JP7365174B2 - 異常診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常診断装置に関する。

特許文献１には、空燃比センサが検出した最大の空燃比と最小の空燃比との差分を算出し、最大の空燃比と最小の空燃比との差分が閾値以上である場合、空燃比センサに異常が生じていると判定することについて開示がある。

特開２００９－０２４５３１号公報

しかし、ＥＣＵは、通常、空燃比センサが検出した実空燃比と、目標空燃比との偏差に基づいて、目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を行っている。そのため、実空燃比における最大の空燃比と最小の空燃比との差分が小さくなるように抑制され、ノイズとの識別が難しく、このことから安定した運転状態でのみ診断するようにすると、診断頻度が下がってしまい、空燃比センサが正常であるか異常であるかの判定が困難であった。

そこで、本発明は、空燃比センサの異常判定を容易にすることが可能な異常診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の異常診断装置は、空燃比センサと、空燃比センサにより検出された実空燃比と目標空燃比との偏差と、フィードバックゲインとに基づいて、実空燃比が目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、空燃比センサに異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、を備え、フィードバック制御部は、空燃比センサの異常診断時、目標空燃比に対し実空燃比が発散するようにフィードバックゲインを大きくし、異常判定部は、フィードバックゲインを大きくした際の、実空燃比の最大値と最小値との差分をエンジンの回転周期ごとに導出し、当該差分の積算値が閾値以上であるとき、空燃比センサに異常が生じていると判定する。

異常判定部は、空燃比センサの異常診断開始後、所定時間が経過した後に差分と閾値との比較を行ってもよい。

車両の車速が所定速度以上、かつ、エンジン負荷の変化量が所定量未満であるとき、空燃比センサの異常診断を開始する異常診断開始部を備えてもよい。

本発明によれば、空燃比センサの異常判定を容易にすることができる。

図１は、エンジンシステムの構成を示す概略図である。 図２は、空燃比センサの異常を説明する説明図である。 図３は、フィードバック制御部が実行するＰＩＤ制御のブロック線図である。 図４は、異常診断装置による異常診断処理のフローチャートを示す図である。 図５は、通常制御処理のフローチャートを示す図である。 図６は、実空燃比とフィードバック補正値と異常診断開始信号との関係を表すタイミングチャート図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、エンジンシステム１の構成を示す概略図である。図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン３と、吸気系５と、排気系７と、異常診断装置９とを含む。

エンジン３は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程が１回のサイクルとして繰り返し行われる４ストロークエンジンである。エンジン３は、シリンダブロック１１と、クランクケース１３と、シリンダヘッド１５とを備える。

シリンダブロック１１には、複数のシリンダ１７が形成されており、シリンダ１７には、ピストン１９が摺動自在に配置される。シリンダヘッド１５と、シリンダ１７と、ピストン１９の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室２１として形成される。ピストン１９には、ガスケット、ピストンリングやオイルリングが設けられている。

クランクケース１３は、シリンダブロック１１と一体的に形成される。ただし、クランクケース１３は、シリンダブロック１１と別体的に形成されてもよい。クランクケース１３の内部には、クランク室２３が形成され、クランク室２３には、クランクシャフト２５が回転自在に支持される。クランクシャフト２５には、コネクティングロッド２７が接続され、コネクティングロッド２７には、ピストン１９が接続される。

シリンダヘッド１５は、シリンダブロック１１のうちクランクケース１３と接続する側と反対側に設けられ、シリンダブロック１１に連結される。シリンダヘッド１５には、吸気ポート２９および排気ポート３１が形成され、吸気ポート２９および排気ポート３１は、燃焼室２１と連通する。

吸気ポート２９と燃焼室２１との間には、吸気バルブ３３の先端（傘）が位置している。吸気バルブ３３の末端には、ロッカーアーム３５を介して、吸気用カムシャフト３７に固定されたカム３７ａが当接されている。吸気バルブ３３は、吸気用カムシャフト３７の回転に伴って、吸気ポート２９を開閉する。

排気ポート３１と燃焼室２１との間には、排気バルブ３９の先端（傘）が位置している。排気バルブ３９の末端には、ロッカーアーム４１を介して、排気用カムシャフト４３に固定されたカム４３ａが当接されている。排気バルブ３９は、排気用カムシャフト４３の回転に伴って、排気ポート３１を開閉する。

シリンダヘッド１５には、インジェクタ４５および点火プラグ４７が設けられ、インジェクタ４５および点火プラグ４７の先端は、燃焼室２１内に配置される。インジェクタ４５は、吸気ポート２９を介して燃焼室２１に流入した空気に対して燃料を噴射する。点火プラグ４７は、空気と燃料との混合気を所定のタイミングで点火して燃焼させる。かかる燃焼により、ピストン１９がシリンダ１７内で往復運動を行い、その往復運動がコネクティングロッド２７を通じてクランクシャフト２５の回転運動に変換される。

吸気系５は、吸気管４９と、エアクリーナ５１と、スロットルバルブ５３とを備える。吸気管４９は、円筒状に形成され、一端にインテークマニホールド４９ａを含む。吸気管４９（インテークマニホールド４９ａ）の内部には、吸気流路が形成される。インテークマニホールド４９ａは、シリンダヘッド１５に接続され、吸気流路は、吸気ポート２９と連通する。

エアクリーナ５１は、吸気管４９のうちインテークマニホールド４９ａから離隔する側の端部に設けられ、外部から吸入された空気に混合する異物を除去する。スロットルバルブ５３は、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量（以下、アクセル開度ともいう）に応じてアクチュエータ５５により開閉駆動され、燃焼室２１へ送出する空気量を調整する。

排気系７は、排気管５７と、触媒５９とを備える。排気管５７は、円筒状に形成され、一端にエキゾーストマニホールド５７ａを含む。排気管５７（エキゾーストマニホールド５７ａ）の内部には、排気流路が形成される。エキゾーストマニホールド５７ａは、シリンダヘッド１５に接続され、排気流路は、排気ポート３１と連通する。

触媒５９は、排気管５７の内部（排気流路）に設けられる。触媒５９は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）であって、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含む。触媒５９は、燃焼室２１から排出された排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

エンジンシステム１には、アクセル開度センサ６１と、クランク角センサ６３と、エアフローメータ６５とが設けられる。

アクセル開度センサ６１は、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量（アクセル開度）を検出し、検出信号を後述するＥＣＵ（Engine Control Unit）２００に出力する。クランク角センサ６３は、クランクシャフト２５の回転角を検出し、検出信号をＥＣＵ２００に出力する。エアフローメータ６５は、スロットルバルブ５３とインテークマニホールド４９ａとの間に設けられ、吸気流路内を流通する空気量（吸気量）を検出し、検出信号をＥＣＵ２００に出力する。

本実施形態の異常診断装置９は、空燃比センサ１００と、ＥＣＵ２００と、報知部３００とを備える。

空燃比センサ１００は、排気管５７に設けられ、空燃比センサ１００の先端は、排気流路内に配置される。本実施形態では、空燃比センサ１００は、エキゾーストマニホールド５７ａと触媒５９との間に配置される。空燃比センサ１００は、排気流路を流通する排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出し、検出信号をＥＣＵ２００に出力する。以下では、空燃比センサ１００が検出した酸素濃度を実空燃比ともいう。空燃比センサ１００は、例えばＡ／Ｆセンサであり、排気ガス中の空燃比をリッチからリーンまでの広範囲に亘りリニアに検出することができる。

ＥＣＵ２００は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなり、エンジンシステム１を統括制御する。本実施形態では、ＥＣＵ２００は、エンジンシステム１を制御する際、信号取得部２０１、導出部２０３、決定部２０５、駆動制御部２０７、異常診断開始部２０９、フィードバック制御部２１１、異常判定部２１３として機能する。

信号取得部２０１は、各種センサから出力される検出信号を取得する。具体的に、信号取得部２０１は、アクセル開度センサ６１、クランク角センサ６３、エアフローメータ６５、空燃比センサ１００から出力される検出信号を取得する。

導出部２０３は、クランク角センサ６３から出力される検出信号に基づいて、エンジン回転数を導出する。導出部２０３は、アクセル開度センサ６１から出力される検出信号、および、導出したエンジン回転数に基づき、不図示のメモリに予め記憶されたエンジン負荷マップを参照してエンジン３の目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。

決定部２０５は、導出部２０３により導出された目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各シリンダ１７に供給する目標空気量を決定し、決定した目標空気量に基づいて、目標スロットル開度を決定する。

また、決定部２０５は、決定した目標空気量に基づいて、例えば理論空燃比（λ＝１）となる燃料噴射量を目標噴射量として決定し、決定した目標噴射量の燃料をインジェクタ４５から噴射させるために、インジェクタ４５の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。

また、決定部２０５は、導出部２０３により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ６３から出力される検出信号に基づいて、点火プラグ４７の目標点火時期を決定する。

駆動制御部２０７は、決定部２０５により決定された目標スロットル開度でスロットルバルブ５３が開口するようにアクチュエータ５５を駆動させる。また、駆動制御部２０７は、決定部２０５により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ４５を駆動し、インジェクタ４５から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部２０７は、決定部２０５により決定された目標点火時期で点火プラグ４７を点火させる。

異常診断開始部２０９は、エンジンシステム１が搭載された車両の運転状態に応じて、空燃比センサ１００の異常診断を開始する。例えば、異常診断開始部２０９は、車両の車速が所定速度（例えば、６０ｋｍ／ｈ）以上、かつ、エンジン負荷（空気量）の変化量が所定量未満であるとき、空燃比センサ１００の異常診断を開始する。換言すれば、異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態となった際に、空燃比センサ１００の異常診断を開始し、車両の運転状態が所定の運転状態と異なる場合、空燃比センサ１００の異常診断を停止する。異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態となった際、フィードバック制御部２１１に異常診断開始信号を出力する。

フィードバック制御部２１１は、空燃比センサ１００により検出された実空燃比が目標空燃比（例えば、理論空燃比（λ＝１））に近づくように、インジェクタ４５の目標噴射量（燃料噴射量）の補正値（以下、フィードバック補正値ともいう）を導出する。換言すれば、フィードバック制御部２１１は、エンジン３の空燃比が目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を実行する。本実施形態では、フィードバック制御部２１１は、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）を実行する。ただし、これに限定されず、フィードバック制御部２１１は、ＰＩ制御（Proportional-Integral Controller）を実行してもよい。

異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の検出信号に基づいて、空燃比センサ１００が正常であるか異常であるかを判定する。例えば、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の検出信号の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δと、閾値Ｔｈとの比較により、空燃比センサ１００が異常であるか否か判定する。ここで、閾値Ｔｈは、予め実験等により得られた、空燃比センサ１００に異常が生じているとされる値である。つまり、異常判定部２１３は、実空燃比における最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δと、閾値Ｔｈとに基づいて、空燃比センサ１００の異常判定を行う。

例えば、異常判定部２１３は、エンジン３の回転周期ごとの差分Δを取得し、差分Δの平均値が閾値Ｔｈ以上である場合に空燃比センサ１００が異常であると判定し、差分Δの平均値が閾値Ｔｈ未満である場合に空燃比センサ１００が正常であると判定する。異常判定部２１３は、空燃比センサ１００が異常であると判定した場合、報知部３００に空燃比センサ１００が異常であることを示す異常信号を出力する。

報知部３００は、例えば、車両に搭載されるインストルメントパネルやカーナビゲーションで構成される。報知部３００は、表示部と、音響部とを備える。表示部は、異常判定部２１３から出力される異常信号に応じた画像や文字を表示する。音響部は、異常判定部２１３から出力される異常信号に応じた音声を出力する。

ところで、空燃比センサ１００が劣化、故障等の異常を来すと、エンジン３の正確な空燃比のフィードバック制御が困難になり、その結果、排気ガスエミッションが悪化し、環境汚染に繋がる。したがって、空燃比センサ１００が異常であるか否かの診断を行う必要がある。特に、車両（自動車）に搭載されたエンジン３の場合、排気ガスエミッションが悪化した状態での走行を抑制するため、車載状態で空燃比センサ１００の異常を診断することが各国法規等からも要請されている。

そこで、本実施形態のエンジンシステム１は、車載状態で空燃比センサ１００の異常を診断する異常診断装置９を備える。図２は、空燃比センサ１００の異常を説明する説明図である。図２中、破線は、空燃比センサ１００が正常である場合の検出信号（以下、正常信号波形という）の波形の一例を示し、実線は、空燃比センサ１００が異常である場合の検出信号の波形（以下、異常信号波形という）の一例を示す。なお、空燃比センサ１００の異常信号波形は、図２に示す波形以外にもさまざまな波形が存在するが、本実施形態では、図２に示す異常信号波形を空燃比センサ１００が検出する場合について説明する。また、図２中、縦軸は空燃比を示し、横軸は時間を示す。

図２に示すように、異常信号波形（実線）は、正常信号波形（破線）と比較して、時間遅れが生じている。図２では、空燃比がリッチ側（図２中、下側）からリーン側（図２中、上側）に変化する際、空燃比センサ１００が異常である場合は、正常な場合よりも空燃比の変化の応答（検出）が遅れる。また、空燃比がリーン側（図２中、上側）からリッチ側（図２中、下側）に変化する際、空燃比センサ１００が異常である場合は、正常な場合よりも空燃比の変化の応答（検出）が遅れる。異常信号波形は、正常信号波形と大凡同じ波形であるが、正常信号波形に対し時間が遅延する側にずれている。このような正常信号波形に対する異常信号波形の時間遅れを、本実施形態では無駄時間遅れという。このように、空燃比センサ１００が異常である場合は、正常である場合と比べて、実際に排気ガスが空燃比センサ１００に到達してから検出信号として現れるまでに時間遅れ（無駄時間遅れ）が生じる。

無駄時間遅れが生じると、フィードバック制御部２１１により燃料噴射量を補正しても、空燃比センサ１００の応答が遅れることから、フィードバック制御が不安定になる。その結果、無駄時間遅れが生じた場合、実空燃比は、目標空燃比に対し発散し易くなる。

しかし、フィードバック制御部２１１は、実空燃比が目標空燃比に近づくように燃料噴射量を補正していることから、実空燃比の発散は、抑制されることとなる。実空燃比の発散が抑制される場合、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の異常判定が困難になる。

そこで、本実施形態のフィードバック制御部２１１は、通常制御用と異常診断用の２つのフィードバックゲインマップを備える。２つのフィードバックゲインマップは、互いに異なるフィードバックゲインの値を持つ。２つのフィードバックゲインマップは、異常診断用フィードバックゲインマップ（以下、単に異常診断用マップという）と、通常制御用フィードバックゲインマップ（以下、単に通常制御用マップという）であり、それぞれ不図示のメモリに記憶される。

異常診断用マップは、異常診断開始部２０９により空燃比センサ１００の異常診断が開始されたとき、実空燃比の発散を促進するために使用される。通常制御用マップは、空燃比センサ１００の異常診断が行われていないとき（すなわち、異常診断時以外の通常制御時に）、実空燃比の発散を抑制するために使用される。

異常診断用マップおよび通常制御用マップは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲイン（以下、これらをまとめてフィードバックゲインともいう）を含む。本実施形態では、異常診断用マップの比例ゲインは、通常制御用マップの比例ゲインよりも大きい値であり、異常診断用マップの積分ゲインおよび微分ゲインは、通常制御用マップの積分ゲインおよび微分ゲインと同じ値である。ただし、これに限定されず、異常診断用マップの積分ゲインは、通常制御用マップの積分ゲインよりも大きい値であり、異常診断用マップの比例ゲインおよび微分ゲインは、通常制御用マップの比例ゲインおよび微分ゲインと同じ値であってもよい。また、異常診断用マップの比例ゲインおよび積分ゲインは、通常制御用マップの比例ゲインおよび積分ゲインよりも大きい値であり、異常診断用マップの微分ゲインは、通常制御用マップの微分ゲインと同じ値であってもよい。このように、異常診断用マップは、通常制御用マップのフィードバックゲインより大きな値を持つ。

図３は、フィードバック制御部２１１が実行するＰＩＤ制御のブロック線図である。図３に示すように、エンジン３から排出された排気ガス中の酸素濃度（実空燃比）が空燃比センサ１００によって検出される。

演算器４００には、空燃比センサ１００が検出した実空燃比と、目標空燃比（ここでは、理論空燃比（λ＝１））とが入力される。演算器４００は、目標空燃比と実空燃比との偏差を導出する。演算器４００は、導出した偏差をフィードバック制御部２１１に出力する。

フィードバック制御部２１１には、演算器４００により導出された偏差と、異常診断開始部２０９から出力される異常診断開始信号とが入力される。フィードバック制御部２１１には、上述した通常制御用マップおよび異常診断用マップが不図示のメモリに記憶されている。フィードバック制御部２１１は、異常診断開始信号の有無に応じて、使用するフィードバックゲインマップの切り替えを行う。

例えば、フィードバック制御部２１１は、異常診断開始信号が入力されていない場合、演算器４００により導出された偏差と、通常制御用マップとに基づいて、インジェクタ４５の目標噴射量（燃料噴射量）の補正値（フィードバック補正値）を導出する。

一方、フィードバック制御部２１１は、異常診断開始信号が入力されている場合、演算器４００により導出された偏差と、異常診断用マップとに基づいて、インジェクタ４５の目標噴射量（燃料噴射量）の補正値（フィードバック補正値）を導出する。

エンジン３では、導出されたフィードバック補正値が加味された燃料噴射量が燃焼室２１に噴射される。燃焼室２１では、吸入した空気と噴射された燃料との混合気が燃焼される。

図４は、異常診断装置９による異常診断処理のフローチャートを示す図である。図４に示すように、まず、異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態であるか否か判定する（ステップＳ４０１）。車両の運転状態が所定の運転状態である場合（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、異常診断開始部２０９は、フィードバック制御部２１１に異常診断開始信号を出力する（ステップＳ４０３）。一方、車両の運転状態が所定の運転状態でない場合（ステップＳ４０１のＮＯ）、異常診断開始部２０９は、フィードバック制御部２１１に異常診断開始信号を出力せずに、フィードバック制御部２１１は、通常制御処理を実行し（ステップＳ４０５）、異常診断処理を終了する。通常制御処理の詳細については、後述する。

フィードバック制御部２１１は、異常診断開始信号が入力された場合、２つのフィードバックゲインマップの中から、異常診断用マップを選択する（ステップＳ４０７）。そして、フィードバック制御部２１１は、目標空燃比と実空燃比との偏差と、異常診断用マップとに基づいて、インジェクタ４５の目標噴射量の補正値（フィードバック補正値）を導出する（ステップＳ４０９）。

エンジン３では、導出されたフィードバック補正値が加味された燃料噴射量が燃焼室２１に噴射される。燃焼室２１では、吸入した空気と噴射された燃料との混合気が燃焼される（ステップＳ４１１）。空燃比センサ１００は、エンジン３から排出された排気ガス中の酸素濃度（実空燃比）を検出する（ステップＳ４１３）。

異常判定部２１３は、実空燃比の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δを導出する（ステップＳ４１５）。異常判定部２１３は、導出された差分Δと、閾値Ｔｈとを比較し、差分Δが閾値Ｔｈ以上であるか否か判定する(ステップＳ４１７)。差分Δが閾値Ｔｈ以上である場合（ステップＳ４１７のＹＥＳ）、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００に異常が生じていると判定し、報知部３００に異常信号を出力する（ステップＳ４１９）。一方、差分Δが閾値Ｔｈ未満である場合（ステップＳ４１７のＮＯ）、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００が正常であると判定し、報知部３００に異常信号を出力せずに、異常診断処理を終了する。

報知部３００は、異常信号が入力された場合、異常信号に応じた画像または音声を出力し（ステップＳ４２１）、異常診断処理を終了する。

図５は、通常制御処理のフローチャートを示す図である。図５に示すように、まず、異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態であるか否か判定する（ステップＳ５０１）。車両の運転状態が所定の運転状態でない場合（ステップＳ５０１のＮＯ）、異常診断開始部２０９は、フィードバック制御部２１１に異常診断開始信号を出力しない。フィードバック制御部２１１は、異常診断開始信号が入力されない場合、２つのフィードバックゲインマップの中から、通常制御用マップを選択する（ステップＳ５０３）。一方、車両の運転状態が所定の運転状態である場合（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、異常診断開始部２０９は、フィードバック制御部２１１に異常診断開始信号を出力し、フィードバック制御部２１１は、異常診断処理を実行し（ステップＳ５０５）、通常制御処理を終了する。異常診断処理の詳細については、上述した通りである。

通常制御処理中、フィードバック制御部２１１は、目標空燃比と実空燃比との偏差と、通常制御用マップとに基づいて、インジェクタ４５の目標噴射量の補正値（フィードバック補正値）を導出する（ステップＳ５０７）。

エンジン３では、導出されたフィードバック補正値が加味された燃料噴射量が燃焼室２１に噴射される。燃焼室２１では、吸入した空気と噴射された燃料との混合気が燃焼される（ステップＳ５０９）。空燃比センサ１００は、エンジン３から排出された排気ガス中の酸素濃度（実空燃比）を検出し（ステップＳ５１１）、再びステップＳ５０１に移行する。その後、上述したステップＳ５０１～Ｓ５１１までの処理が繰り返し実行される。

図６は、実空燃比とフィードバック補正値と異常診断開始信号との関係を表すタイミングチャート図である。図６では、異常診断開始信号ＯＦＦ中、フィードバック制御部２１１は、通常制御用マップを用いて、実空燃比が目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を行っている。また、異常診断開始信号ＯＮ中、フィードバック制御部２１１は、異常診断用マップを用いて、実空燃比が目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を行っている。図６（ａ）は、空燃比センサ１００に異常（無駄時間遅れ）が生じている状態を示し、図６（ｂ）は、空燃比センサ１００が正常な状態を示している。

図６に示すように、通常制御中（異常診断開始信号ＯＦＦ中）、フィードバック制御部２１１は、実空燃比と目標空燃比との偏差と、通常制御用マップとに基づいて、フィードバック補正値を導出している。また、異常診断中（異常診断開始信号ＯＮ中）、フィードバック制御部２１１は、実空燃比と目標空燃比との偏差と、異常診断用マップとに基づいて、フィードバック補正値を導出している。

上述したように、異常診断用マップのフィードバックゲインは、通常制御用マップのフィードバックゲインより大きい。そのため、異常診断中、フィードバック補正値は、通常制御時よりもリッチ側あるいはリーン側に大きく変化している。

これにより、異常診断中、実空燃比は、通常制御時よりも目標空燃比に対して発散しやすい状態となる。上述したように、空燃比センサ１００に異常が生じている場合、正常である場合と比較して、実空燃比の応答（検出）に無駄時間遅れが生じる。

無駄時間遅れが生じると、フィードバック制御部２１１により燃料噴射量を補正しても、空燃比センサ１００の応答が遅れることから、フィードバック制御が不安定になる。そのため、図６（ａ）に示すように、空燃比センサ１００に異常が生じている状態（無駄時間遅れが生じた状態）で、フィードバックゲインを大きくすると、実空燃比は目標空燃比に対し発散する。換言すれば、無駄時間遅れが生じた状態で、フィードバックゲインを大きくすると、フィードバック制御部２１１により燃料噴射量を補正しても、実空燃比は目標空燃比に収束し難くなる。

一方、図６（ｂ）に示すように、空燃比センサ１００が正常である状態で、フィードバックゲインを大きくしても、フィードバック制御部２１１により燃料噴射量を補正することで、実空燃比は目標空燃比に対し発散し難くなる。換言すれば、空燃比センサ１００が正常な状態で、フィードバックゲインを大きくしても、フィードバック制御部２１１により燃料噴射量を補正することで、実空燃比は目標空燃比に収束し易くなる。

異常診断中、異常判定部２１３は、実空燃比の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δを導出している。図６（ａ）に示すように、空燃比センサ１００に異常が生じ、実空燃比が目標空燃比に対し発散している状態では、差分Δは、閾値Ｔｈよりも大きくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、空燃比センサ１００が正常で、実空燃比が目標空燃比に対し発散が抑制されている状態では、差分Δは、閾値Ｔｈよりも小さくなる。異常判定部２１３は、差分Δが閾値Ｔｈ以上である場合に空燃比センサ１００が異常であると判定し、差分Δが閾値Ｔｈ未満である場合に空燃比センサ１００が正常であると判定する。このように、無駄時間遅れが生じた状態で、フィードバックゲインを大きくすると、実空燃比が発散し易くなるため、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の異常を判定し易くなる。

ここで、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の異常診断開始後、所定時間（例えば、１秒）が経過した後に差分Δと閾値Ｔｈとの比較を行っている。ここで、所定時間は、無駄時間遅れ以上の時間であることが好ましい。こうすることで、フィードバックゲインを変更してから実空燃比の応答に現れた後の差分Δと閾値Ｔｈを比較することができ、空燃比センサ１００の異常判定の精度を向上させることができる。

なお、差分Δは、エンジン３の回転周期ごとの差分Δの積算値であってもよい。つまり、異常判定部２１３は、エンジン３の回転周期ごとの差分Δを取得し、差分Δの所定回数の積算値が閾値Ｔｈ以上である場合に空燃比センサ１００が異常であると判定し、差分Δの所定回数の積算値が閾値Ｔｈ未満である場合に空燃比センサ１００が正常であると判定してもよい。

以上のように、本実施形態のフィードバック制御部２１１は、通常制御用マップと異常診断用マップとを備える。フィードバック制御部２１１は、空燃比センサ１００の異常診断時、通常制御用マップから異常診断用マップに切り替えることで、目標空燃比に対し実空燃比が発散するようにフィードバックゲインを大きくすることができる。これにより、異常診断時、フィードバック制御部２１１は、フィードバック制御の安定性を崩し、実空燃比が発散しやすいように制御することで、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の異常判定を容易にすることができる。

異常判定部２１３は、実空燃比の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δが閾値Ｔｈ以上であるとき、空燃比センサ１００に異常が生じていると判定する。異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の異常診断開始後、所定時間が経過した後に差分Δと閾値Ｔｈとの比較を行う。これにより、フィードバックゲインを変更してから実空燃比の応答に現れた後の差分Δと閾値Ｔｈを比較することができ、空燃比センサ１００の異常判定の精度を向上させることができる。

異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態（車速が所定速度以上、かつ、エンジン負荷の変化量が所定量未満）であるとき、空燃比センサ１００の異常診断を開始する。これにより、車両の運転状態が比較的安定した状態で空燃比センサ１００の異常診断を行うことができ、空燃比センサ１００の異常判定の精度を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の検出信号の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの差分Δが閾値Ｔｈ以上であるとき、空燃比センサ１００の異常を判定する例について説明した。しかし、これに限定されず、異常判定部２１３は、空燃比センサ１００の検出信号における差分Δとは別のデータに基づいて、空燃比センサ１００の異常を判定してもよい。

上記実施形態では、異常判定部２１３が異常診断開始後、所定時間経過した後の差分Δと閾値Ｔｈを比較する例について説明した。しかし、これに限定されず、異常判定部２１３は、異常診断開始直後の差分Δと閾値Ｔｈを比較してもよい。

上記実施形態では、車両の運転状態が所定の運転状態であるとき、異常診断開始部２０９が空燃比センサ１００の異常診断を開始する例について説明した。しかし、これに限定されず、異常診断開始部２０９は、車両の運転状態が所定の運転状態以外であるとき、空燃比センサ１００の異常診断を開始してもよい。

本発明は、異常診断装置に利用できる。

９ 異常診断装置
１００ 空燃比センサ
２０９ 異常診断開始部
２１１ フィードバック制御部
２１３ 異常判定部

Claims (3)

1. 空燃比センサと、
   前記空燃比センサにより検出された実空燃比と目標空燃比との偏差と、フィードバックゲインとに基づいて、前記実空燃比が前記目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を実行するフィードバック制御部と、
   前記空燃比センサに異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、
   を備え、
   前記フィードバック制御部は、前記空燃比センサの異常診断時、前記目標空燃比に対し前記実空燃比が発散するように前記フィードバックゲインを大きくし、
   前記異常判定部は、前記フィードバックゲインを大きくした際の、前記実空燃比の最大値と最小値との差分をエンジンの回転周期ごとに導出し、当該差分の積算値が閾値以上であるとき、前記空燃比センサに異常が生じていると判定する、
   異常診断装置。
2. 前記異常判定部は、前記空燃比センサの異常診断開始後、所定時間が経過した後に前記差分と前記閾値との比較を行う、請求項１に記載の異常診断装置。
3. 車両の車速が所定速度以上、かつ、エンジン負荷の変化量が所定量未満であるとき、前記空燃比センサの異常診断を開始する異常診断開始部を備える、請求項１または２に記載の異常診断装置。

Images