JP2009013991A - Malfunction detection device for air-fuel ratio sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空燃比センサの異常検出装置に関するものである。 The present invention relates to an abnormality detection device for an air-fuel ratio sensor.
従来より、内燃機関の排気管に空燃比センサを配設し、この空燃比センサの検出信号により内燃機関から排出される排ガスの空燃比(排気空燃比)を検出するようにした空燃比検出装置が実用化されている。空燃比センサとしては近年、空燃比をリニアに検出可能なリニアA/Fセンサ等が用いられている。そして、この空燃比検出装置を用いた空燃比制御システムでは、その検出空燃比が目標値で安定するよう空燃比フィードバック制御が実施され、結果として排気エミッションを改善することに成功している。 Conventionally, an air-fuel ratio sensor is provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio detector (exhaust air-fuel ratio) of exhaust gas discharged from the internal combustion engine is detected by a detection signal of the air-fuel ratio sensor. Has been put to practical use. In recent years, a linear A / F sensor or the like that can linearly detect the air-fuel ratio is used as the air-fuel ratio sensor. In the air-fuel ratio control system using this air-fuel ratio detection device, air-fuel ratio feedback control is performed so that the detected air-fuel ratio is stabilized at the target value, and as a result, exhaust emission has been successfully improved.
かかる場合、良好なる空燃比制御を実現するには空燃比センサが正常に機能していることが前提であり、空燃比センサの異常の有無を検出するための異常検出装置が各種提案されている。例えば、特許文献1(特開平4−237851号公報)では、理論空燃比の近傍で空燃比フィードバック係数を変化させ、その時の空燃比センサ出力応答特性により、空燃比センサの劣化診断を行うこととしていた。また、特許文献2(特開平10−169501号公報)では、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演算すると共に、それら速度変化量を比較し、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こととしていた。
上記各特許文献では、空燃比センサの出力応答性に着目しその応答性の状態に基づいてセンサ異常を検出するようにしているが、空燃比センサでは、リッチ側に変化する時のセンサ応答性とリーン側に変化する時のセンサ応答性とのうち、片側にだけ偏って応答性異常が現れることも考えられる。つまり、一般に知られているように空燃比センサはジルコニア等の固体電解質体とそれを挟むように配される一対の電極とを有しており、電極間を伝導する酸素イオン量に応じて排ガス中の酸素濃度(すなわち空燃比)が検出される。この場合、センサ個体差や経時変化等の要因により前記各電極において反応速度が相違すると、空燃比がリッチ側に変化する時の応答性とリーン側に変化する時の応答性とに差異が生じる。かかる実状において、上記各特許文献では、リッチ側変化とリーン側変化との両方を同時に判断するため、片側だけ応答性が悪化する場合にその異常が正しく検出できないおそれがあった。 In each of the above-mentioned patent documents, attention is paid to the output responsiveness of the air-fuel ratio sensor, and the sensor abnormality is detected based on the responsiveness state. However, in the air-fuel ratio sensor, the sensor responsiveness when changing to the rich side is detected. Among the sensor responsiveness when changing to the lean side, it is also conceivable that the responsiveness abnormality appears only on one side. In other words, as is generally known, an air-fuel ratio sensor has a solid electrolyte body such as zirconia and a pair of electrodes arranged so as to sandwich the solid electrolyte body, and exhaust gas according to the amount of oxygen ions conducted between the electrodes. The oxygen concentration (ie, air / fuel ratio) is detected. In this case, if the reaction speed differs between the electrodes due to factors such as sensor differences and changes over time, there will be a difference between the response when the air-fuel ratio changes to the rich side and the response when the air-fuel ratio changes to the lean side. . In such a situation, in each of the above-mentioned patent documents, both the rich side change and the lean side change are judged at the same time. Therefore, there is a possibility that the abnormality cannot be detected correctly when the responsiveness deteriorates only on one side.
一方、空燃比センサの出力応答性を検出する場合、仮に空燃比センサが異常状態(例えば応答遅れの状態)にあっても、空燃比が目標空燃比(例えば目標空燃比=理論空燃比)に制御されている状態ではその状況がセンサ検出値や空燃比補正係数等に反映されにくい。そのため、応答性検出を実施する上で問題となっていた。 On the other hand, when detecting the output responsiveness of the air-fuel ratio sensor, even if the air-fuel ratio sensor is in an abnormal state (for example, a response delay state), the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio (for example, target air-fuel ratio = theoretical air-fuel ratio). In the controlled state, the situation is hardly reflected in the sensor detection value, the air-fuel ratio correction coefficient, and the like. Therefore, it has been a problem in performing responsiveness detection.
本発明は、空燃比センサの応答性異常を好適に検出することができる空燃比センサの異常検出装置を提供することを第1の目的とし、応答性変化の状況を確実に検出することができる空燃比センサの応答性検出装置を提供することを第2の目的とするものである。 The first object of the present invention is to provide an abnormality detection device for an air-fuel ratio sensor that can preferably detect an abnormality in the response of the air-fuel ratio sensor, and can reliably detect the state of change in response. A second object is to provide an air-fuel ratio sensor responsiveness detecting device.
請求項1に記載の発明では、空燃比フィードバック制御中にリッチ側及びリーン側への空燃比の強制変動が行われる。また、同じく空燃比フィードバック制御中に空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データがそれぞれ算出され、該算出された空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性が検出される。そして、該検出された空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常が検出される。また特に、空燃比の強制変動に伴い空燃比検出値がリッチ側に変化する時、及び空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基にセンサの異常検出が実施される。 In the first aspect of the present invention, the air-fuel ratio is forcibly changed to the rich side and the lean side during the air-fuel ratio feedback control. Similarly, the variation data of the air-fuel ratio detection value detected from the air-fuel ratio sensor signal during the air-fuel ratio feedback control to the rich side and the lean side are calculated, respectively, and the calculated air-fuel ratio detection value rich side and lean values are calculated. Based on the change amount data to the side, the responsiveness of the air-fuel ratio sensor is detected for each of the change to the rich side and the change to the lean side. Then, an abnormality of the air-fuel ratio sensor is detected based on the detected responsiveness of the air-fuel ratio sensor. Particularly, abnormality detection of the sensor is performed based on change amount data when the air-fuel ratio detection value changes to the rich side due to forced fluctuation of the air-fuel ratio and when the air-fuel ratio detection value changes to the lean side.
前述の通り空燃比センサの経時変化等によりその動特性が変化する場合、空燃比センサのリッチ側への応答性又はリーン側への応答性の何れかのみが大きく変化して異常の状態に至ることがあると考えられる。本請求項1の発明によれば、空燃比センサのリッチ側への応答性とリーン側への応答性とが個別に検出されるため、空燃比センサの応答性異常を好適に検出することが可能となる。また、空燃比がリッチ側及びリーン側に強制変動されるため、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ異常検出が実現できる。 As described above, when the dynamic characteristics of the air-fuel ratio sensor change due to changes over time, only the response to the rich side or the response to the lean side of the air-fuel ratio sensor changes greatly, leading to an abnormal state. There seems to be something. According to the first aspect of the present invention, since the responsiveness to the rich side and the responsiveness to the lean side of the air-fuel ratio sensor are individually detected, it is possible to suitably detect the responsiveness abnormality of the air-fuel ratio sensor. It becomes possible. In addition, because the air-fuel ratio is forcibly fluctuated to the rich side and the lean side, sufficient change amount data can be obtained when the air-fuel ratio changes to the rich side or the lean side, and highly reliable sensor abnormality detection is realized. it can.
請求項2に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについてのセンサ応答性が所定の基準値と比較され、その結果に応じて空燃比センサの異常が検出される。この場合、基準値との比較により例えば経時変化を要因とする応答性変化が監視できる。なお、所定の基準値を、センサ初期状態における初期値に基づき設定することも考えられる。 In the second aspect of the invention, the sensor responsiveness for each of the change to the rich side and the change to the lean side is compared with a predetermined reference value, and an abnormality of the air-fuel ratio sensor is detected according to the result. Is done. In this case, a change in responsiveness caused by a change with time can be monitored by comparison with a reference value. It is also conceivable to set the predetermined reference value based on the initial value in the sensor initial state.
請求項3に記載の発明では、リッチ側変化時の変化量データとリーン側変化時の変化量データとが対比され、それらの大小関係に基づいてリッチ側応答性異常かリーン側応答性異常かが判定される。
In the invention according to
請求項4に記載したように、前記空燃比検出値の変化量データとしてはその変化速度又は変化加速度が算出されると良い。 According to a fourth aspect of the present invention, the change speed or the change acceleration is preferably calculated as the change amount data of the air-fuel ratio detection value.
請求項5に記載の発明では、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を等しくするような応答性パラメータが算出され、該応答性パラメータに基づいて空燃比センサの異常が検出される。この場合、リッチ側変化時とリーン側変化時とで応答性に差異が生じると、前記応答性パラメータが大きく変化する。このことから、センサ異常の検出が可能となる。 According to the fifth aspect of the present invention, a responsiveness parameter that makes the responsiveness of the air-fuel ratio sensor equal for each of the change to the rich side and the change to the lean side is calculated, and based on the responsiveness parameter An abnormality of the air-fuel ratio sensor is detected. In this case, if there is a difference in responsiveness between the rich side change and the lean side change, the responsiveness parameter changes greatly. Thus, sensor abnormality can be detected.
空燃比を強制変動させる際、空燃比変動の周期や振幅を固定設定してもよいが、以下のように可変設定することも可能である。請求項6に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期又は振幅の少なくとも何れかが設定される。この場合、内燃機関の運転状態は逐次変化するが、その変化に追従した状態での空燃比変動制御が可能となる。 When the air-fuel ratio is forcibly changed, the period and amplitude of the air-fuel ratio change may be fixed, but may be variably set as follows. In the invention according to claim 6, at least one of the cycle or the amplitude of the air-fuel ratio fluctuation is set based on the operating state of the internal combustion engine each time. In this case, although the operating state of the internal combustion engine changes sequentially, air-fuel ratio fluctuation control in a state following the change is possible.
空燃比を強制的に変動させる場合、例えば低回転・低負荷領域では、排ガス流量が少なく且つ排ガス流速も小さいために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかかる。これに対して、高回転・高負荷領域では、排ガス流量が多く且つ排ガス流速も速いために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかからない。そこで、請求項7に記載したように、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振幅を小さくすると良い。これにより、機関運転状態が変化しても、ほぼ同様の期間にてリッチ側/リーン側の空燃比変動を行わせることができ、センサ応答性の異常検出の信頼性が向上する。 When the air-fuel ratio is forcibly changed, for example, in a low rotation / low load region, the exhaust gas flow rate is small and the exhaust gas flow velocity is small, so it takes time until the air-fuel ratio detection value changes from the change in the fuel injection amount. On the other hand, in the high rotation / high load region, since the exhaust gas flow rate is large and the exhaust gas flow velocity is fast, it does not take time for the air-fuel ratio detection value to change from the change in the fuel injection amount. Therefore, as described in claim 7, in the low rotation / low load region of the internal combustion engine, the cycle of air-fuel ratio fluctuation is increased or the amplitude is increased, and in the high rotation / high load region of the internal combustion engine, the cycle of air-fuel ratio fluctuation is increased. It is preferable to shorten or reduce the amplitude. As a result, even if the engine operating state changes, the rich / lean side air-fuel ratio fluctuation can be performed in substantially the same period, and the reliability of sensor response abnormality detection is improved.
また、請求項8に記載の発明では、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比がリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定される。これにより、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、リッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比との間での空燃比変動が最短時間で実現できる。 In the invention according to claim 8, every time the air-fuel ratio detection value reaches the target air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is alternately switched between the rich-side target air-fuel ratio and the lean-side target air-fuel ratio. Thereby, the air-fuel ratio fluctuation between the rich-side target air-fuel ratio and the lean-side target air-fuel ratio can be realized in the shortest time while realizing the desired air-fuel ratio fluctuation on the rich side and the lean side.
請求項9に記載の発明では、空燃比フィードバック制御中に空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データがそれぞれ算出され、その空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性が検出される。また、空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常が検出される。さらに、空燃比検出値の変化量データの算出が空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止される。 According to the ninth aspect of the invention, during the air-fuel ratio feedback control, change amount data of the air-fuel ratio detection value to the rich side and the lean side are respectively calculated, and the change amount of the air-fuel ratio detection value to the rich side and the lean side is calculated. Based on the data, the responsiveness of the air-fuel ratio sensor is detected for each of the change to the rich side and the change to the lean side. Further, an abnormality of the air-fuel ratio sensor is detected based on the responsiveness of the air-fuel ratio sensor. Further, the calculation of the change amount data of the air-fuel ratio detection value is permitted or prohibited based on the change behavior of the air-fuel ratio correction amount.
請求項10に記載の発明では、空燃比フィードバック制御中に空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値のリッチ側又はリーン側への変化量データが算出されると共に、同じく空燃比フィードバック制御中に空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データが算出され、空燃比検出値の変化量データと空燃比補正量の変化量データとに基づいて空燃比センサの応答性が検出される。また特に、空燃比補正量の変化挙動に基づいて、空燃比検出値の変化量データ及び空燃比補正量の変化量データの算出が許可又は禁止される。
In the invention according to
要するに、空燃比センサの応答性は経時変化等により変化し、その応答性の変化は、空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データに基づいて検出が可能である。しかしながら、応答性変化が生じている空燃比センサであっても、空燃比が目標空燃比付近に制御されている状態等では応答性変化の状況が空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データに反映されにくく、正確な応答性検出が実施できないという問題が生じる。これに対し、空燃比検出値及び空燃比補正量の各変化量データの算出が空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止されることにより、応答性変化の状況を確実に検出することが可能となる。応答性の誤検出も防止できる。 In short, the responsiveness of the air-fuel ratio sensor changes due to a change with time or the like, and the change in responsiveness can be detected based on the change amount data of the air-fuel ratio detection value or the change amount data of the air-fuel ratio correction amount. However, even in an air-fuel ratio sensor in which a responsiveness change has occurred, in a state where the air-fuel ratio is controlled in the vicinity of the target air-fuel ratio, etc. There is a problem that it is difficult to be reflected in the amount change data, and accurate response detection cannot be performed. On the other hand, the calculation of each change amount data of the air-fuel ratio detection value and the air-fuel ratio correction amount is permitted or prohibited based on the change behavior of the air-fuel ratio correction amount, thereby reliably detecting the state of responsiveness change. Is possible. It is possible to prevent erroneous detection of responsiveness.
請求項11に記載の発明では、所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合にのみ空燃比検出値、空燃比補正量の各変化量データの算出が許可される。所定時間内における空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化幅が規定値を超える場合には、空燃比偏差が大きく空燃比センサの応答性変化の状況が明確に現れると考えられる。それ故、センサ応答性が良好に検出できる。
In the invention according to
空燃比センサの応答性変化の一形態として、空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答時間が変化するものがある。かかる応答性変化の場合、センサ出力が反応し始めてからの空燃比検出値の挙動は正常時と変わらないために単に空燃比検出値の変化量データだけでは応答性変化は正確に把握できない。これに対し請求項12に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後に空燃比検出値の変化量データ算出を開始するまでの遅延時間が設定され、該遅延時間が経過したタイミングで空燃比検出値の変化量データ算出が許可される。従って、センサ出力が変化し始めるまでの応答時間が変化する場合であってもセンサ応答性変化が正確に検出できる。 As one form of the change in the response of the air-fuel ratio sensor, there is a change in the response time from the change in the gas atmosphere around the air-fuel ratio sensor until the sensor output starts to change. In the case of such a responsiveness change, the behavior of the air-fuel ratio detection value after the sensor output starts to react does not change from that in the normal state. Therefore, the responsiveness change cannot be accurately grasped only by the change amount data of the air-fuel ratio detection value. On the other hand, in the invention according to the twelfth aspect, the delay time from the start of the calculation of the change amount data of the air-fuel ratio correction amount to the start of the calculation of the change amount data of the air-fuel ratio detection value is set, and the delay time has elapsed. At this timing, calculation of change amount data of the air-fuel ratio detection value is permitted. Therefore, even if the response time until the sensor output starts to change changes in the sensor response can be accurately detected.
前記請求項12の場合、請求項13に記載したように、内燃機関への燃料供給量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて前記遅延時間が設定されると良い。なおこの場合、その都度の機関運転状態に基づいて遅延時間を設定すると良い。 In the case of the twelfth aspect, as described in the thirteenth aspect, the delay time is set based on a transport delay time from a change in the fuel supply amount to the internal combustion engine to a gas atmosphere change around the air-fuel ratio sensor. Good. In this case, it is preferable to set the delay time based on the engine operation state in each case.
請求項14に記載の発明では、空燃比補正量の変化量データ算出が許可された後、算出許可の期間が所定の規定時間で制限される。つまり、空燃比補正量の変化量データ算出を開始した後、時間制限無く当該算出を継続すると、応答性変化の状況が次第に不明確になる場合があると考えられる。例えば、ガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるが反応開始後の出力挙動は正常時と変わらないような形態の応答性異常の場合、時間の経過と共に応答性変化の検出が次第に困難になると考えられる。これに対し、上記のとおり時間制限を持たせることにより、センサ応答性変化が確実に検出できる。
In the invention described in
請求項15に記載の発明では、空燃比補正量のリッチ側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリーン側に変化した時、又は空燃比補正量のリーン側への変化幅が規定値を超えた場合において空燃比検出値がリッチ側に変化した時、空燃比検出値の変化量データ算出が禁止される。この場合、センサ応答性検出に際し、ノイズや一時的な燃焼変動による空燃比検出値のばらつき分を排除することが低減できる。
In the invention according to
請求項16に記載の発明では、空燃比をリッチ側及びリーン側に強制変動させる構成とし、空燃比変動に伴い空燃比検出値がリッチ側に変化する時、又は空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基に空燃比センサの応答性を検出する。この場合、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ応答性検出が実現できる。 According to the sixteenth aspect of the present invention, the air-fuel ratio is forcibly changed to the rich side and the lean side, and when the air-fuel ratio detection value changes to the rich side as the air-fuel ratio changes, or the air-fuel ratio detection value is set to the lean side. The responsiveness of the air-fuel ratio sensor is detected based on change amount data at the time of change. In this case, it is possible to sufficiently obtain change amount data when the air-fuel ratio changes to the rich side or the lean side, and it is possible to realize highly reliable sensor response detection.
空燃比を強制変動させる際、空燃比変動の周期や振幅を固定設定してもよいが、以下のように可変設定することも可能である。請求項17に記載の発明では、その都度の内燃機関の運転状態に基づいて、空燃比変動の周期又は振幅の少なくとも何れかが設定される。この場合、内燃機関の運転状態は逐次変化するが、その変化に追従した状態での空燃比変動制御が可能となる。 When the air-fuel ratio is forcibly changed, the period and amplitude of the air-fuel ratio change may be fixed, but may be variably set as follows. In the invention described in claim 17, at least one of the cycle or the amplitude of the air-fuel ratio fluctuation is set based on the operating state of the internal combustion engine each time. In this case, although the operating state of the internal combustion engine changes sequentially, air-fuel ratio fluctuation control in a state following the change is possible.
空燃比を強制的に変動させる場合、例えば低回転・低負荷領域では、排ガス流量が少なく且つ排ガス流速も小さいために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかかる。これに対して、高回転・高負荷領域では、排ガス流量が多く且つ排ガス流速も速いために燃料噴射量の変化から空燃比検出値が変化するまでに時間がかからない。そこで、請求項18に記載したように、内燃機関の低回転・低負荷領域では空燃比変動の周期を長く又は振幅を大きくし、同内燃機関の高回転・高負荷領域では空燃比変動の周期を短く又は振幅を小さくすると良い。これにより、機関運転状態が変化しても、ほぼ同様の期間にてリッチ側/リーン側の空燃比変動を行わせることができ、センサ応答性検出の信頼性が向上する。
When the air-fuel ratio is forcibly changed, for example, in a low rotation / low load region, the exhaust gas flow rate is small and the exhaust gas flow velocity is small, so it takes time until the air-fuel ratio detection value changes from the change in the fuel injection amount. On the other hand, in the high rotation / high load region, since the exhaust gas flow rate is large and the exhaust gas flow velocity is fast, it does not take time for the air-fuel ratio detection value to change from the change in the fuel injection amount. Accordingly, as described in
また、請求項19に記載の発明では、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比がリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定される。これにより、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、リッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比との間での空燃比変動が最短時間で実現できる。 According to the nineteenth aspect of the invention, every time the air-fuel ratio detection value reaches the target air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is alternately switched between the rich-side target air-fuel ratio and the lean-side target air-fuel ratio. Thereby, the air-fuel ratio fluctuation between the rich-side target air-fuel ratio and the lean-side target air-fuel ratio can be realized in the shortest time while realizing the desired air-fuel ratio fluctuation on the rich side and the lean side.
(第1の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図1を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an engine control system is constructed for an in-vehicle multi-cylinder gasoline engine that is an internal combustion engine. In the control system, an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) is used as a center to control the fuel injection amount. And control of ignition timing. First, an overall schematic configuration diagram of the engine control system will be described with reference to FIG.
図1に示すエンジン10において、吸気管11の最上流部にはエアクリーナ12が設けられ、このエアクリーナ12の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ13が設けられている。エアフローメータ13の下流側には、DCモータ等のアクチュエータによって開度調節されるスロットルバルブ14と、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ15とが設けられている。スロットルバルブ14の下流側にはサージタンク16が設けられ、このサージタンク16には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ17が設けられている。また、サージタンク16には、エンジン10の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド18が接続されており、吸気マニホールド18において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁19が取り付けられている。
In the
エンジン10の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ21及び排気バルブ22が設けられており、吸気バルブ21の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室23内に導入され、排気バルブ22の開動作により燃焼後の排ガスが排気管24に排出される。エンジン10のシリンダヘッドには各気筒毎に点火プラグ27が取り付けられており、点火プラグ27には、点火コイル等よりなる図示しない点火装置を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ27の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室23内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
An
排気管24には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化するための三元触媒等の触媒31が設けられ、この触媒31の上流側には排ガスを検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ32(リニアA/Fセンサ等)が設けられている。また、エンジン10のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ33や、エンジンの所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ34が取り付けられている。
The
上述した各種センサの出力は、エンジン制御を司るECU40に入力される。ECU40は、CPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁19の燃料噴射量や点火プラグ27による点火時期を制御する。特に燃料噴射量制御では、空燃比センサ32により検出された空燃比(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量としての空燃比補正係数FAFを算出し、この空燃比補正係数FAFを用いた空燃比F/B制御を実施することとしている。
The outputs of the various sensors described above are input to the
ここで、空燃比センサ32の構成を図9を用いて説明する。本空燃比センサ32は積層型構造のセンサ素子50を有し、図9にはセンサ素子50の断面構成を示す。実際には当該センサ素子50は図9の紙面直交方向に延びる長尺状をなし、素子全体がハウジングや素子カバー内に収容される構成となっている。
Here, the configuration of the air-
センサ素子50は、固体電解質層51、拡散抵抗層52、遮蔽層53及び絶縁層54を有し、これらが図の上下に積層されて構成されている。同素子50の周囲には図示しない保護層が設けられている。長方形板状の固体電解質層51は部分安定化ジルコニア製のシートよりなり、その固体電解質層51を挟んで上下一対の電極55,56が対向配置されている。電極55,56は白金Pt等により形成されている。拡散抵抗層52は電極55へ排ガスを導入するための多孔質シートからなり、遮蔽層53は排ガスの透過を抑制するための緻密層からなる。これら各層52,53は何れも、アルミナ、ジルコニア等のセラミックスをシート成形法等により成形したものであるが、ポロシティの平均孔径及び気孔率の違いによりガス透過率が相違するものとなっている。
The
絶縁層54はアルミナ、ジルコニア等のセラミックスからなり、電極56に対面する部位には大気ダクト57が形成されている。また、同絶縁層54には白金Pt等により形成されたヒータ58が埋設されている。ヒータ58はバッテリ電源からの通電により発熱する発熱体よりなり、その発熱により素子全体が加熱される。なお以下の説明では、電極55を拡散層側電極、電極56を大気側電極とも言う。
The insulating
上記センサ素子50において、その周囲の排ガスは拡散抵抗層52の側方部位から導入されて拡散層側電極55に達する。排ガスがリーンの場合、排ガス中の酸素は電極55,56間の電圧印加により拡散層側電極55で分解され、イオン化されて固体電解質層51を通過した後、大気側電極56より大気ダクト57に排出される。このとき、大気側電極56→拡散層側電極55の向きに電流が流れ、その電流レベルに応じたセンサ信号が出力される。また、排ガスがリッチの場合、逆に大気ダクト57内の酸素が大気側電極56で分解され、イオン化されて固体電解質層51を通過した後、拡散層側電極55より排出される。そして、排ガス中のHCやCO等の未燃成分と触媒反応する。このとき、拡散層側電極55→大気側電極56の向きに電流が流れ、その電流レベルに応じたセンサ信号が出力される。
In the
上記の如く空燃比センサ32(センサ素子50)では、拡散層側電極55及び大気側電極56で酸素の分解反応等が行われるが、各電極55,56で反応速度が異なると、リッチ時、リーン時の各々でセンサ応答性が相違する。この応答性の相違はセンサ個体差や経時変化を要因とし、センサ応答性が相違すると、空燃比制御に悪影響が及ぶことが考えられる。そこで本実施の形態の空燃比検出装置では、リッチ側への変化時におけるセンサ応答性とリーン側への変化時におけるセンサ応答性とに基づいて空燃比センサ32の応答性異常を検出することとし、その詳細を以下に説明する。
As described above, in the air-fuel ratio sensor 32 (sensor element 50), the oxygen decomposition reaction or the like is performed by the diffusion
図2は、空燃比検出装置の構成を機能別に示す機能ブロック図であり、それら各機能を簡単に説明する。空燃比調整部M1では、後述する空燃比センサ信号処理部M5より取り込まれる修正空燃比φmと目標空燃比との偏差に基づいて空燃比補正係数FAFが算出される。空燃比補正係数記憶部M2では、少なくとも空燃比補正係数FAFの今回値と前回値とが記憶され、修正空燃比記憶部M3では、少なくとも修正空燃比φmの今回値と前回値とが記憶される。応答性検出部M4では、空燃比補正係数FAFと修正空燃比φmとに基づいて、空燃比センサ32のリッチ側、リーン側への応答性を表す応答性パラメータ(パラメータα)が算出される。空燃比センサ信号処理部M5では、空燃比センサ信号から算出された検出空燃比φsigと前記パラメータαとに基づいて修正空燃比φmが算出される。また、センサ異常検出部M6では、応答性検出部M4から出力されるパラメータα等に基づいて空燃比センサ32の異常が検出される。なおここでは、空燃比を燃料過剰率(燃料量/空気量)で説明するが、これに代えて空気過剰率を用いる構成であっても何ら差し支えはない。
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the air-fuel ratio detection device by function, and each of these functions will be briefly described. In the air-fuel ratio adjustment unit M1, an air-fuel ratio correction coefficient FAF is calculated based on the deviation between the corrected air-fuel ratio φm fetched from the air-fuel ratio sensor signal processing unit M5 described later and the target air-fuel ratio. The air-fuel ratio correction coefficient storage unit M2 stores at least the current value and the previous value of the air-fuel ratio correction coefficient FAF, and the corrected air-fuel ratio storage unit M3 stores at least the current value and the previous value of the corrected air-fuel ratio φm. . The responsiveness detection unit M4 calculates a responsiveness parameter (parameter α) representing the responsiveness of the air-
図3は、空燃比調整部M1におけるFAF算出処理を示すフローチャートである。図3において、先ずステップS101では、空燃比F/B条件が成立しているか否かを判別する。空燃比F/B条件には、例えば冷却水温が所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、空燃比センサ32が活性状態にあることなどが含まれる。条件成立の場合ステップS102に進み、目標空燃比φrefと修正空燃比φmとから空燃比偏差errを算出する(err=φref−φm)。その後、ステップS103では、周知のPI制御手法に基づいて次式により空燃比補正係数FAFを算出する。
FIG. 3 is a flowchart showing FAF calculation processing in the air-fuel ratio adjustment unit M1. In FIG. 3, first, in step S101, it is determined whether or not an air-fuel ratio F / B condition is satisfied. The air-fuel ratio F / B condition includes, for example, that the coolant temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, is not in a high rotation / high load state, and that the air-
FAF=KFp・err+KFi・Σerr
KFpは比例定数、KFiは積分定数である。なお、空燃比補正係数FAFの算出手法について限定はなく、過去のFAF値を反映させてFAF値の今回値を算出するもの、エンジン10の動的挙動を表したモデルを用いてFAF値を算出するものなどが任意に適用できる。
FAF = KFp · err + KFi · Σerr
KFp is a proportional constant, and KFi is an integral constant. The method for calculating the air-fuel ratio correction coefficient FAF is not limited, and the FAF value is calculated using a model that reflects the past FAF value and calculates the current value of the FAF value, or a model that represents the dynamic behavior of the
空燃比F/B条件が不成立の場合にはステップS104に進み、空燃比補正係数FAFを1とする。 If the air-fuel ratio F / B condition is not satisfied, the process proceeds to step S104, and the air-fuel ratio correction coefficient FAF is set to 1.
次に、図4〜図6は、応答性検出部M4における演算処理を示すフローチャートであり、そのうち図4は空燃比補正係数FAFの変化速度を算出するためのFAF変化速度算出処理を示すフローチャート、図5は修正空燃比φmの変化速度を算出するためのφm変化速度算出処理を示すフローチャート、図6はパラメータα算出処理を示すフローチャートである。 Next, FIGS. 4 to 6 are flowcharts showing calculation processing in the responsiveness detection unit M4, and FIG. 4 is a flowchart showing FAF change rate calculation processing for calculating the change rate of the air-fuel ratio correction coefficient FAF. FIG. 5 is a flowchart showing the φm change rate calculation process for calculating the change rate of the corrected air-fuel ratio φm, and FIG. 6 is a flowchart showing the parameter α calculation process.
先ず図4のFAF変化速度算出処理において、ステップS201では、今現在、空燃比補正係数FAFの演算中であるか否かを判別し、FAF演算中であることを条件にステップS202に進む。ステップS202では、空燃比補正係数の今回値FAF(k)と前回値FAF(k−1)との差からその変化量ΔFAFを算出する。その後、ステップS203では、空燃比補正係数の変化量ΔFAFが0よりも大きいか否かを判別する。ここで、ΔFAF>0であることは、燃料噴射弁19による燃料噴射量が増量側に補正され、それに伴い空燃比がリッチ側に変化することを意味する。
First, in the FAF change speed calculation process of FIG. 4, in step S201, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction coefficient FAF is currently being calculated, and the process proceeds to step S202 on condition that the FAF calculation is being performed. In step S202, the change amount ΔFAF is calculated from the difference between the current value FAF (k) and the previous value FAF (k−1) of the air-fuel ratio correction coefficient. Thereafter, in step S203, it is determined whether or not the change amount ΔFAF of the air-fuel ratio correction coefficient is larger than zero. Here, ΔFAF> 0 means that the fuel injection amount by the
ΔFAF>0の場合ステップS204に進み、リッチ側に変化する時の空燃比補正係数の変化速度ΔFAFRを次式により算出する。 When ΔFAF> 0, the process proceeds to step S204, and the change rate ΔFAFR of the air-fuel ratio correction coefficient when changing to the rich side is calculated by the following equation.
ΔFAFR(k)=ΔFAFR(k−1)+ksm1(ΔFAF(k)−ΔFAF(k−1))
上式中、ksm1はなまし率である。
ΔFAFR (k) = ΔFAFR (k−1) + ksm1 (ΔFAF (k) −ΔFAF (k−1))
In the above equation, ksm1 is an annealing rate.
また、ΔFAF≦0の場合ステップS205に進み、リーン側に変化する時の空燃比補正係数の変化速度ΔFAFLを次式により算出する。 If ΔFAF ≦ 0, the process proceeds to step S205, and the change rate ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient when changing to the lean side is calculated by the following equation.
ΔFAFL(k)=ΔFAFL(k−1)+ksm1(ΔFAF(k)−ΔFAF(k−1))
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比補正量の変化量データとして空燃比補正係数の変化速度ΔFAFR,ΔFAFLが算出される。
ΔFAFL (k) = ΔFAFL (k−1) + ksm1 (ΔFAF (k) −ΔFAF (k−1))
As described above, the change rates ΔFAFR and ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient are calculated as change amount data of the air-fuel ratio correction amount at the time of rich change and lean change.
次に、図5のφm変化速度算出処理において、ステップS301では、今現在、修正空燃比φmの演算中であるか否かを判別し、φm演算中であることを条件にステップS302に進む。ステップS302では、修正空燃比の今回値φm(k)と前回値φm(k−1)との差からその変化量Δφmを算出する。その後、ステップS303では、修正空燃比の変化量Δφmが0よりも大きいか否かを判別する。ここで、Δφm>0であることは、燃料過剰率が増加しており空燃比がリッチ側に変化することを意味する。 Next, in the φm change rate calculation process of FIG. 5, in step S301, it is determined whether or not the corrected air-fuel ratio φm is currently being calculated, and the process proceeds to step S302 on condition that φm is being calculated. In step S302, the amount of change Δφm is calculated from the difference between the current value φm (k) of the corrected air-fuel ratio and the previous value φm (k−1). Thereafter, in step S303, it is determined whether or not the change amount Δφm of the corrected air-fuel ratio is greater than zero. Here, Δφm> 0 means that the excess fuel ratio increases and the air-fuel ratio changes to the rich side.
Δφm>0の場合ステップS304に進み、リッチ側に変化する時の修正空燃比の変化速度ΔφmRを次式により算出する。 If Δφm> 0, the process proceeds to step S304, and the correction air-fuel ratio change rate ΔφmR when changing to the rich side is calculated by the following equation.
ΔφmR(k)=ΔφmR(k−1)+ksm2(Δφm(k)−Δφm(k−1))
上式中、ksm2はなまし率である。
ΔφmR (k) = ΔφmR (k−1) + ksm2 (Δφm (k) −Δφm (k−1))
In the above equation, ksm2 is an annealing rate.
また、Δφm≦0の場合ステップS305に進み、リーン側に変化する時の修正空燃比の変化速度ΔφmLを次式により算出する。 If Δφm ≦ 0, the process proceeds to step S305, and the change rate ΔφmL of the corrected air-fuel ratio when changing to the lean side is calculated by the following equation.
ΔφmL(k)=ΔφmL(k−1)+ksm2(Δφm(k)−Δφm(k−1))
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比検出値の変化量データとして修正空燃比の変化速度ΔφmR,ΔφmLが算出される。
ΔφmL (k) = ΔφmL (k−1) + ksm2 (Δφm (k) −Δφm (k−1))
Thus, the corrected air-fuel ratio change rates ΔφmR and ΔφmL are calculated as change amount data of the air-fuel ratio detection value at the time of rich change and lean change.
また、図6のパラメータα算出処理において、ステップS401では、リッチ側への空燃比変化時における修正空燃比の変化速度ΔφmRと空燃比補正係数の変化速度ΔFAFRとの比compR(=ΔφmR(k)/ΔFAFR(k))を算出すると共に、リーン側への空燃比変化時における修正空燃比の変化速度ΔφmLと空燃比補正係数の変化速度ΔFAFLとの比compL(=ΔφmL(k)/ΔFAFL(k))を算出する。 In the parameter α calculation process of FIG. 6, in step S401, the ratio compR (= ΔφmR (k) between the change rate ΔφmR of the corrected air-fuel ratio and the change rate ΔFAFR of the air-fuel ratio correction coefficient when the air-fuel ratio changes to the rich side. / ΔFAFR (k)) and a ratio compL (= ΔφmL (k) / ΔFAFL (k) between the change rate ΔφmL of the corrected air-fuel ratio and the change rate ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient when the air-fuel ratio changes to the lean side )) Is calculated.
その後、ステップS402では、前記算出したcompRとcompLとの比compRLを算出し、続くステップS403では、compRLを目標値(=1)にするためのPI補償器を使ってパラメータαを算出する。すなわち、
e=compRL−1
α=1+kp・e+ki(Σe)
としてパラメータαを算出する。なお、kpは比例定数、kiは積分定数である。
Thereafter, in step S402, the ratio compRL between the calculated compR and compL is calculated. In the subsequent step S403, the parameter α is calculated using a PI compensator for setting compRL to the target value (= 1). That is,
e = compRL-1
α = 1 + kp · e + ki (Σe)
The parameter α is calculated as follows. Note that kp is a proportionality constant and ki is an integration constant.
以上により、リッチ変化時及びリーン変化時における空燃比センサ32の応答性データとしてcompR,compLが算出されると共に、応答性パラメータとしてパラメータαが算出される。
Thus, compR and compL are calculated as responsiveness data of the air-
ところで本実施の形態では、位相進みフィルタを用いて空燃比センサ信号処理を実施することとしており、その伝達関数は次の(1)式のように表される。Aはセンサ時定数の中央値である。 By the way, in the present embodiment, the air-fuel ratio sensor signal processing is performed using the phase advance filter, and the transfer function is expressed by the following equation (1). A is the median value of the sensor time constant.
図7は、空燃比センサ信号処理部M5におけるセンサ信号処理を示すフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart showing sensor signal processing in the air-fuel ratio sensor signal processing unit M5.
図7において、ステップS501では、センサ信号処理の実行条件が成立しているか否かを判別する。その実行条件には、例えば空燃比センサ32がフェイルしていないこと、同センサ32が活性状態にあることなどが含まれる。また、ステップS502では、空燃比がリッチ向きに変化しているか否かを判別する。具体的には、検出空燃比φsigの前回値と今回値との差を求め、その「今回値−前回値」が正であればリッチ向きに空燃比が変化している旨判定する。
In FIG. 7, in step S <b> 501, it is determined whether an execution condition for sensor signal processing is satisfied. The execution conditions include, for example, that the air-
実行条件成立の下でリッチ向き変化時である場合(すなわちステップS502がYESの場合)、ステップS503に進んでパラメータαを1に初期化する。また、リーン向き変化時である場合(ステップS502がNOの場合)、そのままステップS504に進んで前記(4)式を用いて位相進み処理を実施する。これにより、リーン側への空燃比変化時において検出空燃比φsigがパラメータαに応じて補正され、修正空燃比φmが算出される。 If the rich condition is changed when the execution condition is satisfied (ie, if step S502 is YES), the process proceeds to step S503, and the parameter α is initialized to 1. When the lean direction is changed (NO in step S502), the process proceeds to step S504 as it is, and the phase advance process is performed using the equation (4). Thus, the detected air-fuel ratio φsig is corrected according to the parameter α when the air-fuel ratio changes to the lean side, and the corrected air-fuel ratio φm is calculated.
また、図8は、センサ異常検出部M6におけるセンサ異常検出処理を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing sensor abnormality detection processing in the sensor abnormality detection unit M6.
図8において、ステップS601では、前記図6の演算処理にて算出したcompR,compL,compRL,パラメータαを読み込み、続くステップS602〜S605では、前記読み込んだcompR,compL,compRL,パラメータαからセンサ異常の有無を判定する。すなわち、ステップS602では、compR>K1であるか否かを判別し、ステップS603では、compL>K2あるか否かを判別する(但し、K1=K2も可)。ステップS604では、K3<compRL<K4であるか否かを判別する。ステップS605では、α>K5であるか否かを判別する。このとき、K1〜K5は応答性異常判定値であり、特にK3<1、K4>1である。 In FIG. 8, in step S601, compR, compL, compRL, and parameter α calculated in the arithmetic processing of FIG. 6 are read. In subsequent steps S602 to S605, sensor abnormality is detected from the read compR, compL, compRL, and parameter α. The presence or absence of is determined. That is, in step S602, it is determined whether or not compR> K1, and in step S603, whether or not compL> K2 is determined (however, K1 = K2 is also possible). In step S604, it is determined whether or not K3 <compRL <K4. In step S605, it is determined whether α> K5. At this time, K1 to K5 are responsiveness abnormality determination values, and in particular, K3 <1, K4> 1.
ここで、空燃比補正係数FAFのリッチ側変化又はリーン側変化に対して修正空燃比φmのリッチ側変化又はリーン側変化が過剰に大きいとされる場合にステップS602,S603がYESとなり、リッチ側・リーン側のセンサ応答性が大きく相違する場合にステップS604,S605がYESとなる。 Here, when the rich side change or lean side change of the corrected air-fuel ratio φm is excessively large with respect to the rich side change or lean side change of the air-fuel ratio correction coefficient FAF, steps S602 and S603 become YES, and the rich side When the sensor response on the lean side is greatly different, steps S604 and S605 are YES.
そして、ステップS602〜S605の全てがNOであればステップS606に進み、空燃比センサ32が正常である旨判定する。また、ステップS602〜S605の何れかがYESであればステップS607に進み、空燃比センサ32に応答性異常が発生している旨判定する。因みに、センサ異常が発生していると判定された場合には、異常警告灯が点灯されて運転者等への異常警告が行われる。そして、空燃比センサ32の修理や交換等、適切な処置の実施が促される。また、異常診断データ(ダイアグデータ)がバックアップメモリ等に記憶保持される他、空燃比F/B制御を中断するなどのフェイルセーフ処理が実施される。なお、ステップS602〜S605の全てにより異常検出する構成に限られず、そのうち何れかのみ(例えばステップS604,S605)により異常検出するものであっても良い。
And if all of step S602-S605 are NO, it will progress to step S606 and will determine that the air
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described above in detail, the following excellent effects can be obtained.
空燃比センサ32のリッチ側変化時の応答性とリーン側変化時の応答性とを個別に検出するようにしたため、応答性データから空燃比センサ32の動特性を知り得ることができ、その動特性に基づいて空燃比センサ32の応答性異常を好適に検出することができる。
Since the responsiveness when the air-
また、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて修正空燃比φmの変化量データ(ΔφmR,ΔφmL)と空燃比補正係数FAFの変化量データ(ΔFAFR,ΔFAFL)との比から応答性データ(compR,compL)を算出する構成としたため、修正空燃比φmの変化と空燃比補正係数FAFの変化とを対比させて応答性データが求められる。それ故、応答性データの信頼性が増し、空燃比センサ32の異常検出がより好適に実施できるようになる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明における第2の実施の形態を、上記第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
Further, from the ratio between the change amount data (ΔφmR, ΔφmL) of the corrected air-fuel ratio φm and the change amount data (ΔFAFR, ΔFAFL) of the air-fuel ratio correction coefficient FAF for each of the change to the rich side and the change to the lean side. Since the response data (compR, compL) is calculated, the response data is obtained by comparing the change in the corrected air-fuel ratio φm with the change in the air-fuel ratio correction coefficient FAF. Therefore, the reliability of the responsiveness data is increased, and the abnormality detection of the air-
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described focusing on differences from the first embodiment.
応答性異常が生じている空燃比センサであっても、空燃比が目標空燃比付近に制御されている状態等では応答性異常の状況が空燃比検出値の変化量データ(ΔφmR,ΔφmL)や空燃比補正量の変化量データ(ΔFAFR,ΔFAFL)に反映されにくいと考えられる。そこで本実施の形態では、空燃比補正量(空燃比補正係数FAF)の変化挙動に基づいて、空燃比検出値及び空燃比補正量の各変化量データの算出を許可又は禁止し、ひいては、応答性異常の検出精度向上を図ることとする。 Even in an air-fuel ratio sensor in which a responsiveness abnormality has occurred, in a state where the air-fuel ratio is controlled in the vicinity of the target air-fuel ratio, etc., the state of the responsiveness abnormality is the change amount data (ΔφmR, ΔφmL) It is considered that it is difficult to reflect the change amount data (ΔFAFR, ΔFAFL) of the air-fuel ratio correction amount. Therefore, in the present embodiment, the calculation of each change amount data of the air-fuel ratio detection value and the air-fuel ratio correction amount is permitted or prohibited on the basis of the change behavior of the air-fuel ratio correction amount (air-fuel ratio correction coefficient FAF). We will improve the detection accuracy of sexual abnormalities.
図10は、本実施の形態におけるセンサ異常検出処理の全体の流れを示すフローチャートであり、同フローチャートに基づいて空燃比センサ32の異常検出が実施される。図10の処理は例えば所定の時間周期でECU40により実行される。
FIG. 10 is a flowchart showing the entire flow of the sensor abnormality detection process in the present embodiment, and abnormality detection of the air-
図10において、先ずステップS710では、異常検出の実行条件を判別する。具体的には、例えばエンジン回転数、負荷、水温、空燃比センサ32の活性状態などをモニタし、エンジン10の暖機完了後であって中回転・中負荷運転時であれば実行条件が成立している旨判別する。実行条件の成立時には後続のステップS720に進み、実行条件の不成立時にはそのまま本処理を終了する。
In FIG. 10, first, in step S710, an abnormality detection execution condition is determined. Specifically, for example, the engine speed, load, water temperature, active state of the air-
異常検出の実行条件成立時には、空燃比強制変動処理(ステップS720)、FAF変化速度算出処理(ステップS730)、φm変化速度算出処理(ステップS740)、パラメータα算出処理(ステップS750)、センサ信号処理(ステップS760)、センサ異常検出処理(ステップS770)を順次実施する。 When the abnormality detection execution condition is satisfied, the air-fuel ratio forced variation process (step S720), the FAF change rate calculation process (step S730), the φm change rate calculation process (step S740), the parameter α calculation process (step S750), and the sensor signal process. (Step S760) and sensor abnormality detection processing (Step S770) are sequentially performed.
上記各処理のうち、空燃比強制変動処理(ステップS720)を図11に、FAF変化速度算出処理(ステップS730)を図12に、φm変化速度算出処理(ステップS740)を図15にそれぞれ示しており、以下にはこれら各処理を順次説明する。なお、パラメータα算出処理(ステップS750)、センサ信号処理(ステップS760)、センサ異常検出処理(ステップS770)については、図6〜図8を準用できるためここでは説明を省略する。 Of the above processes, the air-fuel ratio forced variation process (step S720) is shown in FIG. 11, the FAF change rate calculation process (step S730) is shown in FIG. 12, and the φm change rate calculation process (step S740) is shown in FIG. Each of these processes will be described in turn below. Since parameter α calculation processing (step S750), sensor signal processing (step S760), and sensor abnormality detection processing (step S770) can be applied to FIGS.
先ずは図11の空燃比強制変動処理において、ステップS801では、空燃比変動の周期及び振幅の算出タイミングであるか否かを判別する。例えば、空燃比の反転タイミング(後述する変動周期の1/2)になったか否かを判別する。そして、算出タイミングでなければそのまま本処理を終了する。また、算出タイミングであれば、ステップS802,S803で空燃比変動の周期と振幅とを算出する。このとき、エンジン運転状態に応じて変動周期と振幅を可変設定すると良く、例えば図16に示す特性のマップを用い、その時々のエンジン回転数と負荷に応じて変動周期と振幅を算出する。図16の特性によれば、低回転・低負荷の運転領域では変動周期が長く、振幅が大きく設定され、高回転・高負荷の運転領域では変動周期が短く、振幅が小さく設定される。つまり、低回転・低負荷状態と高回転・高負荷状態とを比較すると、前者は排ガス流量が少なく且つ流速が小さいため実空燃比の応答が遅く、後者は排ガス流量が多く且つ流速が大きいため実空燃比の応答が速い。かかる実状において図16のように変動周期と振幅を設定すれば、何れの運転状態下においてもリッチ側及びリーン側の実空燃比の応答をほぼ同様にすることができる。但し、マップによる変動周期、振幅の設定に代えて数式による設定手法を用いることも可能である。空燃比変動の周期又は振幅の何れか一方のみを可変設定する構成とすることも可能である。 First, in the air-fuel ratio forced variation process of FIG. 11, in step S801, it is determined whether or not it is the calculation timing of the cycle and amplitude of the air-fuel ratio variation. For example, it is determined whether or not the air-fuel ratio inversion timing has reached (1/2 of the fluctuation cycle described later). If the calculation timing is not reached, the present process is terminated. If it is the calculation timing, the period and amplitude of the air-fuel ratio fluctuation are calculated in steps S802 and S803. At this time, the fluctuation cycle and the amplitude may be variably set according to the engine operating state. For example, the characteristic cycle shown in FIG. 16 is used, and the fluctuation cycle and the amplitude are calculated according to the engine speed and load at that time. According to the characteristic of FIG. 16, the fluctuation period is long and the amplitude is set large in the low rotation / low load operation region, and the fluctuation period is short and the amplitude is set small in the high rotation / high load operation region. In other words, comparing the low rotation / low load state with the high rotation / high load state, the former has a low exhaust gas flow rate and low flow velocity, so the response of the actual air-fuel ratio is slow, and the latter has a high exhaust gas flow rate and high flow rate. Real air-fuel ratio response is fast. In this situation, if the fluctuation period and amplitude are set as shown in FIG. 16, the response of the actual air-fuel ratio on the rich side and lean side can be made substantially the same under any operating condition. However, it is also possible to use a setting method using mathematical formulas instead of setting the fluctuation period and amplitude using the map. It is possible to variably set only one of the period or amplitude of the air-fuel ratio fluctuation.
その後、ステップS804では、リッチ化フラグの状態に基づいて今現在の空燃比変動がリッチ変動であるかリーン変動であるかを判別する。リッチ変動(リッチ化フラグ=1)の場合、ステップS805に進み、ベース目標空燃比から強制変動振幅を減算した値を目標空燃比とすると共にリッチ化フラグをクリアする。また、リーン変動(リッチ化フラグ=0)の場合、ステップS806に進み、ベース目標空燃比に強制変動振幅を加算した値を目標空燃比とすると共にリッチ化フラグをセットする。 Thereafter, in step S804, it is determined whether the current air-fuel ratio fluctuation is a rich fluctuation or a lean fluctuation based on the state of the enrichment flag. In the case of rich fluctuation (riching flag = 1), the process proceeds to step S805, where the value obtained by subtracting the forced fluctuation amplitude from the base target air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio and the riching flag is cleared. In the case of lean fluctuation (enrichment flag = 0), the process proceeds to step S806, where the value obtained by adding the forced fluctuation amplitude to the base target air-fuel ratio is set as the target air-fuel ratio and the enrichment flag is set.
なお、リッチ化しているか否かの判別は、上述したリッチ化フラグによる判別以外に、その時々の目標空燃比による判別であっても良い。また、反転周期をカウントする周期カウンタを持たせ、そのカウンタ値から判別しても良い。同カウンタはリッチ/リーン各々に設定しても良いし、リッチ/リーン共用としても良い。 The determination of whether or not enrichment may be performed may be determination based on the target air-fuel ratio at that time, in addition to the determination based on the above-described enrichment flag. Further, a period counter for counting the inversion period may be provided, and the determination may be made based on the counter value. The counter may be set to rich / lean, or may be rich / lean shared.
次に、図12のFAF変化速度算出処理において、ステップS901では、今現在、空燃比補正係数FAFの演算中であるか否かを判別し、FAF演算中であることを条件にステップS902に進む。ステップS902では、空燃比補正係数の今回値FAF(k)と前回値FAF(k−1)との差からその変化量ΔFAF1を算出すると共に、続くステップS903では、空燃比補正係数の今回値FAF(k)と3回前の値FAF(k−3)との差からその変化量ΔFAF2を算出する。なお以下の記載では、ΔFAF1,ΔFAF2を区別するため、前者を第1変化量ΔFAF1、後者を第2変化量ΔFAF2とも言う。第2変化量ΔFAF2は、空燃比補正係数の今回値FAF(k)と3回前の値FAF(k−3)との差から算出する以外に、今回値FAF(k)と2回前の値FAF(k−2)との差から算出したり、今回値FAF(k)と4回前の値FAF(k−4)との差から算出したりする等しても良い。この場合、エンジン毎に最適な時間間隔を設定すれば良い。 Next, in the FAF change speed calculation process of FIG. 12, in step S901, it is determined whether or not the air-fuel ratio correction coefficient FAF is currently being calculated, and the process proceeds to step S902 on the condition that the FAF calculation is being performed. . In step S902, the change amount ΔFAF1 is calculated from the difference between the current value FAF (k) of the air-fuel ratio correction coefficient and the previous value FAF (k−1). In subsequent step S903, the current value FAF of the air-fuel ratio correction coefficient is calculated. The amount of change ΔFAF2 is calculated from the difference between (k) and the previous value FAF (k−3). In the following description, in order to distinguish ΔFAF1 and ΔFAF2, the former is also referred to as a first change amount ΔFAF1, and the latter is also referred to as a second change amount ΔFAF2. The second change amount ΔFAF2 is calculated from the difference between the current value FAF (k) of the air-fuel ratio correction coefficient and the previous value FAF (k−3), and the second change amount ΔFAF2 It may be calculated from the difference from the value FAF (k−2), or may be calculated from the difference between the current value FAF (k) and the previous value FAF (k−4). In this case, an optimal time interval may be set for each engine.
その後、ステップS904では、前記算出した空燃比補正係数の第2変化量ΔFAF2が予め規定したリッチ側判定値krich以上であるか否かを判別する。そして、ΔFAF2<krichであれば、ステップS905でΔFAFR算出許可フラグをクリアする。また、ステップS906では、前記算出した空燃比補正係数の第2変化量ΔFAF2が予め規定したリーン側判定値klean以下であるか否かを判別する。そして、ΔFAF2>kleanであれば、ステップS907でΔFAFL算出許可フラグをクリアした後本処理を終了する。ここで、ΔFAFR算出許可フラグは空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔFAFRの算出を許可するためのフラグ、ΔFAFL算出許可フラグは空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔFAFLの算出を許可するためのフラグであり、それぞれ1が算出許可を、0が算出不許可を表す。すなわち、所定期間内における空燃比補正係数FAFの変化幅が規定値を超えない場合(klean<ΔFAF2<krichの場合)、空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔFAFR、リーン側変化速度ΔFAFLは何れも算出されないようになっている。 Thereafter, in step S904, it is determined whether or not the calculated second change amount ΔFAF2 of the air-fuel ratio correction coefficient is equal to or larger than a predetermined rich side determination value krich. If ΔFAF2 <krich, the ΔFAFR calculation permission flag is cleared in step S905. In step S906, it is determined whether or not the calculated second change amount ΔFAF2 of the air-fuel ratio correction coefficient is equal to or less than a predetermined lean determination value klean. If ΔFAF2> klean, the ΔFAFL calculation permission flag is cleared in step S907, and the process is terminated. Here, the ΔFAFR calculation permission flag is a flag for permitting calculation of the rich side change speed ΔFAFR of the air-fuel ratio correction coefficient, and the ΔFAFL calculation permission flag is a flag for permitting calculation of the lean side change speed ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient. 1 represents calculation permission, and 0 represents calculation disapproval. That is, when the change width of the air-fuel ratio correction coefficient FAF within a predetermined period does not exceed the specified value (when klean <ΔFAF2 <krich), the rich-side change speed ΔFAFR and the lean-side change speed ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient are both It is not calculated.
ΔFAF2≧krichであればステップS910に進み、空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔFAFRの算出処理を実施する。また、ΔFAF2≦kleanであればステップS920に進み、空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔFAFLの算出処理を実施する。 If ΔFAF2 ≧ krich, the process proceeds to step S910, and the rich side change rate ΔFAFR of the air-fuel ratio correction coefficient is calculated. If ΔFAF2 ≦ klean, the process proceeds to step S920, and a process of calculating the lean side change rate ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient is performed.
ΔFAFR算出処理を図13に基づいて説明する。ステップS911ではΔFAFR算出許可フラグが0であるか否かを判別し、同フラグ=0であればステップS912でΔFAFR算出許可フラグに1をセットすると共にΔFAFR算出期間フラグに1をセットする。続くステップS913では、ΔFAFR算出期間タイマに所定値をセットする。すなわち、ΔFAF2≧krichの成立後において、ΔFAFR算出許可フラグがクリア状態である初回時のみ各フラグやタイマの設定処理が行われる。ΔFAFR算出期間タイマは、所定値のセット後において図示しない別処理にて所定時間毎にデクリメントされる計時手段である。 The ΔFAFR calculation process will be described with reference to FIG. In step S911, it is determined whether or not the ΔFAFR calculation permission flag is 0. If the flag = 0, in step S912, the ΔFAFR calculation permission flag is set to 1 and the ΔFAFR calculation period flag is set to 1. In a succeeding step S913, a predetermined value is set in the ΔFAFR calculation period timer. That is, after ΔFAF2 ≧ krich is established, the setting process of each flag and timer is performed only at the first time when the ΔFAFR calculation permission flag is in the clear state. The ΔFAFR calculation period timer is a time measuring means that is decremented every predetermined time by another process (not shown) after the predetermined value is set.
その後、ステップS914では、タイマ値が0よりも大きいか否かを判別し、タイマ値>0であれば、ステップS915において空燃比補正係数のリッチ側変化速度ΔFAFRを次式により算出する。 Thereafter, in step S914, it is determined whether or not the timer value is greater than 0. If the timer value is greater than 0, the rich side change rate ΔFAFR of the air-fuel ratio correction coefficient is calculated by the following equation in step S915.
ΔFAFR(k)=ΔFAFR(k−1)+ksm1(ΔFAF1(k)−ΔFAF1(k−1))
上式中、ksm1はなまし率である。
ΔFAFR (k) = ΔFAFR (k−1) + ksm1 (ΔFAF1 (k) −ΔFAF1 (k−1))
In the above equation, ksm1 is an annealing rate.
また、タイマ値≦0になると、ステップS916においてΔFAFR算出期間フラグをクリアする。つまり、タイマ値が0に到達した後は、リッチ側変化速度ΔFAFRが算出されないようになっている。 If the timer value ≦ 0, the ΔFAFR calculation period flag is cleared in step S916. That is, after the timer value reaches 0, the rich side change speed ΔFAFR is not calculated.
次に、ΔFAFL算出処理を図14に基づいて説明する。ステップS921ではΔFAFL算出許可フラグが0であるか否かを判別し、同フラグ=0であればステップS922でΔFAFL算出許可フラグに1をセットすると共にΔFAFL算出期間フラグに1をセットする。続くステップS923では、ΔFAFL算出期間タイマに所定値をセットする。すなわち、ΔFAF2≦kleanの成立後において、ΔFAFL算出許可フラグがクリア状態である初回時のみ各フラグやタイマの設定処理が行われる。ΔFAFL算出期間タイマは、所定値のセット後において図示しない別処理にて所定時間毎にデクリメントされる計時手段である。 Next, the ΔFAFL calculation process will be described with reference to FIG. In step S921, it is determined whether or not the ΔFAFL calculation permission flag is 0. If the flag = 0, in step S922, the ΔFAFL calculation permission flag is set to 1 and the ΔFAFL calculation period flag is set to 1. In a succeeding step S923, a predetermined value is set in the ΔFAFL calculation period timer. That is, after ΔFAF2 ≦ klean is established, the setting process of each flag and timer is performed only at the first time when the ΔFAFL calculation permission flag is in the clear state. The ΔFAFL calculation period timer is a time measuring means that is decremented every predetermined time by another process (not shown) after setting the predetermined value.
その後、ステップS924では、タイマ値が0よりも大きいか否かを判別し、タイマ値>0であれば、ステップS925において空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔFAFLを次式により算出する。 Thereafter, in step S924, it is determined whether or not the timer value is greater than 0. If the timer value is greater than 0, the lean side change rate ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient is calculated by the following equation in step S925.
ΔFAFL(k)=ΔFAFL(k−1)+ksm1(ΔFAF1(k)−ΔFAF1(k−1))
また、タイマ値≦0になると、ステップS926においてΔFAFL算出期間フラグをクリアする。つまり、タイマ値が0に到達した後は、リーン側変化速度ΔFAFLが算出されないようになっている。
ΔFAFL (k) = ΔFAFL (k−1) + ksm1 (ΔFAF1 (k) −ΔFAF1 (k−1))
When the timer value ≦ 0, the ΔFAFL calculation period flag is cleared in step S926. That is, after the timer value reaches 0, the lean side change speed ΔFAFL is not calculated.
図12〜図14によるFAF変化速度の算出手順を図17のタイムチャートに基づいてより具体的に説明する。但し図17では、リーン側への変化時のみについて説明する。 The calculation procedure of the FAF change speed according to FIGS. 12 to 14 will be described more specifically based on the time chart of FIG. However, in FIG. 17, only the change to the lean side will be described.
タイミングt1では、第2変化量ΔFAF2(=FAF(k)−FAF(k−3))がリーン側判定値klean以下となり、それに伴いΔFAFL算出許可フラグとΔFAFL算出期間フラグとに1がセットされると共に、ΔFAFL算出期間タイマに所定値(図のkleantm)がセットされる。このt1以降、空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔFAFLが算出される。そしてその後、ΔFAFL算出期間タイマの値が0になると、ΔFAFL算出期間フラグがクリアされる(タイミングt2)。これにより、リーン側変化速度ΔFAFLの算出が終了される。つまり、空燃比補正量FAFが規定の変化をした後にΔFAFLの算出が開始されるが、その算出期間はタイマ値により制限されるようになっている。算出期間の時間制限により、例えば、ガス雰囲気変化からセンサ出力が変化し始めるまでの応答が遅れるが反応開始後の出力挙動は正常時と変わらないような形態の応答性異常であっても、センサ応答性が確実に検出できる。また、空燃比の変動周期と異なる周期で空燃比補正係数FAFが変動した場合(ハンチング発生時)でも精度良く応答性が検出できる。 At timing t1, the second change amount ΔFAF2 (= FAF (k) −FAF (k−3)) becomes equal to or less than the lean determination value klean, and accordingly, the ΔFAFL calculation permission flag and the ΔFAFL calculation period flag are set to 1. At the same time, a predetermined value (kleantm in the figure) is set to the ΔFAFL calculation period timer. After this t1, the lean side change speed ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient is calculated. After that, when the value of the ΔFAFL calculation period timer becomes 0, the ΔFAFL calculation period flag is cleared (timing t2). Thereby, the calculation of the lean side change speed ΔFAFL is ended. That is, the calculation of ΔFAFL is started after the air-fuel ratio correction amount FAF has changed a prescribed amount, but the calculation period is limited by the timer value. Due to the time limit of the calculation period, for example, the response from the gas atmosphere change until the sensor output begins to change is delayed, but even if the output response after the start of the reaction does not change from normal, the sensor response Responsiveness can be detected reliably. Further, even when the air-fuel ratio correction coefficient FAF fluctuates in a period different from the air-fuel ratio fluctuation period (when hunting occurs), the responsiveness can be detected with high accuracy.
次に、図15のφm変化速度算出処理において、ステップS1001では、今現在、修正空燃比φmの演算中であるか否かを判別し、φm演算中であることを条件にステップS1002に進む。ステップS1002では、修正空燃比の今回値φm(k)と前回値φm(k−1)との差からその変化量Δφmを算出する。その後、ステップS1003では、ΔφmR算出期間フラグが1であるか否かを判別し、同フラグ=1であることを条件にステップS1004に進む。なお、ΔφmR算出期間フラグは、前記ΔFAFR算出期間フラグのセット/クリアのタイミングに基づいて設定されるフラグであり、その詳細については後述する(後記ΔφmL算出期間フラグも同様)。 Next, in the φm change rate calculation process of FIG. 15, in step S1001, it is determined whether or not the corrected air-fuel ratio φm is currently being calculated, and the process proceeds to step S1002 on the condition that φm is being calculated. In step S1002, the amount of change Δφm is calculated from the difference between the current value φm (k) of the corrected air-fuel ratio and the previous value φm (k−1). Thereafter, in step S1003, it is determined whether or not the ΔφmR calculation period flag is 1, and the process proceeds to step S1004 on the condition that the flag = 1. The ΔφmR calculation period flag is a flag that is set based on the set / clear timing of the ΔFAFR calculation period flag, and details thereof will be described later (the same applies to the ΔφmL calculation period flag described later).
ステップS1004では、修正空燃比の変化量Δφmが0よりも大きいか否かを判別する。Δφm>0であることは、燃料過剰率が増加しており空燃比がリッチ側に変化することを意味する。Δφm>0の場合ステップS1005に進み、修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφmRを次式により算出する。 In step S1004, it is determined whether or not the amount of change Δφm in the corrected air-fuel ratio is greater than zero. Δφm> 0 means that the excess fuel ratio increases and the air-fuel ratio changes to the rich side. If Δφm> 0, the process proceeds to step S1005, and the rich side change rate ΔφmR of the corrected air-fuel ratio is calculated by the following equation.
ΔφmR(k)=ΔφmR(k−1)+ksm2(Δφm(k)−Δφm(k−1))
上式中、ksm2はなまし率である。
ΔφmR (k) = ΔφmR (k−1) + ksm2 (Δφm (k) −Δφm (k−1))
In the above equation, ksm2 is an annealing rate.
ステップS1004でΔφm≦0の場合にはステップS1006に進み、ΔφmR(k)=ΔφmR(k−1)とする。すなわち、ΔφmR算出期間フラグ=1であるのに修正空燃比φmの変化がリーン向きである場合、ノイズや一時的な燃焼変動によりφmがばらついている可能性があり、そのばらつき分を排除すべく修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφmRの算出をキャンセルする。 If Δφm ≦ 0 in step S1004, the process proceeds to step S1006, and ΔφmR (k) = ΔφmR (k−1) is set. That is, if ΔφmR calculation period flag = 1 but the change in the corrected air-fuel ratio φm is leaner, there is a possibility that φm may vary due to noise or temporary combustion fluctuations. Cancel the calculation of the rich side change speed ΔφmR of the corrected air-fuel ratio.
また、ステップS1003がNOの場合にはステップS1007に進み、ΔφmL算出期間フラグが1であるか否かを判別し、同フラグ=1であることを条件にステップS1008に進む。ステップS1008では、修正空燃比の変化量Δφmが0よりも小さいか否かを判別する。Δφm<0であることは、燃料過剰率が減少しており空燃比がリーン側に変化することを意味する。Δφm<0の場合ステップS1009に進み、修正空燃比のリーン側変化速度ΔφmLを次式により算出する。 If NO in step S1003, the process advances to step S1007 to determine whether or not the ΔφmL calculation period flag is 1, and the process advances to step S1008 on condition that the flag = 1. In step S1008, it is determined whether or not the change amount Δφm of the corrected air-fuel ratio is smaller than zero. Δφm <0 means that the excess fuel ratio decreases and the air-fuel ratio changes to the lean side. If Δφm <0, the process proceeds to step S1009 to calculate the lean side change rate ΔφmL of the corrected air-fuel ratio by the following equation.
ΔφmL(k)=ΔφmL(k−1)+ksm2(Δφm(k)−Δφm(k−1))
ステップS1008でΔφm≧0の場合にはステップS1010に進み、ΔφmL(k)=ΔφmL(k−1)とする。すなわち、ΔφmL算出期間フラグ=1であるのに修正空燃比φmの変化がリッチ向きである場合、ノイズや一時的な燃焼変動によりφmがばらついている可能性があり、そのばらつき分を排除すべく修正空燃比のリーン側変化速度ΔφmLの算出をキャンセルする。
ΔφmL (k) = ΔφmL (k−1) + ksm2 (Δφm (k) −Δφm (k−1))
If Δφm ≧ 0 in step S1008, the process proceeds to step S1010, and ΔφmL (k) = ΔφmL (k−1) is set. That is, if the ΔφmL calculation period flag = 1 but the change in the corrected air-fuel ratio φm is in a rich direction, there is a possibility that φm may vary due to noise or temporary combustion fluctuations. Cancel the calculation of the lean side change rate ΔφmL of the corrected air-fuel ratio.
なお、ステップS1003,S1007が共にNOの場合には、修正空燃比のリッチ側変化速度ΔφmR、リーン側変化速度ΔφmLが何れも算出されることなく本処理が終了される。 Note that if both of steps S1003 and S1007 are NO, the process ends without calculating the rich side change rate ΔφmR and the lean side change rate ΔφmL of the corrected air-fuel ratio.
以下、ΔφmL算出期間フラグの設定手順を図18のタイムチャートを用いて説明する。なお、説明は省略するが、ΔφmL算出期間フラグも同様の手順により設定される。 Hereinafter, the procedure for setting the ΔφmL calculation period flag will be described with reference to the time chart of FIG. Although explanation is omitted, the ΔφmL calculation period flag is set in the same procedure.
図18では、例えばt11〜t13、t15〜t17の各期間でΔFAFL算出期間フラグがセットされている。図18の1回目のΔFAF算出期間では、ΔFAFL算出期間フラグのセット時にΔφmL算出開始タイマ1に所定値がセットされ(t11)、同フラグのクリア時にΔφmL算出終了タイマ1に所定値がセットされる(t13)。そして、ΔφmL算出開始タイマ1が0になったタイミングでΔφmL算出期間フラグがセットされ(t12)、ΔφmL算出終了タイマ1が0になったタイミングでΔφmL算出期間フラグがクリアされる(t14)。この場合、ΔφmL算出期間フラグがセットされている期間(t12〜t14)がΔφmL算出期間になり、当該期間にてΔφmLが算出される。ΔFAFL算出期間に対してみると、ΔφmL算出期間は所定時間遅延されて設けられることとなる。
In FIG. 18, for example, the ΔFAFL calculation period flag is set in each period from t11 to t13 and t15 to t17. In the first ΔFAF calculation period in FIG. 18, a predetermined value is set in the ΔφmL calculation start
2回目のΔFAF算出期間では、ΔφmL算出開始タイマ2及びΔφmL算出終了タイマ2が用いられること以外同様の処理が行われ、結果としてt16〜t18の期間にてΔφmL算出期間フラグがセットされる。そして、ΔφmL算出期間(t16〜t18)にてΔφmLが算出される。この場合、ΔφmL算出開始タイマ及びΔφmL算出終了タイマを2組用いることにより、各タイマ値が0になる前にΔFAFL算出期間フラグが判定されることがあっても(図のt19以降参照)、何ら支障なくΔφmL算出期間フラグの設定が可能となる。但し、ΔφmL算出開始タイマ及びΔφmL算出終了タイマを1組だけ用いる構成とすることも可能である。
In the second ΔFAF calculation period, the same processing is performed except that the ΔφmL calculation start
ΔφmL算出開始タイマ1,2及びΔφmL算出終了タイマ1,2のセット時間は、空燃比補正係数FAFの変化量データ算出から修正空燃比φmの変化量データ算出までの遅延時間に相当する。この場合、タイマセット時間を、燃料噴射量の変化からそれに伴う空燃比センサ周囲のガス雰囲気変化までの輸送遅れ時間に基づいて設定すると良い。具体的には、実験等により予め規定したマップ又は数式を用い、エンジンの運転状態パラメータ(エンジン回転数、負荷など)からタイマセット時間を適宜算出する。但し、実行条件としてエンジン運転域を規定すれば、前記セット時間を固定値とすることも可能である。
The set times of the ΔφmL
以上第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて次の効果が新たに得られる。 As described above, according to the second embodiment, the following effect is newly obtained in addition to the effect of the first embodiment.
空燃比補正係数FAFのリッチ側又はリーン側への変化幅(ΔFAF2)が規定値を超える場合にのみ、修正空燃比φmの変化量データ(ΔφmR,ΔφmL)、空燃比補正係数FAFの変化量データ(ΔFAFR,ΔFAFL)の算出を許可するようにしたため、空燃比センサ32の応答性異常の状況が明確に現れる状態でのみ前記変化量データの算出を行い、ひいてはセンサ応答性異常の検出精度を高めることができる。
Only when the variation range (ΔFAF2) of the air-fuel ratio correction coefficient FAF to the rich side or lean side exceeds the specified value, the change amount data (ΔφmR, ΔφmL) of the corrected air-fuel ratio φm and the change amount data of the air-fuel ratio correction coefficient FAF Since the calculation of (ΔFAFR, ΔFAFL) is permitted, the change amount data is calculated only in a state where the responsiveness abnormality state of the air-
空燃比補正係数FAFの変化量データ算出を許可した後に修正空燃比φmの変化量データ算出を許可するまでの遅延時間を設定し、該遅延時間が経過したタイミングで修正空燃比φmの変化量データ算出を許可するようにしたため、センサ出力が変化し始めるまでの応答遅れが生じる場合であってもセンサ応答性異常が正確に検出できる。 A delay time is set after permitting calculation of the change amount data of the air-fuel ratio correction coefficient FAF until the change amount data calculation of the corrected air-fuel ratio φm is permitted, and the change amount data of the corrected air-fuel ratio φm at the timing when the delay time has passed. Since the calculation is permitted, a sensor response abnormality can be accurately detected even when a response delay occurs until the sensor output starts to change.
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。 In addition, this invention is not limited to the content of description of the said embodiment, For example, you may implement as follows.
上記実施の形態では、リッチ側及びリーン側への応答性を無くすように設定したパラメータαを算出することを実施要件としたが、このパラメータαを算出しない構成としても良い。パラメータαを算出しなくとも、変化量データたるcompR,compL等からセンサ応答性を検出し、その結果を基に空燃比センサ32の異常検出を実施する構成としても良い。
In the above-described embodiment, it is an implementation requirement to calculate the parameter α set so as to eliminate the responsiveness to the rich side and the lean side. However, the configuration may be such that the parameter α is not calculated. Even if the parameter α is not calculated, the sensor responsiveness may be detected from the change data compR, compL, etc., and the abnormality detection of the air-
リッチ側応答性異常とリーン側応答性異常とを分けて判定する構成としても良い。例えば、図8のセンサ異常検出処理において、ステップS602がYESであればリッチ側応答性異常とし、ステップS603がYESであればリーン側応答性異常とする。また、ステップS604では、compRLが大小何れの判定値外となるかによってリッチ側応答性異常かリーン側応答性異常かを判定する。 The rich side responsiveness abnormality and the lean side responsiveness abnormality may be determined separately. For example, in the sensor abnormality detection process of FIG. 8, if step S602 is YES, the rich side responsiveness abnormality is assumed, and if step S603 is YES, the lean side responsiveness abnormality is assumed. Further, in step S604, it is determined whether the rich responsiveness abnormality or the lean side responsiveness abnormality depends on whether compRL is out of the determination value.
上記実施の形態では、空燃比検出値、空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データとして、修正空燃比の変化速度ΔφmR,ΔφmL、空燃比補正係数の変化速度ΔFAFR,ΔFAFLを用いたが、これに代えて、修正空燃比の変化加速度、空燃比補正係数の変化加速度を用いる構成としても良い。 In the above-described embodiment, the corrected air-fuel ratio change rates ΔφmR, ΔφmL, and the air-fuel ratio correction factor change rates ΔFAFR, ΔFAFL are used as the air-fuel ratio detection value and the change amount data of the air-fuel ratio correction amount to the rich side or lean side. However, instead of this, it is possible to employ a configuration in which the change acceleration of the corrected air-fuel ratio and the change acceleration of the air-fuel ratio correction coefficient are used.
上記実施の形態では、応答性検出部M4において修正空燃比φmを用いて空燃比検出値の変化量データを算出する構成としたが、これに代えて、検出空燃比φsigを用いて空燃比検出値の変化量データを算出する構成としても良い。 In the above embodiment, the responsiveness detection unit M4 is configured to calculate the change amount data of the air-fuel ratio detection value using the corrected air-fuel ratio φm. Instead, the air-fuel ratio detection is performed using the detected air-fuel ratio φsig. A configuration may be employed in which value variation data is calculated.
上記実施の形態では、リーン側への空燃比変化時において検出空燃比φsigに対して位相進み処理を施すことにより修正空燃比φmを算出したが、これに代えて、リッチ側への空燃比変化時において検出空燃比φsigに対して位相遅れ処理を施すことにより修正空燃比φmを算出するようにしても良い。また、検出空燃比φsigの補正手法は位相進み・位相遅れ処理に限定されず、他の補正手法であっても良い。例えば、検出空燃比φsigに対して所定の補正係数を掛け合わせて補正しても良い。 In the above embodiment, when the air-fuel ratio changes to the lean side, the corrected air-fuel ratio φm is calculated by performing the phase advance process on the detected air-fuel ratio φsig, but instead, the air-fuel ratio change to the rich side is calculated. At this time, the corrected air-fuel ratio φm may be calculated by applying a phase delay process to the detected air-fuel ratio φsig. Further, the correction method of the detected air-fuel ratio φsig is not limited to the phase advance / phase delay process, and other correction methods may be used. For example, the correction may be performed by multiplying the detected air-fuel ratio φsig by a predetermined correction coefficient.
上記実施の形態では、前記図8のセンサ異常検出に際し、応答性異常判定値K1〜K5を用いたが、この応答性異常判定値K1〜K5をセンサ初期状態における応答性初期値に基づき設定しておく構成としても良い。これにより、センサ初期状態からの応答性変化が監視できる。 In the above-described embodiment, the responsiveness abnormality determination values K1 to K5 are used in detecting the sensor abnormality in FIG. 8, but the responsiveness abnormality determination values K1 to K5 are set based on the initial responsiveness value in the sensor initial state. It is good also as a structure to keep. Thereby, the responsiveness change from the sensor initial state can be monitored.
上記第1の実施の形態において、所定周期で空燃比を強制変動させる空燃比変動手段を設け、その空燃比変動を実施した状態下で空燃比センサ32の応答性検出、並びにセンサ異常検出を実施するようにしても良い。この空燃比変動は、第2の実施の形態における図11の空燃比強制変動処理により実現できる。また、例えばエンジンの冷間始動時における触媒コンバータの早期活性化や通常運転時における触媒浄化効率の向上(機能再生)を目的に実施される空燃比ディザ制御を用い、空燃比変動を行うようにしても良い。具体的には数Hz程度の周期でリッチ側、リーン側それぞれに向けて空燃比が変動される。かかる場合、空燃比変動に伴い空燃比がリッチ側又はリーン側に変化する時の空燃比検出値及び空燃比補正量の変化量データを用いて空燃比センサ32の異常検出を実施する。これにより、空燃比がリッチ側又はリーン側に変化した時の変化量データを十分に得ることができ、信頼性の高いセンサ異常検出が実現できる。
In the first embodiment, air-fuel ratio changing means for forcibly changing the air-fuel ratio in a predetermined cycle is provided, and responsiveness detection of the air-
空燃比を強制変動させる際において、空燃比検出値が目標空燃比に到達する都度、当該目標空燃比をリッチ側目標空燃比とリーン側目標空燃比とで交互に切替設定するようにしても良い。具体的には、図19に示すようにして目標空燃比を反転させる。図19では、実空燃比を実線で、空燃比検出値を点線(但し実空燃比との共通部分は実線)で、目標空燃比を二点鎖線で示している。図19の(a)はセンサ出力をなましたような応答性異常の事例であり、(b)はガス雰囲気変化からセンサ出力変化までの遅れ時間(無駄時間)が増加する異常の事例である。何れもリーン側のみ応答性異常が生じた場合の事例を示す。 When the air-fuel ratio is forcibly changed, every time the air-fuel ratio detection value reaches the target air-fuel ratio, the target air-fuel ratio may be alternately switched between the rich-side target air-fuel ratio and the lean-side target air-fuel ratio. . Specifically, the target air-fuel ratio is reversed as shown in FIG. In FIG. 19, the actual air-fuel ratio is indicated by a solid line, the air-fuel ratio detected value is indicated by a dotted line (where the common part with the actual air-fuel ratio is a solid line), and the target air-fuel ratio is indicated by a two-dot chain line. FIG. 19A is an example of a responsive abnormality such as a sensor output, and FIG. 19B is an example of an abnormality in which a delay time (dead time) from a gas atmosphere change to a sensor output change increases. . In each case, an example in which a responsive abnormality occurs only on the lean side is shown.
図19(a),(b)において、a1,b1は共に応答性異常が生じている期間に相当し、a2,b2は共に応答性正常な期間に相当する。この場合、期間a1,b1と期間a2,b2でのパラメータ比較により応答性異常の検出が可能となる。空燃比検出値と目標空燃比との一致時に空燃比反転させる構成では、リッチ側及びリーン側で所望とする空燃比変動を実現しつつ、最短周期で空燃比変動を行わせることができる。 In FIGS. 19A and 19B, both a1 and b1 correspond to a period in which responsive abnormality occurs, and both a2 and b2 correspond to a period in which responsiveness is normal. In this case, it is possible to detect an abnormality in responsiveness by comparing parameters in the periods a1 and b1 and the periods a2 and b2. In the configuration in which the air-fuel ratio is reversed when the detected air-fuel ratio coincides with the target air-fuel ratio, the air-fuel ratio can be changed in the shortest cycle while realizing the desired air-fuel ratio fluctuation on the rich side and the lean side.
センサ異常検出に際し、空燃比補正量の変化量データを使わずに空燃比検出値の変化量データだけを使うようにしても良い。本構成によっても、空燃比センサ32の動特性に基づくセンサ異常検出が可能である。特に上述したように空燃比を強制変動させる場合には、空燃比の変動量が予め分かるため、空燃比検出値の変化量データだけを用いてのセンサ異常検出がより有効となる。空燃比検出値の変化量データとしてはその変化速度又は変化加速度を用いると良い。
When detecting a sensor abnormality, only the change amount data of the air-fuel ratio detection value may be used without using the change amount data of the air-fuel ratio correction amount. Also with this configuration, sensor abnormality detection based on the dynamic characteristics of the air-
上記第2の実施の形態において、図12〜図14のFAF変化速度算出処理では、FAF変化量として第1変化量ΔFAF1,第2変化量ΔFAF2を算出したが、何れか一方のみを算出するようにしても良い。この場合、図12のFAF変化量判定(ステップS904,S906)、図13のΔFAFR算出(ステップS915)及び図14のΔFAFL算出(ステップS925)において、第1変化量ΔFAF1又は第2変化量ΔFAF2の何れか一方のデータを用いて演算処理等が実施される。 In the second embodiment, the first change amount ΔFAF1 and the second change amount ΔFAF2 are calculated as the FAF change amounts in the FAF change speed calculation processing of FIGS. 12 to 14, but only one of them is calculated. Anyway. In this case, in the FAF change amount determination (steps S904 and S906) in FIG. 12, the ΔFAFR calculation (step S915) in FIG. 13, and the ΔFAFL calculation (step S925) in FIG. 14, the first change amount ΔFAF1 or the second change amount ΔFAF2 is determined. Arithmetic processing or the like is performed using either one of the data.
上記第2の実施の形態では、例えば空燃比補正係数のリーン側変化速度ΔFAFLの算出に際して2つのフラグ(ΔFAFL算出許可フラグ、ΔFAFL算出期間フラグ)をセットしたが(図17等参照)、該2つのフラグを1つに統合し構成の簡素化を図ることも可能である。リッチ側変化速度ΔFAFRの算出に関しても同様である。 In the second embodiment, for example, two flags (ΔFAFL calculation permission flag and ΔFAFL calculation period flag) are set when calculating the lean side change speed ΔFAFL of the air-fuel ratio correction coefficient (see FIG. 17 and the like). It is also possible to simplify the configuration by integrating two flags into one. The same applies to the calculation of the rich side change rate ΔFAFR.
空燃比検出値の変化量データや空燃比補正量の変化量データ等の各種パラメータは逐次算出する他、異常検出の実施直前タイミングでのみ算出する構成であっても良い。 Various parameters such as the change amount data of the air-fuel ratio detection value and the change amount data of the air-fuel ratio correction amount are sequentially calculated, and may be calculated only at the timing immediately before the abnormality detection.
空燃比センサ23の異常検出装置としての実現に代えて、空燃比センサ32の応答性検出装置としての実現も可能である。つまり後者の場合、異常検出部分は実施要件でない。応答性検出結果を、空燃比検出値の補正や空燃比制御等に用いることが可能である。
Instead of realizing the air-
10…エンジン、24…排気管、32…空燃比センサ、40…ECU、M1…空燃比調整部、M5…空燃比センサ信号処理部、M6…センサ異常検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記空燃比フィードバック制御中に空燃比をリッチ側及びリーン側に強制変動させる空燃比変動手段と、
同じく前記空燃比フィードバック制御中に空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出する空燃比検出値変化算出手段と、
前記算出した空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、
前記検出した空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常を検出する異常検出手段とを備え、
前記異常検出手段は、前記空燃比変動手段による空燃比変動に伴い前記空燃比検出値がリッチ側に変化する時、及び前記空燃比検出値がリーン側に変化する時の変化量データを基にセンサの異常検出を実施することを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。 An apparatus comprising an air-fuel ratio sensor installed in an exhaust passage of an internal combustion engine, and performing air-fuel ratio feedback control so that an air-fuel ratio detected value by the air-fuel ratio sensor matches a target value,
Air-fuel ratio changing means for forcibly changing the air-fuel ratio to the rich side and the lean side during the air-fuel ratio feedback control;
Similarly, air-fuel ratio detected value change calculating means for calculating change data of the air-fuel ratio detected value to the rich side and lean side during the air-fuel ratio feedback control,
Responsiveness detection for detecting the responsiveness of the air-fuel ratio sensor for each of the change to the rich side and the change to the lean side based on the change amount data to the rich side and the lean side of the calculated air-fuel ratio detection value Means,
An abnormality detection means for detecting an abnormality of the air-fuel ratio sensor based on the detected response of the air-fuel ratio sensor;
The abnormality detection means is based on change amount data when the air-fuel ratio detection value changes to the rich side and the air-fuel ratio detection value changes to the lean side in accordance with the air-fuel ratio fluctuation by the air-fuel ratio fluctuation means. An abnormality detection apparatus for an air-fuel ratio sensor, wherein abnormality detection of the sensor is performed.
前記異常検出手段は、前記応答性パラメータに基づいて空燃比センサの異常を検出する請求項1乃至4の何れかに記載の空燃比センサの異常検出装置。 A parameter calculating means for calculating a responsiveness parameter that equalizes the responsiveness of the air-fuel ratio sensor for each of the change to the rich side and the change to the lean side;
The abnormality detection device for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the abnormality detection means detects an abnormality of the air-fuel ratio sensor based on the response parameter.
空燃比センサ信号から検出された空燃比検出値を目標値に一致させるための空燃比補正量を算出する補正量算出手段とを備え前記空燃比補正量を用いて空燃比フィードバック制御を実施する装置であり、
前記空燃比フィードバック制御中に前記空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データをそれぞれ算出する空燃比検出値変化算出手段と、
前記算出した空燃比検出値のリッチ側、リーン側への変化量データに基づいて、リッチ側への変化時、リーン側への変化時のそれぞれについて空燃比センサの応答性を検出する応答性検出手段と、
前記検出した空燃比センサの応答性に基づいて当該空燃比センサの異常を検出する異常検出手段と、
前記空燃比検出値の変化量データの算出を前記空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止するデータ算出許可手段と、
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常検出装置。 An air-fuel ratio sensor installed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
An apparatus for performing air-fuel ratio feedback control using the air-fuel ratio correction amount, comprising correction amount calculation means for calculating an air-fuel ratio correction amount for making the air-fuel ratio detection value detected from the air-fuel ratio sensor signal coincide with the target value And
Air-fuel ratio detected value change calculating means for calculating change data of the air-fuel ratio detected value to the rich side and lean side during the air-fuel ratio feedback control;
Responsiveness detection for detecting the responsiveness of the air-fuel ratio sensor for each of the change to the rich side and the change to the lean side based on the change amount data to the rich side and the lean side of the calculated air-fuel ratio detection value Means,
An abnormality detection means for detecting an abnormality of the air-fuel ratio sensor based on the responsiveness of the detected air-fuel ratio sensor;
Data calculation permission means for permitting or prohibiting the calculation of the change amount data of the air-fuel ratio detection value based on the change behavior of the air-fuel ratio correction amount;
An abnormality detection device for an air-fuel ratio sensor comprising:
前記空燃比センサの信号から検出された空燃比検出値を目標値に一致させるための空燃比補正量を算出する補正量算出手段とを備え前記空燃比補正量を用いて空燃比フィードバック制御を実施する装置であり、
前記空燃比フィードバック制御中に前記空燃比検出値のリッチ側又はリーン側への変化量データを算出する空燃比検出値変化算出手段と、
同じく前記空燃比フィードバック制御中に前記空燃比補正量のリッチ側又はリーン側への変化量データを算出する補正量変化算出手段とを備え、
前記算出した空燃比検出値の変化量データと前記算出した空燃比補正量の変化量データとに基づいて前記空燃比センサの応答性を検出するようにした空燃比センサの応答性検出装置において、
前記空燃比検出値の変化量データ及び前記空燃比補正量の変化量データの算出を前記空燃比補正量の変化挙動に基づいて許可又は禁止するデータ算出許可手段を備えたことを特徴とする空燃比センサの応答性検出装置。 An air-fuel ratio sensor installed in the exhaust passage of the internal combustion engine;
Correction amount calculating means for calculating an air-fuel ratio correction amount for making the air-fuel ratio detection value detected from the signal of the air-fuel ratio sensor coincide with a target value, and performing air-fuel ratio feedback control using the air-fuel ratio correction amount Device to
Air-fuel ratio detected value change calculating means for calculating change data of the air-fuel ratio detected value to the rich side or lean side during the air-fuel ratio feedback control;
A correction amount change calculating means for calculating change data on the rich side or lean side of the air-fuel ratio correction amount during the air-fuel ratio feedback control,
In the air-fuel ratio sensor responsiveness detection apparatus, wherein the air-fuel ratio sensor responsiveness is detected based on the calculated air-fuel ratio detection value change amount data and the calculated air-fuel ratio correction amount change amount data.
A data calculation permission means for permitting or prohibiting the calculation of the change amount data of the air-fuel ratio detection value and the change amount data of the air-fuel ratio correction amount based on the change behavior of the air-fuel ratio correction amount. A responsiveness detection device for a fuel ratio sensor.
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2008
- 2008-09-17 JP JP2008237834A patent/JP2009013991A/en active Pending
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