JP4134480B2 - 空燃比センサの劣化診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の空燃比センサの劣化診断装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の空燃比を運転条件に応じて異なる目標空燃比に精度よく制御するために、排気系に広域空燃比センサを設け、この広域空燃比センサの出力に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する装置が知られている。
【０００３】
この場合、広域空燃比センサが劣化などにより出力特性が変動すると、空燃比の制御精度が低下する。そこで、広域空燃比センサの劣化や故障などを自己診断する機能を付与し、センサ出力の変動幅が限界値を超えたときには、交換や修理を促すようになっている。
【０００４】
この劣化などの診断は、例えば次のようにして行う。広域空燃比センサの出力は（排気）空燃比に応じて変化するが、一般的に正常品と劣化品とでは、空燃比の変化に対する応答時間が異なり、劣化が進むほど応答時間が長くかかる。換言すると、劣化が進むほど同一の反応時間についての出力の変化代が小さくなる。
【０００５】
したがって、空燃比を一定値だけ変化させたときの、単位時間あたりのセンサ出力の変化代を判断することにより劣化の程度が分かり、この変化代が規定値よりも小さくなったときに劣化によるセンサ異常を判定している。
【０００６】
ところで、内燃機関の燃料として市販の燃料には、燃料成分が標準の燃料と重質分が多い燃料とがある。標準燃料に比較して重質燃料は、燃料の揮発性が低く、燃料噴射弁により吸気管に噴射された燃料が実際に燃焼室に到達して燃焼するまでに時間差が出てくる。
【０００７】
このため、広域空燃比センサの診断を行う場合、燃料成分によっては劣化の判定が正確に行えないことがある。
【０００８】
空燃比を変化させたときに、排気管に設置した広域空燃比センサでこの空燃比の変化が検出されるまでの遅れ時間が、標準燃料と重質燃料とでは異なり、重質燃料では単位時間の空燃比センサの出力変化代が、標準燃料に比較して小さくなってしまう。したがって、空燃比センサ出力の変化代を劣化判定の基準値と比較するとき、標準燃料と重質燃料とでは結果が相違し、空燃比センサが正常であっても誤って劣化を判定することもある。
【０００９】
燃料成分の相違により空燃比センサで検出される空燃比の応答に遅れが出ることは、特開平１１−２４１６４３号公報などにより指摘されており、この公報では空燃比を切り換えたときの空燃比センサの出力変化から、標準燃料と重質燃料の判定を行うことが、また、判定した燃料性状により燃料噴射量を補正することが提案されている。
【００１０】
【発明が解決すべき課題】
従来、空燃比センサの劣化診断にあたり、このような燃料性状の相違を考慮して、劣化診断時の比較基準となる診断クライテリアを、燃料が標準（軽質燃料）から重質燃料までの特性を加味した平均値的なクライテリアとしたり、あるいは診断するときの運転領域を限定して誤診断を防ぐようにしていた。
【００１１】
しかし、この場合、例えば診断クライテリアに余裕代を持たせるために精度が低くなったり、あるいは診断領域が限られ、空燃比センサの劣化診断の頻度が低下する等の問題があった。
【００１２】
本発明はこのような問題を解決することを目的とするもので、燃料性状が異なっても精度よく空燃比センサの劣化判断が行えるようにする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、燃料性状を判定する手段と、燃料カット後、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過したときに空燃比センサの診断領域にあると判定する手段と、この診断領域において空燃比センサの出力変化代を所定の基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段と、燃料性状に応じてこの空燃比センサの診断を停止する手段とを備える。
【００１４】
第２の発明は、内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、
燃料性状を判定する手段と、燃料性状に応じてそれぞれ空燃比センサの診断領域を判定する手段と、燃料性状に応じてそれぞれの診断領域において空燃比センサの出力変化代を共通の基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段とを備える。
【００１５】
第３の発明は、内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、燃料性状を判定する手段と、燃料カット後、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過したときに空燃比センサの診断領域にあると判定する手段と、燃料性状に応じて異なった診断基準値を設定する手段と、診断領域において空燃比センサの出力の変化代を燃料性状に対応した診断基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段とを備える。
【００１６】
第４の発明は、第２の発明において、前記診断領域を判定する手段は、燃料カット後、診断開始ディレイ時間を経過したときに診断領域にあると判定する。
【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、前記診断開始ディレイ時間が燃料性状に応じて異なった時間に設定される。
【００１８】
【作用、効果】
第１の発明では、判定された燃料性状が、空燃比センサの診断を行う設定燃料と一致する場合に、診断領域が判定された時点で、空燃比センサの出力の変化代を診断基準値と比較して空燃比センサの劣化判断が行われ、また燃料性状が設定された燃料と異なるときは、空燃比センサの劣化判断を停止する。このため、劣化診断を行う診断領域、診断基準値などは設定燃料の特性にのみ合わせて決めることができ、それだけ空燃比センサの劣化診断の精度が高められる。
また、診断領域の判定は、燃料カット後にディレイ時間を経過したとき、つまり吸気系で空燃比の切換があって、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過してから排気系の空燃比の変化代を判断することにより、空燃比センサの出力の変化代が十分に大きい領域で劣化判定できるので診断精度が高まる。
【００１９】
第２の発明では、燃料性状に応じて診断領域を変更し、このため診断基準値が同一であっても、それぞれの燃料特性に応じて適切な診断が可能となり、燃料性状の相違による応答性の変化分に影響されずに正確に空燃比センサの診断が行える。
【００２０】
第３の発明では、燃料性状に応じて診断基準値を変更し、したがってこの場合にも、それぞれの燃料性状に応じて適切な空燃比センサの劣化診断ができる。
また、診断領域の判定は、燃料カット後にディレイ時間を経過したとき、つまり吸気系で空燃比の切換があって、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過してから排気系の空燃比の変化代を判断することにより、空燃比センサの出力の変化代が十分に大きい領域で劣化判定できるので診断精度が高まる。
【００２１】
第４の発明においては、診断領域の判定は、燃料カット後にディレイ時間を経過したとき、つまり吸気系で空燃比の切換があって所定の時間の経過してから排気系の空燃比の変化代を判断することにより、劣化診断が行われるので、空燃比センサの出力の変化代が十分に大きい領域で劣化判定でき、診断精度が高まる。
【００２２】
第５の発明では、燃料性状により空燃比の変化に対する空燃比センサ出力の変化代が大きくなる遅れ時間が異なるので、それぞれに対応してディレイ時間を設定することにより、それぞれで適正な劣化診断が行える。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気管、３は排気管で、吸気管２には必要な燃料を噴射する燃料噴射弁４が設けられる。５は吸入空気量を制御してエンジン出力を制御する吸気絞弁、６は排気管に設置した排気中の有害成分を浄化す触媒（三元触媒）である。
【００２５】
燃料噴射弁４から噴射される燃料噴射量を運転条件に応じて設定される目標空燃比となるように制御するためにコントローラ１０が備えられる。
【００２６】
コントローラ１０は入力回路、中央演算回路（マイクロプロセッサ）、記憶回路、出力回路などから構成され、このコントローラ１０には、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１２、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、吸気絞弁開度を検出する絞弁開度センサ１４、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１５、車速を検出する車速センサ１６からの信号が入力し、さらに触媒上流の排気空燃比を検出する広域空燃比センサ１１、下流の排気空燃比を検出する酸素センサ２０からの信号も入力し、これらに基づいて運転条件に応じて目標空燃比となるように燃料噴射量を演算し、エンジン回転に同期して燃料噴射弁４に燃料噴射信号を出力する。
【００２７】
そして、コントローラ１０は広域空燃比センサ１１の出力特性が正常であるかどうか判定する診断機能をも持っている。この診断は後述するフローチャートにも示すが、エンジンに供給される燃料の性状、つまり標準燃料か重質燃料化の判定を行い、この判定結果にしたがって診断領域を変更したり、異なった診断クライテリアを用いることにより、燃料性状にかかわらず常に正確な判定が行えるようになっている。
【００２８】
図２は第１の実施形態の診断内容を示すフローチャートであり、これはコントローラ１０において所定時間間隔をもって繰り返し実行される。
【００２９】
まず、ステップＳ１では燃料性状が標準燃料であるかどうかの判定を行う。この判定は、例えば暖機後のアイドル運転時などに空燃比をステップ的に変化させると、このときの空燃比センサ１１の出力波形が、例えば図３のように、ステップ波形Ａに対して標準燃料ではＢ、燃料の揮発性の低い重質燃料ではＣのようになり、これらステップ波形Ａに対する偏差から標準燃料か重質燃料であるかが判定できる。
【００３０】
ステップＳ２では診断移行可能な運転状態にあるかどうかの判断を行う。これは例えば、車速ＶＳＰが所定の下限値ＡＦＶＳＰＬ１と上限値ＡＦＶＳＰＨ１の間にあるか、燃料噴射パルス幅ＴＰが所定の下限値ＡＦＴＰＬ１と上限値ＡＦＴＰＨ１との間にあるか、あるいはエンジン回転数ＮＥが所定の下限値ＡＦＮＥＬ１と上限値ＡＦＮＥＨ１との間にあるかを判断することにより行い、上下限値の中に入っているとき、換言すると空燃比がストイキもしくは一定の空燃比にあるときは、診断移行可能と判断してステップＳ３に進む。
【００３１】
ここでは、診断領域であるかどうかを、運転条件が燃料カット後の所定の診断開始ディレイ時間ＡＦＦＣＤ１を経過したかどうかにより判定する。燃料カットにより空燃比センサ１１の出力はそれまでのストイキから燃料の含まれていないリーン（空気だけ）に変化する。
【００３２】
なお燃料カット前の運転条件が異なると、空燃比の変化特性が異なり、正確な比較ができないので、条件を合わせるためにステップＳ２での判断が行われる。
【００３３】
また、燃料カット後に所定の診断開始ディレイ時間ＡＦＦＣＤ１を持たせたのは、図４のように、燃料カットしてから排気系の空燃比が変化するまでに時間遅れがあり、かつ初期には変化代の絶対値も小さく、検出誤差が出やすくなるので、診断開始までにある時間を設定している。
【００３４】
ディレイ時間が経過したら、ステップＳ４で広域空燃比センサ１１の出力の変化量ΔＡ／Ｆを算出する。このセンサ出力の変化量ΔＡ／Ｆは、一定の演算区間ＤＡＦＴＭ１における出力変化幅として算出される。
【００３５】
そして、ステップＳ５において、このようして算出したセンサ出力の変化量ΔＡ／Ｆを、空燃比診断クライテリアＤＡＦＮＧ１と比較し、空燃比センサ１１の応答特性が正常範囲かあるいは異常であるかを判定する。診断クライテリアＤＡＦＮＧ１は、燃料性状に応じて設定され、本実施形態では、重質燃料ではなく標準燃料に対する劣化判定の比較基準値として設定される。
【００３６】
図４にも示すように、同一の燃料性状において、正常範囲の空燃比センサの単位応答時間における出力変化代は劣化したものよりも大きく、したがって、予め燃料性状に応じて設定された診断クライテリアと比較することにより、正確に空燃比センサ１１の特性の診断が行える。
【００３７】
もし、空燃比の変化量ΔＡ／Ｆが診断クライテリアＤＡＦＮＧＩよりも大きければ空燃比センサ１１は正常であるとして診断動作を終了させるが、小さいときは空燃比センサ１１の劣化が進んでいるものと判断され、ステップＳ６において空燃比センサ１１の応答性が基準以下として異常が判定される。
【００３８】
このようにして、広域空燃比センサ１１の出力特性が正常であるかどうかについての診断は、まず現在の燃料性状を判定し、これが標準燃料である場合に限り、劣化診断を行う。したがって、このときの診断クライテリアは標準燃料のときのセンサ応答性に基づいて設定されており、このため燃料の揮発性などによる空燃比の切り換え時の応答性の相違が除外され、精度よく空燃比センサ１１の出力特性の劣化のみが判定できるのである。
【００３９】
ちなみに、重質燃料では揮発性が低いため、吸気系での空燃比変化が排気系に到達するまでの遅れが大きく、単位時間あたりの変化代も小さくなり、たとえ広域空燃比センサ１１の出力特性が正常であっても、センサ出力の変化量ΔＡ／Ｆが小さくなる。
【００４０】
したがって、もし標準燃料の診断クライテリアでもってセンサ出力の変化量ΔＡ／Ｆを比較したら、正常であるにもかかわらず、異常の判定がなれさてしまうが、本発明のように、燃料性状が重質燃料のときは診断を中止することによりこのような誤診断を防ぐことができる。
【００４１】
図５は本発明の第２の実施形態を示すフローチャートであり、これについて説明する。
【００４２】
この実施形態では燃料性状の判定結果に基づいて、診断開始ディレイ時間とセンサ出力の変化量ΔＡ／Ｆの演算区間をそれぞれ異なった設定とすることで、異なった燃料性状に対しての診断を正確に行えるようにした。
【００４３】
ステップＳ１１〜ステップＳ１６までは、標準燃料についての空燃比センサ１１の劣化判断であり、これは図２のステップＳ１〜ステップＳ６までの動作と全く同じである。
【００４４】
これに対して、ステップＳ１１で標準燃料では無いと判断されたとき、つまり重質燃料のときは、ステップＳ１７に進んで、現在の運転状態が診断移行可能な状態にあるかどうかを、車速、燃料噴射パルス幅、エンジン回転数をそれぞれ上限値、下限値であるＡＦＶＳＰＨ２とＡＦＶＳＰＬ２、ＡＦＴＰＨ２とＡＦＴＰＬ２、及びＡＦＮＥＨ２とＡＦＮＥＬ２と比較して判断する。
【００４５】
なお、これらの上限、下限値は標準燃料のものとは相違し、重質燃料に対応して最適値に設定されている。
【００４６】
これら各値のいずれかが、上限、下限値内に収まっているときは、診断移行可能と判断し、ステップＳ１８に進む。ここでは、燃料カット後に所定の診断開始ディレイ時間ＡＦＦＣＤ２が経過するまで待ち、経過したらステップＳ１９に移行して演算区間ＤＡＦＴＭ２における広域空燃比センサ１１の出力の変化量ΔＡ／Ｆを算出する。そして、ステップＳ２０において、この算出した変化量ΔＡ／Ｆを、共通の診断クライテリアＤＡＦＮＧ１と比較し、これよりも小さいときには空燃比センサ１１が正常である判断し、診断動作を終了する。
【００４７】
しかし、ステップＳ２０において、空燃比の変化量ΔＡ／Ｆが診断クライテリアＤＡＦＮＧ１よりも小さいときは、ステップＳ２１で広域空燃比センサ１１が劣化により出力応答性が低下しているものと判定する。
【００４８】
重質燃料のときの燃料カット後の診断開始ディレイ時間は、標準燃料のディレイ時間よりも長くとってあり、かつ変化量ΔＡ／Ｆの演算区間も長くしている。これは重質燃料の方が燃料の揮発性が低く、吸気系での燃料供給量の変化に対して排気系の広域空燃比センサ１１がこの変化を検出するまでの時間遅れが大きいためである。したがって、同一のディレイ時間と演算区間で比較すると、広域空燃比センサ１１が正常であったとしても、重質燃料の場合には空燃比の変化量ΔＡ／Ｆが小さくなり、これを同一の診断クライテリアを基準に判断すると、誤って劣化したものと判断することがある。
【００４９】
しかし、この実施形態では診断開始ディレイ時間を燃料性状によって異ならせ、時間遅れの大きい重質燃料について充分な遅れ時間をとることにより、同一の診断クライテリアを用いて比較しても、正確に判断できるのである。
【００５０】
図６にも示すように、重質燃料に対しては診断開始ディレイ時間を長くし、かつ変化量ΔＡ／Ｆの演算区間を長くすることで、空燃比の変化量ΔＡ／Ｆが、標準燃料のときと同一になり、いずれの燃料についても共通の診断クライテリアでもって空燃比センサ１１の正確な劣化判定が可能となった。
【００５１】
次に図７のフローチャートに示す本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５２】
この実施形態では、標準燃料と重質燃料とで、診断開始ディレイ時間とセンサ出力の変化量ΔＡ／Ｆの演算区間を同一にするが、診断クライテリアを異ならせることで、両方の燃料について正確に空燃比センサ１１の診断を可能にした。
【００５３】
標準燃料のときの診断動作であるステップＳ３１〜ステップＳ３６までは、図２のステップＳ１〜ステップＳ６までと実質的に同じであり、また、ステップＳ３７〜ステップＳ４１につても、このうちステップＳ４０を除くと、ステップＳ２〜ステップＳ６までと同一である。
【００５４】
つまり、ステップＳ３５とステップＳ４０で用いられる空燃比の変化量ΔＡ／Ｆを比較する基準値としての診断クライテリアが、標準燃料のときはＤＡＦＮＧ１であるのに対し、重質燃料のときはＤＡＦＮＧ２であり、その大きさが異なっている。同一の診断ディレイ時間と演算区間では、標準燃料の方が重質燃料よりも空燃比の変化量ΔＡ／Ｆが大きいため、診断クライテリアＤＡＦＮＧ１はＤＡＦＮＧ２よりも大きく設定されている。
【００５５】
これにより標準燃料のときと重質燃料のときとで空燃比センサ１１の劣化判断をそれぞれ適切に行うことが可能となる。
【００５６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図３】標準燃料と重質燃料の空燃比変化に対する空燃比センサ応答波形の比較説明図である。
【図４】空燃比センサの正常時と劣化時での空燃比の変化に対する応答波形の説明図である。
【図５】第２の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】空燃比センサの正常時と劣化時での空燃比の変化に対する応答波形の説明図である。
【図７】第３の実施形態の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ 吸気管
３ 排気管
４ 燃料噴射弁
６ 触媒
１０ コントローラ
１１ 空燃比センサ
１２ クランク角センサ
１３ エアフローメータ
１６ 車速センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、
   燃料性状を判定する手段と、
   燃料カット後、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過したときに空燃比センサの診断領域にあると判定する手段と、
   この診断領域において空燃比センサの出力変化代を所定の基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段と、
   燃料性状に応じてこの空燃比センサの診断を停止する手段とを備えることを特徴とする空燃比センサの劣化診断装置。
2. 内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、
   燃料性状を判定する手段と、
   燃料性状に応じてそれぞれ空燃比センサの診断領域を判定する手段と、
   燃料性状に応じてそれぞれの診断領域において空燃比センサの出力変化代を共通の基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段とを備えることを特徴とする空燃比センサの劣化診断装置。
3. 内燃機関の排気系に設置した排気空燃比を検出する空燃比センサと、吸気系に設けた燃料噴射弁とを備え、目標空燃比となるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を空燃比センサの出力に基づいて制御する内燃機関において、
   燃料性状を判定する手段と、
   燃料カット後、燃料性状に応じて設定された診断開始ディレイ時間を経過したときに空燃比センサの診断領域にあると判定する手段と、
   燃料性状に応じて異なった診断基準値を設定する手段と、
   診断領域において空燃比センサの出力の変化代を燃料性状に対応した診断基準値と比較して空燃比センサの劣化を判断する手段とを備えることを特徴とする空燃比センサの劣化診断装置。
4. 前記診断領域を判定する手段は、燃料カット後、診断開始ディレイ時間を経過したときに診断領域にあると判定する請求項２に記載の空燃比センサの劣化診断装置。
5. 前記診断開始ディレイ時間が燃料性状に応じて異なった時間に設定される請求項４に記載の空燃比センサの劣化診断装置。

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