(57)【要約】【課題】  ノイズに対するロバスト性が高く、空燃比検出手段が排気通路における触媒上流及び下流のいずれに配在されている場合であっても、該空燃比検出手段を高精度に診断することができる制御装置を提供する。【解決手段】  排気通路（４０）に空燃比検出手段（５１）が配在されているエンジンの制御装置であって、前記空燃比検出手段（５１）の出力信号から所定周波数帯域の信号成分を抽出するバンドパスフィルタ等の所定周波数帯域成分抽出手段（２２０）と、前記所定周波数帯域の信号成分の振幅もしくはパワーを演算する振幅／パワー演算手段（２３１）と、前記振幅もしくはパワーに基づいて、前記空燃比検出手段を診断する診断手段（２３０）と、を備えてなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比検出手段を備えたエンジンの制御装置であって、前記空燃比検出手段の出力信号から所定周波数帯域の信号成分を抽出する所定周波数帯域成分抽出手段と、前記所定周波数帯域の信号成分の振幅もしくはパワーを演算する振幅／パワー演算手段と、前記振幅もしくはパワーに基づいて、前記空燃比検出手段を診断する診断手段と、備えていることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記所定周波数帯域成分抽出手段は、前記空燃比検出手段の出力信号の所定周波数帯域のみを通過させる帯域通過型フィルタからなっていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定周波数帯域成分抽出手段は、フーリエ変換により、前記空燃比検出手段の出力信号から前記所定周波数帯域の信号成分を抽出するようにされていることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記空燃比検出手段は、前記排気通路における触媒下流に配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比検出手段は、広域の空燃比を検出可能なＡ／Ｆセンサであることを特徴とする１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記空燃比検出手段は、理論空燃比に対してリッチ及びリーンのいずれであるかを検出することができるＯ2センサであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
前記診断手段は、前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記診断手段は、前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下で、かつ、所定値Ｂ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御装置。
【請求項９】
前記診断手段は、所定期間における前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下となる回数ｎ１を演算する手段を備え、前記回数ｎ１が所定値Ｋ１以上のとき、前記空燃比検出手段の応答性が劣化したと判定することを特徴とする請求項７に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記診断手段は、所定期間における前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下で、かつ、所定値Ｂ以上となる回数ｎ２を演算する手段を備え、前記回数ｎ２が所定値Ｋ２以上のとき、前記空燃比検出手段の応答性が劣化したと判定することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１１】
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態に基づいて、前記振幅もしくはパワーの検出を許可するか否かを判定する診断許可判定手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１２】
前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、該空燃比制御手段は、前記振幅もしくはパワーに基づいて、空燃比制御パラメータを変更するようにされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の制御装置。
【請求項１３】
前記触媒下流に配在された空燃比検出手段の出力信号に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、該空燃比制御手段は、前記振幅もしくはパワーに基づいて、前記空燃比制御パラメータを変更するようにされていることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記空燃比制御手段の制御周期を演算する手段を備え、前記診断手段は、前記制御周期が所定値Ｃ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定することを特徴とする請求項１２に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記空燃比制御手段の制御周期を演算する手段を備え、前記診断手段は、前記制御周期が所定値Ｄ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定することを特徴とする請求項１３に記載の制御装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の制御装置が適用されたエンジンを搭載した自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に係り、特に、排気通路における触媒上流もしくは触媒下流に配在された空燃比検出手段を高精度に診断することができるようにされた制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排気規制が強化されつつある。エンジンから排出されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するために排気通路に三元触媒を取り付け、該触媒の高効率利用のために、排気通路における触媒上流のＡ／Ｆセンサ（もしくはＯ2センサ）に加えて、下流にもＯ2センサを用い、ロバスト性の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うのが一般的になりつつある。一方、北米、欧州、国内等においては、Ａ／Ｆセンサ及びＯ2センサの診断精度も高精度化が要求されつつあり、こうした背景からＡ／Ｆセンサ及びＯ2センサの応答性の劣化（低下）を検出するための方法が従来より幾つか提案されている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、センサ出力の時間微分値（出力変化速度）を求め、この時間微分値の平均値、標準偏差値あるいは最大値に基づいて、空燃比センサの応答性劣化を検出することが提案されている。すなわち、センサ応答性をセンサ出力変化速度から求めるものである。
【０００４】
さらに、下記特許文献２には、触媒下流の空燃比センサの応答性劣化を検出するため、センサ出力の時間微分値が所定値以上になる頻度に基づく手法が提案されている。しかしながら、微分器の特性は、周波数が高くなるにつれ、ゲインも高くなるため、ノイズの影響を受けやすく、検出精度の悪化を招くおそれがある。
【０００５】
一方、下記特許文献３には、空燃比Ｆ／Ｂ制御の高精度化を目的として、ノイズの影響低減のために、空燃比センサ出力の所定時間当たりの変化量が所定量より大きいときは、空燃比センサ出力に妥当性がないと判断し、出力値に補正を行い、制御用の信号とすることが提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−３１６４０号公報（第１〜６頁、図１〜図１７）
【特許文献２】特開平９−４４９６号公報（第１〜５頁、図１〜図７）
【特許文献３】特開平６−２２９２９５号公報（第１〜１１頁、図１〜図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記のように、センサの応答性劣化を診断する場合、出力信号の変化速度に基づいて行うことが合理的であるが、微分器を用いるため、ノイズの影響を受け、誤診断を招く可能性がある。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ノイズに対するロバスト性が高く、空燃比検出手段が排気通路における触媒上流及び下流のいずれに配在されている場合であっても、該空燃比検出手段を高精度に診断することができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成すべく、本発明に係るエンジンの制御装置の第１態様は、空燃比検出手段を備えたエンジンに適用されるもので、前記空燃比検出手段の出力信号から所定周波数帯域の信号成分を抽出する所定周波数帯域成分抽出手段と、前記所定周波数帯域の信号成分の振幅もしくはパワーを演算する振幅／パワー演算手段と、前記振幅もしくはパワーに基づいて、前記空燃比検出手段を診断する診断手段と、備えていることを特徴としている（図１参照）。
【０００９】
すなわち、図１７に示されるように、Ｏ2センサ等の空燃比検出手段の出力は、それが正常であるとき（応答性正常時）と、それが劣化しているとき（応答性劣化時）とでは異なる。図１８は、応答性正常時と応答性劣化時のそれぞれにおける出力信号を周波数解析した結果であるが、特定帯域の周波数のパワー（応答性指数）が異なることがわかる。したがって、空燃比検出手段の応答性に関わる部分のみの帯域を抽出し、該帯域の信号成分の振幅（もしくはパワー）に基づいて、空燃比検出手段を診断（応答性劣化判定）することができる。
【００１０】
本発明に係る制御装置の第２態様は、前記所定周波数帯域成分抽出手段は、前記空燃比検出手段の出力信号の所定周波数帯域のみを通過させる帯域通過型フィルタで構成される（図２参照）。
【００１１】
すなわち、帯域通過型フィルタ（以下バンドパスフィルタ）を用い、空燃比検出手段の応答性に関わる部分のみの帯域を抽出し、該帯域の信号成分の振幅（もしくはパワー）に基づいて、空燃比検出手段の診断（応答性劣化判定）を行う。具体的には、図１６に示されるように、空燃比検出手段の周波数特性において、バンドパスフィルタの通過帯域を、応答性正常時と応答性劣化時でゲイン特性が異なる領域に設定する。このように通過帯域を設定することで、高周波ノイズの影響を受けることなく応答劣化によるゲイン低下を検出することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る制御装置の第３態様は、前記所定周波数帯域成分抽出手段は、フーリエ変換により、前記空燃比検出手段の出力信号から前記所定周波数帯域の信号成分を抽出するようにされる（図３参照）。
【００１３】
すなわち、図１８に示されるように、フーリエ変換を用いて、空燃比検出手段の応答性に関わる部分のみの帯域を抽出し、該帯域の信号成分の振幅（もしくはパワー）に基づいて応答性劣化を判定する。このように通過帯域を設定することで、高周波ノイズの影響を受けることなく応答劣化によるゲイン低下を検出することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る制御装置の第４態様は、前記空燃比検出手段は、前記排気通路における触媒下流に配在される（図４参照）。
【００１５】
本発明に係る制御装置の第５態様は、前記空燃比検出手段は、広域の空燃比を検出可能なＡ／Ｆセンサとされる（図５参照）。
【００１６】
本発明に係る制御装置の第６態様は、前記空燃比検出手段は、理論空燃比に対してリッチ及びリーンのいずれであるかを検出することができるＯ2センサとされる（図６参照）。
【００１７】
本発明に係る制御装置の第７態様は、前記診断手段は、前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定するようにされる（図７参照）。
【００１８】
すなわち、応答性が劣化すると、図１６に示されるように、前記バンドパスフィルタ通過後の信号の振幅（パワー）は、低下することがわかる。したがって、該信号の振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下のとき、空燃比検出手段の応答性が劣化したと判定する。
【００１９】
本発明に係る制御装置の第８態様は、前記診断手段は、前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下で、かつ、所定値Ｂ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定するようにされる（図８参照）。
【００２０】
すなわち、空燃比検出手段の入力に相当する排ガス中の酸素濃度は必ずしも振幅を持った振動波形になるとは限らす、特に、触媒下流の場合は、触媒内のＯ2貯蔵、脱離機能の影響もあって排ガス中の酸素濃度は安定している。この場合、空燃比検出手段の応答性は正常であっても、前記バンドパスフィルタ通過後の信号の振幅（パワー）は小さくなり、応答性劣化と誤診断する可能性がある。このことから、パワーが所定値Ｂ以上の条件を追加することにより、排ガス中の酸素濃度が安定しているときの誤診断を防ぐことができる。
【００２１】
本発明に係る制御装置の第９態様は、第７態様の構成において、前記診断手段は、所定期間における前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下となる回数ｎ１を演算する手段を備え、前記回数ｎ１が所定値Ｋ１以上のとき、前記空燃比検出手段の応答性が劣化したと判定するようにされる（図９参照）。
【００２２】
すなわち、第９態様の構成において、空燃比検出手段の応答性が劣化した場合、前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下となるが、診断を車両走行中に行う場合、空燃比検出手段の入力信号を診断精度が高くなる所望の仕様にできないことがある。これに鑑み、本態様では、十分な診断期間もしくは診断機会を確保し、確率的に診断するようにされる。
【００２３】
本発明に係る制御装置の第１０態様は、第８態様の構成において、前記診断手段は、所定期間における前記振幅もしくはパワーが所定値Ａ以下で、かつ、所定値Ｂ以上となる回数ｎ２を演算する手段を備え、前記回数ｎ２が所定値Ｋ２以上のとき、前記空燃比検出手段の応答性が劣化したと判定するようにされる（図１０参照）。
【００２４】
すなわち、第９態様と同様の事情に鑑み、第８態様の構成において、十分な診断期間もしくは診断機会を確保し、確率的に診断するようにされる。
【００２５】
本発明に係る制御装置の第１１態様は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態に基づいて、前記振幅もしくはパワーの検出を許可するか否かを判定する診断許可判定手段と、を備える（図１１参照）。
【００２６】
すなわち、空燃比検出手段の出力信号である排ガス中の酸素濃度の周波数成分が、図１６に示されるように、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する帯域で大きくなる領域で診断を行うのが精度の観点で望ましい。一般に、排ガス中の酸素濃度（空燃比）の振動周波数は、エンジンの運転状態に応じて変化する。このことから、例えば、エンジン回転数、吸入空気量などのエンジンの運転状態を検出し、診断のＳ／Ｎ比が高い領域で診断を行う。
【００２７】
本発明に係る制御装置の第１２態様は、前記空燃比検出手段の出力信号に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、該空燃比制御手段は、前記振幅もしくはパワーに基づいて、空燃比制御パラメータを変更するようにされる（図１２参照）。
【００２８】
すなわち、空燃比検出手段の出力に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御を行う場合、Ｆ／Ｂ制御のパラメータの最適値は、前記空燃比検出手段の応答性に応じる。したがって、前記バンドパスフィルタ通過後の信号の振幅（パワー）から、空燃比検出手段の応答性を検出し、Ｆ／Ｂ制御のパラメータを適応させることで、常時、Ｆ／Ｂ制御の安定性を維持しつつ、応答性を確保することができる。
【００２９】
本発明に係る制御装置の第１３態様は、第４態様の構成において、前記触媒下流に配在された空燃比検出手段の出力信号に基づいて、燃焼に供される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備え、該空燃比制御手段は、前記振幅もしくはパワーに基づいて、前記空燃比制御パラメータを変更するようにされる（図１３参照）。
【００３０】
すなわち、第１２態様と同様に、触媒下流の空燃比検出手段の応答性に応じて、触媒下流の空燃比検出手段を用いて行う空燃比Ｆ／Ｂ制御のパラメータを適応させる。
【００３１】
本発明に係る制御装置の第１４態様は、第１２態様の構成において、前記空燃比制御手段の制御周期を演算する手段を備え、前記診断手段は、前記制御周期が所定値Ｃ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定するようにされる（図１４参照）。
【００３２】
すなわち、空燃比検出手段の応答性に応じて、該空燃比検出手段を用いて行う空燃比Ｆ／Ｂ制御のパラメータを適応させると、Ｆ／Ｂ制御周期が長くなる。したがって、Ｆ／Ｂ制御周期を計測することで、空燃比検出手段の応答性劣化を間接的に検出することが可能となる。
【００３３】
本発明に係る制御装置の第１５態様は、第１３態様の構成において、前記空燃比制御手段の制御周期を演算する手段を備え、前記診断手段は、前記制御周期が所定値Ｄ以上のとき、前記空燃比検出手段が劣化したと判定するようにされる（図１５参照）。
【００３４】
すなわち、第１４態様と同様に、触媒下流の空燃比検出手段の応答性に応じて、該触媒下流の空燃比検出手段を用いて行う空燃比Ｆ／Ｂ制御のパラメータを適応させると、Ｆ／Ｂ制御周期が長くなる。したがって、Ｆ／Ｂ制御周期を計測することで、空燃比検出手段の応答性劣化を間接的に検出することが可能となる。
【００３５】
一方、本発明に係る自動車は、前記制御装置が適用されたエンジンを搭載していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る制御装置は、例えばバンドパスフィルタ等の所定周波数帯域抽出手段を用いて、空燃比検出手段の応答性に関わる部分のみの帯域を抽出し、該帯域の信号成分の振幅（もしくはパワー）に基づいて、空燃比検出手段の診断（応答性劣化判定）を行うようにされ、この際、空燃比検出手段の周波数特性において、バンドパスフィルタの通過帯域を、応答性正常時と応答性劣化時でゲイン特性が異なる領域に設定することにより、高周波ノイズの影響を受けることなく応答性劣化によるゲイン低下を検出することが可能となり、その結果、高周波ノイズによる誤診断を回避でき、ノイズに対するロバスト性が高く、空燃比検出手段が排気通路における触媒上流及び下流のいずれに配在されている場合であっても、該空燃比検出手段を高精度に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
［第１実施形態］
図１９は、本発明に係る制御装置の第１実施形態を、それが適用された車載用エンジンの一例と共に示す概略構成図である。
【００３８】
図示のエンジン１０は、例えば４つの気筒＃１、＃２、＃３、＃４を有する多気筒エンジンであって、シリンダ１２と、このシリンダ１２の各気筒＃１、＃２、＃３、＃４内に摺動自在に嵌挿されたピストン１５と、を有し、該ピストン１５上方には燃焼室１７が画成される。燃焼室１７には、点火プラグ３５が臨設されている。
【００３９】
燃料の燃焼に供せられる空気は、吸気通路２０の始端部に設けられたエアクリーナ２１から取り入れられ、エアフローセンサ２４を通り、電制スロットル弁２５を通ってコレクタ２７に入り、このコレクタ２７から前記吸気通路２０の下流端（吸気ポート）に配在された吸気弁２８を介して各気筒#１、#２、#３、#４の燃焼室１７に吸入される。また、前記吸気通路２０の下流部分（分岐通路部）には、燃料噴射弁３０が臨設されている。
【００４０】
燃焼室１７に吸入された空気と燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気は、点火プラグ３５により点火されて爆発燃焼せしめられ、その燃焼廃ガス（排気）は、燃焼室１７から排気弁４８を介して排気通路４０の上流部分を形成する個別通路部に排出され、その個別通路部から排気集合部を通って排気通路４０に配備された三元触媒５０に流入して浄化された後、外部に排出される。
【００４１】
また、排気通路４０における三元触媒５０より下流側にはＯ2センサ５２が配在され、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部にはＡ／Ｆセンサ５１が配在されている。
【００４２】
前記Ａ／Ｆセンサ５１は、排気中に含まれる酸素の濃度に対して線形の出力特性を持つ。排気中の酸素濃度と空燃比の関係はほぼ線形になっており、したがって、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ５１により、前記排気集合部における空燃比を求めることが可能となる。また、前記Ｏ2センサ５２からの信号により、三元触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチ及びリーンのいずれであるかを求めることができる。
【００４３】
また、燃焼室１７から排気通路４０に排出された排気ガスの一部は、必要に応じてＥＧＲ通路４１を介して吸気通路２０に導入され、吸気通路２０の分岐通路部を介して各気筒の燃焼室１７に還流される。前記ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ率を調整するためのＥＧＲバルブ４２が介装されている。
【００４４】
そして、本実施形態の制御装置１においては、エンジン１０の種々の制御を行うため、マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット１００が備えられている。
【００４５】
コントロールユニット１００は、基本的には、図２０に示される如くに、ＣＰＵ１０１、入力回路１０２、入出力ポート１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０５等で構成される。
【００４６】
コントロールユニット１００には、入力信号として、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量に応じた信号、スロットルセンサ２８により検出されるスロットル弁２５の開度に応じた信号、クランク角センサ（エンジン回転数センサ）３７から得られるクランクシャフト１８の回転（エンジン回転数）・位相をあらわす信号、排気通路４０における三元触媒５０より下流側に配在されたＯ2センサ５２により検出される排気中の酸素濃度に応じた信号、排気通路４０における触媒５０より上流側の排気集合部に配在されたＡ／Ｆセンサ５１により検出される酸素濃度（空燃比）に応じた信号、シリンダ１２に配設された水温センサ１９により検出されるエンジン冷却水温に応じた信号、アクセルセンサ３６から得られるアクセルペダル３９の踏み込み量（運転者の要求トルクを示す）に応じた信号等が供給される。
【００４７】
コントロールユニット１００においては、Ａ／Ｆセンサ５１、Ｏ2センサ５２、スロットルセンサ２８、エアフローセンサ２４、クランク角センサ３７、水温センサ１６、及びアクセルセンサ３６、等の各センサの出力が入力され、入力回路１０２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート１０３に送られる。入力ポートの値はＲＡＭ１０４に保管され、ＣＰＵ１０１内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ１０５に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ操作量を表す値はＲＡＭ１０４に保管された後、出力ポート１０３に送られる。
【００４８】
点火プラグ３５に対する作動信号は点火出力回路１１６内の一次側コイルの通流時はＯＮとなり、非通流時はＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時点である。出力ポート１０３にセットされた点火プラグ３５用の信号は点火出力回路１１６で点火に必要な十分なエネルギーに増幅され点火プラグ３５に供給される。また、燃料噴射弁３０の駆動信号は開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路１１７で燃料噴射弁３０を開弁するのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁３０に供給される。電制スロットル弁２５の目標開度を実現する駆動信号は、電制スロットル弁駆動回路１１８を経て、電制スロットル弁３０に送られる。
【００４９】
コントロールユニット１００では、Ａ／Ｆセンサ５１の出力信号から三元触媒５０上流の空燃比を算出し、Ｏ2センサ５２の出力信号から、三元触媒５０下流の酸素濃度もしくはストイキに対してリッチ及びリーンのいずれであるかを算出する。また、両センサ５１、５２の出力を用いて三元触媒５０の浄化効率が最適となるよう燃料噴射量もしくは吸入空気量を逐次補正するフィードバック制御を行う。
【００５０】
図２１は、コントロールユニット１００の処理内容（手段）を示す機能ブロック図であり、診断許可判定手段２１０、所定周波数帯域の信号成分を抽出するための手段であるバンドパスフィルタ２２０、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が劣化したかどうかを判定するためのセンサ診断手段２３０を備えている。
【００５１】
以下、各処理手段を詳細に説明する。
＜診断許可判定手段２１０＞
図２２は、診断許可判定手段２１０の処理内容を示す図である。水温センサ１９により検出される冷却水温Ｔｗｎが所定値Twndag以上、エンジン回転数センサ３７により検出されるエンジン回転数Ｎｅが所定値NedagH以下でかつ所定値NedagL以上、及び、エアフローセンサ２４により検出される吸入空気量Ｑａが所定値QadagH以下でかつ所定値QadagL以上のとき、劣化診断許可フラグFpdagを１とし、Ａ／Ｆセンサ５１の診断を行う。Twndag、NedagH、NedagL、QadagH、QadagLは、車両（エンジン）走行試験を行う等して、入力信号の振幅（パワー）がバンドパスフィルタ２２０の通過帯域において大きくなる運転状態とするのが診断精度向上の観点で望ましい（図１６参照）。
【００５２】
すなわち、Ａ／Ｆセンサ５１の出力信号である排ガス中の酸素濃度の周波数成分が、図１６に示されるように、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する帯域で大きくなる領域で診断を行うのが精度の観点で望ましい。一般に、排ガス中の酸素濃度（空燃比）の振動周波数は、エンジンの運転状態に応じて変化する。このことから、例えば、冷却水温、エンジン回転数、吸入空気量などのエンジンの運転状態を検出し、診断のＳ／Ｎ比が高い領域で診断を行う。
【００５３】
＜バンドパスフィルタ２２０＞
バンドパスフィルタ２２０は、図２３に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５１の出力ＲＡＢＦに対してＦＩＲもしくはＩＩＲフィルタで構成されるバンドパスフィルタ処理を行い、フィルタ出力をＲＡＢＦ＿ＦＩＬとする。ＦＩＲもしくはＩＩＲのどちらのフィルタ構成も、よく知られているように、各々一長一短があるので、実際の使用条件に応じ決めるのがよい。バンドパスフィルタ２２０の通過帯域及び遮断帯域は、図１８に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性に応じて決めるのがよい。すなわち、応答性正常時と応答性劣化時の差が最も大きくなるような帯域を通過帯域とするのが望ましい。フィルタの設計法については、多くの文献、書物があるので、ここでは詳述しない。
【００５４】
＜センサ診断手段２３０＞
図２４は、センサ診断手段２３０の処理内容を示す図である。前記診断許可判定手段２１０で演算される劣化診断許可フラグFpdagが１のとき、バンドパスフィルタ２２０で（今回）演算されたＲＡＢＦ＿ＦＩＬと前回演算されたＲＡＢＦ＿ＦＩＬとの差分をとり、その差分の絶対値をＦＩＬ＿ＡＢＳとする。なお、差分をとるのは、直流分をなくし、振幅分のみを抽出するためである。バンドパスフィルタ２２０通過後の信号に対して差分をとるので、高周波成分が増幅されることはない。ＦＩＬ＿ＡＢＳを所定期間積算した値をＡＢＳ＿ＳＵＭとし、劣化診断許可フラグが１で、かつ、ＡＢＳ＿ＳＵＭがＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下のとき、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が劣化したと判定し、例えば警告灯を点灯するなどする。ＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ及びＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈは、車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度の応じて決めるのがよい。
【００５５】
また、所定期間中にＡＢＳ＿ＳＵＭがＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下となる成立回数ｎ２を演算しておき、ｎ２が所定値Ｋ２以下となったときに、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が劣化したと判定するのもよい（図１０参照）。Ｋ２も車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度に応じて決めるのがよい。
【００５６】
このように、本実施形態の制御装置１は、バンドパスフィルタ２２０を用いて、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性に関わる部分のみの帯域を抽出し、該帯域の信号成分の振幅（もしくはパワー）に基づいて、Ａ／Ｆセンサ５１の診断（応答性劣化判定）を行うようにされ、この際、Ａ／Ｆセンサ５１の周波数特性において、バンドパスフィルタ２２０の通過帯域を、応答性正常時と応答性劣化時でゲイン特性が異なる領域に設定するようにされるので、高周波ノイズの影響を受けることなく応答性劣化によるゲイン低下を検出することが可能となり、その結果、高周波ノイズによる誤診断を回避でき、ノイズに対するロバスト性が高く、センサが排気通路４０における触媒５０の上流及び下流のいずれに配在されている場合であっても、該センサを高精度に診断することができる。
【００５７】
［第２実施形態］
本第２実施形態では、触媒５０下流のＯ2センサ５２を診断する。具体的には、第１実施形態におけるＡ／Ｆセンサ５１の代わりに、Ｏ2センサ５２の出力信号用いて、同様の処理を行う。第２実施形態の各部の構成は、前述した第１実施形態（図１９〜図２４）のものと、基本的には同じであるが、バンドパスフィルタ２２０の入力信号が、第１実施形態の場合、Ａ／Ｆセンサ５１の出力信号であるのに対して、本実施形態ではＯ2センサ５２の出力信号である。以下各処理手段の詳細を説明する。
【００５８】
＜診断許可判定手段２１０＞
本第２実施形態の診断許可判定手段２１０は、第１実施形態（図２２参照）と同じであるので、詳述しないが、Twndag、NedagH、NedagL、QadagH、QadagLは、第１実施形態と同じ値にはならない。
【００５９】
＜バンドパスフィルタ２２０＞
第１実施形態においては、Ａ／Ｆセンサ５１の出力がフィルタ入力になるが、本第２実施形態では、Ｏ2センサ５２の出力を用いる（図２３参照）。Ｏ2センサ５２の出力ＶＲＯ２をＦＩＲもしくはＩＩＲフィルタで構成されるバンドパスフィルタ処理を行い、フィルタ出力をＶＲＯ２＿ＦＩＬとする。ＦＩＲもしくはＩＩＲのどちらのフィルタ構成も、よく知られているように、各々一長一短があるので、実際の使用条件に応じ決めるのがよい。バンドパスフィルタの通過帯域及び遮断帯域は、図１８に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性に応じて決めるのがよい。すなわち、応答性正常時と応答性劣化時の差がもっとも大きくなるような帯域を通過帯域とするのが望ましい。フィルタの設計法については、多くの文献、書物があるので、ここでは詳述しない。
【００６０】
＜センサ診断手段２３０＞
本センサ診断手段２３０では、第１実施形態（図２４参照）と同様に、診断許可判定手段２１０で演算される劣化診断許可フラグFpdagが１のとき、バンドパスフィルタ２２０で（今回）演算されたＶＲＯ２＿ＦＩＬと前回演算されたＶＲＯ２＿ＦＩＬとの差分をとり、その差分の絶対値をＦＩＬ＿ＡＢＳ２とする。なお、差分をとるのは、直流分をなくし、振幅分のみを抽出するためである。バンドパスフィルタ２２０通過後の信号に対して差分をとるので、高周波成分が増幅されることはない。ＦＩＬ＿ＡＢＳ２を所定期間積算した値をＡＢＳ＿ＳＵＭ２とし、劣化診断許可フラグが１で、かつ、ＡＢＳ＿ＳＵＭ２がＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下のとき、応答性が劣化したと判断し、例えば警告灯を点灯するなどする。ＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ及びＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈは、車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度の応じて決めるのがよく、必ずしも実施例１とは一致しない。
【００６１】
また、図１０に記載のように、所定走行期間中にＡＢＳ＿ＳＵＭ２がＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下となる成立回数ｎ２を演算しておき、ｎ２が所定値Ｋ２以下となったときに、応答性が劣化と判定するのもよい。Ｋ２も車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度に応じて決めるのがよい。
【００６２】
［第３実施形態］
前記の如くにして、Ａ／Ｆセンサ５１もしくはＯ2センサ５２の診断（応答性劣化判定）を行うことに加えて、本第３実施形態では、触媒５０上流のＡ／Ｆセンサ５１の応答性の診断結果に基づいて、Ａ／Ｆセンサ５１を用いた空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御のパラメータチューニングを行う。
【００６３】
図２５は、Ａ／Ｆセンサ５１出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うＦ／Ｂ制御手段２５０の処理内容を示す図である。目標空燃比ＴＲＡＢＦとＡ／Ｆセンサ５１の出力ＲＡＢＦとの偏差ＤＲＡＢＦに基づいてＰＩ制御により空燃比補正項ＬＡＭＢＤＡを求める。図中にはないが、空燃比補正項ＬＡＭＢＤＡは、燃料噴射量に乗じられ、燃焼に供せられる混合気の空燃比が適宜補正される。さらに、図２４のセンサ診断手段２３０で演算されるＡＢＳ＿ＳＵＭに基づいて、Ｐゲイン及びＩゲインが調整されるようになっている。すなわち、ＡＢＳ＿ＳＵＭはＡ／Ｆセンサ５１の応答性を表す指数である。
【００６４】
Ａ／Ｆセンサ５１によるＦ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインの最適値は系の応答性に依存するが、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が変化すると系の応答性もそれに応じて変化し、Ｆ／Ｂゲインの最適値も変化する。少なくともＡ／Ｆセンサ５１の応答性を表すＡＢＳ＿ＳＵＭに基づいて、Ｆ／Ｂゲインを最適値にオンラインチューニングするものである。なお、ＡＢＳ＿ＳＵＭとＰゲイン及びＩゲインの最適値は、理論的に決めることもできるが、実験結果から決めるのもよい。
【００６５】
すなわち、Ａ／Ｆセンサ５１（もしくはＯ2センサ５２）の出力に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御を行う場合、Ｆ／Ｂ制御のパラメータの最適値は、センサの応答性に応じる。したがって、前記バンドパスフィルタ通過後の信号の振幅（パワー）から、センサの応答性を検出し、Ｆ／Ｂ制御のパラメータを適応させることで、常時、Ｆ／Ｂ制御の安定性を維持しつつ、応答性を確保することができる。
【００６６】
［第４実施形態］
本第４実施形態では、触媒５０下流のＯ2センサ５２の応答性の診断結果に基づいて、Ｏ2センサ５２を用いた空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御のパラメータチューニングを行う。
【００６７】
図２６は、Ｏ2センサ５２出力に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うＦ／Ｂ制御手段２６０の処理内容を示す図である。第３実施形態でのＡ／Ｆセンサ５１出力に基づくＦ／Ｂ制御に加えて、目標空燃比空燃比ＴＲＡＢＦをＯ2センサ５２出力ＶＲＯ２と目標ＶＲＯ２であるＴＶＲＯ２に基づいてＰＩ制御により求める。図中にはないが、ＴＲＡＢＦは、２値センサであるＯ2センサ５２を用いた特有のＰＩ制御で演算される。Ｏ2センサ５２を用いたＰＩ制御の詳細は多くの資料があるのでここでは詳述しない。さらに第２実施形態（図２４）のセンサ診断手段２３０で演算されるＡＢＳ＿ＳＵＭ２に基づいて、Ｐゲイン及びＩゲインが調整されるようになっている。すなわち、ＡＢＳ＿ＳＵＭ２はＯ2センサ５２の応答性を表す指数である。Ｏ2センサ５２によるＦ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインの最適値は系の応答性に依存するが、Ｏ2センサ５２の応答性が変化すると系の応答性もそれに応じて変化し、Ｆ／Ｂゲインの最適値も変化する。少なくともＯ2センサ５２の応答性を表すＡＢＳ＿ＳＵＭ２に基づいて、Ｆ／Ｂゲインを最適値にオンラインチューニングするものである。
【００６８】
なお、ＡＢＳ＿ＳＵＭ２とＰゲイン及びＩゲインの最適値は、理論的に決めることもできるが、実験結果から決めるのもよい。第３実施形態と第４実施形態を組み合わせることで、Ａ／Ｆセンサ５１出力に基づくＦ／Ｂ制御及びＯ2センサ５２に基づくＦ／Ｂ制御の双方のＰゲイン及びＩゲインをオンラインチューニングするのもよい。
【００６９】
［第５実施形態］
本第５実施形態では、Ａ／Ｆセンサ５１を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御周期に基づく該Ａ／Ｆセンサ５１の診断（応答性劣化判定）を行うようにされる。
【００７０】
前記第３実施形態において、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性に基づいて、Ａ／Ｆセンサ５１を用いたＦ／Ｂ制御のＰゲイン及びＩゲインがオンラインチューニングされると、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が劣化（低下）するにつれ、Ｐゲイン及びＩゲインが小さくなり、Ｆ／Ｂ制御周期が長くなる。このＦ／Ｂ制御周期を図１４のように検出し、この制御周期が所定値Ｃ以上となったら、Ａ／Ｆセンサ５１の応答性が劣化したと判定する。なお、Ｆ／Ｂ制御周期を検出する手法としては、Ｆ／Ｂ制御の補正値がリッチ側補正にある時間とリーン側補正にある時間の周期とで求める方法等がある。
【００７１】
［第６実施形態］
本第６実施形態では、Ｏ2センサ５２を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御周期に基づく該Ｏ2センサ５２の診断（応答性劣化判定）を行うようにされる。
【００７２】
前記第４実施形態において、Ｏ2センサ５２の応答性に基づいて、Ｏ2センサ５２を用いたＦ／Ｂ制御のＰゲイン及びＩゲインがオンラインチューニングされると、Ｏ2センサ５２の応答性が劣化するにつれ、Ｐゲイン及びＩゲインが小さくなり、Ｆ／Ｂ制御周期が長くなる。このＦ／Ｂ制御周期を図１５のように検出し、この制御周期が所定値Ｄ以上となったら、Ｏ2センサ５２の応答性が劣化したと判定する。なお、なお、Ｆ／Ｂ制御周期を検出する手法としては、Ｆ／Ｂ制御の補正値がリッチ側補正にある時間とリーン側補正にある時間の周期とで求める方法等がある。
【００７３】
［第７実施形態］
図２７は、第７実施形態におけるコントロールユニット１００の処理内容（手段）を示す機能ブロック図であり、診断許可判定手段３１０、所定周波数帯域の信号成分を抽出（検出）するための手段であるＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部３２０、Ａ／Ｆセンサ５１（もしくはＯ2センサ５２）の応答性が劣化したかどうかを判定するためのセンサ診断手段３３０を備えている。
【００７４】
前記診断許可判定手段３１０は、第１実施形態のもの（図２１参照）と同じであるので詳細説明を省略し、以下においては、ＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部３２０とセンサ診断手段３３０を詳細に説明する。
【００７５】
＜ＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部３２０＞
ＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部３２０は、図２８に示されるように、所定周波数帯域のパワーをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）３２２を用いて求める。差分器３２１により、Ａ／Ｆセンサ５１の出力信号ＲＡＢＦもしくはＯ2センサ５２の出力信号ＶＲＯ２に基づき、今回演算値と前回演算値との差分を求め、この差分に対してＦＦＴもしくはＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理（フーリエ変換）を行い、所定周波数帯域のパワーを求め、ＲＡＢＦ＿ＦＩＬ（ＶＲＯ２＿ＦＩＬ）とする。ＦＦＴ（ＤＦＴ）３２２による抽出周波数帯域は、図１８に示されるように、Ａ／Ｆセンサ５１（もしくはＯ2センサ５２）の応答性に応じて決めるのがよい。すなわち、応答性正常時と応答性劣化時の差がもっとも大きくなるような帯域を抽出帯域とするのが望ましい。
【００７６】
＜センサ診断手段３３０＞
図２９は、センサ診断手段３３０の処理内容を示す図である。診断許可判定手段３１０で演算される劣化診断許可フラグFpdagが１のとき、ＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部３２０で演算されたＲＡＢＦ＿ＦＩＬ（ＶＲＯ２＿ＦＩＬ）を所定期間積算した値をＡＢＳ＿ＳＵＭ（ＡＢＳ＿ＳＵＭ２）とし、劣化診断許可フラグが１で、かつ、ＡＢＳ＿ＳＵＭ（ＡＢＳ＿ＳＵＭ２）がＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下のとき、Ａ／Ｆセンサ５１（もしくはＯ2センサ５２）の応答性が劣化したと判定し、例えば警告灯を点灯するなどする。ＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ及びＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈは、車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度の応じて決めるのがよく、必ずしもＡ／Ｆセンサ５１使用時とＯ2センサ５２使用時では一致しない。
【００７７】
また、所定期間中にＡＢＳ＿ＳＵＭ（ＡＢＳ＿ＳＵＭ２）がＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｌ以上かつＡＢＳ＿ＳＵＭ＿Ｈ以下となる成立回数ｎ２を演算しておき、ｎ２が所定値Ｋ２以下となったときに、応答性が劣化と判定するのもよい（図１０参照）。Ｋ２も車両（エンジン）の特性及び目標とする診断精度に応じて決めるのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る制御装置の第１態様の説明に供される図。
【図２】本発明に係る制御装置の第２態様の説明に供される図。
【図３】本発明に係る制御装置の第３態様の説明に供される図。
【図４】本発明に係る制御装置の第４態様の説明に供される図。
【図５】本発明に係る制御装置の第５態様の説明に供される図。
【図６】本発明に係る制御装置の第６態様の説明に供される図。
【図７】本発明に係る制御装置の第７態様の説明に供される図。
【図８】本発明に係る制御装置の第８態様の説明に供される図。
【図９】本発明に係る制御装置の第９態様の説明に供される図。
【図１０】本発明に係る制御装置の第１０態様の説明に供される図。
【図１１】本発明に係る制御装置の第１１態様の説明に供される図。
【図１２】本発明に係る制御装置の第１２態様の説明に供される図。
【図１３】本発明に係る制御装置の第１３態様の説明に供される図。
【図１４】本発明に係る制御装置の第１４態様の説明に供される図。
【図１５】本発明に係る制御装置の第１５態様の説明に供される図。
【図１６】空燃比検出手段の応答性正常時、応答性劣化時の周波数特性及びバンドパスフィルタの通過帯域を示す図。
【図１７】空燃比検出手段（Ｏ2センサ）の応答性正常時と応答性劣化時の出力信号を示す図。
【図１８】空燃比検出手段（Ｏ2センサ）の応答性正常時と応答性劣化時の周波数解析結果を示す図。
【図１９】本発明に係る制御装置の第１実施形態をそれが適用されたエンジンと共に示す概略構成図。
【図２０】第１実施形態におけるコントロールユニットの内部構成図。
【図２１】第１実施形態におけるコントロールユニットの処理内容の説明に供される機能ブロック図。
【図２２】第１実施形態における診断許可判定手段の説明に供される図。
【図２３】第１実施形態におけるバンドパスフィルタの説明に供される図。
【図２４】第１実施形態におけるセンサ診断手段の説明に供される図。
【図２５】第３実施形態におけるＡ／Ｆセンサ出力に基づくＦ／Ｂ制御手段の説明に供される図。
【図２６】第４実施形態におけるＯ2センサ出力に基づくＦ／Ｂ制御手段の説明に供される図。。
【図２７】第７実施形態におけるコントロールユニットの処理内容の説明に供される機能ブロック図。
【図２８】第７実施形態におけるＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部の説明に供される図。
【図２９】第７実施形態におけるセンサ診断手段の説明に供される図。
【符号の説明】
【００７９】
１    制御装置
１０  エンジン
１７  燃焼室
１９  水温センサ
２０  吸気通路
２１  エアクリーナ
２４  エアフローセンサ
２５  電制スロットル弁
２８  スロットル開度センサ
３０  燃料噴射弁
３５  点火プラグ
３７  クランク角（エンジン回転数）センサ
３９  アクセル開度センサ
４０  排気通路
５０  三元触媒
５１  Ａ／Ｆセンサ
５２  酸素センサ
１００  コントロールユニット
２１０  診断許可判定手段
２２０  バンドパスフィルタ（所定周波数帯域成分抽出手段）
２３０  センサ診断手段
２５０  空燃比Ｆ／Ｂ制御手段
３１０  診断許可判定手段
３２０  ＦＦＴ（ＤＦＴ）演算部
３３０  センサ診断手段
【図１】
2005240618.tif 000003
【図２】
2005240618.tif 000004
【図３】
2005240618.tif 000005
【図４】
2005240618.tif 000006
【図５】
2005240618.tif 000007
【図６】
2005240618.tif 000008
【図７】
2005240618.tif 000009
【図８】
2005240618.tif 000010
【図９】
2005240618.tif 000011
【図１０】
2005240618.tif 000012
【図１１】
2005240618.tif 000013
【図１２】
2005240618.tif 000014
【図１３】
2005240618.tif 000015
【図１４】
2005240618.tif 000016
【図１５】
2005240618.tif 000017
【図１６】
2005240618.tif 000018
【図１７】
2005240618.tif 000019
【図１８】
2005240618.tif 000020
【図１９】
2005240618.tif 000021
【図２０】
2005240618.tif 000022
【図２１】
2005240618.tif 000023
【図２２】
2005240618.tif 000024
【図２３】
2005240618.tif 000025
【図２４】
2005240618.tif 000026
【図２５】
2005240618.tif 000027
【図２６】
2005240618.tif 000028
【図２７】
2005240618.tif 000029
【図２８】
2005240618.tif 000030
【図２９】
2005240618.tif 000031