JP3972432B2 - 内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置及びその学習方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置及びその学習方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に設置される酸素濃度センサは、製造段階での個体差（ばらつき）や経時劣化により検出精度が低下する問題がある。この問題に対して、特開昭５８−５７０５０号公報では、ガソリンリーンバーンエンジンにおいて、燃料カットされる減速中に、一定時間経過後に排気通路が大気で満たされていると判断し、その時の酸素濃度センサの出力信号を基準値として酸素濃度センサの出力信号と酸素濃度の関係を較正する技術が提案されている。
【０００３】
また、特開昭６２−２６７５４４号公報では、ガソリンリーンバーンエンジンにおいて、エンジン停止後の一定時間経過後に排気通路が大気で満たされていると判断し、その時の酸素濃度センサの出力信号を基準値として酸素濃度センサの出力信号と酸素濃度の関係を較正する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した２つの技術は、いずれも、ガソリンリーンバーンエンジンについて提案されたものであが、近年、ディーゼルエンジンについても、排気浄化率向上等を狙って、酸素濃度センサを用いてＥＧＲ（排気還流装置）等の制御を行うことが考えられている。
【０００５】
しかし、前者（特開昭５８−５７０５０号公報）の技術をディーゼルエンジンに適用したところ、大気の酸素濃度を精度良く検出することができなかった。その結果を図１６に示す。減速時に燃料カットされると、酸素濃度センサの出力信号は上昇し、大気の酸素濃度に近づいていくが、大気の酸素濃度に達する前に出力信号は降下してしまい、その後ゆっくりと大気の酸素濃度に近づいていった。この時のセンサ素子温度は、燃料カット開始後に急低下し、その後ゆっくりと上昇している。この原因は、ガソリンエンジンは、燃料カットされる減速時にスロットルバルブが絞られているため排気流量が少ないのに対して、ディーゼルエンジンは燃料カットされる減速時でもシリンダ容積分の排気流量が流れるために、燃料カット開始後に酸素濃度センサが急激に冷やされてしまい、センサ素子温度が急低下したため、酸素濃度に比例した限界電流が検出できずに出力信号は降下してしまうためと考えられる。
【０００６】
一般に、酸素濃度センサは、センサ素子の温度をヒータで活性温度に上昇させるヒータ付き酸素濃度センサが使用されるため、上述したように燃料カット開始後にセンサ素子温度が急低下しても、その後、ヒータ加熱によりセンサ素子温度はゆっくりと昇温していき、それに伴って出力信号もゆっくりと大気の酸素濃度に近づいていく。しかし、この場合は、燃料カット開始後のセンサ素子温度低下により出力信号が一時的に低下する分だけ、出力信号が大気酸素濃度レベルに達するまでに要する時間が長くかかってしまう。
【０００７】
一般的な走行パターンでは、減速運転は数秒程度の場合が多く、しかも、その減速運転中にエンジン回転数が所定値を下回ると燃料噴射が再開されてしまうため、燃料カット時間が数秒以下になる場合が多くなり、そのために、燃料カット終了時にまでに出力信号が大気酸素濃度レベルに達しない場合が多くなり、大気の酸素濃度を正確に検出できない場合が多くなる。
【０００８】
特に、自動変速機を搭載した車両では、減速時にはエンジン回転数が速やかにアイドル回転数まで低下して排気（大気）流量が減少してしまうため、排気通路内が大気で満たされるまでに要する時間が長くかかることになり、上述した事情と相俟って、大気の酸素濃度を正確に検出できない場合が益々多くなることが予想される。
【０００９】
また、減速度合の相違、例えば、７０ｋｍ／ｈからの減速と４０ｋｍ／ｈからの減速では、排気通路内が大気で満たされるまでの時間が変化し、減速開始後一定時間で排気通路か大気で満たされていると判断するためには、一定時間として十分に長い時間を設定せざるをえない。従って、これも大気の酸素濃度を正確に検出できない場合を増加させる要因になる。
【００１０】
また、後者（特開昭６２−２６７５４４号公報）の技術をディーゼルエンジンに適用したところ、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要であった。その結果を図１７に示す。エンジンが停止されると、酸素濃度センサの出力信号は少し上昇するが、その後はゆっくりとしか上昇しない。この時のセンサ素子温度は、排気の流れが停止するエンジン停止後に急低下し、その後、ヒータ加熱によりゆっくりと上昇している。図１６と比較して図１７の方がセンサ素子温度が高いにも拘らず、出力信号がゆっくりとしか上昇しないが、この原因は、エンジン停止時の排気ガス成分の違いと考えられる。
【００１１】
つまり、ガソリンエンジンはエンジン停止時に速やかに燃料がカットされ、エンジンの慣性により数回転してから停止するが、この数回転の間は燃料がカットされているため、吸気通路を通して吸入した大気が排気通路を流れ、排気通路内は大気の酸素濃度に近づく。一方、ディーゼルエンジンはエンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁により吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジンが停止してから燃料がカットされる。従って、ディーゼルエンジンが停止するまでの期間は、排気通路内は未燃の燃料が多量に存在する排気ガスが流れている。このために、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要になるのである。
【００１２】
ところで、図３に示すように、酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧と酸素濃度センサの限界電流（これについては後述する）との関係は、酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度が高くなるほど、限界電流が高くなることから、限界電流を検出することで、酸素濃度を検出することができる。但し、酸素濃度に対応する限界電流を精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、センサ素子印加電圧を高くする必要がある。大気の酸素濃度は、燃料カット開始前の排気中の酸素濃度と比較してかなり高濃度であるが、前述した２つの公報では、燃料カット開始前の排気中の酸素濃度を検出する時と同じセンサ素子印加電圧で大気の酸素濃度を検出するため、大気の酸素濃度を精度良く検出することができないという欠点もある。
【００１３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気通路に設置した酸素濃度センサで大気の酸素濃度を精度良く検出して、それを基準値として学習することができる内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置及びその学習方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図３に示す酸素濃度センサの特性から明らかなように、酸素濃度に対応する限界電流を精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、センサ素子印加電圧を高くすることが好ましい。
【００１５】
このセンサ特性を考慮して、本発明の請求項１では、内燃機関が燃料カットされた時に、限界電流検出方式の酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間に酸素濃度センサのセンサ素子の印加電圧を増加させた状態で酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習手段により学習する。このように、学習期間にセンサ素子印加電圧を増加させることで、酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を精度良く学習することができる。
【００１６】
上記請求項１の発明は、ヒータ付きの酸素濃度センサとヒータの無い酸素濃度センサのいずれにも適用可能であるが、ヒータ付きの酸素濃度センサを用いる場合には、請求項２のように、内燃機関が燃料カットされた時に、酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間にセンサ素子への印加電圧を増加させ且つヒータへの供給電力を増加させた状態で前記酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習するようにしても良い。このように、学習期間に酸素濃度センサのヒータへの供給電力を増加させると、センサ素子温度の低下を抑えることができて、センサ素子温度の低下による限界電流の低下を抑えることができる。これにより、酸素濃度センサの限界電流が大気酸素濃度レベルに達するまでに要する時間を短くすることができ、燃料カット時間が比較的短くても、センサ素子印加電圧増加とヒータ供給電力増加の効果によって酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を精度良く学習することができる。
【００１７】
この場合、燃料カットは、減速時と機関停止時に実施されるため、減速時と機関停止時のいずれでも酸素濃度センサの基準値を学習可能である。減速時の燃料カット期間中に基準値を学習する場合には、請求項３のように、燃料カット開始後に排気通路を流れた排気流量を積算し、その積算排気流量が所定値に達した時に酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習することが好ましい。このようにすれば、減速度合の相違によって排気通路内が大気で満たされるまでの時間が変化するという事情があっても、その時間を積算排気流量によって精度良く判断することができ、減速度合の相違による学習精度の低下を回避できる。しかも、いかなる減速状態でも、学習期間の時間を必要最小限に設定することができ、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータへの供給電力増加やセンサ素子への印加電圧増加による酸素濃度センサの負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性向上にもつながる。
【００１８】
更に、請求項４のように、内燃機関の吸気通路に吸気絞り弁を設置し、減速時燃料カット中の学習期間に、上記吸気絞り弁を閉弁方向に制御して、吸入空気流量ひいては排気流量を絞るようにしても良い。このようにすれば、燃料カット中の排気流量による酸素濃度センサの温度低下を少なくすることができ、その分、酸素濃度センサのヒータへの供給電力を節減することができる。
【００１９】
ところで、排気還流装置（以下「ＥＧＲ」と表記する）を装備した内燃機関では、ＥＧＲの作動中は内燃機関から排出される排気の一部が吸気系へ戻されるため、学習期間中にＥＧＲが作動していると、燃料カット前の燃焼ガスの一部がいつまでも排出されずに循環し続けることになり、排気通路内が大気で満たされることが妨げられる。
【００２０】
この対策として、ＥＧＲ付きの内燃機関では、請求項５のように、学習期間を内燃機関が燃料カットされ且つＥＧＲが排気還流を停止している期間に設定することが好ましい。このようにすれば、学習期間中に内燃機関内や排気通路内の残留燃焼ガスを循環させずに速やかに排気通路から排出することができ、排気通路内を速やかに大気で満たすことができる。
【００２１】
一般に、自動変速機付きの車両では、減速時に燃料カットすると、その燃料カット直後に内燃機関の回転数が瞬時にアイドル回転数まで低下してしまうため、吸入空気流量が減少して、その分、排気通路内が大気で満たされるまでの時間が長くかかってしまう。
【００２２】
この対策として、自動変速機付きの車両では、請求項６のように、学習期間中に自動変速機を内燃機関の回転数低下を少なくし又は回転数を上昇させるように制御しても良い。この制御は、例えば自動変速機のロックアップクラッチを連結したり、或は変速比を大きくするようにすれば良い。このようにすれば、学習期間中における吸入空気流量の低下を少なくすることができ、その分、排気通路内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータへの供給電力増加やセンサ素子への印加電圧増加による酸素濃度センサの負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性向上にもつながる。
【００２３】
また、内燃機関が機関停止制御により燃料カットされた時に学習期間を設定する場合には、請求項７のように、学習期間中に吸気絞り弁を開弁位置に保持すると良い。このようにすれば、機関停止制御時に基準値を学習する場合でも、吸気通路から内燃機関を通って排気通路に流れる空気（大気）流量を確保することができ、排気通路内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができ、上述と同様の効果が得られる。
【００２４】
尚、ヒータ付きの酸素濃度センサを用いる場合には、請求項１，８のように、燃料カット時に設定される学習期間にセンサ素子への印加電圧を増加させて酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習しても良い。勿論、ヒータへの供給電力増加とセンサ素子への印加電圧増加との双方を実行しながら酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習しても良いことは言うまでもない。
【００２５】
ところで、図１９及び図２１に示す酸素濃度センサの出力特性から明らかなように、酸素濃度センサの出力は、センサ素子温度や排気圧力の変化に応じて変化する。
【００２６】
この点を考慮し、請求項９のように、センサ素子の温度を温度検出手段により検出し、内燃機関の燃料カット期間中に、前記温度検出手段で検出したセンサ素子温度に基づいて酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習手段により学習するようにしても良い。この場合は、図１９に示すセンサ素子温度に関する出力変化特性を考慮して、請求項１０のように、温度検出手段で検出したセンサ素子の温度が所定の出力安定温度領域以下となる温度領域において、該センサ素子の温度が低くなるほど酸素濃度センサの出力信号を増加させるように補正するようにすると良い（図２０参照）。
或は、請求項１１のように、排気圧力を排気圧力検出手段により検出し、内燃機関の燃料カット期間中に、前記排気圧力検出手段で検出した排気圧力に基づいて酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習手段により学習するようにしても良い。この場合は、図２１に示す排気圧力に関する出力変化特性を考慮して、請求項１２のように、排気圧力検出手段で検出した排気圧力が高くなるほど酸素濃度センサの出力信号を低下させるように補正するようにすると良い（図２２参照）。
上記請求項９〜１２に係る発明では、内燃機関の運転状態によってセンサ素子温度や排気圧力が変化して、その影響で酸素濃度センサの出力信号が変化したとしても、センサ素子温度や排気圧力による出力信号の変化分を補正して酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を精度良く学習することができる。
【００２７】
尚、特公平５−４１８２１号公報には、内燃機関の運転中に、排気圧力に応じて目標空燃比を補正する技術が開示されているが、このものは、酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を学習する機能がなく、排気圧力による基準値の補正は行われない。このため、製造段階での酸素濃度センサの個体差（ばらつき）や経時劣化により酸素濃度の検出精度が低下する問題がある。この点、本発明では、燃料カット期間中に酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を学習するので、製造段階での酸素濃度センサの個体差（ばらつき）や経時劣化の影響を排除でき、酸素濃度の検出精度を向上できる。
【００２８】
また、排気圧力を検出する場合、排気通路に排気圧力センサを設置して、排気圧力を直接検出するようにしても良いが、請求項１３のように、内燃機関の運転状態に基づいて排気圧力を推定するようにしても良い。例えば、機関回転数、アクセル開度、車速、吸気管圧力、ＥＧＲ率等、内燃機関の運転状態が変化すると、それに応じて排気圧力が変化するため、内燃機関の運転状態に基づいて排気圧力を推定することが可能となる。このため、排気圧力センサを新たに設ける必要がなく、部品点数削減、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００２９】
更に、請求項１４のように、学習手段により補正された酸素濃度センサの出力信号に基づいて該酸素濃度センサの異常の有無をセンサ異常判定手段により判定するようにしても良い。このようにすれば、センサ素子温度や排気圧力の変化による影響を排除して、酸素濃度センサの異常の有無を精度良く判定することができる。
【００３０】
また、請求項９，１１，１５のように、燃料カット期間中の酸素濃度センサの出力信号と内燃機関停止中の酸素濃度センサの出力信号との差又は比に基づいて排気通路の詰まり度合を詰まり度合判定手段により判定するようにしても良い。つまり、排気通路の詰まり（例えば触媒等の目詰まり）の度合がひどくなるに従って、排気通路の排気抵抗が増大して排気圧力が高くなり、排気圧力が高くなるほど、図２１に示すように、酸素濃度センサの出力が上昇する。一方、内燃機関停止中は、排気圧力が働かないため、排気通路の詰まりの有無に拘らず、排気通路内が大気圧の空気で満たされ、大気圧下での酸素濃度センサの出力信号が得られる。
【００３１】
この関係から、燃料カット期間中の酸素濃度センサの出力信号と内燃機関停止中の酸素濃度センサの出力信号との差又は比を見れば、その差又は比が大きいか否かで排気圧力が高いか否かを判定でき、それによって排気通路の詰まり度合を判定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図１０を用いて説明する。
【００３３】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の吸気管１１（吸気通路）には、吸入空気量を検出するエアーフローセンサ１２が設置され、このエアーフローセンサ１２の下流側に吸気絞り弁１３が設置されている。この吸気絞り弁１３は、アクセル操作とは連動せず、エンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖して吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジン１０が停止してから燃料がカットされる。また、後述するＥＧＲ２１によって多量のＥＧＲ流量を還流させる場合には、吸気絞り弁１３の開度を小さくして吸入空気量を減少させ、ＥＧＲ率を増加させる。
【００３４】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料が燃料配管１６を通して供給される。高圧燃料ポンプ１５には、後述するＥＣＵ３６から出力される噴射信号によって燃料噴射を制御する燃料噴射制御弁４０が搭載されている。
【００３５】
一方、ディーゼルエンジン１０の排気管１７（排気通路）と吸気管１１との間には、排気の一部を吸気管１１に還流させるＥＧＲ配管１８が接続され、このＥＧＲ配管１８の途中にＥＧＲ弁１９が設けられている。このＥＧＲ弁１９は、ＥＧＲ制御弁２０により弁開度が調整され、その開度調整によりＥＧＲ配管１８を通過するＥＧＲ流量が制御される。これらＥＧＲ配管１８、ＥＧＲ弁１９及びＥＧＲ制御弁２０から排気還流装置（ＥＧＲ）２１が構成されている。
【００３６】
排気管１７の途中には、排気中の酸素濃度を検出する限界電流検出方式の酸素濃度センサ２２が設置されている。この酸素濃度センサ２２は、図２に示すような構造となっており、以下、その構造について具体的に説明する。酸素濃度センサ２２は、排気中の酸素濃度に対応する限界電流を発生するセンサ素子２３と、このセンサ素子２３を内側から加熱するヒータ２４と、センサ素子２３を覆うカバー２５とを備え、このカバー２５の底面部には、排気が流入する通気孔２５ａが形成されている。
【００３７】
上記センサ素子２３は、試験管状に形成された固体電解質層２６と、この固体電解質層２６の内外周面に固着された大気側電極２７及び排気側電極２８と、固体電解質層２６の外周面に形成された拡散層２９とから構成され、固体電解質層２６の内側に大気が導入され、拡散層２９の外周面が排気にさらされる。固体電解質層２６は、ＺｒＯ2 （ジルコニア）、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として配合した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散層２９は、アルミナ、マグネシア、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。大気側電極２７と排気側電極２８は、共に、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。
【００３８】
一方、ヒータ２４はセンサ素子２３内に収容されており、その発熱量によりセンサ素子２３（大気側電極２７、固体電解質層２６、排気側電極２８及び拡散層２９）を加熱して該センサ素子２３を活性化する。
【００３９】
大気側電極２７と排気側電極２８は、リード線３０ａ，３０ｂを介して電圧制御部３１に接続され、この電圧制御部３１によって両電極２７，２８間に印加される電圧が制御される。更に、両電極２７，２８間に電圧を印加した状態で、固体電解質層２６を流れる酸素イオン電流が電圧制御部３１を介して電流検出部３２によって検出される。ヒータ２４はリード線３３ａ，３３ｂを介して電力制御部３４に接続され、この電力制御部３４によってヒータ２４への供給電力が制御される。これら電力制御部３４、電圧制御部３１及び電流検出部３２とからセンサ制御回路３５が構成されている。このセンサ制御回路３５は、エンジン制御用の電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と表記する）３６からの印加電圧指令、供給電力指令に基づいて上述した制御を行う。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３６は、図１に示すエアーフローセンサ１２、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、車速センサ３９から読み込んだ信号に基づいてディーゼルエンジン１０の運転状態を検出して燃料噴射量やその噴射時期を算出し、噴射信号を燃料噴射制御弁４０に出力すると共に、センサ制御回路３５の電流検出部３２で検出された酸素濃度センサ２２の限界電流に基づいて排気中の酸素濃度を検出し、その検出値に基づいて排気中の酸素濃度が目標排気酸素濃度と一致するようにＥＧＲ２１の流量を制御して、ＮＯｘ排出量を低減する。
【００４１】
次に、図３を用いて限界電流検出方式の酸素濃度センサ２２の作動を説明する。図３は、センサ素子２３の温度が活性温度範囲内の所定温度（例えば７００℃）で一定温度の時のセンサ特性であり、横軸に固体電解質層２６への印加電圧をとり、縦軸に酸素濃度センサ２２が検出する酸素イオン電流をとってある。説明の便宜上、酸素濃度７％の時を例にして説明すると、印加電圧がａまでは印加電圧の増加に対応して検出電流が増加し、印加電圧がａからｂの間は、印加電圧が増加しても検出電流はほぼ一定になる（これが限界電流となる）。従って、印加電圧がａからｂの間では、拡散層２９の内部を拡散するガスの拡散速度により限定される限界電流を検出できる。
【００４２】
また、印加電圧がａの時の検出電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出でき、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性からセンサ素子２３の温度を推定することができる。印加電圧がｂを超えると、検出電流が再度増加していく。これは、拡散層２９の内部を拡散するガス中の水蒸気が分解されて酸素イオンが生成されるためである。従って、印加電圧がａからｂの間でガス中の酸素濃度に対応した限界電流を検出できる。通常は、安定した検出を行うために、印加電圧はａとｂの中間であるｃに設定される。
【００４３】
また、印加電圧と限界電流との関係は、酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度が高くなるほど、限界電流が高くなることから、限界電流を検出することで、酸素濃度を検出できる。但し、酸素濃度に対応する限界電流を安定して精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、印加電圧を高くする必要がある。この観点から、例えば酸素濃度１３％では印加電圧ｄ、酸素濃度２０％では印加電圧ｅに設定する。
【００４４】
次に、センサ素子温度が変化した時のセンサ特性を図４を用いて説明する。図４には、酸素濃度２０％で、センサ素子温度が７００℃の時のセンサ特性が実線で示され、センサ素子温度が５５０℃の時のセンサ特性が点線で示されている。センサ素子温度が低下すると、センサ素子２３の抵抗値が増加するため、印加電圧増加に対する検出電流の増加割合が減少し、更に、拡散層２９内のガスの拡散速度も温度の影響が多少あるため、限界電流も多少変化する。従って、酸素濃度を精度良く検出するには、センサ素子温度を確実に一定温度以上に保持するか、印加電圧を通常よりも高めに設定することが必要である。例えば、センサ素子温度が５５０℃でも印加電圧を通常のｅから高めのｆに設定することで、検出精度は向上する。ここで、減速時等に、センサ素子温度を確実に一定温度以上に保持するには、ヒータ２４への供給電力を増加する必要があるが、ヒータ２４の高温耐久性から過度の電力増加は避けなければならず、また、ヒータ２４の温度が通常よりも高温になる時間は極力短くする必要がある。
【００４５】
また、印加電圧を通常よりも高めに設定することは、前述したように水蒸気の分解により酸素濃度の検出精度が悪くなる可能性があるため、通常の印加電圧が１．５Ｖであれば最大でも２．０Ｖまでとすることが好ましい。ディーゼルエンジン１０が通常の運転状態であれば、排気中に数％の水蒸気が含まれるが、燃料カットされると、排気中の水蒸気濃度が大気の水蒸気濃度と同じレベルになるため、燃料カット中の排気中の水蒸気濃度は、通常運転時の排気中の水蒸気濃度と比較して極めて低くなる。従って、燃料カット中に印加電圧を通常よりも高めに設定しても、水蒸気の分解による酸素濃度の検出精度低下は比較的少ない。
【００４６】
以上説明した酸素濃度センサ２２の特性を考慮し、ＥＣＵ３６は、ディーゼルエンジン１０が減速状態で燃料カット（減速時燃料カット）されている期間に、酸素濃度センサ２２の基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間にヒータ２４への供給電力増加とセンサ素子２３への印加電圧増加とを実行しながら酸素濃度センサ２２の出力信号（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として学習する。ＥＣＵ３６に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、上述した学習処理を実行するために図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムが記憶されている。ＥＣＵ３６は、この大気酸素濃度学習プログラムを所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行することで、特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。
【００４７】
以下、図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムの内容について説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン運転状態を検出するために、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、エアーフローセンサ１２から出力される信号を読み込む。この後、ステップ１０２で、アクセルセンサ３７とエンジン回転数センサ３８の信号から、減速時燃料カット条件が成立しているか否かを判定する。ここで、減速時燃料カット条件としては、例えばアクセル全閉で、且つエンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上であることであり、この２つの条件が満たされた時に、減速時燃料カット条件が成立する。もし、減速時燃料カット条件が成立していなければ、学習処理は行われず、ステップ１０２からステップ１１３へ処理が飛び、酸素濃度センサ２２のヒータ２４に通常電力を供給すると共に、センサ素子２３に通常電圧を印加する通常制御モードで酸素濃度センサ２２を制御する。
【００４８】
これに対し、減速時燃料カット条件が成立している場合には、ステップ１０２からステップ１０３に進み、燃料噴射制御弁４０への噴射信号の出力を停止して燃料カットを実行し、次のステップ１０４で、大気酸素濃度学習が必要か否かを判定する。例えば、今までに一度も大気酸素濃度学習が実行されていない時や、前回の大気酸素濃度学習が実行されてから所定の積算走行距離に達している時は大気酸素濃度学習が必要と判定される。大気酸素濃度学習が不必要な場合には、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２を通常制御モードで制御する。
【００４９】
大気酸素濃度学習が必要な場合には、ステップ１０４からステップ１０５に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の温度を次のようにして推定する。例えばヒータ２４の電圧と電流からヒータ２４の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてヒータ２４の温度特性からヒータ温度を推定する。この後、ステップ１０６で酸素濃度センサ２２のヒータ温度が限界温度（例えば１１００℃）以下であるか否かを判定し、限界温度以下であれば、ステップ１０７に進み、ヒータ２４に許容範囲内の最大電力を供給して、ヒータ２４の発熱量を最大にすることで、低温の排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えると共に、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定して、ステップ１０９に進む。
【００５０】
もし、ヒータ２４の温度が限界温度より高ければ、ステップ１０６からステップ１０８に進み、ヒータ２４の供給電力をゼロにして、ヒータ２４の発熱を止めると共に、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定して、ステップ１０９に進む。
【００５１】
このステップ１０９では、燃料カット開始後の吸入空気により排気管１７内が大気で満たされたか否かを判定するために、燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になったか否かを判定する。燃料カット開始後の積算排気流量の算出は、例えば、エアーフローセンサ１２の信号を時間に対して積算したり、エンジン回転数センサ３８とエンジン排気量から求まる排気流量を時間に対して積算する。また、所定値は排気管１７内の燃焼ガスが大気（吸入空気）で一掃されるために必要な十分な値に設定する。
【００５２】
燃料カット開始後の積算排気流量が所定値に達していなければ、排気管１７内に燃焼ガスが残留しているため、以降の学習処理を行わずに、本プログラムを終了する。
【００５３】
その後、燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になった時点で、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ１０９からステップ１１０に進み、センサ素子温度を次のようにして推定する。例えば、センサ素子２３の出力電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性からセンサ素子温度を推定する。この後、ステップ１１１で、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上（例えば６００℃以上）であるか否かを判定し、所定温度未満であれば、学習処理を行わずに、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の供給電力とセンサ素子２３の印加電圧を通常の値に戻す。
【００５４】
これに対し、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上である場合には、基準値の学習が可能であるので、ステップ１１２に進み、この時の酸素濃度センサ２２から出力される、大気酸素濃度に対応する信号（限界電流）を基準値として設定し直す学習処理を行う。この後、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の供給電力とセンサ素子２３の印加電圧を通常の値に戻す。
【００５５】
以上説明した大気酸素濃度学習プログラムを実行した場合の制御例を図７のタイムチャートを用いて説明する。減速時に時刻０秒で燃料カットされると、瞬時にヒータ２４に最大電力が供給され、ヒータ温度が急上昇してセンサ素子２３の加熱量を増大させる。そのため、センサ素子２３は燃料カット後の低温の排気ガスにより冷却されるにも拘らず、図１６に示した従来技術と異なり、センサ素子温度は低下せず、活性温度である７００℃前後に保たれる。更に、燃料カット開始後は、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧が通常よりも高められる。このため、酸素濃度センサ２２の出力は燃料カット後の排気中の酸素濃度に対応した出力が得られる。
【００５６】
燃料カット開始から約２秒でヒータ温度が限界温度に達するため、ヒータ電力はゼロになる。但し、ヒータ電力がゼロになると、すぐにヒータ温度が限界温度以下に低下するため、再度、ヒータ電力が最大となる。そのため、ヒータ２４には最大電力とゼロの時間平均電力が印加されることになるが、通常のヒータ電力よりは大きく、センサ素子温度は大きくは低下せず、所定温度以上に保持される。そして、燃料カット開始から約４秒で、エアーフローセンサ１２の信号を時間に対して積算した燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になる。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力信号（大気酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として設定し直す。この後、酸素濃度センサ２２のヒータ電力とセンサ素子印加電圧を通常の値に戻す。これ以後は、センサ素子２３は低温の排気ガスにより冷却され、センサ素子温度が低下し、酸素濃度センサ２２の出力が実際の排気中の酸素濃度より低い値になる。
【００５７】
この場合、ヒータ２４の耐久性を考慮すると、ヒータ２４が限界温度付近にある時間をなるべく短縮した方が良い。本実施形態（１）では、燃料カット開始後に排気管１７内を流れた排気流量を積算し、その積算排気流量に基づいて排気管１７内が大気で満たされる時期を判断して、基準値（大気酸素濃度）を学習するようにしたので、減速度合の相違によって排気管１７内が大気で満たされるまでの時間が変化するという事情があっても、その時間を積算排気流量によって精度良く判断することができ、減速度合の相違による学習精度の低下を回避できる。しかも、いかなる減速状態でも、燃料カット開始から学習終了までの時間を必要最小限に設定することができ、迅速な基準値の学習が可能になる。
【００５８】
更に、燃料カット開始から学習終了までの時間を短縮するには、燃料カットされている時のエンジン回転数を通常よりも高くすれば良い。変速機が手動変速機の場合には、減速時燃料カット領域では、運転者がクラッチを切らない限り、エンジンブレーキがかかってエンジン回転数が高くなるが、流体継手を利用した自動変速機を搭載した車両では、燃料カット開始後に瞬時にエンジン回転数がアイドル回転数まで低下してしまうため、排気流量が減少して、その分、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間が長くかかってしまう。
【００５９】
この対策として、自動変速機付きの車両では、燃料カットされてから大気の酸素濃度を検出するまで期間は、自動変速機をエンジン回転数低下を少なくし又はエンジン回転数を上昇させるように制御すると良い。この制御は、例えば自動変速機のロックアップクラッチを連結したり、変速比を大きくするようにすれば良い。このようにすれば、燃料カット開始後の排気流量の低下を少なくすることができ、その分、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータ２４が限界温度付近にある時間を短縮することができ、その分、酸素濃度センサ２２の負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性低下を回避できる。
【００６０】
この場合、自動変速機は、流体継手でエンジン動力を伝達するものに限定されず、ベルトとプーリを用いてエンジン動力を伝達し、該プーリの有効半径を可変することで変速比を制御する無段変速機を用いたものでも良い。
【００６１】
また、本実施形態（１）のように、ＥＧＲ２１を備えたディーゼルエンジン１０では、ＥＧＲ２１の作動中はディーゼルエンジン１０から排出される排気の一部が吸気系へ戻されるため、燃料カット開始後もＥＧＲ２１が作動し続けていると、燃料カット前の燃焼ガスの一部がいつまでも排出されずに循環し続けることになり、排気管１７内が大気で満たされることが妨げられる。
【００６２】
この対策として、ＥＧＲ２１付きのディーゼルエンジン１０では、減速時燃料カット中に基準値を学習する場合には、ＥＧＲ２１が排気還流を停止している期間に、基準値を学習することが好ましい。このようにすれば、学習時には、ディーゼルエンジン１０内や排気管１７内の残留燃焼ガスを循環させずに速やかに排気通路から排出することができ、迅速な基準値の学習が可能になる。
【００６３】
前述した図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムで学習された基準値（大気酸素濃度）は、酸素濃度センサ２２の出力信号を補正するのに用いられる。補正された酸素濃度センサ２２の出力信号は、例えばＥＧＲ２１の制御に用いられる。
【００６４】
このＥＧＲ２１の制御は、図８に示すＥＧＲ制御プログラムによって実行される。このＥＧＲ制御プログラムは、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶され、ＥＣＵ３６にて所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このＥＧＲ制御プログラムが起動されると、まずステップ１３１で、エンジン回転数センサ３８、アクセルセンサ３７及び酸素濃度センサ２２から出力される信号を読み込んだ後、ステップ１３２で、エンジン回転数センサ３８とアクセルセンサ３７の出力信号から目標排気酸素濃度とＥＧＲ制御弁２０の基準駆動信号を算出する。
【００６５】
この後、ステップ１３３で、図６のステップ１１２で学習した基準値Ｋ1 、つまり個体差・経時劣化の有る現実の酸素濃度センサ２２で検出した大気酸素濃度と、個体差・経時劣化の無い理想的な酸素濃度センサで検出した大気酸素濃度（理想センサ出力Ｋ0 ）との比から補正係数Ｋ1 ／Ｋ0 を算出する。参考までに、個体差・経時劣化による誤差のある現実の酸素濃度センサ２２と誤差のない理想的な酸素濃度センサとの出力の関係を図９に示す。
【００６６】
この後、ステップ１３４に進み、現在の酸素濃度センサ２２の出力を補正係数Ｋ1 ／Ｋ0 で除算することで、酸素濃度センサ２２の出力を補正して実酸素濃度を求める［実酸素濃度＝現在の酸素濃度センサ出力÷（Ｋ1 ／Ｋ0 ）］。
【００６７】
次のステップ１３５で、この実酸素濃度を、上記ステップ１３２で算出した目標排気酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ２１を次のように制御する。すなわち、実酸素濃度が目標排気酸素濃度よりも低い場合には、ステップ１３６に進み、ＥＧＲ流量を減量すべく基準駆動信号を補正して、ＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の開度を減少する。実酸素濃度が目標排気酸素濃度に一致する場合には、ステップ１３７に進み、基準駆動信号を補正せずにＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の現在の開度を引き続き保持する。また、実酸素濃度が目標排気酸素濃度よりも高い場合には、ステップ１３８に進み、ＥＧＲ流量を増量すべく基準駆動信号を補正して、ＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の開度を増大する。参考までに、ＥＧＲ制御弁２０の駆動信号とＥＧＲ流量との関係を図１０に示す。
【００６８】
この場合、精度良く学習された基準値に基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するので、酸素濃度センサ２２の個体差や経時劣化による酸素濃度センサ２２の出力のずれを精度良く補正することができ、この補正出力によってＥＧＲ２１を制御することで、ＥＧＲ流量を精度良く制御することができて、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００６９】
尚、酸素濃度センサ２２の出力で制御する対象は、ＥＧＲ流量に限定されず、例えば、燃料噴射量、吸入空気量等を制御するようにしても良い。吸入空気量の制御は、吸気絞り弁１３の開度を調節することにより行えば良い。
【００７０】
［実施形態（２）］
図１１及び図１２は、本発明の実施形態（２）で実行する大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。前記実施形態（１）と異なる点は、燃料カット開始から基準値を学習するまでの期間に、吸気絞り弁１３を閉鎖して吸気を絞り（ステップ１０４ａ）、排気流量を少なくして、低温の排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を少なくすることである。この場合も、酸素濃度センサ２２のヒータ２４への供給電力を増加して、排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えるが、吸気絞り弁１３により排気流量が絞られて、酸素濃度センサ２２の温度低下が少ないため、ヒータ２４への供給電力は前記実施形態（１）よりも少なくて済む。学習終了後は、吸気絞り弁１３を通常開度まで開放する（ステップ１１３ａ）。これ以外の処理は、前記実施形態（１）の図５及び図６の処理と同じである。
【００７１】
［実施形態（３）］
図１３乃至図１５を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。上述した実施形態（１），（２）は、減速時燃料カット中に基準値を学習するようにしたが、この実施形態（３）では、エンジン停止制御により燃料カットされた時に、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら、所定時間経過後に基準値を学習するところに特徴がある。
【００７２】
前述したように、吸気絞り弁１３は、アクセル操作とは連動せず、通常のエンジン停止制御では、エンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖して吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジン１０が停止してから燃料がカットされる。このため、通常のエンジン停止制御では、ディーゼルエンジン１０が停止するまでの期間は排気管１７内は未燃の燃料が多量に存在する排気ガスが流れている。従って、通常のエンジン停止制御で、基準値を学習しようとすると、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要になり、酸素濃度センサ２２の耐久性からも望ましくない。
【００７３】
この対策として、この実施形態（３）では、図１３及び図１４に示す大気酸素濃度学習機能付きのエンジン停止制御プログラムによって、エンジン停止制御により燃料カットされた時に、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら、所定時間経過後に基準値を学習する。このエンジン停止制御プログラムは、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶され、ＥＣＵ３６にて所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン停止制御プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、イグニッションスイッチがオフされたか（つまりエンジン停止制御を行うか）を判定し、イグニッションスイッチがオフされていなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００７４】
その後、イグニッションスイッチがオフされた時点で、ステップ２０１からステップ２０２に進み、大気酸素濃度学習が必要か否かを判定する。例えば、今までに一度も大気酸素濃度学習が実行されていない時や、前回の大気酸素濃度学習が実行されてから所定の積算走行距離に達している時は大気酸素濃度学習が必要と判定される。
【００７５】
大気酸素濃度学習が不必要な場合には、ステップ２０３〜２０６の通常のエンジン停止制御を次のようにして行う。すなわち、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖し（ステップ２０３）、それによって吸入空気量を大幅に減少させることで、噴射燃料を失火させ、ディーゼルエンジン１０を停止させてから燃料カットを行う（ステップ２０５，２０６）。通常のエンジン停止制御を行う場合には、排気中の酸素濃度の検出は不要であるため、吸気絞り弁１３を閉鎖した後に、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止する（ステップ２０４）。
【００７６】
一方、大気酸素濃度学習が必要な場合には、ステップ２０２からステップ２０７に進み、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら燃料カットする。この後、ステップ２０８で、ヒータ２４に許容範囲内の最大電力を供給して、ヒータ２４の発熱量を最大にすることで、酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えると共に、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定する。
【００７７】
次のステップ２０９で、上述した燃料カットによりディーゼルエンジン１０が停止するまで待機し、エンジン停止後に、ステップ２１０に進み、ヒータ温度を前記実施形態（１）と同様の方法で推定する。この後、ステップ２１１で、ヒータ温度が限界温度（例えば１１００℃）以下であるか否かを判定し、限界温度を越えていれば、ヒータ２４の供給電力をゼロにして（ステップ２１２）、ヒータ２４の発熱を止めて、ステップ２１３に進む。ヒータ温度が限界温度以下であれば、そのままステップ２１３に進む。
【００７８】
このステップ２１３では、エンジン停止後から所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、排気管１７内の残留燃焼ガスが大気で一掃されるために必要な時間である。もし、所定時間が経過していなければ、ステップ２１０に戻り、ステップ２１０からステップ２１３までの処理を繰り返す。その後、エンジン停止後から所定時間が経過した時点で、ステップ２１３からステップ２１４に進み、センサ素子温度を前記実施形態（１）と同様の方法で推定した後、ステップ２１５で、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上（例えば６００℃以上）であるか否かを判定し、所定温度未満であれば、学習処理を行わずに、ステップ２１７に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止して本プログラムを終了する。
【００７９】
これに対し、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上である場合には、基準値の学習が可能であるので、ステップ２１６に進み、この時の酸素濃度センサ２２から出力される、大気酸素濃度に対応する信号（限界電流）を基準値として設定し直す学習処理を行う。この後、ステップ２１７に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止して本プログラムを終了する。
【００８０】
以上説明したエンジン停止制御プログラムを実行した場合の学習時の制御例を図１５のタイムチャートを用いて説明する。時刻０秒でイグニッションスイッチがオフに操作されると、吸気絞り弁１３を開放状態に保持したまま、燃料カットすると共に、酸素濃度センサ２２のヒータ２４に最大電力を供給し、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い値に設定する。更に、燃料カット開始後は、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常よりも高電圧に設定する。
【００８１】
ディーゼルエンジン１０が停止するまでは、燃料がカットされているため、吸気管１１を通して吸入した大気が排気管１７を流れ、排気管１７内は大気の酸素濃度に近づいていく。この際、ヒータ２４に最大電力が供給されているため、センサ素子２３は、低温の排気により冷却されるにも拘らず、ヒータ２４の加熱によりセンサ素子温度は低下しない。このため、酸素濃度センサ２２の出力は排気中の酸素濃度に対応した出力が得られる。
【００８２】
燃料カット後すぐにヒータ温度が限界温度に達するため、ヒータ電力はゼロになる。但し、ヒータ電力がゼロになると、すぐにヒータ温度が低下し、再度、ヒータ電力が最大になる。そのため、ヒータ２４には最大電力とゼロの時間平均電力が印加されることになるが、通常のヒータ電力よりは大きく、センサ素子温度は大きくは低下せず、所定温度以上に保持される。そして、燃料カット開始から約３０秒で、排気管１７内の残留燃焼ガスが大気で一掃される。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力信号（大気酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として設定し直す。この後、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止する。そのため、ヒータ２２とセンサ素子２４は自然放冷され、温度低下する。
【００８３】
この実施形態（３）では、エンジン停止制御時に基準値を学習する場合に、吸気絞り弁１３を開弁位置に保持するため、吸気管１１からディーゼルエンジン１０を通って排気管１７に流れる空気（大気）流量を確保することができ、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータ２４への供給電力増加やセンサ素子２３への印加電圧増加による酸素濃度センサ２２の負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサ２２の耐久性向上にもつながる。
【００８４】
上記各実施形態では、酸素濃度センサ２２の基準値を学習する学習期間に、ヒータ供給電力とセンサ素子印加電圧の双方を増加させるようにしたが、センサ素子印加電圧の増加のみを行っても良く、この場合でも、従来技術と比較すれば学習精度を向上できる。
【００８５】
［実施形態（４）］
図１８乃至図２６を用いて本発明の実施形態（４）を説明する。この実施形態（４）では、酸素濃度センサ２２の下流側に、酸化触媒、還元触媒、三元触媒等の触媒４１を設置すると共に、この触媒４１の上流側に排気圧力センサ４２（排気圧力検出手段）を設置している。その他のシステム構成は、前記実施形態（１）で説明した図１の構成と同じである。
【００８６】
図１９に示すように、酸素濃度センサ２２の大気酸素濃度の出力電圧（以下単に「センサ出力」という）は、センサ素子温度に依存し、センサ素子温度が７２０℃以下の領域では、センサ素子温度が低くなるほどセンサ出力が低下し、７２０℃〜７６０℃の領域では、センサ素子温度が変化してもセンサ出力がほぼ一定となる。通常、ＥＣＵ３６によるセンサ素子温度の制御（ヒータ２４の通電制御）は、センサ出力が安定し始める例えば７２０℃を目標温度として行われるが、エンジン運転状態によってセンサ素子温度が出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）から外れて変化すると、それに応じてセンサ出力が変化する。
【００８７】
この対策として、この実施形態（４）では、センサ素子温度に応じてセンサ出力を図２０に示す補正係数を用いて補正する。この補正係数の特性は、センサ出力に補正係数を掛け合わせた時に、目標温度（７２０℃）の時のセンサ出力に相当する値となるように設定され、目標温度（７２０℃）以下の領域では、センサ素子温度が低くなるほど、補正係数が大きくなり、７２０℃〜７６０℃の領域では、補正係数がほぼ一定値（１．０）となる。
【００８８】
また、図２１に示すように、センサ出力は排気圧力にも依存し、排気圧力が高くなるほど、センサ出力が上昇する。つまり、排気ガス圧力が高くなると、センサ素子２３の拡散層２９内のガスの拡散速度が増加して、限界電流が増加するため、センサ出力は、排気ガス圧力が高くなるほど増加し、その増加率は、排気圧力のほぼ０．８乗に比例する。
【００８９】
そこで、この実施形態（４）では、排気圧力に応じてセンサ出力を図２２に示す補正係数を用いて補正する。この補正係数の特性は、センサ出力に補正係数を掛け合わせた時に、基準排気圧力（１ａｔｍ）の時のセンサ出力に相当する値となるように設定され、排気圧力が高くなるほど、補正係数が小さくなる。
【００９０】
以上説明したセンサ素子温度と排気圧力によるセンサ出力の補正は、ＥＣＵ３６によって行われる。ＥＣＵ３６は、ディーゼルエンジン１０が減速状態で燃料カットされている時に、センサ素子温度と排気圧力とに基づいて酸素濃度センサ２２の出力信号を補正し、この補正後の出力信号（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として学習する。ＥＣＵ３６に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、上述した学習処理を実行するために、図２０及び図２２に示す補正係数のマップと図２３の大気酸素濃度学習プログラムが記憶されている。ＥＣＵ３６は、この大気酸素濃度学習プログラムを所定期間毎又は所定距離走行毎に繰り返し実行することで、特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。
【００９１】
以下、図２３の大気酸素濃度学習プログラムの内容について説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１〜３０４で、次の（ａ）〜（ｄ）の学習実行条件が成立しているか否かを判定する。
【００９２】
（ａ）エンジン回転数が例えば１０００ｒｐｍ以上であること（ステップ３０１）
（ｂ）アクセル全閉であること（ステップ３０２）
（ｃ）燃料カット中であること（ステップ３０３）
（ｄ）燃料カット開始から所定時間、例えば１秒以上経過したこと（ステップ３０４）
ここで、（ａ）〜（ｃ）は、減速時燃料カットが成立するための条件であり、（ｄ）は、減速時燃料カット中に排気管１７内が大気（吸入空気）で満たされるために必要な条件である。
【００９３】
これら（ａ）〜（ｄ）の条件が全て成立した時に学習実行条件が成立するが、いずれか１つでも満たさない条件がある場合（ステップ３０１〜３０４のいずれか１つでも「Ｎｏ」と判定された場合）には、学習実行条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００９４】
学習実行条件成立時（ステップ３０１〜３０４で全て「Ｙｅｓ」と判定された場合）、つまり、減速時燃料カット中でその燃料カット開始から１秒以上経過している場合には、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ３０５に進み、酸素濃度センサ２２の出力、センサ素子温度及び排気圧力（排気圧力センサ４２の出力）を読み込む。ここで、センサ素子温度は、温度センサで直接検出しても良いが、例えば、センサ素子２３への印加電圧と出力電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性から推定しても良い。また、排気圧力センサ４２を設けないシステムでは、排気圧力の検出は、例えば、エアーフローセンサ１２（又は吸気管圧力センサ）、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、車速センサ等からの出力信号やＥＧＲ率に基づいて検出されるエンジン運転状態から推定するようにしても良い。
【００９５】
次のステップ３０６では、センサ素子温度が、限界電流を安定して精度良く検出できる出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）内であるか否かを判定し、センサ素子温度が出力安定温度範囲から外れていれば、ステップ３０７に進み、図２０に示す補正係数のマップからセンサ素子温度に応じた補正係数を検索して、この補正係数を酸素濃度センサ２２の出力に掛け合わせることで、酸素濃度センサ２２の出力をセンサ素子温度に応じて補正する。この後、ステップ３０８で、図２２に示す補正係数のマップから排気圧力に応じた補正係数を検索して、この補正係数を酸素濃度センサ２２の出力に掛け合わせることで、酸素濃度センサ２２の出力を排気圧力に応じて補正する。
【００９６】
一方、上記ステップ３０６で、センサ素子温度が出力安定温度範囲内であれば、センサ素子温度による補正の必要がないため、そのままステップ３０８に進み、排気圧力による補正のみを行う。
【００９７】
このようにして、センサ素子温度や排気圧力に応じて酸素濃度センサ２２の出力信号を補正した後、ステップ３０９で、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）を基準値として設定し直す学習処理を行い、本プログラムを終了する。以後、次回の学習処理が行われるまでは、この基準値を用いて、酸素濃度センサ２２の出力信号と酸素濃度との関係が較正される。
【００９８】
以上説明した大気酸素濃度学習プログラムの実行例を図２４のタイムチャートを用いて説明する。図２４の例では、車速４０ｋｍ／ｈ、エンジン回転数１４００ｒｐｍで定常走行している時に、燃料噴射量は２０ｍｍ3 ／ｓｔ、ＥＧＲ率は４０％に制御されている。この時、センサ素子温度は、ヒータ２４により目標温度である７２０℃に制御され、酸素濃度センサ２２の出力は３Ｖ、排気圧力は１．０２ａｔｍを示している。
【００９９】
この後、時刻ｔでアクセルを全閉すると、減速状態となり、車速とエンジン回転数が共に低下していく。この際、エンジン回転数１０００ｒｐｍ以上からのアクセル全閉であるため、減速時燃料カットを開始し、同時に、ＥＧＲ２１による排気ガス還流（ＥＧＲ）を停止する。ＥＧＲを停止すると、ディーゼルエンジン１０内や排気管１７内の残留燃焼ガスが循環せずに速やかに排気管１７から排出される。
【０１００】
燃料カット開始後、エンジン１０のポンピング効果により排気管１７内に大気が導入され、排気管１７内の酸素濃度が上昇するに従って、酸素濃度センサ２２の出力が上昇する。また、ＥＧＲの停止は、排気管１７内に流入する大気の流量を増大させる効果があるため、燃料カット開始時に排気圧力が上昇する。その後は、エンジン回転数が低下するに従って排気管１７内に流入する大気の流量が減少するため、排気圧力も徐々に低下する。この際、センサ素子温度は目標温度である７２０℃以上に保たれる。
【０１０１】
燃料カット開始から１秒後に、排気管１７内が大気で満たされたと判断して学習処理を開始する。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力は例えば４．９Ｖを示している。この場合、センサ素子温度は、出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）であるため、酸素濃度センサ２２の出力の補正については、センサ素子温度に基づいた補正は行われず、排気圧力に基づいた補正のみが行われる。この後、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）が基準値として学習され、以後、次回の学習処理が行われるまでは、この基準値を用いて酸素濃度センサ２２の出力信号と酸素濃度との関係が較正される。これにより、排気圧力の変動の影響を受けない酸素濃度の検出が可能となる。
【０１０２】
尚、上述した図２４の例では、センサ素子温度は、出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）に保たれているが、センサ素子温度は、ヒータ２４の耐久性確保ため、出力安定温度範囲ぎりぎりの温度（７２０℃）で制御されることが多い。このため、大量の大気が排気管１７に導入されると、センサ素子２３が冷却されてセンサ素子温度が７２０℃未満に低下してしまうことがある。このような場合は、上記大気酸素濃度学習プログラムに基づいて、酸素濃度センサ２２の出力は、学習時のセンサ素子温度に基づいて補正される。これにより、センサ素子温度の変動の影響を受けない大気酸素濃度の学習が可能となる。
【０１０３】
上記大気酸素濃度学習プログラムでは、排気圧力とセンサ素子温度の双方に基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するようにしたが、排気圧力とセンサ素子温度のいずれか一方のみに基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するようにしても良い。
【０１０４】
更に、この実施形態（４）では、ＥＣＵ３６は、ＲＯＭに記憶された図２５の排気管詰まり判定プログラムを所定期間毎又は所定距離走行毎に繰り返し実行することで、排気管１７（排気通路）の詰まり度合を判定する詰まり度合判定手段としての役割を果たす。
【０１０５】
ここで、排気管１７の詰まり度合の判定方法を説明する。排気管１７の詰まり（例えば触媒４２等の目詰まり）の度合がひどくなるに従って、排気管１７の排気抵抗が増大して排気圧力が高くなり、排気圧力が高くなるほど、図２１に示すように、酸素濃度センサ２２の出力信号が上昇する。一方、エンジン停止中は、排気圧力が働かないため、排気管１７の詰まりの有無に拘らず、排気管１７内が大気圧の空気で満たされ、大気圧下での酸素濃度センサ２２の出力信号が得られる。
【０１０６】
この関係から、燃料カット期間中の酸素濃度センサ２２の出力信号とエンジン停止中の酸素濃度センサ２２の出力信号との差又は比を見れば、その差又は比が大きいか否かで排気圧力が高いか否かを判定でき、それによって排気管１７の詰まり度合を判定することができる。
【０１０７】
このような排気管１７の詰まり度合の判定は、図２５の排気管詰まり判定プログラムによって次のようにして実行される。まず、ステップ３１１で、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上であるか否かを判定する。１０００ｒｐｍ以上の場合には、前述した図２３の大気酸素濃度学習プログラムのステップ３０２〜３０４と同じく、ステップ３１２〜３１４で、減速時燃料カット中でその燃料カット開始から１秒以上経過しているか否かを判定し、１秒以上経過している場合には、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ３１５に進み、その時の酸素濃度センサ２２の出力Ｓ1 を読み込んで、燃料カット時出力Ｓ1 として記憶して、ステップ３１９に進む。
【０１０８】
一方、前記ステップ３１１で、エンジン回転数が１０００ｒｐｍより低いと判定された場合には、ステップ３１６に進み、エンジン停止中であるか否かを判定する。エンジン停止中であれば、ステップ３１７に進み、エンジン停止から所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、エンジン停止後に排気管１７内が大気で満たされるのに十分な時間に設定されている。もし、所定時間が経過していなければ、本プログラムを終了し、所定時間が経過した時点で、次のステップ３１８に進み、その時の酸素濃度センサ２２の出力Ｓ2 を読み込み、エンジン停止時出力Ｓ2 として記憶して、ステップ３１９に進む。
【０１０９】
このステップ３１９では、酸素濃度センサ２２の燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳ（＝Ｓ1 −Ｓ2 ）を算出する。この後、ステップ３２０で、出力差ΔＳから排気管１７の詰まり度合を数式やマップ等により算出する。この際、出力差ΔＳが大きいほど、排気管１７の詰まり度合が大きくなる（つまり排気の流れが悪くなる）。この後、ステップ３２１で、排気管１７の詰まり度合が許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲内であれば、そのまま本プログラムを終了するが、許容範囲を越えていれば、ステップ３２２に進んで、排気管１７の詰まりであると判定し、本プログラムを終了する。尚、排気管１７の詰まりと判定された場合には、警告ランプ（図示せず）を点灯して運転者に警告する。
【０１１０】
前述したように、減速時燃料カット中及びエンジン停止中は、排気管１７内が大気で満たされるため、酸素濃度センサ２２は、いずれも大気の酸素濃度（同じ酸素濃度）を検出する。エンジン停止中は、排気流量がゼロとなるため、排気圧力が大気圧（１ａｔｍ）と等しくなるが、減速時は、ＥＧＲカットによる排気流量増大や触媒４１等による排気抵抗により、排気圧力はエンジン停止中よりも大きい。この排気圧力の差により、図２６に示すように、酸素濃度センサ２２の出力が変化し、燃料カット時出力Ｓ1 が５Ｖ、エンジン停止時出力Ｓ2 が４．８Ｖとなり、燃料カット時出力Ｓ1 が、排気圧力が高い分だけ、エンジン停止時出力Ｓ2 よりも高くなる。
【０１１１】
そして、触媒４１内でのすすの堆積などによる排気管１７の詰まりによって排気抵抗が増加すると、減速時の燃料カット中の排気圧力が上昇し、それに伴って酸素濃度センサ２２の出力も上昇する。従って、排気管１７の詰まりがひどくなるほど、燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳが大きくなるため、この出力差Ｓに基づいて排気管１７の詰まり度合を判定することが可能となり、この詰まり度合が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定することで、排気管１７の詰まりの有無を判定することができる。
【０１１２】
この場合、燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳに代えて、Ｓ1 とＳ2 との比（＝Ｓ1 ／Ｓ2 ）によって排気管１７の詰まり度合を判定するようにしても良い。
【０１１３】
尚、図２５のステップ３１１〜３１５の処理を省略し、図２３のステップ３０５で読み込んだ酸素濃度センサ２２の出力を燃料カット時出力Ｓ1 として用いるようにしても良い。
【０１１４】
また、排気管１７には、触媒４１以外に、パティキュレートトラップ、排気絞り弁、消音器等が設けられていても良く、これらによって排気管１７の詰まりが発生した場合であっても、図２５の排気管詰まり判定プログラムによって排気管１７の詰まりが判定可能である。
【０１１５】
［実施形態（５）］
図２７に示す本発明の実施形態（５）では、センサ素子温度や排気圧力に応じて補正された酸素濃度センサ２２の出力に基づいて酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定する。この実施形態（５）でも、ステップ３０１〜３０８の処理により、前記実施形態（４）と同じ方法で、センサ素子温度や排気圧力に応じて酸素濃度センサ２２の出力を補正する。この後、ステップ３０８ａで、酸素濃度センサ２２の補正後の出力が異常判定値よりも大きいか否かを判定し、補正後の出力が異常判定値よりも大きければ、ステップ１０８ｂに進み、酸素濃度センサ２２の異常と判定して、本プログラムを終了する。この場合には、警告ランプ（図示せず）を点灯して運転者に警告する。上記ステップ１０８ａ，１０８ｂの処理が特許請求の範囲でいうセンサ異常判定手段としての役割を果たす。
【０１１６】
一方、酸素濃度センサ２２の補正後の出力が異常判定値以下であれば、酸素濃度センサ２２が正常と判断して、ステップ３０９に進み、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）を基準値として設定し直す学習処理を行い、本プログラムを終了する。
【０１１７】
このように、補正後の酸素濃度センサ２２の出力を用いて酸素濃度センサ２２の異常を判定すれば、エンジン運転状態や走行環境（標高差による気圧変化や外気温変化）に起因するセンサ素子温度や排気圧力の変化による影響を排除して、酸素濃度センサ２２の異常の有無を精度良く判定することができ、酸素濃度センサ２２の異常判定の精度を向上させることができる。
【０１１８】
尚、この実施形態（５）では、酸素濃度センサ２２の補正後の出力を異常判定値と比較して酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定したが、補正後の酸素濃度センサ２２の出力と初期基準値との差又は比を異常判定値と比較して酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定するようにしても良い。ここで、初期基準値は、車両初期状態時での酸素濃度センサ２２の補正後の出力を用いたり、或は、予め大気酸素濃度の基準値であっても良い。
【０１１９】
つまり、酸素濃度センサ２２の出力信号の補正は、製造段階での個体差（ばらつき）、経時劣化、センサ素子温度や排気圧力の変化による出力信号のずれを補正するものであるから、酸素濃度センサ２２が正常であれば、補正の前後で出力信号が極端に大きく変わることはない。従って、酸素濃度センサ２２の出力信号の補正量又は補正率（つまり補正後の出力信号と初期基準値との差又は比）を所定の異常判定値と比較することで、酸素濃度センサ２２の異常の有無を精度良く判定することができる。
【０１２０】
尚、前記各実施形態（１）〜（５）において、酸素濃度センサ２２は、ヒータ２４付のものに限定されず、ヒータの無い酸素濃度センサを用いるようにしても良い。
その他、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジン、ガソリンリーンバーンエンジン等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すディーゼルエンジン制御システム全体の構成図
【図２】酸素濃度センサの主要部の拡大断面図
【図３】酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧、限界電流、酸素濃度の関係を示すセンサ特性図
【図４】酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧、限界電流、センサ素子温度の関係を示すセンサ特性図
【図５】実施形態（１）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】図５の続きのフローチャート
【図７】実施形態（１）の大気酸素濃度学習プログラムを実行した場合の制御例を示すタイムチャート
【図８】実施形態（１）で用いるＥＧＲ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図９】酸素濃度センサの個体差・経時劣化の有無によるセンサ特性の相違を説明する図
【図１０】ＥＧＲ制御弁駆動信号とＥＧＲ流量との関係を示す図
【図１１】本発明の実施形態（２）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１２】図１１の続きのフローチャート
【図１３】本発明の実施形態（３）で用いるエンジン停止制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１４】図１３の続きのフローチャート
【図１５】実施形態（３）のエンジン停止制御プログラムを実行した場合の制御例を示すタイムチャート
【図１６】従来の減速時燃料カット後の酸素濃度センサの出力とセンサ素子温度の挙動を示すタイムチャート
【図１７】従来のエンジン停止後の酸素濃度センサの出力とセンサ素子温度の挙動を示すタイムチャート
【図１８】本発明の実施形態（４）を示すディーゼルエンジン制御システム全体の構成図
【図１９】酸素濃度センサのセンサ素子温度とセンサ出力との関係を示す図
【図２０】酸素濃度センサのセンサ素子温度と補正係数との関係を示す図
【図２１】排気圧力と酸素濃度センサの出力比との関係を示す図
【図２２】排気圧力と補正係数との関係を示す図
【図２３】本発明の実施形態（４）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図２４】減速時燃料カット後の制御例を示すタイムチャート（その１）
【図２５】排気管詰まり判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図２６】減速時燃料カット後の制御例を示すタイムチャート（その２）
【図２７】本発明の実施形態（５）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気管（吸気通路）、１２…エアフローセンサ、１３…吸気絞り弁、１４…燃料噴射弁、１７…排気管（排気通路）、１８…ＥＧＲ配管、１９…ＥＧＲ弁、２０…ＥＧＲ制御弁、２１…ＥＧＲ（排気還流装置）、２２…酸素濃度センサ、２３…センサ素子、２４…ヒータ、２６…固体電解質層、２７…大気側電極、２８…排気側電極、２９…拡散層、３１…電圧制御部、３２…電流検出部、３４…電力制御部、３５…センサ制御回路、３６…ＥＣＵ（学習手段，センサ異常判定手段，詰まり度合判定手段）、３７…アクセルセンサ、３８…エンジン回転数センサ、３９…車速センサ、４１…触媒、４２…排気圧力センサ（排気圧力検出手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置及びその学習方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気通路に設置される酸素濃度センサは、製造段階での個体差（ばらつき）や経時劣化により検出精度が低下する問題がある。この問題に対して、特開昭５８−５７０５０号公報では、ガソリンリーンバーンエンジンにおいて、燃料カットされる減速中に、一定時間経過後に排気通路が大気で満たされていると判断し、その時の酸素濃度センサの出力信号を基準値として酸素濃度センサの出力信号と酸素濃度の関係を較正する技術が提案されている。
【０００３】
また、特開昭６２−２６７５４４号公報では、ガソリンリーンバーンエンジンにおいて、エンジン停止後の一定時間経過後に排気通路が大気で満たされていると判断し、その時の酸素濃度センサの出力信号を基準値として酸素濃度センサの出力信号と酸素濃度の関係を較正する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した２つの技術は、いずれも、ガソリンリーンバーンエンジンについて提案されたものであが、近年、ディーゼルエンジンについても、排気浄化率向上等を狙って、酸素濃度センサを用いてＥＧＲ（排気還流装置）等の制御を行うことが考えられている。
【０００５】
しかし、前者（特開昭５８−５７０５０号公報）の技術をディーゼルエンジンに適用したところ、大気の酸素濃度を精度良く検出することができなかった。その結果を図１６に示す。減速時に燃料カットされると、酸素濃度センサの出力信号は上昇し、大気の酸素濃度に近づいていくが、大気の酸素濃度に達する前に出力信号は降下してしまい、その後ゆっくりと大気の酸素濃度に近づいていった。この時のセンサ素子温度は、燃料カット開始後に急低下し、その後ゆっくりと上昇している。この原因は、ガソリンエンジンは、燃料カットされる減速時にスロットルバルブが絞られているため排気流量が少ないのに対して、ディーゼルエンジンは燃料カットされる減速時でもシリンダ容積分の排気流量が流れるために、燃料カット開始後に酸素濃度センサが急激に冷やされてしまい、センサ素子温度が急低下したため、酸素濃度に比例した限界電流が検出できずに出力信号は降下してしまうためと考えられる。
【０００６】
一般に、酸素濃度センサは、センサ素子の温度をヒータで活性温度に上昇させるヒータ付き酸素濃度センサが使用されるため、上述したように燃料カット開始後にセンサ素子温度が急低下しても、その後、ヒータ加熱によりセンサ素子温度はゆっくりと昇温していき、それに伴って出力信号もゆっくりと大気の酸素濃度に近づいていく。しかし、この場合は、燃料カット開始後のセンサ素子温度低下により出力信号が一時的に低下する分だけ、出力信号が大気酸素濃度レベルに達するまでに要する時間が長くかかってしまう。
【０００７】
一般的な走行パターンでは、減速運転は数秒程度の場合が多く、しかも、その減速運転中にエンジン回転数が所定値を下回ると燃料噴射が再開されてしまうため、燃料カット時間が数秒以下になる場合が多くなり、そのために、燃料カット終了時にまでに出力信号が大気酸素濃度レベルに達しない場合が多くなり、大気の酸素濃度を正確に検出できない場合が多くなる。
【０００８】
特に、自動変速機を搭載した車両では、減速時にはエンジン回転数が速やかにアイドル回転数まで低下して排気（大気）流量が減少してしまうため、排気通路内が大気で満たされるまでに要する時間が長くかかることになり、上述した事情と相俟って、大気の酸素濃度を正確に検出できない場合が益々多くなることが予想される。
【０００９】
また、減速度合の相違、例えば、７０ｋｍ／ｈからの減速と４０ｋｍ／ｈからの減速では、排気通路内が大気で満たされるまでの時間が変化し、減速開始後一定時間で排気通路か大気で満たされていると判断するためには、一定時間として十分に長い時間を設定せざるをえない。従って、これも大気の酸素濃度を正確に検出できない場合を増加させる要因になる。
【００１０】
また、後者（特開昭６２−２６７５４４号公報）の技術をディーゼルエンジンに適用したところ、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要であった。その結果を図１７に示す。エンジンが停止されると、酸素濃度センサの出力信号は少し上昇するが、その後はゆっくりとしか上昇しない。この時のセンサ素子温度は、排気の流れが停止するエンジン停止後に急低下し、その後、ヒータ加熱によりゆっくりと上昇している。図１６と比較して図１７の方がセンサ素子温度が高いにも拘らず、出力信号がゆっくりとしか上昇しないが、この原因は、エンジン停止時の排気ガス成分の違いと考えられる。
【００１１】
つまり、ガソリンエンジンはエンジン停止時に速やかに燃料がカットされ、エンジンの慣性により数回転してから停止するが、この数回転の間は燃料がカットされているため、吸気通路を通して吸入した大気が排気通路を流れ、排気通路内は大気の酸素濃度に近づく。一方、ディーゼルエンジンはエンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁により吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジンが停止してから燃料がカットされる。従って、ディーゼルエンジンが停止するまでの期間は、排気通路内は未燃の燃料が多量に存在する排気ガスが流れている。このために、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要になるのである。
【００１２】
ところで、図３に示すように、酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧と酸素濃度センサの限界電流（これについては後述する）との関係は、酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度が高くなるほど、限界電流が高くなることから、限界電流を検出することで、酸素濃度を検出することができる。但し、酸素濃度に対応する限界電流を精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、センサ素子印加電圧を高くする必要がある。大気の酸素濃度は、燃料カット開始前の排気中の酸素濃度と比較してかなり高濃度であるが、前述した２つの公報では、燃料カット開始前の排気中の酸素濃度を検出する時と同じセンサ素子印加電圧で大気の酸素濃度を検出するため、大気の酸素濃度を精度良く検出することができないという欠点もある。
【００１３】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排気通路に設置した酸素濃度センサで大気の酸素濃度を精度良く検出して、それを基準値として学習することができる内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置及びその学習方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
図３に示す酸素濃度センサの特性から明らかなように、酸素濃度に対応する限界電流を精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、センサ素子印加電圧を高くすることが好ましい。
【００１５】
このセンサ特性を考慮して、本発明の請求項１では、内燃機関が燃料カットされた時に、限界電流検出方式の酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間に酸素濃度センサのセンサ素子の印加電圧を増加させた状態で酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習手段により学習する。このように、学習期間にセンサ素子印加電圧を増加させることで、酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を精度良く学習することができる。
【００１６】
上記請求項１の発明は、ヒータ付きの酸素濃度センサとヒータの無い酸素濃度センサのいずれにも適用可能であるが、ヒータ付きの酸素濃度センサを用いる場合には、請求項２のように、内燃機関が燃料カットされた時に、酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間にセンサ素子への印加電圧を増加させ且つヒータへの供給電力を増加させた状態で前記酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習するようにしても良い。このように、学習期間に酸素濃度センサのヒータへの供給電力を増加させると、センサ素子温度の低下を抑えることができて、センサ素子温度の低下による限界電流の低下を抑えることができる。これにより、酸素濃度センサの限界電流が大気酸素濃度レベルに達するまでに要する時間を短くすることができ、燃料カット時間が比較的短くても、センサ素子印加電圧増加とヒータ供給電力増加の効果によって酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を精度良く学習することができる。
【００１７】
この場合、燃料カットは、減速時と機関停止時に実施されるため、減速時と機関停止時のいずれでも酸素濃度センサの基準値を学習可能である。減速時の燃料カット期間中に基準値を学習する場合には、請求項３のように、燃料カット開始後に排気通路を流れた排気流量を積算し、その積算排気流量が所定値に達した時に酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習することが好ましい。このようにすれば、減速度合の相違によって排気通路内が大気で満たされるまでの時間が変化するという事情があっても、その時間を積算排気流量によって精度良く判断することができ、減速度合の相違による学習精度の低下を回避できる。しかも、いかなる減速状態でも、学習期間の時間を必要最小限に設定することができ、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータへの供給電力増加やセンサ素子への印加電圧増加による酸素濃度センサの負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性向上にもつながる。
【００１８】
更に、請求項４のように、内燃機関の吸気通路に吸気絞り弁を設置し、減速時燃料カット中の学習期間に、上記吸気絞り弁を閉弁方向に制御して、吸入空気流量ひいては排気流量を絞るようにしても良い。このようにすれば、燃料カット中の排気流量による酸素濃度センサの温度低下を少なくすることができ、その分、酸素濃度センサのヒータへの供給電力を節減することができる。
【００１９】
ところで、排気還流装置（以下「ＥＧＲ」と表記する）を装備した内燃機関では、ＥＧＲの作動中は内燃機関から排出される排気の一部が吸気系へ戻されるため、学習期間中にＥＧＲが作動していると、燃料カット前の燃焼ガスの一部がいつまでも排出されずに循環し続けることになり、排気通路内が大気で満たされることが妨げられる。
【００２０】
この対策として、ＥＧＲ付きの内燃機関では、請求項５のように、学習期間を内燃機関が燃料カットされ且つＥＧＲが排気還流を停止している期間に設定することが好ましい。このようにすれば、学習期間中に内燃機関内や排気通路内の残留燃焼ガスを循環させずに速やかに排気通路から排出することができ、排気通路内を速やかに大気で満たすことができる。
【００２１】
一般に、自動変速機付きの車両では、減速時に燃料カットすると、その燃料カット直後に内燃機関の回転数が瞬時にアイドル回転数まで低下してしまうため、吸入空気流量が減少して、その分、排気通路内が大気で満たされるまでの時間が長くかかってしまう。
【００２２】
この対策として、自動変速機付きの車両では、請求項６のように、学習期間中に自動変速機を内燃機関の回転数低下を少なくし又は回転数を上昇させるように制御しても良い。この制御は、例えば自動変速機のロックアップクラッチを連結したり、或は変速比を大きくするようにすれば良い。このようにすれば、学習期間中における吸入空気流量の低下を少なくすることができ、その分、排気通路内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータへの供給電力増加やセンサ素子への印加電圧増加による酸素濃度センサの負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性向上にもつながる。
【００２３】
また、内燃機関が機関停止制御により燃料カットされた時に学習期間を設定する場合には、請求項７のように、学習期間中に吸気絞り弁を開弁位置に保持すると良い。このようにすれば、機関停止制御時に基準値を学習する場合でも、吸気通路から内燃機関を通って排気通路に流れる空気（大気）流量を確保することができ、排気通路内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができ、上述と同様の効果が得られる。
【００２４】
尚、ヒータ付きの酸素濃度センサを用いる場合には、請求項１，８のように、燃料カット時に設定される学習期間にセンサ素子への印加電圧を増加させて酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習しても良い。勿論、ヒータへの供給電力増加とセンサ素子への印加電圧増加との双方を実行しながら酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習しても良いことは言うまでもない。
【００２５】
ところで、図１９及び図２１に示す酸素濃度センサの出力特性から明らかなように、酸素濃度センサの出力は、センサ素子温度や排気圧力の変化に応じて変化する。
【００２６】
この点を考慮し、請求項９のように、センサ素子の温度を温度検出手段により検出し、内燃機関の燃料カット期間中に、前記温度検出手段で検出したセンサ素子温度に基づいて酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習手段により学習するようにしても良い。この場合は、図１９に示すセンサ素子温度に関する出力変化特性を考慮して、請求項１０のように、温度検出手段で検出したセンサ素子の温度が所定の出力安定温度領域以下となる温度領域において、該センサ素子の温度が低くなるほど酸素濃度センサの出力信号を増加させるように補正するようにすると良い（図２０参照）。
或は、請求項１１のように、排気圧力を排気圧力検出手段により検出し、内燃機関の燃料カット期間中に、前記排気圧力検出手段で検出した排気圧力に基づいて酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習手段により学習するようにしても良い。この場合は、図２１に示す排気圧力に関する出力変化特性を考慮して、請求項１２のように、排気圧力検出手段で検出した排気圧力が高くなるほど酸素濃度センサの出力信号を低下させるように補正するようにすると良い（図２２参照）。
上記請求項９〜１２に係る発明では、内燃機関の運転状態によってセンサ素子温度や排気圧力が変化して、その影響で酸素濃度センサの出力信号が変化したとしても、センサ素子温度や排気圧力による出力信号の変化分を補正して酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を精度良く学習することができる。
【００２７】
尚、特公平５−４１８２１号公報には、内燃機関の運転中に、排気圧力に応じて目標空燃比を補正する技術が開示されているが、このものは、酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を学習する機能がなく、排気圧力による基準値の補正は行われない。このため、製造段階での酸素濃度センサの個体差（ばらつき）や経時劣化により酸素濃度の検出精度が低下する問題がある。この点、本発明では、燃料カット期間中に酸素濃度センサの基準値（大気の酸素濃度）を学習するので、製造段階での酸素濃度センサの個体差（ばらつき）や経時劣化の影響を排除でき、酸素濃度の検出精度を向上できる。
【００２８】
また、排気圧力を検出する場合、排気通路に排気圧力センサを設置して、排気圧力を直接検出するようにしても良いが、請求項１３のように、内燃機関の運転状態に基づいて排気圧力を推定するようにしても良い。例えば、機関回転数、アクセル開度、車速、吸気管圧力、ＥＧＲ率等、内燃機関の運転状態が変化すると、それに応じて排気圧力が変化するため、内燃機関の運転状態に基づいて排気圧力を推定することが可能となる。このため、排気圧力センサを新たに設ける必要がなく、部品点数削減、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００２９】
更に、請求項１４のように、学習手段により補正された酸素濃度センサの出力信号に基づいて該酸素濃度センサの異常の有無をセンサ異常判定手段により判定するようにしても良い。このようにすれば、センサ素子温度や排気圧力の変化による影響を排除して、酸素濃度センサの異常の有無を精度良く判定することができる。
【００３０】
また、請求項９，１１，１５のように、燃料カット期間中の酸素濃度センサの出力信号と内燃機関停止中の酸素濃度センサの出力信号との差又は比に基づいて排気通路の詰まり度合を詰まり度合判定手段により判定するようにしても良い。つまり、排気通路の詰まり（例えば触媒等の目詰まり）の度合がひどくなるに従って、排気通路の排気抵抗が増大して排気圧力が高くなり、排気圧力が高くなるほど、図２１に示すように、酸素濃度センサの出力が上昇する。一方、内燃機関停止中は、排気圧力が働かないため、排気通路の詰まりの有無に拘らず、排気通路内が大気圧の空気で満たされ、大気圧下での酸素濃度センサの出力信号が得られる。
【００３１】
この関係から、燃料カット期間中の酸素濃度センサの出力信号と内燃機関停止中の酸素濃度センサの出力信号との差又は比を見れば、その差又は比が大きいか否かで排気圧力が高いか否かを判定でき、それによって排気通路の詰まり度合を判定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明をディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図１０を用いて説明する。
【００３３】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の吸気管１１（吸気通路）には、吸入空気量を検出するエアーフローセンサ１２が設置され、このエアーフローセンサ１２の下流側に吸気絞り弁１３が設置されている。この吸気絞り弁１３は、アクセル操作とは連動せず、エンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖して吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジン１０が停止してから燃料がカットされる。また、後述するＥＧＲ２１によって多量のＥＧＲ流量を還流させる場合には、吸気絞り弁１３の開度を小さくして吸入空気量を減少させ、ＥＧＲ率を増加させる。
【００３４】
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料が燃料配管１６を通して供給される。高圧燃料ポンプ１５には、後述するＥＣＵ３６から出力される噴射信号によって燃料噴射を制御する燃料噴射制御弁４０が搭載されている。
【００３５】
一方、ディーゼルエンジン１０の排気管１７（排気通路）と吸気管１１との間には、排気の一部を吸気管１１に還流させるＥＧＲ配管１８が接続され、このＥＧＲ配管１８の途中にＥＧＲ弁１９が設けられている。このＥＧＲ弁１９は、ＥＧＲ制御弁２０により弁開度が調整され、その開度調整によりＥＧＲ配管１８を通過するＥＧＲ流量が制御される。これらＥＧＲ配管１８、ＥＧＲ弁１９及びＥＧＲ制御弁２０から排気還流装置（ＥＧＲ）２１が構成されている。
【００３６】
排気管１７の途中には、排気中の酸素濃度を検出する限界電流検出方式の酸素濃度センサ２２が設置されている。この酸素濃度センサ２２は、図２に示すような構造となっており、以下、その構造について具体的に説明する。酸素濃度センサ２２は、排気中の酸素濃度に対応する限界電流を発生するセンサ素子２３と、このセンサ素子２３を内側から加熱するヒータ２４と、センサ素子２３を覆うカバー２５とを備え、このカバー２５の底面部には、排気が流入する通気孔２５ａが形成されている。
【００３７】
上記センサ素子２３は、試験管状に形成された固体電解質層２６と、この固体電解質層２６の内外周面に固着された大気側電極２７及び排気側電極２８と、固体電解質層２６の外周面に形成された拡散層２９とから構成され、固体電解質層２６の内側に大気が導入され、拡散層２９の外周面が排気にさらされる。固体電解質層２６は、ＺｒＯ2 （ジルコニア）、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として配合した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散層２９は、アルミナ、マグネシア、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。大気側電極２７と排気側電極２８は、共に、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。
【００３８】
一方、ヒータ２４はセンサ素子２３内に収容されており、その発熱量によりセンサ素子２３（大気側電極２７、固体電解質層２６、排気側電極２８及び拡散層２９）を加熱して該センサ素子２３を活性化する。
【００３９】
大気側電極２７と排気側電極２８は、リード線３０ａ，３０ｂを介して電圧制御部３１に接続され、この電圧制御部３１によって両電極２７，２８間に印加される電圧が制御される。更に、両電極２７，２８間に電圧を印加した状態で、固体電解質層２６を流れる酸素イオン電流が電圧制御部３１を介して電流検出部３２によって検出される。ヒータ２４はリード線３３ａ，３３ｂを介して電力制御部３４に接続され、この電力制御部３４によってヒータ２４への供給電力が制御される。これら電力制御部３４、電圧制御部３１及び電流検出部３２とからセンサ制御回路３５が構成されている。このセンサ制御回路３５は、エンジン制御用の電子制御装置（以下「ＥＣＵ」と表記する）３６からの印加電圧指令、供給電力指令に基づいて上述した制御を行う。
【００４０】
一方、ＥＣＵ３６は、図１に示すエアーフローセンサ１２、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、車速センサ３９から読み込んだ信号に基づいてディーゼルエンジン１０の運転状態を検出して燃料噴射量やその噴射時期を算出し、噴射信号を燃料噴射制御弁４０に出力すると共に、センサ制御回路３５の電流検出部３２で検出された酸素濃度センサ２２の限界電流に基づいて排気中の酸素濃度を検出し、その検出値に基づいて排気中の酸素濃度が目標排気酸素濃度と一致するようにＥＧＲ２１の流量を制御して、ＮＯｘ排出量を低減する。
【００４１】
次に、図３を用いて限界電流検出方式の酸素濃度センサ２２の作動を説明する。図３は、センサ素子２３の温度が活性温度範囲内の所定温度（例えば７００℃）で一定温度の時のセンサ特性であり、横軸に固体電解質層２６への印加電圧をとり、縦軸に酸素濃度センサ２２が検出する酸素イオン電流をとってある。説明の便宜上、酸素濃度７％の時を例にして説明すると、印加電圧がａまでは印加電圧の増加に対応して検出電流が増加し、印加電圧がａからｂの間は、印加電圧が増加しても検出電流はほぼ一定になる（これが限界電流となる）。従って、印加電圧がａからｂの間では、拡散層２９の内部を拡散するガスの拡散速度により限定される限界電流を検出できる。
【００４２】
また、印加電圧がａの時の検出電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出でき、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性からセンサ素子２３の温度を推定することができる。印加電圧がｂを超えると、検出電流が再度増加していく。これは、拡散層２９の内部を拡散するガス中の水蒸気が分解されて酸素イオンが生成されるためである。従って、印加電圧がａからｂの間でガス中の酸素濃度に対応した限界電流を検出できる。通常は、安定した検出を行うために、印加電圧はａとｂの中間であるｃに設定される。
【００４３】
また、印加電圧と限界電流との関係は、酸素濃度に応じて変化し、酸素濃度が高くなるほど、限界電流が高くなることから、限界電流を検出することで、酸素濃度を検出できる。但し、酸素濃度に対応する限界電流を安定して精度良く検出するためには、酸素濃度が高くなるほど、印加電圧を高くする必要がある。この観点から、例えば酸素濃度１３％では印加電圧ｄ、酸素濃度２０％では印加電圧ｅに設定する。
【００４４】
次に、センサ素子温度が変化した時のセンサ特性を図４を用いて説明する。図４には、酸素濃度２０％で、センサ素子温度が７００℃の時のセンサ特性が実線で示され、センサ素子温度が５５０℃の時のセンサ特性が点線で示されている。センサ素子温度が低下すると、センサ素子２３の抵抗値が増加するため、印加電圧増加に対する検出電流の増加割合が減少し、更に、拡散層２９内のガスの拡散速度も温度の影響が多少あるため、限界電流も多少変化する。従って、酸素濃度を精度良く検出するには、センサ素子温度を確実に一定温度以上に保持するか、印加電圧を通常よりも高めに設定することが必要である。例えば、センサ素子温度が５５０℃でも印加電圧を通常のｅから高めのｆに設定することで、検出精度は向上する。ここで、減速時等に、センサ素子温度を確実に一定温度以上に保持するには、ヒータ２４への供給電力を増加する必要があるが、ヒータ２４の高温耐久性から過度の電力増加は避けなければならず、また、ヒータ２４の温度が通常よりも高温になる時間は極力短くする必要がある。
【００４５】
また、印加電圧を通常よりも高めに設定することは、前述したように水蒸気の分解により酸素濃度の検出精度が悪くなる可能性があるため、通常の印加電圧が１．５Ｖであれば最大でも２．０Ｖまでとすることが好ましい。ディーゼルエンジン１０が通常の運転状態であれば、排気中に数％の水蒸気が含まれるが、燃料カットされると、排気中の水蒸気濃度が大気の水蒸気濃度と同じレベルになるため、燃料カット中の排気中の水蒸気濃度は、通常運転時の排気中の水蒸気濃度と比較して極めて低くなる。従って、燃料カット中に印加電圧を通常よりも高めに設定しても、水蒸気の分解による酸素濃度の検出精度低下は比較的少ない。
【００４６】
以上説明した酸素濃度センサ２２の特性を考慮し、ＥＣＵ３６は、ディーゼルエンジン１０が減速状態で燃料カット（減速時燃料カット）されている期間に、酸素濃度センサ２２の基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間にヒータ２４への供給電力増加とセンサ素子２３への印加電圧増加とを実行しながら酸素濃度センサ２２の出力信号（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として学習する。ＥＣＵ３６に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、上述した学習処理を実行するために図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムが記憶されている。ＥＣＵ３６は、この大気酸素濃度学習プログラムを所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行することで、特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。
【００４７】
以下、図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムの内容について説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン運転状態を検出するために、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、エアーフローセンサ１２から出力される信号を読み込む。この後、ステップ１０２で、アクセルセンサ３７とエンジン回転数センサ３８の信号から、減速時燃料カット条件が成立しているか否かを判定する。ここで、減速時燃料カット条件としては、例えばアクセル全閉で、且つエンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上であることであり、この２つの条件が満たされた時に、減速時燃料カット条件が成立する。もし、減速時燃料カット条件が成立していなければ、学習処理は行われず、ステップ１０２からステップ１１３へ処理が飛び、酸素濃度センサ２２のヒータ２４に通常電力を供給すると共に、センサ素子２３に通常電圧を印加する通常制御モードで酸素濃度センサ２２を制御する。
【００４８】
これに対し、減速時燃料カット条件が成立している場合には、ステップ１０２からステップ１０３に進み、燃料噴射制御弁４０への噴射信号の出力を停止して燃料カットを実行し、次のステップ１０４で、大気酸素濃度学習が必要か否かを判定する。例えば、今までに一度も大気酸素濃度学習が実行されていない時や、前回の大気酸素濃度学習が実行されてから所定の積算走行距離に達している時は大気酸素濃度学習が必要と判定される。大気酸素濃度学習が不必要な場合には、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２を通常制御モードで制御する。
【００４９】
大気酸素濃度学習が必要な場合には、ステップ１０４からステップ１０５に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の温度を次のようにして推定する。例えばヒータ２４の電圧と電流からヒータ２４の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてヒータ２４の温度特性からヒータ温度を推定する。この後、ステップ１０６で酸素濃度センサ２２のヒータ温度が限界温度（例えば１１００℃）以下であるか否かを判定し、限界温度以下であれば、ステップ１０７に進み、ヒータ２４に許容範囲内の最大電力を供給して、ヒータ２４の発熱量を最大にすることで、低温の排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えると共に、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定して、ステップ１０９に進む。
【００５０】
もし、ヒータ２４の温度が限界温度より高ければ、ステップ１０６からステップ１０８に進み、ヒータ２４の供給電力をゼロにして、ヒータ２４の発熱を止めると共に、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定して、ステップ１０９に進む。
【００５１】
このステップ１０９では、燃料カット開始後の吸入空気により排気管１７内が大気で満たされたか否かを判定するために、燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になったか否かを判定する。燃料カット開始後の積算排気流量の算出は、例えば、エアーフローセンサ１２の信号を時間に対して積算したり、エンジン回転数センサ３８とエンジン排気量から求まる排気流量を時間に対して積算する。また、所定値は排気管１７内の燃焼ガスが大気（吸入空気）で一掃されるために必要な十分な値に設定する。
【００５２】
燃料カット開始後の積算排気流量が所定値に達していなければ、排気管１７内に燃焼ガスが残留しているため、以降の学習処理を行わずに、本プログラムを終了する。
【００５３】
その後、燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になった時点で、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ１０９からステップ１１０に進み、センサ素子温度を次のようにして推定する。例えば、センサ素子２３の出力電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性からセンサ素子温度を推定する。この後、ステップ１１１で、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上（例えば６００℃以上）であるか否かを判定し、所定温度未満であれば、学習処理を行わずに、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の供給電力とセンサ素子２３の印加電圧を通常の値に戻す。
【００５４】
これに対し、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上である場合には、基準値の学習が可能であるので、ステップ１１２に進み、この時の酸素濃度センサ２２から出力される、大気酸素濃度に対応する信号（限界電流）を基準値として設定し直す学習処理を行う。この後、ステップ１１３に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４の供給電力とセンサ素子２３の印加電圧を通常の値に戻す。
【００５５】
以上説明した大気酸素濃度学習プログラムを実行した場合の制御例を図７のタイムチャートを用いて説明する。減速時に時刻０秒で燃料カットされると、瞬時にヒータ２４に最大電力が供給され、ヒータ温度が急上昇してセンサ素子２３の加熱量を増大させる。そのため、センサ素子２３は燃料カット後の低温の排気ガスにより冷却されるにも拘らず、図１６に示した従来技術と異なり、センサ素子温度は低下せず、活性温度である７００℃前後に保たれる。更に、燃料カット開始後は、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧が通常よりも高められる。このため、酸素濃度センサ２２の出力は燃料カット後の排気中の酸素濃度に対応した出力が得られる。
【００５６】
燃料カット開始から約２秒でヒータ温度が限界温度に達するため、ヒータ電力はゼロになる。但し、ヒータ電力がゼロになると、すぐにヒータ温度が限界温度以下に低下するため、再度、ヒータ電力が最大となる。そのため、ヒータ２４には最大電力とゼロの時間平均電力が印加されることになるが、通常のヒータ電力よりは大きく、センサ素子温度は大きくは低下せず、所定温度以上に保持される。そして、燃料カット開始から約４秒で、エアーフローセンサ１２の信号を時間に対して積算した燃料カット開始後の積算排気流量が所定値以上になる。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力信号（大気酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として設定し直す。この後、酸素濃度センサ２２のヒータ電力とセンサ素子印加電圧を通常の値に戻す。これ以後は、センサ素子２３は低温の排気ガスにより冷却され、センサ素子温度が低下し、酸素濃度センサ２２の出力が実際の排気中の酸素濃度より低い値になる。
【００５７】
この場合、ヒータ２４の耐久性を考慮すると、ヒータ２４が限界温度付近にある時間をなるべく短縮した方が良い。本実施形態（１）では、燃料カット開始後に排気管１７内を流れた排気流量を積算し、その積算排気流量に基づいて排気管１７内が大気で満たされる時期を判断して、基準値（大気酸素濃度）を学習するようにしたので、減速度合の相違によって排気管１７内が大気で満たされるまでの時間が変化するという事情があっても、その時間を積算排気流量によって精度良く判断することができ、減速度合の相違による学習精度の低下を回避できる。しかも、いかなる減速状態でも、燃料カット開始から学習終了までの時間を必要最小限に設定することができ、迅速な基準値の学習が可能になる。
【００５８】
更に、燃料カット開始から学習終了までの時間を短縮するには、燃料カットされている時のエンジン回転数を通常よりも高くすれば良い。変速機が手動変速機の場合には、減速時燃料カット領域では、運転者がクラッチを切らない限り、エンジンブレーキがかかってエンジン回転数が高くなるが、流体継手を利用した自動変速機を搭載した車両では、燃料カット開始後に瞬時にエンジン回転数がアイドル回転数まで低下してしまうため、排気流量が減少して、その分、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間が長くかかってしまう。
【００５９】
この対策として、自動変速機付きの車両では、燃料カットされてから大気の酸素濃度を検出するまで期間は、自動変速機をエンジン回転数低下を少なくし又はエンジン回転数を上昇させるように制御すると良い。この制御は、例えば自動変速機のロックアップクラッチを連結したり、変速比を大きくするようにすれば良い。このようにすれば、燃料カット開始後の排気流量の低下を少なくすることができ、その分、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータ２４が限界温度付近にある時間を短縮することができ、その分、酸素濃度センサ２２の負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサの耐久性低下を回避できる。
【００６０】
この場合、自動変速機は、流体継手でエンジン動力を伝達するものに限定されず、ベルトとプーリを用いてエンジン動力を伝達し、該プーリの有効半径を可変することで変速比を制御する無段変速機を用いたものでも良い。
【００６１】
また、本実施形態（１）のように、ＥＧＲ２１を備えたディーゼルエンジン１０では、ＥＧＲ２１の作動中はディーゼルエンジン１０から排出される排気の一部が吸気系へ戻されるため、燃料カット開始後もＥＧＲ２１が作動し続けていると、燃料カット前の燃焼ガスの一部がいつまでも排出されずに循環し続けることになり、排気管１７内が大気で満たされることが妨げられる。
【００６２】
この対策として、ＥＧＲ２１付きのディーゼルエンジン１０では、減速時燃料カット中に基準値を学習する場合には、ＥＧＲ２１が排気還流を停止している期間に、基準値を学習することが好ましい。このようにすれば、学習時には、ディーゼルエンジン１０内や排気管１７内の残留燃焼ガスを循環させずに速やかに排気通路から排出することができ、迅速な基準値の学習が可能になる。
【００６３】
前述した図５及び図６の大気酸素濃度学習プログラムで学習された基準値（大気酸素濃度）は、酸素濃度センサ２２の出力信号を補正するのに用いられる。補正された酸素濃度センサ２２の出力信号は、例えばＥＧＲ２１の制御に用いられる。
【００６４】
このＥＧＲ２１の制御は、図８に示すＥＧＲ制御プログラムによって実行される。このＥＧＲ制御プログラムは、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶され、ＥＣＵ３６にて所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このＥＧＲ制御プログラムが起動されると、まずステップ１３１で、エンジン回転数センサ３８、アクセルセンサ３７及び酸素濃度センサ２２から出力される信号を読み込んだ後、ステップ１３２で、エンジン回転数センサ３８とアクセルセンサ３７の出力信号から目標排気酸素濃度とＥＧＲ制御弁２０の基準駆動信号を算出する。
【００６５】
この後、ステップ１３３で、図６のステップ１１２で学習した基準値Ｋ1 、つまり個体差・経時劣化の有る現実の酸素濃度センサ２２で検出した大気酸素濃度と、個体差・経時劣化の無い理想的な酸素濃度センサで検出した大気酸素濃度（理想センサ出力Ｋ0 ）との比から補正係数Ｋ1 ／Ｋ0 を算出する。参考までに、個体差・経時劣化による誤差のある現実の酸素濃度センサ２２と誤差のない理想的な酸素濃度センサとの出力の関係を図９に示す。
【００６６】
この後、ステップ１３４に進み、現在の酸素濃度センサ２２の出力を補正係数Ｋ1 ／Ｋ0 で除算することで、酸素濃度センサ２２の出力を補正して実酸素濃度を求める［実酸素濃度＝現在の酸素濃度センサ出力÷（Ｋ1 ／Ｋ0 ）］。
【００６７】
次のステップ１３５で、この実酸素濃度を、上記ステップ１３２で算出した目標排気酸素濃度と比較し、その比較結果に応じてＥＧＲ２１を次のように制御する。すなわち、実酸素濃度が目標排気酸素濃度よりも低い場合には、ステップ１３６に進み、ＥＧＲ流量を減量すべく基準駆動信号を補正して、ＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の開度を減少する。実酸素濃度が目標排気酸素濃度に一致する場合には、ステップ１３７に進み、基準駆動信号を補正せずにＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の現在の開度を引き続き保持する。また、実酸素濃度が目標排気酸素濃度よりも高い場合には、ステップ１３８に進み、ＥＧＲ流量を増量すべく基準駆動信号を補正して、ＥＧＲ制御弁２０に出力し、ＥＧＲ弁１９の開度を増大する。参考までに、ＥＧＲ制御弁２０の駆動信号とＥＧＲ流量との関係を図１０に示す。
【００６８】
この場合、精度良く学習された基準値に基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するので、酸素濃度センサ２２の個体差や経時劣化による酸素濃度センサ２２の出力のずれを精度良く補正することができ、この補正出力によってＥＧＲ２１を制御することで、ＥＧＲ流量を精度良く制御することができて、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００６９】
尚、酸素濃度センサ２２の出力で制御する対象は、ＥＧＲ流量に限定されず、例えば、燃料噴射量、吸入空気量等を制御するようにしても良い。吸入空気量の制御は、吸気絞り弁１３の開度を調節することにより行えば良い。
【００７０】
［実施形態（２）］
図１１及び図１２は、本発明の実施形態（２）で実行する大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。前記実施形態（１）と異なる点は、燃料カット開始から基準値を学習するまでの期間に、吸気絞り弁１３を閉鎖して吸気を絞り（ステップ１０４ａ）、排気流量を少なくして、低温の排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を少なくすることである。この場合も、酸素濃度センサ２２のヒータ２４への供給電力を増加して、排気による酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えるが、吸気絞り弁１３により排気流量が絞られて、酸素濃度センサ２２の温度低下が少ないため、ヒータ２４への供給電力は前記実施形態（１）よりも少なくて済む。学習終了後は、吸気絞り弁１３を通常開度まで開放する（ステップ１１３ａ）。これ以外の処理は、前記実施形態（１）の図５及び図６の処理と同じである。
【００７１】
［実施形態（３）］
図１３乃至図１５を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。上述した実施形態（１），（２）は、減速時燃料カット中に基準値を学習するようにしたが、この実施形態（３）では、エンジン停止制御により燃料カットされた時に、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら、所定時間経過後に基準値を学習するところに特徴がある。
【００７２】
前述したように、吸気絞り弁１３は、アクセル操作とは連動せず、通常のエンジン停止制御では、エンジン停止時の振動を低減する目的で、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖して吸入空気量を大幅に減少させ、噴射した燃料が失火してディーゼルエンジン１０が停止してから燃料がカットされる。このため、通常のエンジン停止制御では、ディーゼルエンジン１０が停止するまでの期間は排気管１７内は未燃の燃料が多量に存在する排気ガスが流れている。従って、通常のエンジン停止制御で、基準値を学習しようとすると、大気の酸素濃度を検出するには極めて長時間が必要になり、酸素濃度センサ２２の耐久性からも望ましくない。
【００７３】
この対策として、この実施形態（３）では、図１３及び図１４に示す大気酸素濃度学習機能付きのエンジン停止制御プログラムによって、エンジン停止制御により燃料カットされた時に、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら、所定時間経過後に基準値を学習する。このエンジン停止制御プログラムは、ＥＣＵ３６のＲＯＭに記憶され、ＥＣＵ３６にて所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。このエンジン停止制御プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、イグニッションスイッチがオフされたか（つまりエンジン停止制御を行うか）を判定し、イグニッションスイッチがオフされていなければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００７４】
その後、イグニッションスイッチがオフされた時点で、ステップ２０１からステップ２０２に進み、大気酸素濃度学習が必要か否かを判定する。例えば、今までに一度も大気酸素濃度学習が実行されていない時や、前回の大気酸素濃度学習が実行されてから所定の積算走行距離に達している時は大気酸素濃度学習が必要と判定される。
【００７５】
大気酸素濃度学習が不必要な場合には、ステップ２０３〜２０６の通常のエンジン停止制御を次のようにして行う。すなわち、燃料をカットする前に吸気絞り弁１３を閉鎖し（ステップ２０３）、それによって吸入空気量を大幅に減少させることで、噴射燃料を失火させ、ディーゼルエンジン１０を停止させてから燃料カットを行う（ステップ２０５，２０６）。通常のエンジン停止制御を行う場合には、排気中の酸素濃度の検出は不要であるため、吸気絞り弁１３を閉鎖した後に、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止する（ステップ２０４）。
【００７６】
一方、大気酸素濃度学習が必要な場合には、ステップ２０２からステップ２０７に進み、吸気絞り弁１３を開放状態に保持しながら燃料カットする。この後、ステップ２０８で、ヒータ２４に許容範囲内の最大電力を供給して、ヒータ２４の発熱量を最大にすることで、酸素濃度センサ２２の温度低下を抑えると共に、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い電圧に設定する。
【００７７】
次のステップ２０９で、上述した燃料カットによりディーゼルエンジン１０が停止するまで待機し、エンジン停止後に、ステップ２１０に進み、ヒータ温度を前記実施形態（１）と同様の方法で推定する。この後、ステップ２１１で、ヒータ温度が限界温度（例えば１１００℃）以下であるか否かを判定し、限界温度を越えていれば、ヒータ２４の供給電力をゼロにして（ステップ２１２）、ヒータ２４の発熱を止めて、ステップ２１３に進む。ヒータ温度が限界温度以下であれば、そのままステップ２１３に進む。
【００７８】
このステップ２１３では、エンジン停止後から所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、排気管１７内の残留燃焼ガスが大気で一掃されるために必要な時間である。もし、所定時間が経過していなければ、ステップ２１０に戻り、ステップ２１０からステップ２１３までの処理を繰り返す。その後、エンジン停止後から所定時間が経過した時点で、ステップ２１３からステップ２１４に進み、センサ素子温度を前記実施形態（１）と同様の方法で推定した後、ステップ２１５で、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上（例えば６００℃以上）であるか否かを判定し、所定温度未満であれば、学習処理を行わずに、ステップ２１７に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止して本プログラムを終了する。
【００７９】
これに対し、センサ素子温度が限界電流を検出できる所定温度以上である場合には、基準値の学習が可能であるので、ステップ２１６に進み、この時の酸素濃度センサ２２から出力される、大気酸素濃度に対応する信号（限界電流）を基準値として設定し直す学習処理を行う。この後、ステップ２１７に進み、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止して本プログラムを終了する。
【００８０】
以上説明したエンジン停止制御プログラムを実行した場合の学習時の制御例を図１５のタイムチャートを用いて説明する。時刻０秒でイグニッションスイッチがオフに操作されると、吸気絞り弁１３を開放状態に保持したまま、燃料カットすると共に、酸素濃度センサ２２のヒータ２４に最大電力を供給し、センサ素子２３の印加電圧を通常より高い値に設定する。更に、燃料カット開始後は、大気の高濃度の酸素濃度を精度良く検出できるように、センサ素子２３の印加電圧を通常よりも高電圧に設定する。
【００８１】
ディーゼルエンジン１０が停止するまでは、燃料がカットされているため、吸気管１１を通して吸入した大気が排気管１７を流れ、排気管１７内は大気の酸素濃度に近づいていく。この際、ヒータ２４に最大電力が供給されているため、センサ素子２３は、低温の排気により冷却されるにも拘らず、ヒータ２４の加熱によりセンサ素子温度は低下しない。このため、酸素濃度センサ２２の出力は排気中の酸素濃度に対応した出力が得られる。
【００８２】
燃料カット後すぐにヒータ温度が限界温度に達するため、ヒータ電力はゼロになる。但し、ヒータ電力がゼロになると、すぐにヒータ温度が低下し、再度、ヒータ電力が最大になる。そのため、ヒータ２４には最大電力とゼロの時間平均電力が印加されることになるが、通常のヒータ電力よりは大きく、センサ素子温度は大きくは低下せず、所定温度以上に保持される。そして、燃料カット開始から約３０秒で、排気管１７内の残留燃焼ガスが大気で一掃される。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力信号（大気酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として設定し直す。この後、酸素濃度センサ２２のヒータ２４とセンサ素子２３への通電を停止する。そのため、ヒータ２２とセンサ素子２４は自然放冷され、温度低下する。
【００８３】
この実施形態（３）では、エンジン停止制御時に基準値を学習する場合に、吸気絞り弁１３を開弁位置に保持するため、吸気管１１からディーゼルエンジン１０を通って排気管１７に流れる空気（大気）流量を確保することができ、排気管１７内が大気で満たされるまでの時間を短縮することができる。これにより、迅速な基準値の学習が可能になると共に、ヒータ２４への供給電力増加やセンサ素子２３への印加電圧増加による酸素濃度センサ２２の負荷を少なくすることができて、酸素濃度センサ２２の耐久性向上にもつながる。
【００８４】
上記各実施形態では、酸素濃度センサ２２の基準値を学習する学習期間に、ヒータ供給電力とセンサ素子印加電圧の双方を増加させるようにしたが、センサ素子印加電圧の増加のみを行っても良く、この場合でも、従来技術と比較すれば学習精度を向上できる。
【００８５】
［実施形態（４）］
図１８乃至図２６を用いて本発明の実施形態（４）を説明する。この実施形態（４）では、酸素濃度センサ２２の下流側に、酸化触媒、還元触媒、三元触媒等の触媒４１を設置すると共に、この触媒４１の上流側に排気圧力センサ４２（排気圧力検出手段）を設置している。その他のシステム構成は、前記実施形態（１）で説明した図１の構成と同じである。
【００８６】
図１９に示すように、酸素濃度センサ２２の大気酸素濃度の出力電圧（以下単に「センサ出力」という）は、センサ素子温度に依存し、センサ素子温度が７２０℃以下の領域では、センサ素子温度が低くなるほどセンサ出力が低下し、７２０℃〜７６０℃の領域では、センサ素子温度が変化してもセンサ出力がほぼ一定となる。通常、ＥＣＵ３６によるセンサ素子温度の制御（ヒータ２４の通電制御）は、センサ出力が安定し始める例えば７２０℃を目標温度として行われるが、エンジン運転状態によってセンサ素子温度が出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）から外れて変化すると、それに応じてセンサ出力が変化する。
【００８７】
この対策として、この実施形態（４）では、センサ素子温度に応じてセンサ出力を図２０に示す補正係数を用いて補正する。この補正係数の特性は、センサ出力に補正係数を掛け合わせた時に、目標温度（７２０℃）の時のセンサ出力に相当する値となるように設定され、目標温度（７２０℃）以下の領域では、センサ素子温度が低くなるほど、補正係数が大きくなり、７２０℃〜７６０℃の領域では、補正係数がほぼ一定値（１．０）となる。
【００８８】
また、図２１に示すように、センサ出力は排気圧力にも依存し、排気圧力が高くなるほど、センサ出力が上昇する。つまり、排気ガス圧力が高くなると、センサ素子２３の拡散層２９内のガスの拡散速度が増加して、限界電流が増加するため、センサ出力は、排気ガス圧力が高くなるほど増加し、その増加率は、排気圧力のほぼ０．８乗に比例する。
【００８９】
そこで、この実施形態（４）では、排気圧力に応じてセンサ出力を図２２に示す補正係数を用いて補正する。この補正係数の特性は、センサ出力に補正係数を掛け合わせた時に、基準排気圧力（１ａｔｍ）の時のセンサ出力に相当する値となるように設定され、排気圧力が高くなるほど、補正係数が小さくなる。
【００９０】
以上説明したセンサ素子温度と排気圧力によるセンサ出力の補正は、ＥＣＵ３６によって行われる。ＥＣＵ３６は、ディーゼルエンジン１０が減速状態で燃料カットされている時に、センサ素子温度と排気圧力とに基づいて酸素濃度センサ２２の出力信号を補正し、この補正後の出力信号（大気の酸素濃度に対応する限界電流）を基準値として学習する。ＥＣＵ３６に内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、上述した学習処理を実行するために、図２０及び図２２に示す補正係数のマップと図２３の大気酸素濃度学習プログラムが記憶されている。ＥＣＵ３６は、この大気酸素濃度学習プログラムを所定期間毎又は所定距離走行毎に繰り返し実行することで、特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。
【００９１】
以下、図２３の大気酸素濃度学習プログラムの内容について説明する。本プログラムが起動されると、まずステップ３０１〜３０４で、次の（ａ）〜（ｄ）の学習実行条件が成立しているか否かを判定する。
【００９２】
（ａ）エンジン回転数が例えば１０００ｒｐｍ以上であること（ステップ３０１）
（ｂ）アクセル全閉であること（ステップ３０２）
（ｃ）燃料カット中であること（ステップ３０３）
（ｄ）燃料カット開始から所定時間、例えば１秒以上経過したこと（ステップ３０４）
ここで、（ａ）〜（ｃ）は、減速時燃料カットが成立するための条件であり、（ｄ）は、減速時燃料カット中に排気管１７内が大気（吸入空気）で満たされるために必要な条件である。
【００９３】
これら（ａ）〜（ｄ）の条件が全て成立した時に学習実行条件が成立するが、いずれか１つでも満たさない条件がある場合（ステップ３０１〜３０４のいずれか１つでも「Ｎｏ」と判定された場合）には、学習実行条件が不成立となり、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【００９４】
学習実行条件成立時（ステップ３０１〜３０４で全て「Ｙｅｓ」と判定された場合）、つまり、減速時燃料カット中でその燃料カット開始から１秒以上経過している場合には、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ３０５に進み、酸素濃度センサ２２の出力、センサ素子温度及び排気圧力（排気圧力センサ４２の出力）を読み込む。ここで、センサ素子温度は、温度センサで直接検出しても良いが、例えば、センサ素子２３への印加電圧と出力電流からセンサ素子２３の抵抗値を算出し、この抵抗値に基づいてセンサ素子２３の温度特性から推定しても良い。また、排気圧力センサ４２を設けないシステムでは、排気圧力の検出は、例えば、エアーフローセンサ１２（又は吸気管圧力センサ）、アクセルセンサ３７、エンジン回転数センサ３８、車速センサ等からの出力信号やＥＧＲ率に基づいて検出されるエンジン運転状態から推定するようにしても良い。
【００９５】
次のステップ３０６では、センサ素子温度が、限界電流を安定して精度良く検出できる出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）内であるか否かを判定し、センサ素子温度が出力安定温度範囲から外れていれば、ステップ３０７に進み、図２０に示す補正係数のマップからセンサ素子温度に応じた補正係数を検索して、この補正係数を酸素濃度センサ２２の出力に掛け合わせることで、酸素濃度センサ２２の出力をセンサ素子温度に応じて補正する。この後、ステップ３０８で、図２２に示す補正係数のマップから排気圧力に応じた補正係数を検索して、この補正係数を酸素濃度センサ２２の出力に掛け合わせることで、酸素濃度センサ２２の出力を排気圧力に応じて補正する。
【００９６】
一方、上記ステップ３０６で、センサ素子温度が出力安定温度範囲内であれば、センサ素子温度による補正の必要がないため、そのままステップ３０８に進み、排気圧力による補正のみを行う。
【００９７】
このようにして、センサ素子温度や排気圧力に応じて酸素濃度センサ２２の出力信号を補正した後、ステップ３０９で、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）を基準値として設定し直す学習処理を行い、本プログラムを終了する。以後、次回の学習処理が行われるまでは、この基準値を用いて、酸素濃度センサ２２の出力信号と酸素濃度との関係が較正される。
【００９８】
以上説明した大気酸素濃度学習プログラムの実行例を図２４のタイムチャートを用いて説明する。図２４の例では、車速４０ｋｍ／ｈ、エンジン回転数１４００ｒｐｍで定常走行している時に、燃料噴射量は２０ｍｍ3 ／ｓｔ、ＥＧＲ率は４０％に制御されている。この時、センサ素子温度は、ヒータ２４により目標温度である７２０℃に制御され、酸素濃度センサ２２の出力は３Ｖ、排気圧力は１．０２ａｔｍを示している。
【００９９】
この後、時刻ｔでアクセルを全閉すると、減速状態となり、車速とエンジン回転数が共に低下していく。この際、エンジン回転数１０００ｒｐｍ以上からのアクセル全閉であるため、減速時燃料カットを開始し、同時に、ＥＧＲ２１による排気ガス還流（ＥＧＲ）を停止する。ＥＧＲを停止すると、ディーゼルエンジン１０内や排気管１７内の残留燃焼ガスが循環せずに速やかに排気管１７から排出される。
【０１００】
燃料カット開始後、エンジン１０のポンピング効果により排気管１７内に大気が導入され、排気管１７内の酸素濃度が上昇するに従って、酸素濃度センサ２２の出力が上昇する。また、ＥＧＲの停止は、排気管１７内に流入する大気の流量を増大させる効果があるため、燃料カット開始時に排気圧力が上昇する。その後は、エンジン回転数が低下するに従って排気管１７内に流入する大気の流量が減少するため、排気圧力も徐々に低下する。この際、センサ素子温度は目標温度である７２０℃以上に保たれる。
【０１０１】
燃料カット開始から１秒後に、排気管１７内が大気で満たされたと判断して学習処理を開始する。この時点で、酸素濃度センサ２２の出力は例えば４．９Ｖを示している。この場合、センサ素子温度は、出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）であるため、酸素濃度センサ２２の出力の補正については、センサ素子温度に基づいた補正は行われず、排気圧力に基づいた補正のみが行われる。この後、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）が基準値として学習され、以後、次回の学習処理が行われるまでは、この基準値を用いて酸素濃度センサ２２の出力信号と酸素濃度との関係が較正される。これにより、排気圧力の変動の影響を受けない酸素濃度の検出が可能となる。
【０１０２】
尚、上述した図２４の例では、センサ素子温度は、出力安定温度範囲（７２０〜７６０℃）に保たれているが、センサ素子温度は、ヒータ２４の耐久性確保ため、出力安定温度範囲ぎりぎりの温度（７２０℃）で制御されることが多い。このため、大量の大気が排気管１７に導入されると、センサ素子２３が冷却されてセンサ素子温度が７２０℃未満に低下してしまうことがある。このような場合は、上記大気酸素濃度学習プログラムに基づいて、酸素濃度センサ２２の出力は、学習時のセンサ素子温度に基づいて補正される。これにより、センサ素子温度の変動の影響を受けない大気酸素濃度の学習が可能となる。
【０１０３】
上記大気酸素濃度学習プログラムでは、排気圧力とセンサ素子温度の双方に基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するようにしたが、排気圧力とセンサ素子温度のいずれか一方のみに基づいて酸素濃度センサ２２の出力を補正するようにしても良い。
【０１０４】
更に、この実施形態（４）では、ＥＣＵ３６は、ＲＯＭに記憶された図２５の排気管詰まり判定プログラムを所定期間毎又は所定距離走行毎に繰り返し実行することで、排気管１７（排気通路）の詰まり度合を判定する詰まり度合判定手段としての役割を果たす。
【０１０５】
ここで、排気管１７の詰まり度合の判定方法を説明する。排気管１７の詰まり（例えば触媒４２等の目詰まり）の度合がひどくなるに従って、排気管１７の排気抵抗が増大して排気圧力が高くなり、排気圧力が高くなるほど、図２１に示すように、酸素濃度センサ２２の出力信号が上昇する。一方、エンジン停止中は、排気圧力が働かないため、排気管１７の詰まりの有無に拘らず、排気管１７内が大気圧の空気で満たされ、大気圧下での酸素濃度センサ２２の出力信号が得られる。
【０１０６】
この関係から、燃料カット期間中の酸素濃度センサ２２の出力信号とエンジン停止中の酸素濃度センサ２２の出力信号との差又は比を見れば、その差又は比が大きいか否かで排気圧力が高いか否かを判定でき、それによって排気管１７の詰まり度合を判定することができる。
【０１０７】
このような排気管１７の詰まり度合の判定は、図２５の排気管詰まり判定プログラムによって次のようにして実行される。まず、ステップ３１１で、エンジン回転数が１０００ｒｐｍ以上であるか否かを判定する。１０００ｒｐｍ以上の場合には、前述した図２３の大気酸素濃度学習プログラムのステップ３０２〜３０４と同じく、ステップ３１２〜３１４で、減速時燃料カット中でその燃料カット開始から１秒以上経過しているか否かを判定し、１秒以上経過している場合には、排気管１７内が大気で満たされたと判断し、ステップ３１５に進み、その時の酸素濃度センサ２２の出力Ｓ1 を読み込んで、燃料カット時出力Ｓ1 として記憶して、ステップ３１９に進む。
【０１０８】
一方、前記ステップ３１１で、エンジン回転数が１０００ｒｐｍより低いと判定された場合には、ステップ３１６に進み、エンジン停止中であるか否かを判定する。エンジン停止中であれば、ステップ３１７に進み、エンジン停止から所定時間が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、エンジン停止後に排気管１７内が大気で満たされるのに十分な時間に設定されている。もし、所定時間が経過していなければ、本プログラムを終了し、所定時間が経過した時点で、次のステップ３１８に進み、その時の酸素濃度センサ２２の出力Ｓ2 を読み込み、エンジン停止時出力Ｓ2 として記憶して、ステップ３１９に進む。
【０１０９】
このステップ３１９では、酸素濃度センサ２２の燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳ（＝Ｓ1 −Ｓ2 ）を算出する。この後、ステップ３２０で、出力差ΔＳから排気管１７の詰まり度合を数式やマップ等により算出する。この際、出力差ΔＳが大きいほど、排気管１７の詰まり度合が大きくなる（つまり排気の流れが悪くなる）。この後、ステップ３２１で、排気管１７の詰まり度合が許容範囲内であるか否かを判定し、許容範囲内であれば、そのまま本プログラムを終了するが、許容範囲を越えていれば、ステップ３２２に進んで、排気管１７の詰まりであると判定し、本プログラムを終了する。尚、排気管１７の詰まりと判定された場合には、警告ランプ（図示せず）を点灯して運転者に警告する。
【０１１０】
前述したように、減速時燃料カット中及びエンジン停止中は、排気管１７内が大気で満たされるため、酸素濃度センサ２２は、いずれも大気の酸素濃度（同じ酸素濃度）を検出する。エンジン停止中は、排気流量がゼロとなるため、排気圧力が大気圧（１ａｔｍ）と等しくなるが、減速時は、ＥＧＲカットによる排気流量増大や触媒４１等による排気抵抗により、排気圧力はエンジン停止中よりも大きい。この排気圧力の差により、図２６に示すように、酸素濃度センサ２２の出力が変化し、燃料カット時出力Ｓ1 が５Ｖ、エンジン停止時出力Ｓ2 が４．８Ｖとなり、燃料カット時出力Ｓ1 が、排気圧力が高い分だけ、エンジン停止時出力Ｓ2 よりも高くなる。
【０１１１】
そして、触媒４１内でのすすの堆積などによる排気管１７の詰まりによって排気抵抗が増加すると、減速時の燃料カット中の排気圧力が上昇し、それに伴って酸素濃度センサ２２の出力も上昇する。従って、排気管１７の詰まりがひどくなるほど、燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳが大きくなるため、この出力差Ｓに基づいて排気管１７の詰まり度合を判定することが可能となり、この詰まり度合が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定することで、排気管１７の詰まりの有無を判定することができる。
【０１１２】
この場合、燃料カット時出力Ｓ1 とエンジン停止時出力Ｓ2 との出力差ΔＳに代えて、Ｓ1 とＳ2 との比（＝Ｓ1 ／Ｓ2 ）によって排気管１７の詰まり度合を判定するようにしても良い。
【０１１３】
尚、図２５のステップ３１１〜３１５の処理を省略し、図２３のステップ３０５で読み込んだ酸素濃度センサ２２の出力を燃料カット時出力Ｓ1 として用いるようにしても良い。
【０１１４】
また、排気管１７には、触媒４１以外に、パティキュレートトラップ、排気絞り弁、消音器等が設けられていても良く、これらによって排気管１７の詰まりが発生した場合であっても、図２５の排気管詰まり判定プログラムによって排気管１７の詰まりが判定可能である。
【０１１５】
［実施形態（５）］
図２７に示す本発明の実施形態（５）では、センサ素子温度や排気圧力に応じて補正された酸素濃度センサ２２の出力に基づいて酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定する。この実施形態（５）でも、ステップ３０１〜３０８の処理により、前記実施形態（４）と同じ方法で、センサ素子温度や排気圧力に応じて酸素濃度センサ２２の出力を補正する。この後、ステップ３０８ａで、酸素濃度センサ２２の補正後の出力が異常判定値よりも大きいか否かを判定し、補正後の出力が異常判定値よりも大きければ、ステップ１０８ｂに進み、酸素濃度センサ２２の異常と判定して、本プログラムを終了する。この場合には、警告ランプ（図示せず）を点灯して運転者に警告する。上記ステップ１０８ａ，１０８ｂの処理が特許請求の範囲でいうセンサ異常判定手段としての役割を果たす。
【０１１６】
一方、酸素濃度センサ２２の補正後の出力が異常判定値以下であれば、酸素濃度センサ２２が正常と判断して、ステップ３０９に進み、酸素濃度センサ２２の補正後の出力信号（大気酸素濃度）を基準値として設定し直す学習処理を行い、本プログラムを終了する。
【０１１７】
このように、補正後の酸素濃度センサ２２の出力を用いて酸素濃度センサ２２の異常を判定すれば、エンジン運転状態や走行環境（標高差による気圧変化や外気温変化）に起因するセンサ素子温度や排気圧力の変化による影響を排除して、酸素濃度センサ２２の異常の有無を精度良く判定することができ、酸素濃度センサ２２の異常判定の精度を向上させることができる。
【０１１８】
尚、この実施形態（５）では、酸素濃度センサ２２の補正後の出力を異常判定値と比較して酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定したが、補正後の酸素濃度センサ２２の出力と初期基準値との差又は比を異常判定値と比較して酸素濃度センサ２２の異常の有無を判定するようにしても良い。ここで、初期基準値は、車両初期状態時での酸素濃度センサ２２の補正後の出力を用いたり、或は、予め大気酸素濃度の基準値であっても良い。
【０１１９】
つまり、酸素濃度センサ２２の出力信号の補正は、製造段階での個体差（ばらつき）、経時劣化、センサ素子温度や排気圧力の変化による出力信号のずれを補正するものであるから、酸素濃度センサ２２が正常であれば、補正の前後で出力信号が極端に大きく変わることはない。従って、酸素濃度センサ２２の出力信号の補正量又は補正率（つまり補正後の出力信号と初期基準値との差又は比）を所定の異常判定値と比較することで、酸素濃度センサ２２の異常の有無を精度良く判定することができる。
【０１２０】
尚、前記各実施形態（１）〜（５）において、酸素濃度センサ２２は、ヒータ２４付のものに限定されず、ヒータの無い酸素濃度センサを用いるようにしても良い。
その他、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジン、ガソリンリーンバーンエンジン等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すディーゼルエンジン制御システム全体の構成図
【図２】酸素濃度センサの主要部の拡大断面図
【図３】酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧、限界電流、酸素濃度の関係を示すセンサ特性図
【図４】酸素濃度センサのセンサ素子印加電圧、限界電流、センサ素子温度の関係を示すセンサ特性図
【図５】実施形態（１）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】図５の続きのフローチャート
【図７】実施形態（１）の大気酸素濃度学習プログラムを実行した場合の制御例を示すタイムチャート
【図８】実施形態（１）で用いるＥＧＲ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図９】酸素濃度センサの個体差・経時劣化の有無によるセンサ特性の相違を説明する図
【図１０】ＥＧＲ制御弁駆動信号とＥＧＲ流量との関係を示す図
【図１１】本発明の実施形態（２）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１２】図１１の続きのフローチャート
【図１３】本発明の実施形態（３）で用いるエンジン停止制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１４】図１３の続きのフローチャート
【図１５】実施形態（３）のエンジン停止制御プログラムを実行した場合の制御例を示すタイムチャート
【図１６】従来の減速時燃料カット後の酸素濃度センサの出力とセンサ素子温度の挙動を示すタイムチャート
【図１７】従来のエンジン停止後の酸素濃度センサの出力とセンサ素子温度の挙動を示すタイムチャート
【図１８】本発明の実施形態（４）を示すディーゼルエンジン制御システム全体の構成図
【図１９】酸素濃度センサのセンサ素子温度とセンサ出力との関係を示す図
【図２０】酸素濃度センサのセンサ素子温度と補正係数との関係を示す図
【図２１】排気圧力と酸素濃度センサの出力比との関係を示す図
【図２２】排気圧力と補正係数との関係を示す図
【図２３】本発明の実施形態（４）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図２４】減速時燃料カット後の制御例を示すタイムチャート（その１）
【図２５】排気管詰まり判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図２６】減速時燃料カット後の制御例を示すタイムチャート（その２）
【図２７】本発明の実施形態（５）で用いる大気酸素濃度学習プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気管（吸気通路）、１２…エアフローセンサ、１３…吸気絞り弁、１４…燃料噴射弁、１７…排気管（排気通路）、１８…ＥＧＲ配管、１９…ＥＧＲ弁、２０…ＥＧＲ制御弁、２１…ＥＧＲ（排気還流装置）、２２…酸素濃度センサ、２３…センサ素子、２４…ヒータ、２６…固体電解質層、２７…大気側電極、２８…排気側電極、２９…拡散層、３１…電圧制御部、３２…電流検出部、３４…電力制御部、３５…センサ制御回路、３６…ＥＣＵ（学習手段，センサ異常判定手段，詰まり度合判定手段）、３７…アクセルセンサ、３８…エンジン回転数センサ、３９…車速センサ、４１…触媒、４２…排気圧力センサ（排気圧力検出手段）。
Claims (15)
- 内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する限界電流検出方式の酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置において、
前記酸素濃度センサは、排気中の酸素濃度に応じた限界電流を出力するセンサ素子を有し、
前記センサ素子への印加電圧を制御する手段と、
前記内燃機関が燃料カットされた時に、前記酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間に前記センサ素子への印加電圧を増加させた状態で前記酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習する学習手段を備えていることを特徴とする内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する限界電流検出方式の酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置において、
前記酸素濃度センサは、排気中の酸素濃度に応じた限界電流を出力するセンサ素子と、このセンサ素子を加熱するヒータとを有し、
前記センサ素子への印加電圧を制御する手段と、
前記ヒータへの供給電力を制御する手段と、
前記内燃機関が燃料カットされた時に、前記酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間に前記センサ素子への印加電圧を増加させ且つ前記ヒータへの供給電力を増加させた状態で前記酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習する学習手段を備えていることを特徴とする内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記学習手段は、前記学習期間を、前記内燃機関が減速状態で燃料カットされている期間に設定し、燃料カット開始後に前記排気通路を流れた排気流量を積算し、その積算排気流量が所定値に達した時に前記酸素濃度センサの出力信号を基準値として学習することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
- 前記内燃機関の吸気通路に吸気絞り弁が設置され、
前記学習手段は、前記学習期間に前記吸気絞り弁を閉弁方向に制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記内燃機関から排出される排気の一部を吸気系へ還流させる排気還流装置を備え、
前記学習手段は、前記学習期間を、前記内燃機関が燃料カットされ且つ前記排気還流装置が排気還流を停止している期間に設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記内燃機関の動力伝達系に自動変速機が設けられ、
前記学習手段は、前記学習期間を、前記内燃機関が減速状態で燃料カットされている期間に設定する場合には、該学習期間中に前記自動変速機を前記内燃機関の回転数低下を少なくし又は回転数を上昇させるように制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記内燃機関の吸気通路に吸気絞り弁が設置され、
前記学習手段は、前記学習期間を、前記内燃機関が機関停止制御により燃料カットされた時に設定し、該学習期間中は前記吸気絞り弁を開弁位置に保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する限界電流検出方式の酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習方法において、
前記酸素濃度センサは、排気中の酸素濃度に応じた限界電流を出力するセンサ素子を有し、
前記内燃機関が燃料カットされた時に、前記酸素濃度センサの基準値を学習する学習期間を設定し、この学習期間に前記センサ素子への印加電圧を増加させた状態で前記酸素濃度センサの出力信号としての限界電流を検出し、それを基準値として学習することを特徴とする内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習方法。 - 内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置において、
前記酸素濃度センサは、排気中の酸素濃度に応じた出力信号を出力するセンサ素子を有し、
前記センサ素子の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関の燃料カット期間中に、前記温度検出手段で検出した前記センサ素子の温度に基づいて前記酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習する学習手段と、
前記内燃機関の燃料カット期間中の前記酸素濃度センサの出力信号と前記内燃機関の停止中の前記酸素濃度センサの出力信号との差又は比に基づいて排気通路の詰まり度合を判定する詰まり度合判定手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記学習手段は、前記温度検出手段で検出した前記センサ素子の温度が所定の出力安定温度領域以下となる温度領域において、該センサ素子の温度が低くなるほど前記酸素濃度センサの出力信号を増加させるように補正することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
- 内燃機関から排出される排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの基準値を学習する内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置において、
前記酸素濃度センサは、排気中の酸素濃度に応じた出力信号を出力するセンサ素子を有し、
排気圧力を検出する排気圧力検出手段と、
前記内燃機関の燃料カット期間中に、前記排気圧力検出手段で検出した排気圧力に基づいて前記酸素濃度センサの出力信号を補正し、その補正値を基準値として学習する学習手段と、
前記内燃機関の燃料カット期間中の前記酸素濃度センサの出力信号と前記内燃機関の停止中の前記酸素濃度センサの出力信号との差又は比に基づいて排気通路の詰まり度合を判定する詰まり度合判定手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。 - 前記学習手段は、前記排気圧力検出手段で検出した排気圧力が高くなるほど前記酸素濃度センサの出力信号を低下させるように補正することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
- 前記排気圧力検出手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気圧力を推定することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
- 前記学習手段により補正された前記酸素濃度センサの出力信号に基づいて該酸素濃度センサの異常の有無を判定するセンサ異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
- 前記内燃機関の燃料カット期間中の前記酸素濃度センサの出力信号と前記内燃機関の停止中の前記酸素濃度センサの出力信号との差又は比に基づいて排気通路の詰まり度合を判定する詰まり度合判定手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関制御用の酸素濃度センサの学習装置。
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