内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関の制御装置に関し、排気ガスの空燃比の時間変化が大きい場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値を得る。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発するサブＯ２センサを備える。サブＯ２センサの出力値の変化速度に応じて、サブＯ２センサの出力値を補正する。これにより排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで定常特性に対する酸素濃度センサの出力値のばらつき（ヒステリシス）が生ずるような場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値が得られるように補正することが可能となる。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置され、排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発するサブＯ２センサを備える。サブＯ２センサの出力値の変化速度に応じて、サブＯ２センサの出力値を補正する。これにより排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで定常特性に対する酸素濃度センサの出力値のばらつき（ヒステリシス）が生ずるような場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値が得られるように補正することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路に配置される酸素濃度センサを用いた制御または処理を行う内燃機関に適用するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、理論空燃比を含む所定空燃比範囲において起電力が空燃比に対して線形性を有する酸素濃淡電池型の酸素センサを用いて、空燃比フィードバック制御を実行するエンジンの空燃比制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、酸素センサの起電力が線形領域外にあるとき、または、上記起電力の変化速度が高く線形領域から飛び出す可能性が高いときには、空燃比フィードバック補正係数の設定範囲を、上記起電力が線形領域にあるときと比べて狭くするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の酸素センサのように排気ガスの空燃比を検出するために内燃機関の排気通路に配置される酸素濃度センサの出力は、検出対象である排気ガスの空燃比の時間変化に対してばらつき（ヒステリシス）を有している。従って、そのようなばらつきを有する酸素濃度センサの出力を基礎としている限り、上述したように空燃比フィードバック補正係数の設定範囲の変更を行ったとしても、精度の良い空燃比のフィードバック制御を行うことが難しい場合がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスの空燃比の時間変化が大きい場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値を得ることのできる内燃機関の制御装置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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、当該排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値を取得する出力値取得手段と、
前記出力値の変化速度に応じて、前記出力値を補正する出力値補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記酸素濃度センサよりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒と、
前記触媒の入口における排気ガスの空燃比を、所定の空燃比基準値を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に切り替える制御を行う触媒入口空燃比制御手段と、
を備え、
前記出力値補正手段は、前記触媒の入口における排気ガスの空燃比の前記振幅に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段を更に備え、
前記出力値補正手段は、前記内燃機関の吸入空気量に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、リッチ側からリーン側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリーン側の値に補正することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、リーン側からリッチ側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリッチ側の値に補正することを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、前記出力値の前記変化速度が高いほど、前記出力値を大きく補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで定常特性に対する酸素濃度センサの出力値のばらつき（ヒステリシス）が生ずるような場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値が得られるように補正することが可能となる。
【００１３】
第２の発明によれば、酸素濃度センサの出力値の補正を行う際に、触媒の入口における排気ガスの空燃比の上記振幅に応じて補正係数を設定することにより、第１の発明に比して、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００１４】
第３の発明によれば、酸素濃度センサの出力値の補正を行う際に、吸入空気量に応じて補正係数を設定することにより、第１の発明に比して、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００１５】
第４の発明によれば、リッチ側からリーン側に出力値が変化する場合に、酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）が解消されるように、酸素濃度センサの出力値を補正することが可能となる。
【００１６】
第５の発明によれば、リーン側からリッチ側に出力値が変化する場合に、酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）が解消されるように、酸素濃度センサの出力値を補正することが可能となる。
【００１７】
酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）は、排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで酸素濃度センサの出力値の変化速度が高くなるほど、大きくなる。このため、第６の発明によれば、出力値の変化速度の高低に応じて、出力値を適切に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対するサブＯ２センサの出力（起電力）特性を表した図である。
【図３】空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対する触媒の浄化特性を表した図である。
【図４】理論空燃比付近におけるサブＯ２センサの出力（起電力）のばらつきを表した図である。
【図５】リッチ側からリーン側へのサブＯ２センサの出力電圧の時間変化（Ａ）、およびサブＯ２センサの出力と空燃比との関係（Ｂ）をそれぞれ示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】図６に示すルーチンによる補正後のサブＯ２センサの出力値Ｖｈと空燃比との関係を表した図である。
【図８】サブＯ２センサの雰囲気の空燃比変化とサブＯ２センサ出力の変化との関係を、本発明の実施の形態１のサブＯ２出力補正の有無によって比較するための図である。
【図９】触媒の入口における排気ガスの空燃比の振幅の変化に応じたサブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性の変化を表した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００２０】
吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。また、スロットルバルブ２２の下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２４が配置されている。また、内燃機関１０が備えるシリンダヘッドには、燃焼室１４の頂部から燃焼室１４内に突出するように点火プラグ２６が取り付けられている。
【００２１】
また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒（三元触媒）２８が配置されている。更に、触媒２８よりも上流側の排気通路１８には、その位置で排気ガスの空燃比を検出するためのメインＡ／Ｆセンサ３０が取り付けられている。メインＡ／Ｆセンサ３０は、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。また、触媒２８の下流には、サブＯ２センサ３２が配置されている。図２は、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対するサブＯ２センサ３２の出力（起電力）特性を表した図である。サブＯ２センサ３２は、図２に示すように、排気ガスの空燃比（空気過剰率λ）の変化に対して理論空燃比（空気過剰率λ＝１）の付近で出力（起電力）が急変するという、いわゆるＺ特性を有している。尚、ここでは、触媒２８の上流に配置されるセンサが上記メインＡ／Ｆセンサ３０である例について説明しているが、触媒の上流に配置される酸素濃度センサは、上記のものに限らず、例えば、サブＯ２センサ３２のようなＯ２センサであってもよい。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３４を備えている。ＥＣＵ３４には、上述したエアフローメータ２０、メインＡ／Ｆセンサ３０およびサブＯ２センサ３２に加え、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ３６、およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３８等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３４には、上述したスロットルバルブ２２、燃料噴射弁２４および点火プラグ２６等の各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３４は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２３】
［空燃比フィードバック制御について］
図３は、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対する触媒２８の浄化特性を表した図である。
図３に示すように、三元触媒である触媒２８は、排気ガスの空燃比が理論空燃比付近の所定範囲（最適浄化ウィンドウ）内にある時に、排気ガス中の所定成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を最適な浄化率で浄化できるという特性を有している。このため、本実施形態のシステムでは、メインＡ／Ｆセンサ３０およびサブＯ２センサ３２の出力を利用した以下のような空燃比のフィードバック制御を実行することによって、触媒２８を流通する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍の上記最適ウィンドウ内の値に制御するようにしている。
【００２４】
具体的には、本実施形態のシステムでは、上流側のメインＡ／Ｆセンサ３０の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行される。そして、下流側のサブＯ２センサ３２の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、触媒２８に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比（理論空燃比）と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。より詳細に説明すると、本実施形態のメインフィードバック制御では、メインＡ／Ｆセンサ３０により検出される触媒２８の上流（入口）における排気ガスの空燃比が、理論空燃比を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に交互に振られるように、上記制御目標空燃比が理論空燃比近傍の値で調整される。また、サブフィードバック制御では、触媒２８の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにするために、サブＯ２センサ３２の出力に基づいてメインフィードバック制御の内容を修正するための燃料噴射量の補正が行われる。
【００２５】
［実施の形態１における課題］
排気エミッション規制の強化や触媒貴金属量の低減への対応のために、より緻密な排気ガスの制御が求められるようになってきている。その中で、触媒２８の後方に配置されるサブＯ２センサ３２は、触媒状態を早期に検出し、上記最適浄化ウィンドウ内に排気ガスの空燃比を制御するために、理論空燃比付近での空燃比の微小変化に対して正確に反応した出力を発することが要求される。例えば、上述したサブフィードバック制御を行う本実施形態のシステムのように、空燃比の変化に対するサブＯ２センサ３２の出力の急変範囲（図２参照）を用いて、触媒最適状態（上記最適浄化ウィンドウ）が得られるように空燃比制御を行っているシステムでは、サブＯ２センサの出力にばらつきが生ずると、排気エミッションの悪化の要因となる。
【００２６】
図４は、理論空燃比付近におけるサブＯ２センサ３２の出力（起電力）のばらつきを表した図である。
既述したように、サブＯ２センサ３２は、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近で出力が急変するＺ特性を有している。しかしながら、このＺ特性は、定常的なガスに対する特性であって、検出対象のガスの空燃比が時間変化する環境では、図４に示すように、そのＺ特性に定常特性に対するばらつき（ヒステリシス）が生ずることとなる。
【００２７】
サブＯ２センサ３２が検出するガスの空燃比の時間変化によって出力がばらつく理由は、センサカバー内やセンサ素子内部でのガス拡散やガスの化学反応（電極でのガス反応時間（の遅れ）など）によるものである。そして、図４に示すように、空燃比の時間変化ΔＡ／Ｆ（図４に示す例では、理論空燃比付近におけるリッチ側からリーン側への空燃比の時間変化）が急であるほど、定常特性からの出力の乖離（図４に示すリッチ側からリーン側への変化時には、同一空燃比下において定常特性に対してリッチ側（出力値が大きい側）への出力の乖離）が大きくなる。尚、図４に示す例とは逆に、理論空燃比付近におけるリーン側からリッチ側への空燃比の時間変化が急である場合には、定常特性に対するリーン側（出力値が小さい側）への出力の乖離が大きくなる。
【００２８】
［実施の形態１における特徴部分］
図５は、リッチ側からリーン側へのサブＯ２センサ３２の出力電圧の時間変化（Ａ）、およびサブＯ２センサ３２の出力と空燃比との関係（Ｂ）をそれぞれ示す図である。
図５（Ａ）中に示す出力波形Ａは、３つの出力波形Ａ〜Ｃのうちで、リッチ側からリーン側への空燃比の時間変化が最も大きい場合のものであり、出力波形Ｃは、当該空燃比の時間変化が最も小さい場合のものであり、出力波形Ｂは、それらの中間の場合のものである。
【００２９】
空燃比の時間変化が小さい場合には、図５（Ａ）に示すように、サブＯ２センサ３２の出力の時間変化も小さくなる。従って、空燃比の時間変化と、サブＯ２センサ３２の出力の時間変化（変化速度）とは、ほぼ等しいとみなすことができる。そして、図５（Ｂ）に示すように、サブＯ２センサ３２の出力の変化速度（時間変化）が大きいほど、空燃比に対するサブＯ２センサ３２の出力特性のばらつき（ヒステリシス）が大きくなる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、サブＯ２センサ３２の出力値に対して、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じた補正を行うようにした。具体的には、サブＯ２センサ３２の出力がリッチ側の値からリーン側の値に変化する場合には、サブＯ２センサ３２の出力値をリーン側の値に補正するようにした。逆に、サブＯ２センサ３２の出力がリーン側の値からリッチ側の値に変化する場合には、サブＯ２センサ３２の出力値をリッチ側の値に補正するようにした。更に、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が高いほど、サブＯ２センサ３２の出力値の補正量を大きくするようにした。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態１におけるサブＯ２センサ３２の出力補正を実現するために、ＥＣＵ３４が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものである。
【００３２】
図６に示すルーチンでは、先ず、本ルーチンの制御を行う上での前提条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでいう前提条件とは、エンジン冷却水温度が所定値以上であるか否か（すなわち、内燃機関１０の暖機が完了しているか否か）、および、上述した空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否か等である。
【００３３】
上記ステップ１００において上記前提条件が成立していると判定された場合には、サブＯ２センサ３２の出力の単位時間変化（出力変化速度）（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が算出される（ステップ１０２）。すなわち、所定時間毎に検出されるサブＯ２センサ出力の現在値Ｖｔと前回値Ｖｔ−１との差が算出される。
【００３４】
次に、上記のように所定時間毎に算出されるサブＯ２出力の単位時間変化（Ｖｔ−Ｖｔ−１）を平滑化するためのフィルター処理（なまし処理）が実行され、当該フィルター処理後のサブＯ２センサ出力の単位時間変化（以下、単に「フィルター後の出力変化」と称する）Ｖｎが算出される（ステップ１０４）。ここで用いられるフィルター処理としては、Ｎ回分のデータの移動平均やローパスフィルタなどが有効である。このようなフィルター処理によれば、サブＯ２センサ出力のばらつき（ヒステリシス）の影響が最も生ずる期間である理論空燃比付近でのサブＯ２センサ出力の急変期間において、サブＯ２センサ出力の単位時間変化（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が停滞するのを解消することができる。これにより、本実施形態におけるサブＯ２センサ出力の補正の効果を増すことができる。
【００３５】
次に、上記のように算出されたフィルター後の出力変化Ｖｎに基づいて、サブＯ２センサ３２の現在の出力値Ｖｏに対する補正後の出力値Ｖｈが次の（１）式に従って算出される（ステップ１０６）。
Ｖｈ ＝ Ｖｏ＋α×Ｖｎ ・・・（１）
ただし、上記（１）式において、補正係数αは、予め実験等により適合された正の値である。
【００３６】
また、本実施形態のシステムでは、上記図６に示すルーチンによって算出された補正後の出力値Ｖｈに基づいて、既述したサブフィードバック制御を含む空燃比フィードバック制御が実行されるようになっている。
【００３７】
以上説明した図６に示すルーチンによれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じて、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏ自体が補正されることになる。具体的には、上記（１）式における補正項であるα×Ｖｎは、サブＯ２センサ３２の出力の単位時間変化（出力変化速度）（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が大きくなるほど、大きくなる。つまり、上記（１）式に基づく補正によれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏが大きく補正されることになる。
【００３８】
例えば、サブＯ２センサ３２の出力がリッチ側の値からリーン側の値に変化する場合であれば、上記出力変化速度（Ｖｔ−Ｖｔ−１）は、マイナスの値として算出されることになる。このため、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏは、出力電圧が低くなる方向に、すなわち、リーン側の値に補正されることになる。そして、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏがリーン側に大きく補正されることになる。逆に、サブＯ２センサ３２の出力がリーン側の値からリッチ側の値に変化する場合であれば、上記出力変化速度（Ｖｔ−Ｖｔ−１）は、プラスの値として算出されることになる。このため、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏは、出力電圧が高くなる方向に、すなわち、リッチ側の値に補正されることになる。そして、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏがリッチ側に大きく補正されることになる。
【００３９】
図７は、図６に示すルーチンによる補正後のサブＯ２センサ３２の出力値Ｖｈと空燃比との関係を表した図である。
上記ルーチンの処理によれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じたサブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏの補正をすることにより、図７に示すように、空燃比の時間変化（変化速度）に対するサブＯ２センサ３２の出力のばらつき（ヒステリシス）を低減することができる。このため、空燃比の時間変化（変化速度）にかかわらず、サブＯ２センサ３２の出力が、定常特性に対するばらつきが抑えられたほぼ一定の（精度の良い）空燃比（λ）出力特性を示すようにすることができる。
【００４０】
図８は、サブＯ２センサ３２の雰囲気の空燃比変化とサブＯ２センサ出力の変化との関係を、本発明の実施の形態１のサブＯ２出力補正の有無によって比較するための図である。
図８（Ｂ）に示すように、当該出力がリッチ側からリーン側に変化する場合、および当該出力がリーン側からリッチ側に変化する場合には、既述したように、サブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性に定常特性に対するヒステリシス（ばらつき）が存在する。その結果、本実施形態のサブＯ２出力補正が行われない場合には、図８（Ａ）に示すように、サブＯ２センサ３２の雰囲気の空燃比の変化が生じているにもかかわらず、サブＯ２センサ出力がほとんど変化しなかったり、当該空燃比の変化に対してサブＯ２センサ出力の変化に遅れが生じたりする。これに対し、本実施形態のサブＯ２出力補正が行われている場合には、図８（Ｃ）に示すように、出力変化速度に応じた補正によって空燃比の変化により正確に追従したサブＯ２センサ出力が得られるようになる。これにより、上記空燃比フィードバック制御のようにサブＯ２センサ３２の出力を利用した排気エミッション制御を行う場合に、ロバスト性の向上によって正確な制御を行えるようになる。また、サブＯ２センサ３２の出力を利用したＯＢＤ（異常検出）処理の実行時の判定ばらつきを低減することが可能となる。
【００４１】
尚、上述した実施の形態１においては、サブＯ２センサ３２が前記第１の発明における「酸素濃度センサ」に相当しているとともに、ＥＣＵ３４が、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏを取得することにより前記第１の発明における「出力値取得手段」が、上記ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「出力値補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３４に図６に示すルーチンに代えて後述の図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００４３】
図９は、触媒２８の入口における排気ガスの空燃比の振幅の変化に応じたサブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性の変化を表した図である。
実施の形態１において既述したように、理論空燃比を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に交互に振られるように、触媒２８の上流の制御目標空燃比を調整するシステムがある。
【００４４】
図９（Ａ）は、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅が小さい場合のものであり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に対して、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅が大きい場合のものである。実施の形態１において上述したサブＯ２センサ出力の変化速度だけでなく、このように、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅によっても、触媒２８の出口における排気ガスの空燃比の変化に対するサブＯ２センサ出力の定常特性に対するヒステリシス（ばらつき）が変化する。より具体的には、当該制御目標空燃比の振幅が大きくなるほど、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が大きくなる。
【００４５】
更に、吸入空気量の変化によっても、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が変化する。より具体的には、吸入空気量が多くなるほど、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が大きくなる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏを補正するための上記（１）式中の補正係数（ここでは、実施の形態１と区別するため「ａ」を用いる）を、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅に応じて変更するようにした。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の形態２におけるサブＯ２センサ３２の出力補正を実現するために、ＥＣＵ３４が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、図１０において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４８】
図１０に示すルーチンでは、ステップ１０４においてフィルター後の出力変化Ｖｎが算出された後には、次いで、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅とに基づいて、補正係数ａが算出される（ステップ２００）。ＥＣＵ３４は、吸入空気量と上記振幅との関係で補正係数ａを設定したマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ２００では、そのようなマップを参照して、補正係数ａが算出される。尚、本マップでは、エアフローメータ２０により検出される吸入空気量が多いほど、また、上記振幅が大きいほど、補正係数ａが大きくなるように設定されているものとする。
【００４９】
次に、上記（１）式中における補正係数αに代え、上記ステップ２００において算出された補正係数ａが代入されたうえで、補正後の出力値Ｖｈが算出される（ステップ２０２）。そして、本実施形態では、本ステップ２０２において算出された補正後の出力値Ｖｈに基づいて、既述したサブフィードバック制御を含む空燃比フィードバック制御が実行されるようになっている。
【００５０】
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に加え、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅とに基づいて、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏが補正されることになる。これにより、サブＯ２センサ出力の補正を行う際に、上述した実施の形態１と比べて、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００５１】
尚、上述した実施の形態２においては、理論空燃比が前記第２の発明における「空燃比基準値」に相当しているとともに、ＥＣＵ３４が、上述したメインフィードバック制御を実行することにより前記第２の発明における「触媒入口空燃比制御手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第２の発明における「補正係数設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３４が、エアフローメータ２０を用いて吸入空気量を取得することにより前記第３の発明における「吸入空気量取得手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第３の発明における「補正係数設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、サブＯ２センサ３２を対象とした出力補正手法について説明を行った。しかしながら、本発明におけるセンサ出力の補正の対象となるセンサは、酸素濃度に応じた出力（起電力）を発する酸素濃度センサであればよい。すなわち、上記サブＯ２センサ３２に限らず、例えば、上記メインＡ／Ｆセンサ３０のように、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ エアフローメータ
２２ スロットルバルブ
２４ 燃料噴射弁
２６ 点火プラグ
２８ 触媒
３０ メインＡ／Ｆセンサ
３２ サブＯ２センサ
３４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３６ 水温センサ
３８ クランク角センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路に配置される酸素濃度センサを用いた制御または処理を行う内燃機関に適用するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、理論空燃比を含む所定空燃比範囲において起電力が空燃比に対して線形性を有する酸素濃淡電池型の酸素センサを用いて、空燃比フィードバック制御を実行するエンジンの空燃比制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、酸素センサの起電力が線形領域外にあるとき、または、上記起電力の変化速度が高く線形領域から飛び出す可能性が高いときには、空燃比フィードバック補正係数の設定範囲を、上記起電力が線形領域にあるときと比べて狭くするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の酸素センサのように排気ガスの空燃比を検出するために内燃機関の排気通路に配置される酸素濃度センサの出力は、検出対象である排気ガスの空燃比の時間変化に対してばらつき（ヒステリシス）を有している。従って、そのようなばらつきを有する酸素濃度センサの出力を基礎としている限り、上述したように空燃比フィードバック補正係数の設定範囲の変更を行ったとしても、精度の良い空燃比のフィードバック制御を行うことが難しい場合がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスの空燃比の時間変化が大きい場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値を得ることのできる内燃機関の制御装置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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置され、当該排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値を取得する出力値取得手段と、
前記出力値の変化速度に応じて、前記出力値を補正する出力値補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記酸素濃度センサよりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒と、
前記触媒の入口における排気ガスの空燃比を、所定の空燃比基準値を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に切り替える制御を行う触媒入口空燃比制御手段と、
を備え、
前記出力値補正手段は、前記触媒の入口における排気ガスの空燃比の前記振幅に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段を更に備え、
前記出力値補正手段は、前記内燃機関の吸入空気量に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、リッチ側からリーン側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリーン側の値に補正することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、リーン側からリッチ側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリッチ側の値に補正することを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記出力値補正手段は、前記出力値の前記変化速度が高いほど、前記出力値を大きく補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで定常特性に対する酸素濃度センサの出力値のばらつき（ヒステリシス）が生ずるような場合であっても、精度の良い酸素濃度センサの出力値が得られるように補正することが可能となる。
【００１３】
第２の発明によれば、酸素濃度センサの出力値の補正を行う際に、触媒の入口における排気ガスの空燃比の上記振幅に応じて補正係数を設定することにより、第１の発明に比して、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００１４】
第３の発明によれば、酸素濃度センサの出力値の補正を行う際に、吸入空気量に応じて補正係数を設定することにより、第１の発明に比して、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００１５】
第４の発明によれば、リッチ側からリーン側に出力値が変化する場合に、酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）が解消されるように、酸素濃度センサの出力値を補正することが可能となる。
【００１６】
第５の発明によれば、リーン側からリッチ側に出力値が変化する場合に、酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）が解消されるように、酸素濃度センサの出力値を補正することが可能となる。
【００１７】
酸素濃度センサの出力値の上記ばらつき（ヒステリシス）は、排気ガスの空燃比の時間変化が大きくなることで酸素濃度センサの出力値の変化速度が高くなるほど、大きくなる。このため、第６の発明によれば、出力値の変化速度の高低に応じて、出力値を適切に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。
【図２】空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対するサブＯ２センサの出力（起電力）特性を表した図である。
【図３】空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対する触媒の浄化特性を表した図である。
【図４】理論空燃比付近におけるサブＯ２センサの出力（起電力）のばらつきを表した図である。
【図５】リッチ側からリーン側へのサブＯ２センサの出力電圧の時間変化（Ａ）、およびサブＯ２センサの出力と空燃比との関係（Ｂ）をそれぞれ示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】図６に示すルーチンによる補正後のサブＯ２センサの出力値Ｖｈと空燃比との関係を表した図である。
【図８】サブＯ２センサの雰囲気の空燃比変化とサブＯ２センサ出力の変化との関係を、本発明の実施の形態１のサブＯ２出力補正の有無によって比較するための図である。
【図９】触媒の入口における排気ガスの空燃比の振幅の変化に応じたサブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性の変化を表した図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００２０】
吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。また、スロットルバルブ２２の下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２４が配置されている。また、内燃機関１０が備えるシリンダヘッドには、燃焼室１４の頂部から燃焼室１４内に突出するように点火プラグ２６が取り付けられている。
【００２１】
また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒（三元触媒）２８が配置されている。更に、触媒２８よりも上流側の排気通路１８には、その位置で排気ガスの空燃比を検出するためのメインＡ／Ｆセンサ３０が取り付けられている。メインＡ／Ｆセンサ３０は、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。また、触媒２８の下流には、サブＯ２センサ３２が配置されている。図２は、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対するサブＯ２センサ３２の出力（起電力）特性を表した図である。サブＯ２センサ３２は、図２に示すように、排気ガスの空燃比（空気過剰率λ）の変化に対して理論空燃比（空気過剰率λ＝１）の付近で出力（起電力）が急変するという、いわゆるＺ特性を有している。尚、ここでは、触媒２８の上流に配置されるセンサが上記メインＡ／Ｆセンサ３０である例について説明しているが、触媒の上流に配置される酸素濃度センサは、上記のものに限らず、例えば、サブＯ２センサ３２のようなＯ２センサであってもよい。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３４を備えている。ＥＣＵ３４には、上述したエアフローメータ２０、メインＡ／Ｆセンサ３０およびサブＯ２センサ３２に加え、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ３６、およびエンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３８等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３４には、上述したスロットルバルブ２２、燃料噴射弁２４および点火プラグ２６等の各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３４は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２３】
［空燃比フィードバック制御について］
図３は、空燃比Ａ／Ｆ（空気過剰率λ）に対する触媒２８の浄化特性を表した図である。
図３に示すように、三元触媒である触媒２８は、排気ガスの空燃比が理論空燃比付近の所定範囲（最適浄化ウィンドウ）内にある時に、排気ガス中の所定成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を最適な浄化率で浄化できるという特性を有している。このため、本実施形態のシステムでは、メインＡ／Ｆセンサ３０およびサブＯ２センサ３２の出力を利用した以下のような空燃比のフィードバック制御を実行することによって、触媒２８を流通する排気ガスの空燃比を理論空燃比近傍の上記最適ウィンドウ内の値に制御するようにしている。
【００２４】
具体的には、本実施形態のシステムでは、上流側のメインＡ／Ｆセンサ３０の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行される。そして、下流側のサブＯ２センサ３２の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、触媒２８に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比（理論空燃比）と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。より詳細に説明すると、本実施形態のメインフィードバック制御では、メインＡ／Ｆセンサ３０により検出される触媒２８の上流（入口）における排気ガスの空燃比が、理論空燃比を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に交互に振られるように、上記制御目標空燃比が理論空燃比近傍の値で調整される。また、サブフィードバック制御では、触媒２８の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにするために、サブＯ２センサ３２の出力に基づいてメインフィードバック制御の内容を修正するための燃料噴射量の補正が行われる。
【００２５】
［実施の形態１における課題］
排気エミッション規制の強化や触媒貴金属量の低減への対応のために、より緻密な排気ガスの制御が求められるようになってきている。その中で、触媒２８の後方に配置されるサブＯ２センサ３２は、触媒状態を早期に検出し、上記最適浄化ウィンドウ内に排気ガスの空燃比を制御するために、理論空燃比付近での空燃比の微小変化に対して正確に反応した出力を発することが要求される。例えば、上述したサブフィードバック制御を行う本実施形態のシステムのように、空燃比の変化に対するサブＯ２センサ３２の出力の急変範囲（図２参照）を用いて、触媒最適状態（上記最適浄化ウィンドウ）が得られるように空燃比制御を行っているシステムでは、サブＯ２センサの出力にばらつきが生ずると、排気エミッションの悪化の要因となる。
【００２６】
図４は、理論空燃比付近におけるサブＯ２センサ３２の出力（起電力）のばらつきを表した図である。
既述したように、サブＯ２センサ３２は、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近で出力が急変するＺ特性を有している。しかしながら、このＺ特性は、定常的なガスに対する特性であって、検出対象のガスの空燃比が時間変化する環境では、図４に示すように、そのＺ特性に定常特性に対するばらつき（ヒステリシス）が生ずることとなる。
【００２７】
サブＯ２センサ３２が検出するガスの空燃比の時間変化によって出力がばらつく理由は、センサカバー内やセンサ素子内部でのガス拡散やガスの化学反応（電極でのガス反応時間（の遅れ）など）によるものである。そして、図４に示すように、空燃比の時間変化ΔＡ／Ｆ（図４に示す例では、理論空燃比付近におけるリッチ側からリーン側への空燃比の時間変化）が急であるほど、定常特性からの出力の乖離（図４に示すリッチ側からリーン側への変化時には、同一空燃比下において定常特性に対してリッチ側（出力値が大きい側）への出力の乖離）が大きくなる。尚、図４に示す例とは逆に、理論空燃比付近におけるリーン側からリッチ側への空燃比の時間変化が急である場合には、定常特性に対するリーン側（出力値が小さい側）への出力の乖離が大きくなる。
【００２８】
［実施の形態１における特徴部分］
図５は、リッチ側からリーン側へのサブＯ２センサ３２の出力電圧の時間変化（Ａ）、およびサブＯ２センサ３２の出力と空燃比との関係（Ｂ）をそれぞれ示す図である。
図５（Ａ）中に示す出力波形Ａは、３つの出力波形Ａ〜Ｃのうちで、リッチ側からリーン側への空燃比の時間変化が最も大きい場合のものであり、出力波形Ｃは、当該空燃比の時間変化が最も小さい場合のものであり、出力波形Ｂは、それらの中間の場合のものである。
【００２９】
空燃比の時間変化が小さい場合には、図５（Ａ）に示すように、サブＯ２センサ３２の出力の時間変化も小さくなる。従って、空燃比の時間変化と、サブＯ２センサ３２の出力の時間変化（変化速度）とは、ほぼ等しいとみなすことができる。そして、図５（Ｂ）に示すように、サブＯ２センサ３２の出力の変化速度（時間変化）が大きいほど、空燃比に対するサブＯ２センサ３２の出力特性のばらつき（ヒステリシス）が大きくなる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、サブＯ２センサ３２の出力値に対して、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じた補正を行うようにした。具体的には、サブＯ２センサ３２の出力がリッチ側の値からリーン側の値に変化する場合には、サブＯ２センサ３２の出力値をリーン側の値に補正するようにした。逆に、サブＯ２センサ３２の出力がリーン側の値からリッチ側の値に変化する場合には、サブＯ２センサ３２の出力値をリッチ側の値に補正するようにした。更に、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が高いほど、サブＯ２センサ３２の出力値の補正量を大きくするようにした。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態１におけるサブＯ２センサ３２の出力補正を実現するために、ＥＣＵ３４が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものである。
【００３２】
図６に示すルーチンでは、先ず、本ルーチンの制御を行う上での前提条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでいう前提条件とは、エンジン冷却水温度が所定値以上であるか否か（すなわち、内燃機関１０の暖機が完了しているか否か）、および、上述した空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否か等である。
【００３３】
上記ステップ１００において上記前提条件が成立していると判定された場合には、サブＯ２センサ３２の出力の単位時間変化（出力変化速度）（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が算出される（ステップ１０２）。すなわち、所定時間毎に検出されるサブＯ２センサ出力の現在値Ｖｔと前回値Ｖｔ−１との差が算出される。
【００３４】
次に、上記のように所定時間毎に算出されるサブＯ２出力の単位時間変化（Ｖｔ−Ｖｔ−１）を平滑化するためのフィルター処理（なまし処理）が実行され、当該フィルター処理後のサブＯ２センサ出力の単位時間変化（以下、単に「フィルター後の出力変化」と称する）Ｖｎが算出される（ステップ１０４）。ここで用いられるフィルター処理としては、Ｎ回分のデータの移動平均やローパスフィルタなどが有効である。このようなフィルター処理によれば、サブＯ２センサ出力のばらつき（ヒステリシス）の影響が最も生ずる期間である理論空燃比付近でのサブＯ２センサ出力の急変期間において、サブＯ２センサ出力の単位時間変化（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が停滞するのを解消することができる。これにより、本実施形態におけるサブＯ２センサ出力の補正の効果を増すことができる。
【００３５】
次に、上記のように算出されたフィルター後の出力変化Ｖｎに基づいて、サブＯ２センサ３２の現在の出力値Ｖｏに対する補正後の出力値Ｖｈが次の（１）式に従って算出される（ステップ１０６）。
Ｖｈ ＝ Ｖｏ＋α×Ｖｎ ・・・（１）
ただし、上記（１）式において、補正係数αは、予め実験等により適合された正の値である。
【００３６】
また、本実施形態のシステムでは、上記図６に示すルーチンによって算出された補正後の出力値Ｖｈに基づいて、既述したサブフィードバック制御を含む空燃比フィードバック制御が実行されるようになっている。
【００３７】
以上説明した図６に示すルーチンによれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じて、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏ自体が補正されることになる。具体的には、上記（１）式における補正項であるα×Ｖｎは、サブＯ２センサ３２の出力の単位時間変化（出力変化速度）（Ｖｔ−Ｖｔ−１）が大きくなるほど、大きくなる。つまり、上記（１）式に基づく補正によれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏが大きく補正されることになる。
【００３８】
例えば、サブＯ２センサ３２の出力がリッチ側の値からリーン側の値に変化する場合であれば、上記出力変化速度（Ｖｔ−Ｖｔ−１）は、マイナスの値として算出されることになる。このため、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏは、出力電圧が低くなる方向に、すなわち、リーン側の値に補正されることになる。そして、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏがリーン側に大きく補正されることになる。逆に、サブＯ２センサ３２の出力がリーン側の値からリッチ側の値に変化する場合であれば、上記出力変化速度（Ｖｔ−Ｖｔ−１）は、プラスの値として算出されることになる。このため、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏは、出力電圧が高くなる方向に、すなわち、リッチ側の値に補正されることになる。そして、この場合には、サブＯ２センサ３２の出力変化速度が大きいほど、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏがリッチ側に大きく補正されることになる。
【００３９】
図７は、図６に示すルーチンによる補正後のサブＯ２センサ３２の出力値Ｖｈと空燃比との関係を表した図である。
上記ルーチンの処理によれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に応じたサブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏの補正をすることにより、図７に示すように、空燃比の時間変化（変化速度）に対するサブＯ２センサ３２の出力のばらつき（ヒステリシス）を低減することができる。このため、空燃比の時間変化（変化速度）にかかわらず、サブＯ２センサ３２の出力が、定常特性に対するばらつきが抑えられたほぼ一定の（精度の良い）空燃比（λ）出力特性を示すようにすることができる。
【００４０】
図８は、サブＯ２センサ３２の雰囲気の空燃比変化とサブＯ２センサ出力の変化との関係を、本発明の実施の形態１のサブＯ２出力補正の有無によって比較するための図である。
図８（Ｂ）に示すように、当該出力がリッチ側からリーン側に変化する場合、および当該出力がリーン側からリッチ側に変化する場合には、既述したように、サブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性に定常特性に対するヒステリシス（ばらつき）が存在する。その結果、本実施形態のサブＯ２出力補正が行われない場合には、図８（Ａ）に示すように、サブＯ２センサ３２の雰囲気の空燃比の変化が生じているにもかかわらず、サブＯ２センサ出力がほとんど変化しなかったり、当該空燃比の変化に対してサブＯ２センサ出力の変化に遅れが生じたりする。これに対し、本実施形態のサブＯ２出力補正が行われている場合には、図８（Ｃ）に示すように、出力変化速度に応じた補正によって空燃比の変化により正確に追従したサブＯ２センサ出力が得られるようになる。これにより、上記空燃比フィードバック制御のようにサブＯ２センサ３２の出力を利用した排気エミッション制御を行う場合に、ロバスト性の向上によって正確な制御を行えるようになる。また、サブＯ２センサ３２の出力を利用したＯＢＤ（異常検出）処理の実行時の判定ばらつきを低減することが可能となる。
【００４１】
尚、上述した実施の形態１においては、サブＯ２センサ３２が前記第１の発明における「酸素濃度センサ」に相当しているとともに、ＥＣＵ３４が、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏを取得することにより前記第１の発明における「出力値取得手段」が、上記ステップ１０２〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「出力値補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３４に図６に示すルーチンに代えて後述の図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。
【００４３】
図９は、触媒２８の入口における排気ガスの空燃比の振幅の変化に応じたサブＯ２センサ出力の空燃比（λ）特性の変化を表した図である。
実施の形態１において既述したように、理論空燃比を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に交互に振られるように、触媒２８の上流の制御目標空燃比を調整するシステムがある。
【００４４】
図９（Ａ）は、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅が小さい場合のものであり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に対して、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅が大きい場合のものである。実施の形態１において上述したサブＯ２センサ出力の変化速度だけでなく、このように、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅によっても、触媒２８の出口における排気ガスの空燃比の変化に対するサブＯ２センサ出力の定常特性に対するヒステリシス（ばらつき）が変化する。より具体的には、当該制御目標空燃比の振幅が大きくなるほど、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が大きくなる。
【００４５】
更に、吸入空気量の変化によっても、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が変化する。より具体的には、吸入空気量が多くなるほど、サブＯ２センサ出力のヒステリシス（ばらつき）が大きくなる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏを補正するための上記（１）式中の補正係数（ここでは、実施の形態１と区別するため「ａ」を用いる）を、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅に応じて変更するようにした。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の形態２におけるサブＯ２センサ３２の出力補正を実現するために、ＥＣＵ３４が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、図１０において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００４８】
図１０に示すルーチンでは、ステップ１０４においてフィルター後の出力変化Ｖｎが算出された後には、次いで、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅とに基づいて、補正係数ａが算出される（ステップ２００）。ＥＣＵ３４は、吸入空気量と上記振幅との関係で補正係数ａを設定したマップ（図示省略）を記憶しており、本ステップ２００では、そのようなマップを参照して、補正係数ａが算出される。尚、本マップでは、エアフローメータ２０により検出される吸入空気量が多いほど、また、上記振幅が大きいほど、補正係数ａが大きくなるように設定されているものとする。
【００４９】
次に、上記（１）式中における補正係数αに代え、上記ステップ２００において算出された補正係数ａが代入されたうえで、補正後の出力値Ｖｈが算出される（ステップ２０２）。そして、本実施形態では、本ステップ２０２において算出された補正後の出力値Ｖｈに基づいて、既述したサブフィードバック制御を含む空燃比フィードバック制御が実行されるようになっている。
【００５０】
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、サブＯ２センサ３２の出力変化速度に加え、吸入空気量と、触媒２８の入口における排気ガスの制御目標空燃比の振幅とに基づいて、サブＯ２センサ３２の出力値Ｖｏが補正されることになる。これにより、サブＯ２センサ出力の補正を行う際に、上述した実施の形態１と比べて、過補正および補正不足を低減することができ、より正確な出力補正が可能となる。
【００５１】
尚、上述した実施の形態２においては、理論空燃比が前記第２の発明における「空燃比基準値」に相当しているとともに、ＥＣＵ３４が、上述したメインフィードバック制御を実行することにより前記第２の発明における「触媒入口空燃比制御手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第２の発明における「補正係数設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３４が、エアフローメータ２０を用いて吸入空気量を取得することにより前記第３の発明における「吸入空気量取得手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第３の発明における「補正係数設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００５２】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、サブＯ２センサ３２を対象とした出力補正手法について説明を行った。しかしながら、本発明におけるセンサ出力の補正の対象となるセンサは、酸素濃度に応じた出力（起電力）を発する酸素濃度センサであればよい。すなわち、上記サブＯ２センサ３２に限らず、例えば、上記メインＡ／Ｆセンサ３０のように、広範囲にわたって排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 内燃機関
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ エアフローメータ
２２ スロットルバルブ
２４ 燃料噴射弁
２６ 点火プラグ
２８ 触媒
３０ メインＡ／Ｆセンサ
３２ サブＯ２センサ
３４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３６ 水温センサ
３８ クランク角センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、当該排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値を取得する出力値取得手段と、
前記出力値の変化速度に応じて、前記出力値を補正する出力値補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記酸素濃度センサよりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒と、
前記触媒の入口における排気ガスの空燃比を、所定の空燃比基準値を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に切り替える制御を行う触媒入口空燃比制御手段と、
を備え、
前記出力値補正手段は、前記触媒の入口における排気ガスの空燃比の前記振幅に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段を更に備え、
前記出力値補正手段は、前記内燃機関の吸入空気量に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記出力値補正手段は、リッチ側からリーン側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリーン側の値に補正することを特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記出力値補正手段は、リーン側からリッチ側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリッチ側の値に補正することを特徴とする請求項１乃至４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記出力値補正手段は、前記出力値の前記変化速度が高いほど、前記出力値を大きく補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、当該排気通路を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力値を取得する出力値取得手段と、
前記出力値の変化速度に応じて、前記出力値を補正する出力値補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記酸素濃度センサよりも上流側の前記排気通路に配置され、排気ガスを浄化するための触媒と、
前記触媒の入口における排気ガスの空燃比を、所定の空燃比基準値を基準とする所定の振幅でリッチ側およびリーン側に切り替える制御を行う触媒入口空燃比制御手段と、
を備え、
前記出力値補正手段は、前記触媒の入口における排気ガスの空燃比の前記振幅に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の吸入空気量を取得する吸入空気量取得手段を更に備え、
前記出力値補正手段は、前記内燃機関の吸入空気量に応じて、前記出力値を補正するための補正係数を設定する補正係数設定手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記出力値補正手段は、リッチ側からリーン側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリーン側の値に補正することを特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記出力値補正手段は、リーン側からリッチ側に前記出力値が変化する場合には、前記出力値をリッチ側の値に補正することを特徴とする請求項１乃至４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記出力値補正手段は、前記出力値の前記変化速度が高いほど、前記出力値を大きく補正することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１２３０１（Ｐ２０１２−１１２３０１Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１４９９（Ｐ２０１０−２６１４９９）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]