣΔFAFLR
を共にホールドする。また、CPU42は、続くステッ
プ611で積算時間カウンタCDG0,CDG1をホー
ルドした後、本ルーチンを終了する。
条件が全て成立していれば、CPU42は、図18のス
テップ612に進む。そして、CPU42は、ステップ
612で差分値ΔλSMの今回値と前回値との差が
「0」を越えるか否か、すなわち、 ΔλSMi −ΔλSMi-1 >0 が成立するか否かを判別する。また、CPU42は、ス
テップ613,614の双方で差分値ΔλSMの前回値
と前々回値との差が「0」を越えるか否か、すなわち、 ΔλSMi-1 −ΔλSMi-2 >0 が成立するか否かを判別する。
れ、且つステップ613が否定判別されると、CPU4
2はステップ615に進み、ΔλSM値の前回値(Δλ
SMi-1 )がリッチピーク値ΔλRに相当するとして、
前回差分値ΔλSMi-1 を「ΔλR」とする。また、ス
テップ612が否定判別され、且つステップ614が肯
定判別されると、CPU42はステップ616に進み、
ΔλSM値の前回値(ΔλSMi-1 )がリーンピーク値
ΔλLに相当するとして、前回差分値ΔλSMi-1 を
「ΔλL」とする。
の場合、或いはステップ614がNOの場合)、CPU
42はステップ617に進む。そして、CPU42は、
ステップ617で積算値ΣΔλLRをホールドすると共
に、続くステップ618で積算時間カウンタCDG0を
ホールドする。
16の処理後、CPU42は、ステップ619でリーン
ピーク値ΔλLからリッチピーク値ΔλRを減算してΔ
λ振幅ΔλLRを算出する(ΔλLR=ΔλL−Δλ
R)。その後、CPU42は、ステップ620でそれま
での積算値ΣΔλLRに前記算出したΔλ振幅ΔλLR
を加算して積算値ΣΔλLRを更新する(ΣΔλLR=
ΣΔλLR+ΔλLR)。さらに、CPU42は、ステ
ップ621で積算時間カウンタCDG0を「1」インク
リメントした後、ステップ622に進む。
FAFSMの今回値と前回値との差が「0」を越えるか
否か、すなわち、 ΔFAFSMi −ΔFAFSMi-1 >0 が成立するか否かを判別する。また、CPU42は、ス
テップ623,624の双方で差分値ΔFAFSMの前
回値と前々回値との差が「0」を越えるか否か、すなわ
ち、 ΔFAFSMi-1 −ΔFAFSMi-2 >0 が成立するか否かを判別する。
れ、且つステップ623が否定判別されると、CPU4
2はステップ625に進み、ΔFAFSM値の前回値
(ΔFAFSMi-1 )がリッチピーク値ΔFAFRに相
当するとして、前回差分値ΔFAFSMi-1 を「ΔFA
FR」とする。また、ステップ622が否定判別され、
且つステップ624が肯定判別されると、CPU42は
ステップ626に進み、ΔFAFSM値の前回値(ΔF
AFSMi-1 )がリーンピーク値ΔFAFLに相当する
として、前回差分値ΔFAFSMi-1 を「ΔFAFL」
とする。
の場合、或いはステップ624がNOの場合)、CPU
42はステップ627に進む。そして、CPU42は、
ステップ627で積算値ΣΔFAFLRをホールドする
と共に、続くステップ628で積算時間カウンタCDG
1をホールドする。
理後、CPU42は、ステップ629でリーンピーク値
ΔFAFLからリッチピーク値ΔFAFRを減算してΔ
FAF振幅ΔFAFLRを算出する(ΔFAFLR=Δ
FAFL−ΔFAFR)。その後、CPU42は、ステ
ップ630でそれまでの積算値ΣΔFAFLRに前記算
出したΔFAF振幅ΔFAFLRを加算して積算値ΣΔ
FAFLRを更新する(ΣΔFAFLR=ΣΔFAFL
R+ΔFAFLR)。さらに、CPU42は、ステップ
631で積算時間カウンタCDG1を「1」インクリメ
ントした後、本ルーチンを終了する。
態と同様に、本発明の目的が達せられる。また、本実施
の形態では特に、Δλ振幅の積算値ΣΔλLRを空燃比
λの速度変化量とすると共に、ΔFAF振幅の積算値Σ
ΔFAFLRをFAF値の速度変化量とした。そして、
積算値ΣΔλLR,ΣΔFAFLRの比を異常診断パラ
メータとしてそのパラメータを所定の異常判定値γと比
較し、その比較結果からA/Fセンサ26の異常を診断
するようにした。この場合、Δλ振幅及びΔFAF振幅
を所定期間内で積算することは、A/Fセンサ26の特
性異常や応答性異常といった現象をフィードバック制御
系に相関させつつ、各々の挙動の差を明確化するための
一手法であり、これら積算値の比(ΣΔFAFLR/Σ
ΔλLR)を求めれば、センサ異常が容易に診断できる
ようになる。
及び図13で説明したように、ΣPM値などにより異常
判定値γを可変に設定して異常診断の精度向上を図るよ
うにすることも可能である。
施の形態では、いずれも異常診断を行う際において、空
燃比λ及びFAF値の速度変化量の比から求めた異常診
断パラメータが異常判定値(α,β1,β2,γ)未満
であるか否かに応じてセンサ異常を診断していたが、本
実施の形態では、空燃比λ及びFAF値の速度変化量の
比から求めた異常診断パラメータが所定範囲(δ1〜δ
2)内にあるか否かに応じてセンサ異常を診断するもの
である。また、本実施の形態では、積算値Σ|Δ^2λS
M|,Σ|Δ^2FAFSM|の比を異常診断パラメータ
とすると共に、異常診断時に用いる異常判定値δ1,δ
2を可変に設定するようにしている。この場合、図19
に示す処理を前記図6のステップ203の後に挿入する
と共に、ステップ204の処理を変更する。
圧PMの積算値ΣPMを読み込む。この積算値ΣPM
は、所定期間内における吸気圧PMの変動量を表すパラ
メータである。そして、続くステップ271では前記P
Mの積算値ΣPMに基づいて異常判定値δ1,δ2を可
変に設定する。このとき、例えば図20の関係を用いて
δ1,δ2値が求められる。図20ではΣPM値が大き
くなるほど、δ1,δ2値が大きくなる関係が設定され
ている。
δ2 が成立するか否かにより異常診断を実施する。このと
き、ステップ272が肯定判別されれば、前記図6のス
テップ205に進む。そして、同図のステップ205,
206で異常判定カウンタCDG3をホールドすると共
に、連続正常判定カウンタCDG4を「1」インクリメ
ントする。また、ステップ272が否定判別されれば、
前記図6のステップ207に進む。そして、同図のステ
ップ207,208で異常判定カウンタCDG3を
「1」インクリメントすると共に、連続正常判定カウン
タCDG4をクリアする。
の形態と同様に本発明の目的が達せられるのは勿論のこ
と、それに加えて次の効果が得られる。つまり、上記の
異常診断パラメータが所定の正常域(δ1〜δ2)内で
あることからセンサ異常を診断する構成であれば、図2
3(a)で示すような態様で特性異常が発生した際に
も、その特性異常が好適に診断できることとなる。
を機関回転数Neの変動量、或いはスロットル開度TH
の変動量としても略同様に得られるため、δ1,δ2値
を可変設定するパラメータをこれらの変動量に変更して
もよい。
値の加速度に相当する2階差分値Δ^2λSM,Δ^2FA
FSMを前記の式(11)及び式(12)を用いて算出
したが、こうした2階差分値の演算には、 Δ^2λSMi =(λSMi −λSMi-n )−(λSMi-
m −λSMi-m-n ) Δ^2FAFSMi =(FAFSMi −FAFSMi-n )
−(FAFSMi-m −FAFSMi-m-n ) といった基本式を用いればよい(但し、m=1,2,3
・・・、n=1,2,3・・・)。第1の実施の形態で
は上記基本式において、m=1,n=1と設定していた
のに過ぎず、これらm,n値を変更してもよい。
燃比の速度変化量として、λSM値の2階差分値Δ^2λ
SMの積算値Σ|Δ^2λSM|を用いると共に、空燃比
補正係数の速度変化量として、FAFSM値の2階差分
値Δ^2FAFSMの積算値Σ|Δ^2FAFSM|を用
い、 Σ|Δ^2FAFSM|/Σ|Δ^2λSM|<α が成立するか否かに応じてセンサ異常を診断していた
が、この構成を変更してもよい。例えば、検出空燃比の
速度変化量としてλSM値の2階差分値Δ^2λSM(積
算しない値)を用いると共に、空燃比補正係数の速度変
化量としてFAFSM値の2階差分値Δ^2FAFSM
(積算しない値)を用い、 Δ^2FAFSM/Δ^2λSM<α’ が成立するか否かに応じてセンサ異常を診断するように
してもよい。
同様に、所定期間内での積算を実施しない値を用いてセ
ンサ異常を診断するようにしてもよい。これらの構成に
て異常診断を実施する場合、積算前の各数値が速度変化
量になると共にそれらの比が異常診断パラメータとな
り、この構成においても本発明の目的が達せられる。
(α,β1,β2,γ,δ1,δ2)の可変設定に際
し、機関の負荷状態量ΣPM,ΣNe等が大きくなるほ
ど、当該異常判定値を大きくする方向に変更したが、こ
れを変更してもよい。例えば図21に示すように、冷却
水温Thwが高くなるほど、異常判定値αが小さくなる
ように可変設定してもよい(β1,β2,γも同様)。
また、図22に示すように、冷却水温Thwが高くなる
ほど、正常域を設定するための異常判定値δ1,δ2が
小さくなるように可変設定してもよい。
はFAF値の気筒間バラツキを解消するべく、例えば図
8のステップ303,306のフィルタリング処理を実
施していたが、この処理をn回なまし処理(nは16,
64等)など、他の平滑化処理に変更してもよい。ま
た、このフィルタリング処理(平滑化処理)は、必ずし
も必要ではなく当該処理を省略して本異常診断装置を具
体化してもよい。
ウンタCDG1〜CDG4を用いて異常判定処理を実施
したが、これを簡略化してもよい。具体的には、例えば
連続正常判定カウンタCDG4を省略し、一旦異常判定
フラグXDGAFがセットされた後は、その状態を保持
するようにしてもよい。また、各カウンタCDG1〜C
DG4のカウント値を判定するための所定値KX1〜K
X4の具体値は既述した値に限定されるものではなく、
任意に変更できる。センサ異常の診断精度を向上させる
には、積算時間カウンタCDG1のカウント時間を長く
したり(図16のCDG0も同様)、異常診断実行カウ
ンタCDG2及び異常判定カウンタCDG3の回数を多
くしたりすることが有効である。
KX1〜KX4を比較的小さい値に設定すると共に、機
関の過渡運転時には所定値KX1〜KX4を比較的大き
い値に設定する等、各所定値KX1〜KX4を機関運転
状態に応じてその都度、可変に設定するようにしてもよ
い。
うに、異常診断パラメータが所定の正常域にあるか否か
に応じて異常診断を実施する形態において、その際の異
常診断パラメータを空燃比変動の振幅及びFAF変動の
振幅の比に変更してもよい。
酸素センサからなる空燃比センサ(A/Fセンサ26)
について異常診断を実施していたが、ポンピング電流式
酸素センサからなる空燃比センサについても上記各実施
の形態と同様の異常診断処理が適用できる。
論を用いて空燃比フィードバック制御を実現した空燃比
制御システムに本発明のセンサ異常診断処理を具体化し
たが、当然ながら他の制御(例えば、PID制御等)に
よるシステムで本発明を具体化してもよい。
御装置の全体構成図。
ロック図。
ト。
チンを示すフローチャート。
|の算出ルーチンを示すフローチャート。
を示すグラフ。
ャート。
ャート。
ーチンを示すフローチャート。
ーチンを示すフローチャート。
ーチンを示すフローチャート。
ーチンを示すフローチャート。
入される処理を示すフローチャート。
グラフ。
変設定するためのグラフ。
δ2を可変設定するためのグラフ。
状態を示す図。
サ(限界電流式酸素センサ)、41…ECU(電子制御
装置)、42…空燃比変化量演算手段,補正係数変化量
演算手段,異常診断手段,異常判定値設定手段を構成す
るCPU。
Claims (10)
- 【請求項1】内燃機関の空燃比に対してリニアに出力を
増減させる空燃比センサを備え、該空燃比センサにより
検出された空燃比と目標空燃比との偏差に対応する空燃
比補正係数を用いて空燃比フィードバック制御を実施す
る装置に適用されるものであって、 前記空燃比センサにより検出された空燃比が変動する際
の速度変化量を演算する空燃比変化量演算手段と、 前記空燃比補正係数が変動する際の速度変化量を演算す
る補正係数変化量演算手段と、 前記空燃比が変動する際の速度変化量と前記補正係数が
変動する際の速度変化量とを比較し、その比較結果に基
づいて前記空燃比センサの異常を診断する異常診断手段
とを備えることを特徴とする空燃比センサの異常診断装
置。 - 【請求項2】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃比
が変動する際の速度変化量を、空燃比の2階差分演算に
より求めることを特徴とする請求項1に記載の空燃比セ
ンサの異常診断装置。 - 【請求項3】前記補正係数変化量演算手段は、前記補正
係数が変動する際の速度変化量を空燃比補正係数の2階
差分演算により求めることを特徴とする請求項1に記載
の空燃比センサの異常診断装置。 - 【請求項4】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃比
が変動する際の速度変化量を空燃比変動の振幅により演
算し、 前記補正係数変化量演算手段は、前記補正係数が変動す
る際の速度変化量を前記補正係数変動の振幅により演算
することを特徴とする請求項1に記載の空燃比センサの
異常診断装置。 - 【請求項5】前記空燃比変化量演算手段は、空燃比の2
階差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記空燃比
が変動する際の速度変化量とする手段であり、 前記補正係数変化量演算手段は、空燃比補正係数の2階
差分値を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係数
が変動する際の速度変化量とする手段であり、 前記異常診断手段は、前記空燃比の2階差分値の積算値
と前記空燃比補正係数の2階差分値の積算値との比を所
定の異常判定値と比較し、その比較結果から前記空燃比
センサの異常を診断する手段であることを特徴とする請
求項1に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 【請求項6】前記空燃比変化量演算手段は、空燃比変動
の振幅を所定時間で積算し、その積算値を前記空燃比が
変動する際の速度変化量とする手段であり、 前記補正係数変化量演算手段は、空燃比補正係数変動の
振幅を所定期間で積算し、その積算値を前記補正係数が
変動する際の速度変化量とする手段であり、 前記異常診断手段は、前記空燃比変動の振幅の積算値と
前記空燃比補正係数変動の振幅の積算値との比を所定の
異常判定値と比較し、その比較結果から前記空燃比セン
サの異常を診断する手段であることを特徴とする請求項
1に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 【請求項7】前記異常判定値を機関運転状態に応じて可
変に設定する異常判定値設定手段を備えることを特徴と
する請求項5又は請求項6に記載の空燃比センサの異常
診断装置。 - 【請求項8】前記異常診断手段は、空燃比λが変動する
際の速度変化量と、空燃比補正係数FAFが変動する際
の速度変化量との比を所定の異常判定値Aと比較する場
合に、 (FAFの速度変化量/λの速度変化量)<A であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
請求項1に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 【請求項9】前記異常診断手段は、空燃比λが変動する
際の速度変化量と、空燃比補正係数FAFが変動する際
の速度変化量との比を所定幅の異常判定値B1,B2と
比較する場合に、 B1<(FAFの速度変化量/λの速度変化量)<B2 であれば、前記空燃比センサが正常である旨を診断する
請求項1に記載の空燃比センサの異常診断装置。 - 【請求項10】前記空燃比変化量演算手段は、前記空燃
比を平滑化しこの平滑化した空燃比を用いて当該空燃比
が変動した際の速度変化量を演算し、前記補正係数変化
量演算手段は、前記補正係数を平滑化しこの平滑化した
補正係数を用いて当該補正係数が変動した際の速度変化
量を演算することを特徴とする請求項1〜請求項9のい
ずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。
Priority Applications (4)
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JP33366496A JP3834898B2 (ja) | 1996-12-13 | 1996-12-13 | 空燃比センサの異常診断装置 |
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US09/358,849 US6032659A (en) | 1995-03-31 | 1999-07-22 | Abnormality diagnosing system for air/fuel ratio feedback control system |
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