(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に配設され、電圧を印加するとポンプ電流を発生させる固体電解質からなるリニア空燃比センサと、上記リニア空燃比センサにより測定し演算した空燃比に基づき燃料噴射装置の燃料噴射量を理論空燃比になるように調節する電子制御装置とを備えた空燃比演算装置において、上記電子制御装置は、上記リニア空燃比センサに発生したポンプ電流を検出し、検出した電流の大きさに比例した電圧出力を発生する電流／電圧変換機能と上記リニア空燃比センサのポンプ電流を遮断するためにポンプ電流遮断指令機能を有する空燃比検出手段と、上記空燃比検出手段から出力された電圧出力の分解能を変換すると共に分解能変換された値のフィルタ処理を行う機能を有し、ポンプ電流遮断時には、ポンプ電流遮断指令を発生してポンプ電流を遮断させ、上記フィルタ処理された値を基に理論空燃比電圧の校正を行うコンピュータとを備えたことを特徴とする空燃比演算装置。
【請求項２】
空燃比検出回路からの出力を校正する手段として、リニア空燃比センサのポンプ電流非遮断状態から遮断状態に移行した時に、前記出力変換された出力電圧値をもとに複数個の判定値とその判定値それぞれに対応するカウンタを設定し、ポンプ電流遮断時に前記出力変換された出力電圧値がどの判定値と一致したかをカウントし、最初にカウントが所定数以上になった判定値を理論空燃比電圧として記憶し、空燃比検出回路からの出力電圧値を校正することを特徴とする請求項１に記載の空燃比演算装置。
【請求項３】
ポンプ電流遮断時に前記出力変換された出力電圧値がどの判定値と一致したかをカウントしているときに、前記出力変換された出力電圧値が大きく変動し、いずれの判定値とも一致しなくなった場合、判定値およびカウンタを再設定することを特徴とする請求項２に記載の空燃比演算装置。
【請求項４】
リニア空燃比センサは、酸素イオン伝導性固体電解質からなり、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する起電力セルと、供給されるポンプ電流に応じて酸素イオンを移動させるポンプセルとを備えていることを特徴とする請求項１に記載の空燃比演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスの空燃比を測定して、演算する空燃比演算装置に関し、特に理論空燃比の校正値のバラツキによる排ガス悪化を抑制する空燃比演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関においては、排気管に設けられたリニア空燃比センサで排気ガスの空燃比が測定され、これを理論空燃比に近付けるように燃料噴射量をフィードバック制御することにより、排気ガスに含まれるＣＯ、ＮＯｘ等の有害ガスを三元触媒により効率的に浄化するようになされている。このようなリニア空燃比センサにおいては固体電解質壁に印加するポンプ電流に応じて空燃比を検出する回路の製造上のバラツキや温度特性のバラツキが発生しこれを補正する必要があった。
【０００３】
従来の空燃比センサの補正方法としては、例えば、特許文献１に示したような方法が公知である。この方法は、図７のフローチャートに示すように、各種信号に基づいて、空燃比フィードバック制御を停止する条件と判定されたときに（ステップＳ１、Ｓ２）、リニア空燃比センサのポンプ電流を遮断し、該ポンプ電流を電圧信号に変換する回路の出力値を複数回測定して平均し（ステップＳ３〜Ｓ５）、理論空燃比相当の基準電圧から前記出力値の平均値を減算した値を補正値として算出し、機関運転停止直前では、最新の算出値をバックアップ記憶する（ステップＳ６〜Ｓ８）。そして、空燃比フィードバック制御時に、前記補正演算の途中でないときに、前記電圧信号に変換する出力値に前記補正値を加算して補正した値に基づいて、変換テーブルにより空燃比検出値(デジタル値)を求める（ステップＳ９〜Ｓ１１）ものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２１０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来技術では、空燃比検出回路から出力される電圧をＡ／Ｄ変換器を通したＡ／Ｄ値に基づいて補正値を演算し、理論空燃比電圧を校正している。Ａ／Ｄ値は、空燃比検出回路の個体差による電圧のバラツキ、Ａ／Ｄ変換誤差、ノイズ等の影響が含まれるため数ＬＳＢ幅(最小桁の２〜３ビット)でバラツキが生じる。従って平均化した補正値にも少なからずバラツキによる影響が含まれるため、校正された理論空燃比電圧もずれが生ずることになり、排気ガスに影響を与え、しいては、三元触媒の浄化率を低下させる問題点があった。本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、理論空燃比の校正値のバラツキを抑え、排気ガスへの影響を抑制した空燃比演算装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、エンジンの排気系に配設され、電圧を印加すると、ポンプ電流を発生させる固体電解質からなるリニア空燃比センサと、上記リニア空燃比センサにより測定し演算した空燃比に基づき燃料噴射装置の燃料噴射量を理論空燃比になるように調節する電子制御装置とを備えた空燃比演算装置において、上記電子制御装置は、上記リニア空燃比センサに発生したポンプ電流を検出し、検出した電流の大きさに比例した電圧出力を発生する電流／電圧変換機能と上記リニア空燃比センサのポンプ電流を遮断するためにポンプ電流遮断指令機能を有する空燃比検出手段と、上記空燃比検出手段から出力された電圧出力の分解能を変換すると共に分解能変換された値のフィルタ処理を行う機能を有し、ポンプ電流遮断時には、ポンプ電流遮断指令を発生してポンプ電流を遮断させ、上記フィルタ処理された値を基に理論空燃比電圧の校正を行うコンピュータとを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば空燃比検出回路の出力電圧の校正に用いる理論空燃比電圧値に関して、ノイズ等の電圧変動要因の影響を軽減したばらつきの少ない理論空燃比電圧値を得ることができる。その理論空燃比電圧値を用いて、空燃比検出回路の出力電圧の校正をすることで、より正確な空燃比の演算、しいては、高度な排気ガスの浄化ならびに燃費の向上が可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下に本発明の実施の形態１に係わる空燃比演算装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係わる空燃比演算装置としての内燃機関の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。図１において、電子制御装置１は、吸気管２に設けられている燃料噴射装置３に電気的に接続され、燃料噴射装置３への駆動信号によって、燃料噴射量を調節することが出来る。
【０００９】
吸気管２に噴射された燃料は、エンジン４によって燃焼し、排気ガスとして排気管５に排出される。また電子制御装置１は、排気管５に設けられているリニア空燃比センサ１０にも電気的に接続され、エンジン４から排出された排気ガスの空燃比をリニア空燃比センサ１０により測定することができる。さらに排気管５には、三元触媒６が設けられ、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害成分を浄化することができる。だたし、前述の有害成分を効率的に浄化するには、燃料噴射量を理論空燃比に制御する必要がある。
【００１０】
電子制御装置１は、リニア空燃比センサ１０により測定し演算した空燃比に基づき、燃料噴射装置３の燃料噴射量を理論空燃比になるように調節することにより、三元触媒６により効率的に排気ガスを浄化することができる。
図２は、本発明に係わる空燃比演算装置のリニア空燃比センサと電子制御装置の構成を示す図である。
【００１１】
図２において、リニア空燃比センサ１０は、ポンプセル１１と多孔質拡散層１２、起電力セル１３と補強板１４の蓄積体により構成されている。このポンプセル１１は、酸素イオン伝導性固体電解質材料である安定化ジルコニア素子により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極１５及び１６を有している。
【００１２】
また起電力セル１３も同様に安定化ジルコニア素子により形成され、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された多孔質電極１７及び１８を有している。この起電力セル１３は、従来の酸素センサと同様の原理で電極間に酸素濃度差があると起電力を生じる性質を備え、ポンプセルは、ポンプ電流が流れることによって、測定室１９に酸素を出し入れする性質がある。
【００１３】
電子制御装置１は、空燃比検出回路２０とマイクロコンピュータ２３とから構成されている。上記空燃比検出回路２０は、更にポンプ電流を制御すると共に、ポンプ電流を図３のリニア空燃比センサ特性に示すような電気信号に変換して、マイクロコンピュータ２３に出力する電流／電圧変換回路２１と、ポンプ電流を遮断するポンプ電流遮断回路２２とから構成されている。この空燃比検出回路２０は、リニア空燃比センサ１０内の抵抗を流れる電流値からリニア空燃比センサの温度を検出できる機能も有する。
【００１４】
また、空燃比検出回路２０は、リニア空燃比センサ１０の起電力を一定に保つように、即ち、起電力セル１３を理論空燃比相当の酸素濃度に保つようにポンプセル１１に対するポンプ電流をフィードバック制御する。このときポンプ電流は、空燃比に対応して連続的に変化するため、ポンプ電流から空燃比を測定することが出来る。リニア空燃比センサ１０は、上述したように、酸素イオン伝導性固体電解質からなり、排気ガス中の酸素濃度に応じた電気信号を出力する起電力セル１３と、供給されるポンプ電流に応じて酸素イオンを移動させるポンプセル１１とを備えている。
【００１５】
空燃比検出回路２０は、起電力セル１３からの出力は設定値となるようにポンプ電流をポンプセル１１に出力し、ポンプ電流に応じた空燃比信号を電圧で出力する。また、ポンプ電流遮断指令により強制的にポンプ電流を０とするポンプ電流遮断回路２２が備えられており、ポンプ電流遮断時には、理論空燃比に相当するポンプ電流が０のときの電圧が出力され、それを理論空燃比電圧として校正する。
【００１６】
また、マイクロコンピュータ２３は、空燃比検出回路２０の電流／電圧変換回路２１からの出力電圧をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器２４を有し、Ａ／Ｄ変換された値の分解能変換機能および、分解能変換された値のフィルタ処理を行う機能を有し、ポンプ電流遮断時には、ポンプ電流遮断回路２２に指令を送って、ポンプ電流を遮断させ、さらに前記フィルタ処理された値を基に、理論空燃比電圧の校正を行うことができる機能を有する。
【００１７】
図４は、本発明の実施の形態１に係わる空燃比演算装置のマイクロコンピュータの動作を示すフローチャートである。図５は、理論空燃比電圧値の校正処理に関するポンプ電流、フィルタ処理演算値Ｖｆ（ｎ）、判定値設定、カウンタ状態、等の各種状態変化の様子を示すタイムチャートである。以下、マイクロコンピュータ２３の動作について、図４および図５を参照しながら説明する。
【００１８】
まずステップ１０１において、マイクロコンピュータ２３は、空燃比検出回路２０の電流／電圧変換回路２１からの出力電圧をＡ／Ｄ変換器２４によりデジタルに変換し出力値とする。次に、ステップ１０２において、Ａ／Ｄ変換した値を所定数倍して、分解能を変換する。(例えば、マイクロコンピュータが備えているＡ／Ｄ変換器が１０ビットの場合、Ａ／Ｄ値を４倍することにより、１２ビット相当の値に変換することできる。)
【００１９】
次にステップ１０３において、分解能変換後の値をフィルタ処理する。フィルタ処理は、下式に基づいて行う。
Ｖｆ（ｎ）=（１−Ｇ）×Ｖｆ(ｎ−１)＋Ｇ×Ｖ（ｎ）
ここで、Ｇはフィルタゲイン、Ｖ(ｎ)は、ステップ１０２において演算された変換値、Ｖｆ(ｎ−１)は、前回のフィルタ処理演算値、Ｖｆ(ｎ)は、今回のフィルタ処理演算値を表す。なおフィルタゲインＧ(０≦Ｇ≦１)は、前回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ−１)と、ステップ１０２において演算された変換値Ｖ(ｎ)の演算比率を表す。
【００２０】
次にステップ１０４において、マイクロコンピュータ２３は、リニア空燃比センサ１０のポンプ電流を遮断するか否かを判定する。ポンプ電流を遮断する場合には、ステップ１０５に進み、遮断しない場合には、ステップ１１４へ進む。
次にステップ１０５において、マイクロコンピュータ２３は、ポンプ電流遮断指令をポンプ電流遮断回路２２に出力し、このポンプ電流遮断回路２２によりリニア空燃比センサ１０のポンプ電流を遮断する。
【００２１】
次にステップ１０６において、マイクロコンピュータ２３は、前回処理の実施時に、ポンプ電流を遮断したか否かを判定する。これは、前述のステップ１０５において、ポンプ電流を遮断したことにより、ポンプ電流非遮断状態から、遮断状態に移行したということを判断するためである。前回処理実施にポンプ電流を遮断していない場合は、ステップ１０７に進み、遮断していた場合は、ステップ１０８に進む。
【００２２】
次にステップ１０７において、理論空燃比電圧の校正処理に利用する判定値およびその判定値それぞれに対応するカウンタを設定する。まずは、図５において、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)を判定値ＺＡ５０（Ｖ）とし、この判定値ＺＡ５０を中心に１ＬＳＢ間隔にて、上下４個、合計９個の判定値を設定する。（図５のＺＡ１０〜ＺＡ９０がそれに該当する。）さらに、各判定値に対応する９個のカウンタを設定し、初期値を０値とする。(図５のカウンタ状態ＺＣＮＴＡ１〜ＺＣＮＴＡ９を参照)
【００２３】
次にステップ１０８において、マイクロコンピュータ２３は、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)が、設定された判定値の範囲外の値となっているか否か判定する。今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)が、設定された判定値の範囲外ならばステップ１０９に進み、範囲内ならば、ステップ１１０に進む。
次にステップ１０９において、判定値及び、カウンタの再設定を行う。今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)が判定値ＺＡ９０より小さい場合、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)を判定値ＺＡ７１と再設定し、判定値ＺＡ７１を基準にして、１ＬＳＢ間隔で、上側６個、下側２個合計９個の判定値を設定する(図５のＺＡ１１〜ＺＡ９１がそれに該当する。)。
【００２４】
あるいは、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)が判定値ＺＡ１０より大きい場合、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)を判定値ＺＡ３２と再設定し、判定値ＺＡ３２を基準にして、１ＬＳＢ間隔で、上側２個、下側６個合計９個の判定値を設定する(図５のＺＡ１２〜ＺＡ９２がそれに該当する。)。さらにそれぞれの判定値に対応するカウンタに関しては、今までのカウント結果を初期化し、新たに再設定された判定値に対応する。図５において、判定値をＺＡ１０〜ＺＡ９０からＺＡ１１〜ＺＡ９１に再設定、あるいはＺＡ１１〜ＺＡ９１からＺＡ１２〜ＺＡ９２に再設定する際にカウンタＺＣＮＴＡ１〜ＺＣＮＴＡ９のそれまでの結果を０に戻し、新たな判定値を元にカウントし直している部分（カウンタ・判定再設定処理）がそれに該当する。
【００２５】
次にステップ１１０において、マイクロコンピュータ２３は、今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)が、判定値ＺＡ１＊からＺＡ９＊のどの値と一致するかを順次判定する。次にステップ１１１において、前述のステップ１１０にて今回のフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)と値の一致した判定値に対応しているカウンタの数値を１加算する。例えば、Ｖｆ(ｎ)＝ＺＡ３＊となった場合、カウンタＺＣＮＴＡ３の数値を１加算する。
【００２６】
次にステップ１１２において、マイクロコンピュータ２３は、ステップ１１１にて処理したカウンタの数値が所定値に達したか否か判定する。所定値に達した場合、ステップ１１３へ進む。具体的には、所定値を５回と設定した場合、ステップ１１１において加算したカウンタの数値が５回になった場合、ステップ１１３に進む。
【００２７】
次に、ステップ１１３において、所定数に達したカウンタに対応する判定値を新たな理論空燃比電圧値として更新し記憶する（理論空燃比電圧校正処理）。さらに本処理が実施された場合、再度ポンプ電流が非遮断状態から、遮断状態に移行するまでは、理論空燃比電圧値の更新を禁止する。
次にステップ１１４において、上述した理論空燃比電圧値とステップ１０３において演算したフィルタ処理演算値との差より空燃比を演算する。
【００２８】
図６は、空燃比検出回路２０からの出力電圧(アナログ値)に対する従来技術と本発明の実施の形態１との動作を比較したタイムチャートである。図６において、上段は空燃比検出回路からの出力電圧の変換結果を示す波形であり、ノイズ等により空燃比検出回路２０からの出力電圧の変化量が大きい領域（左側）と空燃比検出回路からの出力電圧が安定している領域（右側）に分けて示している。また、下段には上段に示す出力電圧変化に基く演算結果を示している。
【００２９】
更に、図６の上段において、実線は空燃比検出回路からの出力電圧（アナログ値）を、点線は空燃比検出回路からの出力電圧のＡ／Ｄ変換値を、また微小点線はフィルタ処理演算値Ｖｆ(n)［Ｇ＝０．５に設定］の値をそれぞれ示している。また、図６の下段において、黒塗り菱形印は本発明により更新した理論空燃比電圧値を、白抜き丸印は判定値／カウンタ再設定処理を実施したＶｆ(n)を、また黒塗り丸印は判定値／カウンタ再設定処理を実施しないＶｆ(n)をそれぞれ示している。
【００３０】
従来技術の場合、Ａ／Ｄ変換値を元に理論空燃比の補正値を演算しているが、Ａ／Ｄ変換値は、前述したようにＡ／Ｄ変換器２４によるＡ／Ｄ変換誤差により実際の出力電圧(アナログ値)に対してズレが生じる。図６の上段で示しているように、実線で表している出力電圧(アナログ値)と破線で示しているＡ／Ｄ変換値とでは、Ａ／Ｄ変換の１ＬＳＢ以下の動きに対してズレが生じる。さらに、ノイズ等の要因で、出力電圧が大きく変化すると、前述のＡ／Ｄ変換誤差の影響もあり、実際の出力電圧(アナログ値)の変化に対して、大きい値となる場合がある。すなわち、図６の上段（左側）で示しているようにノイズ等が発生している領域では、出力電圧(アナログ値)の変化量よりＡ／Ｄ変換値の変化量が大きい現象が発生している。
【００３１】
これに対し、上述した本発明の実施の形態１では、ステップ１０２において、Ａ／Ｄ変換値をまず所定数倍（例えば、４倍）してその分解能を変換し、さらにステップ１０３により、フィルタ処理を追加したフィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)を求めることで、ノイズ等による大きな電圧変化を軽減し、さらに電圧変化量に関してもＡ／Ｄ変換の１ＬＳＢ以下の分解能で表すことが可能である。すなわち、図６の上段（右側）で示している点線が、フィルタ処理演算値Ｖｆ(ｎ)に該当する。
【００３２】
また、従来技術のようにＡ／Ｄ変換値の平均値により理論空燃比電圧を求める方法では、図６（左側）に示すようにノイズ等により大きな電圧変化があった場合、その変化の影響が平均値にも反映される。図６の下段において実線で示しているように、従来技術における全体のＡ／Ｄ変換値の平均値と、下段（右側）の一点鎖線で示しているように電圧変化が大きい領域を除いて演算したＡ／Ｄ変換値の平均値では、ズレが生じていることが分る。よって、それが理論空燃比電圧値のばらつき要因となり、理論空燃比電圧値で校正された空燃比にズレが生じることになる。
【００３３】
これに対し、本発明の実施の形態１における理論空燃比電圧値の演算方法では、ステップ１０７により出力変換値Ｖｆ(ｎ)を元に判定値を設定するため、ステップ１０８、１０９により、設定された判定値の範囲外の出力変換値Ｖｆ(ｎ)に関しては、ノイズ等を要因とした出力電圧の変化による影響として、理論空燃比電圧値の演算対象から除くことが可能である。その上で、ステップ１１０、１１１、１１２、１１３の一連の処理で判定値と出力変換値Ｖｆ(ｎ)の一致が所定回数成立した判定値を理論空燃比電圧とすることにより、ばらつき幅の制限された範囲の中でとり得る頻度の高い値を採用していることになる。
【００３４】
図６の下段に示しているように、本発明の実施の形態１にて採用された更新した理論空燃比電圧（黒塗り菱形）は、空燃比検出回路からの出力電圧が安定している領域部分の平均値と一致していることからもわかる。従って、ノイズ等の電圧変動による影響を排除したよりばらつきの少ない理論空燃比電圧値を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係わる空燃比演算装置としての内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わる空燃比演算装置のリニア空燃比センサと電子制御装置の構成を示す図である。
【図３】同上の空燃比演算装置のリニア空燃比センサ特性を示す図である。
【図４】同上の空燃比演算装置のマイクロコンピュータの動作を示すフローチャートである。
【図５】理論空燃比電圧値の校正処理における各種状態の変化を示すタイムチャートである。
【図６】空燃比検出回路からの同じ出力電圧を与えたときの従来の技術と本発明の実施形態１との動作の比較を示すタイムチャートである。
【図７】従来の空燃比演算装置の補正制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ 電子制御装置、    ２ 吸気管、    ３燃料噴射装置、
４ エンジン、    ５ 排気管、    ６三元触媒、
１０ リニア空燃比センサ、      ２０空燃比検出装置、
２１ 電流／電圧変換回路、      ２２ポンプ電流遮断回路、
２３ マイクロコンピュータ、    ２４Ａ／Ｄ変換器。
【図１】
0004430029.tif 000002
【図２】
0004430029.tif 000003
【図３】
0004430029.tif 000004
【図５】
0004430029.tif 000005
【図６】
0004430029.tif 000006
【図７】
0004430029.tif 000007
【図４】
0004430029.tif 000008