空燃比传感器的异常诊断装置的制作方法

专利名称：空燃比传感器的异常诊断装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空燃比传感器的异常诊断装置，所迷空燃比传感器用
A,始占女《由械i;i,的出fe^ A^i ^'败A.
背景技术：
一般地，在压缩点火式内燃机中，即，在柴油发动机中，通常， 以比理论空燃比高的(稀的)空燃比进行燃烧及运转。并且，为了抑
制与此相伴的NOx的排出，在排气系统中设置将排气中的NOx还原 的NOx催化剂，或者，设置使排气的一部分回流到进气系统中的排气 回流(EGR: Exhaust Gas Recirculation )装置。近年来，为了使NOx 催化剂或EGR装置充分发挥作用，在柴油发动机中也检测排气的空 燃比，将该检测值用于排气控制。因此，常常看到在柴油发动机的排 气系统中设置空燃比传感器的例子。由于空燃比传感器实质上是检测 排气的氧浓度的器件，所以也称之为氧传感器或氧浓度传感器等。
空燃比传感器，由于其检测元件暴露在总是处于高温的排气中， 所以，比较容易老化，容易发生异常。当空燃比传感器中产生异常时， 不能进行所希望的排气控制，排放物必然会恶化。因而，过去一直对 空燃比传感器的异常进行诊断。特别是，在搭载在汽车上的发动机的 情况下，为了预先防止在排气恶化的状态下的行驶，各国法规等要求 在车载状态(onboard)下对空燃比传感器的异常进行诊断。
现有技术的空燃比传感器的异常诊断，主要在汽油发动机中进行。 在汽油发动机中，搭载三元催化剂，由于有必要将排气空燃比反馈控 制成显示该三元催化剂为高净化率的理论空燃比，所以设置空燃比传 感器。从而，在柴油发动机中进行空燃比传感器的异常诊断的例子比 较少。作为一个例子，可以列举出特开2003-293844号公报中揭示的
4例子，在该例子中，在发动机的稳定运转时，向氧浓度传感器的上游 侧供应还原剂，基于在该供应时的氧浓度传感器的输出变化的响应性， 诊断氧浓度传感器的老化程度。
在汽油发动机中的空燃比传感器的异常诊断中， 一般地，采用硬 性强制性地(主动地)使排气空燃比在理论空燃比附近变动、评价这 时的传感器的响应性等方法。这时，由于排气空燃比理论空燃比偏离 不少，所以，排气排放物的恶化是不可避免的，但是，只要在理论空 燃比附近变动，就能够利用三元催化剂的净化作用，所以，可以在某 种程度上抑制排气排放物的恶化。
但是，在柴油发动机等情况下，由于通常在比理论空燃比稀、并
且范围很宽的空燃比区域(A/F = 20~60左右)中运转，所以，如果 将空燃比强制性地转移到理论空燃比(A/F-约14.6)附近，或者强 制性地使其变动，则会对燃烧本身产生不利影响。并且，不仅排气排 放物显著恶化，而且，不能获得所希望的发动机输出，振动、噪音等 恶化。即，强制性的空燃比的变更或变动不适合于柴油发动机，会对 发动机的性能造成大的损害。
因此，本发明是鉴于这种情况作出的，其目的是提供一种适合于 设置在压缩点火式内燃机中的空燃比传感器的空燃比传感器的异常诊 断装置。

发明内容
根据本发明的第一种形式，提供一种空燃比传感器的异常诊断装 置，所述空燃比传感器用于检测压缩点火式内燃机的排气的空燃比， 其中，所述空燃比传感器的异常诊断装置包括
计算空燃比计算机构，所述计算空燃比计算机构至少基于前述内 燃机中的燃料喷射量和吸入空气量计算出计算空燃比，
异常判定机构，所述异常判定机构基于下述时候的该计算空燃比 和由前述空燃比传感器检测出来的实际的空燃比，对前述空燃比传感 器的异常进行判定，所述时候为前述内燃机的运转状态根据内燃机运转要求而较为急剧地变化、且因此前述计算空燃比较为急剧地变化时。 根据本发明的第 一 种形式，不是在使空燃比强制性地变化的情况 下，而是当根据内燃机运转要求，内燃机的运转状态较为急剧地变化， 且因此计算空燃比较为急剧地变化时，基于这时的计算空燃比及实际
空燃比，判定空燃比传感器的异常。因而，不强制性地变更空燃比或 者强制性地使空燃比变动，能够可靠地防止在异常诊断时的排气排放 物及燃烧状态的恶化以及振动、噪音等的恶化。并且，可以提供适合 于设置在压缩点火式内燃机中的空燃比传感器的异常诊断装置。
本发明的第二种形式，在前述第一种形式中，其特征在于，前述 异常判定机构，在基于前述计算空燃比计算出响应性异常判定值的同 时，将从前述计算空燃比的变化开始起经过规定时间之后的前述实际 的空燃比与前述响应性异常判定值进行比较，对前述空燃比传感器的 异常进行判定。
据此，基于计算空燃比，算出成为用于判定空燃比传感器的异常、 特别是空燃比传感器的响应性异常的基准的响应性异常判定值。因而，
值。并且，将从计算空燃比的变化开始经过规定时间之后的实际的空 燃比与响应性异常判定值进行比较，判定空燃比传感器的异常，特别 是响应性异常。借此，能够可靠地检测出空燃比传感器的响应性异常。 本发明的第三种形式，在前述第一种形式或第二种形式中，其特 征在于，前述异常判定机构，由前述计算空燃比的变化开始时刻和前 述实际的空燃比的变化开始时刻之差计算出空耗时间，将该空耗时间 与规定的空耗时间异常判定值进行比较，对前述空燃比传感器的异常 进行判定。
借此，能够可靠地检测出空燃比传感器的异常、特别是空燃比传 感器的空耗时间的异常。
本发明的第四种形式，在前述第一至第三种形式中，其特征在于， 当前述内燃机的运转状态从稳定状态较为急剧地变化时，前述异常判 定机构对前述空燃比传感器的异常进行判定，并且，当在该稳定状态期间前述计算空燃比和前述实际的空燃比达到稳定状态时，前述异常 判定机构进行用于使前述计算空燃比和前述实际的空燃比一致的修 正。
据此，由于在内燃机的运转状态从稳定状态较为急剧地变化时判 定空燃比传感器的异常，所以，例如，在汽车用内燃机的情况下，可 以在车辆从怠速状态起步时、从等速行马史开始加速时或者减速时，进
行异常诊断，可以确保多的诊断机会。另外，由于在计算空燃比和实 际的空燃比成为稳定状态时，进行用于使它们一致的修正，所以，可 以在消除两者的偏离的基础上实施诊断，可以提高该诊断精度。
本发明的第五种形式，在前述第一至第四种任何一种形式中，其 特征在于，前述异常判定机构计算前述计算空燃比变化了规定值以上 时的变化速度，在该变化速度为规定值以上的情况下，对前述空燃比 传感器的异常进行判定。
据此，由于只在计算空燃比的变化速度在规定值以上的情况下， 即，只在计算空燃比十分快地变化的情况下实施诊断，所以，能够正 确地检测空燃比传感器的响应性异常。
本发明的第六种形式，在前述第三种形式中，其特征在于，
前述异常判定机构计算前述空耗时间期间的吸入空气量的累计 值，基于该吸入空气量的累计值计算前述空耗时间异常判定值。
从计算空燃比的变化开始时刻到实际的空燃比的变化开始时刻期 间的空耗时间，根据吸入空气量的大小、即根据排气流量的大小而变 化。根据该第六种形式，可以计算出考虑到空耗时间期间的排气流量 的恰当的空耗时间异常判定值，能够正确地检测出空耗时间的异常。
根据本发明，发挥能够提供适合于设置在压缩点火式内燃机中的 空燃比传感器的空燃比传感器的异常诊断装置的优异效果。


图l是根据本发明的实施形式的内燃机的概略的系统图。
图2是用于说明根据本实施形式的异常诊断的内容的时间图。图3是用于说明根据本实施形式的异常诊断的内容的流程图。 图4是表示稳定状态的计算空燃比及实际的空燃比的曲线图。 图5是对图4的实测值实施傅立叶分析的结果。 图6是空耗时间异常判定值计算用的映象图。
具体实施例方式
下面参照

用于实施本发明的最佳形式。
图l是根据本发明的实施形式的内燃机的概略的系统图。10是汽 车用的压缩点火式内燃机、即柴油发动机，ll是与进气口连通的进气 歧管，12是与排气口连通的排气歧管，13是燃烧室。在本实施形式中， 从图中未示出的燃料箱供应到高压泵17的燃料被高压泵17压送到共 轨18中，以高压状态蓄压，将该共轨18内的高压燃料从喷射器(燃 料喷射阀)14直接喷射供应到燃烧室13内。来自于发动机10的排气 从排气歧管12经过涡轮增压器19之后，流向其下游的排气通路15, 在如后面所述的净化处理之后，排出到大气中。另外，作为柴油发动 机的形式，并不局限于配备有这样的共轨式燃料喷射装置的形式。
被从空气滤清器20导入到进气通路21内的吸入空气，依次经过 空气流量计22、涡轮增压器19、中间冷却器23、节气门24，到达进 气歧管11。空气流量计22是用于检测吸入空气量的传感器，具体地 说，输出对应于吸入空气的流量的信号。对于节气门24，采用电子控 制式的节气门。
在涡轮增压器19的下游侧的排气通路15中设置有催化剂30。在 本实施形式的情况下，催化剂30由用于将排气中的NOx还原并除去 的NOx催化剂构成。NOx催化剂由吸留还原型NOx催化剂构成，在 通常的排气空燃比稀时，吸收排气中的NOx。并且，在实施由后喷射 等进行的浓脉沖、使排气空燃比暂时浓时，从NOx催化剂放出吸收的 NOx，该放出的NOx与作为还原剂的排气中的HC反应，将NOx还 原除去。另外，作为设置在排气通路中的另外的排气净化装置，优选 设置柴油机排气烟尘过滤器(DPF)或氧催化剂。NOx催化剂也可以是选择还原型NOx催化剂。
另外，在发动机10中设置用于使排气的一部分回流到进气系统的 EGR装置35。 EGR装置35配备有将排气通路15 (排气歧管12 ) 及进气通路21 (进气歧管11)连通的EGR通路36;设置在EGR通 路36上的EGR阀37;在EGR通路36中设于EGR阀37的上游侧 的EGR冷却器38。 EGR阀37调节在EGR通路36中流动的排气的 流量，即，调节从排气系统回流到进气系统的EGR气体的流量。EGR 冷却器38，为了增大返回到进气系统的EGR气体的流量，将EGR气 体冷却。
设置作为主管发动机整体的控制的控制机构的电子控制单元(下 面称为ECU) 100。 ECUlOO包含有CPU、 ROM、 RAM、输入输出 接口、以及存储装置等。ECUlOO以基于各种传感器类的检测值等实 施所希望的发动机控制的方式控制喷射器14、高压泵17、节气门24 及EGR阀37等。作为连接到ECUlOO上的传感器类，除前面所述的 空气流量计22之外，还包含检测发动机10的曲柄角的曲柄角传感器 26、检测加速器开度的加速器开度传感器27、以及检测共轨18内的 燃料压力(共轨压力)的共轨压力传感器28。 ECUlOO基于曲柄角传 感器26的输出，计算出发动机10的旋转速度。
ECUlOO基于发动机的运转状态(主要是旋转速度及加速器开度) 控制从喷射器14喷射的燃料喷射量。另外，ECUlOO以EGR气体量 相对于全部进气的比例成为规定的目标EGR率的方式，控制EGR阀 37及节气门24。进而，ECUlOO以利用共轨压力传感器28检测出来 的实际的共轨压力成为规定的目标共轨压力的方式控制高压泵17。
在排气通路15中，在NOx催化剂30的上游侧设置用于检测流入 NOx催化剂30的排气的空燃比A/F的空燃比传感器40，该空燃比传 感器40也连接到ECUlOO上。空燃比传感器40例如用于被吸入NOx 催化剂30的NOx量的推定，进而，用于决定用于从NOx催化剂30 放出吸收NOx的浓脉冲的定时。另外，空燃比传感器40的用途及目 的还可以是其它各种各样的。空燃比传感器40也被称为氧传感器或氧浓度传感器等，输出对应 于排气的氧浓度的电流信号。该电流信号的值被ECU100换算成空燃 比。空燃比传感器40对应于发动机运转的空燃比区域(例如，A/F-20~60左右)，能够连续地检测在宽范围的空燃比区域中的空燃比。
作为其它传感器类，优选地，设置检测排气温度的排气温度传感 器、检测排气的NOx浓度的NOx传感器等。
其次，对于空燃比传感器40的异常诊断进行说明。
在该异常诊断中，首先，ECU100基于发动机10中的燃料喷射量 Q和吸入空气量Ga，算出成为计算空燃比的值。即，ECU100根据基 于曲柄角传感器26的输出检测出的发动机旋转速度Ne、和利用加速 器开度传感器27检测出的加速器开度Ac，按照规定的映象图等，对 于每次喷射决定作为下一次应当喷射的燃料量的燃料喷射量Q。并且， ECU100基于作为其内部值或者指示值的燃料喷射量Q和利用空气流 量计22检测出来的吸入空气量Ga,计算出作为它们的比的计算空燃 比A/Fk-Ga/Q。该计算空燃比A/Fk具有作为给予空燃比传感器40 的输入空燃比的性质。
其次，ECUIOO，基于发动机10的运转状态按照发动机运转要求 较为急剧地变化、且计算空燃比A/Fk因此较为急剧地变化时的该计 算空燃比和利用空燃比传感器40检测出的实际的空燃比A/Fr，判定 空燃比传感器40的异常。即，当发动机10的运转状态比较急剧地变 化时，基本上与此同时，计算空燃比A/Fk比较急剧地变化，与此相 伴，实际的空燃比A/Fr稍慢地变化。因而，通过研究实际的空燃比 A/Fr的变化相对于计算空燃比A/Fk的变化的响应性，可以检测出空 燃比传感器40的响应性的异常。这里，在发动机运转状态变化的情况 中，包括发动机加速的情况和减速的情况两种情况。实际的空燃比 A/Fr具有作为从空燃比传感器40获得的输出空燃比的性质。
所谓内燃机运转要求指的是在根据使用者(在车辆的情况下，是 驾驶员)或运转状况的要求(例如，空调的动作等)，发动机运转以及 被控制时的该要求。即，所谓发动机10的运转状态根据内燃机运转要求而变化，指的是根据使用者或运转状况的要求，发动机被动地、即
如通常那样运转及被控制时，发动机10的运转状态变化。因而，所谓
使用者或运转状况的要求，不包含无关地将发动机io的运转状况强制
性地或者主动地变化的情况，典型地，不包括像汽油发动机中的空燃 比传感器异常诊断那样，通过主动的空燃比控制，强制性地使空燃比 变化的情况。
关于本实施形式的发动机，根据使用者的要求操作加速踏板、加
速杆等加速器构件。并且，利用加速器开度传感器27检测加速器构件 的操作量，即，加速器开度。因而，利用加速器开度传感器27检测出 来的加速器开度的值，成为对应于内燃机运转要求的值。此外，根据 图中未示出的外围设备(空调、A/C发电机等)的动作状态，发动机 的负荷发生变化，或者根据车辆的行驶条件或环境(下坡、上坡行驶， 高地、寒冷地区等)，发动机负荷发生变化。与这种运转状况的变化相 对应，输入到要对发动机进行控制的ECU20的信号对应于内燃机运 转要求。
这样，在本发明的实施形式中，不是在发动机运转状态或使空燃 比强制性地或主动地变化的情况下，而是当在根据通常的内燃机运转 要求的发动机运转时、发动机运转状态偶然比较急剧地变化时，即， 在过程变动时，利用这时的计算空燃比A/Fk及实际的空燃比A/Fr的 变化，诊断空燃比传感器40的异常。因而，无需使空燃比强制性地转 变或者变动到理论空燃比附近，就能够可靠地防止排气排放物的恶化、 发动机的燃烧状态的恶化以及振动、噪音的恶化等。并且，可以提供 对于设置在柴油发动机中的空燃比传感器而言适合的异常诊断装置。
下面，参照图2说明本实施形式的空燃比传感器异常诊断的内容。 在图中，实线表示计算空燃比A/Fk，虛线表示利用空燃比传感器40 检测出来的实际的空燃比A/Fr。另外，由于在图3中用流程图表示诊 断步骤，所以，会适当地参照图3。
下面说明的诊断处理利用ECU100以数字方式进行。
作为前提，对于相对于发动机运转状态变化的计算空燃比A/Fk
ii的变化，时间的滞后、即空耗时间小到可以忽略的程度，可以看作是 基本上同时引起的。因为，例如，相对于加速器开度的变化，燃料喷
射量Q及吸入空气量Ga可以立即变化。与此相对，相对于发动机运 转状态及计算空燃比A/Fk的变化，实际的空燃比A/Fr在经过一定的 空耗时间之后发生变化。这是因为，空燃比传感器40位于从空气流量 计22起隔开规定距离的下游侧，并且，从排气碰到空燃比传感器40 本身起直到输出相当于该排气的信号，存在响应滞后。
首先，利用ECU100检测出发动机的稳定状态(图3:步骤S101 )。 即，当检测出的发动机旋转速度Ne及加速器开度Ac大致恒定时，检 测出发动机的运转状态是稳定的。伴随着该发动机的稳定状态，计算 空燃比A/Fk也变成大致恒定的稳定状态(时刻tl )。
其次，利用ECU100检测出实际的空燃比A/Fr的稳定状态(图3: 步骤S102)。即，当利用空燃比传感器40检测出的实际的空燃比A/Fr 大致恒定时，检测出实际的空燃比A/Fr是稳定的(时刻t2)。实际的 空燃比A/Fr的稳定状态比发动机的稳定状态滞后地实现。
这样，在计算空燃比A/Fk和实际的空燃比A/Fr成为稳定状态时， 两者的值并不必定相一致。这是因为，在计算空燃比A/Fk中没有考 虑EGR的影响，在空燃比传感器40的检测值中也存在误差，另外， 排气撞上空燃比传感器40的方式也时时不同。因而，计算空燃比A/Fk 和实际的空燃比A/Fr的大小关系也时时不同。
因此，接着，借助ECU100实施使这些计算空燃比A/Fk和实际 的空燃比A/Fr的值相一致、用于消除两者的偏离的修正(时刻t3)(图 3:步骤S103)。首先，由公式AA/Fs lA/Fk-A/Frl计算出两者的偏离 量AA/F，将该偏离量AA/F加到小的值上，或者从大的值中将其减去， 使两者的值相一致。在图示的例子中，由于计算空燃比A/Fk比实际 的空燃比A/Fr小，所以，将偏离量AA/F加到计算空燃比A/Fk上， 使计算空燃比A/Fk与实际的空燃比A/Fr相一致。
这时，对于用于偏离量计算的计算空燃比A/Fk及实际的空燃比 A/Fr的值，优选使用对于两者的实测值实施规定的运算处理的值。例
12如，可以使用将在规定时间中测定的多个实测值筒单地平均化的平均 值。或者，也可以对于所述多个实测值进行傅立叶分析，只使用其中
的低阶的直流成分。即，例如，当对于如图4所示的稳定状态的计算 空燃比A/Fk及实际的空燃比A/Fr，每隔规定的运算周期取得多个实 测值，对这些实测值进行傅立叶分析时，如图5所示，对于多个频带 的每一个求出振幅值。由于是稳定状态的值，所以，只有某个低频率 成分是支配性的，除此之外的频率成分非常小。因而，在多个频带之 中的两者的振幅成为最大的频带彼此间求出振幅之差的绝对值，可以 将其作为偏离量AA/F。由于只将低阶的值用于偏离量的计算，所以， 运算量少。
当施行这种偏离修正时，可以在消除计算空燃比A/Fk和实际的 空燃比A/Fr的偏离的基础上实施异常诊断，能够提高诊断精度。
在进行这种偏离修正之后，直到发动机运转状态根据内燃机运转 要求而较为急剧地变化为止，即直到过程变动的开始为止，成为待机 状态。并且，如果过程变动开始，则由ECU100检测出并存储该变动 开始时刻t4 (图3:步骤S104)。与该过程变动开始同时，计算空燃 比A/Fk也开始较为急剧地变化，可以将过程变动开始时刻t4看作计 算空燃比A/Fk的变化开始时刻。另外，在过程变动开始前，在偏离 修正未结束的情况下，中止诊断。
在图2中，在变动开始时刻t4以后，用纵线表示每一个规定的运 算周期At的各个运算定时。另外，在变动开始时刻t4之前，也同样地 在每一个规定的运算周期At进行运算。对于过程变动开始的判断，在 检测出来的加速器开度Ac及旋转速度Ne中的至少一个在一个或者多 个运算周期期间变化得大于规定值时，ECU100判断为过程变动开始。 图中表示由于过程变动的开始，计算空燃比A/Fk向更高的数值、即 向稀侧变化时的情况。
当过程变动开始时，ECU100基于计算空燃比A/Fk，在每一个运 算定时逐次地计算出用于空燃比传感器40的响应性异常判定的基准 值、即响应性异常判定值J (图3:步骤S105)。该响应性异常判定值J，以后，将与实际的空燃比A/Fr进行比较，在判定空燃比传感器40 的异常时使用。通过对计算空燃比A/Fk实施考虑到物理模型等的规 定的运算处理，获得响应性异常判定值J。例如，在计算空燃比A/Fk 上乘以一阶乃至高阶滞后的传递函数，计算出响应性异常判定值J。 图中所示的例子是使用一阶滞后的传递函数的例子。或者，也可以对 计算空燃比A/Fk进行移动平均处理，计算出响应性异常判定值J。进 而，也可以更简单地将计算空燃比A/Fk的值除以大于1的值，计算 出响应性异常判定值J。总之，只要能够计算出追随计算空燃比A/Fk、 但是数值比其稍稍滞后地变化的响应性异常判定值J即可，可以釆用 任何一种运算处理。另外，可以使运算处理中的参数根据发动机的运 转状态(例如，旋转速度Ne和加速器开度Ac)变化。
另外，在过程变动开始之后，ECU100在各个运算定时的每一个 定时，累计计算吸入空气量Ga和计算空燃比轨迹长度L的值(图3: 步骤S106)。吸入空气量Ga的累计计算从变动开始时刻t4的下一个 运算定时t5开始实施。另一方面，计算空燃比轨迹长度L指的是本次 (n)和前一次(ii-l)运算定时中的计算空燃比之差，本次运算定时中 的i十算空燃比轨迹长度L(n)用/〉式L(n) = A/Fk ( n )-A/Fk ( n画l) 表示。该计算空燃比轨迹长度L从变动开始时刻t4的下一次运算定时 t5开始，在各个运算定时的每一个定时累计计算。
并且，在过程变动开始后，当实际的空燃比A/Fr开始变化时，其 变化开始时刻t6被ECU100检测出来并存储(图3:步骤S107 )。对 于该变化开始的判断，在本次运算定时中的实际的空燃比A/Fr(n) 比前一次运算定时中的实际空燃比A/Fr(n-1)大规定值以上时， ECU100判断为实际的空燃比A/Fr的变化开始。图中表示追随计算空 燃比A/Fk的变化，实际的空燃比A/Fr变化到更高的数值、即稀的一 侧的情况。另外，虛线a表示空燃比传感器正常的情况，虛线b表示 空燃比传感器异常的情况。
其次，作为空耗时间td， ECU100计算出过程变动开始时刻(计 算空燃比变化开始时刻)t4和实际的空燃比的变化开始时刻t6之差(t6-t4)(图3:步骤S108)。该空耗时间td,相当于计算空燃比变化 之后到实际的空燃比变化为止的滞后时间。
之后，ECU100基于到实际的空燃比的变化开始时期t6为止累计 计算的吸入空气量Ga的累计值、即累计空气量i:Ga，使用图6所示 的规定的映象图(也可以使用函数)，计算出成为空耗时间异常判定值 tds的值(图3:步骤S109)。空耗时间异常判定值tds是用于判断实 际检测出来的空耗时间td是否正常的基准值。吸入空气量越多，排气 的流量越多，空耗时间变得越短。因而，在映象图中，使两者之间建 立起随着累计空气量2Ga的增大、空耗时间异常判定值tds减少的关 系。通过利用该映象图设定空耗时间异常判定值tds，能够设定考虑到 空耗时间期间的排气流量的恰当的空耗时间异常判定值tds，能够正确 地检测出空耗时间的异常。
其次，ECU100检测出计算空燃比轨迹长度L的累计值、即累计 计算空燃比轨迹长度2X到达规定值5Xs以上的值(时刻t7)(图3: 步骤SllO)。
这样，ECU100基于在该到达时刻t7的累计计算空燃比轨迹长度 和从过程变动开始时刻t4直到到达时刻t7期间的时间(t7-t4)， 计算出计算空燃比变化速度V(图3:步骤Slll)。计算空燃比变化速 度V用公式V = 5X/ U7-t4)表示。
其次，ECU100将该计算空燃比变化速度V与规定值Vs比较(图 3:步骤S112)。并且，在计算空燃比变化速度V不足规定值Vs时， 诊断中止，不进行之后的异常诊断。另一方面，在计算空燃比变化速 度V在规定值Vs以上时，继续进行诊断。
本诊断用于在计算空燃比较为急剧变化时检测这时的实际的空燃 比的变化，评价空燃比传感器40的响应性。因而，在计算空燃比较为 緩慢变化的情况下，实际的空燃比的变化也变得緩慢，有不能正确地 评价空燃比传感器40的响应性的可能性。从这种观点出发，在计算空 燃比变化速度V不足规定值Vs时，中止诊断。由于只限于在计算空 燃比变化速度V在规定值Vs以上的情况下、即在计算空燃比变化得足够快的情况下，进行诊断，所以，能够正确地检测出空燃比传感器
40的响应性异常。
在计算空燃比变化速度V在规定值Vs以上的情况下，利用 ECU100进4亍前述到达时刻t7的实际的空燃比A/Fr与该到达时刻t7 的响应性异常判定值J的比较(图3:步骤S113)。在实际的空燃比 A/Fr大于响应性异常判定值J的情况下(图2的虚线a的情况下)， 实际的空燃比A/Fr足够快地追随变化，可以将空燃比传感器40的响 应性看作是正常的。
另一方面，在实际的空燃比A/Fr在响应性异常判定值J以下的情 况下(图2的虚线b的情况下)，实际的空燃比A/Fr的追随变化慢， 可以看作空燃比传感器40的响应性异常。因而，这种情况最终被 ECU100直接判定为空燃比传感器40异常(图3:步骤S116 )。
在实际的空燃比A/Fr比响应性异常判定值J大的情况下，接着， 由ECU100进行空耗时间td ( =t6-t4)与空耗时间异常判定值tds的 比较(图3:步骤S114)。即，即使空燃比传感器40的响应性是正常 的，如果检测出来的空耗时间td过长，则存在空燃比传感器40的初 期的响应性差、或者在空燃比传感器40的上游侧的部分有某种异常的 可能性。因此，在空耗时间td为空耗时间异常判定值tds以上的值时， 由ECU100看作空燃比传感器40的空耗时间td为异常，最终将空燃 比传感器40判定为异常(图3:步骤S116)。另外，对应于该最终的 异常判定，为了将该异常通知使用者，优选使警告装置(警告灯、蜂 鸣器等)动作。
另一方面，在空耗时间td是未达到空耗时间异常判定值tds的值 时，由ECU100最终将空燃比传感器40判定为正常(图3:步骤S115 )。 这样，在本实施形式中，为了可靠起见，只有在下面两个条件都成立 时，才最终判定空燃比传感器40为正常，如果有一个条件不成立的话， 则最终判定为空燃比传感器40异常，所述两个条件为l)在到达时 刻t7的实际的空燃比A/Fr比响应性异常判定值J大(即，响应性正 常)，2)空耗时间td不足空耗时间异常判定值tds (即，空耗时间正常)。但是，也可以采用其它的判定方法，例如，在两个条件中任何一
个条件成立时，将空燃比传感器40判定为正常，在两个条件都不成立 时将空燃比传感器40判定为异常。也可以只用其中的任何一个条件进 行判定，在这种情况下，只判定响应性异常和空耗时间异常中的一项。 这样，根据本实施形式的异常诊断，由于不必强制性地使发动机 运转状态或空燃比变化，可以在发动机的通常运转时诊断空燃比传感 器40的异常，所以，能够可靠地防止排气排放物及发动机燃烧状态的 恶化，以及振动、噪音等的恶化。因而，极为适合于柴油发动机的空 燃比传感器。另外，由于基于计算空燃比计算出与实际的空燃比比较 的响应性异常判定值，所以，可以获得适应计算空燃比的实际的变化 状态的恰当的响应性异常判定值。即，在计算空燃比的变化速度大的 情况下，可以获得大的变化速度的响应性异常判定值，反之，在计算 空燃比的变化速度小的情况下，可以获得小的变化速度的响应性异常 判定值。这里，异常判定在计算空燃比的变化开始后、经过规定的时 间之后进行，但是，优选地，决定求出响应性异常判定值时的运算处 理中的参数，以便在这种异常判定时期获得恰当的响应性异常判定值。 进而，由于在发动机的运转状态从稳定状态比较急剧地变化时诊断空 燃比传感器40的异常，例如，能够在车辆从怠速状态起步时或从等速 行驶加速或者减速时进行异常诊断，能够确保多的诊断机会。另外， 由于在两个空燃比的值稳定之后实质上开始诊断，所以，能够提高诊 断精度。
上面，对于本发明的实施形式进行了说明，但是，本发明也可以 采取另外的实施形式。例如，在前述实施形式中，从计算空燃比计算 出响应性异常判定值，将该响应性异常判定值与实际的空燃比进行比 较，但是，并不局限于此，例如，也可以直接将计算空燃比与实际的 空燃比进行比较。例如，在它们的差大于规定值时，可以将空燃比传 感器判定为异常。在对计算空燃比进行计算时，除燃料喷射量及吸入 空气量之外，也可以利用其它的值(例如，进气温度、进气压力、大 气压力等)。本发明的实施形式并不局限于前述实施形式，包含在由权利要求 所规定的本发明的思想中的所有的变形例及应用例、等价物等都包括 在本发明中。从而，不应当对本发明进行局限性地解释，本发明适用 于属于本发明的思想范围内的其它的任意的技术。
工业上所应用可能性
本发明适用于检测压缩点火式内燃机的排气空燃比的空燃比传感器。
权利要求
1.一种空燃比传感器的异常诊断装置，所述空燃比传感器用于检测压缩点火式内燃机的排气的空燃比，其中，包括计算空燃比计算机构，所述计算空燃比计算机构至少基于前述内燃机中的燃料喷射量和吸入空气量计算出计算空燃比，异常判定机构，所述异常判定机构基于下述时候的该计算空燃比和由前述空燃比传感器检测出来的实际的空燃比，对前述空燃比传感器的异常进行判定，所述时候为前述内燃机的运转状态根据内燃机运转要求而较为急剧地变化、且因此前述计算空燃比较为急剧地变化时。
2. 如权利要求1所述的空燃比传感器的异常诊断装置，其特征在 于，前述异常判定机构，在基于前述计算空燃比计算出响应性异常判 定值的同时，将从前述计算空燃比的变化开始起经过规定时间之后的 前述实际的空燃比与前述响应性异常判定值进行比较，对前述空燃比 传感器的异常进行判定。
3. 如权利要求l所述的空燃比传感器的异常诊断装置，其特征在 于，前述异常判定机构，由前述计算空燃比的变化开始时刻和前述实 际的空燃比的变化开始时刻之差计算出空耗时间，将该空耗时间与规 定的空耗时间异常判定值进行比较，对前述空燃比传感器的异常进行 判定。
4. 如权利要求l所述的空燃比传感器的异常诊断装置，其特征在 于，当前述内燃机的运转状态从稳定状态较为急剧地变化时，前述异 常判定机构对前述空燃比传感器的异常进行判定，并且，当在该稳定 状态期间前述计算空燃比和前述实际的空燃比达到稳定状态时，前述 异常判定机构进行用于使前述计算空燃比和前述实际的空燃比一致的 修正。
5. 如权利要求l所述的空燃比传感器的异常诊断装置，其特征在 于，前述异常判定机构计算前迷计算空燃比变化了规定值以上时的变 化速度，在该变化速度为规定值以上的情况下，对前述空燃比传感器的异常进行判定。
6.如权利要求3所述的空燃比传感器的异常诊断装置，其特征在 于，前述异常判定机构计算前述空耗时间期间的吸入空气量的累计值， 基于该吸入空气量的累计值计算前述空耗时间异常判定值。
全文摘要
根据本发明的异常诊断装置，能够基于燃料喷射量和吸入空气量计算出计算空燃比A/Fk，并且，基于内燃机的运转状态根据内燃机的运转要求较为急剧变化且因此前述计算空燃比较为急剧地变化时的该计算空燃比、和由前述空燃比传感器检测出来的实际的空燃比A/Fr，对前述空燃比传感器的异常进行判定。由于不强制性地使空燃比变更或变动，所以，能够可靠地防止异常诊断时的废弃排放物及燃烧状态的恶化以及振动、噪音等的恶化。
文档编号F02D45/00GK101688498SQ20088002141
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月19日 优先权日2007年6月22日
发明者柴田大介, 横川泰行, 泽田裕 申请人:丰田自动车株式会社