JPS61294350A - 内燃機関のセンサ出力補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、内燃機関の作動に関連する物理量（例えば、
空燃比）を検出しているセンサの異常を判別するととも
にその出力を適切に補正する装置に関する。

（従来の技術） 近時、内燃機関の電子制御化が急速に進展しており、こ
のような制御ではセンサの情報精度の確保が重要である
。

かかる制御物理量の主なものに空燃比があり、空燃比は
通常、排気中の酸素濃度をパラメータとして酸素センサ
により検出される。酸素センサ情報は空燃比と一義的に
正確に対応することが望まれるため、その経時変化によ
る特性を補正する等、の必要性から初期値を記憶、保持
している。例えば、特開昭５８−５７０５０号公報に記
載の装置によれば、排気管内が大気で満たされていると
きのセンサ出力に対応する値を一律に標準初期値として
ストアしておき、これによりセンサ機能の異常を判断す
る。また、同様に大気条件下にあるときのセンサ出力を
用いて通常出力を補正し経時変化に対処している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の装置にあっては、−律
の標準初期値を基にしてセンサの異常判断を行うととも
に大気条件下におけるそのセンサに特有の初期値を基に
経時変化補正を行う構成となっていたため、センサ出力
が標準初期値からばらついたような場合、経時変化によ
るものかあるいはセンサ個々の特性のばらつきによるも
のかの判断が困難となる。また、初期特性が正規のもの
から外れているようなセンサでは仮りに大気条件出力で
経時変化補正を行ってもその補正結果が正確な空燃比に
対応したものにならないおそれがある。

そのため、例えば初期特性の異常であれば経時変化補正
をする前に交換等の適切な処置をとることが要請さ、れ
るが、上記両者の区別が困難であるため初期特性の異常
のセンサについてまで出力補正を行うこととなり空燃比
検出の精度が低下する０以上の結果、センサ情報の精度
の低下を招く。

（発明の目的） そこで本発明は、標準初期値の他に、センサにより得ら
れた実際の初期値をそのセンサに特有の初期値として求
めてストアしておき、このセンサ初期値を併用して初期
特性や経時変化の異常を適切に判別するとともにセンサ
特性の補正を行うことにより、センサ個々の特性のばら
つきに拘らずセンサ機能の異常判断や特性の補正を正確
なものとして、センサ情報の精度を向上させることを目
的としている。

（発明の構成） 本発明による内燃機関のセンサ出力補正装置はその基本
概念図を第１図に示すように、エンジンの作動に関連す
る物理量を検出するセンサａと〜エンジンの運転状態を
検出する運転状態検出手段すと、エンジンが所定の標準
状態にあるとき経時変化を経ていないセンサ出力の標準
値を標準初期値としてあらかじめ設定された稙準値設定
手段Ｃと、センサａが装着されるとエンジンが所定の標
準状態にあるときのセンサ出力をそのセンサａに特有の
センサ初期値として記憶する記憶手段ｄと、センサ初期
値を標準初期値と比較してセンサａの初期特性の異常を
判別するとともに、エンジンが所定の標準状態にあると
きのセンサ出力をセンサ初期値と比較してセンサａの経
時変化特性の異常を判別する判別手段ｅと、標準初期値
に基づいてエンジンが所定の標準状態にあるときのセン
サａの経時変化特性を前記物理量に対応するように補正
する補正量を求め、この補正量に応じてセンサ出力を補
正し物理量を算出する補正手段ｆとを備えており、セン
サ個々の特性のばらつきに拘らずその異常判断や特性の
補正を正確なものとするものである。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を空燃比制御装置に適用した例である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気はエアクリーナ２より吸気管３を通し
て各気筒に供給され燃料は噴射信号Ｓｔに基づいてイン
ジェクタ４により噴射される。気筒内で燃焼した排気は
排気管５を通して触媒コンバータ６に導入され、触媒コ
ンバータ６内で排気中の有害成分（Ｇｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ
）を三元触媒により清浄化して排出される。

吸入空気の流量Ｑａはエアフロメータ７により検出され
、吸気管３内の絞弁８によって制御される。絞弁８の開
度Ｃｖは絞弁開度センサ９により検出され、エンジン１
の回転数Ｎはクランク角センサ１０により検出される。

またウォータジャケットを流れる冷却水の温度Ｔｗは水
温センサ（暖機検出手段）１１により検出される。

排気管５には酸素センサ１２が取り付けられており、酸
素センサ１２は空燃比検出回路１３に接続される。空燃
比検出回路１３は酸素センサ１２にポンプ電流１ｐを供
給するとともに、その電流値を検出して排気酸素濃度に
対応する電圧信号Ｖｉを出力する。酸素センサ１２の交
換はクリアスイッチ１４により検出されており、クリア
スイッチ１４は酸素センサ１２が交換された際にＯＮと
なる。このＯＮ信号は自動的に発してもよく、また交換
者が交換後に手動でＯＮとさせるタイプのものであって
もよい。上記エアフローメータ７、絞弁開度センサ９、
クランク角センサ１０および水温センサ１１は運転状態
検出手段１５を構成しており、運転状態検出手段１５、
空燃比検出回路１３およびクリアスイッチ１４からの信
号はコントロールユニット１６に入力される。

コントロールユニット１６はこれらのセンサ情報に基づ
いて空燃比を検出しその制御を行うもので、詳細な構成
は後述する。

第３．４図は酸素センサ１２の分解斜視図およびその断
面図である。これらの図において、２１はアルミナから
なる基板であり、基板２１上にはヒーター２２を介して
チャンネル上の大気導入部２３を形１成した大気導入板
２４が積層される。その上に、酸素イオン伝導性の平板
状の第１の固体電解質２５が積層され、固体電解質２５
の下面には大気に晒される電極であるセンサアノード（
基準電極）２６が、それに対応する上面には排気ガスに
晒される電極であるセンサカソード（測定電極）２７が
それぞれ印刷により設けられる。

さらに、この固体電解質２５の上に厚さＬ　（Ｌ＝０．
１鰭程度）のスペーサ板２８が積層され、その上に平板
状の第２の固体電解質２９が積層される。

これらの固体電解質２５．２９およびスペーサ板２８は
センサカソード２７を覆ってこのセンサカソード２７の
周りにガス導入部（酸素層）３０を画成する酸素層画成
部材３１を構成しており、酸素層画成部材３１は排気と
ガス導入部３０との間の酸素分子の拡散を制限する。上
記センサアノード２６、センサカソード２７および固体
電解質２５はセンサ部３２を構成しており、センサ部３
２は大気導入部２３とガス導入部３０との間の酸素分圧
比に応じた電圧（以下、センサ電圧という）Ｖｓを出力
する。

また、第２の固体電解１ｔ２９の上、下面にはそれぞれ
ポンプ電極としてのポンプアノード３３およびポンプカ
ソード３４が設けられ、これらのポンプアノード３３、
ポンプカソード３４および固体電解質２９はポンプ部３
５を構成する。ポンプ部３５はポンプ電極間に供給され
るポンプ電流１ｐの値に応じてガス導入部３０の酸素分
圧を制御する。上記センサ部３２、ポンプ部３５、酸素
層画成部材３１および大気導入板２４は排気中の酸素濃
度を検出する素子部３６を構成する。なお、ヒータ２２
は固体電解質２５．２９を適温に加熱し、それらを活性
化させる。また、４１．４２はヒータ２２のリード線、
４３〜４６はそれぞれセンサアノード２６、セ〉′サカ
ソード２７、ポンプアノード３３、ポンプカソード３４
のリード線である。

第５図は空燃比検出回路１３の構成を示す回路図であり
、この図において、空燃比検出回路１３は目標電圧−Ｖ
ａを発生する電圧源４９、差動アンプ５０、抵抗Ｒ１、
電流供給回路５１および電流検出回路５２により構成さ
れる。差動アンプ５０はセンサ電圧Ｖｓを目標電圧−Ｖ
ａと比較してその差値Δ■（ΔＶ＝Ｖｓ　−（−Ｖａ）
）を算出する。電流供給回路５１は差値Δ■が零になる
ように素子部３６のポンプカソード３４からのポンプ電
流１ｐを流し出す（あるいは流し込む）。すなわちΔ■
が正のときはＩｐを増やし、負のときはｒｐを減らす。

電流検出回路５２は抵抗Ｒ１の両端間の電位差によりポ
ンプ電流［ｐを電圧Ｖ　ｉ　　（Ｖ　１ｃ（Ｉ　ｐ）に
変換して検出する。なお、ポンプ電流Ｉｐは実線矢印で
示す方向を正（Ｖｉも正）、破線矢印で示す逆方向を負
とする。

そして、目標電圧−Ｖａを素子部３６のガス導入部３０
内の酸素濃度が所定値に維持されているとき、すなわち
固体電解質２５の両面間の酸素分圧比が所定値となると
きのセンサ電圧Ｖｓに相当する値に設定しておくことに
より、電流検出回路５２によって検出されるポンプ電流
１ｐに比例した検出電圧Ｖｉは第６図に示すように空燃
比と一義的に対応するようになる。したがって、この検
出電圧Ｖｉを利用すれば空燃比をリッチ域からリーン域
まで広範囲に亘って連続的に精度よく検出することがで
きる。上記酸素センサ１２および空燃比検出回路１３は
エンジンｌの作動に関連する物理量（本実施例では空燃
比）を検出するセンサ５３を構成する。

再び第２図において、コントロールユニット１４は標準
値設定手段、記憶手段、判別手段および補正手段として
の機能を有し、ＣＰＵ５６、ＲＯＭ５７、ＲＡＭ５Ｂ、
ＲＡＭ５９およびＩ１０ボート６０により構成される。

ＣＰＵ５６はＲＯＭ５７に書き込まれているプログラム
に従ってＩ１０ボート６０より必要とする外部データを
取り込んだり、またＲＡＭ５８、ＲＡＭ５９との間でデ
ータの授受を行ったりしながら演算処理し、必要に応じ
て処理したデータをＩ１０ボート６０へ出力する。Ｉ１
０ボート６０には空燃比検出回路１３、クリアスイッチ
１４および運転状態検出手段１５からの信号が入力され
るとともに、Ｉ１０ポート６０からは噴射信号Ｓｉが出
力される。ＲＯＭ５７はＣＰＵ５６における演算プログ
ラムを格納しており、ＲＡＭ５８．５９は演算に使用す
るデータをマツプ等の形で記憶している。なお、ＲＡＭ
５９は不揮発性メモリにより構成され、エンジン１停止
後もその記憶内容を保持する。

次に作用を説明する。

第７図はＲＯＭ５７に書き込まれている空燃比検出のプ
ログラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ、〜ＰＨ
１はフローの各ステップを示している。本プログラムは
所定時間毎に一度実行される。

ＰｌでクリアフラグＣＦがセットされている（ＣＦ＝１
）か否かを判別し、セントされていないとき、すなわち
リセットされている（ＣＦ＝０）ときはＰ！に進む。ク
リアフラグＣＦは酸素センサ１２の交換があったか否か
を表すもので、酸素センサ１２が交換されるとセットさ
れ以後Ｐ１でＹＥＳ命令に従って本プログラムが１口実
行されるとリセットされる。なお、コントロールユニッ
ト１６に初めて電源が投入されたときクリアフラグＣＦ
を始めとして後述の各種フラグは全てリセットされる。

２回目以降に電源が投入された場合、ＲＡＭ５９に記憶
されたフラグは現状態に保持され、ＲＡＭ５８に記憶さ
れたフラグはリセットされる。

Ｐ２では酸素センサ１２が活性化しているか否かを判別
する。この判別は、例えば始動後の経過時間や冷却水温
等を判断して行う。活性化しているときはＰ３でツユニ
ルカット（Ｆ／Ｃ）か否かを判別し、ツユニルカットで
あるときはＰ４でツユニルカットが所定時間以上継続し
ているか否かを判別する。継続しているときは排気管３
内が充分に大気で満たされていると判断してＰ、でポン
プ電流ｒｐＯ値を読み込むとともに、かつこのルーチン
を通る度にＩｐの平均値１ｐを算出する。

なお、ＩｐＯ値は実際上は空燃比検出回路１３の出力Ｖ
ｉとして検出されるが、説明の便宜上単にＩｐとして表
現する。

このようにＰｌ−Ｐａのステップを経てＰｓに進むとき
はエンジン１が所定の較正運転状態（標準状態）にある
と判断したときであり、このときの平均値１ｐは大気に
対応する値として個々のセンサにおける特性のばらつき
の程度を判断するための指標として用いられる。

次いで、Ｐ、でＩｐの平均値算出の回数をカウントして
いる平均カウンタのカウント値ＨＣを所定値Ｈ０と比較
し、ＨＣ≧Ｈ０のときはＩｐが十分に平均化されたと判
断してＰ、でイニシャルフラグＩＮＦを判別する。イニ
シャルフラグＩＮＦは酸素センサ１２が最初に取り付け
られたときあるいはその後交換されたときにリセットさ
れ、該酸素センサ１２の使用開始時における初期値を第
２の初期値ＩＮＴ２として記憶し終えるとセットされる
。

ＩＮＦ＝ＯのときはＰ８で今回の平均値ｉｐを第２の初
期値ＩＮＴ２とし、Ｐ、で次式■に従って異常判別係数
に１を演算する。

Ｋｒ　＝　Ｉ　ＮＴ　２／　Ｉ　ＮＴ　１・・・・・・
００式においてｌＮＴｌはＲＯＭ５７に記憶されている
第１の初期値であり、大気条件下における酸素センサ１
２の標準的でかつ正確な初期値として一律に設定される
。すなわち、ｌＮＴｌは未だ経時変化がなく酸素センサ
１２の新品装着時の検出値でありかつ酸素センサ１２の
個々の初期特性の典型的な値として捉えられる。

一方、第２の初期値ＩＮＴ２は前述したようにセンサ個
々の取付当初における使用開始時の検出値として捉えら
れ、その値はセンサ個々により相違し特存のものとなる
。したがって、このｌＮＴ１とｌＮＴ２とのずれの程度
を表すに、から酸素センサ１２の個別的な初期特性のず
れの程度を知ることができる。

そこで、Ｐｌ。で異常判別係数に１が所定の範囲内（例
えば、０．７　＜Ｋ、　＜１．３程度）にあるか否かを
判別し、所定の範囲内にあるときは酸素センサ１２の個
別的な初期特性が許容範囲内にあると判断してｐＨでイ
ニシャルフラグＩＮＦをセットして今回のルーチンを終
了する。また、Ｋ８が所定の範囲内にないときは酸素セ
ンサ１２の初期特性が許容範囲から外れて異常であると
判断し、Ｐ１□でセンサ異常フラグＮＧＦをセットして
ルーチンを終了する。したがって、センサ個々の特性に
当初から大きなばらつきがあれば、Ｋ１の値を判定する
ことでセンサ機能の異常と判断される。そして、この場
合そのセンサの特性は初期段階から通常のセンサとかけ
離れており、もはや後述のような検出値の補正処理によ
っても精度低下を免れないと判断できることを意味する
。すなわち、センサの個々のばらつきが大きく当初から
交換等の適切な処置を取る必要のあることが判明する。

一方、センサ取付後相当時間を経過した後に上記ルーチ
ンと略同様の処理内容でセンサ特性を判定すれば、セン
サ個々の特性のばらつきではなく経時変化による特性変
化の程度を知ることができる。因に、従来の装置では標
準初期値との単なる比較のみで上述したようなルーチン
処理のプロセスを経ておらず、両者の判別が困難といえ
る。

次に、その経時変化の判定について述べる。

Ｐ、−Ｐ、を経た後、Ｐ７でイニシャルフラグＩＮＦが
セットされているときはセンサの初期特性が異常でなく
その後のセンサ特性を第２の初期値ＩＮＴ２によって補
正可能であるとの一応の判断、およびこの第２の初期値
ＩＮＴ２を既に記憶保持したとの判断をして次のような
判定処理を実行する。

まず、ＰＩ３で次式〇に従って特性判別係数に２を演算
する。

Ｋ、＝ＩＮＴ２／Ｉｐ・・・・・・０ ０式における平均値ＩｐはイニシャルフラグＩＮＦがセ
ントされた後の値であるからセンサ取付後における経過
期間に対応したものとなる。すなわち、センサ特性の経
時変化を表したものとなる。したがって、Ｋ２は従来の
ような一律に設定された標準初期値に対する当該センサ
の経時変化の程度を表すものではなく、当該センサ独自
の初期値に対する経時変化の程度を表すものとなる。

よって、Ｋ２によれば従来と異なりセンサ個々の特性変
化を客観的にかつ極めて正確に知ることができる。そし
て、このに２の値を判定すればセンサ特性を本当に補正
可能であるか、あるいは特性変化が大きく補正処理によ
っても精度低下が著しく交換等の処理を要するかが判明
する。

そのために、Ｐｌ４で特性判別係数に２が所定の範囲内
（例えば、０．８　＜　Ｋ２＜１．２程度）にあるか否
かを判別し、所定の範囲内にあるときはＰｌで次式■に
従って補正係数に、を演算する。

Ｋ、＝ＩＮＴＩ／ＩＩ）・・・・・・■補正係数に３は
第１の初期値ｌＮＴｌに対する平均値１ｐのずれの程度
を表しており、このずれに応じて現検出値ｒｐを適切に
補正すれば正確な空燃比に一致させることができるもの
である。

そこで、この場合はステップＰ３からＮｏ命令に従って
分岐したときＰｌ６でイニシャルフラグＩＮＦを判別し
、ＩＮＦ＝１のときはＰｌ７で次式■に従って現検出値
１ｐを補正し較正出力！ｐｃを求める。

Ｉ　ｐ　ｃ　＝に、　　・Ｉｐ・・・・・・■較正出力
Ｉｐｃは上述したように経時変化に拘りなく正確な空燃
比に一致したものとなる。従来ではこのような較正が大
気条件下におけるセンサ特有のセンサ初期値（ＩＮＴ２
に相当）に基づいて行われており、センサ初期値に誤差
を含む場合に検出精度が低下する。

一方、上記較正出力！ｐｃは第１の初期値ｌＮＴｌを基
に補正されるため、個々のセンサによリセンサ初期値が
異なる場合であっても常に正確な空燃比を算出したもの
となる。なお、Ｐｌ＆でＩＮＦ−０のときは補正を行わ
ずに今回のルーチンを終了する。また、ＰＩ３でに、が
所定の範囲内にないときは特性変化が著しくもはや補正
不可能と判断し、Ｐ１□でセンサ異常フラグＮＧＦをセ
ットする。

Ｐ、−Ｐ、のステップ処理においてＰ、やＰＩ３に移行
しないときは上述した判定や補正処理を行わず図中左端
のルートをフローが流れる。すなわち、Ｐ、でＣＦ＝１
のときは、Ｐ、、で第２の初期値ＩＮＴ２をクリアし、
ＰＩ９で゛イニシャルフラグＩＮＦをリセットし、Ｐ２
゜でセンサ異常フラグＮＧＦをリセットし、さらにｐｚ
＋で平均カウンタをクリアしてそのカウント値ＨＣをＯ
としてルーチンを終了する。これはセンサ交換時等にお
けるイニシャル処理に対応する。また、Ｐ２、Ｐ４でＮ
ｏ命令に従ったときはＰａｌに分岐し、Ｐ、でＮｏ命令
に従ったときはルーチンを終了する。

なお、本実施例では第２の初期値ＩＮＴ２のクリアが外
部のクリアスイッチの出力に基づいて行われるため、セ
ンサ交換時に特にＩＮＴ２を再記憶させるための特別の
回路を要しないという利点がある。

また、本実施例では空燃比検出センサを物理量検出セン
サの一例として説明したが、本発明はこの種のセンサに
限るものではなく、エンジンの作動に関連する物理量を
検出しているセンサであればすべてに適用が可能である
。例えば、上記実施例において運転状態検出手段を構成
している各種センサにも適用できる。

（効果） 本発明によれば、センサ個々の特性のばらつきに拘らず
センサ機能の異常判断や特性の補正を正確に行うことが
でき、センサ情報の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜７図は本発明に係
る内燃機関のセンサ出力補正装置の一実施例を示す図で
あり、第２図はその全体構成図、第３図はその酸素セン
サの分解斜視図、第４図はその酸素センサの断面図、第
５図はその空燃比検出回路の回路図、第６図はその空燃
比と検出電圧との関係を示す図、第７図はその空燃比検
出のプログラムを示すフローチャートである。 １・・・・・・エンジン、 １５・・・・・・運転状態検出手段、 １６・・・・・・コントロールユニット（標準値設定手
段、記憶手段、判別手段、補正手段）、５３・・・・・
・センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）　エンジンの作動に関連する物理量を検出するセン
   サと、 ｂ）　エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 ｃ）　エンジンが所定の標準状態にあるとき経時変化を
   経ていないセンサ出力の標準値を標準初期値としてあら
   かじめ設定された標準値設定手段と、 ｄ）　センサが装着されるとエンジンが所定の標準状態
   にあるときのセンサ出力をそのセンサに特有のセンサ初
   期値として記憶する記憶手段と、 ｅ）　センサ初期値を標準初期値と比較してセンサの初
   期特性の異常を判別するとともに、エンジンが所定の標
   準状態にあるときのセンサ出力をセンサ初期値と比較し
   てセンサの経時変化特性の異常を判別する判別手段と、 ｆ）　前記判別手段により異常なしと判別されたとき標
   準初期値に基づいてエンジンが所定の標準状態にあると
   きのセンサの経時変化特性を前記物理量に対応するよう
   に補正する補正量を求め、この補正量に応じてセンサ出
   力を補正し物理量を算出する補正手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関のセンサ出力補正装
   置。