JP2004204716A - 空燃比サブフィードバック制御異常検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】空燃比サブフィードバック制御における補正異常を適切に判定し、ドライバ（運転者）に警告等を行うことでエミッション低下を最小限に抑えること。
【解決手段】空燃比サブフィードバック制御における補正異常が、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧との偏差、空燃比サブフィードバック補正量、空燃比サブフィードバック学習値のうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定される。このため、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】空燃比サブフィードバック制御における補正異常が、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧との偏差、空燃比サブフィードバック補正量、空燃比サブフィードバック学習値のうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定される。このため、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下を最小限に抑えることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路途中に設置された触媒の下流側に酸素（Ｏ2 ）センサを配設して、触媒の浄化率が最も良くなる状態に空燃比をフィードバック制御する空燃比サブフィードバック制御における異常を検出する空燃比サブフィードバック制御異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空燃比フィードバック制御に関連する先行技術文献として、特開平１１−８２１１７号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、空燃比（実空燃比）と目標空燃比との差、その学習補正量、空燃比フィードバック補正量からなる指標のうち、何れかが更新されない状態であっても、燃料供給系の異常が発生したときには、その異常を速やかに検出する技術が示されている。
【０００３】
ここで、近年、環境への配慮から、内燃機関の排気通路途中に設置された触媒の下流側に酸素センサを配設して、触媒の浄化率が最も良くなる状態に空燃比をフィードバック制御する空燃比サブフィードバック制御技術が実用化されている。
【０００４】
この空燃比サブフィードバック制御の目的は、触媒の酸素ストレージ(Storage：吸着及び吸蔵）量の状態を検出して速やかに適性な状態に戻すことと、触媒の上流側に配設された空燃比（Ａ／Ｆ）センサの特性ばらつきを吸収してエミッションのロバスト(robust:安定）性を向上することにある。
【特許文献】特開平１１−８２１１７号公報（第２頁〜第３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の空燃比サブフィードバック制御において、例えば、空燃比センサが特性ずれを起こして空燃比サブフィードバック制御における通常の補正で吸収できないような異常状態になると、結果的にエミッション低下が生じるという不具合があった。
【０００６】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、空燃比サブフィードバック制御における補正異常を適切に判定し、ドライバ（運転者）に警告等を行うことでエミッション低下を最小限に抑えることが可能な空燃比サブフィードバック制御異常検出装置の提供を課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置によれば、制御手段によって内燃機関からの排出ガスを浄化する触媒の浄化率に応じて酸素センサで検出される酸素濃度に基づき空燃比センサで検出される排出ガスの空燃比を補正する空燃比サブフィードバック制御が実行され、判定手段にて酸素センサで検出される酸素濃度とその目標値との偏差、空燃比サブフィードバック補正量、空燃比サブフィードバック学習値のうち少なくとも何れか１つの指標が用いられ、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下が最小限に抑えられる。
【０００８】
請求項２の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置では、指標として平滑化した値が用いられることで、指標がノイズ等による瞬間的な変動や内燃機関の急激な運転状態の変動等の過渡的な影響を受けることがなくなり、常に安定して空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度が向上される。
【０００９】
請求項３の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定手段では、内燃機関の運転条件に応じて指標に対する判定値が設定されると共に、その判定までの時間が可変とされることで、内燃機関の運転条件の変化に応じて空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度が向上される。
【００１０】
請求項４の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定手段では、空燃比センサまたは酸素センサのうち少なくとも何れか１つが異常であるときには、判定が停止されるため、空燃比サブフィードバック制御における補正異常の判定で、誤った診断が回避される。
【００１１】
請求項５の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定制御では、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定されたときには、空燃比サブフィードバック制御のみならず空燃比フィードバック制御も停止されるため、空燃比フィードバック制御及び空燃比サブフィードバック制御の過補正が未然に防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、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、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路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ルド６を通過し、インテークマニホルド６内でインジェクタ（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分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８に直接、接続されたイグナイタ９には、後述のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０からの点火信号が入力され、各気筒の混合気が点火プラグ８の火花点火によって所定タイミングにて燃焼される。そして、燃焼後の排出ガスはエキゾーストマニホルド１１及び排気通路１２を通過し、排気通路１２に設けられ、白金やロジウム等の触媒成分とセリウムやランタン等の添加物を担持した三元触媒１３にて有害成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯx （窒素酸化物）等が浄化され大気中に排出される。
【００１５】
また、エアクリーナ２の下流側の吸気通路３にはエアフローメータ２１が設けられ、このエアフローメータ２１にてエアクリーナ２を通過する単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ：グラム毎秒〕が検出される。また、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２２が設けられ、このスロットル開度センサ２２にてスロットル開度ＴＡ〔°〕に応じたアナログ信号が検出されると共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることが図示しないアイドルスイッチからのオン／オフ信号によって検出される。そして、サージタンク５には吸気圧センサ２３が設けられ、この吸気圧センサ２３にて吸気圧ＰＭ〔ｋＰａ：キロパスカル〕が検出される。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にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が検出される。
【００１６】
そして、内燃機関１にはクランク角センサ２５が設けられ、このクランク角センサ２５にて内燃機関１の機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が検出される。更に、排気通路１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排出ガスの空燃比λに応じたリニアな電圧ＶＯＸ１〔Ｖ：ボルト〕を出力する空燃比センサ２６が設けられている。また、排気通路１２の三元触媒１３の下流側には、三元触媒１３を通過した排出ガスのリーン状態やリッチ状態、また、リーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転状態による酸素濃度変化に応じた電圧ＶＯＸ２〔Ｖ〕を出力する酸素センサ２７が設けられている。
【００１７】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポートに対しバスを介して接続されている。
【００１８】
このＥＣＵ３０には、入力ポートを介してエアフローメータ２１からの吸入空気量ＧＡ、スロットル開度センサ２２からのスロットル開度ＴＡ、吸気圧センサ２３からの吸気圧ＰＭ、水温センサ２４からの冷却水温ＴＨＷ、クランク角センサ２５からの機関回転速度ＮＥ等の各種センサ信号が入力され、それらに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等が算出され、出力ポートを介してインジェクタ７及びイグナイタ９等にそれぞれ制御信号が出力される。
【００１９】
また、ＥＣＵ３０によって空燃比フィードバック制御が実行され、空燃比センサ２６で検出されるリニアな電圧ＶＯＸ１によって、内燃機関１からの排出ガスの空燃比λが判定され、この空燃比λに基づき内燃機関１に供給される混合気が理論空燃比となるよう吸入空気量ＧＡ及び燃料噴射量ＴＡＵが調整される。そして、ＥＣＵ３０によって空燃比サブフィードバック制御が実行され、三元触媒１３を通過した排出ガスの浄化率に応じて酸素センサ２７で検出される酸素濃度に対応する電圧ＶＯＸ２によって、排出ガスのリーン状態やリッチ状態、また、リーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転時点が判定され、空燃比センサ２６で検出される空燃比λが補正される。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断実行条件判定の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。ここで、図８は図２及び後述の図３、図４及び図６の処理に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この異常診断実行条件判定ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００２１】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ：秒〕を越えているかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ〕を越え長いときにはステップＳ１０２に移行し、空燃比フィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立、即ち、空燃比センサ２６による空燃比フィードバック制御中であるときにはステップＳ１０３に移行し、空燃比サブフィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、酸素センサ２７による空燃比サブフィードバック制御中であるときにはステップＳ１０４に移行し、冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲内にあるかが判定される。
【００２２】
ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０５に移行し、機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲内にあるかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０６に移行し、吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲内にあるかが判定される。
【００２３】
ステップＳ１０６の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０７に移行し、空燃比センサ２６及び酸素センサ２７が共に正常であるかが判定される。ここで、空燃比センサ２６からの出力電圧ＶＯＸ１、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が所定範囲外となることで例えば、断線や短絡等の異常と判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、空燃比センサ２６及び酸素センサ２７が共に正常であるときにはステップＳ１０８に移行し、加減速走行中であるかが判定される。ステップＳ１０８の判定条件が成立せず、即ち、加減速走行中でなく定常走行中であるときにはステップＳ１０９に移行し、異常診断実行条件成立と判定され（図８に示す時刻ｔ0 以降）、本ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ〕以内と短いとき、またはステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、空燃比センサ２６による空燃比フィードバック制御中でないとき、またはステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、酸素センサ２７による空燃比サブフィードバック制御中でないとき、またはステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０５の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０６の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、空燃比センサ２６または酸素センサ２７のうち少なくとも一方が異常であるとき、またはステップＳ１０８の判定条件が成立、即ち、加減速走行中であるときにはステップＳ１１０に移行し、異常診断実行条件不成立と判定され（図８に示す時刻ｔ0 以前）、本ルーチンを終了する。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における空燃比サブフィードバック学習値演算の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。なお、この空燃比サブフィードバック学習値演算ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００２６】
図３において、まず、ステップＳ２０１で、学習条件成立であるかが判定される。この学習条件成立するときとしては、内燃機関１の運転状態が安定している、例えば、定常走行中であるとき等が挙げられる。ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、学習条件成立しているときにはステップＳ２０２に移行して、空燃比サブフィードバック補正量fafsb を平滑化した値としての空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm 〔％〕が次式（１）にて算出される。なお、fafsb は今回の空燃比サブフィードバック補正量、fafsbsm(i-1)は前回の空燃比サブフィードバック補正量なまし値、Ｋ1 はなまし定数である。
【００２７】
【数１】
fafsbsm ←fafsbsm(i-1)＋｛fafsb −fafsbsm(i-1)＊Ｋ1 ｝ ・・・（１）
【００２８】
次にステップＳ２０３に移行して、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕を越え大きいかが判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕を越え大きいときにはステップＳ２０４に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) に所定値Ｌ1 が加算され、空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が更新され、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕以下と小さいときにはステップＳ２０５に移行し、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が−０．３〔％〕を越え小さいかが判定される。ステップＳ２０５の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が−０．３〔％〕を越え小さいときにはステップＳ２０６に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) から所定値Ｌ2 が減算され、空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が更新され（図８参照）、本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、学習条件不成立であるとき、またはステップＳ２０５の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕と−０．３〔％〕との間にあるときにはステップＳ２０７に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) がそのまま今回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕としてホールド（保持）され（図８参照）、本ルーチンを終了する。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断判定なまし値演算の処理手順を示す図４のフローチャートに基づき、図３、図５及び図８を参照して説明する。ここで、図５は図４における吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕をパラメータとして目標電圧ＴＶＯＸ２〔Ｖ〕を算出するマップである。なお、この異常診断判定なまし値演算ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００３２】
図４において、まず、ステップＳ３０１で、空燃比フィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件が成立、即ち、空燃比フィードバック制御中であるときにはステップＳ３０２に移行し、空燃比サブフィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック制御中であるときにはステップＳ３０３に移行し、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２〔Ｖ〕が読込まれる（図８参照）。次にステップＳ３０４に移行して、図５に示すマップに基づき、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕に対応する目標電圧ＴＶＯＸ２〔Ｖ〕が読込まれる。
【００３３】
次にステップＳ３０５に移行して、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 〔％〕が読込まれる（図８参照）。なお、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 〔％〕は、図８に示すように、上下限値（ガード値）に到達したのちは、それを越えることなく張付いた状態に保持される。次にステップＳ３０６に移行して、上述の図３の空燃比サブフィードバック学習値演算ルーチンにより算出されている空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が読込まれる（図８参照）。次にステップＳ３０７に移行して、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定値DGFAFSB 〔％〕が次式（２）にて算出される。なお、αは変換係数である。
【００３４】
【数２】
DGFAFSB ←（ＶＯＸ２−ＴＶＯＸ２）＊α＋fafsb ＋flafsb ・・・（２）
【００３５】
次にステップＳ３０８に移行して、ステップＳ３０７で算出された異常診断判定値DGFAFSB に基づき異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕が次式（３）にて算出され（図８参照）、本ルーチンを終了する。なお、DGFAFSB は今回の異常診断判定値、DGFAFSBSM(i-1)は前回の異常診断判定値、Ｋ2 はなまし定数である。
【００３６】
【数３】
DGFAFSBSM ←DGFAFSBSM(i-1)＋｛DGFAFSB −DGFAFSBSM(i-1)｝＊Ｋ2・・・（３）
【００３７】
一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立せず、即ち、空燃比フィードバック制御中でないとき、またはステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック制御中でないときにはステップＳ３０９に移行し、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定値DGFAFSB が「０〔％〕」に設定される。次にステップＳ３１０に移行して、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM が「０〔％〕」に設定され、本ルーチンを終了する。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断制御の処理手順を示す図６のフローチャートに基づき、図２、図４、図７及び図８を参照して説明する。ここで、図７は図６における吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕をパラメータとして異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕に対応するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕及びリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を算出するマップである。なお、この異常診断制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００３９】
図６において、まず、ステップＳ４０１で、異常診断実行条件成立であるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、上述の図２の異常診断実行条件判定ルーチンにより異常診断実行条件成立と判定されているとき（図８に示す時刻ｔ0 以降）にはステップＳ４０２に移行し、上述の図４の異常診断判定なまし値演算ルーチンにより算出されている空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕が読込まれる。次にステップＳ４０３に移行して、図７に示すマップに基づき、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕に対応して設定されたリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕が読込まれる。なお、図７のマップに示すように、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕が多くなるに連れて異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕に対するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕の余裕が共に少なくなるよう設定される。
【００４０】
次にステップＳ４０４に移行して、ステップＳ４０２で読込まれた空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がステップＳ４０３で読込まれたリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕を越え大きいかが判定される。ステップＳ４０４の判定条件が成立、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕を越え大きいときにはステップＳ４０５に移行し、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ４０６に移行して、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」を越えているかが判定される。ステップＳ４０６の判定条件が成立、即ち、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」を越え大きいときにはステップＳ４０７に移行し、リッチ側異常診断確定としてリッチ側異常診断フラグxDGFAFSBR が「１（異常）」にセットされる。
【００４１】
一方、ステップＳ４０４の判定条件が成立せず、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕以下と小さいときにはステップＳ４０８に移行し、ステップＳ４０２で読込まれた空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がステップＳ４０３で読込まれたリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を越え小さいかが判定される。ステップＳ４０８の判定条件が成立、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を越え小さいときにはステップＳ４０９に移行し、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「＋１」インクリメントされる（図８に示す時刻ｔ1 以降）。
【００４２】
次にステップＳ４１０に移行し、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越えているかが判定される。ステップＳ４１０の判定条件が成立、即ち、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越え大きいとき（図８に示す時刻ｔ2 以降）にはステップＳ４１１に移行し、リーン側異常診断確定としてリーン側異常診断フラグxDGFAFSBL が「１（異常）」にセットされる（図８に示す時刻ｔ2 ）。ステップＳ４０７またはステップＳ４１１による異常診断確定ののちステップＳ４１２に移行し、例えば、メータパネル内の警告灯（図示略）が点灯される。次にステップＳ４１３に移行して、空燃比フィードバック制御、空燃比サブフィードバック制御が停止され、本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、上述の図２の異常診断実行条件判定ルーチンにより異常診断実行条件不成立と判定されているとき、またはステップＳ４０８の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕とリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕との間にあるときにはステップＳ４１４に移行し、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「０」及びリーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「０」にクリアされ、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」以下のとき、またはステップＳ４１０の判定条件が成立せず、即ち、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」以下のときには、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００４４】
このように、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置は、内燃機関１の排気通路１２中に配設され、内燃機関１からの排出ガスを浄化する三元触媒１３と、排気通路１２中で三元触媒１３の上流側に配設され、内燃機関１からの排出ガスの空燃比λに応じた出力電圧ＶＯＸ１を検出する空燃比センサ２６と、排気通路１２中で三元触媒１３の下流側に配設され、三元触媒１３を通過した排出ガスの酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２を検出する酸素センサ２７と、三元触媒１３の浄化率に応じて酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２に基づき空燃比センサ２６で検出される空燃比λに応じた出力電圧ＶＯＸ１を補正する空燃比サブフィードバック制御を実行するＥＣＵ３０にて達成される制御手段と、前記制御手段による空燃比サブフィードバック制御における補正異常を、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧ＴＶＯＸ２との偏差、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 、空燃比サブフィードバック学習値flafsbのうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定するＥＣＵ３０にて達成される判定手段とを具備するものである。
【００４５】
つまり、空燃比サブフィードバック制御における補正異常が、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧ＴＶＯＸ２との偏差、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 、空燃比サブフィードバック学習値flafsbのうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定される。このため、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下を最小限に抑えることができる。
【００４６】
また、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置は、指標として平滑化した値として異常診断判定なまし値DGFAFSBSM を用いるものである。これにより、指標がノイズ等による瞬間的な変動や内燃機関の急激な運転状態の変動等の過渡的な影響を受けることがなくなり、常に安定して空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度を向上することができる。
【００４７】
そして、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、内燃機関１の運転条件に応じて指標として総合的かつ平滑化された異常診断判定なまし値DGFAFSBSM に対するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL を設定すると共に、その判定までの時間を、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR 及びリーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL に対する比較値「２０」として、可変とするものである。これにより、内燃機関１の運転条件の変化に応じて空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度を向上することができる。
【００４８】
更に、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、空燃比センサ２６または酸素センサ２７のうち少なくとも何れか１つが異常であるときには、判定を停止するものである。これにより、空燃比サブフィードバック制御における補正異常の判定で、誤った診断を回避することができる。
【００４９】
更にまた、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定したときには、空燃比センサ２６からの出力に基づく空燃比フィードバック制御及び酸素センサ２７からの出力に基づく空燃比サブフィードバック制御を停止するものである。つまり、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定されたときには、空燃比サブフィードバック制御のみならず空燃比フィードバック制御も停止される。これにより、空燃比フィードバック制御及び空燃比サブフィードバック制御の過補正を未然に防止することができる。
【００５０】
ところで、上記実施例では、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧ＴＶＯＸ２に対してリーン側にずれ、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 及び空燃比サブフィードバック学習値flafsbがマイナス側に遷移し、この結果、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM がリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL を越え、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越えることによって、リーン側異常診断フラグxDGFAFSBL が「１」となる空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定される場合について説明したが、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧ＴＶＯＸ２に対してリッチ側にずれた場合には、リッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 及びリッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR を用いてリッチ側異常診断フラグxDGFAFSBR が「１」となることにより、同様に説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断実行条件判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける空燃比サブフィードバック学習値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断判定なまし値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は図４における吸入空気量をパラメータとして目標電圧を算出するマップである。
【図６】図６は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は図６における吸入空気量をパラメータとして異常診断判定なまし値に対応する異常診断判定値を算出するマップである。
【図８】図８は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける各処理に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１２ 排気通路
１３ 三元触媒
２６ 空燃比センサ
２７ 酸素センサ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路途中に設置された触媒の下流側に酸素（Ｏ2 ）センサを配設して、触媒の浄化率が最も良くなる状態に空燃比をフィードバック制御する空燃比サブフィードバック制御における異常を検出する空燃比サブフィードバック制御異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空燃比フィードバック制御に関連する先行技術文献として、特開平１１−８２１１７号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、空燃比（実空燃比）と目標空燃比との差、その学習補正量、空燃比フィードバック補正量からなる指標のうち、何れかが更新されない状態であっても、燃料供給系の異常が発生したときには、その異常を速やかに検出する技術が示されている。
【０００３】
ここで、近年、環境への配慮から、内燃機関の排気通路途中に設置された触媒の下流側に酸素センサを配設して、触媒の浄化率が最も良くなる状態に空燃比をフィードバック制御する空燃比サブフィードバック制御技術が実用化されている。
【０００４】
この空燃比サブフィードバック制御の目的は、触媒の酸素ストレージ(Storage：吸着及び吸蔵）量の状態を検出して速やかに適性な状態に戻すことと、触媒の上流側に配設された空燃比（Ａ／Ｆ）センサの特性ばらつきを吸収してエミッションのロバスト(robust:安定）性を向上することにある。
【特許文献】特開平１１−８２１１７号公報（第２頁〜第３頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の空燃比サブフィードバック制御において、例えば、空燃比センサが特性ずれを起こして空燃比サブフィードバック制御における通常の補正で吸収できないような異常状態になると、結果的にエミッション低下が生じるという不具合があった。
【０００６】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、空燃比サブフィードバック制御における補正異常を適切に判定し、ドライバ（運転者）に警告等を行うことでエミッション低下を最小限に抑えることが可能な空燃比サブフィードバック制御異常検出装置の提供を課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置によれば、制御手段によって内燃機関からの排出ガスを浄化する触媒の浄化率に応じて酸素センサで検出される酸素濃度に基づき空燃比センサで検出される排出ガスの空燃比を補正する空燃比サブフィードバック制御が実行され、判定手段にて酸素センサで検出される酸素濃度とその目標値との偏差、空燃比サブフィードバック補正量、空燃比サブフィードバック学習値のうち少なくとも何れか１つの指標が用いられ、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下が最小限に抑えられる。
【０００８】
請求項２の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置では、指標として平滑化した値が用いられることで、指標がノイズ等による瞬間的な変動や内燃機関の急激な運転状態の変動等の過渡的な影響を受けることがなくなり、常に安定して空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度が向上される。
【０００９】
請求項３の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定手段では、内燃機関の運転条件に応じて指標に対する判定値が設定されると共に、その判定までの時間が可変とされることで、内燃機関の運転条件の変化に応じて空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度が向上される。
【００１０】
請求項４の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定手段では、空燃比センサまたは酸素センサのうち少なくとも何れか１つが異常であるときには、判定が停止されるため、空燃比サブフィードバック制御における補正異常の判定で、誤った診断が回避される。
【００１１】
請求項５の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置における判定制御では、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定されたときには、空燃比サブフィードバック制御のみならず空燃比フィードバック制御も停止されるため、空燃比フィードバック制御及び空燃比サブフィードバック制御の過補正が未然に防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、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、その吸入空気は上流側からエアクリーナ２、吸気通路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ルド６を通過し、インテークマニホルド６内でインジェクタ（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分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８に直接、接続されたイグナイタ９には、後述のＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０からの点火信号が入力され、各気筒の混合気が点火プラグ８の火花点火によって所定タイミングにて燃焼される。そして、燃焼後の排出ガスはエキゾーストマニホルド１１及び排気通路１２を通過し、排気通路１２に設けられ、白金やロジウム等の触媒成分とセリウムやランタン等の添加物を担持した三元触媒１３にて有害成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯx （窒素酸化物）等が浄化され大気中に排出される。
【００１５】
また、エアクリーナ２の下流側の吸気通路３にはエアフローメータ２１が設けられ、このエアフローメータ２１にてエアクリーナ２を通過する単位時間当たりの吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ：グラム毎秒〕が検出される。また、スロットルバルブ４にはスロットル開度センサ２２が設けられ、このスロットル開度センサ２２にてスロットル開度ＴＡ〔°〕に応じたアナログ信号が検出されると共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることが図示しないアイドルスイッチからのオン／オフ信号によって検出される。そして、サージタンク５には吸気圧センサ２３が設けられ、この吸気圧センサ２３にて吸気圧ＰＭ〔ｋＰａ：キロパスカル〕が検出される。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にて内燃機関１の冷却水温ＴＨＷ〔℃〕が検出される。
【００１６】
そして、内燃機関１にはクランク角センサ２５が設けられ、このクランク角センサ２５にて内燃機関１の機関回転速度ＮＥ〔ｒｐｍ〕が検出される。更に、排気通路１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排出ガスの空燃比λに応じたリニアな電圧ＶＯＸ１〔Ｖ：ボルト〕を出力する空燃比センサ２６が設けられている。また、排気通路１２の三元触媒１３の下流側には、三元触媒１３を通過した排出ガスのリーン状態やリッチ状態、また、リーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転状態による酸素濃度変化に応じた電圧ＶＯＸ２〔Ｖ〕を出力する酸素センサ２７が設けられている。
【００１７】
内燃機関１の運転状態を制御するＥＣＵ３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ、制御プログラムや制御マップ等を格納したＲＯＭ、各種データ等を格納するＲＡＭ、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポートに対しバスを介して接続されている。
【００１８】
このＥＣＵ３０には、入力ポートを介してエアフローメータ２１からの吸入空気量ＧＡ、スロットル開度センサ２２からのスロットル開度ＴＡ、吸気圧センサ２３からの吸気圧ＰＭ、水温センサ２４からの冷却水温ＴＨＷ、クランク角センサ２５からの機関回転速度ＮＥ等の各種センサ信号が入力され、それらに基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等が算出され、出力ポートを介してインジェクタ７及びイグナイタ９等にそれぞれ制御信号が出力される。
【００１９】
また、ＥＣＵ３０によって空燃比フィードバック制御が実行され、空燃比センサ２６で検出されるリニアな電圧ＶＯＸ１によって、内燃機関１からの排出ガスの空燃比λが判定され、この空燃比λに基づき内燃機関１に供給される混合気が理論空燃比となるよう吸入空気量ＧＡ及び燃料噴射量ＴＡＵが調整される。そして、ＥＣＵ３０によって空燃比サブフィードバック制御が実行され、三元触媒１３を通過した排出ガスの浄化率に応じて酸素センサ２７で検出される酸素濃度に対応する電圧ＶＯＸ２によって、排出ガスのリーン状態やリッチ状態、また、リーンからリッチまたはリッチからリーンへの反転時点が判定され、空燃比センサ２６で検出される空燃比λが補正される。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断実行条件判定の処理手順を示す図２のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。ここで、図８は図２及び後述の図３、図４及び図６の処理に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。なお、この異常診断実行条件判定ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００２１】
図２において、まず、ステップＳ１０１で、始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ：秒〕を越えているかが判定される。ステップＳ１０１の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ〕を越え長いときにはステップＳ１０２に移行し、空燃比フィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ１０２の判定条件が成立、即ち、空燃比センサ２６による空燃比フィードバック制御中であるときにはステップＳ１０３に移行し、空燃比サブフィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ１０３の判定条件が成立、即ち、酸素センサ２７による空燃比サブフィードバック制御中であるときにはステップＳ１０４に移行し、冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲内にあるかが判定される。
【００２２】
ステップＳ１０４の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０５に移行し、機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲内にあるかが判定される。ステップＳ１０５の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０６に移行し、吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲内にあるかが判定される。
【００２３】
ステップＳ１０６の判定条件が成立、即ち、内燃機関１の吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲内にあるときにはステップＳ１０７に移行し、空燃比センサ２６及び酸素センサ２７が共に正常であるかが判定される。ここで、空燃比センサ２６からの出力電圧ＶＯＸ１、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が所定範囲外となることで例えば、断線や短絡等の異常と判定される。ステップＳ１０７の判定条件が成立、即ち、空燃比センサ２６及び酸素センサ２７が共に正常であるときにはステップＳ１０８に移行し、加減速走行中であるかが判定される。ステップＳ１０８の判定条件が成立せず、即ち、加減速走行中でなく定常走行中であるときにはステップＳ１０９に移行し、異常診断実行条件成立と判定され（図８に示す時刻ｔ0 以降）、本ルーチンを終了する。
【００２４】
一方、ステップＳ１０１の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の始動後経過時間が６０〔ｓｅｃ〕以内と短いとき、またはステップＳ１０２の判定条件が成立せず、即ち、空燃比センサ２６による空燃比フィードバック制御中でないとき、またはステップＳ１０３の判定条件が成立せず、即ち、酸素センサ２７による空燃比サブフィードバック制御中でないとき、またはステップＳ１０４の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが７０〔℃〕から９０〔℃〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０５の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の機関回転速度ＮＥが１２００〔ｒｐｍ〕から３０００〔ｒｐｍ〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０６の判定条件が成立せず、即ち、内燃機関１の吸入空気量ＧＡが１０〔ｇ／ｓｅｃ〕から３０〔ｇ／ｓｅｃ〕までの範囲外にあるとき、またはステップＳ１０７の判定条件が成立せず、即ち、空燃比センサ２６または酸素センサ２７のうち少なくとも一方が異常であるとき、またはステップＳ１０８の判定条件が成立、即ち、加減速走行中であるときにはステップＳ１１０に移行し、異常診断実行条件不成立と判定され（図８に示す時刻ｔ0 以前）、本ルーチンを終了する。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における空燃比サブフィードバック学習値演算の処理手順を示す図３のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。なお、この空燃比サブフィードバック学習値演算ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００２６】
図３において、まず、ステップＳ２０１で、学習条件成立であるかが判定される。この学習条件成立するときとしては、内燃機関１の運転状態が安定している、例えば、定常走行中であるとき等が挙げられる。ステップＳ２０１の判定条件が成立、即ち、学習条件成立しているときにはステップＳ２０２に移行して、空燃比サブフィードバック補正量fafsb を平滑化した値としての空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm 〔％〕が次式（１）にて算出される。なお、fafsb は今回の空燃比サブフィードバック補正量、fafsbsm(i-1)は前回の空燃比サブフィードバック補正量なまし値、Ｋ1 はなまし定数である。
【００２７】
【数１】
fafsbsm ←fafsbsm(i-1)＋｛fafsb −fafsbsm(i-1)＊Ｋ1 ｝ ・・・（１）
【００２８】
次にステップＳ２０３に移行して、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕を越え大きいかが判定される。ステップＳ２０３の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕を越え大きいときにはステップＳ２０４に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) に所定値Ｌ1 が加算され、空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が更新され、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ２０３の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕以下と小さいときにはステップＳ２０５に移行し、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が−０．３〔％〕を越え小さいかが判定される。ステップＳ２０５の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が−０．３〔％〕を越え小さいときにはステップＳ２０６に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) から所定値Ｌ2 が減算され、空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が更新され（図８参照）、本ルーチンを終了する。
【００３０】
一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立せず、即ち、学習条件不成立であるとき、またはステップＳ２０５の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック補正量なまし値fafsbsm が０．３〔％〕と−０．３〔％〕との間にあるときにはステップＳ２０７に移行し、前回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb(i-1) がそのまま今回の空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕としてホールド（保持）され（図８参照）、本ルーチンを終了する。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断判定なまし値演算の処理手順を示す図４のフローチャートに基づき、図３、図５及び図８を参照して説明する。ここで、図５は図４における吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕をパラメータとして目標電圧ＴＶＯＸ２〔Ｖ〕を算出するマップである。なお、この異常診断判定なまし値演算ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００３２】
図４において、まず、ステップＳ３０１で、空燃比フィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ３０１の判定条件が成立、即ち、空燃比フィードバック制御中であるときにはステップＳ３０２に移行し、空燃比サブフィードバック制御中であるかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、空燃比サブフィードバック制御中であるときにはステップＳ３０３に移行し、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２〔Ｖ〕が読込まれる（図８参照）。次にステップＳ３０４に移行して、図５に示すマップに基づき、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕に対応する目標電圧ＴＶＯＸ２〔Ｖ〕が読込まれる。
【００３３】
次にステップＳ３０５に移行して、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 〔％〕が読込まれる（図８参照）。なお、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 〔％〕は、図８に示すように、上下限値（ガード値）に到達したのちは、それを越えることなく張付いた状態に保持される。次にステップＳ３０６に移行して、上述の図３の空燃比サブフィードバック学習値演算ルーチンにより算出されている空燃比サブフィードバック学習値flafsb〔％〕が読込まれる（図８参照）。次にステップＳ３０７に移行して、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定値DGFAFSB 〔％〕が次式（２）にて算出される。なお、αは変換係数である。
【００３４】
【数２】
DGFAFSB ←（ＶＯＸ２−ＴＶＯＸ２）＊α＋fafsb ＋flafsb ・・・（２）
【００３５】
次にステップＳ３０８に移行して、ステップＳ３０７で算出された異常診断判定値DGFAFSB に基づき異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕が次式（３）にて算出され（図８参照）、本ルーチンを終了する。なお、DGFAFSB は今回の異常診断判定値、DGFAFSBSM(i-1)は前回の異常診断判定値、Ｋ2 はなまし定数である。
【００３６】
【数３】
DGFAFSBSM ←DGFAFSBSM(i-1)＋｛DGFAFSB −DGFAFSBSM(i-1)｝＊Ｋ2・・・（３）
【００３７】
一方、ステップＳ３０１の判定条件が成立せず、即ち、空燃比フィードバック制御中でないとき、またはステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック制御中でないときにはステップＳ３０９に移行し、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定値DGFAFSB が「０〔％〕」に設定される。次にステップＳ３１０に移行して、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM が「０〔％〕」に設定され、本ルーチンを終了する。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵ３０における異常診断制御の処理手順を示す図６のフローチャートに基づき、図２、図４、図７及び図８を参照して説明する。ここで、図７は図６における吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕をパラメータとして異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕に対応するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕及びリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を算出するマップである。なお、この異常診断制御ルーチンは所定時間毎にＥＣＵ３０にて繰返し実行される。
【００３９】
図６において、まず、ステップＳ４０１で、異常診断実行条件成立であるかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、上述の図２の異常診断実行条件判定ルーチンにより異常診断実行条件成立と判定されているとき（図８に示す時刻ｔ0 以降）にはステップＳ４０２に移行し、上述の図４の異常診断判定なまし値演算ルーチンにより算出されている空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕が読込まれる。次にステップＳ４０３に移行して、図７に示すマップに基づき、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕に対応して設定されたリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕が読込まれる。なお、図７のマップに示すように、吸入空気量ＧＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕が多くなるに連れて異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕に対するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕の余裕が共に少なくなるよう設定される。
【００４０】
次にステップＳ４０４に移行して、ステップＳ４０２で読込まれた空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がステップＳ４０３で読込まれたリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕を越え大きいかが判定される。ステップＳ４０４の判定条件が成立、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕を越え大きいときにはステップＳ４０５に移行し、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「＋１」インクリメントされる。次にステップＳ４０６に移行して、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」を越えているかが判定される。ステップＳ４０６の判定条件が成立、即ち、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」を越え大きいときにはステップＳ４０７に移行し、リッチ側異常診断確定としてリッチ側異常診断フラグxDGFAFSBR が「１（異常）」にセットされる。
【００４１】
一方、ステップＳ４０４の判定条件が成立せず、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕以下と小さいときにはステップＳ４０８に移行し、ステップＳ４０２で読込まれた空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がステップＳ４０３で読込まれたリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を越え小さいかが判定される。ステップＳ４０８の判定条件が成立、即ち、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕を越え小さいときにはステップＳ４０９に移行し、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「＋１」インクリメントされる（図８に示す時刻ｔ1 以降）。
【００４２】
次にステップＳ４１０に移行し、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越えているかが判定される。ステップＳ４１０の判定条件が成立、即ち、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越え大きいとき（図８に示す時刻ｔ2 以降）にはステップＳ４１１に移行し、リーン側異常診断確定としてリーン側異常診断フラグxDGFAFSBL が「１（異常）」にセットされる（図８に示す時刻ｔ2 ）。ステップＳ４０７またはステップＳ４１１による異常診断確定ののちステップＳ４１２に移行し、例えば、メータパネル内の警告灯（図示略）が点灯される。次にステップＳ４１３に移行して、空燃比フィードバック制御、空燃比サブフィードバック制御が停止され、本ルーチンを終了する。
【００４３】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、上述の図２の異常診断実行条件判定ルーチンにより異常診断実行条件不成立と判定されているとき、またはステップＳ４０８の判定条件が成立せず、即ち、空燃比サブフィードバック制御における異常診断判定なまし値DGFAFSBSM 〔％〕がリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 〔％〕とリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL 〔％〕との間にあるときにはステップＳ４１４に移行し、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「０」及びリーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「０」にクリアされ、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ４０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR が「２０」以下のとき、またはステップＳ４１０の判定条件が成立せず、即ち、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」以下のときには、何もすることなく本ルーチンを終了する。
【００４４】
このように、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置は、内燃機関１の排気通路１２中に配設され、内燃機関１からの排出ガスを浄化する三元触媒１３と、排気通路１２中で三元触媒１３の上流側に配設され、内燃機関１からの排出ガスの空燃比λに応じた出力電圧ＶＯＸ１を検出する空燃比センサ２６と、排気通路１２中で三元触媒１３の下流側に配設され、三元触媒１３を通過した排出ガスの酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２を検出する酸素センサ２７と、三元触媒１３の浄化率に応じて酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２に基づき空燃比センサ２６で検出される空燃比λに応じた出力電圧ＶＯＸ１を補正する空燃比サブフィードバック制御を実行するＥＣＵ３０にて達成される制御手段と、前記制御手段による空燃比サブフィードバック制御における補正異常を、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧ＴＶＯＸ２との偏差、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 、空燃比サブフィードバック学習値flafsbのうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定するＥＣＵ３０にて達成される判定手段とを具備するものである。
【００４５】
つまり、空燃比サブフィードバック制御における補正異常が、酸素センサ２７で検出される酸素濃度に応じた出力電圧ＶＯＸ２とその目標電圧ＴＶＯＸ２との偏差、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 、空燃比サブフィードバック学習値flafsbのうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定される。このため、各指標の変動がエミッションに影響を与える各判定値まで到達すると空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定され、例えば、メータパネル内の警告灯が点灯され、ドライバに速やかに伝達されることで、エミッション低下を最小限に抑えることができる。
【００４６】
また、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置は、指標として平滑化した値として異常診断判定なまし値DGFAFSBSM を用いるものである。これにより、指標がノイズ等による瞬間的な変動や内燃機関の急激な運転状態の変動等の過渡的な影響を受けることがなくなり、常に安定して空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度を向上することができる。
【００４７】
そして、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、内燃機関１の運転条件に応じて指標として総合的かつ平滑化された異常診断判定なまし値DGFAFSBSM に対するリッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 、リーン側異常診断判定値tDGFAFSBL を設定すると共に、その判定までの時間を、リッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR 及びリーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL に対する比較値「２０」として、可変とするものである。これにより、内燃機関１の運転条件の変化に応じて空燃比サブフィードバック制御における補正異常を判定することができるため、判定精度を向上することができる。
【００４８】
更に、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、空燃比センサ２６または酸素センサ２７のうち少なくとも何れか１つが異常であるときには、判定を停止するものである。これにより、空燃比サブフィードバック制御における補正異常の判定で、誤った診断を回避することができる。
【００４９】
更にまた、本実施例の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置のＥＣＵ３０にて達成される判定手段は、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定したときには、空燃比センサ２６からの出力に基づく空燃比フィードバック制御及び酸素センサ２７からの出力に基づく空燃比サブフィードバック制御を停止するものである。つまり、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定されたときには、空燃比サブフィードバック制御のみならず空燃比フィードバック制御も停止される。これにより、空燃比フィードバック制御及び空燃比サブフィードバック制御の過補正を未然に防止することができる。
【００５０】
ところで、上記実施例では、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧ＴＶＯＸ２に対してリーン側にずれ、空燃比サブフィードバック補正量fafsb 及び空燃比サブフィードバック学習値flafsbがマイナス側に遷移し、この結果、異常診断判定なまし値DGFAFSBSM がリーン側異常診断判定値tDGFAFSBL を越え、リーン側異常継続カウンタCDGFAFSBL が「２０」を越えることによって、リーン側異常診断フラグxDGFAFSBL が「１」となる空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定される場合について説明したが、酸素センサ２７からの出力電圧ＶＯＸ２が目標電圧ＴＶＯＸ２に対してリッチ側にずれた場合には、リッチ側異常診断判定値tDGFAFSBR 及びリッチ側異常継続カウンタCDGFAFSBR を用いてリッチ側異常診断フラグxDGFAFSBR が「１」となることにより、同様に説明することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断実行条件判定の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける空燃比サブフィードバック学習値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断判定なまし値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図５は図４における吸入空気量をパラメータとして目標電圧を算出するマップである。
【図６】図６は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける異常診断制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】図７は図６における吸入空気量をパラメータとして異常診断判定なまし値に対応する異常診断判定値を算出するマップである。
【図８】図８は本発明の実施の形態の一実施例にかかる空燃比サブフィードバック制御異常検出装置で使用されているＥＣＵにおける各処理に対応する各種センサ信号や各種制御量等の遷移状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１２ 排気通路
１３ 三元触媒
２６ 空燃比センサ
２７ 酸素センサ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
Claims (5)
- 内燃機関の排気通路中に配設され、前記内燃機関からの排出ガスを浄化する触媒と、
前記排気通路中で前記触媒の上流側に配設され、前記内燃機関からの排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記排気通路中で前記触媒の下流側に配設され、前記触媒を通過した排出ガスの酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記触媒の浄化率に応じて前記酸素センサで検出される酸素濃度に基づき前記空燃比センサで検出される空燃比を補正する空燃比サブフィードバック制御を実行する制御手段と、
前記制御手段による空燃比サブフィードバック制御における補正異常を、前記酸素センサで検出される酸素濃度とその目標値との偏差、空燃比サブフィードバック補正量、空燃比サブフィードバック学習値のうち少なくとも何れか１つの指標を用いて判定する判定手段と
を具備することを特徴とする空燃比サブフィードバック制御異常検出装置。 - 前記指標は、平滑化した値を用いることを特徴とする請求項１に記載の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記内燃機関の運転条件に応じて前記指標に対する判定値を設定すると共に、その判定までの時間を可変とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置。
- 前記判定手段は、前記空燃比センサまたは前記酸素センサのうち少なくとも何れか１つが異常であるときには、判定を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置。
- 前記判定手段は、空燃比サブフィードバック制御における補正異常と判定したときには、前記空燃比センサからの出力に基づく空燃比フィードバック制御及び前記酸素センサからの出力に基づく空燃比サブフィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の空燃比サブフィードバック制御異常検出装置。
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|---|---|---|---|---|
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-
2002
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