(57)【要約】【課題】回路構成を複雑化することなく、酸素濃度センサの出力特性を変更可能な燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】マイコン４５は、デジタル信号に変換されたＯ２センサ信号に基づいて、空燃比（リッチ又はリーン）を算出する。この際、マイコン４５は、エンジンの運転状態に基づき、Ｏ２センサ１７の出力特性の変更が必要であるか否かを判定する。そして、出力特性の変更が必要と判定したときには、デジタル値に変換されたセンサ信号を増加補正及び／又は減少補正する。【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配置され、理論空燃比を境として、排気の空燃比に応じて出力レベルが変化する出力特性を有する酸素濃度センサ（１７）と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（２１〜２４）と、
前記運転状態検出手段による検出結果に基づき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリッチシフトと、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリーンシフトとの少なくとも一方を行うように、前記酸素濃度センサの出力特性を変更する出力特性変更手段（２５）と、
前記出力特性変更手段により変更された出力特性に従って変化する前記酸素濃度センサの出力レベルに応じて、前記内燃機関への燃料噴射量を制御する制御手段（２５）と、を備え、
前記出力特性変更手段は、前記酸素濃度センサの出力信号をデジタル値に変換するデジタル変換回路（４３）と、ソフトウエアによる演算処理により、デジタル値に変換された出力信号を増加補正及び／又は減少補正する補正手段（４５、Ｓ１６０、Ｓ１７０）とを有することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
発熱することにより前記酸素濃度センサを加熱するヒータ（３６）と、
前記酸素濃度センサのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路（４２）と、
前記インピーダンス検出回路によって検出されたインピーダンスに基づいて、前記酸素濃度センサの温度が活性温度以上の所定の目標温度となるように、前記ヒータの発熱状態を制御するヒータ制御手段（４５、４６）と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記酸素濃度センサは、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合にはハイレベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーン側である場合にはローレベルの信号を出力するものであって、
前記出力特性変更手段は、前記リッチシフトによる出力特性の変更を行う場合、前記補正手段によって前記酸素濃度センサの出力信号を減少補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記酸素濃度センサは、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合にはハイレベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーン側である場合にはローレベルの信号を出力するものであって、
前記出力特性変更手段は、前記リーンシフトによる出力特性の変更を行う場合、前記補正手段によって前記酸素濃度センサの出力信号を増加補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配置され、理論空燃比を境として、排気中の空燃比に応じて出力レベルが変化する出力特性を有する酸素濃度センサ（１７）と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（２１〜２４）と、
前記運転状態検出手段による検出結果に基づき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリッチシフトと、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリーンシフトとの少なくとも一方を行うように、前記酸素濃度センサの出力特性を変更する出力特性変更手段（２５）と、
前記出力特性変更手段により変更された出力特性に従って変化する前記酸素濃度センサの出力レベルに応じて、前記内燃機関への燃料噴射量を制御する制御手段（２５）と、を備え、
前記出力特性変更手段は、前記酸素濃度センサのマイナス側出力端子に対して、オフセット電圧を出力するオフセット電圧出力回路（４７）を有し、当該オフセット電圧出力回路が出力するオフセット電圧を変化させることにより、前記酸素濃度センサの出力特性を変更することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項６】
発熱することにより前記酸素濃度センサを加熱するヒータ（３６）と、
前記酸素濃度センサのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路（４２）と、
前記インピーダンス検出回路によって検出されたインピーダンスに基づいて、前記酸素濃度センサの温度が活性温度以上の所定の目標温度となるように、前記ヒータの発熱状態を制御するヒータ制御手段（４５、４６）と、を備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記オフセット電圧出力回路は、初期値として、所定の初期オフセット電圧を出力するものであり、
前記出力特性変更手段は、前記リッチシフトによる出力特性の変更を行う場合、前記オフセット電圧出力回路から前記初期オフセット電圧よりも小さいオフセット電圧を出力させることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記オフセット電圧出力回路は、初期値として、所定の初期オフセット電圧を出力するものであり、
前記出力特性変更手段は、前記リーンシフトによる出力特性の変更を行う場合、前記オフセット電圧出力回路から前記初期オフセット電圧よりも大きいオフセット電圧を出力させることを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、理論空燃比を境として、排気の空燃比に応じて出力レベルが変化する出力特性を有する酸素濃度センサの出力に基づき、内燃機関への燃料噴射量を制御する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、内燃機関の運転状態などに基づき、酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）の検出応答性の変更要求があると判定したとき、Ｏ２センサに定電流を通電することが記載されている。
【０００３】
特許文献１において使用されるＯ２センサは、よく知られているように、酸素イオン伝導性を有する固体電解質を、大気側電極（プラス側電極）と排気側電極（マイナス側電極）とで挟み込んだ構造を有する。このようなＯ２センサにおいて、大気側電極から排気側電極に向かって定電流が流されると、Ｏ２センサの出力特性線が、リーン側かつ起電力増加側にシフト（リーンシフト）する。その結果、理論空燃比近傍において、Ｏ２センサからリッチ出力が出やすくなり、リッチ変化時の検出応答性が高められる。
【０００４】
逆に、排気側電極から大気側電極に向かって定電流が流されると、Ｏ２センサの出力特性線が、リッチ側かつ起電力減少側にシフト（リッチシフト）する。その結果、理論空燃比近傍において、Ｏ２センサからリーン出力が出やすくなり、リーン変化時の検出応答性が高められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６３３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１に記載の装置では、Ｏ２センサに定電流を通電することにより、Ｏ２センサの出力特性を変化させている。そのため、引用文献１の装置では、マイコンからの指示に基づいて、定電流の通電をオン、オフするとともに、その定電流の通電方向を変化させることが可能な定電流回路が必要となる。このような定電流回路を設ける必要があるため、引用文献１の回路構成は、複雑なものとならざるを得ない。
【０００７】
また、引用文献１の装置では、定電流を通電することにより、リッチ変化時の応答性を高めたり、あるいはリーン変化時の応答性を高めたりするものである。そのような定電流の通電が行われても、Ｏ２センサの出力電圧の範囲自体は、定電流の通電が行われていない場合とほぼ同様である（例えば０〜１．０Ｖ）。このため、例えば、Ｏ２センサがグランドショートした場合に、その出力が０Ｖとなっても、それがグランドショートなどの異常によるものか、それとも空燃比がリーンであることによるものかを見分けることが困難である。
【０００８】
本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、回路構成を複雑化することなく、酸素濃度センサの出力特性を変更可能な燃料噴射制御装置を提供することを第１の目的とする。また、酸素濃度センサの出力特性を変化させたとき、酸素濃度センサにグランドショートなどの異常が生じている場合には、容易にその異常を検出することが可能な燃料噴射制御装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的を達成するために、第１発明による燃料噴射制御装置は、
内燃機関の排気通路に配置され、理論空燃比を境として、排気の空燃比に応じて出力レベルが変化する出力特性を有する酸素濃度センサ（１７）と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（２１〜２４）と、
運転状態検出手段による検出結果に基づき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリッチシフトと、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリーンシフトとの少なくとも一方を行うように、酸素濃度センサの出力特性を変更する出力特性変更手段（２５）と、
出力特性変更手段により変更された出力特性に従って変化する酸素濃度センサの出力レベルに応じて、内燃機関への燃料噴射量を制御する制御手段（２５）と、を備え、
出力特性変更手段は、酸素濃度センサの出力信号をデジタル値に変換するデジタル変換回路（４３）と、ソフトウエアによる演算処理により、デジタル値に変換された出力信号を増加補正及び／又は減少補正する補正手段（４５、Ｓ１６０、Ｓ１７０）とを有することを特徴とする。
【００１０】
第１発明による燃料噴射制御装置によれば、酸素濃度センサの出力信号はデジタル値に変換される。その変換された出力信号を、ソフトウエアによる演算処理により増加補正及び／又は減少補正することで、酸素濃度センサの出力特性が変更される。このように、第１発明による燃料噴射制御装置は、酸素濃度センサの出力特性を変更するために定電流回路等のハードウエア回路を用いる必要がない。従って、本発明による燃料噴射制御装置は、回路構成を簡素なものとしながら、酸素濃度センサの出力特性を変更することが可能である。
【００１１】
なお、上述した燃料噴射制御装置において、発熱することにより酸素濃度センサを加熱するヒータ（３６）と、酸素濃度センサのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路（４２）と、インピーダンス検出回路によって検出されたインピーダンスに基づいて、酸素濃度センサの温度が活性温度以上の所定の目標温度となるように、ヒータの発熱状態を制御するヒータ制御手段（４５、４６）と、を備えることが好ましい。
【００１２】
酸素濃度センサの出力特性は、例えば外部からの定電流の通電によって変化するばかりでなく、酸素濃度センサの素子温度によっても変化する。酸素濃度センサの出力特性を狙い通りに変化させるためには、酸素濃度センサの出力特性が安定した状態となっていること、すなわち、酸素濃度センサの温度が所定の目標温度に制御されることが好ましい。ここで、酸素濃度センサを構成する固体電解質は、温度の上昇に従ってインピーダンス（抵抗値）が低下する負特性を有する。このため、酸素濃度センサのインピーダンスを検出し、そのインピーダンスに基づいてヒータの発熱状態を制御することにより、酸素濃度センサの温度を所望の目標温度となるように精度良く制御することができる。
【００１３】
また、上記第２の目的を達成するために、第２発明による燃料噴射制御装置は、
内燃機関の排気通路に配置され、理論空燃比を境として、排気中の空燃比に応じて出力レベルが変化する出力特性を有する酸素濃度センサ（１７）と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（２１〜２４）と、
運転状態検出手段による検出結果に基づき、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリッチシフトと、空燃比が理論空燃比よりもリーン側に変化したときの出力レベルの変化を遅くするリーンシフトとの少なくとも一方を行うように、酸素濃度センサの出力特性を変更する出力特性変更手段（２５）と、
出力特性変更手段により変更された出力特性に従って変化する酸素濃度センサの出力レベルに応じて、内燃機関への燃料噴射量を制御する制御手段（２５）と、を備え、
出力特性変更手段は、酸素濃度センサのマイナス側出力端子に対して、オフセット電圧を出力するオフセット電圧出力回路（４７）を有し、当該オフセット電圧出力回路が出力するオフセット電圧を変化させることにより、酸素濃度センサの出力特性を変更することを特徴とする。
【００１４】
例えば、酸素濃度センサのマイナス側出力端子に対して出力されたオフセット電圧を低下させると、酸素濃度センサの出力レベルは全体的に減少方向にシフトされる。このため、例えば酸素濃度センサとして、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である場合にはハイレベルの電圧を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーン側である場合にはローレベルの電圧を出力するものを用いた場合、オフセット電圧の低下により、リッチシフトとしての出力特性の変更が行われる。逆に、オフセット電圧を増大させると、酸素濃度センサの出力レベルは全体的に増加方向にシフトされる。このため、オフセット電圧の増大により、リーンシフトとしての出力特性の変更が行われる。
【００１５】
そして、オフセット電圧の変化により酸素濃度センサの出力特性を変更するようにすると、オフセット電圧を変化させたにも係わらず、酸素濃度センサの出力レベルが変化しない場合、容易にグランドショート等の異常が発生していることを検出することが可能となる。
【００１６】
なお、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。
【００１７】
また、上述した特徴以外の本発明の特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態に係る、エンジン制御システムの全体構成を示す構成図である。
【図２】Ｏ２センサのセンサ素子の断面構成を示す断面図である。
【図３】排気の空燃比とＯ２センサの出力電圧（起電力）との関係を示す出力特性図である。
【図４】ＥＣＵの内部の構成を機能ブロックとして示した図である。
【図５】Ｏ２センサの出力特性をリッチ側にシフトさせた場合の、空燃比の変化の様子を示したタイムチャートである。
【図６】Ｏ２センサの出力特性の変更処理を示すフローチャートである。
【図７】Ｏ２センサの出力特性の変更について説明するための説明図である。
【図８】マイコンにて行われるヒータ制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態によるエンジン制御システムの、ＥＣＵの内部の構成を機能ブロックとして示した図である。
【図１０】第２実施形態によるエンジン制御システムにおいて、Ｏ２センサの出力特性の変更について説明するための説明図である。
【図１１】第２実施形態において、Ｏ２センサの出力特性を変更するための処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、車載エンジンの排気管に設けられた酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）を用い、そのＯ２センサの出力に基づいてエンジンへの燃料噴射量のフィードバック制御を実施する燃料噴射制御装置を備えた車両用エンジン制御システムについて説明する。当該制御システムは、燃料噴射量の制御に加え、点火時期の制御等も実施する。図１は、本制御システムの全体構成を示す構成図である。
【００２０】
図１において、エンジン１０は、例えばガソリンエンジンであり、電子制御式のスロットルバルブ１１、燃料噴射弁１２、点火装置１３等を備えている。エンジン１０の排気管１４（排気通路）には排気浄化装置としての第１触媒１５ａ及び第２触媒１５ｂが設けられている。第１及び第２触媒１５ａ，１５ｂは、例えばいずれも三元触媒からなる。第１触媒１５ａの上流側にはＡ／Ｆセンサ１６が設けられ、第１触媒１５ａと第２触媒１５ｂとの間にはＯ２センサ１７が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１６は、排気の空燃比に略比例するＡ／Ｆ信号を出力する。また、Ｏ２センサ１７は、理論空燃比（ストイキ）を境として、排気の空燃比がリッチかリーンかに応じて異なるレベルの出力信号（起電力信号）を出力する。
【００２１】
さらに、本制御システムには、スロットルバルブ１１の開度を検出するスロットル開度センサ２１、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）クランク角信号を出力するクランク角センサ２２、エンジン１０の吸入空気量を検出するエアフローセンサ２３、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ２４等の各種センサが設けられている。これら各種のセンサが、内燃機関であるエンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段に相当する。
【００２２】
ＥＣＵ２５は、周知のように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（マイコン）を主体として構成されている。ＥＣＵ２５は、マイコンのＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン１０の運転状態に応じて各種制御を実施する。例えば、ＥＣＵ２５は、上記各種センサ等から各々信号を入力し、それらの各種信号に基づいて燃料噴射量や点火時期を演算して燃料噴射弁１２や点火装置１３を制御する。
【００２３】
特に、燃料噴射量制御に関して、ＥＣＵ２５は、エンジン回転数などから把握されるエンジン負荷に基づき、基本燃料噴射量を算出する。さらに、ＥＣＵ２５は、第１触媒上流側のＡ／Ｆセンサ１６の検出信号と、第１触媒下流側のＯ２センサ１７の検出信号とに基づいて空燃比フィードバック制御による基本燃料噴射量の補正を実施する。例えば、ＥＣＵ２５は、Ａ／Ｆセンサ１６により検出される実空燃比が、エンジン運転状態に基づいて設定される目標空燃比に一致するようにメインフィードバック制御を実施するとともに、Ｏ２センサ１７の検出信号に基づいてサブフィードバック制御を実施する。このとき、ＥＣＵ２５は、例えば目標空燃比をストイキ（理論空燃比）として空燃比フィードバック制御を実施する。
【００２４】
次に、Ｏ２センサ１７の構成を説明する。Ｏ２センサ１７はコップ型構造のセンサ素子を有している。図２は、Ｏ２センサ１７のセンサ素子の断面構成を示している。なお、実際には、Ｏ２センサ１７のセンサ素子は、保護カバーに収容された状態で、エンジン１０の排気管内に配設される。
【００２５】
Ｏ２センサ１７のセンサ素子は、コップ状の固体電解質層３２を有している。その固体電解質層３２の外表面には排気側電極層３３が設けられ、内表面には大気側電極層３４が設けられている。従って、排気側電極層３３と大気側電極層３４とは、固体電解質層３２を介して対向している。固体電解質層３２は、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｈＯ２、Ｂｉ２Ｏ３等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層３３，３４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。
【００２６】
固体電解質層３２にて囲まれる内部空間は大気室３５となっており、その大気室３５内にはヒータ３６が収容されている。ヒータ３６は、Ｏ２センサ１７を活性温度以上の温度に加熱するに十分な発熱容量を有している。Ｏ２センサ１７の活性温度は、例えば３５０〜４００℃程度である。大気室３５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。
【００２７】
上述した構成のセンサ素子において、固体電解質層３２の外側（電極層３３側）が排気雰囲気、同内側（電極層３４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極層３３，３４間で起電力が発生する。このような原理を利用し、Ｏ２センサは、排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかで異なる起電力が発生するように構成されている。
【００２８】
図３は、排気の空燃比とＯ２センサ１７の出力電圧（起電力）との関係を示す出力特性図である。図３において、横軸は空気過剰率λであり、λ＝１が理論空燃比（ストイキ）である。Ｏ２センサ１７は、図３に示すように、空気過剰率λが１未満か１よりも大きいか、すなわち空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比（ストイキ）付近で起電力が急変する特性を有する。例えば、燃料リッチ時のセンサ起電力は約１．０Ｖであり、燃料リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。
【００２９】
図４に示すように、Ｏ２センサ１７の排気側電極層（マイナス側電極）３３は接地され、大気側電極層（プラス側電極）３４は、センサ値入力回路４１に接続されている。ＥＣＵ２５は、排気の空燃比に応じたＯ２センサ１７の起電力に相当するセンサ信号が入力されるセンサ値入力回路４１を有する。センサ値入力回路４１は、センサ信号に対応する電圧信号を生成し、ＡＤコンバータ４３に出力する。ＡＤコンバータ４３は、入力されたアナログの電圧信号をデジタル信号に変換し、マイコン４５に出力する。マイコン４５は、デジタル信号に変換されたセンサ信号に基づいて、空燃比（リッチ又はリーン）を算出する。この際、マイコン４５は、エンジンの運転状態に基づき、Ｏ２センサ１７の出力特性の変更が必要であるか否かを判定する。そして、出力特性の変更が必要と判定したときには、デジタル値に変換されたセンサ信号を増加補正及び／又は減少補正する。これにより、従来の定電流回路のような専用の回路を用いることなく、Ｏ２センサ１７の出力特性を変更することが可能になる。なお、センサ信号の増加補正及び／又は減少補正によるＯ２センサ１７の出力特性の変更制御については、後に詳細に説明する。
【００３０】
また、ＥＣＵ２５は、Ｏ２センサのインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路４２を有する。このインピーダンス検出回路４２は、例えば、シャント抵抗を介して、直流又は交流電圧をＯ２センサ１７に印加する。その際の、シャント抵抗の抵抗値及びシャント抵抗とＯ２センサ１７との分圧比から、Ｏ２センサ１７のインピーダンスに応じた検出信号を生成する。この検出信号は、ＡＤコンバータ４４によってデジタル値に変換された後、マイコン４５に入力される。インピーダンス検出回路４２によるインピーダンス検出は、周期的に（例えば数百ｍｓ毎に）実行される。このインピーダンス検出の間は、Ｏ２センサから空燃比に応じたセンサ信号を取得することができないので、ＥＣＵ２５は、センサ値入力回路４１によるセンサ信号の入力を停止させる。
【００３１】
上述したマイコン４５によるセンサ信号の増加補正及び／又は減少補正によって、Ｏ２センサ１７の出力特性を狙い通りに変化させるには、酸素濃度センサの出力特性が安定した状態となっていることが望まれる。しかしながら、Ｏ２センサ１７の出力特性は、Ｏ２センサ１７の素子温度によって大きく変動する。そのため、Ｏ２センサ１７は、所定の目標温度に精度良く制御されることが好ましい。
【００３２】
ここで、Ｏ２センサ１７を構成する固体電解質は、温度の上昇に従ってインピーダンス（抵抗値）が低下する負特性を有する。つまり、Ｏ２センサ１７のインピーダンスは、素子温度と相関するため、そのインビーダンスから素子温度を高精度に推定することができる。そこで、本実施形態では、上述したように、インピーダンス検出回路４２を用いて、定期的にＯ２センサのインピーダンスを検出する。そして、マイコン４５は、検出したインピーダンスに基づいて、Ｏ２センサの素子温度が、活性温度以上の所定の目標温度（例えば、５５０℃）となるように、ヒータの発熱状態を制御する。
【００３３】
例えば、マイコン４５は、Ｏ２センサ１７の推定した素子温度と、目標温度との差分に基づき、ヒータ３６への通電電流のデューティ比を決定し、その決定したデューティ比をヒータ制御回路４６に出力する。ヒータ制御回路４６は、指示されたデューティ比に従ってオン、オフする電流をヒータ３６に通電する。このように、ヒータ３６に通電される電流量を制御することにより、Ｏ２センサ１７の素子温度を、目標温度に精度良く制御することができる。
【００３４】
次に、Ｏ２センサ１７の出力特性の変更制御について、詳しく説明する。エンジン１０の運転時には、通常、空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量がフィードバック制御される。このような通常運転時に、目標とする空燃比を僅かにリッチ側にずらすことができれば、ＨＣやＣＯの浄化率の低下を小さく抑えつつ、ＮＯｘの浄化率をより向上することができる。また、例えば、エンジン１０の温度が上昇した場合などは、空燃比がリッチとなるように燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０の温度の低下を促進することができる。逆に、始動時等、エンジン１０の温度が低下している場合などは、空燃比がリーンとなるように燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０の温度の上昇を早めることができる。このように、エンジン１０の運転状態に応じて、空燃比を変化させるニーズがある。
【００３５】
このようなニーズに対し、Ｏ２センサの出力特性を変更することで、そのニーズに応えるような制御を行うことが可能である。例えば、図５には、Ｏ２センサ１７の出力特性をリッチ側にシフトさせた場合の、空燃比の変化の様子を示している。Ｏ２センサ１７の出力特性をリッチ側にシフトさせた場合、まず、空燃比がリーンからリッチに変化したときに、ＥＣＵ２５が、そのリッチを検出するタイミング、すなわちリッチと判定するタイミングが遅れる。さらに、空燃比がリッチからリーンに変化したときには、ＥＣＵ２５が、リーンと判定するタイミングが早まる。このように、Ｏ２センサ１７の出力特性をリッチ側にシフトさせた場合には、リッチ検出の応答性が遅くなるとともに、リーン検出の応答性が早まる。その結果、目標空燃比がリッチ側にシフトされたことと等価の状態となり、実際の空燃比は、そのリッチ側にシフトされた空燃比を中心として変動することとなる。逆に、Ｏ２センサ１７の出力特性をリーン側にシフトさせた場合には、目標空燃比がリーン側にシフトされたことと等価な状態となる。
【００３６】
そのため、本実施形態では、エンジン１０の運転状態に基づいて、空燃比をリッチ側にずらすリッチシフト要求、もしくは空燃比をリーン側にずらすリーンシフト要求が生じているか否かを判定し、いずれかの要求が生じている場合には、Ｏ２センサ１７の出力特性を変更する。特に、本実施形態では、Ｏ２センサの出力特性の変更を、マイコン４５によるソフトウエア処理により実行する。このため、従来のように、定電流回路等の特別なハードウエア回路を設ける必要がなく、回路構成を簡素化することができる。
【００３７】
図６は、Ｏ２センサ１７の出力特性の変更処理を示すフローチャートである。以下、この図６のフローチャートを参照して、具体的な変更処理について説明する。
【００３８】
まず、ステップＳ１００では、各種のセンサからの信号に基づいて、エンジン１０の運転状態を検出する。続くステップＳ１１０では、検出されたエンジン運転状態に基づいて、リッチシフト要求、もしくはリーンシフト要求が生じているか否かを判定する。リッチシフト要求が生じている場合には、ステップＳ１２０に進み、リッチシフトを実行する旨を設定し、リーンシフト要求が生じている場合には、ステップＳ１３０に進んで、リーンシフトを行う旨を設定する。リッチシフト要求及びリーンシフト要求のいずれも生じていない場合には、そのままステップＳ１４０の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ１４０では、ＡＤコンバータ４３から、デジタル値に変換されたセンサ信号を取り込む。そして、ステップＳ１５０では、リッチシフトを実行する旨が設定されているか否かを判定する。もし、リッチシフトを実行する旨が設定されていれば、ステップＳ１６０に進み、デジタル値に変換されたセンサ信号に対して、所定値を減算処理する。このセンサ信号の減算処理として、空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定するための制御電圧に所定値を加算しても良い。センサ信号は制御電圧と大小比較されるため、センサ信号の減算処理は、制御電圧の加算処理と等価であるためである。
【００４０】
このように、Ｏ２センサ１７のセンサ信号の減算処理、あるいは制御電圧の加算処理を行うと、図７に示すように、Ｏ２センサ１７のセンサ信号は、制御電圧に対して、相対的にリッチ側にシフトされることになる。この結果、リッチ判定されるタイミングが遅くなるとともに、リーン判定されるタイミングが早まる。そのため、Ｏ２センサ１７のセンサ信号に基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるように制御される。
【００４１】
ステップＳ１５０において、リッチシフトを実行する旨の設定は行われていないと判定された場合には、ステップＳ１７０に進み、リーンシフトを実行する旨が設定されているか否かを判定する。リーンシフトを実行する旨が設定されていると判定されると、ステップＳ１８０に進み、デジタル値に変換されたセンサ信号に対して、所定値を加算処理する。このセンサ信号の加算処理として、空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定するための制御電圧から所定値を減算しても良い。
【００４２】
このように、Ｏ２センサ１７のセンサ信号の加算処理、あるいは制御電圧の減算処理を行うと、図７に示すように、Ｏ２センサ１７のセンサ信号は、制御電圧に対して、相対的にリーン側にシフトされることになる。この結果、リッチ判定されるタイミングが速くなるとともに、リーン判定されるタイミングが遅くなる。そのため、Ｏ２センサ１７のセンサ信号に基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように制御される。
【００４３】
なお、上述したセンサ信号に対して加算もしくは減算する所定値は、予め定めた一定値であっても良いし、エンジン１０の運転状態に応じて決定される可変値であっても良い。
【００４４】
続くステップＳ１９０では、センサ信号と、制御電圧とを比較することによって、空燃比がリッチであるかリーンであるかの判定を行う。そして、ステップＳ２００において、ステップＳ１９０の判定結果に基づいて、燃料噴射量の調整（補正）を行う。
【００４５】
次に、マイコン２５にて行われるヒータ制御処理について、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４６】
まず、ステップＳ３００において、インピーダンス検出回路４２に、Ｏ２センサ１７のインピーダンス検出を行わせ、その検出されたインピーダンスに相当する検出信号をＡＤコンバータ４４を介して取り込む。このとき、上述した図６の処理の実行は停止される。すなわち、インピーダンス検出期間中は、Ｏ２センサ１７のセンサ信号の検出等の処理は停止される。
【００４７】
続くステップＳ３１０では、検出されたインピーダンスに基づいて、Ｏ２センサ１７の素子温度を推定する。ステップＳ３２０では、推定した素子温度と目標温度との大小関係を判定する。そして、素子温度と目標温度とが等しいとみなせる場合には、ステップＳ３３０に進んで、ヒータ電流を維持するよう、ヒータ制御回路４６に指示する。推定した素子温度が目標温度よりも大きい場合には、ステップＳ３４０に進んで、ヒータ電流を低減するよう指示する。推定した素子温度が目標温度よりも小さい場合には、ステップＳ３５０に進んで、ヒータ電流を増大するよう指示する。
【００４８】
このような処理を行うことにより、Ｏ２センサ１７の素子温度を目標温度に精度良く制御することができる。従って、マイコン４５によるＯ２センサの出力特性の補正も狙い通りに精度良く行うことが可能になる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００５０】
本実施形態による燃料噴射制御装置も、第１実施形態と同様に、車両用エンジン制御システムの一部として構成される。そして、本実施形態における車両用エンジン制御システムは、第１実施形態のエンジン制御システムと、ＥＣＵ２５の内部構成を除いて、共通の構成を有する。以下、構成上、第１実施形態と異なる部分について説明する。
【００５１】
本実施形態では、図９に示されるように、ＥＣＵ２５の内部に、オフセット電圧発生回路４７が設けられている。このオフセット電圧発生回路４７は、Ｏ２センサ１７の排気側電極層（マイナス側電極）３３に接続されている。そして、オフセット電圧発生回路４７は、マイコン４５からの指示に応じて、発生するオフセット電圧を変化させることが可能なものである。例えば、オフセット電圧発生回路４７はＤＡコンバータを備え、このＤＡコンバータにより、マイコン４５から指示された電圧を発生するものであっても良い。
【００５２】
本実施形態では、オフセット電圧発生回路４７が発生するオフセット電圧を変化させることにより、Ｏ２センサ１７の出力特性を変更する。例えば、Ｏ２センサ１７のマイナス側電極に対して出力されるオフセット電圧を初期オフセット電圧から低下させると、図１０に示されるように、Ｏ２センサ１７が出力するセンサ信号は、全体的に減少方向にシフトされる。すなわち、オフセット電圧の低下により、リッチシフトとしての出力特性の変更が行われる。逆に、オフセット電圧を増大させると、Ｏ２センサ１７のセンサ信号は全体的に増加方向にシフトされる。すなわち、オフセット電圧の増大により、リーンシフトとしての出力特性の変更が行われる。
【００５３】
なお、オフセット電圧発生回路４７は、リッチシフトやリーンシフトを行わないとき、初期オフセット電圧Ｖｔｈを発生する。Ｏ２センサ１７は、この初期オフセット電圧が出力されたとき、理論空燃比（λ＝１）近傍で出力レベルが変化するように構成されている。
【００５４】
このように、オフセット電圧の変化によりＯ２センサ１７の出力特性を変更するようにすると、オフセット電圧を変化させたにも係わらず、Ｏ２センサ１７の出力レベルが変化しない場合、容易にグランドショート等の異常が発生していることを検出することが可能となる。
【００５５】
このようなオフセット電圧の変化によりＯ２センサ１７の出力特性を変更するための処理を、図１１のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
ステップＳ４００〜Ｓ４３０の処理は、図６のフローチャートのステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理と同様であり、エンジン１０の運転状態に基づき、リッチシフト要求もしくはリーンシフト要求が生じているか否かを判定し、そのような要求が生じている場合には、リッチシフト設定やリーンシフト設定を行う。
【００５７】
ステップＳ４４０では、リッチシフトを実行する旨が設定されているか否かを判定する。もし、リッチシフトを実行する旨が設定されていれば、ステップＳ４５０に進み、オフセット電圧発生回路４７が発生するオフセット電圧を、初期オフセット電圧Ｖｔｈよりも低い値に設定する。ステップＳ４４０において、リッチシフトを実行する旨の設定は行われていないと判定された場合には、ステップＳ４６０に進み、リーンシフトを実行する旨が設定されているか否かを判定する。リーンシフトを実行する旨が設定されていると判定されると、ステップＳ４７０に進み、オフセット電圧発生回路４７が発生するオフセット電圧を、初期オフセット電圧Ｖｔｈよりも高い値に設定する。リッチシフトもリーンシフトも設定されていない場合には、処理は、ステップＳ４８０に進み、オフセット電圧発生回路４７が発生するオフセット電圧を、初期オフセット電圧Ｖｔｈに等しい値に設定する。
【００５８】
このようにして、オフセット電圧が設定されると、マイコン４５は、その設定したオフセット電圧を発生するようにオフセット電圧発生回路４７に指示する。これにより、オフセット電圧発生回路４７は、指示されたオフセット電圧を発生する。
【００５９】
そして、ステップＳ４９０では、オフセット電圧により出力特性が調節されたＯ２センサ１７のセンサ信号を、ＡＤコンバータ４３によってデジタル変換した上で取り込む。ステップＳ５００では、センサ信号と制御電圧とを比較することによって、空燃比がリッチであるかリーンであるかの判定を行う。そして、ステップＳ５１０において、ステップＳ５００の判定結果に基づいて、燃料噴射量の調整（補正）を行う。
【００６０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することができる。
【００６１】
例えば、上述した各実施形態では、エンジン１０の運転状態に応じて、リッチシフトとリーンシフトとの両方を選択的に行うようにしたが、リッチシフトとリーンシフトとのいずれかを行うものであっても良い。
【００６２】
また、上述した各実施形態では、リッチシフトを行う場合、リッチ検出の応答性を遅くするとともに、リーン検出の応答性を早めるようにした。また、リーンシフトを行う場合、リッチ検出の応答性を早めるようにするとともに、リーン検出の応答性を遅くするようにした。しかしながら、リッチシフトを行う場合、リッチ検出の応答性を遅くするが、リーン検出の応答性は変更しないようにしても良い。そのようにするためには、例えば、上述した第１実施形態において、空燃比が、リーンからリッチに変化するときだけ、センサ値に対して減算処理を行えば良い。同様に、リーンシフトを行う場合、空燃比が、リッチからリーンに変化するときだけ、センサ値に対して加算処理を行うようにしてリーン検出の応答性を遅くするが、リッチ検出の応答性は変更しないようにしても良い。
【符号の説明】
【００６３】
１０  エンジン
１２  燃料噴射弁
１５ａ、１５ｂ  触媒
１７  酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）
２５  ＥＣＵ
３６  ヒータ
４１  センサ値入力回路
４２  インピーダンス検出回路
４３、４４  ＡＤコンバータ
４５  マイコン
４６  ヒータ制御回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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