内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法
【課題】精度良く且つ安価にガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御装置等を提供する。
【解決手段】内燃機関２の排気通路２２を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子１４ａと、検出素子１４ａを加熱するヒータ１４ｂと、を備えたガスセンサ１４の素子温度を推定する内燃機関の制御装置１０である。内燃機関２の運転状態を検出する運転状態検出手段（ステップＳ１）と、運転状態が所定運転状態になると、ヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段（ステップＳ３）、検出素子１４ａの検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段（ステップＳ５）と、記憶したデューティ比に応じてガスセンサ１４の素子温度を推定する素子温度推定手段（ステップＳ７）と、を有する。
【解決手段】内燃機関２の排気通路２２を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子１４ａと、検出素子１４ａを加熱するヒータ１４ｂと、を備えたガスセンサ１４の素子温度を推定する内燃機関の制御装置１０である。内燃機関２の運転状態を検出する運転状態検出手段（ステップＳ１）と、運転状態が所定運転状態になると、ヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段（ステップＳ３）、検出素子１４ａの検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段（ステップＳ５）と、記憶したデューティ比に応じてガスセンサ１４の素子温度を推定する素子温度推定手段（ステップＳ７）と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路を通流する排気の温度に基づいて、各部の動作を制御する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、このような排気温度を、内燃機関の排気通路に設けられたＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）などのガスセンサの素子インピーダンスとヒータ発熱量に基づき推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ガスセンサの素子温度が高くなると、排気温度を精度良く推定したり適切に内燃機関の各部を制御したりできない問題があった。これは、ガスセンサが、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有するためである。
【０００５】
また、ガスセンサの素子温度を検出する場合には、ガスセンサに温度検出チップを内蔵させる又は素子インピーダンスモニタを用いるのが一般的である。しかしながら、このような温度検出チップ又は素子インピーダンスモニタを用いるとコストが高くなる問題があった。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、精度良く且つ安価にガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、内燃機関（２）の排気通路（２２）を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子（１４ａ）と、前記検出素子（１４ａ）を加熱するヒータ（１３ｂ）と、を備えたガスセンサ（１４）の素子温度を推定する内燃機関の制御装置（１０）であって、前記内燃機関（２）の運転状態を検出する運転状態検出手段（ステップＳ１）と、前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータ（１４ｂ）への通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段（ステップＳ３）と、前記検出素子（１４ａ）の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段（ステップＳ５）と、記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサ（１４）の素子温度を推定する素子温度推定手段（ステップＳ７）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスセンサの出力値や応答性が変化するときのヒータへの通電に係るデューティ比を検出している。ここで、ガスセンサの出力値や応答性が変化するときのガスセンサの素子温度は環境や固体ばらつきなどにより変化しないものであり、デューティ比はこのようなガスセンサの温度特性を反映した指標である。このようなデューティ比を用いるので、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くガスセンサの素子温度を推定することができる。また、ガスセンサに温度検出チップ等を内蔵させないので、安価にガスセンサの素子温度を推定することができる。さらに、温度検出チップや素子インピーダンスモニタなどを用いることなく既存の回路構成でガスセンサの素子温度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。
【図２】Ｏ2センサの素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。
【図４】図２のステップＳ２乃至５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。
【図５】図２のステップＳ６に係る検索処理を説明する図である。
【図６】λの補正に係る制御ロジックを示すフローチャートである。
【図７】Ｏ2センサの素子温度毎のλ（空気過剰率）値とセンサ出力値との関係を説明する図である。
【図８】図６のステップＳ１２に係るλの補正量の算出のためのマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては本発明を、Ｏ2センサ１４（図１参照）の素子温度の推定に適用した場合を例に説明する。
【００１２】
（システム全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。図１に示すシステム１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit、内燃機関の制御装置）１０、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）１３、Ｏ2センサ（酸素濃度センサ、ガスセンサ）１４等により構成されるガスセンサ素子温度推定システムである。このシステム１は、自動車等の車両に搭載されている。
【００１３】
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２からエンジン２の運転状態を示す情報を、Ａ／Ｆセンサ１３やＯ2センサ１４から排気通路２２を通流する排気に関する情報を入力し、入力した情報に基づいてエンジン本体２１の動作を制御するマイクロコントローラである。エンジン本体２１の動作制御とは、例えば燃料噴射弁（不図示）の燃料噴射量を調整することで、燃焼室（不図示）で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるような制御である。具体的な制御内容については後述する。
【００１４】
クランク角センサ１１は、エンジン２のクランクシャフト（不図示）の回転角度を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このクランク角センサ１１を用いてエンジン２の機関回転速度を検出する。
【００１５】
アクセル開度センサ１２は、エンジン２のアクセルペダル（不図示）の踏込量を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このアクセル開度センサ１２を用いてエンジン２の機関負荷を検出する。
【００１６】
Ａ／Ｆセンサ１３は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも上流側に設けられたガスセンサである。このＡ／Ｆセンサ１３は、排気通路２２を通流する排気の空燃比を検出する。ＥＣＵ１０は、このＡ／Ｆセンサ１３を用いて排気通路２２を通流する排気の空燃比を検出する。
【００１７】
Ｏ2センサ１４は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも下流側に設けられたガスセンサである。このＯ2センサ１４は、検出素子１４ａとヒータ（ヒータ素子）１４ｂとを備える。検出素子１４ａとは、排気通路２２を通流する排気中の酸素ガスの濃度を検出する素子である。ＥＣＵ１０は、この検出素子１４ａを用いて排気中の酸素ガスの濃度に応じた起電力出力を検出する。ヒータ１４ｂとは、かかる検出素子１４ａを加熱する加熱素子である。ＥＣＵ１０は、このヒータ１４ｂへの通電を制御することで検出素子１４ａを加熱する。また本実施形態によればＥＣＵ１０は、これら検出素子１４ａやヒータ１４ｂなどを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定する。加えて、推定した素子温度に基づき排気通路２２を通流する排気の温度を推定するとともに、この排気温度に基づき燃料噴射弁（不図示）の燃料噴射量を調整する。
【００１８】
（ＥＣＵ１０の制御ロジック（素子温度の推定）について）
図２は、Ｏ2センサ１４の素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する。
【００１９】
まずステップＳ１においてＥＣＵ１０は、運転状態が所定運転状態か否かを判定する（Ｓ１）。ここではＥＣＵ１０は、エンジン２の運転状態がＯ2センサ１４の素子温度を推定すべき運転状態であるか否かを判定する。具体的な内容は後述する。
【００２０】
ステップＳ１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１、ＹＥＳ）、ステップＳ２へ進む。また、ステップＳ１においてＮＯの場合には（Ｓ１、ＮＯ）、ステップＳ１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ２に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。ここではまずＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するように、制御空燃比をパータベーションさせる。この制御空燃比のパータベーションは、λ（ラムダ）ウインドウ（理論空燃比領域）内で実施する。エミッションの悪化を防ぐためである。続いてＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値をモニタリングする。具体的な内容は後述する。
【００２２】
続いてステップＳ３に進んでＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂのデューティ制御（加熱制御）を開始する（Ｓ３）。ここではＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂへの通電を開始するとともにこの通電に係るデューティ比（デューティ値）を０から段階的に上昇させるデューティ制御を開始する。具体的な内容は後述する。
【００２３】
続いてステップＳ４に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力振幅が所定幅以内か否かを判定する（Ｓ４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ２でモニタリングを開始したＯ2センサ１４の出力値の出力振幅（リッチ側の出力値とリーン側の出力値との幅）が所定幅より小さくなったか否かを判定する。具体的な内容は後述する。
【００２４】
ステップＳ４においてＹＥＳの場合には（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。また、ステップＳ４においてＮＯの場合には（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ４へ戻って再び処理を繰り返す。
【００２５】
ステップＳ５に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、そのときのデューティ比を記憶する（Ｓ５）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ４においてＹＥＳと判定された際のデューティ比を記憶する。加えて、エンジン２の機関回転速度及び機関負荷に係る情報も記憶する。
【００２６】
続いてステップＳ６に進んでＥＣＵ１０は、記憶したデューティ比を基にマップから温度推定値を検索する（Ｓ６）。ここではＥＣＵ１０は、予めデューティ比とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップから、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応する素子温度を検索する。具体的な内容は後述する。
【００２７】
続いてステップＳ７に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する（Ｓ７）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ６で検索した温度推定値をＯ2センサ１４の素子温度として推定する。
【００２８】
以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する。続いて、ステップＳ１乃至Ｓ６の具体的な内容について説明する。
【００２９】
（ステップＳ１について）
図３は、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。図３における領域Ａが、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を示す領域である。
【００３０】
図３に示す領域Ａは、高負荷且つ高回転速度の運転状態である。このように高負荷且つ高回転速度の運転状態にしたのは、運転安定性を維持するためである。すなわち、例えばアイドル運転時のように低負荷の運転状態ではエンジン２の回転変動が大きくなり運転安定性が低下するとともにＯ2センサ１４の素子温度の推定に係る精度が低下してしまうから、かかる低負荷の運転状態を除いている。
【００３１】
またこの領域Ａは、エンジン２の回転速度がヒータカット回転速度より大きい運転状態である。このヒータカット回転速度とは、エンジン２の回転速度がこのヒータカット回転速度より大きくなると、ヒータ１４ｂへの通電が自動的に停止されるような回転速度を示す。このように通電が停止されるのは、Ｏ2センサ１４の素子温度の上昇に伴う故障を防止するためである。
【００３２】
領域Ａの機関回転速度をこのヒータカット回転速度よりも大きくすることで、のちのステップＳ３の処理でヒータ１４ｂへの通電を制御する際の制御安定性を高めることができる。かかるヒータカット回転速度の回転速度値はＯ2センサ１４の特性に応じて決定される。
【００３３】
またこの領域Ａは、車速が例えば６０ｋｍ／ｈより速い高車速域である。これは、エンジン２が十分に冷機風を受けることができるようにすることでエンジン２の部品故障を保証するためである。
【００３４】
以上のように図３を用いてステップＳ１に係る所定運転状態について説明してきたが、ステップＳ１においてＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２を用いて検出したエンジン２の機関回転速度及び機関負荷が図３の領域Ａに含まれるか否かを判定する。
【００３５】
（ステップＳ２乃至Ｓ５について）
図４は、図２のステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。図４（ａ）はＯ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）の出力値を示す。図４（ｂ）はヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比を示す。なお、以下ではフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にＳを付して記載する。
【００３６】
ステップＳ２においてＯ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。このとき図４（ａ）のように、Ｏ2センサ１４はリッチ信号（λ＝１よりも出力値が大）とリーン信号（λ＝１よりも出力値が小）とを交互に出力する。そして、時刻ｔ０でヒータ１４ｂのデューティ制御を開始する（Ｓ３）。
【００３７】
そうすると、時刻ｔ０〜ｔ１において、図４（ｂ）のように、ヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比が０から段階的に上昇する（Ｓ３）。
【００３８】
時刻ｔ１では、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が低下して出力振幅が所定幅以内になる（Ｓ４、ＹＥＳ、図４（ａ）参照）。そうすると、そのときのデューティ比（図では４０パーセント）を記憶する（Ｓ５）。
【００３９】
より具体的に説明する。時刻ｔ０〜ｔ１ではデューティ比の上昇に伴ってＯ2センサ１４の素子温度が高くなる。ここで前述のようにＯ2センサ１４は、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有している。そのため、素子温度が一定温度を超えると出力振幅が所定幅以内に小さくなる。つまり、検出素子１４ａの検出値（出力値）の極大値から極小値を引いた値が所定量（単位ｍｖ）より小さくなる又は検出素子１４ａの検出値（出力値）の周波数が所定周波数（単位Ｈｚ）より小さくなる。このときのデューティ比が記憶される。
【００４０】
以上のように図４を用いてステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理について説明してきたが、ステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理によりＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出している。
【００４１】
なお、ステップＳ２について補足する。ステップＳ２ではＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するようにさせている。これは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高くなると上記温度特性のためにセンサ出力値がリーン側にシフトするが、このシフトがシステム１の誤学習によるものなのかくＭＲ変化（混合比）によるものなのかが特定できないのを考慮したものである。
【００４２】
（ステップＳ６について）
図５は、図２のステップＳ６に係る検索処理について説明する図である。図５は、デューティ比が所定値（ここでは３０パーセント）のときの各運転状態とＯ2センサ１４の素子温度（カッコ内の数値は考慮しない）とが対応付けられたマップを示している。ＥＣＵ１０は、予め図５のようなマップを保持している。
【００４３】
ＥＣＵ１０が予めこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が３０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（３０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（５００度）を検索結果として取得する。
【００４４】
一方、ＥＣＵ１０が同様にこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が４０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。ここで、運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にある。
【００４５】
しかしながら、図５に示すマップはデューティ比が３０パーセントのときのものであり、当回はデューティ比が４０パーセントである。このようにデューティ比が異なる場合にはＥＣＵ１０は、図５に示すマップ上の温度推定値を、デューティ比の差分（４０パーセント−３０パーセント＝１０パーセント分）だけオフセットさせる。具体的には、各曲線が示すＯ2センサ１４の素子温度を図５のカッコ内の数値に変換する。その後、デューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度４００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（４００度）を検索結果として取得する。
【００４６】
以上のように図５を用いてステップＳ６に係る検索処理について説明してきたが、ステップＳ６によりＥＣＵ１０は、ステップＳ５で記憶したデューティ比と運転状態を示す情報とを用いてＯ2センサ１４の素子温度を検索する。なお、このようにデューティ比を用いて素子温度を検索することで、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００４７】
なお、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップがない場合には新たにこれを作成する。すなわち上記の例であれば、デューティ比４０パーセントとＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを新たに作成する。このようにして、デューティ比毎に運転状態とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを設定する。これにより、予め全てのデューティ比毎のマップを設定することなく、毎走行時に必要に応じてマップを追加して設定することができる。その後、次回以降のＯ2センサ１４の素子温度の推定の際に利用することが可能になる。
【００４８】
（ＥＣＵ１０の制御ロジック（λ（空気過剰率）の補正）について）
図６は、λ（空気過剰率）の補正に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、図２に示す制御ロジックでＯ2センサ１４の素子温度を推定した後に図６に示す制御ロジックを実行することにより、λを補正する。
【００４９】
まずステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、補正実行条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１１）。補正実行条件とは、図２に示す制御ロジックが終了したこと、及び、運転状態がλを補正させる運転状態であることの２つの条件を満たすことである。λを補正させる運転状態とは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高い運転状態、すなわち図５の高負荷且つ高回転速度の状態である。Ｏ2センサ１４の素子温度が高くなると、前述のようにセンサ出力値がリーン側にシフトするため誤学習が発生してしまうからこれを防止するためである。
【００５０】
ステップＳ１１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１１、ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進む。また、ステップＳ１１においてＮＯの場合には（Ｓ１１、ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００５１】
ステップＳ１２に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、推定温度に応じてλの補正量を算出する（Ｓ１２）。ここではＥＣＵ１０は、既に推定したＯ2センサ１４の素子温度に応じてλの補正量を算出する。具体的な内容は後述する。
【００５２】
続いてステップＳ１３に進んでＥＣＵ１０は、現在の運転状態がλの補正を反映すべき運転状態か否かを判定する（Ｓ１３）。ここでλの補正を反映すべき運転状態とは、ステップＳ１１のλを補正させる運転状態と同様であるとして、ここでは説明を省略する。
【００５３】
ステップＳ１３においてＹＥＳの場合には（Ｓ１３、ＹＥＳ）、ステップＳ１４へ進む。また、ステップＳ１３においてＮＯの場合には（Ｓ１３、ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００５４】
続いてステップＳ１４に進んでＥＣＵ１０は、λの補正量を用いて補正する（Ｓ１４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で算出されたλの補正量を用いてＡ／Ｆセンサ１３により検出される空燃比検出値（ＡＦＳＡＦ）を補正する。具体的には、空燃比検出値（ＡＦＳＡＦ）＝理論空燃比（ＡＦＳ）＋補正量学習値（ＡＦＳＨＯＳ）＋温度特性補正値（ＡＦＴＭＰＨＳ）を計算することで補正する。補正量学習値とは、Ａ／Ｆセンサ１３や触媒２３の劣化や環境に依存した補正量の学習値である。温度特性補正値とは、ステップＳ１２で算出したλの補正量である。
【００５５】
以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、図６に示す制御ロジックを実行することにより、λの補正を実現する。続いて、ステップＳ１２の具体的な内容について以下説明する。
【００５６】
（ステップＳ１２について）
図７は、Ｏ2センサ１４の素子温度毎のλ値とセンサ出力値との関係を説明する図である。図７には、横軸にλ値を、縦軸にＯ2センサ１４の出力値を示している。図８は、図６のステップＳ１２に係るλの補正量の算出のためのテーブルである。
【００５７】
図７のように、λ＝１付近ではＯ2センサ１４の素子温度が高くなるほどセンサ出力が低下すなわちリーン側に移行していることが分かる。これは、前述のようにＯ2センサ１４は、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有するためである。そのため、Ｏ2センサ１４の素子温度が高い場合にはこのセンサ出力の低下を補正する必要がある。
【００５８】
そこでＥＣＵ１０は、図８に示すテーブルを用いてλの補正量を算出する。図８に示すテーブルでは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高いほどλの補正量すなわちＯ2センサ１４のセンサ出力をリッチ側に補正する量、を大きくしている。ステップＳ１２ではＥＣＵ１０は、このようなＯ2センサ１４の素子温度とλの補正量が対応付けられたテーブルを用いて、Ｏ2センサ１４の素子温度に対応するλの補正量を算出する。なお、素子温度が図８に示す各素子温度の間の値（例えば６５０度）をとる場合には前後のλの補正量を補間して算出する（例えば１と１．０２との間の１．０１）。
【００５９】
以上のように図７及び図８を用いてステップＳ１２について説明してきたが、ステップＳ１２によりＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の素子温度に応じたλの補正量を算出している。このλの補正量とは、素子温度が高くなると出力値がリーン側に移行するＯ2センサ１４の温度特性に起因する空気過剰率のずれに相当する。
【００６０】
（まとめ）
以上のように、本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出している。ここで、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのＯ2センサ１４の素子温度は環境や固体ばらつきなどにより変化しないものであり、デューティ比はこのようなＯ2センサ１４の温度特性を反映した指標である。このようなデューティ比を用いるので、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。また、Ｏ2センサ１４に温度検出チップ等を内蔵させないので、安価にＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。さらに、温度検出チップや素子インピーダンスモニタなどを用いることなく既存の回路構成でＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００６１】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、エンジン２の機関回転速度がヒータ１４ｂへの通電が停止されるヒータカット回転速度よりも大きい運転状態になったときに、ヒータ１４ｂへのデューティ制御を開始している。そのため、ヒータ１４ｂへの通電に係る制御安定性を高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、デューティ比毎にＯ2センサ１４の素子温度が対応付けられたマップを有し、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップからＯ2センサ１４の素子温度を検索する。そのため、デューティ比とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００６３】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップがないときには、所定のデューティ比に対応するマップに基づき、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップを作成する。そのため、予め全てのデューティ比毎のマップを設定することなく、毎走行時にマップを必要に応じて追加して設定することができる。その後、次回以降のＯ2センサ１４の素子温度の推定の際に利用することが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、推定したＯ2センサ１４の素子温度に応じて、Ｏ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）の検出値を補正している。具体的には、素子温度が高くなるほど検出値をリッチ側に補正する。そのため、Ｏ2センサ１４の素子温度に応じて生じる空気過剰率のずれを補正することができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６６】
例えば、上記説明においては本発明に係るガスセンサがエンジン２の排気通路２２に設けられたＯ2センサ１４である場合を例に説明してきたが、この場合には限らない。例えばその他の酸素濃度センサであってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
１１ クランク角センサ
１２ アクセル開度センサ
１３ Ａ／Ｆセンサ
１４ Ｏ2センサ（ガスセンサ）
１４ａ 検出素子
１４ｂ ヒータ
ステップＳ１ 運転状態検出手段
ステップＳ２、Ｓ４ ガスセンサ出力値検出手段
ステップＳ３ ヒータ制御手段
ステップＳ５ デューティ比記憶手段
ステップＳ６、Ｓ７ 素子温度推定手段
ステップＳ１１〜Ｓ１４ 補正手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路を通流する排気の温度に基づいて、各部の動作を制御する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、このような排気温度を、内燃機関の排気通路に設けられたＡ／Ｆセンサ（空燃比センサ）などのガスセンサの素子インピーダンスとヒータ発熱量に基づき推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６１６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ガスセンサの素子温度が高くなると、排気温度を精度良く推定したり適切に内燃機関の各部を制御したりできない問題があった。これは、ガスセンサが、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有するためである。
【０００５】
また、ガスセンサの素子温度を検出する場合には、ガスセンサに温度検出チップを内蔵させる又は素子インピーダンスモニタを用いるのが一般的である。しかしながら、このような温度検出チップ又は素子インピーダンスモニタを用いるとコストが高くなる問題があった。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、精度良く且つ安価にガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、内燃機関（２）の排気通路（２２）を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子（１４ａ）と、前記検出素子（１４ａ）を加熱するヒータ（１３ｂ）と、を備えたガスセンサ（１４）の素子温度を推定する内燃機関の制御装置（１０）であって、前記内燃機関（２）の運転状態を検出する運転状態検出手段（ステップＳ１）と、前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータ（１４ｂ）への通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段（ステップＳ３）と、前記検出素子（１４ａ）の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段（ステップＳ５）と、記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサ（１４）の素子温度を推定する素子温度推定手段（ステップＳ７）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ガスセンサの出力値や応答性が変化するときのヒータへの通電に係るデューティ比を検出している。ここで、ガスセンサの出力値や応答性が変化するときのガスセンサの素子温度は環境や固体ばらつきなどにより変化しないものであり、デューティ比はこのようなガスセンサの温度特性を反映した指標である。このようなデューティ比を用いるので、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くガスセンサの素子温度を推定することができる。また、ガスセンサに温度検出チップ等を内蔵させないので、安価にガスセンサの素子温度を推定することができる。さらに、温度検出チップや素子インピーダンスモニタなどを用いることなく既存の回路構成でガスセンサの素子温度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。
【図２】Ｏ2センサの素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。
【図３】図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。
【図４】図２のステップＳ２乃至５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。
【図５】図２のステップＳ６に係る検索処理を説明する図である。
【図６】λの補正に係る制御ロジックを示すフローチャートである。
【図７】Ｏ2センサの素子温度毎のλ（空気過剰率）値とセンサ出力値との関係を説明する図である。
【図８】図６のステップＳ１２に係るλの補正量の算出のためのマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては本発明を、Ｏ2センサ１４（図１参照）の素子温度の推定に適用した場合を例に説明する。
【００１２】
（システム全体構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。図１に示すシステム１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit、内燃機関の制御装置）１０、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）１３、Ｏ2センサ（酸素濃度センサ、ガスセンサ）１４等により構成されるガスセンサ素子温度推定システムである。このシステム１は、自動車等の車両に搭載されている。
【００１３】
ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１、アクセル開度センサ１２からエンジン２の運転状態を示す情報を、Ａ／Ｆセンサ１３やＯ2センサ１４から排気通路２２を通流する排気に関する情報を入力し、入力した情報に基づいてエンジン本体２１の動作を制御するマイクロコントローラである。エンジン本体２１の動作制御とは、例えば燃料噴射弁（不図示）の燃料噴射量を調整することで、燃焼室（不図示）で燃焼される混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるような制御である。具体的な制御内容については後述する。
【００１４】
クランク角センサ１１は、エンジン２のクランクシャフト（不図示）の回転角度を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このクランク角センサ１１を用いてエンジン２の機関回転速度を検出する。
【００１５】
アクセル開度センサ１２は、エンジン２のアクセルペダル（不図示）の踏込量を検知するセンサである。ＥＣＵ１０は、このアクセル開度センサ１２を用いてエンジン２の機関負荷を検出する。
【００１６】
Ａ／Ｆセンサ１３は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも上流側に設けられたガスセンサである。このＡ／Ｆセンサ１３は、排気通路２２を通流する排気の空燃比を検出する。ＥＣＵ１０は、このＡ／Ｆセンサ１３を用いて排気通路２２を通流する排気の空燃比を検出する。
【００１７】
Ｏ2センサ１４は、エンジン２の排気通路２２において触媒２３よりも下流側に設けられたガスセンサである。このＯ2センサ１４は、検出素子１４ａとヒータ（ヒータ素子）１４ｂとを備える。検出素子１４ａとは、排気通路２２を通流する排気中の酸素ガスの濃度を検出する素子である。ＥＣＵ１０は、この検出素子１４ａを用いて排気中の酸素ガスの濃度に応じた起電力出力を検出する。ヒータ１４ｂとは、かかる検出素子１４ａを加熱する加熱素子である。ＥＣＵ１０は、このヒータ１４ｂへの通電を制御することで検出素子１４ａを加熱する。また本実施形態によればＥＣＵ１０は、これら検出素子１４ａやヒータ１４ｂなどを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定する。加えて、推定した素子温度に基づき排気通路２２を通流する排気の温度を推定するとともに、この排気温度に基づき燃料噴射弁（不図示）の燃料噴射量を調整する。
【００１８】
（ＥＣＵ１０の制御ロジック（素子温度の推定）について）
図２は、Ｏ2センサ１４の素子温度推定に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する。
【００１９】
まずステップＳ１においてＥＣＵ１０は、運転状態が所定運転状態か否かを判定する（Ｓ１）。ここではＥＣＵ１０は、エンジン２の運転状態がＯ2センサ１４の素子温度を推定すべき運転状態であるか否かを判定する。具体的な内容は後述する。
【００２０】
ステップＳ１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１、ＹＥＳ）、ステップＳ２へ進む。また、ステップＳ１においてＮＯの場合には（Ｓ１、ＮＯ）、ステップＳ１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００２１】
ステップＳ２に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。ここではまずＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するように、制御空燃比をパータベーションさせる。この制御空燃比のパータベーションは、λ（ラムダ）ウインドウ（理論空燃比領域）内で実施する。エミッションの悪化を防ぐためである。続いてＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値をモニタリングする。具体的な内容は後述する。
【００２２】
続いてステップＳ３に進んでＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂのデューティ制御（加熱制御）を開始する（Ｓ３）。ここではＥＣＵ１０は、ヒータ１４ｂへの通電を開始するとともにこの通電に係るデューティ比（デューティ値）を０から段階的に上昇させるデューティ制御を開始する。具体的な内容は後述する。
【００２３】
続いてステップＳ４に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力振幅が所定幅以内か否かを判定する（Ｓ４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ２でモニタリングを開始したＯ2センサ１４の出力値の出力振幅（リッチ側の出力値とリーン側の出力値との幅）が所定幅より小さくなったか否かを判定する。具体的な内容は後述する。
【００２４】
ステップＳ４においてＹＥＳの場合には（Ｓ４、ＹＥＳ）、ステップＳ５へ進む。また、ステップＳ４においてＮＯの場合には（Ｓ４、ＮＯ）、ステップＳ４へ戻って再び処理を繰り返す。
【００２５】
ステップＳ５に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、そのときのデューティ比を記憶する（Ｓ５）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ４においてＹＥＳと判定された際のデューティ比を記憶する。加えて、エンジン２の機関回転速度及び機関負荷に係る情報も記憶する。
【００２６】
続いてステップＳ６に進んでＥＣＵ１０は、記憶したデューティ比を基にマップから温度推定値を検索する（Ｓ６）。ここではＥＣＵ１０は、予めデューティ比とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップから、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応する素子温度を検索する。具体的な内容は後述する。
【００２７】
続いてステップＳ７に進んでＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する（Ｓ７）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ６で検索した温度推定値をＯ2センサ１４の素子温度として推定する。
【００２８】
以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、毎走行時に図２に示す制御ロジックを実行することにより、Ｏ2センサ１４の素子温度を推定する。続いて、ステップＳ１乃至Ｓ６の具体的な内容について説明する。
【００２９】
（ステップＳ１について）
図３は、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を説明する図である。図３における領域Ａが、図２のステップＳ１に係る所定運転状態を示す領域である。
【００３０】
図３に示す領域Ａは、高負荷且つ高回転速度の運転状態である。このように高負荷且つ高回転速度の運転状態にしたのは、運転安定性を維持するためである。すなわち、例えばアイドル運転時のように低負荷の運転状態ではエンジン２の回転変動が大きくなり運転安定性が低下するとともにＯ2センサ１４の素子温度の推定に係る精度が低下してしまうから、かかる低負荷の運転状態を除いている。
【００３１】
またこの領域Ａは、エンジン２の回転速度がヒータカット回転速度より大きい運転状態である。このヒータカット回転速度とは、エンジン２の回転速度がこのヒータカット回転速度より大きくなると、ヒータ１４ｂへの通電が自動的に停止されるような回転速度を示す。このように通電が停止されるのは、Ｏ2センサ１４の素子温度の上昇に伴う故障を防止するためである。
【００３２】
領域Ａの機関回転速度をこのヒータカット回転速度よりも大きくすることで、のちのステップＳ３の処理でヒータ１４ｂへの通電を制御する際の制御安定性を高めることができる。かかるヒータカット回転速度の回転速度値はＯ2センサ１４の特性に応じて決定される。
【００３３】
またこの領域Ａは、車速が例えば６０ｋｍ／ｈより速い高車速域である。これは、エンジン２が十分に冷機風を受けることができるようにすることでエンジン２の部品故障を保証するためである。
【００３４】
以上のように図３を用いてステップＳ１に係る所定運転状態について説明してきたが、ステップＳ１においてＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１及びアクセル開度センサ１２を用いて検出したエンジン２の機関回転速度及び機関負荷が図３の領域Ａに含まれるか否かを判定する。
【００３５】
（ステップＳ２乃至Ｓ５について）
図４は、図２のステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理を実行したときのタイムチャートである。図４（ａ）はＯ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）の出力値を示す。図４（ｂ）はヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比を示す。なお、以下ではフローチャートとの対応が分かりやすくするために、フローチャートのステップ番号にＳを付して記載する。
【００３６】
ステップＳ２においてＯ2センサ１４の出力モニタを開始する（Ｓ２）。このとき図４（ａ）のように、Ｏ2センサ１４はリッチ信号（λ＝１よりも出力値が大）とリーン信号（λ＝１よりも出力値が小）とを交互に出力する。そして、時刻ｔ０でヒータ１４ｂのデューティ制御を開始する（Ｓ３）。
【００３７】
そうすると、時刻ｔ０〜ｔ１において、図４（ｂ）のように、ヒータ１４ｂへの通電に係るデューティ比が０から段階的に上昇する（Ｓ３）。
【００３８】
時刻ｔ１では、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が低下して出力振幅が所定幅以内になる（Ｓ４、ＹＥＳ、図４（ａ）参照）。そうすると、そのときのデューティ比（図では４０パーセント）を記憶する（Ｓ５）。
【００３９】
より具体的に説明する。時刻ｔ０〜ｔ１ではデューティ比の上昇に伴ってＯ2センサ１４の素子温度が高くなる。ここで前述のようにＯ2センサ１４は、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有している。そのため、素子温度が一定温度を超えると出力振幅が所定幅以内に小さくなる。つまり、検出素子１４ａの検出値（出力値）の極大値から極小値を引いた値が所定量（単位ｍｖ）より小さくなる又は検出素子１４ａの検出値（出力値）の周波数が所定周波数（単位Ｈｚ）より小さくなる。このときのデューティ比が記憶される。
【００４０】
以上のように図４を用いてステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理について説明してきたが、ステップＳ２乃至Ｓ５に係る処理によりＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出している。
【００４１】
なお、ステップＳ２について補足する。ステップＳ２ではＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４がリッチ信号とリーン信号とを交互に出力するようにさせている。これは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高くなると上記温度特性のためにセンサ出力値がリーン側にシフトするが、このシフトがシステム１の誤学習によるものなのかくＭＲ変化（混合比）によるものなのかが特定できないのを考慮したものである。
【００４２】
（ステップＳ６について）
図５は、図２のステップＳ６に係る検索処理について説明する図である。図５は、デューティ比が所定値（ここでは３０パーセント）のときの各運転状態とＯ2センサ１４の素子温度（カッコ内の数値は考慮しない）とが対応付けられたマップを示している。ＥＣＵ１０は、予め図５のようなマップを保持している。
【００４３】
ＥＣＵ１０が予めこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が３０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（３０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（５００度）を検索結果として取得する。
【００４４】
一方、ＥＣＵ１０が同様にこのようなマップを保持している場合に、１ステップ前のステップＳ５において記憶したデューティ比が４０パーセント且つ運転状態が運転状態Ａであったとする。そうすると、ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、この記憶したデューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。ここで、運転状態Ａは素子温度５００度を示す曲線上にある。
【００４５】
しかしながら、図５に示すマップはデューティ比が３０パーセントのときのものであり、当回はデューティ比が４０パーセントである。このようにデューティ比が異なる場合にはＥＣＵ１０は、図５に示すマップ上の温度推定値を、デューティ比の差分（４０パーセント−３０パーセント＝１０パーセント分）だけオフセットさせる。具体的には、各曲線が示すＯ2センサ１４の素子温度を図５のカッコ内の数値に変換する。その後、デューティ比（４０パーセント）とそのときの運転状態Ａに対応するＯ2センサ１４の素子温度を図５に示すマップ上から検索する。運転状態Ａは素子温度４００度を示す曲線上にあるため、ＥＣＵ１０は、素子温度（４００度）を検索結果として取得する。
【００４６】
以上のように図５を用いてステップＳ６に係る検索処理について説明してきたが、ステップＳ６によりＥＣＵ１０は、ステップＳ５で記憶したデューティ比と運転状態を示す情報とを用いてＯ2センサ１４の素子温度を検索する。なお、このようにデューティ比を用いて素子温度を検索することで、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００４７】
なお、ステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップがない場合には新たにこれを作成する。すなわち上記の例であれば、デューティ比４０パーセントとＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを新たに作成する。このようにして、デューティ比毎に運転状態とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを設定する。これにより、予め全てのデューティ比毎のマップを設定することなく、毎走行時に必要に応じてマップを追加して設定することができる。その後、次回以降のＯ2センサ１４の素子温度の推定の際に利用することが可能になる。
【００４８】
（ＥＣＵ１０の制御ロジック（λ（空気過剰率）の補正）について）
図６は、λ（空気過剰率）の補正に係る制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ１０は、図２に示す制御ロジックでＯ2センサ１４の素子温度を推定した後に図６に示す制御ロジックを実行することにより、λを補正する。
【００４９】
まずステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、補正実行条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１１）。補正実行条件とは、図２に示す制御ロジックが終了したこと、及び、運転状態がλを補正させる運転状態であることの２つの条件を満たすことである。λを補正させる運転状態とは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高い運転状態、すなわち図５の高負荷且つ高回転速度の状態である。Ｏ2センサ１４の素子温度が高くなると、前述のようにセンサ出力値がリーン側にシフトするため誤学習が発生してしまうからこれを防止するためである。
【００５０】
ステップＳ１１においてＹＥＳの場合には（Ｓ１１、ＹＥＳ）、ステップＳ１２へ進む。また、ステップＳ１１においてＮＯの場合には（Ｓ１１、ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００５１】
ステップＳ１２に進んだ場合にはＥＣＵ１０は、推定温度に応じてλの補正量を算出する（Ｓ１２）。ここではＥＣＵ１０は、既に推定したＯ2センサ１４の素子温度に応じてλの補正量を算出する。具体的な内容は後述する。
【００５２】
続いてステップＳ１３に進んでＥＣＵ１０は、現在の運転状態がλの補正を反映すべき運転状態か否かを判定する（Ｓ１３）。ここでλの補正を反映すべき運転状態とは、ステップＳ１１のλを補正させる運転状態と同様であるとして、ここでは説明を省略する。
【００５３】
ステップＳ１３においてＹＥＳの場合には（Ｓ１３、ＹＥＳ）、ステップＳ１４へ進む。また、ステップＳ１３においてＮＯの場合には（Ｓ１３、ＮＯ）、ステップＳ１１へ戻って再び処理を繰り返す。
【００５４】
続いてステップＳ１４に進んでＥＣＵ１０は、λの補正量を用いて補正する（Ｓ１４）。ここではＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で算出されたλの補正量を用いてＡ／Ｆセンサ１３により検出される空燃比検出値（ＡＦＳＡＦ）を補正する。具体的には、空燃比検出値（ＡＦＳＡＦ）＝理論空燃比（ＡＦＳ）＋補正量学習値（ＡＦＳＨＯＳ）＋温度特性補正値（ＡＦＴＭＰＨＳ）を計算することで補正する。補正量学習値とは、Ａ／Ｆセンサ１３や触媒２３の劣化や環境に依存した補正量の学習値である。温度特性補正値とは、ステップＳ１２で算出したλの補正量である。
【００５５】
以上のように本実施形態に係るＥＣＵ１０は、図６に示す制御ロジックを実行することにより、λの補正を実現する。続いて、ステップＳ１２の具体的な内容について以下説明する。
【００５６】
（ステップＳ１２について）
図７は、Ｏ2センサ１４の素子温度毎のλ値とセンサ出力値との関係を説明する図である。図７には、横軸にλ値を、縦軸にＯ2センサ１４の出力値を示している。図８は、図６のステップＳ１２に係るλの補正量の算出のためのテーブルである。
【００５７】
図７のように、λ＝１付近ではＯ2センサ１４の素子温度が高くなるほどセンサ出力が低下すなわちリーン側に移行していることが分かる。これは、前述のようにＯ2センサ１４は、素子温度が高くなるとセンサの出力値や応答性が低下してしまう温度特性を有するためである。そのため、Ｏ2センサ１４の素子温度が高い場合にはこのセンサ出力の低下を補正する必要がある。
【００５８】
そこでＥＣＵ１０は、図８に示すテーブルを用いてλの補正量を算出する。図８に示すテーブルでは、Ｏ2センサ１４の素子温度が高いほどλの補正量すなわちＯ2センサ１４のセンサ出力をリッチ側に補正する量、を大きくしている。ステップＳ１２ではＥＣＵ１０は、このようなＯ2センサ１４の素子温度とλの補正量が対応付けられたテーブルを用いて、Ｏ2センサ１４の素子温度に対応するλの補正量を算出する。なお、素子温度が図８に示す各素子温度の間の値（例えば６５０度）をとる場合には前後のλの補正量を補間して算出する（例えば１と１．０２との間の１．０１）。
【００５９】
以上のように図７及び図８を用いてステップＳ１２について説明してきたが、ステップＳ１２によりＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の素子温度に応じたλの補正量を算出している。このλの補正量とは、素子温度が高くなると出力値がリーン側に移行するＯ2センサ１４の温度特性に起因する空気過剰率のずれに相当する。
【００６０】
（まとめ）
以上のように、本実施形態によればＥＣＵ１０は、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのデューティ比を検出している。ここで、Ｏ2センサ１４の出力値や応答性が変化するときのＯ2センサ１４の素子温度は環境や固体ばらつきなどにより変化しないものであり、デューティ比はこのようなＯ2センサ１４の温度特性を反映した指標である。このようなデューティ比を用いるので、環境や固体ばらつきなどを排除して精度良くＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。また、Ｏ2センサ１４に温度検出チップ等を内蔵させないので、安価にＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。さらに、温度検出チップや素子インピーダンスモニタなどを用いることなく既存の回路構成でＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００６１】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、エンジン２の機関回転速度がヒータ１４ｂへの通電が停止されるヒータカット回転速度よりも大きい運転状態になったときに、ヒータ１４ｂへのデューティ制御を開始している。そのため、ヒータ１４ｂへの通電に係る制御安定性を高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、デューティ比毎にＯ2センサ１４の素子温度が対応付けられたマップを有し、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップからＯ2センサ１４の素子温度を検索する。そのため、デューティ比とＯ2センサ１４の素子温度とが対応付けられたマップを用いてＯ2センサ１４の素子温度を推定することができる。
【００６３】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップがないときには、所定のデューティ比に対応するマップに基づき、図２のステップＳ５で記憶したデューティ比に対応するマップを作成する。そのため、予め全てのデューティ比毎のマップを設定することなく、毎走行時にマップを必要に応じて追加して設定することができる。その後、次回以降のＯ2センサ１４の素子温度の推定の際に利用することが可能になる。
【００６４】
また、本実施形態によればＥＣＵ１０は、推定したＯ2センサ１４の素子温度に応じて、Ｏ2センサ１４（詳しくは検出素子１４ａ）の検出値を補正している。具体的には、素子温度が高くなるほど検出値をリッチ側に補正する。そのため、Ｏ2センサ１４の素子温度に応じて生じる空気過剰率のずれを補正することができる。
【００６５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６６】
例えば、上記説明においては本発明に係るガスセンサがエンジン２の排気通路２２に設けられたＯ2センサ１４である場合を例に説明してきたが、この場合には限らない。例えばその他の酸素濃度センサであってもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
１１ クランク角センサ
１２ アクセル開度センサ
１３ Ａ／Ｆセンサ
１４ Ｏ2センサ（ガスセンサ）
１４ａ 検出素子
１４ｂ ヒータ
ステップＳ１ 運転状態検出手段
ステップＳ２、Ｓ４ ガスセンサ出力値検出手段
ステップＳ３ ヒータ制御手段
ステップＳ５ デューティ比記憶手段
ステップＳ６、Ｓ７ 素子温度推定手段
ステップＳ１１〜Ｓ１４ 補正手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子を加熱するヒータと、を備えたガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段と、
前記検出素子の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段と、
記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサの素子温度を推定する素子温度推定手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記所定運転状態とは、前記内燃機関の機関回転速度が前記ヒータへの通電が停止されるヒータカット回転速度よりも大きい運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
デューティ比毎にガスセンサの素子温度が対応付けられたマップを有し、
前記素子温度推定手段は、前記記憶したデューティ比に対応するマップからガスセンサの素子温度を検索することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記素子温度推定手段は、前記記憶したデューティ比に対応するマップがないときには、所定のデューティ比に対応するマップに基づき、前記記憶したデューティ比に対応するマップを作成することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記素子温度推定手段により推定したガスセンサの素子温度に応じて、前記検出素子の検出値を補正する補正手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記ガスセンサの素子温度が高くなるほど前記検出素子の検出値をリッチ側に補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子を加熱するヒータと、を備えたガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出工程と、
前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御工程と、
前記検出素子の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶工程と、
記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサの素子温度を推定する素子温度推定工程と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１】
内燃機関の排気通路を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子を加熱するヒータと、を備えたガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御手段と、
前記検出素子の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶手段と、
記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサの素子温度を推定する素子温度推定手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記所定運転状態とは、前記内燃機関の機関回転速度が前記ヒータへの通電が停止されるヒータカット回転速度よりも大きい運転状態であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
デューティ比毎にガスセンサの素子温度が対応付けられたマップを有し、
前記素子温度推定手段は、前記記憶したデューティ比に対応するマップからガスセンサの素子温度を検索することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記素子温度推定手段は、前記記憶したデューティ比に対応するマップがないときには、所定のデューティ比に対応するマップに基づき、前記記憶したデューティ比に対応するマップを作成することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記素子温度推定手段により推定したガスセンサの素子温度に応じて、前記検出素子の検出値を補正する補正手段をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、前記ガスセンサの素子温度が高くなるほど前記検出素子の検出値をリッチ側に補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路を通流する排気中の特定ガスの濃度を検出する検出素子と、前記検出素子を加熱するヒータと、を備えたガスセンサの素子温度を推定する内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出工程と、
前記運転状態が所定運転状態になると、前記ヒータへの通電に係るデューティ比を段階的に上昇させるデューティ制御を開始するヒータ制御工程と、
前記検出素子の検出値の振幅が所定幅より小さくなったときのデューティ比を記憶するデューティ比記憶工程と、
記憶したデューティ比に応じて、前記ガスセンサの素子温度を推定する素子温度推定工程と、
を有することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２０９７２６（Ｐ２０１０−２０９７２６Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４７３０（Ｐ２００９−５４７３０）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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