排ガス検出装置
【課題】排圧を検出する圧力センサを要することなく現実に則した正確なエンジンの排圧を推定でき、もって推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力を的確に補正できる排ガス検出装置を提供する。
【解決手段】吸排気弁のバルブオーバラップ時において＃１気筒の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間Ｔ内で吸気の吹き返しによる吸気脈動が生じたとき、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0から排圧を推定し、排圧から求めた補正係数により排気空燃比検出用のＬＡＦＳの出力を補正する。
【解決手段】吸排気弁のバルブオーバラップ時において＃１気筒の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間Ｔ内で吸気の吹き返しによる吸気脈動が生じたとき、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0から排圧を推定し、排圧から求めた補正係数により排気空燃比検出用のＬＡＦＳの出力を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気通路に設けられた排ガス検出手段の出力を補償する排ガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路にはＬＡＦＳ（リニア空燃比センサ）、Ｏ2センサ、ＮＯxセンサ、ＨＣセンサなどの排ガス検出手段が設けられ、その検出情報を燃料噴射制御などの各種制御に利用しているが、この種の排ガス検出手段はエンジンの排圧変化の影響を受けて出力に誤差を生じる問題がある。例えばＬＡＦＳは、試験管状のジルコニア素子の内外面に多孔質の白金電極を被覆し、内部に大気を導入する一方で外面を排気ガスに曝し、電圧印加によりジルコニア素子中で酸素イオンの移動が起こって排気ガス中の酸素濃度（即ち、排気空燃比）に比例した電流を生じる原理を利用しており、素子の多孔質拡散層における排気ガス中の酸素の拡散が排圧に依存するため、出力が変動してしまう。
【０００３】
その対策として、排圧変化による影響を補償するための出力補正処理が実施されている。当該出力補正処理に利用する排圧情報は排気通路に圧力センサを設けて直接検出することもできるが、エンジンの吸入空気量が排圧と相関することに着目して、圧力センサを追加することなく既存のエアフローセンサ（ＡＦＳ）の出力から排圧を推定する手法が採られる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＡＦＳ出力を利用した排ガス検出手段の出力補正処理の概要を述べると、まず、ＡＦＳ出力から所定のマップに従って標準大気圧時の排圧を算出した上で、大気圧センサにより検出された現在の大気圧と標準大気圧との差に基づき標準大気圧時の排圧を補正して、現在の大気圧に対応する排圧を導き出す。一方、予め実施した試験に基づき排ガス検出手段の出力に対する補正係数が排圧毎にマップとして設定されており、当該マップに従って上記ＡＦＳ出力から求めた排圧に対応する補正係数を求め、この補正係数により排ガス検出手段の出力を補正している。
【特許文献１】特開平９−０１４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したＡＦＳ出力と排圧との相関関係はエンジンの排気抵抗が一定であることを前提として成立するものであり、例えば排気浄化の促進を目的として排気通路に設けた排気絞り弁により排ガス流量が制限された場合、或いは排気通路に設けたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）にＰＭ（パティキュレートマター）が堆積した場合などには、排気抵抗の変化に起因してＡＦＳ出力と排圧とが相関しなくなる。よって、このようなときにはＡＦＳ出力から現実に則したエンジンの排圧を正確に推定できなくなり、結果として排圧に基づく排ガス検出手段の出力補正が不適切になり、ひいては補正後の排ガス検出手段の出力が適用される制御も不適切に実行されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排圧を検出する圧力センサを要することなく現実に則した正確なエンジンの排圧を推定でき、もって推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力を的確に補正することができる排ガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排ガス検出手段と、内燃機関の吸気通路に設けられて吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、内燃機関の吸気弁の開弁に伴って吸気圧検出手段により検出される吸気圧が変動したときに、変動状態に基づいて内燃機関の排圧を推定する排圧推定手段と、排圧推定手段により推定された排圧に基づき排ガス検出手段の出力を補正する出力補正手段とを備えたものである。
【０００８】
従って、内燃機関の吸気弁が開弁すると吸気の吹き返しにより吸気脈動が生じ、吸気圧検出手段により検出された吸気圧の変動状態に基づいて排圧推定手段により内燃機関の排圧が推定され、推定された排圧に基づき出力補正手段により排ガス検出手段の出力が補正される。そして、何らかの要因で内燃機関の排圧が変化したときには、それに応じて一定の相関関係を保ったまま吸気脈動の発生状況も変化するため、吸気圧の変動状態に基づいて現実に則した正確な内燃機関の排圧が推定され、推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力が的確に補正される。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、吸気圧の振幅に基づいて排圧を推定するものである。
従って、排圧に応じて吸気脈動が生じて吸気圧が変動することから、排圧と吸気圧の振幅との間には相関関係が成立し、吸気圧の振幅に基づいて適切に排圧を推定可能となる。
請求項３の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、内燃機関の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間内における吸気圧の変動状態に基づいて排圧を推定するものである。
【００１０】
従って、吸気の吹き返しは吸気弁の開弁直後に生じることから、開弁直後に設定された検出期間内では吸気脈動が最も顕著に発生することになり、吸気圧の変動状態に基づいて適切に排圧を推定可能となる。
請求項４の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、内燃機関の運転状態に応じて吸気圧の変動状態に基づく排圧の推定特性を変更するものである。
【００１１】
従って、排圧には内燃機関の運転状態、例えば内燃機関の回転速度、体積効率、吸排気弁のオーバラップ量などの影響を受けるが、これらの要因に応じて排圧の推定特性が変更されるため、内燃機関の運転状態に関わらず適切な排圧の推定処理を実行可能となる。
請求項５の発明は、請求項１において、排ガス検出手段が、内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段であり、出力補正手段が、排気空燃比に応じて排圧に基づく空燃比検出手段の出力に対する補正特性を変更するものである。
【００１２】
従って、排圧に起因して空燃比検出手段の出力に発生する誤差は排気空燃比によって相違するが、排気空燃比に応じて出力に対する補正特性が変更されることから、排気空燃比に関わらず空燃比検出手段の出力に対する適切な補正処理が可能となる。
請求項６の発明は、請求項５において、出力補正手段が、排気空燃比が理論空燃比のときを境界として排圧に基づく空燃比検出手段の出力に対する補正方向を逆転させるものである。
【００１３】
従って、排圧に起因して空燃比検出手段の出力に発生する誤差の発生方向は、排気空燃比が理論空燃比のときを境界として反転するが、それに応じて空燃比検出手段の出力に対する補正方向も逆転されるため、排気空燃比に関わらず空燃比検出手段の出力に対する適切な補正処理が可能となる。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、内燃機関の排気通路に排ガス流量を制限する排気絞り手段が備えたものである。
【００１４】
従って、有害成分の低減などを目的として排気絞り手段により内燃機関の排ガス流量が制限された場合であっても、これにより上昇した排圧を正確に推定可能なため、このような排圧制御が実行されている運転状態でも排ガス検出手段の出力を的確に補正可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように請求項１乃至３の発明の排ガス検出装置によれば、排圧を検出する圧力センサを要することなく、排圧と相関する吸気圧の変動状態に基づいて現実に則した正確な内燃機関の排圧を推定でき、もって推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力を的確に補正することができる。
請求項４の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１に加えて、内燃機関の運転状態に影響されることなく一層適切な排圧、ひいては適切な排ガス検出手段の出力補正を実現することができる。
【００１６】
請求項５及び６の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１に加えて、排気空燃比に影響されることなく常に適切な空燃比検出手段の出力の補正処理を実現することができる。
請求項７の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１乃至６に加えて、排気絞り手段による排圧制御の実行中においても排ガス検出手段の出力を的確に補正でき、もって、排圧制御による有害成分の低減などの効果を最大限に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した排ガス検出装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の排ガス検出装置を示す全体構成図であり、本実施形態の排ガス検出装置は筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン１を対象として構成されている。エンジン１にはＤＯＨＣ４弁式の動弁機構が採用されており、図示しないクランク軸によりシリンダヘッド２上に設けられた吸気カムシャフト３及び排気カムシャフト４が回転駆動され、これらのカムシャフト３，４により吸気弁５及び排気弁６が所定のタイミングで開閉される。
【００１８】
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ７と共に電磁式の燃料噴射弁８が取り付けられ、図示しない燃料ポンプから供給された高圧燃料が燃料噴射弁８の開閉に応じて燃焼室９内に直接噴射される。シリンダヘッド２には両カムシャフト３，４間を抜けるようにして略直立方向に吸気ポート１０が形成され、吸気弁５の開弁に伴って吸入空気がエアクリーナ１１からスロットル弁１２、サージタンク１３、吸気マニホールド１４、吸気ポート１０を経て燃焼室９内に導入される。燃焼後の排ガスは排気弁６の開弁に伴って燃焼室９から排気ポート１５に排出され、更に排気通路１６及び床下触媒１７を経て大気中に排出される。
【００１９】
床下触媒１７は上流側の吸蔵型ＮＯx触媒１８と下流側の三元触媒１９とから構成されている。ＮＯｘ触媒１８は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属と、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属、アルカリ土類金属のＮＯｘトラップ剤とを含み、排気空燃比がリーンのときに排ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵する一方、排気空燃比がリッチのときに吸蔵しているＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）などに還元浄化する機能を有する。三元触媒１９は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を含み、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排ガス中の有害物質を浄化する機能を有する。
【００２０】
排気通路１６の床下触媒１７の下流側位置には、図示しないアクチュエータにより開閉駆動されるバタフライ式の排気絞り弁２１（排気絞り手段）が介装されている。排気絞り弁２１の開度に応じて排ガス流量が制限されて排圧が上昇し、これによりエンジン１の排気ポート１０で排ガスが逆流して再燃焼する現象、あるいは排気通路１６での排ガスの滞留時間の延長化により排ガス中の未燃燃料成分と酸素との反応が促進される現象などが生起されて、これらの作用により有害成分の低減が図られる。
【００２１】
また、排気通路１６の床下触媒１７の上流側位置にはＬＡＦＳ（リニア空燃比センサの略称であり、本発明の排ガス検出手段及び空燃比検出手段）２２が設けられ、このＬＡＦＳ２２はエンジン１の排気空燃比に応じて出力を変化させる。
一方、＃１気筒の吸気マニホールド１４には吸気圧センサ２３（吸気圧検出手段）が設けられ、この吸気圧センサ２３により＃１気筒の吸気マニホールド１０内の吸気圧Ｐbが検出される。
【００２２】
シリンダヘッド２には可変動弁機構２４が設けられ、この可変動弁機構２４は油圧によりクランクシャフトに対する吸気カムシャフト３及び排気カムシャフト４の位相を進角または遅角することにより、吸気弁５及び排気弁６の開閉タイミングを調整し得る。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップなどの記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ３１の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ３２、アクセル開度θaccを検出するアクセルセンサ３３、ＬＡＦＳ２２、吸気圧センサ２３などの各種センサ類が接続され、ＥＣＵ３１の出力側には、上記点火プラグ７を駆動するイグナイタ３４、燃料噴射弁８、排気絞り弁２１、可変動弁機構２４などの各種デバイス類が接続されている。
【００２３】
ＥＣＵ３１は各センサからの検出情報に基づいて点火時期や燃料噴射量などを決定し、決定した制御量に基づいてイグナイタ３４や燃料噴射弁８などを駆動制御してエンジン１を運転する。
燃料噴射制御については、噴射時期を吸気行程に設定した吸気行程噴射モードと噴射時期を圧縮行程に設定した圧縮行程噴射モードとをエンジン１の運転領域に応じて切換えており、具体的にはスロットル開度θthと機関回転速度Ｎｅとに基づいて機関負荷と対応する目標平均有効圧Ｐｅを求め、この目標平均有効圧Ｐeと機関回転速度Ｎeとから予め設定されたマップに従って実行すべき燃料噴射モードを決定すると共に、決定した燃料噴射モードにおいて目標平均有効圧Ｐe及び機関回転速度Ｎeから求めた目標空燃比に基づいて燃料噴射量を決定して燃料噴射制御を実行する。
【００２４】
圧縮行程噴射モードは比較的低回転低負荷域で実行され、吸気ポート１０から流入した吸入空気により生起された逆タンブル流を利用して点火プラグ７の周囲に理論空燃比近傍の混合気を確保した上で、全体として極めてリーンな空燃比（例えば、４０程度）で着火する層状燃焼を行う。このときＥＣＵ３１はＬＡＦＳ２２の出力に基づいてエンジン１の排気空燃比を目標空燃比にフィードバックする。一方、吸気行程噴射モードは比較的高回転高負荷域で実行され、ＬＡＦＳ２２の出力に基づいて排気空燃比を理論空燃比にフィードバックするストイキオＦ／Ｂ制御、排気空燃比をリッチ側の目標空燃比にフィードバックするリッチＦ／Ｂ制御、或いはオープンループでリッチ側の空燃比に制御するＯ／Ｌ制御を実行して、吸気行程で噴射した燃料噴霧を吸入空気と十分に混合して燃焼させる均一燃焼を行う。
【００２５】
また、ＥＣＵ３１はアクセル開度θacc及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて吸排気のカムシャフト３，４の目標進角量を決定し、この目標進角量に基づいて可変動弁機構３０を駆動制御してエンジン１の運転状態に応じた適切なバルブタイミングを実現する。
一方、上記のようにＬＡＦＳ２２の出力は燃料噴射制御などのエンジン制御に適用されるが、ＥＣＵ３１は排気絞り弁２１により調整されるエンジン１の排圧に応じてＬＡＦＳ２２の出力を補正する処理を実行しており、以下に当該出力補正処理について説明する。
【００２６】
図２はＥＣＵ３１が実行する出力補正ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ３１はエンジン１の運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
ステップＳ２では、可変動弁機構３０のバルブタイミング制御により現在の吸排気弁５，６の開弁期間がオーバラップしているか否かを判定する。以下に述べるように本実施形態では、吸気弁５の開弁直後に吸気が吹き返したときの吸気圧Ｐbの変動（吸気脈動）を利用して排圧を推定するが、吸排気弁５，６の開弁期間がオーバラップしていないときには吸気の吹き返しが発生せずに排圧を推定不能であることから、まず、ステップＳ２でエンジン１が排圧を推定可能な運転状態にあるか否かを判定しているのである。
【００２７】
ステップＳ２の判定がＮｏ（否定）のときには一旦ルーチンを終了し、判定がＹｅｓ（肯定）のときには以降でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実行する。なお、このように吸排気弁５，６の開弁期間のオーバラップを待つ代わりに、可変動弁機構３０により強制的に吸排気弁５，６をオーバラップさせてもよい。また、可変動弁機構３０を備えない固定バルブタイミングのエンジンでは、ステップＳ２の処理を実行することなく無条件でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を開始してもよい。
【００２８】
次いで、ＥＣＵ３１はステップＳ４に移行してカウンタｎを１に設定し、続くステップＳ６でエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁５，６のオーバラップ量ＶＯＬを求める。その後、ステップＳ８で予め設定された吸気圧Ｐbの検出期間Ｔにあるか否かを判定する。
図３は吸気圧Ｐbの検出状況を示すタイムチャートであり、本実施形態では各気筒の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）７５〜５°ＣＡ間でオンされるＳＧＴ信号を基準として、＃１気筒のＢＴＤＣ５°ＣＡ（ＳＧＴ信号の立下がり）から後続の＃３気筒のＢＴＤＣ７５°ＣＡ（ＳＧＴ信号の立上がり）までの１１０°ＣＡの期間が検出期間Ｔとして設定されている。結果として当該検出期間Ｔは＃１気筒の吸気弁５の開弁に前後するタイミングで開始されて、その後１１０°ＣＡ間に亘って継続される。
【００２９】
このような検出期間Ｔの設定は、図３から明らかなように＃１気筒の吸気弁５の開弁に伴って吸気マニホールド１４内の吸気脈動が最も顕著に発生する期間と対応する（より具体的には、後述する吸気脈動の最大値Ｐmax及び最小値Ｐminを含む）ように配慮したものである。なお、検出期間Ｔの設定はこれに限らず、エンジン１の仕様に応じて任意に変更可能であり、或いはその時点のエンジン１の運転状態、例えばエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬなどに応じて変更するようにしてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ３１は吸気圧Ｐbの検出期間ＴでないとしてステップＳ８でＮｏの判定を下したときにはルーチンを終了する。また、ステップＳ８の判定がＹｅｓのときにはステップＳ１０に移行して吸気圧センサ２３の出力に基づいて検出期間Ｔ中における吸気圧Ｐbの最大値Ｐmax及び最小値Ｐminを算出し、ステップＳ１２で最大値Ｐmaxから最小値Ｐminを減算して差圧ΔＰ0を求める。続くステップＳ１４では差圧ΔＰ0にエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁のオーバラップ量ＶＯＬに関する各補正係数（後述する）を乗算して補正後差圧ΔＰを算出し、ステップＳ１６で所定のマップに従って補正後差圧ΔＰから今回の瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する。さらにステップＳ１８で算出した瞬時排圧ＥＰ(n)を前回の総瞬時排圧ＴＥＰ(n-1)に加算して今回の総瞬時排圧ＴＥＰ(n)とした後に、ステップＳ２０でカウンタｎが予め検出回数として設定された所定回数Ｎ（例えば１０回）に達したか否かを判定する。
【００３１】
判定がＮｏのときにはステップＳ２２に移行してカウンタをインクリメントした後にステップＳ６に戻って上記と同様の処理を繰り返し、ステップＳ２０の判定がＹｅｓになると、ステップＳ２４で総瞬時排圧ＴＥＰ(n)を所定回数Ｎで除算して、瞬時排圧ＥＰ(n)の平均値として排圧ＥＰを求める（排圧推定手段）。その後、ステップＳ２６で排圧ＥＰから補正係数（後述する）を算出し、求めた補正係数をステップＳ２８でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに乗算して補正した後にルーチンを終了する（出力補正手段）。そして、補正後のＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが燃料噴射制御などの各種制御に適用される。
【００３２】
次に、上記ステップＳ１４，１６での差圧ΔＰ0から瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する処理、及びステップＳ２６，２８での排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正する処理について詳述する。
まず、差圧ΔＰ0から瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する処理について述べる。
図４は差圧ΔＰ0に対するエンジン１の排圧ＥＰの影響の試験結果を示す図であり、例えば排圧ＥＰの変化は上記排気絞り弁２１を閉側に制御することにより実施される。この図に示すように、エンジン回転速度Ｎeや体積効率Ｅvによって特性は異なるものの、全体的な特性として排圧ＥＰの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加することがわかる。吸気弁５の開弁後に吸気脈動が生じる要因は、排気弁６の閉弁以前に吸気弁５が開弁することでエンジン１の吸気系と排気系とが瞬間的に連通し、排圧ＥＰの影響が筒内に及んで吸気の吹き返しを発生させることにある。従って、吸気脈動の大きさ、換言すれば吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0は、元々の発生要因である排圧ＥＰと相関関係が成立しており、その相関関係に従って図４の試験結果が得られたものと推測される。
【００３３】
また、差圧ΔＰ0は、排圧ＥＰのみならずエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁のオーバラップ量ＶＯＬの影響も受ける。図５は差圧ΔＰ0に対するエンジン回転速度Ｎeの影響の試験結果を示す図であり、排圧ＥＰや体積効率Ｅvによって特性は異なるものの、全体的な特性としてエンジン回転速度Ｎeの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加することがわかる。また、図６は差圧ΔＰ0に対するエンジン１の体積効率Ｅvの影響の試験結果を示す図であり、排圧ＥＰやエンジン回転速度Ｎeによって特性は異なるものの、全体的な特性として体積効率Ｅvの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加（一部では略一定）することがわかる。
【００３４】
なお、オーバラップ量ＶＯＬに関する試験結果は図示していないが、上記のように吸排気弁５，６のオーバラップにより吸気の吹き返しが発生することからも推測できるように、オーバラップ量ＶＯＬに関しても他のパラメータ（ＥＰ，Ｎe，Ｅv）と同様に差圧ΔＰ0との間に所定の相関関係が成立する。
以上の試験結果を踏まえて、図５，６などの特性に基づきエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬに応じて補正係数を求めるための所定のマップが設定されて、ステップＳ１４ではこれらのマップから求めた補正係数を差圧ΔＰ0に乗算することで補正後差圧ΔＰが算出され、さらに図４の特性に基づき補正後差圧ΔＰから瞬時排圧ＥＰ(n)を算出するための所定のマップが設定されて、ステップＳ１６ではこのマップに従って補正後差圧ΔＰから今回の瞬時排圧ＥＰ(n)が算出される。
【００３５】
次に、排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正する処理について述べる。
図７はＬＡＦＳ２２の出力特性に対する排圧ＥＰの影響の試験結果を示す図、図８は排圧ＥＰとＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量との関係の試験結果を示す図である。図７に示すようにＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsは理論空燃比（λ＝１）のときを０として排気空燃比のリッチ側とリーン側とで反転するが、このときの出力特性は排圧ＥＰの変動の影響を受けて変化する。この現象は「背景技術」で述べたように、多孔質拡散層における排気ガス中の酸素の拡散がＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに対して外乱として作用するためである。結果として図８に示すように排圧ＥＰに応じてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが変動し、この変動量が誤差としてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに含まれることになる。
【００３６】
ここで、図８に示すように排圧ＥＰに応じたＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量は排気空燃比によって相違すると共に、図７の出力特性から明らかなように排気空燃比が理論空燃比であるときには出力Ｖlafsの変動量が０であり、この理論空燃比を境界としてリッチ側とリーン側とで排圧ＥＰの変化に対するＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動方向が逆転している。
【００３７】
これらの試験結果を踏まえて、排気空燃比が理論空燃比のときを１．０とした上で、リッチ側とリーン側とで排圧ＥＰの変化に対する出力Ｖlafsの補正方向を逆転させ、且つ、排気空燃比に応じた補正量となるような補正係数を求めるためのマップが設定され、ステップＳ２６ではマップから補正係数が求められ、その補正係数がステップＳ２８でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに乗算される。
【００３８】
以上のように本実施形態の排ガス検出装置では、エンジン１の排圧ＥＰと相関する吸気マニホールド１４の吸気脈動に基づいて排圧ＥＰを算出し、この排圧ＥＰからＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正するための補正係数を算出している。従って、排気絞り弁２１の排圧制御によりエンジン１の排圧ＥＰが変化したときには、それに応じて一定の相関関係を保ったまま吸気脈動の発生状況も変化するため、吸気脈動に基づいて現実に則した正確なエンジン１の排圧ＥＰを推定でき、もって推定した排圧ＥＰから求めた適切な補正係数によりＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正できる。
【００３９】
図９は排圧制御による排圧ＥＰの変動に対する排気空燃比の変動状況を示すタイムチャートであり、このタイムチャートでは排気空燃比を一定に保持した状態で排気絞り弁２１により排圧ＥＰが上昇された場合を想定している。破線で示す実排圧に対して本実施形態によれば実線のように近似する排圧ＥＰが推定され、この排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが補正されることにより、破線で示す補正無しの場合に比較して遥かに変動が少ない、換言すれば排圧変化による影響を受けない排気空燃比を検出できることがわかる。このようにＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに対する適切な補正処理により高精度の排気空燃比の検出を実現できるため、ひいては燃料噴射制御などのエンジン１の各種制御を的確に実行して、出力特性及び排ガス特性向上などの種々のメリットを実現することができる。
【００４０】
また、吸気脈動に基づく差圧ΔＰ0に対してエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬが影響することを考慮して、これらのパラメータを反映した補正後の補正後差圧ΔＰに基づき排圧ＥＰを推定しているため、エンジン１の運転状態に関わらず一層適切な排圧ＥＰ、ひいては適切なＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実現することができる。
【００４１】
また、排圧ＥＰに応じたＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量が排気空燃比によって相違すること、及び理論空燃比を境界として出力Ｖlafsの変動方向が逆転することを考慮した上で、ＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正に適用する補正係数を設定しているため、燃料噴射制御に応じてエンジン１の排気空燃比が変動しても、この排気空燃比の変動に影響されることなく常に適切なＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実現することができる。
【００４２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン１に適用して、排気通路１６に備えられた排気絞り弁２１による排圧変動に起因するＬＡＦＳ２２の出力誤差を補償したが、エンジン１の種別、排圧変動の要因、補償対象となる排ガス検出手段の種別などはこれに限ることはない。例えば排気通路にＰＭ捕集用のＤＰＦを備えたディーゼルエンジンに適用して、ＤＰＦにＰＭが堆積して排圧上昇したときのＬＡＦＳの出力誤差を想定し、推定した排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳの出力を補正したり、或いはＬＡＦＳに代えてＯ2センサ、ＮＯxセンサ、ＨＣセンサなどの出力補正に適用したりしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0に基づいて排圧ＥＰを推定したが、吸気弁５の開弁後の吸気脈動と相関するパラメータであればこれに限ることはなく、例えば検出期間Ｔ内の吸気圧Ｐbの平均値を求めて、この平均値と最大値Ｐmaxとの差圧、或いは平均値と最小値Ｐminとの差圧から排圧ＥＰを推定してもよい。また、検出期間Ｔの直前の吸気圧Ｐb或いは検出期間Ｔの直後の吸気圧Ｐbを求めて、これらの吸気圧Ｐbと最大値Ｐmaxと差圧、或いはこれらの吸気圧Ｐbと最小値Ｐminと差圧から排圧ＥＰを推定してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、＃１気筒の吸気脈動に基づいて排圧ＥＰを推定したが、他の気筒の吸気脈動から推定してもよいし、複数気筒或いは全気筒の吸気脈動から求めた差圧ΔＰ0に基づいて排圧ＥＰを推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmax及び最小値Ｐminから瞬時排圧ＥＰ(n)を算出し、Ｎ回分の瞬時排圧ＥＰ(n)の平均値として排圧ＥＰを求めたが、その手法はこれに限ることはなく、例えば図１０に示すように、検出期間Ｔの直後に設定された更新タイミング毎に吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとをピークホールド値及びボトムホールド値として順次更新し、所定回数更新後にピークホールド値及びボトムホールド値の差圧ΔＰ0から排圧ＥＰを推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態の排ガス検出装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する出力補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】吸気圧の検出状況を示すタイムチャートである。
【図４】差圧に対するエンジンの排圧の影響の試験結果を示す図である。
【図５】差圧に対するエンジン回転速度の影響の試験結果を示す図である。
【図６】差圧に対するエンジンの体積効率の影響の試験結果を示す図である。
【図７】ＬＡＦＳの出力特性に対する排圧の影響の試験結果を示す図である。
【図８】排圧とＬＡＦＳの出力の変動量との関係の試験結果を示す図である。
【図９】排圧制御による排圧の変動に対するセンサ出力の補正状況を示すタイムチャートである。
【図１０】排圧の推定手順の別例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１ エンジン（内燃機関）
２１ 排気絞り弁（排気絞り手段）
２２ ＬＡＦＳ（排ガス検出手段、空燃比検出手段）
２３ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
３１ ＥＣＵ（排圧推定手段、出力補正手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関（以下、エンジンと称する）の排気通路に設けられた排ガス検出手段の出力を補償する排ガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路にはＬＡＦＳ（リニア空燃比センサ）、Ｏ2センサ、ＮＯxセンサ、ＨＣセンサなどの排ガス検出手段が設けられ、その検出情報を燃料噴射制御などの各種制御に利用しているが、この種の排ガス検出手段はエンジンの排圧変化の影響を受けて出力に誤差を生じる問題がある。例えばＬＡＦＳは、試験管状のジルコニア素子の内外面に多孔質の白金電極を被覆し、内部に大気を導入する一方で外面を排気ガスに曝し、電圧印加によりジルコニア素子中で酸素イオンの移動が起こって排気ガス中の酸素濃度（即ち、排気空燃比）に比例した電流を生じる原理を利用しており、素子の多孔質拡散層における排気ガス中の酸素の拡散が排圧に依存するため、出力が変動してしまう。
【０００３】
その対策として、排圧変化による影響を補償するための出力補正処理が実施されている。当該出力補正処理に利用する排圧情報は排気通路に圧力センサを設けて直接検出することもできるが、エンジンの吸入空気量が排圧と相関することに着目して、圧力センサを追加することなく既存のエアフローセンサ（ＡＦＳ）の出力から排圧を推定する手法が採られる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このＡＦＳ出力を利用した排ガス検出手段の出力補正処理の概要を述べると、まず、ＡＦＳ出力から所定のマップに従って標準大気圧時の排圧を算出した上で、大気圧センサにより検出された現在の大気圧と標準大気圧との差に基づき標準大気圧時の排圧を補正して、現在の大気圧に対応する排圧を導き出す。一方、予め実施した試験に基づき排ガス検出手段の出力に対する補正係数が排圧毎にマップとして設定されており、当該マップに従って上記ＡＦＳ出力から求めた排圧に対応する補正係数を求め、この補正係数により排ガス検出手段の出力を補正している。
【特許文献１】特開平９−０１４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記したＡＦＳ出力と排圧との相関関係はエンジンの排気抵抗が一定であることを前提として成立するものであり、例えば排気浄化の促進を目的として排気通路に設けた排気絞り弁により排ガス流量が制限された場合、或いは排気通路に設けたＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）にＰＭ（パティキュレートマター）が堆積した場合などには、排気抵抗の変化に起因してＡＦＳ出力と排圧とが相関しなくなる。よって、このようなときにはＡＦＳ出力から現実に則したエンジンの排圧を正確に推定できなくなり、結果として排圧に基づく排ガス検出手段の出力補正が不適切になり、ひいては補正後の排ガス検出手段の出力が適用される制御も不適切に実行されてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排圧を検出する圧力センサを要することなく現実に則した正確なエンジンの排圧を推定でき、もって推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力を的確に補正することができる排ガス検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排ガス検出手段と、内燃機関の吸気通路に設けられて吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、内燃機関の吸気弁の開弁に伴って吸気圧検出手段により検出される吸気圧が変動したときに、変動状態に基づいて内燃機関の排圧を推定する排圧推定手段と、排圧推定手段により推定された排圧に基づき排ガス検出手段の出力を補正する出力補正手段とを備えたものである。
【０００８】
従って、内燃機関の吸気弁が開弁すると吸気の吹き返しにより吸気脈動が生じ、吸気圧検出手段により検出された吸気圧の変動状態に基づいて排圧推定手段により内燃機関の排圧が推定され、推定された排圧に基づき出力補正手段により排ガス検出手段の出力が補正される。そして、何らかの要因で内燃機関の排圧が変化したときには、それに応じて一定の相関関係を保ったまま吸気脈動の発生状況も変化するため、吸気圧の変動状態に基づいて現実に則した正確な内燃機関の排圧が推定され、推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力が的確に補正される。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、吸気圧の振幅に基づいて排圧を推定するものである。
従って、排圧に応じて吸気脈動が生じて吸気圧が変動することから、排圧と吸気圧の振幅との間には相関関係が成立し、吸気圧の振幅に基づいて適切に排圧を推定可能となる。
請求項３の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、内燃機関の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間内における吸気圧の変動状態に基づいて排圧を推定するものである。
【００１０】
従って、吸気の吹き返しは吸気弁の開弁直後に生じることから、開弁直後に設定された検出期間内では吸気脈動が最も顕著に発生することになり、吸気圧の変動状態に基づいて適切に排圧を推定可能となる。
請求項４の発明は、請求項１において、排圧推定手段が、内燃機関の運転状態に応じて吸気圧の変動状態に基づく排圧の推定特性を変更するものである。
【００１１】
従って、排圧には内燃機関の運転状態、例えば内燃機関の回転速度、体積効率、吸排気弁のオーバラップ量などの影響を受けるが、これらの要因に応じて排圧の推定特性が変更されるため、内燃機関の運転状態に関わらず適切な排圧の推定処理を実行可能となる。
請求項５の発明は、請求項１において、排ガス検出手段が、内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段であり、出力補正手段が、排気空燃比に応じて排圧に基づく空燃比検出手段の出力に対する補正特性を変更するものである。
【００１２】
従って、排圧に起因して空燃比検出手段の出力に発生する誤差は排気空燃比によって相違するが、排気空燃比に応じて出力に対する補正特性が変更されることから、排気空燃比に関わらず空燃比検出手段の出力に対する適切な補正処理が可能となる。
請求項６の発明は、請求項５において、出力補正手段が、排気空燃比が理論空燃比のときを境界として排圧に基づく空燃比検出手段の出力に対する補正方向を逆転させるものである。
【００１３】
従って、排圧に起因して空燃比検出手段の出力に発生する誤差の発生方向は、排気空燃比が理論空燃比のときを境界として反転するが、それに応じて空燃比検出手段の出力に対する補正方向も逆転されるため、排気空燃比に関わらず空燃比検出手段の出力に対する適切な補正処理が可能となる。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、内燃機関の排気通路に排ガス流量を制限する排気絞り手段が備えたものである。
【００１４】
従って、有害成分の低減などを目的として排気絞り手段により内燃機関の排ガス流量が制限された場合であっても、これにより上昇した排圧を正確に推定可能なため、このような排圧制御が実行されている運転状態でも排ガス検出手段の出力を的確に補正可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように請求項１乃至３の発明の排ガス検出装置によれば、排圧を検出する圧力センサを要することなく、排圧と相関する吸気圧の変動状態に基づいて現実に則した正確な内燃機関の排圧を推定でき、もって推定した排圧に基づいて排ガス検出手段の出力を的確に補正することができる。
請求項４の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１に加えて、内燃機関の運転状態に影響されることなく一層適切な排圧、ひいては適切な排ガス検出手段の出力補正を実現することができる。
【００１６】
請求項５及び６の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１に加えて、排気空燃比に影響されることなく常に適切な空燃比検出手段の出力の補正処理を実現することができる。
請求項７の発明の排ガス検出装置によれば、請求項１乃至６に加えて、排気絞り手段による排圧制御の実行中においても排ガス検出手段の出力を的確に補正でき、もって、排圧制御による有害成分の低減などの効果を最大限に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体化した排ガス検出装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の排ガス検出装置を示す全体構成図であり、本実施形態の排ガス検出装置は筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン１を対象として構成されている。エンジン１にはＤＯＨＣ４弁式の動弁機構が採用されており、図示しないクランク軸によりシリンダヘッド２上に設けられた吸気カムシャフト３及び排気カムシャフト４が回転駆動され、これらのカムシャフト３，４により吸気弁５及び排気弁６が所定のタイミングで開閉される。
【００１８】
シリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ７と共に電磁式の燃料噴射弁８が取り付けられ、図示しない燃料ポンプから供給された高圧燃料が燃料噴射弁８の開閉に応じて燃焼室９内に直接噴射される。シリンダヘッド２には両カムシャフト３，４間を抜けるようにして略直立方向に吸気ポート１０が形成され、吸気弁５の開弁に伴って吸入空気がエアクリーナ１１からスロットル弁１２、サージタンク１３、吸気マニホールド１４、吸気ポート１０を経て燃焼室９内に導入される。燃焼後の排ガスは排気弁６の開弁に伴って燃焼室９から排気ポート１５に排出され、更に排気通路１６及び床下触媒１７を経て大気中に排出される。
【００１９】
床下触媒１７は上流側の吸蔵型ＮＯx触媒１８と下流側の三元触媒１９とから構成されている。ＮＯｘ触媒１８は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属と、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などのアルカリ金属、アルカリ土類金属のＮＯｘトラップ剤とを含み、排気空燃比がリーンのときに排ガス中のＮＯｘを硝酸塩Ｘ−ＮＯ3として吸蔵する一方、排気空燃比がリッチのときに吸蔵しているＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）などに還元浄化する機能を有する。三元触媒１９は、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を含み、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排ガス中の有害物質を浄化する機能を有する。
【００２０】
排気通路１６の床下触媒１７の下流側位置には、図示しないアクチュエータにより開閉駆動されるバタフライ式の排気絞り弁２１（排気絞り手段）が介装されている。排気絞り弁２１の開度に応じて排ガス流量が制限されて排圧が上昇し、これによりエンジン１の排気ポート１０で排ガスが逆流して再燃焼する現象、あるいは排気通路１６での排ガスの滞留時間の延長化により排ガス中の未燃燃料成分と酸素との反応が促進される現象などが生起されて、これらの作用により有害成分の低減が図られる。
【００２１】
また、排気通路１６の床下触媒１７の上流側位置にはＬＡＦＳ（リニア空燃比センサの略称であり、本発明の排ガス検出手段及び空燃比検出手段）２２が設けられ、このＬＡＦＳ２２はエンジン１の排気空燃比に応じて出力を変化させる。
一方、＃１気筒の吸気マニホールド１４には吸気圧センサ２３（吸気圧検出手段）が設けられ、この吸気圧センサ２３により＃１気筒の吸気マニホールド１０内の吸気圧Ｐbが検出される。
【００２２】
シリンダヘッド２には可変動弁機構２４が設けられ、この可変動弁機構２４は油圧によりクランクシャフトに対する吸気カムシャフト３及び排気カムシャフト４の位相を進角または遅角することにより、吸気弁５及び排気弁６の開閉タイミングを調整し得る。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップなどの記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）３１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。ＥＣＵ３１の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ３２、アクセル開度θaccを検出するアクセルセンサ３３、ＬＡＦＳ２２、吸気圧センサ２３などの各種センサ類が接続され、ＥＣＵ３１の出力側には、上記点火プラグ７を駆動するイグナイタ３４、燃料噴射弁８、排気絞り弁２１、可変動弁機構２４などの各種デバイス類が接続されている。
【００２３】
ＥＣＵ３１は各センサからの検出情報に基づいて点火時期や燃料噴射量などを決定し、決定した制御量に基づいてイグナイタ３４や燃料噴射弁８などを駆動制御してエンジン１を運転する。
燃料噴射制御については、噴射時期を吸気行程に設定した吸気行程噴射モードと噴射時期を圧縮行程に設定した圧縮行程噴射モードとをエンジン１の運転領域に応じて切換えており、具体的にはスロットル開度θthと機関回転速度Ｎｅとに基づいて機関負荷と対応する目標平均有効圧Ｐｅを求め、この目標平均有効圧Ｐeと機関回転速度Ｎeとから予め設定されたマップに従って実行すべき燃料噴射モードを決定すると共に、決定した燃料噴射モードにおいて目標平均有効圧Ｐe及び機関回転速度Ｎeから求めた目標空燃比に基づいて燃料噴射量を決定して燃料噴射制御を実行する。
【００２４】
圧縮行程噴射モードは比較的低回転低負荷域で実行され、吸気ポート１０から流入した吸入空気により生起された逆タンブル流を利用して点火プラグ７の周囲に理論空燃比近傍の混合気を確保した上で、全体として極めてリーンな空燃比（例えば、４０程度）で着火する層状燃焼を行う。このときＥＣＵ３１はＬＡＦＳ２２の出力に基づいてエンジン１の排気空燃比を目標空燃比にフィードバックする。一方、吸気行程噴射モードは比較的高回転高負荷域で実行され、ＬＡＦＳ２２の出力に基づいて排気空燃比を理論空燃比にフィードバックするストイキオＦ／Ｂ制御、排気空燃比をリッチ側の目標空燃比にフィードバックするリッチＦ／Ｂ制御、或いはオープンループでリッチ側の空燃比に制御するＯ／Ｌ制御を実行して、吸気行程で噴射した燃料噴霧を吸入空気と十分に混合して燃焼させる均一燃焼を行う。
【００２５】
また、ＥＣＵ３１はアクセル開度θacc及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて吸排気のカムシャフト３，４の目標進角量を決定し、この目標進角量に基づいて可変動弁機構３０を駆動制御してエンジン１の運転状態に応じた適切なバルブタイミングを実現する。
一方、上記のようにＬＡＦＳ２２の出力は燃料噴射制御などのエンジン制御に適用されるが、ＥＣＵ３１は排気絞り弁２１により調整されるエンジン１の排圧に応じてＬＡＦＳ２２の出力を補正する処理を実行しており、以下に当該出力補正処理について説明する。
【００２６】
図２はＥＣＵ３１が実行する出力補正ルーチンを示すフローチャートであり、ＥＣＵ３１はエンジン１の運転中に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
ステップＳ２では、可変動弁機構３０のバルブタイミング制御により現在の吸排気弁５，６の開弁期間がオーバラップしているか否かを判定する。以下に述べるように本実施形態では、吸気弁５の開弁直後に吸気が吹き返したときの吸気圧Ｐbの変動（吸気脈動）を利用して排圧を推定するが、吸排気弁５，６の開弁期間がオーバラップしていないときには吸気の吹き返しが発生せずに排圧を推定不能であることから、まず、ステップＳ２でエンジン１が排圧を推定可能な運転状態にあるか否かを判定しているのである。
【００２７】
ステップＳ２の判定がＮｏ（否定）のときには一旦ルーチンを終了し、判定がＹｅｓ（肯定）のときには以降でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実行する。なお、このように吸排気弁５，６の開弁期間のオーバラップを待つ代わりに、可変動弁機構３０により強制的に吸排気弁５，６をオーバラップさせてもよい。また、可変動弁機構３０を備えない固定バルブタイミングのエンジンでは、ステップＳ２の処理を実行することなく無条件でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を開始してもよい。
【００２８】
次いで、ＥＣＵ３１はステップＳ４に移行してカウンタｎを１に設定し、続くステップＳ６でエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁５，６のオーバラップ量ＶＯＬを求める。その後、ステップＳ８で予め設定された吸気圧Ｐbの検出期間Ｔにあるか否かを判定する。
図３は吸気圧Ｐbの検出状況を示すタイムチャートであり、本実施形態では各気筒の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）７５〜５°ＣＡ間でオンされるＳＧＴ信号を基準として、＃１気筒のＢＴＤＣ５°ＣＡ（ＳＧＴ信号の立下がり）から後続の＃３気筒のＢＴＤＣ７５°ＣＡ（ＳＧＴ信号の立上がり）までの１１０°ＣＡの期間が検出期間Ｔとして設定されている。結果として当該検出期間Ｔは＃１気筒の吸気弁５の開弁に前後するタイミングで開始されて、その後１１０°ＣＡ間に亘って継続される。
【００２９】
このような検出期間Ｔの設定は、図３から明らかなように＃１気筒の吸気弁５の開弁に伴って吸気マニホールド１４内の吸気脈動が最も顕著に発生する期間と対応する（より具体的には、後述する吸気脈動の最大値Ｐmax及び最小値Ｐminを含む）ように配慮したものである。なお、検出期間Ｔの設定はこれに限らず、エンジン１の仕様に応じて任意に変更可能であり、或いはその時点のエンジン１の運転状態、例えばエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬなどに応じて変更するようにしてもよい。
【００３０】
ＥＣＵ３１は吸気圧Ｐbの検出期間ＴでないとしてステップＳ８でＮｏの判定を下したときにはルーチンを終了する。また、ステップＳ８の判定がＹｅｓのときにはステップＳ１０に移行して吸気圧センサ２３の出力に基づいて検出期間Ｔ中における吸気圧Ｐbの最大値Ｐmax及び最小値Ｐminを算出し、ステップＳ１２で最大値Ｐmaxから最小値Ｐminを減算して差圧ΔＰ0を求める。続くステップＳ１４では差圧ΔＰ0にエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁のオーバラップ量ＶＯＬに関する各補正係数（後述する）を乗算して補正後差圧ΔＰを算出し、ステップＳ１６で所定のマップに従って補正後差圧ΔＰから今回の瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する。さらにステップＳ１８で算出した瞬時排圧ＥＰ(n)を前回の総瞬時排圧ＴＥＰ(n-1)に加算して今回の総瞬時排圧ＴＥＰ(n)とした後に、ステップＳ２０でカウンタｎが予め検出回数として設定された所定回数Ｎ（例えば１０回）に達したか否かを判定する。
【００３１】
判定がＮｏのときにはステップＳ２２に移行してカウンタをインクリメントした後にステップＳ６に戻って上記と同様の処理を繰り返し、ステップＳ２０の判定がＹｅｓになると、ステップＳ２４で総瞬時排圧ＴＥＰ(n)を所定回数Ｎで除算して、瞬時排圧ＥＰ(n)の平均値として排圧ＥＰを求める（排圧推定手段）。その後、ステップＳ２６で排圧ＥＰから補正係数（後述する）を算出し、求めた補正係数をステップＳ２８でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに乗算して補正した後にルーチンを終了する（出力補正手段）。そして、補正後のＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが燃料噴射制御などの各種制御に適用される。
【００３２】
次に、上記ステップＳ１４，１６での差圧ΔＰ0から瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する処理、及びステップＳ２６，２８での排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正する処理について詳述する。
まず、差圧ΔＰ0から瞬時排圧ＥＰ(n)を算出する処理について述べる。
図４は差圧ΔＰ0に対するエンジン１の排圧ＥＰの影響の試験結果を示す図であり、例えば排圧ＥＰの変化は上記排気絞り弁２１を閉側に制御することにより実施される。この図に示すように、エンジン回転速度Ｎeや体積効率Ｅvによって特性は異なるものの、全体的な特性として排圧ＥＰの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加することがわかる。吸気弁５の開弁後に吸気脈動が生じる要因は、排気弁６の閉弁以前に吸気弁５が開弁することでエンジン１の吸気系と排気系とが瞬間的に連通し、排圧ＥＰの影響が筒内に及んで吸気の吹き返しを発生させることにある。従って、吸気脈動の大きさ、換言すれば吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0は、元々の発生要因である排圧ＥＰと相関関係が成立しており、その相関関係に従って図４の試験結果が得られたものと推測される。
【００３３】
また、差圧ΔＰ0は、排圧ＥＰのみならずエンジン回転速度Ｎe、エンジン１の体積効率Ｅv、吸排気弁のオーバラップ量ＶＯＬの影響も受ける。図５は差圧ΔＰ0に対するエンジン回転速度Ｎeの影響の試験結果を示す図であり、排圧ＥＰや体積効率Ｅvによって特性は異なるものの、全体的な特性としてエンジン回転速度Ｎeの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加することがわかる。また、図６は差圧ΔＰ0に対するエンジン１の体積効率Ｅvの影響の試験結果を示す図であり、排圧ＥＰやエンジン回転速度Ｎeによって特性は異なるものの、全体的な特性として体積効率Ｅvの増加に略比例して差圧ΔＰ0が増加（一部では略一定）することがわかる。
【００３４】
なお、オーバラップ量ＶＯＬに関する試験結果は図示していないが、上記のように吸排気弁５，６のオーバラップにより吸気の吹き返しが発生することからも推測できるように、オーバラップ量ＶＯＬに関しても他のパラメータ（ＥＰ，Ｎe，Ｅv）と同様に差圧ΔＰ0との間に所定の相関関係が成立する。
以上の試験結果を踏まえて、図５，６などの特性に基づきエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬに応じて補正係数を求めるための所定のマップが設定されて、ステップＳ１４ではこれらのマップから求めた補正係数を差圧ΔＰ0に乗算することで補正後差圧ΔＰが算出され、さらに図４の特性に基づき補正後差圧ΔＰから瞬時排圧ＥＰ(n)を算出するための所定のマップが設定されて、ステップＳ１６ではこのマップに従って補正後差圧ΔＰから今回の瞬時排圧ＥＰ(n)が算出される。
【００３５】
次に、排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正する処理について述べる。
図７はＬＡＦＳ２２の出力特性に対する排圧ＥＰの影響の試験結果を示す図、図８は排圧ＥＰとＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量との関係の試験結果を示す図である。図７に示すようにＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsは理論空燃比（λ＝１）のときを０として排気空燃比のリッチ側とリーン側とで反転するが、このときの出力特性は排圧ＥＰの変動の影響を受けて変化する。この現象は「背景技術」で述べたように、多孔質拡散層における排気ガス中の酸素の拡散がＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに対して外乱として作用するためである。結果として図８に示すように排圧ＥＰに応じてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが変動し、この変動量が誤差としてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに含まれることになる。
【００３６】
ここで、図８に示すように排圧ＥＰに応じたＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量は排気空燃比によって相違すると共に、図７の出力特性から明らかなように排気空燃比が理論空燃比であるときには出力Ｖlafsの変動量が０であり、この理論空燃比を境界としてリッチ側とリーン側とで排圧ＥＰの変化に対するＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動方向が逆転している。
【００３７】
これらの試験結果を踏まえて、排気空燃比が理論空燃比のときを１．０とした上で、リッチ側とリーン側とで排圧ＥＰの変化に対する出力Ｖlafsの補正方向を逆転させ、且つ、排気空燃比に応じた補正量となるような補正係数を求めるためのマップが設定され、ステップＳ２６ではマップから補正係数が求められ、その補正係数がステップＳ２８でＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに乗算される。
【００３８】
以上のように本実施形態の排ガス検出装置では、エンジン１の排圧ＥＰと相関する吸気マニホールド１４の吸気脈動に基づいて排圧ＥＰを算出し、この排圧ＥＰからＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正するための補正係数を算出している。従って、排気絞り弁２１の排圧制御によりエンジン１の排圧ＥＰが変化したときには、それに応じて一定の相関関係を保ったまま吸気脈動の発生状況も変化するため、吸気脈動に基づいて現実に則した正確なエンジン１の排圧ＥＰを推定でき、もって推定した排圧ＥＰから求めた適切な補正係数によりＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsを補正できる。
【００３９】
図９は排圧制御による排圧ＥＰの変動に対する排気空燃比の変動状況を示すタイムチャートであり、このタイムチャートでは排気空燃比を一定に保持した状態で排気絞り弁２１により排圧ＥＰが上昇された場合を想定している。破線で示す実排圧に対して本実施形態によれば実線のように近似する排圧ＥＰが推定され、この排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsが補正されることにより、破線で示す補正無しの場合に比較して遥かに変動が少ない、換言すれば排圧変化による影響を受けない排気空燃比を検出できることがわかる。このようにＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsに対する適切な補正処理により高精度の排気空燃比の検出を実現できるため、ひいては燃料噴射制御などのエンジン１の各種制御を的確に実行して、出力特性及び排ガス特性向上などの種々のメリットを実現することができる。
【００４０】
また、吸気脈動に基づく差圧ΔＰ0に対してエンジン回転速度Ｎe、体積効率Ｅv、オーバラップ量ＶＯＬが影響することを考慮して、これらのパラメータを反映した補正後の補正後差圧ΔＰに基づき排圧ＥＰを推定しているため、エンジン１の運転状態に関わらず一層適切な排圧ＥＰ、ひいては適切なＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実現することができる。
【００４１】
また、排圧ＥＰに応じたＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの変動量が排気空燃比によって相違すること、及び理論空燃比を境界として出力Ｖlafsの変動方向が逆転することを考慮した上で、ＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正に適用する補正係数を設定しているため、燃料噴射制御に応じてエンジン１の排気空燃比が変動しても、この排気空燃比の変動に影響されることなく常に適切なＬＡＦＳ２２の出力Ｖlafsの補正処理を実現することができる。
【００４２】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン１に適用して、排気通路１６に備えられた排気絞り弁２１による排圧変動に起因するＬＡＦＳ２２の出力誤差を補償したが、エンジン１の種別、排圧変動の要因、補償対象となる排ガス検出手段の種別などはこれに限ることはない。例えば排気通路にＰＭ捕集用のＤＰＦを備えたディーゼルエンジンに適用して、ＤＰＦにＰＭが堆積して排圧上昇したときのＬＡＦＳの出力誤差を想定し、推定した排圧ＥＰに基づいてＬＡＦＳの出力を補正したり、或いはＬＡＦＳに代えてＯ2センサ、ＮＯxセンサ、ＨＣセンサなどの出力補正に適用したりしてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとの差圧ΔＰ0に基づいて排圧ＥＰを推定したが、吸気弁５の開弁後の吸気脈動と相関するパラメータであればこれに限ることはなく、例えば検出期間Ｔ内の吸気圧Ｐbの平均値を求めて、この平均値と最大値Ｐmaxとの差圧、或いは平均値と最小値Ｐminとの差圧から排圧ＥＰを推定してもよい。また、検出期間Ｔの直前の吸気圧Ｐb或いは検出期間Ｔの直後の吸気圧Ｐbを求めて、これらの吸気圧Ｐbと最大値Ｐmaxと差圧、或いはこれらの吸気圧Ｐbと最小値Ｐminと差圧から排圧ＥＰを推定してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、＃１気筒の吸気脈動に基づいて排圧ＥＰを推定したが、他の気筒の吸気脈動から推定してもよいし、複数気筒或いは全気筒の吸気脈動から求めた差圧ΔＰ0に基づいて排圧ＥＰを推定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、吸気圧Ｐbの最大値Ｐmax及び最小値Ｐminから瞬時排圧ＥＰ(n)を算出し、Ｎ回分の瞬時排圧ＥＰ(n)の平均値として排圧ＥＰを求めたが、その手法はこれに限ることはなく、例えば図１０に示すように、検出期間Ｔの直後に設定された更新タイミング毎に吸気圧Ｐbの最大値Ｐmaxと最小値Ｐminとをピークホールド値及びボトムホールド値として順次更新し、所定回数更新後にピークホールド値及びボトムホールド値の差圧ΔＰ0から排圧ＥＰを推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施形態の排ガス検出装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する出力補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】吸気圧の検出状況を示すタイムチャートである。
【図４】差圧に対するエンジンの排圧の影響の試験結果を示す図である。
【図５】差圧に対するエンジン回転速度の影響の試験結果を示す図である。
【図６】差圧に対するエンジンの体積効率の影響の試験結果を示す図である。
【図７】ＬＡＦＳの出力特性に対する排圧の影響の試験結果を示す図である。
【図８】排圧とＬＡＦＳの出力の変動量との関係の試験結果を示す図である。
【図９】排圧制御による排圧の変動に対するセンサ出力の補正状況を示すタイムチャートである。
【図１０】排圧の推定手順の別例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１ エンジン（内燃機関）
２１ 排気絞り弁（排気絞り手段）
２２ ＬＡＦＳ（排ガス検出手段、空燃比検出手段）
２３ 吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
３１ ＥＣＵ（排圧推定手段、出力補正手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排ガス検出手段と、
上記内燃機関の吸気通路に設けられて吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
上記内燃機関の吸気弁の開弁に伴って上記吸気圧検出手段により検出される吸気圧が変動したときに、該変動状態に基づいて上記内燃機関の排圧を推定する排圧推定手段と、
上記排圧推定手段により推定された排圧に基づき上記排ガス検出手段の出力を補正する出力補正手段と
を備えたことを特徴とする排ガス検出装置。
【請求項２】
上記排圧推定手段は、上記吸気圧の振幅に基づいて排圧を推定することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項３】
上記排圧推定手段は、上記内燃機関の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間内における吸気圧の変動状態に基づいて排圧を推定することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項４】
上記排圧推定手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて上記吸気圧の変動状態に基づく排圧の推定特性を変更することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項５】
上記排ガス検出手段は、上記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段であり、
上記出力補正手段は、上記排気空燃比に応じて上記排圧に基づく上記空燃比検出手段の出力に対する補正特性を変更することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項６】
上記出力補正手段は、上記排気空燃比が理論空燃比のときを境界として上記排圧に基づく上記空燃比検出手段の出力に対する補正方向を逆転させることを特徴とする請求項５記載の排ガス検出装置。
【請求項７】
上記内燃機関の排気通路に排ガス流量を制限する排気絞り手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の排ガス検出装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排ガス検出手段と、
上記内燃機関の吸気通路に設けられて吸気圧を検出する吸気圧検出手段と、
上記内燃機関の吸気弁の開弁に伴って上記吸気圧検出手段により検出される吸気圧が変動したときに、該変動状態に基づいて上記内燃機関の排圧を推定する排圧推定手段と、
上記排圧推定手段により推定された排圧に基づき上記排ガス検出手段の出力を補正する出力補正手段と
を備えたことを特徴とする排ガス検出装置。
【請求項２】
上記排圧推定手段は、上記吸気圧の振幅に基づいて排圧を推定することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項３】
上記排圧推定手段は、上記内燃機関の吸気弁の開弁直後に設定された検出期間内における吸気圧の変動状態に基づいて排圧を推定することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項４】
上記排圧推定手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて上記吸気圧の変動状態に基づく排圧の推定特性を変更することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項５】
上記排ガス検出手段は、上記内燃機関の排気空燃比を検出する空燃比検出手段であり、
上記出力補正手段は、上記排気空燃比に応じて上記排圧に基づく上記空燃比検出手段の出力に対する補正特性を変更することを特徴とする請求項１記載の排ガス検出装置。
【請求項６】
上記出力補正手段は、上記排気空燃比が理論空燃比のときを境界として上記排圧に基づく上記空燃比検出手段の出力に対する補正方向を逆転させることを特徴とする請求項５記載の排ガス検出装置。
【請求項７】
上記内燃機関の排気通路に排ガス流量を制限する排気絞り手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の排ガス検出装置。
【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２００７−１０７４２５（Ｐ２００７−１０７４２５Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９７７８５（Ｐ２００５−２９７７８５）
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]