排気ガスセンサの信号処理装置
【課題】排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で排気ガスセンサの出力値の補正をすることができる排気ガスセンサの信号処理装置を提供する。
【解決手段】空燃比センサ４０に基づく脈動影響補正後の空燃比である補正Ａ／Ｆ（ｎ）を下記の式（１）で算出する。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／Ａ´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１））・・・（１）
ＥＣＵ５０は、この補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いて、ＥＦＩ制御を行う。上記の式において、Ａ´は、脈動影響値Ａをセンサ出力の補正に反映させるために導入した値（以下、「脈動影響補正量」）である。このＡ´はエンジン１０の運転条件に応じて与えられる数値である。
【解決手段】空燃比センサ４０に基づく脈動影響補正後の空燃比である補正Ａ／Ｆ（ｎ）を下記の式（１）で算出する。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／Ａ´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１））・・・（１）
ＥＣＵ５０は、この補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いて、ＥＦＩ制御を行う。上記の式において、Ａ´は、脈動影響値Ａをセンサ出力の補正に反映させるために導入した値（以下、「脈動影響補正量」）である。このＡ´はエンジン１０の運転条件に応じて与えられる数値である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスセンサの信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２０１０−３８７９４号公報に開示されているように、排気脈動の影響度に応じて排気ガスセンサの出力を補正する排気ガスセンサの信号処理装置が知られている。上記公報にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、内燃機関の排気通路における排気脈動の影響度を判定し、その判定結果に基づいてセンサ出力のなまし演算の実施態様（具体的には、演算内容の変更や、なまし演算の実行と停止）を変更している。
【０００３】
排気通路内における排気圧力の変動（排気脈動）は、排気ガスセンサ（具体的には、例えば、空燃比センサ）の出力値の変動を生じさせる。このような排気脈動の影響に対して、いわゆる「なまし演算」を行う技術が知られている。なまし演算は、移動平均処理を求めるように時系列データを平均化する演算処理であり、出力変化を時間方向に平滑化することができる。
【０００４】
なまし演算は、排気脈動の影響を抑制できる一方で、移動平均処理を行うことから実際のガス雰囲気の変化に対する応答性が低くなる。この点に関し、上記公報においては、排気通路内の圧力変動が排気ガスセンサ出力に及ぼす影響は一定でなく、ガス雰囲気や内燃機関の運転状態等に応じて大小変化することが着目されている。上記公報では、排気通路内の圧力変動による影響度が判定され、その判定結果に基づいてなまし演算の実施態様が変更されている。これにより、ガス雰囲気の圧力変動により生じるセンサ出力変動低減と同センサ出力の応答性確保の両立が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３８７９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術にかかる上記公報においては、センサ出力への排気通路内の圧力変動による影響度が、（１）排気通路内のガス雰囲気、（２）内燃機関の回転速度、（３）排気通路内の圧力変化率のそれぞれの事項により変動するという説明がなされている。上記従来技術にかかる排気ガスセンサの信号処理装置では、上記の（１）〜（３）の事項に基づいて、例えば当該公報の段落００１７等にもあるように、脈動の影響度が小さいと判定したときはなまし演算を実施しない（若しくはなまし演算のなまし率を小さくする）という措置をとっている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術は、排気脈動が実際に排気ガスセンサ出力へと及ぼす影響度合（排気ガスセンサの出力変動への寄与）がどの程度に大きいのかや、内燃機関の運転状態によってその寄与がどれくらい変化するのかといった事項をセンサ出力の補正内容に正確に加味するまでには至っていない。この点に関し、排気脈動の影響を抑制して排気ガスのセンシングを正確に行う観点からいまだ改善の余地が残されていた。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で排気ガスセンサの出力値の補正をすることができる排気ガスセンサの信号処理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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの信号処理装置であって、
内燃機関の排気通路に備えられた排気ガスセンサの出力を取得する出力取得手段と、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の振動波形における振幅の大きさに基づいて求めた前記排気ガスセンサへの前記脈動の影響の大きさを表す値である脈動影響値に基づいて、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記補正手段は、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形のなかの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼に応じた前記排気ガスセンサの出力値である気筒別出力値を取得する気筒別出力値取得手段と、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形の振幅の中心に対する前記複数の気筒それぞれの前記気筒別出力値の偏差の量を前記内燃機関の気筒の数に応じて平均した値を、前記振動波形の前記振幅として算出する振幅算出手段と、
前記振幅算出手段で前記振幅として算出した前記値を前記脈動影響値として扱って、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記補正手段は、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形における前記振幅の大きさを求める振幅取得手段と、
前記振幅取得手段で求めた前記振幅の前記大きさに基づいて所定の周期で前記脈動影響値または当該脈動影響値に基づいて補正を行う際の補正量を更新する学習手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか1つにおいて、
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記排気ガスセンサの出力に基づいて、前記複数の気筒の間で空燃比のバラツキを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記排気ガスセンサの前記出力値に対する前記補正手段の前記補正の量または内容を変更する補正内容変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記補正手段は、
前記脈動影響値に応じて前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第１補正手段と、
前記第１補正手段による平滑化の程度よりも前記脈動影響値に応じた平滑化の程度を小さくするように前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第２補正手段と、
を含み、
前記補正内容変更手段は、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記バラツキが相対的に小さい場合には前記第１補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をし、前記バラツキが相対的に大きい場合には前記第２補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をするように、前記第１補正手段と前記第２補正手段を選択的に実行する手段を、含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第４の発明において、
前記補正内容変更手段は、前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記補正手段の前記補正の実行と停止を切り換える切換手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、第４乃至第６の発明のいずれか１つにおいて、
前記検出手段は、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値の発現順序に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第１判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値と、前記脈動影響値により決まる前記排気ガスセンサの脈動の大きさと、の比較に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第２判定手段と、
前記排気ガスセンサの出力値が所定の正常時波形の特性に従っているか否かに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第３判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値、最小値のバラツキに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第４判定手段と、
のうち少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、排気の脈動による排気ガスセンサ出力の振動波形における振幅の大きさを排気ガスセンサが受ける脈動の影響の大きさとして取り扱うことにより、排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で排気ガスセンサの出力値の補正をすることができる。
【００１７】
第２の発明によれば、複数気筒内燃機関における気筒ごとの空燃比の違いから排気ガスセンサ出力値の振幅が変化することを考慮に入れることにより、複数気筒内燃機関において、第１の発明における排気ガスセンサへの排気脈動の影響の補正を正確に行うことができる。
【００１８】
第３の発明によれば、学習手段により内燃機関の状態にあわせて脈動影響値を更新することができるので、現在の内燃機関の状態に即して排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、排気ガスセンサの出力値の補正の度合を変更することができる。気筒間空燃比のバラツキ異常（いわゆるインバランス）が生じると、正常時とは排気ガスセンサの出力の表れ方が異なってくる。第４の発明によれば、正常時と同じ補正をすることで却って排気ガスセンサによる検出精度が低下してしまうことを、抑制することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、排気ガスセンサの出力値の補正を行うにあたり、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、相対的に大きな度合の補正と相対的に小さな度合の補正とを選択的に実行することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、排気ガスセンサの出力値の補正の実行と停止を切り換えることができる。これにより、気筒間空燃比バラツキが問題となるような状況下では、補正自体を禁止し、排気ガスセンサによる検出精度が低下してしまうことを確実に抑制することができる。
【００２２】
第７の発明によれば、排気ガスセンサの出力を利用して、気筒間空燃比バラツキ異常を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびこれが適用される内燃機関システムを説明するための全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図５】実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行す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】
【００２４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびこれが適用される内燃機関システムを説明するための全体構成図である。本実施形態にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、例えば車両等の移動体が有する内燃機関に搭載される。この車両等の種類は特に限定は無く、ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）やハイブリッド車両における内燃機関に対して本実施形態にかかる排気ガスセンサの信号処理装置を適用しても良い。
【００２５】
図１には、符号１０が指し示すように、内燃機関（以下、エンジン１０）が示されている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。なお、図１ではエンジン１０の１つの気筒のみを示しているが、本実施形態ではエンジン１０は複数の気筒を有するものとする。
【００２６】
吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。一方、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。
【００２７】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３６、エアフローセンサ３８、空燃比センサ４０等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ３６は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ３８は吸入空気量を検出する。空燃比センサ４０は、触媒２４の上流側で排気空燃比を検出する排気ガスセンサである。本実施形態では、空燃比センサ４０は、所定気孔率を有する所定厚さの拡散層を備えた限界電流式の空燃比センサである。
【００２８】
センサ系統には、上述したセンサ３６〜４４に加えて、エンジン１０及びこれを搭載した車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、噴射弁２６、点火プラグ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的には、クランク角センサ３６の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ３８の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期等を決定する。さらに、吸入空気量、負荷等に基いて燃料噴射量を算出する。そして、燃料噴射時期が到来したときに噴射弁２６を駆動し、点火プラグ３０を駆動する。このようにしてＥＦＩ（Electronic Fuel Injection）制御を実行することにより、筒内で混合気を燃焼させエンジンを運転することができる。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４０の出力に基いて空燃比を目標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御を実行する。
【００３０】
［実施の形態１の動作］
図２および図３は、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【００３１】
（脈動影響補正後の補正Ａ／Ｆの算出）
図２は、１サイクル内において、空燃比センサ４０の出力がクランク角ＣＡの増大に伴って経時的に振動する様子を示す図である。なお、クランク角ＣＡは、７２０°で一周期を迎えるものとする。図２において矢印で示すように、本実施形態では、空燃比センサ４０の振動波形における振幅を脈動影響値Ａと考える。
実施の形態１では、各運転条件での脈動に応じて、脈動の影響を補正する。すなわち、内燃機関の運転領域が低回転高負荷であるほど、サイクル内の脈動影響が大きくなる。そこで、回転数および吸入空気量（負荷）に基づいて、脈動影響を排除するように空燃比センサ４０の出力値を補正する。
【００３２】
実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、下記の式（１）に従って、空燃比センサ４０に基づく脈動影響補正後の空燃比である補正Ａ／Ｆ（ｎ）を算出する。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／Ａ´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）） ・・・（１）
ＥＣＵ５０は、この補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いて、ＥＦＩ制御を行う。
ここで、ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）とは、ｎサイクルつまり今回のサイクルにおける出力値であり、ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）とは、ｎ−１サイクルつまり前回のサイクルにおける出力値であるものとする。上記の式において、Ａ´は、脈動影響値Ａをセンサ出力の補正に反映させるために導入した値（以下、「脈動影響補正量」）である。このＡ´はエンジン１０の運転条件に応じて与えられる数値である。Ａ´は、例えば、内燃機関の運転領域が低回転高負荷であるほどサイクル内の脈動影響が大きくなることに対応させて、エンジン１０が低回転高負荷であるほど大きな値としてマップや数式で規定しておくことができる。そして、ＥＣＵ５０が、クランク角センサ３６やエアフローセンサ３８の出力に基づき回転数や負荷を検出して、現在の運転条件に応じたＡ´を取得しても良い。
【００３３】
（補正量学習）
図４は、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置における脈動影響補正量の学習動作を説明するための図である。
同じ仕様の空燃比センサであっても、厳密にはその特性が完全に同一ではなく、個体ごとに特性に若干のずれを含んでいる。このため、実際にエンジン１０に適用するにあたっては、個体ごとに脈動影響を把握、学習することが好ましい。そこで、実施の形態１では、脈動が既知である運転条件において、各空燃比センサ４０の脈動影響を把握し、学習することにした。なお、ここでいう各空燃比センサ４０の意義は、１つの内燃機関に複数の空燃比センサ４０が搭載される際の個々の空燃比センサ４０を対比する意味や、１つの内燃機関に１つの空燃比センサ４０が搭載される際における異なる内燃機関の間でそれぞれの空燃比センサ４０を対比する意味を含む。
【００３４】
実施の形態１では、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）に代表される安定した運転条件におけるセンサ出力に基づいて、センサ個体間の脈動影響を把握する。なお、アイドル運転時などの運転条件や、排気バルブタイミング変更、気筒停止、圧縮比変更などの措置により、強制的に所望の脈動変化を与えても良い。
【００３５】
実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、下記の式（２）に従って、脈動影響値Ａを算出する。
Ａ ＝ Σ｜（取得値−平均値）｜／２ｍ ・・・（２）
ただし、上記の式の右辺の書く文字、記号は、下記の意味である。
ｍは、空燃比センサ４０あたりの気筒数を示す値である。
「取得値」とは、クランクアングル７２０°／ｍ毎に、空燃比センサ４０の出力の最大値と最小値を取得することにより得たその最大値と最小値である。具体的には、図３における黒丸が最大値、白抜き丸が最小値を模式的に示している。この最大値と最小値の取得は、所定周期でＥＣＵ５０が空燃比センサ４０の出力をサンプリングすることにより行えばよい。
「平均値」とは、空燃比センサ４０の出力の平均値であり、空燃比センサ４０の振動波形の中点に相当する。図３では、空燃比センサ４０の出力の振動波形をその中央で横切る破線でこの平均値を模式的に示している。
上記の式により、平均値に対する最大値と最小値のそれぞれの偏差を気筒数×２で除して、平均を求めた値が、脈動影響値Ａとして算出される。
こうして求めた脈動影響値Ａに基づいて、脈動影響補正量Ａ´の値を更新（例えば、所定の演算を施したうえで或いはそのままの値で、最新のＡの値により現在のＡ´を上書きするなどの学習処理）を行うことができる。
【００３６】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図４を用いて、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置が行う具体的処理を説明する。図４は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００３７】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０が、エンジン１０の始動および空燃比センサ４０がセンサ活性状態にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップの条件の成立が認められない場合には、今回のルーチンは終了する。
【００３８】
ステップＳ１００の条件の成立が認められた場合には、続いて、ＥＣＵ５０が、空燃比センサ４０の出力を取得する（ステップＳ１０２）。ここで取得された出力に対して、排気脈動の補正が施される。なお、実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、エンジン１０の運転中に、空燃比センサ４０の出力を所定周期でサンプリングして記憶する処理を実行しているものとする。
【００３９】
次に、ＥＣＵ５０が、学習可能領域か否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１０４）。このステップでは、具体的には、エンジン１０が、脈動が既知である所定運転条件において運転されているか否かが判定される。この所定運転条件としては、例えば、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）やアイドル運転時に代表される安定した運転条件を設定しておく。
なお、これに代えて、エンジン１０の運転条件について、排気バルブタイミング変更、気筒停止、圧縮比変更などの運転条件変更を加えることにより、強制的に所望の脈動変化（但し、予めその運転条件変更によりどのような脈動が生ずるのかを特定しておくこととする）を与えても良い。この場合には、ステップＳ１０４の処理内容は、例えば、「当該運転条件変更を加えることが可能かどうかの判定処理」→「可能と判定された場合に、当該運転条件変更を実行する処理」と変更してもよい。
【００４０】
ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合、次に、ＥＣＵ５０が、脈動影響補正量を算出する処理を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＥＣＵ５０が、前述した式（２）に従って脈動影響値Ａを算出し、このＡの値に基づいて、数式（１）で用いるための脈動影響補正量Ａ´が更新される。
【００４１】
次に、ＥＣＵ５０が、補正量学習判定の処理を実行する（ステップＳ１０８）。このステップでは、補正量学習が完了したかが判定される。
【００４２】
ステップＳ１０８の補正量学習判定による学習完了成立後、或いは、ステップＳ１０４における学習可能領域ではないとの判定の後、続いて、ＥＣＵ５０は、脈動影響補正の処理を実行する（ステップＳ１１０）。このステップでは、前述した数式（１）を用いて、補正Ａ／Ｆ（ｎ）が算出される。
【００４３】
続いて、ＥＣＵ５０が、ステップＳ１０４で算出された補正出力つまり補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いたＥＦＩ制御を実行する（ステップＳ１１２）。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４４】
以上の処理によれば、排気の脈動による空燃比センサ出力の振動波形における振幅の大きさを空燃比センサ４０が受ける脈動の影響の大きさ（脈動影響値Ａ）として取り扱うことにより、空燃比センサ４０出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で空燃比センサ４０の出力値の補正をすることができる。
【００４５】
また、上記の処理によれば、複数の気筒を有するエンジン１０における気筒ごとの空燃比の違いから空燃比センサ４０出力値の振幅が変化することを考慮に入れることにより、複数の気筒を有するエンジン１０において、上述の空燃比センサ４０への排気脈動の影響の補正を正確に行うことができる。
【００４６】
また、上記の処理によれば、ステップＳ１０６の学習処理によりエンジン１０の状態にあわせて脈動影響補正量Ａ´を更新することができるので、現在のエンジン１０の状態に即して空燃比センサ４０出力に対する排気脈動の影響度（最新の脈動影響値Ａ）を加味することができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態１においては、脈動影響値Ａが、前記第１の発明における「脈動影響値」に相当し、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップＳ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「補正手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップ１０６において前述の式（２）の演算処理を実行することにより、前記第２の発明における「気筒別出力値取得手段」および「振幅算出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップ１０６を実行することにより、前記第３の発明における「振幅取得手段」および「学習手段」が実現されている。
【００４８】
［実施の形態１の効果、背景］
以下、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の効果を説明するために、その背景となる技術説明をする。実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の背景として、下記の事項が挙げられる。
【００４９】
・エミッション低減、ＯＢＤ検出性向上に向けて、Ａ／Ｆセンサ出力の高応答、高精度化が求められている。しかしながら、サイクル内の実空燃比をより高精度に検出しようとすると、脈動影響により出力ずれが大きくなってしまう。
・個々の排気ガスセンサはそれぞれ脈動による受ける影響が同一ではないため、バラツキが発生してしまい、精度が低い。
・サイクル内の挙動を把握するに拡散層の気孔率を上げたいという要請が有るが、その一方、気孔率が上がるほど脈動影響が大きくなり之に起因してセンシングの精度が低下する。ガス拡散速度差により出力がずれてしまうという問題もある。
【００５０】
・検出性を向上させるセンサ構造について
限界電流式のＡ／Ｆセンサでのインバランス検出性向上（サイクル内追従性向上）のためには、センサ応答性の向上が必要である。センサ応答性向上の措置としてはカバー改良等の措置もあるものの、「拡散抵抗の低減」すなわち拡散層の気孔率増加および拡散距離短縮が基本的には有用である。しかしながら、この技術には脈動の影響を増加させるという背反がある。拡散抵抗の低減を追及するとこれに伴う脈動影響増加によりセンサの出力精度が低下するため、排ガスの制御性が悪化してエミッションが悪化するおそれがある。
・カバー改良について
カバー改良による応答性向上を図ろうとすると、耐被水性能を犠牲にしなければならず、信頼性を確保できない。したがって、拡散抵抗の低減による素子自身の応答性向上が必要となる。
以上のように、拡散抵抗の低減の追及にも脈動影響の面から限度があり、かつ、カバー改良に頼ることにも耐被水性能の面から限度がある。
【００５１】
この点、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、各センサにおける脈動影響を特定条件で取得し、かつその脈動影響率に基づいて空燃比センサ出力を補正し、サイクル内での空燃比検出性を向上させることができる。従って、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、上記列挙した種々の技術的背景に照らして、拡散抵抗の低減やカバー改良以外の手法を用いて個々の排気ガスセンサの各環境について脈動影響を把握、補正することができるという有利な効果を発揮することができる。
【００５２】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、限界電流式の空燃比センサ４０に対して、本発明にかかる排気ガスセンサの信号処理装置を適用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。限界電流式以外の空燃比センサや、排気通路に設けられる酸素センサ、ＮＯｘやＨＣなど他の特定の排気ガス濃度成分を検出するためのガスセンサに対して、本発明を適用してもよい。
【００５３】
実施の形態１では、数式（１）を用いて、脈動影響の補正を行った。この数式（１）では、「空燃比センサ４０の前回の出力値ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）と、空燃比センサ４０の今回の出力変化分ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）に脈動影響値Ａに応じた係数である脈動影響補正量Ａ´を乗じた値と、を合算した値を、今回の補正後出力値である補正Ａ／Ｆとして算出している。この演算は、脈動影響補正量Ａ´を平滑化係数として用いて、空燃比センサ４０の出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出するものである。
本発明において脈動影響の補正の際に実行される具体的数式は、実施の形態１における数式（１）のみ限られるものではない。空燃比センサ等の出力変化を時間方向に平滑化するための公知の各種数式を用いることができる。すなわち、その数式において平滑化の程度を左右する係数（平滑化係数）を、脈動影響値Ａに応じて定めるようにすればよい。そして、その平滑化係数に応じて空燃比センサ等の出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、補正Ａ／Ｆ等として算出すればよい。
【００５４】
実施の形態１では、図４のフローチャートにおけるステップＳ１０６、Ｓ１０８により、脈動影響補正量Ａ´を学習した。しかしながら、本発明はこれに限られず、学習をしなくともよい。その場合には、脈動影響Ａに基づいて、運転条件に応じた脈動影響補正量Ａ´の特性をマップや数式としてＥＣＵ５０に記憶させておき、エンジン１０の運転条件に応じて脈動影響補正量Ａ´を変更することが好ましい。
【００５５】
実施の形態１では、上記の数式（２）を用いて、脈動影響補正量Ａ´を学習した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。次の手順に従うことにより、補正を行えばよい。
第１の段階として、ＥＣＵ５０が、排気の脈動による排気ガスセンサの出力の振動波形における振幅の大きさを算出する処理を実行する。
第２の段階として、ＥＣＵ５０が、求めた振幅の大きさに基づいて所定の周期で脈動影響値Ａまたは脈動影響補正量Ａ´を更新する処理を実行する。
上記第１の段階について、数式（２）においては、空燃比センサ４０の出力の最大値と最小値の平均偏差を求めることにより、クランクアングル７２０°における振幅の大きさを求めている。しかしながら、必ずしもクランクアングル７２０°分の平均を求めなくとも良く（それよりも少なくとも良く）、あるいは、その反対に、クランクアングル７２０°よりも広いクランク角に渡って平均した振幅を求めても良い。また、数式（２）では、最大値と最小値の両方について偏差をとるように、取得値と平均値の差分の絶対値を取ったが、必ずしもこれに限られるものではない。最大値のみや最小値のみについて偏差を取っても良い（例えば、平均値（振動中心）を基準として振動波形が十分に対称と認める場合など）。
また、振幅を求めるに当たっては、必ずしも最大値、最小値についての平均偏差を求める手法に限られない。例えば、排気ガスセンサの出力サンプリング値を用いた振動波形のフィッティングその他の波形特定手法により、図２にも例示したような振動波形を特定したうえで、振幅を算出しても良い。
上記第２の段階について、上記各種計算手法を用いて求めた振幅の値に応じて、実施の形態１の脈動影響補正量Ａ´或いは前述の変形例として述べた各種平滑化係数の値を、そのまま代入できる準備があるならばその値自体を用いて、そのまま代入できない場合には所定の変換式を用いるなどして、増加または減少させればよい。
【００５６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびその周辺システムのハードウェア構成は、図１で示した実施の形態１におけるシステムと同じである。重複説明を避けるため、以下、ハードウェア構成については図示を省略する。
【００５７】
［実施の形態２の動作］
図５（ａ）（ｂ）は、実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。図５（ａ）は、正常時のセンサ出力波形の一例を示す図である。一方、噴射系故障などの空燃比に関する異常状態が発生している場合、図５（ｂ）のように、空燃比センサ４０の出力の最大値および最小値が交互に発現しなくなる。このような場合に正常時と同様の補正をすると、実空燃比にずれが生じる。そこで、実施の形態２では、気筒間空燃比バラツキの異常判定（いわゆるインバランス判定）を行うとともに異常時には補正方法の変更を行う。
【００５８】
（異常判定）
実施の形態２では、先ず、気筒間空燃比バラツキ異常判定を、下記（i）〜（iv）の少なくとも１つの判定手法を用いて実行する。
（i）第１の判定手法は、７２０／ｍ（°）毎の、最大値、最小値の発現順序に基づいて異常判定を行う。図５（ａ）のように、正常時であれば運転条件（回転数）で定まる一定周期で、最大値と最小値が交互に表れるはずである。一方、図５（ｂ）のごとき出力波形が表れた場合には、正常時と同様に一定周期でサンプリングを行ったときに、正常時とは異なり、最大値と最小値の交互に発現しなくなる。そこで、この手法（i）では、最大値、最小値の発現順序が交互の場合は正常であると判定し、そうでない場合を異常であると判定する。
（ii）第２の判定手法は、振動波形の平均値（振動の中心）に対し、最大値、最小値が、脈動影響率（実施の形態１における脈動影響値Ａ）以上に乖離している場合に異常と判定する。
（iii）第３の判定手法は、本来は最大値（または平均値よりリーン側の値）をとるべき時期の出力値に平均値よりリッチの値が発生していたり、あるいは、本来は最小値（または平均値よりリッチ側の値）を取るべき時期の出力値に平均値よりリーンの値が発生していたりする場合には、異常であると判定する。図５（ｂ）に示すＳ１、Ｓ２の白抜き丸の時点は、本来最小値または少なくとも平均値より紙面下方側の値が表れているべき時点である。しかし、そのような規則に反して、Ｓ２は平均値より紙面上方に位置している。また、反対に、図５（ｂ）に示すＳ３、Ｓ４の黒丸の時点は、本来最大値または平均値より紙面上方側の値が表れているべき時点である。しかし、そのような規則に反して、Ｓ３およびＳ４は平均値より紙面下方に位置している。このように、本来従うべき正常時の特性に反する場合に、気筒間空燃比バラツキ異常であると判定する。
(iv) 第４の判定手法は、最大値、最小値のバラツキが所定値より大きくなった場合に、異常が発生していると判定する。すなわち、図５（ａ）に示すように、正常時には、出力の最大値（図中の黒丸）や最小値（図中の白抜き丸）は、実質的に一定の値を示すはずである。このバラツキが過度に（所定範囲を逸脱するほどに）大きくなった場合に、異常が発生していると判定する。
これにより、空燃比センサ４０の出力の振動波形に基づいて、気筒間空燃比バラツキ異常判定を行うことができる。
【００５９】
（補正方法の変更）
実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、上記の異常判定の結果、気筒間空燃比バラツキ異常が認められた場合には、実施の形態１における式（１）に代えて、下記の式（３）を用いて空燃比センサ４０の出力の補正を行う。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／３A´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−ｌ）） ・・・（３）
この式（３）で算出した補正Ａ／Ｆを、ＥＦＩ制御に用いる。
この式（３）の演算によれば、式（１）の場合に比して、今回の空燃比センサ出力変化分の寄与を小さくしつつ補正Ａ／Ｆを算出することができる。
【００６０】
特に、上記の（３）と実施の形態１で述べた式（１）とを比較すると、式（３）においては、右辺第２項の（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−ｌ））に対する係数が式（１）に比して１／３ほど小さい。この「１／３」という値を用いた理由は、下記の通りである。
限界電流式の空燃比センサにおける空燃比計測は、基本的に、酸素（Ｏ２）の拡散速度を基準としてなされる。一方、水素と酸素の拡散速度が水素：酸素＝３：１という比率であり、水素のほうが３倍程度大きな拡散速度を有している。そこで、実施の形態２においては、インバランス異常の影響を精度良く排除するために、リッチ雰囲気における水素（Ｈ２）の影響で空燃比センサが本来の酸素に基づく出力変化に比べて３倍程度に過剰な出力変化を示してしまうことに鑑みて１／３という係数を導入している。
【００６１】
［実施の形態２の具体的処理］
以下、図６を用いて、本発明の実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置が行う具体的処理を説明する。図６は、実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００６２】
図６に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０が、実施の形態１と同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４の処理を実行する。ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合には、実施の形態１と同様にステップＳ１０６、Ｓ１０８の処理が実行される。
【００６３】
ステップＳ１０４の条件成立が認められなかった場合、或いは、ステップＳ１０８の処理が完了した場合には、続いて、ＥＣＵ５０が、インバランス状態（気筒間空燃比バラツキ異常状態）か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２００）。本ステップでは、ＥＣＵ５０が、予め記憶された、前述した（i）〜(iv)の少なくとも１つの判定手法に従った判定処理を実行する。ここでは、一例として、ＥＣＵ５０が前述した（i）の判定手法に従った判定処理を実行するものとする。
【００６４】
ステップＳ１０４においてインバランス状態であることが認められた場合には、ＥＣＵ５０が、インバランス時脈動影響補正のための処理を実行する（ステップＳ２０２）。このステップでは、前述した式（３）を用いて、補正Ａ／Ｆ（ｎ）が算出される。
【００６５】
続いて、ＥＣＵ５０が、ステップＳ２０２で算出された補正出力つまり補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いたＥＦＩ制御を実行する（ステップＳ２０４）。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ２００においてインバランス状態であることが認められなかった場合には、ＥＣＵ５０は、実施の形態１における図４のルーチンと同様に、ステップＳ１１０およびＳ１１２を実行する。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６７】
以上の処理によれば、エンジン１０において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、空燃比センサ４０の出力値の補正の度合を変更することができる。気筒間空燃比のバラツキ異常（いわゆるインバランス状態）が生じると、正常時とは空燃比センサ４０の出力の表れ方が異なってくる。この点、上記の処理によれば、正常時と同じ補正をすることで却って空燃比センサ４０による検出精度が低下してしまうことを、抑制することができる。
【００６８】
また、実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置によれば、空燃比センサ４０の出力値の補正を行うにあたり、エンジン１０において複数の気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、相対的に大きな度合の補正（式（１）による補正）と相対的に小さな度合の補正（式（３）による補正）とを選択的に実行することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ２００の処理を実行することにより、前記第４の発明における「検出手段」が、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１１０とＳ２０２の処理を択一的に実行することにより、前記第４の発明における「補正内容変更手段」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、式（１）を使用して行われるＳ１１０の補正処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第５の発明における「第１補正手段」が、式（３）を使用して行われるＳ１１０の補正処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第５の発明における「第２補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
［実施の形態２の変形例］
実施の形態２では、前述の（i）〜（iv）の判定手法を用いて、気筒間空燃比バラツキ異常の判定を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。空燃比センサ以外のセンサを用いる公知の他の判定手法を用いても良い。
【００７１】
なお、実施の形態２においては、ステップＳ２００の判定結果に応じて、式（１）による補正処理であるステップＳ１１０の処理と、式（３）による補正処理であるステップＳ２０２の処理とを選択的に実行した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。気筒エンジン１０において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、空燃比センサ４０の出力値の補正の実行と停止を切り換えてもよい。これにより、気筒間空燃比バラツキが問題となるような状況下では、補正自体を禁止し、空燃比センサ４０による検出精度が低下してしまうことを確実に抑制することができる。
【００７２】
なお、実施の形態２において、実施の形態１の変形例の欄で述べた各種変形を適宜に用いてもよい。例えば、実施の形態１において補正の具体的演算処理が式（１）に限られない旨を説明したが、この点と同様に、実施の形態２も式（３）に代えて公知の各種の平滑化演算手法を利用してもよい。また、ステップＳ１１０とＳ２０２で異なる平滑化式を用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１０ エンジン
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ スロットルバルブ
２４ 触媒
２６ 吸気ポート噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 排気バルブ
３６ クランク角センサ
３８ エアフローセンサ
４０ 空燃比センサ
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気ガスセンサの信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２０１０−３８７９４号公報に開示されているように、排気脈動の影響度に応じて排気ガスセンサの出力を補正する排気ガスセンサの信号処理装置が知られている。上記公報にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、内燃機関の排気通路における排気脈動の影響度を判定し、その判定結果に基づいてセンサ出力のなまし演算の実施態様（具体的には、演算内容の変更や、なまし演算の実行と停止）を変更している。
【０００３】
排気通路内における排気圧力の変動（排気脈動）は、排気ガスセンサ（具体的には、例えば、空燃比センサ）の出力値の変動を生じさせる。このような排気脈動の影響に対して、いわゆる「なまし演算」を行う技術が知られている。なまし演算は、移動平均処理を求めるように時系列データを平均化する演算処理であり、出力変化を時間方向に平滑化することができる。
【０００４】
なまし演算は、排気脈動の影響を抑制できる一方で、移動平均処理を行うことから実際のガス雰囲気の変化に対する応答性が低くなる。この点に関し、上記公報においては、排気通路内の圧力変動が排気ガスセンサ出力に及ぼす影響は一定でなく、ガス雰囲気や内燃機関の運転状態等に応じて大小変化することが着目されている。上記公報では、排気通路内の圧力変動による影響度が判定され、その判定結果に基づいてなまし演算の実施態様が変更されている。これにより、ガス雰囲気の圧力変動により生じるセンサ出力変動低減と同センサ出力の応答性確保の両立が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３８７９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１５０３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術にかかる上記公報においては、センサ出力への排気通路内の圧力変動による影響度が、（１）排気通路内のガス雰囲気、（２）内燃機関の回転速度、（３）排気通路内の圧力変化率のそれぞれの事項により変動するという説明がなされている。上記従来技術にかかる排気ガスセンサの信号処理装置では、上記の（１）〜（３）の事項に基づいて、例えば当該公報の段落００１７等にもあるように、脈動の影響度が小さいと判定したときはなまし演算を実施しない（若しくはなまし演算のなまし率を小さくする）という措置をとっている。
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術は、排気脈動が実際に排気ガスセンサ出力へと及ぼす影響度合（排気ガスセンサの出力変動への寄与）がどの程度に大きいのかや、内燃機関の運転状態によってその寄与がどれくらい変化するのかといった事項をセンサ出力の補正内容に正確に加味するまでには至っていない。この点に関し、排気脈動の影響を抑制して排気ガスのセンシングを正確に行う観点からいまだ改善の余地が残されていた。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で排気ガスセンサの出力値の補正をすることができる排気ガスセンサの信号処理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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気ガスセンサの信号処理装置であって、
内燃機関の排気通路に備えられた排気ガスセンサの出力を取得する出力取得手段と、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の振動波形における振幅の大きさに基づいて求めた前記排気ガスセンサへの前記脈動の影響の大きさを表す値である脈動影響値に基づいて、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記補正手段は、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形のなかの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼に応じた前記排気ガスセンサの出力値である気筒別出力値を取得する気筒別出力値取得手段と、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形の振幅の中心に対する前記複数の気筒それぞれの前記気筒別出力値の偏差の量を前記内燃機関の気筒の数に応じて平均した値を、前記振動波形の前記振幅として算出する振幅算出手段と、
前記振幅算出手段で前記振幅として算出した前記値を前記脈動影響値として扱って、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記補正手段は、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形における前記振幅の大きさを求める振幅取得手段と、
前記振幅取得手段で求めた前記振幅の前記大きさに基づいて所定の周期で前記脈動影響値または当該脈動影響値に基づいて補正を行う際の補正量を更新する学習手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか1つにおいて、
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記排気ガスセンサの出力に基づいて、前記複数の気筒の間で空燃比のバラツキを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記排気ガスセンサの前記出力値に対する前記補正手段の前記補正の量または内容を変更する補正内容変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記補正手段は、
前記脈動影響値に応じて前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第１補正手段と、
前記第１補正手段による平滑化の程度よりも前記脈動影響値に応じた平滑化の程度を小さくするように前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第２補正手段と、
を含み、
前記補正内容変更手段は、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記バラツキが相対的に小さい場合には前記第１補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をし、前記バラツキが相対的に大きい場合には前記第２補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をするように、前記第１補正手段と前記第２補正手段を選択的に実行する手段を、含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第４の発明において、
前記補正内容変更手段は、前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記補正手段の前記補正の実行と停止を切り換える切換手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、第４乃至第６の発明のいずれか１つにおいて、
前記検出手段は、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値の発現順序に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第１判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値と、前記脈動影響値により決まる前記排気ガスセンサの脈動の大きさと、の比較に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第２判定手段と、
前記排気ガスセンサの出力値が所定の正常時波形の特性に従っているか否かに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第３判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値、最小値のバラツキに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第４判定手段と、
のうち少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、排気の脈動による排気ガスセンサ出力の振動波形における振幅の大きさを排気ガスセンサが受ける脈動の影響の大きさとして取り扱うことにより、排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で排気ガスセンサの出力値の補正をすることができる。
【００１７】
第２の発明によれば、複数気筒内燃機関における気筒ごとの空燃比の違いから排気ガスセンサ出力値の振幅が変化することを考慮に入れることにより、複数気筒内燃機関において、第１の発明における排気ガスセンサへの排気脈動の影響の補正を正確に行うことができる。
【００１８】
第３の発明によれば、学習手段により内燃機関の状態にあわせて脈動影響値を更新することができるので、現在の内燃機関の状態に即して排気ガスセンサ出力に対する排気脈動の影響度を加味することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、排気ガスセンサの出力値の補正の度合を変更することができる。気筒間空燃比のバラツキ異常（いわゆるインバランス）が生じると、正常時とは排気ガスセンサの出力の表れ方が異なってくる。第４の発明によれば、正常時と同じ補正をすることで却って排気ガスセンサによる検出精度が低下してしまうことを、抑制することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、排気ガスセンサの出力値の補正を行うにあたり、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、相対的に大きな度合の補正と相対的に小さな度合の補正とを選択的に実行することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、複数気筒内燃機関において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、排気ガスセンサの出力値の補正の実行と停止を切り換えることができる。これにより、気筒間空燃比バラツキが問題となるような状況下では、補正自体を禁止し、排気ガスセンサによる検出精度が低下してしまうことを確実に抑制することができる。
【００２２】
第７の発明によれば、排気ガスセンサの出力を利用して、気筒間空燃比バラツキ異常を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびこれが適用される内燃機関システムを説明するための全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。
【図５】実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行す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】
【００２４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびこれが適用される内燃機関システムを説明するための全体構成図である。本実施形態にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、例えば車両等の移動体が有する内燃機関に搭載される。この車両等の種類は特に限定は無く、ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）やハイブリッド車両における内燃機関に対して本実施形態にかかる排気ガスセンサの信号処理装置を適用しても良い。
【００２５】
図１には、符号１０が指し示すように、内燃機関（以下、エンジン１０）が示されている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が形成されており、ピストン１２は、エンジンのクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。なお、図１ではエンジン１０の１つの気筒のみを示しているが、本実施形態ではエンジン１０は複数の気筒を有するものとする。
【００２６】
吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。一方、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気ポートを筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。
【００２７】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３６、エアフローセンサ３８、空燃比センサ４０等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ３６は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ３８は吸入空気量を検出する。空燃比センサ４０は、触媒２４の上流側で排気空燃比を検出する排気ガスセンサである。本実施形態では、空燃比センサ４０は、所定気孔率を有する所定厚さの拡散層を備えた限界電流式の空燃比センサである。
【００２８】
センサ系統には、上述したセンサ３６〜４４に加えて、エンジン１０及びこれを搭載した車両の制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジンの冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、噴射弁２６、点火プラグ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的には、クランク角センサ３６の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ３８の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期等を決定する。さらに、吸入空気量、負荷等に基いて燃料噴射量を算出する。そして、燃料噴射時期が到来したときに噴射弁２６を駆動し、点火プラグ３０を駆動する。このようにしてＥＦＩ（Electronic Fuel Injection）制御を実行することにより、筒内で混合気を燃焼させエンジンを運転することができる。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ４０の出力に基いて空燃比を目標空燃比に制御する空燃比フィードバック制御を実行する。
【００３０】
［実施の形態１の動作］
図２および図３は、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。
【００３１】
（脈動影響補正後の補正Ａ／Ｆの算出）
図２は、１サイクル内において、空燃比センサ４０の出力がクランク角ＣＡの増大に伴って経時的に振動する様子を示す図である。なお、クランク角ＣＡは、７２０°で一周期を迎えるものとする。図２において矢印で示すように、本実施形態では、空燃比センサ４０の振動波形における振幅を脈動影響値Ａと考える。
実施の形態１では、各運転条件での脈動に応じて、脈動の影響を補正する。すなわち、内燃機関の運転領域が低回転高負荷であるほど、サイクル内の脈動影響が大きくなる。そこで、回転数および吸入空気量（負荷）に基づいて、脈動影響を排除するように空燃比センサ４０の出力値を補正する。
【００３２】
実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、下記の式（１）に従って、空燃比センサ４０に基づく脈動影響補正後の空燃比である補正Ａ／Ｆ（ｎ）を算出する。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／Ａ´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）） ・・・（１）
ＥＣＵ５０は、この補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いて、ＥＦＩ制御を行う。
ここで、ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）とは、ｎサイクルつまり今回のサイクルにおける出力値であり、ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）とは、ｎ−１サイクルつまり前回のサイクルにおける出力値であるものとする。上記の式において、Ａ´は、脈動影響値Ａをセンサ出力の補正に反映させるために導入した値（以下、「脈動影響補正量」）である。このＡ´はエンジン１０の運転条件に応じて与えられる数値である。Ａ´は、例えば、内燃機関の運転領域が低回転高負荷であるほどサイクル内の脈動影響が大きくなることに対応させて、エンジン１０が低回転高負荷であるほど大きな値としてマップや数式で規定しておくことができる。そして、ＥＣＵ５０が、クランク角センサ３６やエアフローセンサ３８の出力に基づき回転数や負荷を検出して、現在の運転条件に応じたＡ´を取得しても良い。
【００３３】
（補正量学習）
図４は、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置における脈動影響補正量の学習動作を説明するための図である。
同じ仕様の空燃比センサであっても、厳密にはその特性が完全に同一ではなく、個体ごとに特性に若干のずれを含んでいる。このため、実際にエンジン１０に適用するにあたっては、個体ごとに脈動影響を把握、学習することが好ましい。そこで、実施の形態１では、脈動が既知である運転条件において、各空燃比センサ４０の脈動影響を把握し、学習することにした。なお、ここでいう各空燃比センサ４０の意義は、１つの内燃機関に複数の空燃比センサ４０が搭載される際の個々の空燃比センサ４０を対比する意味や、１つの内燃機関に１つの空燃比センサ４０が搭載される際における異なる内燃機関の間でそれぞれの空燃比センサ４０を対比する意味を含む。
【００３４】
実施の形態１では、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）に代表される安定した運転条件におけるセンサ出力に基づいて、センサ個体間の脈動影響を把握する。なお、アイドル運転時などの運転条件や、排気バルブタイミング変更、気筒停止、圧縮比変更などの措置により、強制的に所望の脈動変化を与えても良い。
【００３５】
実施の形態１では、ＥＣＵ５０が、下記の式（２）に従って、脈動影響値Ａを算出する。
Ａ ＝ Σ｜（取得値−平均値）｜／２ｍ ・・・（２）
ただし、上記の式の右辺の書く文字、記号は、下記の意味である。
ｍは、空燃比センサ４０あたりの気筒数を示す値である。
「取得値」とは、クランクアングル７２０°／ｍ毎に、空燃比センサ４０の出力の最大値と最小値を取得することにより得たその最大値と最小値である。具体的には、図３における黒丸が最大値、白抜き丸が最小値を模式的に示している。この最大値と最小値の取得は、所定周期でＥＣＵ５０が空燃比センサ４０の出力をサンプリングすることにより行えばよい。
「平均値」とは、空燃比センサ４０の出力の平均値であり、空燃比センサ４０の振動波形の中点に相当する。図３では、空燃比センサ４０の出力の振動波形をその中央で横切る破線でこの平均値を模式的に示している。
上記の式により、平均値に対する最大値と最小値のそれぞれの偏差を気筒数×２で除して、平均を求めた値が、脈動影響値Ａとして算出される。
こうして求めた脈動影響値Ａに基づいて、脈動影響補正量Ａ´の値を更新（例えば、所定の演算を施したうえで或いはそのままの値で、最新のＡの値により現在のＡ´を上書きするなどの学習処理）を行うことができる。
【００３６】
［実施の形態１の具体的処理］
以下、図４を用いて、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置が行う具体的処理を説明する。図４は、実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００３７】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０が、エンジン１０の始動および空燃比センサ４０がセンサ活性状態にあるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップの条件の成立が認められない場合には、今回のルーチンは終了する。
【００３８】
ステップＳ１００の条件の成立が認められた場合には、続いて、ＥＣＵ５０が、空燃比センサ４０の出力を取得する（ステップＳ１０２）。ここで取得された出力に対して、排気脈動の補正が施される。なお、実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、エンジン１０の運転中に、空燃比センサ４０の出力を所定周期でサンプリングして記憶する処理を実行しているものとする。
【００３９】
次に、ＥＣＵ５０が、学習可能領域か否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１０４）。このステップでは、具体的には、エンジン１０が、脈動が既知である所定運転条件において運転されているか否かが判定される。この所定運転条件としては、例えば、フューエルカット（Ｆ／Ｃ）やアイドル運転時に代表される安定した運転条件を設定しておく。
なお、これに代えて、エンジン１０の運転条件について、排気バルブタイミング変更、気筒停止、圧縮比変更などの運転条件変更を加えることにより、強制的に所望の脈動変化（但し、予めその運転条件変更によりどのような脈動が生ずるのかを特定しておくこととする）を与えても良い。この場合には、ステップＳ１０４の処理内容は、例えば、「当該運転条件変更を加えることが可能かどうかの判定処理」→「可能と判定された場合に、当該運転条件変更を実行する処理」と変更してもよい。
【００４０】
ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合、次に、ＥＣＵ５０が、脈動影響補正量を算出する処理を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、ＥＣＵ５０が、前述した式（２）に従って脈動影響値Ａを算出し、このＡの値に基づいて、数式（１）で用いるための脈動影響補正量Ａ´が更新される。
【００４１】
次に、ＥＣＵ５０が、補正量学習判定の処理を実行する（ステップＳ１０８）。このステップでは、補正量学習が完了したかが判定される。
【００４２】
ステップＳ１０８の補正量学習判定による学習完了成立後、或いは、ステップＳ１０４における学習可能領域ではないとの判定の後、続いて、ＥＣＵ５０は、脈動影響補正の処理を実行する（ステップＳ１１０）。このステップでは、前述した数式（１）を用いて、補正Ａ／Ｆ（ｎ）が算出される。
【００４３】
続いて、ＥＣＵ５０が、ステップＳ１０４で算出された補正出力つまり補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いたＥＦＩ制御を実行する（ステップＳ１１２）。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４４】
以上の処理によれば、排気の脈動による空燃比センサ出力の振動波形における振幅の大きさを空燃比センサ４０が受ける脈動の影響の大きさ（脈動影響値Ａ）として取り扱うことにより、空燃比センサ４０出力に対する排気脈動の影響度を加味した上で空燃比センサ４０の出力値の補正をすることができる。
【００４５】
また、上記の処理によれば、複数の気筒を有するエンジン１０における気筒ごとの空燃比の違いから空燃比センサ４０出力値の振幅が変化することを考慮に入れることにより、複数の気筒を有するエンジン１０において、上述の空燃比センサ４０への排気脈動の影響の補正を正確に行うことができる。
【００４６】
また、上記の処理によれば、ステップＳ１０６の学習処理によりエンジン１０の状態にあわせて脈動影響補正量Ａ´を更新することができるので、現在のエンジン１０の状態に即して空燃比センサ４０出力に対する排気脈動の影響度（最新の脈動影響値Ａ）を加味することができる。
【００４７】
なお、上述した実施の形態１においては、脈動影響値Ａが、前記第１の発明における「脈動影響値」に相当し、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップＳ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「補正手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップ１０６において前述の式（２）の演算処理を実行することにより、前記第２の発明における「気筒別出力値取得手段」および「振幅算出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が図４のフローチャートにおけるステップ１０６を実行することにより、前記第３の発明における「振幅取得手段」および「学習手段」が実現されている。
【００４８】
［実施の形態１の効果、背景］
以下、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の効果を説明するために、その背景となる技術説明をする。実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の背景として、下記の事項が挙げられる。
【００４９】
・エミッション低減、ＯＢＤ検出性向上に向けて、Ａ／Ｆセンサ出力の高応答、高精度化が求められている。しかしながら、サイクル内の実空燃比をより高精度に検出しようとすると、脈動影響により出力ずれが大きくなってしまう。
・個々の排気ガスセンサはそれぞれ脈動による受ける影響が同一ではないため、バラツキが発生してしまい、精度が低い。
・サイクル内の挙動を把握するに拡散層の気孔率を上げたいという要請が有るが、その一方、気孔率が上がるほど脈動影響が大きくなり之に起因してセンシングの精度が低下する。ガス拡散速度差により出力がずれてしまうという問題もある。
【００５０】
・検出性を向上させるセンサ構造について
限界電流式のＡ／Ｆセンサでのインバランス検出性向上（サイクル内追従性向上）のためには、センサ応答性の向上が必要である。センサ応答性向上の措置としてはカバー改良等の措置もあるものの、「拡散抵抗の低減」すなわち拡散層の気孔率増加および拡散距離短縮が基本的には有用である。しかしながら、この技術には脈動の影響を増加させるという背反がある。拡散抵抗の低減を追及するとこれに伴う脈動影響増加によりセンサの出力精度が低下するため、排ガスの制御性が悪化してエミッションが悪化するおそれがある。
・カバー改良について
カバー改良による応答性向上を図ろうとすると、耐被水性能を犠牲にしなければならず、信頼性を確保できない。したがって、拡散抵抗の低減による素子自身の応答性向上が必要となる。
以上のように、拡散抵抗の低減の追及にも脈動影響の面から限度があり、かつ、カバー改良に頼ることにも耐被水性能の面から限度がある。
【００５１】
この点、本発明の実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、各センサにおける脈動影響を特定条件で取得し、かつその脈動影響率に基づいて空燃比センサ出力を補正し、サイクル内での空燃比検出性を向上させることができる。従って、実施の形態１にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、上記列挙した種々の技術的背景に照らして、拡散抵抗の低減やカバー改良以外の手法を用いて個々の排気ガスセンサの各環境について脈動影響を把握、補正することができるという有利な効果を発揮することができる。
【００５２】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１では、限界電流式の空燃比センサ４０に対して、本発明にかかる排気ガスセンサの信号処理装置を適用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。限界電流式以外の空燃比センサや、排気通路に設けられる酸素センサ、ＮＯｘやＨＣなど他の特定の排気ガス濃度成分を検出するためのガスセンサに対して、本発明を適用してもよい。
【００５３】
実施の形態１では、数式（１）を用いて、脈動影響の補正を行った。この数式（１）では、「空燃比センサ４０の前回の出力値ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）と、空燃比センサ４０の今回の出力変化分ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１）に脈動影響値Ａに応じた係数である脈動影響補正量Ａ´を乗じた値と、を合算した値を、今回の補正後出力値である補正Ａ／Ｆとして算出している。この演算は、脈動影響補正量Ａ´を平滑化係数として用いて、空燃比センサ４０の出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出するものである。
本発明において脈動影響の補正の際に実行される具体的数式は、実施の形態１における数式（１）のみ限られるものではない。空燃比センサ等の出力変化を時間方向に平滑化するための公知の各種数式を用いることができる。すなわち、その数式において平滑化の程度を左右する係数（平滑化係数）を、脈動影響値Ａに応じて定めるようにすればよい。そして、その平滑化係数に応じて空燃比センサ等の出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、補正Ａ／Ｆ等として算出すればよい。
【００５４】
実施の形態１では、図４のフローチャートにおけるステップＳ１０６、Ｓ１０８により、脈動影響補正量Ａ´を学習した。しかしながら、本発明はこれに限られず、学習をしなくともよい。その場合には、脈動影響Ａに基づいて、運転条件に応じた脈動影響補正量Ａ´の特性をマップや数式としてＥＣＵ５０に記憶させておき、エンジン１０の運転条件に応じて脈動影響補正量Ａ´を変更することが好ましい。
【００５５】
実施の形態１では、上記の数式（２）を用いて、脈動影響補正量Ａ´を学習した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。次の手順に従うことにより、補正を行えばよい。
第１の段階として、ＥＣＵ５０が、排気の脈動による排気ガスセンサの出力の振動波形における振幅の大きさを算出する処理を実行する。
第２の段階として、ＥＣＵ５０が、求めた振幅の大きさに基づいて所定の周期で脈動影響値Ａまたは脈動影響補正量Ａ´を更新する処理を実行する。
上記第１の段階について、数式（２）においては、空燃比センサ４０の出力の最大値と最小値の平均偏差を求めることにより、クランクアングル７２０°における振幅の大きさを求めている。しかしながら、必ずしもクランクアングル７２０°分の平均を求めなくとも良く（それよりも少なくとも良く）、あるいは、その反対に、クランクアングル７２０°よりも広いクランク角に渡って平均した振幅を求めても良い。また、数式（２）では、最大値と最小値の両方について偏差をとるように、取得値と平均値の差分の絶対値を取ったが、必ずしもこれに限られるものではない。最大値のみや最小値のみについて偏差を取っても良い（例えば、平均値（振動中心）を基準として振動波形が十分に対称と認める場合など）。
また、振幅を求めるに当たっては、必ずしも最大値、最小値についての平均偏差を求める手法に限られない。例えば、排気ガスセンサの出力サンプリング値を用いた振動波形のフィッティングその他の波形特定手法により、図２にも例示したような振動波形を特定したうえで、振幅を算出しても良い。
上記第２の段階について、上記各種計算手法を用いて求めた振幅の値に応じて、実施の形態１の脈動影響補正量Ａ´或いは前述の変形例として述べた各種平滑化係数の値を、そのまま代入できる準備があるならばその値自体を用いて、そのまま代入できない場合には所定の変換式を用いるなどして、増加または減少させればよい。
【００５６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置およびその周辺システムのハードウェア構成は、図１で示した実施の形態１におけるシステムと同じである。重複説明を避けるため、以下、ハードウェア構成については図示を省略する。
【００５７】
［実施の形態２の動作］
図５（ａ）（ｂ）は、実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置の動作について説明するための図である。図５（ａ）は、正常時のセンサ出力波形の一例を示す図である。一方、噴射系故障などの空燃比に関する異常状態が発生している場合、図５（ｂ）のように、空燃比センサ４０の出力の最大値および最小値が交互に発現しなくなる。このような場合に正常時と同様の補正をすると、実空燃比にずれが生じる。そこで、実施の形態２では、気筒間空燃比バラツキの異常判定（いわゆるインバランス判定）を行うとともに異常時には補正方法の変更を行う。
【００５８】
（異常判定）
実施の形態２では、先ず、気筒間空燃比バラツキ異常判定を、下記（i）〜（iv）の少なくとも１つの判定手法を用いて実行する。
（i）第１の判定手法は、７２０／ｍ（°）毎の、最大値、最小値の発現順序に基づいて異常判定を行う。図５（ａ）のように、正常時であれば運転条件（回転数）で定まる一定周期で、最大値と最小値が交互に表れるはずである。一方、図５（ｂ）のごとき出力波形が表れた場合には、正常時と同様に一定周期でサンプリングを行ったときに、正常時とは異なり、最大値と最小値の交互に発現しなくなる。そこで、この手法（i）では、最大値、最小値の発現順序が交互の場合は正常であると判定し、そうでない場合を異常であると判定する。
（ii）第２の判定手法は、振動波形の平均値（振動の中心）に対し、最大値、最小値が、脈動影響率（実施の形態１における脈動影響値Ａ）以上に乖離している場合に異常と判定する。
（iii）第３の判定手法は、本来は最大値（または平均値よりリーン側の値）をとるべき時期の出力値に平均値よりリッチの値が発生していたり、あるいは、本来は最小値（または平均値よりリッチ側の値）を取るべき時期の出力値に平均値よりリーンの値が発生していたりする場合には、異常であると判定する。図５（ｂ）に示すＳ１、Ｓ２の白抜き丸の時点は、本来最小値または少なくとも平均値より紙面下方側の値が表れているべき時点である。しかし、そのような規則に反して、Ｓ２は平均値より紙面上方に位置している。また、反対に、図５（ｂ）に示すＳ３、Ｓ４の黒丸の時点は、本来最大値または平均値より紙面上方側の値が表れているべき時点である。しかし、そのような規則に反して、Ｓ３およびＳ４は平均値より紙面下方に位置している。このように、本来従うべき正常時の特性に反する場合に、気筒間空燃比バラツキ異常であると判定する。
(iv) 第４の判定手法は、最大値、最小値のバラツキが所定値より大きくなった場合に、異常が発生していると判定する。すなわち、図５（ａ）に示すように、正常時には、出力の最大値（図中の黒丸）や最小値（図中の白抜き丸）は、実質的に一定の値を示すはずである。このバラツキが過度に（所定範囲を逸脱するほどに）大きくなった場合に、異常が発生していると判定する。
これにより、空燃比センサ４０の出力の振動波形に基づいて、気筒間空燃比バラツキ異常判定を行うことができる。
【００５９】
（補正方法の変更）
実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置は、上記の異常判定の結果、気筒間空燃比バラツキ異常が認められた場合には、実施の形態１における式（１）に代えて、下記の式（３）を用いて空燃比センサ４０の出力の補正を行う。
補正Ａ／Ｆ（ｎ） ＝ ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−１） ＋ （１／３A´）×（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−ｌ）） ・・・（３）
この式（３）で算出した補正Ａ／Ｆを、ＥＦＩ制御に用いる。
この式（３）の演算によれば、式（１）の場合に比して、今回の空燃比センサ出力変化分の寄与を小さくしつつ補正Ａ／Ｆを算出することができる。
【００６０】
特に、上記の（３）と実施の形態１で述べた式（１）とを比較すると、式（３）においては、右辺第２項の（ｏｕｔｐｕｔ（ｎ）−ｏｕｔｐｕｔ（ｎ−ｌ））に対する係数が式（１）に比して１／３ほど小さい。この「１／３」という値を用いた理由は、下記の通りである。
限界電流式の空燃比センサにおける空燃比計測は、基本的に、酸素（Ｏ２）の拡散速度を基準としてなされる。一方、水素と酸素の拡散速度が水素：酸素＝３：１という比率であり、水素のほうが３倍程度大きな拡散速度を有している。そこで、実施の形態２においては、インバランス異常の影響を精度良く排除するために、リッチ雰囲気における水素（Ｈ２）の影響で空燃比センサが本来の酸素に基づく出力変化に比べて３倍程度に過剰な出力変化を示してしまうことに鑑みて１／３という係数を導入している。
【００６１】
［実施の形態２の具体的処理］
以下、図６を用いて、本発明の実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置が行う具体的処理を説明する。図６は、実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。
【００６２】
図６に示すルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０が、実施の形態１と同様に、ステップＳ１００、Ｓ１０２、Ｓ１０４の処理を実行する。ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合には、実施の形態１と同様にステップＳ１０６、Ｓ１０８の処理が実行される。
【００６３】
ステップＳ１０４の条件成立が認められなかった場合、或いは、ステップＳ１０８の処理が完了した場合には、続いて、ＥＣＵ５０が、インバランス状態（気筒間空燃比バラツキ異常状態）か否かの判定処理を実行する（ステップＳ２００）。本ステップでは、ＥＣＵ５０が、予め記憶された、前述した（i）〜(iv)の少なくとも１つの判定手法に従った判定処理を実行する。ここでは、一例として、ＥＣＵ５０が前述した（i）の判定手法に従った判定処理を実行するものとする。
【００６４】
ステップＳ１０４においてインバランス状態であることが認められた場合には、ＥＣＵ５０が、インバランス時脈動影響補正のための処理を実行する（ステップＳ２０２）。このステップでは、前述した式（３）を用いて、補正Ａ／Ｆ（ｎ）が算出される。
【００６５】
続いて、ＥＣＵ５０が、ステップＳ２０２で算出された補正出力つまり補正Ａ／Ｆ（ｎ）を用いたＥＦＩ制御を実行する（ステップＳ２０４）。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ２００においてインバランス状態であることが認められなかった場合には、ＥＣＵ５０は、実施の形態１における図４のルーチンと同様に、ステップＳ１１０およびＳ１１２を実行する。その後、今回のルーチンが終了する。
【００６７】
以上の処理によれば、エンジン１０において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、空燃比センサ４０の出力値の補正の度合を変更することができる。気筒間空燃比のバラツキ異常（いわゆるインバランス状態）が生じると、正常時とは空燃比センサ４０の出力の表れ方が異なってくる。この点、上記の処理によれば、正常時と同じ補正をすることで却って空燃比センサ４０による検出精度が低下してしまうことを、抑制することができる。
【００６８】
また、実施の形態２にかかる排気ガスセンサの信号処理装置によれば、空燃比センサ４０の出力値の補正を行うにあたり、エンジン１０において複数の気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、相対的に大きな度合の補正（式（１）による補正）と相対的に小さな度合の補正（式（３）による補正）とを選択的に実行することができる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ２００の処理を実行することにより、前記第４の発明における「検出手段」が、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１１０とＳ２０２の処理を択一的に実行することにより、前記第４の発明における「補正内容変更手段」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、式（１）を使用して行われるＳ１１０の補正処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第５の発明における「第１補正手段」が、式（３）を使用して行われるＳ１１０の補正処理をＥＣＵ５０が実行することにより、前記第５の発明における「第２補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００７０】
［実施の形態２の変形例］
実施の形態２では、前述の（i）〜（iv）の判定手法を用いて、気筒間空燃比バラツキ異常の判定を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。空燃比センサ以外のセンサを用いる公知の他の判定手法を用いても良い。
【００７１】
なお、実施の形態２においては、ステップＳ２００の判定結果に応じて、式（１）による補正処理であるステップＳ１１０の処理と、式（３）による補正処理であるステップＳ２０２の処理とを選択的に実行した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。気筒エンジン１０において気筒間での空燃比のバラツキの程度に応じて、空燃比センサ４０の出力値の補正の実行と停止を切り換えてもよい。これにより、気筒間空燃比バラツキが問題となるような状況下では、補正自体を禁止し、空燃比センサ４０による検出精度が低下してしまうことを確実に抑制することができる。
【００７２】
なお、実施の形態２において、実施の形態１の変形例の欄で述べた各種変形を適宜に用いてもよい。例えば、実施の形態１において補正の具体的演算処理が式（１）に限られない旨を説明したが、この点と同様に、実施の形態２も式（３）に代えて公知の各種の平滑化演算手法を利用してもよい。また、ステップＳ１１０とＳ２０２で異なる平滑化式を用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００７３】
１０ エンジン
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気通路
２０ 排気通路
２２ スロットルバルブ
２４ 触媒
２６ 吸気ポート噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 排気バルブ
３６ クランク角センサ
３８ エアフローセンサ
４０ 空燃比センサ
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられた排気ガスセンサの出力を取得する出力取得手段と、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の振動波形における振幅の大きさに基づいて求めた前記排気ガスセンサへの前記脈動の影響の大きさを表す値である脈動影響値に基づいて、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする補正手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記補正手段は、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形のなかの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼に応じた前記排気ガスセンサの出力値である気筒別出力値を取得する気筒別出力値取得手段と、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形の振幅の中心に対する前記複数の気筒それぞれの前記気筒別出力値の偏差の量を前記内燃機関の気筒の数に応じて平均した値を、前記振動波形の前記振幅として算出する振幅算出手段と、
前記振幅算出手段で前記振幅として算出した前記値を前記脈動影響値として扱って、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項３】
前記補正手段は、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形における前記振幅の大きさを求める振幅取得手段と、
前記振幅取得手段で求めた前記振幅の前記大きさに基づいて所定の周期で前記脈動影響値または当該脈動影響値に基づいて補正を行う際の補正量を更新する学習手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記排気ガスセンサの出力に基づいて、前記複数の気筒の間で空燃比のバラツキを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記排気ガスセンサの前記出力値に対する前記補正手段の前記補正の量または内容を変更する補正内容変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項５】
前記補正手段は、
前記脈動影響値に応じて前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第１補正手段と、
前記第１補正手段による平滑化の程度よりも前記脈動影響値に応じた平滑化の程度を小さくするように前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第２補正手段と、
を含み、
前記補正内容変更手段は、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記バラツキが相対的に小さい場合には前記第１補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をし、前記バラツキが相対的に大きい場合には前記第２補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をするように、前記第１補正手段と前記第２補正手段を選択的に実行する手段を、含むことを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項６】
前記補正内容変更手段は、前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記補正手段の前記補正の実行と停止を切り換える切換手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値の発現順序に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第１判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値と、前記脈動影響値により決まる前記排気ガスセンサの脈動の大きさと、の比較に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第２判定手段と、
前記排気ガスセンサの出力値が所定の正常時波形の特性に従っているか否かに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第３判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値、最小値のバラツキに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第４判定手段と、
のうち少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に備えられた排気ガスセンサの出力を取得する出力取得手段と、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の振動波形における振幅の大きさに基づいて求めた前記排気ガスセンサへの前記脈動の影響の大きさを表す値である脈動影響値に基づいて、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする補正手段と、
を備えることを特徴とする排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記補正手段は、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形のなかの前記複数の気筒のそれぞれの燃焼に応じた前記排気ガスセンサの出力値である気筒別出力値を取得する気筒別出力値取得手段と、
前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形の振幅の中心に対する前記複数の気筒それぞれの前記気筒別出力値の偏差の量を前記内燃機関の気筒の数に応じて平均した値を、前記振動波形の前記振幅として算出する振幅算出手段と、
前記振幅算出手段で前記振幅として算出した前記値を前記脈動影響値として扱って、前記排気ガスセンサの出力値の補正をする手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項３】
前記補正手段は、
排気の脈動による前記排気ガスセンサの前記出力の前記振動波形における前記振幅の大きさを求める振幅取得手段と、
前記振幅取得手段で求めた前記振幅の前記大きさに基づいて所定の周期で前記脈動影響値または当該脈動影響値に基づいて補正を行う際の補正量を更新する学習手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記排気ガスセンサの出力に基づいて、前記複数の気筒の間で空燃比のバラツキを検出する検出手段と、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記排気ガスセンサの前記出力値に対する前記補正手段の前記補正の量または内容を変更する補正内容変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項５】
前記補正手段は、
前記脈動影響値に応じて前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第１補正手段と、
前記第１補正手段による平滑化の程度よりも前記脈動影響値に応じた平滑化の程度を小さくするように前記排気ガスセンサの出力変化を時間方向に平滑化することにより求めた値を、今回の補正後出力値として算出する第２補正手段と、
を含み、
前記補正内容変更手段は、
前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記バラツキが相対的に小さい場合には前記第１補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をし、前記バラツキが相対的に大きい場合には前記第２補正手段によって前記排気ガスセンサの前記出力値の補正をするように、前記第１補正手段と前記第２補正手段を選択的に実行する手段を、含むことを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項６】
前記補正内容変更手段は、前記検出手段による前記バラツキの検出の有無または前記バラツキの程度に基づいて、前記補正手段の前記補正の実行と停止を切り換える切換手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値の発現順序に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第１判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値または／および最小値と、前記脈動影響値により決まる前記排気ガスセンサの脈動の大きさと、の比較に基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第２判定手段と、
前記排気ガスセンサの出力値が所定の正常時波形の特性に従っているか否かに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第３判定手段と、
前記排気ガスセンサの前記振動波形における最大値、最小値のバラツキに基づいて、前記複数の気筒の間での空燃比のバラツキ異常の有無を判定する第４判定手段と、
のうち少なくとも１つの手段を含むことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の排気ガスセンサの信号処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−９２７１９（Ｐ２０１２−９２７１９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３９７７９（Ｐ２０１０−２３９７７９）
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【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５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２６日（２０１０．１０．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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