(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関において、酸素濃度検出手段の個体差等を学習するときに、温度変化の影響を除去し、学習精度を向上させることを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５２は、燃料カット運転を行っているときに、酸素濃度センサ４６の個体差等を補正するための大気学習を実施する。この場合、内燃機関１０の運転状態が切り換ったとき、または酸素濃度センサ４６のヒータ４６ｃに通電を開始して間もないときには、酸素濃度センサ４６の温度状態が安定していないと判定し、所定の待機時間が経過するまで大気学習を禁止する。これにより、酸素濃度センサ４６の温度状態が安定していないときに、酸素濃度センサ４６から出力される低い精度の検出信号を用いて大気学習が行われるのを回避することができる。【選択図】図３
2008286070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出信号を出力する酸素濃度検出手段と、
内燃機関の燃料カット運転が行われているときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であるか否かを判定する温度状態判定手段と、
前記温度状態判定手段によって前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であると判定したときに、前記酸素濃度検出手段から出力される検出信号を用いて学習を行う学習手段と、
前記温度状態判定手段によって前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定したときに、前記学習手段の動作を禁止する学習禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記温度状態判定手段は、内燃機関の運転状態が高出力運転から通常運転に移行した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記運転状態が移行した時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記温度状態判定手段は、内燃機関の運転状態が燃料カット運転からアイドル運転に移行した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記運転状態が移行した時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記酸素濃度検出手段は、加熱された状態で酸素濃度を検出可能な素子部と、通電されることにより前記素子部を加熱するヒータとを備え、前記温度状態判定手段は、前記ヒータに通電を開始した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記通電開始の時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記温度状態判定手段は、前記排気温度検出手段により検出した排気ガスの温度に応じて前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であるか否かを判定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を素子部によって検出し、前記素子部から出力される検出信号をリード部によって外部に導出する酸素濃度検出手段と、
排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、
内燃機関の燃料カット運転が行われているときに、前記排気温度検出手段により検出した排気ガスの温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する温度補正手段と、
前記温度補正手段により補正した検出信号を用いて学習を行う学習手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記温度補正手段は、排気ガスの温度に応じて前記酸素濃度検出手段のリード部の温度を推定し、この推定温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する構成としてなる請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記酸素濃度検出手段は、通電されることによって前記素子部を加熱するヒータを備え、前記温度補正手段は、前記ヒータに通電を開始してから経過した時間と前記排気ガスの温度とに応じて前記酸素濃度検出手段のリード部の温度を推定し、この推定温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する構成としてなる請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の運転状態を制御する制御装置に係り、特に、排気ガス中の酸素濃度に応じて空燃比を制御する構成とした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００３−３９０３号公報）に開示されているように、排気通路に設けた酸素濃度センサを用いて空燃比制御を行う制御装置が知られている。この場合、酸素濃度センサには、製造ばらつき（個体差）や経時劣化等を含めて個々のセンサ毎に固有の誤差が存在する。そこで、従来の制御装置では、センサ固有の誤差を補正するために、大気学習と呼ばれる学習制御を行っている。
【０００３】
この大気学習では、まずエンジンの燃料カット制御を開始してから所定のディレイ時間が経過したときに、排気通路内が大気雰囲気になったと判断し、大気学習を開始する。ここで、ディレイ時間とは、燃料カットが開始されてから、排気通路内が大気雰囲気となるまでに必要な時間である。このため、ディレイ時間が経過した後には、酸素濃度センサから大気中の酸素濃度に対応した検出信号が出力されるようになる。
【０００４】
そして、大気学習では、この燃料カット中の検出信号値と、制御装置内に記憶している最終基準出力値とを比較する。ここで、最終基準出力値とは、センサ固有の誤差を排除した標準器となる酸素濃度センサによって大気中の酸素濃度を検出し、その検出値を適宜補正することで得られる信号値である。この結果、燃料カット中の検出信号値と最終基準出力値とのずれ量は、酸素濃度センサ固有の誤差に対応した値となる。そして、このずれ量は、センサ固有の誤差を補正するための学習値として制御装置に記憶され、その後の空燃比制御に用いられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、燃料カットの開始後にディレイ時間を設けることにより、排気通路内の雰囲気が不安定な状態では大気学習を開始しないようにしている。しかし、燃料カットの開始直後には、排気通路内の雰囲気が不安定となるだけでなく、排気ガスの温度等に応じて酸素濃度センサの温度も変動し易い。このようなセンサの温度変化は、センサの出力特性に影響を与え、大気学習の学習精度を低下させることがある。
【０００７】
このため、従来技術では、ディレイ時間の経過後に大気学習を開始しても、まだ酸素濃度センサが低い温度であったり、センサ温度が安定していないことがある。即ち、排気通路内の雰囲気を考慮したディレイ時間を設定するだけでは、大気学習を高い精度で行うのが難しいという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、酸素濃度検出手段の誤差等を学習するときに、温度変化によって学習値が影響されるのを防止することができ、学習精度を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出信号を出力する酸素濃度検出手段と、
内燃機関の燃料カット運転が行われているときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であるか否かを判定する温度状態判定手段と、
前記温度状態判定手段によって前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であると判定したときに、前記酸素濃度検出手段から出力される検出信号を用いて学習を行う学習手段と、
前記温度状態判定手段によって前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定したときに、前記学習手段の動作を禁止する学習禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、前記温度状態判定手段は、内燃機関の運転状態が高出力運転から通常運転に移行した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記運転状態が移行した時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としている。
【００１１】
第３の発明は、前記温度状態判定手段は、内燃機関の運転状態が燃料カット運転からアイドル運転に移行した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記運転状態が移行した時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としている。
【００１２】
第４の発明は、前記酸素濃度検出手段は、加熱された状態で酸素濃度を検出可能な素子部と、通電されることにより前記素子部を加熱するヒータとを備え、前記温度状態判定手段は、前記ヒータに通電を開始した時点から待機時間が経過するまでは、前記酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定し、前記通電開始の時点から前記待機時間が経過したときに、前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態に移行したと判定する構成としている。
【００１３】
第５の発明は、排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記温度状態判定手段は、前記排気温度検出手段により検出した排気ガスの温度に応じて前記酸素濃度検出手段の温度が安定状態であるか否かを判定する構成としている。
【００１４】
第６の発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の酸素濃度を素子部によって検出し、前記素子部から出力される検出信号をリード部によって外部に導出する酸素濃度検出手段と、
排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段と、
内燃機関の燃料カット運転が行われているときに、前記排気温度検出手段により検出した排気ガスの温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する温度補正手段と、
前記温度補正手段により補正した検出信号を用いて学習を行う学習手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
第７の発明は、前記温度補正手段は、排気ガスの温度に応じて前記酸素濃度検出手段のリード部の温度を推定し、この推定温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する構成としている。
【００１６】
第８の発明は、前記酸素濃度検出手段は、通電されることによって前記素子部を加熱するヒータを備え、前記温度補正手段は、前記ヒータに通電を開始してから経過した時間と前記排気ガスの温度とに応じて前記酸素濃度検出手段のリード部の温度を推定し、この推定温度を用いて前記酸素濃度検出手段の検出信号を補正する構成としている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、温度状態判定手段は、内燃機関の燃料カット運転が行われているときに、酸素濃度検出手段の温度が安定した温度平衡状態であるか否かを判定することができる。これにより、酸素濃度検出手段の温度が安定していないときには、温度が安定するまで学習手段を禁止することができ、温度が安定した後に学習手段を実施することができる。
【００１８】
このため、酸素濃度検出手段は、学習手段が実施されるときに、温度が安定した状態で正確な検出信号を出力することができる。そして、学習手段は、この正確な検出信号を用いて酸素濃度検出手段の誤差等を高い精度で学習することができる。従って、酸素濃度検出手段の温度変化によって学習値が影響されるのを防止でき、学習精度を向上させることができる。
【００１９】
第２の発明によれば、内燃機関が高出力運転（高負荷または高回転）から通常運転に移行したときには、排気ガスの温度が低下するから、酸素濃度検出手段の温度が過渡的に非安定状態となり易い。この状態で、十分な待機時間が経過しないうちに燃料カット運転が開始されたとしても、温度状態判定手段は、酸素濃度検出手段の温度が非安定状態であると判定することができる。そして、待機時間が経過したときには、酸素濃度検出手段の温度が安定したと判定することができる。従って、高出力運転からの復帰時に学習精度が低下するのを防止することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、内燃機関が燃料カット運転からアイドル運転に移行したときには、排気ガスの温度が上昇するから、酸素濃度検出手段の温度が過渡的に非安定状態となり易い。この状態で、温度状態判定手段は、運転が移行した時点から十分な待機時間が経過したか否かに応じて、酸素濃度検出手段の温度状態を容易に判定することができる。従って、アイドル運転への移行によって学習精度が低下するのを防止することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、酸素濃度検出手段のヒータに通電を開始してから全体が暖まるまでの間は、その温度が過渡的に非安定状態となり易い。この状態で、温度状態判定手段は、通電を開始した時点から十分な待機時間が経過したか否かに応じて、酸素濃度検出手段の温度状態を容易に判定することができる。従って、酸素濃度検出手段の始動直後に学習精度が低下するのを防止することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、排気ガスの温度が変化するときには、その流れに晒されている酸素濃度検出手段の温度が過渡的に非安定状態となり易い。この場合、温度状態判定手段は、排気温度検出手段により検出した排気ガスの温度に応じて酸素濃度検出手段の温度状態を容易に判定することができる。即ち、運転状態の変化等を包括するような簡単な判定条件によって学習手段の実行，禁止を切り換えることができ、判定処理を簡略化することができる。
【００２３】
第６の発明によれば、酸素濃度検出手段の温度は、排気ガスの温度が変化する場合等に、素子部とリード部との間に温度ばらつきが生じることによって非安定状態となり易い。これに対し、温度補正手段は、この温度ばらつきを含んだ酸素濃度検出手段の検出信号を排気ガスの温度に応じて適切に補正することができる。このため、学習手段は、酸素濃度検出手段の温度が非安定状態でも、補正後の検出信号を用いて高い精度の学習を行うことができる。また、酸素濃度検出手段の温度状態に関係なく、学習動作を高い頻度で行うことができるから、学習効率を向上させることができる。
【００２４】
第７の発明によれば、温度補正手段は、排気ガスの温度を用いて酸素濃度検出手段のリード部の温度を推定することができる。そして、この推定温度に応じて酸素濃度検出手段の検出信号を高い精度で補正することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、温度補正手段は、排気ガスの温度と、ヒータの通電時間（温度）とに応じてリード部の温度をより正確に推定することができる。この結果、例えば酸素濃度検出手段の始動直後を含めて、リード部の温度を正確に把握することができる。そして、温度補正手段は、この正確な温度に応じて高い精度の補正を行うことができる。従って、内燃機関の始動直後等を含めて学習の機会を増やすことができ、学習効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、例えば４気筒型のディーゼルエンジンによって構成されている。
【００２７】
内燃機関１０の吸気側には、各気筒内に空気（吸入空気）を吸込む吸気通路１２が設けられている。この吸気通路１２は吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。また、吸気通路１２には、内燃機関１０の吸入空気量を調整するスロットル弁１６が設けられている。
【００２８】
一方、内燃機関１０の排気側には、各気筒内で生じた排気ガスを外部に排出する排気通路１８が設けられている。この排気通路１８は、排気マニホールド２０を介して各気筒の排気ポートに接続されている。また、排気通路１８には、排気浄化触媒２２が設けられている。この排気浄化触媒２２は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ等の成分を浄化すると共に、排気ガス中の微粒子（ＰＭ）を捕集するものである。
【００２９】
また、内燃機関１０の各気筒には、それぞれの気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２４が設けられている。これらの燃料噴射弁２４には、コモンレール２６を介して燃料ポンプ２８が接続されている。燃料ポンプ２８には、燃料通路３０を介して燃料添加弁３２が接続されている。この燃料添加弁３２は、排気通路１８（排気マニホールド２０）内を流れる排気ガスに燃料を添加するものである。また、燃料通路３０には、これを開，閉する遮断弁３４が設けられている。
【００３０】
さらに、吸気通路１２と排気通路１８（排気マニホールド２０）との間には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）制御を行うためのＥＧＲ通路３６が設けられている。ＥＧＲ通路３６には、その内部を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁３８が設けられている。また、吸気通路１２と排気通路１８との間には、排気ガスの圧力を利用して吸入空気を過給するターボチャージャ４０が設けられている。
【００３１】
次に、内燃機関１０のセンサ系統について説明する。吸気通路１２には、内燃機関１０の吸入空気量を検出するエアフロメータ４２が設けられている。排気通路１８には、排気浄化触媒２２の上流側で排気ガスの温度を検出する排気温度検出手段としての排気温度センサ４４と、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段としての酸素濃度センサ４６とが設けられている。また、内燃機関１０には、その作動回転数（エンジン回転数）に応じた信号を出力する回転センサ４８と、図示しない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５０とが設けられている。
【００３２】
また、本実施の形態のシステム構成は、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５２を備えている。このＥＣＵ５２の入力側には、エアフロメータ４２と、前述した各センサ４４，４６，４８，５０とを含むセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ５２の出力側には、各気筒の燃料噴射弁２４、燃料ポンプ２８、燃料添加弁３２、遮断弁３４、ＥＧＲ弁３８等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５２は、上述したセンサ系統によって内燃機関１０の運転状態を検出しつつ、これらのアクチュエータを制御する。
【００３３】
また、ＥＣＵ５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶回路５２ａを備えている。ここで、ＲＡＭには不揮発性の更新可能な記憶素子も含まれており、この記憶素子には、後述の大気学習等で更新される学習値が記憶される。また、ＲＯＭには、各種の制御を実行するプログラムや、定数等が予め記憶されている。
【００３４】
次に、ＥＣＵ５２によって実行される各種の制御（運転）について説明する。まず、ＥＣＵ５２は、エアフロメータ４２によって吸入空気量を検出し、吸入空気量等に応じて燃料噴射弁２４の燃料噴射量を制御する。この燃料噴射制御は、混合気の空燃比が目標空燃比となるように行われる。
【００３５】
また、ＥＣＵ５２は、例えば高回転運転からの減速等が行われたときに、この状態を回転センサ４８、アクセル開度センサ５０等の検出信号によって検出し、燃料噴射を一時的に停止することによって燃料カット制御を行う。さらに、ＥＣＵ５２は、オペレータのアクセル操作が行われてないときに、この状態をアクセル開度センサ５０等の検出信号によって検出し、内燃機関１０の回転数を所定の低いアイドル回転数に保持するアイドル制御を行う。
【００３６】
一方、ＥＣＵ５２は、燃料噴射制御を行っているときに、酸素濃度センサ４６によって排気ガス中の酸素濃度を検出する。そして、酸素濃度の検出結果に応じて求めた実際の空燃比が目標空燃比となるように、燃料噴射量をフィードバック制御し、これによって空燃比制御を行う。
【００３７】
この場合、酸素濃度センサ４６には、製造ばらつき（個体差）や経時劣化等を含めて個々のセンサ毎に固有の誤差が存在する。そこで、ＥＣＵ５２は、既知である大気中の酸素濃度を基準として、センサ固有の誤差を学習するための大気学習を行う。
【００３８】
この大気学習は、燃料カット運転によって排気通路１８内が大気雰囲気となったときに、例えば酸素濃度センサ４６から出力される検出信号を学習値として記憶することにより行われる。このときの学習値には、大気中の実際の酸素濃度に対応する数値成分と、センサ固有の誤差に対応する数値成分とが含まれている。一方、ＥＣＵ５２の記憶回路５２ａには、センサ信号の標準信号値が予め記憶されている。この標準信号値とは、例えばセンサ固有の誤差を排除した標準器となる酸素濃度センサを用いて、大気中の酸素濃度を検出することにより得られる検出信号値である。
【００３９】
そして、空燃比制御を行うときには、まず標準信号値に対して、現在の運転環境（例えば排気系の圧力損失、大気圧の大きさ等）に応じた補正を行うことにより、基準信号値を算出する。次に、この基準信号値と、記憶回路５２ａから読み出した学習値との差異をセンサ固有の誤差として求め、この誤差に応じて実際の酸素濃度センサ４６の検出信号を補正するものである。
【００４０】
次に、図２を参照して、酸素濃度センサ４６の構造について説明する。酸素濃度センサ４６は、排気通路１８内を流れる排気ガス中に晒される素子部４６ａと、該素子部４６ａに接続されたリード部４６ｂと、素子部４６の近傍に配置されたヒータ４６ｃとを備えている。
【００４１】
そして、ヒータ４６ｃはＥＣＵ５２の出力側に接続され、ＥＣＵ５２から通電されることによって発熱する。素子部４６ａは、ヒータ４６ｃによって加熱されることにより活性化し、この状態で排気ガス中の酸素濃度を検出する。リード部４６ｂは、コネクタ、配線等を介してＥＣＵ５２の入力側に接続され、素子部４６ａから出力される検出信号をＥＣＵ５２に向けて導出する構成となっている。
【００４２】
［実施の形態１の特徴］
上述したように、ＥＣＵ５２は、酸素濃度センサ４６の個体差を補正するために、大気雰囲気中におけるセンサの検出信号を用いて大気学習を行う。この場合、検出信号の精度は、センサの温度状態によって影響され易い。そこで、ＥＣＵ５２は、例えばセンサの交流抵抗（インピーダンス）が一定となるように、ヒータ４６ｃへの通電状態を制御している。このため、酸素濃度センサ４６の温度状態が安定していれば、素子部４６ａの温度は、センサ全体のインピーダンスに対応したほぼ一定の温度に保持されるはずである。
【００４３】
しかし、酸素濃度センサ４６の周囲で排気ガスの温度が変化するときには、この温度変化の影響がセンサの各部で異なるため、例えば素子部４６ａとリード部４６ｂとの間に過渡的な温度差が生じる場合がある。この場合には、センサ全体のインピーダンスをほぼ一定に制御している状態でも、その中に含まれるリード部４６ｂの温度変化（抵抗値の変化）を補償するように素子部４６ａのインピーダンスが変化する。従って、このような温度変化の過渡期には、素子部４６ａの温度が目標値から外れ、センサの検出信号に誤差が生じることによって大気学習の精度が低下し易い。
【００４４】
このため、本実施の形態では、酸素濃度センサ４６の温度状態を所定の判定条件によって判定し、その判定結果に応じて大気学習を禁止する構成としている。以下、この判定条件について、３つの具体例を挙げて説明する。
【００４５】
（第１の判定条件）
まず、ＥＣＵ５２は、内燃機関１０の運転状態が高出力運転（以下、高回転運転と高負荷運転とを合わせて高出力運転と呼ぶものとする）から通常運転に移行したときに、所定の時間が経過するまでは大気学習を禁止する。即ち、内燃機関１０が高出力運転から通常運転に移行するときには、酸素濃度センサ４６の周囲を流れる排気ガスの温度が高い温度から通常運転時の温度に低下する。
【００４６】
このとき、ＥＣＵ５２は、酸素濃度センサ４６の温度が過渡的な非安定状態（即ち、素子部４６ａとリード部４６ｂとの間に温度ばらつきが生じるような状態）であると判定し、所定の待機時間ｔ1が経過するまでは大気学習を禁止する。そして、待機時間ｔ1が経過した後に大気学習を行う。この待機時間ｔ1は、運転状態が移行してから、酸素濃度センサ４６（またはセンサ周囲の排気ガス）の温度が安定するまでに必要な時間として定義され、記憶回路５２ａ内に予め記憶されているものである。
【００４７】
ここで、高出力運転と通常運転の判定処理について述べると、ＥＣＵ５２は、回転センサ４８により検出した内燃機関１０の作動回転数（エンジン回転数）が所定の判定値よりも大きいときに、高回転運転と判定する。また、ＥＣＵ５２は、エンジン回転数と、エアフロメータ４２により検出した吸入空気量と、アクセル開度センサ５０により検出したアクセル開度とを含む幾つかの適切なパラメータを用いて、内燃機関１０の負荷状態を数値として算出する。そして、この負荷状態の値が所定の判定値よりも大きいときに、高負荷運転と判定する。さらに、高回転運転でも高負荷運転でもないと判定したときには、通常運転と判断されるものである。
【００４８】
（第２の判定条件）
また、内燃機関１０の運転状態が燃料カット運転からアイドル運転に移行したときには、センサの周囲を流れる排気ガスの温度が未燃焼状態の低い温度から通常運転時の温度に上昇する。この場合にも、ＥＣＵ５２は、センサの温度が非安定状態であると判定し、所定の待機時間ｔ2が経過するまでは大気学習を禁止する。この待機時間ｔ2も待機時間ｔ1と同様に定義され、記憶回路５２ａ内に予め記憶されている。
【００４９】
（第３の判定条件）
一方、ＥＣＵ５２は、酸素濃度センサ４６のヒータ４６ｃに通電を開始してから経過した時間を計測する。そして、ヒータ４６ｃへの通電を開始してから所定の待機時間ｔ3が経過するまでは、センサの各部が安定した温度平衡状態に達していないと判断する。そして、この場合にも、所定の待機時間ｔ3が経過するまでは大気学習を禁止する。この待機時間ｔ3は、ヒータ４６ｃへの通電を開始してから、センサの素子部４６ａやリード部４６ｂが安定した温度状態となるまでに必要な時間として定義され、記憶回路５２ａ内に予め記憶されている。
【００５０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図３は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の始動直後に開始され、内燃機関１０が停止されるまでステップ１００〜１１８の処理を繰り返すものとする。
【００５１】
まず、ＥＣＵ５２は、ステップ１００において、通常の燃料噴射制御を行う。そして、オペレータが減速操作等を行ったときには、必要に応じて燃料カット制御を実施する。ステップ１０２では、燃料カット運転を開始したか否かを判定し、開始した場合には、ステップ１０４で排気通路１８内が大気雰囲気であるか否かを判定する。
【００５２】
ステップ１０４の判定条件の具体例としては、（１）エンジン回転数が所定値以上の運転状態から減速を行っているか否か、（２）減速の開始（またはアクセル操作の終了）時点から所定の時間が経過しているか否か、（３）燃料添加制御から一定の時間が経過しているか否か等が挙げられる。なお、燃料添加制御とは、燃料添加弁３２から排気通路１８に燃料を添加することにより、排気浄化触媒２２の還元処理を行うものである。
【００５３】
これらの条件（１）〜（３）が成立した場合には、排気通路１８内が大気雰囲気であると判断し、ステップ１０６では、内燃機関１０の運転状態が高出力運転（即ち、高負荷または高回転状態）から通常運転に移行したか否かを判定する。この場合、内燃機関１０の負荷状態は、その吸入空気量、エンジン回転数、アクセル開度等に応じて検出することができる。
【００５４】
そして、ステップ１０６で高出力運転から通常運転への移行があったと判定したときには、ステップ１０８でこの移行時点から計時動作を開始したタイマカウンタを読み出すことにより、運転状態が移行してから所定の待機時間ｔ1が経過したか否かを判定する。また、ステップ１０６で運転の移行がないと判定したときには、ステップ１１０で次の判定処理に移る。
【００５５】
そして、ステップ１０８の処理時点で、すでに待機時間ｔ1が経過している場合には、高出力運転から通常運転への移行時に生じる排気ガスの温度変化が平衡状態に達し、酸素濃度センサ４６の素子部４６ａやリード部４６ｂの温度が安定化していると判断される。そこで、この場合には、ステップ１１０で次の判定処理に移る。
【００５６】
また、ステップ１０８で待機時間ｔ1が経過していないときには、まだ排気ガスの温度変化が過渡的であり、酸素濃度センサ４６の温度も非安定状態であると判断される。そこで、この場合には、ステップ１１８に移って大気学習を禁止し、今回のルーチンを終了する。
【００５７】
次に、ステップ１１０では、内燃機関１０の運転状態が燃料カット運転からアイドル運転に移行したのか否かを判定する。このステップ１１０で運転の移行があったと判定したときには、ステップ１１２で移行時点から所定の待機時間ｔ2が経過したか否かを判定する。また、ステップ１１０で運転の移行がないと判定したときには、ステップ１１４で次の判定処理に移る。
【００５８】
そして、ステップ１１２の処理時点で、すでに待機時間ｔ2が経過しているときには、ステップ１０８の場合とほぼ同様に、酸素濃度センサ４６の温度が安定化していると判断される。そこで、この場合には、ステップ１１４で次の判定処理に移る。また、ステップ１１２で待機時間ｔ2が経過していないときには、酸素濃度センサ４６の温度が非安定状態であると判断し、ステップ１１８で大気学習を禁止する。
【００５９】
次に、ステップ１１４では、酸素濃度センサ４６のヒータ４６ｃに通電を開始してから所定の待機時間ｔ3が経過したか否かを判定する。そして、ステップ１１４の処理時点で、すでに待機時間ｔ3が経過しているときには、ステップ１０８の場合とほぼ同様に、酸素濃度センサ４６の温度が安定化していると判断される。そこで、この場合には、ステップ１１６で大気学習を行う。
【００６０】
また、ステップ１１４で待機時間ｔ3が経過していないときには、ヒータ４６ｃによる素子部４６ａやリード部４６ｂの暖機が完了していないと判断する。即ち、この場合には、酸素濃度センサ４６の温度が非安定状態であるから、ステップ１１８で大気学習を禁止する。
【００６１】
このように、本実施の形態によるシステムでは、大気学習を行うときに、酸素濃度センサ４６の温度が安定した温度平衡状態であるか否かを判定することができる。これにより、センサ４６の温度が安定していないときには、温度が安定するまで大気学習を禁止することができ、温度が安定した適切なタイミングで大気学習を実施することができる。このため、大気学習時には、酸素濃度センサ４６から出力される正確な検出信号を用いることができ、その誤差等を高い精度で学習することができる。従って、センサ４６の温度変化によって学習値が影響されるのを防止でき、学習精度を向上させることができる。
【００６２】
この場合、ＥＣＵ５２は、第１の判定条件として、内燃機関１０が高出力運転から通常運転に移行した時点から所定の待機時間ｔ1が経過するまでは、センサ４６が非安定状態であると判定している。また、第２の判定条件として、内燃機関１０が燃料カット運転からアイドル運転に移行した時点から所定の待機時間ｔ2が経過するまでは、センサ４６が非安定状態であると判定している。さらに、第３の判定条件として、センサのヒータ４６ｃに通電を開始した時点から待機時間ｔ3が経過するまでは、センサ４６が非安定状態であると判定している。
【００６３】
このため、運転状態の切り換え等によって排気ガスの温度が変化するときには、第１，第２の判定条件によって酸素濃度センサ４６の温度状態を適切に判定することができる。また、センサ４６の加熱を開始してからセンサ全体が暖まるまでの間は、第３の判定条件によってセンサ４６の温度状態を適切に判定することができる。従って、これらの条件を組み合わせることにより、内燃機関１０の様々な運転状態に対して大気学習の実施タイミングを適切に設定することができる。そして、不適切な条件下で大気学習が行われることにより、学習精度が低下するのを防止することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態１では、図３中のステップ１０６〜１１４が第１ないし第４の発明における温度状態判定手段の具体例を示している。また、ステップ１１６が学習手段の具体例を示し、ステップ１１８が学習禁止手段の具体例を示している。
【００６５】
また、実施の形態１では、第１ないし第３の判定条件を組み合わせることにより、大気学習の実施タイミングを設定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、第１ないし第３の判定条件のうち、何れか１つまたは２つの判定条件だけを用いる構成としてもよい。
【００６６】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施形態のシステムは、実施の形態１と同様に、図１及び図２に示すシステム構成を用いている。しかし、本実施の形態は、図３に示すルーチンに代えて、図４に示すルーチンを用いることにより実現される点で、実施の形態１と異なるものである。
【００６７】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態のシステムは、まず排気温度センサ４４によって排気ガスの温度Ｔgを検出する。そして、例えば温度Ｔgの時間当たりの変化量ΔＴが所定の判定値Ｔ0よりも大きいときには、変化量ΔＴの大きさに応じて待機時間ｔ4を算出し、この待機時間ｔ4が経過するまで大気学習を禁止する構成としている。
【００６８】
この場合、判定値Ｔ0は、酸素濃度センサ４６の各部に温度ばらつきを生じさせるような排気ガス温度の大きな変化量として定義されている。そして、判定値Ｔ0は、ＥＣＵ５２の記憶回路５２ａに予め記憶されている。また、待機時間ｔ4は、例えば変化量ΔＴの大きさに応じて値が変化するマップデータとして構成され、記憶回路５２ａに予め記憶されている。
【００６９】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図４は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンの説明では、前記実施の形態１（図３）と同一のステップに同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７０】
本実施の形態では、まず実施の形態１と同様に、ステップ１００〜１０４の処理を行う。次に、ステップ２００では、排気温度センサ４４によって排気ガスの温度Ｔgを検出する。ステップ２０２では、温度Ｔgの単位時間当たりの変化量ΔＴが判定値Ｔ0よりも大きいか否かを判定する。そして、排気ガス温度の変化量ΔＴが判定値Ｔ0よりも大きいときには、酸素濃度センサ４６が温度的に影響を受けたと判断し、ステップ２０４で待機時間ｔ4を算出する。
【００７１】
このステップ２０４では、まず変化量ΔＴを用いて記憶回路５２ａのマップデータを参照することにより、変化量ΔＴの大きさに応じた時間長をもつ待機時間ｔ4を算出する。そして、ステップ２０６では、排気ガス温度の変化を検出してから待機時間ｔ4が経過したか否かを判定する。
【００７２】
ここで、待機時間ｔ4が経過したときには、排気ガスの温度Ｔgが大きく変化した後でも、酸素濃度センサ４６の温度が安定状態に復帰するのに十分な時間が経過したと判断される。即ち、この場合には、排気ガスの温度変化だけに注目すれば、大気学習を実行しても構わない状態であるから、ステップ１１４に移って実施の形態１と同様の処理を行う。
【００７３】
また、ステップ２０６で待機時間ｔ4が経過していないときには、まだ排気ガスの温度変化による影響が酸素濃度センサ４６に残っている可能性がある。そこで、この場合には、ステップ１１８で大気学習を禁止する。
【００７４】
一方、ステップ２０２において、排気ガス温度の変化量ΔＴが判定値Ｔ0以下であると判定したときには、酸素濃度センサ４６の温度が安定状態であると判断し、ステップ１１４に移って実施の形態１と同様の処理を続行する。
【００７５】
このように、本実施の形態によるシステムでは、排気ガスの温度Ｔgの変化量ΔＴが判定値Ｔ0よりも大きいときに、待機時間ｔ4が経過するまでは、大気学習を禁止するようにしている。これにより、ＥＣＵ５２は、排気ガスの温度Ｔgに応じて酸素濃度センサ４６の温度状態を容易に判定することができる。即ち、運転状態の変化等を包括するような簡単な判定条件によって大気学習の実行，禁止を切り換えることができ、判定処理を簡略化することができる。
【００７６】
しかも、待機時間ｔ4は、温度の変化量ΔＴに応じた時間長に設定している。このため、例えば変化量ΔＴが大きいときには、この温度変化による影響が無くなるまでの長い時間を待機時間ｔ4として設定することができる。また、温度の変化量ΔＴが小さいときには、待機時間ｔ4も小さな値に設定することができ、待機時間ｔ4を必要最小限に抑えて学習の機会を増やすことができる。
【００７７】
なお、上述した実施の形態２では、図４中のステップ２００〜２０６が第１，第５の発明における温度状態判定手段の具体例を示している。また、ステップ１１６が学習手段の具体例を示し、ステップ１１８が学習禁止手段の具体例を示している。
【００７８】
また、実施の形態２では、排気温度検出手段として、排気温度センサ４４を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば排気温度センサ４４を用いずに、排気ガスの温度をソフトウェア等によって推定する構成としてもよい。
【００７９】
実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。なお、本実施形態のシステムは、実施の形態１と同様に、図１及び図２に示すシステム構成を用いている。しかし、本実施の形態は、図３に示すルーチンに代えて、図５に示すルーチンを用いることにより実現される点で、実施の形態１と異なるものである。
【００８０】
［実施の形態３の特徴］
本実施の形態のシステムは、酸素濃度センサ４６の温度が非安定的な状態でも、その状態に応じて学習値を補正しつつ、大気学習を実行するものである。学習値の補正処理では、酸素濃度センサ４６のリード部４６ｂの温度を推定的に演算し、推定温度Ｔeを求める。この場合、リード部４６ｂの推定温度Ｔeは、ヒータ４６ｃによるセンサの加熱時間と、排気ガスの温度の履歴とを反映した温度として演算される。そして、大気学習時には、推定温度Ｔeを含む温度補正係数Ｋを算出し、この温度補正係数Ｋを用いて学習値Ｌを補正する構成となっている。
【００８１】
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
図５は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５２が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンの説明では、前記実施の形態１（図３）と同一のステップに同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８２】
本実施の形態では、まず実施の形態１と同様に、ステップ１００〜１０４の処理を行う。次に、ステップ３００では、燃料カット運転が開始され、大気学習を行うための前提条件が成立した状態で、酸素濃度センサ４６の検出信号Ｖaを読み込む。
【００８３】
次に、ステップ３０２では、大気学習により得られる学習値を補正するための温度補正係数Ｋを算出する。以下、この温度補正係数Ｋの算出処理について具体的に説明する。まず、ＥＣＵ５２は、酸素濃度センサ４６のヒータ４６ｃに通電を開始してから経過した通電時間ｔsを計測しておく。
【００８４】
そして、通電時間ｔsを用いて所定のマップデータを参照することにより、酸素濃度センサ４６の温度Ｔsを推定的に演算する。このマップデータは、通電時間ｔsと温度Ｔsとの関係を表すデータであり、後述する他のマップデータや常数と共に、ＥＣＵ５２の記憶回路５２aに予め記憶されている。
【００８５】
また、ＥＣＵ５２は、温度Ｔsと通電時間ｔsとを用いて所定のマップデータを参照し、これによって通電補正係数α(Ｔs,ｔs)を算出する。ここで、通電補正係数α(Ｔs,ｔs)とは、センサの温度Ｔsとヒータ４６ｃの加熱時間（通電時間ｔs）とに応じてリード部４６ｂが受ける熱的影響を補正係数化したものである。
【００８６】
一方、ＥＣＵ５２は、燃料カットの開始前に排気温度センサ４４によって検出した排気ガスの温度Ｔgと、この温度Ｔgが燃料カットの開始までに継続した継続時間ｔgとを用いて所定のマップデータを参照し、これによって排温補正係数β(Ｔg,ｔg)を算出する。ここで、排温補正係数β(Ｔg,ｔg)とは、排気ガスの温度の履歴に応じてリード部４６ｂが受ける熱的影響を補正係数化したものである。
【００８７】
そして、ＥＣＵ５２は、下記数１の式に示すように、通電補正係数α(Ｔs,ｔs)と排温補正係数β(Ｔg,ｔg)とを用いて、酸素濃度センサ４６のリード部４６ｂの推定温度Ｔeを推定演算する。また、下記数２の式に示すように、前記推定温度Ｔeと、予め記憶された常数Ａ，Ｂとを用いて温度補正係数Ｋを算出する。
【００８８】
（数１）
Ｔe＝α(Ｔs,ｔs)＋β(Ｔg,ｔg)
【００８９】
（数２）
Ｋ＝Ａ×Ｔe＋Ｂ
【００９０】
このように、温度補正係数Ｋは、ヒータ４６ｃの加熱時間と排気ガスの温度の履歴とに応じて変化するリード部４６ｂの温度を反映した補正係数となっている。以上により、温度補正係数Ｋが算出されたので、ステップ３０４では、下記数３の式に示すように、温度補正係数Ｋを用いて酸素濃度センサ４６の検出信号Ｖaを補正する。
【００９１】
（数３）
Ｌ＝Ｖa×Ｋ
【００９２】
即ち、ステップ３０４では、検出信号Ｖaと温度補正係数Ｋとの積を学習値Ｌとして算出する。そして、ステップ３０６では、この学習値ＬをＥＣＵ５２の記憶回路５２ａに記憶し、これによって大気学習を行う。
【００９３】
このように、本実施の形態によるシステムでは、酸素濃度センサ４６のヒータ４６ｃの通電時間ｔs、排気ガスの温度Ｔg等を用いて、リード部４６ｂの温度Ｔeを推定することができる。そして、ＥＣＵ５２は、この推定温度Ｔeに応じて検出信号Ｖaを補正することができ、補正した学習値Ｌを記憶することができる。
【００９４】
このため、本実施の形態では、酸素濃度センサ４６の温度が非安定状態でも、高い精度の学習を行うことができる。また、センサ４６の温度状態に関係なく、学習動作を高い頻度で行うことができるから、学習効率を向上させることができる。しかも、推定温度Ｔeの算出には、ヒータ４６ｃの通電時間ｔsも用いているので、例えばセンサ４６を始動して間もない場合でも、リード部４６ｂの温度Ｔeを正確に把握することができ、学習の機会を増やすことができる。
【００９５】
なお、上述した実施の形態３では、図５中のステップ３０２，３０４（前記数１，数２，数３の式）が第６の発明における温度補正手段の具体例を示している。また、ステップ３０６が学習手段の具体例を示している。
【００９６】
また、実施の形態１〜３では、内燃機関１０としてディーゼルエンジンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジンや、他の燃料を用いる内燃機関にも適用することができる。
【００９７】
さらに、実施の形態１〜３では、大気学習の学習値として、酸素濃度センサ４６の検出信号を記憶するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばセンサの検出信号値と、基準信号値との差異や比率を学習値として記憶する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置のシステム構成を説明するための図である。
【図２】酸素濃度センサの構造を説明するための拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９９】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  吸気マニホールド
１６  スロットル弁
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２２  排気浄化触媒
２４  燃料噴射弁
２６  コモンレール
２８  燃料ポンプ
３０  燃料通路
３２  燃料添加弁
３４  遮断弁
３６  ＥＧＲ通路
３８  ＥＧＲ弁
４０  ターボチャージャ
４２  エアフロメータ
４４  排気温度センサ（排気温度検出手段）
４６  酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
４６ａ  素子部
４６ｂ  リード部
４６ｃ  ヒータ
４８  回転センサ
５０  アクセル開度センサ
５２  ＥＣＵ
５２ａ  記憶回路
【図１】
2008286070.tif 000003
【図２】
2008286070.tif 000004
【図３】
2008286070.tif 000005
【図４】
2008286070.tif 000006
【図５】
2008286070.tif 000007