(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒コンバータと直列のエンジン排気中に配置した排気ガス酸素センサの出力を補正するためのエンジン空気／燃料制御方法において、
センサ出力と基準値との比較に応答してエンジン空燃比を制御する段階と、
試験期間の間に開ループでエンジン空燃比操作を所定の空燃比の十分リッチ側にオフセットし次いで十分リーン側にオフセットしてセンサ出力を各々飽和リッチ指示状態と飽和リーン指示状態へ強制する段階と、
センサ出力を変移させて飽和リッチ指示状態の出力振幅と飽和リーン指示状態の出力振幅との間の中点を前記基準値に整合させる段階と、
を含むエンジン空気／燃料制御方法。
【請求項２】
第１項記載の方法において、センサ出力と前記基準値の前記比較を積分することにより帰還制御信号を発生し、前記帰還制御信号に応答してエンジンへ流す燃料を調節する段階をさらに含む方法。
【請求項３】
第２項記載の方法において、前記帰還制御信号に応答して燃料を調節する段階は前記試験期間の間消勢される方法。
【請求項４】
第１項記載の方法において、前記センサ出力は前記中点から前記基準値を減算することにより発生された電圧偏移だけ変移される方法。
【請求項５】
第４項記載の方法において、センサ安定度の指示を与えるため前記電圧偏移を平均する段階をさらに含む方法。
【請求項６】
第５項記載の方法において、センサ安定度を指示する前記段階は、前記電圧偏移と前記平均電圧変移との間の絶対差を所定値と比較する段階を含む方法。
【請求項７】
第６項記載の方法において、前記比較試験が受け入れ可能なセンサ安定度を示した後に前期試験を所定時間遅延させる段階をさらに含む方法。
【請求項８】
第１項記載の方法において、エンジン始動後所定時間の間前記試験を消勢する段階をさらに含む方法。
【請求項９】
第２項記載の方法において、コンバータの下流に配置した排気ガス酸素センサから得られた誤差信号に応答して前記帰還制御信号を調節する段階をさらに含み、エンジンへ送る燃料を調節する前記段階は前記調節した帰還変数に応答する方法。
【請求項１０】
第９項記載の方法において、前記誤差信号は、前記下流センサの出力と所定の基準との間の差を積分することにより発生される方法。
【請求項１１】
触媒コンバータと直列のエンジン排気中に配置した排気ガス酸素センサの出力を補正するためのエンジン空気／燃料制御方法において、
センサ出力と基準値との比較に応答してエンジン空燃比を制御する段階と、
エンジン空燃比操作を所定時間の間に開ループでまず理論空燃比より十分リッチ側にオフセットし次いで十分リーン側にオフセットしてセンサ出力を各々飽和リッチ指示状態と飽和リーン指示状態へ強制する試験期間の間に補正電圧を発生する段階であって、前記補正電圧は前記飽和リッチ指示状態のセンサ出力と前記飽和リーン指示状態のセンサ出力振幅の両振幅に関係する値から前記基準を減算することにより発生される前記段階と、
前記補正電圧により前記センサ出力を補正する段階と、
所定数の試験期間に渡った前記補正電圧の平均に応答してセンサ安定度を指示する段階と、
を含むエンジン空気／燃料制御方法。
【請求項１２】
第１１項記載の方法において、前記飽和リッチ指示状態のセンサ出力振幅と前記飽和リーン指示状態のセンサ出力振幅とに関係する前記値は、前記飽和指示状態のセンサ出力振幅の中点に選択されている方法。
【請求項１３】
第１１項記載の方法において、前記エンジン空燃比制御段階は、コンバータの下流に配置した排気ガス酸素センサの出力と所定値との間の差を積分することにより得られる誤差信号にも応答する方法。
【請求項１４】
第１１項記載の方法において、エンジン空燃比を制御する前記段階は前記試験期間の間センサ出力とは独立にされる方法。
【請求項１５】
触媒コンバータの上流のエンジン排気中に配置された排気ガス酸素センサの出力を補正するためのエンジン空気／燃料制御方法において、
コンバータの下流に配置された排気ガス酸素センサから得た信号と所定値との間の差に関係する誤差信号を発生する段階と、
上流センサ出力と基準値との間の差を積分することにより得られた帰還変数に応答してエンジン空燃比の帰還制御を行う段階であって、前記帰還制御は前記誤差信号に応答する前記段階と、
試験期間の間前記帰還制御を消勢する段階と、
試験期間の間に開ループでエンジン空燃比操作を所定の空燃比より十分リッチ状態にオフセットし次いで十分リーン状態にオフセットしてセンサ出力をその各々の飽和リッチ指示状態と飽和リーン指示状態とに強制する段階と、
前記飽和リッチ指示状態と前記飽和リーン指示状態のセンサ出力振幅間の中点と前記基準との間の差に関係する電圧偏移を決定する段階と、
前記試験期間の間にエンジン運転状態に関係する記憶値に対する前記電圧偏移の補正比を発生する段階と、
前記補正比をエンジン運転状態から得た推測補正に乗算することにより得られた補正電圧により前記上流センサ出力を補正する段階と、
所定数の試験期間に渡って前記補正電圧を平均し、前記試験期間の間に前記補正電圧と前記平均補正電圧との間の絶対差を所定の基準と比較することによりセンサ安定度を指示する段階と、
を含むエンジン空気／燃料制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
発明の分野は排気ガス酸素センサに応答してエンジン空気／燃料（以下空燃）操作を保守する制御装置に関係する。特別な面として、本分野はＥＧＯセンサ出力の補正に関係する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス酸素センサに応答する空燃比帰還制御装置は公知である。センサ出力はセンサ出力の期待されるピーク対ピーク変移のほぼ中点の値に選らばれた基準値と通常比較される。理想的には、エンジン空燃比が理論空燃比（ｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ  ）のような所定の空燃比よりも濃い（リッチ）側かまたは薄い（リーン）側のどちらかである場合を示す２状態信号をこれにより発生する。劣化または低温によるセンサ出力の変動を補償する試みの中で、米国特許第４、１７０、９６５  号ではＲＣフィルタを介してセンサ出力を時間平均し、この時間平均値を基準値として使用する方法を開示している。
【０００３】
本明細書の発明者は上記の方法にいくつかの問題点を認めた。比較基準としてＥＧＯセンサの時間平均値を使用することはＥＧＯセンサ出力のピーク対ピーク変移の中点による基準と必ずしも整合していない。例えば、センサ出力が非対称な時、すなわちセンサ出力が５０パーセントのデューティサイクル以外の時、基準電圧はピーク対ピーク・センサ出力の中点とは整合していない。それ故２状態信号の切り変わり点は触媒コンバータのピーク効率動作窓（領域）と完全には整合していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はセンサの老化または低温により生じるＥＧＯセンサ出力の電圧変化を補正することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
触媒コンバータと直列のエンジン排気中に配置した排気ガス酸素センサの出力を補正するためのエンジン空燃比制御装置と方法を提供することにより上記の目的は達成され、従来の方法の欠点は克服される。本発明の一つの特徴として、本方法は、基準値とセンサ出力との比較に応答してエンジン空燃比を制御する段階と、試験期間の間にエンジン空燃比操作を所定の空燃比の内十分濃く（リッチ）次いで十分薄く（リーン）してセンサ出力を各々飽和リッチ指示状態と飽和リーン指示状態へ強制する段階と、センサ出力を移動させて飽和リッチ指示状態の出力振幅と飽和リーン指示状態の出力振幅との間の中点を基準値に整合させる段階と、を含む。補正電圧を発生する段階は、中点から基準値を減算することにより基準値からのセンサ出力の電圧偏移を決定する段階をさらに含むことが望ましい。この電圧偏移と平均電圧変移との間の絶対差を所定値と比較することにより効率の値も得られる。
【０００６】
本発明の上記特徴の利点は、補正後に、各飽和出力状態間の中点が実質的に基準値にくることである。これにより大きなダイナミック・レンジと低雑音感度が実現する。
【０００７】
【実施例】
コントローラ１０は図１のブロック線図で従来のマイクロコンピュータとして図示され、マイクロプロセッサ装置１２、ディジタル及びアナログ両入力を含む入力ポート１４、ディジタル及びアナログ両入力を含む出力ポート１６、制御プログラムを記憶する読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１８、カウンタまたはタイマにも使用される一時データ記憶用のランダム・アクセスメモリ（ＲＡＭ）２０、学習値を記憶するキープアライブ・メモリ（ＫＡＭ）２２、及び従来のデータバスを含む。
【０００８】
この特定の例では、触媒前排気ガス酸素（ＥＧＯ）センサ３４は従来の触媒コンバータ３８の上流のエンジン２４の排気マニフォールド３６に結合されているのが図示されている。触媒後ＥＧＯセンサ４０は従来の触媒コンバータ３８の下流の後部パイプ４２に取り付けてあるのが図示されている。
【０００９】
吸気マニフォールド４４は中に配置した１次スロットル板４８を有するスロットル本体（ボディ）４６に結合されているのが図示されている。スロットル本体４６はまたコントローラ１０からのパルス幅信号ｆｐｗに比例して液体燃料を送入するためこれに結合された燃料噴射器５０を有しているのが図示されている。燃料タンク５２、燃料ポンプ５４、燃料パイプ５６を含む従来の燃料系により燃料は燃料噴射器５０に送られる。
【００１０】
図２Ａと図２Ｂに示すように、飽和リッチ及び飽和リーン指示状態間のＥＧＯセンサ３４の出力振幅の階段変化は、特定のセンサに対して予め決まっている空燃比（ＡＦＲ）で発生する中点を有する。本明細書の発明者は、所定の比ＡＦＲは理論空燃比、すなわちコンバータの効率窓とは一致しないことを発見した。さらに、飽和出力状態間の中点はＥＧＯセンサの老化と温度により移動する。
【００１１】
信号ＥＧＯＳは、以後詳細に説明するように、本例で図示されている基準電圧（線路３２）とＥＧＯセンサ３４の出力電圧（線路３０）を比較することによりＥＧＯセンサ３４からの出力階段変化のピーク対ピーク変移の中点で発生される。信号ＥＧＯＳは、燃焼ガスがＥＧＯセンサ３４からの出力中点に対応する空燃比のリッチ側かリーン側かのどちらであるかを指示する２状態信号である。本明細書で以後詳細に説明するように、図２Ａと図２Ｂ中の破線３１と３３は、各々ＥＧＯセンサの老化と温度変動に伴って発生しうるＥＧＯセンサ３４出力と信号ＥＧＯＳの移動を表す。
【００１２】
エンジン２４を制御するコントローラ１０により実行される液体燃料送出ルーチンの流れ図を図３に示す流れ図を参照して以下に説明を開始する。所要液体燃料の開ループ計算を段階３００で計算する。特に、センサ２６からの吸入空気質量流量（ＭＡＦ）の測定値を理論空燃比燃焼と相関した所要の空燃比（ＡＦｄ）により割り算する。閉ループ、すなわち帰還制御が必要であることを決定した後（段階３０２）、段階３０４で開ループ燃料計算は燃料帰還変数ＦＦＶにより調整されて所要の燃料信号ｆｄを発生する。この所要燃料信号は燃料パルス幅信号ｆｐｗに変換されて燃料噴射器５０を駆動する（段階３０６）。
【００１３】
ここで燃料帰還変数ＦＦＶを発生するためコントローラ１０により実行される空燃帰還ルーチンを図４に示す流れ図を参照して以下に説明する。段階４１０で閉ループ空燃制御が必要であることを決定した後、ＥＧＯセンサ３４から得た修正出力電圧ＶＭＰＲＥは、図５と図６を参照して以後に詳細に説明する振幅補正ルーチンから読み込まれる（段階４１２）。これもまた本明細書で以後詳細に説明するように、ＥＧＯセンサ３４の階段出力は、触媒後（下流）排気帰還信号ＰＣＦＳに応答してＥＧＯセンサ３４にバイアスを与えて出力の階段変化をコンバータの効率窓へ移動させることにより修正されるまたは移動される。
【００１４】
２状態排気ガス酸素センサ信号ＥＧＯＳは修正出力電圧ＶＭＰＲＥを基準３２（図２Ａ参照）と比較することにより発生される。信号ＥＧＯＳは低いが（段階４１６）、マイクロプロセッサ１０の前のバックグラウンドループ（主ルーチン）の時は高かった時には（段階４１８）、所定の比例項ｐｊを帰還変数ＦＦＶから減算する（段階４２０）。信号ＥＧＯＳが低く（段階４１６）、かつ前のバックグラウンドループでも低かった時は（段階４１８）、所定の積分項Δｊが帰還変数ＦＦＶから減算される（段階４２２）。
【００１５】
同様に、信号ＥＧＯＳが高く（段階４１６）、かつコントローラ１０の前の背景ループの間も高い時は（段階４２４）、積分項Δｉを帰還変数ＦＦＶに加算する（段階４２６）。信号ＥＧＯＳは高いが（段階４１６）、前の背景ループの間低かった時（段階４２４）、比例項Ｐｉを帰還変数ＦＦＶに加算する（段階４２８）。
【００１６】
ＥＧＯセンサ３４の振幅出力の移動に対する適応補正を図５と図６を参照して以下に説明する。閉ループまたは帰還空燃比制御が付勢された後（段階５４０）、エンジン速度と負荷が読み取られ（段階５４２）、所定の範囲内ならば（段階５４４）記憶される（段階５４６）。次いで閉ループ帰還制御は消勢される（段階５６０）。
【００１７】
帰還空燃制御が消勢されている間、段階５６６で濃い開ループ・オフセットがエンジン空燃比に印加される。この濃いオフセットはＥＧＯセンサ３４を飽和リッチ指示状態にするのに十分大きい。同時に、カウンタＴＤは段階５６８でゼロにリセットされる。エンジン回転数と負荷が前に記憶したｒｐｍ（エンジン回転数）と負荷値の所定の範囲ＤＥＬＴＡ内にある時（段階５７０と５７２）、カウンタＴＤは量ΔＴ１だけ増分される（段階５７６）。リッチオフセットがＥＧＯセンサ３４に到達するのに十分な時間を与える最大カウントＴ１にカウンタＴＤが到達した時（段階５７８）、ＥＧＯセンサ３４の出力電圧を読み取り（段階５８２）、値ＶＨとして記憶する（段階５８４）。
【００１８】
以後、リッチ開ループ空燃指令は消勢され、段階５９０でリーン開ループ空燃指令が付勢される。リーンオフセットはＥＧＯセンサ３４をリーン飽和指示状態にするのに十分薄い。カウンタＴＤが最大値Ｔ１に到達するまでリッチ空燃オフセットに対して上述した操作をリーン操作に対しても繰り返す（段階５６８−５７８）。次いでＥＧＯセンサ３４を読み取り（段階５８２）、その出力電圧を電圧ＶＬとして記憶する（段階５９２−５９４）。
【００１９】
上述の操作中のどの時にでも、エンジン回転数と負荷が前に記憶した値（段階５４６）を量ＤＥＬＴＡ越えた場合（段階５７２）、帰還空燃制御は復帰され、リッチ／リーン空燃指令は取り除かれる（段階５９６）。
【００２０】
高低電圧ＶＨとＶＬを記憶した後、段階６０２でその平均を決定する。別の言い方をすると、エンジン２４を所定時間の間リッチとし、以後リーンに操作する試験期間の間に、ＥＧＯセンサ３４の飽和出力でのピーク対ピーク走行の平均値を計算する。次いで段階６０４の間に初期の中点基準（図２Ａの線路３２参照）からのこの平均値の偏移を決定し、その出力信号をＶＳＨＦＴ０と指示する。次いで段階６０８の間にエンジンｒｐｍと負荷をその入力として有する検索表から推測電圧偏移ＶＳＨＦＴＴを読み取る。検索表からの電圧偏移ＶＳＨＦＴＴを上述の試験の間に観察したまたは計算した電圧偏移ＶＳＨＦＴ０で割り算することにより相関比ＶＣＯＲを決定する（段階６１０）。次いで段階６１２の間にリーン空燃指令は取り除かれて帰還空燃閉ループ制御が復帰し、これにより適応学習課程は完了する。
【００２１】
適応的に補正比ＶＣＯＲを学習すると、これは以下のように帰還空燃制御の間に適用される。エンジンｒｐｍと負荷を入力として有する検索表から実際の電圧移動ＶＳＨＦＴＡを読み取る。次いで補正比ＶＣＯＲを電圧移動ＶＳＨＴＡに乗算することにより電圧移動ＶＳＨＦＴ１を決定する。従って、適応的に学習した補正比が検索値に乗算されて老化や温度変動のような要因に起因するＥＧＯセンサ３４出力の変動を補正する。
【００２２】
ＥＧＯセンサ３４出力の実際の値は段階６２０で以後信号ＶＰＲＥとしてサンプルされる。段階６２４の間に、サンプルされたＥＧＯセンサ出力ＶＰＲＥは前に決定された電圧ＶＳＨＦＴ１を減算することにより変更されるまたは補正される。段階６２６の間に、生成した変更電圧（ＶＭＰＲＥ）は段階４１２（図４参照）へ移され、閉ループ帰還空燃制御は本明細書で前述したように実行される。段階６２８で、観察した電圧移動ＶＳＨＦＴＯは図７を参照して以下に説明されるＥＧＯセンサ指示ルーチンの段階６５０へ移される。
【００２３】
ここで図７を参照すると、図５と図６を参照して前述された適応学習ルーチンの段階６２８から観察電圧偏移ＶＳＨＦＴＯが読み取られる（段階６５０）。次いで段階６５２で最近の５つの観察電圧偏移（ＶＳＨＦＴＯ）の回転平均が計算されて平均電圧ＶＳＡＶＧを発生する。段階６５６でバックグラウンドループ・カウンタのカウントをバックグラウンドループの所定数Ｎ１と比較する。Ｎ１バックグラウンドループ以下しか実行されていない時、ループ・カウンタは１つ増分されて（段階６５８）、図５と図６の段階５４０−６２８を参照して説明した適応学習ルーチンは所定の時間Ｔ２の間消勢される（段階６６０）。段階６５６−６６０の効果は、エンジン操作の開始後安定した回転平均値ＶＳＡＶＧを確立するまで電圧偏移ＶＳＨＦＴＯの適応学習を遅らせるためである。
【００２４】
バックグラウンドループの数がＮ１を越えると（段階６５６）、平均電圧偏移ＶＳＡＶＧとこの特定のバックグラウンドループの観察電圧偏移ＶＳＨＦＴＯとの間の絶対差を所定値Ｖ１と比較する。この絶対差が値Ｖ１を越えてＥＧＯセンサ出力が望むものより安定でないことを示した時、フラグ・カウンタが１つ増分される（段階６６８）。フラグ・カウンタが所定値Ｎ２を越えると（段階６７０）、ＥＧＯセンサ・フラグが段階６７２でセットされる。平均電圧偏移ＶＳＡＶＧとこの特定のバックグラウンドループの観察電圧偏移ＶＳＨＦＴＯとの間の絶対差が所定値Ｖ１より小さい時、図５と図６を参照して本明細書で前述した適応学習段階５４０−６２８は所定時間Ｔ３の間遅延される。このようにして、ＥＧＯセンサ３４が本来の通り動作している指示が与えられた時は、帰還空燃制御の開ループ割り込みは適応学習ルーチンにより最小にされる。
【００２５】
本発明を実践する１実施例をの例を本明細書で説明してきたが、説明可能な多数の他の例がある。例えば、アナログ素子と個別ＩＣの他の組み合わせを用いてセンサ電極の電流を有利に発生できる。それ故本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
本明細書で特許請求する本発明の目的と利点そしてその他は、添付の図面を参照して本発明を用いる利点を示す実施例の１例を読み取ることによりさらに明らかに理解できる。
【図１】本発明を用いて利点がある実施例のブロック線図である。
【図２】排気ガス酸素センサの関係する各種出力を図示する図であって、Ａは空燃比とＥＧＯセンサ出力電圧のグラフ、Ｂは信号ＥＧＯＳの図である。。
【図３】図１に図示した実施例の各部分により実行される各種の段階を図示する高レベル流れ図。
【図４】図１に図示した実施例の各部分により実行される各種の段階を図示する高レベル流れ図。
【図５】図５と図６は一連の流れ図で、図１に図示した実施例の各部分により実行
される各種の段階を図示する高レベル流れ図。
【図６】図５と図６は一連の流れ図で、図１に図示した実施例の各部分により実行
される各種の段階を図示する高レベル流れ図。
【図７】図１に図示した実施例の各部分により実行される各種の段階を図示する高レベル流れ図。
【符号の説明】
１０    コントローラ
１２    マイクロプロセッサ
１４    入力ポート
１６    出力ポート
１８    読み取り専用メモリ
２０    ランダムアクセス・メモリ
２２    キープアライブ・メモリ
２４    エンジン
３４、４０    排気ガス酸素センサ
３６    排気マニフォールド
３８    触媒コンバータ
４４    吸気マニフォールド
４６    スロットル本体
５０    燃料噴射器。
【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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