专利名称：发动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发动机的排气性能诊断/控制装置，特别涉及对因气缸间的空燃比的不均引起的排气恶化进行诊断或对排气恶化进行修正控制的装置。
背景技术：
在地球环境问题的背景下，对汽车要求低排放。以往，进行了与实时监视实用环境中的排气性能，排气性能恶化到一定程度以上时，通知驾驶员的诊断功能相关的技术开发。汽车用发动机一般为多气缸。气缸之间的空燃比不均时排气恶化被指出。专利文献I中，公开了根据触媒上游空燃比传感器信号的规定频率成分检测各气缸的空燃比的发明。此外，专利文献2中，公开了如果触媒下游空燃比传感器信号在规定时间以上为稀薄一侧，则判定各气缸的空燃比不均的发明。·现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2000-220489号公报专利文献2 日本特开2009-30455号公报
发明内容
发明的概要发明要解决的课题指出气缸间的空燃比不均时排气恶化，而发明人通过实验发现，由触媒上游传感器检测的气缸间空燃比不均度的大小和排放恶化成本不一定一致。认为这是由于传感器对各气缸的排气存在灵敏度的差异，此外，根据不均的模式，排气中的还原剂的量和氧气的量的均衡改变而造成的。此外，触媒下游传感器大致检测触媒内的空燃比，通过触媒下游传感器信号，虽然能够检测触媒的排气的(HC、C0、N0x)的净化性能，但是难以确定排气恶化是否源于气缸间空燃比不均，而且，在持续瞬态运转的实用环境下，触媒下游传感器信号也时刻变化，难以检测恒定的排气恶化。用于解决课题的方案鉴于上述情况，本发明中，精度良好地检测因气缸间的空燃比不均而引起的排气恶化。S卩，如图I所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括计算触媒上游传感器信号的规定频率成分A的单元；和计算触媒下游传感器信号的规定频率成分B的单元，根据上述频率成分A和上述频率成分B检测因发动机的气缸间的空燃比的不均导致的排气恶化的单元。根据触媒上游传感器信号的规定频率成分A检测产生气缸间空燃比不均，或检测触媒上游的空燃比等代表排气的成分比的状态被控制在怎样的范围内。进而，根据触媒下游传感器信号的规定频率成分B检测触媒下游或触媒内部的空燃比等代表排气的成分比的状态。通过使用规定频率成分A和规定频率成分B两者，检测气缸间的空燃比的不均所导致的排气恶化。此外，以图I所示的结构为前提，如图2所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，上述触媒上游传感器是空燃比传感器或O2传感器，上述触媒下游传感器是空燃比传感器或O2传感器。如记载所示，触媒上游传感器是空燃比传感器或O2传感器。而且触媒下游传感器也是空燃比传感器或O2传感器。此外，以图I所示的结构为前提，如图3所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述规定频率成分A的单元，是计算与发动机两转的周期对应的频率成分(以下称为两转成分)A的单元。如图25和图26所示，发生气缸间空燃比不均时，触媒上游传感器(空燃比传感器、O2传感器)的信号中产生发动机旋转两转的周期(720degCA周期)的振动。对其进行检测。 此外，以图3所示的结构为前提，如图4所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述两转成分A的单元是带通滤波器或傅立叶变换。如上所述，使用带通滤波或傅立叶变换作为计算权利要求3所示的两转成分的方法。此外，以图I所示的结构为前提，如图5所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述规定频率成分B的单元，是至少计算比与发动机旋转两转的周期对应的频率低的频率成分B的单元。如上所述，触媒下游空燃比传感器或触媒下游O2传感器大致检测触媒内的空燃比，因此通过触媒下游传感器信号能够检测触媒的排气(HC、CO、NOx)的净化性能。但是，在持续瞬态运转的实用环境中，触媒下游传感器信号也时刻变化，所以难以检测恒定的排气恶化。于是，通过计算触媒下游传感器信号的低频成分，排除时刻变化的成分，只检测直流成分(平均值)，从而检测恒定的净化性能(排气恶化)。低频成分至少是比与发动机旋转两转的周期对应的频率低的频率成分，而如上所述，由于目的在于检测直流成分，因而也可以是更低的成分。此外，以图5所示的结构为前提，如图6所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述规定频率成分B的单元是低通滤波器。如上所述，使用低通滤波作为计算权利要求5所示的低频成分B的方法。此外，以图3所示的结构为前提，如图7所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括当上述两转成分A超过规定值时，判断气缸间的空燃比产生不均的单元。如权利要求3所示，产生气缸间空燃比不均时，触媒上游传感器(空燃比传感器、O2传感器)的信号的两转成分增大。因燃料喷射阀的特性不均、吸气量的气缸间的不均等，气缸间的空燃比在正常时也存在一定的不均。由于只要检测排气恶化的程度的不均，如权利要求7所述，当两转成分A超过规定值时，判断(一般而言，排气恶化的程度的)气缸间空燃比产生不均。此外，以图3所示的结构为前提，如图8所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括计算上述两转成分A超过规定值的频度Ra的单元。为了精度更高地检测触媒上游传感器信号的两转成分的大小，使用统计处理。如权利要求8所述，计算两转成分A超过规定值的频度Ra。例如，按每次燃烧更新计算两转成分时，将以燃烧次数为分母、以两转成分超过规定值的次数为分子的值作为频度Ra。此外，以图5所示的结构为前提，如图9所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括计算上述低频成分B不在规定范围的频度Rb的单元。为了精度更高地检测触媒下游传感器信号的低频成分的分布，使用统计处理。如权利要求9所述，计算低频成分B不在规定范围内的频度Rb。例如，按每次燃烧更新计算两转成分时，将以燃烧次数为分母、以低频成分不在规定范围的次数为分子的值作为频度Rb。此处，规定范围可以是触媒的净化效率为一定值以上的范围。例如，触媒下游传感器是O2传感器时，低频成分小于规定范围时，意味着触媒内或触媒下游的空燃比变为稀薄，所以NOx恶化。低频成分大于规定范围时，意味着触媒内或触媒下游的空燃比变为浓厚，所以主要是CO恶化。此外，以图8或图9所示的结构为前提，如图10所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括“当上述两转成分A超过规定值的频度Ra超过规定值，且上述低频成分B不在规定范围的频度Rb超过规定值时”，判断因气缸间空燃比不均而使触媒下游的排气恶化的单元。如权利要求8和权利要求9的说明所述，触媒上游传感器信号的两转成分A超过规定值的频度Ra超过规定值时，判断发生了排气恶化的程度的气缸间空燃比不均，进而，当触媒下游传感器信号的低频成分不在规定范围的频度Rb超过规定值时，判断实际上排气恶化。·此外，以图I所示的结构为前提，如图11所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述规定频率成分A的单元是至少计算比与发动机旋转两转的周期对应的频率低的频率成分A的单元。产生气缸间空燃比不均时以触媒上游传感器信号检测的两转成分的大小，因触媒上游传感器的安装位置等而变化。不能充分检测两转成分时，根据触媒下游传感器的低频成分检测排气恶化，而通过检测触媒上游传感器信号的低频成分为怎样的范围，提高触媒下游传感器的低频成分的判定精度。此外，以图11所示的结构为前提，如图12所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，计算上述规定频率成分A的单元是低通滤波器。如上所述，使用低通滤波作为计算权利要求11所示的低频成分A的方法。此外，以图5或图11所示的结构为前提，如图13所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括计算“上述低频成分A在规定范围，且上述低频成分B不在规定范围”的频度Re的单元。例如，触媒上游传感器信号的低频成分A在相当于触媒的高效率净化范围的规定范围内、且触媒下游传感器的低频成分B不在相当于触媒的高效率净化范围的规定范围时，判定大致因气缸间空燃比不均而使触媒上游传感器发生误检测，排气恶化。为了提高判定精度，求出其频度。例如，按每次燃烧更新计算低频成分A和低频成分B时，将以燃烧次数为分母、以低频成分不在规定范围内的次数为分子的值作为频度Re。此外，以图13所示的结构为前提，如图14所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括上述频度Re超过规定值时，判断因气缸间空燃比不均而使触媒下游的排气恶化的单元。如上所述，频度Re超过规定值时，判断因气缸间空燃比不均而使触媒下游的排气恶化。此外，以图I 14所示的任一种结构为前提，如图15所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，为了使触媒上游传感器输出成为规定范围，实施控制发动机的运转状态的反馈控制时，至少使计算规定频率成分A的单元、计算规定频率成分B的单元和检测排气恶化的单元动作。至少以触媒上游传感器输出为相当于触媒的高效率范围的值为前提，执行权利要求I 14中任意一项所述的方案。这是由于如果触媒上游传感器输出不在触媒的高效率净化范围，则触媒下游传感器输出因气缸间空燃比不均以外的原因而不在规定范围(触媒的高效率净化范围)。基于触媒上游传感器的反馈控制，其目的为控制在触媒的高效率净化范围，以在反馈控制中为条件。此外，即使触媒上游传感器输出相当于触媒的高效率范围，也并不意味着实际的空燃比等排气成分的状态在触媒的高效率净化范围。这是因为气缸间空燃比不均引起的触媒上游传感器的检测误差是排气恶化的主要原因。此外，以图I 14所示的任一种结构为前提，如图16所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，“触媒上游排气传感器输出”或“触媒上游排气传感器输出的规定期间中的平均值”在规定范围时，至少使计算规定频率成分A的单元、计算规定频率成分B的单元和检测排气恶化的单元动作。其目的与权利要求15所述的内容的目的相同。至少以触媒上游传感器输出为相当于触媒的高效率范围的值为前提，执行权利要求I 14中任一项所述的方案。
此外，以图8所示的结构为前提，如图17所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括根据上述两转成分A的大小，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。如上所述，触媒上游传感器输出的两转成分的大小，与气缸之间的空燃比不均的程度存在相关，因此根据两转成分的大小对燃料喷射量或吸入空气量进行修正。因气缸间空燃比不均使触媒上游排气传感器发生误检测，不在触媒的高效率净化范围，是排气恶化的主要原因。从而，如果与两转成分的大小相应地对所有气缸的燃料量或空气量进行修正，则触媒上游的排气的状态恢复为触媒的高效率净化范围，能够抑制排气恶化。此外，以图3所示的结构为前提，如图18所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括根据上述两转成分A的大小，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。本发明中，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正。此外，以图8所示的结构为前提，如图19所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括根据上述频度Ra，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。本发明中，根据两转成分超过规定值的频度Ra，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正。此外，以图8所示的结构为前提，如图20所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括根据上述频度Ra，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。本发明中，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正。此外，以图3或图5所示的结构为前提，如图21所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括当上述两转成分A超过规定值时，为了使上述低频成分B在规定范围而对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。除了前面的结构之外，为了使触媒下游传感器输出的低频成分在规定范围(触媒的高效率净化范围)而对燃料喷射量或吸入空气量进行修正，精度更好地抑制排气恶化。此外，以图3或图5所示的结构为前提，如图22所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括当上述两转成分A超过规定值时，为了使上述低频成分B在规定范围内而对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。本发明中，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正。此外，以图8或图9所示的结构为前提，如图23所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括“上述频度Ra超过规定值，且上述频度Rb超过规定值时”，根据上述频度Rb，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。除了前面的结构之外，根据触媒下游传感器输出的低频成分不在规定范围(触媒的高效率净化范围)的频度Rb，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正，精度更好地抑制排气恶化。此外，以图8或图9所示的结构为前提，如图24所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括“上述频度Ra超过规定值，且上述频度Rb超过规定值时”，根据上述频度Rb，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。本发明中，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正。此外，以图8或图11所示的结构为前提，如图25所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括上述低频成分A在规定范围时，为了使上述低频成分B在规定范围而对燃·料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。不能充分检测触媒上游传感器信号的两转成分时，根据触媒下游传感器的低频成分检测排气恶化，而通过检测触媒上游传感器信号的低频成分为怎样的范围，提高触媒下游传感器的低频成分的判定精度。此时，为了使触媒下游传感器信号的低频成分在规定的范围而对燃料喷射量或吸入空气量进行修正，能够抑制排气恶化。此外，以图5或图11所示的结构为前提，如图26所示，表示了发动机的控制装置，其特征在于，包括上述低频成分A在规定范围时，为了使上述低频成分B在规定范围而对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。本发明中，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正。发明效果根据本发明，根据触媒上游传感器信号的规定频率成分检测气缸间的空燃比不均，进而，根据触媒下游传感器信号的规定频率成分检测排气恶化，因此通过双方的信息，能够精度良好地检测源于气缸间的空燃比不均的排气恶化。
图I是相当于权利要求I所述的发动机的控制装置的框图。图2是相当于权利要求2所述的发动机的控制装置的框图。图3是相当于权利要求3所述的发动机的控制装置的框图。图4是相当于权利要求4所述的发动机的控制装置的框图。图5是相当于权利要求5所述的发动机的控制装置的框图。图6是相当于权利要求6所述的发动机的控制装置的框图。图7是相当于权利要求7所述的发动机的控制装置的框图。图8是相当于权利要求8所述的发动机的控制装置的框图。图9是相当于权利要求9所述的发动机的控制装置的框图。图10是相当于权利要求10所述的发动机的控制装置的框图。
图11是相当于权利要求11所述的发动机的控制装置的框图。图12是相当于权利要求12所述的发动机的控制装置的框图。图13是相当于权利要求13所述的发动机的控制装置的框图。图14是相当于权利要求14所述的发动机的控制装置的框图。图15是相当于权利要求15所述的发动机的控制装置的框图。图16是相当于权利要求16所述的发动机的控制装置的框图。图17是相当于权利要求17所述的发动机的控制装置的框图。
图18是相当于权利要求18所述的发动机的控制装置的框图。图19是相当于权利要求19所述的发动机的控制装置的框图。图20是相当于权利要求20所述的发动机的控制装置的框图。图21是相当于从属于权利要求3或5所述的发明的发动机的控制装置的框图。图22是相当于从属于权利要求3或5所述的发明的发动机的控制装置的框图。图23是相当于从属于权利要求8或9所述的发明的发动机的控制装置的框图。图24是相当于从属于权利要求8或9所述的发明的发动机的控制装置的框图。图25是相当于从属于权利要求5或11所述的发明的发动机的控制装置的框图。图26是相当于从属于权利要求5或11所述的发明的发动机的控制装置的框图。图27是表示气缸间空燃比不存在不均和存在不均时的触媒上游空燃比传感器信号的图。图28是表示气缸间空燃比不存在不均和存在不均时的触媒上游O2传感器信号的图。图29是实施例I 6中的发动机控制系统图。图30是表示实施例I 6中的控制单元的内部的图。图31是表示实施例I中的控制整体的框图。图32是实施例I 2中的诊断许可部的框图。图33是实施例1、3 5中的两转成分运算部的框图。图34是实施例1、3 6中的低频成分2运算部的框图。图35是实施例1、3 5中的频度Ra运算部的框图。图36是实施例1、3 5中的频度Rb运算部的框图。图37是实施例1、3 5中的异常判定部的框图。图38是表示实施例2中的控制整体的框图。图39是实施例2、6中的低频成分I运算部的框图。图40是实施例2、6中的频度Re运算部的框图。图41是实施例2、6中的异常判定部的框图。图42是表示实施例3中的控制整体的框图。图43是实施例3 6中的基本燃料喷射量运算部的框图。图44是实施例3、5、6中的触媒上游空燃比反馈控制部的框图。图45是实施例3、6中的触媒下游空燃比反馈控制部的框图。图46是实施例3中的触媒下游空燃比反馈控制许可部的框图。图47是表示实施例4中的控制整体的框图。
图48是实施例4中的触媒上游空燃比反馈控制部的框图。图49是实施例4中的触媒下游空燃比反馈控制部的框图。图50是实施例4中的触媒下游空燃比反馈控制许可部的框图。图51是表示实施例5中的控制整体的框图。图52是实施例5中的触媒下游空燃比反馈控制部的框图。图53是实施例5中的触媒下游空燃比反馈控制许可部的框图。 图54是表示实施例6中的控制整体的框图。图55是实施例6中的触媒下游空燃比反馈控制许可部的框图。
具体实施例方式以下表示本发明的实施例。(实施例I)图29是表不本实施例的系统图。在多气缸(此处为4气缸)构成的发动机9中，来自外部的空气通过空气滤清器1，经过进气管4、集尘器5流入气缸内。用电子节流阀3调节流入空气量。用空气流量传感器2检测流入空气量。此外，用进气温度传感器29检测进气温度。用曲柄角传感器15输出曲轴的每10°转角的信号和每个燃烧循环的信号。水温传感器14检测发动机的冷却水温度。此外，加速器(Accelerator)开度传感器13检测加速器6的踩踏量，由此检测驾驶员的请求转矩。加速器开度传感器13、空气流量传感器2、进气温度传感器29、电子节流阀3上安装的节流阀开度传感器17、曲柄角传感器15、水温传感器14的各自的信号被发送至后述的控制单元16，从这些传感器输出获得发动机的运转状态，最佳地计算空气量、燃料喷射量、点火时刻的发动机的主要操作量。控制单元16内计算的目标空气量按目标节流阀开度一电子节流阀驱动信号转换，被发送至电子节流阀3。燃料喷射量被转换为开阀脉冲信号，发送至燃料喷射阀(injector)70此外，将驱动信号发送至火花塞8，使其在用控制单元16计算的点火时刻点火。喷射的燃料与来自进气歧管的空气混合，流入发动机9的气缸内形成混合气体。混合气体在规定的点火时刻因火花塞8产生的火花而爆发，因其燃烧压力按压活塞而成为发动机的动力。爆发后的排气经过排气管10被送入三效催化转换器11。排气的一部分通过排气回流管18回流至进气一侧。用阀19控制回流量。触媒上游传感器12 (实施例I中为空燃比传感器)安装在发动机9与三效催化转换器11之间。触媒下游O2传感器20安装在三效催化转换器11的下游。图30表示控制单元16的内部。对E⑶16内输入空气流量传感器2、触媒上游传感器12 (实施例I中为空燃比传感器)、加速器开度传感器13、水温传感器14、曲柄角传感器
15、节流阀开度传感器17、触媒下游O2传感器20、进气温度传感器29、车速传感器30等各传感器输出值，在输入电路24中进行去除噪声等信号处理后，被发送至输入输出端口 25。输入端口的值被保存于RAM23，在CPU21内进行运算处理。记载运算处理的内容的控制程序被预先写入R0M22。按照控制程序计算的表示各致动器操作量的值被保存到RAM23后，被发送至输入输出端口 25。火花塞的工作信号设置点火输出电路内的一次侧线圈导通时为0N、非导通时为OFF的ON/OFF信号。点火时刻是从ON变为OFF时。在输出端口设置的用于火花塞的信号在点火输出电路26被放大为燃烧所需的充足的能量并对火花塞供给。此外，燃料喷射阀的驱动信号设置开阀时为0N、闭阀时为OFF的0N/0FF信号，在燃料喷射阀驱动电路27中被放大为足够打开燃料喷射阀的能量并发送至燃料喷射阀7。实现电子节流阀3的目标开度的驱动信号经过电子节流阀驱动电路28，被发送至电子节流阀3。以下，对于写入R0M22的控制程序进行说明。图31是表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。 诊断许可部(图32)·两转成分运算部(图33) 低频成分2运算部(图34) 频度Ra运算部(图35) 频度Rb运算部(图36) 异常判定部(图37)用“诊断许可部”对允许诊断的标志(fp_diag)进行运算。用“两转成分运算部”计算触媒上游空燃比传感器信号的两转成分(Pow)。用“低频成分2运算部”计算触媒下游02传感器信号的低频成分(Low2)。用“频度Ra运算部”计算两转成分(Pow)超过规定值的频度(Ra)。用“频度Rb运算部”计算低频成分2 (Low2)不在规定范围的频度(Rb)。在“异常判定部”，当频度(Ra)超过规定值、且频度(Rb)超过规定值时，使异常标志(f_MIL)成为I。以下，说明各运算部的详情。·〈诊断许可部(图32)>在该运算部计算对诊断许可标志(fp_diag)。具体如图32所示。求出触媒上游空燃比传感器12的信号(Rabyf )的加权移动平均值(MA_Rabyf)。K1_MA_R ( MA_Rabyf ( K2_MA_R时，fp_diag=l。除此以外时，fp_diag=0。加权移动平均的权重系数，根据实际环境试验结果设定为满足收敛性和追踪性双方的值(综合调整(Trade-off)值)即可。〈两转成分运算部(图33)>在该运算部计算触媒上游空燃比传感器信号的两转成分(Pow)。具体如图33所示。使用DFT (离散傅立叶变换)计算触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf)的两转成分。用傅立叶变换求出能谱和相位谱，而此处使用能谱。进而,为了求出统计上的性质,进行加权平均处理，作为两转成分(Pow)。此外，也可以使用带通滤波器求出两转成分。该情况下，求出滤波器输出的绝对值后，进行加权平均处理，作为两转成分(Pow)。加权平均的权重系数，根据实际环境试验结果设定为满足收敛性和追踪性双方的值(综合调整值)即可。〈低频成分2运算部(图34)>在该运算部计算触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)。具体如图34所示。使用LPF (低通滤波器)计算触媒下游O2传感器信号(V02_R)的低频成分(Low2)。原本优选求出触媒下游O2传感器信号的直流成分，但是由于也需要在一定程度上确保瞬态运转中的追踪性，考虑到这一点，使低通滤波器的屏蔽频率为足够低的值。〈频度Ra运算部(图35)>在该运算部计算两转成分(Pow)超过规定值的频度(Ra)。具体如图35所示。当fp_diag=l时实施该处理。
·每当Pow彡Kl_Pow时,对Cnt_Pow_NG的值加I。除此以外，维持上一次的值。·每当实施本处理时,对Cnt_Pow的值加I。 令 Ra=Cnt_Pow_NG/Cnt_Pow。Kl_Pow可以将稳定性能下排气恶化的程度确定为大致标准。〈频度Rb运算部(图36)>在该运算部计算低频成分(Low2)超过规定值的频度(Rb)。具体如图36所示。当fp_diag=l时实施该处理。 每当Low2 < Kl_Low2时,对Cnt_Low2_NG的值加I。除此以外,维持上一次的值。·每当实施本处理时,对Cnt_Low2的值加I。··令 Rb=Cnt_Low2_NG/Cnt_Low2。Kl_Low2可将稳定性能下排气恶化的程度确定为大致标准。本实施例中，设计为检测Low2偏向稀薄一侧时(NOx恶化时)，而担心偏向浓厚一侧(CO恶化时)时，对Low2设置浓厚一侧的阈值即可。〈异常判定部(图37)>在该运算部计算异常标志(f_MIL)。具体如图37所示。fp_diag=l时,f_MIL以下述处理实施运算。Ra 彡 K_Ra 且 Rb 彡 K_Rb 时，f_MIL=l。除此以外时 f_MIL=0。fp_diag=0 时，f_MIL维持上一次的值。K_Ra和K_Rb可以将瞬态运转下的排气恶化程度确定为大致标准。例如，可以假设实用环境中的现实的行驶模式，将此时的排气恶化程度确定为大致标准。实施例I中，使触媒上游传感器12为空燃比传感器，而为O2传感器的情况下也能够按同样的处理实施。这是由于如图27、图28所示，无论空燃比传感器、O2传感器中哪一种情况，发生气缸间空燃比不均时均产生两转成分。但是，各参数需要重新设定为用于02传感器。(实施例2)实施例I中，检测触媒上游传感器信号的两转成分。实施例2中，检测触媒上游传感器信号的低频成分。图29是表不本实施例的系统图，由于与实施例I相同，因而不详细叙述。图30表示控制单元16的内部，由于与实施例I相同，同样不详细叙述。以下，对于写入图30中的R0M22的控制程序进行说明。图38是表示控制整体的框图，由以下的运算部构成。 诊断许可部(图32)·低频成分I运算部(图39)·低频成分2运算部(图34) 频度Re运算部(图40) 异常判定部(图41)用“诊断许可部”计算允许诊断的标志(fp_diag)。用“低频成分I运算部”计算触媒上游空燃比传感器信号的低频成分(Lowl)。用“低频成分2运算部”计算触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)。在“频度Re运算部”计算低频成分I (Lowl)在规定范围、且低频成分2 (Low2)不在规定范围的频度(Re)。在“异常判定部”，当频度(Re)超过规定值时，使异常标志(f_MIL)为I。以下说明各运算部的详情。〈诊断许可部(图32)>在该运算部计算诊断许可标志(fp_diag)。具体如图32所示，由于与实施例I相同，因而不详细叙述。〈低频成分I运算部(图39)>在该运算部计算触媒上游空燃比传感器 信号的低频成分(Lowl)。具体如图39所示。使用LPF (低通滤波器)计算触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf)的低频成分(Lowl)。原本优选求出触媒上游空燃比传感器信号的直流成分，但是由于也需要在一定程度上确保瞬态运转中的追踪性，考虑到这一点，使低通滤波器的屏蔽频率为足够低的值。〈低频成分2运算部(图34)>在该运算部计算触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)。具体如图34所示，由于与实施例I相同，因而不详细叙述。〈频度Re运算部(图40)>在该运算部计算低频成分I (Lowl)在规定范围、且低频成分2 (Low2)不在规定范围的频度(Re)。具体如图40所示。当fp_diag=l时实施该处理。 每当 Kl_Lowl ^ Lowl ^ K2_Lowl 且 Low2 ^ Kl_Low2 时,对 Cnt_Lowl_2_NG 的值加I。除此以外，维持上一次的值。·每当实施本处理时,对Cnt_Lowl_2的值加I。·令 Rc=Cnt_Lowl_2_NG/Cnt_Lowl_2。Kl_Lowl和K2_Lowl可以将触媒的高效率净化范围确定为大致标准。Kl_Low2可将稳定性能下排气恶化的程度确定为大致标准。本实施例中，设计为检测Low2偏向稀薄一侧时(NOx恶化时)，而担心偏向浓厚一侧(CO恶化)时，对Low2设置浓厚一侧的阈值即可。〈异常判定部(图41)>在该运算部计算异常标志(f_MIL)。具体如图41所示。fp_diag=l时,f_MIL以下述处理实施运算。Re 彡 K_Rc 时，f_MIL=l。除此以外时，f_MIL=0。fp_diag=0 时，f_MIL 维持上一次的值。K_Rc可以将瞬态运转中的排气恶化程度确定为大致标准。例如，也可以假设实用环境中的现实的行驶模式，将此时的排气恶化程度确定为大致标准。实施例2中，使触媒上游传感器12为空燃比传感器，而为O2传感器的情况下也能够按同样的处理实施。但是，各参数需要重新设定为用于O2传感器。(实施例3)实施例3中，使用触媒上下游传感器的规定频率成分，对触媒上游空燃比反馈控制的参数(燃料喷射量)进行修正。图29是表不该实施例的系统图，由于与实施例I相同，因而不详细叙述。图30表示控制单元16的内部，由于与实施例I相同，同样不详细叙述。以下，对写入图30中的R0M22的控制程序进行说明。图42是表示控制整体的框图，对实施例I的结构(图31)追加了以下的运算部。 基本燃料喷射量运算部(图43)
·触媒上游空燃比反馈控制部(图44)·触媒下游空燃比反馈控制部(图45)·触媒下游空燃比反馈控制许可部(图46)用“基本燃料喷射量运算部”计算基本燃料喷射量(ΤρΟ)。在“触媒上游空燃比反馈控制部”计算为了使触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf )成为目标值而对基本燃料喷射量(TpO)进行修正的燃料喷射量修正值(Alpha)。在“触媒下游空燃比反馈控制部”中，为了抑制气缸间空燃比不均引起的排气恶化，根据触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)，计算对触媒上游空燃比反馈控制的目标值进行修正的值(Tg_fbya_hos)。在“触媒下游空燃比反馈控制许可部”中，根据触媒上游空燃比传感器信号的两转成分(Pow)，计算允许实施上述触媒下游空燃比反馈控制的标志(fp_Tg_fbya_hos )。以下，说明各运算部的详情。其中，图42中，除了上述运算部以外，还存在下述5·个运算部(许可部、判定部)，而如上所述，由于与实施例I相同，因而省略说明。 两转成分运算部(图33) 低频成分2运算部(图34) 频度Ra运算部(图35) 频度Rb运算部(图36) 异常判定部(图37)<基本燃料喷射量运算部(图43) >在该运算部计算基本燃料喷射量(ΤρΟ)。具体按图43所示的算式计算。此处，Cyl表示气缸数。KO基于燃料喷射阀的设计(燃料喷射脉冲宽度与燃料喷射量的关系)决定。<触媒上游空燃比反馈控制部(图44) >在该运算部计算燃料喷射量修正值(Alpha)。具体如图44所示。·将对目标当量比基本值(Tg_fbya0)加上目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)的值，作为目标当量比(Tg_fbya)。·将对基本空燃比(Sabyf)除以触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf )的值作为当量比(Rfbya)。·将目标当量比(Tg_fbya)与当量比(Rfbya)的差作为控制误差(E_fbya)。·根据控制误差(E_fbya)通过PI控制计算燃料喷射量修正值(Alpha)。其中，可以使基本空燃比(Sabyf)为相当于理论空燃比的值。此外，本控制实施中，使诊断许可标志(fp_diag)为I。<触媒下游空燃比反馈控制部(图45) >在该运算部计算目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)。具体如图45所示。 控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)为I时,将对目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)的上一次的值加上参照了表Tbl_Tg_fbya_hos的值之后的值，作为本次的目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)。表Tbl_Tg_fbya_hos将触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)作为参数。·控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)为O时，目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)维持上一次的值。表Tbl_Tg_fbya_hoS设定为当Low2为规定值以下时为正值(目标当量比一大)，当Low2为规定值以上时为O或负值(目标当量比一小)。<触媒下游空燃比反馈控制许可部(图46) >在该运算部计算控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)。具体如图46所示。· Pow ^ K2_Pow 且 fp_diag=l 时，fp_Tg_fbya_hos=l。·除此以外时，fp_Tg_fbya_hos=0。K2_Pow可以将排气恶化的程度确定为大致标准。(实施例4)实施例3中，使触媒上游排气传感器12为空燃比传感器，而实施例4中表示了使 触媒上游排气传感器12为O2传感器的情况的实施例。图29是表示该实施例的系统图，由于与实施例I相同因而不详细叙述。其中，触媒上游排气传感器12在本实施例中为O2传感器。图30表不控制单兀16的内部，由于与实施例I相同，同样不详细叙述。以下，对写入图30中的R0M22的控制程序进行说明。图47是表示控制整体的框图，下述3个运算部与实施例3不同。·触媒上游空燃比反馈控制部(图48)·触媒下游空燃比反馈控制部(图49)·触媒下游空燃比反馈控制许可部(图50)在“触媒上游空燃比反馈控制部”中，根据触媒上游O2传感器信号(V02_F)，计算对基本燃料喷射量(TpO)进行修正的燃料喷射量修正值(Alpha)。在“触媒下游空燃比反馈控制部”中，为了抑制气缸间空燃比不均引起的排气恶化，根据触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2),计算对触媒上游空燃比反馈控制的限幅电平(Slice Level)进行修正的值(SL_hos)。在“触媒下游空燃比反馈控制许可部”中，计算允许实施上述触媒下游空燃比反馈控制的标志(fp_SL_hos )。以下，说明各运算部的详情。其中，图47中，除了上述运算部以外，还存在下述A F的运算部(许可部、判定部)，而如上所述，A E与实施例I相同，F与实施例3相同，因而省略说明。A.两转成分运算部(图33)B.低频成分2运算部(图34)C.频度Ra运算部(图35)D.频度Rb运算部(图36)E.异常判定部(图37)F.基本燃料喷射量运算部(图43)<触媒上游空燃比反馈控制部(图48) >在该运算部计算燃料喷射量修正值(Alpha)。具体如图48所示。 基于触媒上游O2传感器信号(V02_F)，通过非线性PI控制，计算燃料喷射量修正值(Alpha)。关于使用O2传感器信号的非线性PI控制，由于是周知技术，此处不详细叙述。·通过限幅电平修正值(SL_hos)对非线性PI控制的限幅电平进行修正。本控制实施中，使诊断许可标志(fp_diag)为I。<触媒下游空燃比反馈控制部(图49) >在该运算部计算限幅电平修正值(SL_hos)。具体如图49所示。
·控制许可标志(fp_SL_hos)为I时，将对限幅电平修正值(SL_hos)的上一次的值加上参照了表Tbl_SL_hos的值之后的值，作为本次的限幅电平修正值(SL_hos)。表Tbl_SL_hos将触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)作为参数。 控制许可标志(fp_SL_hos)为O时，限幅电平修正值(SL_hos)维持上一次的值。表Tbl_SL_hos设定为当Low2为规定值以下时为正值(限幅电平一大)，当Low2为规定值以上时为O或负值(限幅电平一小)。<触媒下游空燃比反馈控制许可部(图50) >在该运算部计算控制许可标志(fp_SL_hos)。具体如图50所示。 · Pow ^ K3_Pow 且 fp_diag=l 时，fp_SL_hos=l。·除此以外时 fp_SL_hos=0。K3_Pow可以将排气恶化的程度确定为大致标准。其中，本实施例中，对限幅电平进行了修正，但也可以使非线性PI控制中的P部分为非均衡。(实施例5)实施例3中，根据触媒上游空燃比传感器信号的两转成分和触媒下游O2传感器信号的低频成分，对触媒上游空燃比反馈控制的目标当量比进行修正。实施例5中，根据触媒上游空燃比传感器信号的两转成分超过规定值的频度Ra和触媒下游O2传感器信号的低频成分不在规定范围的频度Rb，对触媒上游空燃比反馈控制的目标当量比进行修正。图29是表不本实施例的系统图，由于与实施例I相同因而不详细叙述。其中，本实施例中，触媒上游排气传感器12是O2传感器。图30表控制单兀16的内部，由于与实施例I相同，同样不详细叙述。以下，对写入图30中的R0M22的控制程序进行说明。图51是表示控制整体的框图，下述两个运算部与实施例3不同。·触媒下游空燃比反馈控制部(图52)·触媒下游空燃比反馈控制许可部(图53)用“基本燃料喷射量运算部”计算基本燃料喷射量(ΤρΟ)。在“触媒上游空燃比反馈控制部”中，计算为了使触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf)成为目标值而对基本燃料喷射量(TpO)进行修正的燃料喷射量修正值(Alpha)。在“触媒下游空燃比反馈控制部”中，为了抑制气缸间空燃比不均引起的排气恶化，根据触媒下游O2传感器信号的低频成分不在规定范围内的频度(Rb)，计算对触媒上游空燃比反馈控制的目标值进行修正的值(Tg_fbya_hos)0在“触媒下游空燃比反馈控制许可部”中，根据触媒上游空燃比传感器信号的两转成分超过规定的频度(Ra),对允许实施上述触媒下游空燃比反馈控制的标志(fp_Tg_fbta_hos)进行运算。以下说明各运算部的详情。其中，图51中除了上述运算部以外，还存在下述A G的运算部(许可部、判定部)，如上所述，A E与实施例I相同，F、G与实施例3相同，因此省略说明。A.两转成分运算部(图33)B.低频成分2运算部(图34)C.频度Ra运算部(图35)D.频度Rb运算部(图36)E.异常判定部(图37)
F.基本燃料喷射量运算部(图43)G.触媒上游空燃比反馈控制部(图44)<触媒下游空燃比反馈控制部(图52) >在该运算部计算目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)。具体如图52所示。 控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)为I时,将对目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)的上一次的值加上参照了表Tbl2_Tg_fbya_hos的值之后的值，作为本次的目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)。表Tbl2_Tg_fbya_hos将触媒下游O2传感器信号的低频成分不在规定范围内的频度(Rb)作为参数。·控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)为O时，目标当量比修正值(Tg_fbya_hos)维持上一次的值。·
表Tbl2_Tg_fbya_hos设定为Rb为规定值以上时为正值(目标当量比一大)，Rb为规定值以下时为O或负值(目标当量比一小)。<触媒下游空燃比反馈控制许可部(图53) >在该运算部计算控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)。具体如图53所示。· Ra ^ K2_Ra 且 Rb > K2_Rb 且 fp_diag=l 时，fp_Tg_fbya_hos=l。·除此以外时，fp_Tg_fbya_hos=0。K2_Ra和K2_Rb可以将排气恶化的程度确定为大致标准。实施例5中，使触媒上游传感器12为空燃比传感器，而为O2传感器的情况下也能够按同样的处理实施。但是，各参数需要重新设定为用于O2传感器，此外，修正的参数如实施例4所示，可以是限幅电平，或使非线性PI控制中的P部分为非均衡。(实施例6)实施例3中，根据触媒上游空燃比传感器信号的两转成分和触媒下游O2传感器信号的低频成分，对触媒上游空燃比反馈控制的目标当量比进行修正。实施例6中，根据触媒上游空燃比传感器信号的低频成分和触媒下游O2传感器信号的低频成分，对触媒上游空燃比反馈控制的目标当量比进行修正。图29是表不本实施例的系统图，由于与实施例I相同因而不详细叙述。图30表示控制单元16的内部，由于与实施例I相同，同样不详细叙述。以下，对于写入图30中的R0M22的控制程序进行说明。图54是表示控制整体的框图，对实施例2的结构(图38)追加以下的运算部。·基本燃料喷射量运算部(图43)·触媒上游空燃比反馈控制部(图44)·触媒下游空燃比反馈控制部(图45)·触媒下游空燃比反馈控制许可部(图55)用“基本燃料喷射量运算部”计算基本燃料喷射量(TpO)。在“触媒上游空燃比反馈控制部”中，计算为了使触媒上游空燃比传感器信号(Rabyf)成为目标值而对基本燃料喷射量(TpO)进行修正的燃料喷射量修正值(Alpha)。在“触媒下游空燃比反馈控制部”中，为了抑制气缸间空燃比不均引起的排气恶化，根据触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)，计算对触媒上游空燃比反馈控制的目标值进行修正的值(Tg_fbya_hos)。在“触媒下游空燃比反馈控制许可部”中，根据触媒上游空燃比传感器信号的低频成分(Lowl)和触媒下游O2传感器信号的低频成分(Low2)，对允许实施上述触媒下游空燃比反馈控制的标志(fp_Tg_fbya_hos)进行运算。以下说明各运算部的详情。其中，图54中，除了上述运算部以外，还存在下述A G的运算部(许可部、判定部)，如上所述，由于A D与实施例2相同，E G与实施例3相同，因此省略说明。A.低频成分I运算部(图39)B.低频成分2运算部(图34)C.频度Re运算部(图40)D.异常判定部(图41)E.基本燃料喷射量运算部(图43) F.触媒上游空燃比反馈控制部(图44)G.触媒下游空燃比反馈控制许可部(图45)<触媒下游空燃比反馈控制许可部(图55) >在该运算部计算控制许可标志(fp_Tg_fbya_hos)。具体如图55所示。· K3_Lowl ^ Lowl ^ K4_Lowl 且 Low2 ^ K2_Low2 时，fp_Tg_fbya_hos=l。·除此以外时，fp_Tg_fbya_hos=0。K3_Lowl和K4_Lowl可以将触媒的高效率净化范围确定为大致标准。K2_Low2可以将排气恶化的程度确定为大致标准。实施例6中，使触媒上游传感器12为空燃比传感器，而为O2传感器的情况也能够按同样的处理实施。但是，各参数需要重新设定为用于O2传感器，此外，修正的参数，如实施例4所示，可以是限幅电平，或使非线性PI控制中的P部分为非均衡。此外，也可根据“触媒上游空燃比传感器(O2传感器)信号的低频成分I (Lowl)在规定范围，且触媒下游O2传感器信号的低频成分2 (Low2)不在规定范围的频度(Re)”，对反馈控制的参数进行修正。符号说明I空气滤清器2 空气流量传感器3 电子节流阀4 进气管5 集尘器6 加速器7 燃料喷射阀8 火花塞9 发动机10 排气管11 三效催化转换器12 A/F 传感器13 加速器开度传感器14 水温传感器15 曲柄角传感器
16控制单元17节流阀开度传感器18排气回流管19排气回流量调节阀20触媒下游O2传感器21控制单元内安装的CPU22控制单元内安装的ROM·
23控制单元内安装的RAM24控制单元内安装的各种传感器的输入电路25输入各种传感器信号、输出致动器动作信号的端口26在适当的定时对火花塞输出驱动信号的点火输出电路27对燃料喷射阀输出适当的脉冲的燃料喷射阀驱动电路28电子节流阀驱动电路29进气温度传感器
权利要求
1.一种发动机的控制装置，其特征在于，包括 计算触媒上游传感器信号的规定频率成分A的单元； 计算触媒下游传感器信号的规定频率成分B的单元；和 根据所述频率成分A和所述频率成分B，检测因发动机的气缸间空燃比的不均导致的排气恶化的单元。
2.如权利要求I所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述触媒上游传感器是空燃比传感器或O2传感器， 所述触媒下游传感器是空燃比传感器或O2传感器。
3.如权利要求I所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算规定频率成分A的单元，是计算与发动机旋转两转的周期对应的频率成分(以下称为两转成分)A的单元。
4.如权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算两转成分A的单元是带通滤波器或傅立叶变换。
5.如权利要求I所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算规定频率成分B的单元，是至少计算比与发动机旋转两转的周期对应的频率低的频率成分B的单元。
6.如权利要求5所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算规定频率成分B的单元是低通滤波器。
7.如权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括所述两转成分A超过规定值时，判断为气缸间空燃比产生不均的单元。
8.如权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括计算所述两转成分A超过规定值的频度Ra的单元。
9.如权利要求5所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括计算所述低频成分B不在规定范围的频度Rb的单元。
10.如权利要求8或9所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括所述两转成分A超过规定值的频度Ra超过规定值，且所述低频成分B不在规定范围的频度Rb超过规定值时，判断为因气缸间空燃比不均导致的触媒下游的排气恶化的单J Li ο
11.如权利要求I所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算规定频率成分A的单元，是至少计算比与发动机旋转两转的周期对应的频率低的频率成分A的单元。
12.如权利要求11所述的发动机的控制装置，其特征在于 所述计算规定频率成分A的单元是低通滤波器。
13.如权利要求5或11所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括计算所述低频成分A在规定范围，且所述低频成分B不在规定范围的频度Re的单J Li ο
14.如权利要求13所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括所述频度Re超过规定值时，判断为因气缸间空燃比不均导致的触媒下游的排气恶化的单元。
15.如权利要求I 14中任一项所述的发动机的控制装置，其特征在于 实施控制发动机的运转状态的反馈控制，使得触媒上游传感器输出成为规定范围时，至少使计算规定频率成分A的单元、计算规定频率成分B的单元和检测排气恶化的单元动作。
16.如权利要求I 14中任一项所述的发动机的控制装置，其特征在于 触媒上游传感器输出或触媒上游传感器输出的规定期间的平均值在规定范围时，至少使计算规定频率成分A的单元、计算规定频率成分B的单元和检测排气恶化的单元动作。
17.如权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括根据所述两转成分A的大小，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。
18.如权利要求3所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括基于所述两转成分A的大小，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。
19.如权利要求8所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括根据所述频度Ra，对燃料喷射量或吸入空气量进行修正的单元。
20.如权利要求8所述的发动机的控制装置，其特征在于 包括根据所述频度Ra，对基于触媒上游传感器信号的反馈控制的修正值或/和基于触媒下游传感器信号的反馈修正值进行修正的单元。
全文摘要
气缸间的空燃比不均时排气恶化被指出，但触媒上游传感器检测的气缸间空燃比不均度的大小和排气恶化成本不一定一致。本发明的目的在于检测气缸间的空燃比不均导致的排气恶化。包括计算触媒上游传感器信号的规定频率成分A的单元和计算触媒下游传感器信号的规定频率成分B的单元，根据上述频率成分A和上述频率成分B检测因发动机的气缸间的空燃比的不均导致的排气恶化。
文档编号F02D9/02GK102918246SQ201180027590
公开日2013年2月6日 申请日期2011年6月3日 优先权日2010年6月4日
发明者中川慎二, 沼田明人, 福地荣作 申请人:日立汽车系统株式会社