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JP5035688B2 - Air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device - Google Patents

Air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device Download PDF

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JP5035688B2
JP5035688B2 JP2008052691A JP2008052691A JP5035688B2 JP 5035688 B2 JP5035688 B2 JP 5035688B2 JP 2008052691 A JP2008052691 A JP 2008052691A JP 2008052691 A JP2008052691 A JP 2008052691A JP 5035688 B2 JP5035688 B2 JP 5035688B2
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fuel ratio
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徹 木所
圭児 今村
中村  文彦
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は空燃比センサの異常診断装置に係り、特に、多気筒内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置に関する。   The present invention relates to an abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor, and more particularly to an abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage of a multi-cylinder internal combustion engine.

触媒を利用した排気ガス浄化システムを備える内燃機関では、触媒による排気ガスの有害成分の浄化を有効に行うため、内燃機関で燃焼される混合気の空気と燃料との混合割合、すなわち空燃比のコントロールが欠かせない。こうした空燃比の制御を行うため、内燃機関の排気通路に、排気ガスの特定成分の濃度に基づいて空燃比を検出する空燃比センサを設け、その検出された空燃比を所定の目標空燃比に近づけるようフィードバック制御を実施している。   In an internal combustion engine equipped with an exhaust gas purification system using a catalyst, in order to effectively remove harmful components of exhaust gas by the catalyst, the mixture ratio of air and fuel in the air-fuel mixture burned in the internal combustion engine, that is, the air-fuel ratio is reduced. Control is essential. In order to perform such control of the air-fuel ratio, an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine based on the concentration of a specific component of the exhaust gas, and the detected air-fuel ratio is set to a predetermined target air-fuel ratio. Feedback control is carried out so that it can approach.

ところで、空燃比センサに劣化、故障等の異常を来すと、正確な空燃比フィードバック制御が実行できなくなり排ガスエミッションが悪化する。よって空燃比センサの異常を診断することが従来から行われている。特に、自動車に搭載されたエンジンの場合、排ガスが悪化した状態での走行を未然に防止するため、車載状態(オンボード)で空燃比センサの異常を検出することが各国法規等からも要請されている。   By the way, if an abnormality such as deterioration or failure occurs in the air-fuel ratio sensor, accurate air-fuel ratio feedback control cannot be performed, and exhaust gas emission deteriorates. Therefore, it has been conventionally performed to diagnose abnormality of the air-fuel ratio sensor. In particular, in the case of an engine mounted on an automobile, it is requested by the laws and regulations of each country to detect an abnormality in the air-fuel ratio sensor in an on-board state (onboard) in order to prevent traveling in a state where exhaust gas has deteriorated. ing.

例えば特許文献1には、目標空燃比の急変時において、空燃比補正係数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診断する装置が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for diagnosing an abnormality of an air-fuel ratio sensor based on a comparison result between a change amount of an air-fuel ratio correction coefficient and a change amount of a target air-fuel ratio when the target air-fuel ratio changes suddenly.

特開平8−270482号公報JP-A-8-270482

ところで、多気筒内燃機関においては、実際の空燃比が気筒間でズレたりばらついたりすることがあり、例えば一部の気筒の燃料噴射系の故障等により当該一部気筒の燃料噴射量が残部気筒の燃料噴射量より大きくずれてしまう場合がある。この場合、空燃比センサの出力にもその気筒間空燃比ばらつきの影響が出てしまい、空燃比センサが正常であるにも拘わらず正常な出力が得られなくなって空燃比センサを異常と誤診断してしまう可能性がある。なお特許文献1に記載の装置においても、空燃比センサの正常時に気筒間空燃比ばらつきが発生すると、これに起因して正常な空燃比補正係数変化量が得られなくなり、誤診断してしまう可能性がある。   By the way, in a multi-cylinder internal combustion engine, the actual air-fuel ratio may shift or vary between cylinders. For example, the fuel injection amount of some cylinders may be reduced due to a failure in the fuel injection system of some cylinders. There is a case where the fuel injection amount deviates greatly. In this case, the output of the air-fuel ratio sensor is also affected by the variation in the air-fuel ratio between the cylinders, and although the air-fuel ratio sensor is normal, a normal output cannot be obtained and the air-fuel ratio sensor is erroneously diagnosed as abnormal. There is a possibility that. Even in the apparatus described in Patent Document 1, if the air-fuel ratio variation between cylinders occurs when the air-fuel ratio sensor is normal, a normal change amount of the air-fuel ratio correction coefficient cannot be obtained due to this variation, and a misdiagnosis may occur. There is sex.

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、気筒間空燃比ばらつきの影響を排除して誤診断を防止し得る空燃比センサの異常診断装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor capable of preventing erroneous diagnosis by eliminating the influence of air-fuel ratio variation between cylinders. is there.

本発明の一形態によれば、
多気筒内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置であって、
少なくとも前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常を診断する診断手段と、
気筒間の空燃比ばらつきに関するパラメータであるインバランスパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに基づき、前記空燃比センサの出力を補正する出力補正手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage of a multi-cylinder internal combustion engine,
Diagnosing means for diagnosing abnormality of the air-fuel ratio sensor based on at least the output of the air-fuel ratio sensor;
Detecting means for detecting an imbalance parameter which is a parameter relating to air-fuel ratio variation between cylinders;
An abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor is provided, comprising: output correction means for correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on the imbalance parameter detected by the detection means.

これによれば、検出されたインバランスパラメータに基づき、空燃比センサの出力を、気筒間空燃比ばらつきがないときに得られるような値に補正することができる。これにより気筒間空燃比ばらつきの影響を排除し、本来の空燃比センサ出力を得て誤診断を防止できる。   According to this, based on the detected imbalance parameter, the output of the air-fuel ratio sensor can be corrected to a value that can be obtained when there is no inter-cylinder air-fuel ratio variation. As a result, the influence of the variation in the air-fuel ratio between cylinders can be eliminated, and the original air-fuel ratio sensor output can be obtained to prevent erroneous diagnosis.

好ましくは、前記出力補正手段は、前記出力に対してなまし処理又はフィルタリング処理を実行することにより前記出力を補正し、且つ、前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに応じて、前記なまし処理におけるなまし率を設定するか、又は前記フィルタリング処理におけるカットオフ周波数を設定する。   Preferably, the output correction unit corrects the output by executing a smoothing process or a filtering process on the output, and performs the correction according to the imbalance parameter detected by the detection unit. The smoothing rate in the mashing process is set, or the cutoff frequency in the filtering process is set.

気筒間空燃比ばらつきが発生すると、空燃比センサ出力の変動が大きくなり、その出力波形に高周波の変動が重畳してくるようになるが、その出力に対してなまし処理又はフィルタリング処理を実行すると高周波変動成分を抑制ないし消失させることができる。特に気筒間空燃比ばらつきの度合いが大きくなるほど出力変動が大きくなる傾向にあるので、インバランスパラメータに応じてなまし率又はカットオフ周波数を設定するのが好適である。   When the cylinder-to-cylinder air-fuel ratio variation occurs, fluctuations in the air-fuel ratio sensor output increase, and high-frequency fluctuations are superimposed on the output waveform, but if the smoothing or filtering process is performed on the output, High frequency fluctuation components can be suppressed or eliminated. In particular, since the output fluctuation tends to increase as the degree of variation in the air-fuel ratio between the cylinders increases, it is preferable to set the smoothing rate or the cut-off frequency according to the imbalance parameter.

好ましくは、前記診断手段は、燃料噴射弁から前記空燃比センサまでの系を一次遅れ要素によりモデル化してなるモデルに対する入力と、前記空燃比センサの出力とに基づき、前記一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、前記同定手段により同定されたパラメータに基づき、前記空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段とを備える。   Preferably, the diagnosis means determines a parameter in the first-order lag element based on an input to a model obtained by modeling a system from a fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor with a first-order lag element and an output of the air-fuel ratio sensor. An identifying means for identifying and an abnormality determining means for judging an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameters identified by the identifying means.

このような一次遅れモデルを用いた同定手法により、一次遅れ要素におけるパラメータを同定し、同定されたパラメータに基づき空燃比センサの所定の特性の異常を診断できる。単なる空燃比センサの異常ではなく、空燃比センサの所定の特性の異常を診断できるので、異常診断をより緻密に実行することが可能である。   By using such an identification method using a first-order lag model, a parameter in the first-order lag element is identified, and an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor can be diagnosed based on the identified parameter. An abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor can be diagnosed instead of a simple abnormality of the air-fuel ratio sensor, so that the abnormality diagnosis can be executed more precisely.

本発明の他の形態によれば、
多気筒内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの異常診断装置であって、
燃料噴射弁から前記空燃比センサまでの系を一次遅れ要素によりモデル化してなるモデルに対する入力と、前記空燃比センサの出力とに基づき、前記一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、
前記同定手段により同定されたパラメータに基づき、前記空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段と、
気筒間の空燃比ばらつきに関するパラメータであるインバランスパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに基づき、前記同定されたパラメータを補正する同定パラメータ補正手段と
を備えたことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
An air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas of a multi-cylinder internal combustion engine,
Identification means for identifying a parameter in the first-order lag element based on an input to a model obtained by modeling a system from a fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor with a first-order lag element, and an output of the air-fuel ratio sensor;
An abnormality determining means for determining an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter identified by the identifying means;
Detecting means for detecting an imbalance parameter which is a parameter relating to air-fuel ratio variation between cylinders;
An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor is provided, comprising: identification parameter correction means for correcting the identified parameter based on the imbalance parameter detected by the detection means.

気筒間空燃比ばらつきが発生すると、空燃比センサ出力の変動が大きくなり、その出力波形に高周波の変動が重畳してくるようになるが、その出力をそのまま用いてモデル同定を行うと、同定されたパラメータが、気筒間空燃比ばらつきが無い場合に比べて減少する。本発明の他の形態によれば、検出されたインバランスパラメータに基づき、同定されたパラメータを、気筒間空燃比ばらつきがないときに得られるような値に補正することができる。これにより気筒間空燃比ばらつきの影響を排除し、本来の同定パラメータを得て誤診断を防止できる。   When the air-fuel ratio variation between cylinders occurs, the fluctuation of the air-fuel ratio sensor output becomes large, and the fluctuation of the high frequency is superimposed on the output waveform. The parameter is reduced as compared with the case where there is no variation in the air-fuel ratio between cylinders. According to another aspect of the present invention, based on the detected imbalance parameter, the identified parameter can be corrected to a value that can be obtained when there is no inter-cylinder air-fuel ratio variation. As a result, the influence of variations in the air-fuel ratio between cylinders can be eliminated, and the original identification parameter can be obtained to prevent erroneous diagnosis.

好ましくは、前記一次遅れ要素におけるパラメータが少なくともゲインと時定数を含み、前記空燃比センサの所定の特性が少なくとも前記ゲインに対応した出力と前記時定数に対応した応答性とを含む。   Preferably, the parameter in the first-order lag element includes at least a gain and a time constant, and the predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor includes at least an output corresponding to the gain and responsiveness corresponding to the time constant.

これにより、空燃比センサの代表的な特性である出力と応答性について個別に且つ同時に診断を行うことができ、より緻密で詳細な異常診断を実行することができる。   As a result, the output and responsiveness, which are typical characteristics of the air-fuel ratio sensor, can be diagnosed individually and simultaneously, and a more detailed and detailed abnormality diagnosis can be executed.

好ましくは、前記検出手段は、前記空燃比センサの出力の所定時間当たりの軌跡長又は軌跡面積に基づき、前記インバランスパラメータを算出する。   Preferably, the detection means calculates the imbalance parameter based on a locus length or locus area per predetermined time of the output of the air-fuel ratio sensor.

気筒間空燃比ばらつきが大きくなるほど、空燃比センサ出力の変動及び振幅が大きくなり、空燃比センサ出力の所定時間当たりの軌跡長又は軌跡面積が増大する。そこでこの相関性を利用し、空燃比センサ出力の軌跡長又は軌跡面積に基づいてインバランスパラメータが算出される。   As the variation in the air-fuel ratio between the cylinders increases, the variation and amplitude of the air-fuel ratio sensor output increase, and the locus length or locus area per predetermined time of the air-fuel ratio sensor output increases. Therefore, the imbalance parameter is calculated based on the trajectory length or trajectory area of the air-fuel ratio sensor output using this correlation.

代替的に、前記検出手段は、
前記空燃比センサの下流側の前記排気通路に配置され、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒と、
前記触媒の下流側の前記排気通路に配置された触媒後空燃比センサと、
前記空燃比センサにより検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるような主空燃比制御及び前記触媒後空燃比センサにより検出された空燃比を前記目標空燃比に一致させるような補助空燃比制御を実行する空燃比制御手段であって、前記触媒後空燃比センサの出力に基づき前記補助空燃比制御のための制御量を算出する空燃比制御手段と、
前記算出された制御量に基づき、前記インバランスパラメータを算出する手段と
を備えるのが好ましい。
Alternatively, the detection means comprises
A catalyst that is disposed in the exhaust passage downstream of the air-fuel ratio sensor and oxidizes and purifies at least hydrogen contained in the exhaust;
A post-catalyst air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst;
A main air-fuel ratio control that matches the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor with a predetermined target air-fuel ratio and an auxiliary air-fuel ratio that matches the air-fuel ratio detected by the post-catalyst air-fuel ratio sensor with the target air-fuel ratio. Air-fuel ratio control means for performing fuel ratio control, calculating air-fuel ratio control means for calculating the control amount for the auxiliary air-fuel ratio control based on the output of the post-catalyst air-fuel ratio sensor;
It is preferable to comprise means for calculating the imbalance parameter based on the calculated control amount.

気筒間空燃比ばらつきが大きくなるほど補助空燃比制御における制御量が、空燃比をよりリッチ側に補正するような増大側の値に変化するという特性がある。よってこの特性を利用し、当該制御量に基づきインバランスパラメータが算出される。   There is a characteristic that the control amount in the auxiliary air-fuel ratio control changes to an increasing value that corrects the air-fuel ratio to a richer side as the variation in the air-fuel ratio between the cylinders becomes larger. Therefore, using this characteristic, an imbalance parameter is calculated based on the control amount.

代替的に、前記検出手段は、
前記空燃比センサの下流側の前記排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の吸蔵酸素量と放出酸素量を検出する手段と、
前記検出された吸蔵酸素量と放出酸素量の比又は差に基づき、前記インバランスパラメータを算出する手段と
を備えるのが好ましい。
Alternatively, the detection means comprises
A catalyst disposed in the exhaust passage downstream of the air-fuel ratio sensor;
Means for detecting the amount of oxygen stored and released from the catalyst;
It is preferable to comprise means for calculating the imbalance parameter based on the ratio or difference between the detected stored oxygen amount and the released oxygen amount.

気筒間空燃比ばらつきが発生すると、吸蔵酸素量と放出酸素量の対称関係が崩れ、一方に対し他方が大きくなる。よってこのことを利用し、吸蔵酸素量と放出酸素量の比又は差に基づきインバランスパラメータが算出される。   When the cylinder-to-cylinder air-fuel ratio variation occurs, the symmetrical relationship between the stored oxygen amount and the released oxygen amount is broken, and the other becomes larger than the other. Therefore, using this, the imbalance parameter is calculated based on the ratio or difference between the stored oxygen amount and the released oxygen amount.

好ましくは、前記インバランスパラメータがインバランス割合からなり、当該インバランス割合が式:IB=(Q−Qs)/Qs(但し、IBはインバランス割合、Qはインバランス気筒の燃料噴射量、Qsはバランス気筒の燃料噴射量)により表される。   Preferably, the imbalance parameter is an imbalance ratio, and the imbalance ratio is expressed by the formula: IB = (Q−Qs) / Qs (where IB is the imbalance ratio, Q is the fuel injection amount of the imbalance cylinder, Qs Is expressed by the fuel injection amount of the balance cylinder).

このインバランス割合は、気筒間空燃比ばらつきに関するパラメータ即ちインバランスパラメータとして特に好適である。   This imbalance ratio is particularly suitable as a parameter relating to variations in the air-fuel ratio between cylinders, that is, an imbalance parameter.

本発明によれば、気筒間空燃比ばらつきの影響を排除して誤診断を防止できるという、優れた効果が発揮される。   According to the present invention, an excellent effect is exhibited in that erroneous diagnosis can be prevented by eliminating the influence of the variation in air-fuel ratio between cylinders.

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づき説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本実施形態に係る内燃機関の概略図である。図示されるように、内燃機関1は、シリンダブロック2に形成された燃焼室3の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室3内でピストンを往復移動させることにより動力を発生する。本実施形態の内燃機関1は自動車用の多気筒内燃機関であり、より具体的には並列4気筒の火花点火式内燃機関即ちガソリンエンジンである。但し本発明が適用可能な内燃機関はこのようなものに限られず、多気筒内燃機関であれば気筒数、形式等は特に限定されない。   FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine according to the present embodiment. As shown in the figure, the internal combustion engine 1 generates power by burning a mixture of fuel and air in a combustion chamber 3 formed in a cylinder block 2 and reciprocating a piston in the combustion chamber 3. . The internal combustion engine 1 of the present embodiment is a multi-cylinder internal combustion engine for automobiles, more specifically, a parallel 4-cylinder spark ignition internal combustion engine, that is, a gasoline engine. However, the internal combustion engine to which the present invention is applicable is not limited to this, and the number of cylinders, the type, and the like are not particularly limited as long as it is a multi-cylinder internal combustion engine.

図示しないが、内燃機関1のシリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが気筒ごとに配設されており、各吸気弁および各排気弁はカムシャフトによって開閉させられる。シリンダヘッドの頂部には、燃焼室3内の混合気に点火するための点火プラグ7が気筒ごとに取り付けられている。   Although not shown, the cylinder head of the internal combustion engine 1 is provided with an intake valve for opening and closing the intake port and an exhaust valve for opening and closing the exhaust port for each cylinder. Each intake valve and each exhaust valve is provided by a camshaft. Can be opened and closed. A spark plug 7 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is attached to the top of the cylinder head for each cylinder.

各気筒の吸気ポートは気筒毎の枝管4を介して吸気集合室であるサージタンク8に接続されている。サージタンク8の上流側には吸気管13が接続されており、吸気管13の上流端にはエアクリーナ9が設けられている。そして吸気管13には、上流側から順に、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ5と、電子制御式のスロットルバルブ10とが組み込まれている。吸気ポート、枝管、サージタンク8及び吸気管13により吸気通路が形成される。   The intake port of each cylinder is connected to a surge tank 8 which is an intake air collecting chamber via a branch pipe 4 for each cylinder. An intake pipe 13 is connected to the upstream side of the surge tank 8, and an air cleaner 9 is provided at the upstream end of the intake pipe 13. An air flow meter 5 for detecting the intake air amount and an electronically controlled throttle valve 10 are incorporated in the intake pipe 13 in order from the upstream side. An intake passage is formed by the intake port, the branch pipe, the surge tank 8 and the intake pipe 13.

吸気通路、特に吸気ポート内に燃料を噴射するインジェクタ(燃料噴射弁)12が気筒ごとに配設される。インジェクタ12から噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気をなし、この混合気が吸気弁の開弁時に燃焼室3に吸入され、ピストンで圧縮され、点火プラグ7で点火燃焼させられる。   An injector (fuel injection valve) 12 that injects fuel into the intake passage, particularly into the intake port, is provided for each cylinder. The fuel injected from the injector 12 is mixed with intake air to form an air-fuel mixture. The air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 3 when the intake valve is opened, compressed by the piston, and ignited and burned by the spark plug 7.

一方、各気筒の排気ポートは排気マニフォールド14に接続される。排気マニフォールド14は、その上流部をなす気筒毎の枝管14aと、その下流部をなす排気集合部14bとからなる。排気集合部14bの下流側には排気管6が接続されている。排気ポート、排気マニフォールド14及び排気管6により排気通路が形成される。排気管6の上流側と下流側にはそれぞれ三元触媒からなる触媒11,19が直列に取り付けられている。上流触媒11の上流側及び下流側にそれぞれ排気ガスの空燃比を検出するための第1及び第2の空燃比センサ、即ち触媒前センサ17及び触媒後センサ18が設置されている。これら触媒前センサ17及び触媒後センサ18は、上流触媒11の直前及び直後の位置の排気通路に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出する。このように上流触媒11の上流側の排気合流部に単一の触媒前センサ17が設置されている。   On the other hand, the exhaust port of each cylinder is connected to the exhaust manifold 14. The exhaust manifold 14 includes a branch pipe 14a for each cylinder forming an upstream portion thereof and an exhaust collecting portion 14b forming a downstream portion thereof. An exhaust pipe 6 is connected to the downstream side of the exhaust collecting portion 14b. An exhaust passage is formed by the exhaust port, the exhaust manifold 14 and the exhaust pipe 6. Catalysts 11 and 19 made of a three-way catalyst are respectively attached in series on the upstream side and the downstream side of the exhaust pipe 6. First and second air-fuel ratio sensors for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas, that is, a pre-catalyst sensor 17 and a post-catalyst sensor 18 are installed on the upstream side and the downstream side of the upstream catalyst 11, respectively. The pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 are installed in the exhaust passage immediately before and after the upstream catalyst 11, and detect the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust. In this way, the single pre-catalyst sensor 17 is installed at the exhaust merging portion on the upstream side of the upstream catalyst 11.

上述の点火プラグ7、スロットルバルブ10及びインジェクタ12等は、制御手段としての電子制御ユニット(以下ECUと称す)20に電気的に接続されている。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポート、および記憶装置等を含むものである。またECU20には、図示されるように、前述のエアフローメータ5、触媒前センサ17、触媒後センサ18のほか、内燃機関1のクランク角を検出するクランク角センサ16、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ15、その他の各種センサが図示されないA/D変換器等を介して電気的に接続されている。ECU20は、各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ7、スロットルバルブ10、インジェクタ12等を制御し、点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等を制御する。なおスロットル開度は通常アクセル開度に応じた開度に制御される。   The spark plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, and the like described above are electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 20 as control means. The ECU 20 includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port, a storage device, and the like, all not shown. In addition to the air flow meter 5, the pre-catalyst sensor 17, and the post-catalyst sensor 18, the ECU 20 includes a crank angle sensor 16 that detects the crank angle of the internal combustion engine 1 and an accelerator that detects the accelerator opening, as shown in the figure. The opening sensor 15 and other various sensors are electrically connected via an A / D converter or the like (not shown). The ECU 20 controls the ignition plug 7, the throttle valve 10, the injector 12, etc. so as to obtain a desired output based on the detection values of various sensors, etc., and the ignition timing, fuel injection amount, fuel injection timing, throttle opening. Control the degree etc. The throttle opening is normally controlled to an opening corresponding to the accelerator opening.

触媒前センサ17は所謂広域空燃比センサからなり、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能である。図2には触媒前センサ17の出力特性を示す。図示するように、触媒前センサ17は、検出した排気空燃比(触媒前空燃比A/Ff)に比例した大きさの電圧信号Vfを出力する。排気空燃比がストイキであるときの出力電圧はVreff(例えば約3.3V)であり、このストイキを境に空燃比−電圧特性の傾きが変化する。   The pre-catalyst sensor 17 is a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, and can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide range. FIG. 2 shows the output characteristics of the pre-catalyst sensor 17. As shown in the figure, the pre-catalyst sensor 17 outputs a voltage signal Vf having a magnitude proportional to the detected exhaust air-fuel ratio (pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff). The output voltage when the exhaust air-fuel ratio is stoichiometric is Vreff (for example, about 3.3 V), and the slope of the air-fuel ratio-voltage characteristic changes with this stoichiometric boundary.

他方、触媒後センサ18は所謂O2センサからなり、ストイキを境に出力値が急変する特性を持つ。図3には触媒後センサ18の出力特性を示す。図示するように、触媒後センサ18の出力電圧Vrはストイキを境に過渡的に変化し、排気空燃比(触媒後空燃比A/Fr)がストイキよりリーンのときには0.1V程度の低い電圧を示し、排気空燃比がストイキよりリッチのときには0.9V程度の高い電圧を示す。これらのほぼ中間の電圧Vrefr=0.45Vをストイキ相当値とし、センサ出力電圧がVrefrより高いときには排気空燃比はストイキよりリッチ、センサ出力電圧がVrefrより低いときには排気空燃比はストイキよりリーンというように、排気空燃比を検出している。 On the other hand, the post-catalyst sensor 18 is a so-called O 2 sensor, and has a characteristic that the output value changes suddenly with the stoichiometric boundary. FIG. 3 shows the output characteristics of the post-catalyst sensor 18. As shown in the figure, the output voltage Vr of the post-catalyst sensor 18 changes transiently at the stoichiometric boundary, and when the exhaust air-fuel ratio (post-catalyst air-fuel ratio A / Fr) is leaner than the stoichiometric, a low voltage of about 0.1 V is obtained. When the exhaust air-fuel ratio is richer than stoichiometric, it shows a high voltage of about 0.9V. A substantially intermediate voltage Vrefr = 0.45V is set as a stoichiometric equivalent value. When the sensor output voltage is higher than Vrefr, the exhaust air-fuel ratio is richer than stoichiometric, and when the sensor output voltage is lower than Vrefr, the exhaust air-fuel ratio is leaner than stoichiometric. In addition, the exhaust air-fuel ratio is detected.

上流触媒11及び下流触媒19は、それぞれに流入する排気ガスの空燃比A/Fが理論空燃比(ストイキ、例えばA/F=14.6)近傍のときに排気中の有害成分であるNOx ,HCおよびCOを同時に浄化する。この三者を同時に高効率で浄化できる空燃比の幅(ウィンドウ)は比較的狭い。加えて上流触媒11及び下流触媒19は、排気中に存在する水素H2も酸化(燃焼)して浄化する。 The upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 are NOx, which are harmful components in the exhaust when the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas flowing into each of them is close to the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric, for example, A / F = 14.6). Purify HC and CO simultaneously. The air-fuel ratio width (window) that can simultaneously purify these three with high efficiency is relatively narrow. In addition, the upstream catalyst 11 and the downstream catalyst 19 also purify by oxidizing (combusting) hydrogen H 2 present in the exhaust gas.

そして特に上流触媒11に流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されるように、空燃比制御がECU20により実行される。この空燃比制御は、触媒前センサ17によって検出された排気空燃比を所定の目標空燃比であるストイキに一致させるような主空燃比制御(主空燃比フィードバック制御)と、触媒後センサ18によって検出された排気空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比制御(補助空燃比フィードバック制御)とからなる。   In particular, the ECU 20 executes air-fuel ratio control so that the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst 11 is controlled near the stoichiometric range. This air-fuel ratio control is detected by a main air-fuel ratio control (main air-fuel ratio feedback control) that makes the exhaust air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 coincide with a stoichiometry that is a predetermined target air-fuel ratio, and detected by the post-catalyst sensor 18. The auxiliary air-fuel ratio control (auxiliary air-fuel ratio feedback control) is performed so that the exhaust air-fuel ratio thus made coincides with the stoichiometry.

[空燃比センサ異常診断の基本的内容]
次に、本実施形態における空燃比センサの異常診断について説明する。本実施形態で診断対象となるのは上流触媒11の上流側に設置された空燃比センサ、即ち触媒前センサ17である。
[Basic contents of air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis]
Next, abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor in the present embodiment will be described. The object of diagnosis in this embodiment is an air-fuel ratio sensor installed on the upstream side of the upstream catalyst 11, that is, a pre-catalyst sensor 17.

当該異常診断においては、インジェクタ12から触媒前センサ17までの系が一次遅れ要素によりモデル化され、このモデルに対する入力と、触媒前センサ17の出力とに基づき、前記一次遅れ要素におけるパラメータが同定(推定)される。そして、この同定されたパラメータに基づき、触媒前センサ17の所定の特性の異常が判定される。   In the abnormality diagnosis, the system from the injector 12 to the pre-catalyst sensor 17 is modeled by a first-order lag element, and the parameters of the first-order lag element are identified based on the input to this model and the output of the pre-catalyst sensor 17 ( Presumed. Then, based on the identified parameter, an abnormality of a predetermined characteristic of the pre-catalyst sensor 17 is determined.

入力として、インジェクタ12の通電時間に基づいて計算された燃料噴射量Qと、エアフローメータ5の出力に基づいて計算された吸入空気量Gaとの比Ga/Q、即ち入力空燃比が用いられる。以下、入力ないし入力空燃比をu(t)で表す(u(t)=Ga/Q)。他方、触媒前センサ17の出力としては、出力空燃比、即ち触媒前センサ17の出力電圧Vrから換算される触媒前空燃比A/Ffが用いられる。以下、出力ないし出力空燃比をy(t)で表す(y(t)=A/Ff)。入力空燃比u(t)をモデルに与えたときの出力空燃比y(t)の出方から、一次遅れ要素におけるパラメータを同定し、この同定されたパラメータに基づき触媒前センサ17の所定の特性の異常が判定される。   As an input, a ratio Ga / Q between the fuel injection amount Q calculated based on the energization time of the injector 12 and the intake air amount Ga calculated based on the output of the air flow meter 5, that is, the input air-fuel ratio is used. Hereinafter, the input or the input air-fuel ratio is represented by u (t) (u (t) = Ga / Q). On the other hand, as the output of the pre-catalyst sensor 17, the output air-fuel ratio, that is, the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff converted from the output voltage Vr of the pre-catalyst sensor 17 is used. Hereinafter, the output or the output air-fuel ratio is represented by y (t) (y (t) = A / Ff). A parameter in the first-order lag element is identified from how the output air-fuel ratio y (t) is given when the input air-fuel ratio u (t) is given to the model, and predetermined characteristics of the pre-catalyst sensor 17 are determined based on the identified parameter. Is determined to be abnormal.

図4に示すように、本実施形態では、パラメータ同定の際に、空燃比を強制的に振動させるアクティブ制御(同定用アクティブ制御)が実行される。このアクティブ制御では、目標空燃比A/Ft即ち入力空燃比u(t)が、所定の中心空燃比A/Fcを境にリーン側及びリッチ側に同一振幅だけ振れるように、一定周期で振動させられる。振動の振幅は通常の空燃比制御のときより大きく、例えば空燃比で0.5などとされる。中心空燃比A/Fcは理論空燃比に等しくされる。   As shown in FIG. 4, in the present embodiment, active control (identification active control) for forcibly oscillating the air-fuel ratio is executed during parameter identification. In this active control, the target air-fuel ratio A / Ft, that is, the input air-fuel ratio u (t) is oscillated at a constant cycle so that the target air-fuel ratio u (t) fluctuates by the same amplitude on the lean side and the rich side with respect to the predetermined center air-fuel ratio A / Fc. It is done. The amplitude of the vibration is larger than that in the normal air-fuel ratio control, for example, 0.5 at the air-fuel ratio. The center air-fuel ratio A / Fc is made equal to the stoichiometric air-fuel ratio.

このアクティブ制御を実行する理由は、アクティブ制御がエンジンの定常運転時に実行されることから、各制御量及び各検出値が安定し、診断精度が向上するからである。また入力空燃比u(t)を敢えて大きく変化させたときの方がセンサの各特性(特に出力及び応答性)の良し悪しを好適に診断できるからである。しかしながら、通常の空燃比制御時に異常診断を実行するようにしてもよい。   The reason for executing this active control is that the active control is executed during the steady operation of the engine, so that each control amount and each detected value are stabilized, and diagnostic accuracy is improved. This is also because when the input air-fuel ratio u (t) is deliberately changed, the quality (especially output and responsiveness) of each sensor can be suitably diagnosed. However, abnormality diagnosis may be executed during normal air-fuel ratio control.

図示されるように、入力空燃比u(t)はほぼステップ状の波形であり、これに対し出力空燃比y(t)は一次遅れを伴った波形となる。図中Lは、入力空燃比u(t)から出力空燃比y(t)までの輸送遅れに基づくむだ時間である。即ち、このむだ時間Lは、インジェクタ12における燃料噴射時から、その燃料噴射による排気ガスが触媒前センサ17に到達するまでの時間差に相当する。   As shown in the figure, the input air-fuel ratio u (t) has a substantially stepped waveform, whereas the output air-fuel ratio y (t) has a waveform with a first-order lag. In the figure, L is a dead time based on a transport delay from the input air-fuel ratio u (t) to the output air-fuel ratio y (t). That is, the dead time L corresponds to a time difference from the time of fuel injection in the injector 12 until the exhaust gas resulting from the fuel injection reaches the pre-catalyst sensor 17.

簡単化のためこのむだ時間Lをゼロと仮定すると、一次遅れ要素はG(s)=k/(1+Ts)で表される。ここで、kは触媒前センサ17のゲインであり、Tは触媒前センサ17の時定数を表す。ゲインkは、触媒前センサ17の特性のうち出力に関わる値であり、他方、時定数Tは、触媒前センサ17の特性のうち応答性に関わる値である。図4において、出力空燃比y(t)を表す実線は触媒前センサ17が正常な場合を示す。これに対し、触媒前センサ17の出力特性に異常が生じると、ゲインkが正常時より大きくなり、aで示す如くセンサ出力が増大(拡大)するか、またはゲインkが正常時より小さくなり、bで示す如くセンサ出力が減少(縮小)する。よって、同定されたゲインkを所定値と比較することでセンサ出力の増大異常又は減少異常を特定することができる。他方、触媒前センサ17の応答性に異常が生じると、殆どの場合、時定数Tが正常時より大きくなり、cで示す如くセンサ出力が遅れて出てくるようになる。よって、同定された時定数Tを所定値と比較することでセンサの応答性異常を特定することができる。   Assuming that the dead time L is zero for simplification, the first-order lag element is represented by G (s) = k / (1 + Ts). Here, k is the gain of the pre-catalyst sensor 17, and T represents the time constant of the pre-catalyst sensor 17. The gain k is a value related to output among the characteristics of the pre-catalyst sensor 17, while the time constant T is a value related to responsiveness among the characteristics of the pre-catalyst sensor 17. In FIG. 4, a solid line representing the output air-fuel ratio y (t) indicates a case where the pre-catalyst sensor 17 is normal. On the other hand, when an abnormality occurs in the output characteristics of the pre-catalyst sensor 17, the gain k becomes larger than normal, and the sensor output increases (expands) as indicated by a, or the gain k becomes smaller than normal. As shown by b, the sensor output decreases (reduces). Therefore, an increase abnormality or a decrease abnormality of the sensor output can be specified by comparing the identified gain k with a predetermined value. On the other hand, if an abnormality occurs in the responsiveness of the pre-catalyst sensor 17, in most cases, the time constant T becomes larger than normal, and the sensor output comes out with a delay as shown by c. Therefore, the responsiveness abnormality of the sensor can be specified by comparing the identified time constant T with a predetermined value.

次に、ECU20によって実行されるこれらゲインk及び時定数Tの同定方法を説明する。   Next, a method for identifying the gain k and time constant T executed by the ECU 20 will be described.

Figure 0005035688
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Figure 0005035688
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式(20)は、今回のサンプル時刻tと前回のサンプル時刻t−1とにおける値の関数であり、この式の意味するところは、今回値と前回値に基づいてb1とb2が、即ちTとkが毎回更新されていくことにほかならない。こうして、時定数Tとゲインkは逐次最小自乗法により逐次同定されることになる。この逐次同定を行うやり方だと、サンプルデータを多数取得して一時記憶し、その上で同定を行うやり方よりも演算負荷を軽減できると共に、データを一時的に溜めるバッファの容量も減少できて、ECU(特に自動車用ECU)への実装に好適である。 Equation (20) is a function of values at the current sample time t and the previous sample time t−1, and this equation means that b 1 and b 2 are based on the current value and the previous value, That is, T and k are updated every time. Thus, the time constant T and the gain k are sequentially identified by the sequential least square method. In this sequential identification method, a large number of sample data is acquired and temporarily stored, and the calculation load can be reduced as compared with the method of performing identification, and the capacity of the buffer for temporarily storing data can be reduced. It is suitable for mounting on an ECU (particularly an automotive ECU).

ECU20により実行されるセンサ特性の異常判定方法は次の通りである。まず、同定された時定数Tが所定の時定数異常判定値Tsより大きい場合、応答遅れが生じており、触媒前センサ17は応答性異常であると判定される。他方、同定された時定数Tが時定数異常判定値Ts以下の場合、触媒前センサ17は応答性に関して正常と判定される。   The sensor characteristic abnormality determination method executed by the ECU 20 is as follows. First, when the identified time constant T is larger than a predetermined time constant abnormality determination value Ts, a response delay occurs, and it is determined that the pre-catalyst sensor 17 is responsive abnormality. On the other hand, when the identified time constant T is equal to or less than the time constant abnormality determination value Ts, the pre-catalyst sensor 17 is determined to be normal with respect to responsiveness.

また、同定されたゲインkが所定のゲイン増大異常判定値ks1より大きい場合、触媒前センサ17は出力増大異常であると判定され、同定されたゲインkがゲイン縮小異常判定値ks2(<ks1)より小さい場合、触媒前センサ17は出力減少異常であると判定される。同定されたゲインkがゲイン縮小異常判定値ks2以上で且つゲイン増大異常判定値ks1以下の場合、触媒前センサ17は出力に関して正常であると判定される。   If the identified gain k is greater than the predetermined gain increase abnormality determination value ks1, the pre-catalyst sensor 17 is determined to have an output increase abnormality, and the identified gain k is the gain reduction abnormality determination value ks2 (<ks1). If it is smaller, it is determined that the pre-catalyst sensor 17 has an output decrease abnormality. When the identified gain k is not less than the gain reduction abnormality determination value ks2 and not more than the gain increase abnormality determination value ks1, it is determined that the pre-catalyst sensor 17 is normal with respect to the output.

このように本発明に係る異常診断によれば、単に空燃比センサ自体の異常が判定されるのではなく、空燃比センサの所定の特性の異常が判定される。そして、二つの同定パラメータT,kにより、応答性及び出力という二つのセンサ特性の異常が、とりわけ同時且つ個別に、判定される。よって空燃比センサの異常診断として極めて緻密で且つ好適なものを実現することが可能となる。   As described above, according to the abnormality diagnosis according to the present invention, the abnormality of the predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor is determined instead of simply determining the abnormality of the air-fuel ratio sensor itself. Based on the two identification parameters T and k, abnormalities in the two sensor characteristics of responsiveness and output are determined particularly simultaneously and individually. Therefore, it is possible to realize a very precise and preferable one for abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor.

図5及び図6は、正常な触媒前センサ17の場合と異常な触媒前センサ17の場合とで時定数Tとゲインkとを逐次最小自乗法により逐次同定した結果を示す。図5が正常な触媒前センサ17の場合、図6が異常な触媒前センサ17の場合である。図5(A)及び図6(A)は入力空燃比(破線)と出力空燃比(実線)との振動の様子を示す。   5 and 6 show the results of sequentially identifying the time constant T and the gain k by the sequential least square method in the case of the normal pre-catalyst sensor 17 and the abnormal case of the pre-catalyst sensor 17. FIG. 5 shows the case of the normal pre-catalyst sensor 17, and FIG. 6 shows the case of the abnormal pre-catalyst sensor 17. FIG. 5A and FIG. 6A show the vibration of the input air-fuel ratio (broken line) and the output air-fuel ratio (solid line).

図5(B)及び図5(B)は、アクティブ制御開始時からの時定数T(破線)とゲインk(実線)との推移を示す。時定数Tとゲインkとはサンプル時刻毎に毎回更新されていき、次第に一定値に収束していく。アクティブ制御開始時(同定開始時)t0から、それらの値がほぼ収束するような所定時間(例えば5秒)経過後の時点(判定時期)t1で、時定数Tとゲインkとが取得され、これら取得された時定数Tとゲインkとが前記異常判定値Ts1,ks1,ks2と比較されて、応答性及び出力の異常判定がなされる。   FIG. 5B and FIG. 5B show transitions of the time constant T (broken line) and the gain k (solid line) from the start of active control. The time constant T and the gain k are updated every sampling time and gradually converge to a constant value. The time constant T and the gain k are acquired at a time point (determination time) t1 after a predetermined time (for example, 5 seconds) has elapsed from when the active control starts (at the start of identification) t0, and the values almost converge. The obtained time constant T and gain k are compared with the abnormality determination values Ts1, ks1, and ks2, and abnormality determination of responsiveness and output is made.

異常な触媒前センサ17として、正常な触媒前センサ17に比べ応答性がほぼ同じで出力が1/2であるセンサを用いて試験を行ったところ、判定時期t1での時定数Tについては、正常センサの場合0.18、異常センサの場合0.17とほぼ同等であった。他方、判定時期t1でのゲインkについては、正常センサの場合1、異常センサの場合0.5であった。これにより実際のセンサと同様の結果を得られることが確認された。   When a test was performed using an abnormal pre-catalyst sensor 17 having a response almost equal to that of the normal pre-catalyst sensor 17 and an output of ½, the time constant T at the determination time t1 is It was almost the same as 0.18 for the normal sensor and 0.17 for the abnormal sensor. On the other hand, the gain k at the determination time t1 is 1 for the normal sensor and 0.5 for the abnormal sensor. As a result, it was confirmed that the same result as the actual sensor could be obtained.

ところで、実際のエンジンには負荷変動などの様々な外乱があり、これらを適切に考慮しないと同定精度やロバスト性を向上することができない。このため、本実施形態に係る異常診断では、以下のような入出力データに対する種々の補正を行うこととしている。   By the way, an actual engine has various disturbances such as load fluctuations, and the identification accuracy and robustness cannot be improved unless these are properly considered. For this reason, in the abnormality diagnosis according to the present embodiment, various corrections are performed on the following input / output data.

図7は、モデルパラメータを同定するためのシステム全体のブロック図である。このようなシステムはECU20内に構築されている。同定部(同定手段)50において前述のようなパラメータT,kの同定を行うため、入力算出部52、バイアス補正部(バイアス補正手段)54及びむだ時間補正部(むだ時間補正手段)56が設けられる。なお、異常診断がアクティブ制御中に実施されることから、アクティブ制御フラグ出力部58も設けられている。   FIG. 7 is a block diagram of the entire system for identifying model parameters. Such a system is built in the ECU 20. In order to identify the parameters T and k as described above in the identification unit (identification unit) 50, an input calculation unit 52, a bias correction unit (bias correction unit) 54, and a dead time correction unit (dead time correction unit) 56 are provided. It is done. Note that an active control flag output unit 58 is also provided because abnormality diagnosis is performed during active control.

入力算出部52では入力空燃比u(t)の算出が行われる。入力空燃比u(t)は前述の例ではインジェクタ12の通電時間に基づいて計算される燃料噴射量Qと、エアフローメータ5の出力に基づいて計算される吸入空気量Gaとの比Ga/Qであった。しかしながらここでは、インジェクタ通電時間に基づいて計算される燃料噴射量Qが燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき補正され、その補正後の燃料噴射量Q’を使用して入力空燃比u(t)が計算される。u(t)=Ga/Q’であり、結果的に入力空燃比u(t)が燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき補正される。   The input calculation unit 52 calculates the input air-fuel ratio u (t). In the above example, the input air-fuel ratio u (t) is a ratio Ga / Q between the fuel injection amount Q calculated based on the energization time of the injector 12 and the intake air amount Ga calculated based on the output of the air flow meter 5. Met. However, here, the fuel injection amount Q calculated based on the injector energization time is corrected based on the fuel wall adhesion amount and the evaporation amount, and the corrected fuel injection amount Q ′ is used to input the air / fuel ratio u (t ) Is calculated. u (t) = Ga / Q ', and as a result, the input air-fuel ratio u (t) is corrected based on the amount of fuel adhering to the wall and the amount of evaporation.

インジェクタ12から燃料が噴射されると、そのうち大部分は筒内燃焼室3に吸入されるが、残りの部分は吸気ポートの内壁面に付着し燃焼室3に入らない。そこで、インジェクタ12から噴射された燃料量をfiとし、全気筒分の燃料付着率をR(<1)とすると、その噴射燃料量fiのうち、吸気ポート壁面に付着する分はR・fi、燃焼室3に入る分は(1−R)・fiで表される。   When fuel is injected from the injector 12, most of the fuel is sucked into the in-cylinder combustion chamber 3, but the remaining portion adheres to the inner wall surface of the intake port and does not enter the combustion chamber 3. Therefore, if the fuel amount injected from the injector 12 is fi, and the fuel adhesion rate for all cylinders is R (<1), the amount of the injected fuel amount fi that adheres to the wall surface of the intake port is R · fi, The amount entering the combustion chamber 3 is represented by (1-R) · fi.

他方、吸気ポート壁面に付着した燃料のうち、一部は蒸発して次の吸気行程で燃焼室3内に入るが、残りは残留してそのまま付着し続ける。そこで、吸気ポート壁面に付着した燃料量をfwとし、全気筒分の燃料残留率をP(<1)とすると、壁面付着燃料量fwのうち、そのまま壁面に付着し続ける分はP・fw、燃焼室3に入る分は(1−P)・fwで表される。   On the other hand, some of the fuel adhering to the wall surface of the intake port evaporates and enters the combustion chamber 3 in the next intake stroke, but the rest remains and remains attached. Therefore, if the fuel amount adhering to the wall surface of the intake port is fw and the fuel residual ratio for all cylinders is P (<1), the amount of fuel adhering to the wall surface of the wall surface adhering fuel amount fw is P · fw, The amount that enters the combustion chamber 3 is represented by (1-P) · fw.

4サイクルエンジンの吸気、圧縮、膨張、排気の各行程を1回ずつ終えて1サイクルとし(即ち、1サイクル=720°クランク角)、今回のサイクルをks、次回のサイクルをks+1とする。また、筒内燃焼室3に入る燃料量をfcとすると、次の関係が成り立つ。
fw(ks+1)=P・fw(ks)+R・fi(ks) ・・・(21)
fc(ks)=(1−P)・fw(ks)+(1−R)・fi(ks) ・・・(22)
The intake, compression, expansion, and exhaust strokes of the four-cycle engine are completed once to make one cycle (that is, one cycle = 720 ° crank angle), the current cycle is ks, and the next cycle is ks + 1. Further, when the fuel amount entering the in-cylinder combustion chamber 3 is fc, the following relationship is established.
fw (ks + 1) = P · fw (ks) + R · fi (ks) (21)
fc (ks) = (1-P) .fw (ks) + (1-R) .fi (ks) (22)

式(21)の意味するところは、次回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks+1)が、今回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks)の残留分P・fw(ks)と、今回サイクルの噴射燃料量fi(ks)の壁面付着分R・fi(ks)との和で表される、ということである。また、式(22)の意味するところは、今回サイクルで燃焼室3内に流入する流入燃料量fc(ks)が、今回サイクルの壁面付着燃料量fw(ks)のうちの蒸発分(1−P)・fw(ks)と、今回サイクルの噴射燃料量fi(ks)のうち壁面付着しないで直接燃焼室3内に流入する分(1−R)・fi(ks)との和で表される、ということである。   The expression (21) means that the wall-attached fuel amount fw (ks + 1) of the next cycle is the residual amount P · fw (ks) of the wall-attached fuel amount fw (ks) of the current cycle and the injected fuel of the current cycle. That is, it is expressed as the sum of the amount fi (ks) and the wall surface adhesion R · fi (ks). In addition, the expression (22) means that the inflow fuel amount fc (ks) flowing into the combustion chamber 3 in the current cycle is an evaporation amount (1-) of the wall surface attached fuel amount fw (ks) in the current cycle. P) · fw (ks) and the sum (1-R) · fi (ks) of the injected fuel amount fi (ks) of this cycle that flows directly into the combustion chamber 3 without adhering to the wall surface. That is.

こうして、入力空燃比u(t)の算出に際し、燃料噴射量Q’の値として流入燃料量fcの値が用いられる。この流入燃料量fcは、燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づき、インジェクタ12の通電時間に基づいて計算された燃料噴射量を補正したものにほかならない。よって、入力空燃比u(t)の算出に流入燃料量fcの値を用いることにより、入力空燃比の値を実情に近いより正確な値とすることができ、パラメータの同定精度を向上することが可能になる。   Thus, when calculating the input air-fuel ratio u (t), the value of the inflow fuel amount fc is used as the value of the fuel injection amount Q ′. This inflow fuel amount fc is nothing but a correction of the fuel injection amount calculated based on the energization time of the injector 12 based on the amount of fuel adhering to the wall and the evaporation amount. Therefore, by using the value of the inflow fuel amount fc for calculating the input air-fuel ratio u (t), the value of the input air-fuel ratio can be made a more accurate value close to the actual situation, and the parameter identification accuracy can be improved. Is possible.

なお、エンジン温度及び吸気温が高いほど、燃料の気化が促進されることから、燃料付着量は減少し、燃料蒸発量は増大する。従って燃料残留率P及び燃料付着率Rはエンジン温度(若しくは水温)及び吸気温の少なくとも一方の関数とするのが好ましい。ここで説明したような燃料の壁面付着量及び蒸発量に基づく補正を「燃料ダイナミクス補正」と称することとする。   Note that the higher the engine temperature and the intake air temperature, the more the fuel vaporization is promoted, so the fuel adhesion amount decreases and the fuel evaporation amount increases. Therefore, the fuel residual rate P and the fuel adhesion rate R are preferably functions of at least one of the engine temperature (or water temperature) and the intake air temperature. The correction based on the fuel wall adhesion amount and the evaporation amount as described herein is referred to as “fuel dynamics correction”.

図8には、燃料ダイナミクス補正のない場合(破線)とある場合(実線)とでアクティブ制御中の入力空燃比u(t)の変化の違いを調べた試験結果である。図中円内に示されるように、燃料ダイナミクス補正のある場合はない場合に比べ、入力空燃比u(t)が反転された直後に入力空燃比u(t)の波形が若干なまされる傾向にある。   FIG. 8 shows the test results obtained by examining the difference in the input air-fuel ratio u (t) during active control when there is no fuel dynamics correction (broken line) and when there is a fuel dynamics correction (solid line). As shown in the circle in the figure, the waveform of the input air-fuel ratio u (t) is slightly rounded immediately after the input air-fuel ratio u (t) is reversed, compared with the case where there is no fuel dynamics correction. It is in.

次に、バイアス補正部54について説明する。このバイアス補正部54では、入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)との間のバイアスを除去するように入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)との両方がシフト補正される。   Next, the bias correction unit 54 will be described. In the bias correction unit 54, both the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t) are removed so as to remove the bias between the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t). Is shift-corrected.

入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)とは、負荷変動、学習ズレ及びセンサ値ズレ等の要因に伴い、一方に対し他方がリーン側又はリッチ側にバイアスしてしまう(ズレてしまう)場合がある。図9はこのバイアスの様子を示す試験結果である。図中、u(t)c及びy(t)cはそれぞれ入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)とをローパスフィルタを通した値、もしくはそれらの移動平均を示す。触媒前センサ17で検出される空燃比が理論空燃比(A/F=14.6)付近となるよう制御されていることから、触媒前センサ17の検出値である出力空燃比y(t)は理論空燃比を中心に変動し、そのローパスフィルタを通した値もしくは移動平均y(t)cも理論空燃比付近に保たれる。これに対し、入力空燃比u(t)は、前述の理由から、図示例ではリーン側にバイアスしている。   The input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t) are biased to the lean side or the rich side with respect to one, due to factors such as load fluctuation, learning deviation, and sensor value deviation (deviation). There is a case. FIG. 9 is a test result showing the state of the bias. In the figure, u (t) c and y (t) c respectively represent values obtained by passing the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t) through a low-pass filter, or their moving averages. Since the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 is controlled to be close to the theoretical air-fuel ratio (A / F = 14.6), the output air-fuel ratio y (t), which is the detected value of the pre-catalyst sensor 17, is controlled. Fluctuates around the stoichiometric air-fuel ratio, and the value passed through the low-pass filter or the moving average y (t) c is also kept near the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, the input air-fuel ratio u (t) is biased to the lean side in the illustrated example for the reason described above.

かかるバイアス状態で同定を行うのは好ましくないことから、バイアスを除去するような補正が行われる。具体的には、図10に示すように、入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)とのデータがローパスフィルタを通過され、もしくは移動平均を算出し、バイアス値u(t)c、y(t)cが逐次的に算出される。そして、逐次的に、入力空燃比u(t)とそのバイアス値u(t)cとの差Δu(t)(=u(t)−u(t)c)及び出力空燃比y(t)とそのバイアス値y(t)cとの差Δy(t)(=y(t)−y(t)c)が算出され、これら差Δu(t)、Δy(t)がゼロ基準の値に置き換えられる。なお、これら差Δu(t)、Δy(t)をまとめてΔA/Fで表示する(図5(A)及び図6(A)においても同様)。   Since it is not preferable to perform identification in such a bias state, a correction that removes the bias is performed. Specifically, as shown in FIG. 10, the data of the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t) are passed through the low-pass filter, or the moving average is calculated, and the bias value u (t) c and y (t) c are calculated sequentially. Then, sequentially, the difference Δu (t) (= u (t) −u (t) c) between the input air-fuel ratio u (t) and its bias value u (t) c and the output air-fuel ratio y (t) And a difference Δy (t) (= y (t) −y (t) c) between the bias value y (t) c and the bias value y (t) c, and the differences Δu (t) and Δy (t) are set to zero reference values. Replaced. These differences Δu (t) and Δy (t) are collectively displayed as ΔA / F (the same applies to FIGS. 5A and 6A).

こうしてバイアスは除去され、バイアス除去後の入出力空燃比の値Δu(t)、Δy(t)は図11に示される如くゼロ基準の値に変更される。即ち、両者の変動の中心がゼロに合わせられ、負荷変動や学習ズレ等の影響を無くすことができる。これにより負荷変動や学習ズレ等に対するロバスト性を高めることができる。   Thus, the bias is removed, and the input / output air-fuel ratio values Δu (t) and Δy (t) after the bias removal are changed to zero reference values as shown in FIG. That is, the center of both fluctuations is set to zero, and influences such as load fluctuations and learning deviation can be eliminated. As a result, robustness against load fluctuation, learning deviation, and the like can be improved.

なお、この例では入出力空燃比の両方を補正し、入出力空燃比の変動中心をゼロに合わせてバイアスを除去する方法を採用したが、これ以外の方法も採用できる。例えば、入力空燃比のみを補正し、その変動中心を出力空燃比の変動中心に合わせたり、その逆を行ったりすることができる。補正の対象は入出力空燃比の少なくともいずれか一方であればよい。   In this example, the method of correcting both the input / output air-fuel ratio and removing the bias by adjusting the fluctuation center of the input-output air-fuel ratio to zero is adopted, but other methods can also be adopted. For example, it is possible to correct only the input air-fuel ratio and align the fluctuation center with the fluctuation center of the output air-fuel ratio, or vice versa. The correction target may be at least one of the input and output air-fuel ratios.

次に、むだ時間補正部56について説明する。前述したように、入力空燃比u(t)と出力空燃比y(t)との間には輸送遅れによるむだ時間Lが存在する。しかしながら、正確なモデルパラメータの同定を行うためには、このむだ時間Lを除去するような補正を行うのが好ましい。そこでこのような補正をむだ時間補正部56で行うこととしている。具体的には、後述の方法でむだ時間Lが算出され、このむだ時間L分だけ入力空燃比u(t)が出力空燃比y(t)に近づくよう遅らせられる。   Next, the dead time correction unit 56 will be described. As described above, there is a dead time L due to transport delay between the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t). However, in order to accurately identify the model parameter, it is preferable to perform correction so as to remove this dead time L. Therefore, such a correction is performed by the dead time correction unit 56. Specifically, the dead time L is calculated by a method described later, and the input air-fuel ratio u (t) is delayed so as to approach the output air-fuel ratio y (t) by this dead time L.

図12には、むだ時間補正前の入力空燃比(破線)、むだ時間補正後の入力空燃比(実線)及び出力空燃比(一点鎖線)が示される。なお入力空燃比及び出力空燃比としてバイアス補正後の値が用いられる。むだ時間Lだけ入力空燃比が遅らせられると、入力空燃比の振動と出力空燃比の振動とが時間差無く同期するようになり、これによりモデルパラメータの同定精度を向上させることができる。   FIG. 12 shows the input air-fuel ratio (dashed line) before the dead time correction, the input air-fuel ratio (solid line) and the output air-fuel ratio (one-dot chain line) after the dead time correction. Note that values after bias correction are used as the input air-fuel ratio and the output air-fuel ratio. When the input air-fuel ratio is delayed by the dead time L, the oscillation of the input air-fuel ratio and the oscillation of the output air-fuel ratio come to synchronize without time difference, thereby improving the accuracy of model parameter identification.

むだ時間算出の第1の態様としては、エンジン運転状態に関する少なくとも一つのパラメータに基づいて所定のマップ又は関数に従ってむだ時間を算出する方法がある。図13にはそのようなむだ時間算出マップの一例を示す。このマップでは、エンジン回転速度Neの検出値に基づきむだ時間Lを算出するようになっている。   As a first aspect of the dead time calculation, there is a method of calculating the dead time according to a predetermined map or function based on at least one parameter relating to the engine operating state. FIG. 13 shows an example of such a dead time calculation map. In this map, the dead time L is calculated based on the detected value of the engine speed Ne.

むだ時間算出の第2の態様として次のようなものもある。まず、アクティブ制御中の入力空燃比及び出力空燃比の分散値が次式により逐次的に求められる。   There is the following as a second mode of dead time calculation. First, the dispersion values of the input air-fuel ratio and the output air-fuel ratio during active control are sequentially obtained by the following equations.

Figure 0005035688
Figure 0005035688

ηは入力空燃比又は出力空燃比の値であり、ηavgはM回移動平均、即ち今回(t)から(M−1)回前(t−(M−1))までのデータの平均値である。Mは例えば5などとされる。入力空燃比又は出力空燃比の変化が大きいほどその分散値は大きくなる。 η is a value of the input air-fuel ratio or the output air-fuel ratio, and η avg is a moving average of M times, that is, an average value of data from (t) to (M−1) times before (t− (M−1)). It is. For example, M is 5 or the like. The dispersion value increases as the change in the input air-fuel ratio or the output air-fuel ratio increases.

図14はむだ時間補正に関する試験結果であり、正常センサの場合を示す。上段のグラフは、a:むだ時間補正前の入力空燃比、b:むだ時間補正後の入力空燃比、c:出力空燃比をそれぞれ示す。なおa及びbで示した入力空燃比は燃料ダイナミクス補正及びバイアス補正を実施した後の値であり、cで示した出力空燃比はバイアス補正を実施した後の値である。中段のグラフは、d:aで示したむだ時間補正前の入力空燃比の分散値、e:cで示した出力空燃比の分散値をそれぞれ示す。下段のグラフにおいて、鋸歯状の波形fはむだ時間カウンタの値、高い位置にある横線gは後述のようにして算出されるむだ時間、低い位置にある横線hはむだ時間gを1/4になました値をそれぞれ示す。   FIG. 14 shows the test results regarding the dead time correction, and shows the case of a normal sensor. The upper graph shows a: the input air-fuel ratio before the dead time correction, b: the input air-fuel ratio after the dead time correction, and c: the output air-fuel ratio. Note that the input air-fuel ratios indicated by a and b are values after the fuel dynamics correction and the bias correction are performed, and the output air-fuel ratios indicated by c are values after the bias correction is performed. The middle graph shows the dispersion value of the input air-fuel ratio before the dead time correction indicated by d: a and the dispersion value of the output air-fuel ratio indicated by e: c. In the lower graph, the sawtooth waveform f is the dead time counter value, the horizontal line g at the high position is the dead time calculated as described later, and the horizontal line h at the lower position is the dead time g ¼. Each of the values is shown.

図15には図12のa,c,d,eのみが簡略化して示してある。この図15から分かるように、入力空燃比の分散値d及び出力空燃比の分散値eは、入力空燃比a及び出力空燃比cが反転するタイミングで分散値d,eのピークdp,epが生ずる。よって、これらピークの時間差(ep−dp)をむだ時間gとして算出する。図14に戻って、入力空燃比の分散値ピークdpが発生すると、その発生時からむだ時間カウンタfが時間のカウントを開始する。そして、出力空燃比の分散値ピークepが発生した時点で、カウントが停止され、そのカウント値がむだ時間gとして保持される。このむだ時間gは入力空燃比の反転毎に更新され、且つその反転毎に、なまし後のむだ時間hが計算されていく。なまし後のむだ時間hを計算する理由はノイズの影響を除去するためである。なまし後のむだ時間hの値はやがて一定値付近に収束するようになる。そこで、アクティブ制御の開始時から、なまし後のむだ時間hがほぼ一定値に収束するようになる所定時間経過後の時点で、なまし後のむだ時間hが取得され、その取得された値が最終的なむだ時間Lとして決定される。   FIG. 15 shows only a, c, d and e in FIG. 12 in a simplified manner. As can be seen from FIG. 15, the dispersion value d of the input air-fuel ratio and the dispersion value e of the output air-fuel ratio have the peaks dp and ep of the dispersion values d and e at the timing when the input air-fuel ratio a and the output air-fuel ratio c are reversed. Arise. Therefore, the time difference (ep−dp) between these peaks is calculated as the dead time g. Returning to FIG. 14, when the dispersion value peak dp of the input air-fuel ratio occurs, the dead time counter f starts counting time from the time when the dispersion value peak dp occurs. Then, when the dispersion value peak ep of the output air-fuel ratio occurs, the count is stopped and the count value is held as a dead time g. The dead time g is updated every time the input air-fuel ratio is reversed, and the dead time h after the annealing is calculated for each inversion. The reason for calculating the dead time h after annealing is to remove the influence of noise. The value of the dead time h after annealing will eventually converge to a certain value. Therefore, the dead time h after the annealing is acquired at the time after the predetermined time when the dead time h after the annealing converges to a substantially constant value from the start of the active control, and the obtained value Is determined as the final dead time L.

ところで、図14及び図15により説明した以上の算出方法は正常センサの場合であるが、これに対し、異常センサの場合だと、同様の方法を採用するのが必ずしも適切ではない。即ち、図16及び図17に示される如く、例えば応答遅れが生じている異常センサの場合だと、出力空燃比bの分散値eとして十分大きな値を得ることができず、そのピークepが現れるタイミングに関しても誤差が大きくなる。   By the way, although the above calculation method demonstrated by FIG.14 and FIG.15 is a case of a normal sensor, when it is the case of an abnormal sensor, it is not necessarily appropriate to employ | adopt the same method. That is, as shown in FIGS. 16 and 17, for example, in the case of an abnormal sensor in which a response delay occurs, a sufficiently large value cannot be obtained as the dispersion value e of the output air-fuel ratio b, and its peak ep appears. The error also increases with respect to timing.

そこで、出力空燃比の分散値ピークepを所定のしきい値epsと比較し、図14及び図15に示すように、その分散値ピークepがしきい値epsより大きい場合は、前述のように、入出力空燃比の分散値ピークdp,ep同士の時間差(ep−dp)を以てむだ時間gとする。他方、図16及び図17に示すように、出力空燃比の分散値ピークepがしきい値eps以下の場合は、入出力空燃比a,c自体の極値ap,cp同士の時間差(cp−ap)を以てむだ時間gとする。これにより異常センサの場合でも正確にむだ時間を算出することができる。   Therefore, the dispersion value peak ep of the output air-fuel ratio is compared with a predetermined threshold value eps, and when the dispersion value peak ep is larger than the threshold value eps as shown in FIGS. 14 and 15, as described above. A time difference g between the dispersion value peaks dp and ep of the input / output air-fuel ratio (ep−dp) is defined as a dead time g. On the other hand, as shown in FIGS. 16 and 17, when the dispersion value peak ep of the output air-fuel ratio is less than or equal to the threshold value eps, the time difference between the extreme values ap and cp of the input / output air-fuel ratios a and c itself (cp− ap) is the dead time g. Thereby, even in the case of an abnormal sensor, the dead time can be calculated accurately.

さて、これら第1の態様及び第2の態様のいずれか一方のみを用いてむだ時間を算出し、入力空燃比のむだ時間補正を行うことができるが、以下の第3の態様では、第1の態様及び第2の態様の両方を使用してむだ時間を算出する。第3の態様では、第1の態様に従ってマップから算出された第1のむだ時間と、第2の態様に従って分散値又は極値から算出された第2のむだ時間とを比較し、両者が接近していればマップから算出された第1のむだ時間を用いる。他方、両者が隔離していれば分散値又は極値から算出された第2のむだ時間を用いると共に、その第2のむだ時間を用いてマップデータを更新する。本来、最適なむだ時間の値はマップ値から大きくずれることはないが、何等かの原因でその最適なむだ時間の値がマップ値から大きくずれる可能性もある。一方、分散値又は極値から算出された第2のむだ時間は現状を反映した実際の値といえる。よって、このようなマップ更新を行うことで不測の事態に対処可能となると共に、マップデータを常に現状に即した最適値に維持することが可能になる。   Now, it is possible to calculate the dead time using only one of these first and second modes and correct the dead time of the input air-fuel ratio. In the third mode below, The dead time is calculated using both the embodiment and the second embodiment. In the third aspect, the first dead time calculated from the map according to the first aspect is compared with the second dead time calculated from the dispersion value or the extreme value according to the second aspect, and both are approaching. If so, the first dead time calculated from the map is used. On the other hand, if the two are separated, the second dead time calculated from the dispersion value or the extreme value is used, and the map data is updated using the second dead time. Originally, the optimum time delay value does not deviate greatly from the map value, but the optimum time delay value may deviate greatly from the map value for some reason. On the other hand, the second dead time calculated from the variance value or the extreme value can be said to be an actual value reflecting the current situation. Therefore, by performing such a map update, it becomes possible to cope with unforeseen situations, and it is possible to always maintain the map data at an optimum value in accordance with the current situation.

図18には第3の態様の手順を概略的に示す。まずステップS101では、第1の態様に従い、図13に示したようなマップから第1のむだ時間L1を算出する。次にステップS102では、第2の態様に従い、入出力空燃比の分散値又は極値から第2のむだ時間L2を算出する。この後、ステップS103では、これら第1及び第2のむだ時間L1,L2の差の絶対値であるむだ時間ズレ量L12を算出し、このむだ時間ズレ量L12を所定値L12sと比較する。むだ時間ズレ量L12が所定値L12s以下の場合、両者のズレが小さいとして、ステップS104において、マップから算出された第1のむだ時間L1を最終的なむだ時間Lとして決定する。   FIG. 18 schematically shows the procedure of the third aspect. First, in step S101, according to the first mode, a first dead time L1 is calculated from a map as shown in FIG. Next, in step S102, the second dead time L2 is calculated from the dispersion value or extreme value of the input / output air-fuel ratio according to the second mode. Thereafter, in step S103, a dead time deviation amount L12 which is an absolute value of the difference between the first and second dead times L1 and L2 is calculated, and the dead time deviation amount L12 is compared with a predetermined value L12s. If the dead time deviation amount L12 is equal to or smaller than the predetermined value L12s, the first dead time L1 calculated from the map is determined as the final dead time L in step S104, assuming that the deviation between the two is small.

他方、むだ時間ズレ量L12が所定値L12sより大きい場合、両者のズレが大きいとして、ステップS105において、入出力空燃比の分散値又は極値から算出された第2のむだ時間L2を最終的なむだ時間Lとして決定する。そして、ステップS106において、その第2のむだ時間L2に対応するマップ中の第1のむだ時間L1を第2のむだ時間L2で置き換え、マップデータを更新する。   On the other hand, if the dead time deviation amount L12 is larger than the predetermined value L12s, the second dead time L2 calculated from the dispersion value or extreme value of the input / output air-fuel ratio is determined as the final value in step S105, assuming that the deviation between the two is large. The dead time L is determined. In step S106, the first dead time L1 in the map corresponding to the second dead time L2 is replaced with the second dead time L2, and the map data is updated.

なお、前述のむだ時間補正では、入力空燃比をむだ時間分だけ遅らせて出力空燃比とタイミングを一致させる補正を行ったが、これ以外の方法も採用できる。例えば、逐次同定を行わないやり方、例えばサンプルデータを多数取得して一時記憶し、その上で同定を行うやり方だと、出力空燃比をむだ時間分だけ早めて入力空燃比とタイミングを一致させたり、入力空燃比を遅らせ且つ出力空燃比を早めて両者のタイミングを一致させたりすることができる。補正の対象は入出力空燃比の少なくともいずれか一方であればよい。   In the above-described dead time correction, the input air-fuel ratio is delayed by the dead time to make the timing coincide with the output air-fuel ratio. However, other methods can be employed. For example, if you do not perform sequential identification, for example, if you acquire a lot of sample data and store it temporarily, then perform identification, the output air-fuel ratio may be advanced by the dead time to match the timing with the input air-fuel ratio. The input air-fuel ratio can be delayed and the output air-fuel ratio can be advanced to make the timings coincide. The correction target may be at least one of the input and output air-fuel ratios.

次に、上述の全ての補正を含む空燃比センサ異常診断の手順を図19に基づいて説明する。まず、ステップS201では空燃比を強制的に振動させるアクティブ制御が実行され、ステップS202では、燃料ダイナミクス補正がなされた後の入力空燃比u(t)の値が算出され、ステップS203では、図9〜図11に示したように、入出力空燃比の間のバイアスが無くなるように入力空燃比u(t)及び出力空燃比y(t)の値がシフト補正される。   Next, an air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis procedure including all the above-described corrections will be described with reference to FIG. First, in step S201, active control for forcibly oscillating the air-fuel ratio is executed. In step S202, the value of the input air-fuel ratio u (t) after fuel dynamics correction is calculated. In step S203, FIG. As shown in FIG. 11, the values of the input air-fuel ratio u (t) and the output air-fuel ratio y (t) are shift-corrected so that there is no bias between the input and output air-fuel ratios.

続くステップS204ではむだ時間Lが算出され、ステップS205においてむだ時間Lが無くなるように、バイアス補正後の入力空燃比u(t)の値がむだ時間L分だけシフト補正される。次のステップS206では、ステップS205で得られたむだ時間補正後の入力空燃比u(t)と、ステップS203で得られたバイアス補正後の出力空燃比y(t)との関係から、モデルパラメータである時定数Tとゲインkとが同定される。そして、ステップS207において、同定されたパラメータT,kと各異常判定値(時定数異常判定値Ts、ゲイン増大異常判定値ks1及びゲイン縮小異常判定値ks2)とが比較され、空燃比センサ(触媒前センサ17)の応答性及び出力の正常・異常が判定される。   In subsequent step S204, the dead time L is calculated, and the value of the input air-fuel ratio u (t) after bias correction is shift-corrected by the dead time L so that the dead time L is eliminated in step S205. In the next step S206, model parameters are derived from the relationship between the input air-fuel ratio u (t) after the dead time correction obtained in step S205 and the output air-fuel ratio y (t) after the bias correction obtained in step S203. A time constant T and a gain k are identified. In step S207, the identified parameters T and k are compared with each abnormality determination value (time constant abnormality determination value Ts, gain increase abnormality determination value ks1 and gain reduction abnormality determination value ks2), and an air-fuel ratio sensor (catalyst) The response of the front sensor 17) and the normality / abnormality of the output are determined.

なお、上述のセンサ異常診断については種々の変形例が考えられる。例えば、燃料を燃焼室3に直接噴射する直噴式エンジンの場合、吸気通路壁面への燃料付着を考慮する必要がないので、燃料ダイナミクス補正は省略されることとなる。上記診断は所謂広域空燃比センサへの適用例であったが、触媒後センサ18のような所謂O2センサへの適用例も可能である。このようなO2センサも含めて、広く、排気ガスの空燃比を検出するためのセンサを本発明にいう空燃比センサというものとする。上記診断では空燃比センサの特性のうち応答性及び出力という二つの特性の異常が診断されたが、これに限らず、一若しくは三以上の特性について異常を診断するものであってもよい。同様に、一次遅れ要素におけるパラメータとして時定数T及びゲインkのいずれか一方のみ、或いは時定数T及びゲインkに加えてさらに他のパラメータを同定してもよい。上記診断では一次遅れ要素における二つのパラメータT,kを同時に同定し、空燃比センサの二つの特性の異常を同時に判定しているが、これに限らず、少なくとも二つのパラメータの同定を時間差を以て行ってもよいし、また、少なくとも二つの特性の異常判定を時間差を以て行ってもよい。 Various modifications can be considered for the above-described sensor abnormality diagnosis. For example, in the case of a direct injection engine that directly injects fuel into the combustion chamber 3, it is not necessary to consider fuel adhesion to the wall surface of the intake passage, so that fuel dynamics correction is omitted. Although the above diagnosis is an application example to a so-called wide-range air-fuel ratio sensor, an application example to a so-called O 2 sensor such as the post-catalyst sensor 18 is also possible. A sensor for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas including such an O 2 sensor is referred to as an air-fuel ratio sensor according to the present invention. In the above diagnosis, abnormality of two characteristics of response and output among the characteristics of the air-fuel ratio sensor is diagnosed, but not limited to this, abnormality of one or more characteristics may be diagnosed. Similarly, only one of the time constant T and the gain k, or another parameter in addition to the time constant T and the gain k, may be identified as a parameter in the first-order lag element. In the above diagnosis, the two parameters T and k in the first-order lag element are identified at the same time, and abnormalities in the two characteristics of the air-fuel ratio sensor are judged at the same time. However, the present invention is not limited to this, and at least two parameters are identified with a time difference. Alternatively, abnormality determination of at least two characteristics may be performed with a time difference.

ところで、上記の空燃比センサ(触媒前センサ17)異常診断において、例えばある気筒のインジェクタの故障等により、実際の空燃比が気筒間でズレたりばらついたりすると、その影響が空燃比センサの出力に現れてしまい、空燃比センサが正常であるにも拘わらず異常と誤診断してしまうことがあることが判明した。   By the way, in the above-described abnormality diagnosis of the air-fuel ratio sensor (pre-catalyst sensor 17), if the actual air-fuel ratio shifts or varies between cylinders due to, for example, an injector failure in a certain cylinder, the influence will affect the output of the air-fuel ratio sensor. It has been found that even if the air-fuel ratio sensor is normal, it may be erroneously diagnosed as abnormal.

図20には、そのような空燃比ばらつきが無い場合(点線)と有る場合(実線)における触媒前センサ17の出力(触媒前空燃比A/Ff)を示す。なお空燃比ばらつきが有る場合の波形は、後述するインバランス割合が+30%であるときの波形である。図示するように、空燃比ばらつきが生じると1エンジンサイクル(=720°クランク角)間で空燃比の変動が発生し、これに伴ってセンサ出力の変動が大きくなり、空燃比ばらつきが無い場合の波形に高周波の変動が重畳してくるようになる。この高周波変動の影響で、最終的に得られる時定数T及びゲインkの値が本来得られる値より小さくなってしまう。   FIG. 20 shows the output of the pre-catalyst sensor 17 (pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff) when there is no such variation in the air-fuel ratio (dotted line) and when there is a solid line (solid line). Note that the waveform when there is air-fuel ratio variation is a waveform when an imbalance ratio described later is + 30%. As shown in the figure, when the air-fuel ratio variation occurs, the air-fuel ratio fluctuates during one engine cycle (= 720 ° crank angle). As a result, the sensor output fluctuates greatly, and there is no air-fuel ratio variation. High-frequency fluctuations are superimposed on the waveform. Due to the influence of the high frequency fluctuation, the finally obtained time constant T and gain k are smaller than originally obtained values.

図21には、正常な空燃比センサの場合における空燃比ばらつきと時定数T及びゲインkとの関係を示す。横軸には、気筒間空燃比のばらつき(インバランス:imbalance)に関するパラメータであるインバランスパラメータとして、インバランス割合(%)がとってある。インバランス割合とは、全気筒のうちある1気筒のみが燃料噴射量ズレを起こしている場合に、その燃料噴射量ズレを起こしている気筒(インバランス気筒)の燃料噴射量がどれくらいの割合で、燃料噴射量ズレを起こしていない気筒(バランス気筒)の燃料噴射量即ち基準噴射量からズレているかを示す値である。インバランス割合をIB、インバランス気筒の燃料噴射量をQ、バランス気筒の燃料噴射量即ち基準噴射量をQsとすると、IB=(Q−Qs)/Qsで表される。インバランス割合が大きいほど、インバランス気筒のバランス気筒に対する燃料噴射量ズレが大きく、空燃比ばらつきは大きい。   FIG. 21 shows the relationship between the air-fuel ratio variation, the time constant T, and the gain k in the case of a normal air-fuel ratio sensor. On the horizontal axis, an imbalance ratio (%) is taken as an imbalance parameter which is a parameter related to the variation (imbalance) of the air-fuel ratio between cylinders. The imbalance ratio is the ratio of the fuel injection amount of the cylinder (imbalance cylinder) causing the fuel injection amount deviation when only one of the cylinders is causing the fuel injection amount deviation. This is a value indicating whether there is a deviation from the fuel injection amount of the cylinder (balance cylinder) that has not caused the fuel injection amount deviation, that is, the reference injection amount. When the imbalance ratio is IB, the fuel injection amount of the imbalance cylinder is Q, and the fuel injection amount of the balance cylinder, that is, the reference injection amount is Qs, IB = (Q−Qs) / Qs. The greater the imbalance ratio, the greater the fuel injection amount deviation between the imbalance cylinder and the balance cylinder, and the greater the air-fuel ratio variation.

一方、縦軸には時定数T及びゲインkの同定値のベース比がとってある。即ち、インバランス割合が0%のときの値をベース値とし、実際に同定された時定数T及びゲインkの値をベース値で除した値がベース比である。図中、「L→R時定数」とあるのは入力空燃比をリーンからリッチに切り替えたときに同定された時定数、「R→L時定数」とあるのは入力空燃比をリッチからリーンに切り替えたときに同定された時定数をそれぞれ示す。   On the other hand, the vertical axis represents the base ratio of the identification values of the time constant T and the gain k. That is, the base ratio is a value obtained by dividing the value of the time constant T and the gain k actually identified by the base value when the imbalance ratio is 0%. In the figure, “L → R time constant” is the time constant identified when the input air-fuel ratio is switched from lean to rich, and “R → L time constant” is the input air-fuel ratio from rich to lean. Each time constant identified when switching to is shown.

図示するように、インバランス割合が大きくなるほど、時定数T及びゲインkの同定値が小さくなり、前述の各異常判定値Ts、ks2を下回って正常なセンサに対して異常と誤判定する可能性がある。   As shown in the figure, as the imbalance ratio increases, the identification values of the time constant T and the gain k become smaller, and may be erroneously determined as abnormal with respect to a normal sensor below the above-described abnormality determination values Ts and ks2. There is.

そこで本実施形態では、誤診断を防止するため次の補正を行う。まず実際のインバランス割合IBの値を検出する。そしてこの検出されたインバランス割合IBの値に基づき、同定に用いられる出力空燃比を補正する(補正の第1の態様)か、又は同定されたパラメータである時定数T及びゲインkを補正する(補正の第2の態様)。   Therefore, in the present embodiment, the following correction is performed in order to prevent erroneous diagnosis. First, the actual imbalance ratio IB is detected. Then, based on the value of the detected imbalance ratio IB, the output air-fuel ratio used for identification is corrected (first mode of correction), or the time constant T and gain k that are the identified parameters are corrected. (Second mode of correction).

[インバランス割合の検出]
まず、インバランス割合検出の第1の態様について説明する。図20に示したように、気筒間空燃比ばらつきが発生すると空燃比センサ出力に高周波変動が重畳するようになる。そこで空燃比センサ出力の所定時間当たりの軌跡長又は軌跡面積に基づきインバランス割合が検出される。空燃比センサ出力の所定時間当たりの軌跡長とは、サンプリング間隔Δ間における空燃比センサ出力の変化量を所定時間積算して得られる値である。また空燃比センサ出力の所定時間当たりの軌跡面積とは、所定の基準値と実際の空燃比センサ出力との差をサンプリング間隔Δ毎に所定時間積算して得られる値である。気筒間空燃比ばらつきが大きくなるほど、高周波変動における振幅が大きくなり、空燃比センサ出力の所定時間当たりの軌跡長又は軌跡面積が大きくなっていく。そこで当該軌跡長又は軌跡面積を計測し、予め定められたマップ又は関数を用いて、インバランス割合の値が求められる。
[Detection of imbalance ratio]
First, the first aspect of imbalance ratio detection will be described. As shown in FIG. 20, when the air-fuel ratio variation between cylinders occurs, high-frequency fluctuations are superimposed on the air-fuel ratio sensor output. Therefore, the imbalance ratio is detected based on the locus length or locus area per predetermined time of the air-fuel ratio sensor output. The trajectory length per predetermined time of the air-fuel ratio sensor output is a value obtained by integrating the amount of change in the air-fuel ratio sensor output during the sampling interval Δ for a predetermined time. The trajectory area per predetermined time of the air-fuel ratio sensor output is a value obtained by integrating the difference between the predetermined reference value and the actual air-fuel ratio sensor output for each sampling interval Δ for a predetermined time. As the variation in the air-fuel ratio between the cylinders increases, the amplitude in the high-frequency fluctuation increases, and the locus length or locus area per predetermined time of the air-fuel ratio sensor output increases. Therefore, the trajectory length or trajectory area is measured, and the imbalance ratio value is obtained using a predetermined map or function.

次にインバランス割合検出の第2の態様について説明する。この態様では気筒間空燃比ばらつきが大きくなるほど補助空燃比制御における制御量が、空燃比をよりリッチ側に補正するような増大側の値に更新されていくという特性を利用して、その制御量に基づきインバランス割合の値を検出する。   Next, a second aspect of imbalance ratio detection will be described. In this aspect, the control amount in the auxiliary air-fuel ratio control is updated to an increasing value that corrects the air-fuel ratio to a richer side as the variation in the air-fuel ratio between the cylinders becomes larger. The imbalance ratio value is detected based on the above.

補助空燃比制御における制御量を取得する際には、ストイキをそれぞれ目標空燃比とする主空燃比制御及び補助空燃比制御が実行される。ここでこれら空燃比制御について説明する。   When acquiring the control amount in the auxiliary air-fuel ratio control, the main air-fuel ratio control and the auxiliary air-fuel ratio control in which the stoichiometric value is the target air-fuel ratio are executed. Here, the air-fuel ratio control will be described.

図22に空燃比制御ルーチンを示す。このルーチンはECU20により1エンジンサイクル(=720°クランク角)毎、もしくは所定のサンプリング間隔毎に繰り返し実行される。   FIG. 22 shows an air-fuel ratio control routine. This routine is repeatedly executed by the ECU 20 every engine cycle (= 720 ° crank angle) or every predetermined sampling interval.

まずステップS301では、燃焼室内混合気の空燃比をストイキとするような基本の燃料噴射量即ち基本噴射量Qbが算出される。基本噴射量Qbは例えば、エアフローメータにより検出された吸入空気量Gaに基づき、式:Qb=Ga/14.6により算出される。   First, in step S301, a basic fuel injection amount, that is, a basic injection amount Qb is calculated so that the air-fuel ratio of the mixture in the combustion chamber is stoichiometric. The basic injection amount Qb is calculated by, for example, an expression: Qb = Ga / 14.6 based on the intake air amount Ga detected by the air flow meter.

ステップS302では触媒前センサ17の出力(出力電圧)Vfが取得される。ステップS303では、このセンサ出力Vfとストイキ相当センサ出力Vreff(図2参照)との差、即ち触媒前センサ出力差ΔVf=Vf−Vreffが算出される。   In step S302, the output (output voltage) Vf of the pre-catalyst sensor 17 is acquired. In step S303, the difference between the sensor output Vf and the stoichiometric equivalent sensor output Vref (see FIG. 2), that is, the pre-catalyst sensor output difference ΔVf = Vf−Vref is calculated.

ステップS304では、この触媒前センサ出力差ΔVfに基づき、図23に示したようなマップ(関数でもよい、以下同様)から主空燃比補正量(補正係数)Kfが算出される。触媒前センサ出力差ΔVf及び主空燃比補正量Kfは、主空燃比制御のための制御量をなす。例えばゲインをPfとするとKf=Pf×ΔVfで表される。そしてステップS305では、図24に示すような別ルーチンで設定された補助空燃比補正量Krの値が取得される。最後に、ステップS306にて、各気筒のインジェクタ12から噴射すべき最終的な燃料噴射量即ち最終噴射量Qfnlが式:Qfnl=Kf×Qb+Krにより算出される。   In step S304, based on the pre-catalyst sensor output difference ΔVf, the main air-fuel ratio correction amount (correction coefficient) Kf is calculated from a map as shown in FIG. The pre-catalyst sensor output difference ΔVf and the main air-fuel ratio correction amount Kf form control amounts for main air-fuel ratio control. For example, when the gain is Pf, it is expressed by Kf = Pf × ΔVf. In step S305, the value of the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr set in another routine as shown in FIG. 24 is acquired. Finally, in step S306, the final fuel injection amount to be injected from the injector 12 of each cylinder, that is, the final injection amount Qfnl is calculated by the formula: Qfnl = Kf × Qb + Kr.

図23のマップによれば、触媒前センサ出力Vfがストイキ相当センサ出力Vreffより大きい(ΔVf>0)ほど、即ち実際の触媒前空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、1に対しより大きな補正量Kfが得られ、基本噴射量Qbは増量補正される。反対に、触媒前センサ出力Vfがストイキ相当センサ出力Vreffより小さい(ΔVf<0)ほど、即ち実際の触媒前空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、1に対しより小さな補正量Kfが得られ、基本噴射量Qbは減量補正される。こうして、触媒前センサ17によって検出された触媒前空燃比をストイキに一致させるような主空燃比フィードバック制御が実行される。   According to the map of FIG. 23, the larger the pre-catalyst sensor output Vf is than the stoichiometric equivalent sensor output Vref (ΔVf> 0), that is, the greater the actual pre-catalyst air-fuel ratio is on the lean side, the larger the correction to 1. The amount Kf is obtained, and the basic injection amount Qb is corrected to be increased. Conversely, the smaller the pre-catalyst sensor output Vf is smaller than the stoichiometric equivalent sensor output Vreff (ΔVf <0), that is, the more the actual pre-catalyst air-fuel ratio is further away from stoichiometric, the smaller the correction amount Kf is obtained for 1. The basic injection amount Qb is corrected to decrease. In this way, main air-fuel ratio feedback control is performed so that the pre-catalyst air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 matches the stoichiometry.

ステップS306で得られた最終噴射量Qfnlの値は、全気筒に対し一律に用いられる。即ち、1エンジンサイクルもしくは所定のサンプリング間隔の間、最終噴射量Qfnlに等しい量の燃料が各気筒のインジェクタ12から順次噴射され、次のエンジンサイクルもしくは所定のサンプリング間隔後では新たに計算された最終噴射量Qfnlの燃料が各気筒のインジェクタ12から順次噴射される。   The value of the final injection amount Qfnl obtained in step S306 is uniformly used for all cylinders. That is, during one engine cycle or a predetermined sampling interval, an amount of fuel equal to the final injection amount Qfnl is sequentially injected from the injector 12 of each cylinder, and after the next engine cycle or a predetermined sampling interval, a newly calculated final value is obtained. The fuel of the injection amount Qfnl is sequentially injected from the injector 12 of each cylinder.

なお、周知のように、最終噴射量Qfnlの算出に当たっては他の補正(水温補正、バッテリ電圧補正等)を追加することも可能である。   As is well known, other corrections (water temperature correction, battery voltage correction, etc.) can be added when calculating the final injection amount Qfnl.

図24には補助空燃比補正量の設定ルーチンを示す。このルーチンはECU20により所定の演算周期(例えば16ミリ秒)で繰り返し実行される。   FIG. 24 shows a routine for setting the auxiliary air-fuel ratio correction amount. This routine is repeatedly executed by the ECU 20 at a predetermined calculation cycle (for example, 16 milliseconds).

まずステップS401では、ECU20に装備されたタイマのカウントが実行され、ステップS402では、触媒後センサ17の出力(出力電圧)Vrが取得される。ステップS403では、このセンサ出力Vrとストイキ相当センサ出力Vrefr(図3参照)との差、即ち触媒後センサ出力差ΔVr=Vrefr−Vrが算出され、この触媒後センサ出力差ΔVrが前回積算値に積算される。図25には触媒後センサ出力差ΔVrとその積算の様子を示す。   First, in step S401, the timer provided in the ECU 20 is counted, and in step S402, the output (output voltage) Vr of the post-catalyst sensor 17 is acquired. In step S403, a difference between the sensor output Vr and the stoichiometric equivalent sensor output Vrefr (see FIG. 3), that is, a post-catalyst sensor output difference ΔVr = Vrefr−Vr is calculated, and the post-catalyst sensor output difference ΔVr is set to the previous integrated value. Accumulated. FIG. 25 shows the post-catalyst sensor output difference ΔVr and how it is integrated.

ステップS404では、タイマ値が所定値tsを超えたか否かが判断される。所定値tsを超えていなければルーチンが終了される。   In step S404, it is determined whether or not the timer value exceeds a predetermined value ts. If the predetermined value ts is not exceeded, the routine is terminated.

タイマ値が所定値tsを超えている場合、ステップS405で、この時点での触媒後センサ出力差積算値ΣΔVrが、触媒後センサ学習値ΔVrgとして更新記憶される。そしてステップS406で、この触媒後センサ学習値ΔVrgに基づき、図26に示したようなマップから、補助空燃比補正量Krが算出され、この補助空燃比補正量Krが更新記憶される。触媒後センサ学習値ΔVrg及び補助空燃比補正量Krは、補助空燃比制御のための制御量をなす。例えばゲインをPrとするとKr=Pr×ΔVrgで表される。最後に、ステップS407にて、触媒後センサ出力差積算値ΣΔVr及びタイマがリセットされる。   If the timer value exceeds the predetermined value ts, the post-catalyst sensor output difference integrated value ΣΔVr at this time is updated and stored as the post-catalyst sensor learning value ΔVrg in step S405. In step S406, the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr is calculated from the map as shown in FIG. 26 based on the post-catalyst sensor learning value ΔVrg, and the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr is updated and stored. The post-catalyst sensor learning value ΔVrg and the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr form a control amount for auxiliary air-fuel ratio control. For example, when the gain is Pr, it is expressed by Kr = Pr × ΔVrg. Finally, in step S407, the post-catalyst sensor output difference integrated value ΣΔVr and the timer are reset.

触媒後センサ出力差ΔVrを所定時間tsの間積算する理由は、触媒後センサ出力Vrのストイキ相当センサ出力Vrefrに対する時間平均的なズレ量を検知するためである。積算時間を規定する所定値tsは1エンジンサイクルより遙かに長い時間であり、よって触媒後センサ学習値ΔVrg及び補助空燃比補正量Krの更新は1エンジンサイクルより遙かに長い周期で行われる。   The reason why the post-catalyst sensor output difference ΔVr is integrated for a predetermined time ts is to detect a time-average shift amount of the post-catalyst sensor output Vr with respect to the stoichiometric equivalent sensor output Vrefr. The predetermined value ts that defines the integration time is much longer than one engine cycle. Therefore, the post-catalyst sensor learning value ΔVrg and the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr are updated in a period much longer than one engine cycle. .

図26のマップによれば、触媒後センサ出力Vrが時間平均的にストイキ相当センサ出力Vrefrより小さい(ΔVrg>0)ほど、即ち実際の触媒後空燃比がストイキからリーン側に離れるほど、0に対しより大きな補正量Krが得られ、最終噴射量算出の際に基本噴射量Qbは増量補正される。反対に、触媒後センサ出力Vrが時間平均的にストイキ相当センサ出力Vrefrより大きい(ΔVrg<0)ほど、即ち実際の触媒後空燃比がストイキからリッチ側に離れるほど、0に対しより小さな補正量Krが得られ、基本噴射量Qbは減量補正される。こうして、触媒後センサ18によって検出された触媒後空燃比をストイキに一致させるような補助空燃比フィードバック制御が実行される。触媒前センサ17の劣化等の理由で主空燃比フィードバック制御を実行してもその結果がストイキからズレることがあるので、このズレを補正する目的で、補助空燃比フィードバック制御が実行される。   According to the map of FIG. 26, the post-catalyst sensor output Vr becomes 0 as the post-catalyst sensor output Vr is smaller than the stoichiometric equivalent sensor output Vrefr (ΔVrg> 0), that is, as the actual post-catalyst air-fuel ratio moves away from the stoichiometric side. On the other hand, a larger correction amount Kr is obtained, and the basic injection amount Qb is increased and corrected when the final injection amount is calculated. On the contrary, as the post-catalyst sensor output Vr is larger than the stoichiometric equivalent sensor output Vrefr on a time average (ΔVrg <0), that is, as the actual post-catalyst air-fuel ratio moves away from the stoichiometric side, the correction amount becomes smaller. Kr is obtained, and the basic injection amount Qb is corrected to decrease. In this way, auxiliary air-fuel ratio feedback control is performed so that the post-catalyst air-fuel ratio detected by the post-catalyst sensor 18 matches the stoichiometry. Even if the main air-fuel ratio feedback control is executed for reasons such as deterioration of the pre-catalyst sensor 17, the result may deviate from the stoichiometric condition. Therefore, the auxiliary air-fuel ratio feedback control is executed for the purpose of correcting this deviation.

ところで、インジェクタ等の燃料供給系やエアフローメータ等の空気系に全気筒に影響を及ぼすような異常が発生した場合、主空燃比制御におけるフィードバック補正量の絶対値が大きくなるため、これをECUでモニタすることでその異常を検出、診断できる。例えば、燃料噴射量が全体的にストイキ相当量より+5%ずれている(即ち、全ての気筒において燃料噴射量がストイキ相当量より5%ずつずれている)と、主空燃比制御におけるフィードバック補正量はその+5%ズレを補正するような値、即ち−5%相当の補正量となり、これにより燃料供給系若しくは空気系が5%ずれていることを検出することができる。そしてこのフィードバック補正量の絶対値が比較的大きい所定値以上となったときに、燃料供給系若しくは空気系が全体として異常であることを検出することができる。   By the way, when an abnormality that affects all cylinders occurs in the fuel supply system such as the injector or the air system such as the air flow meter, the absolute value of the feedback correction amount in the main air-fuel ratio control becomes large. The abnormality can be detected and diagnosed by monitoring. For example, when the fuel injection amount is entirely deviated by + 5% from the stoichiometric equivalent amount (that is, the fuel injection amount is deviated by 5% from the stoichiometric equivalent amount in all cylinders), the feedback correction amount in the main air-fuel ratio control Becomes a value for correcting the + 5% deviation, that is, a correction amount corresponding to -5%, and it is possible to detect that the fuel supply system or the air system is shifted by 5%. When the absolute value of the feedback correction amount becomes equal to or greater than a relatively large predetermined value, it can be detected that the fuel supply system or the air system is abnormal as a whole.

一方、燃料供給系や空気系が全体的にずれているのではなく、気筒間にばらつきが発生している場合を考える。図27は、1気筒(#1気筒)のみが他の3気筒(#2〜#4気筒)よりも空燃比リッチ側にずれている場合を示す。例えば、#1気筒のインジェクタに異常が発生し、#1気筒の燃料噴射量がストイキ相当量から大きく20%ずれており、他方、#2〜#4気筒では正常で、燃料噴射量がストイキ相当量であるとする。このときトータルで見れば20%のずれであり(20+0+0+0=20)、これは、全気筒が5%ずつずれているときと同じとなるはずである(5+5+5+5=20)。   On the other hand, let us consider a case where the fuel supply system and the air system are not displaced as a whole, but variations occur between the cylinders. FIG. 27 shows a case where only one cylinder (# 1 cylinder) is shifted to the air-fuel ratio rich side from the other three cylinders (# 2 to # 4 cylinders). For example, an abnormality has occurred in the injector of the # 1 cylinder, and the fuel injection amount of the # 1 cylinder is greatly shifted by 20% from the stoichiometric equivalent amount, while the # 2 to # 4 cylinders are normal and the fuel injection amount is equivalent to the stoichiometric amount. Suppose that it is a quantity. At this time, the total shift is 20% (20 + 0 + 0 + 0 = 20), which should be the same as when all cylinders are shifted by 5% (5 + 5 + 5 + 5 = 20).

しかし、1気筒のみ大きくリッチ側にずれているときの方が、全気筒で少なく均等にリッチ側にずれているときよりも、燃焼室から発生する水素量が多くなる。そしてこの水素量が多くなった分、排気中の酸素濃度が減少することから、触媒前センサ17の出力Vfは、1気筒のみずれているときの方が全気筒均等にずれているときよりもリッチ側にずれることとなる。   However, the amount of hydrogen generated from the combustion chamber is larger when only one cylinder is greatly shifted to the rich side than when it is shifted to the rich side evenly for all the cylinders. Since the oxygen concentration in the exhaust gas decreases as the amount of hydrogen increases, the output Vf of the pre-catalyst sensor 17 is shifted when only one cylinder is shifted than when all cylinders are shifted equally. It will shift to the rich side.

図28には、ストイキ相当量を基準噴射量Qsとした場合のある1気筒におけるインバランス割合(%)と、当該1気筒の燃焼室で発生する水素量(g)との関係を示す。図示するように、インバランス割合が増加するほど、発生水素量は二次関数的に増加する。よって1気筒のみリッチ側に20%ずれた場合の方が、全気筒が5%ずつずれた場合よりトータルでの発生水素量が多くなり、触媒前センサ出力Vfはよりリッチ側の値を示すようになる。   FIG. 28 shows the relationship between the imbalance ratio (%) in one cylinder when the stoichiometric equivalent amount is set as the reference injection amount Qs and the hydrogen amount (g) generated in the combustion chamber of the one cylinder. As shown in the figure, the amount of generated hydrogen increases in a quadratic function as the imbalance ratio increases. Therefore, when only one cylinder is shifted to the rich side by 20%, the total amount of generated hydrogen is larger than when all the cylinders are shifted by 5%, and the pre-catalyst sensor output Vf shows a richer value. become.

トータルとして同等のずれであっても、気筒間に空燃比ばらつきのある場合の方が、全体がずれている場合よりもエミッションが悪化する。例えば後者で、全気筒が5%ずつずれている場合には、例えば主空燃比フィードバック制御で−5%の補正を行えば、全気筒一律に5%ずれを解消することができる。しかし前者で、1気筒のみ20%ずれている場合には、主空燃比フィードバック制御で−5%の補正をしても、#1気筒=15%、#2気筒=−5%、#3気筒=−5%、#4気筒=−5%のずれとなり、トータルではズレが解消しているように見えるが(15+(−5)+(−5)+(−5)=0)、気筒別に見ればズレているのであり、よって気筒単位でエミッションが悪化する。   Even when the total deviation is the same, the emission is worse when the air-fuel ratio varies between the cylinders than when the whole is displaced. For example, in the latter case, when all the cylinders are deviated by 5%, the deviation of 5% can be eliminated uniformly by correcting the -5% in the main air-fuel ratio feedback control, for example. However, if only one cylinder is shifted by 20% in the former, # 1 cylinder = 15%, # 2 cylinder = -5%, # 3 cylinder even if correction of -5% is performed by the main air-fuel ratio feedback control = -5%, # 4 cylinder = -5%, and the total deviation seems to be eliminated (15 + (-5) + (-5) + (-5) = 0), but by cylinder If it sees, it will have shifted | deviated, Therefore, an emission worsens per cylinder.

一方、主空燃比フィードバック制御では、トータルとしての触媒前空燃比を検出してこれをストイキとするよう制御するため、主空燃比フィードバック制御の補正量からは、気筒間空燃比ばらつきが発生していることを検出することができない。つまり気筒間空燃比ばらつきが発生していても、トータルでのズレ量がゼロであれば補正量もゼロとなり、見掛け上はあたかも主空燃比フィードバック制御が問題なく正常に行われているように見えてしまう。   On the other hand, in the main air-fuel ratio feedback control, control is performed so that the pre-catalyst air-fuel ratio as a total is detected and stoichiometrically controlled. Therefore, variation in the air-fuel ratio between cylinders occurs from the correction amount of the main air-fuel ratio feedback control. It cannot be detected. In other words, even if there is a variation in the air-fuel ratio between cylinders, if the total deviation is zero, the correction amount will be zero, and it appears that the main air-fuel ratio feedback control is normally performed without any problems. End up.

そこで、気筒間空燃比ばらつきがある場合に全体がずれている場合よりも水素量が多くなり、触媒前センサ出力Vfがリッチ側にずれるという特性を利用して、以下のようにしてインバランス割合を検出することとしている。   Therefore, the imbalance ratio is calculated as follows by utilizing the characteristic that the amount of hydrogen increases when the air-fuel ratio variation between cylinders is larger than when the whole is shifted and the pre-catalyst sensor output Vf shifts to the rich side. Is going to be detected.

排気中に水素が含まれている場合、この排気に触媒を作用させることにより、排気中の水素を酸化(燃焼)して浄化することができる。そして、触媒を通過せず水素が浄化されていない排気の空燃比(触媒前空燃比A/Ff)を触媒前センサ17で検出し、触媒を通過し水素が浄化された排気の空燃比(触媒後空燃比A/Fr)を触媒後センサ18で検出する。触媒前センサ17で検出された空燃比は、触媒後センサ18で検出された空燃比よりも、水素の影響でリッチ側にずれる。逆に言えば、触媒後センサ18で検出された空燃比は、触媒前センサ17で検出された空燃比よりも、水素の影響でリーン側にずれる。そこでこのリーン側へのずれ(乖離)状態に基づき、インバランス割合が検出される。   When hydrogen is contained in the exhaust, a catalyst is allowed to act on the exhaust, whereby the hydrogen in the exhaust can be oxidized (combusted) and purified. Then, the air-fuel ratio (pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff) of the exhaust gas that does not pass through the catalyst and hydrogen is not purified is detected by the pre-catalyst sensor 17, and the air-fuel ratio (catalyst of the exhaust gas that has passed through the catalyst and purified hydrogen) The post-catalyst sensor 18 detects the post-air-fuel ratio A / Fr). The air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 is shifted to the rich side due to the influence of hydrogen from the air-fuel ratio detected by the post-catalyst sensor 18. In other words, the air-fuel ratio detected by the post-catalyst sensor 18 is shifted to the lean side due to the influence of hydrogen than the air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17. Therefore, the imbalance ratio is detected based on the leaning (divergence) state.

分かり易くいうと、触媒後センサ18で検出された空燃比が真の排気空燃比と言えるものであり、触媒前センサ17で検出された空燃比は、真の排気空燃比に水素分が加わって見掛け上リッチにずれた排気空燃比である。言ってしまえば、触媒前センサ17が騙されているのである。一部気筒の残部気筒に対する空燃比リッチずれ量が多いほど、水素分は二次関数的に多くなる。よって触媒後センサ18の検出空燃比に対する触媒前センサ17の検出空燃比のリッチ側へのズレ量、即ち触媒前センサ17の検出空燃比に対する触媒後センサ18の検出空燃比のリーン側へのズレ量に基づき、インバランス割合を検出できるのである。   In other words, it can be said that the air-fuel ratio detected by the post-catalyst sensor 18 is a true exhaust air-fuel ratio. The air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17 is obtained by adding a hydrogen component to the true exhaust air-fuel ratio. The exhaust air-fuel ratio is apparently rich. In other words, the pre-catalyst sensor 17 is deceived. As the air-fuel ratio rich shift amount of the remaining cylinders with respect to the remaining cylinders increases, the hydrogen content increases in a quadratic function. Therefore, the deviation of the detected air-fuel ratio of the pre-catalyst sensor 17 to the rich side with respect to the detected air-fuel ratio of the post-catalyst sensor 18, that is, the deviation of the detected air-fuel ratio of the post-catalyst sensor 18 to the lean side of the detected air-fuel ratio of the pre-catalyst sensor 17 Based on the amount, the imbalance ratio can be detected.

図27に示すように、例えば#1気筒のみでインジェクタに異常が発生し、#1気筒の空燃比が他の#2〜#4気筒の空燃比より大きくリッチ側にずれているとする。このとき主空燃比フィードバック制御が実行されているので、全気筒の排ガスが合流した後のトータルの排ガスの空燃比は、図27(A)に示すように、ストイキ近傍に制御されている。即ち、触媒前センサ出力Vfはストイキ相当センサ出力Vreffの近傍となっている。しかしながら、#1気筒の空燃比はストイキより大きくリッチであり、#2〜#4気筒の空燃比はストイキよりリーンであり、全体のバランスとしてストイキ近傍になっているに過ぎない。しかも#1気筒から水素が多量に発生される結果、触媒前センサ17の出力Vfは、真の空燃比よりもリッチ側にずれた空燃比を誤ってストイキとして表示している。   As shown in FIG. 27, for example, it is assumed that an abnormality occurs in the injector only in the # 1 cylinder, and the air-fuel ratio of the # 1 cylinder is greatly shifted to the rich side from the air-fuel ratios of the other # 2 to # 4 cylinders. Since the main air-fuel ratio feedback control is executed at this time, the air-fuel ratio of the total exhaust gas after the exhaust gases of all the cylinders merge is controlled in the vicinity of the stoichiometry as shown in FIG. That is, the pre-catalyst sensor output Vf is in the vicinity of the stoichiometric equivalent sensor output Vreff. However, the air-fuel ratio of the # 1 cylinder is larger and richer than stoichiometric, and the air-fuel ratio of the # 2 to # 4 cylinders is leaner than stoichiometric, and as a whole balance is only near the stoichiometric. Moreover, as a result of the large amount of hydrogen generated from the # 1 cylinder, the output Vf of the pre-catalyst sensor 17 erroneously displays the air-fuel ratio shifted to the rich side from the true air-fuel ratio as a stoichiometric.

他方、水素を含む排ガスが触媒11を通過すると、水素が浄化されてその影響が取り除かれる。従って、図27(B)に示すように、触媒後センサ18の出力Vrは、真の空燃比、即ちストイキよりリーンの空燃比を表示することとなる。即ち、触媒後センサ出力Vrはストイキ相当センサ出力Vrefrよりリーン側の低い値となる。   On the other hand, when the exhaust gas containing hydrogen passes through the catalyst 11, the hydrogen is purified and its influence is removed. Therefore, as shown in FIG. 27B, the output Vr of the post-catalyst sensor 18 displays a true air-fuel ratio, that is, an air-fuel ratio that is leaner than stoichiometry. That is, the post-catalyst sensor output Vr is a lower value on the lean side than the stoichiometric equivalent sensor output Vrefr.

別の見方をすると、例えば全体で25という触媒前空燃比検出値のリッチズレを補正するため、主空燃比フィードバック制御で−25のリーン補正を行い、触媒前空燃比検出値のリッチズレを0とする。しかし、25のうちの5は純粋な空燃比ずれではなく水素の影響によるもので、主空燃比フィードバック制御は5だけリーン側に補正しすぎである。よって触媒後空燃比はリーンに5だけずれる結果となる。   From another viewpoint, for example, to correct the rich deviation of the pre-catalyst air-fuel ratio detection value of 25, the lean correction of -25 is performed in the main air-fuel ratio feedback control, and the rich deviation of the pre-catalyst air-fuel ratio detection value is set to zero. . However, 5 out of 25 is not a pure air-fuel ratio shift but is caused by the influence of hydrogen, and the main air-fuel ratio feedback control is overcorrected by 5 on the lean side. Therefore, the post-catalyst air-fuel ratio results in a shift of 5 by lean.

よって、主空燃比フィードバック制御により触媒前空燃比がストイキに制御されているにも拘わらず、触媒後センサ18からは、ストイキよりリーンの触媒後空燃比が継続的に検出されるようになる(即ち、触媒後センサ出力がリーンに張り付く)。   Therefore, although the pre-catalyst air-fuel ratio is controlled to be stoichiometric by the main air-fuel ratio feedback control, the post-catalyst sensor 18 continuously detects the lean post-catalyst air-fuel ratio from the stoichiometric ( That is, the post-catalyst sensor output sticks lean).

なお、触媒後センサ18がストイキよりリーンの排気空燃比を検出すると、補助空燃比フィードバック制御によるリッチ補正がなされ、燃料噴射量が全気筒一律に増量される。すると触媒前空燃比検出値のリッチずれはさらに大きくなり、触媒後空燃比はリーンに維持される。こうしてやがては、ばらつきの程度に見合った主空燃比補正量及び補助空燃比補正量に収束していく。   When the post-catalyst sensor 18 detects an exhaust air-fuel ratio that is leaner than stoichiometric, rich correction is performed by auxiliary air-fuel ratio feedback control, and the fuel injection amount is uniformly increased for all cylinders. Then, the rich deviation of the pre-catalyst air-fuel ratio detection value is further increased, and the post-catalyst air-fuel ratio is maintained lean. In this way, the main air-fuel ratio correction amount and the auxiliary air-fuel ratio correction amount that are commensurate with the degree of variation are eventually converged.

ところで、図24〜図26を用いて説明したように、補助空燃比フィードバック制御においては、所定時間毎に(即ち所定の更新速度で)、触媒後センサ学習値ΔVrgと補助空燃比補正量Krとが学習ないし更新される。ここで一部気筒のインジェクタの故障等により気筒間空燃比ばらつきが発生すると、触媒後センサ出力Vrが継続的にリーンな値となるので、触媒後センサ学習値ΔVrg及び補助空燃比補正量Krは、大きなリーンずれをストイキに戻すような大きな正の値となる。   By the way, as described with reference to FIGS. 24 to 26, in the auxiliary air-fuel ratio feedback control, the post-catalyst sensor learning value ΔVrg and the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr are determined every predetermined time (that is, at a predetermined update speed). Is learned or updated. Here, if the variation in the air-fuel ratio between cylinders occurs due to an injector failure in some cylinders, the post-catalyst sensor output Vr continuously becomes a lean value, so the post-catalyst sensor learning value ΔVrg and the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr are It becomes a large positive value that returns a large lean shift to stoichiometry.

これを示すのが図29である。図29は、インバランス割合と触媒後センサ学習値ΔVrgとの関係を調べた試験結果である。インバランス割合はリッチずれのときが正、リーンずれのときが負である。図示するように、インバランス割合がリッチずれ方向に大きくなるほど、触媒後センサ学習値ΔVrgはより大きな値、即ち空燃比をよりリッチ側に補正するような値となる。   This is shown in FIG. FIG. 29 shows test results obtained by examining the relationship between the imbalance ratio and the post-catalyst sensor learning value ΔVrg. The imbalance ratio is positive when there is a rich shift and negative when there is a lean shift. As shown in the figure, the post-catalyst sensor learning value ΔVrg becomes a larger value, that is, a value that corrects the air-fuel ratio to the rich side as the imbalance ratio increases in the rich shift direction.

そこで、触媒後センサ学習値ΔVrgがばらつきの程度に見合った一定値に収束した後の触媒後センサ学習値ΔVrgの値を取得し、この値と、予め定められたマップ又は関数から、インバランス割合の値が求められる。   Therefore, the value of the post-catalyst sensor learning value ΔVrg after the post-catalyst sensor learning value ΔVrg converges to a constant value commensurate with the degree of variation is obtained, and the imbalance ratio is calculated from this value and a predetermined map or function. The value of is obtained.

なお、代替的に、触媒後センサ学習値ΔVrgに基づいて算出される補助空燃比補正量Krに基づいてインバランス割合の値を求めてもよい。   Alternatively, the imbalance ratio value may be obtained based on the auxiliary air-fuel ratio correction amount Kr calculated based on the post-catalyst sensor learning value ΔVrg.

このインバランス割合検出方法によれば、空燃比センサに高い応答性が要求されず、高速のデータサンプルや処理能力の高いECUも不要である。また外乱に強く、ロバスト性が高く、機関運転条件やセンサ設置位置にも制約がない。従って非常に実用的であり、高精度な検出が可能である。   According to this imbalance ratio detection method, high responsiveness is not required for the air-fuel ratio sensor, and a high-speed data sample and an ECU with high processing capability are not required. In addition, it is resistant to disturbances and has high robustness, and there are no restrictions on engine operating conditions and sensor installation positions. Therefore, it is very practical and enables highly accurate detection.

次にインバランス割合検出の第3の態様について説明する。本実施形態では、上流触媒11(及び下流触媒19)として酸素吸蔵能を有する三元触媒が用いられている。この場合、触媒11に流入する排気ガスの空燃比(触媒前空燃比A/Ff)がストイキよりリーンのときには触媒11が排気ガス中の酸素を吸蔵し、排気ガスの空燃比がストイキよりリッチのときには触媒11が既に吸蔵していた酸素を放出する。一方、かかる三元触媒の劣化診断法として所謂Cmax法が知られている。これは、触媒が劣化すると触媒の酸素吸蔵能が低下するという特性を利用して、触媒が現状で吸蔵(又は放出)可能な酸素量(即ち、酸素吸蔵容量OSC)を計測し、この計測値を所定値と比較して触媒の劣化を判定する方法である。この劣化検出においては、空燃比をリッチ・リーンに強制的に切替制御するアクティブ空燃比制御が実行され、このアクティブ空燃比制御実行中に触媒の吸蔵酸素量と放出酸素量とを複数ずつ計測し、その平均値を最終的な酸素吸蔵容量OSCとして、所定値と比較する。   Next, a third aspect of imbalance ratio detection will be described. In the present embodiment, a three-way catalyst having an oxygen storage capacity is used as the upstream catalyst 11 (and the downstream catalyst 19). In this case, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 11 (pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff) is leaner than stoichiometric, the catalyst 11 occludes oxygen in the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the exhaust gas is richer than stoichiometric. Sometimes the catalyst 11 releases the oxygen already stored. On the other hand, a so-called Cmax method is known as a method for diagnosing deterioration of such a three-way catalyst. This is because the oxygen storage capacity of the catalyst decreases when the catalyst deteriorates, and the amount of oxygen that can be stored (or released) by the catalyst (that is, the oxygen storage capacity OSC) is measured. Is compared with a predetermined value to determine the deterioration of the catalyst. In this deterioration detection, active air-fuel ratio control for forcibly switching the air-fuel ratio to rich and lean is executed, and during the execution of this active air-fuel ratio control, the stored oxygen amount and the released oxygen amount of the catalyst are measured multiple times. The average value is compared with a predetermined value as the final oxygen storage capacity OSC.

ここで、吸蔵酸素量と放出酸素量との計測について図30を参照しつつ説明する。(A)は目標空燃比A/Ft(破線)と、触媒前センサ17で検出された触媒前空燃比A/Ff(実線)を示す。また(B)は触媒後センサ出力電圧Vrを示す。(C)は触媒11から放出された酸素量即ち放出酸素量OSAaの積算値を示し、(D)は触媒に吸蔵された酸素量即ち吸蔵酸素量OSAbの積算値を示す。   Here, measurement of the amount of stored oxygen and the amount of released oxygen will be described with reference to FIG. (A) shows the target air-fuel ratio A / Ft (broken line) and the pre-catalyst air-fuel ratio A / Ff (solid line) detected by the pre-catalyst sensor 17. (B) shows the post-catalyst sensor output voltage Vr. (C) shows the integrated value of the amount of oxygen released from the catalyst 11, that is, the released oxygen amount OSAa, and (D) shows the integrated value of the amount of oxygen stored in the catalyst, that is, the stored oxygen amount OSAb.

図示するように、アクティブ空燃比制御の実行により、触媒に流入する排気ガスの空燃比は所定のタイミングで強制的にリーン及びリッチに交互に切り替えられる。例えば時刻t1より前では目標空燃比A/Ftがストイキよりリーン(例えば15.1)に設定され、触媒11にはリーンガスが流入されている。このとき触媒11では酸素を吸収し続け、排気中のリーン成分(NOx)を還元して浄化するが、飽和状態即ち満杯まで酸素を吸収した時点でそれ以上酸素を吸収できなくなり、リーンガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後センサ18の出力がリーン側に反転し、触媒後センサ18の出力がストイキ相当値Vrefrに達する(時刻t1)。この時点で、目標空燃比A/Ftがストイキよりリッチ(例えば14.1)に切り替えられる。   As shown in the figure, by executing the active air-fuel ratio control, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is forcibly and alternately switched between lean and rich at a predetermined timing. For example, before the time t1, the target air-fuel ratio A / Ft is set to lean (for example, 15.1) from the stoichiometry, and lean gas flows into the catalyst 11. At this time, the catalyst 11 continuously absorbs oxygen and reduces and purifies the lean component (NOx) in the exhaust gas. However, when the oxygen is absorbed to a saturated state, that is, full, oxygen can no longer be absorbed, and the lean gas becomes the catalyst 11. And flows out downstream of the catalyst 11. When this happens, the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the lean side, and the output of the post-catalyst sensor 18 reaches the stoichiometric equivalent value Vrefr (time t1). At this time, the target air-fuel ratio A / Ft is switched to richer (eg, 14.1) than stoichiometric.

そして今度は触媒11にリッチガスが流入される。このとき触媒11では、それまで吸蔵していた酸素を放出し続け、排気中のリッチ成分(HC,CO)を酸化して浄化するが、やがて触媒11から全ての吸蔵酸素が放出され尽くすとその時点で酸素を放出できなくなり、リッチガスが触媒11を通り抜けて触媒11の下流側に流れ出す。こうなると触媒後空燃比がリッチ側に変化し、触媒後センサ18の出力がストイキ相当値Vrefrに達する(時刻t2)。この時点で、目標空燃比A/Ftがリーン空燃比に切り替えられる。このようにして、空燃比のリッチ・リーンへの切替えが繰り返し実行される。   This time, rich gas flows into the catalyst 11. At this time, the catalyst 11 continues to release the oxygen stored until then, and oxidizes and purifies the rich components (HC, CO) in the exhaust gas. However, when all the stored oxygen is eventually released from the catalyst 11, At that time, oxygen can no longer be released, and the rich gas passes through the catalyst 11 and flows out downstream of the catalyst 11. When this happens, the post-catalyst air-fuel ratio changes to the rich side, and the output of the post-catalyst sensor 18 reaches the stoichiometric equivalent value Vrefr (time t2). At this time, the target air-fuel ratio A / Ft is switched to the lean air-fuel ratio. In this way, switching of the air-fuel ratio to rich / lean is repeatedly performed.

(C)に示すように、時刻t1〜t2の放出サイクルでは、極短い所定周期毎の放出酸素量OSAaが順次積算されていく。より詳しくは、触媒前センサ17の出力がストイキ相当値に達した時t11から、触媒後センサ18の出力がリーン側に反転した(Vrefrに達した)時t2まで、1演算周期毎の放出酸素量dOSA(dOSAa)が次式(1)により計算され、この1演算周期毎の値が周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する放出酸素量OSAaの計測値となる。   As shown in (C), in the release cycle from time t1 to time t2, the released oxygen amount OSAa for each extremely short predetermined period is sequentially accumulated. More specifically, from the time t11 when the output of the pre-catalyst sensor 17 reaches the stoichiometric value, the released oxygen for each calculation cycle from the time t2 when the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the lean side (has reached Vrefr). The quantity dOSA (dOSAa) is calculated by the following equation (1), and the value for each calculation period is integrated for each period. The final integrated value obtained in this way becomes the measured value of the released oxygen amount OSAa corresponding to the oxygen storage capacity of the catalyst.

Figure 0005035688
Figure 0005035688

Qは燃料噴射量であり、空燃比差ΔA/Fに燃料噴射量Qを乗じると過剰又は不足分の空気量を計算できる。Kは空気に含まれる酸素割合(約0.23)である。   Q is the fuel injection amount. When the air-fuel ratio difference ΔA / F is multiplied by the fuel injection amount Q, the excess or insufficient air amount can be calculated. K is the proportion of oxygen contained in the air (about 0.23).

時刻t2〜t3の吸蔵サイクルでも同様に、(D)に示すように、触媒前センサ17の出力がストイキ相当値に達した時t21から、触媒後センサ18の出力がリッチ側に反転した(Vrefrに達した)時t3まで、1演算周期毎の吸蔵酸素量dOSA(dOSAb)が前記式(1)により計算され、この1演算周期毎の値が周期毎に積算されていく。こうして得られた最終的な積算値が、触媒の酸素吸蔵容量に相当する吸蔵酸素量OSAbの計測値となる。こうして放出サイクルと吸蔵サイクルを繰り返すことにより、複数ずつの放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとが計測、取得される。   Similarly, in the storage cycle from time t2 to t3, as shown in (D), the output of the post-catalyst sensor 18 is reversed to the rich side from the time t21 when the output of the pre-catalyst sensor 17 reaches the stoichiometric value (Vrefr). Until the time t3, the stored oxygen amount dOSA (dOSAb) for each calculation cycle is calculated by the equation (1), and the value for each calculation cycle is integrated for each cycle. The final integrated value obtained in this way becomes a measured value of the stored oxygen amount OSAb corresponding to the oxygen storage capacity of the catalyst. By repeating the release cycle and the storage cycle in this way, a plurality of released oxygen amounts OSAa and stored oxygen amounts OSAb are measured and acquired.

ところで、原理的には、触媒における吸蔵可能な酸素量と放出可能な酸素量とは等しく、よって上記の放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとは等しいはずである。つまり両者は対称の関係にある。ところが、気筒間空燃比ばらつきが発生すると、この対称関係が崩れ、両者は非対称となる。即ち、触媒前センサ17の出力は水素の影響で真の値よりリッチ側にずれた値である。このため触媒に実際に与えられている排気ガスの空燃比は、触媒前センサ17で検出される見掛け上の空燃比より若干リーンである。よって、放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとの計測値は等しくならず、前者は後者より大きくなる。   By the way, in principle, the amount of oxygen that can be stored and the amount of oxygen that can be released in the catalyst are equal, and thus the amount of released oxygen OSAa and the amount of stored oxygen OSAb should be equal. In other words, they are in a symmetrical relationship. However, when the variation in the air-fuel ratio between cylinders occurs, this symmetrical relationship is lost, and both become asymmetric. That is, the output of the pre-catalyst sensor 17 is a value shifted to the rich side from the true value due to the influence of hydrogen. For this reason, the air-fuel ratio of the exhaust gas actually given to the catalyst is slightly leaner than the apparent air-fuel ratio detected by the pre-catalyst sensor 17. Therefore, the measured values of the released oxygen amount OSAa and the stored oxygen amount OSAb are not equal, and the former is larger than the latter.

よってこのことを利用してインバランス割合の検出を行う。即ち、放出酸素量OSAaと吸蔵酸素量OSAbとをそれぞれ計測すると共に、これら計測値の比R=OSAa/OSAbを算出し、この比Rと、予め定められたマップ又は関数から、インバランス割合の値が求められる。比Rが大きくなるほどインバランス割合も大きくなる。   Therefore, the imbalance ratio is detected using this fact. That is, the released oxygen amount OSAa and the stored oxygen amount OSAb are respectively measured, and the ratio R = OSAa / OSAb of these measured values is calculated, and the imbalance ratio is calculated from the ratio R and a predetermined map or function. A value is determined. As the ratio R increases, the imbalance ratio also increases.

なお、上記第1〜第3の態様以外に、代替的に、触媒上流側の排気ガス中の水素濃度を水素濃度センサにより検出してその検出値に基づいてインバランス割合を検出しても良い。気筒間空燃比ばらつきが発生すると排気中水素濃度が急増し、インバランス割合と排気中水素濃度との間に相関関係が見られるからである。   In addition to the first to third aspects, alternatively, the hydrogen concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst may be detected by a hydrogen concentration sensor, and the imbalance ratio may be detected based on the detected value. . This is because when the air-fuel ratio variation between cylinders occurs, the hydrogen concentration in the exhaust gas increases rapidly, and a correlation is seen between the imbalance ratio and the hydrogen concentration in the exhaust gas.

[補正の第1の態様(出力空燃比の補正)]
さて、以上のようにしてインバランス割合が検出されたならば、次に、触媒前センサ17について、同定パラメータとしての時定数T及びゲインkの同定に用いられる出力空燃比y(t)が補正される。言い換えれば、パラメータ同定を行う前に出力空燃比y(t)が補正され、補正後の出力空燃比y’(t)に基づいてパラメータ同定が行われる。
[First mode of correction (correction of output air-fuel ratio)]
If the imbalance ratio is detected as described above, the output air-fuel ratio y (t) used for identifying the time constant T and the gain k as identification parameters is corrected for the pre-catalyst sensor 17 next. Is done. In other words, the output air-fuel ratio y (t) is corrected before parameter identification, and parameter identification is performed based on the corrected output air-fuel ratio y ′ (t).

この補正では、出力空燃比y(t)に対してなまし処理又はフィルタリング処理を実行することにより出力空燃比y(t)が補正される。図20を参照して説明したように、気筒間空燃比ばらつきが有ると触媒前センサ17の出力に高周波変動が重畳してくるので、この高周波成分を除去するようなまし処理又はフィルタリング処理が実行される。そして、検出されたインバランス割合に応じて、なまし処理におけるなまし率が設定されるか、又はフィルタリング処理におけるカットオフ周波数が設定される。   In this correction, the output air-fuel ratio y (t) is corrected by executing a smoothing process or a filtering process on the output air-fuel ratio y (t). As described with reference to FIG. 20, if there is a variation in the air-fuel ratio between cylinders, high-frequency fluctuations are superimposed on the output of the pre-catalyst sensor 17. Is done. Then, according to the detected imbalance ratio, an annealing rate in the annealing process is set, or a cutoff frequency in the filtering process is set.

なまし処理は所定のサンプリング周期Δ毎に実行され、今回の出力空燃比をy(t)、今回のなまし後の出力空燃比をy’(t)、前回のなまし後の出力空燃比をy’(t−1)、なまし率をMとすると、今回のなまし後の出力空燃比y’(t)は次式により算出される。   The annealing process is executed every predetermined sampling period Δ, and the current output air-fuel ratio is y (t), the output air-fuel ratio after the current annealing is y ′ (t), the output air-fuel ratio after the previous annealing. Is y ′ (t−1) and the annealing rate is M, the output air-fuel ratio y ′ (t) after the current annealing is calculated by the following equation.

Figure 0005035688
Figure 0005035688

そして、検出されたインバランス割合に応じたなまし率Mが所定のマップ又は関数から取得され、この取得されたなまし率Mが、今回のなまし後の出力空燃比y’(t)の算出に用いられる。図31にはインバランス割合となまし率Mの関係を予め定めたマップの例を示す。図示するように、インバランス割合が0(%)のときはなまし率Mが1で、実質的になましは行われない。しかし、インバランス割合が0(%)からプラス側或いはマイナス側に離れるほど、なまし率Mは1よりも増加していく傾向にあり(図示例では2,4)、なまし度合いが大きくなっていく。これはインバランス割合が大きくなるほど高周波変動の振幅が増大していくことに対応している。こうしてインバランス割合に応じたなまし処理が実行可能となり、触媒前センサ17の出力から気筒間空燃比ばらつきの影響を取り除いて正確な触媒前センサ17の異常診断を行え、誤診断を防止できる。   Then, the annealing rate M corresponding to the detected imbalance ratio is acquired from a predetermined map or function, and the acquired annealing rate M is the output air-fuel ratio y ′ (t) after the current annealing. Used for calculation. FIG. 31 shows an example of a map in which the relationship between the imbalance ratio and the annealing ratio M is determined in advance. As shown in the figure, when the imbalance ratio is 0 (%), the annealing rate M is 1, and no annealing is substantially performed. However, as the imbalance ratio increases from 0 (%) to the plus side or the minus side, the annealing rate M tends to increase from 1 (2, 4 in the illustrated example), and the degree of annealing increases. To go. This corresponds to the fact that the amplitude of the high frequency fluctuation increases as the imbalance ratio increases. In this way, the smoothing process according to the imbalance ratio can be executed, the influence of the variation in the air-fuel ratio between the cylinders can be removed from the output of the pre-catalyst sensor 17, and the abnormality diagnosis of the pre-catalyst sensor 17 can be performed accurately, thereby preventing erroneous diagnosis.

また、フィルタリング処理については、出力空燃比y(t)の信号がローパスフィルタを通過させられ、所定のカットオフ周波数fcを下回る信号のみがローパスフィルタを通過させられる。そして、検出されたインバランス割合に応じたカットオフ周波数fcが所定のマップ又は関数から取得され、この取得されたカットオフ周波数fcに基づきフィルタリング処理が実行される。図示しないが、インバランス割合が0(%)のときはカットオフ周波数fcが所定の既定値であり、インバランス割合が0(%)からプラス側或いはマイナス側に離れるほど、カットオフ周波数fcは既定値よりも減少していく傾向にある。これはインバランス割合が大きくなるほど高周波変動が増大するため、これを抑制する必要があるからである。こうしてインバランス割合に応じたフィルタリング処理が実行可能となり、触媒前センサ17の出力から気筒間空燃比ばらつきの影響を取り除いて正確な触媒前センサ17の異常診断を行え、誤診断を防止できる。   As for the filtering process, the signal of the output air-fuel ratio y (t) is passed through the low-pass filter, and only the signal lower than the predetermined cutoff frequency fc is passed through the low-pass filter. Then, a cutoff frequency fc corresponding to the detected imbalance ratio is acquired from a predetermined map or function, and a filtering process is executed based on the acquired cutoff frequency fc. Although not shown, when the imbalance ratio is 0 (%), the cut-off frequency fc is a predetermined default value, and the cut-off frequency fc increases as the imbalance ratio deviates from 0 (%) to the plus side or the minus side. It tends to decrease from the default value. This is because high frequency fluctuations increase as the imbalance ratio increases, and it is necessary to suppress this. Thus, the filtering process according to the imbalance ratio can be executed, and the abnormality diagnosis of the pre-catalyst sensor 17 can be performed accurately by removing the influence of the variation in the air-fuel ratio between the cylinders from the output of the pre-catalyst sensor 17, thereby preventing erroneous diagnosis.

図32に当該第1の態様を含む空燃比センサ異常診断処理の手順を示す。当該処理はECU20により実行されるものである。   FIG. 32 shows a procedure of air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis processing including the first mode. The process is executed by the ECU 20.

まずステップS501では、異常診断のための前提条件が成立しているか否かが判断される。この前提条件とは、例えば、エンジンの暖機が終了していること(例えば冷却水温が75℃以上)、触媒前センサ17及び触媒後センサ18が活性済みであること、触媒11,19が活性済みであることなどである。   First, in step S501, it is determined whether a precondition for abnormality diagnosis is satisfied. This precondition includes, for example, that the engine has been warmed up (for example, the cooling water temperature is 75 ° C. or higher), the pre-catalyst sensor 17 and the post-catalyst sensor 18 have been activated, and the catalysts 11 and 19 are It is already done.

前提条件が成立していない場合、ステップS501が繰り返されて待機状態となる。他方、前提条件が成立した場合、ステップS502において、上述の第1〜第3の態様のいずれかに従って、インバランス割合IBの値が検出、取得される。   If the precondition is not satisfied, step S501 is repeated to enter a standby state. On the other hand, if the precondition is satisfied, in step S502, the value of the imbalance ratio IB is detected and acquired according to any of the first to third aspects described above.

次いで、ステップS503に進み、検出されたインバランス割合の値に対応したなまし率M又はカットオフ周波数fcの値が算出、取得される。そしてステップS504において、以降継続的に、触媒前センサ17の出力即ち出力空燃比y(t)がなまし処理されるか又はフィルタリング処理され、出力空燃比y(t)が補正される。   Next, the process proceeds to step S503, and the smoothing rate M or the cutoff frequency fc corresponding to the detected imbalance ratio value is calculated and acquired. In step S504, the output of the pre-catalyst sensor 17, that is, the output air-fuel ratio y (t) is continuously processed or filtered to correct the output air-fuel ratio y (t).

次に、ステップS505において、同定パラメータとしてのゲインk及び時定数Tの同定を実行するのに適した条件(同定条件)が成立しているか否かが判断される。この同定条件とは、例えばエンジンが定常運転状態にあることなどである。   Next, in step S505, it is determined whether a condition (identification condition) suitable for executing the identification of the gain k and the time constant T as identification parameters is satisfied. The identification condition is, for example, that the engine is in a steady operation state.

同定条件が成立していない場合、ステップS505が繰り返されて待機状態となる。他方、同定条件が成立した場合、ステップS506において、上述の一次遅れモデルを利用したゲインk及び時定数Tの同定が実行される。   If the identification condition is not satisfied, step S505 is repeated to enter a standby state. On the other hand, if the identification condition is satisfied, the identification of the gain k and the time constant T using the first-order lag model described above is executed in step S506.

こうしてゲインk及び時定数Tの同定値が得られたならば、ステップS507において、各同定値と、対応する各異常判定値(ゲイン増大異常判定値ks1、ゲイン縮小異常判定値ks2及び時定数異常判定値Ts)とが比較される。同定されたゲインkがks1≦k≦ks2の範囲内にあり、且つ、同定された時定数TがT≦Tsの範囲内にある場合には、ステップS508において触媒前センサ17は正常と判定される。他方、同定されたゲインk及び時定数Tの少なくとも一方が各範囲内にない場合には、ステップS509において触媒前センサ17は異常と判定される。以上で処理が終了する。なお、触媒前センサ17が異常と判定された場合、各同定値と各異常判定値との比較結果に応じて各特性の異常が個別に判定される。また異常の事実をユーザに知らせるべくチェックランプ等の警告装置が起動させられる。   If the identification values of the gain k and the time constant T are thus obtained, in step S507, each identification value and the corresponding abnormality determination value (gain increase abnormality determination value ks1, gain reduction abnormality determination value ks2, and time constant abnormality) are obtained. The determination value Ts) is compared. If the identified gain k is in the range of ks1 ≦ k ≦ ks2 and the identified time constant T is in the range of T ≦ Ts, it is determined in step S508 that the pre-catalyst sensor 17 is normal. The On the other hand, if at least one of the identified gain k and time constant T is not within each range, it is determined in step S509 that the pre-catalyst sensor 17 is abnormal. The process ends here. When it is determined that the pre-catalyst sensor 17 is abnormal, abnormality of each characteristic is individually determined according to a comparison result between each identification value and each abnormality determination value. Also, a warning device such as a check lamp is activated to inform the user of the fact of the abnormality.

[補正の第2の態様(ゲイン及び時定数の補正)]
次に、補正の第2の態様について説明する。この態様では、検出されたインバランス割合IBの値に基づき、同定されたゲインk及び時定数Tの値が補正される。図21に示したように、気筒間空燃比ばらつきの程度が大きくなりインバランス割合が増大するほど、ゲインk及び時定数Tの値が減少する。そこで、ゲインk及び時定数Tがインバランス割合=0(%)のときの値になるよう、ゲインk及び時定数Tが、検出されたインバランス割合に応じて増大側に補正される。これにより気筒間空燃比ばらつきの影響を排除したゲインk及び時定数Tに対して各異常判定値との比較即ち異常判定を行うことができ、気筒間空燃比ばらつきの影響による誤診断を防止できる。
[Second mode of correction (correction of gain and time constant)]
Next, the second mode of correction will be described. In this aspect, the identified gain k and time constant T are corrected based on the detected imbalance ratio IB. As shown in FIG. 21, the value of the gain k and the time constant T decreases as the degree of variation in the air-fuel ratio between cylinders increases and the imbalance ratio increases. Therefore, the gain k and the time constant T are corrected to the increasing side according to the detected imbalance ratio so that the gain k and the time constant T become values when the imbalance ratio = 0 (%). As a result, the gain k and the time constant T excluding the influence of the variation in the air-fuel ratio between the cylinders can be compared with each abnormality determination value, that is, the abnormality can be determined, and erroneous diagnosis due to the influence of the variation in the air-fuel ratio between the cylinders can be prevented. .

図33にはインバランス割合とゲイン補正係数Hk及び時定数補正係数HTの関係を予め定めたマップの例を示す。ゲイン補正係数Hk及び時定数補正係数HTはそれぞれ同定されたゲインk及び時定数Tに乗じられる値である。図示するように、インバランス割合が0(%)のときは各補正係数Hk,HTが1で、実質的に補正は行われない。しかし、インバランス割合が0(%)からプラス側或いはマイナス側に離れるほど、各補正係数Hk,HTは1よりも増加していく傾向にあり(図示例では1.1,1.2,1.3)、補正度合いが大きくなっていく。これはインバランス割合が大きくなるほどゲインk及び時定数Tの同定値が減少していくことに対応している。この補正により、ゲインk及び時定数Tの同定値を気筒間空燃比ばらつきが無いときの値に補正することができる。   FIG. 33 shows an example of a map in which the relationship between the imbalance ratio, the gain correction coefficient Hk, and the time constant correction coefficient HT is determined in advance. The gain correction coefficient Hk and the time constant correction coefficient HT are values multiplied by the identified gain k and time constant T, respectively. As shown in the figure, when the imbalance ratio is 0 (%), the correction coefficients Hk and HT are 1, and no correction is substantially performed. However, the correction coefficients Hk and HT tend to increase from 1 (1.1, 1.2, 1 in the illustrated example) as the imbalance ratio increases from 0 (%) to the plus side or minus side. .3) The degree of correction increases. This corresponds to the fact that the identification value of the gain k and the time constant T decreases as the imbalance ratio increases. By this correction, the identification values of the gain k and the time constant T can be corrected to values when there is no inter-cylinder air-fuel ratio variation.

図34に当該第2の態様を含む異常診断処理の手順を示す。当該処理はECU20により実行されるものである。   FIG. 34 shows the procedure of abnormality diagnosis processing including the second mode. The process is executed by the ECU 20.

まずステップS601では、前記ステップS501と同様、異常診断のための前提条件が成立しているか否かが判断される。前提条件が成立していない場合、ステップS601が繰り返されて待機状態となる。他方、前提条件が成立した場合、ステップS602において、前記ステップS502と同様、インバランス割合の値が検出、取得される。   First, in step S601, as in step S501, it is determined whether a precondition for abnormality diagnosis is satisfied. If the precondition is not satisfied, step S601 is repeated to enter a standby state. On the other hand, when the precondition is satisfied, the value of the imbalance ratio is detected and acquired in step S602 as in step S502.

次いで、ステップS603に進み、検出されたインバランス割合の値に対応したゲイン補正係数Hk及び時定数補正係数HTの値が図33に示したようなマップ等から算出、取得される。   In step S603, the gain correction coefficient Hk and the time constant correction coefficient HT corresponding to the detected imbalance ratio value are calculated and acquired from a map as shown in FIG.

次に、ステップS604において、前記ステップS505と同様、同定条件が成立しているか否かが判断される。同定条件が成立していない場合、ステップS604が繰り返されて待機状態となる。他方、同定条件が成立した場合、ステップS605において、前記ステップS506と同様、ゲインk及び時定数Tの同定が実行される。   Next, in step S604, as in step S505, it is determined whether the identification condition is satisfied. If the identification condition is not satisfied, step S604 is repeated to enter a standby state. On the other hand, if the identification condition is satisfied, the identification of the gain k and the time constant T is executed in step S605 as in step S506.

こうしてゲインk及び時定数Tの同定値が得られたならば、ステップS606において、各同定値にそれぞれステップS603で取得されたゲイン補正係数Hk及び時定数補正係数HTの値が乗算され、ゲインk及び時定数Tの同定値がk’、T’に補正される。   When the identification values of the gain k and the time constant T are thus obtained, in step S606, the identification values are multiplied by the gain correction coefficient Hk and the time constant correction coefficient HT acquired in step S603, respectively, and the gain k The identification value of the time constant T is corrected to k ′ and T ′.

次いでステップS607において、補正された各同定値と、対応する各異常判定値ks1,ks2,Tsとが比較される。補正されたゲインk’がks1≦k’≦ks2の範囲内にあり、且つ、補正された時定数T’がT’≦Tsの範囲内にある場合、ステップS608において触媒前センサ17は正常と判定される。他方、補正されたゲインk’及び時定数T’の少なくとも一方が各範囲内にない場合には、ステップS609において触媒前センサ17は異常と判定される。以上で処理が終了する。なお、触媒前センサ17が異常と判定された場合、センサの各特性の異常が個別に判定される点、及び警告装置が起動される点は前記同様である。   Next, in step S607, each corrected identification value is compared with each corresponding abnormality determination value ks1, ks2, Ts. If the corrected gain k ′ is in the range of ks1 ≦ k ′ ≦ ks2 and the corrected time constant T ′ is in the range of T ′ ≦ Ts, the pre-catalyst sensor 17 is normal in step S608. Determined. On the other hand, if at least one of the corrected gain k ′ and time constant T ′ is not within each range, it is determined in step S609 that the pre-catalyst sensor 17 is abnormal. The process ends here. Note that when the pre-catalyst sensor 17 is determined to be abnormal, the abnormality of each characteristic of the sensor is determined individually and the warning device is activated as described above.

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、上述の内燃機関は吸気ポート(吸気通路)噴射式であったが、直噴式エンジンや両噴射方式を兼ね備えたデュアル噴射式エンジンにも、本発明は適用可能である。前記実施形態では触媒前に広域空燃比センサを用い、触媒後にO2センサを用いたが、例えば触媒後に広域空燃比センサを用いたり、触媒前にO2センサを用いてもよい。これら広域空燃比センサ及びO2センサを含め、広く、排気の空燃比を検出するためのセンサを本発明にいう空燃比センサというものとする。補正の第1の態様は前記実施形態のような一次遅れモデルを用いた診断方法以外にも適用可能である。またインバランスパラメータとしては、インバランス割合以外にも、気筒間空燃比ばらつきの大きさに相関したパラメータであれば採用可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the above-described internal combustion engine is an intake port (intake passage) injection type, but the present invention can also be applied to a direct injection type engine or a dual injection type engine having both injection types. In the above embodiment, the wide area air-fuel ratio sensor is used before the catalyst and the O 2 sensor is used after the catalyst. However, for example, a wide area air-fuel ratio sensor may be used after the catalyst, or an O 2 sensor may be used before the catalyst. A wide range of sensors for detecting the air-fuel ratio of exhaust gas, including these wide-range air-fuel ratio sensors and O 2 sensors, are referred to as air-fuel ratio sensors in the present invention. The first mode of correction can be applied to a method other than the diagnostic method using the first-order lag model as in the above embodiment. In addition to the imbalance ratio, any parameter that is correlated with the magnitude of the variation in the air-fuel ratio between cylinders can be used as the imbalance parameter.

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。   The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications, applications, and equivalents included in the concept of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。1 is a schematic view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 触媒前センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of the sensor before a catalyst. 触媒後センサの出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output characteristic of a post-catalyst sensor. アクティブ制御時における入力空燃比と出力空燃比との変化の様子を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the mode of the change of the input air fuel ratio at the time of active control, and an output air fuel ratio. ゲイン及び時定数を同定した結果を示すグラフであり、正常センサの場合である。It is a graph which shows the result of having identified a gain and a time constant, and is a case of a normal sensor. ゲイン及び時定数を同定した結果を示すグラフであり、異常センサの場合である。It is a graph which shows the result of having identified a gain and a time constant, and is a case of an abnormal sensor. 異常診断システムのブロック図である。It is a block diagram of an abnormality diagnosis system. 燃料ダイナミクス補正のある場合とない場合とで入力空燃比を比較した試験結果である。It is a test result comparing the input air-fuel ratio with and without fuel dynamics correction. 入力空燃比と出力空燃比との変化の様子を示す試験結果であり、バイアス補正前の状態である。It is a test result which shows the mode of a change with an input air fuel ratio and an output air fuel ratio, and is the state before bias correction. バイアス補正の方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the method of bias correction. 入力空燃比と出力空燃比との変化の様子を示す試験結果であり、バイアス補正後の状態である。It is a test result which shows the mode of a change with an input air fuel ratio and an output air fuel ratio, and is the state after bias correction | amendment. むだ時間補正前後の入力空燃比を示す試験結果である。It is a test result which shows the input air fuel ratio before and behind dead time correction. むだ時間算出マップである。It is a dead time calculation map. むだ時間算出の第2の態様を説明するための試験結果であり、正常センサの場合である。It is a test result for demonstrating the 2nd aspect of dead time calculation, and is a case of a normal sensor. むだ時間算出方法を説明するための図14に対応した概略図である。It is the schematic corresponding to FIG. 14 for demonstrating a dead time calculation method. むだ時間算出の第2の態様を説明するための試験結果であり、異常センサの場合である。It is a test result for demonstrating the 2nd aspect of dead time calculation, and is a case of an abnormal sensor. むだ時間算出方法を説明するための図16に対応した概略図である。It is the schematic corresponding to FIG. 16 for demonstrating a dead time calculation method. むだ時間算出の第3の態様に係るフローチャートである。It is a flowchart which concerns on the 3rd aspect of dead time calculation. 空燃比センサ異常診断の手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of an air fuel ratio sensor abnormality diagnosis roughly. 空燃比ばらつきが無い場合と有る場合の触媒前センサ出力変化を示すグラフである。It is a graph which shows the sensor output change before catalyst in the case where there is no air-fuel ratio variation, and when there is. インバランス割合と時定数及びゲインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an imbalance ratio, a time constant, and a gain. 空燃比制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an air fuel ratio control routine. 主空燃比補正量の算出マップである。It is a calculation map of the main air-fuel ratio correction amount. 補助空燃比補正量の設定ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting routine of an auxiliary air fuel ratio correction amount. 触媒後センサ出力差とその積算の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the sensor output difference after a catalyst, and the mode of the integration. 補助空燃比補正量の算出マップである。It is a calculation map of the auxiliary air-fuel ratio correction amount. 1気筒が他の3気筒よりも空燃比リッチ側にずれている場合を示す図である。It is a figure which shows the case where 1 cylinder has shifted | deviated to the air-fuel-ratio rich side rather than the other 3 cylinders. インバランス割合と水素量の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an imbalance ratio and hydrogen amount. インバランス割合と触媒後センサ学習値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an imbalance ratio and a post-catalyst sensor learning value. 吸蔵酸素量と放出酸素量との計測方法を説明するためのタイムチャートである。It is a time chart for demonstrating the measuring method of the amount of occluded oxygen and the amount of released oxygen. インバランス割合となまし率との関係を規定したマップである。It is the map which prescribed | regulated the relationship between the imbalance rate and the impersonation rate. 補正の第1の態様を含む空燃比センサ異常診断処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the air fuel ratio sensor abnormality diagnosis process containing the 1st aspect of correction | amendment. インバランス割合とゲイン補正係数及び時定数補正係数との関係を規定したマップである。It is the map which prescribed | regulated the relationship between an imbalance ratio, a gain correction coefficient, and a time constant correction coefficient. 補正の第2の態様を含む空燃比センサ異常診断処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the air fuel ratio sensor abnormality diagnosis process containing the 2nd aspect of correction | amendment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
3 燃焼室
6 排気管
11 上流触媒
12 インジェクタ
14 排気マニフォールド
17 触媒前センサ
18 触媒後センサ
20 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3 Combustion chamber 6 Exhaust pipe 11 Upstream catalyst 12 Injector 14 Exhaust manifold 17 Pre-catalyst sensor 18 Post-catalyst sensor 20 Electronic control unit (ECU)

Claims (10)

多気筒内燃機関の排気通路に配置された空燃比センサの異常診断装置であって、
少なくとも前記空燃比センサの出力に基づいて前記空燃比センサの異常を診断する診断手段と、
気筒間の空燃比ばらつきに関するパラメータであるインバランスパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに基づき、前記空燃比センサの出力を補正する出力補正手段と
を備え
前記診断手段は、
燃料噴射弁から前記空燃比センサまでの系を一次遅れ要素によりモデル化してなるモデルに対する入力と、前記空燃比センサの出力とに基づき、前記一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、
前記同定手段により同定されたパラメータに基づき、前記空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段と
を備え、
前記同定手段は、前記出力補正手段により補正された前記空燃比センサの出力に基づいて前記一次遅れ要素におけるパラメータを同定する
ことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor disposed in an exhaust passage of a multi-cylinder internal combustion engine,
Diagnosing means for diagnosing abnormality of the air-fuel ratio sensor based on at least the output of the air-fuel ratio sensor;
Detecting means for detecting an imbalance parameter which is a parameter relating to air-fuel ratio variation between cylinders;
Output correction means for correcting the output of the air-fuel ratio sensor based on the imbalance parameter detected by the detection means ,
The diagnostic means includes
Identification means for identifying a parameter in the first-order lag element based on an input to a model obtained by modeling a system from a fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor with a first-order lag element, and an output of the air-fuel ratio sensor;
An abnormality determining means for determining an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter identified by the identifying means;
With
An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor, wherein the identification means identifies a parameter in the first-order lag element based on the output of the air-fuel ratio sensor corrected by the output correction means .
前記出力補正手段は、前記出力に対してなまし処理又はフィルタリング処理を実行することにより前記出力を補正し、且つ、前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに応じて、前記なまし処理におけるなまし率を設定するか、又は前記フィルタリング処理におけるカットオフ周波数を設定する
ことを特徴とする請求項1記載の空燃比センサの異常診断装置。
The output correction means corrects the output by executing an annealing process or a filtering process on the output, and according to the imbalance parameter detected by the detection means, The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein an annealing rate is set, or a cutoff frequency in the filtering process is set.
前記出力補正手段は、前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータが、気筒間空燃比ばらつきが大きくなるような値であるほど、なまし度合いが大きくなるような前記なまし率を設定するか、又はより減少された前記カットオフ周波数を設定する
ことを特徴とする請求項に記載の空燃比センサの異常診断装置。
Whether the output correction means sets the smoothing rate such that the degree of smoothing increases as the imbalance parameter detected by the detecting means is such that the variation in air-fuel ratio between cylinders increases. The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 2 , wherein the cut-off frequency that is further reduced is set .
多気筒内燃機関の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサの異常診断装置であって、
燃料噴射弁から前記空燃比センサまでの系を一次遅れ要素によりモデル化してなるモデルに対する入力と、前記空燃比センサの出力とに基づき、前記一次遅れ要素におけるパラメータを同定する同定手段と、
前記同定手段により同定されたパラメータに基づき、前記空燃比センサの所定の特性の異常を判定する異常判定手段と、
気筒間の空燃比ばらつきに関するパラメータであるインバランスパラメータを検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータに基づき、前記同定されたパラメータを補正する同定パラメータ補正手段と
を備え
前記異常判定手段は、前記同定パラメータ補正手段により補正された前記パラメータに基づき、前記空燃比センサの所定の特性の異常を判定する
ことを特徴とする空燃比センサの異常診断装置。
An air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device for detecting an air-fuel ratio of exhaust gas of a multi-cylinder internal combustion engine,
Identification means for identifying a parameter in the first-order lag element based on an input to a model obtained by modeling a system from a fuel injection valve to the air-fuel ratio sensor with a first-order lag element, and an output of the air-fuel ratio sensor;
An abnormality determining means for determining an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter identified by the identifying means;
Detecting means for detecting an imbalance parameter which is a parameter relating to air-fuel ratio variation between cylinders;
Identification parameter correction means for correcting the identified parameter based on the imbalance parameter detected by the detection means ,
An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor, wherein the abnormality determination means determines an abnormality of a predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor based on the parameter corrected by the identification parameter correction means .
前記同定パラメータ補正手段は、前記検出手段により検出された前記インバランスパラメータが、気筒間空燃比ばらつきが大きくなるような値であるほど、前記パラメータを増大側に補正し、前記パラメータを気筒間空燃比ばらつきが無いときの値になるよう補正する  The identification parameter correcting means corrects the parameter to an increasing side as the imbalance parameter detected by the detecting means is such that the variation in the air-fuel ratio between cylinders increases, and Correct to the value when there is no variation in fuel ratio
ことを特徴とする請求項4に記載の空燃比センサの異常診断装置。  The abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to claim 4.
前記一次遅れ要素におけるパラメータが少なくともゲインと時定数を含み、前記空燃比センサの所定の特性が少なくとも前記ゲインに対応した出力と前記時定数に対応した応答性とを含む  The parameter in the first-order lag element includes at least a gain and a time constant, and the predetermined characteristic of the air-fuel ratio sensor includes at least an output corresponding to the gain and a responsiveness corresponding to the time constant.
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。  The abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 5.
前記検出手段は、前記空燃比センサの出力の所定時間当たりの軌跡長又は軌跡面積に基づき、前記インバランスパラメータを算出する  The detection means calculates the imbalance parameter based on a locus length or locus area per predetermined time of the output of the air-fuel ratio sensor.
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。  The air-fuel ratio sensor abnormality diagnosis device according to any one of claims 1 to 6.
前記検出手段は、  The detection means includes
前記空燃比センサの下流側の前記排気通路に配置され、排気中に含まれる少なくとも水素を酸化して浄化する触媒と、  A catalyst that is disposed in the exhaust passage downstream of the air-fuel ratio sensor and oxidizes and purifies at least hydrogen contained in the exhaust;
前記触媒の下流側の前記排気通路に配置された触媒後空燃比センサと、  A post-catalyst air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst;
前記空燃比センサにより検出された空燃比を所定の目標空燃比に一致させるような主空燃比制御及び前記触媒後空燃比センサにより検出された空燃比を前記目標空燃比に一致させるような補助空燃比制御を実行する空燃比制御手段であって、前記触媒後空燃比センサの出力に基づき前記補助空燃比制御のための制御量を算出する空燃比制御手段と、  A main air-fuel ratio control that matches the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor with a predetermined target air-fuel ratio and an auxiliary air-fuel ratio that matches the air-fuel ratio detected by the post-catalyst air-fuel ratio sensor with the target air-fuel ratio. Air-fuel ratio control means for performing fuel ratio control, calculating air-fuel ratio control means for calculating the control amount for the auxiliary air-fuel ratio control based on the output of the post-catalyst air-fuel ratio sensor;
前記算出された制御量に基づき、前記インバランスパラメータを算出する手段と  Means for calculating the imbalance parameter based on the calculated control amount;
を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。  An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記検出手段は、  The detection means includes
前記空燃比センサの下流側の前記排気通路に配置された触媒と、  A catalyst disposed in the exhaust passage downstream of the air-fuel ratio sensor;
前記触媒の吸蔵酸素量と放出酸素量を検出する手段と、  Means for detecting the amount of oxygen stored and released from the catalyst;
前記検出された吸蔵酸素量と放出酸素量の比又は差に基づき、前記インバランスパラメータを算出する手段と  Means for calculating the imbalance parameter based on a ratio or difference between the detected stored oxygen amount and released oxygen amount;
を備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。  An abnormality diagnosis apparatus for an air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
前記インバランスパラメータがインバランス割合からなり、当該インバランス割合が式:IB=(Q−Qs)/Qs(但し、IBはインバランス割合、Qはインバランス気筒の燃料噴射量、Qsはバランス気筒の燃料噴射量)により表されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の空燃比センサの異常診断装置。  The imbalance parameter comprises an imbalance ratio, and the imbalance ratio is expressed by the formula: IB = (Q−Qs) / Qs (where IB is the imbalance ratio, Q is the fuel injection amount of the imbalance cylinder, and Qs is the balance cylinder) The abnormality diagnosis device for an air-fuel ratio sensor according to claim 1, wherein the abnormality diagnosis device is an air-fuel ratio sensor.
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