(57)【要約】【課題】空燃比制御装置における上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量を、下流側酸素センサ１３の出力信号を利用して短時間で確実に検出できるようにする。【解決手段】（ａ）サンプリング許可フラグが「１」である間、下流側酸素センサの出力信号のサンプリングが行われ、（ｂ）サンプル数が徐々に増加する。このサンプリングのたびに、サンプリング値の（ｄ）平均値および（ｅ）分散（σ2）が演算される。これらの平均値および分散に基づいて、（ｂ）目標母数ならびに（ｆ）上流側空燃比センサ１２のシフト量が逐次求められる。時刻ｔ４においてサンプル数が目標母数に達すると、（ｃ）サンプル数到達フラグが「１」となって、サンプリングが終了し、このときの（ｆ）シフト量が、確定したシフト量となる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路において触媒装置の上流側に配置され、排気空燃比に応じた出力が得られる上流側空燃比センサと、上記触媒装置の下流側に配置され、出力信号が、理論空燃比に相当する所定の排気空燃比を境としてリッチ側の出力とリーン側の出力とに変化する下流側酸素センサと、を備え、主に上記上流側空燃比センサの検出空燃比に基づいて空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
サンプリング許可条件が成立している間、上記下流側酸素センサの出力信号を逐次サンプリングし、このサンプリング値の平均値および分散を逐次求めるとともに、この平均値および分散に基づいて目標母数を設定し、この目標母数にサンプリング数が達したときの平均値から上記上流側空燃比センサの特性のシフト量を求めることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
分散が大きいほど目標母数を大とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
上記理論空燃比に相当する中心値から上記平均値までの乖離が大きいほど目標母数を大とすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
上記サンプリング許可条件が不成立の間はそれまでの平均値および分散の値を保持したままサンプリングを中断し、サンプリング許可条件が成立したときにサンプリングを再開することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
目標母数に達したときの分散が大きいほどシフト量を小と補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
サンプリング許可条件の一つとして、目標空燃比が理論空燃比近傍にあるときにのみサンプリングを許可することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排気通路における触媒装置の上流側および下流側に各々空燃比センサ（いわゆる広域型空燃比センサあるいは酸素センサ）を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、上流側空燃比センサの特性のシフトを下流側の空燃比センサ（酸素センサ）を利用して検出する技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の空燃比を理論空燃比等の目標空燃比に精度よく制御するために、排気系に設けた空燃比センサの検出信号に基づくフィードバック制御が行われている。
【０００３】
また、触媒装置の上流側および下流側に各々空燃比センサを設けた空燃比制御装置が公知であるが、このような２つの空燃比センサを備える場合には、下流側の空燃比センサを利用して上流側空燃比センサの特性のシフトを検出し、より精度のよいフィードバック制御を実現することが可能である。なお、この種の構成においては、コスト低減のために、上流側空燃比センサをいわゆる広域型空燃比センサとする一方、下流側空燃比センサとしては安価な酸素センサを用いることが一般的である。
【０００４】
また、特許文献１は、排気還流装置の異常診断装置として、パラメータの計測回数に応じて異常判定基準値を可変的に設定することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６６８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように下流側の空燃比センサとして特に酸素センサを備える場合には、酸素センサの出力信号は、理論空燃比に相当する所定の排気空燃比を境としてリッチ側の出力とリーン側の出力とにステップ的に変化するため、上流側空燃比センサに基づき例えば理論空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御が行われたときに、下流側酸素センサの出力信号は、比較的長い間隔で、リッチ，リーンに反転することになる。そして、上流側空燃比センサの特性が本来の特性からシフトすると、リッチ側あるいはリーン側の一方に、過度に長く留まることから、上流側空燃比センサの特性のシフトが検出されるのであるが、このような方法では、リッチ側あるいはリーン側の一方に留まっている期間を計測する必要があり、診断に長時間を要する。特に、診断の途中で運転条件が変化すると、それまでの処理が実質的にキャンセルされ、再度、始めから診断の処理がなされるので、長時間、所定の定常運転が継続される必要がある。また、両センサの間に介在する触媒の酸素ストレージ能力の影響も大きく、結局のところ、従来のものでは、上流側空燃比センサの特性のシフトを精度よくかつ短時間で検出することはできない。
【０００７】
なお、特許文献１は、統計学的な考え方を利用する点で本発明と類似するが、具体的な処理は明らかに異なるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、内燃機関の排気通路において触媒装置の上流側に配置され、排気空燃比に応じた出力が得られる上流側空燃比センサと、上記触媒装置の下流側に配置され、出力信号が、理論空燃比に相当する所定の排気空燃比を境としてリッチ側の出力とリーン側の出力とに変化する下流側酸素センサと、を備え、主に上記上流側空燃比センサの検出空燃比に基づいて空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置を前提としている。
【０００９】
そして、本発明では、サンプリング許可条件が成立している間、上記下流側酸素センサの出力信号を逐次サンプリングし、このサンプリング値の平均値および分散を逐次求めるとともに、この平均値および分散に基づいて目標母数を設定し、この目標母数にサンプリング数が達したときの平均値から上記上流側空燃比センサの特性のシフト量を求めることを特徴としている。
【００１０】
下流側酸素センサは、図２の上段に示すように、排気空燃比に対しステップ的に出力信号（例えば出力電圧）が変化する。つまり、理論空燃比に相当する所定の排気空燃比を境として、出力信号が急変する。機関の目標空燃比として理論空燃比に沿ってフィードバック制御が行われている状況では、下流側酸素センサが受ける排気空燃比は、理論空燃比付近となり、下流側酸素センサの出力信号を離散的に多数サンプリングしたときに、そのサンプリング値の分布は、図２の下段に概念的に示す線ａのように、平均値が理論空燃比にある正規分布となる。また、上流側空燃比センサの特性がシフトしていると、例えば線ｂのように、平均値が理論空燃比からずれた正規分布となる。そして、本発明では、サンプリング値の平均値と分散（σ2）とに基づいてサンプリング値の目標母数を設定するので、サンプリング値の分布状況に応じて、最小限の時間でサンプリングおよびシフト量の決定が行える。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、比較的短い時間で上流側空燃比センサの特性のシフト量を求めることができ、例えば、機関の運転中の学習更新の頻度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る空燃比制御装置の構成を示す構成説明図。
【図２】下流側酸素センサの出力特性とサンプリング値の分布の例を示す特性図。
【図３】この発明の一実施例を示すフローチャート。
【図４】同じくタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、この発明に係る空燃比制御装置のシステム構成を概略的に示しており、ガソリン機関である内燃機関１は、吸気通路２と排気通路３とを備え、吸気通路２の吸気弁直前に燃料噴射弁４を備えるとともに、その上流側に、吸入空気量を調節するスロットル弁５およびこの吸入空気量を計測するエアフロメータ６を備えている。
【００１４】
また、排気通路３には、比較的容量の小さな上流側のプリ触媒装置１０と比較的容量の大きな下流側のメイン触媒装置１１とが介装されている。上記プリ触媒装置１０は、例えば排気マニホルドの出口部に装着され、上記メイン触媒装置１１は、例えば車両の床下に配置されている。そして、プリ触媒装置１０の上流側には上流側空燃比センサ１２が配置され、プリ触媒装置１０の下流側つまりプリ触媒装置１０とメイン触媒装置１１との間には下流側酸素センサ１３が配置されている。
【００１５】
上流側空燃比センサ１２は、いわゆる広域型空燃比センサあるいは出力がステップ的に変化する酸素センサのいずれであってもよいが、この実施例では、広域型空燃比センサからなる。また、下流側酸素センサ１３は、出力がステップ的に変化する酸素センサである。
【００１６】
これらの２つの空燃比センサ１２，１３を用いた空燃比制御そのものは本発明の要部ではないので、その詳しい説明は省略するが、コントロールユニット１４において、公知の種々の態様で２つの空燃比センサ１２，１３の検出信号が利用される。例えば、上流側空燃比センサ１２の検出信号を主に用いて燃料噴射量をフィードバック制御するとともに、下流側酸素センサ１３の検出信号を、そのフィードバック制御の片寄りの学習補正や触媒の劣化判定等に利用する、等の制御がなされる。特に、本実施例では、下流側酸素センサ１３の出力信号を離散的にサンプリングして、上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量を求めている。
【００１７】
図３は、このシフト量を求めるための処理の一例を示すフローチャートであって、まずステップ１で、サンプリングのいくつかの許可条件を満たしているか否かを判定し、全ての許可条件を満たしている場合には、ステップ２へ進んで、そのときの下流側酸素センサ１３の出力信号をサンプリングする。サンプリング周期は、適宜に設定できるが、例えば１０ｍｓ程度である。サンプリング許可条件としては、サンプリング値の信頼性を高めるために、例えば、（１）理論空燃比付近に空燃比を制御しているときにサンプリングする、（２）フューエルカット中およびフューエルカット後の燃料リカバー時はサンプリングしない、（３）目標母数到達後の所定期間はサンプリングしない、等が挙げられる。
【００１８】
１つのデータをサンプリングした後、ステップ３でサンプル数つまりサンプリングの回数を積算し、ステップ４およびステップ５で、それまでにサンプリングされた複数個のサンプリング値を用いて、平均値および分散（σ2）を演算する。これらの演算は、新たなデータをサンプリングするたびに繰り返し行われる。
【００１９】
そして、ステップ６で、そのときのサンプリング値の平均値および分散に基づいて、目標母数を決定する。ここでは、分散が大きいほど、最終的に得られるシフト量の信頼性を高めるために目標母数を大とする。また、理論空燃比に相当する中心値から上記平均値までの乖離が大きいほど目標母数を大とする。つまり、サンプリング値の平均値が図２の特性ａのように理論空燃比に近ければ、シフト量の決定を相対的に短時間で終了させるために、目標母数が小さな値に設定され、逆に理論空燃比から離れていれば、シフト量の信頼性を高めるために、目標母数が大きく与えられる。
【００２０】
図２の上段に示したように、下流側酸素センサ１３の出力は、理論空燃比付近で急激に変化し、その特性の傾きが大きい。つまり、何らかの僅かな誤差であっても大きな出力差が生じる。他方、理論空燃比から離れた領域では、特性の傾きは非常に小さい。従って、仮に、理論空燃比付近に平均値を有するあるデータ群と、理論空燃比から離れたところに平均値を有するあるデータ群と、で同じ分散を有する場合には、前者の方がサンプリングの安定度が高いと言うことができ、分散が相対的に大きな段階で（つまり母数が少ない段階で）、シフト量の決定を行うことができるのである。
【００２１】
さらに、ステップ７で、そのときのサンプリング値の平均値および分散に基づいて、上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量を求める。つまり、図２の特性ｂのように、上流側空燃比センサ１２の特性のシフトに応じてサンプリング値の平均値が理論空燃比から離れることになり、サンプリング値の平均値の理論空燃比からの乖離の大小が上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量の大小に相関しているので、ここでは、基本的にサンプリング値の平均値に応じてシフト量を決定する。そして、サンプリング値の分散が小であれば、平均値の信頼性が高いものとして、シフト量を大とし、逆にサンプリング値の分散が大であれば、平均値の信頼性が低いので、シフト量を小さく補正する。なお、ステップ７で演算されるシフト量は、仮の値であり、サンプリングのたびに変化する。
【００２２】
ステップ８では、サンプル数が目標母数に達したか判定しており、目標母数に達したら、ステップ９へ進み、そのときのシフト量（ステップ７で求めた値）を最終的なシフト量として確定する。
【００２３】
なお、分散（σ2）の平方根である標準偏差（σ）を用いて上記と同様の処理を行うこともできる。
【００２４】
図３は、上記のような処理のタイムチャートの一例を示しており、（ａ）サンプリング許可フラグ、（ｂ）サンプル数（目標母数を併せて記入してある）、（ｃ）サンプル数到達フラグ、（ｄ）平均値、（ｅ）分散、（ｆ）シフト量、の変化を対比して示す。
【００２５】
（ａ）サンプリング許可フラグは、種々のサンプリング許可条件をＡＮＤ条件としてまとめて示したものであり、この例では、時刻ｔ１に「１」となってサンプリングが許可され、時刻ｔ４で目標母数到達とともに「０」となってサンプリングが禁止される。さらに、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、例えばフューエルカットなどにより、一時的にサンプリングが禁止されている。このサンプリング許可フラグが「１」である間、下流側酸素センサ１３の出力信号のサンプリングが行われ、（ｂ）に示すサンプル数は、徐々に増加していく。
【００２６】
また、このサンプリングのたびに、（ｄ）のように平均値が演算され、かつ（ｅ）のように分散が演算される。そして、これらの平均値および分散に基づいて、（ｂ）に併せて示すように、目標母数が逐次求められる。また、同様に、平均値および分散に基づいて、（ｆ）のように上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量が求められる。平均値および分散が例えば図示例のように逐次変化することから、これに伴って目標母数やシフト量も逐次変化する。サンプル数は、上記のように変化する目標母数と逐次比較され、時刻ｔ４においてサンプル数が目標母数に達すると、（ｃ）サンプル数到達フラグが「１」となり、サンプリングが終了する。そして、このときの（ｆ）に示すシフト量が、確定したシフト量となる。
【００２７】
ここで、時刻ｔ２〜ｔ３の間はサンプリング許可フラグが「０」であり、サンプリングが禁止されるが、このときに、それまでに読み込まれていたサンプリング値やサンプル数、平均値、分散、目標母数、シフト量、といったデータは、クリアされることなくそのまま保持され、時刻ｔ３にサンプリングが再開されたときに、そのまま引き継がれる。つまり、途中でフューエルカット等が生じても、一連の処理がキャンセルされずに継続して行われる。そして、前述したように、サンプリング値の分散を考慮して目標母数を決定するので、これらのことから、機関の実際の運転中に、比較的短い時間でシフト量を確実に確定することができる。なお、このように確定された上流側空燃比センサ１２の特性のシフト量は、例えば、空燃比フィードバック制御の学習補正等に利用される。
【符号の説明】
【００２８】
１…内燃機関
３…排気通路
１０…プリ触媒装置
１２…上流側空燃比センサ
１３…下流側酸素センサ
１４…コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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