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JP2003206805A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

エンジンの空燃比制御装置

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Publication number
JP2003206805A
JP2003206805A JP2002008515A JP2002008515A JP2003206805A JP 2003206805 A JP2003206805 A JP 2003206805A JP 2002008515 A JP2002008515 A JP 2002008515A JP 2002008515 A JP2002008515 A JP 2002008515A JP 2003206805 A JP2003206805 A JP 2003206805A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
fuel ratio
exhaust
engine
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002008515A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuhiko Kawamura
克彦 川村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2002008515A priority Critical patent/JP2003206805A/ja
Priority to US10/322,720 priority patent/US6931838B2/en
Priority to EP02028572A priority patent/EP1329626A3/en
Publication of JP2003206805A publication Critical patent/JP2003206805A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒上流に生じる排気漏れを精度良く診断す
る。 【解決手段】 触媒の上流側と下流側の各空燃比センサ
（３、１３）と、空燃比フィードバック制御の基本制御
定数を演算する基本制御定数演算手段と、空燃比フィー
ドバック制御条件の成立時に下流側空燃比センサ（１
３）の出力に基づいて前記基本制御定数に対する修正値
を演算する修正値演算手段（２）と、この修正値で前記
基本制御定数を修正して制御定数を演算する制御定数演
算手段（２）と、この演算した制御定数を用いて上流側
空燃比センサ（３）の出力に基づく空燃比のフィードバ
ック制御を行う空燃比フィードバック制御手段（２）と
を備えるエンジンの空燃比制御装置において、１の運転
状態での前記修正値に基づいて触媒上流の排気通路に排
気漏れがあるかどうかを判定する排気漏れ判定手段
（２）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はエンジンの空燃比
制御装置、特にエンジンの排気漏れ診断に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンより出てくる排気中の有害三成
分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）は排気通路に設けた三元触媒
により効率よく浄化されるのであるが、触媒上流の排気
通路から排気が漏れる事態が生じたときには触媒により
浄化されない有害成分が大気中に放出されてしまうの
で、この排気漏れを診断するようにした装置がある（特
許第３０７５０７９号の特許公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来装置では、
排気が洩れる箇所から排気脈動により逆に外気が排気通
路内に吸入されることに着目して排気漏れを診断してい
る。すなわち、排気脈動の大きい低負荷域においては外
気が排気管内へと吸入されるが、低負荷域での排気流量
が小さいので、少しの外気の導入であっても排気中の空
燃比に大きく影響し、排気中の空燃比がリーン側に傾
く。空燃比のフィードバック制御中であれば、このリー
ン側に傾いた空燃比を理論空燃比付近に戻そうと空燃比
補正係数ＦＡＦが大きくなる側（燃料増量側）に移動
し、このときＦＡＦに基づいて更新される空燃比学習値
ＫＧも大きくなる側（燃料増量側）に更新される。
【０００４】一方、排気脈動が小さくなる他の領域（例
えば加速領域）になると排気流量が多くなることもあ
り、低負荷域と同量の外気の吸入があっても排気中の空
燃比に影響する程度は小さく排気中の空燃比はそれほど
変化しない。このときにも空燃比学習値ＫＧは更新され
るが、殆ど変化しない。
【０００５】従って、低負荷域での空燃比学習値のほう
が加速領域での空燃比学習値と比較してより燃料増量側
にあるとき、排気漏れがあると判断することができる。
【０００６】しかしながら、空燃比学習値に基づいて排
気漏れ診断を行う従来装置では、排気漏れにより空燃比
学習値に生じる変化が小さいため、排気漏れ診断の精度
がよくないという問題がある。
【０００７】この場合、いわゆるダブルＯ2センサシス
テムとして、触媒の上流側と下流側に空燃比センサを備
え、空燃比フィードバック制御の基本制御定数（たとえ
ば比例分、積分分、上流側空燃比センサ出力の遅延時
間、上流側空燃比センサ出力と比較するスライスレベル
等）を演算し、空燃比フィードバック制御条件が成立し
たとき下流側空燃比センサの出力に基づいて前記基本制
御定数に対する修正値（たとえば比例分修正値）を演算
し、この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数
を演算し、この演算した制御定数を用いて上流側空燃比
センサの出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行
うものが公知であり、このダブルＯ2センサシステムを
用いて実験してみたところ、排気漏れによる空燃比のず
れは空燃比フィードバック補正係数よりも基本制御定数
に対する修正値のほうにより大きく現れることを見出し
た。
【０００８】これについて説明すると、図５は触媒上流
側のＯ2センサ出力ＯＳＲ１、触媒下流側のＯ2センサ出
力ＯＳＲ２、空燃比フィードバック補正係数α、比例分
修正値ＰＨＯＳ（基本制御定数に対する修正値）につい
て、アイドル時などの低回転速度低負荷域での波形をモ
デル的に示したものである。
【０００９】ここで、空燃比フィードバック補正係数α
は後述するように排気空燃比が理論空燃比付近に収まる
ように触媒上流側のＯ2センサ出力ＯＳＲ１に基づいて
演算される値で、従来装置の空燃比学習値とほぼ等価の
値である。この場合、αの波形は比例分と積分分とから
なっており、比例分または積分分が空燃比フィードバッ
ク制御の基本制御定数である。
【００１０】一方、比例分修正値ＰＨＯＳは後述するよ
うに比例分を修正するための値であって触媒下流側Ｏ2
センサ出力ＯＳＲ２に基づいて演算される値である。Ｐ
ＨＯＳの波形もαと同様に比例分と積分分とからなって
いる。
【００１１】さて、低回転速度低負荷域での運転中に触
媒下流側Ｏ2センサの取付位置より上流側に、図示のタ
イミングで全排気流量に対して１％の排気漏れが生じた
とする。排気漏れがないときαは平均値を中心にして通
常±５％の範囲で反転を繰り返すのに対して、１％の排
気漏れが生じるとこれによってリーン側に傾いた空燃比
を理論空燃比付近に戻そうとαが大きくなる側に外れ
る。この結果、排気漏れが無いときのαの平均値を仮に
１００％とすれば、排気漏れが生じているときαの平均
値は１０１％になる。つまり、排気漏れによってαの平
均値は１％ずれる。このとき、排気漏れのある状態でも
排気空燃比が理論空燃比付近に制御される。ただし、α
に生じる１％のずれは極くわずかであるため図では表す
ことができていない。
【００１２】一方、排気漏れがないときＰＨＯＳは基本
値である比例分に対して通常±１％の範囲で反転を繰り
返すのに対して、１％の排気漏れが生じたとき、これに
よってリーン側に傾いた空燃比を理論空燃比付近に戻そ
うとＰＨＯＳが大きくなる側に外れる。この結果、排気
漏れが無いときのＰＨＯＳの平均値を仮に０％とすれ
ば、排気漏れが生じているときＰＨＯＳの平均値は図示
のように４％近くまで大きくなる。つまり、排気漏れに
よってＰＨＯＳの平均値は４％ずれる。
【００１３】ここで、排気漏れに対する分解能を次式で
定義する。
【００１４】 排気漏れ分解能＝（排気漏れによるずれ量）／（通常の反転範囲）…（１） αについて排気漏れ分解能を計算してみると、排気漏れ
によるずれ量は１％、通常の反転範囲は５％であるか
ら、１％／５％＝２０％である。これに対してＰＨＯＳ
については排気漏れによるずれ量が４％、通常の反転範
囲が１％であるから４％／１％＝４００％となり、単純
計算すると分解能としては２０倍もＰＨＯＳのほうが高
い。このことは、αそのものよりもＰＨＯＳに基づくほ
うが精度良く排気漏れを診断できることを意味する。
【００１５】このように、燃料量を直接に補正するフィ
ードバック量であるαよりも、このαを構成する比例分
を修正するための値であるＰＨＯＳのほうがはるかに排
気漏れに対する分解能が高いのである。
【００１６】そこで本発明は、燃料量を直接に補正する
フィードバック量ではなく基本制御定数に対する修正値
に基づいて排気漏れ診断を行うことにより、触媒上流に
生じる排気漏れを精度良く診断することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１、４に記載の発
明では、触媒の上流側と下流側の各空燃比センサを備
え、空燃比フィードバック制御の基本制御定数（たとえ
ば比例分、積分分、上流側空燃比センサ出力の遅延時
間、上流側空燃比センサ出力と比較するスライスレベル
等）を演算し、空燃比フィードバック制御条件の成立時
に前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記基本制
御定数に対する修正値（たとえば比例分修正値ＰＨＯ
Ｓ）を演算し、この修正値で前記基本制御定数を修正し
て制御定数を演算し、この演算した制御定数を用いて前
記上流側空燃比センサの出力に基づく空燃比のフィード
バック制御を行う空燃比フィードバック制御手段とを備
えるエンジンの空燃比制御装置において、請求項１に記
載の発明の場合、１の運転状態での前記修正値に基づい
て触媒上流の排気通路に排気漏れがあるかどうかを判定
するように構成し、また請求項４に記載の発明の場合、
２つの異なる運転状態での前記修正値に基づいて触媒上
流の排気通路に排気漏れがあるかどうかを判定するよう
に構成する。
【００１８】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、燃料量
を直接に補正する値である空燃比フィードバック補正係
数ではなく、基本制御定数に対する修正値に基づいて排
気漏れがあるかどうかを判定するので、排気漏れ分解能
がよくなり、これによって排気漏れがあるかどうかの判
定の精度を向上することができる。
【００１９】１の運転状態での修正値が所定値を超える
ときに排気漏れがあると判定する場合に、製作バラツキ
や経時劣化に伴うベース空燃比のずれがあると、これに
起因して判定精度が低下するのであるが、２つの異なる
運転領域での修正値に基づいて触媒上流の排気通路に排
気漏れがあるかどうかを判定するようにした請求項４に
記載の発明によれば、ベース空燃比にずれがあっても排
気洩れを精度良く判定できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン本体
で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して
燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図で
はＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応
じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供
給する。
【００２１】コントロールユニット２にはクランク角セ
ンサ４からのＲｅｆ信号（基準位置信号）とＰｏｓ信号
（１°信号）、エアフローメータ６からの吸入空気流量
信号、水温センサ１１からのエンジン冷却水温信号等が
入力され、これらに基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算
出するとともに、排気通路９の三元触媒１０の上流側に
設置したＯ2センサ３（触媒上流側空燃比センサ）から
の空燃比（酸素濃度）信号に基づいて空燃比のフィード
バック制御を行い、さらにその空燃比フィードバック制
御に使用する比例分を、三元触媒１０の下流側に設置し
たＯ2センサ１３（触媒下流側空燃比センサ）からの空
燃比（酸素濃度）信号により修正する。
【００２２】ここで、空燃比フィードバック制御は、排
気空燃比が理論空燃比を中心として周期的に振らすよう
にした制御であり、このとき排気通路９に設けた三元触
媒１０が最大の転換効率をもって、排気中のＮＯｘの還
元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。
【００２３】コントロールユニット２で実行されるこの
制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明
する。
【００２４】図２のフローチャートは上流側Ｏ2センサ
出力ＯＳＲ１に基づいて空燃比フィードバック補正係数
αを演算するためのもので、Ｒｅｆ信号に同期して実行
する。Ｒｅｆ信号に同期させるのは、燃料噴射がＲｅｆ
信号同期であり、系の乱れもＲｅｆ信号同期であるた
め、これに合わせたものである。
【００２５】ステップ１では、空燃比フィードバック制
御条件が成立しているかどうかをみる。冷却水温Ｔｗ
が所定値以下のとき、上流側Ｏ2センサが不活性のと
き、高負荷時、各Ｏ2センサに故障があると診断さ
れたとき等はいずれも空燃比フィードバック制御条件が
成立しない場合であり、このときはステップ２に進み、
αに１．０を入れて（αをクランプ）、図２のフローを
終了する。ステップ１は空燃比フィードバック制御条件
判定手段の機能を果たす。また、が請求項１０に相当
する。
【００２６】上記の〜等のいずれでもないとき（空
燃比フィードバック制御条件の成立時）はステップ３に
進んで上流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ１をＡ／Ｄ変換して
取り込み、ステップ４においてＯＳＲ１とスライスレベ
ル（たとえば５００ｍＶ付近）ＳＬＦを比較する。ＯＳ
Ｒ１＞ＳＬＦであれば上流側Ｏ2センサ出力がリッチ側
にあると判断し、ステップ５でフラグＡＦＦ１に“１”
を入れ、ＯＳＲ１≦ＳＬＦであるときは上流側Ｏ2セン
サ出力がリーン側にあると判断し、ステップ６において
フラグＡＦＦ１に“０”を入れる。これによってＡＦＦ
１＝０は上流側Ｏ2センサ出力がリーン側にあること
を、ＡＦＦ１＝１はリッチ側にあることを表す。
【００２７】なお、フラグＡＦＦ１は、後述する図３、
図７のフローチャートに出てくる他のフラグとともに電
源投入時のイニシャライズで“０”に初期設定し、また
変数を格納するためのメモリも電源投入時のイニシャラ
イズで０に初期設定するものであり、以下のフローチャ
ートおいて、フラグ、メモリについての初期設定につい
ては基本的に省略する。
【００２８】ステップ７ではフラグＡＦＦ０の値を読み
込む。このフラグＡＦＦ０は前回に空燃比がリッチある
いはリーンのいずれの側にあったかを示すフラグであ
り、ＡＦＦ０＝０は前回リーン側にあったことを、ＡＦ
Ｆ０＝１は前回リッチ側にあったことを表す。
【００２９】ステップ８では２つのフラグＡＦＦ０、Ａ
ＦＦ１を比較し、両者の値が等しくないときは、ＯＳＲ
１のリッチからリーンへの反転時あるいはその反対にリ
ーンからリッチへの反転時であると判断し、ステップ９
でサブルーチンを実行する。このサブルーチンの実行
（ＯＳＲ１の反転毎に実行）については図３のフローチ
ャートにより説明する。
【００３０】図３における処理は図２における処理とほ
ぼ同様である。図３は修正値演算手段として機能する。
【００３１】ステップ２１では下流側Ｏ2センサ平滑化
電圧ＭＶＲＯ２を読み込み、このＭＶＲＯ２をステップ
２２においてスライスレベル（たとえば５００ｍＶ付
近）ＳＬＲと比較する。
【００３２】ここで、下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶ
ＲＯ２は、図４に示したように、エンジン１回転毎に下
流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２をＡ／Ｄ変換して取り込
み、 ＭＶＲＯ２＝ＭＶＲＯ２（old）×（１−ｎ）＋ＯＳＲ２×ｎ…（２） ただし、ｎ：平滑化定数（ｎ＜１）、ＭＶＲＯ２（ol
d）：ＭＶＲＯ２の前回値、 の式により更新される値である。ただし、初回電源投入
時はＯＳＲ２をそのままＭＶＲＯ２に入れている。
【００３３】ＭＶＲＯ２＞ＳＬＲであればステップ２３
でフラグＡＦＲ１に“１”を、またＭＶＲＯ２≦ＳＬＲ
であるときはステップ２４においてフラグＡＦＲ１に
“０”を入れる。これによってＡＦＲ１＝０は下流側Ｏ
2センサ出力がリーン側に、またＡＦＲ１＝１はリッチ
側にあることを表す。
【００３４】ステップ２５ではフラグＡＦＲ０の値を読
み込む。ＡＦＲ０＝０は下流側Ｏ2センサ出力が前回に
リーン側にあったことを、またＡＦＲ０＝１は下流側Ｏ
2センサ出力が前回にリッチ側にあったことを表すの
で、ステップ２６で２つのフラグＡＦＲ０、ＡＦＲ１を
比較し、両者の値が等しくないとき（つまりリッチから
リーンへの反転時あるいはその反対にリーンからリッチ
への反転時）は、ステップ２７でフラグＡＦＲ１をみ
る。ＡＦＲ１＝０（リッチからリーンへの反転時）のと
きはステップ２８でこのタイミングでのＰＨＯＳ（つま
りＰＨＯＳの極小値）とＰＨＯＳＲとの平均値ＰＨＯＳ
Ｍを求め、この平均値ＰＨＯＳＭからステップ２９にお
いて修正値学習値ＰＨＯＳＡを、 ＰＨＯＳＡ＝ＰＨＯＳＭ×ｍ＋ＰＨＯＳＡ（old）×（１−ｍ）…（３） ただし、ｍ：荷重平均係数（ｎ＜１）、ＰＨＯＳＡ：更
新後の修正値学習値、ＰＨＯＳＡ（old）：更新前の修
正値学習値、 の式により更新する。更新後の修正値学習値ＰＨＯＳＡ
は不揮発性メモリに記憶させる。
【００３５】ここで、上記のＰＨＯＳＲは、ステップ２
６、２７よりステップ３１に進んだときに得られるＰＨ
ＯＳの値、つまりリッチからリーンへと反転したタイミ
ング直前でのＰＨＯＳ（つまりＰＨＯＳの最新の極大
値）である。
【００３６】ステップ３０ではＰＨＯＳ（old）（ＰＨ
ＯＳの前回値）に比例分ＰＨＰＬを加えた値をＰＨＯＳ
とすることにより、またＡＦＲ１＝１（リーンからリッ
チの反転時）のときはステップ３２においてＰＨＯＳ
（old）より比例分ＰＨＰＲを差し引いた値をＰＨＯＳ
とすることにより、それぞれＰＨＯＳを更新する。
【００３７】ステップ２６でＡＦＲ０とＡＦＲ１が等し
いときはステップ３３に進み、フラグＡＦＲ１の値をみ
て、ＡＦＲ１＝０（前回、今回ともリーン）であるとき
はステップ３４でＰＨＯＳ（old）に積分分ＤＰＨＯＳ
Ｌを加えた値をＰＨＯＳとし、またＡＦＲ１＝１（前
回、今回ともリッチ）であるときはステップ３５におい
てＰＨＯＳ（old）より積分分ＤＰＨＯＳＲだけ差し引
いた値をＰＨＯＳとすることにより、それぞれＰＨＯＳ
を更新する。
【００３８】なお、比例分ＰＨＰＬ、ＰＨＰＲ、積分分
ＤＰＨＯＳＬ、ＤＰＨＯＳＲは一定値である。
【００３９】ステップ３６では次回制御のためフラグＡ
ＦＲ１の値をフラグＡＦＲ０に移したあとで、図３のフ
ローを終了する。
【００４０】このようにして、比例分修正値ＰＨＯＳが
更新されるとき、比例分修正値ＰＨＯＳは図５に示した
ように下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２のリッチ
からリーンへの反転時とリーンからリッチへの反転時に
ステップ的に変化し、リーンやリッチを継続するあいだ
は漸増と漸減とを繰り返す波形となる。
【００４１】サブルーチンの実行を終了したら、図２の
ステップ１０に戻り、フラグＡＦＦ１の値をみる。ＡＦ
Ｆ１＝０（リッチからリーンへの反転時）であればステ
ップ１１で α＝α（old）＋（ＰＬ＋ＰＨＯＳ）…（４） ただし、α（old）：αの前回値、 の式により、またＡＦＦ１＝１（リーンからリッチへの
反転時）であるときはステップ１２において α＝α（old）−（ＰＲ−ＰＨＯＳ）…（５） の式によりαをそれぞれ更新する。
【００４２】ここで、（４）式、（５）式のＰＬ、ＰＲ
は比例分基本値（空燃比フィードバック制御の基本制御
定数）である。（４）式、（５）式の右辺第２項でＰＨ
ＯＳによりＰＬ、ＰＲを補正する部分が制御定数演算手
段に相当する。
【００４３】一方、ステップ８で２つのフラグＡＦＦ
０、ＡＦＦ１の値が等しいときは、反転時でないと判断
し、Ｓ１３に進んでフラグＡＦＦ１の値をみる。ＡＦＦ
１＝０（前回、今回ともリーン）であれば、ステップ１
４でα（old）に積分分ＩＬを加算することによって、
またＡＦＦ１＝１（前回、今回ともリッチ）であるとき
はステップ１５でα（old）より積分分ＩＲを減算する
ことによってそれぞれαを更新する。
【００４４】ステップ１１、１２、１４、１５で比例分
基本値ＰＬ、ＰＲ、積分分ＩＬ、ＩＲを読み出してくる
部分が基本制御定数演算手段に相当する。
【００４５】ステップ１６では次回制御のためフラグＡ
ＦＦ１の値をフラグＡＦＦ０に移して図２のフローを終
了する。
【００４６】このようにして演算される空燃比フィード
バック補正係数αを用い、図示しないフローにより、燃
料噴射弁７に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉが Ｔｉ＝｛（Ｔｐ＋Ｋａｔｈｏｓ）×Ｔｆｂｙａ×（α＋αｍ−１）×２｝ ＋Ｔｓ…（６） ただし、Ｔｐ：基本噴射パルス幅［ｍｓ］、Ｋａｔｈｏ
ｓ：過渡補正量［ｍｓ］、Ｔｆｂｙａ：目標当量比、α
ｍ：空燃比学習値、Ｔｓ：無効パルス幅［ｍｓ］、 の式で計算される。この計算したＴｉの値は、これも図
示しないが噴射タイミングで出力レジスタに転送され、
エンジン２回転毎に１回、各気筒毎に噴射される。
【００４７】ここで、（６）式のＴｐはエンジン回転数
と吸入空気量から計算される値で、このＴｐによりほぼ
理論空燃比の混合気が得られる。Ｔｆｂｙａは水温増量
補正係数Ｋｔｗや始動後増量補正係数Ｋａｓなどの和で
あり、冷間始動直後より空燃比フィードバック制御が開
始されるまでのあいだでＴｆｂｙａが１．０より大きい
値になって燃料増量が行われ、理論空燃比よりもリッチ
側の空燃比で運転される。なお、α（αｍについても）
の単位は％であるため（６）式においては１００で除し
た値が用いられることはいうまでもない。（６）式は空
燃比フィードバック制御手段の機能を果たしている。
【００４８】本発明ではこのようなダブルＯ2センサシ
ステムにおいて、排気漏れ診断を行うため図７のフロー
チャートを追加している。
【００４９】このフローチャートを説明する前に本発明
における排気漏れ診断についての考え方を図５、図６を
用いて説明する。レシプロカルエンジンでは排気通路内
の圧力が大気圧よりも低い圧力（「負圧」という。）と
大気圧よりも高い圧力（「正圧」という。）とを繰り返
す、いわゆる排気脈動が生じるが、この排気脈動は同じ
エンジンでも低回転速度低負荷域で顕著に現れる。この
排気脈動の存在により、触媒上流の排気通路に孔がある
と、排気通路内が正圧のとき排気が排気通路の外に漏
れ、これに対して排気通路内が負圧のとき外気が排気通
路内に吸い込まれ、この排気通路内に吸い込まれる空気
中の酸素の分だけ排気中の空燃比がリーン側に傾く。従
って、排気中の空燃比がリーン側に傾けば排気漏れがあ
ると診断できる。
【００５０】さて、図５は触媒上流側Ｏ2センサ出力Ｏ
ＳＲ１、下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２（触媒
下流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２）、空燃比フィードバッ
ク補正係数α、比例分修正値ＰＨＯＳ（基本制御定数に
対する修正値）について低回転速度低負荷域での波形を
モデル的に示したものである。
【００５１】低回転速度低負荷域での運転中に触媒下流
側Ｏ2センサの取付位置より上流側に、図示のタイミン
グで全排気流量に対して１％の排気漏れが生じたとす
る。排気漏れがないときαは平均値を中心にして通常±
５％の範囲で反転を繰り返すのに対して、１％の排気漏
れが生じると、これによってリーン側に傾いた空燃比を
理論空燃比付近に戻そうとαが大きくなる側に外れる。
この結果、排気漏れが無いときのαの平均値を仮に１０
０％とすれば、排気漏れが生じているときαの平均値は
１０１％になる。つまり、排気漏れによってαの平均値
は１％ずれる。このとき、排気漏れのある状態でも排気
空燃比が理論空燃比付近に制御される。ただし、αに生
じる１％のずれは極くわずかであるため図では表すこと
ができていない。
【００５２】一方、排気漏れがないときＰＨＯＳは基本
値である比例分に対して通常±１％の範囲で反転を繰り
返すのに対して、１％の排気漏れが生じたとき、これに
よってリーン側に傾いた空燃比を理論空燃比付近に戻そ
うとＰＨＯＳが大きくなる側に外れる。この結果、排気
漏れが無いときのＰＨＯＳの平均値を仮に０％とすれ
ば、排気漏れが生じているときＰＨＯＳの平均値は図示
のように４％近くまで大きくなる。つまり、排気漏れに
よってＰＨＯＳの平均値は４％ずれる。
【００５３】ここで、排気漏れに対する分解能を上記の
（１）式で定義したとき、αについて排気漏れ分解能を
計算してみると、排気漏れによるずれ量は１％、通常の
反転範囲は５％であるから、１％／５％＝２０％であ
る。これに対してＰＨＯＳについては排気漏れによるず
れ量が４％、通常の反転範囲が１％であるから４％／１
％＝４００％となり、単純計算すると分解能としては２
０倍もＰＨＯＳのほうが高い。このことは、αそのもの
よりもＰＨＯＳに基づくほうが精度良く排気漏れを診断
できることを意味する。
【００５４】このように、燃料量相当あるＴｐを直接に
補正する値であるαよりも、このαを構成する比例分を
修正するための値であるＰＨＯＳのほうがはるかに排気
漏れに対する分解能が高いので、本発明では、ＰＨＯＳ
に基づいて排気漏れ診断を行う。
【００５５】実際には運転領域の全てでαの平均値が１
００％、ＰＨＯＳの平均値が０％ということはなく、運
転領域が異なれば、αの平均値が１０１％、ＰＨＯＳの
平均値が４％になることがある。すなわち、排気漏れが
なくても運転条件の変化により図５で示したと同じ現象
が生じうるため、運転条件の変化により図５で示したと
同じ現象が生じたときにも排気漏れが生じたと判断した
のでは誤診断が生じる。従って、図５で示した現象が、
排気漏れによるものなのか、運転条件の変化によるもの
なのかを区別する必要がある。
【００５６】このため、本発明では運転状態の異なる２
つの領域を設定し、その２つの領域でのＰＨＯＳ平均値
の差を用いて排気漏れを診断する。これを図６を用いて
説明すると、図６（ａ）、（ｃ）はダブルＯ2センサシ
ステムが働いているときの低回転速度低負荷域での、ま
た図６（ｂ）、（ｄ）はダブルＯ2センサシステムが働
いているときの高回転速度高負荷域でのＰＨＯＳの各波
形である。
【００５７】排気漏れがない場合に、図６（ａ）、
（ｂ）のようにＰＨＯＳの平均値が高回転速度高負荷域
で正の値であるＡ１、これに対して低回転速度低負荷域
で正の値であるＡ２であったとする。このＡ１、Ａ２は
理論空燃比からのベース空燃比のずれ（理論空燃比から
の定常偏差）を表す。理想的にはＡ１、Ａ２ともゼロに
なるべきであるが、実際のエンジンではこのように運転
領域毎（運転状態毎）にベース空燃比が異なり、当該エ
ンジンの場合、ベース空燃比が２つの領域で共にリーン
側に偏っていることを示している。ＰＨＯＳの平均値が
正であるとき燃料増量側に働くので、ＰＨＯＳ平均値が
正の状態で理論空燃比付近に維持されていることは、ダ
ブルＯ2センサシステムが働かないときに排気空燃比が
リーン側になっていることを意味するからである。この
ダブルＯ2センサシステムが働かないときのエンジン固
有の排気空燃比がベース空燃比である。ベース空燃比が
理論空燃比からずれる原因としては、燃料噴射弁の流量
特性やＯ2センサの出力特性に生じる製作バラツキや経
時劣化が挙げられる。
【００５８】排気漏れが発生すると、ＰＨＯＳの平均値
が低回転速度低負荷域の場合には図６（ｃ）に示したよ
うにＡ２´へと変化し、これに対して高回転速度高負荷
域の場合には図６（ｄ）のようにＡ１´へと変化する。
すなわち、低回転速度低負荷域の場合には排気漏れに伴
いＰＨＯＳの平均値Ａ２´がＡ２よりもさらに大きくな
るのに対して、高回転速度高負荷域の場合には排気漏れ
が生じてもＰＨＯＳの平均値Ａ１´はＡ１とあまり変わ
らない。これは、低回転速度低負荷域の場合には排気漏
れに伴い外気が排気通路内に吸入されて排気空燃比がリ
ーン側に傾くため、このリーン側に傾いた空燃比を理論
空燃比に戻そうとすると排気漏れに伴う空燃比リーン化
分だけＰＨＯＳを大きくして燃料増量する必要があるか
らである。一方、高回転速度高負荷域の場合には排気通
路内が定常的に正圧の状態となり、排気を排気通路の外
に放出するだけとなるため、排気の空燃比が殆ど変化し
ないためである。
【００５９】従って、ＰＨＯＳ平均値の２つの領域差を
とり、排気漏れがないときのＰＨＯＳ平均値の２つの領
域差Ａ２−Ａ１と排気漏れがあるときのＰＨＯＳ平均値
の２つの領域差Ａ２´−Ａ１´を比較すれば、排気漏れ
があるときのＰＨＯＳ平均値の領域差のほうが排気漏れ
がないときのＰＨＯＳ平均値の領域差より大きくなるの
で、ＰＨＯＳ平均値の領域差が所定値を越えれば排気漏
れが発生していると判断することができる。
【００６０】この場合、２つの領域での差をとるのは、
２つの領域におけるベース空燃比の違いを相殺するため
である。
【００６１】図７のフローは一定時間毎（例えば１００
ｍｓ毎）に実行する。
【００６２】ステップ５１では排気漏れフラグをみる。
排気漏れフラグは排気漏れフラグ＝１であるとき排気漏
れが生じていることを、排気漏れフラグ＝０であるとき
排気漏れが生じていないことを表すフラグである。ここ
では、排気漏れフラグ＝０であったとする。このときス
テップ５２に進んでエンジン回転速度Ｎｅ、負荷として
の基本噴射パルス幅Ｔｐ、冷却水温Ｔｗを読み込み、こ
のうち冷却水温Ｔｗと所定値をステップ５３で比較す
る。ステップ５３は請求項９の機能を果たす部分であ
る。
【００６３】ここで所定値はエンジンが暖機を完了する
ときの冷却水温である。冷却水温が所定値を超えている
ときにはエンジンが暖機を完了していると判断し、ステ
ップ５４に進んでエンジン回転速度Ｎｅと基本噴射パル
ス幅Ｔｐとから定まる運転条件が高回転速度高負荷域に
あるかどうかをみる。
【００６４】運転条件が高回転速度高負荷域になければ
ステップ５５に進んで運転条件が低回転速度低負荷域に
あるかどうかみる。運転条件が低回転速度低負荷域にあ
ればステップ５６に進んでそのときのＰＨＯＳ平均値Ｐ
ＨＯＳＭ（図３のステップ２８で算出されている）をメ
モリＡ２に入れる。この結果、Ａ２には低回転速度低負
荷域でのＰＨＯＳの平均値がストアされる。
【００６５】ステップ５７ではもう一つのメモリＡ１に
値がストアされているかどうかみる。２つのメモリＡ
１、Ａ２はエンジンの始動時に初期化されている。エン
ジン暖機完了後に高負荷域を経験していなければ、メモ
リＡ１に値が入っていないので、そのまま今回の処理を
終了する。エンジン暖機完了後に低回転低負荷域での運
転が続けばステップ５１、５２、５３、５４、５５、５
６、５７と流れる操作が繰り返されることになり、ＰＨ
ＯＳＭの最新の値がメモリＡ２にストアされる。
【００６６】その後に運転条件が高回転速度高負荷域に
移ると、ステップ５４よりステップ５８に進んでそのと
きのＰＨＯＳ平均値ＰＨＯＳＭ（図３のステップ２８で
算出されている）をメモリＡ１に入れる。この結果、Ａ
１には高回転速度高負荷域でのＰＨＯＳの平均値がスト
アされる。
【００６７】ステップ５９ではメモリＡ２に値がストア
済みかどうかみる。このときにはメモリＡ２に低回転速
度低負荷域での値がストアされているので、ステップ６
０に進んでＡ２とＡ１の差ΔＡを算出し、その算出した
差ΔＡと所定値をステップ６１で比較する。ステップ６
１は請求項５の機能を果たす部分である。
【００６８】差ΔＡ（＝Ａ２−Ａ１）が所定値を超える
ときには排気漏れがあると判断し、ステップ６２で排気
漏れフラグ＝１とすると共にステップ６３で車室内にあ
る警告ランプを点灯する。一方、差ΔＡが所定値以下で
あるときには排気漏れがないと判断しステップ６４に進
んで排気漏れフラグ＝０とする。
【００６９】排気漏れフラグ＝１となると、その後はス
テップ５１よりステップ６４に進み、警告ランプの点灯
を継続する。
【００７０】図７は請求項４の排気漏れ判定手段の機能
を果たす部分である。
【００７１】図８（ａ）は図７のステップ５４、５５で
用いる領域図で、左下に示す破線で囲った領域が低回転
速度低負荷域、右上に示す破線で囲った領域が高回転速
度高負荷域である。低回転速度低負荷域内にある運転点
Ｘと高回転速度高負荷域内にある運転点Ｙとはステップ
６１で用いる所定値をマッチングするのに用いた各運転
点である。従って、運転点Ｘと同一視できる範囲を低回
転速度低負荷域として、また運転点Ｙと同一視できる範
囲を高回転速度高負荷域として定めている。
【００７２】このように、本実施形態では、Ｔｐ（燃料
量）を直接に補正する値であるαと、αの内の比例分Ｐ
Ｌ、ＰＲを修正するための値であるＰＨＯＳを比較した
ときＰＨＯＳのほうが排気漏れに対する分解能が格段に
よいことを見出したことから、このＰＨＯＳに基づいて
排気漏れがあるかどうかを判定するようにしたので、α
（またはαから演算される空燃比学習値αｍ）に基づい
て排気漏れがあるかどうかを判定する場合よりも格段に
精度良く排気漏れを判定することができる。
【００７３】また、ＰＨＯＳの平均値の２つの領域差Δ
を算出し、この差Δと所定値の比較により排気漏れがあ
るかどうかを判定するようにしたので、燃料噴射弁やＯ
２センサの製作バラツキや経時劣化に伴うベース空燃比
のずれがあっても、精度良く排気漏れを判定することが
できる。
【００７４】実施形態では図８（ａ）に示したように２
つの領域を設定する場合で説明したが、これに限られる
ものでなく、図８（ｂ）、図８（ｃ）のように２つの領
域を設定する場合も考えられる。排気脈動は特にエンジ
ン回転速度に依存するので、４気筒エンジンのように排
気脈動が大きいエンジンでは図８（ｂ）の場合が好まし
い。これに対して６気筒エンジンのようにもともと排気
脈動の小さいエンジンでは、図８（ｃ）の場合がよいこ
とも考えうる。図８（ａ）、図８（ｂ）に示される２つ
の領域が請求項６、８でいう２つの領域に相当する部分
である。
【００７５】図８では排気漏れが排気空燃比に与える影
響が大きい領域と小さい領域とを選択して２つの領域と
している。この２つの領域を設定するのに、図８ではＴ
ｐを用いているが、原則的には吸入空気流量を用いて２
つの領域を設定することが好ましい。というのも、排気
漏れによる排気空燃比に対する影響はそのときの排気流
量（吸入空気流量と等価）に大きく依存するからであ
る。例えば排気通路に同じ径の孔が開いてあるとして排
気流量が多いときに排気漏れに伴う外気の排気通路内へ
の流入があってもそのときの排気流量に対する外気流入
量の比が小さいために排気空燃比はあまり変動せず、こ
れに対して排気流量が多いときに排気漏れに伴う外気の
流入があるとそのときの排気流量に対する外気流入量の
比が大きくなり排気空燃比も大きく変化する。従って、
吸入空気流量が大きい領域と小さい領域の２つの領域に
分けることが考えられる（請求項７に相当する）。
【００７６】実施形態では、２つの異なる運転状態での
ＰＨＯＳ平均値の差に基づいて排気漏れがあるかどうか
を判定する場合で説明したが、低回転速度低負荷域（１
の運転状態）でのＰＨＯＳ平均値に基づいて排気漏れが
あるかどうかを判定するようにしてもかまわない（請求
項１の排気漏れ判定手段に相当）。例えば低回転速度低
負荷域でのＰＨＯＳ平均値が所定値を超える場合に排気
漏れがあると判定する（請求項２に相当）。
【００７７】ここで、２つの異なる運転状態でのＰＨＯ
Ｓ平均値の差に基づいて排気漏れがあるかどうかを判定
するようにした前述の実施形態を第１実施形態、低回転
速度低負荷域でのＰＨＯＳ平均値に基づいて排気漏れが
あるかどうかを判定するものを第２実施形態（請求項１
に記載の発明に相当する）とすれば、両者の得失は次の
通りである。
【００７８】（１）第２実施形態においても、ＰＨＯＳ
に基づいて排気漏れ診断を行うので、αに基づいて排気
漏れ診断を行う場合より格段に精度良く排気漏れ診断を
行うことができるのであるが、ベース空燃比のずれの影
響を受ける分だけ排気漏れ診断の精度が低下する。この
点、第１実施形態では排気漏れ診断に際して、ベース空
燃比のずれがあってもこの影響を受けることがない。
【００７９】（２）第１実施形態によれば、排気漏れ診
断を行うために２つの運転領域での運転を経験する必要
があり、例えば低回転速度低負荷域のみ経験し高回転速
度高負荷域を経験しないときに排気漏れ診断を行うこと
ができない。この点、第２実施形態では低回転速度低負
荷域を経験するだけで排気漏れ診断を行うことができ実
施形態では、排気漏れ判定により一度排気漏れフラグ＝
１となった後は、エンジン停止まで警告ランプを継続し
て点灯させる場合で説明したが、これに限らず、周期的
あるいは定期的に排気漏れ判定を行わせてもかまわな
い。
【００８０】実施形態では、基本制御定数が比例分Ｐ
Ｌ、ＰＲである場合で説明したが、これにかぎられるも
のでない。例えば基本制御定数には、比例分のほかに積
分分ＩＬ、ＩＲ、上流側空燃比センサ出力の遅延時間、
上流側空燃比センサ出力と比較するスライスレベルＳＬ
Ｆ等があり、これらに対する修正値であって下流側空燃
比出力に基づいて演算される値を導入してある場合には
その修正値を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】空燃比フィードバック補正係数αの演算を説明
するためのフローチャート。
【図３】サブルーチンを説明するためのフローチャー
ト。
【図４】下流側Ｏ2センサ平滑化電圧ＭＶＲＯ２の演算
を説明するためのフローチャート。
【図５】触媒上流側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ１、触媒下流
側Ｏ2センサ出力ＯＳＲ２、空燃比フィードバック補正
係数α、比例分修正値ＰＨＯＳの低回転速度低負荷域で
のモデル波形図。
【図６】ダブルＯ2センサシステムが働いているときの
低回転速度低負荷域でのＰＨＯＳの波形図。
【図７】排気漏れ判定を説明するためのフローチャー
ト。
【図８】運転領域図。
【符号の説明】
２ コントロールユニット ３ 上流側Ｏ2センサ（上流側空燃比センサ） ７ 燃料噴射弁 ９ 排気通路 １０ 三元触媒 １３ 下流側Ｏ2センサ（下流側空燃比センサ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA09 CA02 CA03 CA09 DA27 EA11 EB11 FA07 FA10 FA20 FA30 3G301 HA01 JB09 KA05 KA08 KA24 LB02 MA01 NA08 NE17 PA01Z PD09A PD09Z PE08Z

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】触媒の上流側と下流側の各空燃比センサ
    と、 空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する基
    本制御定数演算手段と、 空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうか
    を判定する空燃比フィードバック制御条件判定手段と、 この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立
    時に前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記基本
    制御定数に対する修正値を演算する修正値演算手段と、 この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演
    算する制御定数演算手段と、 この演算した制御定数を用いて前記上流側空燃比センサ
    の出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う空燃
    比フィードバック制御手段とを備えるエンジンの空燃比
    制御装置において、 １の運転状態での前記修正値に基づいて触媒上流の排気
    通路に排気漏れがあるかどうかを判定する排気漏れ判定
    手段を備えることを特徴とするエンジンの空燃比制御装
    置。
  2. 【請求項２】前記１の運転状態での修正値が所定値を超
    える場合に排気漏れがあると判定することを特徴とする
    請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
  3. 【請求項３】前記１の運転状態は、運転条件が低回転速
    度低負荷域、低吸入空気量域、低回転速度域のいずれか
    にあるときであることを特徴とする請求項１または２に
    記載のエンジンの空燃比制御装置。
  4. 【請求項４】触媒の上流側と下流側の各空燃比センサ
    と、 空燃比フィードバック制御の基本制御定数を演算する基
    本制御定数演算手段と、 空燃比フィードバック制御条件の成立時であるかどうか
    を判定する空燃比フィードバック制御条件判定手段と、 この判定結果より空燃比フィードバック制御条件の成立
    時に前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記基本
    制御定数に対する修正値を演算する修正値演算手段と、 この修正値で前記基本制御定数を修正して制御定数を演
    算する制御定数演算手段と、 この演算した制御定数を用いて前記上流側空燃比センサ
    の出力に基づく空燃比のフィードバック制御を行う空燃
    比フィードバック制御手段とを備えるエンジンの空燃比
    制御装置において、 ２つの異なる運転状態での前記修正値に基づいて触媒上
    流の排気通路に排気漏れがあるかどうかを判定する排気
    漏れ判定手段を備えることを特徴とするエンジンの空燃
    比制御装置。
  5. 【請求項５】前記２つの異なる運転状態での修正値の差
    が所定値を超える場合に排気漏れがあると判定すること
    を特徴とする請求項４に記載のエンジンの空燃比制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記２つの異なる運転状態の一方は運転条
    件が低回転速度低負荷域にあるときであり、他方は運転
    条件が高回転速度高負荷域にあるときであることを特徴
    とする請求項４または５に記載のエンジンの空燃比制御
    装置。
  7. 【請求項７】前記２つの異なる運転状態の一方は運転条
    件が低吸入空気量域にあるときであり、他方は運転条件
    が高吸入空気量域にあるときであることを特徴とする請
    求項４または５に記載のエンジンの空燃比制御装置。
  8. 【請求項８】前記２つの異なる運転状態の一方は運転条
    件が低回転速度域にあるときであり、他方は運転条件が
    高回転速度域にあるときであることを特徴とする請求項
    ４または５に記載のエンジンの空燃比制御装置。
  9. 【請求項９】前記排気漏れがあるかどうかの判定をエン
    ジンの暖機完了後に許可することを特徴とする請求項１
    から８までのいずれか一つに記載のエンジンの空燃比制
    御装置。
  10. 【請求項１０】前記各空燃比センサに故障があると診断
    された場合に前記排気漏れがあるかどうかの判定を禁止
    することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一
    つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
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