專利名稱：發(fā)動機的控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在配置用于調(diào)整在燃燒中所供給的混合氣的空燃比的節(jié)流閥或燃料噴射閥等的空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)的同時，在排氣通路中設置線性空燃比傳感器等的空燃比檢測機構(gòu)的發(fā)動機控制裝置，特別涉及診斷空燃比檢測機構(gòu)是否已劣化，并且，能夠基于該診斷結(jié)果優(yōu)化空燃比控制的控制裝置。
背景技術：
近年排氣規(guī)定逐漸被強化。為了凈化從發(fā)動機排出的HC、CO、NOX而在排氣通路中設置三元催化劑，為了高效率利用該催化劑，一般采用在催化劑上游使用得到與空燃比相對應的線性輸出(信號)的線性空燃比傳感器(以下稱作A/F傳感器)，進行魯棒性高的空燃比反饋控制。另一方面，北美、歐洲、國內(nèi)等的自診斷規(guī)定也正在被進行，A/F傳感器的診斷精度也越來越高精度化，即正在要求A/F傳感器的劣化模式(增益劣化、響應性劣化)及其劣化度的高精度檢測。在這種背景下根據(jù)現(xiàn)有技術提出了高精度檢測A/F傳感器的劣化的方法(診斷方法)以及根據(jù)該診斷結(jié)果優(yōu)化空燃比反饋控制參數(shù)，以謀求保持排氣凈化系統(tǒng)的性能的方法。
例如在下述專利文獻1中提出了下述方法，取得A/F傳感器輸出的時間微分值與該傳感器正常工作時的時間微分值的相關值，在相關值比給定值小時判斷該傳感器異常。然而在這種方法中雖然能夠檢測A/F傳感器的響應性的變化，但是為了檢測A/F傳感器的增益劣化需要進行其它途徑的診斷。另外，由于沒有讓該診斷結(jié)果可控制地反映，所以如上所述對應A/F傳感器的性能變化(劣化)保持排氣凈化系統(tǒng)的性能沒有被特別考慮。
另外，在下述專利文獻2中提出了下述的方法，在空燃比反饋控制系統(tǒng)中設置適應控制器，該具適應控制器有遞推公式形式的參數(shù)調(diào)整設備，在該適應控制器中輸入目標空燃比和A/F傳感器輸出，適當設定反饋修正量。根據(jù)這種方法，由于適應與A/F傳感器的特性變化(劣化)對應的空燃比的反饋修正量，所以可實現(xiàn)對應A/F傳感器的性能變化(劣化)保持排氣凈化系統(tǒng)的性能。然而，另一方面根據(jù)適應的修正參數(shù)很難明確A/F傳感器的特定劣化模式(增益劣化以及響應性劣化)以及劣化度，因此在A/F傳感器的診斷精度方面中還存在問題。
進一步在下述專利文獻3中提出了下述的方法，通過讓氣缸間的空燃比存在差別，在個別排氣通路(排氣管)集合部中讓相當于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)2次的空燃比波動發(fā)生，只根據(jù)振動波形的振幅檢測A/F傳感器的響應性劣化，進一步調(diào)節(jié)對應劣化狀態(tài)的空燃比反饋控制的參數(shù)。然而，由上所述在A/F傳感器的代表劣化模式中除了響應性劣化外還有增益劣化，由于在發(fā)生任意一個劣化模式時空燃比波動的振幅都減小，所以不可能特定劣化模式。另外，根據(jù)以下所述由于在增益劣化時與響應性劣化時，空燃比反饋控制的最優(yōu)參數(shù)不同，所以例如在將增益劣化誤診斷為響應劣化的劣化模式的情況下，倒不如降低空燃比反饋控制的控制精度。
專利文獻1特開2003-270193號公報(第1～22頁，圖1～圖12)；專利文獻2特開平7-247886號公報(第1～15頁，圖1～圖13)；專利文獻3特開2002-61537號公報(第1～13頁，圖1～圖22)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述的現(xiàn)有問題，其目的是提供一種發(fā)動機控制裝置，該裝置診斷A/F傳感器等的空燃比檢測機構(gòu)，能夠正確判斷其的劣化模式是增益劣化還是響應劣化的同時，能夠定量檢測其的劣化度，并且基于該診斷結(jié)果能夠最優(yōu)化空燃比反饋控制。
為了達到上述目的，有關本發(fā)明的發(fā)動機的控制裝置是控制空燃比的控制裝置，其特征在于，包括頻率響應特性計算機構(gòu)，其基于由空燃比檢測機構(gòu)檢測出的檢測空燃比和輸出到空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)中的空燃比控制信號，計算從所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)到所述空燃比檢測機構(gòu)的頻率響應特性(參照圖1)。
即，例如在從供給到作為空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)之一的燃料噴射閥的空燃比控制信號，到由在排氣通路中在三元催化劑入口附近配置的作為空燃比檢測機構(gòu)之一的A/F傳感器所檢測出的檢測空燃比，存在傳遞特性(延遲要素)。該傳遞特性起因于(1)噴射燃料的氣化率不是100％，一部分殘留在進氣通路內(nèi)，(2)發(fā)動機間歇燃燒，(3)從排氣閥到A/F傳感器的排氣(排出氣體)的擴散減少以及產(chǎn)生其的傳送時間，(4)并且在A/F傳感器自身中，從實際燃燒比到傳感器輸出的傳遞特性。本發(fā)明方案之一其特征在于，將該傳遞特性作為頻率響應特性進行檢測。
有關本發(fā)明方案之二的控制裝置，在第1發(fā)明的構(gòu)成的基礎上，還包括診斷機構(gòu)，其基于由所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算出的頻率響應特性，診斷所述空燃比檢測機構(gòu)(參照圖2)。
即上述(1)到(3)的傳遞特性是作為從空燃比控制信號到由空燃比檢測機構(gòu)所檢測出的檢測空燃比的傳遞特性的主要原因，如果由發(fā)動機的運行狀態(tài)決定，那么幾乎不改變。因此，在特定的運行狀態(tài)中，在從空燃比控制信號到檢測空燃比的傳遞特性(延遲要素)變化的情況下，可以認為(4)的特性已改變。因此，基于頻率響應特性檢測空燃比檢測機構(gòu)的性能，即能夠診斷空燃比檢測機構(gòu)是否已劣化及其劣化度。
有關本發(fā)明方案之三的控制裝置，所述頻率響應特性運算機構(gòu)，計算作為頻率響應特性的增益特性以及相位特性(參照圖3)。
即其特征為，用對任意頻率的增益特性和相位特性來表示頻率響應特性。
在有關本發(fā)明方案之四的控制裝置中，所述診斷機構(gòu)在所述增益特性變?yōu)榻o定值以上且所述相位特性沒有變?yōu)榻o定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的增益特性已改變；在所述增益特性變?yōu)榻o定值以上且所述相位特性變?yōu)榻o定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的響應特性已改變(參照圖4)。
即在正常工作時的空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)中，將從實際空燃比到A/F傳感器的輸出的傳遞特性按照式(1)由一階延遲系統(tǒng)表示，G0(s)=K0·11+τ0·s---(1)]]>A/F傳感器的增益的特性由K0表示，響應特性由τ0表示。因此，在A/F傳感器的增益特性改變的情況下，從實際空燃比到A/F傳感器的輸出的傳遞特性由式(2)表示。
G1(s)=K1·11+τ0·s---(2)]]>在圖21中表示式(1)以及式(2)的頻率響應特性(增益特性、相位特性)。即頻率響應特性中只改變增益特性，不改變相位特性。另一方面，在A/F傳感器的響應特性改變的情況下，從實際空燃比到A/F傳感器的輸出的傳遞特性由式(3)表示。
G2(s)=K0·11+τ1·s---(3)]]>在圖22中表示式(1)以及式(3)的頻率響應特性(增益特性、相位特性)。即頻率響應特性的增益特性以及相位特性雙方都改變。根據(jù)上述，在本發(fā)明中，增益特性改變且相位特性不改變時，判斷A/F傳感器的增益特性已改變，在增益特性以及相位特性雙方都改變時，判斷A/F傳感器的響應特性已改變。
在有關本發(fā)明方案之五的控制裝置中，所述診斷機構(gòu)包括頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，其計算增益特性基準值以及相位特性基準值；和增益、相位比較機構(gòu)，其將所述增益特性與所述增益特性基準值以及所述相位特性與所述相位特性基準值進行比較，基于所述增益、相位比較機構(gòu)的比較結(jié)果診斷所述空燃比檢測機構(gòu)(參照圖5)。
即，例如分別將空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)正常工作時的增益特性以及相位特性作為增益特性基準值以及相位特性基準值，如圖20以及圖21所示，通過分別將這些值與由所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算(檢測)出的增益特性以及相位特性進行比較，檢測出A/F傳感器的性能變化(劣化)。
在有關本發(fā)明方案之六的控制裝置中，所述增益、相位比較機構(gòu)，在求得作為所述增益特性基準值與所述增益特性的差的Δ增益的同時，求得作為所述相位特性基準值與所述相位特性的差的Δ相位；所述診斷機構(gòu)在所述Δ增益的絕對值在給定值以上且所述Δ相位的絕對值在給定值以下時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的增益特性已改變，在所述Δ增益的絕對值在給定值以上且所述Δ相位的絕對值在給定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的響應特性已改變(參照圖6)。
即本方案公開相對上述方案五更具體的構(gòu)成。
在有關本發(fā)明方案之七的控制裝置中，所述頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，基于所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)計算所述增益特性基準值以及所述相位特性基準值。
即，從上述的空燃比控制信號到檢測空燃比的傳遞特性(延遲要素)的構(gòu)成要素(1)、(2)、(3)，如果發(fā)動機的運行狀態(tài)一定，那么幾乎不改變，對應每個運行狀態(tài)改變上述(1)、(2)、(3)。在此，基于運行狀態(tài)設定作為比較對象的基準值的頻率響應特性基準值。
在有關本發(fā)明方案之八的控制裝置中，所述頻率響應特性基準值運算機構(gòu)至少基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及進入空氣量計算所述增益特性基準值以及所述相位特性基準值(參照圖7)。
如上所述，得到從空燃比控制信號到檢測空燃比的傳遞特性(延遲要素)的構(gòu)成要素(1)、(2)、(3)主要由發(fā)動機轉(zhuǎn)速和進入空氣量(或者發(fā)動機轉(zhuǎn)矩)決定的觀點。
在有關本發(fā)明方案之九的控制裝置中，在上述構(gòu)成的基礎上，還包括空燃比控制機構(gòu)，其基于所述檢測空燃比設定在所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)中所供給的空燃比控制信號(參照圖8)。
即采用從空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號(A/F傳感器輸出)，進行空燃比反饋控制。
在有關本發(fā)明方案之十的控制裝置中，所述空燃比控制機構(gòu)，包括計算目標空燃比的目標空燃比運算機構(gòu)，和基于所述目標空燃比與所述檢測空燃比之差計算空燃比修正量的空燃比修正量計算機構(gòu)(參照圖9)。
本發(fā)明公開比上述空燃比控制機構(gòu)更詳細的構(gòu)成。
在有關本發(fā)明方案之十一的控制裝置中，所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)是燃料噴射閥等的燃料供給量調(diào)節(jié)機構(gòu)以及節(jié)流閥等的進入空氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)(參照圖10)。
這是本發(fā)明所公開空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)的具體例。作為燃料供給量調(diào)節(jié)機構(gòu)可列舉燃料噴射閥(噴射器)，其的安裝位置除了進氣端口(端口噴射)之外，也可以是燃燒室(缸內(nèi)噴射)。另外，作為進入空氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)可列舉節(jié)流閥，除此之外，調(diào)節(jié)進氣閥(的開閉時期，增大量等)、ISC閥、EGC閥等也能夠調(diào)節(jié)進入空氣量。
在有關本發(fā)明方案之十二的控制裝置中，所述空燃比控制機構(gòu)包括除氣缸之外的空燃比修正量運算機構(gòu)，其計算除氣缸之外的空燃比修正量，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，其計算從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速頻率的N/2次(N＝1，2，3，4，…)成分(參照圖11)。
即修正除了氣缸之外的空燃比，通過讓氣缸間的空燃比存在差別，在個別排氣通路(排氣管)集合部中讓相當于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的空燃比振動發(fā)生。抽出相當于該振動波形的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的頻率的整數(shù)倍的N/2次(N＝1，2，3，4…)成分，計算頻率響應特性(增益特性，相位特性)。
在有關本發(fā)明方案之十三的控制裝置中，所述空燃比控制機構(gòu)包括計算均等地修正所有氣缸的空燃比的修正量的機構(gòu)，和計算修正特定氣缸的空燃比的修正量的機構(gòu)，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，其計算從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速頻率的N/2次(N＝1，2，3，4，…)成分(參照圖12)。
即如果具有均等地修正所有氣缸的空燃比的現(xiàn)有型的空燃比控制(前饋控制、反饋控制)，那么只讓特定的氣缸的空燃比與其它氣缸的空燃比不同，就能夠在個別排氣通路(排氣管)集合部中讓相當于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的空燃比振動發(fā)生。抽出相當于該振動波形的發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的頻率的整數(shù)倍的N/2次(N＝1，2，3，4，…)成分，計算頻率響應特性(增益特性，相位特性)。
在有關本發(fā)明方案之十四的控制裝置中，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，該頻率成分運算機構(gòu)計算與從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速對應的頻率的至少1/2次成分。
即在本方案中公開相對第12以及第13發(fā)明更具體地采用作為相當于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的頻率的發(fā)動機轉(zhuǎn)速相當頻率的至少1/2成分。這樣本發(fā)明在檢測頻率響應特性時，采用發(fā)動機轉(zhuǎn)速相當頻率的1/2成分是在S/N比的觀點中所最優(yōu)選的方式。
在有關本發(fā)明方案之十五的控制裝置中，在方案12以及方案13的構(gòu)成基礎上，所述診斷機構(gòu)包括頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，其計算增益特性基準值以及相位特性基準值；和增益、相位比較機構(gòu)，其將由所述頻率成分運算機構(gòu)所計算的增益特性與所述增益特性基準值，以及由所述頻率成分運算機構(gòu)所計算的相位特性與所述相位特性基準值進行比較，基于所述增益、相位比較機構(gòu)的比較結(jié)果診斷所述空燃比檢測機構(gòu)(參照圖13)。
在有關本發(fā)明方案之十六的控制裝置中，在上述構(gòu)成的基礎上，還包括參數(shù)修正量運算機構(gòu)，其基于所述診斷機構(gòu)的所述空燃比檢測機構(gòu)中的診斷結(jié)果，計算在所述空燃比控制機構(gòu)中的空燃比控制參數(shù)的修正量(參照圖14)。
即空燃比反饋控制的參數(shù)，一般以空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)正常工作時為前提被最優(yōu)化。在A/F傳感器的特性已改變時，由于從空燃比信號到檢測空燃比的傳遞特性(延遲元件)也改變，所以空燃比反饋(F/B)控制(PI控制、PID控制)的最佳參數(shù)也改變(參照圖23，24)。由此，在檢測出A/F傳感器的特性變化的情況下，基于該信息最優(yōu)化空燃比反饋控制的參數(shù)。
在有關本發(fā)明方案之十七的控制裝置中，所述空燃比控制機構(gòu)，基于所述目標空燃比與所述檢測空燃比之差，進行PID控制以使所述混合氣的空燃比應達到所述目標空燃比；所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)，計算作為所述PID控制的參數(shù)的P、I、D增益的至少一個增益的修正量(參照圖15)。
即本方案公開相對方案16更具體的構(gòu)成，采用作為空燃比反饋控制的PID控制，檢測出A/F傳感器的特性變化的情況下，基于該信息將作為PID控制的參數(shù)的P、I、D增益最優(yōu)化。圖23、24分別表示在PI控制時的增益特性變化時、響應特性變化時的最佳P增益以及I增益。
在有關本發(fā)明方案之十八的控制裝置中，以上述發(fā)明17為基礎，所述所有氣缸的空燃比修正量運算機構(gòu)，基于作為由所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)所計算出的所述PID控制的參數(shù)的P、I、D的至少一個的增益修正量，修正所述P、I、D(參照圖16)。
在有關本發(fā)明方案之十九的控制裝置中，所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)，基于作為所述診斷機構(gòu)的診斷結(jié)果的所述空燃比檢測機構(gòu)的增益劣化度以及響應性劣化度，計算作為所述PID控制的參數(shù)的P、I、D增益的修正量(參照圖17)。
在有關本發(fā)明方案之二十的控制裝置中，包括第一信號，其基于所述診斷機構(gòu)的所述空燃比檢測機構(gòu)的診斷結(jié)果，從所述空燃比檢測機構(gòu)中得到；第二信號，其基于所述第一信號與檢測空燃比修正量而被計算出；檢測空燃比修正量運算機構(gòu)，其基于所述第二信號計算檢測空燃比的修正量；和檢測空燃比修正機構(gòu)，其基于由所述檢測空燃比修正量運算機構(gòu)所計算的檢測空燃比修正量，修正表示從所述空燃比檢測機構(gòu)中輸入到所述空燃比控制機構(gòu)中的信號所表示的檢測空燃比(參照圖18)。
即在有關本發(fā)明的控制裝置中，判斷空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)的劣化模式是增益劣化還是響應性劣化，另外也能夠定量檢測出其劣化度。因此，在本發(fā)明中，基于該劣化信息在A/F傳感器的輸出(檢測空燃比)中按照得到與正常狀態(tài)相等的輸出那樣執(zhí)行逆修正，作為空燃比控制機構(gòu)的輸入信號。
在有關本發(fā)明方案之二十一的控制裝置中，所述空燃比控制機構(gòu)基于從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號進行空燃比反饋控制，在該空燃比反饋控制時，在所述混合氣的空燃比理論空燃比更濃側(cè)，求得進行修正的濃修正期間的同時，求得在比理論空燃比稀側(cè)進行修正的稀修正期間，根據(jù)所述濃修正期間和稀修正期間求得濃/稀周期，所述診斷機構(gòu)根據(jù)所述濃/稀周期以及所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算的增益特性以及相位特性診斷所述空燃比檢測機構(gòu)(參照圖19)。
即，空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)即使在正常工作時響應時間常數(shù)也變大，相位特性從較低頻發(fā)生相位延遲。在這種情況下，應提高相位特性的檢測精度，采用空燃比反饋控制時的濃·淡周期檢測較低頻的相位特性。換句話說，例如，采用將A/F傳感器的響應特性劣化與將濃·淡周期長期化的方法。
在有關本發(fā)明方案之二十二的控制裝置中，在上述構(gòu)成的基礎上，還包括基于由所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算的頻率響應特性診斷所述空燃比檢測機構(gòu)以外的特性的機構(gòu)；和診斷對象判定機構(gòu)，其基于發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)判斷診斷對象是所述空燃比檢測機構(gòu)還是除此之外的機構(gòu)(參照圖20)。
在有關本發(fā)明方案之二十三的控制裝置中，所述空燃比檢測機構(gòu)以外的特性至少為所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)的特性、燃料的特性以及燃燒特性中的一個。
即如上所述，例如在作為空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)之一的燃料噴射閥中所供給的空燃比控制信號，到由空燃比檢測機構(gòu)(A/F傳感器)所檢測出的檢測空燃比的傳遞特性起因于(1)噴射燃料的氣化率不是100％，一部分殘留在進氣通路內(nèi)；(2)發(fā)動機間歇燃燒；(3)從排氣閥到A/F傳感器的排氣(排出氣體)的擴散減少以及產(chǎn)生其的傳送時間；(4)并且在A/F傳感器自身中的從實際燃燒比到傳感器輸出的傳遞特性。上述(1)到(3)的傳遞特性，如果由發(fā)動機的運行狀態(tài)決定則幾乎不變化，在特殊條件下變化。例如，如果燃料的性狀變化那么(1)的傳遞特性改變。由于燃料的性狀只在發(fā)動機較低溫的區(qū)域中對(1)的傳遞特性帶來影響，所以例如，A/F傳感器正常工作且發(fā)動機冷卻水溫在給定值以下時，在頻率響應特性變化時，可判斷燃料性狀已變化。
另一方面，有關本發(fā)明的汽車，以搭載適用所述控制裝置的發(fā)動機為特征。
(發(fā)明的效果)有關本發(fā)明的控制裝置，在診斷A/F傳感器等的空燃比檢測機構(gòu)，能夠正確判斷其劣化模式是增益劣化還是響應性劣化的同時，能夠定量檢測其劣化度。由此，基于空燃比檢測機構(gòu)的診斷結(jié)果能夠最優(yōu)化空燃比反饋控制，進一步在空燃比檢測機構(gòu)的特性變化時能夠?qū)崿F(xiàn)魯棒性的排氣凈化系統(tǒng)。


圖1是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第1方式的圖。
圖2是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第2方式的圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第3方式的圖。
圖4是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第4方式的圖。
圖5是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第5方式的圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第6方式的圖。
圖7是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第7方式的圖。
圖8是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第9方式的圖。
圖9是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第10方式的圖。
圖10是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第11方式的圖。
圖11是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第12方式的圖。
圖12是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第13方式的圖。
圖13是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第15方式的圖。
圖14是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第16方式的圖。
圖15是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第17方式的圖。
圖16是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第18方式的圖。
圖17是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第19方式的圖。
圖18是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第20方式的圖。
圖19是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第21方式的圖。
圖20是用于說明本發(fā)明的控制裝置的第22方式的圖。
圖21是表示在A/F傳感器正常工作時，A/F傳感器增益特性變化時的各個頻率響應特性圖。
圖22是表示在A/F傳感器正常工作時，A/F傳感器響應特性變化時的各個頻率響應特性圖。
圖23是表示在A/F傳感器正常工作時，A/F傳感器增益特性變化時的各個PI控制的最優(yōu)P、I增益圖。
圖24是表示在A/F傳感器正常工作時，A/F傳感器響應特性變化時的各個PI控制的最優(yōu)P、I增益圖。
圖25是同時表示有關本發(fā)明控制裝置的第1實施方式與適用該方式的發(fā)動機的概略構(gòu)成圖。
圖26是表示第1實施方式的控制單元的內(nèi)部構(gòu)成圖。
圖27是表示第1實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖28是表示第1實施方式的基本燃料噴射量運算裝置的說明圖。
圖29是表示第1實施方式的空燃比F/B修正量運算機構(gòu)的說明圖。
圖30是表示第1實施方式的A/F傳感器診斷許可判定機構(gòu)的說明圖。
圖31是用于說明第1實施方式的空燃比修正量運算機構(gòu)的圖。
圖32是用于說明第1實施方式的頻率響應特性運算機構(gòu)的圖。
圖33是用于說明第1實施方式的A/F傳感器診斷機構(gòu)的圖。
圖34是第2實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖35是用于說明第2實施方式的1號氣缸空燃比修正量運算機構(gòu)的圖。
圖36是用于說明第2實施方式的頻率響應特性運算機構(gòu)的圖。
圖37是用于說明第3實施方式的A/F傳感器診斷機構(gòu)的圖。
圖38是表示第4實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖39是用于說明第4實施方式的空燃比F/B修正量運算機構(gòu)的圖。
圖40是用于說明第4實施方式的空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)的圖。
圖41是表示本發(fā)明的第4實施方式與現(xiàn)有的A/F傳感器輸出的比較試驗結(jié)果圖。
圖42是表示第5實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖43是用于說明第5實施方式的空燃比F/B修正量運算機構(gòu)的圖。
圖44是用于說明第5實施方式的空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)的圖。
圖45是表示第6實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖46是表示第6實施方式的A/F傳感器性能判定機構(gòu)的框圖。
圖47是表示第7實施方式的控制系統(tǒng)圖。
圖48是用于說明第7實施方式的A/F傳感器其它診斷機構(gòu)的圖。
其中1-控制裝置；10-發(fā)動機；17-燃燒室；19-水溫傳感器；20-進氣通路；21-空氣濾清器；24-空氣流量傳感器；25-電控節(jié)流閥；27-調(diào)整器；28-節(jié)流開度傳感器；30-燃料噴射閥；35-點火火花塞；37-曲軸轉(zhuǎn)角(發(fā)動機轉(zhuǎn)速)傳感器；39-加速器開度傳感器；40-排氣通路；40B-排氣集合部；41-EGR通路；50-三元催化劑；51-氧傳感器；52-A/F傳感器；100-控制器單元；120-空燃比控制機構(gòu)；121-基本燃料噴射量運算機構(gòu)；122-空燃比修正量運算機構(gòu)；123-空燃比F/B修正量運算機構(gòu)；124-1號氣缸空燃比修正量運算機構(gòu)；130-A/F傳感器診斷許可判斷機構(gòu)；140-頻率響應特性運算機構(gòu)；150-A/F傳感器診斷機構(gòu)；160-空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)；170-A/F傳感器其它診斷許可判定機構(gòu)；180-A/F傳感器其它診斷機構(gòu)。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式。
(第1實施方式)圖25是同時表示有關本發(fā)明控制裝置的第一實施方式，以及適用該實施方式的車載用發(fā)動機的一例的概略構(gòu)成圖。
圖示的發(fā)動機10例如是具有4個氣缸#1、#2、#3、#4(參照圖27)的多氣缸發(fā)動機，包括缸體12和在該缸體12的各氣缸#1、#2、#3、#4內(nèi)插入的自由滑動的活塞15，在該活塞15的上方形成燃燒室17。在該燃燒室17上設置點火火花塞35。
在燃料燃燒時所供給的空氣從在進氣通路20的始端上所設置的空氣濾清器21取得，通過空氣流量傳感器24，通過電控節(jié)流閥25進入到調(diào)整器27中，從該調(diào)整器27通過在上述進氣通路20的下游端(進氣孔)所設置的進氣閥28進入到各氣缸#1、#2、#3、#4的燃燒室17中。另外，在上述進氣通路20的下游部分(分支通路部)設置燃料噴射閥30。
進入燃燒室17的空氣與從燃料噴射閥30所噴射的燃料的混合氣由點火火花塞35點火爆發(fā)燃燒，其的燃燒廢氣(排出氣體)從燃燒室17通過排氣閥48排出到形成排氣通路40的上游部分的單個通路部40A(參照圖27)中，從該單個通路部40A通過排氣集合部40B輸入到在排氣通路40中所配置的三元催化劑50中，在被凈化后排出到外部。
另外，在比排氣通路40中的三元催化劑50下游側(cè)上設置氧傳感器51，在比排氣通路40中的催化劑50上游側(cè)的排氣集合部40B中設置A/F傳感器52。
上述A/F傳感器52具有對應在排氣中所含有的氧的濃度的線性的輸出特性。排氣中的氧濃度與空燃比的關系大致成線形，因此由檢測氧濃度的A/F傳感器52能夠求得在上述排氣集合部40B中的空燃比。另外，由來自上述氧傳感器51的信號能夠求得關于三元催化劑50下游的氧濃度或者化學計量成分(stoichiometry)是濃還是淡。
另外從燃燒室17排出到排氣通路40的排氣的一部分根據(jù)需要通過EGR通路41導入到進氣通路20中，通過進氣通路20的分支通路部回流到各氣缸的燃燒室17中。在上述EGR通路41中設置用于調(diào)整EGR率的EGR閥門42。
并且在本實施方式的控制裝置1中包括用于進行發(fā)動機10的各種控制的內(nèi)置微型計算機的控制單元100。
控制單元100基本如圖26所示，由CPU101、輸入電路102、輸入輸出端口103、RAM104、ROM105等構(gòu)成。
在控制單元100中，作為輸入信號供給有由空氣流量傳感器24檢測出的對應進入空氣量的信號，由節(jié)流傳感器28檢測出的對應節(jié)流閥25的開度的信號，表示從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器37所得到的曲軸18的旋轉(zhuǎn)(發(fā)動機轉(zhuǎn)速)·相位信號，由在排氣通路40中在三元催化劑50下游側(cè)設置的氧傳感器51所檢測的對應排氣中的氧濃度信號，由在排氣通路40中在催化劑50上游側(cè)的排氣集合部40B中所設置的A/F傳感器52檢測出的對應氧濃度(空燃比)的信號，由在缸體12上設置的水溫傳感器19檢測出的對應發(fā)動機冷卻水溫的信號，由加速傳感器36所得到的對應油門踏板39的踩踏量(表示駕駛者的要求轉(zhuǎn)矩)的信號。
在控制單元100中輸入A/F傳感器52、氧傳感器51、節(jié)流傳感器28、空氣流量傳感器24、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器37、水溫傳感器19以及加速傳感器36等的各傳感器的輸出，在輸入電路102中進行除去噪聲等的信號處理后，發(fā)送到輸入輸出端口103中。將輸入端口的值保存在RAM104中，在CPU101內(nèi)進行運算處理。將描述運算處理的內(nèi)容的控制程序預先寫入到ROM105中。將表示由控制程序運算的各調(diào)節(jié)器操作量的值保存在RAM104中后，發(fā)送到輸入輸出端口103中。
將關于點火火花塞35的動作信號設置為ON·OFF信號，該信號在點火輸出電路116內(nèi)的一次側(cè)線圈流通時為ON，非流通時為OFF。點火時期是從ON變?yōu)镺FF的時刻。在輸出端口103中所設置的點火火花塞35用的信號，由點火輸出電路116在點火時放大為必要的足夠的能量，供給點火火花塞35。另外，將燃料噴射閥30的驅(qū)動信號(空燃比控制信號)設置為ON·OFF信號，該信號在打開閥時為ON，關閉閥時為OFF，由燃料噴射閥驅(qū)動電路117在打開燃料噴射閥30時放大為充足的能量，供給燃料噴射閥30。實現(xiàn)電控節(jié)流閥25的目標開度的驅(qū)動信號經(jīng)過電控節(jié)流閥驅(qū)動電路118發(fā)送到電控節(jié)流閥30中。
在控制單元100中根據(jù)A/F傳感器52的信號算出三元催化劑50上游的空燃比，根據(jù)來自氧傳感器51的信號算出對三元催化劑50下游的氧濃度或者化學計量成分(stoichiometry)是濃還是淡。另外采用兩個傳感器51、52的輸出，按照將三元催化劑50的凈化效率最優(yōu)化那樣進行逐次修正燃料噴射量或者吸入空氣量的反饋控制。
接著具體說明控制單元100執(zhí)行處理的內(nèi)容。
圖27為控制系統(tǒng)圖，控制單元100如功能框圖所示，包括空燃比控制機構(gòu)120，其包括基本燃料噴射量運算機構(gòu)121，空燃比修正量運算機構(gòu)122以及空燃比反饋(F/B)修正量運算機構(gòu)123；和A/F傳感器診斷許可判斷機構(gòu)130；和頻率響應特性運算機構(gòu)140以及A/F傳感器診斷機構(gòu)150。
以下，詳細說明各處理機構(gòu)。
<基本燃料噴射量運算機構(gòu)121>
在本運算機構(gòu)121中，基于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速Ne和進入空氣量Qa，在任意的運轉(zhuǎn)狀態(tài)中記算同時實現(xiàn)目標轉(zhuǎn)矩和目標空燃比的燃料噴射量。具體地說如圖28所示計算基本燃料噴射量Tp。在此K為定值，是用于對進入空氣量按照實現(xiàn)通常理論空燃比那樣進行調(diào)節(jié)的值。另外，Cyl表示氣缸10的氣缸個數(shù)(在此為4)。
<空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123>
在本運算機構(gòu)123中，基于由A/F傳感器52所檢測出的空燃比，在任意的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下按照將排氣集合部40B(催化劑50入口)的平均空燃比達到目標空燃比那樣計算空燃比F/B修正量。具體地說如圖29所示，在空燃比反饋控制(PI控制)時，根據(jù)目標空燃比Tabf和A/F傳感器52的檢測空燃比Rabf之間的偏差Dltabf計算空燃比修正項Lalpha。空燃比修正項Lalpha與基本燃料噴射量Tp相乘。
<A/F傳感器診斷許可判斷機構(gòu)130>
在本判斷機構(gòu)130中進行A/F傳感器52的診斷許可判斷。具體地說如圖30所示，當Twn≥Twndag且ΔNe≤DNedag且ΔQa≤DQadag且Fcmpdag＝0時，設置診斷(響應特性的檢測)許可標志位Fpdag＝1，許可響應特性的檢測。除此之外禁止診斷，設置Fpdag＝0。
在此Twn發(fā)動機冷卻水溫ΔNe發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化率ΔQa空氣流入量變化率Fcmpdag診斷結(jié)束標志位另外，ΔNe以及ΔQa也可以是在上次運算中所計算的值與這次運算中所計算的值的差。
<空燃比修正量運算機構(gòu)122>
在本運算機構(gòu)122中，進行空燃比修正量的運算。通常，即診斷許可標志位Fpdag＝0時，根據(jù)所述基本燃料噴射量Tp以及所述空燃比修正項Lalpha，按照將排氣集合部40B的空燃比達到目標空燃比那樣對各氣缸#1、#2、#3、#4計算燃料噴射量。Fpdag＝1時，在排氣集合部40B中以頻率fa_n[Hz]，只以KchosR、KchosL值開關應引起空燃比的波動的所有氣缸的當量比。具體地說進行在圖31中所示的處理。即Fpdag＝1時以頻率fa_n[Hz]以KchosR以及KchosL值周期地開關Chos，F(xiàn)pdag＝0時chos＝0。另外，優(yōu)選將KchosR以及KchosL的值按照與發(fā)動機以及催化劑的特性一致不惡化排氣污染那樣設定。另外，在得到A/F傳感器52的頻率響應特性時由多個頻率讓空燃比波動，且需要得到A/F傳感器52的輸出。因此，也如圖31所示，作為空燃比的波動頻率的fa_n不是一個，而為多個fa_0、fa_1，…。
如上所述，在空燃比控制機構(gòu)120中，基本燃料噴射量Tp根據(jù)空燃比F/B修正量以及空燃比修正量被修正，得到最終燃料噴射量TiO。根據(jù)該最終燃料噴射量TiO將具有脈沖幅度的噴射驅(qū)動(脈沖)信號(空燃比控制信號)分別以給定的時刻供給到上述各燃料噴射閥30中。
<頻率響應特性運算機構(gòu)140>
在本運算機構(gòu)140中，分析從A/F傳感器52所得到的信號的頻率。具體地說，如圖32所示，使用DFT(Discrete Fourier Transform)對A/F傳感器52的輸出信號，計算頻率fa_n的功率譜(＝增益特性)Power(fa_n)以及相位譜Phase(fa_n)。在此，由于只計算特定頻率的頻譜，所以不采用FFT(Fast Fourier Transform)而采用DFT。另外，關于DFT的處理內(nèi)容很多文獻、刊物都有，在此省略。
<A/F傳感器診斷機構(gòu)150>
在此，采用由頻率響應特性運算機構(gòu)140所求得的Power(fa_n)、Phase(fa_n)進行A/F傳感器52的診斷。具體地說，如圖33所示，增益特性Power(fa_n)在給定值以上或者給定值以下，且相位特性Phase(fa_n)不在給定值以下時，即僅增益特性變化時，判斷A/F傳感器52的增益特性已變化；增益特性Power(fa_n)在給定值以上或者給定值以下，且相位特性Phase(fa_n)在給定值以下時，即增益特性以及相位特性的雙方都變化時，判斷A/F傳感器52的響應特性已變化。另外，在A/F傳感器52的增益特性變化、響應特性變化的任一個情況下都點亮劣化警報燈27(Fdet＝1)，例如將劣化向駕駛員通知。上述給定值也可以根據(jù)作為發(fā)動機10和催化劑50的特性與目標的診斷特性而經(jīng)驗性設定。
如上所述，在本實施方式中，由于基于從燃料噴射閥30到A/F傳感器52的頻率響應特性診斷A/F傳感器52，所以能夠正確判斷A/F傳感器52的劣化模式是增益劣化還是響應性劣化。
(第2實施方式)接著，說明有關本發(fā)明的控制裝置的第2實施方式。由于第2實施方式的各部分的構(gòu)成與上述的第1實施方式(圖24～圖33)除空燃比控制機構(gòu)120以外的部分大致相同，所以省略重復說明，以下參照圖34對本實施方式的空燃比控制機構(gòu)120進行說明。
在本第2實施方式的空燃比控制機構(gòu)120中，將在第1實施方式(圖25)的空燃比控制機構(gòu)120中(所有氣缸)的空燃比修正量運算機構(gòu)122變?yōu)?號氣缸空燃比修正量運算機構(gòu)124，修正量Chos變?yōu)橹环从?號氣缸#1的空燃比(燃料噴射量)。以下，重點說明與第1實施方式不同的部分。
<1號氣缸空燃比修正量運算機構(gòu)124>
在本運算機構(gòu)124中進行1號氣缸#1的空燃比修正量的運算。通常，即Fpdag＝0時，根據(jù)上述的基本燃料噴射量Tp以及空燃比F/B修正量Lalpha，按照將排氣集合部40B的空燃比達到目標空燃比那樣，計算對各氣缸#1、#2、#3、#4的燃料噴射量。在Fdpag＝1時，在排氣集合部40B中將應引起空燃比的波動的1號氣缸#1的當量比只增加給定量Kchos。具體地說進行如圖35所示的處理。即Fpdag＝1時1號氣缸當量比變化量Chos＝Kchos，F(xiàn)pdag＝0時Chos＝0。另外，優(yōu)選將Kchos的值按照配合發(fā)動機以及催化劑的特性不惡化排氣那樣設定。
<頻率響應特性運算機構(gòu)140>
在本運算機構(gòu)140中，分析從A/F傳感器52所得到的信號的頻率。具體地說，如圖36所示，使用DFT(Discrete Fourier Transform)對A/F傳感器52的輸出信號，計算相當于發(fā)動機的兩個旋轉(zhuǎn)周期的頻率fa的功率譜(＝增益特性)Power(fa)以及相位譜Phase(fa)。另外相當于發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩次的周期的頻率fa和轉(zhuǎn)速Ne的關系如圖38所示，即由于根據(jù)轉(zhuǎn)速可自動改變頻率fa，所以通過由多個轉(zhuǎn)速求得Power、Phase能夠求得大致的頻率特性。還有，在此由于只計算特定頻率fa的頻譜，所以不采用FFT(Fast Fourier Transform)而采用DFT。另外，采樣周期根據(jù)采樣定理也可以比發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)兩次的周期的兩倍長，在此根據(jù)從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器37或者凸輪凸角傳感器所得到的氣缸信號(4氣缸的情況下，每隔180輸出)進行中斷處理。
(第3實施方式)接著說明有關本發(fā)明的控制裝置的第3實施方式。第3實施方式的各部分的構(gòu)成與第2實施方式(圖34)只A/F傳感器診斷機構(gòu)150的處理內(nèi)容不同，其它部分大致相同。以下，重點說明與第2實施方式不同的部分。
<A/F傳感器診斷機構(gòu)150>
在本第3實施方式的A/F傳感器診斷機構(gòu)150中，采用由頻率響應特性運算機構(gòu)所求得的Power(fa(Ne))、Phase(fa(Ne))進行A/F傳感器52的診斷。具體地說，如圖37所示，計算增益特性Power(fa(Ne))與增益特性基準值Power0之間的差Δpower(fa)。增益特性基準值Power0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時，由某進入空氣量Qa和發(fā)動機的某轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的增益特性而預先設定。另外，計算相位特性Phase(fa(Ne))和相位特性基準值Phase0之間的差Δphase(fa)。相位特性基準值Phase0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時，由某進入空氣量Qa和發(fā)動機的某轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的相位特性而預先設定。相位，例如由發(fā)動機的TDC(Top DeadCenter)或者所謂的氣缸判斷信號的時刻開始的相位而決定。Δpower的絕對值在給定值以上、且Δphase的絕對值在給定值以下時，即在只有增益特性變化時，判斷A/F傳感器52的增益特性已變化；Δpower的絕對值在給定值以上且Δphase的絕對值在給定值以上時，即在增益特性以及相位特性雙方都已改變時，判斷A/F傳感器52的響應特性已改變。另外，在A/F傳感器52的增益特性變化、響應特性的任一個情況下，都點亮劣化警報燈27(Fdet＝1)，例如將劣化通知給駕駛員。上述給定值也可以根據(jù)作為發(fā)動機以及催化劑的特性以及目標的診斷特性經(jīng)驗性設定。
(第4實施方式)接著說明有關本發(fā)明的控制裝置的第4實施方式。第4實施方式的各部分的構(gòu)成與第2實施方式(圖34)存在以下部分不同，這些部分包括空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123，A/F傳感器診斷機構(gòu)150的處理內(nèi)容以及新的空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160，其它部分幾乎相同(參照圖38)。以下重點說明與第2以及第3實施方式不同的部分。
<空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123>
在本實施方式的空燃比控制機構(gòu)120中，基于由A/F傳感器52所檢測的空燃比，在任意運行狀態(tài)中按照將排氣集合部40B(催化劑50入口)的平均空燃比達到目標空燃比那樣進行空燃比反饋控制(PI控制)。具體地說，如圖39所示，在空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123中，在上述PI控制時，根據(jù)目標空燃比Tabf與A/F傳感器52的檢測空燃比Rabf的偏差Dltab計算空燃比修正項Lalpha?？杖急刃拚桳alpha加載在上述基本燃料噴射量Tp上。另外，根據(jù)由下述的空燃比反饋控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160所計算出的P增益修正量以及I增益修正量，對應A/F傳感器52的特性變化(劣化度)，將PI控制最優(yōu)化。
<空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160>
在本運算機構(gòu)160中，根據(jù)A/F傳感器診斷機構(gòu)150的診斷結(jié)果，也就是說A/F傳感器52的特性變化(劣化度)計算最優(yōu)的P增益、I增益。具體地說，如圖40所示，在表示A/F傳感器52的特性已改變給定量的Fedt＝1時求得最優(yōu)的P增益修正量以及I增益修正量。即在A/F傳感器52的增益特性已改變時(Fgain＝1時)，基于Δpower求得P增益修正量，基于Δphase求得I增益修正量。另外，A/F傳感器52的響應特性已改變時(Fres＝1時)，基于Δpower求得P增益修正量，基于Δphase求得I增益修正量。由于A/F傳感器52的增益特性已改變時與響應特性已改變時的最優(yōu)P增益、I增益不同，所以讓在每個特性中具有最優(yōu)參數(shù)。最優(yōu)參數(shù)，例如按照圖23以及圖24所示那樣預先通過仿真或者試驗求得。在A/F傳感器52的特性正常時，即Fdet＝0時，P增益修正量以及I增益修正量設為1，對由空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123所設定的P增益或者I增益不進行修正。
圖41(A)和(B)表示本發(fā)明(第4實施方式)與現(xiàn)有(沒有A/F傳感器特性變化的PI控制的適應)的比較試驗結(jié)果。具體地說，在穩(wěn)定時，用輸入濃空燃比干擾時的干擾響應性進行評價。在本實施方式中，即使A/F傳感器52的特性變化(劣化)，與此對應由于PI控制的P增益以及I增益被最優(yōu)化所以性能也幾乎不變。另一方面，在現(xiàn)有方式中由于不適應A/F傳感器52的性能變化，所以可知在A/F傳感器52的特性變化時惡化干擾響應性。
(第5實施方式)接著說明有關本發(fā)明的控制裝置的第5實施方式。第5實施方式的各部分的構(gòu)成與第4實施方式(圖38)在空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123以及空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160的處理內(nèi)容方面不同，其它部分幾乎相同(參照圖42)。以下，重點說明與第4實施方式不同的部分。
在上述的第4實施方式中，由空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160分別計算作為空燃比反饋控制(PI控制)參數(shù)的P增益以及I增益的修正量，在本實施方式中對從A/F傳感器52所得到的信號(輸出值)計算修正量K1以及K2。將修正量K1、K2發(fā)送到空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123中，并應用在A/F傳感器52的輸出修正中，對應A/F傳感器52的特性變化被最優(yōu)化。除此之外，與第4實施方式相同。以下重點說明與第4實施方式不同的部分。
<空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123>
在本實施方式的空燃比控制機構(gòu)120中，基于由A/F傳感器52所檢測的空燃比，在任意的運行狀態(tài)中按照將排氣集合部40B(催化劑12入口)的平均空燃比達到目標空燃比那樣進行空燃比反饋控制(PI控制)。具體地說，如圖43所示，在空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123中，根據(jù)目標空燃比Tabf與A/F傳感器52的檢測空燃比Rabf之間的偏差Dltab，計算空燃比修正項Lalpha?？杖急刃拚桳alpha加載在上述基本燃料噴射量Tp中。另外，由下述的空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160所計算的修正量K1、K2，對應A/F傳感器52的特性變化修正A/F傳感器52的輸出。更具體地說，K1在A/F傳感器52的增益劣化時，按照與正常時的增益相等那樣由K1進行逆修正。在A/F傳感器52的響應性劣化時，按照與正常時的響應性相等那樣由K2進行相位超前補償。
<空燃比F/B控制參數(shù)修正量運算機構(gòu)160>
在本運算機構(gòu)160中，基于A/F傳感器的診斷機構(gòu)150的診斷結(jié)果也就是說根據(jù)A/F傳感器52的特性變化(劣化)，采用空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123計算參數(shù)K1以及K2。具體地說，如圖44所示，在表示A/F傳感器52的特性已改變給定量的Fdet＝1時，如圖所示求得最佳K1，K2。即在A/F傳感器52的增益特性已變化時(Fgain＝1時)基于Δpower求得K1。另外，在A/F傳感器52的響應特性已變化時(Fres＝1時)基于Δphase求得K2。最佳參數(shù)預先通過仿真或者試驗求得。在A/F傳感器52的特性正常時，即Fdet＝0時，K1＝1，K2＝0，對A/F傳感器的輸出不進行修正，作為PI控制的輸入值應用。
(第6實施方式)接著，說明有關本發(fā)明的控制裝置的第6實施方式。第6實施方式的各部分的構(gòu)成與第2實施方式(圖34)只是A/F傳感器診斷手段150的處理內(nèi)容不同，其他部分大致相同(參照圖45)。以下，重點說明與第2實施方式不同的部分。
<A/F傳感器診斷機構(gòu)150>
在此，采用由頻率響應運算機構(gòu)140所求得的Power(fa(Ne))、Phase(fa(Ne))以及由空燃比F/B修正量運算機構(gòu)123所算出的Lalpha進行A/F傳感器52的診斷。具體地說如圖46所示，計算增益特性Power(fa(Ne))與增益特性基準值Power0之間的差Δpower(fa)。增益特性基準值Power0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時由某進入空氣量Qa和發(fā)動機的某轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的增益特性而預先設定。另外，計算相位特性Phase(fa(Ne))與相位特性基準值Phase0之間的差Δphase(fa)。相位特性基準值Phase0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時由某進入空氣量Qa和發(fā)動機的某轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的相位特性而預先設定。相位，例如由發(fā)動機的TDC(Top Dead Center)或者所謂的氣缸判斷信號的時序的相位決定。
Δpower的絕對值在給定值以上、且Δphase的絕對值在給定值以下時，即只增益特性變化時，判斷A/F傳感器52的增益特性已改變；Δpower的絕對值在給定值以上、且Δphase的絕對值在給定值以上、且Lalpha的反相周期在給定值以上時，判斷A/F傳感器52的響應特性已改變。在此Lalpha的反相周期由表示濃修正值的時間和表示稀修正值的時間的總和表示Lalpha。即與惡化A/F傳感器52的響應性對應，由采用A/F傳感器52的空燃比反饋控制所計算出的Lalpha的值著重于將表示濃修正的時間、表示稀修正的時間拉長，以進一步提高A/F傳感器的響應性劣化的檢測精度為目的。
另外，在A/F傳感器的增益特性變化、響應特性的任一情況下都點亮劣化警報燈27(Fdet＝1)，例如將劣化通知給駕駛員。上述給定值也可以根據(jù)作為發(fā)動機以及催化劑的特性以及目標的診斷性能而經(jīng)驗性設定。
(第7實施方式)接著說明有關本發(fā)明的控制裝置的第7實施方式。第7實施方式在第2實施方式(圖34)中A/F傳感器52的診斷基礎上，還能夠進行A/F傳感器以外的特性診斷，以A/F傳感器其它診斷許可判定機構(gòu)170代替第2實施方式的A/F傳感器診斷許可判定機構(gòu)130，另外以A/F傳感器其它診斷機構(gòu)180代替A/F傳感器的診斷機構(gòu)150(參照圖47)。以下重點說明與第2實施方式不同的部分。
<A/F傳感器其它診斷許可判定機構(gòu)170、A/F傳感器其它診斷機構(gòu)180>
在本實施方式中，采用由頻率響應特性運算機構(gòu)140求得的Power(fa(Ne))、Phase(fa(Ne))以及水溫Twn，進行A/F傳感器52的診斷以及A/F傳感器52以外的特性診斷。在此，作為A/F傳感器52以外的特性診斷表示檢測(診斷)燃料性狀的方式。具體地說如圖48所示，計算增益特性Power(fa(Ne))與增益特性基準值Power0的差Δpower(fa)。增益特性基準值Power0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時由某進入空氣量Qa和某發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的增益特性而預先設定。另外，計算相位特性Phase(fa(Ne))與相位特性基準值Phase0的差Δphase(fa)。相位特性基準值Phase0，例如根據(jù)在A/F傳感器正常工作時的某進入空氣量Qa和某發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne(和Kchos的值)的運行狀態(tài)所決定的相位特性而預先設定。相位，例如由發(fā)動機的TDC(Top Dead Center)或者所謂氣缸判別信號的時序的相位而決定。
并且，水溫Twn在給定值以上時，當Δpower的絕對值在給定值以上且Δphase的絕對值在給定值以下時，即只增益特性變化時，判斷A/F傳感器52的增益特性已改變；當Δpower的絕對值在給定值以上且Δphase的絕對值在給定值以上時，判斷A/F傳感器52的響應特性已改變。
另外，水溫Twn在給定值以下時，當Δpower的絕對值在給定值以上或者Δphase的絕對值在給定值以上時，判斷A/F傳感器以外的設備工作異常，特別在此燃料性狀已改變。即如果燃料性狀改變，那么由于燃料噴射量的氣化率改變，即使A/F傳感器52的特性不變，從燃料噴射閥30到A/F傳感器52的傳遞特性也要改變。然而由于燃料性狀差一般在低溫時發(fā)生，故只在水溫Twn在Twndagl以下時進行燃料性狀判斷。
另外，在A/F傳感器52的增益特性變化、響應特性的任一個情況下，點亮劣化警報燈27(Fdet＝1)，例如將劣化向駕駛員通知。上述給定值，也可以根據(jù)作為發(fā)動機以及催化劑的特性以及目標的診斷性能經(jīng)驗性設定。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機的控制裝置，在控制空燃比的發(fā)動機中，其特征在于，包括頻率響應特性運算機構(gòu)，其基于由空燃比檢測機構(gòu)所檢測出的檢測空燃比、和由空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)所輸出的空燃比控制信號，計算從所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)到所述空燃比檢測機構(gòu)的頻率響應特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，包括診斷機構(gòu)，其基于由所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算出的頻率響應特性，診斷所述空燃比檢測機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述頻率響應特性運算機構(gòu)，作為頻率響應特性計算增益特性以及相位特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述診斷機構(gòu)在，在所述增益特性變?yōu)榻o定值以上、且所述相位特性沒有變?yōu)榻o定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的增益特性已改變；在所述增益特性變?yōu)榻o定值以上、且所述相位特性變?yōu)榻o定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的響應特性已改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述診斷機構(gòu)包括頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，其計算增益特性基準值及相位特性基準值；和增益、相位比較機構(gòu)，其將所述增益特性與所述增益特性基準值以及所述相位特性與所述相位特性基準值進行比較，其中，基于所述增益、相位比較機構(gòu)的比較結(jié)果診斷所述空燃比檢測機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述增益、相位比較機構(gòu)，在求得所述增益特性基準值與所述增益特性之間的差Δ增益的同時，還求得所述相位特性基準值與所述相位特性之間的差Δ相位；所述診斷機構(gòu)在所述Δ增益的絕對值在給定值以上、且所述Δ相位的絕對值在給定值以下時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的增益特性已改變，在所述Δ增益的絕對值在給定值以上、且所述Δ相位的絕對值在給定值以上時，判斷所述空燃比檢測機構(gòu)的響應特性已改變。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，基于所述發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)計算所述增益特性基準值以及所述相位特性基準值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5～7中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述頻率響應特性基準值運算機構(gòu)至少基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速及進入空氣量計算所述增益特性基準值以及所述相位特性基準值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，包括空燃比控制機構(gòu)，其基于所述檢測空燃比設定供給所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)的空燃比控制信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比控制機構(gòu)，包括計算目標空燃比的目標空燃比運算機構(gòu)，和基于所述目標空燃比與所述檢測空燃比之間的差計算空燃比修正量的空燃比修正量計算機構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)是燃料噴射閥等的燃料供給量調(diào)節(jié)機構(gòu)以及節(jié)流閥等的進入空氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9～11中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比控制機構(gòu)包括計算除氣缸之外的空燃比修正量的除氣缸之外空燃比修正量運算機構(gòu)，其中，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，該頻率成分運算機構(gòu)計算從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速頻率的N/2次(N＝1，2，3，4，…)成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求9～11中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比控制機構(gòu)包括計算均等地修正所有氣缸的空燃比的修正量的機構(gòu)，和計算修正特定氣缸的空燃比的修正量的機構(gòu)，其中，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，該頻率成分運算機構(gòu)計算從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到的信號的發(fā)動機轉(zhuǎn)速頻率的N/2次(N＝1，2，3，4，…)成分。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述頻率響應特性運算機構(gòu)包括頻率成分運算機構(gòu)，該頻率成分運算機構(gòu)計算從所述空燃比檢測機構(gòu)所得到信號的相應發(fā)動機轉(zhuǎn)速的頻率的至少1/2次成分。
15.根據(jù)權(quán)利要求12～14任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述診斷機構(gòu)包括頻率響應特性基準值運算機構(gòu)，其計算增益特性基準值以及相位特性基準值；和增益、相位比較機構(gòu)，其將由所述頻率成分運算機構(gòu)所計算的增益特性與所述增益特性基準值，以及由所述頻率成分運算機構(gòu)所計算的相位特性與所述相位特性基準值進行比較，其中，基于所述增益、相位比較機構(gòu)的比較結(jié)果診斷所述空燃比檢測機構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9～15中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，還包括參數(shù)修正量運算機構(gòu)，其基于所述診斷機構(gòu)的所述空燃比檢測機構(gòu)的診斷結(jié)果，計算在所述空燃比控制機構(gòu)中的空燃比控制參數(shù)的修正量。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比控制機構(gòu)，基于所述目標空燃比與所述檢測空燃比之間的差，進行PID控制以使所述混合氣的空燃比達到所述目標空燃比；所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)，計算所述PID控制的參數(shù)P、I、D增益中的至少一個增益的修正量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述所有氣缸的空燃比修正量運算機構(gòu)，基于由所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)所計算出的所述PID控制的參數(shù)P、I、D中的至少一個的增益修正量，修正所述P、I、D。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述參數(shù)修正量運算機構(gòu)，基于所述診斷機構(gòu)的診斷結(jié)果的所述空燃比檢測機構(gòu)的增益劣化度及響應性劣化度，計算所述PID控制參數(shù)P、I、D增益的修正量。
20.根據(jù)權(quán)利要求9～15中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，包括第一信號，其基于所述診斷機構(gòu)的所述空燃比檢測機構(gòu)的診斷結(jié)果從所述空燃比檢測機構(gòu)而得到；第二信號，其基于所述第一信號與檢測空燃比修正量而計算出來；檢測空燃比修正量運算機構(gòu)，其基于所述第二信號計算出檢測空燃比的修正量；和檢測空燃比修正機構(gòu)，其基于由所述檢測空燃比修正機構(gòu)所計算出的檢測空燃比修正量，修正從所述空燃比檢測機構(gòu)輸入到所述空燃比控制機構(gòu)的信號所表示的檢測空燃比。
21.根據(jù)權(quán)利要求9～20中的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比控制機構(gòu)基于從所述空燃比檢測機構(gòu)得到的信號進行空燃比反饋控制，在該空燃比反饋控制中，求得將所述混合氣的空燃比在比理論空燃比濃的側(cè)修正的濃修正期間的同時，還求得在比理論空燃比稀側(cè)進行修正的稀修正期間，根據(jù)所述濃修正期間和所述稀修正期間求得濃/稀周期，所述診斷機構(gòu)根據(jù)所述濃/稀周期以及所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算出的增益特性及相位特性來診斷所述空燃比檢測機構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求2～21的任一項所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，包括基于由所述頻率響應特性運算機構(gòu)所計算出的頻率響應特性診斷所述空燃比檢測機構(gòu)以外的特性的機構(gòu)；和診斷對象判斷機構(gòu)，其基于發(fā)動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷診斷對象是所述空燃比檢測機構(gòu)還是除此之外的機構(gòu)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的發(fā)動機的控制裝置，其特征在于，所述空燃比檢測機構(gòu)以外的特性，為所述空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)的特性、燃料的特性以及燃燒特性中的至少一個。
24.一種汽車，其特征在于，搭載權(quán)利要求1～23中的任一項中所述的發(fā)動機控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制裝置，其能夠高精度診斷空燃比傳感器的劣化模式(增益劣化、響應性劣化)及其劣化度，基于該診斷結(jié)果能夠優(yōu)化空燃比反饋控制。本發(fā)明包括計算從空燃比調(diào)節(jié)機構(gòu)(30)到空燃比傳感器(52)的頻率響應特性的機構(gòu)(140)，基于頻率響應特性的增益特性和相位特性診斷空燃比傳感器(52)。基于該診斷結(jié)果，優(yōu)化空燃比反饋控制(PI控制)的參數(shù)(P增益、I增益)。
文檔編號F02D41/22GK1637255SQ20041008173
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者中川慎二, 飯星洋一, 倉島芳國, 堀俊雄 申請人:株式會社日立制作所