JP3780539B2 - 酸素濃度センサの劣化検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における空燃比制御は、一般的に各気筒の排気集合部に配置された酸素濃度センサにより現在の排気ガス中の酸素濃度を検出し、それにより定まるこの時の燃焼における混合気空燃比に基づき、燃料噴射量を補正して実際の混合気空燃比を所望範囲内に維持するものである。一般的な酸素濃度センサは、その特性上、排気ガス中の酸素濃度の変化に対して、瞬間的にその出力を変化させることはできず、ある程度の応答遅れを有している。
【０００３】
このような応答遅れが、酸素濃度センサの長期使用に伴い所定値以上となると、現在の燃料噴射量補正に使用される酸素濃度センサの出力は、かなり以前の混合気空燃比に基づくものとなり、制御される空燃比がハンチングしたりして良好な空燃比制御を実現できない可能性がある。この時には、運転者に警報を出す等の対策が必要であり、特開昭５７−１２４２４８号公報には、全気筒同時に燃料噴射量を意図的に増減させて１サイクル単位で空燃比を所定変動波形に基づき変化させ、それに応じて変化する酸素濃度センサの出力変動波形を空燃比の所定変動波形と比較することにより酸素濃度センサの現在の応答遅れ、すなわち酸素濃度センサの劣化程度を検出する酸素濃度センサの性能評価装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関を長期使用すると、燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する位置には、通常、デポジットが付着している。このようなデポジットは、噴射された燃料の一部を吸収すると共に既に吸収している燃料の一部を排出するように機能し、定常運転等で燃料噴射量が一定に維持されていれば、吸収する燃料量と排出する燃料量とがバランスして、噴射された燃料量と同量の燃料が気筒内へ供給される。しかしながら、燃料噴射量を変化させた時には、前述のバランスが崩れ、気筒内へ供給される燃料量を正確に把握することができない。
【０００５】
それにより、前述の従来技術において、酸素濃度センサの劣化程度検出に際して、燃料噴射量を意図的に増減させると、前述のデポジットの影響により実際の空燃比は所定変動波形で変化してはおらず、それと酸素濃度センサの出力変動波形とを比較しても正確な酸素濃度センサの劣化程度を検出することができない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、燃料衝突位置にデポジットが付着していても、酸素濃度センサの劣化程度を正確に検出することができる酸素濃度センサの劣化検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、多気筒内燃機関の排気管集合部に配置された酸素濃度センサと、機関定常運転時の所定期間において、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定する燃料噴射量制御手段と、前記所定期間における燃料噴射量に基づく空燃比変動波形と前記酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して前記酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出する劣化程度検出手段、とを具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき、前記酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施する補正手段を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が固定された当初は、前記劣化程度検出手段による前記酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止する停止手段を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常可能性を判断する異常可能性判断手段と、前記異常可能性判断手段により前記酸素濃度センサの異常可能性が判断された時に、前記少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正して固定する燃料噴射量補正手段と、前記燃料噴射量補正手段により燃料噴射量が補正された後に前記劣化程度検出手段により検出される前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常を断定する異常断定手段、とを具備することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
前述の請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、機関定常運転時の所定期間において、燃料噴射量制御手段が、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定するために、噴射燃料衝突位置にデポジットが付着していても、各気筒毎に噴射された燃料量だけが確実に各気筒内へ供給され、燃料噴射量に基づきこの所定期間における正確な空燃比変動波形を得ることができ、劣化程度検出手段が、この空燃比変動波形と酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出する。
【００１２】
また、前述の請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、補正手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき、酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施するために、この内燃機関制御が酸素濃度センサの劣化に伴い不正確となることは防止される。
【００１３】
また、前述の請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、停止手段が、燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が一定に維持された当初は燃料噴射量の変更に伴うデポジットの影響により正確な空燃比変動波形を得ることができないために、この時の劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止する。
【００１４】
また、前述の請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、異常可能性判断手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常可能性を判断し、異常可能性判断手段により酸素濃度センサの異常可能性が判断された時には、燃料噴射量補正手段が、少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正して固定するために、その後における劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出がさらに正確となり、異常断定手段が、この正確な酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常を断定する。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明による酸素濃度センサの劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の概略図である。同図において、１は四気筒エンジンであり、その点火順序は一番気筒＃１、三番気筒＃３、四番気筒＃４、二番気筒＃２の順となっている。２はサージタンクであり、四本の吸気管３によってエンジン１の各気筒と接続される。また、サージタンク２の吸気上流側には、スロットル弁４が配置された上流側吸気通路５が接続されている。各吸気管３には、各気筒毎に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が配置されている。
【００１６】
エンジン１の各気筒には排気管７が接続され、排気管７の集合部７ａには排気ガス中の酸素濃度（但し、混合気空燃比がリッチである場合にはその程度に応じたマイナス値となる）を検出するための酸素濃度センサ８が配置されている。２０は、酸素濃度センサ８の出力に基づく空燃比制御と、酸素濃度センサ８の劣化検出とを担当する制御装置であり、機関運転状態を把握するための各センサ、例えば、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ２１、機関回転数を測定するための回転センサ２２、機関温度として冷却水温を測定するための冷却水温センサ２３等が接続されている。
【００１７】
制御装置２０によって行われる空燃比制御は一般的なものであり、酸素濃度センサ８の出力に基づき定まる混合気空燃比が機関運転状態に応じて決定される所望範囲内となるように、各燃料噴射弁６の燃料噴射量がフィードバック制御される。このような空燃比制御において、酸素濃度センサ８の長期使用により、応答遅れ（以下、時定数）が大きくなると、空燃比のハンチングを起こす等の問題を生じるために、酸素濃度センサ８の時定数を検出して劣化程度を把握し、劣化により酸素濃度センサが異常となれば、これを運転者に知らせて、異常の酸素濃度センサを早期に交換することが必要である。このための酸素濃度センサの劣化検出は、図２に示す第１フローチャートに従って制御装置２０により行われる。第１フローチャートは機関始動と共に実行され、所定時間毎に繰り返されるものである。
【００１８】
まず、ステップ１０１において、フラグＦが０であるかどうかが判断される。フラグＦは機関停止と共に０にリセットされるものであり、当初、この判断は肯定されてステップ１０２に進む。ステップ１０２において、酸素濃度センサ８が活性化しているかどうかが、一般的な方法、例えば機関始動後の経過時間が所定時間以上であるか、又は冷却水温が所定温度以上であるか等によって判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０３に進む。
【００１９】
ステップ１０３において、前述の空燃比制御が実行されているかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０４に進む。ステップ１０４において、冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ１より高くＴＨＷ２より低いかどうかが判断される。これは、エンジン１が暖機後でありオーバーヒートしていない正常状態であることを判断している。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０５に進む。ステップ１０５において、ステップ１０４の判断が肯定された後の積算吸入空気量ＱＴが所定値ＱＴ１以上であるかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、エンジン１の燃焼が十分に安定している時であり、ステップ１０６に進む。
【００２０】
ステップ１０６において、機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｑが一定であることにより現在の運転状態が定常運転状態であるかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０７に進み、フラグＦを１に設定する。次に、ステップ１０８において、計算上、一番気筒及び三番気筒の空燃比が理論空燃比λよりリッチな空燃比λ１となるように、また二番気筒及び四番気筒の空燃比が理論空燃比λよりリーンな空燃比λ２となるように、所定期間の間、現在の吸入空気量Ｑに基づき各燃料噴射弁６の燃料噴射量を決定し、この燃料噴射量を固定して噴射する第１燃料噴射量固定制御を実行する。
【００２１】
次にステップ１０９において、ステップ１０８の燃料噴射量固定制御での各気筒毎の燃料噴射回数ｎが所定回数ｎ１以上であるかどうかが判断される。この判断は肯定されるまで繰り返されてステップ１１０に進む。ステップ１１０において、ステップ１０９が肯定されてからの燃料噴射量に基づき算出される第１空燃比変動波形と、排気ガスが酸素濃度センサ８に到達する時間を考慮して酸素濃度センサ８の出力に基づき算出される第２空燃比変動波形とを比較する。第１空燃比変動波形は、図３に示すように、連続して点火される一番気筒及び三番気筒の燃焼において理論空燃比λよりリッチな空燃比λ１であり、その後に連続して点火される四番気筒及び二番気筒の燃焼において理論空燃比λよりリーンな空燃比λ２である。
【００２２】
エンジンの長期使用によって、燃料噴射弁６からの噴射される燃料の衝突位置、例えば、吸気弁の傘裏部には、デポジットが付着している可能性がある。前述の第１空燃比変動波形は、このようなデポジットが存在しても、ステップ１０８の燃料噴射量固定制御で各気筒毎の燃料噴射量は固定されており、各気筒において、噴射された燃料の一部がデポジットに吸収されるが、それと同量の燃料がデポジットから排出され、噴射された燃料量と同量の燃料が気筒内へ供給されて混合気が形成されるために、実際の空燃比変動に一致するものである。ステップ１０８の燃料噴射開始直後は、燃料噴射量がそれ以前の燃料噴射量に対して変化する可能性があり、この時にはデポジットによる燃料吸収量とデポジットからの燃料排出量とが等しくなく、噴射された燃料量に対応する空燃比とならないために、ステップ１０９により、この時の空燃比変動を第１空燃比変動波形に含めないようになっている。
【００２３】
ステップ１１０における二つの波形の比較には、一般的に行われているように、バンドパスフィルタを使用して両者の振動成分を抽出し、第１空燃比変動波形の振動成分に対する第２空燃比変動波形の振動成分のクロススペクトル値Ｓを算出する。このクロススペクトル値Ｓは、両者の位相差及び振幅差に基づき算出される値である。
【００２４】
次に、ステップ１１１に進む。クロススペクトル値Ｓは、ステップ１０８の燃料噴射量制御が実行されている所定期間の機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとに応じて変化する値であるために、次式によりクロススペクトル値Ｓの正規化が実施される。
Ｓ’＝ Ａ＊Ｓ＋Ｂ
ここで、Ａ，Ｂは図４及び図５に示す第１及び第２マップから決定される変数である。図４において、Ａは、実験に基づき、機関回転数Ｎに関して、低回転数から所定回転数まで徐々に小さくなりその後回転数の上昇に伴い徐々に大きくなるように、また吸入空気量Ｑに関して、所定回転数を境に低回転側では吸入空気量が少ないほど大きく高回転側では吸入空気量が少ないほど小さくなるように設定されている。一方、図５において、Ｂは、実験に基づき、吸入空気量が少なく低回転ほど大きくなるように設定されている。
【００２５】
次にステップ１１２に進み、図６に示す第３マップから正規化されたクロススペクトル値Ｓ’により酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定され、ステップ１１３に進む。ステップ１１３において、決定された時定数Ｋが所定値Ｋ１以上であるかどうかが判断され、この判断が肯定される時には、酸素濃度センサ８は、かなり劣化しており、応答遅れが大きいために、良好な空燃比制御が実現不可能であるとして、ステップ１１４において、酸素濃度センサ８の異常を運転者に警報する。また、ステップ１１３における判断が否定される時には、酸素濃度センサ８は正常であり、そのまま終了する。
【００２６】
このようにして、第１フローチャートによれば、酸素濃度センサ８の現在の正確な時定数Ｋが検出され、それに基づき酸素濃度センサの正確な劣化判断が実施される。本フローチャートは、所定時間毎に繰り返されるが、ステップ１０７においてフラグＦが１に設定された後は、ステップ１０１における判断が否定されるために、機関始動から停止の間で、１回だけ酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定される。本フローチャートにおいて、時定数Ｋの決定に際して、気筒間で空燃比にある程度の差を設けるために、二つの気筒はリッチ空燃比に、また残りの二つの気筒はリーン空燃比とするようになっており、それにより各気筒の空燃比と理論空燃比との差を小さくすることができ、比較的良好な燃焼が行われる。しかしながら、各気筒においてこの時に多少の燃焼悪化及びトルク変動がは発生するために、本フローチャートのように、機関運転中において時定数の決定を１回だけとして、燃焼悪化及びトルク変動を最小限にすることが好ましい。
【００２７】
図７は、酸素濃度センサ８の劣化検出のための第２フローチャートである。第１フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フローチャートにおいて、ステップ２０８での燃料噴射量固定制御は、計算上、一番気筒及び三番気筒の空燃比が前述の空燃比λ１よりは理論空燃比λに近いリッチな空燃比λ１’となるように、また二番気筒及び四番気筒の空燃比が前述の空燃比λ２よりは理論空燃比λに近いリーンな空燃比λ２’となるように、所定期間の間、現在の吸入空気量Ｑに基づき各燃料噴射弁６の燃料噴射量を決定し、燃料噴射量を固定して噴射する第２燃料噴射量固定制御を実行するようになっている。ステップ２０９以降同様な処理が続き、ステップ２１３においてフラグＦが１であるかどうかが判断され、当初、この判断は肯定されてステップ２１４に進み、決定された時定数Ｋが所定値Ｃ２以上であるかどうかが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了する。ここで使用された所定値Ｃ２は、第１フローチャートのステップ１１３における所定値Ｃ１より小さな値である。
【００２８】
第２フローチャートのこれまでの処理において、酸素濃度センサ８の時定数Ｋの決定に際しての気筒間の空燃比の差は、第１フローチャートに比較して小さくされており、その分、算出されるクロススペクトル値Ｓ’には誤差を多く含んでおり、それを基に決定される時定数Ｋも誤差を多く含むことになる。このように決定された時定数Ｋであっても、所定値Ｃ２より小さければ、酸素濃度センサ８は劣化していないと判断することがでる。
【００２９】
誤差を含む時定数Ｋが所定値Ｃ２以上である時には、酸素濃度センサ８が劣化している可能性があり、ステップ２１５に進み、フラグＦを２に設定した後、ステップ２１６において、第１フローチャートのステップ１０８と同様な第１燃料噴射量固定制御を実施した後、ステップ２０９以降の処理が繰り返され、ステップ２１２において再び酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定され、ステップ２１３に進む。現在フラグＦは２であるために、この判断が否定されてステップ２１７に進み、第１フローチャートのステップ１１３と同様な判断が実行されて酸素濃度センサ８の劣化が判断される。
【００３０】
このように、本フローチャートによれば、各気筒の空燃比を理論空燃比近傍として決定される時定数Ｋによって、酸素濃度センサ８が劣化している可能性があるかどうかを判断し、劣化の可能性がある時にだけ第１フローチャートと同様に決定される時定数Ｋによって、酸素濃度センサ８が劣化しているかどうかが確実に判断されるために、酸素濃度センサ８が完全に正常である場合には、酸素濃度センサの劣化検出に際して空燃比変動を小さくすることができ、第１フローチャートに比較してこの時の燃焼悪化及びトルク変動を低減することができる。
【００３１】
ところで、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が前述のデポジット吸収されて気筒内へ供給されず、これまでにデポジットに吸収された燃料の一部がデポジットから排出されて気筒内へ供給されることを考慮して、機関運転にかかわらず、所望空燃比を実現するように燃料噴射量を制御することが知られており、この制御には、燃料挙動を示す次式が使用される。
ｆｗk+1 ＝ Ｐｆｗk ＋ Ｒｆｉk
ｆｃk ＝ （１−Ｐ）ｆｗk ＋（１−Ｒ）ｆｉk
ここで、ｆｗはデポジットに吸収されている燃料量、ｆｉは燃料噴射量、ｆｃは気筒内へ供給された燃料量であり、係数Ｐはデポジットに吸収されている燃料のうち気筒内へ供給されない割合、係数Ｒは噴射された燃料のうちデポジットに吸収される割合をそれぞれ示している。
【００３２】
前述の制御は、このような式を現代制御理論等を使用して解き、燃料噴射量ｆｉを決定するものであるが、この制御を正確なものにするためには、燃料性状等により変化する前述の二つの係数Ｐ，Ｒを的確に設定することが必要である。そのために、前述の二つの式を変形して求まる次式が使用される。
Ｐ（ｆｉk −ｆｃk ）＋Ｒ（ｆｉk+1 −ｆｉk ）＝ｆｉk+1 −ｆｃk+1
【００３３】
この式を使用しての係数Ｐ，Ｒの算出は、第１フローチャートにより正確な酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定された後の機関定常運転時に実行されるようになっている。機関運転毎に係数Ｐ，Ｒを算出すれば、機関停止時に異なる性状の燃料が給油されても、また酸素濃度センサ８の時定数Ｋが変化しても常に的確な値となる。係数Ｐ，Ｒの算出方法は、各気筒の燃料噴射量ｆｉを適当に変化させると共に、この時の気筒内へ供給される燃料ｆｃを酸素濃度センサ８の出力とエアフローメータ２１によって測定される吸入吸気量Ｑを基に算出することにより、複数のＰとＲを含む方程式を求めてＰとＲを算出するものである。
【００３４】
このようにして算出された係数Ｐ，Ｒは、現在の機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとに応じて変化する値であるために、前述のクロススペクトル値Ｓと同様に次式による正規化が必要である。
Ｐ’＝ ＷＰ＋Ｘ
Ｒ’＝ ＹＲ＋Ｚ
ここで、Ｗ，Ｙは、クロススペクトル値の正規化に使用した第１マップと同様な傾向を示すそれぞれのマップから決定される値であり、Ｘ，Ｚは、クロススペクトル値の正規化に使用した第２マップと同様な傾向を示すそれぞれのマップから決定される値である。
【００３５】
このように正規化された係数Ｐ’，Ｒ’は、その算出に酸素濃度センサ８の出力が使用されているために、その時定数Ｋの影響を受けており、次式によって補正されて最終的な値Ｐ”，Ｒ”として前述の燃料挙動に基づく燃料噴射量制御に使用される。
Ｐ”＝ Ｐ’＋ Ｍ
Ｒ”＝ Ｒ’＋ Ｌ
ここで、Ｍ，Ｌは、図８及び図９に示す第４及び第５マップにより酸素濃度センサ８の時定数Ｋを基に決定される値である。このように、酸素濃度センサ８の時定数Ｋが正確に把握されると、酸素濃度センサの出力を使用する色々な制御を正確なものにすることができる。
【００３６】
第１及び第２フローチャートにおいて、酸素濃度センサの時定数を決定するための気筒毎の空燃比は、一番気筒及び三番気筒において理論空燃比よりリッチしに、二番気筒及び四番気筒において理論空燃比よりリーンとしたが、これは本発明を限定するものではなく、各気筒の燃料噴射量を固定してデポジットの影響を無くし、燃料噴射量と吸入空気量とから正確な空燃比変動波形を算出することができれば良く、従って、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異なるものにすればよく、例えば、各気筒毎に空燃比を異ならせてもよい。
【００３７】
また、本発明は、吸気通路噴射式内燃機関に限定されず、筒内噴射式内燃機関であってもピストン頂面等にデポジットが付着することがあり、噴射された全ての燃料より混合気が形成されるとは限らないために、本発明を適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
このように、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、機関定常運転時の所定期間において、燃料噴射量制御手段が、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定するために、噴射燃料衝突位置にデポジットが付着していても、デポジットに吸収される燃料量とデポジットから排出される燃料量とがバランスするために、所定期間における正確な空燃比変動波形を得ることができ、劣化程度検出手段が、この空燃比変動波形と酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出するために、この酸素濃度センサの劣化程度はかなり正確なものとなる。
【００３９】
また、請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、補正手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき、酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施するために、この内燃機関制御が酸素濃度センサの劣化に伴い不正確となることは防止され、常に良好な制御が実施可能である。
【００４０】
また、請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、停止手段が、燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が固定された当初は燃料噴射量の変更に伴うデポジットの影響により正確な空燃比変動波形を得ることができず、この時の劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止するために、酸素濃度センサの劣化検出がさらに高精度に実施可能である。
【００４１】
また、請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、異常可能性判断手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常可能性を判断し、それによって酸素濃度センサの異常可能性が判断された時には、燃料噴射量補正手段が、少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正し、その後における劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出がさらに正確となり、異常断定手段が、この正確な酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常を断定するために、酸素濃度センサの異常可能性がない時には、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置に比較して、大きな空燃比変動が必要なく、この時の燃焼悪化及びトルク変動をかなり低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による酸素濃度センサの劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の概略図である。
【図２】酸素濃度センサの劣化検出のための第１フローチャートである。
【図３】実際の空燃比変動に相当する第１空燃比変動波形を示す図である。
【図４】クロススペクトル値を正規化するための変数Ａを決定するための第１マップである。
【図５】クロススペクトル値を正規化するための変数Ｂを決定するための第１マップである。
【図６】酸素濃度センサの時定数Ｋを決定するための第３マップである。
【図７】酸素濃度センサの劣化検出のための第２フローチャートである。
【図８】デポジットへの燃料吸収を考慮した燃料噴射制御に使用される係数Ｐの補正値をＭを決定する第４マップである。
【図９】デポジットへの燃料吸収を考慮した燃料噴射制御に使用される係数Ｒの補正値をＬを決定する第５マップである。
【符号の説明】
１…エンジン
３…吸気管
６…燃料噴射弁
７…排気管
８…酸素濃度センサ
２０…制御装置
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの劣化検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における空燃比制御は、一般的に各気筒の排気集合部に配置された酸素濃度センサにより現在の排気ガス中の酸素濃度を検出し、それにより定まるこの時の燃焼における混合気空燃比に基づき、燃料噴射量を補正して実際の混合気空燃比を所望範囲内に維持するものである。一般的な酸素濃度センサは、その特性上、排気ガス中の酸素濃度の変化に対して、瞬間的にその出力を変化させることはできず、ある程度の応答遅れを有している。
【０００３】
このような応答遅れが、酸素濃度センサの長期使用に伴い所定値以上となると、現在の燃料噴射量補正に使用される酸素濃度センサの出力は、かなり以前の混合気空燃比に基づくものとなり、制御される空燃比がハンチングしたりして良好な空燃比制御を実現できない可能性がある。この時には、運転者に警報を出す等の対策が必要であり、特開昭５７−１２４２４８号公報には、全気筒同時に燃料噴射量を意図的に増減させて１サイクル単位で空燃比を所定変動波形に基づき変化させ、それに応じて変化する酸素濃度センサの出力変動波形を空燃比の所定変動波形と比較することにより酸素濃度センサの現在の応答遅れ、すなわち酸素濃度センサの劣化程度を検出する酸素濃度センサの性能評価装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関を長期使用すると、燃料噴射弁から噴射された燃料が衝突する位置には、通常、デポジットが付着している。このようなデポジットは、噴射された燃料の一部を吸収すると共に既に吸収している燃料の一部を排出するように機能し、定常運転等で燃料噴射量が一定に維持されていれば、吸収する燃料量と排出する燃料量とがバランスして、噴射された燃料量と同量の燃料が気筒内へ供給される。しかしながら、燃料噴射量を変化させた時には、前述のバランスが崩れ、気筒内へ供給される燃料量を正確に把握することができない。
【０００５】
それにより、前述の従来技術において、酸素濃度センサの劣化程度検出に際して、燃料噴射量を意図的に増減させると、前述のデポジットの影響により実際の空燃比は所定変動波形で変化してはおらず、それと酸素濃度センサの出力変動波形とを比較しても正確な酸素濃度センサの劣化程度を検出することができない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、燃料衝突位置にデポジットが付着していても、酸素濃度センサの劣化程度を正確に検出することができる酸素濃度センサの劣化検出装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、多気筒内燃機関の排気管集合部に配置された酸素濃度センサと、機関定常運転時の所定期間において、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定する燃料噴射量制御手段と、前記所定期間における燃料噴射量に基づく空燃比変動波形と前記酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して前記酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出する劣化程度検出手段、とを具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき、前記酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施する補正手段を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が固定された当初は、前記劣化程度検出手段による前記酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止する停止手段を具備することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常可能性を判断する異常可能性判断手段と、前記異常可能性判断手段により前記酸素濃度センサの異常可能性が判断された時に、前記少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正して固定する燃料噴射量補正手段と、前記燃料噴射量補正手段により燃料噴射量が補正された後に前記劣化程度検出手段により検出される前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常を断定する異常断定手段、とを具備することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
前述の請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、機関定常運転時の所定期間において、燃料噴射量制御手段が、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定するために、噴射燃料衝突位置にデポジットが付着していても、各気筒毎に噴射された燃料量だけが確実に各気筒内へ供給され、燃料噴射量に基づきこの所定期間における正確な空燃比変動波形を得ることができ、劣化程度検出手段が、この空燃比変動波形と酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出する。
【００１２】
また、前述の請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、補正手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき、酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施するために、この内燃機関制御が酸素濃度センサの劣化に伴い不正確となることは防止される。
【００１３】
また、前述の請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、停止手段が、燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が一定に維持された当初は燃料噴射量の変更に伴うデポジットの影響により正確な空燃比変動波形を得ることができないために、この時の劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止する。
【００１４】
また、前述の請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置は、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置において、さらに、異常可能性判断手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常可能性を判断し、異常可能性判断手段により酸素濃度センサの異常可能性が判断された時には、燃料噴射量補正手段が、少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正して固定するために、その後における劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出がさらに正確となり、異常断定手段が、この正確な酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常を断定する。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明による酸素濃度センサの劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の概略図である。同図において、１は四気筒エンジンであり、その点火順序は一番気筒＃１、三番気筒＃３、四番気筒＃４、二番気筒＃２の順となっている。２はサージタンクであり、四本の吸気管３によってエンジン１の各気筒と接続される。また、サージタンク２の吸気上流側には、スロットル弁４が配置された上流側吸気通路５が接続されている。各吸気管３には、各気筒毎に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が配置されている。
【００１６】
エンジン１の各気筒には排気管７が接続され、排気管７の集合部７ａには排気ガス中の酸素濃度（但し、混合気空燃比がリッチである場合にはその程度に応じたマイナス値となる）を検出するための酸素濃度センサ８が配置されている。２０は、酸素濃度センサ８の出力に基づく空燃比制御と、酸素濃度センサ８の劣化検出とを担当する制御装置であり、機関運転状態を把握するための各センサ、例えば、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ２１、機関回転数を測定するための回転センサ２２、機関温度として冷却水温を測定するための冷却水温センサ２３等が接続されている。
【００１７】
制御装置２０によって行われる空燃比制御は一般的なものであり、酸素濃度センサ８の出力に基づき定まる混合気空燃比が機関運転状態に応じて決定される所望範囲内となるように、各燃料噴射弁６の燃料噴射量がフィードバック制御される。このような空燃比制御において、酸素濃度センサ８の長期使用により、応答遅れ（以下、時定数）が大きくなると、空燃比のハンチングを起こす等の問題を生じるために、酸素濃度センサ８の時定数を検出して劣化程度を把握し、劣化により酸素濃度センサが異常となれば、これを運転者に知らせて、異常の酸素濃度センサを早期に交換することが必要である。このための酸素濃度センサの劣化検出は、図２に示す第１フローチャートに従って制御装置２０により行われる。第１フローチャートは機関始動と共に実行され、所定時間毎に繰り返されるものである。
【００１８】
まず、ステップ１０１において、フラグＦが０であるかどうかが判断される。フラグＦは機関停止と共に０にリセットされるものであり、当初、この判断は肯定されてステップ１０２に進む。ステップ１０２において、酸素濃度センサ８が活性化しているかどうかが、一般的な方法、例えば機関始動後の経過時間が所定時間以上であるか、又は冷却水温が所定温度以上であるか等によって判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０３に進む。
【００１９】
ステップ１０３において、前述の空燃比制御が実行されているかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０４に進む。ステップ１０４において、冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ１より高くＴＨＷ２より低いかどうかが判断される。これは、エンジン１が暖機後でありオーバーヒートしていない正常状態であることを判断している。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０５に進む。ステップ１０５において、ステップ１０４の判断が肯定された後の積算吸入空気量ＱＴが所定値ＱＴ１以上であるかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時には、エンジン１の燃焼が十分に安定している時であり、ステップ１０６に進む。
【００２０】
ステップ１０６において、機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｑが一定であることにより現在の運転状態が定常運転状態であるかどうかが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、肯定される時にはステップ１０７に進み、フラグＦを１に設定する。次に、ステップ１０８において、計算上、一番気筒及び三番気筒の空燃比が理論空燃比λよりリッチな空燃比λ１となるように、また二番気筒及び四番気筒の空燃比が理論空燃比λよりリーンな空燃比λ２となるように、所定期間の間、現在の吸入空気量Ｑに基づき各燃料噴射弁６の燃料噴射量を決定し、この燃料噴射量を固定して噴射する第１燃料噴射量固定制御を実行する。
【００２１】
次にステップ１０９において、ステップ１０８の燃料噴射量固定制御での各気筒毎の燃料噴射回数ｎが所定回数ｎ１以上であるかどうかが判断される。この判断は肯定されるまで繰り返されてステップ１１０に進む。ステップ１１０において、ステップ１０９が肯定されてからの燃料噴射量に基づき算出される第１空燃比変動波形と、排気ガスが酸素濃度センサ８に到達する時間を考慮して酸素濃度センサ８の出力に基づき算出される第２空燃比変動波形とを比較する。第１空燃比変動波形は、図３に示すように、連続して点火される一番気筒及び三番気筒の燃焼において理論空燃比λよりリッチな空燃比λ１であり、その後に連続して点火される四番気筒及び二番気筒の燃焼において理論空燃比λよりリーンな空燃比λ２である。
【００２２】
エンジンの長期使用によって、燃料噴射弁６からの噴射される燃料の衝突位置、例えば、吸気弁の傘裏部には、デポジットが付着している可能性がある。前述の第１空燃比変動波形は、このようなデポジットが存在しても、ステップ１０８の燃料噴射量固定制御で各気筒毎の燃料噴射量は固定されており、各気筒において、噴射された燃料の一部がデポジットに吸収されるが、それと同量の燃料がデポジットから排出され、噴射された燃料量と同量の燃料が気筒内へ供給されて混合気が形成されるために、実際の空燃比変動に一致するものである。ステップ１０８の燃料噴射開始直後は、燃料噴射量がそれ以前の燃料噴射量に対して変化する可能性があり、この時にはデポジットによる燃料吸収量とデポジットからの燃料排出量とが等しくなく、噴射された燃料量に対応する空燃比とならないために、ステップ１０９により、この時の空燃比変動を第１空燃比変動波形に含めないようになっている。
【００２３】
ステップ１１０における二つの波形の比較には、一般的に行われているように、バンドパスフィルタを使用して両者の振動成分を抽出し、第１空燃比変動波形の振動成分に対する第２空燃比変動波形の振動成分のクロススペクトル値Ｓを算出する。このクロススペクトル値Ｓは、両者の位相差及び振幅差に基づき算出される値である。
【００２４】
次に、ステップ１１１に進む。クロススペクトル値Ｓは、ステップ１０８の燃料噴射量制御が実行されている所定期間の機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとに応じて変化する値であるために、次式によりクロススペクトル値Ｓの正規化が実施される。
Ｓ’＝ Ａ＊Ｓ＋Ｂ
ここで、Ａ，Ｂは図４及び図５に示す第１及び第２マップから決定される変数である。図４において、Ａは、実験に基づき、機関回転数Ｎに関して、低回転数から所定回転数まで徐々に小さくなりその後回転数の上昇に伴い徐々に大きくなるように、また吸入空気量Ｑに関して、所定回転数を境に低回転側では吸入空気量が少ないほど大きく高回転側では吸入空気量が少ないほど小さくなるように設定されている。一方、図５において、Ｂは、実験に基づき、吸入空気量が少なく低回転ほど大きくなるように設定されている。
【００２５】
次にステップ１１２に進み、図６に示す第３マップから正規化されたクロススペクトル値Ｓ’により酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定され、ステップ１１３に進む。ステップ１１３において、決定された時定数Ｋが所定値Ｋ１以上であるかどうかが判断され、この判断が肯定される時には、酸素濃度センサ８は、かなり劣化しており、応答遅れが大きいために、良好な空燃比制御が実現不可能であるとして、ステップ１１４において、酸素濃度センサ８の異常を運転者に警報する。また、ステップ１１３における判断が否定される時には、酸素濃度センサ８は正常であり、そのまま終了する。
【００２６】
このようにして、第１フローチャートによれば、酸素濃度センサ８の現在の正確な時定数Ｋが検出され、それに基づき酸素濃度センサの正確な劣化判断が実施される。本フローチャートは、所定時間毎に繰り返されるが、ステップ１０７においてフラグＦが１に設定された後は、ステップ１０１における判断が否定されるために、機関始動から停止の間で、１回だけ酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定される。本フローチャートにおいて、時定数Ｋの決定に際して、気筒間で空燃比にある程度の差を設けるために、二つの気筒はリッチ空燃比に、また残りの二つの気筒はリーン空燃比とするようになっており、それにより各気筒の空燃比と理論空燃比との差を小さくすることができ、比較的良好な燃焼が行われる。しかしながら、各気筒においてこの時に多少の燃焼悪化及びトルク変動がは発生するために、本フローチャートのように、機関運転中において時定数の決定を１回だけとして、燃焼悪化及びトルク変動を最小限にすることが好ましい。
【００２７】
図７は、酸素濃度センサ８の劣化検出のための第２フローチャートである。第１フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フローチャートにおいて、ステップ２０８での燃料噴射量固定制御は、計算上、一番気筒及び三番気筒の空燃比が前述の空燃比λ１よりは理論空燃比λに近いリッチな空燃比λ１’となるように、また二番気筒及び四番気筒の空燃比が前述の空燃比λ２よりは理論空燃比λに近いリーンな空燃比λ２’となるように、所定期間の間、現在の吸入空気量Ｑに基づき各燃料噴射弁６の燃料噴射量を決定し、燃料噴射量を固定して噴射する第２燃料噴射量固定制御を実行するようになっている。ステップ２０９以降同様な処理が続き、ステップ２１３においてフラグＦが１であるかどうかが判断され、当初、この判断は肯定されてステップ２１４に進み、決定された時定数Ｋが所定値Ｃ２以上であるかどうかが判断され、この判断が否定される時にはそのまま終了する。ここで使用された所定値Ｃ２は、第１フローチャートのステップ１１３における所定値Ｃ１より小さな値である。
【００２８】
第２フローチャートのこれまでの処理において、酸素濃度センサ８の時定数Ｋの決定に際しての気筒間の空燃比の差は、第１フローチャートに比較して小さくされており、その分、算出されるクロススペクトル値Ｓ’には誤差を多く含んでおり、それを基に決定される時定数Ｋも誤差を多く含むことになる。このように決定された時定数Ｋであっても、所定値Ｃ２より小さければ、酸素濃度センサ８は劣化していないと判断することがでる。
【００２９】
誤差を含む時定数Ｋが所定値Ｃ２以上である時には、酸素濃度センサ８が劣化している可能性があり、ステップ２１５に進み、フラグＦを２に設定した後、ステップ２１６において、第１フローチャートのステップ１０８と同様な第１燃料噴射量固定制御を実施した後、ステップ２０９以降の処理が繰り返され、ステップ２１２において再び酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定され、ステップ２１３に進む。現在フラグＦは２であるために、この判断が否定されてステップ２１７に進み、第１フローチャートのステップ１１３と同様な判断が実行されて酸素濃度センサ８の劣化が判断される。
【００３０】
このように、本フローチャートによれば、各気筒の空燃比を理論空燃比近傍として決定される時定数Ｋによって、酸素濃度センサ８が劣化している可能性があるかどうかを判断し、劣化の可能性がある時にだけ第１フローチャートと同様に決定される時定数Ｋによって、酸素濃度センサ８が劣化しているかどうかが確実に判断されるために、酸素濃度センサ８が完全に正常である場合には、酸素濃度センサの劣化検出に際して空燃比変動を小さくすることができ、第１フローチャートに比較してこの時の燃焼悪化及びトルク変動を低減することができる。
【００３１】
ところで、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が前述のデポジット吸収されて気筒内へ供給されず、これまでにデポジットに吸収された燃料の一部がデポジットから排出されて気筒内へ供給されることを考慮して、機関運転にかかわらず、所望空燃比を実現するように燃料噴射量を制御することが知られており、この制御には、燃料挙動を示す次式が使用される。
ｆｗk+1 ＝ Ｐｆｗk ＋ Ｒｆｉk
ｆｃk ＝ （１−Ｐ）ｆｗk ＋（１−Ｒ）ｆｉk
ここで、ｆｗはデポジットに吸収されている燃料量、ｆｉは燃料噴射量、ｆｃは気筒内へ供給された燃料量であり、係数Ｐはデポジットに吸収されている燃料のうち気筒内へ供給されない割合、係数Ｒは噴射された燃料のうちデポジットに吸収される割合をそれぞれ示している。
【００３２】
前述の制御は、このような式を現代制御理論等を使用して解き、燃料噴射量ｆｉを決定するものであるが、この制御を正確なものにするためには、燃料性状等により変化する前述の二つの係数Ｐ，Ｒを的確に設定することが必要である。そのために、前述の二つの式を変形して求まる次式が使用される。
Ｐ（ｆｉk −ｆｃk ）＋Ｒ（ｆｉk+1 −ｆｉk ）＝ｆｉk+1 −ｆｃk+1
【００３３】
この式を使用しての係数Ｐ，Ｒの算出は、第１フローチャートにより正確な酸素濃度センサ８の時定数Ｋが決定された後の機関定常運転時に実行されるようになっている。機関運転毎に係数Ｐ，Ｒを算出すれば、機関停止時に異なる性状の燃料が給油されても、また酸素濃度センサ８の時定数Ｋが変化しても常に的確な値となる。係数Ｐ，Ｒの算出方法は、各気筒の燃料噴射量ｆｉを適当に変化させると共に、この時の気筒内へ供給される燃料ｆｃを酸素濃度センサ８の出力とエアフローメータ２１によって測定される吸入吸気量Ｑを基に算出することにより、複数のＰとＲを含む方程式を求めてＰとＲを算出するものである。
【００３４】
このようにして算出された係数Ｐ，Ｒは、現在の機関回転数Ｎと吸入空気量Ｑとに応じて変化する値であるために、前述のクロススペクトル値Ｓと同様に次式による正規化が必要である。
Ｐ’＝ ＷＰ＋Ｘ
Ｒ’＝ ＹＲ＋Ｚ
ここで、Ｗ，Ｙは、クロススペクトル値の正規化に使用した第１マップと同様な傾向を示すそれぞれのマップから決定される値であり、Ｘ，Ｚは、クロススペクトル値の正規化に使用した第２マップと同様な傾向を示すそれぞれのマップから決定される値である。
【００３５】
このように正規化された係数Ｐ’，Ｒ’は、その算出に酸素濃度センサ８の出力が使用されているために、その時定数Ｋの影響を受けており、次式によって補正されて最終的な値Ｐ”，Ｒ”として前述の燃料挙動に基づく燃料噴射量制御に使用される。
Ｐ”＝ Ｐ’＋ Ｍ
Ｒ”＝ Ｒ’＋ Ｌ
ここで、Ｍ，Ｌは、図８及び図９に示す第４及び第５マップにより酸素濃度センサ８の時定数Ｋを基に決定される値である。このように、酸素濃度センサ８の時定数Ｋが正確に把握されると、酸素濃度センサの出力を使用する色々な制御を正確なものにすることができる。
【００３６】
第１及び第２フローチャートにおいて、酸素濃度センサの時定数を決定するための気筒毎の空燃比は、一番気筒及び三番気筒において理論空燃比よりリッチしに、二番気筒及び四番気筒において理論空燃比よりリーンとしたが、これは本発明を限定するものではなく、各気筒の燃料噴射量を固定してデポジットの影響を無くし、燃料噴射量と吸入空気量とから正確な空燃比変動波形を算出することができれば良く、従って、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異なるものにすればよく、例えば、各気筒毎に空燃比を異ならせてもよい。
【００３７】
また、本発明は、吸気通路噴射式内燃機関に限定されず、筒内噴射式内燃機関であってもピストン頂面等にデポジットが付着することがあり、噴射された全ての燃料より混合気が形成されるとは限らないために、本発明を適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
このように、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、機関定常運転時の所定期間において、燃料噴射量制御手段が、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定するために、噴射燃料衝突位置にデポジットが付着していても、デポジットに吸収される燃料量とデポジットから排出される燃料量とがバランスするために、所定期間における正確な空燃比変動波形を得ることができ、劣化程度検出手段が、この空燃比変動波形と酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出するために、この酸素濃度センサの劣化程度はかなり正確なものとなる。
【００３９】
また、請求項２記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、補正手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき、酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施するために、この内燃機関制御が酸素濃度センサの劣化に伴い不正確となることは防止され、常に良好な制御が実施可能である。
【００４０】
また、請求項３記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、停止手段が、燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が固定された当初は燃料噴射量の変更に伴うデポジットの影響により正確な空燃比変動波形を得ることができず、この時の劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止するために、酸素濃度センサの劣化検出がさらに高精度に実施可能である。
【００４１】
また、請求項４記載の酸素濃度センサの劣化検出装置によれば、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置の効果に加えて、異常可能性判断手段が、劣化程度検出手段により検出された酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常可能性を判断し、それによって酸素濃度センサの異常可能性が判断された時には、燃料噴射量補正手段が、少なくとも一つの空燃比と他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正し、その後における劣化程度検出手段による酸素濃度センサの劣化程度の検出がさらに正確となり、異常断定手段が、この正確な酸素濃度センサの劣化程度に基づき酸素濃度センサの異常を断定するために、酸素濃度センサの異常可能性がない時には、請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置に比較して、大きな空燃比変動が必要なく、この時の燃焼悪化及びトルク変動をかなり低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による酸素濃度センサの劣化検出装置が取り付けられた内燃機関の概略図である。
【図２】酸素濃度センサの劣化検出のための第１フローチャートである。
【図３】実際の空燃比変動に相当する第１空燃比変動波形を示す図である。
【図４】クロススペクトル値を正規化するための変数Ａを決定するための第１マップである。
【図５】クロススペクトル値を正規化するための変数Ｂを決定するための第１マップである。
【図６】酸素濃度センサの時定数Ｋを決定するための第３マップである。
【図７】酸素濃度センサの劣化検出のための第２フローチャートである。
【図８】デポジットへの燃料吸収を考慮した燃料噴射制御に使用される係数Ｐの補正値をＭを決定する第４マップである。
【図９】デポジットへの燃料吸収を考慮した燃料噴射制御に使用される係数Ｒの補正値をＬを決定する第５マップである。
【符号の説明】
１…エンジン
３…吸気管
６…燃料噴射弁
７…排気管
８…酸素濃度センサ
２０…制御装置
Claims (4)
- 多気筒内燃機関の排気管集合部に配置された酸素濃度センサと、機関定常運転時の所定期間において、少なくとも一つの気筒の空燃比を他の気筒の空燃比とは異ならせて各気筒の燃料噴射量を固定する燃料噴射量制御手段と、前記所定期間における燃料噴射量に基づく空燃比変動波形と前記酸素濃度センサの出力変動波形とを比較して前記酸素濃度センサの応答遅れに基づく劣化程度を検出する劣化程度検出手段、とを具備することを特徴とする酸素濃度センサの劣化検出装置。
- さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき、前記酸素濃度センサの出力を利用する内燃機関制御における補正を実施する補正手段を具備することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置。
- さらに、前記燃料噴射量制御手段によって各気筒毎に燃料噴射量が固定された当初は、前記劣化程度検出手段による前記酸素濃度センサの劣化程度の検出を停止する停止手段を具備することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置。
- さらに、前記劣化程度検出手段により検出された前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常可能性を判断する異常可能性判断手段と、前記異常可能性判断手段により前記酸素濃度センサの異常可能性が判断された時に、前記少なくとも一つの気筒の空燃比と前記他の気筒の空燃比との差を大きくするように燃料噴射量を補正して固定する燃料噴射量補正手段と、前記燃料噴射量補正手段により燃料噴射量が補正された後に前記劣化程度検出手段により検出される前記酸素濃度センサの劣化程度に基づき前記酸素濃度センサの異常を断定する異常断定手段、とを具備することを特徴とする請求項１記載の酸素濃度センサの劣化検出装置。
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