(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの気筒毎に空燃比を制御する手段と、排気管集合部の空燃比に比例した出力をする空燃比検出手段と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御する手段と、気筒毎の空燃比が不均一となる制御下において前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分から前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出する手段と、を有するエンジンの自己診断装置であって、
前記空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーから前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出することを特徴とするエンジンの自己診断装置。
【請求項２】
前記空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーが所定値以下であると前記空燃比検出手段の応答性異常と判断する手段を有していることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの自己診断装置。
【請求項３】
前記空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたことを報知する手段を有していることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの自己診断装置。
【請求項４】
前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分からエンジンが冷機時は燃料の性状を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のエンジンの自己診断装置。
【請求項５】
請求項２に記載のエンジンの自己診断装置を有し、前記空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたときには前記空燃比検出手段から得られる信号に基づいて行う制御を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載のエンジンの自己診断装置を有し、前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいてエンジンの運転パラメータを制御する手段を有していることを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車輌で使用されるエンジン（内燃機関）の自己診断装置および制御装置に係り、特に、空燃比検出装置の異常を自己診断する自己診断装置および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンから排出される排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するために、排気通路の途中に三元触媒コンバータを取り付けることが従来より行われている。三元触媒コンバータは、図２０に示されているように、理論空燃比近傍においてのみ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの三成分を高い効率で浄化する特性を有している。
【０００３】
このため、エンジンの空燃比制御システムにおいて、図２１に示されているように、理論空燃比にてセンサ出力が急激に変化する出力特性をもつＯ２センサによって排気ガス中の酸素の有無を検出し、Ｏ２センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御することが行われている。
【０００４】
より高度に排気ガスを浄化するために、より精密な空燃比制御を可能とする空燃比制御システムとして、図２２に示されているように、空燃比（排気ガスの酸素濃度）に対してリニアな出力特性を持つリニアＡ／Ｆセンサを採用して空燃比をフィードバック制御するシステムが普及しつつある。
【０００５】
このような空燃比制御システムにおいては、リニアＡ／Ｆセンサが何らかの理由により障害をきたし、リニアＡ／Ｆセンサの出力特性が変化すると、理論空燃比へのフィードバック制御精度が悪化し、排気ガスを十分に浄化できなくなる。このことからリニアＡ／Ｆセンサの特性変化を検出するための方法、装置が従来より提案されている。
【０００６】
リニアＡ／Ｆセンサの特性変化を検出する従来技術の一つとして、特開平８−１７７５７５号公報には、燃料カット開始時や燃料カット復帰時等、エンジンへ供給する燃料供給量を変化させる前後のセンサ出力より、燃料供給量変化時のセンサ出力変化率を求め、センサ出力変化率に基づいてリニアＡ／Ｆセンサの異常の有無を判定する技術が示されている。
【０００７】
また、特開平８−２７０４８２号公報には、エンジンの運転条件の変化に伴い目標空燃比が移行した際、目標空燃比の変化量とセンサ出力の変化量との比較結果、もしくは目標空燃比の変化量と燃料噴射補正量の変化量との比較結果によってセンサ異常の有無を判定する技術が示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際には、空燃比制御系の特性は、種々の外乱の影響を受けるため、リニアＡ／Ｆセンサの出力信号にはばらつきが存在する。したがって診断（異常の有無判定）の回数が少ないと、十分な診断精度が得られないことがある。
【０００９】
これに対し、上述のいずれのものも、燃料カット時あるいは目標空燃比変化時など、特定の運転条件においてのみ診断を実施するものであり、診断機会は決して多いとは言えず、診断精度の点において、必ずしも良好とはいえない。また、センサ出力の変化量を演算する場合には、ノイズの影響を受けやすく、同様に診断精度の悪化を招くと考えられる。
【００１０】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであって、その目的とするところは、ほとんどあらゆる運転条件において、短時間に、かつ高精度にリニアＡ／Ｆセンサの応答特性変化やエンジンの運転状態を検出することができる自己診断装置、および適切にエンジンの運転状態を制御する制御装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するべく、本発明によるエンジンの自己診断装置は、多気筒エンジンの気筒毎に空燃比を制御する手段と、排気管集合部の空燃比に比例した出力をする空燃比検出手段と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御する手段と、気筒毎の空燃比が不均一となる制御下において前記空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分から前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出する手段と、を有するエンジンの自己診断装置であって、前記空燃比検出手段から得られる信号で、エンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーから前記空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出することを特徴としている。
【００１２】
これにより、気筒毎の空燃比を不均一にした際に発生する排気管集合部の空燃比の振動の周波数成分を検出し、その値に応じて空燃比検出手段の応答特性もしくは空燃比制御系の応答特性を検出することができる。また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号で、エンジン回転数に基づく周波数成分から空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性を検出するものである。
【００１３】
排気管集合部の空燃比はエンジン回転数と同期して振動するので、エンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーは特定の気筒にのみ施した空燃比変化量に比例する。しかし、空燃比検出手段の応答特性が劣化してくると、集合部空燃比の振幅は小さくなる。したがって特定の気筒のみに施した空燃比変化量と周波数成分のパワーとの比例関係の比例係数が変化する。このことから空燃比検出手段の応答劣化が検出できる。
【００１４】
また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号でエンジン回転数に基づく周波数成分の所定位相範囲内のパワーが所定値以下であると空燃比検出手段の応答性異常と判断する手段を有しているものである。また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたことを報知する手段を有しているものである。
【００１５】
また、本発明によるエンジンの自己診断装置は、空燃比検出手段から得られる信号の周波数成分からエンジンが冷機時は燃料の性状を検出するものである。エンジン冷機時のときには、燃料性状による応答性変化が起こり得るため、空燃比検出手段の応答性が正常な場合には、冷機時の応答性変化は燃料性状によるものと判断する。空燃比検出手段の応答特性が異常と判断されたときには空燃比検出手段から得られる信号に基づいて行う制御を停止するものである。
【００１６】
また、本発明によるエンジンの制御装置は、空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいてエンジンの運転パラメータを制御する手段を有しているものである。これにより、理論空燃比補正項演算部におけるＰＩ制御の可変ゲイン制御等を空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジン制御の応答特性に基づいて行うことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンの全体システムを示している。エンジン１０は、多気筒エンジンで構成され、吸気系に、エアクリーナ１２、吸気マニホールド１３を接続されている。
【００１８】
外部からの空気はエアクリーナ１２を通過し、吸気マニホールド１３を経て各気筒の燃焼室１１内に流入する。流入空気量はアクセルペダル１４と機械的に連結されているスロットルバルブ１５により主に調節され、アイドル時にはバイパス用空気通路１６に設けられたＩＳＣバルブ１７によって空気量を調節してエンジン回転数を制御することが行われる。
【００１９】
エンジン１０には、各気筒毎に燃料噴射弁１８、点火プラグ１９が取り付けられている。燃料噴射弁１８より噴射された燃料は、吸気マニホールド１３からの空気と混合され、燃焼室１１内に流入して混合気を形成する。燃焼室１１内の混合気は所定の点火時期をもって点火プラグ１９から発生される火花により着火し、燃焼する。
【００２０】
エンジン１０の排気系には、排気マニホールド２０、三元触媒コンバータ２１が接続されている。エンジン１０の排気ガスは、排気マニホールド１０を経て三元触媒コンバータ２１に送り込まれる。排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各排気成分は三元触媒コンバータ２１によって浄化され、大気中に排出される。
【００２１】
エンジン１０には排気ガス再循環装置が組み込まれており、排気ガスの一部は排気還流通路２２を通って吸気側に還流される。排気ガスの還流量は排気還流通路２２の途中に設けられた排気ガス還流制御バルブ２３によって制御される。エンジン１０には、センサ類として、エアフロセンサ２４、スロットル開度センサ２５、クランク角センサ２６、水温センサ２７、リニアＡ／Ｆセンサ２８が設けられる。
【００２２】
エアフロセンサ２４は流入空気量を検出し、スロットル開度センサ２５はスロットルバルブ１５の開度を検出し、クランク角センサ２６はエンジン１０のクランク軸１０Ａの回転角１度毎の信号および各気筒のＴＤＣ信号を出力する。水温センサ２７はエンジン１０の冷却水温度を検出する。
【００２３】
リニアＡ／Ｆセンサ２８は、エンジン１０と三元触媒コンバータ２１との間に取り付けられており、排気ガス中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。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、したがって排気ガスの酸素濃度を検出するリニアＡ／Ｆセンサ２８の出力信号より空燃比を定量的に求めることが可能となる。
【００２４】
エアフロセンサ２４、スロットル開度センサ２５、クランク角センサ２６、水温センサ２７、リニアＡ／Ｆセンサ２８のそれぞれの信号はコントロールユニット（ＥＣＵ）３０に送られ、コントロールユニット３０は、これらセンサ出力からエンジン１０の運転状態を得て、燃料の基本噴射量、点火時期の主要な操作量を最適に演算する。コントロールユニット３０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、各気筒の燃料噴射弁１８に送られる。また、コントロールユニット３０で演算された点火時期にて点火されるよう、駆動信号が点火プラグ１９に送られる。
【００２５】
コントロールユニット３０は、リニアＡ／Ｆセンサ２８の出力信号から、三元触媒コンバータ上流の空燃比を算出し、燃焼室内混合気の空燃比が目標空燃比となるよう前述の基本噴射量に逐次補正するフィードバック制御を行う。コントロールユニット３０は、リニアＡ／Ｆセンサ２８の異常検出を行う診断機能を有しており、リニアＡ／Ｆセンサ２８が異常と判定したときにはセンサ異常警告ランプ２９を点灯し、センサ異常を、例えば運転者に報知する。
【００２６】
つぎに、コントロールユニット３０の内部構成を図２を参照して説明する。コントロールユニット３０は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、相互にバス接続されたＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、入出力ポート３４と、入力回路３５と、燃料噴射弁駆動回路３６と、点火出力回路３７とを有している。
【００２７】
コントロールユニット３０は、エアフロセンサ２４、スロットル開度センサ２５、クランク角センサ２６、水温センサ２７、リニアＡ／Ｆセンサ２８の各センサ出力値を入力回路３５に入力し、入力回路３５にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート３４に転送する。各センサの入力値は、ＲＡＭ３３に保管され、ＣＰＵ３１により演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムはＲＯＭ３２に予め書き込まれており、制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、ＲＡＭ３３に保管された後、入出力ポート３４に送られる。
【００２８】
火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ１９の作動信号は、点火出力回路３７内の一次側コイルの通流時にはオンとなり、非通流時にはオフとなるオン・オフ信号をセットされる。点火時期は作動信号がオンからオフになる時である。入出力ポート３４にセットされた点火プラグ用の信号は点火出力回路３７にて燃焼に必要な十分なエネルギに増幅されて点火プラグ１９に供給される。
【００２９】
燃料噴射弁１８の駆動信号は、開弁時がオンで、閉弁時がオフとなるオン・オフ信号をセットされ、燃料噴射弁駆動回路３６で燃料噴射弁１８を開くに十分なエネルギに増幅されて燃料噴射弁１８に送られる。なお、燃料噴射弁１８は気筒毎に独立に制御可能である。
つぎに、コントロールユニット３０のＲＯＭ２１に書き込まれ、ＣＰＵ３１が実行する制御プログラムについて説明する。
【００３０】
（参考形態、図３〜図１３）
図３は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の参考形態の機能ブロック図であり、ＣＰＵ３１が制御プログラムを実行することにより、基本燃料噴射量演算部４０、理論空燃比補正項演算部４１、応答特性検出許可判定部４２、＃１特定空燃比補正量演算部４３、振幅検出部４４、応答特性指数演算部４５、Ａ／Ｆセンサ異常判定部４６の各制御ブロックが具現される。
【００３１】
空燃比制御に関しては、通常時、すなわち応答特性検出不許可時には、基本燃料噴射量演算部４０が算出する基本燃料制御操作量Ｔｐと理論空燃比補正項演算部４１が算出するフィードバック制御操作量Ｌａｌｐｈａにより、全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう、各気筒燃料噴射量Ｔｉを演算する。これに対し、応答特性検出許可時には、マニホールド２０にて空燃比の振動を起こすべく１番気筒＃１の当量比のみ所定量増量し、燃料噴射量Ｔｉ１とする。
【００３２】
以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。
（１）基本燃料噴射量演算部４０
基本燃料噴射量演算部４０は、エンジン１０の流入空気量と回転数とに基づいて、任意の運転条件において、目標トルクと目標空燃比を同時に実現する燃料噴射量（基本燃料噴射量）を演算する。
【００３３】
具体的には、図４に示されているように、基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ（Ｑａ／Ｎｅ・Ｃｙｌ）を演算する。ここに、Ｋは定数であり、流入空気量Ｑａに対して常に理論空燃比を実現するよう調節させる値である。Ｎｅはエンジン回転数を、Ｃｙｌはエンジン１０の気筒数を表す。
【００３４】
（２）理論空燃比補正項演算部４１
理論空燃比補正項演算部４１は、リニアＡ／Ｆセンサ２８によって検出される空燃比に基づいて、任意の運転条件において、エンジン１０の空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御を行う。具体的には、図５に示されているように、目標空燃比（理論空燃比）ＴａｂｆとＡ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆとの偏差Ｄｌｔａｂｆから、空燃比補正項ＬａｌｐｈａをＰＩ制御（比例・積分制御）により演算する。空燃比補正項Ｌａｌｐｈａは前述の基本燃料噴射量Ｔｐに乗ぜられ、エンジン１０の空燃比を理論空燃比となるようする。この時の排気マニホールド２０での空燃比は、図１１に示されているように、概ね理論空燃比となる。
【００３５】
ただし、リニアＡ／Ｆセンサ２８が異常である時、すなわち、後述するＡ／Ｆセンサ異常フラグＦａｆｎｇ＝０の時には、Ｌａｌｐｈａ＝１とし、Ａ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆによるフィードバック制御は行わない。なお、ＰＩ制御の各ゲインは、エンジン１０の応答特性を表す応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓに応じて可変設定される。
【００３６】
（３）応答特性検出許可判定部４２
応答特性検出許可判定部４２は、応答特性検出の許可判定を行う。具体的には、図６に示されているように、エンジン冷却水温Ｔｗｎ≧Ｔｗｎｄａｇ、かつエンジン回転数変化率ΔＮｅ≦ＤＮｅｄａｇ、かつ空気流入量変化率ΔＱａ≦Ｄｑａｄａｇ、かつ応答特性検出完了フラグＦｃｍｐｄａｇ＝０のとき、応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇ＝１とし、応答特性の検出を許可する。それ以外のときは応答特性検出禁止し、Ｆｐｄａｇ＝０とする。
【００３７】
エンジン回転数変化率ΔＮｅの規定値ＤＮｅｄａｇ、空気流入量変化率ΔＱａの規定値Ｄｑａｄａｇは、予めパラメータ設定されている。なお、エンジン回転数変化率ΔＮｅ、空気流入量変化率ΔＱａは、前回ジョブで演算された値と今回ジョブで演算された値との差とすることもできる。
【００３８】
（４）＃１特定空燃比補正量演算部４３
＃１特定空燃比補正量演算部４３は、１番気筒＃１をエンジン１０の特定の気筒として、１番気筒＃１の空燃比補正量の演算を行う。通常時、すなわち、応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇ＝０のときには、前述の基本燃料噴射量Ｔｐおよび空燃比補正項Ｌａｌｐｈａにより全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう各気筒燃料噴射量が演算されるが、応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇ＝１のときには、排気マニホールド２０にて空燃比の振動を起こすべく、１番気筒＃１の当量比のみ所定量Ｋｃｈｏｓ１だけ増量する。これにより、１番気筒＃１の空燃比のみがリッチ空燃比になる。
【００３９】
この時の排気マニホールド２０での空燃比は、図１２に示されているように、周期的に比較的大きく変動する。この空燃比の振動の振幅は、図１３に示されているように、リニアＡ／Ｆセンサ２８が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少する。
【００４０】
具体的には、図７に示されているように、Ｆｐｄａｇ＝１の時には１番気筒当量比変化量Ｃｈｏｓ１この時の排気マニホールド２０での空燃比は、図１２に示されているように、周期的に比較的大きく変動する。具体的には、図７に示されているように、Ｆｐｄａｇ＝１の時には１番気筒当量比変化量Ｃｈｏｓ１＝Ｋｃｈｏｓ１とし、Ｆｐｄａｇ＝０の時にはＣｈｏｓ１＝０とする。なお、１番気筒当量比変化量Ｋｃｈｏｓ１の値は、エンジン１０および三元触媒コンバータ２１の特性に合わせて、排気性能が悪化しないよう設定するのが好ましい。
【００４１】
（５）振幅検出部４４
振幅検出部４４は、上述したように、＃１特定空燃比補正量演算部４３によって１番気筒＃１の空燃比が所定量Ｋｃｈｏｓ１だけ増量されている状態下でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の振幅（周期的変動値）の検出を行う。
【００４２】
具体的には、図８に示されているように、応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇのｎ回前の値が１、かつ回転角度Ｎｄｅｇが所定角度Ｋｄｅｇの場合にサンプリング許可フラグＦｓｍｐ＝１とし、Ａ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆの値をサンプリングし、これを空燃比サンプリング値Ｍｒａｂｆとする。
【００４３】
応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇのｎ回前の値を用いるのは、Ｆｐｄａｇ＝１としてから、実際に排気マニホールド２１の空燃比に振動（変動）が現れるまでには、エンジン１０による遅れがあるためである。また、１番気筒＃１の空燃比をリッチにしたことにより発生する空燃比の振動周期はエンジン回転数に従うので、所定角度ＫｄｅｇでＡ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆのサンプリングを行う。回転角度Ｎｄｅｇはクランク角センサ２６から出力されるクランク回転角１度毎の信号および各気筒のＴＤＣ信号から得られる。
【００４４】
サンプリング許可フラグＦｓｍｐ＝１の時には、空燃比サンプリング値Ｍｒａｂｆの積算値を計算し、計算回数Ｃｎｔを１ずつインクリメントする。なお、計算回数Ｃｎｔの初期値は０とする。Ｃｎｔ＝Ｃｎｔｍａｘとなったとき、応答特性検出完了フラグＦｃｍｐｄａｇ＝１として積算値の計算を停止し、積算値を振幅Ｍａｆとして出力する。計算回数設定値Ｃｎｔｍａｘは実際の運転状態を考慮して、実現可能な値として設定するのがよい。
【００４５】
（６）応答特性指数演算部４５
応答特性指数演算部４５は、理論空燃比補正項演算部４１におけるＰＩ制御の可変ゲイン制御のために、Ａ／Ｆセンサ検出空燃比の振幅より応答特性指数の演算を行う。具体的には、図９に示されているように、振幅Ｍａｆを変換テーブルで変換して応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓを得る。応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓは、例えば、時定数に相当する値であり、伝達特性を表す代表的なパラメータである。
【００４６】
この場合、振幅Ｍａｆと応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓの相関関係を表す変換テーブルは振幅Ｍａｆと時定数の関係を表す。ＰＩ制御のフィードバックゲインを決定する場合、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓのように、伝達特性を表すパラメータの方が扱いやすいので、ＰＩ制御上、このような変換を行うものとする。
【００４７】
（７）Ａ／Ｆセンサ異常判定部４６
Ａ／Ｆセンサ異常判定部４６は、Ａ／Ｆセンサ応答特性の異常判定を行う。具体的には、図１０に示されているように、リニアＡ／Ｆセンサ２８の応答性が劣化すると、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓが小さくなるから、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓが所定値（センサ異常判定値）Ｌｉｎｄｒｅｓより小さい場合には、Ａ／Ｆセンサ応答性異常と判断するものである。
【００４８】
すなわち、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓ≦Ｌｉｎｄｒｅｓの時には、応答性異常と判断してＡ／Ｆセンサ異常フラグＦａｆｎｇ＝１とする。それ以外の時には、リニアＡ／Ｆセンサ２８は正常と判断し、Ｆａｆｎｇ＝０とする。Ａ／Ｆセンサ異常フラグＦａｆｎｇ＝１の時には、前述のように、リニアＡ／Ｆセンサ２８による空燃比フィードバック制御を停止する。また、Ａ／Ｆセンサ異常フラグＦａｆｎｇ＝１の時には、センサ異常警告ランプ２９を点灯し、例えば運転者に報知するのもよい。
【００４９】
なお、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓによるセンサ異常の判定値Ｌｉｎｄｒｅｓは、リニアＡ／Ｆセンサ２８の応答特性およびフィードバック制御の制御性から適正値にパラメータ設定することができる。上述の処理により、少なくともエンジン１０のクランク軸１０Ａが２回転する間に空燃比の振幅が得られることから、空燃比検出手段であるリニアＡ／Ｆセンサ２８の応答特性を短時間に診断することがができ、しかも、広範な運転条件において実施可能であるので、診断機会が増え、外乱の影響を受けにくい高精度の診断が行われるようになる。
【００５０】
（実施の形態１）
図１４は、本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態１の機能ブロック図である。なお、図１４において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。なお、システム構成は、図１、図２に示されている実施の形態のものと同一である。
【００５１】
ＣＰＵ３１が制御プログラムを実行することにより、基本燃料噴射量演算部４０、理論空燃比補正項演算部４１、応答特性検出許可判定部４２、＃１特定空燃比補正量演算部４３、パワー検出部４７、応答特性指数演算部４５’、Ａ／Ｆセンサ異常判定部４６の各制御ブロックが具現される。
【００５２】
空燃比制御に関しては、前述の実施の形態１の場合と同様に、通常時、すなわち応答特性検出不許可時には、基本燃料噴射量演算部４０が算出する基本燃料制御操作量Ｔｐと理論空燃比補正項演算部４１が算出するフィードバック制御操作量Ｌａｌｐｈａにより、全気筒の空燃比が理論空燃比となるよう、各気筒燃料噴射量Ｔｉを演算する。
【００５３】
これに対し、応答特性検出許可時には、マニホールド２０にて空燃比の振動を起こすべく１番気筒＃１の当量比のみ所定量増量し、燃料噴射量Ｔｉ１とする。
以下、各制御ブロックの詳細説明を行う。基本燃料噴射量演算部４０、理論空燃比補正項演算部４１、応答特性検出許可判定部４２、＃１特定空燃比補正量演算部４３、Ａ／Ｆセンサ異常判定部４６は、実施の形態１のものと同一であり、説明の重複を避けるため、これらの説明は割愛する。
【００５４】
（５’）パワー検出部４７
パワー検出部４７はＡ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆの所定周波数のパワーの検出を行う。具体的には、図１５に示されているように、Ａ／Ｆセンサ検出空燃比Ｒａｂｆをサンプリングし、ＦＦＴにより所定周波数のパワーＰｏｗｅｒおよび位相ｐｈａｓｅを演算する。
【００５５】
サンプリング周期は、回転同期で少なくともエンジン１０が１回転する間で、Ｃｙｌ／２が望ましい。ここのＣｙｌは気筒数である。また、所定周波数はｆｅ／２が望ましい。ここにｆｅはエンジン回転数相当周波数である。応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇのｎ回前の値が１で、かつ位相が所定範囲にあるとき、すなわちＫｐｈａｓｅ１≦Ｐｈａｓｅ≦Ｋｐｈａｓｅ２のとき、サンプリング許可フラグＦｓｍｐ＝１とする。応答特性検出許可フラグＦｐｄａｇのｎ回前値を用いるのは、やはり、Ｆｐｄａｇ＝１としてから実際に排気マニホールド２０の空燃比に振動が現れるまでには、エンジン１０による遅れがあるためである。
【００５６】
また、１番気筒＃１の空燃比をリッチにしたことにより発生する空燃比の振動周期はエンジン回転数に従うので、所定位相範囲Ｋｐｈａｓｅ１〜Ｋｐｈａｓｅ２の間に位相が現れたときのみ、１番気筒をリッチにしたことによって発生したパワーとする。Ｋｐｈａｓｅ１およびＫｐｈａｓｅ２はエンジンの伝達特性に合わせて設定する。サンプリング許可フラグＦｓｍｐ＝１のとき、Ｐｏｗｅｒの積算値Ｐａｆを計算し、計算回数Ｃｎｔを１ずつインクリメントする。なお、計算回数Ｃｎｔの初期値は０とする。
【００５７】
Ｃｎｔ＝Ｃｎｔｍａｘとなったとき、応答特性検出完了フラグＦｃｍｐｄａｇ＝１として積算値の計算を停止し、積算値をＭａｆｓとして出力する。Ｍａｆｓは特定位相内でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の変化量である。Ｃｎｔｍａｘは実際の運転状態を考慮して、実現可能な値として設定するのがよい。
【００５８】
空燃比の振動の振幅は、図１３に示されているように、リニアＡ／Ｆセンサ２８が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少するから、図１６に示されているように、特定位相内でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の変化量Ｍａｆｓも、リニアＡ／Ｆセンサ２８が正常であれば、比較的大きい値を示し、劣化に伴い減少する。
【００５９】
（６’）応答特性指数演算部４５’
応答特性指数演算部４５’は、理論空燃比補正項演算部４１におけるＰＩ制御の可変ゲイン制御のために、特定位相でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の変化量より応答特性指数の演算を行う。
【００６０】
具体的には、図１７に示されているように、特定位相でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の変化量Ｍａｆｓを変換テーブルで変換して応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓを得る。応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓは、例えば、時定数に相当する値であり、伝達特性を表す代表的なパラメータである。
【００６１】
この場合、空燃比変化量Ｍａｆｓと応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓの相関関係を表す変換テーブルは空燃比変化量Ｍａｆｓと時定数の関係を表す。この場合も、ＰＩ制御のフィードバックゲインを決定する場合、応答特性指数Ｉｎｄｒｅｓのように、伝達特性を表すパラメータの方が扱いやすいので、ＰＩ制御上、このような変換を行うものとする。
【００６２】
従って、この実施の形態でも、少なくともエンジン１０のクランク軸１０Ａが２回転する間には特定位相でのＡ／Ｆセンサ検出空燃比の変化が得られることから、空燃比検出手段であるリニアＡ／Ｆセンサ２８の応答特性を短時間に診断することがができ、しかも、広範な運転条件において実施可能であるので、診断機会が増え、外乱の影響を受けにくい高精度の診断が行われるようになる。
【００６３】
なお、実施の形態１においては、エンジン冷却水温Ｔｗｎが所定値Ｔｗｎｄａｇの時に応答特性の検出を行うようにしているが、エンジン冷機時、すなわちエンジン冷却水温Ｔｗｎが低いときでも、リニアＡ／Ｆセンサ２８が活性化していれば、実施可能である。冷機時と暖機時のそれぞれで応答特性の検出を実施し、双方の結果に差が発生した場合には冷機時の結果を燃料性状判定に用いることも可能であることを付言しておく。
【００６４】
（他の実施の形態）
図１８、図１９は各々本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示されている。なお、図１８、図１９において、図１、図３、図１４に対応する部分は、図１、図３、図１４に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６５】
図１８に示されている実施の形態では、エンジン１０の各気筒毎に空燃比を制御する気筒別空燃比制御手段５０と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下において空燃比検出手段であるリニアＡ／Ｆセンサ２８から得られる信号（検出空燃比）の振幅を検出する振幅検出手段５１と、振幅検出手段５１によって検出された検出空燃比の振幅からリニアＡ／Ｆセンサ２８の応答特性を検出するリニアＡ／Ｆセンサ応答特性検出手段５２と、振幅検出手段５１によって検出された検出空燃比の振幅から空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出するエンジン制御応答特性検出手段５３とを具備している。
【００６６】
この実施の形態では、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下で、振幅検出手段５１によって検出される検出空燃比振幅から、リニアＡ／Ｆセンサ応答特性あるいは空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出することができる。
【００６７】
図１９に示されている実施の形態では、エンジン１０の各気筒毎に空燃比を制御する気筒別空燃比制御手段５０と、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下において空燃比検出手段であるリニアＡ／Ｆセンサ２８から得られる信号（検出空燃比）の周波数成分を検出する周波数成分検出手段５４と、周波数成分検出手段５４によって検出された検出空燃比の周波数成分からリニアＡ／Ｆセンサ２８の応答特性を検出するリニアＡ／Ｆセンサ応答特性検出手段５５と、周波数成分検出手段５４によって検出された検出空燃比の周波数成分から空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出するエンジン制御応答特性検出手段５６とを具備している。
【００６８】
この実施の形態では、気筒毎の空燃比が不均一となるよう制御した空燃比制御下で、周波数成分検出手段５４によって検出された検出空燃比の周波数成分から、リニアＡ／Ｆセンサ応答特性あるいは空燃比制御系等のエンジン制御応答特性を検出することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によるエンジンの自己診断装置によれば、広範な運転条件において複数回に亘って空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジンの応答特性を検出することが可能であるので、極めて高精度な診断が可能である。
【００７０】
また、本発明によるエンジンの制御装置によれば、自己診断装置による空燃比検出手段の応答特性もしくはエンジンの応答特性の検出結果に基づいて適切にエンジンの運転状態を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンの全体システムを示す構成図である。
【図２】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置が適用されるエンジンのコントロールユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図３】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の参考形態の機能ブロック図である。
【図４】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の基本燃料噴射量演算部のブロック図である。
【図５】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の理論空燃比補正項演算部のブロック図である。
【図６】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の応答特性検出許可判定部のブロック図である。
【図７】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の＃１特定空燃比補正量演算部のブロック図である。
【図８】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の振幅検出部のブロック図である。
【図９】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態の応答特性指数演算部のブロック図である。
【図１０】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置における参考形態のＡ／Ｆセンサ異常判定部のブロック図である。
【図１１】  気筒毎の空燃比が均一な時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図１２】  気筒毎の空燃比が不均一な時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図１３】  リニアＡ／Ｆセンサ応答特性正常時および異常時の排気マニホールドの空燃比の波形図である。
【図１４】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態１の機能ブロック図である。
【図１５】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態１におけるパワー検出部のブロック図である。
【図１６】  特定の気筒に施した空燃比と所定位相範囲内の空燃比変化量との関係を示すグラフである。
【図１７】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の実施の形態１における応答特性指数演算部のブロック図である。
【図１８】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図１９】  本発明によるエンジン制御装置および自己診断装置の他の実施の形態を示す構成図である。
【図２０】  空燃比に対する三元触媒コンバータの浄化効率を示すグラフである。
【図２１】  空燃比に対するＯ２センサの出力特性を示すグラフである。
【図２２】  空燃比に対するリニアＡ／Ｆセンサの出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  エンジン
１３  吸気マニホールド
１５  スロットルバルブ
１８  燃料噴射弁
１９  点火プラグ
２０  排気マニホールド
２１  三元触媒コンバータ
２４  エアフロセンサ
２５  スロットル開度センサ
２６  クランク角センサ
２７  水温センサ
２８  リニアＡ／Ｆセンサ
３０  コントロールユニット
４０  基本燃料噴射量演算部
４１  理論空燃比補正項演算部
４２  応答特性検出許可判定部
４３  ＃１特定空燃比補正量演算部
４４  振幅検出部
４５  応答特性指数演算部
４６  Ａ／Ｆセンサ異常判定部
４７  パワー検出部
５０  気筒別空燃比制御手段
５１  振幅検出手段
５２  リニアＡ／Ｆセンサ応答特性検出手段
５３  エンジン制御応答特性検出手段
５４  周波数成分検出手段
５５  リニアＡ／Ｆセンサ応答特性検出手段
５６  エンジン制御応答特性検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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