JP2022150053A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでかつ極力制約のないタイミングでヒータ部の劣化の有無を判定できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１５は、酸素センサ１２で検出する電圧値ＶＨＧが何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を酸素センサ１２のセンサヒータ１２ｂの温度Ｔを示す第１目盛値Ｇ１と対応付けたルックアップテーブルを記憶する記憶部３４と、電圧ＶＨＧの波高値４６ｖ、４７ｖの尖頭４６、４７が何れの空燃比領域に該当するかを点検する特性点検部４０と、この点検結果に基づいて、第１目盛値Ｇ１を補正するための温度較正係数Ｋを導出する較正部４１と、温度較正係数Ｋから得た温度較正係数Ｋの初期値と最新値との差が予め定めた劣化判定値よりも大きい場合に、センサヒータ１２ｂが劣化していると判定する劣化判定部４８とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の高温排気ガス内酸素センサにおけるヒータ部の劣化の有無を判定する機能を有する内燃機関の制御装置に関する。

従来、抵抗加熱を利用したヒータの劣化を検出する装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１の装置では、ヒータの温度を検出するために配備された温度検出用のセンサ及び温度検出器と、ヒータに印加された電圧を検出するための電圧検出器とを用いてヒータの実際の温度と抵抗を計測し、計測した温度と抵抗とから抵抗温度係数を導出し、導出した抵抗温度係数の既定値からの逸脱の程度が一定の限度（閾値）を超えたとき、ヒータ部が劣化したと判定される。

特許文献２の装置では、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧を示す電気信号を出力するセンサ素子と、センサ素子を活性化温度以上の温度になるように加熱するヒータ素子とを有する酸素濃度検出器について、ヒータ素子の劣化の有無が判定される。この判定は、ヒータ素子及び排気ガスの一方又は双方により加熱されて昇温したセンサ素子の温度が酸素濃度検出器の雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過した場合に、ヒータ素子の抵抗値と所定の閾値との大小関係に基づいて行われる。

ＷＯ２０１２／１６５１７４号公報 特開２０１９－９４８２９号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置によれば、ヒータの実際の温度を検出するためにヒータに温度検出用のセンサを設ける必要があるので、その分だけ装置のコストが高くなる。

また、上記特許文献２の装置によれば、ヒータ素子に温度検出用のセンサを設ける必要はないが、センサ素子の温度が酸素濃度検出器の雰囲気温度（外気温度）にほぼ収束するまで長時間、例えば一晩（８時間）車両をエンジン停止状態にして待ってから劣化有無の判定を行う必要がある。このため、ヒータ素子の劣化有無を判定できるタイミングがかなり限定され、かつこのタイミングが得られるまでに長時間を要する。

本発明の目的は、かかる従来技術の問題点に鑑み、低コストでかつ極力制約のないタイミングでヒータ部の劣化の有無を判定できる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置は、
排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられ、前記排気のストイキメトリック近傍の酸素濃度において検出部の抵抗値がステップ状に変化する検出部と、前記検出部に隣接するヒータ部とを有し、前記検出部の抵抗値から求める検出値が前記検出部の温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する高温排気ガス内酸素センサと、
前記ヒータ部の抵抗値に基づいて前記ヒータ部の温度を求めるヒータ温度読取部と、
前記ヒータ部の温度に基づいて前記検出部の温度を求める検出部温度推定部と、
複数の空気過剰率値を、前記検出部の温度についての複数の第１目盛値及び前記検出値についての複数の第２目盛値との対応関係を付けて示すデータマップ、並びに前記検出値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を前記第１目盛値との対応関係を付けて示すルックアップテーブルを記憶する記憶部と備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の作動時に前記波高値を読み取りつつ、読み取った前記波高値の尖頭が前記空燃比領域の何れに該当するかを点検する特性点検部と、
前記点検の結果に基づいて、前記第１目盛値を補正して前記対応関係を較正するための温度較正係数を導出する較正部とを備え、
前記温度較正係数の初期値と最新値との差の絶対値が予め定めた劣化判定値よりも大きい場合には、前記ヒータ部が劣化していると判定する劣化判定部を有することを特徴とする。

本発明において、高温排気ガス内酸素センサ（例えば抵抗型チタニア酸素センサ）のストイキ振幅（ストイキメトリックでの振幅（波高））は、検出部の実際の温度に応じて変化し、振れ幅が変わる。例えば、高温排気ガス内酸素センサが、新品時に可及的に正確に実測した温度値が６００ｄｅｇＣである際、ストイキ振幅が４ｖｏｌｔとなる特性を有するとして、その長期使用過程においてヒータ部に熱劣化（酸化）が生じてヒータ部の抵抗値が高まってくると、そのヒータ部の抵抗値から読み取って求められるヒータ部の温度及び検出部の温度Ｔは、見かけ上、誤差を含んで実際の温度とは相違する値を示すことになる。

例えば、制御装置のヒータ温度読取部がヒータ部の抵抗値に基づいて読み取るヒータ部の温度Ｔが実測値６００＋５０ｄｅｇＣを示すようなヒータ部の熱劣化を有した高温排気ガス内酸素センサを制御装置の特性点検部を介して観測すると、その高温排気ガス内酸素センサの上記ストイキ振幅特性は、あくまでも上記検出部の実際の温度に沿って変化するので、見かけ上のヒータ部の温度及び検出部の温度値Ｔが６５０ｄｅｇＣのときにストイキ振幅は４ｖｏｌｔとして観測されることになる。すなわち、この場合、見かけ上のヒータ部の温度及び検出部の温度Ｔとストイキ振幅との対応関係は、ヒータ部が熱劣化していない新品時と比べて＋５０ｄｅｇＣほどずれているように観測される。

而して、上記したようなデータマップのデフォルトでの対応関係からのずれを点検することにより、ヒータ部の抵抗値から読み取って求められるヒータ部の温度Ｔが検出部の実際の温度値に対してどの程度の温度誤差を有するものであるかを精度良く把握することができる。また、この温度誤差が大きい場合は、ヒータ部が劣化したものと判断することができる。

したがって、本発明によれば、ヒータ部の抵抗値から読み取るヒータ部の温度Ｔの較正や劣化の判定を行うに際して、従来必要であったヒータ部の実際の温度を測定するための追加の温度センサは不要となる。また、ヒータ素子の劣化有無を判定できるタイミングが来るまで長時間待たされることもない。したがって、低コストでかつ動作制約の少ないヒータ部の劣化有無を判定できる内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明において、前記劣化判定部は、前記温度較正係数の初期値が設定されたか否かを示す状態フラグを記憶するフラグ記憶部を備え、前記状態フラグが前記温度較正係数の初期値が未設定であることを示す場合には、前記温度較正係数の初期値を前記温度較正係数の最新値と同一の値に設定し、前記状態フラグが前記温度較正係数の初期値が設定されたことを示す場合には、前記温度較正係数の初期値の変更を禁止するものであってもよい。

これによれば、フラグ記憶部の状態フラグが温度較正係数の初期値が未設定であることを示す場合には、温度較正係数の初期値と温度較正係数の最新値とが同じ（差がゼロ）となる。したがって、温度較正係数の初期値が未設定である場合には、ヒータ部が劣化したとの判断が成立しないようにしつつ、温度較正係数の初期値を設定することができる。すなわち、所謂イニシャライザとしての機能を果たし、較正（キャリブレーション）された温度較正係数の値によって温度較正係数の初期値が設定される。

この場合、前記劣化判定部は、前記温度較正係数の初期値が前記特性点検部による点検の結果に基づいて適正に取得できたと判定した場合に、前記フラグ記憶部の状態フラグを、前記温度較正係数の初期値が設定されたことを示す値に設定してもよい。

これによれば、較正部における較正が、瞬時の観測に基づくいわゆるワンショット学習ではなく、徐々に導出される温度較正係数の増減を繰り返すことによって積分的に行われ、そうして導出される温度較正係数の最新値が飽和状態（サチュレート状態）に至って適正にヒータ部の状態を捕捉できたものと判定されるときに、較正部は状態フラグをオン状態へと設定する。これにより、較正部は温度較正係数の初期値を再現性に優れた値に設定することができる。

あるいは、外部の端末装置からの指令により、前記温度較正係数の最新値、前記温度較正係数の初期値、及び前記状態フラグを所望の値に書き換え可能であってもよい。

これによれば、たとえば、使用過程にある自動車のメンテナンス時に高温排気ガス内酸素センサを劣化品から新品に交換した場合は、ＯＢＤ診断機による学習値リセットコマンドの発行を行い、温度較正係数や状態フラグなどの各パラメータを初期化することによって劣化判定を解除する必要がある。ＥＣＵはこれを行う操作機能を提供するために、外部の端末装置と連携することができる。

本発明において、前記温度較正係数の最新値をＫ、前記検出部の温度をＴとして、次式によりヒータ制御用の温度Ｔｃを求めるヒータ制御用温度導出部と、
Ｔｃ＝Ｔ×（＃１／Ｋ）
前記ヒータ制御用の温度Ｔｃと、所定の目標温度Ｔｔｒｇとの差分に応じてパルス幅変調した電圧を印加して前記ヒータ部を発熱させるヒータ発熱制御部とを備えてもよい。

本発明において、検出部からの検出値の波高（振れ幅）は、検出部の実際の温度（真実値）に応じて変化するので、制御装置において、検出値の波高を読み取り、かつ、読み取った波高とヒータ部の抵抗値から読み取って求められる検出部の温度Ｔとの対応関係が所定のデータマップと適合するか否かを特性点検部により点検する際には、ヒータ部の温度を適温に制御する必要がある。すなわち、ヒータ部の温度が冷えすぎていても熱すぎていても適切な点検ができない。

この点、本発明では、温度較正係数Ｋの逆数を検出部の温度Ｔに乗じてヒータ制御用の温度Ｔｃを求め、かつ、ヒータ制御用の温度Ｔｃが目標温度Ｔｔｒｇとなるようにヒータ部を発熱させるように制御することにより、ヒータ温度を適温に制御することができる。これにより、特性点検部による点検を適切に行い、ひいてはヒータ部の劣化有無の判定を適切に行うことができる。

なお、この場合、目標温度値Ｔｔｒｇは一定値に限らず、較正部に連動させる形で振動的に動かすように設定してもよい。すなわち、温度条件を変えながら多点的に学習して温度校正係数Ｋを導出することもできる。

本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える内燃機関の主要部の構成を模式的に示す模式図である。 図１の内燃機関のＥＣＵにおける主要な構成を示すブロック図である。 図２のＥＣＵにおいて過剰率算出部により空気過剰率を算出する過剰率算出処理を示すフローチャートである。 図３の処理において、ストイキ領域における空気過剰率を算出する様子を示すグラフである。 図３の処理において、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを求めるためのルックアップテーブルに対応するグラフ、及び空気過剰率を算出するためのデータマップを示す図である。 図３の処理によって算出される空気過剰率λの変化の様子を模式的に示すグラフである。 内燃機関を搭載した車両を運転しながら得られた時間経過に伴い、電圧算出部が出力する電圧値の変化を表す電圧波形を示す波形図である。 （ａ）～（ｄ）は、図２の構成における特性点検部による点検及び較正部による較正の例を示す図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を備える４サイクル形式の内燃機関の主要部の構成を示す。この内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気中の酸素濃度に基づいて得られる空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う機能を有する。

同図に示すように、この内燃機関の機関本体１は、吸入ポートに設けられた吸気管２と、吸気管２内に設けられてエアクリーナ４から吸入ポートに供給される吸気の量を開度に応じて調整するスロットル弁３とを備える。

スロットル弁３には、スロットル弁３の開度を検出するスロットルセンサ５が設けられる。吸気管２の吸入ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられる。燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって燃料が圧送される。

吸気管２には、吸気管２における吸気圧を検出する吸気圧センサ７及び吸気管２内の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ８が設けられる。機関本体１の排気ポートに連結された排気管１０内には、排気管１０の排気中の未燃焼成分を低減させる触媒１１及び排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２が設けられる。

機関本体１には、点火装置１４に接続された点火プラグ１３が固着される。制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）１５が点火装置１４に対して点火タイミングの指令を発することにより、機関本体１のシリンダ燃焼室内で火花放電が生じる。

ＥＣＵ１５には、スロットルセンサ５、吸気圧センサ７、吸気温センサ８、酸素センサ１２、冷却水温センサ１７、及び大気圧を検出する大気圧センサ２０のそれぞれの検出値を示すアナログ電圧が入力される。また、ＥＣＵ１５には、上記の燃料噴射弁６が接続される。

ＥＣＵ１５には、さらに、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示す信号が入力される。すなわち、クランク角度センサ１９は、クランク軸１８に連動して回転するロータ１９ａの外周に所定角度（例えば、１５度）毎に設けられた複数の凸部を、ロータ１９ａの外周近傍に配置されたピックアップ１９ｂによって磁気的あるいは光学的に検出し、ピックアップ１９ｂからクランク軸１８の所定角度の回転毎にパルス（クランク信号）を発生する。

具体的には、クランク角度センサ１９は、ピストン９が上死点に至る毎に、又はクランク軸１８が３６０度回転する毎に基準角度を示す信号をＥＣＵ１５に出力する。
図２は、ＥＣＵ１５における主要な構成を示す。同図に示すように、ＥＣＵ１５に排気中の酸素濃度の検出信号を供給する酸素センサ１２は、高温排気ガス内酸素センサであり、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられて排気中の酸素濃度を検出する検出部としてのセンサ素子１２ａと、センサ素子１２ａに隣接してセンサ素子１２ａを加熱するヒータ部としてのセンサヒータ１２ｂとを備える。

センサ素子１２ａは、内燃機関の排気がストイキメトリック近傍の酸素濃度である際に略ステップ状に変化する抵抗値を有し、該抵抗値から求める検出値がセンサ素子１２ａの温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する。センサ素子１２ａとしては、本実施形態では、酸素濃度に応じて抵抗値が変化する抵抗型酸素センサであるチタニア酸素センサが用いられる。

ＥＣＵ１５は、センサヒータ１２ｂを制御するヒータ発熱制御部２２と、センサ素子１２ａの温度を示す温度値Ｔを算出する温度算出部２３と、センサ素子１２ａの出力信号を、排気中の酸素濃度を示す検出値としての電圧値ＶＨＧに変換する電圧算出部２４とを備える。

ヒータ発熱制御部２２によるセンサヒータ１２ｂの温度の制御は、不図示の電源（蓄電池）からセンサヒータ１２ｂに供給される通電電流量ＩをＥＣＵ１５でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより行われる。また、温度算出部２３は、センサヒータ１２ｂの抵抗値に基づいてセンサヒータ１２ｂの温度を求めるヒータ温度読取部２３ａと、センサヒータ１２ｂの温度に基づいてセンサ素子１２ａの温度を求める検出部温度推定部２３ｂとで構成される。

温度算出部２３による温度値Ｔの算出は、例えば、センサヒータ１２ｂに印加されたヒータ電圧及び通電電流量Ｉの各値を読み取ってセンサヒータ１２ｂの抵抗値を求め、該抵抗値に基づいてヒータ温度読取部２３ａによりセンサヒータ１２ｂの温度を求め、該温度に基づいて検出部温度推定部２３ｂによりセンサ素子１２ａの温度Ｔを求めることにより行われる。

検出部温度推定部２３ｂによる温度Ｔの取得は、センサヒータ１２ｂの温度を、ＥＣＵ１５に予め準備された温度Ｔとセンサヒータ１２ｂの温度との対応関係を示すテーブルデータあるいは計算式で温度Ｔに換算することにより行われる。温度算出部２３及び電圧算出部２４における算出結果は、後述する過剰率算出部２５の代替値演算部２６に供給される。

また、ＥＣＵ１５は、クランク角度センサ１９の検出結果に基づいて内燃機関の回転速度ＮＥ及び角速度ＮＥＴＣを算出する回転速度演算部２７と、温度算出部２３からの温度値Ｔ、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ、及び回転速度演算部２７からの角速度ＮＥＴＣに基づいて空気過剰率λを算出する過剰率算出部２５とを備える。

さらに、ＥＣＵ１５は、制御目標値としての空気過剰率λｃｍｄを触媒１１における貯蔵酸素量の推定値や内燃機関の作動状態に基づいて算出する目標値設定部としての目標値演算部２８と、回転速度演算部２７からの回転速度ＮＥ、及び吸気圧センサ７からの吸気管２内の圧力ＰＭに基づいて基本噴射量ＢＪを算出する基本噴射量演算部２９と、過剰率算出部２５により算出された空気過剰率λを目標空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、基本噴射量演算部２９が算出した基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数ｋを求めるフィードバック係数演算部３０と、フィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて噴射量Ｔｉを算出するとともに、燃料噴射弁６を作動させる噴射量演算部３１とを備える。

フィードバック係数演算部３０においては、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差に基づいたＰＩＤ制御が行われてフィードバック係数ｋが演算される。噴射量演算部３１によりフィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて算出される噴射量Ｔｉに基づき、これに対応する時間だけ、燃料噴射弁６が開弁される。而して、機関本体１のシリンダ燃焼室内には空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの比較に基づいた上記ＰＩＤ制御のフィードバック係数ｋに応じた量の燃料が噴射される。

過剰率算出部２５は、温度算出部２３からの電圧値ＶＨＧ及び温度算出部２３からの温度値Ｔに基づき、電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤを用いて排気の空気過剰率λを算出するものである。ただし、この算出は、後述するように、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦ以下の場合に適用され、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦより大きいときには、別の方法で空気過剰率λが求められる。

過剰率算出部２５は、内燃機関のクランク角速度ＮＥＴＣに基づいて内燃機関のトルク値ＴＱを算出するトルク演算部３２と、上述のリニアライズ変換についての変換限界閾値を設定する限界閾値設定部３３と、空気過剰率λの代替値Ｒを算出するのに必要なデータや、後述するデータマップ及びルックアップテーブルを記憶する記憶部３４と、代替値Ｒを算出する代替値演算部２６とを備える。

限界閾値設定部３３は、変換限界閾値として、リーン側の変換限界域値であるリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側の変換限界閾値であるリッチ側閾値ＲＲＥＦを、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧについて設定する。ただし、チタニア型のセンサ素子１２ａは、温度が変化すると、出力値のダイナミックレンジ（センサ出力電圧の線形領域の最小値と最大値の各値）が変化するため、温度算出部２３からの温度値Ｔに応じて変換限界閾値を変化させる必要がある。

図５を併せて参照して、該図５は、温度算出部２３が算出する温度値Ｔに対応する図５において左右方向の第１目盛値Ｇ１と、電圧算出部２４が算出する電圧値ＶＨＧに対応する図５において上下方向の第２目盛値Ｇ２とを有するとともに、電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標として対応付けられた複数個の前記データＬＤの数値が設定されているデータマップを掲出したものであり、しかも、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを求めるためのグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルの各一例をデータマップ上に夫々重ね合わせた図として示している。

すなわち、データマップは、複数の空気過剰率値を、温度値Ｔについての複数の第１目盛値Ｇ１、及び電圧値ＶＨＧ（検出値）についての複数の第２目盛値Ｇ２との対応関係を付けて示すものである。ルックアップテーブルは、電圧値ＶＨＧがリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値ＲＲＥＦ及びリーン側閾値ＬＲＥＦを第１目盛値Ｇ１との対応関係を付けて示すものである。

このようなデータマップと、グラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルとをＥＣＵ１５内の記憶部３４に予め記憶しておくことにより、これらを用いて電圧値ＶＨＧをリニアライズ変換したデータＬＤと、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦとを容易に取得して設定することができる。

グラフ３５は、例えば、リーン領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを１．０２とし、この値となるような電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の点を複数点求め、これら複数の点の間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。またグラフ３６は、例えば、ストイキ領域とリッチ領域との境界としての空気過剰率λを０．９８とし、この値に対応する電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の複数の点を求め、これら複数の点の相互間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。

例えば、限界閾値設定部３３は、グラフ３５に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部２３からの温度値Ｔがｔ０である場合、その座標ｔ０から導かれる電圧値ｖ０を、リーン領域とストイキ領域との境界についてのリーン側閾値ＬＲＥＦとして設定することができる。同様に、グラフ３６に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部２３からの温度値Ｔがｔ０である場合、その座標ｔ０から導かれる電圧値ｖ１を、ストイキ領域とリッチ領域との境界についてのリッチ側閾値ＲＲＥＦとして設定することができる。

また、記憶部３４は、代替値Ｒの算出に必要なデータとして、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦ以下のとき、燃料噴射弁６による燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、トルク値ＴＱ１、変換限界閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂを記憶する。

代替値演算部２６は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えているとき、直前の燃料噴射の実行時間をＴｉ２、直前のトルク値をＴＱ２として、次式（１）により代替値Ｒを算出する。
Ｒ＝（（Ｔｉ１÷Ｔｉ２）÷（ＴＱ１÷ＴＱ２））×λｂ （１）

そして、過剰率算出部２５は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えている場合には、上述のリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λに代えて、代替値Ｒを排気の空気過剰率λとみなす。

図３は、過剰率算出部２５における空気過剰率λを算出する過剰率（ラムダ）算出処理を示す。なお、この過剰率算出処理を含むＥＣＵ１５による制御は、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示すパルス信号に基づき、内燃機関の行程に同期して実行される。

過剰率算出処理が開始されると、ステップＳ１において、トルク演算部３２により、回転速度演算部２７からのクランク角速度ＮＥＴＣに基づいて内燃機関のトルクＴＱを算出する。

なお、トルクＴＱの算出に際しては、内燃機関における吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の２つの角速度が算出され、これに基づき、内燃機関が発生する発生トルクが精度よく算出される（特許第６２５４６３３号公報参照）。

次に、ステップＳ２において、温度算出部２３からの温度値Ｔに基づき、限界閾値設定部３３により、図５のグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルを用いて、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを設定する。

次に、ステップＳ３において、電圧算出部２４から電圧値ＶＨＧを取得し、該電圧値ＶＨＧを後述する電圧差確認部４３で得られる偏差ＶＤにより補正して、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定する。

次に、ステップＳ４において、ステップＳ２で取得した温度値Ｔ、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎに基づき上述のデータマップ（図５）が走査され、かくして、電圧値ＶＨＧｃｏｎの値をその温度特性を補償しつつ空気過剰率λへとリニアライズ変換したデータＬＤが取得される。

次に、ステップＳ５において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎが、ステップＳ２で設定したリッチ側閾値ＲＲＥＦよりも小さいか否かを判定する。小さいと判定した場合には、続くステップＳ６においてフラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴをゼロに設定しつつステップＳ１６に進み、上記データＬＤの値を空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定し、図３の過剰率算出処理を終了する。

ステップＳ５において、電圧値ＶＨＧｃｏｎがリッチ側閾値ＲＲＥＦよりも小さくはないと判定した場合には、ステップＳ７において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎが、ステップＳ２で設定したリーン側閾値ＬＲＥＦよりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ７において、上記電圧値ＶＨＧｃｏｎが大きくはないと判定した場合には、ステップＳ８において、ステップＳ２で取得したリーン側閾値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦの電圧値ｒｒｅｆと、電圧値ｌｒｅｆに対応する所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λ値（この実施の形態においては、λ＝１．０２）と、電圧値ｒｒｅｆに対応する所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λ値（この実施の形態においては、λ＝０．９８）と、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧとに基づき、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧを、酸素センサ１２の温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λを算出し、ステップＳ９に進む。

図４を併せて参照して、上記ステップＳ８におけるリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λは、前記所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λを予め数値設定することが可能な変数＃ＬＬＭＤ(たとえば１．０２）、及び、前記所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを予め設定することが可能な変数＃ＲＬＭＤ（たとえば０．９８）であるとすれば、図４に示すようなグラフで表すことができる。該グラフの、図４において左右方向の横軸は電圧値ＶＨＧであり、図４において上下方向の縦軸は空気過剰率λである。したがって、例えば電圧値ＶＨＧがｖｈｇ１である場合、これに対応する空気過剰率λの値λ１は、次式（２）により算出することができる。
λ1=(((vhg1-rref)÷(lref-rref))×(#LLMD-#RLMD))＋#RLMD （２）

ステップＳ９では、燃料噴射弁６による直前の燃料噴射の実行時間Ｔｉ、ステップＳ１で算出したトルクＴＱをそれぞれＴｉ１、ＴＱ１とし、リーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λをλｂとして記憶部３４により記憶する。ほぼ同時に、前記記憶の有効時間を示すカウントダウンタイマー値ＴＩＭＥＲをその所定の初期値である＃ＴＭＩＮＴでリセットする。続いて、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴを１に設定するとともにステップＳ１６に進み、上記ステップＳ８で取得したデータＬＤの値を、空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定し、図３の過剰率算出処理を終了する。

このとき、λｂとしては、ステップＳ８で取得したデータＬＤの値が記憶される。その際に、データＬＤの値の移動平均をλｂとして記憶するのが好ましい。例えば、次式（３）で求められる空気過剰率λ（データＬＤ）の指数移動平均λａがλｂとして記憶される。
λａ＝ＬＤ×ｋ１＋λａｂ×（１－ｋ１） （３）

ここで、ｋ１は移動平均係数であり、λａｂは記憶部３４が記憶している前回制御周期での移動平均値である。移動平均係数ｋ１としては、例えば０．３４が用いられる。

また、このとき、記憶部３４は、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１及び前記トルク値ＴＱ１として、それぞれ移動平均値を記憶するのが好ましい。例えば、燃料噴射の実行時間Ｔｉの指数移動平均ＴｉＦＬＴが次式（４）で求められてＴｉ１として記憶されるとともに、前記トルク値ＴＱの指数移動平均ＴＱＦＬＴが次式（５）で求められてＴＱ１として記憶される。
ＴｉＦＬＴ＝Ｔｉ×ｋ２＋ＴｉＦＬＴｂ×（１－ｋ２） （４）
ＴＱＦＬＴ＝ＴＱ×ｋ３＋ＴＱＦＬＴｂ×（１－ｋ３） （５）

ここで、ｋ２、ｋ３は移動平均係数であり、ＴｉＦＬＴｂ、ＴＱＦＬＴｂは記憶部３４が記憶している前回制御周期での移動平均値である。この実施の形態においては、移動平均係数ｋ１、ｋ２、及びｋ３として、それぞれ異なる値を用いることができる。

次に、ステップＳ７において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎがリーン側閾値ＬＲＥＦよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１０において、上述のカウントダウンタイマー値ＴＩＭＥＲがゼロに到達しているか否かを判定する。そして、ＴＩＭＥＲがゼロに到達しているならば、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴを０にリセットする（ステップＳ１１）。

次に、ステップＳ１２に進み、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴ＝１であるか否かを判定する。Ｆ＿ＤＥＴＥＣＴ＝１であるならば、記憶部３４にリーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂ、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、及び、トルク値ＴＱ１が記憶されていることを示すので、ステップＳ１３に進み、代替値演算部２６において、上述の式（１）により代替値Ｒを算出するとともに、データＬＤの値を代替値Ｒに設定する。

次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で設定したデータＬＤの値が所定の上限値＃ＬＬＭＴよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１３で設定したデータＬＤの値が上限値＃ＬＬＭＴよりも大きい場合には、データＬＤの値を上限値＃ＬＬＭＴに設定する（ステップＳ１５）。この場合、上限値＃ＬＬＭＴとして、例えば１．２５を用いることができる。

なお、上記ステップＳ１２において、Ｆ＿ＤＥＴＥＣＴ＝０であるならば、記憶部３４にリーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂ、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、及び、トルク値ＴＱ１に関する有効な値が記憶されていないことを示すので、代替値Ｒを算出することができない。この場合も、データＬＤの値は上記上限値＃ＬＬＭＴに設定される（ステップＳ１５）。

而して、上記ステップＳ１３又はステップＳ１５で設定されたデータＬＤの値は空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定され(ステップＳ１６）、これにより、図３の過剰率算出処理を終了する。

図３の過剰率算出処理が終了すると、ＥＣＵ１５は、図３の過剰率算出処理で算出された空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡを、上述のように、目標値演算部２８からの目標とする空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、フィードバック係数演算部３０のＰＩＤ制御により、燃料噴射弁６による燃料の噴射量を制御する。

図６は、図３の過剰率算出処理によって算出される空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡの変化の様子を模式的に示すグラフである。グラフの横軸は時間経過を示す数値であり、縦軸は空気過剰率λである。

図６におけるグラフ３７は、図６において左右方向の横軸の、左端側から中央付近までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加させ、且つ、続く上記横軸の中央付近から右端側までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に減少させた場合において、それをＥＣＵ１５の電圧算出部２４で読み取った電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率λに対して直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出した場合の空気過剰率λ値の数値変化を示す。

グラフ３８は、同様に、上記横軸の左端から右端まで実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加乃至減少させた場合において、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧがリーン側域値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ以下であるときは、上述のデータマップ（図５）又は式（２）で電圧値ＶＨＧを直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出しているが、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧがリーン側域値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ（空気過剰率λの値１．０２０に対応）を超える場合には、上記電圧値ＶＨＧをリニアライズ変換したデータに代えて上述の数式（１）により取得した代替値Ｒを空気過剰率λ値としたときのその空気過剰率λ値の数値変化を示している。

斯くして、実際の排気の空気過剰率λが１．０２０以下の場合には、それに応答する電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧは上記実際の排気の空気過剰率λに対して比例的（線形）に変化するため、実際の排気の空気過剰率λが１．０２０以下の場合には、グラフ３７及びグラフ３８は共に、上記実際の排気の空気過剰率λの上記一定変化に追従して直線的に推移しているが、排気の空気過剰率λが１．０２０を超える場合には、その状況下での非線形性を呈する電圧値ＶＨＧが急激に増加方向に変化するため、電圧値ＶＨＧを直接的にリニアライズ変換したデータに基づく空気過剰率λ値を示すグラフ３７も同じく増加方向へと急峻且つ非線形に変化する。一方、グラフ３８では、排気の空気過剰率λが１．０２０（上記＃ＬＬＭＤ）を超える場合にも空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡが排気の空気過剰率λ（空燃比）に対して直線状に変化しており、実際の排気の空気過剰率λと連動している。

したがって、過剰率算出処理により、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦ以下の場合には、上述のリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λを算出し、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦを超える場合には、上述の数式（１）で空気過剰率λを算出する（グラフ３８）ことにより、過剰率算出部２５は、図６のグラフの全範囲にわたって実際の排気の空気過剰率λと連動し比例的に変化する空気過剰率λ値をフィードバック係数演算部３０に供給できることがわかる。これにより、フィードバック係数演算部３０によるＰＩＤ制御の中断が抑制される。

ところで、製造公差等によりセンサ素子１２ａ（検出部）やセンサヒータ１２ｂ（ヒータ部）の抵抗値がばらつくと、これらの抵抗値に基づいて得られる空気過剰率も不正確なものとなり、空燃比フィードバック制御に支障を来たすおそれがある。

そこで、過剰率算出部２５は、上記の抵抗値のばらつきに応じて変化する電圧値ＶＨＧ（検出値）の特性を点検する特性点検部４０と、その点検結果に基づいて上述のデータマップ及びルックアップテーブルを較正する較正部４１とを備える。

特性点検部４０は、温度Ｔの基準値からのずれ量ＴＤを確認して制御用の温度Ｔｃｏｎを設定する温度差確認部４２と、センサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの所定時間内における平均値ＶＨＧＳＴＤとリーン側閾値ＬＲＥＦとの偏差ＶＤを確認して制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定する電圧差確認部４３とを有し、設定した制御用の温度Ｔｃｏｎ及び制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎとに応じて、ＥＣＵ１５に接続された酸素濃度センサ１２の出力特性を点検するように構成される。

温度差確認部４２は、内燃機関が停止した状態で、センサ素子１２ａの温度Ｔがセンサ素子１２ａの雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過した場合に、温度Ｔの基準値からのずれ量ＴＤを取得する。そして、温度差確認部４２は、電圧値ＶＨＧの特性の点検並びに過剰率算出部２５で用いる制御用の温度として、センサ素子１２ａの温度Ｔを、ずれ量ＴＤに基づいて補正した値Ｔｃｏｎ（この実施の形態においてはＴｃｏｎ＝Ｔ＋ＴＤ）を設定する。

上記の温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆは、例えば、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度に吸気温センサ８により得られる吸気温度を加えて２で除する｛Ｔｒｅｆ＝（エンジン温度＋吸気温度）÷２｝ことにより求めることができる。これにより、冷却水温センサ１７及び吸気温センサ８の各読取での量子化誤差による影響を軽減して上記制御用の温度Ｔｃｏｎを精度よく設定することができる。

この場合、制御用の温度Ｔｃｏｎは常温下かつ始動前のエンジン温度及び吸気温度と同じになるように設定される。かくして、温度差確認部４２は、上記のデータマップ及びグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルを、図５において左右方向（第１目盛値Ｇ１方向）へと実質的に平行移動させることになる。

続いて、電圧差確認部４３は、センサ素子１２ａの上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下（例えば、上記基準値Ｔｒｅｆに同じ）の場合に、センサ素子１２ａの抵抗値から求める電圧値ＶＨＧの所定時間内における平均値ＶＨＧＳＴＤとリーン側閾値ＬＲＥＦとの偏差ＶＤを取得する。そして、電圧差確認部４３は、上述の特性の点検及び過剰率算出部２５で用いる制御用の電圧値（検出値）として、前記抵抗値から求める電圧値ＶＨＧを偏差ＶＤに基づいて補正した電圧値ＶＨＧｃｏｎ（＝ＶＨＧ＋ＶＤ）を設定する。

この場合、センサ素子１２ａの温度Ｔｃｏｎが充分に低く酸素濃度センサが不活性となる状況では、電圧値ＶＨＧの波高がほぼゼロ（電圧値ＶＨＧが動かない状態）になるとともに、標準的な抵抗値を有するセンサ素子１２ａから読み取り可能な電圧値ＶＨＧｒｅｆは、上記グラフ３５及びグラフ３６と同一値になる（電圧値ＶＨＧｒｅｆとグラフ３５、３６が重なり合う）。

すなわち、上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合に、標準電圧値ＶＨＧｒｅｆはグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に等しくなるので、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定するための基準値は、グラフ３５に対応するルックアップテーブルを上記充分に低い温度Ｔｃｏｎで走査することにより、求めることができる。

また、上記の平均値ＶＨＧＳＴＤは、例えば、５秒間の期間で多数回読み取った電圧値ＶＨＧの相加平均値から求めることができ、これにより、電圧値ＶＨＧの読取における量子化誤差による影響を軽減して偏差ＶＤを取得するとともに、制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎを精度よく設定することができる。

斯くして、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎは制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）と同じになるように補正される。これにより、電圧差確認部４３は、上記のデータマップを、図５において上下方向（第２目盛値Ｇ２方向）へと実質的に平行移動させることになる。

特性点検部４０は、実際にＥＣＵ１５に接続された酸素濃度センサ１２の点検に際して、目標値演算部２８を通じて目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して電圧値ＶＨＧｃｏｎの波高値を取得するとともに、この波高値が空燃比領域の何れかに該当するかを点検する。

また、較正部４１による較正に際しては、上記点検の結果を受けて、上記データマップ及びグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルが較正される。

図７には、特性点検部４０により、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定した状態で内燃機関に標準的な抵抗値を有する酸素濃度センサ１２を搭載した車両を運転しながら得られた電圧値（検出値）ＶＨＧｒｅｆについて、その時間経過に伴う変化を表す電圧波形４４が示されている。また図７には、検証用として臨時に併設した広帯域（ワイドバンド）空燃比センサの出力信号の波形を示す空燃比波形４５が併せて示されている。

４サイクル内燃機関において、排気管内の排気及び当該排気に含まれる酸素濃度は脈動をしているので、図７に示すように、標準的な抵抗値を有する酸素センサ１２のセンサ素子１２ａから読み取られる電圧値（検出値）ＶＨＧｒｅｆの電圧波形４４及び併設された空燃比センサの空燃比波形４５は、時間の経過に伴い振動的に遷移する波高を有した波形として観測されるのであるが、特に空燃比波形４５が、空気過剰率λが１．０となるレベルを跨ぐ図示の期間Ｐにおいては、元よりセンサ素子１２ａの抵抗値はストイキメトリック近傍の酸素濃度においてステップ（階段）状に急峻な変化をする特性を有していることから、電圧波形４４の波高Ｍ（検出値の波高値）は同期間Ｐにおける空燃比波形４５の波高と比して非常に大きく振動する波形として観測される。そして、このように大きく振動する電圧波形４４の波高の遷移に沿うように、上記のグラフ３６（リッチ側閾値ＲＲＥＦ）及びグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に対応するルックアップテーブルがそれぞれ設定されている。

すなわち、図示の期間Ｐにおいて、標準的な抵抗値を有する酸素センサ１２から得られる電圧波形４４での各波高Ｍの尖頭のうち、図７において下方のリッチ側閾値ＲＲＥＦに近いリッチ側尖頭４６は、多数のものがほぼリッチ側閾値ＲＲＥＦ上に位置する一方、図７において上方のリーン側閾値ＬＲＥＦに近いリーン側尖頭４７は、多数のものがほぼリーン側閾値ＬＲＥＦ上に位置する。

換言すると、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して図示の期間Ｐの状態を再現する如くに空燃比のフィードバック制御を実施しながら前記実際にＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎが表出する波高ＭをＥＣＵ１５で計測するとともに、その波高Ｍの尖頭がリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦと合致しているか否かを点検することにより、上記標準的な抵抗値での電圧値ＶＨＧｒｅｆの特性からの電圧値ＶＨＧｃｏｎの特性ずれが如何ほどであるかを把握し、取得することができる。

斯くして、特性点検部４０は、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して空燃比フィードバック制御を実施しながら、ＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎについて波高Ｍの尖頭値を取得し、該波高Ｍの尖頭値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れかに該当するかを点検するように構成される。また、この点検結果に基づいて、較正部４１は、波高Ｍの尖頭値が前記リッチ側閾値ＲＲＥＦ及びリーン側閾値ＬＲＥＦに適合するように、アフィン変換を施して前記データマップ及び前記ルックアップテーブルを較正することができる。

具体的には、較正部４１は、所謂アフィン変換の要領で、複数の第１目盛値Ｇ１及び複数の第２目盛値Ｇ２を拡大又は縮小することによりデータマップ及びルックアップテーブルを較正するための第１較正倍率値Ｃ１及び第２較正倍率値Ｃ２を備えている。

図８（ａ）～（ｄ）を併せて参照しつつ詳述すると、較正部４１は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎのリーン側尖頭値４７ｖとグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に対応するルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リーン側尖頭値４７ｖがリーン領域にある場合には第１較正倍率値Ｃ１を増加してデータマップ及びルックアップテーブルを図８において右側方向に向けて拡大し（図８（ａ）参照）、リーン側尖頭値４７ｖがストイキ領域にある場合には第１較正倍率値Ｃ１を減少してデータマップ及びルックアップテーブルを図８において左側方向に向けて縮小する（図８（ｂ）参照）。

すなわち、較正部４１は、上記増加又は減少した第１較正倍率値Ｃ１をデータマップ及びルックアップテーブルの第１目盛値Ｇ１に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正をする。なお、第１目盛値Ｇ１の拡縮原点には、０ケルビン（マイナス２７３．１５ｄｅｇＣ；絶対零度）を採用することができる。このとき、記憶部３４に記憶されている複数の第１目盛値Ｇ１の較正前の値をＴｋ（摂氏温度）とした場合、較正後の制御用第１目盛値Ｔｋｃａｌは、次式（６ａ）により求められる。
Ｔｋｃａｌ＝（Ｔｋ＋２７３．１５）×Ｃ１－２７３．１５ （６ａ）

また、較正部４１は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎのリッチ側尖頭値４６ｖとグラフ３６（リッチ側閾値ＲＲＥＦ）に対応するルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リッチ側尖頭値４６ｖがリッチ領域にある場合には第２較正倍率値Ｃ２を増加してデータマップ及びルックアップテーブルを図８において下方向に向けて拡大し（図８（ｄ）参照）、リッチ側尖頭値４６ｖがストイキ領域にある場合には第２較正倍率値Ｃ２を減少してデータマップ及びルックアップテーブルを図８において上方向に向けて縮小する（図８（ｃ）参照）。

すなわち、較正部４１は、上記増加又は減少した第２較正倍率値Ｃ２をデータマップ及びルックアップテーブルの第２目盛値Ｇ２に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正する。なお、第２目盛値Ｇ２の拡縮原点には、上述の制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）の値を採用することができる。

このとき、上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５の値をＬＲＥＦａｎｃｈｏｒ、記憶部３４に記憶されている複数の第２目盛値Ｇ２の較正前の値をＶｋとした場合、較正後の制御用第２目盛値Ｖｋｃａｌは、次式（７）により求められる。
Ｖｋｃａｌ＝（Ｖｋ－ＬＲＥＦａｎｃｈｏｒ）×Ｃ２＋ＬＲＥＦａｎｃｈｏｒ
（７）

なお、本実施の形態においては、上記第１較正倍率値Ｃ１及び第２較正倍率値Ｃ２の増加又は減少を行う場合に、所定の漸増率及び漸減率を介在して第１較正倍率値Ｃ１又は第２較正倍率値Ｃ２を漸増又は漸減させて徐々に較正完了状態へと移行させる移行処理を含むように較正部４１を構成することができる。

一方、酸素センサ１２のストイキ振幅（ストイキメトリックでの振幅（波高））は、センサ素子１２ａの実際の温度に応じて変化し、振れ幅が変わる。例えば、酸素センサ１２が、新品時に可及的に正確に実測した温度値が６００ｄｅｇＣである際、ストイキ振幅が４ｖｏｌｔとなる特性を有するとして、その長期使用過程においてセンサヒータ１２ｂに熱劣化（酸化）が生じてセンサヒータ１２ｂの抵抗値が高まってくると、そのセンサヒータ１２ｂの抵抗値から読み取って求められるセンサヒータ１２ｂの温度及びセンサ素子１２ａの温度Ｔは、見かけ上、誤差を含んで実際の温度とは相違する値を示すことになる。

例えば、ヒータ温度読取部２３ａがセンサヒータ１２ｂの抵抗値に基づいて読み取るセンサヒータ１２ｂの温度Ｔが実測値６００＋５０ｄｅｇＣを示すようなセンサヒータ１２ｂの熱劣化を有した酸素センサ１２を、特性点検部４０を介して観測すると、酸素センサ１２のストイキ振幅特性は、あくまでもセンサ素子１２ａの実際の温度に沿って変化するので、見かけ上のセンサヒータ１２ｂの温度及びセンサ素子１２ａの温度値Ｔが６５０ｄｅｇＣのときにストイキ振幅は４ｖｏｌｔとして観測されることになる。すなわち、この場合、見かけ上のセンサヒータ１２ｂの温度及びセンサ素子１２ａの温度Ｔとストイキ振幅との対応関係は、センサヒータ１２ｂが熱劣化していない新品時と比べて＋５０ｄｅｇＣほどずれているように観測される。

而して、上記したようなデータマップのデフォルトでの対応関係からのずれを点検することにより、センサヒータ１２ｂの抵抗値から読み取って求められるセンサヒータ１２ｂの温度Ｔがセンサ素子１２ａの実際の温度値に対してどの程度の温度誤差を有するものであるかを精度良く把握することができる。また、この温度誤差が大きい場合は、センサヒータ１２ｂが劣化したものと判断することができる。

そこで、本実施形態では、このセンサヒータ１２ｂの劣化の有無を判定するために、複数の空気過剰率値を、センサヒータ１２ｂの温度Ｔについての複数の第１目盛値Ｇ１及び電圧値ＶＨＧについての複数の第２目盛値Ｇ２との対応関係を付けて示す上述のデータマップ、並びに電圧値ＶＨＧがリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を第１目盛値Ｇ１との対応関係を付けて示す上述のルックアップテーブルが利用される。

また、内燃機関の作動時に前記波高値を読み取りつつ、読み取った波高値の尖頭が前記空燃比領域の何れに該当するかを点検する上述の特性点検部４０と、この点検の結果に基づいて、第１目盛値Ｇ１を補正して上記の対応関係を較正するための温度較正係数Ｋ（第１較正倍率値Ｃ１）を導出するために、上述の較正部４１が利用される。

そして、温度較正係数Ｋの初期値と最新値との差の絶対値が、予め定めた劣化判定値よりも大きい場合には、センサヒータ１２ｂが劣化していると判定する劣化判定部４８がＥＣＵ１５に設けられる。

劣化判定部４８は、温度較正係数Ｋの初期値を、較正部４１による初期段階での較正時又は後述するＯＢＤ診断機によるリセットコマンドの発行時に取得し、その後、較正部４１が温度較正係数Ｋの最新値を取得する毎に、初期値と最新値との差の絶対値を所定の劣化判定値と比較し、絶対値が劣化判定値を超えている場合、センサヒータ１２ｂが劣化していると判定する。

すなわち、図５を用いて説明すれば、第１目盛値Ｇ１に関する温度較正係数Ｋについて、標準的なセンサヒータ１２ｂの抵抗値（中央値）に対応して設定されているＥＣＵ１５のデフォルトの温度較正係数Ｋ値（ここでは第１目盛値Ｇ１をデフォルトから変化させない値であり、たとえばＫ＝１．０００倍とする）を図５においてラインＡで示す一方、ＥＣＵ１５に接続された現実のセンサヒータ１２ｂの抵抗値に対応する温度較正係数Ｋがその製造公差（特性ばらつき）等によって前記ラインＡからずれているラインＢで示されるものとすれば、劣化判定部４８で取得される上記温度補正係数Ｋの初期値は、較正部４１において上記ラインＢに適合された温度較正係数Ｋの最新値を得て、該最新値を捕捉することにより設定される。この際、劣化判定部４８は、後述する温度較正係数Ｋの初期値が設定されたか否かを例えばビット（１桁の２進数）で示す状態フラグＦを温度較正係数Ｋの初期値が設定されたことを示す「１」に設定し、これにより、以降の温度較正係数Ｋの初期値の変更を禁止する。このように状態フラグＦを「１」に設定した後も、センサヒータ１２ｂの劣化等に因る抵抗値乃至温度値の経時変化にともなって温度較正係数Ｋの最新値は較正部４１で更新されていくため、該更新が累積された温度補正係数Ｋの最新値は、例えば図５においてラインＣやラインＤで示されるような温度較正係数Ｋの初期値（ラインＢ）から乖離した値を示すようになる。而して劣化判定部４８は、ラインＢに示す第１目盛値Ｇ１に係る上記温度較正係数Ｋの初期値と、ラインＣまたはＤに示す温度較正係数Ｋの最新値との差が上記の劣化判定値を超えて離れた場合に、センサヒータ１２ｂが劣化していると判定することができる。

例えば、劣化判定値が０．３、上記ラインＢに係る温度較正係数Ｋの初期値が１．０２、上記ラインＣに係る温度較正係数Ｋの最新値が０．９３５であるとすれば、温度較正係数Ｋの初期値と最新値の差は０．０８５であり、この場合、劣化判定閾値０．３よりも小さいので、劣化していないと判定される。また、例えば、劣化判定値が０．３、上記ラインＢに係る温度較正係数Ｋの初期値が１．０３、上記ラインＤに係る温度較正係数Ｋの最新値が１．３５であるとすれば、温度較正係数Ｋの初期値と最新値の差は０．３２であり、この場合、劣化判定閾値０．３よりも大きいのでセンサヒータ１２ｂが劣化しているものと判定される。

ここで、劣化判定部４８は、上記温度較正係数Ｋの初期値を適切に設定するために、上記状態フラグＦを記憶するフラグ記憶部４９を備える。フラグ記憶部４９は、例えば、書き換え可能かつ記憶部への電源供給なしに記憶を保持することが可能な不揮発性メモリで形成される。フラグ記憶部４９に記憶された状態フラグＦが温度較正係数Ｋの初期値が未設定であることを示す「０（ゼロ）」の場合には、温度較正係数Ｋの初期値を温度較正係数Ｋの最新値と同一の値に設定し、状態フラグＦが温度較正係数Ｋの初期値が設定されたことを示す「１」である場合には、温度較正係数Ｋの初期値の変更を禁止する。

これにより、劣化判定部４８は、状態フラグＦが温度較正係数Ｋの初期値が未設定であることを示す「０（ゼロ）」の場合には、温度較正係数Ｋの初期値と温度較正係数Ｋの最新値とが同じ値（差がゼロ）に設定されるため、温度較正係数Ｋの初期値を設定することができる。すなわち、温度較正係数Ｋについての所謂イニシャライザとしての機能を果たし、較正部４１において較正された温度較正係数Ｋの最新値から温度較正係数Ｋの初期値が適正に設定される。

また、劣化判定部４８は、温度較正係数Ｋの初期値が特性点検部４０による点検の結果に基づいて適正に取得できたと判定した場合に、状態フラグＦを、温度較正係数Ｋの初期値が設定されたことを示す値に設定する。

較正部４１における較正は、瞬時の観測に基づくいわゆるワンショット学習ではなく、上述のように、徐々に導出される温度較正係数Ｋの増減を繰り返すことによって積分的に行われ、そうして導出される温度較正係数Ｋの最新値が飽和状態（サチュレート状態）に至って適正に取得できた（較正が完了した）と判定されるときに、劣化判定部４８は状態フラグＦをオン状態である「１」へと設定して、それ以降の温度較正係数Ｋの初期値の変更を禁止する。これにより、劣化判定部４８が導出する温度較正係数Ｋの初期値は、再現性に優れた値のものとされる。

なお、上記温度較正係数Ｋの最新値、温度較正係数Ｋの初期値、及び状態フラグＦは、外部の端末装置からの指令により所望の値に書き換え可能であってもよい。この場合、温度較正係数Ｋ及び状態フラグＦは、外部端末装置としてのＯＢＤ診断機を介した操作で書き換えされることが好ましい。

たとえば、使用過程にある自動車のメンテナンス時に酸素センサ１２を劣化品から新品に交換した場合は、ＯＢＤ診断機による操作でＥＣＵ１５の学習値リセットコマンドの発動を行い、温度較正係数Ｋや状態フラグＦなどの各パラメータを初期化することによって劣化判定部４８による上記センサヒータ１２ｂが劣化しているとの判定を解除する必要がある。これを行う操作機能を提供するために、ＥＣＵ１５は外部の端末装置と連携することができる。

ただしこの場合、センサ素子１２ａからの電圧値ＶＨＧの波高（振れ幅）は、センサ素子１２ａの実際の温度（真実値）に応じて変化するので、ＥＣＵ１５において、電圧値ＶＨＧの波高を読み取り、かつ、読み取った波高とセンサヒータ１２ｂの抵抗値から読み取って求められるセンサ素子１２ａの温度Ｔとの対応関係が上記のデータマップと適合するか否かを特性点検部４０により点検する際には、センサヒータ１２ｂの温度を適温に制御する必要がある。すなわち、センサヒータ１２ｂの温度が冷えすぎていても熱すぎていても適切な点検ができない。

そこで、本実施形態では、さらに、ＥＣＵ１５に、温度較正係数Ｋの逆数をセンサ素子１２ａの温度Ｔに乗じることにより、ヒータ発熱制御部２２を制御するための温度Ｔｃを求めるヒータ制御用温度導出部５０を設け、ヒータ発熱制御部２２により、温度Ｔｃが目標温度Ｔｔｒｇとなるようにセンサヒータ１２ｂを発熱させる。

ヒータ制御用温度導出部５０は、温度較正係数Ｋの最新値をＫｎ、センサ素子１２ａの温度ＴをＴｎとすれば、次式によりセンサヒータ１２ｂを制御するための温度Ｔｃを求める。
Ｔｃ＝Ｔｎ×（＃１／Ｋｎ）

ヒータ発熱制御部２２は、この温度Ｔｃと、目標温度Ｔｔｒｇとの差分に応じてパルス幅変調した電圧を印加してセンサヒータ１２ｂを発熱させる。

これにより、特性点検部４０による点検が適切に行われ、ひいてはセンサヒータ１２ｂの劣化有無の判定が適切に行われる。なお、この場合、目標温度値Ｔｔｒｇは一定値に限らず、較正部４１に連動させる形で振動的に動かすように設定してもよい。すなわち、温度条件を変えながら多点的に学習して温度校正係数Ｋを導出することもできる。

以上のように、本実施形態によれば、温度較正係数Ｋの初期値と、較正部４１で求める温度較正係数Ｋの最新値との差の絶対値が予め定めた劣化判定値よりも大きい場合にはセンサヒータ１２ｂが劣化していると判定する劣化判定部４８を設けたので、センサヒータ１２ｂの抵抗値から読み取るセンサヒータ１２ｂの温度Ｔの較正や劣化の判定を行うに際して従来必要であったセンサヒータ１２ｂの実際の温度を測定するための追加の温度センサを不要とすることができる。

また、内燃機関が作動している間に較正部４１に連動させる形でセンサヒータ１２ｂの劣化有無を判定できるので、従来の劣化有無を判定できるタイミングが来るまで長時間待たされるといった不都合を回避することができる。したがって、低コストでかつ動作制約の少ないセンサヒータ１２ｂの劣化有無を判定できる内燃機関の制御装置を提供することができる。

また、劣化判定部４８は、状態フラグＦが温度較正係数Ｋの初期値が未設定であることを示す場合には、温度較正係数Ｋの初期値を最新値と同一の値に設定し、状態フラグＦが温度較正係数Ｋの初期値が設定されたことを示す場合には、以降の温度較正係数Ｋの初期値の変更を禁止したので、較正部で取得された温度較正係数Ｋの最新値によって温度較正係数Ｋの初期値を設定することができる。

また、劣化判定部４８は、温度較正係数Ｋの初期値が適正に取得できたと判定した場合に、不揮発性メモリであるフラグ記憶部４９の状態フラグＦを、「１」（オン状態）に設定するので、温度較正係数Ｋの最新値が飽和状態へ至って適正にヒータ部の状態を捕捉できたと判定される以降に、状態フラグＦをオン状態へと継続的に保持することができる。また、適正に取得された温度較正係数Ｋの初期値を再現性に優れた値に維持することができる。

また、劣化判定部４８は、外部の端末装置からの指令により、前記温度較正係数の最新値、前記温度較正係数の初期値、及び前記状態フラグを所望の値に書き換え可能としたので、使用過程にある自動車のメンテナンス時に酸素センサ１２を劣化品から新品に交換した場合に、外部端末装置としてのＯＢＤ診断機を介した操作で使用過程にあるセンサヒータ１２ｂが劣化しているとの判定等を解除することができる。

また、ヒータ制御用温度導出部５０が求める温度Ｔｃと目標温度Ｔｔｒｇとの差分に応じてヒータ発熱制御部２２によりセンサヒータ１２ｂを発熱させるので、センサヒータ１２ｂの温度を適温に制御し、特性点検部４０による点検を適切に行い、ひいてはセンサヒータ１２ｂの劣化有無の判定を適切に行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、上述の実施の形態では、第１較正倍率値Ｃ１をデータマップ及びルックアップテーブルの複数の第１目盛値Ｇ１にそれぞれ乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正するもの（式（６ａ））であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、データマップ及びルックアップテーブルを走査する制御用の温度に第１較正倍率値Ｃ１を乗じる構成であってもデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することが可能であり、このとき、記憶部３４に記憶されている複数の第１目盛値Ｇ１の較正前の値をＴｋ（摂氏温度）、較正後の制御用第１目盛値をＴｋｃａｌとした場合に、データマップ及びルックアップテーブルを走査するための走査制御用の温度値Ｔｃｏｎ（摂氏温度）は、次式（６ｂ）により求めることができる。
Ｔｋｃａｌ＝Ｔｋ
Ｔｃｏｎ＝（Ｔ＋ＴＤ＋２７３．１５）×（１／Ｃ１）－２７３．１５
（６ｂ）

上述の式（６ａ）あるいは式（６ｂ）いずれを用いる構成であっても、実際に計測した電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎの波高値がリッチ側及びリーン側閾値に合致する（波高の尖頭が閾値に重なる）ように較正して正確な空気過剰率を算出し、適切な空燃比フィードバック制御を行うことができる。また、特性点検部４０による点検を適切に行いつつセンサヒータ１２ｂの劣化有無の判定を適切に行うことができる。

また、上述の実施の形態では、温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆを、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度に吸気温センサ８により得られる吸気温度を加えて２で除する｛Ｔｒｅｆ＝（エンジン温度＋吸気温度）÷２｝ことにより設定しているが、これに限定されることなく、例えば、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度又は吸気温センサ８により得られる吸気温度のいずれか一方のみから温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆを算出するようにしてもよい。

１…機関本体、２…吸気管、３…スロットル弁、４…エアクリーナ、５…スロットルセンサ、６…燃料噴射弁、７…吸気圧センサ、８…吸気温センサ、９…ピストン、１０…排気管、１１…触媒、１２…酸素センサ、１２ａ…センサ素子（検出部）、１２ｂ…センサヒータ、１３…点火プラグ、１４…点火装置、１５…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１７…冷却水温センサ、１８…クランク軸、１９…クランク角度センサ、１９ａ…ロータ、１９ｂ…ピックアップ、２０…大気圧センサ、２２…ヒータ発熱制御部、２３…温度算出部、２３ａ…ヒータ温度読取部、２３ｂ…検出部温度推定部、２４…電圧算出部、２５…過剰率算出部、２６…代替値演算部、２７…回転速度演算部、２８…目標値演算部、２９…基本噴射量演算部、３０…フィードバック係数演算部、３１…噴射量演算部、３２…トルク演算部、３３…限界閾値設定部、３４…記憶部、３５～３８、３５ｂ、３６ｂ、３５ｃ、３６ｃ、３５ｄ、３６ｄ、３５ｅ、３６ｅ…グラフ、４０…特性点検部、４１…較正部、４２…温度点検部、４３…電圧点検部、４４…電圧波形、４５…空燃比波形、４６…リッチ側尖頭、４７…リーン側尖頭、４６ｖ、４７ｖ…尖頭値、４８…劣化判定部、４９…フラグ記憶部、５０…ヒータ制御用温度導出部。

Claims (5)

1. 排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられ、前記排気のストイキメトリック近傍の酸素濃度において検出部の抵抗値がステップ状に変化する検出部と、前記検出部に隣接するヒータ部とを有し、前記検出部の抵抗値から求める検出値が前記検出部の温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する高温排気ガス内酸素センサと、
   前記ヒータ部の抵抗値に基づいて前記ヒータ部の温度を求めるヒータ温度読取部と、
   前記ヒータ部の温度に基づいて前記検出部の温度を求める検出部温度推定部と、
   複数の空気過剰率値を、前記検出部の温度についての複数の第１目盛値及び前記検出値についての複数の第２目盛値との対応関係を付けて示すデータマップ、並びに前記検出値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値及びリーン側閾値を前記第１目盛値との対応関係を付けて示すルックアップテーブルを記憶する記憶部と備える内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の作動時に前記波高値を読み取りつつ、読み取った前記波高値の尖頭が前記空燃比領域の何れに該当するかを点検する特性点検部と、
   前記点検の結果に基づいて、前記第１目盛値を補正して前記対応関係を較正するための温度較正係数を導出する較正部とを備え、
   前記温度較正係数の初期値と最新値との差の絶対値が予め定めた劣化判定値よりも大きい場合には、前記ヒータ部が劣化していると判定する劣化判定部を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記劣化判定部は、前記温度較正係数の初期値が設定されたか否かを示す状態フラグを記憶するフラグ記憶部を備え、
   前記状態フラグが前記温度較正係数の初期値が未設定であることを示す場合には、前記温度較正係数の初期値を前記温度較正係数の最新値と同一の値に設定し、
   前記状態フラグが前記温度較正係数の初期値が設定されたことを示す場合には、前記温度較正係数の初期値の変更を禁止することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記劣化判定部は、前記温度較正係数の初期値が前記特性点検部による点検の結果に基づいて適正に取得できたと判定した場合に、前記フラグ記憶部の状態フラグを、前記温度較正係数の初期値が設定されたことを示す値に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 外部の端末装置からの指令により、前記温度較正係数の最新値、前記温度較正係数の初期値、及び前記状態フラグを所望の値に書き換え可能であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記温度較正係数の最新値をＫ、前記検出部の温度をＴとして、次式によりヒータ制御用の温度Ｔｃを求めるヒータ制御用温度導出部と、
   Ｔｃ＝Ｔ×（＃１／Ｋ）
   前記ヒータ制御用の温度Ｔｃと、所定の目標温度Ｔｔｒｇとの差分に応じてパルス幅変調した電圧を印加して前記ヒータ部を発熱させるヒータ発熱制御部とを備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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