JP4872005B2

JP4872005B2 - 排気ガスセンサの劣化故障診断装置

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Publication number: JP4872005B2
Application number: JP2010008896A
Authority: JP
Inventors: 秀隆牧
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: JP2010133418A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路内の設けられる排気ガスセンサの劣化故障を検知する診断装置に関する。

車両の内燃機関の排気通路には、一般に排気ガス成分を計測するための排気ガスセンサが取り付けられている。排気ガスセンサは、排気ガス中の空燃比を出力し、内燃機関の制御装置がこの出力値に基づいて内燃機関に供給する燃料の理論空燃比を制御する。したがって、排気ガスセンサが劣化故障し、正確な空燃比を出力できない場合、制御装置は内燃機関に対して正確な理論空燃比の制御を行うことができない。

このような排気ガスセンサの劣化故障を検知する手法として、いくつかの技術が開示されている。特許文献１および特許文献２には、矩形波形を変調した燃料信号を発生させ、酸素センサによって排気ガスを検出し、この出力信号を処理することで酸素センサの動作状態を決定する手法が開示されている。

特開平７−１４５７５１号公報米国特許５３２５７１１号

しかしながら、上述の手法は、被変調矩形波形を有する被変調空気−燃料信号と、上記信号に基づいた排気ガス酸素レベルに応じた合成出力を使用している。多くの周波数成分を有する被変調矩形波形入力に対して出力される応答はノイズの影響を受けやすく、さらに、上記排気ガス酸素レベルに応答した信号には、内燃機関の運転状態、特に過渡運転時に生じる空燃比変動の影響を受けるため、その合成出力信号の周波数を常に一定に保つのが難しい。したがって、これらの出力に基づいてセンサ状態を評価した場合、評価精度は悪化する。一方、排気ガス規制の強化や触媒の貴金属担持量の低下に伴い、空燃比制御の精度が従来よりも重要となり、排気ガスセンサの特性劣化故障による排気ガス成分の増加を押さえるためにも検知精度も従来よりも高くすると同時に、劣化検知中の排気ガス成分の増加をより小さくする必要が生じている。

従って、本発明は、排気ガスセンサの劣化故障に対する検知精度のさらなる向上、および劣化故障検知中における排気ガス成分の増加をより最小限にできる排気ガスセンサの故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明の排気ガスセンサの劣化故障診断装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気ガス成分に応じた出力を発生する排気ガスセンサの劣化故障診断装置であって、通常運転時に使用する基本燃料噴射量に乗算して、排気ガスセンサの状態判定用の燃料噴射量とするための検知用信号を発生する検知用信号発生手段と、前記排気ガスセンサの出力に基づいて決定されたフィードバック係数を用いて前記燃料噴射量を制御する空燃比制御手段と、前記状態判定用の燃料噴射量を用いたときの前記排気ガスセンサの出力から前記検知用信号に対応する周波数成分を取り出し、該周波数成分に基づいて前記排気ガスセンサの状態を判定する排気ガスセンサ評価手段と、を備え、前記検知用信号は、前記フィードバック係数の変化の周波数よりも高い周波数の信号である。

この発明によると、所定の周波数の検知用信号を乗じた燃料供給を行うので、排気ガス中に含まれる検知用周波数成分の割合を多く保つことができる。そしてこの状態で、排気ガスセンサの出力の前記周波数における周波数応答に基づいて排気ガスセンサの状態を診断することができるため、容易に排気ガス中に含まれるノイズ成分の割合を減少させることができ、排気ガスセンサの劣化故障検知精度を向上させることができる。さらに、空燃比制御手段がフィードバック係数を用いて燃料噴射量を制御するので、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じるリーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができ、触媒浄化率の低下を抑制し、排気ガス中の有害成分の排出量が増加するのを防止しながら検知精度を保つことができる。

また、この発明の一形態では、排気ガスセンサの劣化故障診断装置は、前記基本燃料噴射量に乗ずる前記検知用信号が、所定のオフセット値に正弦波、余弦波、または三角波のいずれかを加算した信号である。この発明によると、生成が容易な信号を用い、検知用の周波数成分の割合を十分に多く、さらに排気ガス中の検知用周波数成分の大きさを保ちつつ、排気ガスセンサの特定周波数の応答を評価に用いることができるため、排気ガスセンサの劣化故障検知精度をより向上させることができる。

また、特に検知が困難な運転領域などで、周波数が異なる２以上の三角関数波の合成波を与え、２以上の周波数応答を排気ガスセンサの状態の判定に用いることができる。

また、この発明のさらにもう一つの形態では、排気ガスセンサ評価手段は、前記排気ガスセンサの状態の判定を、前記検知用信号を乗じた燃料噴射量の供給後から所定時間経過後に行う。この発明によると、検知用信号が燃料に反映された直後である排気ガス空燃比の安定しない状態を回避して、排気ガスセンサの状態の判定を安定化できるので、排気ガスセンサの劣化故障検知精度をより向上させることができる。

また、この発明の一形態では、排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力を用いて前記排気ガスセンサの状態を判定する。この発明によると、排気ガスに含まれる、検知用周波数以外の周波数成分、すなわち排気ガスセンサの状態を判定する際にノイズとなる成分を除去することができるので、排気ガスセンサの劣化故障検知精度をより向上させることができる。

さらにこの発明のもう一つの形態では、前記排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力の絶対値を積分した値が、所定値を下回るときに前記排気ガスセンサの状態を故障と判定する。

また、一形態では、前記排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力の絶対値をなまし計算した値が、所定値を下回るときに前記排気ガスセンサの状態を故障と判定する。排気ガスセンサからの出力の変動を平均化させることができるため、排気ガスセンサの劣化故障検知精度をより向上させることができる。

また、もう一つの形態では、前記排気ガスセンサは広域空燃比センサである。

また、一形態では排気ガスセンサの劣化故障診断装置は、さらに、前記排気ガスセンサの出力に基づいて前記内燃機関に供給する空燃比を所定値に制御する空燃比制御手段を有し、前記燃料噴射量が前記排気ガスセンサの出力に基づいて決定されたフィードバック係数に基づいて補正される。この発明によると、燃料噴射量を補正して、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じる、リーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、本検知手法によって生じる触媒浄化率の低下を抑制し、排気ガス中の有害成分の排出量が増加するのを防止したまま検知精度を保つことができる。

また、前記フィードバック係数は、触媒前に配置される排気ガスセンサ若しくは触媒後に配置される排気ガスセンサ、または触媒前および触媒後の両方に配置される排気ガスセンサからの出力に基づいて決定される。この発明の一形態では、排気ガスセンサの劣化故障診断中もフィードバック制御を行い燃料噴射量を補正するので、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じる、リーンまたはリッチへのドリフトをより抑制することができる。

また、前記空燃比制御手段は、前記検知用信号を乗じた燃料噴射量を前記内燃機関に供給する時に前記空燃比の制御を停止、またはフィードバック速度を遅くする。この発明によると、フィードバック係数が、特定の検知用周波数を含むことを避けることができ、フィードバックと組み合わせた場合でも検知精度の低下を防ぐことができる。

この発明によると、特定周波数成分を多く含む検知用信号を乗じた燃料供給を行い、排気ガスセンサの出力の検知用周波数における周波数応答に基づいて排気ガスセンサの状態を診断することができるため、検知用信号の特性に応じてノイズ成分を減少させることができ、排気ガスセンサの劣化故障検知精度を向上させることができる。さらに、フィードバック制御により、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生じるリーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、本検知手法によって生じる触媒浄化率の低下を抑制し、排気ガス中の有害成分の排出量が増加するのを防止したまま検知精度を保つことができる。

この発明の一つの実施形態である排気ガスセンサ故障診断装置のブロック図。この発明の一つの実施形態である排気ガスセンサ故障診断装置で使用するＥＣＵの一例を示す図。本発明の実施形態を表すフローチャート。本発明で使用するバンドパスフィルタ周波数特性例。検知用周波数fidの抽出例。 LAFセンサ応答性パラメータLAF_DLYP算出の一例。 LAFセンサ応答性パラメータLAF_AVEの算出の一例。合成波を用いたときの排気ガスセンサ故障診断装置のブロック図。入力する合成波の例。他のフィードバック係数算出手法を用いた場合の排気ガスセンサ故障診断装置のブロック図。フィードバック等を停止させるなどの本実施形態を表すフローチャート。

１．機能ブロックの説明
図１乃至図２を参照しつつ各機能ブロックについて説明する。図１は、この発明の概念を説明するための全体的な構成を示すブロック図である。

検知用信号発生部101は、オフセット値IDOFTに三角関数波FDSINなどを重ね合わせた所定の検知用信号KIDSINを発生する機能を有する。応答性評価部105は、リニア空燃比センサ（以下LAFセンサと表記する）103からの出力である、当量比KACTを、バンドパスフィルタリングし、この値を絶対値へと変換し、さらに変換した値を所定の期間にわたって積分し、排気ガスセンサ評価部へ送信する機能を有する。排気ガスセンサ評価部は、これらの値に基づいて排気ガスセンサの劣化故障を判定する機能を有する。これら排気ガスセンサ評価部、検知用信号発生部101、および応答性評価部105は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）において実現することができるため、これら各部の動作は後のＥＣＵの説明および排気ガスセンサ故障診断プロセスにおいて詳述することとする。

内燃機関102は、燃料量計算部の値に基づいてインジェクション・コントローラによって燃料噴射量が制御されることが可能な内燃機関である。

LAFセンサ103（広域空燃比センサ）は、エンジン102から排出される排気ガスに対して、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比を検出し、当量比KACTを発生するセンサである。

フィードバック補償器104は、LAFセンサ103からの出力値に基づいて、空燃比を適正に保つようにフィードバック係数KAFを発生する機能を有する。

上述のこれら排気ガスセンサ評価部、検知用信号発生部101、および応答性評価部105の機能は、図２に示すＥＣＵによって統合的に実現することができる。図２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）200の全体的なブロック図である。ＥＣＵは、排気ガスセンサ故障診断専用のＥＣＵを設けることとしてもよいが、本実施形態では、エンジン系統を制御するＥＣＵに、排気ガスセンサ評価部203、検知用信号発生部202および応答性評価部204の機能を組み込んでいる。ＥＣＵ200は、演算を実行するプロセッサ、各種データを一時記憶する記憶領域およびプロセッサによる演算の作業領域を提供するランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、プロセッサが実行するプログラムおよび演算に使用する各種のデータが予め格納されている読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、およびプロセッサによる演算の結果およびエンジン系統の各部から得られたデータのうち保存しておくものを格納する書き換え可能な不揮発性メモリを備えている。不揮発性メモリは、システム停止後も常時電圧供給されるバックアップ機能付きＲＡＭで実現することができる。

入力インタフェース201は、ＥＣＵ200とエンジン系統の各部とのインタフェース部であり、エンジン系統の様々な箇所から送られてくる車両の運転状態を示す情報を受け取って信号処理を行い、アナログ情報はデジタル信号に変換し、これらを排気ガスセンサ評価部203、燃料量計算部206および応答性評価部204に渡す。図２では、LAFセンサ103から出力されるKACT値、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、およびエンジン負荷Ｗが示されているが、これに限定されるものではなく、その他種々の情報が入力される。

検知用信号発生部202は、排気ガスセンサ評価部203からの指令に基づいて、オフセット値IDOFTに三角関数波FDSINなどを加算した所定の検知用信号KIDSINを発生させる機能を有する。この、検知用信号KIDSINについては、排気ガスセンサ故障診断プロセスにおいて詳述する。

排気ガスセンサ評価部203は、入力インタフェース201から渡されるデータに基づいて、後述の排気ガスセンサ故障診断プロセスを実行すべく演算および条件判断を行い、さらに、検知用信号制御部202および応答性評価部204を制御する。

応答性評価部204は、排気ガスセンサ評価部203からの指令を受けて、LAFセンサ103からの出力KACTを、バンドパスフィルタリングし、この値を絶対値へと変換し、さらに変換した値を所定の期間にわたって積分する機能を有する。これらの機能については、排気ガスセンサ故障診断プロセスにおいて詳述する。

燃料量計算部206は、検知用信号発生部202で演算した上記検知用信号KIDSINを受け取り、乗算を行って演算された、内燃機関のインジェクションへ燃料噴射量INJを出力インタフェース205に渡す機能を有する。出力インタフェース205は、この燃料噴射料INJをエンジンのインジェクション機能に出力する機能を有する。また、出力インタフェース205は、排気ガスセンサ評価部203からの制御信号を受け取り、故障ランプへの出力も行う。しかしながらこれに限定するものではなく出力インタフェース205には、他のコントローラ等を接続することもできる。

２．排気ガスセンサ故障診断プロセスの説明
次に、排気ガスセンサであるLAFセンサ103の劣化故障を診断する、排気ガスセンサ故障診断プロセスについて説明する。

メインプログラムから、排気ガスセンサ故障診断プロセスが呼び出されると、排気ガスセンサ評価部203は、排気ガスセンサ評価済みフラグを参照し、排気ガスセンサが既に劣化故障の評価済みであるか否かを判断する。ここでは、まだ排気ガスセンサは評価されておらず、排気ガスセンサ評価済みフラグは0に設定されているため、排気ガスセンサ評価部202は、プロセスをS302へと進める。

次に排気ガスセンサ評価部203は、LAFセンサ103が活性済みであるか否かを判断する（S302）。ここで、エンジン始動から間もない場合には、LAFセンサ103は活性化していない。したがって、エンジン始動後所定の時間が経過していない場合では、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS314へと進める。プロセスをS314へと進めると、排気ガスセンサ評価部203は、検知用信号発生部202に指令を送り、検知用信号発生部202にてIDOFTを定数1.0、FDSINを定数0に設定し、これらを加算した合成信号であるKIDSINを作成する（この場合、KIDSINは1.0となる）。ここで、KIDSINとは、基本燃料噴射量に乗じて、実際のインジェクションに燃料噴射させる燃料噴射量を出力させるための係数である。よって、KIDSINが1.0ときは、通常の運転時の基本燃料噴射量がインジェクションから噴射されることになる。排気ガスセンサ評価部203は、検知用信号発生部202に指令を送ると、タイマーTM_KACTFDに所定の時間をセットし、タイマーTM_KACTFDのカウントダウンを開始する（S315）。ここで、TM_KACTFDにセットされる所定の時間は、後述するように排気ガスセンサ評価条件が成立して検知用信号が反映された燃料噴射が行われるようになってから、エンジンから検知用信号が反映された燃料噴射に対する応答が安定して出力されるまでの時間である。このように、所定時間経過後から後述する積分を開始するようにタイマーをセットすることで、検出信号が燃料に反映された直後の安定しない出力状態を回避して応答を評価することができるため、検知精度を向上させることができる。

TM_KACTFDにタイマー設定すると、排気ガスセンサ評価部203は、次に、タイマーTM_LAFDETに所定の時間をセットし、タイマーのカウントダウンを開始する。ここで、TM_LAFDETに設定する時間は、排気ガスセンサ劣化故障を判断するために後に出力の絶対値を積分するための積分時間である。TM_LAFDETに時間をセットすると、排気ガスセンサ評価部203は、排気ガスセンサ評価済みフラグを０にリセットして本プロセスを終了する。

上述のプロセス終了後、メインプログラムにより再び排気ガスセンサ故障診断プロセスが呼び出される。前述のプロセスにより排気ガスセンサ評価済みフラグがリセットされ、さらにエンジン始動後所定の時間が経過することによって排気ガスセンサが活性済みになると、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS301からS303へと進め、検知条件が成立しているか否かを判断する。ここで、検知条件とは、車速、エンジン回転数、およびエンジン負荷が所定範囲内にある状態をいう。よって、排気ガスセンサ評価部203は、入力インタフェース201を介して、車速Ｖ、エンジン回転数Ｎｅ、およびエンジン負荷Ｗを取得し、これらのすべてが所定の範囲内にあるか否かを判断する。この、検知条件が満たされていない場合、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS314へと進める。S314以降の動作は、上述したものと同様であるから説明を省略する。

一方、上述の検知条件がすべて満たされた場合、排気ガスセンサ評価部203は、検知用信号発生部202に対して前記KIDSINの算出要求を送信する。KIDSINの算出要求が送信されると、検知用信号発生部202は、まず周波数fid（ここでは３Ｈｚを使用する）、振幅aid（ここでは0.03とする）の正弦波IDSINを発生させる。そして、発生させた正弦波IDSINにオフセット量IDOFT（ここでは1.0とする）を加算したKIDSIN（ここでは、1.0+0.03*sin 6πt）を作成する（S304）。そして、このKIDSINを継続的に燃料量計算部206に送信する。KIDSINが送信されると、燃料量計算部206は、KIDSINに基本燃料噴射量を乗じ、燃料噴射量INJを算出する。そして、この燃料噴射量IJNは、出力インタフェース205を介してエンジン102のインジェクションに入力される。エンジンが燃料噴射量INJで運転すると、入力である燃料噴射量INJに応じた出力である排気ガスがエンジンの排気系から排出される。そして、LAFセンサ103は、排出された排気ガスを検知し、その出力KACTを入力インタフェース201を介して、応答性評価部204に入力する。応答性評価部204は、下の式にKACTを代入してバンドパスフィルタリング済みの出力KACT_Fを算出する（S305）。

KACT_F(k)=a1 KACT_F(k-1)+a2 KACT_F(k-2)+a3 KACT_F(k-3)
+b0 KACT(k)+b1 KACT(k-1)+b2 KACT(k-2)+b3 KACT(k-3)
a1,a2,a3,b0,b1,b2,b3：フィルタ係数
ここで、バンドパスフィルタ周波数特性は、図４に示すような検知用信号周波数と同じ３Ｈｚを通過させるフィルタである。

そして、KACT_F値を算出すると（図５）、応答性評価部204は、KACT_Fから絶対値に変換したKACT_FAを算出（S306）する。

排気ガスセンサ評価部203は、KACT_FA算出の終了を応答性評価部204から受け取ると、タイマーTM_KACTFDが０であるか否かを判断する（S307）。ここで、タイマーTM_KACTFDが０ではない場合、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS316へと進める。S316以降のプロセスは前述の動作と同様であるため説明を省略する。一方、タイマーTM_KACTEDが０の場合、排気ガスセンサ評価部203は、応答性評価部204にタイマー条件がクリアされていることを通知し、応答性評価部204は、この通知を受けて積分値LAF_DLYPを逐次算出する（S308）。横軸を連続的な時間としたLAF_DLYPの計算例を図６に示す。

次に、排気ガスセンサ評価部203は、応答性評価部204でLAF_DLYPの計算を行うと、タイマーTM_LAFDETが０であるか否かを判断する。ここで、タイマーTM_LAFDETが０ではない場合は、プロセスをS317へと進める。S317以降のプロセスは前述と同様であるため説明を省略する。一方、タイマーTM_LAFDETが０である場合、算出した積分値LAF_DLYPの現時点の値を排気ガスセンサ評価部203に送信し、プロセスをS310へと進める。そしてS310において、排気ガスセンサ評価部203は、積分値LAF_DLYPが所定値LAF_DLYP_OK以上であるか否かを判断する。ここで、LAF_DLYP_OK値は、積分値LAF_DLYPに基づいて排気ガスセンサが劣化故障しているか否かを判断するためのしきい値である。

積分値LAF_DLYPが判定値LAF_DLYP_OK値以上である場合、排気ガスセンサ評価部203は、排気ガスセンサは劣化故障をしていないと判断して、排気ガスセンサ評価済みフラグを１にセットして（S311）本プロセスを終了する。

一方、積分値LAF_DLYPが判定値LAF_DLYP_OK値以上ではない場合、排気ガスセンサ評価部203は、排気ガスセンサが劣化故障を生じていると判定して、出力インタフェース205を介して排気ガスセンサ異常記録故障ランプを点灯させる（S312）。そして、排気ガスセンサ評価済みフラグを１にセットして（S313）、本プロセスを終了する。

代替の劣化故障の判定法法として、S308において、積分値LAF_DLYP値に基づいて排気ガスセンサの劣化故障を判定せずに、図７に示すようにKACT_FA値の平滑平均値を算出するようになまし計算を行い、なまし計算値LAF_AVEに基づいて排気ガスセンサの劣化故障を判定することもできる。この場合、S310において、排気ガスセンサ評価部203は、判定値LAF_AVE_OK以上であるか否かを判定し、LAF_AVE_OK値以上ではない場合、排気ガスセンサが劣化故障を生じていると判定する。一方、LAF_AVE値がLAF_AVE_OK以上である場合、排気ガスセンサが劣化故障を生じていないと判定する。

本発明によれば、排気ガスセンサを評価するための正弦波変動などの検知用信号を乗じた燃料噴射量をエンジンに与え、その後の排気ガスセンサ出力に基づいて排気ガスセンサの応答性を評価する。

よって、排気ガス酸素レベルに対応した合成出力などを用いていないため、常に一定の周波数成分を含む排気ガスセンサからの出力を得ることができ、周波数応答特性を用いて排気ガスセンサの状態判断を行う際に、精度を向上させることが可能となる。

さらに、バンドパスフィルタリングを施した出力を用いて、検知用周波数以外の周波数成分を取り除くことにより、センサ計測の際のノイズ成分を除去でき、特に過渡運転時に生じる空燃比変動などによって生じる他の周波数成分の影響を取り除くことができ、検知精度をより向上させることができる。

また、バンドパスフィルタリングを施した出力波形の絶対値の所定期間におけるなまし計算値などの平均値、または積分値に基づいて、排気ガスセンサの劣化故障判断を行うため、エンジン運転負荷の変動等によって生ずる単発的な空燃比スパイクなどの影響を排気ガスセンサ劣化検知の評価から排除することができ、劣化故障判断の精度をより向上させることができる。

３．合成波を使用する場合
上述において正弦波を検知用信号として使用したが、単一周波数の三角関数波、または三角波のいずれか、もしくは、これら複数の波形を含む合成波とし、所望の単一周波数もしくは複数の周波数のスペクトル成分を大きくすることができ、ノイズに対する検知精度をより高めることができる。

たとえば、エンジンの吸気系には、燃料付着遅れが存在する。特に、低温時や、北米地域で販売されているガソリンなど、揮発成分中の重質分が多いガソリンではこの遅れが顕著になる。これを補正する燃料付着遅れに対する技術も存在するが、通常のガソリンでセッティングした制御パラメータでは、重質分が多いガソリンを用いたときに補正が不十分であることがあるなど、補正が完全でないことがある。このような場合、空燃比の指令値波形に対して、実空燃比の波形の立ち上がりが悪いなどの現象が発生している。このようなとき、実空燃比の振幅が想定した振幅より小さくなり、検知精度が低下する。そこで、この付着による実空燃比の振幅の低下を小さくできる波形を与えるために、三角関数波の合成波を与える。図８に、基本サイン波と、のこぎり波との合成波を用いる場合の参考例を示す。

図９の波形を見て分かるように、燃料量が増加方向に変化するタイミングで、のこぎり波の振幅がステップ状に増加するように、位相をあわせた合成波形とすると、燃料量が増加する際に燃料付着する分を補正することができる。よって、実空燃比が小さくなることを低減することができるので、排気ガスセンサの劣化検知の精度の低下を防ぐことができる。ここでは、サイン波とのこぎり波の合成波形を示したが、エンジンの付着特性に合わせた動的な補正波形など、任意の三角関数波を足しあわせた合成波で、所望の波形を与えればより効果的である。

４．フィードバック
図１、図８および図１０に示したように、KACTをフィードバック補償器に入力し、エンジンに供給する空燃比を所定値に制御するようにフィードバック係数KAFを算出し、このKAF値を基本燃料噴射量に対するKIDSIN値の乗算値にさらに乗ずるようにフィードバックをかけることができる。この場合、ＥＣＵを用いた実施形態では、さらにフィードバック補償部（不図示）を設け、燃料量計算部206に接続する構成をとる。

本発明によれば、燃料噴射量が、触媒前排気ガスセンサ出力もしくは触媒後排気ガスセンサ、または両者の出力に基づいて決定されたフィードバック係数に基づいて補正されることにより、検知用信号を燃料噴射量に与えることにより生ずるリーンまたはリッチへのドリフトを抑制することができるため、検知精度を保ちつつ、排気ガスセンサの劣化故障診断中において生ずる触媒浄化率の低下を抑制して、排気ガス中の有害成分の排出量増加を防止することができる。

ところで、上述において通常のLAFフィードバックとの組み合わせについて記載したが、フィードバック系の目標値や補正係数に検知用信号と同じ周波数fid近傍の成分を含む場合においては、出力される応答の検知精度が劣ることがある。これに対する対策として、図１１のフィードバック停止判断プロセスに示すように、排気ガスセンサ故障診断プロセス実行中は、排気ガスセンサの出力に基づいて決定される空燃比フィードバック演算や空燃比フィードバック目標値演算を停止またはフィードバックの応答を遅くして、フィードバック系がfid近傍の周波数を含まないようにすることにより、この問題を解決することができる。

次に、このフィードバック停止判断プロセスについて説明する。フィードバック停止判断プロセスがメインプログラムから呼び出されると、最初に排気ガスセンサ評価要求があるか否かを排気ガスセンサ評価要求フラグを参照して判断する（S1101）。評価要求がない場合には、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS1106へと進め、フィードバック停止タイマーにタイマー時間を設定して、カウントダウンを開始させる。そして、本プロセスを終了する。

次に、再びフィードバック停止判断が呼び出されると、排気ガスセンサ評価部203は、再度排気ガスセンサ評価要求があるか否かを判断する（S1101）。ここで、排気ガスセンサ評価要求フラグが１にセットされており評価要求がある場合は、排気ガスセンサ評価部203は、フィードバック補償部に対してフィードバックを停止させる（S1102）。そしてS1103において、排気ガスセンサ評価部203は、フィードバック停止タイマーが０であるか否かを判断する。ここで、排気ガスセンサ評価要求が出されてから所定の時間を経過しておらず、フィードバック停止タイマーは０ではないため、排気ガスセンサ評価部203はプロセスを終了させる。一方、フィードバック停止タイマーが０の場合、排気ガスセンサ評価部203は、排気ガスセンサ故障診断プロセスを呼び出す（S1104）。そして、呼び出した排気ガスセンサ故障診断プロセスが終了すると、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS1105へと進め、排気ガスセンサ故障診断プロセスにおいてセットまたはリセットされた排気ガスセンサ評価済みフラグを参照して、排気ガスセンサ故障診断が終了したか否かを判断する。ここで排気ガスセンサ故障診断が終了していない場合には、プロセスを終了する。一方、排気ガスセンサ故障診断が完了している場合には、排気ガスセンサ評価部203は、プロセスをS1106へと進め、フィードバック補償部に対してフィードバックの停止を解除し、再びフィードバックが燃料噴射量INJを補正するようにする。そしてプロセスを終了する。

また、図１０のように触媒の前後に排気ガスセンサを有する場合、S1102における代替手法として、下記（１）〜（６）などの手法を用いることも有効である。

（１）触媒前排気ガスセンサフィードバックを停止させる。これにより、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防止し、検知精度の悪化を防ぐことが出来る。

（２）触媒後排気ガスセンサフィードバック目標値演算を停止することにより、フィードバック目標値に検知用周波数と同じ周波数成分が含まれることを防ぐことができる。したがって、触媒前排気ガスセンサを用るフィードバック係数がその目標値に追従しようとして検知用周波数を生成してしまうことを防止できると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックによって、空燃比のドリフトを防ぎ、排気ガス成分の増加を防止できる。

（３）上記（１）（２）両演算停止によって、（１）と同様の効果が得られると共に、触媒前フィードバックが停止している一方で、その目標値を演算しているというＥＣＵ演算パワーのリソースの無駄な消費を回避することもできる。

（４）触媒前排気ガスセンサフィードバック制御速度を決定するパラメータをフィードバックが遅くなるように変更することによって、フィードバック係数の変化速度を遅くすることができる。したがって、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防ぐことができるため、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックが動作することにより、フィードバックが停止しているときに比較して空燃比のドリフトを防止でき、排気ガス成分の増加を低減できる。

（５）触媒後排気ガスセンサフィードバック目標値演算制御速度を決定するパラメータを、目標値変化速度が遅くなるように変更することによって、検知用周波数と同じ周波数成分が目標値に含まれることを防止することが可能となる。したがって、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバック係数がその目標値に追従しようとして検知用周波数を生成してしまうことを防止し、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用いるフィードバックによって、排気ガス成分の増加を低減できる。

（６）上記（４）（５）両制御速度を決定するパラメータを制御速度が遅くなるように変更することにより、上記（４）、（５）の効果を併せ持つ。すなわち、検知用周波数と同じ周波数成分がフィードバック係数に含まれることを防止することが可能となるため、検知精度の悪化を防止することができると共に、触媒前排気ガスセンサを用るフィードバックが動作することにより、フィードバックが停止しているときに比較して空燃比のドリフトを防止でき、排気ガス成分の増加を低減できる。

これらの手法などにより、上述と同様に検知精度悪化の問題を解決することができる。

本発明によれば、排気ガスセンサの劣化故障判断における応答性評価中に上述の方法を採用することによって、フィードバック係数変化に含まれる検知用信号が検知用周波数fid近傍の周波数の成分の影響を除去することができるため、空燃比フィードバックと組み合わせることによる検知精度の悪化を防止しできる、排気ガスセンサ劣化故障の検知精度を向上させることができる。

２０１入力インタフェース
２０２信号発生部
２０３排気ガスセンサ評価部
２０４応答性評価部
２０５出力インタフェース
２０６燃料量計算部

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ、該内燃機関の排気ガス成分に応じた出力を発生する排気ガスセンサの劣化故障診断装置であって、
通常運転時に使用する基本燃料噴射量に乗算して、排気ガスセンサの状態判定用の燃料噴射量とするための周期波形である検知用信号を発生する検知用信号発生手段と、
前記排気ガスセンサの出力に基づいて決定されたフィードバック係数を用いて前記燃料噴射量を制御する空燃比制御手段と、
前記状態判定用の燃料噴射量を用いたときの前記排気ガスセンサの出力から周期波形である前記検知用信号に対応する周波数成分を取り出し、該周波数成分に基づいて前記排気ガスセンサの状態を判定する排気ガスセンサ評価手段と、を備え、
前記検知用信号の周波数は、前記フィードバック係数の変化の周波数よりも高い周波数であり、かつ、前記内燃機関の過渡運転時に生じる空燃比変動に基づく周波数成分を含まないように設定される、排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記フィードバック係数から前記検知用信号の周波数帯の成分の影響を除去する除去手段とを有し、
前記状態判定用の燃料噴射量を用いるときに、前記除去手段は前記フィードバック係数から前記検知用信号の周波数帯の成分の影響を除去する、請求項１記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記フィードバック係数は、触媒前に配置される排気ガスセンサ若しくは触媒後に配置される排気ガスセンサ、または触媒前および触媒後の両方に配置される排気ガスセンサからの出力に基づいて決定されるとともに、
前記除去手段は、前記状態判定用の燃料噴射量を用いる時に前記触媒前に配置される排気ガスセンサ若しくは触媒後に配置される排気ガスセンサ、または触媒前及び触媒後の両方に配置される排気ガスセンサからの出力に基づいて行われる空燃比フィードバック演算や空燃比フィードバック目標値演算の少なくともいずれかひとつを停止、またはフィードバック速度を遅くすることを特徴とする、請求項２に記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記排気ガスセンサ評価手段は、前記排気ガスセンサの状態の判定を、前記除去手段により前記フィードバック係数から前記検知用信号の周波数帯の成分の影響の除去を開始してから所定時間経過後であって、かつ、前記検知用信号を乗じた燃料噴射量の供給後から所定時間経過後に行う、請求項２又は３に記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力を用いて前記排気ガスセンサの状態を判定する、請求項１から４のいずれかに記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力の絶対値を積分した値が、所定値を下回るときに前記排気ガスセンサの状態を故障と判定する、請求項５記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。
前記排気ガスセンサ評価手段は、バンドパスフィルタリング後の排気ガスセンサからの出力の絶対値をなまし計算した値が、所定値を下回るときに前記排気ガスセンサの状態を故障と判定する、請求項５記載の排気ガスセンサの劣化故障診断装置。