JPH0472438A - 内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関の空燃比制御装置における空燃比セン
サ劣化診断装置に関し、詳しくは、触媒式排気浄化装置
の上流側及び下流側それぞれで空燃比を検出し、機関吸
入混合気の空燃比をフィードバック制御するよう構成さ
れた空燃比制御装置において、空燃比を検出するセンサ
の劣化を診断するための装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、排気浄化用に排気系に設けられる三元触媒に
おける転換効率を良好に維持するために、機関吸入混合
気の空燃比を理論空燃比にフィードバック制御すること
が行われており、排気中の酸素濃度を介して空燃比を検
出する酸素センサを、応答性を確保するために燃焼室に
比較的近い排気マニホールドの集合部などに設け、この
酸素センサで検出される排気中酸素濃度に基づいて理論
空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを検出し
て、機関への燃料供給量などをフィードバック制御する
ようにしている。

しかしながら、上記のように燃焼室に比較的近い排気系
に設けられる酸素センサは、高温排気に曝されることに
なるため、熱劣化などにより特性（内部抵抗、起電力、
応答時間）か変化し易く、また、気筒毎の排気の混合か
不十分であるため全気筒の平均的な空燃比を検出し難い
ため、空燃比の検出精度にバラツキかあり、引いては、
空燃比の制御精度を悪化させていた。

この点に鑑み、触媒の下流側にも酸素センサを設け、２
つの酸素センサの検出値を用いて空燃比をフィードバッ
ク制御するものが種々提案されている（特開昭５８−４
８７５６号公報等参照）。

即ち、下流側の酸素センサは、三元触媒の０２ストレー
ジ効果（理論空燃比よりもリーン時には酸素量が大、リ
ッチ時には酸素最小となる状態か一定時間継続し出力か
遅延する。）によって応答性は悪いが、三元触媒にとっ
てＣｏ、ＨＣ，ＮＯｘの転換効率が最も良い空燃比を検
出することができるため、上流側の酸素センサの劣化状
態を補償した高精度で安定した検出特性か得られる。

そこで、２つの酸素センサの検出値に基づいてそれぞれ
に独立した空燃比のフィードバック制御を行わせたり、
・上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御
の特性を下流側の酸素センサで補償したりして、上流側
のセンサで応答性を確保しつつ、下流側で制御点の精度
を補償して、高精度な空燃比フィードバック制御を行う
ようにしている。

上流側の酸素センサによる空燃比フィードバック制御の
特性を下流側の酸素センサで補償する装置としては、例
えば応答性の良い上流側センサの検出に基づいて空燃比
フィードバック制御を行わせながら、下流側センサで制
御点のずれを検出し、下流側センサで目標に対するリッ
チ・リーンか検出されたときには、上流側センサ出力に
基づく空燃比フィードバック制御の制御定数（制御操作
量）を目標に対するリッチ・リーンか解消される方向に
徐々に変化させることにより、下流側センサで検出され
る空燃比が目標に対してリッチ・リーンを繰り返して、
結果、上流側センサに基づくフィードバック制御の制御
点の平均を目標空燃比付近とする制御か行われている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記のように、触媒式排気浄化装置の上流側及び下流側
それぞれに空燃比センサを設けて空燃比をフィードバッ
ク制御する空燃比制御装置では、上流側空燃比センサが
劣化しても、これを補償して目標空燃比に制御できるも
のではあるが、上流側の空燃比センサの劣化か補正限界
を越えて進行すると、目標空燃比にフィードバック制御
できなくなって、排気性状を悪化させてしまうことにな
る。

ここで、前記上流側の空燃比センサが、断線やショート
などのオン・オフ的な故障を起こしたために、下流側セ
ンサによる補正限界を越えた場合には、前記断線・ショ
ートを従来からある検出回路で容易に検出できるため、
上流側センサの交換などの対策を促すことかできるか、
上流側空燃比センサによる空燃比検出の静的特性か大き
くずれたり、検出応答速度が大きく変化したために、下
流側センサによる補正限界を越えることになった場合に
は、これを検出することかできず、排気性状が悪化した
ままの状態で運転されてしまう惧れがあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒式
排気浄化装置の上流側及び下流側それぞれに空燃比セン
サを設けて空燃比をフィードバック制御する空燃比制御
装置において、より劣化し易い上流側の空燃比センサの
特性劣化を診断できる診断装置を提供して、補正限界を
越えた状態のまま運転されることを回避できるようにす
ることを目白つとする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明では、第１図及び第２図に示すようにし
て内燃機関の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化
診断装置を構成した。

第１図において、第１及び第２の空燃比センサは、内燃
機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装置の上流側
及び下流側にそれぞれ設けられたものであり、機関吸入
混合気の空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃
度に感応して出力値か変化するセンサである。

また、空燃比フィードバック制御手段は、上流側である
第１の空燃比センサの出力値に基づいて機関吸入混合気
の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する。

一方、制御操作量補正手段は、下流側の第２の空燃比セ
ンサの出力値による目標空燃比に対するリッチ・リーン
検出に基づいて前記空燃比フィードバック制御における
制御操作量を増減補正する。

以上によって本発明か適用される空燃比制御装置が構成
され、本発明にかかる空燃比センサ劣化診断装置を構成
する補正レベルによる劣化診断手段は、前記制御操作量
補正手段による制御操作量の増減補正レベルに基づいて
前記第１の空燃比センサの劣化を診断する。

ここで、第１図点線量のように、フィードバック周期検
出手段を上記構成に加えて設け、このフィードバック周
期検出手段により前記空燃比フィードバック制御手段に
よる空燃比の増減補正周期を検出する一方、前記補正レ
ベルによる劣化診断手段に代えて周期及び補正レベルに
よる劣化診断手段を設け、前記フィードバック周期検出
手段で検出された周期及び前記制御操作量補正手段によ
る制御操作量の増減補正レベルに基づいて第１の空燃比
センサの劣化を診断させるようにすることもできる。

また、第２図において、制御操作補正値設定手段は、下
流側の第２の空燃比センサの出力値による目標空燃比に
対するリッチ・リーン検出に基づいて空燃比フィードバ
ック制御手段における制御操作量の増減補正値を設定す
るものであり、領域別補正値学習記憶手段は、この制御
操作補正値設定手段で設定される制御操作量の増減補正
値を機関運転領域別に学習し記憶する。

そして、領域別補正値検索手段は、前記領域別補正量記
憶手段から対応する運転領域の増減補正量を検索し、制
御操作量補正手段は、この検索された増減補正値及び前
記制御操作補正値設定手段で設定された増減補正値に基
づいて前記空燃比フィードバック制御手段における制御
操作量を補正する。

更に、この第２図において、増減補正平均値演算手段は
、前記領域別補正値学習記憶手段で学習された運転領域
別の増減補正値の平均レベルを演算し、平均補正値によ
る劣化診断手段は、この平均レベルに基づいて上流側の
第１の空燃比センサの劣化を診断する。

かかる第２図の構成において、点線で示すように、フィ
ードバック周期検出手段を上記構成に加え、このフィー
ドバック周期検出手段で空燃比フィードバック制御手段
による空燃比の増減補正周期を検出させる一方、前記平
均補正値による劣化診断手段に代えて平均補正値及び周
期による劣化診断手段を設け、前記増減補正平均値演算
手段で演算された領域別補正値の平均レベル及び前記フ
ィードバック周期検出手段で検出された周期に基づいて
前記第１の空燃比センサの劣化を診断させるようにする
こともできる。

また、第２図に点線で示した一律補正値記憶手段は、前
記増減補正平均値演算手段で演算される増減補正値の平
均レベルを、全運転領域において前記制御操作量を一律
に補正するための一律補正値として更新記憶するもので
ある。そして、かかる構成においては、前記制御操作量
補正手段は、前記領域別補正値検索手段で検索された運
転領域別の補正値及び制御操作補正値設定手段で設定さ
れた増減補正値に加え、前記一律補正値記憶手段に記憶
されている一律補正値に基づいて前記空燃比フィードバ
ック制御手段における制御操作量を補正するよう構成さ
れることになる。

〈作用〉 かかる構成によると、上流側の第１の空燃比センサの出
力に基づいて機関吸入混合気の空燃比を目標空燃比にフ
ィードバック制御するが、かかる空燃比フィードバック
制御における制御操作量が、下流側の第２の空燃比セン
サで増減補正されることにより、上流側のセンサの劣化
による制御点のずれか補償される。ところが、第１の空
燃比センサの劣化が進行して制御点が大きくずれるよう
になると、これを補償すべく制御操作量の補正値も大き
く変化することになるので、前記補正値による増減補正
レベルに基づいて第１の空燃比センサの劣化を診断する
ものである。

また、前記制御操作量の補正値を運転領域別に学習記憶
する場合には、領域別に学習された補正値の平均値を求
めて劣化診断することで、より劣化診断の精度を向上で
きる。

更に、空燃比センサのリッチ−リーン応答時間又はリー
ン・リッチ応答時間のいずれか一方が増大した場合には
、それが制御点のずれ（空燃比ずれ）となって表れて、
これが制御操作量の補正割合の増大として表れて上記の
ようにして劣化診断できるか、前記応答時間が雨検出方
向で共に長くなって制御中心としては略目標にある場合
であっても、空燃比の振れ幅か大きくなって触媒が高転
換効率を維持するウィンドウを外れる場合かあるので、
制御操作量の増減補正レベルと併せて空燃比制御周期を
劣化診断の判断材料とすることで、より診断精度が向上
する。

また、運転領域別に学習された補正値の平均値を、全運
転領域で一律に制御操作量を補正するための一律補正値
として記憶させるようにしても良い。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第３図において、機関ｌには、エアクリ
ーナ２から吸気ダクト３．スロットル弁４及び吸気マニ
ホールド５を介して空気か吸入される。吸気マニホール
ド５のブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けら
れている。前記燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電され
て開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁で
あって、後述するコントロールユニット１２からの駆動
パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポ
ンプから圧送されプレッシャレギューレータにより所定
の圧力に調整された燃料を吸気マニホールド５内に噴射
供給する。

尚、本実施例では上記のようにマルチポイントインジェ
クションシステム（ＭＰ１方式）としたが、スロットル
弁４の上流などに全気筒共通に単一の燃料噴射弁を設け
るシングルポイントインジェクションシステム（ＳＰ１
方式）であっても良い。

機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７が設けられていて
、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。

そして、機関１からは、排気マニホールド８゜排気ダク
ト９．三元触媒（触媒式排気浄化装置）１０及びマフラ
ー１１を介して排気が排出される。前記三元触媒ｌＯは
、排気成分中のＣｏ、ＨＣを酸化し、また、ＮＯｘを還
元して、他の無害な物質に転換する触媒式排気浄化装置
であり、機関吸入混合気を理論空燃比で燃焼させたとき
に再転換効率が最も良好なものとなる（第９図参照）。

コントロールユニット１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの検出信号を入力して、後述の如く演算処理して
、燃料噴射弁６の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式或
いはフラップ式などのエアフローメータ１３が設けられ
ていて、機関ｌの吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出
力する。

また、クランク角センサ１４か設けられていて、４気筒
の場合、クランク角１８０°毎の基準信号と、クランク
角１°又は２°毎の単位信号とを出力する。ここで、前
記基準信号の周期、或いは、所定時間内における前記単
位信号の発生数を計測することより、機関回転速度Ｎを
算出することができる。

また、機関ｌのウォータジャケットの冷却水温度Ｔｗを
検出する水温センサ１５か設けられている。

更に、三元触媒ｌＯの上流側となる排気マニホールド８
の集合部に第１の空燃比センサとしての第１酸素センサ
１６か設けられており、また、三元触媒１０の下流側で
マフラー１１の上流側には第２の空燃比センサとしての
第２酸素センサ１７か設けられている。

前記第１酸素センサ１６及び第２酸素センサ１７は、排
気中の特定成分としての酸素の濃度に感応して出力値が
変化する公知のセンサであり、理論空燃比を境に排気中
の酸素濃度か急変することを利用し、基準気体としての
大気と排気との酸素濃度差に応じて理論空燃比よりもリ
ッチであるときにはＩＶ付近の電圧を、また、理論空燃
比よりもり一ンであるときには０付近の電圧を出力する
（第９図参照）。

ここにおいて、コントロールユニット１２に内蔵された
マイクロコンピュータのＣＰＵは、第４図〜第８図のフ
ローチャートにそれぞれ示すＲＯＭ上のプログラムに従
って演算処理を行い、機関１吸入混合気の空燃比をフィ
ードバック制御すると共に、三元触媒１０の上流側に設
けられた第１酸素センサ１６の劣化診断を行う。

尚、空燃比フィードバック制御手段、制御操作量補正手
段、フィードバック周期検出手段、補正レベルによる劣
化診断手段２周期及び補正レベルによる劣化診断手段、
制御操作補正値設定手段。

領域別補正値学習記憶手段、領域別補正値検索手段、増
減補正平均値演算手段、平均補正値による劣化診断手段
、平均補正値及び周期による劣化診断手段、一律補正値
記憶手段としての機能は、前記第４図〜第８図のフロー
チャートに示すようにコントロールユニット１２かソフ
トウェア的に備えている。

第４図のフローチャートに示すプログラムは、燃料噴射
弁６による燃料噴射量Ｔｉを増減補正することて、機関
１吸入混合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に近
づけるための空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを比
例積分制御によって設定するためのものであり、機関１
の１回転毎に実行されるようになっている。

かかる第４図のフローチャートにおいて、まず、ステッ
プ１（図中ではＳｌとしである。以下同様）ては、機関
回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとによって複数に区分
される運転領域毎に領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓを記憶
したマツプから現在の運転状態に対応するデータを検索
して求める。

本実施例では、後述するように、空燃比フィードバック
補正係数ＬＭＤを第１酸素センサ１６の出力に基づいて
比例積分制御するときの制御操作量のうちの比例操作量
（Ｐ分）を、第２酸素センサ１７による目標空燃比に対
するリッチ・リーン検出に基づいて増減補正するように
してあり、前記領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓはかかる比
例操作量Ｐの増減補正値を運転領域別に学習記憶したも
のである。

次のステップ２では、ステップｌてマツプから検索して
求めた領域別学習補正値ＰＨ０８Ｓに、全運転領域で一
律に比例操作量を補正するために前記領域別学習補正値
ＰＨ０３Ｓの平均レベルとして記憶されている一律補正
値ＰＨ０３Ｍを加えた値を最終的な比例分増減補正値ｒ
ａｔｅとして設定する。

ステップ３では、第１酸素センサ１６の出力電圧をＡ／
Ｄ変換して読み込み、そのデータをＦＶｏ２にセットす
る。

そして、次のステップ４では、ステップ３で読み込んだ
電圧Ｆｖｏ２と、目標空燃比である理論空燃比相当のス
ライスレベル（本実施例では５００ｍＶ）とを比較して
、ｙｔ酸素センサ１６により検出される機関吸入混合気
の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンで
あるかの判別を行う。

ここで、電圧Ｆｖｏ２かスライスレベルよりも大であっ
て空燃比かリッチであると判別されたときには、ステッ
プ５へ進む。このステップ５では、リッチ・リーン検出
の初回を判別するためのフラグＦＲ判別を行い、フラグ
ＦＲがゼロであるリッチ判別初回であるときには、ステ
ップ６に進んで前記フラグＦＲに１をセットする。

次のステップ７では、第２酸素センサ１７の出力電圧を
Ａ／Ｄ変換して読み込み、そのデータをＲＶＱ２にセッ
トする。

そして、ステップ８では、ステップ７で読み込んだ電圧
ＲＶｏ２と、目標空燃比である理論空燃比相当のスライ
スレベル（本実施例では５００ｍＶ）とを比較して、第
２酸素センサ１７により検出される機関吸入混合気の空
燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンである
かの判別を行う。

ここで、電圧ＲＶ０２かスライスレベルを越えていてリ
ッチ判別されたときには、ステップ９へ進み、ステップ
２で設定した比例分増減補正値ｒａｔｅから所定微小値
（例えば０．０００１）を減算し、この減算結果を新た
な補正値ｒａｔｅとし、次のステップ１０では、第２酸
素センサ１７で検出される空燃比のリッチ・リーン反転
を判別するためのフラグであるｆｒｒに１をセットする
。

一方、ステップ８で、電圧ＲＶｏ２かスライスレベル以
下であってリーン判別されたときには、ステップ１１へ
進み、ステップ２で設定した比例分増減補正値ｒａｔｅ
に所定微小値（例えば０．０００１）を加算し、この加
算結果を新たな補正値ｒａｔｅとし、次のステップ１２
では、前記フラグｆｒｒにφをセットする。

上記比例分増減補正値ｒａｔｅは、後述するように、第
１酸素センサ１６によるリッチ検出初回時に空燃比フィ
ードバック補正係数ＬＭＤを減少制御するための比例操
作量Ｐに対して（１−ｒａｔｅ）として乗算され、リー
ン検出初回時に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを
増大制御するための比例操作量Ｐに対して（１＋ｒａｔ
ｅ）として乗算されるようになっているから、第２酸素
センサ１７によるリーン検出時にｒａｔｅを増大補正す
ると、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤのレベルを
増大させる側（空燃比リッチ方向）に補正されることに
なり、逆に、第２酸素センサ１７によるリッチ検出時に
ｒａｔｅを減少補正すると、空燃比フィードバック補正
係数ＬＭＤのレベルを減少させる側（空燃比リーン方向
）に補正されることになる。

従って、第２酸素センサ１７により検出される空燃比か
目標空燃比に近づく方向に、第１酸素センサ１６の検出
結果に基づく空燃比のフィードバック補正か修正される
ことになり、第１酸素センサ１６の劣化によってフィー
ドバック制御点が理論空燃比からずれても、これを補償
して理論空燃比へのフィードバック制御性を維持できる
ものである。

上記のようにして比例分増減補正値ｒａｔｅを設定する
と、次のステップ１３ては、第１酸素センサ１６による
リーン検出時間をカウントしたカウンタＴｍｏｎｔをＴ
ＭＯＮＴＬにセットする。尚、このリーン検出時間ＴＭ
ＯＮＴＬは、後述するリッチ検出時間ＴＭＯＮＴＲと共
に、第１酸素センサ１６の劣化診断に用いられるデータ
である。

ステップ１４では、ステップ９又はステップ１１におい
て増減補正された比例分増減補正値ｒａｔｅと、予め設
定されている比例操作量Ｐとを用い、以下の式に従って
空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例制御を行わ
せる。

ＬＭＤ　＋−ＬＭＤ−Ｐ　（１−ｒ　ａ　ｔ　ｅ）即ち
、今回はリッチ検出の初回であり、上記比例制御によっ
て空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤか減少設定され
て、リッチ検出状態が解消される方向に燃料噴射量Ｔｉ
が減少補正されることになる。

前記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤは、機関回転
速度Ｎと吸入空気流量Ｑとから演算される基本燃料噴射
量Ｔｐ（←ＫＸＱ／Ｎ、には定数）に乗算される補正項
であり、前記基本燃料噴射量Ｔｐはこの他バッテリ電圧
補正分子ｓや水温補正係数や始動時補正係数などによっ
て補正され、最終的な燃料噴射量Ｔｉが設定される。

一方、前記ステップ５でフラグＦＲが１であると判別さ
れたときには、リッチ検出の継続状態であり、このとき
には、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを積分制御
すべくステップ１５へ進む。

ステップ１５ては、以下の式に従って空燃比フィードバ
ック補正係数ＬＭＤを積分制御する。

ＬＭＤ−ＬＭＤ−１−Ｔｉ ここで、Ｉは予め設定されている積分操作量であり、こ
の積分操作量■に燃料噴射量Ｔｉを乗算した値を、前回
までの空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤから減算し
て、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを減少補正す
る。

また、ステップ４において、第１酸素センサ１６に基づ
きリーン空燃比が検出されたときには、ステップ１６へ
進み、リッチ検出時の前記ステップ５〜ステツプ１５と
略同様にして比例分増減補正値ｒａｔｅを設定すると共
に空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤの比例積分制御
を行う（ステップ１６〜ステツプ２６）。但し、第１酸
素センサ１６に基づきリーン空燃比か検出されていると
きには、空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤを増大さ
せて空燃比をリッチ方向に修正する必要かあるので、補
正係数ＬＭＤの比例制御及び積分制御は、下式に従って
行われる。

ＬＭＤ＋ＬＭＤ＋Ｐ　（１＋ｒ　ａ　ｔ　ｅ）ＬＭＤ＝
ＬＭＤ＋Ｉ　−Ｔｉ また、第１酸素センサ１６に基づくリーン空燃比の初回
においては、第１酸素センサ１６によるリッチ検出時間
をＴＭＯＮＴＲにセットする。

前記リーン検出時間ＴＭＯＮＴＬ及びリッチ検出時間Ｔ
ＭＯＮＴＲを計測するためのカウンタＴｍｏｎｔは、第
１酸素センサ１６によるリッチ又はリーン検出の初回に
進むことになるステップ２７でゼロリセットされ、第６
図のフローチャートに示すプログラムで１０ｍ　ｓ毎に
１アツプされるようになっており、これにより、リーン
検出時間及びリッチ検出時間を交互に計測できるように
しである。

また、第１酸素センサ１６によるリッチ又はり一ン検出
の初回には、以下のようにして前記領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０３Ｓ及び−逮捕正値ＰＨ０３Ｍの更新制御か行われ
る。

まず、ステップ２８では、前記フラグｆｒｒの前回値Ｍ
ｆｒｒと今回値ｆｒｒとを比較することで、第２酸素セ
ンサ１７て検出される空燃比か反転したか否かを判別す
る。

ここで、Ｍｆｒｒ＝ｆｒｒであると判別されたときには
、第２酸素センサ１７で検出される空燃比が継続してリ
ーン又はリッチの状態であり、この場合には、領域別学
習補正値ＰＨ０３Ｓの更新のみを行うか、Ｍｆｒｒ＝ｆ
ｒｒでないと判別されたリッチ・リーン反転時には、前
記領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの更新と共に一律補正値
ＰＨ０３Ｍの更新を行う。

Ｍｆｒｒ＝ｆｒｒでないと判別されたときには、まず、
ステップ２９で次回のステップ２８での判別のために今
回更新されたフラグｆｒｒをＭｆｒｒにセットし、次の
ステップ３０で一律補正値ＰＨ０３Ｍの更新を行う。

前記ステップ３０における一律補正値ＰＨ０３Ｍの更新
制御は、第５図のフローチャートに示しである。

まず、ステップ５１では、領域別学習補正値ＰＨ０８Ｓ
を機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとによって区分
される複数の運転領域毎に記憶させるマツプにおける番
地をカウントするためのカウンタｉ及びｊをそれぞれゼ
ロリセットする。

そして、次のステップ５２ては、機関回転速度Ｎの複数
に区分された領域のうちｉ番目の領域における最大速度
Ｎ　（ｉ）と現在の回転速度Ｎとを比較する。ここで、
Ｎ＞Ｎ　（ｉ）であるときには、もっと高いレベルの速
度域で運転されていることになるので、ステップ５３へ
進んで前記カウンタｉを１アツプさせ、次のステップ５
４でカウントアツプさせたｉが、ｉの最大値である７を
越えているかを判別し、最大値を越えていないときには
、再びステップ５２に戻って、カウントアツプされた領
域内における最大速度よりも小さいか否かを判別させる
。

このようにして、現在の回転速度Ｎが、マツプ上の機関
回転速度Ｎの格子のどこに該当しているかを、速度の低
い領域から順次参照することで判別するものであり、Ｎ
≦Ｎ　（ｉ）と判別された格子確定時には、ステップ５
６へ進んでそのときのｉの値を確定値としてＩにセット
する。但し、カウンタｉか最大値になってもＮ≦Ｎ　（
ｉ）の判別が下されないときには、ステップ５５で最大
値をＩにセットし、回転速度Ｎの格子の最大領域に該当
するものとする。

このようにして、現在の回転速度Ｎが該当する格子位置
か検出されると、次には同様にして現在の基本燃料噴射
量Ｔｐか該当する格子位置（Ｊ）を検出する（ステップ
５７〜ステツプ６１）。

そして、ステップ６２ては、領域別学習補正値ＰＨ０３
Ｓか記憶されるマツプ格子毎に、第２酸素センサ１７に
よるリッチ・リーン反転検出回数を積算するカウンタｃ
ｎｔ　　（１）（Ｊ）のうち、現在の運転状態に対応す
る格子のデータを１アツプさせる。前記カウンタｃｎｔ
　　（Ｉ）（Ｊ）によって、領域別学習補正値ＰＨ０３
Ｓそれぞれに対応する第２酸素センサ１７によるリッチ
・リーン反転検出回数か判別できるものであり、領域別
学習補正値ＰＨ０３Ｓは、第２酸素センサ１７で検出さ
れる空燃比がリッチ・リーンを繰り返して平均空燃比が
理論空燃比に制御されるようにするためのものであるか
ら、領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓに対応するカウンタｃ
ｎｔ　　（Ｉ）（Ｊ）の値が大きい場合には、それだけ
領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの学習か進行していること
になり、逆に、カウンタＣｎｔ　　（１）（Ｊ）の値が
小さいときには、学習か充分に進行してなく、領域別学
習補正値ＰＨ０３Ｓの信頼性か低いと見做せる。

かかるカウンタｃｎｔ　　（１）（：Ｊ）の特性を利用
し、ステップ６３以降では、学習か充分に進行している
領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのみをピックアップし、こ
れらの平均レベルとして一律補正値ＰＨ０３Ｍの更新設
定を行う。

ステップ６３ては、前記ステップ５１と同様にカウンタ
ｉ、ｊをゼロリセットすると共に、領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０８Ｓのサンプリング数をカウントするためのＺｃｎ
ｔをゼロリセットする。

そして、まずカウンタｊをセロのままとして、ｉをゼロ
から順次カウントアツプさせるようにして、ステップ６
４でそのときのカウンタｃｎｔ（Ｉ）（Ｊ）か所定値（
例えば５）以上であると判別されたときには、ステップ
６５で同じ格子位置（Ｔ）（Ｊ）に対応して記憶されて
いる領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのデータ（ＭＡＰ　（
Ｉ）Ｃｌ３）を積算値ＳＵＭに加算しくＳＵＭ−３ＵＭ
十ＭＡＰ〔Ｉ〕　〔Ｊ〕）、積算値ＳＵＭを更新したと
きにはステップ６６で前記サンプリング数Ｚｃｎｔを１
アツプさせる。

そして、ステップ６７でカウンタｉが最大値を越えたと
判別されるまでは、ステップ６８でカウンタｉを１アツ
プさせて再びステップ６４での判別を行わせる。

そして、カウンタｉが最大値を越えたと判別され、カウ
ンタｊを固定してカウンタｉを変化させたときの全ての
格子についてサンプリングを終えたときには、ステップ
６９へ進んでカウンタｊを１アツプさせ、次のステップ
７ｏではカウンタｉをゼロリセットして、エアツブさせ
たカウンタｊの下にカウンタｉをゼロから順次カウント
アツプさせて、領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのサンプリ
ングを行わせる。

このようにして、カウンタｊかステップ７１で最大値に
達したと判別されるまで、ステップ６４ての判別を行わ
せて、カウンタｃｎｔ　　（Ｉ）（Ｊ）が所定値以上で
ある、換言すれば、学習が充分に進行している領域別学
習補正値ＰＨ０３Ｓの積算値ＳＵＭ及び該積算値のサン
プル数Ｚｃｎｔを求めると、次のステップ７１で一律補
正値ＰＨ０３Ｍの更新を以下の式に従って行う。

ここで、前記Ｘは加重平均の重み定数であり、例えばこ
のＸを１／４程度の値に設定しておき、前回までの一律
補正値ＰＨ０３Ｍと、学習が充分に進行している領域別
学習補正値ＰＨ０３Ｓの平均値（Ｓ　ＵＭ／Ｚ　ｃ　ｎ
　ｔ　）とを加重平均して、新たな一律補正値ＰＨ０３
Ｍを求めるものである。

前記−逮捕正値ＰＨ０３Ｍによって、全運転領域で一律
に、比例操作量Ｐか補正されることになる。

再び、第４図のフローチャートに戻って領域別学習補正
値ＰＨ０３Ｓのマツプ値更新を説明すると、ステップ３
１〜ステツプ４１ては、前記ステップ５１〜ステツプ６
１と同様にして、現在の運転条件か該当するマツプの格
子位置ＣＩ）（Ｊ）を求める。

そして、ステップ４２では、該当する格子の領域別学習
補正値ＰＨ０３Ｓのデータを、比例分増減補正値ｒａｔ
ｅから一逮捕正値Ｐ）（０３Ｍを減算した値に書き換え
る。ここで書き換えられるマツプが前記ステップ１で検
索されて、そのときの運転状態に応じた領域別学習補正
値ＰＨ０ＳＳか比例操作量Ｐの補正に用いられるように
しである。

次に本発明にがかる空燃比センサ劣化診断に関わる制御
を、第７図及び第８図のフローチャートに示すプログラ
ムに従って説明する。

第７図のフローチャートに示すプログラムは、バックグ
ラウンド処理されるものであり、ステップ８１では、前
述のように領域別学習補正値ＰＨＯＳＳの平均レベルと
して記憶されている一律補正値ＰＨ０３Ｍの絶対値と所
定値とを比較して、律補正値ＰＨ０３Ｍのレベルか所定
値以上に増大しているときには、触媒の上流側に設けら
れている第１酸素センサ１６の劣化か、第２酸素センサ
１７による補償制御の限界を越えて進行しており、三元
触媒１０による転換効率を維持てきなくなっている状態
であると判断する。そして、次のステップ８２では、第
１酸素センサ１６の劣化進行を診断したことを表示させ
る。

前記劣化診断の表示は、例えば車両の運転席付近に設け
た表示装置によって行わせ、運転者に第１酸素センサ１
６の交換を促すようにする。

上流側の第１酸素センサ１６の劣化による空燃比制御点
のずれは、前述のように空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤの比例操作量Ｐの補正によって補償されるか、前
記劣化が進行して制御点のずれが拡大すると、より大き
く比例操作量Ｐを補正する必要か生じることになるから
、比例分増減補正値ｒａｔｅ絶対値レベルか、所定値以
上になつた場合には、第１酸素センサ１６の劣化か進行
していると推測できるものである。

即ち、例えば第１酸素センサ１６のリッチ→り一ン応答
時間か増大すると、空燃比制御点としてはリーン側にず
れることになり、前記比例外増減補正値ｒａｔｅはこれ
を補償すへく基準値であるゼロからプラス側に増大設定
され、逆に、リーン→リッチ応答時間が増大すると、空
燃比制御点としてはリッチ側にずれることになり、前記
比例外増減補正値ｒａｔｅはこれを補償すへく基準値で
あるゼロからマイナス側に減少設定されることになるか
ら、いずれの場合も応答時間か大きく変化するに従って
比例外増減補正値ｒａｔｅの絶対値レベルか増大して、
劣化を診断できるものである。

但し、学習か進行していない領域の領域別学習補正値Ｐ
Ｈ０３Ｓては、第１酸素センサ１６か劣化してない状態
でも異常レベルを示す慣れかあるので、その都度の比例
分増減補正値ｒａｔｅ絶対値レベルに基づいて劣化診断
することは診断精度を低下させることになるため、上記
のように学習か進行した領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの
平均レベルである一律補正値ＰＨ０３Ｍに基づいて劣化
診断させることが望ましい。

尚、第１酸素センサ１６のりッチーリーン応答時間又は
リーン→リッチ応答時間のいずれか一方か劣化により増
大した場合には、それか制御点のずれ（空燃比ずれ）と
して表れて、比例外増減補正値ｒａｔｅの絶対値レベル
を増大させることになり、上記のようにして劣化診断さ
せることかできるか、制御点のずれか小さい場合であっ
ても、応答時間か雨検出方向で増大して空燃比の振れ幅
か大きくなったときにも、やはり触媒における転換効率
を維持できなくなるので、第１酸素センサ１６の出力波
形の周期、換言すれば、第１酸素センサ１６の検出に基
づくフィードバック制御の周期も検出して劣化診断させ
るようにすることか好ましく、その実施例を第８図のフ
ローチャートに示しである。

第８図のフローチャートに示すプログラムは、バックグ
ラウンド処理されるものであり、まず、ステップ９１で
は、空燃比フィードバック制御周期に基づいて劣化診断
させるに当たって、機関回転速度Ｎによる空燃比フィー
ドバック制御周期の変化分を補償するための補正骨０Ｆ
ＳＴを、予め設定されたマツプから検索して求める。

そして、次のステップ９２ては、第４図のフローチャー
トにおいて求められているリーン検出時間ＴＭＯＮＴＲ
及びリッチ検出時間ＴＭＯＮＴＬの加算値として得られ
る周期に、前記補正骨０ＦＳＴに加算して補正して得ら
れる時間と、前記−律補正値ＰＨ０３Ｍの絶対値とに基
づいて区分される領域に劣化領域を予め設定したマツプ
に基づいて、現状の周期及び制御操作量の補正レベルか
対応する領域を参照する。

そして、次のステップ９３ては、ステップ９２で参照し
た領域が劣化領域（フローチャート中の斜線領域）に含
まれているか否かを判別し、劣化領域に該当していると
きには、ステップ９４で劣化診断を表示させる。

前記周期（ＴＭＯＮＴＲｆＴＭＯＮＴＬ＋〇ＦＳＴ）と
ｌ　ＰＨ０３Ｍ１とに基つく劣化診断においては、前述
と同様にｌ　ＰＨ０３Ｍ　１が大きいときには劣化と診
断されるか、ｌ　ＰＨ０３Ｍ　ｌか小さくても周期か長
いときには劣化と診断されるようにしである。

これにより、応答時間か雨検出方向で増大して、制御点
のずれとしては小さいものの空燃比の振れ幅か大きくな
っているときにも、第１酸素センサ１６の劣化を診断さ
せることかでき、ｌ　ＰＨ０３Ｍ　Ｉのみに基づいて劣
化診断させる場合に比へ、診断範囲を拡大できる。

尚、本実施例では、−逮捕正値ＰＨ０３Ｍによっも、比
例操作量Ｐの増減補正を行うようにしたが、記憶補正値
として領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓのマツプのみを備え
る構成であっても良く、この場合、学習か進行している
領域の領域別学習補正値ＰＨ０３Ｓの平均レベルを劣化
診断のためにのみ演算するようにすれば良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、触媒式排気浄化装
置の上流側と下流側とにそれぞれ空燃比センサを設け、
上流側の空燃比センサの劣化による制御点のずれを補償
しつつ空燃比フィードバック制御を行わせるよう構成さ
れた空燃比制御装置において、補償限界を越える上流側
空燃比センサの劣化を診断てきることから、この診断結
果に基ついて空燃比センサの交換を促すことなとかでき
、劣化したままの空燃比センサか使用され続け、排気性
状か悪化したままで運転されることを回避し得るという
効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の構成を示すブロッ
ク図、第３図は本発明の一実施例を示すシステム概略図
、第４図〜第８図はそれぞれ同上実施例における空燃比
フィードバック制御の様子を示すフローチャート、第９
図は三元触媒の転換効率と空燃比との関係を示す線図で
ある。 ｌ・・・機関　　６・・・燃料噴射弁　　８・・・排気
マニホールド　　ＩＯ・・・三元触媒（触媒式排気浄化
装置）１２・・・コントロールユニット　　１６・・・
第１酸素センサ（第１の空燃比センサ） す（第２の空燃比センサ） １７・・・第２酸素セン 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　　弁理士　　笹　島　富二雄 溶５．ご　（で０２９ 蕩６図 ｊ　７２ 箪８図 、、ＢＧＪ 第９・囚

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装
   置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、機関吸入混
   合気の空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃度
   に感応して出力値が変化する第１及び第２の空燃比セン
   サと、 前記第１の空燃比センサの出力値に基づいて機関吸入混
   合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空
   燃比フィードバック制御手段と、前記第２の空燃比セン
   サの出力値による目標空燃比に対するリッチ・リーン検
   出に基づいて前記空燃比フィードバック制御手段におけ
   る制御操作量を増減補正する制御操作量補正手段と、 を含んで構成された内燃機関の空燃比制御装置において
   、 前記制御操作量補正手段による制御操作量の増減補正レ
   ベルに基づいて前記第１の空燃比センサの劣化を診断す
   る補正レベルによる劣化診断手段を含んで構成したこと
   を特徴とする内燃機関の空燃比制御装置における空燃比
   センサ劣化診断装置。
2. （２）前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比
   の増減補正周期を検出するフィードバック周期検出手段
   を設ける一方、 前記補正レベルによる劣化診断手段に代えて、前記フィ
   ードバック周期検出手段で検出された周期及び前記制御
   操作量補正手段による制御操作量の増減補正レベルに基
   づいて第１の空燃比センサの劣化を診断する周期及び補
   正レベルによる劣化診断手段を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置における空燃
   比センサ劣化診断装置。
3. （３）内燃機関の排気系に設けられた触媒式排気浄化装
   置の上流側及び下流側にそれぞれ設けられ、機関吸入混
   合気の空燃比によって変化する排気中の特定成分の濃度
   に感応して出力値が変化する第１及び第２の空燃比セン
   サと、 前記第１の空燃比センサの出力値に基づいて機関吸入混
   合気の空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空
   燃比フィードバック制御手段と、前記第２の空燃比セン
   サの出力値による目標空燃比に対するリッチ・リーン検
   出に基づいて前記空燃比フィードバック制御手段におけ
   る制御操作量の増減補正値を設定する制御操作補正値設
   定手段と、 該制御操作補正値設定手段によって設定される制御操作
   量の増減補正値を機関運転領域別に学習し記憶する領域
   別補正値学習記憶手段と、 該領域別補正値記憶手段から対応する運転領域の増減補
   正値を検索する領域別補正値検索手段と、該領域別補正
   値検索手段で検索された運転領域別の補正値及び制御操
   作補正値設定手段で設定された増減補正値に基づいて前
   記空燃比フィードバック制御手段における制御操作量を
   補正する制御操作量補正手段と、 を含んで構成された内燃機関の空燃比制御装置において
   、 前記領域別補正値学習記憶手段で学習された運転領域別
   の増減補正値の平均レベルを演算する増減補正平均値演
   算手段と、 該増減補正平均値演算手段で演算された領域別補正値の
   平均レベルに基づいて前記第１の空燃比センサの劣化を
   診断する平均補正値による劣化診断手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の空燃比制
   御装置における空燃比センサ劣化診断装置。
4. （４）前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比
   の増減補正周期を検出するフィードバック周期検出手段
   を設ける一方、 前記平均補正値による劣化診断手段に代えて、前記増減
   補正平均値演算手段で演算された領域別補正値の平均レ
   ベル及び前記フィードバック周期検出手段で検出された
   周期に基づいて前記第１の空燃比センサの劣化を診断す
   る平均補正値及び周期による劣化診断手段を設けたこと
   を特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置
   における空燃比センサ劣化診断装置。
5. （５）前記増減補正平均値演算手段で演算される増減補
   正値の平均レベルを、全運転領域において前記制御操作
   量を一律に補正するための一律補正値として更新記憶す
   る一律補正値記憶手段を備え、前記制御操作量補正手段
   が、前記領域別補正値検索手段で検索された運転領域別
   の補正値及び制御操作補正値設定手段で設定された増減
   補正値に加え、前記一律補正値記憶手段に記憶されてい
   る一律補正値に基づいて前記空燃比フィードバック制御
   手段における制御操作量を補正するよう構成されたこと
   を特徴とする請求項４又は５のいずれかに記載の内燃機
   関の空燃比制御装置における空燃比センサ劣化診断装置
   。