(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサに関して異常が検知されても、空燃比センサを継続して用いる。【解決手段】本発明による内燃機関１０の制御装置は、空燃比センサ６０における出力異常を検出する出力異常検出手段と、該出力異常検出手段により出力異常が検出されたとき、空燃比センサ６０の出力に対する空燃比の相関関係を逆にする相関関係逆手段と、そして、該相関関係逆手段によって逆にされた空燃比センサ６０の出力に対する空燃比の逆相関関係に基づいて、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比センサにおける出力異常を検出する出力異常検出手段と、
該出力異常検出手段により出力異常が検出されたとき、前記空燃比センサの出力に対する空燃比の相関関係を逆にする相関関係逆手段と、そして、
該相関関係逆手段によって逆にされた、前記空燃比センサの出力に対する空燃比の逆相関関係に基づいて、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの空燃比に基づいて内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、空燃比センサにクラックが生じているか否かを判断することを可能にする装置を開示する。特許文献１の記載によれば、エンジンコンピュータは、排気ガスが排気通路を流通している環境下で、定期的に、空燃比センサに対して逆電圧を印加する。その結果、逆電流が正常に発生するか否かをみることにより、空燃比センサにクラックが生じているか否かが判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気通路に設けられた空燃比センサを用いて空燃比を適切に検出することができない場合がある。このような空燃比センサにおける異常発生は、例えば、その出力電圧等に基づいて判断され得る。
【０００５】
しかし、空燃比センサにおいて異常があっても、空燃比センサそのものが、用いることが困難なほど故障しているとは限らない。例えば、そのような場合には、空燃比センサの電圧端子の入力配線および出力配線が逆に取り付けられている場合がある。空燃比センサそのものが故障していない場合には、車両点検コスト等の観点から、空燃比センサの活用を継続することが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、空燃比センサに関して異常が検知されても、空燃比センサを継続して用いることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による内燃機関の制御装置は、空燃比センサにおける出力異常を検出する出力異常検出手段と、該出力異常検出手段により出力異常が検出されたとき、空燃比センサの出力に対する空燃比の相関関係を逆にする相関関係逆手段と、そして、該相関関係逆手段によって逆にされた空燃比センサの出力に対する空燃比の逆相関関係に基づいて、燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備えていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】実施形態におけるフローチャートである。
【図３】具体例を概念的に表したグラフであり、（ａ）はＡ／Ｆセンサにおける出力電圧に関するグラフであり、（ｂ）はＯ２センサにおける出力電圧に関するグラフである。
【図４】Ａ／Ｆセンサの出力電流に対する空燃比の相関例を表したグラフである。
【図５】Ａ／Ｆセンサの電圧端子の入出力配線が逆に取り付けられていた場合に、実施形態の制御を行ったときに関する模式的なタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００１０】
図１は、実施形態が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１０は、シリンダブロック１２に形成された燃焼室１４の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、気筒１６内でピストン１８を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、内燃機関１０は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１０は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００１１】
各燃焼室１４に臨む吸気ポートは、吸気マニホールド２０に接続されている。この吸気マニホールド２０上流側には、順に、サージタンク２２および吸気管２４が接続されている。吸気管２４は、エアクリーナ２６を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、吸気管２４の中途（サージタンク２２とエアクリーナ２６との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）２８が組み込まれている。それら、例えば吸気ポート、吸気マニホールド２０、吸気管２４のそれぞれは、吸気通路２９の一部を区画形成する。
【００１２】
他方、各燃焼室１４に臨む排気ポートは、排気マニホールド３０に接続され、この排気マニホールド３０には下流側に排気管３２が接続されている。排気管３２には、三元触媒を含む前段触媒装置３４およびＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置３６が接続されている。それら、例えば排気ポート、排気マニホールド３０、排気管３２のそれぞれは、排気通路３７の一部を区画形成する。
【００１３】
内燃機関１０のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室１４ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミングおよび／または可変リフト機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。さらに、内燃機関１０は、気筒数に応じた数の点火プラグ４０を有し、点火プラグ４０は、対応する燃焼室１４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００１４】
さらに、内燃機関１０は、図１に示されるように、インジェクタ４２を有し、インジェクタ４２は、対応する燃焼室１４に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。そして、内燃機関１０では、各燃焼室１４に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ４２から各燃焼室１４内のピストン１８の凹部１８ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
【００１５】
上述のスロットルバルブ２８、各点火プラグ４０、各インジェクタ４２および動弁機構等は、内燃機関１０の制御装置として実質的に機能するＥＣＵ５０に電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ５０には、各種センサ類がＡ／Ｄ変換器等を介して電気的に接続されていて、例えば吸入空気量を検出するためのエアフローメータ５２が接続されている。ＥＣＵ５０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサからの出力信号に基づいて求められる検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、スロットルバルブ２８、点火プラグ４０、インジェクタ４２、動弁機構等を制御する。
【００１６】
図１に示されるように、ＥＣＵ５０に接続されるセンサ類には、クランク角センサ５４が含まれる。クランク角センサ５４は、クランクシャフトに固定されるロータプレート（シグナルプレート）等を含む磁気センサまたは光電式センサ等であり、クランクシャフトの回転角度を示すパルス信号を微小時間ごとにＥＣＵ５０に与える。さらに、吸気通路２９の吸気圧を検出するために吸気圧センサ５８が設けられている。ここでは、吸気圧センサ５８はサージタンク２２に設けられている。さらに、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）６０が排気通路３７に設けられている。Ａ／Ｆセンサ６０は、排気通路の排気ガス中の空燃比に応じた電気信号をＥＣＵ５０に出力する。ここでは、Ａ／Ｆセンサ６０は、前段触媒装置３４上流側の排気通路に設けられている。また、ここでは、前段触媒装置３４と後段触媒装置３６との間の排気通路に、Ｏ２センサ６２が設けられている。Ｏ２センサ６２は、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号をＥＣＵ５０に出力する。
【００１７】
そして、ＥＣＵ５０は、上記センサ類を用いて得られた各種値に基づいて、例えばストイキで内燃機関１０を運転させるべく、インジェクタ４２からの燃料噴射を制御する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ６０およびＯ２センサ６２を用いて、リッチと判断された場合、燃料噴射量が少なくなるように補正することを含みつつ燃料噴射制御が実行される。他方、リーンと判断された場合、燃料噴射量が多くなるように補正することを含みつつ燃料噴射制御が実行される。
【００１８】
ＥＣＵ５０は、電圧（電位）を取り込むことにより、Ａ／Ｆセンサ６０のセンサ素子に流れるセンサ電流（出力電流）を検出することができる。そして、その出力電流と空燃比との相関関係、具体的には相関データ（予め実験に基づいて得られて記憶されているデータ）に基づいて、ＥＣＵ５０は、空燃比を得ることができる。
【００１９】
他方、ＥＣＵ５０は、Ｏ２センサ６２の起電力を得ることができる。そして、この起電力と空燃比との相関関係、具体的には相関データ（予め実験に基づいて得られて記憶されているデータ）に基づいて、ＥＣＵ５０は、排気ガス中の酸素に関して、ストイキ（理論空燃比）に対して小さい（リッチ）か、あるいは、大きい（リーン）かを判断することができる。
【００２０】
ところで、Ａ／Ｆセンサ６０が正常であって上記の如き燃料噴射が制御されているとき、排気ガスの空燃比は所望の空燃比に収束するように変動する。ここでは、基本的に、所望の空燃比としてストイキが定められているので、その過程で、空燃比は、ストイキに対してリッチになったりリーンになったりする。それ故、上記燃料噴射制御において、例えばＡ／Ｆセンサ６０を用いてリッチと判断されて、燃料噴射量が減らされているにも拘わらず、変わらずリッチと判断され続ける場合には、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ６０における出力異常があると判断することができる。
【００２１】
あるいは、排気ガス中の空燃比に対するＡ／Ｆセンサ６０における出力ここでは出力電圧と、Ｏ２センサ６２における出力ここでは出力電圧とは、同じ排気通路に両センサが備えられているので、相関を有する。つまり、Ａ／Ｆセンサ６０が正常であるとき、リーンであれば、両センサ６０、６２における電圧は、それぞれ、リーンに対応した電圧になる。リッチのときも、同様である。しかし、Ａ／Ｆセンサ６０の電圧端子の入力配線および出力配線が逆に取り付けられている場合など、Ａ／Ｆセンサ６０に関して異常があるとき、その関係に整合性がとれなくなる。例えば、そのようなとき、Ｏ２センサ６２における電圧がリーンに対応した電圧であるにも拘らず、Ａ／Ｆセンサ６０における電圧は、リッチに対応した電圧になる。このような場合、出力電圧異常があるとして、以下に図２から図５に基づいて本実施形態を説明するように、次の切り替えや判定が行われる。
【００２２】
なお、Ａ／Ｆセンサ６０における出力異常を検出する出力異常検出手段は、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。また、Ａ／Ｆセンサ６０の出力に対する空燃比の相関関係を逆にする相関関係逆手段は、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。さらに、インジェクタ４２からの燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段は、ＥＣＵ５０の一部を含んで構成される。
【００２３】
内燃機関１０が始動されると、ＥＣＵ５０は、一般的に、定常走行状態の時には、ストイキで内燃機関１０を運転させるべく、インジェクタ４２からの燃料噴射を制御する。そして、ここでは、次の全ての条件（ｉ）〜（Ｖ）が満たされているときに、図２のフローが実行される。条件（ｉ）は、始動後所定時間以上経過していることである。条件（ｉｉ）は、Ａ／Ｆセンサ６０のセンサ素子の温度が所定温度に達していて、それが活性中であることである。条件（ｉｉｉ）は、Ａ／Ｆセンサ６０の異常以外の異常を検知していないことである。条件（ｉＶ）は、上記したようにストイキで内燃機関１０を運転させるように、Ａ／Ｆセンサ６０およびＯ２センサ６２を用いて燃料噴射制御を行っているときであることである。条件（Ｖ）は、燃料カットを行った直後でないこと（燃料カット終了後、所定時間経過していること）である。ただし、本発明は、これらのいずれか１つの条件が満たされるとき、あるいは、これら以外の条件のみが満たされるときなど、種々の条件が成立するときに、図２のフローが実行されることを許容する。なお、図２は、Ａ／Ｆセンサ６０の異常検知からデータの修正あるいは故障判定の流れを概略的に示している。
【００２４】
ステップＳ２０１では、Ａ／Ｆセンサ６０における出力異常を検出することが行われる。ここでは、上記したように、Ａ／Ｆセンサ６０における出力電圧を、Ｏ２センサ６２における出力電圧と対比することで、Ａ／Ｆセンサ６０における出力電圧異常があるか否かが判定される。なお、このステップＳ２０１での判定は、Ａ／Ｆセンサ６０における出力電圧異常を検出したときに、ステップＳ２０１に至る制御に相当する。
【００２５】
例えば、Ａ／Ｆセンサ６０における出力電圧がリーンに対応した電圧であるときに（図３（ａ）参照）、Ｏ２センサ６２における出力電圧がリッチに対応した電圧である場合（図３（ｂ）参照）、ＥＣＵ５０は、それらの間の相関が適切でないと判断する（出力電圧異常を検出する）。この場合、ステップＳ２０１で肯定判定される。なお、Ａ／Ｆセンサ６０にもＯ２センサ６２にも異常がない場合、両電圧間の相関が適切であるので、ステップＳ２０１で否定判定されて、該ルーチンは終了する。
【００２６】
ステップＳ２０１で肯定判定された場合、ステップＳ２０３で、Ａ／Ｆセンサ６０の出力電流に対する空燃比（Ａ／Ｆ）の相関関係が逆にされる。これは、例えば、Ａ／Ｆセンサ６０の出力電流に対する空燃比の相関関係が図４に表されるような相関データ（あるいはそれに対応するデータ）である場合、そのデータを実質的に横軸に対して逆にすることで行われる。つまり、Ａ／Ｆセンサ６０の出力電流に対する空燃比の相関関係の正負が逆にされる。
【００２７】
ステップＳ２０３の次のステップＳ２０５では、ステップＳ２０３で正負が逆にされた相関データ（逆相関データ）に基づいて算出される空燃比に基づいて、上記の如き燃料噴射量の補正を行いつつ、燃料噴射が制御される。このとき、Ａ／Ｆセンサ６０のみならず、Ｏ２センサ６２も活用して、燃料噴射制御が行われる。
【００２８】
そして、次ぐステップＳ２０７で、上記ステップＳ２０１のようにして出力電圧異常が生じるか否かが判定される。ただし、ステップＳ２０７は、ステップＳ２０３を経た後、所定時間経過後、例えば、ステップＳ２０３で逆にされた逆相関データに基づいてＡ／Ｆセンサ６０における出力と、Ｏ２センサ６２における出力とが共にストイキに対応する出力に収束することができる時間が経過した後、実行されるとよい。そして、ステップＳ２０７で、否定判定される場合には、Ａ／Ｆセンサ６０そのものには異常がないとして、Ａ／Ｆセンサ６０用の上記逆相関データに基づいて、以後、内燃機関１０における空燃比検出および内燃機関１０の制御が行われる。なお、この場合、これにより該ルーチンは終了する。
【００２９】
他方、ステップＳ２０７に至っても、上記ステップＳ２０１で肯定判定された場合のように、出力電圧異常が検出される場合には、Ａ／Ｆセンサ６０を用いて内燃機関制御を継続することができない。このような場合、Ａ／Ｆセンサ６０そのものに異常がある可能性がある。そこで、ステップＳ２０７で肯定判定される場合、ステップＳ２０９でＡ／Ｆセンサ６０が故障したと判断するかのように、ＥＣＵ５０は警告灯を点灯する。警告灯は、ドライバが認識できるように運転席に設けられたり、整備士が認識できる箇所に設けられたりするとよい。
【００３０】
このようなＡ／Ｆセンサ６０の異常検知から相関関係の修正あるいは故障判定の流れを、図５のタイムチャートに基づいてより具体的に説明する。なお、図５は、Ａ／Ｆセンサ６０における出力電圧、Ｏ２センサ６２における出力電圧、燃料噴射補正量、この燃料噴射補正量を反映させた燃料噴射量を、上から順に同一時間軸上に並べて、それらの関係を概略的に表している。なお、燃料噴射補正量は、種々の補正値あるいは補正値に相当する値であり得、例えばＡ／Ｆ学習値であり得る。
【００３１】
図５に示す場合、Ａ／Ｆセンサ６０の端子が逆に取り付けられていて、Ａ／Ｆセンサ６０における出力がリーンに対応した出力であり、Ｏ２センサ６２における出力がリッチに対応した出力であるので、Ａ／Ｆセンサ６０における異常が検出される（ステップＳ２０１で肯定判定）。そして、ｔ１時に、Ａ／Ｆセンサ６０の出力に対する空燃比の相関関係が逆にされる（ステップＳ２０３）。それ故、Ａ／Ｆセンサ６０に関して、ｔ１時以降では、出力がリーンに対応する出力である場合、リッチに対応する出力として処理され、出力がリッチに対応する出力である場合、リーンに対応する出力として処理される。そして、その逆にされた逆相関関係に基づいて燃料噴射量の補正が行われつつ燃料噴射制御が実行される。そして、所定時間経過したｔ２時に、Ａ／Ｆセンサ６０における異常を認めることができるか否かが判断される（ステップＳ２０７）。図５に示す場合には、空燃比がストイキに収束しているので、Ａ／Ｆセンサ６０の出力に対する空燃比の逆にされた逆相関関係を用いて、以後、Ａ／Ｆセンサ６０からの出力が処理されて、内燃機関１０が制御される（ステップＳ２０７で否定判定）。なお、Ａ／Ｆセンサ６０そのものが故障している場合などには、ｔ１時までの状態が、ｔ２時にも、Ａ／Ｆセンサ６０における出力、Ｏ２センサ６２における出力で認められ得るので、Ａ／Ｆセンサ６０の故障と判断される（ステップＳ２０９）。
【００３２】
以上、実施形態に基づいて説明したように、Ａ／Ｆセンサ６０に出力異常が検出されると、空燃比センサ６０の出力に対する空燃比の相関関係が逆にされる。そして、逆にされた逆相関関係に基づく燃料噴射補正を含みつつ燃料噴射制御が行われる。その結果、適切に所望の空燃比を実現可能な場合には、継続して、その逆にされた逆相関関係を用いて、内燃機関１０の制御が行われる。
【００３３】
上記実施形態では、Ａ／Ｆセンサ６０の出力異常を判断するために、Ｏ２センサ６２が用いられた。しかし、他のセンサ、例えば排気通路の排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するためのＮＯｘセンサ等を用いて、Ａ／Ｆセンサ６０における出力異常が判断されてもよい。
【００３４】
また、本発明は、火花点火形式の内燃機関に適用されることに限定されず、他の種々の形式の内燃機関にも適用され得る。例えば、本発明は、圧縮着火形式の内燃機関に適用されてもよい。
【００３５】
なお、上記実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  内燃機関
３７  排気通路
６０  Ａ／Ｆセンサ
６２  Ｏ２センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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