(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
限界電流式の酸素センサと、該酸素センサを加熱する加熱手段と、前記酸素センサに第１の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出し、所定の切り替え周期で前記酸素センサに第２の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記酸素センサの内部抵抗を検出する検出手段と、該検出手段により検出された内部抵抗に基づいて前記加熱手段による前記酸素センサの加熱を制御する加熱制御手段とを有する酸素濃度検出装置において、
前記所定の切り替え周期より短い周期で、前記酸素センサの出力電流値に基づいて酸素濃度値をサンプリングし、該サンプリングされた酸素濃度値を記憶する記憶手段と、前記検出手段により前記酸素センサに前記第２の電圧が印加されているときの酸素濃度を前記記憶手段に記憶された酸素濃度値に基づいて推定する酸素濃度推定手段とを有することを特徴とする酸素濃度検出装置。
【請求項２】
前記推定手段による酸素濃度の推定は、前記検出手段により前記酸素センサに前記第２の電圧が印加される直前及び直後に各々サンプリングされ前記記憶手段に記憶された酸素濃度値に基づいて補間演算することによりなされることを特徴とする請求項１記載の酸素濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば内燃機関の排気ガス等の媒体中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出装置に関し、特に限界電流式酸素センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）を用いる酸素濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＡＦセンサの出力を用い、その活性温度範囲内では、ある正の印加電圧に対する出力電流値が酸素分圧に比例するというＬＡＦセンサの特性を利用して、内燃機関の排気ガス等の媒体中の酸素濃度をリニアに検出するようにした酸素濃度検出装置が従来より知られている（特開昭５９−１６３５５６号公報）。ＬＡＦセンサは自身の温度によりその限界電流特性が変化するため、検出精度を維持するためにはＬＡＦセンサを所定の活性温度範囲内に常に制御する必要がある。そこで上記従来の酸素濃度検出装置では、ＬＡＦセンサに負の電圧を印加するとその出力電流値が酸素分圧に依存せず温度に比例した値になるという性質を利用して、例えば所定の負の電圧を印加したときの内部抵抗を検出し、その値が一定となるようにＬＡＦセンサをヒータによって加熱制御することにより活性状態を常に維持するようにしている。
【０００３】
ところで、このＬＡＦセンサの出力は種々の制御に利用されるが、例えば現代制御理論を用いた内燃機関の空燃比フィードバック制御等で見られるように、ＬＡＦセンサの出力を用いてオブザーバや最適レギュレータ等の漸化式形式の制御器等により精巧な制御を行う場合には、ＬＡＦセンサの出力のサンプル値群の中から最適な値を採択する必要から、非常に短い周期でサンプリングしたＬＡＦセンサの出力値を必要とする（特願平７−６１７８３号、特願平７−６１７８４号等）。
【０００４】
ところが、従来の酸素濃度検出装置では、媒体中の酸素濃度を検出するための印加電圧（正）とＬＡＦセンサの内部抵抗を検出するための印加電圧（負）とは互いに異なる値であるので、上記酸素濃度検出及び内部抵抗検出を同時に行うことはできず、上記互いに異なる電圧を一定の周期毎に切り替えて（時分割的に）印加するようにしている。従って、少なくとも内部抵抗を検出している期間内は酸素濃度の検出が中断され、上記精巧な制御が酸素濃度検出中断期間におけるサンプル値を採択した場合には、真の検出値を得ることができない。また、短いサンプリング周期による検出値を必要としない制御であっても、検出値を要求するタイミングが酸素濃度検出中断期間と一致する場合には同様の問題が生じる。
【０００５】
この不具合を解消すべく、ＬＡＦセンサの内部抵抗の検出開始直前に検出した酸素濃度値を次回の酸素濃度検出の開始時まで保持し、この保持した値を酸素濃度検出中断期間における酸素濃度検出値とみなすようにした手法が考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法では、ＬＡＦセンサの内部抵抗の検出開始直前に検出した酸素濃度値を次回の酸素濃度検出の開始時まで保持した値は、酸素濃度検出中断期間における真の酸素濃度検出値に対して必ずしも一致しないので、気筒別の空燃比の推定が不正確となる等、本来の精巧な制御を十分に達成できない場合があった。
【０００７】
例えばオブザーバにおいて、ＬＡＦセンサの出力のサンプル値群の中から酸素濃度検出中断期間におけるサンプル値を採択した場合には、本来検出したい気筒（例えば＃２）の酸素濃度として、実際に検出したならば得られたであろう値よりもむしろ前の気筒（例えば＃４）の酸素濃度により近い値（保持値）が与えられることがあり得る。このような場合は、上記保持値から算出した空燃比と真の空燃比との食い違いが大きくなり、気筒別の空燃比の推定が不正確となる結果、空燃比フィードバック制御が目標空燃比に収束しなかったり発散したりするおそれがあった。
【０００８】
このように、現代制御等のＬＡＦセンサ酸素濃度検出値を用いた種々の精巧な制御による効果を十分に発揮させる上で改善の余地があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、限界電流式酸素センサの出力を用いた各種制御の精度を向上させることができる酸素濃度検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１の酸素濃度検出装置は、限界電流式の酸素センサと、該酸素センサを加熱する加熱手段と、前記酸素センサに第１の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出し、所定の切り替え周期で前記酸素センサに第２の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記酸素センサの内部抵抗を検出する検出手段と、該検出手段により検出された内部抵抗に基づいて前記加熱手段による前記酸素センサの加熱を制御する加熱制御手段とを有する酸素濃度検出装置において、前記所定の切り替え周期より短い周期で、前記酸素センサの出力電流値に基づいて酸素濃度値をサンプリングし、該サンプリングされた酸素濃度値を記憶する記憶手段と、前記検出手段により前記酸素センサに前記第２の電圧が印加されているときの酸素濃度を前記記憶手段に記憶された酸素濃度値に基づいて推定する酸素濃度推定手段とを有することを特徴とすることを特徴とする。
【００１１】
この酸素濃度検出装置によれば、限界電流式の酸素センサに第１の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて内燃機関の排気ガス中の酸素濃度が検出され、所定の切り替え周期で前記酸素センサに第２の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記酸素センサの内部抵抗が検出され、該検出された内部抵抗に基づいて前記酸素センサの加熱が制御され、前記所定の切り替え周期より短い周期で、前記酸素センサの出力電流値に基づいて酸素濃度値がサンプリングされ、該サンプリングされた酸素濃度値が記憶され、前記酸素センサに前記第２の電圧が印加されているときの酸素濃度が前記記憶された酸素濃度値に基づいて推定される。これにより、内部抵抗検出（酸素濃度検出中断）前後の酸素濃度値に基づいて該内部抵抗検出中の酸素濃度が推定されるので、内部抵抗検出中の酸素濃度を正確に推定することができ、限界電流式酸素センサの出力を用いた各種制御の精度を向上させることができる。
【００１２】
具体的には、前記酸素濃度の推定は、前記酸素センサに前記第２の電圧が印加される直前及び直後に各々サンプリングされ記憶された酸素濃度値に基づいて補間演算することによりなされるようにすることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の一形態に係る酸素濃度検出装置及び該装置を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）の制御装置の全体構成を示すブロック図である。同図中、１はエンジンである。
【００１５】
エンジン１の吸気管２は分岐部（吸気マニホルド）１１を介してエンジン１の各気筒の燃焼室に連通する。吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、スロットル弁開度θＴＨに応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１６】
エンジン１の本体には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１４が装着されており、クランク角度位置センサ１４は、クランク軸の回転角度に応じた信号をＥＣＵ５に供給する。クランク角度位置センサ１４は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射量（燃料噴射時間）、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００１７】
吸気マニホルド１１の吸気弁の少し上流側には、各気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているとともにＥＣＵ５に電気的に接続されて、ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射時期及び燃料噴射時間（開弁時間）が制御される。エンジン１の点火プラグ（図示せず）もＥＣＵ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時期θＩＧが制御される。
【００１８】
排気管１６は分岐部（排気マニホルド）１５を介してエンジン１の燃焼室に接続されている。排気管１６には分岐部１５が集合する部分の直ぐ下流側に、ＬＡＦセンサ１７が設けられている。さらにＬＡＦセンサ１７より下流側には直下三元触媒１９及び床下三元触媒２０が配されており、またこれらの三元触媒１９及び２０の間には酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１８が装着されている。三元触媒１９、２０は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の浄化を行う。
【００１９】
後述するように、ＬＡＦセンサ１７は酸素濃度検出活性化制御装置（以下「制御装置」という）２５と共に酸素濃度検出装置６を構成する。ＬＡＦセンサ１７は制御装置２５を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その電気信号を制御装置２５に出力する。制御装置２５内に格納された酸素濃度検出値はＥＣＵ５により読み出される。この酸素濃度検出値の処理については後述する。Ｏ２センサ１８は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ１８の検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００２０】
ＥＣＵ５は、上述した各種センサからの入力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央処理回路（ＣＰＵ）と、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラムや後述する各種マップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭからなる記憶装置と、燃料噴射弁１２等の各種電磁弁や点火プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【００２１】
ＥＣＵ５は、上述の各種エンジン運転パラメータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１７及びＯ２センサ１８の出力に応じた空燃比フィードバック制御運転領域や空燃比オープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１により燃料噴射弁１２の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算し、この演算結果に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する信号を出力する。
【００２２】
【数１】
ＴＯＵＴ＝ＴＩＭＦ×Ｋ１＋Ｋ２
ここに、ＴＩＭＦは基本燃料量であり、具体的にはエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて決定される基本燃料噴射時間である。Ｋ１、Ｋ２は各種エンジンパラメータに応じて演算される補正係数または補正変数であり、エンジン１の運転状態に応じた燃費特性、加速特性等の諸特性の最適化が図られるように決定される。
【００２３】
図２は、本実施の形態に係る酸素濃度検出装置の詳細な構成を示すブロック図であり、同図において図１中と同一の構成要素には同一の符号が付してある。
【００２４】
酸素濃度検出装置６は、ＬＡＦセンサ１７及び制御装置２５により構成される。ＬＡＦセンサ１７は上述のように排気管１６に設けられており、ＬＡＦセンサ１７の信号線は、コネクタ（図示せず）により制御装置２５に着脱自在に接続されている。ＬＡＦセンサ１７は、固体電解質素子等から構成され、その内側にヒータ５４を内蔵する。ヒータ５４はＬＡＦセンサ１７を活性状態にするのに十分な発熱容量を有している。また、ＬＡＦセンサ１７の周囲には小孔６０を有するカバー５９が設けられており、カバー５９は、小孔６０を通じて排気ガスを流入させることによりＬＡＦセンサ１７が排気ガスに直接触れることを防ぎ、ＬＡＦセンサ１７の保護及び保温の役目を果たす。
【００２５】
制御装置２５には、バイアス制御部６３、電流検出部６７及び制御部６９が設けられている。ＬＡＦセンサ１７に接続されたリード線６１の一方はバイアス制御部６３に接続され、リード線６１の他方は電流検出部６７に接続されている。また、ヒータ５４に接続された２本のリード線６２が制御部６９の加熱制御部７１に接続されている。
【００２６】
バイアス制御部６３は、正バイアス源６４、負バイアス源６５及び切り替え部６６から構成されている。電流検出部６７は、切り替え部６６及び制御部６９に接続され、切り替え部６６は制御部６９にも接続されている。切り替え部６６は制御部６９からの信号に従ってＬＡＦセンサ１７に印加する電圧の極性を切り替え、電流検出部６７は検出電流を制御部６９に出力する。
【００２７】
制御部６９は、信号を増幅及び波形整形するアンプ７２、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するＡ／Ｄ変換部６８、記憶部７０、及びヒータ５４の発熱状態を制御する加熱制御部７１から構成される。記憶部７０は、制御部６９で実行される各種演算プログラムや後述するマップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭ、並びにＬＡＦセンサ１７の酸素濃度（空燃比Ａ／Ｆ）検出値を格納するリングバッファ等から成る。
【００２８】
制御部６９は、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス、ＣＲＫ信号パルス、エンジン回転数ＮＥ信号及び吸気管内絶対圧ＰＢＡ信号をＥＣＵ５から受容する一方、後述の処理により選択した酸素濃度検出値をＥＣＵ５に供給する。
【００２９】
ＬＡＦセンサ１７は、所定の正の電圧Ｖ１を印加したときの限界電流値が酸素分圧に比例することから、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出することができるが、該ＬＡＦセンサ１７は活性化するのに高温（約６５０°Ｃ）を必要とし、しかもその活性温度範囲が狭いため、エンジン１の排気ガス温のみではＬＡＦセンサ１７の活性状態を適切に制御することができない。そこで、内部抵抗の検出によるＬＡＦセンサ１７の活性状態維持のための処理（以下「ＬＡＦセンサ活性化処理」という）が必要となる。酸素濃度検出装置６は、ＬＡＦセンサ活性化処理と酸素濃度検出処理とを一定の切り替え周期Ｔで切り替えて行う。切り替え周期Ｔは、ＬＡＦセンサ１７の素子やヒータ５４の熱容量、ＬＡＦセンサ１７の冷却特性及びＬＡＦセンサ１７の活性温度範囲等を考慮して設定する。
【００３０】
図３は、本実施の形態に係る酸素濃度検出装置によるＬＡＦセンサ活性化処理のフローチャートであり、本処理はタイマ処理等により切り替え周期Ｔ（例えば１２８ｍｓ毎）毎に制御部６９により実行される。
【００３１】
まず、抵抗検出タイマｔｍに所定値（例えば４．５ｍｓ）をセットしてスタートさせ（ステップＳ３００）、内部抵抗の検出中、すなわちＬＡＦセンサ活性化処理の実行中であることを「１」で示す抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨを「１」に設定し（ステップＳ３０１）、切り替え部６６を負バイアス源６５に接続することにより、ＬＡＦセンサ１７に所定の負の電圧Ｖ２を印加して（ステップＳ３０２）、内部抵抗Ｒ２を以下のようにして検出する（ステップＳ３０３）。
【００３２】
すなわち、所定の負の電圧Ｖ２を印加したときにＬＡＦセンサ１７から出力される電流値Ｉ２を電流検出部６７により検出し、この電流値Ｉ２をアンプ７２により増幅及び波形整形した後、Ａ／Ｄ変換部６８によりデジタル値に変換し、このデジタル値に基づいてＬＡＦセンサ１７の内部抵抗Ｒ２を検出する。
【００３３】
次いで抵抗検出タイマｔｍが「０」に達したか否かを判別し（ステップＳ３０４）、抵抗検出タイマｔｍが「０」に達していないときは、上記検出した内部抵抗Ｒ２が基準値ＲＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップＳ３０５）。その判別の結果、Ｒ２≧ＲＲＥＦであるときは、加熱制御部７１によりヒータ５４を加熱制御し（ステップＳ３０６）、前記ステップＳ３０３に戻る一方、Ｒ２＜ＲＲＥＦであるときは、加熱制御部７１によるヒータ５４の加熱を停止して（ステップＳ３０７）、前記ステップＳ３０３に戻る。これにより、検出される内部抵抗が常に一定値になるようにヒータ５４の発熱状態が制御され、ＬＡＦセンサ１７の温度が常に活性温度範囲内に維持される。
【００３４】
一方、前記ステップＳ３０４で抵抗検出タイマｔｍが「０」に達したときは、抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨを「０」に設定し（ステップＳ３０８）、本処理を終了する。
【００３５】
図４は、本実施の形態に係る酸素濃度検出装置による酸素濃度検出値格納処理のフローチャートであり、本処理はＣＲＫ信号パルスの発生毎に制御部６９により実行される。
【００３６】
まず、抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」に設定されているか否かを判別する（ステップＳ４０１）。その判別の結果、抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」に設定されていないときは、酸素濃度検出処理を実行すべき期間であるので、制御部６９の制御により切り替え部６６を正バイアス源６４に接続することにより、ＬＡＦセンサ１７に所定の正の電圧Ｖ１を印加する（ステップＳ４０２）。このときにＬＡＦセンサ１７から出力される電流値Ｉ１を電流検出部６７により検出し（ステップＳ４０３）、この電流値Ｉ１をアンプ７２により増幅及び波形整形した後、Ａ／Ｄ変換部６８によりデジタル値に変換し、このデジタル値に基づき不図示のマップを用いて排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出する（ステップＳ４０４）。次いで、このＣＲＫ信号パルスの発生毎にサンプリングしたＬＡＦセンサ１７の出力、すなわち酸素濃度検出値（サンプル値）を記憶部７０のリングバッファに格納し（ステップＳ４０５）、本処理を終了する。
【００３７】
一方前記ステップＳ４０１の判別の結果、抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」に設定されているときは、ＦＡＦＩＮＨ＝１となる直前にサンプリングされた酸素濃度検出値を記憶部７０のリングバッファに格納すると共にその格納したリングバッファのＮＯ（番号）を記憶して（ステップＳ４０６）、本処理を終了する。
【００３８】
図５に、図４の処理により酸素濃度検出値が格納される態様の一例を示す。同図の曲線（破線）はＬＡＦセンサ１７の出力のアナログ値の変化を示し、実線でステップ状に表したものは、サンプリングによりデジタル値として得られた酸素濃度検出値の変化を示す。
【００３９】
本実施の形態ではエンジン制御を例に採ったので、酸素濃度検出値のサンプリング周期は上記切り替え周期Ｔより短いＣＲＫ信号パルスの発生周期（３０°周期）に同期させるようにしている。ＣＲＫ信号パルスはＴＤＣ信号パルスの発生毎に６回（０〜５）発生する。
【００４０】
同図中、Ｚの番号は、記憶部７０のリングバッファを例えば１２個の格納場所に区分したリングバッファ（番号）ＮＯを示し、今回より何回前の値を格納するリングバッファであるかを表す。
【００４１】
同図に示すように、酸素濃度検出処理期間では、３０°周期でＣＲＫ信号が発生する毎にサンプリングすることにより得られたデジタルの酸素濃度検出値が、上記リングバッファ（Ｚ１１〜Ｚ５）に順次格納される。一方、内部抵抗検出期間においては、上述したようにＬＡＦセンサ１７の酸素濃度としての出力値は得られず、内部抵抗の検出開始直前にサンプリングされた酸素濃度検出値（Ｚ５の値）がリングバッファ（Ｚ４〜Ｚ１）に順次格納される。すなわち、内部抵抗検出期間においてはＺ５の値が保持される。酸素濃度検出処理の再開直後は新たにサンプリングされた酸素濃度検出値がリングバッファ（Ｚ０）に格納される。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る酸素濃度検出装置による酸素濃度検出値選択処理のフローチャートであり、本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎に制御部６９により実行される。
【００４３】
まず、タイミングマップにより、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡの各検出値に応じて最適タイミングのＮＯ「ＺＮ」のリングバッファＺＮ（１１回前の値から今回値までを格納しているリングバッファの中から最適な値を格納しているリングバッファ）を選択する（ステップＳ６０１）。
【００４４】
ここで、オブザーバを用いた空燃比フィードバック制御のような精巧な制御に酸素濃度検出値を用いる場合には、例えばＬＡＦセンサ１７までの排気ガスの到達時間、ＬＡＦセンサ１７の反応時間、エンジン回転数ＮＥ等のエンジン運転状態等を考慮して、ＬＡＦセンサ１７の出力変化を可能な限り正確に把握することができるタイミングでサンプリングすることが望ましい。そこで、例えば空燃比フィードバック制御等では、実際の空燃比が極値を示す位置でサンプリングするのが最良であることを考慮して、エンジン回転数ＮＥが低い程、あるいは吸気管内絶対圧信号ＰＢＡが高い程早いクランク角度位置でサンプリングした値（換言すれば古い値）が選択されるようにタイミングマップを設定しておく。
【００４５】
続くステップＳ６０２では、前記ステップＳ６０１で選択されたリングバッファＺＮへの酸素濃度検出値の格納時における抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」であるか否かを判別する。その判別の結果、リングバッファＺＮへの酸素濃度検出値の格納時に抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」でないときは、リングバッファＺＮに格納されている酸素濃度検出値（例えば図５でＺＮ＝８ならばＺ８の値）をそのまま採用して（ステップＳ６０３）、本処理を終了する一方、リングバッファＺＮへの酸素濃度検出値の格納時に抵抗検出中フラグＦＡＦＩＮＨが「１」であるときは、補間演算値ＥＳＴを採用して（ステップＳ６０４）、本処理を終了する。
【００４６】
この補間演算値ＥＳＴは、例えば内部抵抗検出期間の開始直前に酸素濃度検出値（サンプル値）が格納されたリングバッファＺＡ（図５ではＺ５）及びその格納値ａと、内部抵抗検出期間の終了直後に酸素濃度検出値が格納されたリングバッファＺＢ（図５ではＺ０）及びその格納値ｂとに基づいて、下記数式２により求めることができる（いわゆる直線補間）。
【００４７】
【数２】
ＥＳＴ＝（（ＺＡ−ＺＮ）ｂ−（ＺＢ−ＺＮ）ａ）／（ＺＡ−ＺＢ）
これにより、内部抵抗検出期間における排気ガス中の酸素濃度を推定することができる。なお、この補間演算の代わりに他の手法を用いるようにしてもよい。
【００４８】
本実施の形態によれば、ＬＡＦセンサの出力を用いた酸素濃度検出処理において、酸素濃度検出処理期間ではＬＡＦセンサの出力である酸素濃度検出値を直接得ることができると共に、実際の酸素濃度の検出ができない内部抵抗検出期間では酸素濃度を推定することができる。従って、内部抵抗検出期間の開始直前の酸素濃度検出値（保持値）を採用する場合に比べ、実際の酸素濃度に対する誤差を縮小することができるので、非常に短い周期でサンプリングした酸素濃度検出値を要求する制御装置に対して、より精度の高い酸素濃度検出値を供給することができ、ＬＡＦセンサの酸素濃度検出値を用いた種々の精巧な制御による効果を十分に発揮させることができる。
【００４９】
なお、本酸素濃度検出装置６は、上述したように、現代制御理論を用いてオブザーバや最適レギュレータ等の漸化式形式の制御器等により精巧な制御を行うエンジンの空燃比フィードバック制御装置等に適用すると特に有効である。その場合は、例えば選択処理（図６）された酸素濃度検出値を検出当量比に変換してフィードバック制御に用いるようにする。これにより、オブザーバでは各気筒毎の空燃比の推定精度を向上することができ、気筒別の空燃比フィードバック制御の発散を回避し、目標空燃比への収束性を高めることができる。また、最適レギュレータ等による適応制御では、エンジンの応答遅れの補償精度を向上することができる。
【００５０】
なお、限界電流式の酸素センサの出力を使用する制御装置であれば、他の装置にも本酸素濃度検出装置６を適用することが望ましい。その場合は、その制御装置による制御の内容に応じて酸素濃度検出値選択のためのタイミングマップをそれぞれ設定するようにする。
【００５１】
なお、本実施の形態では、酸素濃度検出値のサンプリング周期をＣＲＫ信号パルスの発生に同期させるようにしたが、これに限るものでなく、上記サンプリング周期が上記切り替え周期Ｔよりも短くなるように設定すればよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る酸素濃度検出装置によれば、限界電流式の酸素センサに第１の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて内燃機関の排気ガス中の酸素濃度が検出され、所定の切り替え周期で前記酸素センサに第２の電圧が印加されたときの前記酸素センサの出力電流値に基づいて前記酸素センサの内部抵抗が検出され、該検出された内部抵抗に基づいて前記酸素センサの加熱が制御され、前記所定の切り替え周期より短い周期で、前記酸素センサの出力電流値に基づいて酸素濃度値がサンプリングされ、該サンプリングされた酸素濃度値が記憶され、前記酸素センサに前記第２の電圧が印加されているときの酸素濃度が前記記憶された酸素濃度値に基づいて推定されるので、限界電流式酸素センサの出力を用いた各種制御の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る酸素濃度検出装置及び該装置を適用した内燃機関の制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】同形態に係る酸素濃度検出装置の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】同形態に係る酸素濃度検出装置によるＬＡＦセンサ活性化処理のフローチャートである。
【図４】同形態に係る酸素濃度検出装置による酸素濃度検出値格納処理のフローチャートである。
【図５】同形態において酸素濃度検出値格納処理により酸素濃度検出値が格納される態様の一例を示す図である。
【図６】同形態に係る酸素濃度検出装置による酸素濃度検出値選択処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関（エンジン）
５  エンジン制御用電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６  酸素濃度検出装置
１０  吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
１４  クランク角度位置センサ
１６  排気管
１７  限界電流式酸素センサ（ＬＡＦセンサ）
２５  酸素濃度検出装置本体（装置本体）
５４  ヒータ
６３  バイアス制御部
６４  正バイアス源
６５  負バイアス源
６６  切り替え部
６７  電流検出部
６９  制御部（検出手段、記憶手段、酸素濃度推定手段）
７０  記憶部
７１  加熱制御部
【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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