JP4561498B2 - Degradation diagnosis device for linear air-fuel ratio sensor - Google Patents
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Description
本発明はリニア空燃比センサの劣化診断装置に関し、より詳細には、エンジンの排気系に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサの劣化を検出するリニア空燃比センサの劣化診断装置に関する。 The present invention relates to a deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor, and more particularly, to a linear air-fuel ratio sensor that is provided in an engine exhaust system and that detects deterioration of a linear air-fuel ratio sensor that outputs a value proportional to the oxygen concentration in exhaust gas. The present invention relates to a deterioration diagnosis device for a fuel ratio sensor.
従来、この種のリニア空燃比センサの劣化診断装置としては、例えば特許文献1に開示されている技術がある。この特許文献1に開示されている技術では、三元触媒の上流側にリニア空燃比センサを設け、下流側には酸素濃度センサを設けている。上流側のリニア空燃比センサは、フィードバック制御系に実空燃比に相当する検出値を出力する一方、下流側の酸素濃度センサは、フィードバック制御系の目標空燃比を所定の空燃比に維持するための副制御要素に酸素濃度の検出値を出力するように構成されている。そして、通常運転時では、PID動作によって空燃比のフィードバック制御を実行するとともに、診断時には、フィードバック制御系のD動作を禁止してPI動作に切り換えることにより、リニア空燃比センサの出力変動を拡大し、センサ劣化度合いが大きい程、応答周期が長くなることに基づいて、リニア空燃比センサの応答劣化を拡大して検出するようにしている。
ところで、リニア空燃比センサの応答劣化には、両側劣化と片側劣化の2つの態様がある。両側劣化とは、リッチ側、リーン側への変動に対するセンサ出力変化の応答性が何れも悪化する応答劣化をいい、片側劣化とは、リーン側からリッチ側、或いはリッチ側からリーン側に空燃比が変動した際、何れか一方のみについて、センサ出力変化の応答性が悪化する応答劣化をいう。 By the way, there are two modes of response deterioration of the linear air-fuel ratio sensor: double-side deterioration and single-side deterioration. Both-side deterioration refers to response deterioration in which the responsiveness of sensor output changes to both rich and lean changes deteriorates. One-side deterioration refers to an air-fuel ratio from the lean side to the rich side, or from the rich side to the lean side. Is a response deterioration in which the responsiveness of the sensor output change is deteriorated with respect to only one of them.
両側劣化においては、リーン側へもリッチ側へもリニア空燃比センサの出力変化の応答性が悪化するので、フィードバック全体の応答性は遅れるものの、平均空燃比が目標空燃比からずれることはない。これに対して、片側劣化を来しているリニア空燃比センサの出力に基づいて、空燃比をフィードバック制御を実行した場合、平均空燃比が本来の目標空燃比(中心空燃比)からずれてしまうという問題がある。 In both-side deterioration, the response of the output change of the linear air-fuel ratio sensor is deteriorated to both the lean side and the rich side. Therefore, although the response of the entire feedback is delayed, the average air-fuel ratio does not deviate from the target air-fuel ratio. On the other hand, when feedback control is performed on the air-fuel ratio based on the output of the linear air-fuel ratio sensor that has deteriorated on one side, the average air-fuel ratio deviates from the original target air-fuel ratio (center air-fuel ratio). There is a problem.
この点に関し、特許文献1に開示されている装置では、リニア空燃比センサの出力変動を拡大しているので、両側劣化についてはリニア空燃比センサの劣化判定が容易になる。しかしながら、単に出力変動を拡大しているだけでは、リニア空燃比センサが片側劣化を来しているか否かを判定することはできなかった。そのため、特許文献1の劣化診断に基づいて、空燃比のフィードバック制御を続けると、平均空燃比が目標空燃比からずれるという不具合を回避することができなかった。
In this regard, in the apparatus disclosed in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、診断時のエミッション低下を可及的に防止することができ、リニア空燃比センサの片側劣化をも確実に検出し、且つ中心空燃比のずれを補正することのできるリニア空燃比センサの劣化診断装置を提供することを課題としている。 The present invention has been made in view of the above problems, can prevent emission reduction at the time of diagnosis as much as possible, reliably detect one-side deterioration of the linear air-fuel ratio sensor, and shift the center air-fuel ratio. It is an object of the present invention to provide a deterioration diagnosis device for a linear air-fuel ratio sensor capable of correcting the above.
上記課題を解決するために本発明は、エンジンの排気ガス中の酸素濃度に基づいて、空燃比のフィードバック制御を実行するフィードバック制御系と、前記排気ガスを浄化する触媒の上流側に配置され、当該触媒に浄化される排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、前記触媒の下流側に配置され、当該触媒に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値として出力する酸素濃度センサと、所定の診断条件が成立したときに前記フィードバック制御系にインパルス状の外乱をリーン側とリッチ側とに交互に出力する外乱発生手段と、外乱発生手段による外乱出力後にリニア空燃比センサの出力の微分値を出力する微分手段と、微分手段が出力した微分値に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間と時定数とのうち少なくとも一方を、リーン側、リッチ側でそれぞれ独立した劣化判定の判定パラメータとして演算する判定パラメータ演算手段と、劣化診断時にリーン側の外乱から演算された判定パラメータとリッチ側の外乱から演算された判定パラメータとの差を演算し、演算された差と、前記酸素濃度センサからの検出値とに基づき、前記リニア空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御による空燃比の目標空燃比に対するずれを修正するように、前記フィードバック制御系の基準入力を補正する中心ずれ補正手段とを備えていることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置である。この態様では、所定の診断条件が成立したときに、外乱発生手段がインパルス状の外乱をフィードバック制御系に出力することにより、外乱に対応した実空燃比がリニア空燃比センサから出力される結果、このリニア空燃比センサの出力の微分値からむだ時間または時定数の少なくとも一方を検出し、リニア空燃比センサの劣化診断を実行することが可能になる。しかも、劣化診断時にリーン側の外乱から演算された判定パラメータとリッチ側の外乱から演算された判定パラメータとの差を演算し、演算された差と、前記酸素濃度センサからの検出値とに基づき、前記リニア空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御による空燃比の目標空燃比に対するずれを修正するように、前記フィードバック制御系の基準入力を補正する制御を実行するので、仮にリーン側またはリッチ側の外乱に対する応答劣化が進んだリニア空燃比センサを診断しているときであっても、リッチ側とリーン側とに外乱を加える構成を採用したことに伴い、診断中にフィードバック制御系の基準入力がリッチ側またはリーン側にシフトするおそれが無くなる。この発明において、エンジンの目標空燃比は、原則として理論空燃比(λ=1)に設定される。さらに、外乱発生手段が生成する「外乱」とは、空燃比のフィードバック制御系の状態を一時的に乱す外的作用をいい、具体的な例としては、燃料噴射量を意図的にリッチ側またはリーン側に変動させることにより、空燃比のフィードバック制御系に付加されるものである。 In order to solve the above problems, the present invention is disposed upstream of a feedback control system that performs air-fuel ratio feedback control based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the engine and a catalyst that purifies the exhaust gas, A linear air-fuel ratio sensor that outputs a value proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas purified by the catalyst and an oxygen concentration in the exhaust gas that is disposed downstream of the catalyst and purified by the catalyst An oxygen concentration sensor to output, a disturbance generating means for alternately outputting impulse-like disturbance to the lean side and rich side to the feedback control system when a predetermined diagnosis condition is satisfied, and a linear after the disturbance output by the disturbance generating means Differentiating means for outputting the differential value of the output of the air-fuel ratio sensor, and the dead time and time constant of the linear air-fuel ratio sensor based on the differential value output by the differentiating means Judgment parameter calculation means for calculating at least one of them as a determination parameter for independent deterioration determination on the lean side and rich side, and a determination parameter calculated from the disturbance on the lean side and the disturbance on the rich side at the time of deterioration diagnosis The difference from the determination parameter is calculated, and the deviation of the air-fuel ratio from the target air-fuel ratio by feedback control based on the output of the linear air-fuel ratio sensor is corrected based on the calculated difference and the detected value from the oxygen concentration sensor. Thus, the deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor is provided with a center deviation correction means for correcting a reference input of the feedback control system . In this aspect, when a predetermined diagnostic condition is satisfied, the disturbance generating means outputs an impulse-like disturbance to the feedback control system, so that the actual air-fuel ratio corresponding to the disturbance is output from the linear air-fuel ratio sensor, It is possible to detect deterioration of the linear air-fuel ratio sensor by detecting at least one of the dead time and the time constant from the differential value of the output of the linear air-fuel ratio sensor. In addition, the difference between the determination parameter calculated from the disturbance on the lean side and the determination parameter calculated from the disturbance on the rich side at the time of deterioration diagnosis is calculated, and based on the calculated difference and the detected value from the oxygen concentration sensor The control for correcting the reference input of the feedback control system is executed so as to correct the deviation of the air-fuel ratio from the target air-fuel ratio by the feedback control based on the output of the linear air-fuel ratio sensor . Even when diagnosing a linear air-fuel ratio sensor whose response deterioration to disturbance has been diagnosed, the reference input of the feedback control system is being used during diagnosis due to the adoption of a configuration that adds disturbance to the rich side and lean side. There is no risk of shifting to the rich side or lean side. In the present invention, the target air-fuel ratio of the engine is set to the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) in principle. Furthermore, the “disturbance” generated by the disturbance generating means refers to an external action that temporarily disturbs the state of the feedback control system of the air-fuel ratio. As a specific example, the fuel injection amount is intentionally set to the rich side or By changing to the lean side, it is added to the feedback control system of the air-fuel ratio.
好ましい態様において、前記フィードバック制御系は、基準入力を補正する補正要素を有し、前記中心ずれ補正手段は、補正要素による補正量を調整して基準入力のずれを補正するものである。この態様では、フィードバック制御系の前向き要素の基準入力を調整して、リニア空燃比センサの劣化に伴う目標空燃比に対するずれを吸収することが可能になる。 In a preferred aspect, the feedback control system has a correction element for correcting a reference input, and the center deviation correction means adjusts a correction amount by the correction element to correct a deviation of the reference input. In this aspect, the reference input of the forward element of the feedback control system can be adjusted to absorb the deviation from the target air-fuel ratio due to the deterioration of the linear air-fuel ratio sensor.
好ましい態様において、前記フィードバック制御系は、前記診断条件の成立時に前記副制御要素のゲインを小さくし、診断終了後の所定条件成立後に副制御要素のゲインを通常値に戻すゲイン切換手段を有している。この態様では、劣化診断時に副制御要素のゲインを小さくする制御を実行しているので、外乱が発生しているときの基準入力に対するフィードバックが緩やかになり、副制御要素による発散を防止することができるとともに、フィードバック制御系に対する制御動作を変更する方式に比べ、フィードバック制御系の安定度を維持することが可能になる。 In a preferred aspect, the feedback control system includes gain switching means for reducing the gain of the sub-control element when the diagnosis condition is satisfied and returning the gain of the sub-control element to a normal value after the predetermined condition is satisfied after the diagnosis is completed. ing. In this aspect, since the control for reducing the gain of the sub-control element is executed at the time of the deterioration diagnosis, the feedback to the reference input when the disturbance is generated becomes gradual, and the divergence by the sub-control element can be prevented. In addition, it is possible to maintain the stability of the feedback control system as compared to the method of changing the control operation for the feedback control system.
好ましい態様において、通常運転時には、前記副制御要素の制御動作が少なくともPI動作になるとともに、劣化診断時には、副制御要素の制御動作がI動作のみになるように副制御要素の伝達関数を設定する伝達関数設定手段を設けている。この態様では、通常運転時には、副フィートバック制御系がPI制御、またはPID制御を実行するとともに、劣化診断時には、I動作によってのみフィードバック制御を実行するので、P項による副補正量の急激な増加を抑制し、出力が発散するのを防止することが可能になる。 In a preferred embodiment, the transfer function of the sub control element is set so that the control operation of the sub control element is at least a PI operation during normal operation and the control operation of the sub control element is only the I operation during deterioration diagnosis. Transfer function setting means is provided. In this mode, during normal operation, the sub footback control system performs PI control or PID control, and during deterioration diagnosis, feedback control is performed only by the I operation, so the sub correction amount by the P term increases rapidly. Can be suppressed, and the output can be prevented from diverging.
好ましい態様において、前記外乱発生手段は、むだ時間の演算を終了した時点で外乱の生成をリセットするものであるとともに、外乱のリセット後に収束判定手段がリニア空燃比センサの出力の収束を判定した場合に次回の外乱を生成するものである。この態様では、リニア空燃比センサの劣化状態に応じて必要最小限の期間だけ外乱を出力させることが可能になる。このため、診断時間を可及的に短縮化できるとともに、むだ時間に基づく正確な劣化診断を実行することが可能になる。また、このように外乱の出力時間を可変長とした場合であっても、中心ずれ補正手段によって、目標空燃比に対する基準入力のずれが補正されるので、外乱の出力態様に対応して、目標空燃比を維持し、エミッションの低下を防止することが可能になる。 In a preferred aspect, the disturbance generating means resets the generation of the disturbance when the dead time calculation is completed, and the convergence determining means determines the convergence of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the reset of the disturbance. The next disturbance is generated. In this aspect, it is possible to output a disturbance only for a necessary minimum period according to the deterioration state of the linear air-fuel ratio sensor. For this reason, the diagnosis time can be shortened as much as possible, and an accurate deterioration diagnosis based on the dead time can be executed. Further, even when the disturbance output time is variable, the center deviation correction unit corrects the deviation of the reference input with respect to the target air-fuel ratio. It becomes possible to maintain the air-fuel ratio and prevent the emission from decreasing.
以上説明したように本発明によれば、劣化診断時に中心ずれ補正手段によって、仮にリーン側またはリッチ側の外乱に対する応答劣化が進んだリニア空燃比センサを診断しているときであっても、診断中にフィードバック制御系の基準入力がリッチ側またはリーン側にシフトするおそれが無くなるので、診断時のエミッション低下を可及的に防止することができ、リニア空燃比センサの片側劣化をも確実に検出し、且つ中心空燃比のずれを補正することができるという顕著な効果を奏する。 As described above, according to the present invention, even when the linear air-fuel ratio sensor in which the response deterioration with respect to the lean side or rich side disturbance is advanced is diagnosed by the center deviation correction means at the time of deterioration diagnosis, This eliminates the possibility that the reference input of the feedback control system will shift to the rich side or lean side, so that it is possible to prevent emissions from being reduced as much as possible during diagnosis and to reliably detect deterioration on one side of the linear air-fuel ratio sensor. In addition, there is a remarkable effect that the deviation of the center air-fuel ratio can be corrected.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の実施の一形態に係るエンジン10の系統図である。
FIG. 1 is a system diagram of an
図1を参照して、本実施形態の劣化判定装置1に係るエンジン10には、複数の気筒11が設けられるとともに、各気筒11の内部には、図略のクランクシャフトに連結されたピストン12が嵌挿されることにより、その上方に燃焼室14が形成されている。エンジン10には、前記クランクシャフトのエンジン回転速度Neを検出する回転角度センサSW1が設けられている。
Referring to FIG. 1, an
エンジン10のシリンダヘッドには、前記気筒11毎に燃焼室14に向かって開口する吸気ポート15、排気ポート16がそれぞれ形成されているとともに、これらのポート15、16には、吸気弁17および排気弁18がそれぞれ装備されている。
In the cylinder head of the
吸気ポート15には、吸気システム20が、排気ポート16には排気システム30がそれぞれ設けられている。
The
吸気システム20は、吸入空気を浄化するエアクリーナ21を上流端に備えている。エアクリーナ21には、エレメント22が内蔵されている。エアクリーナ21の下流側には、スロットルボディ23が設けられている。スロットルボディ23には、吸気システム20内を流通する吸入空気量Qaを調整するスロットルバルブ24が設けられている。そして、スロットルボディ23の下流側には、インテークマニホールド25が設けられ、このインテークマニホールド25の下流端に設けられた分岐吸気通路26が対応する気筒11の吸気ポート15に接続されている。図示の例では、分岐吸気通路26に燃料噴射弁27が設けられている。この吸気システム20には、エアクリーナ21とスロットルボディ23の間にエアフローセンサSW2が配置されている。エアフローセンサSW2は、エレメント22に浄化された吸入空気の吸入空気量Qaを出力するものである。さらに、スロットルボディ23には、当該スロットルバルブ24のスロットル開度TVOを検出するスロットルセンサSW3が設けられている。
The
排気システム30は、排気ポート16に接続されるエキゾーストマニホールド31と、このエキゾーストマニホールド31の下流側に配置され、当該エキゾーストマニホールド31内に排出された既燃ガスを浄化する三元触媒32とが設けられている。そして、この排気システム30には、三元触媒32の上流側に配置されたリニア空燃比センサSW4と、下流側に配置された酸素濃度センサSW5とが設けられている。リニア空燃比センサSW4は、既燃ガスから酸素濃度に概ね比例する信号を出力する。酸素濃度センサSW5は、理論空燃比に相当する酸素濃度で出力電圧が急変するように構成されており、理論空燃比に対し酸素濃度が多いか少ないかをオンオフ的に検出することにより、空燃比のフィードバック制御を実行するためのものである。リニア空燃比センサSW4は、フィードバック制御の実空燃比に相当する出力を演算するものであるのに対し、酸素濃度センサSW5は、浄化後の既燃ガスの酸素濃度に相当する検出値を演算するものである。本実施形態において、エンジンの目標空燃比は、原則として理論空燃比(λ=1)に設定される。
The
上述した各センサSW1〜SW5並びに燃料噴射弁27は、コントロールユニット100に接続されることにより、空燃比のフィードバック制御系を構成している。
Each of the sensors SW1 to SW5 and the
図2は本実施形態に係る劣化判定装置1の制御回路ブロック図であり、図3は図2の制御回路によって実現される劣化判定装置1のブロック線図である。
FIG. 2 is a control circuit block diagram of the
まず、図2を参照して、コントロールユニット100は、CPU101、ROMで具体化される補助記憶装置102、RAMで具体化される主記憶装置103を含んでいる。上述した各センサSW1〜SW5は、CPU101に接続されており、それぞれ対応する信号Ne、Qa、TVO、PF、SFをCPU101に出力するように構成されている。
First, referring to FIG. 2, the
CPU101は、補助記憶装置102に記憶されているプログラムに基づいて、各センサSW1〜SW5の出力した信号Ne、Qa、TVO、PF、SFを処理し、燃料噴射弁27を制御して空燃比をフィードバック制御するように構成されている。
The CPU 101 processes the signals Ne, Qa, TVO, PF, SF output from the sensors SW1 to SW5 based on the program stored in the
補助記憶装置102には、詳しくは後述する劣化診断プログラムが記憶されている。
The
主記憶装置103は、補助記憶装置102に記憶されたプログラムを実行する過程で、各センサSW1〜SW5が出力した信号Ne、Qa、TVO、PF、SFやこれに基づいて演算された演算値を記憶するように構成されている。
In the process of executing the program stored in the
図3を参照して、コントロールユニット100は、同図に示すフィードバック制御系110を構成している。このフィードバック制御系110は、目標空燃比(λ=1)を目標値DVとする基準入力要素111と、基準入力要素111の出力した基準入力IPに補正をかけるBIAS補正要素112と、BIAS補正要素112に補正された動作信号ASに基づいて、操作量OVを決定する主制御要素114とを含んでいる。
Referring to FIG. 3,
基準入力要素111が出力する「基準入力IP」とは、フィードバック制御系110を動作させる基準として、直接その閉ループに加えられる入力信号をいう。
The “reference input IP” output from the
BIAS補正要素112は、基準入力要素111の出力する基準入力IPを補正するものであり、初期値は、0となるように設定されている。
The
BIAS補正要素112と主制御要素114との間には、リニア空燃比センサSW4により検出された実空燃比に相当する出力PFが入力されるようになっており、主制御要素114は、基準入力要素111の基準入力IPからBIAS補正要素112の補正量SSを差し引き、さらにリニア空燃比センサSW4の出力PFを差し引いた動作信号ASを受けて、ゲインKPPを含む所定の伝達関数
GP(S)=KPP{1+(1/TI)+TD} (1)
但し、KPP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間
に基づき、操作量OVを出力するように構成されている。(1)式から明らかなように、本実施形態において、主制御要素114は、PID動作の伝達関数GP(S)に設定されている。図3では簡略化されているが、主制御要素114の出力した操作量OVに基づき、エンジン10の燃料噴射弁27は、所定のタイミングと噴射量で燃料を噴射し、その混合気がエンジン10で燃焼される。そして、その既燃ガスがエンジン10から排気システム30に排出されると、リニア空燃比センサSW4が、三元触媒32の上流側で当該既燃ガスの酸素濃度を検出し、実空燃比に相当する制御量をフィードバックするとともに、酸素濃度センサSW5が、三元触媒32の下流側で浄化された排気ガスの酸素濃度を検出し、検出値SFを出力する。
An output PF corresponding to the actual air-fuel ratio detected by the linear air-fuel ratio sensor SW4 is input between the
G P (S) = K PP {1+ (1 / T I ) + T D } (1)
However, the operation amount OV is output based on K PP : proportional gain, T I : integration time, and T D : differentiation time. As is apparent from the equation (1), in the present embodiment, the
次に、基準入力要素111とBIAS補正要素112との間には、副制御要素115が接続されている。この副制御要素115は、酸素濃度センサSW5からの検出値SFを受けて、ゲインKSPを含む所定の伝達関数
GS(S)=KSP{1+(1/TI)+TD} (2)
但し、KSP:比例ゲイン、TI:積分時間、TD:微分時間
に基づき、副補正量SbSを出力するように構成されている。従って、主制御要素114には、この副補正量SbSが差し引かれた動作信号ASが入力されることになっている。(2)式から明らかなように、本実施形態において、副制御要素115は、PID動作の伝達関数GS(S)に設定されている。
Next, a
G S (S) = K SP {1+ (1 / T I ) + T D } (2)
However, the sub correction amount SbS is output based on K SP : proportional gain, T I : integration time, and T D : differentiation time. Therefore, the operation signal AS from which the sub correction amount SbS has been subtracted is input to the
次に、本実施形態に係るフィードバック制御系110には、外乱LR、RLを交互に発生させる外乱発生手段116が機能的に構成されている。この外乱発生手段116は、補助記憶装置102に記憶されたプログラムが実行されることにより、次に説明するリニア空燃比センサSW4の劣化診断時において、動作するものである。外乱発生手段116は、燃料噴射量にインパルス状の外乱を与えることによって、過渡的に空燃比をリッチ側またはリーン側に変更するように構成されている。以下の説明では、リッチ側に空燃比を変化させるときの外乱はLRと表記し、リーン側に空燃比を変化させるときの外乱はRLと表記する。外乱発生手段116が出力した外乱LR、RLの発生回数NLR、NRLは、それぞれ主記憶装置103に記憶されるようになっている。そして、予め劣化診断プログラムに設定されている出力回数NENDだけ外乱LR、RLを交互に同数出力するように設定されている。これにより、診断によって意図的に変更された空燃比が中和され、主制御要素114によって制御されている空燃比が必要以上に乱されないようにして、エミッションの低下を阻止するようにしている。
Next, in the
さらに、本実施形態に係るフィードバック制御系110には、各制御要素114、115の伝達関数GP(S)、GS(S)を個別に設定可能な伝達関数設定手段117と、後述する劣化診断時において、各制御要素114、115のゲインKPP、KSPを変更可能なゲイン切換手段118と、診断過程で目標空燃比のずれを補正する中心ずれ補正手段119とが機能的に構成されている(図2参照)。
Further, the
図4および図5は本実施形態における劣化診断プログラムのフローチャートである。また図6は図4および図5のフローチャートを実行することによって得られた信号のタイミングチャートである。 4 and 5 are flowcharts of the deterioration diagnosis program in the present embodiment. FIG. 6 is a timing chart of signals obtained by executing the flowcharts of FIGS.
まず、図4および図6を参照して、劣化診断プログラムが実行されると、CPU101は診断条件が成立するのを待機する(ステップS1)。ここで診断条件とは、
(1) 回転角度センサSW1で検出されるエンジン回転速度Neの変化量が所定変化量以下であり、
(2) スロットルセンサSW3によって検出されるスロットル開度TVOの変化量が所定変化量以下であり、且つ
(3) CE=Qa/Neで演算される充填効率CEの変化量が所定変化量以下である
という条件を全て満たすいわゆる定常運転時であることをいう。
First, referring to FIG. 4 and FIG. 6, when the deterioration diagnosis program is executed, the CPU 101 waits for the diagnosis condition to be satisfied (step S1). Here, diagnostic conditions are
(1) The change amount of the engine rotation speed Ne detected by the rotation angle sensor SW1 is equal to or less than a predetermined change amount,
(2) The change amount of the throttle opening TVO detected by the throttle sensor SW3 is not more than a predetermined change amount, and (3) The change amount of the charging efficiency CE calculated by CE = Qa / Ne is not more than the predetermined change amount. It means that it is a so-called steady operation that satisfies all of the conditions.
仮に加速時等、診断条件を満たさない場合には、診断条件を満たすまで待機し、診断条件が成立している場合には、伝達関数設定手段117が副制御要素115の伝達関数GS(S)をI動作に変更する(ステップS2)。 If the diagnosis condition is not satisfied, such as during acceleration, the process waits until the diagnosis condition is satisfied. If the diagnosis condition is satisfied, the transfer function setting means 117 transfers the transfer function G S (S ) Is changed to the I operation (step S2).
この制御により、副制御要素115は、診断時に外乱LR、RLが出力された場合でも、比較的小さな副補正量SbSを出力することになる。
By this control, the
次いで、収束判定しきい値設定副ルーチンに移行し、収束判定しきい値ThC、dThCが設定される(ステップS3)。 Next, the process proceeds to a convergence determination threshold value setting subroutine, and convergence determination threshold values ThC and dThC are set (step S3).
収束判定しきい値ThC、dThCが設定されると、今度はこの収束判定しきい値ThC、dThCに基づいて、収束判定が実行される(ステップS4)。この収束判定では、外乱発生手段116による外乱LR、RLがリセットされている状態において、図6に示すように、リニア空燃比センサSW4の出力PFの変動幅OPとしきい値ThCとが比較されるとともに、微分値DO2の変動幅dOPとしきい値dThCとが比較され、各変動幅OP、dOPが何れも対応するしきい値ThC、dThC未満である場合に空燃比が収束したと判定する。このステップS4を実行することにより、CPU101は、収束判定手段を機能的に構成している。 When the convergence determination threshold values ThC and dThC are set, the convergence determination is performed based on the convergence determination threshold values ThC and dThC (step S4). In this convergence determination, the fluctuation range OP of the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 is compared with the threshold value ThC as shown in FIG. 6 in a state where the disturbances LR and RL by the disturbance generating means 116 are reset. At the same time, the fluctuation range dOP of the differential value D O2 and the threshold value dThC are compared, and it is determined that the air-fuel ratio has converged when the fluctuation ranges OP and dOP are both less than the corresponding threshold values ThC and dThC. By executing step S4, the CPU 101 functionally constitutes a convergence determination unit.
空燃比が収束したと判定されると、CPU101は、タイマをスタートし(ステップS5)、タイマのカウントダウンにより、そのタイマ時間が0になるのを待機する(ステップS6)。そして、タイマ時間が0になった後、診断を開始してから外乱LR、RLの発生回数NLR、NRLが比較され(ステップS7)、NRL>NLRが成立する場合には外乱LRがフィードバック制御系110に出力されるとともに(ステップS8)、不成立の場合には、外乱RLがフィードバック制御系110に出力される(ステップS9)。これにより、例えば、図6に示すように、まず、外乱LRが出力され、これによってリニア空燃比センサSW4の出力が変化することになる。 If it is determined that the air-fuel ratio has converged, the CPU 101 starts a timer (step S5), and waits for the timer time to become zero due to the countdown of the timer (step S6). Then, after the timer reaches 0, the number of occurrences N LR and N RL of the disturbances LR and RL are compared after the diagnosis is started (step S7). If N RL > N LR is satisfied, the disturbance LR Is output to the feedback control system 110 (step S8), and if not established, the disturbance RL is output to the feedback control system 110 (step S9). As a result, for example, as shown in FIG. 6, the disturbance LR is first output, which changes the output of the linear air-fuel ratio sensor SW4.
外乱発生手段116が外乱LR(またはRL)を出力すると、CPU101は、リニア空燃比センサSW4の出力PFの微分値DO2を演算する(ステップS10)。これにより、リニア空燃比センサSW4の出力PFが外乱LR(またはRL)によってどのように変化するか把握することが可能になる。このように本実施形態のCPU101は、外乱発生手段116による外乱出力後にリニア空燃比センサSW4の出力PFを微分した微分値DO2を出力する微分手段を機能的に構成している。 When the disturbance generating means 116 outputs the disturbance LR (or RL), the CPU 101 calculates a differential value D O2 of the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 (step S10). Thereby, it becomes possible to grasp how the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 changes due to the disturbance LR (or RL). As described above, the CPU 101 of the present embodiment functionally configures a differentiating unit that outputs a differential value D O2 obtained by differentiating the output PF of the linear air-fuel ratio sensor SW4 after the disturbance output by the disturbance generating unit 116.
ここで、リニア空燃比センサSW4の検出値は、通常、所定のむだ時間Lと時定数τを伴うものである。 Here, the detection value of the linear air-fuel ratio sensor SW4 usually has a predetermined dead time L and a time constant τ.
図7はリニア空燃比センサSW4のステップ応答特性を示すグラフである。 FIG. 7 is a graph showing the step response characteristics of the linear air-fuel ratio sensor SW4.
図7を参照して、リニア空燃比センサSW4の入力x(t)と出力y(t)との間には
y(t)=x(t−L) (L≧0) (3)
という関係が成立し、むだ時間要素としてのリニア空燃比センサSW4は、次式の伝達関数に従う。
Referring to FIG. 7, between the input x (t) and the output y (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4,
y (t) = x (t−L) (L ≧ 0) (3)
The linear air-fuel ratio sensor SW4 serving as a dead time element follows a transfer function of the following equation.
G(s)=Y(s)/X(s)=e-Ls (4)
但し、Y(s):出力の複素関数、X(s):入力の複素関数
従って、むだ時間要素としてのリニア空燃比センサSW4のステップ応答h(t)は、逆ラプラス変換により、次式の通りとなり、図7のように決まる。
G (s) = Y (s) / X (s) = e −Ls (4)
However, Y (s): Complex function of output, X (s): Complex function of input Therefore, the step response h (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4 as a dead time element is expressed by the following equation by inverse Laplace transform. As shown in FIG.
h(t)=u(t−L) (5)
但し、u(t):単位ステップ関数(1(t≧0)且つ0(t<0))
そこで、本実施形態では、むだ時間Lが経過するのを待機し、むだ時間Lの終了を検出して外乱LR、RLをリセットするようにしている。かかる制御を実行するために、CPU101は、図6に示すように、演算された微分値±DO2と所定のしきい値±ThDとを比較し、+DO2>+ThDまたは−DO2<−ThDが成立するのを待機し(ステップS11)、成立した場合には、リニア空燃比センサSW4のむだ時間Lを演算し(ステップS12)、外乱発生手段116による外乱をリセットする(ステップS14)。
h (t) = u (t−L) (5)
Where u (t): unit step function (1 (t ≧ 0) and 0 (t <0))
Therefore, in this embodiment, the system waits for the dead time L to elapse, detects the end of the dead time L, and resets the disturbances LR and RL. In order to execute such control, the CPU 101 compares the calculated differential value ± D O2 with a predetermined threshold value ± ThD, as shown in FIG. 6, and + D O2 > + ThD or -D O2 <-ThD. Is established (step S11), and if established, the dead time L of the linear air-fuel ratio sensor SW4 is calculated (step S12), and the disturbance caused by the disturbance generating means 116 is reset (step S14).
次に、時定数τは、一次遅れ要素の伝達関数
G(s)=Y(s)/X(s)=K/(1−τ) (6)
の定数である。
Next, the time constant τ is the transfer function of the first-order lag element
G (s) = Y (s) / X (s) = K / (1-τ) (6)
Is a constant.
この式(6)から逆ラプラス変換によって得られるステップ応答h(t)
h(t)=K(1−e-t/M) (7)
但し、K、M:定数
から、
h(t)|τ=M =0.632K (8)
が得られることから、これにむだ時間Lの特性を加えると、時定数τとリニア空燃比センサSW4のステップ応答h(t)とは図7で示す関係になる。
Step response h (t) obtained by inverse Laplace transform from this equation (6)
h (t) = K (1−e −t / M ) (7)
However, from K and M: constants,
h (t) | τ = M = 0.632K (8)
Therefore, if the characteristic of the dead time L is added to this, the time constant τ and the step response h (t) of the linear air-fuel ratio sensor SW4 have the relationship shown in FIG.
図7から明らかなように、時定数τが大きい程、ステップ応答波形の立ち上がりが遅くなり、最終値に達するまでの時間がかかる。そして、リニア空燃比センサSW4の劣化が進む程、時定数τは長くなる。 As is apparent from FIG. 7, the larger the time constant τ, the slower the rise of the step response waveform, and the longer it takes to reach the final value. As the deterioration of the linear air-fuel ratio sensor SW4 progresses, the time constant τ becomes longer.
図5を参照して、そこで本実施形態では、時定数τを劣化診断の要素として取り入れるために、リニア空燃比センサSW4の出力の微分ピーク値(CPU101が出力した微分値±DO2のピーク値)DO2PKを演算し(ステップS15)、この微分ピーク値DO2PKからリニア空燃比センサの時定数τを演算するようにしている(ステップS16)。 Referring to FIG. 5, in this embodiment, in order to incorporate the time constant τ as an element of deterioration diagnosis, the differential peak value of the output of the linear air-fuel ratio sensor SW4 (the peak value of the differential value ± D O2 output by the CPU 101). ) D O2PK is calculated (step S15), and the time constant τ of the linear air-fuel ratio sensor is calculated from the differential peak value D O2PK (step S16).
時定数τの演算が終了すると、CPU101は、外乱発生手段116が生成した外乱が、燃料を減量するものであったか、増量するものであったかを判定し(ステップS17)、減量の場合はRLとして、増量の場合はLRとして、それぞれ判定パラメータ(演算されたむだ時間L、時定数τ)を主記憶装置103に保存し(ステップS18、S19)、主記憶装置103に記憶されている発生回数NLR、NRLをインクリメントする(ステップS20、S21)。
When the calculation of the time constant τ is completed, the CPU 101 determines whether the disturbance generated by the disturbance generation means 116 is to reduce or increase the fuel (step S17). In the case of increase, the determination parameters (calculated time delay L, time constant τ) are stored in the
その後、各外乱LR、RLについて、所要の回数NENDを終了したか否かが判定され(ステップS22、S23)、何れかの発生回数NLR、NRLが所要の回数NENDに満たない場合には、まず偶数回目に実行されるRL劣化検出の初回目が実行されているか否かを判定し(ステップS24)、仮に実行されていない場合には、ステップS1に戻る一方、実行されている場合には、中心ずれ矯正処理(ステップS25、S26)が実行される。この中心ずれ矯正処理では、むだ時間Lと時定数τの和を過渡時間Tとして定義し、リッチ側の外乱LRとリーン側の外乱RLに係る平均過渡時間TLR、TRLの絶対値の差|Tdiff|を演算する(ステップS25)。次いで、演算された差|Tdiff|に応じて、BIAS補正要素112の補正量SSが調整される。上述のように補正量SSは、初期値は0であるが、ステップS25の判定の結果、基準入力がリッチ側にずれていると判定される場合には、リーン側に調整され、リーン側にずれていると判定される場合には、リッチ側に調整される。これにより、リッチ側の外乱LRとリーン側の外乱RLとに対して、むだ時間Lや時定数τが異なる状態でリニア空燃比センサSW4が劣化している場合であっても、目標空燃比に対する基準入力IPが過度にずれないように構成されている。その後、ステップS1に戻って処理を繰り返す。
Thereafter, for each disturbance LR and RL, it is determined whether or not the required number of times N END has been completed (steps S22 and S23), and any of the number of occurrences N LR and N RL is less than the required number of times N END. First, it is determined whether or not the first time of the RL deterioration detection that is executed at the even number is executed (step S24), and if it is not executed, the process returns to step S1 and is executed. In such a case, center misalignment correction processing (steps S25 and S26) is executed. In this center deviation correction process, the sum of the dead time L and the time constant τ is defined as the transient time T, and the difference between the absolute values of the average transient times T LR and T RL related to the rich disturbance LR and the lean disturbance RL. | T diff | is calculated (step S25). Next, the correction amount SS of the
他方、ステップS22、S23において、何れの発生回数NLR、NRLも所要の回数NENDに達している場合には、目標空燃比から実空燃比を差し引いた値が所定のしきい値ThAF未満になる、すなわち、制御が充分に収束するのを待機する(ステップS27)。出力が収束した場合には、副制御要素115の伝達関数GS(S)を(2)式のPID動作に戻す(ステップS28)。これにより、出力が発散することなく、診断状態からエミッションの低下を来すことなく、通常のフィードバック制御に戻すことができる。そして、その後、制御は、劣化判定処理に移行する。
On the other hand, in steps S22 and S23, when any occurrence number N LR , N RL has reached the required number N END , the value obtained by subtracting the actual air-fuel ratio from the target air-fuel ratio is less than the predetermined threshold value ThAF. That is, it waits for the control to sufficiently converge (step S27). If the output has converged, the transfer function G S (S) of the
図8は劣化判定処理の詳細を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing details of the deterioration determination process.
図8を参照して、このフローでは、CPU101は、リッチ側の外乱LRとリーン側の外乱RLに係る平均過渡時間TLR、TRLをそれぞれ演算する(ステップS211)。次いで、両平均過渡時間TLR、TRLの差の絶対値を演算し、その値が所定のしきい値ThBを越えていないかどうか判定する(ステップS212)。各平均過渡時間TLR、TRLにおいて、差の絶対値が大きい場合には、主制御要素114による空燃比制御がリッチ側またはリーン側にずれてしまうので、そのようなずれを防止するために、両平均過渡時間TLR、TRLの差の絶対値が演算されている。
Referring to FIG. 8, in this flow, the CPU 101 calculates average transient times T LR and T RL related to the rich disturbance LR and the lean disturbance RL (step S211). Next, the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL is calculated, and it is determined whether or not the value exceeds a predetermined threshold value ThB (step S212). When the absolute value of the difference is large in each of the average transient times T LR and T RL , the air-fuel ratio control by the
仮に両平均過渡時間TLR、TRLの差の絶対値がしきい値ThB以下の場合、今度は、両平均過渡時間TLR、TRLの和がしきい値ThAを越えているか否かが判定される(ステップS213)。両平均過渡時間TLR、TRLの和が大きい場合には、酸素濃度センサSW5で副フィードバック制御を実行していることもあり、フィードバック制御が過補正になり、制御が緩慢になって発散しやすくなるからである。 If the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL is less than or equal to the threshold value ThB, then whether or not the sum of the two average transient times T LR and T RL exceeds the threshold value ThA is determined. Determination is made (step S213). If the sum of both average transient times T LR and T RL is large, the sub-feedback control may be executed by the oxygen concentration sensor SW5, the feedback control becomes overcorrected, and the control becomes slow and diverges. This is because it becomes easier.
仮に、両平均過渡時間TLR、TRLの和がしきい値ThA以下の場合には、過渡時間について正常と判定される(ステップS214)。他方、両平均過渡時間TLR、TRLの和がしきい値ThAを越えている場合には、リニア空燃比センサSW4の劣化がリッチ側でもリーン側でも起きていると判定される(ステップS215)。 If the sum of both average transient times T LR and T RL is less than or equal to the threshold ThA, it is determined that the transient time is normal (step S214). On the other hand, if the sum of the average transient times T LR and T RL exceeds the threshold value ThA, it is determined that the degradation of the linear air-fuel ratio sensor SW4 occurs on both the rich side and the lean side (step S215). ).
他方、ステップS212において、両平均過渡時間TLR、TRLの差の絶対値がしきい値ThBを越えている場合、リッチ側の平均過渡時間TLRとリッチ側のしきい値ThRとが比較されてリッチ側で過渡時間劣化が生じているか否かが判定され(ステップS216)、しきい値ThRを越えている場合には、リッチ側過渡時間TLR劣化が生じていると判定される(ステップS217)。他方、平均過渡時間TLRがしきい値ThR以下の場合には、さらにリーン側の平均過渡時間TRLとリーン側のしきい値ThLとが比較され、リーン側で過渡時間劣化が生じているか否かが判定される(ステップS218)。リーン側の平均過渡時間TRLがしきい値ThLを越えている場合には、リーン側過渡時間TRL劣化が生じていると判定され(ステップS219)、しきい値ThL以内である場合には、正常判定がなされる。なおしきい値ThB、ThAの設定によっては、ステップS218を省略し、ステップS216でNOと判定された場合には、そのままステップS219の判定を実行するようにしてもよい。 On the other hand, if the absolute value of the difference between the two average transient times T LR and T RL exceeds the threshold ThB in step S212, the rich average transient time T LR is compared with the rich threshold ThR. Then, it is determined whether or not the transient side deterioration has occurred on the rich side (step S216). If the threshold value ThR is exceeded, it is determined that the rich side transient time T LR deterioration has occurred (step S216). Step S217). On the other hand, if the average transient time T LR is equal to or less than the threshold value ThR, the lean-side average transient time T RL and the lean-side threshold value ThL are further compared, and whether transient time degradation has occurred on the lean side. It is determined whether or not (step S218). When the lean-side average transient time T RL exceeds the threshold value ThL, it is determined that the lean-side transient time T RL has deteriorated (step S219), and when it is within the threshold value ThL. A normal judgment is made. Depending on the settings of the threshold values ThB and ThA, step S218 may be omitted, and if NO is determined in step S216, the determination in step S219 may be performed as it is.
そして、ステップS214、S215、S217、S219の何れかが終了すると、処理が終了する。このように本実施形態では、CPU101が図4のステップS12並びに図5のステップS16を実行することにより、判定パラメータ演算手段を機能的に構成している。 Then, when any of steps S214, S215, S217, and S219 ends, the process ends. As described above, in the present embodiment, the CPU 101 executes step S12 in FIG. 4 and step S16 in FIG.
図9は図4における収束判定しきい値設定副ルーチン(ステップS3)の一例を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing an example of the convergence determination threshold value setting subroutine (step S3) in FIG.
図9を参照して、この例では、予め、吸入空気量Qaからしきい値ThC、dThCを求めるマップ220を主記憶装置103内に記憶させておき、エアフローセンサSW2から検出された吸入空気量Qaからしきい値ThC、dThCを索引して(ステップS305)、収束判定しきい値ThC、dThCを設定するようにしている(ステップS306)。この形態では、吸入空気量Qaが少なくなるに連れて収束判定しきい値ThC、dThCの値を小さく設定し、収束判定を厳格にすることが可能になる。このように図9の実施形態では、エンジン10の吸入空気量Qaを検出するエアフローセンサSW2を設け、CPU101が機能的に構成する収束判定手段は、吸入空気量Qaが少ないほど収束条件を厳しくするものである。これにより、吸入空気量Qaの変化に伴う時定数τの判定基準を補正することができ、誤判定を回避することが可能になる。
Referring to FIG. 9, in this example, a
以上説明したように本実施形態では、エンジン10の排気ガスを浄化する三元触媒32を制御対象としてフィードバック制御を実行するフィードバック制御系110と、この三元触媒32の上流側に配置され、当該三元触媒32に浄化される排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力PFとして出力するリニア空燃比センサSW4と、所定の診断条件が成立したときにフィードバック制御系110にインパルス状の外乱LR、RLをリーン側とリッチ側とに交互に出力する外乱発生手段116と、外乱発生手段116による外乱LR、RL出力後にリニア空燃比センサSW4の出力PFの微分値DO2を出力する微分手段としてのCPU101と、微分手段としてのCPU101が出力した微分値DO2に基づいてリニア空燃比センサSW4のむだ時間Lと時定数τとのうち少なくとも一方を、リーン側、リッチ側でそれぞれ独立した劣化判定の判定パラメータとして演算する判定パラメータ演算手段としてのCPU101と、劣化診断時にリーン側の外乱RLから演算された判定パラメータ(例えば、過渡時間TLRの絶対値)とリッチ側の外乱LRから演算された判定パラメータとの差|Ddiff|を演算し、演算された差に基づいて目標空燃比に対する基準入力IPのずれを補正する中心ずれ補正手段119とを備えている。このため本実施形態では、所定の診断条件が成立したときに、外乱発生手段116がインパルス状の外乱LR、RLをフィードバック制御系110に出力することにより、外乱LR、RLを受けた実空燃比に対応する出力PFがリニア空燃比センサSW4から主制御要素114に入力される結果、このリニア空燃比センサSW4の出力PFの微分値DO2からむだ時間Lまたは時定数τの少なくとも一方を検出し、リニア空燃比センサSW4の劣化診断を実行することが可能になる。しかも、劣化診断時にリーン側の外乱RLから演算された判定パラメータ(例えば、過渡時間TLRの絶対値)とリッチ側の外乱LRから演算された判定パラメータ(例えば、過渡時間TRLの絶対値)との差|Ddiff|を演算し、演算された差|Ddiff|に基づいて目標空燃比に対する基準入力IPのずれを補正する制御を実行するので、仮にリーン側またはリッチ側の外乱LR、RLに対する応答劣化が進んだリニア空燃比センサSW4を診断しているときであっても、リッチ側とリーン側とに外乱LR、RLを加える構成を採用したことに伴い、診断中にフィードバック制御系110の基準入力IPがリッチ側またはリーン側にシフトするおそれが無くなる。
As described above, in the present embodiment, the three-
また、本実施形態では、フィードバック制御系110は、基準入力IPを補正するBIAS補正要素112を有し、前記中心ずれ補正手段119は、BIAS補正要素112による補正量を調整して基準入力IPのずれを補正するものである。このため本実施形態では、フィードバック制御系110の基準入力要素111の基準入力IPを調整して、リニア空燃比センサSW4の劣化に伴う目標空燃比に対するずれを吸収することが可能になる。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、フィードバック制御系110は、三元触媒32の下流側に配置され、当該三元触媒32に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値SFとして出力する酸素濃度センサSW5と、リニア空燃比センサSW4の出力PFが入力されるとともに、この出力PFと基準入力IPに基づいて操作量OVを出力する主制御要素114と、酸素濃度センサSW5からの検出値SFが入力されるとともに、この検出値SFに基づく副補正量SbSを基準入力IPに加える副制御要素115とを有しているものである。このため本実施形態では、リニア空燃比センサSW4によるフィードバックのみならず、酸素濃度センサも制御要素として機能し、基準入力IPを修正することになる。そして、この態様においても、中心ずれ補正手段119によって、目標空燃比に対する基準入力IPの補正が実行されるので、副制御要素を加味した補正の実現が可能になる。
In the present embodiment, the
特に、本実施形態では、通常運転時には、副制御要素115の制御動作が少なくともPI動作になるとともに、劣化診断時には、副制御要素115の制御動作がI動作のみになるように副制御要素115の伝達関数を設定する伝達関数設定手段117を設けている。このため本実施形態では、通常運転時には、副フィートバック制御系がPI制御、またはPID制御を実行するとともに、劣化診断時には、I動作によってのみフィードバック制御を実行するので、P項による副補正量SbSの急激な増加を抑制し、出力が発散するのを防止することが可能になる。
In particular, in this embodiment, during normal operation, the control operation of the
また、本実施形態では、外乱発生手段116は、むだ時間Lの演算を終了した時点で外乱LR、RLの生成をリセットするものであるとともに、外乱LR、RLのリセット後にCPU101が出力PFの収束を判定した場合に次回の外乱LR、RLを生成するものである。このため本実施形態では、リニア空燃比センサSW4の劣化状態に応じて必要最小限の期間だけ外乱LR、RLを出力させることが可能になる。このため、診断時間を可及的に短縮化できるとともに、むだ時間Lに基づく正確な劣化診断を実行することが可能になる。また、このように外乱LR、RLの出力時間を可変長とした場合であっても、中心ずれ補正手段119によって、目標空燃比に対する基準入力IPのずれが補正されるので、外乱LR、RLの出力態様に対応して、目標空燃比を維持し、エミッションの低下を防止することが可能になる。
In this embodiment, the disturbance generating means 116 resets the generation of the disturbances LR and RL when the calculation of the dead time L is completed, and the CPU 101 converges the output PF after the disturbances LR and RL are reset. Is determined, the next disturbance LR, RL is generated. For this reason, in the present embodiment, it is possible to output the disturbances LR and RL for a necessary minimum period according to the deterioration state of the linear air-fuel ratio sensor SW4. For this reason, the diagnosis time can be shortened as much as possible, and an accurate deterioration diagnosis based on the dead time L can be executed. Even when the output times of the disturbances LR and RL are variable, the deviation of the reference input IP with respect to the target air-fuel ratio is corrected by the center
以上説明したように本実施形態によれば、劣化診断時に中心ずれ補正手段によって、仮にリーン側またはリッチ側の外乱LR、RLに対する応答劣化が進んだリニア空燃比センサSW4を診断しているときであっても、診断中にフィードバック制御系110の基準入力IPがリッチ側またはリーン側にシフトするおそれが無くなるので、診断時のエミッション低下を可及的に防止することができ、リニア空燃比センサSW4の片側劣化をも確実に検出し、且つ中心空燃比(本来の目標空燃比)のずれを補正することができるという顕著な効果を奏する。
As described above, according to the present embodiment, when the linear air-fuel ratio sensor SW4 in which the response deterioration with respect to the disturbance LR or RL on the lean side or the rich side has progressed is diagnosed by the center deviation correction means during the deterioration diagnosis. Even in such a case, since there is no possibility that the reference input IP of the
上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。 The above-described embodiments are merely preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.
例えば、図10および図11に示す実施形態を採用することも可能である。 For example, the embodiment shown in FIGS. 10 and 11 can be adopted.
図10および図11は、本発明の別の実施形態における劣化診断プログラムのフローチャートである。 10 and 11 are flowcharts of a deterioration diagnosis program according to another embodiment of the present invention.
各図に示す実施形態では、図4のステップS2における伝達関数の設定変更に代えて、(2)式のゲインKSPを小さく設定し(ステップS102)、図5のステップS28を変更して、ゲインKSPを通常値に戻す処理を実行する点(ステップS128)が図4および図5の実施形態と異なっている。 In the embodiment shown in each figure, instead of changing the setting of the transfer function in step S2 in FIG. 4, the gain K SP in the equation (2) is set small (step S102), and step S28 in FIG. The point which performs the process which returns the gain KSP to a normal value (step S128) differs from embodiment of FIG. 4 and FIG.
このように図10および図11に示す実施形態においては、診断条件の成立時に副制御要素115のゲインKSPを小さくし、診断終了後の所定条件成立後に副制御要素115のゲインKSPを通常値に戻すゲイン切換手段118を有している。このため本実施形態では、劣化診断時に副制御要素115のゲインを小さくする制御を実行しているので、外乱LR、RLが発生しているときの基準入力IPに対するフィードバックが緩やかになり、副制御要素115による発散を防止することができるとともに、フィードバック制御系110に対する制御動作を変更する方式に比べ、フィードバック制御系110の安定度を維持することが可能になる。
In this manner, the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, to reduce the gain K SP of the
また、本発明を具体化するに当たり、図4、図5のフローチャートと図10、図11のフローチャートとを複合し、伝達関数を変更するとともにゲインを下げる処理を実行してもよい。 Further, in embodying the present invention, the flowcharts of FIGS. 4 and 5 and the flowcharts of FIGS. 10 and 11 may be combined to change the transfer function and reduce the gain.
加えて、劣化診断や中心ずれ補正を具体化するに当たり、図5で示したフローチャートや図8で示したフローチャートにおける過渡時間Tに代えて、選択される判定パラメータ毎(むだ時間L毎、時定数τ毎)に処理を実行するようにしてもよい。 In addition, when actualizing the deterioration diagnosis and center deviation correction, instead of the transition time T in the flowchart shown in FIG. 5 or the flowchart shown in FIG. 8, every determination parameter (for each dead time L, time constant) is selected. The process may be executed every τ).
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。 It goes without saying that various modifications can be made within the scope of the claims of the present invention.
1 劣化判定装置
10 エンジン
32 三元触媒
100 コントロールユニット
101 CPU(微分手段、判定パラメータ演算手段の一例)
102 補助記憶装置
103 主記憶装置
110 フィードバック制御系
111 基準入力要素
112 BIAS補正要素
114 主制御要素
115 副制御要素
116 外乱発生手段
117 伝達関数設定手段
118 ゲイン切換手段
119 中心ずれ補正手段
DO2 微分値
DV 目標値
GP、GS 伝達関数
IP 基準入力
KPP、KSP ゲイン
L むだ時間
LR、RL 外乱
Ne エンジン回転速度
PF 実空燃比に相当するリニア空燃比センサの出力
Qa 吸入空気量
SbS 副補正量
SF 検出値
SS 補正量
SW1 回転角度センサ
SW2 エアフローセンサ
SW3 スロットルセンサ
SW4 リニア空燃比センサ
SW5 酸素濃度センサ
T 過渡時間
TRL、TLR 平均過渡時間
τ 時定数
DESCRIPTION OF
102
Claims (5)
前記排気ガスを浄化する触媒の上流側に配置され、当該触媒に浄化される排気ガス中の酸素濃度に比例する値を出力するリニア空燃比センサと、
前記触媒の下流側に配置され、当該触媒に浄化された排気ガス中の酸素濃度を検出値として出力する酸素濃度センサと、
所定の診断条件が成立したときに前記フィードバック制御系にインパルス状の外乱をリーン側とリッチ側とに交互に出力する外乱発生手段と、
外乱発生手段による外乱出力後にリニア空燃比センサの出力の微分値を出力する微分手段と、
微分手段が出力した微分値に基づいてリニア空燃比センサのむだ時間と時定数とのうち少なくとも一方を、リーン側、リッチ側でそれぞれ独立した劣化判定の判定パラメータとして演算する判定パラメータ演算手段と、
劣化診断時にリーン側の外乱から演算された判定パラメータとリッチ側の外乱から演算された判定パラメータとの差を演算し、演算された差と、前記酸素濃度センサからの検出値とに基づき、前記リニア空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御による空燃比の目標空燃比に対するずれを修正するように、前記フィードバック制御系の基準入力を補正する中心ずれ補正手段と
を備えていることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。 A feedback control system that performs feedback control of the air-fuel ratio based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the engine;
A linear air-fuel ratio sensor arranged upstream of the catalyst for purifying the exhaust gas and outputting a value proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas purified by the catalyst;
An oxygen concentration sensor disposed downstream of the catalyst and outputting the detected oxygen concentration in the exhaust gas purified by the catalyst;
Disturbance generating means for alternately outputting an impulse-like disturbance to the lean side and the rich side to the feedback control system when a predetermined diagnosis condition is established;
Differential means for outputting a differential value of the output of the linear air-fuel ratio sensor after disturbance output by the disturbance generating means;
Determination parameter calculation means for calculating at least one of the dead time and the time constant of the linear air-fuel ratio sensor based on the differential value output by the differentiation means as a determination parameter for independent deterioration determination on the lean side and the rich side;
The difference between the determination parameter calculated from the disturbance on the lean side and the determination parameter calculated from the disturbance on the rich side during the deterioration diagnosis is calculated, and based on the calculated difference and the detection value from the oxygen concentration sensor, And a center deviation correction means for correcting a reference input of the feedback control system so as to correct a deviation of the air-fuel ratio from the target air-fuel ratio by feedback control based on the output of the linear air-fuel ratio sensor. Air-fuel ratio sensor deterioration diagnosis device.
前記フィードバック制御系は、基準入力を補正する補正要素を有し、前記中心ずれ補正手段は、補正要素による補正量を調整して基準入力のずれを補正するものであることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。 The deterioration diagnosis device for a linear air-fuel ratio sensor according to claim 1,
The feedback control system has a correction element for correcting a reference input, and the center deviation correction means corrects a deviation of the reference input by adjusting a correction amount by the correction element. Degradation diagnosis device for a fuel ratio sensor.
前記フィードバック制御系は、前記診断条件の成立時に前記副制御要素のゲインを小さくし、診断終了後の所定条件成立後に副制御要素のゲインを通常値に戻すゲイン切換手段を有していることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。 The deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor according to claim 1 or 2,
The feedback control system has gain switching means for reducing the gain of the sub-control element when the diagnosis condition is satisfied and returning the gain of the sub-control element to a normal value after the predetermined condition is satisfied after completion of the diagnosis. A characteristic deterioration diagnosis device for a linear air-fuel ratio sensor.
通常運転時には、前記副制御要素の制御動作が少なくともPI動作になるとともに、劣化診断時には、副制御要素の制御動作がI動作のみになるように副制御要素の伝達関数を設定する伝達関数設定手段を設けていることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。 The deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 3 ,
Transfer function setting means for setting the transfer function of the sub control element so that the control operation of the sub control element is at least a PI operation during normal operation and the control operation of the sub control element is only an I operation during deterioration diagnosis deterioration diagnosis system for a linear air-fuel ratio sensor, characterized in that are provided.
前記外乱発生手段は、むだ時間の演算を終了した時点で外乱の生成をリセットするものであるとともに、外乱のリセット後に収束判定手段がリニア空燃比センサの出力の収束を判定した場合に次回の外乱を生成するものであることを特徴とするリニア空燃比センサの劣化診断装置。 The deterioration diagnosis apparatus for a linear air-fuel ratio sensor according to any one of claims 1 to 4 ,
The disturbance generating means resets the generation of the disturbance when the dead time calculation is completed, and when the convergence determination means determines the convergence of the output of the linear air-fuel ratio sensor after the reset of the disturbance, the next disturbance deterioration diagnosis system for a linear air-fuel ratio sensor, characterized in that to generate.
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