發動機的控制裝置的製作方法
2023-12-09 14:45:26 3
本發明涉及一種發動機的控制裝置，尤其涉及檢測排氣管的空燃比的空燃比傳感器的劣化檢測。
背景技術：
作為本技術領域的背景技術，有日本專利特開2008-175202號公報(專利文獻1)。在該公報中揭示有如下內容：根據檢測內燃機的廢氣的空燃比的空燃比傳感器的輸入空燃比的方差值峰值和輸出空燃比峰值的時間來測量空燃比傳感器的死區時間，從而進行異常診斷。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2008-175202號公報
技術實現要素：
發明要解決的問題
在專利文獻1所記載的技術中，在算出方差值的期間內，必須使空燃比以規定的中心空燃比為界而階段性地朝貧側和富側變化。因而，必須在算出方差值的期間使改變空燃比的控制持續，從而存在發動機的運轉性及排氣性能發生劣化的問題。此外，存在為了算出方差值而導致檢測期間也變長的問題。
本發明是鑑於這種問題而成，其目的在於高精度地檢測空燃比傳感器的死區時間特性的劣化而無運轉性及排氣性能的劣化。
解決問題的技術手段
為了解決上述問題，本發明的控制裝置的特徵在於，包括：空燃比檢測單元，其檢測排氣管的空燃比；以及空燃比變動單元，其以規定周期改變排氣管的空燃比，在通過所述空燃比變動單元而使得空燃比發生變動時的所述空燃比檢測單元的輸出信號中的規定頻率的振幅為規定值以上、並且從與發動機相位相關的參數的基準位置或基準時期起到所述空燃比檢測單元的輸出信號的規定值為止的所需時間或所需角度為規定值以上時，通知所述空燃比檢測單元的異常，或者為發動機控制的一部分開啟故障保險。
發明的效果
根據本發明，由於是根據空燃比傳感器輸出信號的振幅和相位變化來診斷空燃比傳感器的劣化，因此能以較短時間進行劣化診斷。
此外，由於是在平均空燃比為排氣最佳空燃比的狀態下使用頻率相對較高的空燃比振動來檢測空燃比傳感器的死區時間特性的劣化，因此可實現短時間且高精度的檢測而無運轉性及排氣性能的劣化。
附圖說明
圖1為實施例1～4中的發動機控制系統圖。
圖2為表示實施例1～4中的控制單元的內部的圖。
圖3為表示實施例1中的控制整體的框圖。
圖4為實施例1中的燃料噴射量修正值運算部的框圖。
圖5為實施例1中的振幅運算部的框圖。
圖6為實施例1中的所需時間(所需角度)運算部的框圖。
圖7為實施例1中的死區時間異常判定部的框圖。
圖8為表示實施例2中的控制整體的框圖。
圖9為實施例2～4中的燃料噴射量修正值運算部的框圖。
圖10為實施例2中的振幅運算部的框圖。
圖11為實施例2中的所需角度運算部的框圖。
圖12為實施例2中的死區時間異常判定部的框圖。
圖13為表示實施例3中的控制整體的框圖。
圖14為實施例3、4中的二旋轉成分運算部的框圖。
圖15為實施例3、4中的振幅運算部的框圖。
圖16為實施例3、4中的所需角度運算部的框圖。
圖17為實施例3、4中的死區時間異常判定部的框圖。
圖18為表示實施例4中的控制整體的框圖。
圖19為實施例4中的空燃比反饋修正值運算部的框圖。
具體實施方式
下面，使用附圖，對實施例進行說明。
實施例1
圖1為表示本實施例的系統圖。在由多汽缸(此處為4汽缸)構成的發動機9中，來自外部的空氣通過空氣濾清器1，並經過進氣歧管4、集流器5而流入至汽缸內。流入空氣量由電子節氣門3加以調節。空氣流量傳感器2檢測流入空氣量。此外，進氣溫度傳感器29檢測進氣溫度。曲軸轉角傳感器15輸出曲軸的每10°轉角的信號和每一燃燒周期的信號。水溫傳感器14檢測發動機9的冷卻水溫度。此外，加速器開度傳感器13檢測加速器6的踩踏量，由此檢測駕駛員的要求扭矩。
加速器開度傳感器13、空氣流量傳感器2、進氣溫度傳感器29、安裝於電子節氣門3的節氣門開度傳感器17、曲軸轉角傳感器15、水溫傳感器14各自的信號被送至後文敘述的控制單元16，根據這些傳感器輸出而獲得發動機9的運轉狀態，從而最佳地運算空氣量、燃料噴射量、點火正時等發動機9的主要操作量。
控制單元16內所運算出的目標空氣量被轉換為目標節氣門開度→電子節氣門驅動信號，並送至電子節氣門3。燃料噴射量被轉換為開閥脈衝信號，並送至燃料噴射閥(噴油器)7。此外，以在由控制單元16運算出的點火正時進行點火的方式將驅動信號送至火花塞8。
所噴射的燃料與來自進氣歧管的空氣混合而流入至發動機9的汽缸內，形成混合氣體。混合氣體在規定的點火正時通過產生自火花塞8的火花而爆炸，通過其燃燒壓力來下壓活塞而成為發動機9的動力。爆炸後的廢氣經過排氣歧管10而送入至三元催化劑11。廢氣的一部分通過廢氣回流管18而回流至進氣側。回流量由EGR閥19控制。
在排氣管集合部安裝有空燃比傳感器12。催化劑下遊O2傳感器20安裝在三元催化劑11的下遊。
圖2表示控制單元16的內部。空氣流量傳感器2、空燃比傳感器12、加速器開度傳感器13、水溫傳感器14、曲軸轉角傳感器15、節氣門閥開度傳感器17、催化劑下遊O2傳感器20、進氣溫度傳感器29的各傳感器輸出值輸入至ECU 16內，在輸入電路24中進行去噪等信號處理後，被送至輸入輸出埠25。輸入埠的值保管在RAM 23中，在CPU 21內加以運算處理。記述有運算處理的內容的控制程序被預先寫入在ROM 22中。表示按照控制程序運算出的各致動器動作量的值被保管至RAM 23之後，被送至輸入輸出埠25。火花塞8的動作信號被設定ON/OFF信號，該ON/OFF信號在點火輸出電路26內的初級線圈的通電時為ON、在不通電時為OFF。點火正時是從ON變為OFF的時間。設定在輸出埠中的火花塞8用信號在點火輸出電路26中被放大至燃燒所需的足夠能量並供給至火花塞8。此外，燃料噴射閥7的驅動信號被設定開閥時ON、閉閥時OFF的ON/OFF信號，在燃料噴射閥驅動電路27中被放大至足以打開燃料噴射閥7的能量並送至燃料噴射閥7。實現電子節氣門3的目標開度的驅動信號經過電子節氣門驅動電路28而送至電子節氣門3。實現EGR閥19的目標開度的驅動信號經過EGR閥驅動電路30而送至EGR閥19。
下面，對寫入至ROM 22的控制程序進行敘述。圖3為表示控制整體的框圖，由以下的運算部構成。
·燃料噴射量修正值運算部(圖4)
·振幅運算部(圖5)
·所需時間(所需角度)運算部(圖6)
·死區時間異常判定部(圖7)
在「燃料噴射量修正值運算部」中，以規定周期運算用以使全部汽缸的燃料噴射量一律變化的燃料噴射量修正值(Ti_hos)和每規定周期導通一次的周期標誌(f_sin_init)。對基本燃料噴射量(Tp)乘以Ti_hos，運算決定各汽缸的燃料噴射量的噴射脈衝寬度(Ti1～Ti4)。再者，關於Tp的運算方法，是根據吸入空氣量、發動機轉速、噴油器的噴射量特性等來求，由於有廣為人知的通常方法，因此此處不作詳細敘述。在「振幅運算部」中，根據催化劑上遊空燃比信號傳感器信號(Rabf)求空燃比信號的振幅(A1)。在「所需時間(所需角度)運算部」中，根據催化劑上遊空燃比傳感器信號(Rabf)求從所述f_sin_init變為1起到在所述規定周期一循環內Rabf達到最大為止的所需時間(T1)或角度。在「死區時間異常判定部」中，根據A1和T1求異常標誌(f_MUL)。下面，對各運算部的詳情進行說明。
＜燃料噴射量修正值運算部(圖4)＞
在本運算部中，運算Ti_hos(燃料噴射量修正值)和f_sin_init(周期標誌)。具體內容示於圖4。
i)在轉速處於規定範圍且發動機負荷處於規定範圍，並且，
轉速的本次值與前次值的差為規定值以下，並且，
發動機負荷的本次值與前次值的差為規定值以下時，
·以周期fa運算sin波的值s0。
其中，設定fa≥fc。
fc：截止頻率
·每一周期設定f_sin_init＝1。
除此以外，
設定f_sin_init＝0。
ii)除『i)』以外時，
設定s0＝0
f_sin_init＝0。
對s0乘以K_Ti_hos(修正值範圍)並加1，將所得值作為Ti_hos(燃料噴射量修正值)。K_Ti_hos為決定燃料噴射量或實際空燃比的振動振幅的值，是考慮發動機9的運轉性、排氣性能、死區時間特性的檢測精度來確定的。再者，考慮到對發動機性能的影響等，使Ti_hos以周期fa進行振動的次數被確定為規定次數，較理想為僅以所需最小次數使Ti_hos振動。
＜振幅運算部(圖5)＞
在本運算部中，運算A1(振幅)。具體內容示於圖5。
將從f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1為止的Rabf的最大值與最小值的差作為振幅A1。
＜所需時間(所需角度)運算部(圖6)＞
在本運算部中，運算T1(所需時間)。具體內容示於圖6。
·f_sin_init＝1時，重置計時器。
·將在從f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1為止的期間內Rabf達到最大值時的計時器值設作為T1。
再者，雖然上述處理涉及的是所需時間，但也可像下述那樣運算所需角度。
·存儲f_sin_init＝1時的發動機轉角θa。
·將在從f_sin_init＝1起到下次f_sin_init＝1為止的期間內Rabf達到最大值時的發動機轉角作為θb，將θb－θa作為所需角度θ0。再者，θ0的動態範圍是根據空燃比傳感器12的死區時間的長度、檢測時的發動機運轉條件以及周期fa來設定的(也存在大於360deg的情況)。
＜死區時間異常判定部(圖7)＞
在本運算部中，運算f_MUL(異常標誌)。具體內容示於圖7。
K_A1≤A1且K_T1≤T1時，設定f_MUL＝1。
K_A1、K_T1是對判定為死區時間異常的電平進行規定的值。是根據診斷目標性能來確定的。
再者，上述使用所需角度θ0來進行判定的情況為下述處理。
K_A1≤A1且K_θ0≤θ0時，設定f_MUL＝1。
K_θ0為對判定為死區時間異常的電平進行規定的值。是根據診斷目標性能來確定的。此外，即便空燃比傳感器12的死區時間固定，由於所用角度θ0會根據發動機9的轉速而變化，因此在各種轉速下進行檢測的情況下，以轉速的靈敏度消失的方式進行修正。
實施例2
在本實施例中，將一汽缸的空燃比相較於其他汽缸的空燃比錯開規定量而產生發動機二旋轉周期的空燃比振動，使用該信號來檢測空燃比傳感器12的死區時間劣化。
圖1為表示本實施例的系統圖，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。圖2表示控制單元16的內部，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。
下面，對寫入至ROM 22的控制程序進行敘述。圖8為表示控制整體的框圖，由以下的運算部構成。
·燃料噴射量修正值運算部(圖9)
·振幅運算部(圖10)
·所需角度運算部(圖11)
·死區時間異常判定部(圖12)
在「燃料噴射量修正值運算部」中，運算各汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本實施例中，通過僅將第1汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1)錯開規定量來產生發動機二旋轉周期的空燃比振動。對基本燃料噴射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，運算確定各汽缸的燃料噴射量的噴射脈衝寬度(Ti1～Ti4)。再者，關於Tp的運算方法，由於有廣為人知的通常方法，因此此處不作詳細敘述。在「振幅運算部」中，根據催化劑上遊空燃比信號傳感器信號(Rabf)求空燃比信號的振幅(A1)。在「所需角度運算部」中，根據催化劑上遊空燃比傳感器信號(Rabf)求在一周期(發動機二旋轉)內Rabf達到最大為止的所需角度(θ1)。在「死區時間異常判定部」中，根據A1和θ1求異常標誌(f_MUL)。下面，對各運算部的詳情進行說明。
＜燃料噴射量修正值運算部(圖9)＞
在本運算部中，運算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料噴射量修正值)。具體內容示於圖9。
i)在轉速處於規定範圍且發動機負荷處於規定範圍，並且，
轉速的本次值與前次值的差為規定值以下，並且，
發動機負荷的本次值與前次值的差為規定值以下時，
設定Ti_hos1＝K_Ti_hos1。
ii)除『i)』以外時，
設定Ti_hos1＝1。
K_Ti_hos1(第1汽缸燃料噴射量修正值)為確定燃料噴射量或實際空燃比的振動振幅的值，是考慮發動機9的運轉性、排氣性能、死區時間特性的檢測精度來確定的。再者，考慮到對發動機性能的影響等，設定為Ti_hos1＝K_Ti_hos1的期間被確定為規定期間，較理想為僅以所需最小期間使其振動。
＜振幅運算部(圖10)＞
在本運算部中，運算A1(振幅)。具體內容示於圖10。將發動機9進行二旋轉期間的Rabf的最大值與最小值的差作為振幅A1。
＜所需角度運算部(圖11)＞
在本運算部中，運算θ1(所需角度)。具體內容示於圖6。將在發動機9進行二旋轉期間Rabf達到最大值時的發動機轉角作為θ1a(所需角度基本值)。將θ1_Gak(所需角度學習值)除以720所得餘數作為Mod_θ1_Gak(所需角度學習值餘數值)。將Mod_θ1_Gak與θ1a的差作為Δθ1(所需角度變化值)。將θ1_Gak與Mod_θ1_Gak的差作為θ1_Gak0(所需角度學習值偏移)。
Δθ1≥K_Δθ1時，
設定θ1＝θ1_Gak0+Δθ1
θ1_Gak＝θ1。
·除此以外時，
設定θ1＝θ1_Gak。
空燃比傳感器12的死區時間的長度也存在通過角度換算而大於相當於發動機二旋轉的720deg的情況。另一方面，0≤θ1a＜720。假設相當於空燃比傳感器12的死區時間的長度的角度即θ1_Gak(所需角度學習值)大於720的情況而進行上述處理。
再者，θ1_Gak的初始值設為空燃比傳感器初始狀態下的死區時間的長度。此外，即便空燃比傳感器12的死區時間固定，由於本運算部中所處理的各所需角度值會根據發動機9的轉速而變化，因此在各種轉速下進行檢測的情況下，以轉速的靈敏度消失的方式進行修正。
＜死區時間異常判定部(圖12)＞
在本運算部中，運算f_MUL(異常標誌)。具體內容示於圖12。
K_A1≤A1且K_θ1≤θ1時，設定f_MUL＝1。
K_A1、K_θ1為對判定為死區時間異常的電平進行規定的值。是根據診斷目標性能來確定的。
本實施例中通過錯開第1汽缸的燃料噴射量來產生以與發動機二旋轉相當的頻率進行振動的空燃比變動，但錯開第2～4汽缸中的任一方的燃料噴射量均會獲得相同現象。此外，也可同時錯開多個汽缸的燃料噴射量。宜考慮排氣性能、運轉性能等來確定各汽缸的最佳燃料噴射量修正值。此外，由於發動機二旋轉周期的空燃比變動的振幅、相位也會根據各汽缸的燃料噴射量修正值而變化，因此θ1_Gak的初始值、K_A1、K_θ1也根據各汽缸的燃料噴射量修正值來設定。
實施例3
在本實施例中，將一汽缸的空燃比相較於其他汽缸的空燃比錯開規定量來產生發動機二旋轉周期的空燃比振動。對空燃比傳感器信號進行傅立葉變換，運算相當於發動機二旋轉周期的頻率的功率譜和相位譜。使用功率譜和相位譜來檢測死區時間劣化。
圖1為表示本實施例的系統圖，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。圖2表示控制單元16的內部，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。
下面，對寫入至ROM 22的控制程序進行敘述。圖13為表示控制整體的框圖，由以下的運算部構成。
·燃料噴射量修正值運算部(圖9)
·二旋轉成分運算部(圖14)
·振幅運算部(圖15)
·所需角度運算部(圖16)
·死區時間異常判定部(圖17)
在「燃料噴射量修正值運算部」中，運算各汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本實施例中，通過僅將第1汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1)錯開規定量來產生發動機二旋轉周期的空燃比振動。對基本燃料噴射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，運算確定各汽缸的燃料噴射量的噴射脈衝寬度(Ti1～Ti4)。再者，關於Tp的運算方法，由於有廣為人知的通常方法，因此此處不作詳細敘述。在「二旋轉成分運算部」中，對催化劑上遊空燃比傳感器信號(Rabf)進行傅立葉變換，運算相當於發動機二旋轉周期的頻率成分的實數部分(R_2rev)和虛數部分(I_2rev)。在「振幅運算部」中，根據R_2rev和I_2rev求功率譜，作為振幅(A1)。在「所需角度運算部」中，根據R_2rev和I_2rev求相位譜，作為所需角度(θ2)。在「死區時間異常判定部」中，根據A1和θ2求異常標誌(f_MUL)。下面，對各運算部的詳情進行說明。
＜燃料噴射量修正值運算部(圖9)＞
在本運算部中，運算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料噴射量修正值)。具體內容示於圖9，由於與實施例2相同，因此不作詳細敘述。
＜二旋轉成分運算部(圖14)＞
在本運算部中，運算催化劑上遊空燃比傳感器12的信號(Rabf)的二旋轉成分的實數部分(R_2rev)和虛數部分(I_2rev)。具體內容示於圖14。運算Rabf的本次值與前次值的差，作為dRabf(催化劑上遊空燃比傳感器信號差值)。對dRabf實施圖中的被波狀線圍繞的處理(離散傅立葉變換)。
將C_R×dRabf的本次值、前次值、前前次值、前前前次值的和作為R_2rev。此外，將C_I×dRabf的本次值、前次值、前前次值、前前前次值的和作為I_2rev。此處，C_R及C_I是根據CYLCNT(氣缸No.)以如下方式加以運算的。在第N汽缸的活塞位置處於規定值時，更新CYLCNT。此處設為在該汽缸的壓縮TDC前110deg下加以更新。
CYLCNT＝1時，C_R＝1
CYLCNT＝3或2時，C_R＝0
CYLCNT＝4時，C_R＝-1
此外，
CYLCNT＝1或4時，C_I＝0
CYLCNT＝3時，C_I＝1
CYLCNT＝2時，C_I＝-1
＜振幅運算部(圖15)＞
在本運算部中，運算A2(振幅)。具體內容示於圖15。根據R_2rev和I_2rev，通過下式求二旋轉成分的功率譜，作為A2。
√((R_2rev×R_2rev)+(I_2rev×I_2rev))
為了提高精度，也可多次求功率譜而使用其平均值(也可為移動平均)。
＜所需角度運算部(圖16)＞
在本運算部中，運算θ2(所需角度)。具體內容示於圖16。根據R_2rev和I_2rev，通過下式求Phase0(二旋轉成分相位基本值)。
arctan2(I_2rev/R_2rev)×(180/π)
此處，arctan2進行與4象限(-180～180deg)相對應的反正切值(＝相位)運算。
進而，將相位的範圍設為0～360deg的相位譜作為θ2a(所需角度基本值)。具體而言，
Phase0＜0時，設定θ2a＝Phase0+360，
除此以外時，設定θ2a＝Phase0。
設定θ2b＝2×θ2a。
這是為了將θ2a換算為發動機轉角。
將θ2_Gak(所需角度學習值)除以720所得餘數作為Mod_θ2_Gak(所需角度學習值餘數值)。將Mod_θ2_Gak與θ2a的差作為Δθ2(所需角度變化值)。將θ2_Gak與Mod_θ2_Gak的差作為θ2_Gak0(所需角度學習值偏移)。
Δθ2≥K_Δθ2時，
設定θ2＝θ2_Gak0+Δθ2
θ2_Gak＝θ2。
·除此以外時，
設定θ2＝θ2_Gak。
空燃比傳感器12的死區時間的長度也存在通過角度換算而大於相當於發動機二旋轉的720deg的情況。另一方面，0≤θ2b＜720。假設相當於空燃比傳感器12的死區時間的長度的角度即θ2_Gak(所需角度學習值)大於720的情況而進行上述處理。
再者，θ2_Gak的初始值設為空燃比傳感器初始狀態下的死區時間的長度。此外，即便空燃比傳感器12的死區時間固定，由於本運算部中所處理的各所需角度值會根據發動機9的轉速而變化，因此，在各種轉速下進行檢測的情況下，以轉速的靈敏度消失的方式進行修正。此外，為了提高精度，θ2a的運算也可使用平均值(也可為移動平均)。
＜死區時間異常判定部(圖17)＞
在本運算部中，運算f_MUL(異常標誌)。具體內容示於圖17。
K_A1≤A1且K_θ2≤θ2時，設定f_MUL＝1。
K_A1、K_θ2為對判定為死區時間異常的電平進行規定的值。是根據診斷目標性能來確定的。
本實施例中通過錯開第1汽缸的燃料噴射量來產生以與發動機二旋轉相當的頻率進行振動的空燃比變動，但錯開第2～4汽缸中的任一方的燃料噴射量均會獲得相同現象。此外，也可同時錯開多個汽缸的燃料噴射量。宜考慮排氣性能、運轉性能等來確定各汽缸的最佳燃料噴射量修正值。此外，由於發動機二旋轉周期的空燃比變動的振幅、相位也會根據各汽缸的燃料噴射量修正值而變化，因此θ2_Gak的初始值、K_A1、K_θ2也是根據各汽缸的燃料噴射量修正值來設定的。
實施例4
在本實施例中，根據檢測到的死區時間來修正空燃比反饋控制的參數。
圖1為表示本實施例的系統圖，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。圖2表示控制單元16的內部，由於與實施例1相同，因此不作詳細敘述。
下面，對寫入至ROM 22的控制程序進行敘述。圖18為表示控制整體的框圖，由以下的運算部構成。
·燃料噴射量修正值運算部(圖9)
·二旋轉成分運算部(圖14)
·振幅運算部(圖15)
·所需角度運算部(圖16)
·死區時間異常判定部(圖17)
·空燃比反饋修正值運算部(圖19)
在「燃料噴射量修正值運算部」中，運算各汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1～4)。尤其是在本實施例中，通過僅將第1汽缸的燃料噴射量修正值(Ti_hos1)錯開規定量來產生發動機二旋轉周期的空燃比振動。對基本燃料噴射量(Tp)乘以Ti_hos1～4，運算確定各汽缸的燃料噴射量的噴射脈衝寬度(Ti1～Ti4)。再者，關於Tp的運算方法，由於有廣為人知的通常方法，因此此處不作詳細敘述。在「二旋轉成分運算部」中，對催化劑上遊空燃比傳感器信號(Rabf)進行傅立葉變換，運算相當於發動機二旋轉周期的頻率成分的實數部分(R_2rev)和虛數部分(I_2rev)。在「振幅運算部」中，根據R_2rev和I_2rev求功率譜，作為振幅(A1)。在「所需角度運算部」中，根據R_2rev和I_2rev求相位譜，作為所需角度(θ2)。在「死區時間異常判定部」中，根據A1和θ2求異常標誌(f_MUL)。在「空燃比反饋修正值運算部」中，以催化劑上遊空燃比傳感器信號(Rabf)的輸出值達到目標值的方式對修正燃料噴射量的修正值(Alpha)進行運算。此外，根據θ2的值來修正與空燃比反饋相關的參數。下面，對各運算部的詳情進行說明。
＜燃料噴射量修正值運算部(圖9)＞
在本運算部中，運算Ti_hos1～4(第1～4汽缸燃料噴射量修正值)。具體內容示於圖9，由於與實施例2相同，因此不作詳細敘述。
＜二旋轉成分運算部(圖14)＞
在本運算部中，運算催化劑上遊空燃比傳感器12的信號(Rabf)的二旋轉成分的實數部分(R_2rev)和虛數部分(I_2rev)。具體內容示於圖14，由於與實施例3相同，因此不作詳細敘述。
＜振幅運算部(圖15)＞
在本運算部中，運算A2(振幅)。具體內容示於圖15，由於與實施例3相同，因此不作詳細敘述。
＜所需角度運算部(圖16)＞
在本運算部中，運算θ2(所需角度)。具體內容示於圖16，由於與實施例3相同，因此不作詳細敘述。
＜死區時間異常判定部(圖17)＞
在本運算部中，運算f_MUL(異常標誌)。具體內容示於圖17，由於與實施例3相同，因此不作詳細敘述。
＜空燃比反饋修正值運算部(圖19)＞
在本運算部中，運算Alpha(空燃比反饋修正值)。具體內容示於圖19。根據Rabf(催化劑上遊空燃比)與TaRabf(目標空燃比)的差，通過PI控制來運算Alpha。
根據θ2，參考表格M_Phos來求PI控制P部分增益(P_hos)。
根據θ2，參考表格M_Ihos來求PI控制I部分增益(I_hos)。
M_Phos、M_Ihos是根據空燃比控制系統的傳遞特性等來求的。此外，也可根據發動機9的運轉條件而改變方法。作為對死區時間系統的控制方法，有史密斯法等使用死區時間系統模型的方式。圖19中雖未表示，但也可設為使用θ2來修正死區時間模型的死區時間參數的方式。
再者，有一邊檢測或推斷各汽缸的空燃比、一邊將各汽缸的空燃比控制為目標空燃比的汽缸各自空燃比。在未實施該控制時，較理想為實施本實施例2～4。但即便實施該控制，在將特定汽缸的燃料噴射量錯開時，也可在通過該控制來進行修正的期間進行診斷。
下面，對本發明的特徵進行概括。本發明的一形態中的控制裝置的特徵在於包括如下單元：檢測空燃比的單元；以規定周期改變空燃比的單元；以及，在空燃比檢測單元的輸出信號中的規定頻率的振幅為規定值以上、並且從與發動機相關的參數的基準位置或基準時間起到所述空燃比檢測單元的輸出信號的規定值為止的所需時間或所需角度為規定值以上時，通知空燃比檢測單元的異常，或者至少為發動機控制的一部分開啟故障保險的單元。
即，空燃比傳感器的劣化模式主要有增益劣化、響應性劣化、死區時間劣化這3種。在空燃比以規定頻率進行振動時，發生增益劣化時的振動空燃比的振幅比正常時小或大。發生響應性劣化時，振動空燃比的振幅在規定頻率以上比正常時的振幅小，此外，振動空燃比的相位(振動空燃比的最大值、最小值等的位置)比正常時的相位慢。相對於此，發生死區時間劣化時，振動空燃比的振幅與正常時相比無變化，此外，振動空燃比的相位比正常時慢。相位與正常時相比發生變化是在發生響應性劣化時和發生死區時間劣化時。振幅在響應性劣化時變小，而在發生死區時間劣化時無變化。因而，如上所述，在「空燃比傳感器的輸出信號中的規定頻率的振幅為規定值以上」(振動空燃比的振幅與正常時相比無變化)、並且「從與發動機相關的參數的基準位置或基準時間起到所述空燃比傳感器的輸出信號的規定值為止的所需時間或所需角度為規定值以上」(振動空燃比的相位比正常時慢)時，表明空燃比傳感器的死區時間特性發生了劣化(死區時間變長)，從而通知空燃比傳感器的異常，或者至少為發動機控制的一部分開啟故障保險。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於包括使空燃比以規定頻率以上的頻率進行振動的單元。
即，通過使空燃比以規定頻率以上的頻率進行振動，將在短時間內獲得大量檢測結果，因此在實用上較為有利。此外，如上所述，在發生響應性劣化時，若頻率低於規定頻率，則振幅與正常時相比幾乎不會變小，因此，為了與死區時間劣化分開進行檢測，也要將頻率設為規定頻率以上。
此外，本發明的發動機的控制裝置的特徵在於，所述規定頻率為空燃比傳感器頻率特性中的截止頻率以上的頻率。
即，明確記載有如下內容：在發生響應性劣化時，作為振幅比正常時小的頻帶，是比截止頻率高的頻率。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於包括如下單元：將至少一個汽缸的空燃比相較於其他汽缸的空燃比錯開規定量，由此使空燃比(檢測單元的輸出信號)以發動機二旋轉周期進行振動。
即，若將至少一個汽缸的空燃比相較於其他汽缸的空燃比錯開規定量，則汽缸間的空燃比會產生偏差，從而產生排氣管集合部的空燃比信號以發動機進行二旋轉的周期進行振動的現象。根據該振動空燃比，通過上述方法來檢測空燃比傳感器的死區時間劣化。在該情況下，由於全部汽缸的平均空燃比達到目標空燃比，因此可檢測空燃比傳感器的死區時間特性而幾乎無排氣性能的劣化、運轉性的劣化。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於，與所述發動機相關的參數的基準位置或基準時期為發動機的規定曲軸轉角或燃料噴射量變更時機。
即，明確記載有如下內容：作為求振動空燃比的相位(振動空燃比的最大值、最小值等的位置)的基準位置，為發動機的規定角度。即，由於上述由汽缸間空燃比偏差引起的空燃比振動現象的頻率相當於發動機二旋轉周期，因此能以發動機的規定角度(例如，特定汽缸的TDC、BDC等)為基準點，例如求到振動波形的最大值或最小值為止的所需角度作為相位。此外，明確記載有如下內容：作為求振動空燃比的相位的基準時間，為燃料噴射變更時機。在通過以規定頻率對全部汽缸的燃料噴射量進行增減量來產生振動空燃比的情況下，能以變更燃料噴射量的時機為基準點，例如求到振動波形的最大值或最小值為止的所需角度作為相位。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於，所述空燃比檢測單元的輸出信號的規定值為所述空燃比檢測單元的輸出信號的振動波形每一周期的最大值或最小值。
即，在求空燃比振動波形的相位的情況下，像上述那樣獲得從發動機的規定角度、燃料噴射量變更時機等確定好的基準點起到空燃比振動波形的確定的位置為止的角度、時間即可。明確記載有如下內容：作為空燃比振動波形的確定的位置，為易於處理的振動波形每一周期的最大值或最小值。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於，包括如下單元：對所述空燃比檢測單元的輸出信號進行傅立葉變換的單元；根據通過所述傅立葉變換而獲得的功率譜求所述振幅的單元；以及根據通過所述傅立葉變換而獲得的相位譜，求從與所述發動機相關的參數的基準位置或基準時期起到所述空燃比檢測單元的輸出信號的規定值為止的所需時間或所需角度的單元。
即，通過對振動空燃比的信號進行傅立葉變換來獲得功率譜和相位譜。「振動空燃比的振動頻率下的功率譜的大小」與「振動空燃比的振幅的大小」具有比例關係。此外，「振動空燃比的振動頻率下的相位譜值」與「從與發動機相關的參數的基準位置或基準時期起到振動空燃比的規定值(例如最大值、最小值)為止的所需時間或所需角度」之間存在相關。本發明利用該關係。
此外，本發明的控制裝置的特徵在於包括如下單元：根據從與所述發動機相關的參數的基準位置或基準時期起到所述空燃比檢測單元的輸出信號的規定值為止的所需時間或所需角度，對空燃比反饋控制的參數進行變更的單元。
即，與使用空燃比傳感器的空燃比反饋控制性能相關的參數是假設空燃比傳感器正常的情況或者某一範圍內的特性劣化而預先確定好的。當空燃比傳感器的死區時間特性較大程度地變化時，會產生與該參數的失配，從而導致空燃比反饋控制的性能劣化。因而，通過上述方法，根據相當於死區時間的、從與發動機相關的參數的基準位置或基準時期起到振動空燃比的規定值(例如最大值、最小值)為止的所需時間或所需角度，將空燃比反饋控制的參數最佳化，從而抑制性能的劣化。
符號說明
1 空氣濾清器
2 空氣流量傳感器空氣流量傳感器
3 電子節氣門
4 進氣管
5 集流器
6 加速器
7 燃料噴射閥
8 火花塞
9 發動機
10 排氣管
11 三元催化劑
12 空燃比傳感器
13 加速器開度傳感器
14 水溫傳感器
15 曲軸轉角傳感器
16 控制單元
17 節氣門開度傳感器
18 廢氣回流管
19 EGR閥
20 催化劑下遊O2傳感器
21 CPU
22 ROM
23 RAM
24 輸入電路
25 輸入輸出埠
26 點火輸出電路
27 燃料噴射閥驅動電路
28 電子節氣門驅動電路
29 進氣溫度傳感器
30 EGR閥驅動電路。