JP3446380B2 - 空燃比センサの異常診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の空燃比に
対してリニアに出力を増減させる空燃比センサの異常診
断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の空燃比制御システムにおいては、
排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出す
る空燃比センサ（例えば、限界電流式酸素センサ）が用
いられており、マイクロコンピュータは前記センサによ
る空燃比検出結果を取り込んで内燃機関への燃料噴射量
を制御する。この場合、マイクロコンピュータは、前記
空燃比センサによる空燃比検出結果に基づき空燃比補正
量を算出し、該空燃比補正量にて燃料噴射量を補正す
る。これにより、内燃機関での最適な燃焼が実現され、
排気ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯX 等）が低減
される。

【０００３】一方で、上記空燃比制御システムでは、空
燃比センサにより検出される空燃比の信頼性が低下する
と制御精度が著しく悪化するため、従来より同空燃比セ
ンサの異常診断を精度良く実施するための技術が要望さ
れている。そこで、従来技術として例えば特開昭６２−
２２５９４３号公報の「酸素濃度センサの異常検出方
法」では、限界電流方式の酸素濃度センサについて印加
電圧と検出電流とに応じて接続系の異常を検出する異常
診断手順が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、接続系の断線や短絡等の回路構成上の異常が検
出できるものの、空燃比センサの劣化等が生じた場合に
は、それによる異常の症状を検出することができない。
つまり、空燃比センサにより検出された空燃比の真偽
（センサ出力が正常か否か）を判断すること、即ちセン
サ出力の信頼性を判断することができなかった。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点に着目してな
されたものであってその目的は、空燃比センサの異常を
精度良く診断し、ひいては当該空燃比センサの検出結果
を用いた空燃比制御システムの制御精度向上に貢献する
ことができる空燃比センサの異常診断装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載した発明は、図１６に示すように、
内燃機関Ｍ１の空燃比に対してリニアに出力を増減させ
る空燃比センサＭ２と、前記内燃機関Ｍ１に燃料を供給
するための燃料供給手段Ｍ３と、機関回転数及び機関負
荷に応じた基本燃料供給量を算出する基本燃料量算出手
段Ｍ４と、前記空燃比センサＭ２により検出された空燃
比と目標空燃比との偏差に応じた空燃比補正量を設定す
る空燃比補正量設定手段Ｍ５と、前記基本燃料量算出手
段Ｍ４により算出された基本燃料供給量と前記空燃比補
正量設定手段Ｍ５により設定された空燃比補正量とに基
づき、前記燃料供給手段Ｍ３による燃料供給量を制御す
る空燃比制御手段Ｍ６とを備えた空燃比制御システムに
適用されるものであって、前記基本燃料量算出手段Ｍ４
により算出された基本燃料供給量に対して、機関運転条
件の変化に伴う所定量を越える補正指令があったことを
判定する燃料補正判定手段Ｍ７と、前記燃料補正判定手
段Ｍ７により燃料補正の旨が判定された場合において、
前記空燃比センサＭ２により検出された空燃比、又は前
記空燃比補正量設定手段Ｍ５により設定された空燃比補
正量の挙動に応じて前記空燃比センサＭ２の異常を診断
するセンサ異常診断手段Ｍ８とを備えることを要旨とし
ている。

【０００７】また、機関運転状態に応じた目標空燃比を
設定する目標空燃比設定手段を備える空燃比制御システ
ムであって、前記燃料補正判定手段Ｍ７は、前記目標空
燃比設定手段により設定された目標空燃比の変化量から
補正指令の有無を判定する手段を有し、前記センサ異常
診断手段Ｍ８は、前記空燃比補正量設定手段Ｍ５により
設定された空燃比補正量の変化量と、前記目標空燃比設
定手段により設定された目標空燃比の変化量との比較結
果から前記空燃比センサＭ２の異常を診断する手段を有
する。

【０００８】請求項２に記載の発明では、内燃機関Ｍ１
の空燃比に対してリニアに出力を増減させる空燃比セン
サＭ２と、前記内燃機関Ｍ１に燃料を供給するための燃
料供給手段Ｍ３と、機関回転数及び機関負荷に応じた基
本燃料供給量を算出する基本燃料量算出手段Ｍ４と、前
記空燃比センサＭ２により検出された空燃比と目標空燃
比との偏差に応じた空燃比補正量を設定する空燃比補正
量設定手段Ｍ５と、前記基本燃料量算出手段Ｍ４により
算出された基本燃料供給量と前記空燃比補正量設定手段
Ｍ５により設定された空燃比補正量とに基づき、前記燃
料供給手段Ｍ３による燃料供給量を制御する空燃比制御
手段Ｍ６とを備えた空燃比制御システムに適用されるも
のであって、前記基本燃料量算出手段Ｍ４により算出さ
れた基本燃料供給量に対して、機関運転条件の変化に伴
う所定量を越える補正指令があったことを判定する燃料
補正判定手段Ｍ７と、前記燃料補正判定手段Ｍ７により
燃料補正の旨が判定された場合において、前記空燃比セ
ンサＭ２により検出された空燃比、又は前記空燃比補正
量設定手段Ｍ５により設定された空燃比補正量の挙動に
応じて前記空燃比センサＭ２の異常を診断するセンサ異
常診断手段Ｍ８とを備え、前記内燃機関Ｍ１の運転条件
に応じて増量若しくは減量補正を実行する燃料量補正手
段と、前記燃料量補正手段による燃料補正時に、前記基
本燃料量算出手段Ｍ４により算出された基本燃料供給量
に対する全ての補正量を算出する全補正量算出手段とを
備える空燃比制御システムであって、前記燃料補正判定
手段Ｍ７は、前記燃料量補正手段による増量若しくは減
量補正が実行された場合に補正指令有りと判定する手段
を有し、前記センサ異常診断手段Ｍ８は、前記全補正量
算出手段により算出された全補正量と前記空燃比センサ
Ｍ２により検出された空燃比の変化量との比較結果から
前記空燃比センサＭ２の異常を診断する。

【０００９】

【００１０】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、図１６に示す
空燃比制御システムにおいて、基本燃料量算出手段Ｍ４
は、機関回転数及び機関負荷に応じた基本燃料供給量を
算出する。空燃比補正量設定手段Ｍ５は、空燃比センサ
Ｍ２により検出された空燃比と目標空燃比との偏差に応
じた空燃比補正量を設定する。空燃比制御手段Ｍ６は、
基本燃料量算出手段Ｍ４により算出された基本燃料供給
量と空燃比補正量設定手段Ｍ５により設定された空燃比
補正量とに基づき、燃料供給手段Ｍ３による燃料供給量
を制御する。

【００１１】また、燃料補正判定手段Ｍ７は、基本燃料
量算出手段Ｍ４により算出された基本燃料供給量に対し
て、機関運転条件の変化に伴う所定量を越える補正指令
があったことを判定する。センサ異常診断手段Ｍ８は、
燃料補正判定手段Ｍ７により燃料補正の旨が判定された
場合において、空燃比センサＭ２により検出された空燃
比、又は空燃比補正量設定手段Ｍ５により設定された空
燃比補正量の挙動に応じて空燃比センサＭ２の異常を診
断する。

【００１２】要するに、機関運転条件の変化に伴い基本
燃料供給量が増量補正されると空燃比はリッチ側に移行
し、減量補正されると空燃比はリーン側に移行する。こ
の場合、空燃比センサＭ２が正常であれば、その出力信
号の挙動、又はその出力信号により算出される空燃比補
正量は燃料補正を適正に反映するはずであるが、これが
なされなければセンサ異常であると判断する。その結
果、上記構成によれば、高精度で且つ容易なセンサ異常
診断が実現される。

【００１３】また、目標空燃比設定手段は機関運転状態
に応じた目標空燃比を設定する。燃料補正判定手段Ｍ７
は、目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比の
変化量から補正指令の有無を判定する。また、センサ異
常診断手段Ｍ８は、空燃比補正量設定手段Ｍ５により設
定された空燃比補正量の変化量と、目標空燃比設定手段
により設定された目標空燃比の変化量との比較結果から
空燃比センサＭ２の異常を診断する。

【００１４】つまり、空燃比補正量は、実際の空燃比を
目標空燃比に一致させるべく設定されるものであるか
ら、目標空燃比の変化量に対応して変化する。この場
合、空燃比センサＭ２が正常であれば、目標空燃比の変
化に対応したセンサ出力（実際の空燃比に一致した出
力）が得られ、目標空燃比を実現するための適正な空燃
比補正量が設定される。これに対して、空燃比センサＭ
２が異常であれば、目標空燃比の変化に対応したセンサ
出力が得られず、適正量の空燃比補正量が得られなくな
る。この場合、センサ異常の旨が判定される。このよう
に上記構成によれば、精度良く且つ容易にセンサ異常が
診断される。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、燃料量補
正手段は、内燃機関Ｍ１の運転条件に応じて増量若しく
は減量補正を実行する。全補正量算出手段は、燃料量補
正手段による燃料補正時に、基本燃料量算出手段Ｍ４に
より算出された基本燃料供給量に対する全ての補正量
（全補正量）を算出する。燃料補正判定手段Ｍ７は、燃
料量補正手段による増量若しくは減量補正が実行された
場合に補正指令有りと判定する。センサ異常診断手段Ｍ
８は、全補正量算出手段により算出された全補正量と空
燃比センサＭ２により検出された空燃比の変化量との比
較結果から空燃比センサＭ２の異常を診断する。

【００１６】つまり、空燃比センサＭ２が正常であれ
ば、基本燃料供給量に対する全補正量が増量側か減量側
かに対応してセンサ出力が変動する。これに対して、空
燃比センサＭ２が異常であれば、全補正量に対応したセ
ンサ出力が得られなくなり、センサ異常の旨が判定され
る。このように上記構成によれば、精度良く且つ容易に
センサ異常が診断される。より具体的には、機関始動時
や高負荷運転時には、水温増量補正や高負荷増量補正が
行われる。また、一般に空燃比フィードバックが停止さ
れ、空燃比がオープン制御される。この場合、基本燃料
供給量に対する全補正量が増量側に設定され、この増量
補正に対応したセンサ出力が得られるか否かにより異常
診断がなされる。なお、例えば前記増量補正時に空燃比
フィードバックが継続される場合には、増量補正に対抗
して空燃比補正量が減量側に設定され、これらの全補正
量（増量補正量＋空燃比補正量）とセンサ出力との比較
結果から異常診断がなされる。

【００１７】

【００１８】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明を内燃機関の空燃比制御装
置において具体化した第１実施例を説明する。

【００１９】図１は本実施例における内燃機関の空燃比
制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概略構
成図である。図１に示すように、内燃機関１は４気筒４
サイクルの火花点火式として構成されている。その吸入
空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットル
バルブ４、サージタンク５及びインテークマニホールド
６を通過して、インテークマニホールド６内で各燃料噴
射弁７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混
合気として各気筒に供給される。なお、本実施例では、
燃料噴射弁７が燃料供給手段に相当する。

【００２０】また、内燃機関１の各気筒に設けられた点
火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がデ
ィストリビュータ１０にて分配供給され、点火プラグ８
は前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。そ
して、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１
１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設けられた三
元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等) が浄
化されて大気に排出される。

【００２１】前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸
気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空
気の温度（吸気温Ｔam）を、吸気圧センサ２２はスロッ
トルバルブ４の下流側の吸入空気の圧力（吸気圧ＰＭ）
をそれぞれ検出する。また、前記スロットルバルブ４に
は同バルブ４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出する
ためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロット
ルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信
号を出力すると共に、スロットルバルブ４が略全閉であ
る旨の検出信号を出力する。また、内燃機関１のシリン
ダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温セ
ンサ２４は内燃機関１内の冷却水の温度（冷却水温Ｔh
w）を検出する。前記ディストリビュータ１０には内燃
機関１の回転数（機関回転数Ｎｅ）を検出するための回
転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５は内
燃機関１の２回転、即ち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４
個のパルス信号を出力する。

【００２２】さらに、前記排気管１２の三元触媒１３の
上流側には、内燃機関１から排出される排気ガスの酸素
濃度に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力す
る、限界電流式酸素センサからなるＡ／Ｆセンサ２６
（空燃比センサ）が設けられている。また、三元触媒１
３の下流側には、空燃比λが理論空燃比（λ＝１）に対
してリッチかリーンかに応じた電圧ＶＯＸ２を出力する
下流側Ｏ₂ センサ２７が設けられている。なお、本実施
例では、空燃比を空気過剰率を示す「λ」で表し、理論
空燃比（＝１４．７）を空燃比λ＝１として記載する。

【００２３】図２は、Ａ／Ｆセンサ２６の概略を示す断
面図である。図２において、Ａ／Ｆセンサ２６は排気管
１２の内部に向けて突設されており、同センサ２６はカ
バー３１、センサ本体３２及びヒータ３３に大別され
る。カバー３１は断面コ字状をなし、その周壁にはカバ
ー内外を連通する多数の小孔３１ａが形成されている。
センサ本体３２は、空燃比リーン領域における酸素濃
度、若しくは空燃比リッチ領域における一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）濃度に対応する限界電流を発生する。

【００２４】センサ本体３２の構成について詳述する。
センサ本体３２において、断面カップ状に形成された固
体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が
固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されてい
る。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ
溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体
電解質層３４は、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、ＴｈＯ₂ 、Ｂｉ
₂ Ｏ₃ 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂ Ｏ₃ 、Ｙｂ₂ Ｏ₃ 等を
安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体
からなり、拡散抵抗層３５は、アルミナ、マグネシャ、
ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質から
なる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７は共
に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面に
は多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガ
ス側電極層３６の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ²
及び０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気
側電極層３７の面積及び厚さは、１０ｍｍ² 以上及び
０．５〜２．０μｍ程度となっている。

【００２５】ヒータ３３は大気側電極層３７内に収容さ
れており、その発熱エネルギーによりセンサ本体３２
（大気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電
極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３３
は、センサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有
している。

【００２６】上記構成のＡ／Ｆセンサ２６において、セ
ンサ本体３２は理論空燃比点にて濃淡起電力を発生し、
理論空燃比点よりリーン領域の酸素濃度に応じた限界電
流を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流
は、排気ガス側電極層３６の面積、拡散抵抗層３５の厚
さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、セン
サ本体３２は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るもの
であるが、このセンサ本体３２を活性化するのに約６５
０℃以上の高温が必要とされると共に、同センサ本体３
２の活性温度範囲が狭いため、エンジン１の排気ガスの
みによる加熱では活性領域を制御できない。そのため、
本実施例では、後述するＥＣＵ４１によりヒータ３３が
加熱制御され、センサ本体３２が所定温度に保持される
ようになっている。なお、理論空燃比よりもリッチ側の
領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）の濃度が
空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ本体３２は
ＣＯ濃度に応じた限界電流を発生する。

【００２７】センサ本体３２の電圧−電流特性について
図３を用いて説明する。図３に示すように電流−電圧特
性は、Ａ／Ｆセンサ２６の検出酸素濃度（空燃比）に比
例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への流入電流
と、同固体電解質層３４への印加電圧との関係が直線的
であることを示す。そして、センサ本体３２が温度Ｔ＝
Ｔ1 にて活性状態にあるとき、図３の実線で示すように
特性線Ｌ１でもって安定した状態を示す。かかる場合、
特性線Ｌ１の電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３
２の限界電流を特定する。この限界電流の増減は空燃比
の増減（即ち、リーン・リッチ）に対応しており、空燃
比がリーン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリ
ッチ側になるほど限界電流は減少する。

【００２８】また、この電圧−電流特性において電圧軸
Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域と
なっており、その抵抗支配域における特性線Ｌ１の傾き
は、センサ本体３２における固体電解質層３４の内部抵
抗により特定される。固体電解質層３４の内部抵抗は温
度変化に伴い変化するため、センサ本体３２の温度が低
下すると抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。つま
り、センサ本体３２の温度ＴがＴ1 よりも低いＴ2 にあ
るとき、電流−電圧特性は図３の破線で示すように特性
線Ｌ２でもって特定される。かかる場合、特性線Ｌ２の
電圧軸Ｖに平行な直線部分がＴ＝Ｔ2 におけるセンサ本
体３２の限界電流を特定するもので、この限界電流は特
性線Ｌ１による限界電流とほぼ一致している。

【００２９】そして、特性線Ｌ１において、センサ本体
３２の固体電解質層３４に正の印加電圧Ｖpos を印加す
れば、センサ本体３２に流れる電流が限界電流Ｉpos と
なる（図３の点Ｐａ参照）。また、センサ本体３２の固
体電解質層３４に負の印加電圧Ｖneg を印加すれば、セ
ンサ本体３２に流れる電流が酸素濃度に依存せず、温度
のみに比例する負の温度電流Ｉneg となる（図３の点Ｐ
ｂ参照）。

【００３０】また、図１の内燃機関１の運転を制御する
電子制御装置（以下、ＥＣＵという）４１は、ＣＰＵ
（中央処理装置）４２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）
４３、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４、バック
アップＲＡＭ４５等を中心に論理演算回路として構成さ
れ、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート４６
及び各アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート
４７等に対しバス４８を介して接続されている。そし
て、ＥＣＵ４１は、入力ポート４６を介して前記各セン
サから吸気温Ｔam、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、
冷却水温Ｔhw、機関回転数Ｎｅ、空燃比信号等を入力し
て、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時
期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さらに、それら制御信号
を出力ポート４７を介して燃料噴射弁７及び点火回路９
等にそれぞれ出力する。また、ＥＣＵ４１は後述するセ
ンサ異常診断処理を実行してＡ／Ｆセンサ２６の異常の
有無を診断し、異常時には警告灯４９を点灯して運転者
に異常発生を警告する。なお、本実施例では、ＥＣＵ４
１内のＣＰＵ４２により基本燃料量算出手段、空燃比補
正量設定手段、空燃比制御手段、燃料補正判定手段、セ
ンサ異常診断手段及び目標空燃比設定手段が構成されて
いる。

【００３１】次に、上述した燃料噴射制御システムにお
いて、空燃比制御を行うために予め設計されている手法
について順次説明する。なお、以下の設計手法は特開平
１−１１０８５３号公報に開示されている。

【００３２】（１）制御対象のモデリング この実施例では、内燃機関１の空燃比λを制御するシス
テムのモデルに、むだ時間Ｐ＝３を有する次数１の自己
回帰移動平均モデルを用い、更に外乱ｄを考慮して近似
している。

【００３３】まず、自己回帰移動平均モデルを用いた空
燃比λを制御するシステムのモデルは、次の数式１によ
り近似できる。

【００３４】

【数１】

【００３５】ただし、この数式１において、符号ＦＡＦ
は空燃比補正係数を表す。また、符号ａ，ｂはモデルの
応答性を決定するためのモデル定数を表す。また、符号
ｋは、最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変
数を表す。

【００３６】さらに、外乱ｄを考慮すると、制御システ
ムのモデルは、次の数式２で近似できる。

【００３７】

【数２】

【００３８】以上のように近似したモデルに対し、ステ
ップ応答を用いて回転周期（３６０°ＣＡ）サンプリン
グで離散化して上記モデル定数ａ，ｂを定めること、即
ち空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは容
易である。

【００３９】（２）状態変数量Ｘの表示方法（ただし、
Ｘはベクトル量である） 上記数式２を、状態変数量Ｘ（ｋ）＝［Ｘ１（ｋ），Ｘ
２（ｋ），Ｘ３（ｋ），Ｘ４（ｋ）］^T を用いて書き直
すと、数式３の如き行列式となり、更には数式４のよう
になる。ここで、符号Ｔは転置行列を示す。

【００４０】

【数３】

【００４１】

【数４】

【００４２】（３）レギュレータの設計 上記数式３，数式４に基づいてレギュレータを設計する
と、空燃比補正係数ＦＡＦは、最適フィードバックゲイ
ンＫ＝［Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４］と、状態変数量Ｘ^T
（ｋ）＝［λ（ｋ），ＦＡＦ（ｋ−３），ＦＡＦ（ｋ−
２），ＦＡＦ（ｋ−１）］とを用いて、数式５のように
表せる。

【００４３】

【数５】

【００４４】さらに、この数式５において、誤差を吸収
させるための積分項ＺＩ（ｋ）加えると、空燃比補正係
数ＦＡＦは、次の数式６によって与えられる。

【００４５】

【数６】

【００４６】なお、上記の積分項ＺＩ（ｋ）は、目標空
燃比λTG及び現実の空燃比λ（ｋ）間の偏差と積分定数
Ｋａとから決まる値であって、次の数式７により与えら
れる。

【００４７】

【数７】

【００４８】図４は、上述のようにモデルを設計した空
燃比λの制御システムのブロック線図を表す。なお、こ
の図４においては、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）をＦＡ
Ｆ（ｋ−１）から導出するためにＺ^-1変換を用いて表記
したが、これは過去の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ−１）
をＲＡＭ４４に記憶しておき、次の制御タイミングで読
み出して用いている。因みに、「ＦＡＦ（ｋ−１）」は
１回前の空燃比補正係数を表し、「ＦＡＦ（ｋ−２）」
は２回前の空燃比補正係数を表し、「ＦＡＦ（ｋ−
３）」は３回前の空燃比補正係数を表す。

【００４９】また、同図４において、二点鎖線で囲まれ
たブロックＰ１が、空燃比λ（ｋ）を目標空燃比λTGに
フィードバック制御している状態にて状態変数量Ｘ
（ｋ）を定める部分であり、ブロックＰ２が、積分項Ｚ
Ｉ（ｋ）を求める部分（累積部）であり、そしてブロッ
クＰ３が、ブロックＰ１で定められた状態変数量Ｘ
（ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項ＺＩ（ｋ）と
から今回の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）を演算する部分
である。

【００５０】（４）最適フィードバックゲインＫ及び積
分定数Ｋａの決定 最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａは、例え
ば、次の数式８で示される評価関数Ｊを最小にすること
で設定できる。

【００５１】

【数８】

【００５２】ただしこの数式８において、評価関数Ｊ
は、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）の動きを制約しつつ、
空燃比λ（ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最小にする
ことを意図したものである。また、空燃比補正係数ＦＡ
Ｆ（ｋ）に対する制約の重み付けは、重みのパラメータ
Ｑ，Ｒの値によって変更できる。従って、重みパラメー
タＱ，Ｒの値を種々変えて最適な制御特性が得られるま
でシミュレーションを繰り返し、最適フィードバックゲ
インＫ及び積分定数Ｋａを定めればよい。

【００５３】さらに、最適フィードバックゲインＫ及び
積分定数Ｋａは、先のモデル定数ａ，ｂに依存してい
る。従って、実際の空燃比λを制御する系の変動（パラ
メータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）
を保証するためには、これら各モデル定数ａ，ｂの変動
分を見込んで、最適フィードバックゲインＫ及び積分定
数Ｋａを設定する必要がある。よって、シミュレーショ
ンは、各モデル定数ａ，ｂの現実に生じ得る変動を加味
して行い、安定性を満足する最適フィードバックゲイン
Ｋ及び積分定数Ｋａを定める。

【００５４】以上、（１）制御対象のモデリング、
（２）状態変数量の表示方法、（３）レギュレータの設
計、（４）最適フィードバックゲイン及び積分定数の決
定について説明したが、該実施例の装置では、これらは
何れも既に設定されているものとする。そして、ＥＣＵ
４１では、前記数式６及び数式７のみを用いて、該燃料
噴射制御システムにおける空燃比制御を実行するものと
する。

【００５５】次に、上記のように構成された本実施例に
おける空燃比制御装置の動作を説明する。図５はＥＣＵ
４１内のＣＰＵ４２により実行される燃料噴射量算出ル
ーチンを示すフローチャートであり、同ルーチンは、内
燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行され
る。

【００５６】さて、ＣＰＵ４２は、先ずステップ１０１
で吸気圧ＰＭ、機関回転数Ｎｅ等に基づいて基本燃料噴
射量Ｔｐを算出し、続くステップ１０２で空燃比λのフ
ィードバック条件が成立しているか否かを判別する。こ
こで、周知のようにフィードバック条件とは、冷却水温
Ｔhwが所定水温以上で、且つ高回転・高負荷でないとき
に成立する。現時点にてフィードバック条件が成立して
いれば、ＣＰＵ４２はステップ１０３に進み、空燃比λ
を目標空燃比λTGとするための空燃比補正係数ＦＡＦを
設定し、その後ステップ１０４に進む。即ち、ステップ
１０３では、前述の数式６及び数式７に基づいて目標空
燃比λTGとＡ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λ
（ｋ）とから空燃比補正係数ＦＡＦが算出される。ここ
で、目標空燃比λTGは、例えば図６に示すマップにて求
められる。このマップによれば、高負荷・高回転域及び
低負荷・低回転域において理論空燃比１４．７（λ＝
１．０）が設定され、その中間域ではリーン側空燃比
（λ＞１．０）が設定されるようになっている。

【００５７】また、前記ステップ１０２でフィードバッ
ク条件が成立していなければ、ＣＰＵ４２はステップ１
０５に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定
し、その後ステップ１０４に進む。この場合、ＦＡＦ＝
１．０とは空燃比λを補正しないことを意味し、いわゆ
るオープン制御が実施される。

【００５８】ステップ１０４では、ＣＰＵ４２は、次の
数式９に従って基本燃料噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数Ｆ
ＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量ＴＡ
Ｕを設定する。

【００５９】

【数９】ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ その後、上記燃料噴射量ＴＡＵに基づく制御信号が燃料
噴射弁７に出力され、同弁７の開弁時間、即ち実際の燃
料噴射時間が制御され、その結果、空燃比λが目標空燃
比λTGに調整される。

【００６０】次いで、ＣＰＵ４２により実行されるセン
サ異常診断処理について、図７のタイムチャート及び図
８，図９のフローチャートに従って説明する。先ず図７
のタイムチャートを用いて本実施例におけるセンサ異常
診断処理を略述する。図７において、時間ｔ１で目標空
燃比λTGがリーン側に急変すると、空燃比補正係数ＦＡ
Ｆが減量側に変動する。そして、空燃比補正係数ＦＡＦ
の変動に従って燃料噴射量が減少すると、Ａ／Ｆセンサ
２６により検出される空燃比λがリーン側に変動する。
また、目標空燃比λTGの急変時には、カウンタＣＴ１及
びカウンタＣＴ２に所定値ＫＣＴ１，ＫＣＴ２がセット
される。そして、カウンタＣＴ１は、時間ｔ１以降、時
間の経過に伴いカウントダウンされ、カウンタＣＴ２
は、空燃比補正係数ＦＡＦが所定値に収束する時間ｔ２
以降、カウントダウンされる。カウンタＣＴ１の値が
「０」になる時間ｔ３では、目標空燃比λTGの変化量Δ
λTGと空燃比補正係数ＦＡＦの変化量ΔＦＡＦとの比が
所定範囲内にあるか否かにより異常診断が実施される。

【００６１】つまり、空燃比補正係数ＦＡＦは、実際の
空燃比を目標空燃比λTGに一致させるべく設定されるも
のであるから、目標空燃比λTGの変化量ΔλTGに対応し
て変化する。この場合、Ａ／Ｆセンサ２６が正常であれ
ば、目標空燃比λTGの変化に対応したセンサ出力（実際
の空燃比に一致した出力）が得られ、目標空燃比λTGを
実現するための適正な空燃比補正係数ＦＡＦが設定され
る。これに対して、Ａ／Ｆセンサ２６が異常であれば、
目標空燃比λTGの変化に対応したセンサ出力が得られ
ず、適正量の空燃比補正係数ＦＡＦが得られなくなる。
この場合、センサ異常の旨が判定される。

【００６２】図１０はセンサ異常時におけるセンサ出力
（限界電流）の事例を説明するための図である。図１０
において、センサ正常時の特性を「Ｌａ」で示し、素子
劣化やヒータ異常等によるセンサ異常時による特性を
「Ｌｂ」，「Ｌｃ」で示す。この場合、実際の空燃比を
「１６」とすれば、センサ正常時には限界電流Ｉｐａが
センサ出力となり、これは実際の空燃比（Ａ／Ｆ＝１
６）に一致する。一方、センサ異常時における限界電流
Ｉｐｂ，Ｉｐｃは、正常時の限界電流Ｉｐａに一致せ
ず、実際の空燃比を検出することはできない。

【００６３】図８，図９は、燃料噴射弁７による燃料噴
射に同期してＣＰＵ４２により実行されるセンサ異常診
断ルーチンを示す。図８において、ＣＰＵ４２は、先ず
ステップ２０１で今現在の目標空燃比λTGと１回前の目
標空燃比λTi-1との差が所定の判定値ＫλTG以上である
か否か、即ち目標空燃比λTGが急変したか否かを判別す
る。｜λTG−λTi-1｜＜ＫλTGであればステップ２０１
が否定判別され、ＣＰＵ４２はステップ２０５に進んで
カウンタＣＴ１の値が「０」を越えるか否かを判別す
る。この場合、図７の時間ｔ１以前のように目標空燃比
λTGが所定値に維持されておれば、カウンタＣＴ１＝０
（初期値）に保持され、ＣＰＵ４２はそのまま本ルーチ
ンを終了する。

【００６４】一方、｜λTG−λTi-1｜≧ＫλTGとなり前
記ステップ２０１が肯定判別されると（図７の時間ｔ
１）、ＣＰＵ４２はステップ２０２に進み、カウンタＣ
Ｔ１に所定値ＫＣＴ１をセットする（ＫＣＴ１は、例え
ば１５噴射分に相当する値）。また、ＣＰＵ４２は、ス
テップ２０３で今現在の目標空燃比λTGから１回前の目
標空燃比λTi-1を減算して、目標空燃比λTGの変化量Δ
λTGを算出する（ΔλTG＝λTG−λTi-1）。さらに、Ｃ
ＰＵ４２は、続くステップ２０４でその時の空燃比補正
係数ＦＡＦを変化前補正係数ＦＡＦBFとして記憶する。

【００６５】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ２１１に
進んでカウンタＣＴ１を「１」デクリメントすると共
に、ステップ２１２でカウンタＣＴ１の値が「０」であ
るか否かを判別する。当初はステップ２１２が否定判別
され、ＣＰＵ４２はそのまま本ルーチンを終了する。そ
して以後、カウンタＣＴ１は、ステップ２１２でＣＴ１
＝０が判定されるまで、処理の度にステップ２１１でデ
クリメントされる。

【００６６】そして、目標空燃比λTGの急変後（図７の
時間ｔ１以後）においてステップ２０１が否定判別され
ると、ＣＰＵ４２はステップ２０５に進み、さらにＣＴ
１＞０であれば続くステップ２０６に進む。ＣＰＵ４２
は、ステップ２０６で今現在の目標空燃比λTGと１回前
の目標空燃比λTGi-1 との差をそれまでの「ΔλTG」に
加算して、「ΔλTG」を更新する。

【００６７】さらに、ＣＰＵ４２は、ステップ２０７で
今現在の空燃比補正係数ＦＡＦと１回前の空燃比補正係
数ＦＡＦi-1 との差が所定値ＫＦＡＦ以下になったか否
か、即ち、空燃比補正係数ＦＡＦが所定の値に収束した
か否かを判別する。この場合、｜ＦＡＦ−ＦＡＦi-1 ｜
＞ＫＦＡＦ、即ちＦＡＦ収束前であれば（図７の時間ｔ
１〜ｔ２）、ＣＰＵ４２はステップ２０７を否定判別し
てステップ２０８に進み、カウンタＣＴ２に所定値ＫＣ
Ｔ２をセットする（ＫＣＴ２は、例えば１５噴射分に相
当する値）。また、｜ＦＡＦ−ＦＡＦi-1 ｜≦ＫＦＡ
Ｆ、即ちＦＡＦ収束していれば（図７の時間ｔ２以
降）、ＣＰＵ４２はステップ２０７を肯定判別してステ
ップ２０９に進み、カウンタＣＴ２を「１」デクリメン
トすると共に、続くステップ２１０でカウンタＣＴ２が
「０」であるか否かを判別する。この場合、ＣＴ２≠０
であれば前述のステップ２１１に進む。そして以後、カ
ウンタＣＴ２は、ステップ２１０でＣＴ２＝０が判定さ
れるまで、処理の度にステップ２０９でデクリメントさ
れる。

【００６８】その後、カウンタＣＴ１，ＣＴ２のいずれ
かが「０」になると（図７の時間ｔ３）、ＣＰＵ４２
は、図９のステップ２１３に進む。そして、ＣＰＵ４２
は、ステップ２１３で今現在の空燃比補正係数ＦＡＦか
ら前記ステップ２０４で記憶した変化前補正係数ＦＡＦ
BFを減算して、空燃比補正係数ＦＡＦの変化量ΔＦＡＦ
を算出する（ΔＦＡＦ＝ＦＡＦ−ＦＡＦBF）。さらに、
ＣＰＵ４２は、ステップ２１４でカウンタＣＴ１，ＣＴ
２を共に「０」にクリアする。

【００６９】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ２１５で
「ΔＦＡＦ」の絶対値と、「ΔλTG」の絶対値との比が
所定範囲（ＫＣＧＬ〜ＫＣＧＨ）内にあるか否かを判別
する（例えば、ＫＣＧＬ＝０．９、ＫＣＧＨ＝１．
１）。この場合、上記目標空燃比λTGの変化に対応して
空燃比補正係数ＦＡＦが変化しておれば、ステップ２１
５が肯定判別される。つまり、目標空燃比λTGの変化に
伴いＡ／Ｆセンサ２６が正常な信号を出力しておれば、
その出力結果を反映して空燃比補正係数ＦＡＦが変化す
る。従って、ＣＰＵ４２はＡ／Ｆセンサ２６が正常であ
るとみなし、ステップ２１６で異常判定フラグＸＥＲＡ
Ｆを「０」にクリアして本ルーチンを終了する。

【００７０】一方、目標空燃比λTGの変化に対して空燃
比補正係数ＦＡＦが過大変化又は過小変化しておれば、
ステップ２１５が否定判別される。つまり、ＣＰＵ４２
はＡ／Ｆセンサ２６の出力が異常であるとみなし、ステ
ップ２１７に進んで既に異常判定フラグＸＥＲＡＦに
「１」がセットされているか否かを判別する。この場
合、ＸＥＲＡＦ＝０であれば、ＣＰＵ４２はステップ２
１８でＸＥＲＡＦ＝１とし、次回の異常診断で再び異常
発生の旨が判定されば、ステップ２１９で所定のダイア
グ処理を実行する（例えば、警告灯４９を点灯させた
り、空燃比フィードバックを停止させたりする）。

【００７１】以上詳述したように本実施例では、目標空
燃比λTGの変化量から補正指令の有無を判定し（図８の
ステップ２０１）、目標空燃比λTGの急変時であればそ
の変化量ΔλTGと、空燃比補正係数ＦＡＦの変化量ΔＦ
ＡＦとの比較結果からＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断し
た（図９のステップ２１５）。これにより上記診断処理
によれば、精度良く且つ容易にセンサ異常を診断するこ
とができる。その結果、上記実施例のようなリニア式の
Ａ／Ｆセンサ（酸素濃度センサ）２６を用いた空燃比制
御システムにおいて、精度の悪いセンサ出力（例えば、
センサ劣化時の出力）が空燃比制御に使用されることは
なく、高精度で且つ信頼性の高い空燃比制御を実現する
ことができる。なお、本実施例では、請求項１及び２に
記載した発明が実現される。

【００７２】（第２実施例）次いで、請求項３に記載し
た発明を具体化した第２実施例について、上記第１実施
例との相違点を中心に説明する。本第２実施例は、燃料
噴射量の水温増量時や高負荷増量時におけるＡ／Ｆセン
サ２６の出力信号の挙動から、同センサ２６の異常を診
断するものである。なお、本実施例では、ＣＰＵ４２に
より燃料量補正手段及び全補正量算出手段が構成されて
いる。図１１は第２実施例におけるセンサ異常診断処理
の動作を示すタイムチャートであり、先ずは同タイムチ
ャートについて略述する。図１１において、時間ｔ１０
ではイグニションキーのＯＮ操作に従い内燃機関１が始
動される。このとき、冷却水が低温のため水温増量補正
を実施すべく、水温補正係数ＦＷＬが「１．０」よりも
大きい値に設定される。その後、冷却水温が徐々に上昇
して所定値（例えば、４０℃）に達すると、時間ｔ１１
で空燃比フィードバックが開始され、空燃比補正係数Ｆ
ＡＦはその時の水温増量に対抗して小さめに（減量側
に）設定される。空燃比補正係数ＦＡＦは水温補正係数
ＦＷＬの減少に伴い増加し、内燃機関１が暖機されて水
温増量が終了する時間ｔ１２では、空燃比補正係数ＦＡ
Ｆは「１．０」付近に収束する。

【００７３】この場合、時間ｔ１０〜ｔ１１では、水温
増量に伴い空燃比λ（Ａ／Ｆセンサ２６による検出結
果）がリッチ側に移行する。そこで、水温増量補正に対
する空燃比λの挙動に基づきＡ／Ｆセンサ２６の異常診
断が実施される。また、時間ｔ１１〜ｔ１２では、水温
増量は継続されているが、空燃比補正係数ＦＡＦが減量
側に設定され、空燃比λは目標空燃比λTG（図では、λ
TG＝１．０）付近に保持されている。この場合には、水
温増量補正及びＦＡＦ補正に対する空燃比λの挙動に基
づきＡ／Ｆセンサ２６の異常診断が実施される。

【００７４】一方、車両走行中において時間ｔ１３で
は、加速による高負荷増量補正が実施される。このと
き、空燃比フィードバックは一時的にオープン制御とな
り、空燃比補正係数ＦＡＦは「１．０」に保持される。
また、負荷補正係数ＦＯＴＰが増量側に設定され、空燃
比λ（Ａ／Ｆセンサ２６の検出結果）はリッチ側に移行
する。この時間ｔ１３〜ｔ１４では、高負荷増量補正に
対する空燃比λの挙動に基づきＡ／Ｆセンサ２６の異常
診断が実施される。

【００７５】その後、車両が減速し始める時間ｔ１４で
は、高負荷増量補正が終了され、負荷補正係数ＦＯＴＰ
が「１．０」に戻される。このとき、燃料カットが実行
され、一時的に空燃比λがリーン側に大きく移行し、燃
料カット後に空燃比フィードバックが再開される。

【００７６】次に、上記動作を実現すべくＣＰＵ４２に
より実行される演算処理について図１２，図１３のフロ
ーチャートを用いて説明する。なお、図１２は噴射同期
にて実行される燃料噴射メインルーチンを示し、図１３
はセンサ異常診断ルーチンを示す。

【００７７】図１２において、ＣＰＵ４２は、ステップ
３０１で前述した図５のルーチンを実行して燃料噴射量
ＴＡＵを算出する。また、ＣＰＵ４２は、ステップ３０
２で１／６４なまし演算により空燃比平均値λAVを算出
する｛λAV＝（６３・λAVi-1 ＋λ）／６４｝。

【００７８】さらに、ＣＰＵ４２は、ステップ３０３で
燃料噴射量ＴＡＵを基本燃料噴射量Ｔｐ及び空燃比学習
値ＦＫＧで除算し、燃料噴射量ＴＡＵに対する燃料補正
量ＦOTHER （但し、空燃比学習値ＦＫＧを除く補正量）
を算出する｛ＦOTHER ＝ＴＡＵ／（Ｔｐ・ＦＫＧ）｝。
この場合、燃料補正係数ＦOTHER は、「全補正量」に相
当し、例えば水温補正係数ＦＷＬ、負荷補正係数ＦＯＴ
Ｐ及び空燃比補正係数ＦＡＦを含む補正係数として求め
られる。つまり、機関運転状態（機関回転数Ｎｅ，吸気
圧ＰＭ）に応じて算出される基本燃料噴射量Ｔｐは本
来、空燃比λを理論空燃比λ＝１に制御すべく設定され
るものであり、エンジン毎に個体差や経時変化等による
燃料噴射量のバラツキは空燃比学習値ＦＫＧによる修正
されるようになっている。そのため、ステップ３０３に
よれば「ＴＡＵ」を「Ｔｐ×ＦＫＧ」で除算することに
より、空燃比λ＝１を実現することを前提とした「全補
正量」が求められる。

【００７９】その後、ＣＰＵ４２は、ステップ３０４で
補正係数平均値ＦAVを算出し｛ＦAV＝（６３・ＦAVi-1
＋ＦOTHER ）／６４｝、続くステップ３０５で図１３に
示すセンサ異常診断ルーチンを実行する。

【００８０】次に、図１３のセンサ異常診断ルーチンに
ついて説明する。図１３において、ＣＰＵ４２は、先ず
ステップ４０１で水温補正係数ＦＷＬが所定の判定値Ｋ
ＦＷＬを越えるか否かを判別する。例えば始動時による
水温増量時（図１１の時間ｔ１０）には、ＦＷＬ＞ＫＦ
ＷＬとなりステップ４０１が肯定判別される。また、Ｃ
ＰＵ４２は、ステップ４０２で負荷補正係数ＦＯＴＰが
所定の判定値ＫＦＯＴＰを越えるか否かを判別する。例
えば高負荷増量時（図１１の時間ｔ１３）には、ＦＯＴ
Ｐ＞ＫＦＯＴＰとなりステップ４０２が肯定判別され
る。

【００８１】また、ＣＰＵ４２は、ステップ４０３で内
燃機関１の全運転域において空燃比学習処理が完了して
いるか否かを判別する。この場合、水温増量や高負荷増
量がない場合（ステップ４０１，４０２が共にＮＯの場
合）や、空燃比学習が完了していない場合（ステップ４
０３がＮＯの場合）には、ＣＰＵ４２はステップ４０４
に進み、カウンタＣＡＦＥＲを「０」にクリアして本ル
ーチンを終了する。つまり、空燃比学習が完了していな
いと、未学習領域においてエンジン毎の個体差や経時変
化による燃料噴射量のバラツキが修正できない。そこ
で、空燃比学習の完了時のみ、本実施例の異常診断を行
うようにしている。

【００８２】一方、水温増量又は高負荷増量が行われ、
且つ空燃比学習が完了している場合（ステップ４０１，
４０２のいずれかがＹＥＳ、且つステップ４０３がＹＥ
Ｓの場合）には、ＣＰＵ４２はステップ４０５に進み、
カウンタＣＡＦＥＲの値が「０」を越えるか否かを判別
する。異常診断の開始当初にはＣＡＦＥＲ＝０（初期
値）であるためステップ４０５が否定判別され、ＣＰＵ
４２は、ステップ４０６に進んでカウンタＣＡＦＥＲに
所定値ＫＣＡＦＥＲ（例えば、１５噴射分に相当する
値）をセットする。

【００８３】そして、前記ステップ４０６でカウンタＣ
ＡＦＥＲがセットされると、以後、ステップ４０５が肯
定判別され、ＣＰＵ４２はステップ４０７でカウンタＣ
ＡＦＥＲを「１」デクリメントする。また、ＣＰＵ４２
は、ステップ４０８でカウンタＣＡＦＥＲが「０」にな
ったか否かを判別し、ＣＡＦＥＲ＝０になると、ステッ
プ４０８を肯定判別してステップ４０９に進む。ステッ
プ４０９では、ＣＰＵ４２は、前記図１２のステップ３
０２で算出した空燃比平均値λAVの目標空燃比λTG（本
実施例ではλTG＝１．０）に対するズレ量「λAV−１．
０」と、前記図１２のステップ３０４で算出した補正係
数平均値ＦAVの基準値（＝１．０）に対するズレ量「Ｆ
AV−１．０」とを算出すると共に、両ズレ量の比「（λ
AV−１．０）／（ＦAV−１．０）」を求め、その比が所
定範囲（ＫＦＬ〜ＫＦＨ）内にあるか否かを判別する
（例えば、ＫＦＬ＝−０．８、ＫＦＨ＝−１．２）。

【００８４】そして、ステップ４０９が肯定判別されれ
ば、ＣＰＵ４２はステップ４１０で異常判定フラグＸＥ
ＲＡＦを「０」にクリアして本ルーチンを終了する。一
方、ステップ４０９が否定判別されれば、ＣＰＵ４２は
異常発生しているとみなし、ステップ４１１に進んで既
に異常判定フラグＸＥＲＡＦに「１」がセットされてい
るか否かを判別する。この場合、ＸＥＲＡＦ＝０であれ
ば、ＣＰＵ４２はステップ４１２でＸＥＲＡＦ＝１と
し、次回の異常診断で再び異常発生の旨が判定されれ
ば、ステップ４１３で所定のダイアグ処理を実行する
（例えば、警告灯４９を点灯させたり、空燃比フィード
バックを停止させたりする）。

【００８５】以上第２実施例によれば、機関回転数Ｎｅ
及び機関負荷（吸気圧ＰＭ）に基づき算出された基本燃
料噴射量Ｔｐに対して全補正量を求め（図１２のステッ
プ３０３，３０４）、その全補正量とＡ／Ｆセンサ２６
により検出された空燃比λの変化量との比較結果からＡ
／Ｆセンサ２６の異常を診断した（図１３のステップ４
０９）。その結果、上記第１実施例と同様に、精度良く
且つ容易にセンサ異常を診断することができ、本発明の
目的を達成することができる。

【００８６】（第３実施例）次に、請求項４に記載した
発明を具体化した第３実施例を説明する。本第３実施例
では、過渡運転時における空燃比λ（Ａ／Ｆセンサ２６
の検出結果）の挙動から、同センサ２６の異常を診断す
るものである。なお、本実施例では、ＣＰＵ４２により
振幅検出手段が構成されている。

【００８７】図１４は第３実施例におけるセンサ異常診
断処理の動作を示すタイムチャートであり、先ずは同タ
イムチャートについて略述する。図１４において、時間
ｔ２１では車両が急加速され、そに伴い一時的に空燃比
λがリーン側及びリッチ側に変動している。また、時間
ｔ２２の急減速時においても空燃比λが大きく変動して
いる。この場合、空燃比λの変動時におけるリーンピー
クλＬ及びリッチピークλＲの差（空燃比λの振幅）に
基づいてセンサ異常診断が実施される。

【００８８】図１５は、第３実施例におけるセンサ異常
診断ルーチンを示す。図１５において、ＣＰＵ４２は、
先ずステップ５０１で内燃機関１の運転状態が定常状態
であるか否かを判別する。ここで、定常状態であるか否
かの判定は、加減速時であるか、目標空燃比λTGが急変
したか、又は空燃比補正係数ＦＡＦが急変したか等によ
り行われる。定常状態であれば、ＣＰＵ４２はステップ
５０２に進み、カウンタＣＡＦＤＴの値が「０」を越え
るか否かを判別する。異常診断の開始当初はカウンタＣ
ＡＦＤＴが設定されておらず（初期値ＣＡＦＤＴ＝
０）、ＣＰＵ４２は、ステップ５０２を否定判別してそ
のまま本ルーチンを終了する。

【００８９】また、例えば車両が急加速されて過渡状態
となればステップ５０１が否定判別され（図１４の時間
ｔ２１）、ＣＰＵ４２はステップ５０３でカウンタＣＡ
ＦＤＴに所定値ＫＣＡＦＤＴをセットする。また、ＣＰ
Ｕ４２は、ステップ５０４に進み、今現在の空燃比λが
それまでに記憶されているリーンピークλＬよりも大き
いか否か（λＬよりもリーン側か否か）を判別し、λ＞
λＬの場合のみステップ５０５でリーンピークλＬを更
新する。さらに、ＣＰＵ４２は、ステップ５０６に進
み、今現在の空燃比λがそれまでに記憶されているリッ
チピークλＲよりも小さいか否か（λＲよりもリッチ側
か否か）を判別し、λ＜λＲの場合のみステップ５０７
でリッチピークλＲを更新する。このようにして、過渡
期間におけるリーンピークλＬ及びリッチピークλＲが
更新される。

【００９０】その後、運転状態が定常状態に復帰すれ
ば、ＣＰＵ４２はステップ５０１→５０２→５０８の順
に進み、ステップ５０８でカウンタＣＡＦＤＴを「１」
デクリメントする。また、ＣＰＵ４２は、ステップ５０
９でカウンタＣＡＦＤＴが「０」であるか否かを判別
し、ＣＡＦＤＴ≠０であれば前述のステップ５０４に進
む。つまり、カウンタＣＡＦＤＴがデクリメントされる
期間（図１４の時間ｔ２１〜ｔ２２）では、前述したス
テップ５０４〜５０７でリーンピークλＬ及びリッチピ
ークλＲが更新される。

【００９１】その後、ＣＡＦＤＴ＝０になると（図１４
の時間ｔ２２）、ＣＰＵ４２はステップ５０９を肯定判
別し、ステップ５１０でリーンピークλＬ及びリッチピ
ークλＲの差が所定の判定値ＫＡＦＷＤ以下であるか否
かを判別する。この場合、λＬ−λＲ＞ＫＡＦＷＤであ
りステップ５１０が否定判別されれば、ＣＰＵ４２はス
テップ５１１に進み、異常判定フラグＸＥＬＥＲを
「０」にクリアする。つまり、車両の急加速等による燃
料増量補正がＡ／Ｆセンサ２６の出力結果に正常に反映
したとして、正常判定が下される。さらに、ＣＰＵ４２
はステップ５１５に進み、次の異常診断に備えるべくリ
ーンピークλＬ及びリッチピークλＲを共に「１．０」
にリセットして本ルーチンを終了する。

【００９２】また、λＬ−λＲ≦ＫＡＦＷＤでありステ
ップ５１０が肯定判別されれば、ＣＰＵ４２はステップ
５１２に進み、異常判定フラグＸＥＬＥＲが既に「１」
にセットされているか否かを判別する。この場合、異常
判定フラグＸＥＬＥＲが未だセットされていなければ、
ＣＰＵ４２はステップ５１３でＸＥＬＥＲ＝１とする。
そして、次回の異常診断（前述のステップ５０１〜５１
０の処理）で再び異常発生の旨が判定されれば、ＣＰＵ
４２はステップ５１４でダイアグ処理を実行する。

【００９３】以上第３実施例によれば、内燃機関１の運
転条件が過渡状態にある場合においてＡ／Ｆセンサ２６
により検出された空燃比λの振幅を求め、その振幅に基
づきＡ／Ｆセンサ２６の異常を診断した（図１５のステ
ップ５１０）。これにより上記各実施例と同様に精度良
く且つ容易にセンサ異常を診断することができる。

【００９４】なお、本発明は上記各実施例の他に以下の
ように具体化することもできる。 （１）上記実施例では、現代制御理論を用いて空燃比フ
ィードバック制御を実現した空燃比制御システムに本発
明のセンサ異常診断処理を具体化したが、当然ながら他
の制御（例えば、ＰＩＤ制御等）によるシステムで本発
明を具体化してもよい。

【００９５】（２）上記第２実施例では、機関運転時に
おける増量補正（水温増量や高負荷増量についてその具
体例を示したが、減量補正時においても本発明の異常診
断処理を実現することができる。例えば、燃料タンクに
て発生した燃料蒸気（エバポガス）を内燃機関１の吸気
系に放出（パージ）するエバポパージ機構を持った空燃
比制御システムでは、エバポパージ量に応じて燃料噴射
弁７による燃料噴射量が減量補正される。この場合、そ
の減量補正時における空燃比λ（センサ出力）の変化量
に基づきセンサ異常が診断される。

【００９６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、空燃比
センサの異常を精度良く診断し、ひいては当該空燃比セ
ンサの検出結果を用いた空燃比制御システムの制御精度
向上に貢献することができるという優れた効果を発揮す
る。

【００９７】また、空燃比補正量の変化量と目標空燃比
の変化量との比較結果から、空燃比センサの異常を精度
良く且つ容易に診断することができる。

【００９８】請求項２に記載の発明によれば、基本燃料
供給量に対する全ての補正量と空燃比センサにより検出
された空燃比の変化量との比較結果から、空燃比センサ
の異常を精度良く且つ容易に診断することができる。

【００９９】

【０１００】

【０１０１】

【０１０２】

【０１０３】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例における内燃機関の空燃比制御装置の全
体構成図。

【図２】Ａ／Ｆセンサの詳細な構成を示す断面図。

【図３】Ａ／Ｆセンサの電圧−電流特性を示す図。

【図４】空燃比制御システムの原理を説明するためのブ
ロック図。

【図５】燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャー
ト。

【図６】目標空燃比を設定するためのマップ。

【図７】第１実施例の異常診断動作を説明するためのタ
イムチャート。

【図８】第１実施例のセンサ異常診断ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図９】図８に続き、センサ異常診断ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図１０】センサ異常時におけるセンサ出力を説明する
ための電圧−電流特性図。

【図１１】第２実施例の異常診断動作を説明するための
タイムチャート。

【図１２】燃料噴射メインルーチンを示すフローチャー
ト。

【図１３】第２実施例のセンサ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。

【図１４】第３実施例の異常診断動作を説明するための
タイムチャート。

【図１５】第３実施例のセンサ異常診断ルーチンを示す
フローチャート。

【図１６】クレームに対応したブロック図。

【符号の説明】

１…内燃機関、２６…空燃比センサとしてのＡ／Ｆセン
サ、４２…基本燃料量算出手段，空燃比補正量設定手
段，空燃比制御手段，燃料補正判定手段，センサ異常診
断手段，目標空燃比設定手段，燃料量補正手段，全補正
量算出手段，振幅検出手段としてのＣＰＵ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−74074（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−174547（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−5447（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−247147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−32238（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−23332（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−34597（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505793（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 41/22 305 F02D 45/00 368

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の空燃比に対してリニアに出力
   を増減させる空燃比センサと、 前記内燃機関に燃料を供給するための燃料供給手段と、 機関回転数及び機関負荷に応じた基本燃料供給量を算出
   する基本燃料量算出手段と、 前記空燃比センサにより検出された空燃比と目標空燃比
   との偏差に応じた空燃比補正量を設定する空燃比補正量
   設定手段と、 前記基本燃料量算出手段により算出された基本燃料供給
   量と前記空燃比補正量設定手段により設定された空燃比
   補正量とに基づき、前記燃料供給手段による燃料供給量
   を制御する空燃比制御手段とを備えた空燃比制御システ
   ムに適用されるものであって、 前記基本燃料量算出手段により算出された基本燃料供給
   量に対して、機関運転条件の変化に伴う所定量を越える
   補正指令があったことを判定する燃料補正判定手段と、 前記燃料補正判定手段により燃料補正の旨が判定された
   場合において、前記空燃比センサにより検出された空燃
   比、又は前記空燃比補正量設定手段により設定された空
   燃比補正量の挙動に応じて前記空燃比センサの異常を診
   断するセンサ異常診断手段とを備え、 機関運転状態に応じた目標空燃比を設定する目標空燃比
   設定手段を備える空燃比制御システムであって、 前記燃料補正判定手段は、前記目標空燃比設定手段によ
   り設定された目標空燃比の変化量から補正指令の有無を
   判定する手段を有し、 前記センサ異常診断手段は、前記空燃比補正量設定手段
   により設定された空燃比補正量の変化量と、前記目標空
   燃比設定手段により設定された目標空燃比の変化量との
   比較結果から前記空燃比センサの異常を診断する手段を
   有す ることを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の空燃比に対してリニアに出力
   を増減させる空燃比センサと、 前記内燃機関に燃料を供給するための燃料供給手段と、 機関回転数及び機関負荷に応じた基本燃料供給量を算出
   する基本燃料量算出手段と、 前記空燃比センサにより検出された空燃比と目標空燃比
   との偏差に応じた空燃比補正量を設定する空燃比補正量
   設定手段と、 前記基本燃料量算出手段により算出された基本燃料供給
   量と前記空燃比補正量設定手段により設定された空燃比
   補正量とに基づき、前記燃料供給手段による燃料供給量
   を制御する空燃比制御手段とを備えた空燃比制御システ
   ムに適用されるものであって、 前記基本燃料量算出手段により算出された基本燃料供給
   量に対して、機関運転条件の変化に伴う所定量を越える
   補正指令があったことを判定する燃料補正判定手段と、 前記燃料補正判定手段により燃料補正の旨が判定された
   場合において、前記空燃比センサにより検出された空燃
   比、又は前記空燃比補正量設定手段により設定された空
   燃比補正量の挙動に応じて前記空燃比センサの異常を診
   断するセンサ異常診断手段とを備え、 前記内燃機関の運転条件に応じて増量若しくは減量補正
   を実行する燃料量補正手段と、 前記燃料量補正手段による燃料補正時に、前記基本燃料
   量算出手段により算出された基本燃料供給量に対する全
   ての補正量を算出する全補正量算出手段とを備える空燃
   比制御システムであって、 前記燃料補正判定手段は、前記燃料量補正手段による増
   量若しくは減量補正が実行された場合に補正指令有りと
   判定する手段を有し、 前記センサ異常診断手段は、前記全補正量算出手段によ
   り算出された全補正量と前記空燃比センサにより検出さ
   れた空燃比の変化量との比較結果から前記空燃比センサ
   の異常を診断する手段を有する 空燃比センサの異常診断
   装置。