(57)【要約】【課題】一般的な自動車等に対しても適用可能な構成であって、良好な運転性（ドライバビリティ）を維持しつつ高い頻度で酸素濃度センサの出力誤差を推定してセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行うことのできる電子制御装置を提供する。【解決手段】Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差を推定してそのセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行うＥＣＵ６０（電子制御装置）として、Ａ／Ｆセンサ３３ａ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定するプログラムと、このプログラムにより求められたセンサ周辺のＰＭ量に基づきＡ／Ｆセンサ３３ａに付着したＰＭ量を推定するプログラムと、このプログラムにより推定されたセンサ付着ＰＭ量に基づいてＡ／Ｆセンサ３３ａの性能劣化の度合を判定するプログラムと、同センサ付着ＰＭ量に基づくセンサ出力誤差を補償すべくＡ／Ｆセンサ３３ａの出力値に対して補正を行うプログラムと、を備える構成とする。【選択図】図１
2008008174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配設された酸素濃度センサの出力誤差を推定してそのセンサ出力の補正を行う電子制御装置において、
前記酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定する排気中ＰＭ量推定手段と、
前記排気中ＰＭ量推定手段により求められたセンサ周辺のＰＭ量に基づき前記酸素濃度センサに付着したＰＭ量を推定するセンサ付着ＰＭ量推定手段と、
前記センサ付着ＰＭ量推定手段により推定されたセンサ付着ＰＭ量に基づきセンサ出力誤差を補償すべく前記酸素濃度センサの出力値に対して補正を行うセンサ出力補正手段と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。
【請求項２】
エンジンの排気通路に配設された酸素濃度センサの出力誤差を推定してそのセンサ性能の劣化判定を行う電子制御装置において、
前記酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定する排気中ＰＭ量推定手段と、
前記排気中ＰＭ量推定手段により求められたセンサ周辺のＰＭ量に基づき前記酸素濃度センサに付着したＰＭ量を推定するセンサ付着ＰＭ量推定手段と、
前記センサ付着ＰＭ量推定手段により推定されたセンサ付着ＰＭ量に基づいて前記酸素濃度センサの性能劣化の度合を判定するセンサ劣化度合判定手段と、
を備えることを特徴とする電子制御装置。
【請求項３】
前記酸素濃度センサは、センシング部に対するカバーに１乃至複数の通気孔を備え、該通気孔を通じてセンシング部に取り込まれた排気の酸素濃度を検出するものである請求項１又は２に記載の電子制御装置。
【請求項４】
前記センサ付着ＰＭ量推定手段は、排気流量及び排気温度の少なくとも一方に基づいて前記センサ付着ＰＭ量を推定するものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
【請求項５】
前記エンジンの排気通路には、ＰＭを捕集するフィルタが配設されており、前記排気中ＰＭ量推定手段は、排気中のＰＭが同フィルタに捕集される割合である前記フィルタのＰＭ捕集効率と、同フィルタに捕集されたＰＭ量である前記フィルタのＰＭ捕集量とに基づいて、前記センサ周辺のＰＭ量を推定するものである請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子制御装置。
【請求項６】
前記酸素濃度センサは、前記フィルタの上流側に配設されたものであり、前記フィルタのＰＭ捕集量をΔＰＭ、前記フィルタのＰＭ捕集効率（０〜１００％）をＣとした場合、前記排気中ＰＭ量推定手段は、前記センサ周辺のＰＭ量ΔＡを、実質的に「ΔＡ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）」なる関係式に基づいて算出するものである請求項５に記載の電子制御装置。
【請求項７】
前記酸素濃度センサは、前記フィルタの下流側に配設されたものであり、前記フィルタのＰＭ捕集量をΔＰＭ、前記フィルタのＰＭ捕集効率（０〜１００％）をＣとした場合、前記排気中ＰＭ量推定手段は、前記センサ周辺のＰＭ量ΔＢを、実質的に「ΔＢ＝（ΔＰＭ／Ｃ）×（１００−Ｃ）」なる関係式に基づいて算出するものである請求項５に記載の電子制御装置。
【請求項８】
前記フィルタは、捕集したＰＭを除去するための再生処理が施されるものであり、
同フィルタの継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加度合に応じて前記ＰＭ捕集効率を更新しつつ同フィルタに対して前記再生処理が施された場合には該再生処理に伴うＰＭ捕集量の減少に対応して前記ＰＭ捕集効率の値を再設定する捕集効率設定手段をさらに備える請求項５〜７のいずれか一項に記載の電子制御装置。
【請求項９】
前記フィルタは、捕集したＰＭを除去するための再生処理が施されるものであり、
前記センサ付着ＰＭ量推定手段の推定値に基づき前記センサ付着ＰＭ量を更新しつつ同フィルタに対して前記再生処理が施された場合には該再生処理に伴う前記センサ付着ＰＭ量の減少に対応して前記センサ付着ＰＭ量の値を再設定するセンサ付着ＰＭ量設定手段をさらに備える請求項５〜８のいずれか一項に記載の電子制御装置。
【請求項１０】
前記酸素濃度センサは、同センサの少なくともセンシング部を加熱するヒータを備えたヒータ付センサであり、
前記センサ付着ＰＭ量推定手段によるセンサ付着ＰＭ量が許容量を超えた場合に前記ヒータにより同センサの少なくともセンシング部を加熱して同センサに付着したＰＭを少なくとも前記許容量まで燃焼除去するヒータ制御手段を備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば混合気の空燃比やリッチ／リーンを検出するためにエンジン排気系に配設される酸素濃度センサの出力誤差を推定してそのセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行う電子制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置としては従来、例えば減速時の燃料カット期間において酸素濃度センサの出力誤差を推定する装置（第１の従来装置）がある。通常、燃料カット期間においては排気管が大気状態になるため、この装置ではこの期間を利用して、酸素濃度センサの出力について、例えば予め測定された大気雰囲気での正規の基準値からの出力誤差（出力値の誤差）を算出するようにしている。
【０００３】
またこの他にも、例えば特許文献１に記載される装置（第２の従来装置）がある。この装置においては、酸素濃度センサに対して新気を供給するための新気通路を新たに設けて、この新気通路を通じて酸素濃度センサに新気を供給しつつ、酸素濃度センサの出力について、正規の基準時期からの出力誤差（出力時期の誤差）を算出するようにしている。
【０００４】
さらに他にも、例えば特許文献２に記載される装置（第３の従来装置）がある。この装置においては、リッチからリーンへあるいはリーンからリッチへ空燃比を強制的に切り替えた時の酸素濃度センサの出力を見て、同センサの出力について正規の基準時期からの出力誤差（出力時期の誤差）を算出するようにしている。
【特許文献１】特開平５−３１２０３２号公報
【特許文献２】特開平５−２５６１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、酸素濃度センサの出力誤差を推定する装置としては、各種の装置が知られている。しかしながら、いずれの装置も短所があり、未だ改善の余地を残すものとなっている。
【０００６】
例えば自動変速機を備えたＡＴ車等に対して上記第１の従来装置を適用した場合、市街地走行等の低速走行（例えば時速２〜３０ｋｍ）においては燃料カットになる機会が少ないため、要求される検出頻度を確保することが難しい。また、上記第２の従来装置は、一般的な自動車には設けられていない新気通路を必要とし、実用性に乏しいものとなっている。またさらに、上記第３の従来装置では、空燃比を強制的に切り替えるため、運転性（ドライバビリティ）を悪化させるおそれがある。特にこの第３の従来装置をディーゼルエンジンに適用した場合には、空燃比を変化させる際に、燃料噴射量やＥＧＲ量の増減を伴うことが予想され、トルクショックや燃焼音の変化が生じてユーザに不快感を与えることが懸念される。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みて発明されたものであり、一般的な自動車等に対しても適用可能な構成であって、良好な運転性（ドライバビリティ）を維持しつつ高い頻度で酸素濃度センサの出力誤差を推定してセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行うことのできる電子制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、エンジンの排気通路に配設された例えばＡ／ＦセンサやＯ2センサ等からなる酸素濃度センサの出力誤差を推定してそのセンサ出力の補正を行う電子制御装置において、前記酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定する排気中ＰＭ量推定手段と、前記排気中ＰＭ量推定手段により求められたセンサ周辺のＰＭ量に基づき前記酸素濃度センサに付着したＰＭ量を推定するセンサ付着ＰＭ量推定手段と、前記センサ付着ＰＭ量推定手段により推定されたセンサ付着ＰＭ量に基づきセンサ出力誤差を補償すべく前記酸素濃度センサの出力値に対して補正を行うセンサ出力補正手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、エンジンの排気通路に配設された例えばＡ／ＦセンサやＯ2センサ等からなる酸素濃度センサの出力誤差を推定してそのセンサ性能の劣化判定を行う電子制御装置において、前記酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定する排気中ＰＭ量推定手段と、前記排気中ＰＭ量推定手段により求められたセンサ周辺のＰＭ量に基づき前記酸素濃度センサに付着したＰＭ量を推定するセンサ付着ＰＭ量推定手段と、前記センサ付着ＰＭ量推定手段により推定されたセンサ付着ＰＭ量に基づいて前記酸素濃度センサの性能劣化の度合を判定するセンサ劣化度合判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
排気通路に配設された酸素濃度センサは、排気汚れ等によりその出力に誤差が生じることになる。特に直噴エンジン、中でも直噴式のディーゼルエンジンにおいては、排気中にＳｏｏｔ（すす）やＳＯＦ（可溶性有機成分）等のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）が多く含まれるため、センサが汚れ易くなり、センサの出力誤差は大きくなる。発明者は、この出力誤差の発生メカニズムについて、センサ（特にセンシング部におけるセンサ素子やカバー）にＰＭが付着すると、その燃焼時、ＰＭの燃焼に酸素が使用されることによりセンシング部に局所的な酸素低下（酸欠）を招き、この酸素低下がセンサの出力誤差を生み出すと考えた。そして、種々の実験により、センサに付着したＰＭ量とセンサの出力誤差との関係、及び、センサ周辺のＰＭ量とセンサに付着するＰＭ量との関係について、いずれも各パラメータが相関的な関係にあることを見出し、センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量からセンサに付着したＰＭ量を推定することによりこのセンサ付着ＰＭ量（酸素濃度センサの出力誤差推定値に相当）に基づきセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行うといった手法を考え出した。請求項１又は２に記載の発明は、このような経緯で発明されたものであり、これらの発明によれば、センサ付着ＰＭ量推定手段によりセンサ付着ＰＭ量として酸素濃度センサの出力誤差を高い精度で求めることが可能になる。しかも、センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量の推定は、例えば回転速度や、燃料噴射量、ＥＧＲ量等で示されるエンジンの運転状態等に基づいて行うことが可能であるため、上記排気中ＰＭ量推定手段は、様々な運転状態で容易に実現可能である。またこの手法では、基本的に燃料噴射量やＥＧＲ量等の増減を伴わないため、良好な運転性（ドライバビリティ）が維持されることになる。さらにこの手法では、センサ出力誤差の推定自体も、基本的には車両の走行状態によらず実行可能であるため、高い頻度でセンサ出力誤差の推定を行うことができる。
【００１２】
このように、請求項１又は２に記載の発明によれば、良好な運転性（ドライバビリティ）を維持しつつ高い頻度で酸素濃度センサの出力誤差を推定して、センサ出力の補正（請求項１）やセンサ性能の劣化判定（請求項２）を行うことができるようになる。この発明（装置）は、自動車に限られない広い分野（例えば船舶や航空機等）でのエンジンに対して適用可能なものであるが、特に自動車に適用（搭載）して有益であることは上述のとおりである。
【００１３】
なお、センサ周辺ＰＭ量の推定態様としては、種々の態様が考えられるため、用途等に応じて最適な態様を採用することが望ましい。例えばセンサ周辺のＰＭ量が時間的変化の激しいものである場合には逐次その都度の値を求める（更新する）構成とすることが好ましい。しかし他方、センサ周辺のＰＭ量が基本的に変化しないものである場合には、これに変化があった時のみにその変化後の値を求める（更新する）構成とすることも有効である。
【００１４】
また、これらの構成は、酸素濃度センサが排気浄化装置（触媒やフィルタ等、特にフィルタ）の上流側に配設された構成、又は排気浄化装置のない構成に適用して特に有効である。酸素濃度センサが排気浄化装置の下流側にあれば、同装置を通じて排気中のＰＭが取り除かれるため、センサは汚れにくい。しかし一般に空燃比やＥＧＲをフィードバック制御するためのセンサは、その制御の都合上（例えば検出精度や応答性等の配慮により）、排気浄化装置の上流側に設けられることが多く、前述したＰＭ付着による出力誤差の特に生じやすい環境にある。この点、上記請求項１又は２に記載の構成によれば、酸素濃度センサがこのような配設環境にあっても同センサの出力誤差は低く抑えられるようになり、同センサを用いて空燃比やＥＧＲ等の制御を行う場合にあっては、その制御性の向上が図られるようになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の電子制御装置において、前記酸素濃度センサが、センシング部に対するカバーに１乃至複数の通気孔を備え、該通気孔を通じてセンシング部に取り込まれた排気の酸素濃度を検出するものであることを特徴とする。
【００１６】
こうした酸素濃度センサは、一般に優れた耐被水性を有し、排気系センサに用いて特に有益である。しかしこのセンサでは、センシング部のカバーに設けられた通気孔を通じて排気を取り込み、その排気について酸素濃度の検出を行っているため、排気中に含まれるＰＭによりこの通気孔が塞がれてしまうようなことがあれば、大幅に検出精度の低下することが懸念される。事実、発明の実験により、このタイプの酸素濃度センサが特にセンサ付着ＰＭ量の影響を受けてそのセンサ出力の精度を低下させる（出力誤差が大きくなる）ことが確認されている。すなわち、このような場合に上述のセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定は特に必要とされる。また、センサ付着ＰＭ量の変化に対するセンサ出力誤差の変化量が大きくなることで、センサ出力誤差の推定精度も高められる。したがって、上記請求項３に記載の発明によるように、請求項１又は２に記載の構成は、こうした場合に適用して特に有益である。
【００１７】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置において、前記センサ付着ＰＭ量推定手段は、排気流量及び排気温度の少なくとも一方に基づいて前記センサ付着ＰＭ量を推定するものであることを特徴とする。
【００１８】
発明者の実験により、前記センサ付着ＰＭ量は排気流量や排気温度の影響を特に受けることが確認された。詳しくは、例えば排気温度が高くなるほどセンサ付着ＰＭ量が多くなる。これについては、排気温度が低い場合には排気中のＰＭ粒子がセンサから熱エネルギーをもらうことでセンサに付着することなく通り抜ける確率が高くなるためであると発明者は考えている。また、排気流量が多くなるほど基本的にはセンサ付着ＰＭ量が多くなることが、発明者の実験により確認されている。このため、上記発明のように、前記センサ付着ＰＭ量を精度よく推定するためには、同センサ付着ＰＭ量を排気流量及び排気温度の少なくとも一方に基づいて推定することが有効である。もっとも、排気温度とセンサ付着ＰＭ量との関係は排気流量により影響を受けるので、前記センサ付着ＰＭ量は、これらパラメータの両方に基づいて推定することがより好ましい。
【００１９】
ところで、排気通路中のＰＭ量分布は、必ずしも均一であるとは限らない。このため、排気通路中のＰＭ量分布に偏りがある場合などには、排気中でも特に酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を選択的に推定することが重要になる。例えばエンジンの排気通路にＰＭを捕集するフィルタが配設された場合、排気中に含まれるＰＭ量は、このフィルタの上流側と下流側とで異なった分布となる。この点、請求項５に記載の発明では、こうしたＰＭ除去用フィルタを備える構成について、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置において、前記排気中ＰＭ量推定手段が、排気中のＰＭが同フィルタに捕集される割合である前記フィルタのＰＭ捕集効率と、同フィルタに捕集されたＰＭ量である前記フィルタのＰＭ捕集量とに基づいて、前記センサ周辺のＰＭ量を推定するものであることを特徴とする。
【００２０】
通常、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等のＰＭ除去用フィルタにおいては、そのＰＭ捕集量が、例えば再生処理の目安等として、周知の方法（例えば差圧センサ等でフィルタの目詰まり度合から求める方法）により検出されている。また、同フィルタのＰＭ捕集効率は、フィルタの仕様やその状態（例えばＰＭ捕集量）等によって定まる。発明者は、この点に着目し、上記のように、これらパラメータに基づいて前記センサ周辺のＰＭ量を推定する装置を発明した。この発明によれば、ＤＰＦ捕集前の排気中に含まれているＰＭ量や、ＤＰＦ捕集後の排気中に含まれているＰＭ量が、それぞれ選択的に、しかも容易且つ的確に推定されるようになる。
【００２１】
具体的には、前記酸素濃度センサが、前記フィルタの上流側に配設されたものである場合には、請求項６に記載のように、請求項５に記載の装置において、前記排気中ＰＭ量推定手段が、前記センサ周辺のＰＭ量ΔＡを、実質的に「ΔＡ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）」なる関係式（ΔＰＭ：前記フィルタのＰＭ捕集量、Ｃ：前記フィルタのＰＭ捕集効率（０〜１００％））に基づいて算出するものである構成とすることが有効である。
【００２２】
一方、前記酸素濃度センサが、前記フィルタの下流側に配設されたものである場合には、請求項７に記載のように、請求項５に記載の装置において、前記排気中ＰＭ量推定手段が、前記センサ周辺のＰＭ量ΔＢを、実質的に「ΔＢ＝（ΔＰＭ／Ｃ）×（１００−Ｃ）」なる関係式（ΔＰＭ：前記フィルタのＰＭ捕集量、Ｃ：前記フィルタのＰＭ捕集効率（０〜１００％））に基づいて算出するものである構成とすることが有効である。
【００２３】
詳しくは、前記フィルタの上流側における前記センサ周辺のＰＭ量ΔＡは、前記フィルタの上流側の排気中に含まれるＰＭ量に相当し、これと前記フィルタの捕集効率（Ｃ／１００）とを掛け合わせたものが、前記フィルタのＰＭ捕集量（ΔＰＭ）となる。すなわち、「ΔＡ×（Ｃ／１００）＝ΔＰＭ」となり、これを変換することにより、上記関係式「ΔＡ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）」が得られる。
【００２４】
一方、前記フィルタの下流側における前記センサ周辺のＰＭ量ΔＢは、前記フィルタの下流側の排気中に含まれるＰＭ量に相当する。すなわち、前記フィルタの上流側の排気中に含まれるＰＭ量（ΔＡ）から、前記フィルタのＰＭ捕集量（ΔＰＭ）を減算したものが、前記センサ周辺のＰＭ量ΔＢとなる。これを式に表すと、「ΔＢ＝ΔＡ−ΔＰＭ」となり、上記関係式に基づきΔＡを変換して、「ΔＢ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）−ΔＰＭ」、さらにこれを変換することにより、上記関係式「ΔＢ＝（ΔＰＭ／Ｃ）×（１００−Ｃ）」が得られる。
【００２５】
これら請求項６又は７に記載の発明によれば、上記関係式をもって、簡易な制御（演算）で的確に前記センサ周辺のＰＭ量を推定（算出）することができるようになる。なお、これら請求項６又は７に記載の発明は、前記排気中ＰＭ量推定手段が、実質的に上記関係式に基づいて算出するものであれば足り、例えばそれら関係式に任意の係数や補正項等を加えた場合や、関係式中のパラメータを実質同一のパラメータに置換した場合等にあっても、基本的には上記効果又はその効果に準ずる効果は得られる。したがって、これらの場合についても、実質的には上記関係式に基づいて前記センサ周辺のＰＭ量（ΔＡ又はΔＢ）を算出しているものとみなす。
【００２６】
請求項８に記載の発明では、請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置において、前記フィルタは、捕集したＰＭを除去するための再生処理が施されるものであり、同フィルタの継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加度合に応じて前記ＰＭ捕集効率を更新しつつ同フィルタに対して前記再生処理が施された場合には該再生処理に伴うＰＭ捕集量の減少に対応して前記ＰＭ捕集効率の値を再設定する捕集効率設定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
フィルタのＰＭ捕集効率は、同フィルタの継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加に従って向上する（効率が高くなる）。目詰まりによってフィルタの捕集性能が高まるからである。このため、上記ＰＭ捕集効率は、ＰＭ捕集量の増加度合に応じて随時更新することが望ましい。一方、こうしたＰＭ捕集量の増加によりフィルタの目詰まりが進むと、やがて捕集性能が高くなり過ぎて排気の流れを妨げるようになる。このため一般には、程よい時期にフィルタに対して再生処理（例えば燃焼処理）を行うことにより、捕集されたＰＭを除去（例えば燃焼除去）してフィルタを再生するようにしている。しかしながら、このような再生処理がなされると、フィルタのＰＭ捕集効率は、該再生処理に伴うＰＭ捕集量の減少度合に対応して低下する。このため、同ＰＭ捕集効率にも、その減少に対応して値（初期値）を再設定することが望ましい。この点、上記構成によれば、上記捕集効率設定手段を備えることで、継続的な使用により時間の経過と共にＰＭがフィルタに堆積されていった場合にも、またそうして堆積したＰＭが再生処理によりリセット（例えば略ゼロまで除去）された場合にも、前記ＰＭ捕集効率はその都度の適正な値に設定されるようになる。
【００２８】
なお、酸素濃度センサがＰＭ除去用フィルタ近傍に設けられている場合等には、基本的にはフィルタの再生時にその燃焼熱によって同センサに付着したＰＭも燃焼除去されることになるため、この場合には、前記ＰＭ捕集効率だけでなく前記センサ付着ＰＭ量についても同様のことがいえる。
【００２９】
すなわち、請求項９に記載の発明のように、請求項５〜８のいずれか一項に記載の装置において、前記フィルタは、捕集したＰＭを除去するための再生処理が施されるものであり、前記センサ付着ＰＭ量推定手段の推定値に基づき前記センサ付着ＰＭ量を更新しつつ同フィルタに対して前記再生処理が施された場合には該再生処理に伴う前記センサ付着ＰＭ量の減少に対応して前記センサ付着ＰＭ量の値を再設定するセンサ付着ＰＭ量設定手段をさらに備える構成なども有効である。なお、センサ付着ＰＭ量が除去されるほどセンサの出力は大きくなるため、フィルタ再生処理に伴う前記センサ付着ＰＭ量の減少度合を検出する場合には、例えば再生処理前後のセンサ出力の変化に基づいてこれを検出することが有効である。
【００３０】
請求項１０に記載の発明では、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置において、前記酸素濃度センサが、同センサの少なくともセンシング部を加熱するヒータを備えたヒータ付センサであり、前記センサ付着ＰＭ量推定手段によるセンサ付着ＰＭ量が許容量を超えた場合に前記ヒータにより同センサの少なくともセンシング部を加熱して同センサに付着したＰＭを少なくとも前記許容量まで燃焼除去するヒータ制御手段を備えることを特徴とする。
【００３１】
対象とする酸素濃度センサについて、たとえその出力を補正しても性能劣化を判定しても、同センサにＰＭが付いたままになっていれば、いずれ出力誤差が大きなった時に同センサを交換しなければならなくなる。この点、上記構成によれば、センサに備え付けられた上記ヒータにより同センサの少なくともセンシング部に付着したＰＭは許容量まで燃焼除去することができるようになるため、同センサを継続的に長期にわたって使用することが可能になる。もっとも、その酸素濃度センサがＰＭ除去用フィルタ近傍に設けられている場合等には、基本的にはフィルタの再生時にその燃焼熱によって同センサに付着したＰＭも燃焼除去されることになる。しかしこの場合も、フィルタ再生の周期よりも短い期間で許容量以上のＰＭがセンサに付着して同センサに出力誤差が生じてしまう懸念があるという意味では基本的に上述した課題に準ずる課題が残り、こうした課題を解決する上でも上記構成は有効である。
【００３２】
なお、加熱温度は、ＰＭの自己燃焼温度（６００℃程度）以上であって且つ、該酸素濃度センサが正常に動作する範囲内の温度であることが好ましい。また、センサ付着ＰＭ量が除去されるほどセンサの出力は大きくなるため、ヒータの加熱によるＰＭ除去量を検出する場合には、例えば加熱前後のセンサ出力の変化に基づいてこれを検出することが有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１の実施形態］
以下、本発明に係る電子制御装置を具体化した第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に係る電子制御装置は、混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサの出力誤差（出力値や出力時期の誤差）を推定してそのセンサ出力の補正を行う電子制御装置である。そして、本実施形態では、この電子制御装置が、車両ディーゼルエンジン（内燃機関）についてのコモンレール式燃料噴射制御システムに搭載されている。
【００３４】
はじめに、図１を参照して、このシステムの構成について詳述する。
【００３５】
図１は、本実施形態に係る電子制御装置が搭載された車両制御システムの概要を示す構成図である。本実施形態のエンジンとしては、多気筒のレシプロエンジンを想定しているが、この図１においては、説明の便宜上１つのシリンダのみを図示している。
【００３６】
同図１に示されるように、このシステムは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジン１０や、該エンジン１０を制御するための各種センサ及びＥＣＵ（電子制御装置）６０等によって構築されている。
【００３７】
エンジン１０においては、シリンダブロック１１に形成されたシリンダ（気筒）１２内にピストン１３が収容され、そのピストン１３の往復動により、図示しない出力軸としてのクランク軸が回転するようになっている。シリンダブロック１１には、図示しない冷却水路が設けられており、その冷却水によりエンジン１０が冷却されている。また、シリンダブロック１１の上端面にはシリンダヘッド１５が固定されており、そのシリンダヘッド１５とピストン１３上面との間には燃焼室１６が形成されている。
【００３８】
シリンダヘッド１５には、燃焼室１６に開口する吸気ポート１７と排気ポート１８とが形成されており、これら吸気ポート１７及び排気ポート１８は、それぞれ図示しないカムによって駆動される吸気弁２１と排気弁２２とにより開閉されるようになっている。そして、吸気ポート１７には外気を吸入するための吸気管２３が接続され、排気ポート１８には、燃焼ガスを排出するための排気管２４（排気通路）が接続されている。
【００３９】
吸気管２３には、吸気管２３最上流部のエアクリーナ（図示略）を通じて吸入される新気量を検出するためのエアフロメータ３１が設けられている。そして、このエアフロメータ３１の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットルバルブ３２と、このスロットルバルブ３２の開度や動き（開度変動）を検出するためのスロットル開度センサ３２ａとがさらに設けられている。
【００４０】
他方、排気管２４には、排気中の酸素濃度の変化に対してリニアに出力を変化させるリニア検出式の酸素濃度センサとしてのＡ／Ｆセンサ３３ａ、及び排気温度を検出する排気温度センサ３４ａが設けられている。
【００４１】
図２に、Ａ／Ｆセンサ３３ａの一例として、いわゆる積層タイプのヒータ付Ａ／Ｆセンサの概観構造及び内部構造を示す。なお、この図２において、（ａ）はそのセンサの概観形状を示す側面図、（ｂ）は同センサの内部構造を示す断面図である。
【００４２】
同図２に示されるように、このセンサ３３ａは、一体型のＡｌ2Ｏ3ヒータ（図示略）を備えたセンサ素子３３１が、センシング部に相当するその先端部において外側カバー３３２及び内側カバー３３３により二重に被われて構成されている。そして、これら外側カバー３３２及び内側カバー３３３には、センシング対象となる排気を取り入れるための通気孔が側面（孔３３２ａ，３３３ａ）及び底面（孔３３２ｂ，３３３ｂ）に設けられており、これら通気孔を通じて内側カバー３３３内（センシング部）に取り込まれた排気中の酸素濃度が、センサ素子３３１によって検出されるようになっている。こうした通気孔による迷路構造によりこのセンサ３３ａの耐被水性は高められている。また、このセンサ３３ａは、上記ヒータによりセンサ素子３３１の少なくともセンシング部が作動温度（例えば７００℃程度）まで加熱された状態で使用される。
【００４３】
また、こうしたセンサ３３ａが設けられた排気管２４（図１）の、さらに下流側には、例えばＰｔ（白金）等からなる酸化触媒３５が設けられており、さらにこの酸化触媒３５の下流側には、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３６が設けられている。そして、このＤＰＦ３６の下流側にも、排気温度を検出する排気温度センサ３４ｂが設けられており、この排気温度センサ３４ｂの検出値に基づいて、ＤＰＦ３６の温度（中心温度）を検出することができるようになっている。
【００４４】
ここでＤＰＦ３６は、例えばコーディエライト等の耐熱性セラミックがハニカム状に成形された円筒多孔質構造のフィルタ基材を有して構成されており、エンジン１０からの排気がこのＤＰＦ３６の多孔質隔壁を通過する際には、排気中のＰＭが同ＤＰＦ３６に捕集されるようになっている。そして、ＰＭ捕集量が所定値を超えた場合には、このＤＰＦ３６に対して燃焼処理（再生処理）が施され、その都度ＤＰＦ３６に捕集されたＰＭが燃焼され、無害化した炭酸ガスとして排出されることになる。またこの際、酸化触媒３５の触媒作用により排気中のＨＣやＣＯが浄化されることで、連続的に再生を行った場合でも、ＤＰＦ３６は比較的低温で再生されることになる。ＤＰＦ３６の再生処理は、例えばエンジン１０の動力を得る（出力トルクを生成する）ためになされるメインの燃料噴射から所定時間遅れた時期に１回又は多段噴射のポスト噴射を実行することによって行われる。なお、ディーゼルエンジンにおいては、自己着火による燃焼を行っているため、上記スロットルバルブ３２は通常一定開度（例えば全開状態）に保持され、燃焼制御としては燃料量のコントロールが主となっている。しかし、ＤＰＦ３６の再生が必要になった場合には、排気温度を一定に保つ必要があるため、吸気量をきめ細やかに制御すべく、ＥＣＵ６０によりスロットルバルブ３２の開度が頻繁に調整されるようになる。
【００４５】
さらに、このＤＰＦ３６を備える排気管２４には、ＤＰＦ３６入口付近の圧力とＤＰＦ３６出口付近の圧力との差圧を検出する差圧センサ３７が設けられている。そして、この差圧センサ３７により検出される差圧は、ＤＰＦ３６による圧力損失に相当し、上記ＰＭ捕集によるＤＰＦ３６の目詰まりの度合を示すものとなる。このため、この差圧を参照することにより、ＤＰＦ３６にて捕集されたＰＭの量（ＰＭ捕集量）を検出することができる。
【００４６】
一方、シリンダ１２内において燃焼室１６には、同燃焼室１６内での燃焼に供される燃料（軽油）を噴射供給する電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射弁）２７が配設されている。なお、ここでは便宜上１つのシリンダ（シリンダ１２）に設けられたインジェクタ２７のみを図示しているが、このようなインジェクタは、エンジン１０の各シリンダに対して設けられている。そして、このインジェクタ２７を含めたエンジン１０の各インジェクタは、図示しない高圧燃料配管を介して蓄圧配管としてのコモンレールに接続されており、このコモンレールには、図示しない燃料ポンプから高圧燃料が逐次圧送され、噴射圧力に相当する高圧燃料が蓄えられるようになっている。エンジン１０においては、これらインジェクタの開弁駆動により各シリンダに対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。こうしたコモンレールシステムでは、燃料噴射圧力が基本的にはエンジン１０の運転条件（例えば回転速度や負荷等）に左右されないため、必要な時に必要な噴射量・噴射圧力で燃料を供給することができる。
【００４７】
すなわちエンジン１０の運転時には、吸気弁２１の開動作により吸入空気が吸気管２３から燃焼室１６内へ導入され、これがインジェクタ２７から噴射供給された燃料と混ざり、混合気の状態でピストン１３により圧縮されて着火（自己着火）、燃焼し、排気弁２２の開動作により燃焼後の排気が排気管２４へ排出されることになる。
【００４８】
さらに、このシステムは、排気の一部をＥＧＲ（排気ガス還流：Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置も備える。このＥＧＲ装置は、基本的には、吸気管２３と排気管２４とを連通するように設けられたＥＧＲ配管４１と、このＥＧＲ配管４１の通路面積をバルブ開度により調節する電磁弁等からなるＥＧＲバルブ４２とによって構成されている。また、ＥＧＲ配管４１には、当該配管内を通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが設けられている。このＥＧＲ装置では、こうした構成に基づき、ＥＧＲ配管４１を通じて排気の一部を吸気系に再循環し、燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減している。なお、吸気系に再循環される排気量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲバルブ４２のバルブ開度が調節されることにより調整される。そして、ＥＧＲバルブ４２が全閉状態の場合には燃焼室１６内に吸入される吸入空気量と吸気管２３に新たに取り込まれる新気量とが等しくなる（吸入空気量＝新気量）ものの、この関係はＥＧＲバルブ４２のバルブ開度の変化に伴い崩れるため、このシステムにおいては、吸入空気量を、スロットルバルブ３２とＥＧＲバルブ４２との協調制御により調整するようにしている。基本的には、エアフロメータ３１により検出される新気量が排気流量（ＤＰＦ３６を通過する排気量）と等しくなるように制御される。
【００４９】
また、図示しない車両には、上記各センサのほかにもさらに、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ（主回転速度センサ）及び気筒判別センサ（副回転速度センサ）等からなる回転速度センサ５１や、運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５２等が設けられている。
【００５０】
そして、こうしたシステムにおいて、電子制御装置として車両制御を行うＥＣＵ６０は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備え、上記各種のセンサから逐次入力される検出信号に基づいてエンジン１０を制御する。このＥＣＵ６０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、メインメモリとしてのＲＡＭ、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）等といった各種の演算装置及び記憶装置によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該Ａ／Ｆセンサ３３ａに関する出力誤差推定、出力補正、及びセンサ性能の劣化判定に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムが、またデータ保存用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データが、それぞれ予め格納されている。
【００５１】
以上、本実施形態に係る車両制御システムの構成について詳述した。すなわち、エンジン１０（図１）の搭載された車両（自動車）は、こうしたシステムにより制御される。そして、このシステムにおいては、例えばエンジン１０の運転状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧力、及びＥＧＲ量等が、ＥＣＵ６０による演算及び各種プログラムの実行のもとに、エンジン回転速度やスロットル開度、さらにはＡ／Ｆセンサ３３ａ等により検出される空燃比等のエンジン運転情報に基づいて逐次算出され、これら算出された各パラメータに基づいて、それぞれエンジン１０に対しフィードバック制御が行われている。
【００５２】
また上述したように、本実施形態では、混合気の空燃比を検出するためにエンジン排気系に配設されたＡ／Ｆセンサ３３ａ（酸素濃度センサ）について、その出力誤差（出力値及び出力時期の誤差）を推定して、該センサ３３ａのセンサ出力の補正を行うようにしている。以下、図３〜図７を併せ参照して、このセンサ出力補正の一態様について詳述する。
【００５３】
図３は、本実施形態に係るセンサ出力補正処理についてその処理手順を示すフローチャート、図４は、図３の処理中で実行されるセンサ付着ＰＭ量の算出に係る処理手順を示すフローチャートである。なお、図３の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ６０によりＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることによって、例えば所定周期や所定クランク角ごとに逐次行われる。また、これら各図の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ６０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。
【００５４】
同図３に示されるように、この一連の処理においては、まず、ステップＳ１１で、ＤＰＦ３６に捕集されたＰＭ量（ＰＭ捕集量）を算出する。具体的には、例えば差圧センサ３７により検出される差圧や、排気温度センサ３４ａにより検出される排気温度、さらには排気流速等に基づいて、これを算出する。なお、排気流速は、例えば排気温度センサ３４ｂにより検出されるＤＰＦ３６出口付近の排気温度に基づいて、エアフロメータ３１により質量流量として検出される新気量を体積流量（排気流量に相当）に変換し、この体積流量を通路面積で除する（体積流量／通路面積）ことにより求められるものである。また、このＰＭ捕集量の算出に際しては、ＤＰＦ３６出口付近の排気温度に基づいて算出される排気粘度や排気密度、さらにはエンジン１０の運転状態（回転速度、燃料噴射量、ＥＧＲ量等）等も併せ加味するようにすれば、より高い精度で検出することも可能である。ここで、エンジン１０から排出されるＰＭの性質（例えばＤＰＦ３６やセンサ３３ａへの付着し易さ等）は、エンジン１０の運転状態（例えば回転速度、燃料噴射量、ＥＧＲ量等）から推定することが可能である。このため、ＰＭに関する情報を得る場合には、適宜にエンジン１０の運転状態を参照することが望ましい。
【００５５】
こうして、単位時間あたりのＰＭ捕集量ΔＰＭとその総和であるＰＭ捕集量ＰＭＳ（＝ΣΔＰＭ）との双方を算出する。そして、このうちのＰＭ捕集量ＰＭＳが、現にＤＰＦ３６に捕集されているＰＭ量に相当する。なお、前述したように、上記ＤＰＦ３６には、ＰＭ捕集量が所定値を超える都度、燃焼処理（再生処理）が施されるようになっているが、ここで算出されるＰＭ捕集量ＰＭＳは、ＤＰＦ３６の再生処理を行う際にも用いることができる。また、ＰＭ捕集量ＰＭＳは、ＤＰＦ３６の再生処理が行われると減少するため、ＤＰＦ３６の再生時には、その減少に対応してＰＭ捕集量ＰＭＳへ値（初期値）を再設定（更新）する。具体的には、例えばＤＰＦ３６が再生される都度、ＰＭ捕集量ＰＭＳを初期値としての「０（ゼロ）」にリセットしたり、あるいは再生処理による減少分だけＰＭ捕集量ＰＭＳを減少させたりする。
【００５６】
次に、続くステップＳ１２で、Ａ／Ｆセンサ３３ａに付着したＰＭ量（センサ付着ＰＭ量Ｘ１）の算出（推定）に係る図４の一連の処理を実行する。
【００５７】
すなわち同図４に示すように、まずステップＳ１２１で、排気中のＰＭがＤＰＦ３６に捕集される割合であるＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率Ｃを算出する。図５に、ＰＭ捕集効率Ｃと、ＰＭ捕集量ＰＭＳ（図３のステップＳ１１で算出）及び排気流量との関係をそれぞれグラフとして示す。なお、このグラフは、発明者の実験やシミュレーションの結果として得られたものであり、これらパラメータの基本的な関係を示している。
【００５８】
同図５のグラフ中に実線Ｌ１ａ（ＰＭ捕集量ＰＭＳ＝小）及び一点鎖線Ｌ１ｂ（ＰＭ捕集量ＰＭＳ＝中）及び二点鎖線Ｌ１ｃ（ＰＭ捕集量ＰＭＳ＝大）で示されるように、ＤＰＦ３６のＰＭ捕集量ＰＭＳが大きく（多く）なるほどそのＰＭ捕集効率Ｃが大きくなる。また、排気流量が大きく（多く）なるほどＰＭ捕集効率Ｃは小さくなる。本実施形態では、こうした関係に基づき、ＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率Ｃを、これらＰＭ捕集量ＰＭＳ及び排気流量、さらにはエンジン１０の運転状態（回転速度、燃料噴射量、ＥＧＲ量等）等に基づいて算出する。なお、ＰＭ捕集効率Ｃは、上述のＤＰＦ３６再生時に、その再生処理に伴うＰＭ捕集量ＰＭＳの減少度合に対応して低下することになる。このため、ＤＰＦ３６の再生時には、その減少に対応してＰＭ捕集効率Ｃへ値（初期値）を再設定（更新）する。具体的には、例えばＤＰＦ３６が再生される都度、ＰＭ捕集効率Ｃを初期値としての「０（ゼロ）」にリセットしたり、あるいは再生処理に伴うＰＭ捕集量ＰＭＳの減少分だけＰＭ捕集効率Ｃを減少させたりする。
【００５９】
次に、ステップＳ１２２で、Ａ／Ｆセンサ３３ａ周辺の排気中に含まれるＰＭ量、すなわちＤＰＦ３６の上流側の排気中に含まれるＰＭ量を、ＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率ＣとＰＭ捕集量ΔＰＭとに基づいて推定する。具体的には、例えばその時のセンサ３３ａ周辺のＰＭ量ΔＡを、「ΔＡ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）」なる関係式（ΔＰＭ：単位時間あたりのＰＭ捕集量、Ｃ：ＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率（０〜１００％））に基づいて算出する。
【００６０】
次に、ステップＳ１２３で、Ａ／Ｆセンサ３３ａ周辺の排気中に含まれるＰＭがセンサ３３ａに付着する割合であるＰＭ付着係数Ｋを算出する。図６に、ＰＭ付着係数Ｋと、排気流量及び排気温度との関係をグラフとして示す。なお、このグラフは、発明者の実験やシミュレーションの結果として得られたものであり、これらパラメータの基本的な関係を示している。
【００６１】
同図６のグラフ中に実線Ｌ２ａ（排気流量＝小）及び一点鎖線Ｌ２ｂ（排気流量＝中）及び二点鎖線Ｌ２ｃ（排気流量＝大）で示されるように、排気流量が大きく（多く）なるほど基本的にはＰＭ付着係数Ｋ（センサ付着ＰＭ量）は大きくなる。また、排気温度センサ３４ａにより検出される排気温度が高くなるほどＰＭ付着係数Ｋ（センサ付着ＰＭ量）は大きくなり、やがて「Ｋ＝１」近傍で飽和する。しかもこの時、ＰＭ付着係数Ｋは、Ａ／Ｆセンサ３３ａの温度ＳＴ（厳密にはセンサカバー周辺の温度）近傍で排気温度に対するＰＭ付着係数Ｋ（センサ付着ＰＭ量）の増加率（グラフの傾き）が急に増大する。これについては、排気温度が低い場合には排気中のＰＭ粒子がセンサ３３ａから熱エネルギーをもらうことでセンサ３３ａに付着することなく通り抜ける確率が高くなるためであると発明者は考えている。本実施形態では、こうした関係に基づき、ＰＭ付着係数Ｋを、これら排気流量及び排気温度（Ａ／Ｆセンサ３３ａ周辺の排気温度）、さらにはエンジン１０の運転状態（回転速度、燃料噴射量、ＥＧＲ量等）等に基づいて算出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１２４で、「ΔＸ１＝ΔＡ・Ｋ」なる関係式を解いて、すなわち単位時間あたりのセンサ３３ａ周辺のＰＭ量ΔＡにＰＭ付着係数Ｋを乗じて、単位時間あたりにＡ／Ｆセンサ３３ａに付着したＰＭ量であるセンサ付着ＰＭ量ΔＸ１を算出するとともに、「Ｘ１＝ΣΔＸ１」なる関係式に基づき、その総和としてセンサ付着ＰＭ量Ｘ１を算出（推定）する。ここで、単位時間あたりのセンサ付着ＰＭ量ΔＸ１の総和であるセンサ付着ＰＭ量Ｘ１は、現にＡ／Ｆセンサ３３ａ（特にセンシング部におけるセンサ素子３３１やカバー３３２，３３３（図２））に付着しているＰＭ量に相当する。
【００６３】
そして、このセンサ付着ＰＭ量Ｘ１の算出処理をもって、図４の一連の処理は終了することになる。なお、Ａ／Ｆセンサ３３ａはＤＰＦ３６の近傍に配設されており、上述のＤＰＦ３６再生時にはその燃焼熱によって同センサ３３ａに付着したＰＭも燃焼除去されることになる。このため、ＤＰＦ３６の再生時にはセンサ付着ＰＭ量Ｘ１を更新するようにする。具体的には、例えばＤＰＦ３６が再生される都度、センサ付着ＰＭ量Ｘ１を初期値としての「０（ゼロ）」にリセットしたり、あるいは再生処理前後のセンサ出力の変化に基づきその再生処理による減少分だけセンサ付着ＰＭ量Ｘ１を減少させたりする。そして、ＤＰＦ３６の再生処理に伴うセンサ付着ＰＭ量Ｘ１の減少度合を検出する場合には、例えば再生処理前後のセンサ出力の変化に基づいてこれを検出する。
【００６４】
次に、図３の処理に戻り、ステップＳ１３で、Ａ／Ｆセンサ３３ａについてのセンサ出力誤差の推定値に相当する上記センサ付着ＰＭ量Ｘ１に基づいて同センサ３３ａの性能劣化の度合を判定する。具体的には、所定の閾値を用いて「センサ付着ＰＭ量Ｘ１＜閾値（許容量）」の条件が満足されるか否かを判断し、同ステップＳ１３で、この条件を満たす（センサ付着ＰＭ量Ｘ１は閾値未満である）旨の判断がなされた場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差は小さい、すなわち同センサ３３ａの性能劣化の度合は小さいとして、続くステップＳ１４，Ｓ１５で、同センサ３３ａの出力値に対して補正を行う。
【００６５】
すなわち、まずステップＳ１４で、より厳密に上記Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差を推定すべく、所定のマップを参照しつつ、同センサ３３ａの出力値に対する補正値としてのセンサ出力補正値ＣＡＦ（センサ出力誤差に相当）を取得する。図７に、ここで用いるマップの一例を示す。なお、このマップは、例えば実験やシミュレーション等の結果として得られるものである。
【００６６】
同図７に示されるように、このマップは、センサ出力補正値ＣＡＦとセンサ付着ＰＭ量Ｘ１とを対応付けており、センサ付着ＰＭ量Ｘ１が少ないうちは、センサ付着ＰＭ量Ｘ１が増えるほど前述した燃焼による局所的な酸素低下（酸欠）が大きくなり、センサ出力が低下する（出力値が小さくなる）。このため、センサ付着ＰＭ量Ｘ１が増えるに従い、センサ出力補正値ＣＡＦは「１」から徐々に増大していくことになる。しかし、センサ付着ＰＭ量Ｘ１がさらに大きくなってセンサ３３ａでの燃焼限界に近づくと、前述した燃焼による酸素低下が起こらなくなることにより、センサ出力補正値ＣＡＦは一定値に飽和していくことになる。
【００６７】
こうしたマップに基づき、センサ出力補正値ＣＡＦを取得した後、続くステップＳ１５で、センサ付着ＰＭ量Ｘ１に基づくセンサ出力誤差を補償すべくＡ／Ｆセンサ３３ａの出力値に対して補正を行う。具体的には、「Ｖo＝Ｖo・ＣＡＦ」なる関係式を解いて、すなわちＡ／Ｆセンサ３３ａの元の出力値Ｖoにセンサ出力補正値ＣＡＦを乗じて、新たな出力値Ｖoを算出、更新する。そして、このセンサ出力補正処理をもって、図３の一連の処理を終了する。
【００６８】
他方、ステップＳ１３で、上記条件を満たさない（センサ付着ＰＭ量Ｘ１は閾値以上である）旨の判断がなされた場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差は大きい、すなわち同センサ３３ａの性能劣化の度合は大きいとして、続くステップＳ１６で、センサ素子３３１（図２）と一体に設けられたヒータにより、同センサ素子３３１及びカバー３３２，３３３を含めたセンサ３３ａの略全体を例えば「８００℃」に加熱して同センサ３３ａに付着したＰＭの略全てを燃焼除去する。こうして、Ａ／Ｆセンサ３３ａが再生されることになる。そしてこの場合は、この再生処理をもって、図３の一連の処理が終了することになる。なお、上記ヒータの加熱温度「８００℃」は、ＰＭの自己燃焼温度（６００℃程度）以上であって且つ、Ａ／Ｆセンサ３３ａが正常に動作する温度として設定されている。
【００６９】
ところで、上述のように、ＤＰＦ３６再生時にはその燃焼熱によって同センサ３３ａに付着したＰＭも燃焼除去されることになるため、こうしたセンサの再生処理は不要にも見える。しかしそれでも、このＤＰＦ３６再生の周期よりも短い期間で許容以上のＰＭがセンサ３３ａに付着して同センサ３３ａに出力誤差が生じてしまうことがあるため、センサ３３ａを常に高精度に維持する上では、こうしたセンサの再生処理が有効になる。実際、発明者の試験では、ＤＰＦ３６の再生１回につきセンサ３３ａの再生を少なくとも２０回程度行うことによって、センサ３３ａを常に高精度に維持することができた。
【００７０】
このように、本実施形態では、図３の一連の処理を繰り返し実行することにより、センサ付着ＰＭ量Ｘ１に基づいてＡ／Ｆセンサ３３ａの性能劣化の度合が判定され（図３のステップＳ１３）、性能劣化の度合が大きいと判断された場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａが再生され（図３のステップＳ１６）、性能劣化の度合が小さいと判断された場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力値に対して補正（図３のステップＳ１５）が行われる。また、ＤＰＦ３６の継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加度合（ΔＰＭ，ＰＭＳ）に応じてＰＭ捕集効率Ｃが逐次更新され（図４のステップＳ１２１）、ＤＰＦ３６に対して再生処理が施された場合にはその再生処理に伴うＰＭ捕集量ＰＭＳの減少に対応してＰＭ捕集効率Ｃの値が再設定される。これにより、センサ出力誤差に基づく誤制御等は好適に防止されるようになる。
【００７１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００７２】
（１）Ａ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差を推定してそのセンサ出力の補正やセンサ性能の劣化判定を行うＥＣＵ６０（電子制御装置）として、Ａ／Ｆセンサ３３ａ周辺の排気中に含まれるＰＭ量ΔＡを推定するプログラム（排気中ＰＭ量推定手段）と、このプログラムにより求められたセンサ周辺のＰＭ量ΔＡに基づきＡ／Ｆセンサ３３ａに付着したＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１を推定するプログラム（センサ付着ＰＭ量推定手段）と、このプログラムにより推定されたセンサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１に基づいてＡ／Ｆセンサ３３ａの性能劣化の度合を判定するプログラム（センサ劣化度合判定手段）と、同センサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１に基づくセンサ出力誤差を補償すべくＡ／Ｆセンサ３３ａの出力値に対して補正を行うプログラム（センサ出力補正手段）と、を備える構成とした。これにより、一般的な自動車にあっても、良好な運転性（ドライバビリティ）を維持しつつ高い頻度でＡ／Ｆセンサ３３ａの出力誤差を推定してセンサ性能の劣化判定（図３のステップＳ１３）やセンサ出力の補正（図３のステップＳ１５）を行うことができるようになる。
【００７３】
（２）Ａ／Ｆセンサ３３ａとして、センシング部に対するカバー３３２，３３３に通気孔（孔３３２ａ，３３３ａ，３３２ｂ，３３３ｂ）を備え、この通気孔を通じてセンシング部に取り込まれた排気の酸素濃度を検出するものを用いるようにした。こうした耐被水性に優れる構造のＡ／Ｆセンサ３３ａを用いて、その通気孔がＰＭで塞がれるようなことがあっても、上記各プログラムを備える構成とすることによりセンサ出力誤差に基づく誤制御等は好適に防止されることになる。また、センサ付着ＰＭ量の変化に対するセンサ出力誤差の変化量が大きくなることで、センサ出力誤差の推定精度も高められる。
【００７４】
（３）センサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１を推定する際、詳しくはＰＭ付着係数Ｋを算出する際に、排気流量及び排気温度、さらにはエンジン１０の運転状態に基づいて、これを算出するようにした（図４のステップＳ１２３）。センサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１（ＰＭ付着係数Ｋ）は排気流量や排気温度の影響を強く受けるものである（図６参照）ため、センサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１を精度よく推定する上では、これらパラメータの両方に基づいて推定する構成が特に有効である。
【００７５】
（４）センサ３３ａ周辺のＰＭ量ΔＡを、「ΔＡ＝ΔＰＭ×（１００／Ｃ）」なる関係式（ΔＰＭ：単位時間あたりのＰＭ捕集量、Ｃ：ＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率（０〜１００％））に基づいて算出するようにした。これにより、ＤＰＦ３６捕集前の排気中に含まれているＰＭ量が、選択的に、しかも容易且つ的確に推定されるようになる。
【００７６】
（５）ＤＰＦ３６の継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加度合（ΔＰＭ，ＰＭＳ）に応じてＰＭ捕集効率Ｃを逐次更新し、ＤＰＦ３６に対して再生処理が施された場合にはその再生処理に伴うＰＭ捕集量ＰＭＳの減少に対応してＰＭ捕集効率Ｃの値を再設定するプログラム（捕集効率設定手段）を備える構成とした（図４のステップＳ１２１）。これにより、ＰＭ捕集効率Ｃはその都度の適正な値に設定されるようになる。
【００７７】
（６）センサ付着ＰＭ量ΔＸ１，Ｘ１を更新しつつＤＰＦ３６に対して再生処理が施された場合にはその再生処理に伴うセンサ付着ＰＭ量Ｘ１の減少に対応してセンサ付着ＰＭ量Ｘ１の値を再設定するプログラム（センサ付着ＰＭ量設定手段）を備える構成とした。これにより、センサ付着ＰＭ量Ｘ１はその都度の適正な値に設定されるようになる。
【００７８】
（７）センサ付着ＰＭ量Ｘ１が許容量を超えた場合にＡ／Ｆセンサ３３ａのヒータにより同センサ３３ａの略全体を例えば「８００℃」に加熱して同センサ３３ａに付着したＰＭの略全てを燃焼除去するプログラム（ヒータ制御手段）を備える構成とした。これにより、同センサ３３ａを継続的に長期にわたって使用することが可能になる。
【００７９】
（８）酸化触媒３５及びＤＰＦ３６の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ３３ａについて、上述のセンサ性能の劣化判定やセンサ出力の補正を行うようにした。これにより、同センサ３３ａを用いた空燃比やＥＧＲ等の制御についてその制御性が高く維持されるようになる。
【００８０】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る電子制御装置を具体化した第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態に係る装置も、概ね先の図１に示した構成と同様の構成の車両制御システムに適用される。ただし、本実施形態に係る車両制御システムでは、図８に示すように、例えば上記Ａ／Ｆセンサ３３ａ（図１参照）のセンサ出力を補正するために、このセンサ３３ａとは別途、ＤＰＦ３６の下流側に対してさらにＡ／Ｆセンサ３３ｂが設けられている。なお、このＡ／Ｆセンサ３３ｂも、先の図２に概略構造を示したような積層タイプのヒータ付Ａ／Ｆセンサである。以下、本実施形態に係る電子制御装置について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８１】
すなわち本実施形態でも、Ａ／Ｆセンサ３３ａに対して上述のセンサ性能の劣化判定やセンサ出力の補正を行うことは、第１の実施形態と同様である。ただし本実施形態では、このＡ／Ｆセンサ３３ａに対してだけではなく、ＤＰＦ３６の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ３３ｂに対しても、上述のセンサ性能の劣化判定やセンサ出力の補正を行うようにしている。先の図３等と併せ図９を参照して、以下にこのＡ／Ｆセンサ３３ｂについての劣化判定及び補正態様をさらに詳しく説明する。
【００８２】
このＡ／Ｆセンサ３３ｂについての劣化判定及び補正態様も、基本的には、Ａ／Ｆセンサ３３ａについての劣化判定及び補正態様、すなわち第１の実施形態として図３〜図７に例示した内容に準ずるものとなる。ただし、センサ付着ＰＭ量の算出処理（図３のステップＳ１２の処理に相当）の内容が少し異なる。
【００８３】
図９は、図３のステップＳ１２の処理として実行されるＡ／Ｆセンサ３３ｂに付着したＰＭ量（センサ付着ＰＭ量Ｘ２）の算出に係る処理手順を示すフローチャートである。
【００８４】
同図９に示されるように、この算出処理においても、図４のステップＳ１２１〜Ｓ１２４に準ずるステップＳ２２１〜Ｓ２２４を経て、センサ付着ＰＭ量Ｘ２が算出される。ただし、ステップＳ２２２においては、Ａ／Ｆセンサ３３ｂ周辺の排気中に含まれるＰＭ量ΔＢ、すなわちＤＰＦ３６の下流側の排気中に含まれるＰＭ量を推定すべく、この時のセンサ３３ｂ周辺のＰＭ量ΔＢを、「ΔＢ＝（ΔＰＭ／Ｃ）×（１００−Ｃ）」なる関係式（ΔＰＭ：単位時間あたりのＰＭ捕集量、Ｃ：ＤＰＦ３６のＰＭ捕集効率（０〜１００％））に基づいて算出するようにしている。こうすることで、ＤＰＦ３６捕集後の排気中に含まれているＰＭ量が、選択的に、しかも容易且つ的確に推定されるようになる。なお、この場合も、ＤＰＦ３６の再生時にその減少に対応してＰＭ捕集効率Ｃへ値（初期値）を再設定（更新）することは第１の実施形態と同様である。
【００８５】
なお、本実施形態におけるＡ／Ｆセンサ３３ｂは、酸化触媒３５及びＤＰＦ３６の下流側に設けられているため、前述のＡ／Ｆセンサ３３ａよりも汚れにくい。したがって、図３のステップＳ１６におけるセンサ再生処理の頻度（回数）は、センサ３３ａの場合よりも少なくて済む。ちなみに、発明者の試験では、ＤＰＦ３６の再生１回につきセンサ３３ｂの再生を２〜３回程度行うことによって、同センサ３３ｂを常に高精度に維持することができた。
【００８６】
このように、本実施形態では、先の図３の一連の処理を繰り返し実行することにより、センサ付着ＰＭ量Ｘ１，Ｘ２に基づいてＡ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂの性能劣化の度合が判定され（図３のステップＳ１３）、性能劣化の度合が大きいと判断された場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂが再生され（図３のステップＳ１６）、性能劣化の度合が小さいと判断された場合には、Ａ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂの出力値に対して補正（図３のステップＳ１５）が行われる。また、ＤＰＦ３６の継続的な使用に伴うＰＭ捕集量の増加度合（ΔＰＭ，ＰＭＳ）に応じてＰＭ捕集効率Ｃが逐次更新され（図４，図９のステップＳ１２１，Ｓ２２１）、ＤＰＦ３６に対して再生処理が施された場合にはその再生処理に伴うＰＭ捕集量ＰＭＳの減少に対応してＰＭ捕集効率Ｃの値が再設定される。これにより、センサ出力誤差に基づく誤制御等は好適に防止されるようになる。
【００８７】
以上詳述した本実施形態によれば、前記（１）〜（８）の効果と同様又は準ずる効果に加え、さらに以下の優れた効果が得られる。
【００８８】
（９）酸化触媒３５及びＤＰＦ３６の上流側に設けられたＡ／Ｆセンサ３３ａだけでなく、ＤＰＦ３６の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ３３ｂについても、上述のセンサ性能の劣化判定やセンサ出力の補正を行うようにした。これにより、これらセンサ３３ａ，３３ｂを用いた空燃比やＥＧＲ等の制御についてその制御性がより高く維持されるようになる。
【００８９】
［他の実施形態］
・上記各実施形態について、図３のステップＳ１６の後に、同ステップＳ１６の加熱によりＰＭが除去されたか否かを検出する処理を設けるようにしてもよい。こうすることで、例えばＡ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂのヒータが故障した等の理由でセンサ付着ＰＭ量が低減されなかった場合には、警告灯等の報知装置によりそれを運転者等に知らせてセキュリティレベルの向上を図ることが可能になる。なお、ＰＭが除去されたか否かの確認は、例えば加熱処理前後のセンサ出力の変化に基づいて行うことができる。
【００９０】
・上記各実施形態では、図３のステップＳ１６において、Ａ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂの略全体を加熱するようにしたが、少なくともセンシング部が加熱されれば（換言すれば、少なくともセンシング部に付着したＰＭが除去されれば）、少なくとも前記（７）の効果に準ずる効果は得ることができる。
【００９１】
・上記各実施形態では、同ステップＳ１６において、同センサ３３ａ，３３ｂに付着したＰＭの略全てを燃焼除去するようにしたが、略全てを除去することは必須ではなく、少なくとも許容量までセンサ付着ＰＭ量を燃焼除去する構成であれば、少なくとも前記（７）の効果に準ずる効果は得ることができる。
【００９２】
・上記各実施形態では、同ステップＳ１６の加熱処理を行うヒータとして、センシング部を作動温度に上昇させるために同センサ３３ａ，３３ｂに備え付けられたヒータを用いるようにした。しかし、設定温度が高温になることを考えれば、別途ヒータを設けるようにした構成なども有効である。またこの場合、センシング部のカバーに対してヒータを設けることも有効である。
【００９３】
・上記各実施形態では、センサ付着ＰＭ量を推定する際、詳しくはＰＭ付着係数Ｋを算出する際に、排気流量及び排気温度、さらにはエンジン１０の運転状態に基づいて、これを算出するようにした（図４，図９のステップＳ１２３，Ｓ２２３）。しかしこれに限定されず、排気流量及び排気温度の少なくとも一方に基づいてセンサ付着ＰＭ量を推定する構成であれば、少なくとも前記（３）の効果に準ずる効果は得ることができる。
【００９４】
・ＤＰＦ３６の上流側にＡ／Ｆセンサ３３ａ（図１）を設けず、ＤＰＦ３６の下流側に設けられたＡ／Ｆセンサ３３ｂ（図８）だけについて、上述のセンサ性能の劣化判定やセンサ出力の補正を行うようにしてもよい。例えば空燃比について酸素濃度の定性的特性に基づく学習制御を行う場合等には、こうした構成が有効である。
【００９５】
・上記各実施形態においては、センサ付着ＰＭ量に基づいてＡ／Ｆセンサ３３ａ，３３ｂの性能劣化の度合を判定（図３のステップＳ１３）し、性能劣化の度合の大小に応じて、センサの再生（図３のステップＳ１６）やセンサ出力の補正（図３のステップＳ１５）を行うようにした。しかしこれに限られず、例えば性能劣化の度合が小さい場合には出力補正もセンサ再生も行わずそのまま継続使用し、性能劣化の度合が大きい場合に出力補正を行うようにしてもよい。また、性能劣化の度合が小さい場合には出力補正を行い、性能劣化の度合が大きい場合には例えば警告灯の点灯やダイアグコードの記憶等といった適宜のフェイルセーフ処理を行うようにしてもよい。また、閾値を複数用いて、性能劣化の度合をより細かく判定し、性能劣化の度合が小さい順に、出力補正、センサ再生、フェイルセーフ処理といった処理を行うようにしてもよい。また、補正を行わず、性能劣化の度合に応じて、異なる色の警告灯を点灯させるようにしてもよい。こうした構成であれば、運転者等は警告灯の色によりセンサの性能劣化の度合を容易に把握することができるようになる。
【００９６】
・性能劣化の度合についての判定自体を行わずとも、センサ出力の補正を行うことは可能である。すなわち、図３のステップＳ１３の判定処理を割愛して、例えば所定周期や所定クランク角ごとに逐次センサ出力の補正を行うようにしてもよい。
【００９７】
・上記各実施形態では、センサ周辺のＰＭ量を逐次（例えば所定周期や所定クランク角ごとに）求める（更新する）構成としたが、センサ周辺のＰＭ量が基本的に変化しないものである場合には、これに変化があった時のみにその変化後の値を求める（更新する）構成とすることも有効である。
【００９８】
・上記各実施形態では、ＰＭ捕集量が所定値を超える都度、ＤＰＦ３６の再生処理を実行するようにしたが、再生処理の実行条件（実行タイミング）は任意であり、例えば定期的にこれを実行するようにしてもよい。もっとも、再生処理の実行自体、必須の構成ではなく、これを実行しないシステムに対しても本発明を適用することはできる。
【００９９】
・上記各実施形態では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いるようにしたが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。
【０１００】
・上記各実施形態では、一例として車両ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに本発明を適用した場合について言及したが、ガソリンエンジン（直噴エンジン）についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。ＤＰＦ等のＰＭ除去用フィルタを持たない構成にあっては、エンジンの運転状態（例えば回転速度、燃料噴射量、ＥＧＲ量等）のみによっても、酸素濃度センサ周辺の排気中に含まれるＰＭ量を推定することは可能である。
【０１０１】
・図２に示した構造は、あくまで本発明に係る装置で補正や劣化判定の対象とする酸素濃度センサの構造の一例であり、これに限定されることはない。すなわち、リニア検出式のＡ／Ｆセンサには限られず、Ａ／Ｆセンサに代えて任意の酸素濃度センサを用いることができる。例えば酸素濃度の変化に対して２値的に出力を変化させるセンサ、すなわち空燃比のリッチ／リーンを検出するＯ2センサ等についても、本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る電子制御装置の第１の実施形態について、該装置の適用された車両制御システムの概略を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係るＡ／Ｆセンサの一例について、（ａ）はそのセンサの概観形状を示す側面図、（ｂ）は同センサの内部構造を示す断面図。
【図３】第１の実施形態に係るセンサ出力の補正処理についてその処理手順を示すフローチャート。
【図４】図３の処理中で実行されるセンサ付着ＰＭ量の算出に係る処理手順を示すフローチャート。
【図５】ＰＭ捕集効率とＰＭ捕集量及び排気流量との関係をそれぞれ示すグラフ。
【図６】ＰＭ付着係数と排気流量及び排気温度との関係をそれぞれ示すグラフ。
【図７】センサ出力補正値を求める際に用いられるマップの一例を示すグラフ。
【図８】本発明に係る電子制御装置の第２の実施形態について、該装置の適用された車両制御システムの概略を示す構成図。
【図９】第２の実施形態に係るセンサ付着ＰＭ量の算出処理についてその処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…ディーゼルエンジン、２４…排気管、３１…エアフロメータ、３３ａ、３３ｂ…Ａ／Ｆセンサ、３４ａ、３４ｂ…排気温度センサ、３５…酸化触媒、３６…ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、３７…差圧センサ、６０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３３１…センサ素子、３３２、３３３…カバー、３３２ａ、３３２ｂ、３３３ａ、３３３ｂ…孔（通気孔）。
【図１】
2008008174.tif 000003
【図２】
2008008174.tif 000004
【図３】
2008008174.tif 000005
【図４】
2008008174.tif 000006
【図５】
2008008174.tif 000007
【図６】
2008008174.tif 000008
【図７】
2008008174.tif 000009
【図８】
2008008174.tif 000010
【図９】
2008008174.tif 000011