JP2001241347A

JP2001241347A - 空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2001241347A
Application number: JP2000052371A
Authority: JP
Inventors: Kozo Katogi; 工三加藤木; Toshio Ishii; 俊夫石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】リニア空燃比センサの出力に基づいてエンジ
ンの空燃比を制御し、エンジン始動直後の前記リニア空
燃比センサの活性化前においても空燃比を算出でき、排
気ガス中の有害成分のレベルを低減することができる空
燃比制御装置を提供する。【解決手段】排気管内の排気ガスの空燃比をリニアに
測定するリニア空燃比センサを備えたエンジンの空燃比
制御装置であって、該空燃比制御装置は、前記リニア空
燃比センサの出力信号に基づいて該センサの活性状態を
判定する手段と、該活性判定結果に基づいて前記リニア
空燃比センサの動作を切替える手段と、前記活性判定結
果に基づいて切替えられた空燃比を出力する手段とを備
えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、空燃比制御装置に
係り、特にリニア空燃比センサの出力に基づいて、エン
ジンの始動後から空燃比を制御する空燃比制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】エンジン制御において、有害な排気ガス
のレベルを低減させるには、燃焼室内の空気量と燃料量
との比率を正確な理論空燃比になるように制御すること
が必要である。一方、前記空気量及び燃料量の計測には
誤差があることから、前記比率を理論空燃比にするため
に排気ガスの酸素残量に応じてフィードバックさせ、前
記比率の補正を行っている。

【０００３】従来、この排気ガスの酸素残量は、酸素の
過剰又は不足の２信号を検出するＯ２センサで行われて
いたが、近年の排気ガス規制では、排気ガス中の有害成
分を一層低減させることが要求されており、酸素残量の
有無を検出する前記Ｏ２センサのみでは、酸素がどの程
度残存しているかを測ることができず、前記有害成分の
低減を図ることが困難になっている。そこで、現在で
は、酸素量に比例した空燃比を測定できるリニア空燃比
センサを用いて空燃比制御が行われている。

【０００４】ここで、前記リニア空燃比センサは、その
出力特性がセンサ自身の温度に依存する、すなわちセン
サ温度が低いときには酸素イオンの移動度が無いため、
該リニア空燃比センサの温度が低いエンジン始動直後
等、該センサの活性化前には、空燃比を正確に測定する
ことができないという問題があり、これを解決するため
に、前記リニア空燃比センサを加熱し、該センサの温度
を上昇させて空燃比を測定する空燃比検出装置の技術が
提案されている（例えば、特許第２６２４７３１号公報
参照）。

【０００５】また、前記リニア空燃比センサの活性化前
における前記問題を解決する他の空燃比制御装置として
は、例えば、特開平９−３２６０８号公報、特開平１０
−１１１２７１号公報、特開平１０−２６０１５８号公
報、特開平１０−１１１２７１号公報等の技術が各種提
案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来技
術のうち、特許第２６２４７３１号公報所載の空燃比検
出装置の技術は、前記リニア空燃比センサを加熱するヒ
ータに対する通電時間に基づいてセンサ動作を切替える
手段を有し、該センサ動作を切替える手段の信号に基づ
いて空燃比の制御が行われているが、前記センサは、前
記ヒータのほか、エンジン運転状態の変化に応じた排気
ガスによっても加熱されるものであり、さらに、前記ヒ
ータの発熱量にはばらつきがあることから、より正確に
空燃比を制御する点については考慮がなされていない。

【０００７】また、前記特開平９−３２６０８号公報、
前記特開平１１−１３２０７９号公報等所載の空燃比制
御装置の各技術は、前記リニア空燃比センサの活性化前
には該センサの出力によらないオープン制御等を行うこ
とが示されており、該センサの活性化前の空燃比制御に
ついて示されているものの、前記リニア空燃比センサの
信号に基づいて、エンジン始動後から直ちに空燃比を制
御することについては格別な配慮がなされておらず、該
センサ自身によってエンジン始動後から直ちに有害な排
気ガスのレベルを低減させる点については依然として課
題を残しているものである。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、リニア空
燃比センサの出力に基づいてエンジンの空燃比を制御
し、エンジン始動直後の前記リニア空燃比センサの活性
化前においても空燃比を算出でき、排気ガス中の有害成
分のレベルを低減することができる空燃比制御装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明に係る空燃比制御装置は、基本的には、排気管内
の排気ガスの空燃比をリニアに測定するリニア空燃比セ
ンサを備えたエンジンの空燃比制御装置であって、前記
リニア空燃比センサの出力信号に基づいて該センサの活
性状態を判定する手段と、該活性判定結果に基づいて前
記リニア空燃比センサの動作を切替える手段と、前記活
性判定結果に基づいて切替えられた空燃比を出力する手
段とを備えること、具体的には、前記リニア空燃比セン
サの活性化前には、該センサに排気ガス中の酸素量の有
無を検出させ、前記リニア空燃比センサの活性化後に
は、該センサに排気ガス中の酸素量をリニアに検出させ
ることを特徴としている。

【００１０】前記の如く構成された本発明の空燃比制御
装置は、前記リニア空燃比センサの活性状態を判定する
手段を備え、該センサの活性状態を判定する手段が、前
記リニア空燃比センサの特性を利用し、該センサの活性
化前には通常とは異なる動作から酸素量を検出してその
活性化を判定するので、該センサの活性化前にも該セン
サ自身の信号に基づいてエンジンの空燃比を制御でき、
エンジン始動後から排気ガス中の有害成分の低減が前記
センサで行われ、該センサを有効に用いて制御装置の簡
略化を図ることができる。

【００１１】また、本発明に係る空燃比制御装置の具体
的態様は、前記センサの活性状態を判定する手段が、前
記排気管内の排気ガスと前記リニア空燃比センサ内部と
の酸素濃度比から生ずる起電力に基づいて前記センサの
活性化を判定すること、又は前記空燃比制御装置が、前
記リニア空燃比センサ内部にバイアス電圧を与えるバイ
アス回路を備え、前記センサの活性状態を判定する手段
は、前記バイアス電圧と前記起電力との差から前記セン
サの活性化を判定することを特徴としている。

【００１２】さらに、本発明に係る空燃比制御装置の他
の具体的態様は、前記空燃比制御装置が、エンジン運転
状態に応じて目標空燃比をリッチ側又はリーン側に変化
させ、前記センサの活性状態を判定する手段は、前記起
電力の振幅を算出するとともに、該起電力の振幅に所定
の閾値を設け、前記起電力が、前記所定の閾値に達する
前には前記センサの活性化前と判定し、前記所定の閾値
に達した後には前記センサの活性化を判定し、前記セン
サの動作を切替える手段及び前記空燃比を出力する手段
に信号を出力することを特徴としている。

【００１３】さらにまた、本発明に係る空燃比制御装置
の具体的態様は、前記空燃比制御装置が、前記リニア空
燃比センサの温度を測定若しくは推定する手段を備え、
前記センサの活性状態を判定する手段は、前記酸素濃度
比による所定範囲の閾値を設けるとともに、該所定範囲
の閾値の中間に前記センサの温度に応じた基準値を設
け、前記起電力が、前記基準値よりも大きいときには前
記センサの活性化前と判定し、前記基準値よりも小さい
ときには前記センサの活性化を判定し、前記センサの動
作を切替える手段及び前記空燃比を出力する手段に信号
を出力することを特徴としている。

【００１４】また、本発明に係る空燃比制御装置の他の
具体的態様は、前記空燃比制御装置が、前記閾値若しく
は前記基準値と前記起電力とを比較してリッチ・リーン
を判定し、該判定結果に基づいて前記エンジンの空燃比
を制御すること、又は前記リニア空燃比センサが、セン
サ加熱手段を備え、前記センサの活性状態を判定する手
段は、前記起電力に前記センサ加熱手段に供給される電
力及び前記排気ガスの温度を考慮して前記センサの活性
化を判定することを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明に係る
空燃比制御装置の実施形態を詳細に説明する。図１は、
本実施形態の空燃比制御装置を備えたエンジンシステム
の全体構成図である。

【００１６】エンジン１００は３気筒からなり、各気筒
１０７に導入される空気は、エアクリーナ１０６から取
り入れられて吸気管１０８内に入る。該吸気管１０８に
は、吸入空気量Ｑａを調整するスロットル弁１０４、前
記吸気管１０８内の圧力を検出する吸気管圧力センサ１
１４が、各々の適宜位置に配置される。また、前記吸気
管１０８には、前記スロットル弁１０４をバイパスし、
エンジン１００のアイドル運転時のエンジン回転数が目
標回転数になるように制御するアイドルスピードコント
ロールバルブ（ＩＳＣバルブ）１０５が適宜位置に配置
される。

【００１７】燃料は、燃料タンク１０１４から燃料ポン
プ１０１１を介して燃圧制御弁１０１２に輸送され、該
燃圧制御弁１０１２で一定の燃料圧力とされる。前記ス
ロットル弁１０４で流量調整された空気は、前記気筒１
０７の上流側に配設される燃料噴射弁（インジェクタ）
１０１から噴射された燃料と混合されて各気筒１０７に
供給・燃焼される。

【００１８】前記各気筒１０７で燃焼した燃料の排ガス
は、排気管１０９を通じて触媒１１８に導かれ、浄化さ
れた後に排出される。排気管１０９には、排気空燃比
（酸素濃度）に対してリニアな空燃比信号を出力するリ
ニア空燃比センサ１１６が適宜位置に配置されている。
さらに、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１
１１、及びエンジン冷却水温を検出する水温センサ１１
０等が、前記エンジン１００の各々の適宜位置に配置さ
れている。

【００１９】前記吸気管圧力センサ１１４、吸入空気流
量計１１５、前記リニア空燃比センサ１１６、スロット
ルポジションセンサ１１３、前記水温センサ１１０、前
記クランク角センサ１１１並びにカム角センサ１１２等
からの各出力信号は、後述する空燃比制御装置１２０Ａ
を備えたエンジン制御装置１２０に各々入力される。

【００２０】該エンジン制御装置１２０は、車体あるい
はエンジンルーム内に配置され、前記種々のセンサから
出力される電気的な信号に基づいて、所定の演算処理を
行ない、運転状態に最適な制御を行うべく、前記インジ
ェクタ１０１の開閉、点火コイル１０３を介した点火プ
ラグ１０２の駆動、及び前記ＩＳＣバルブ１０５の開閉
等を行う信号を各々出力する。

【００２１】図２は、前記エンジン制御装置１２０の内
部構成を示したものである。該エンジン制御装置１２０
の内部は、マイクロコンピュータ４０１、多数の制御プ
ログラム及びデータを格納させたＲＯＭ４０２、計算結
果等が一時的に格納されるＲＡＭ４０３、前記エンジン
１００の各種センサからの信号を取り込む入力回路４０
４、前記マイクロコンピュータ４０１に所定時間割り込
みを発生させるタイマ又はクロック回路（図示省略）、
前記マイクロコンピュータ４０１の指令によりオンオフ
可能な出力回路４０６等から構成される。

【００２２】具体的には、エンジン制御装置１２０は、
吸気管圧力センサ１１４又は吸入空気流量計１１５の出
力を取り込み、センサ信号電圧を所定のテーブル変換に
基づいて単位時間当たりの実際の吸入空気量Ｑａを算出
するとともに、クランク角センサ１１１のパルス信号を
計測し、所定時間内のパルス数又はパルスエッジの時間
間隔ＴＤＡＴＡに応じてエンジン１００の回転数ＮＤＡ
ＴＡを計算する。そして、前記吸入空気量Ｑａを前記回
転数ＮＤＡＴＡで除し、さらに気筒数で除することによ
り、１気筒の１回毎の吸入空気量Ｑａｃｙｌを計算す
る。

【００２３】次に、該吸入空気量Ｑａｃｙｌにインジェ
クタ１０１の流量特性から求められる所定の係数ＫＴＩ
を乗じて、該吸入空気量Ｑａｃｙｌで燃焼できる燃料噴
射量ＴＩが求められ、空燃比制御補正量ＡＬＰＨＡｎを
含んだ補正係数ＣＯＥＦｎを乗じてインジェクタ１０１
を所定時間開弁させることにより、必要とする燃料量を
噴射して、１燃焼毎の混合気を生成する。なお、燃料噴
射量ＴＩの算出は、次の式（１）に基づいて行われる。

【００２４】

【数１】ＴＩ＝ＣＯＥＦｎ×ＫＴＩ×Ｑａｃｙｌ（１）

【００２５】ここで、ＣＯＥＦｎは補正係数であり、該
補正係数ＣＯＥＦｎの算出は、次の式（２）に基づいて
行われる。

【００２６】

【数２】ＣＯＥＦｎ＝１＋ＡＬＰＨＡｎ＋増量補正項（２）

【００２７】なお、添え字ｎは気筒番号であり、気筒１
０７別に制御する場合には、ｎを１から気筒番号毎に別
々のパラメータとする。また、前記吸入空気量Ｑａｃｙ
ｌは、エンジン１００の出力に比例するので、前記吸入
空気量Ｑａｃｙｌに乗数を乗じて最大の出力時を１００
％とする負荷率ＬＤＡＴＡに換算することができる。

【００２８】また、リニア空燃比センサ１１６は、排気
管１０９の排気ガス中に含まれる残存酸素量を検出、排
気ガスの実空燃比（ＲＡＢＦｎ）を測定し、その酸素濃
度に応じた電圧信号をエンジン制御装置１２０に出力す
る。そして、気筒１０７別に前記実空燃比と目標空燃比
（ＴＡＢＦｎ）とを比較し、実空燃比が目標空燃比より
も高い場合（リーン状態）には、前記空燃比補正係数Ａ
ＬＰＨＡｎを大きく、一方、低いとき（リッチ状態）に
は、前記空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎを小さく補正す
る。なお、測定するタイミングは、エンジン１００のク
ランク軸の回転に同期したレファレンスセンサ割り込み
毎、又は一定の時間毎に行っており、例えば、基準角度
パルスとしてのクランク角センサ１１１の出力信号、又
は気筒判別パルスとしてのカム角センサ１１２の出力信
号に基づいて、波形整形入力回路４０５を介してマイク
ロコンピュータ４０１に割込みを発生させて行われる。

【００２９】そして、前記計算結果は、アウトプットコ
ンペア回路４０６１で現在の時間に計算値を加算してコ
ンペアマッチを起こさせて、必要燃料量に対応した時間
分のインジェクタ１０１を開弁させ、同時に、前記回転
数ＮＤＡＴＡ及び前記負荷率ＬＤＡＴＡによって設定さ
れる点火時期を求めて点火出力を出し、パルス出力によ
り点火コイル１０３を介して点火プラグ１０２を駆動さ
せる。さらに、出力ポート４０６２を介して後述するセ
ンサ動作切替手段３６２に信号を出力する。

【００３０】なお、前記エンジン制御装置１２０は、通
信手段４０７を備えており、該通信手段４０７によりマ
イクロコンピュータ４０１内の制御パラメータをモニタ
することができ、後述する異常診断の結果を表示するこ
とができる。

【００３１】図３は、前記リニア空燃比センサ１１６の
構成とその特性を示す図であり、該リニア空燃比センサ
１１６は、（ａ）に示すように、所定の酸素濃度に保た
れた大気導入室１１６１と、排気ガスに曝された排ガス
測定室１１６２とからなり、両端に空燃比測定用の電流
（空燃比測定電流）を流して、大気導入室１１６１と排
ガス測定室１１６２との酸素濃度比が一定になるように
される。

【００３２】すなわち、排ガス測定室１１６２の酸素濃
度が大気導入室１１６１の酸素濃度よりも小さい場合に
は、前記空燃比測定電流を排ガス測定室１１６２から大
気導入室１１６１に向けて流し、大気導入室１１６１内
の酸素を排ガス測定室１１６２に移動させて、排ガス測
定室１１６２の酸素濃度を増やす。一方、排ガス測定室
１１６２の酸素濃度が大気導入室１１６１の酸素濃度よ
りも大きい場合には、前記空燃比測定電流を大気導入室
１１６１から排ガス測定室１１６２に向けて流し、排ガ
ス測定室１１６２内の酸素を大気導入室１１６１に移動
させて、大気導入室１１６１の酸素濃度を増やす。

【００３３】そして、大気導入室１１６１と排ガス測定
室１１６２との酸素濃度比に応じたリニア空燃比センサ
１１６の出力電圧が一定になるように、前記空燃比測定
電流をフィードバックさせることにより、該空燃比測定
電流が排気空燃比に比例することになる。なお、大気導
入室１１６１の酸素濃度を大気基準とする場合には、大
気との酸素濃度比を測定するので、酸素をため込む部屋
を必要としないが、大気導入室１１６１の酸素濃度を大
気の酸素濃度よりも微小の酸素濃度とする場合には、大
気又は排気ガスに含まれる酸素から所定の酸素濃度を作
成するので、酸素をため込む部屋が必要になる。このと
きには、大気導入室１１６１の酸素濃度を一定にするた
めに、空燃比測定電流とは異なる一定の電流を流して酸
素濃度を保つことになる。

【００３４】ここで、前記リニア空燃比センサ１１６
は、排気空燃比に対する空燃比測定電流は（ｂ）に示す
ように、大気導入室１１６１の酸素濃度をストイキ点相
当の微小の酸素濃度にすると、空燃比測定電流が、前記
ストイキ点よりもリッチ側では小さく、前記ストイキ点
よりもリーン側では大きくなるという特性が得られ、酸
素量に比例した値になる。一方、定電流源として前記空
燃比測定電流を一定にすると、大気導入室１１６１と排
ガス測定室１１６２の各電極間には酸素電池電圧（大気
導入室電圧）が生じ、排気空燃比に対する前記電極間電
圧は（ｃ）に示すように、ストイキ点を挟んで約１．０
Ｖの電圧が生じる場合と生じない場合の特性が得られる
ことが分かる。これは、エンジン停止時には排気管１１
９内に大気が導入されており、エンジン始動後の排気ガ
スの酸素濃度は高くなるので、酸素濃度比は１になって
大気導入室電圧はゼロになるが、排気ガス中の酸素濃度
が低くなると、酸素濃度比が大きくなるので、酸素濃度
比に対応した約０．８Ｖから１．０Ｖ程度の起電力たる
大気導入室電圧が生じるからである。

【００３５】したがって、本実施形態の空燃比制御装置
１２０Ａは、前記リニア空燃比センサ１１６の活性化前
には、図３（ｃ）に示すように、大気導入室１１６１と
排ガス測定室１１６２との酸素濃度比から生ずる大気導
入室電圧から排気ガス中の酸素濃度を擬制し、前記大気
導入室電圧に基づいて前記センサ１１６の活性化を判定
するとともに、空燃比を測定する。一方、前記リニア空
燃比センサ１１６の活性化後には、該リニア空燃比セン
サ１１６の動作を切替えて、図３（ｂ）に示すように、
酸素量に比例した空燃比を測定して空燃比制御を行うも
のであり、エンジン１００の始動直後におけるセンサ温
度が低い場合にも、大気導入室１１６１に流れる電流の
変化に依存することなく、リニア空燃比センサ１１６自
身の出力信号に基づいて空燃比制御を行っている。な
お、エンジン始動直後から大気導入室に電流を流す場合
には、該大気導入室の抵抗に応じた抵抗分だけ電圧が重
畳する。この場合、酸素濃度比によらず電圧が生じるの
で、初期状態からの電圧変化量に応じて酸素濃度比を推
定することができる。

【００３６】図４は、前記空燃比制御装置１２０Ａの制
御ブロック図である。該空燃比制御装置１２０Ａは、前
記リニア空燃比センサ１１６の活性化前にバイアス電圧
を与えるバイアス回路ブロック３４０と、該リニア空燃
比センサ１１６に生じる起電力たる大気導入室電圧を検
出して前記センサ１１６の活性状態を判定する活性化判
定手段３６１と、該活性状態の判定結果に基づいて前記
センサ１１６の動作を切替えるセンサ動作切替手段３６
２と、前記活性状態の判定結果に基づいて切替えられた
前記エンジン１００の空燃比を出力する空燃比出力手段
３６３と、リニア空燃比センサ１１６の活性化後に前記
空燃比測定電流を流す空燃比測定電流ブロック３６０と
を備えている。

【００３７】前記バイアス回路ブロック３４０は、前記
リニア空燃比センサ１１６の活性化前には、前記大気導
入室電圧の値とは異なるバイアス電圧を前記リニア空燃
比センサ１１６にかけて定電流源の機能を果たすもので
ある。

【００３８】前記活性化判定手段３６１は、活性化前の
前記センサ１１６に与えられたバイアス電圧と前記大気
導入室電圧とを監視し、該バイアス電圧と大気導入室電
圧との差を求め、該差の変化が所定値に達したか否かで
判定しており、これにより、前記リニア空燃比センサ１
１６の活性化前には、該センサ１１６に排気ガス中の酸
素量の有無を検出させる。

【００３９】具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示すよう
に、前記空燃比制御装置１２０Ａは、バイアス電圧を初
期状態であるエンジン始動時の大気導入室電圧とは異な
る値、例えばバイアス電圧を０．３Ｖ程度とし、エンジ
ン運転状態に応じて目標空燃比をリッチ側（約１４．
５）又はリーン側（約１５）に意図的に変化させ、前記
大気導入室電圧と前記バイアス電圧との電圧差の振幅を
算出し、前記振幅の間には、Ｏ２動作判定電圧たる第一
の閾値及びセンサ活性化判定電圧たる第二の閾値とを設
け、前記閾値と前記電圧差とを比較して前記活性化判定
手段３６１にセンサ１１６の活性化を判定させ、前記電
圧差が、前記センサ活性化判定電圧に達する前であっ
て、前記Ｏ２動作判定電圧を超えると該センサ１１６の
活性前と判定し、前記電圧差が、前記センサ活性化判定
電圧に達した後には該センサ１１６の活性後と判定し、
そして、前記閾値と前記電圧差との比較からリッチ・リ
ーンを判定して空燃比を推定することができ、前記セン
サ１１６の動作切替えの早期化を図ることができる。

【００４０】前記センサ動作切替手段３６２は、前記活
性化判定手段３６１の判定結果に基づき動作するもので
あり、活性化前にはバイアス回路ブロック３４０を介し
てセンサ１１６に排気ガス中の酸素量の有無を検出さ
せ、活性化した場合には、バイアス回路ブロック３４０
を空燃比測定電流ブロック３６０に切替えて、前記リニ
ア空燃比センサ１１６に排気ガス中の酸素量をリニアに
検出させる。

【００４１】前記空燃比出力手段３６３は、前記活性化
判定手段３６１の判定結果が随時入力され、前記センサ
１１６の活性化前であるエンジン始動直後には、前記大
気導入室電圧に応じた酸素濃度比から実空燃比ＲＡＢＦ
ｎを推定する。一方、前記センサ１１６の活性化後に
は、空燃比測定電流に応じた排気空燃比から実空燃比Ｒ
ＡＢＦｎを求めており、前記活性化判定手段３６１の出
力信号に基づいて、エンジン始動直後から前記センサ１
１６の信号から求められた空燃比をエンジン制御装置１
２０の燃料噴射量補正手段３０２に出力している。

【００４２】前記実施形態の空燃比制御装置１２０Ａ
は、電位差がＯ２動作判定電圧に達するまではエンジン
始動状態と判別することができないが、センサ１１６が
加熱されて前記センサ活性化判定電圧に達するまでは、
排気ガスのリッチ・リーン状態に応じて電位差が変化す
るので、ストイキでの空燃比制御が可能になる。

【００４３】そして、センサ１１６が活性化した後は、
バイアス回路ブロック３４０をオフにして空燃比測定電
流ブロック３６０に切替え、センサ１１６に空燃比測定
電流を流す。該センサ１１６に流れる電流値が、排気ガ
スの空燃比に比例することになり、電流を測定用抵抗に
流して、両端に生じる電圧差をＡ／Ｄ変換し、電圧値を
実空燃比ＲＡＢＦｎに変換する。なお、抵抗の両端をそ
れぞれＡ／Ｄ変換し、該Ａ／Ｄ変換値の差分を求めて電
圧としてもよい。

【００４４】なお、エンジン始動直後にリニア空燃比セ
ンサ１１６の温度を素早く上昇させて活性化させるに
は、センサ加熱手段、例えばヒータ等を用い、該ヒータ
に供給する電力を通常よりも大きく設定することがある
が、センサ温度は、前記ヒータに供給される電力及び排
気ガスの温度で変化するものである。よって、熱伝対等
の温度センサを空燃比センサに取付けるほか、前記ヒー
タの発熱量及び前記排気ガスの温度から前記センサ温度
を推定することができる。すなわち、前記ヒータに供給
される電力は、該ヒータに印可される電圧にヒータ電流
を乗じることにより電力に応じた温度を求め、さらに、
前記排気ガスの温度は、予め測定されたエンジン回転数
ＮＤＡＴＡとエンジン負荷ＬＤＡＴＡとによるマップ値
から求めることができ、前記活性化判定手段３６１は、
前記大気導入室電圧にこれらを加味してセンサ１１６の
活性化を判定することができる。

【００４５】また、大気導入室１１６１の電圧値はセン
サ温度に依存するので、その電圧値からセンサ温度を推
定することが可能であり、前記空燃比制御装置１２０Ａ
が、前記リニア空燃比センサ１１６の温度を測定若しく
は推定する手段を備えている場合の活性化判定手段３６
１は、図６に示すように、例えば、活性化前の前記セン
サ１１６に与えられた大気導入室電圧よりも大きな約５
Ｖのバイアス電圧と前記大気導入室電圧とを監視し、該
バイアス電圧と大気導入室電圧との電圧差を求め、該電
圧差の変化が所定値に達したか否かで判定しており、こ
れにより、前記リニア空燃比センサ１１６の活性化前に
は、該センサ１１６に排気ガス中の酸素量の有無を検出
させる。なお、図６の酸素移動度に依存した抵抗値と
は、定電流源と擬制できる高い値を有するものであり、
センサ温度が高くなると抵抗値が低下し、電圧が低下す
る。

【００４６】そして、図７（ａ）に示すように、大気導
入室１１６１の酸素濃度比が１より大きい場合の閾値
（電圧値）から該酸素濃度比が１の場合の閾値（電圧
値）の範囲の中間に、直接測定された温度又は推定され
た前記センサ１１６の温度に応じた基準値（中間電圧）
を設け、前記電圧差が、酸素濃度比が１より大きい場合
の電圧値と前記中間電圧の範囲内にあるときには、前記
活性化判定手段３６１が前記センサの活性化前と判定
し、前記電圧差が、前記中間電圧と前記酸素濃度比が１
の場合の電圧値の範囲内にあるときには、前記活性化判
定手段３６１がセンサ温度の所定値以上による前記セン
サの活性化を判定し、前記センサ動作切替手段３６２及
び前記空燃比出力手段３６３に信号を出力する。そし
て、センサ１１６の動作を切替えて大気導入室電圧によ
らず空燃比測定電流を流すことにより、酸素濃度に応じ
た空燃比を測定する。

【００４７】フローとしては、エンジン始動後、バイア
ス電圧をかけるようにポートを設定する。なお、ヒータ
を有する場合には通電を開始し、大気導入室１１６１の
電圧を測定する。そして、バイアス電圧と大気導入室１
１６１との電圧差が所定の閾値を切ったときに、活性化
と判断し、バイアス電圧回路を切り離して排ガス空燃比
測定電流を流す。

【００４８】そして、大気導入室１１６１の電圧による
空燃比推定を行う場合には、予め目標空燃比、又は空燃
比制御補正量に所定の変化を与えて、大気導入室電圧が
上下することを確認することにより、空燃比センサとし
て動作でき、空燃比制御が可能になる。

【００４９】例えば、図７（ｂ）に示すように、基本燃
料噴射量計算手段からの信号に空燃比補正量等を乗じ
て、該空燃比補正量を１００％よりも大きな値、若しく
は１００％よりも小さな値を設定して、実燃料噴射量を
増減させる。これにより、排気ガスの空燃比はリーン又
はリッチ状態となり、リニア空燃比センサ１１６がこれ
に対応した値を取るので、両者の中間電圧の値をストイ
キの基準値として設定することができる。

【００５０】さらに、バイアス電圧と大気導入室電圧と
の電圧差が所定値以上又は所定値以下になったとき、セ
ンサ１１６が十分加熱されたことを示し、ヒータを有す
る場合には供給電力を下げ、エンジン回転数とエンジン
負荷に応じて求められる電力をヒータに供給する。

【００５１】図８は、エンジン制御装置１２０の制御ブ
ロック図である。該エンジン制御装置１２０は、前記空
燃比制御装置１２０Ａ、目標空燃比計算手段３０１、燃
料噴射量補正手段３０２、燃料噴射量計算手段３０５、
駆動回路たる燃料噴射手段３０６を備え、さらに、後述
するリニア空燃比センサ診断手段３０２、リニア空燃比
センサ異常時切替手段３０３、回転変動計算手段３０４
を備えている。

【００５２】前記目標空燃比計算手段３０１は、吸気管
圧力センサ１１４又は吸入空気流量計１１５のデータ３
２０に基づいた負荷率ＬＤＡＴＡと、クランク角センサ
１１１のデータ３１１に基づいた回転数ＮＤＡＴＡとか
ら、エンジン１００の運転領域を検出し、目標空燃比Ｔ
ＡＢＦｎを計算する。

【００５３】前記空燃比制御装置１２０Ａの前記空燃比
出力手段３６３からの実空燃比ＲＡＢＦｎの信号は、燃
料噴射量補正手段３０２で前記目標空燃比ＴＡＢＦｎと
比較して前記空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎを補正し、該
空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎに基づいて燃料噴射量計算
手段３０５で燃料噴射量ＴＩが求められ、該燃料噴射量
ＴＩに基づいて燃料噴射手段３０６を介してインジェク
タ１０１を駆動させる。

【００５４】また、前記リニア空燃比センサ診断手段３
０２は、後述するリニア空燃比センサ１１６の異常を診
断するものであり、該診断結果が異常を示したときに
は、前記燃料噴射量補正手段３０２及び前記リニア空燃
比センサ異常時切替手段３０３に信号が出力される。そ
して、該リニア空燃比センサ異常時切替手段３０３を介
して前記回転変動計算手段３０４に異常時の信号が出力
され、前記目標空燃比計算手段３０１及び前記燃料噴射
量補正手段３０２に回転変動が出力される。なお、前記
回転変動計算手段３０４は、エンジン１００の負荷が小
さい場合には、前記目標空燃比計算手段３０１及び前記
燃料噴射量補正手段３０２に回転変動を出力している。

【００５５】図９は、前記リニア空燃比センサ１１６の
信号の取り込みを示す図である。前記リニア空燃比セン
サ１１６からの信号は、各気筒１０７毎に行われ、前記
カム角センサ１１２による各気筒１０７の基準角度位置
信号（カム角信号）を起動タイミングとし、回転数ＮＤ
ＡＴＡ、負荷率ＬＤＡＴＡ又は吸入空気量Ｑａに応じて
各気筒１０７毎のディレイ時間を設け、その時点のデー
タを該当気筒１０７の空燃比として取り込んでおり、こ
れにより、排気弁１１７からリニア空燃比センサ１１６
の取付位置までの排気ガスの移動時間遅れを補償するこ
とができる。

【００５６】図１０乃至図１４は、前記目標空燃比計算
手段３０１による目標空燃比ＴＡＢＦｎの設定について
示したものであり、該目標空燃比ＴＡＢＦｎは各気筒１
１７毎に設定される。図１０は、回転数ＮＤＡＴＡ及び
負荷率ＬＤＡＴＡに対するエンジンの運転領域に応じた
目標空燃比ＴＡＢＦｎの設定範囲について示しており、
エンジン１００の負荷が小さい場合には、目標空燃比Ｔ
ＡＢＦｎをリーンにして希薄燃焼を行う。なお、希薄燃
焼を行うとＮＯｘが出るので、触媒１１８にはＮＯｘを
吸着できるものを使う。

【００５７】また、エンジン１００が中負荷の場合に
は、目標空燃比ＴＡＢＦｎをストイキにして触媒１１８
の３元点付近にて空燃比を制御し、排気ガス浄化を行
う。さらに、エンジン１００が高負荷の場合には、目標
空燃比ＴＡＢＦｎをリッチにしてパワーを目指すが、排
気ガス温度が異常に高くなることを防ぐ必要がある。な
お、触媒１１８の温度が低い場合には、該触媒１１８の
浄化ができないため、少なくともＨＣの排出量を抑える
ためにリーンにしている。

【００５８】図１１は、エンジン始動時間に対する目標
空燃比ＴＡＢＦｎの設定を示しており、エンジン始動後
には、目標空燃比ＴＡＢＦｎの初期値をリーン状態に
し、徐々にストイキに移行する。ここで、エンジン１０
０の負荷が小さい場合には、一般にリーン領域では、回
転変動が大きく、運転性に悪影響を与えることになるの
で、このときには、リニア空燃比センサ１１６の出力に
よらず、前記回転変動計算手段３０４で回転変動を求め
て目標空燃比ＴＡＢＦｎを補正することが必要になる。

【００５９】図１２は、前記回転変動の算出について示
す図であり、該回転変動は、各気筒１０７の基準角度位
置の時間間隔ＴＤＡＴＡを測定することにより算出され
る。まず、各気筒１０７のＴＤＡＴＡ［ｉ］（ｉ：１〜
気筒数）に基づいて、式（３）に示すように前記時間間
隔ＴＤＡＴＡと所定値ＫＤＡＴＡとから回転数ＮＥＬＥ
を求める。

【００６０】

【数３】ＮＥＬＥ＝ＫＤＡＴＡ／ＴＤＡＴＡ（３）

【００６１】そして、回転変動率ｄＮは、前記回転数Ｎ
ＥＬＥの関数とされ、該算出関数ｆ（ＮＥＬＥ）は、次
のように計算される。例えば、ＩＩＲフィルタ形式によ
り算出する場合には、式（４）に示すように、前記回転
数ＮＥＬＥにｋｉ０を乗じた値を入力とし、過去の演算
値ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−１］、ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−２］に
それぞれ係数ｋｉ１、ｋｉ２を乗じて和を新規の演算値
ｄＮｔｅｍｐとする。

【００６２】

【数４】ｄＮｔｅｍｐ＝ｋｉ０×ＮＥＬＥ＋ｋｉ１×ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−１］＋ｋｉ２×ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−２］（４）

【００６３】そして、式（５）に示すように、これらの
演算値に係数ｋｏ１、ｋｏ２を乗じて和を回転変動率ｄ
Ｎとする。

【００６４】

【数５】ｄＮ＝ｄＮｔｅｍｐ＋ｋｏ１×ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−１］＋ｋｏ２×ｄＮｔｅｍｐ［ｉ−２］（５）なお、計算方法はＩＩＲに限定されるものではなく、Ｆ
ＩＲ形でもよく、また、前記時間間隔ＴＤＡＴＡから直
接計算してもよい。

【００６５】図１３は、回転変動がある場合の前記目標
空燃比ＴＡＢＦｎの補正を示したものであり、前記回転
変動率ｄＮに応じて目標空燃比ＴＡＢＦｎをストイキ又
はリッチ状態に補正する。また、同時に点火時期につい
ても補正を行う。

【００６６】なお、リーン状態で運転している場合には
着火性が悪いため、前記点火時期を基準角度位置（ＴＤ
Ｃ）付近にする必要があることから、各気筒１０７毎の
点火時期については、ＴＤＣ方向への遅角側にはすぐに
点火時期が変化し、進角側には単位時間又は単位クラン
ク回転当たり所定の変化量のみ点火時期を進めるダイナ
ミックリミテーションを施すこととする。

【００６７】すなわち、図１４に示すように、リーン状
態にある気筒１０７には遅角側の点火時期とし、その
後、ストイキに戻っても前記点火時期を通常位置に戻す
のではなく、所定の回転数に亘りΔＤＬＳ分だけ前記点
火時期を進めるようにして、着火性を確保しながら前記
回転変動を抑えることができる。図１５は、前記リニア
空燃比センサ１１６の活性化後におけるエンジン制御装
置１２０の空燃比制御を示したものである。

【００６８】前記エンジン制御装置１２０では、前記リ
ニア空燃比センサ１１６が活性化した後には、該センサ
１１６によるリニアな酸素量の検出信号に基づいて前記
実空燃比ＲＡＢＦｎを取り込んでおり、該実空燃比ＲＡ
ＢＦｎと前記目標空燃比計算手段３０１の目標空燃比Ｔ
ＡＢＦｎとを比較してその差分ＤＡＢＦｎ（ＴＡＢＦｎ
−ＲＡＢＦｎ）を求め、該差分ＤＡＢＦｎに基づいて、
前記実空燃比ＲＡＢＦｎが前記目標空燃比ＴＡＢＦｎに
一致するようにＰＩＤ制御を行う。

【００６９】すなわち、式（６）に示すように、比例部
の係数ＫＰ、積分部の係数ＫＩ、微分部の係数ＫＤをそ
れぞれ求め、差分ＤＡＢＦｎに基づいて空燃比補正量Ａ
ＬＰＨＡｎを求めている。

【００７０】

【数６】ＡＬＰＨＡｎ＝ＫＰ×ＤＡＢＦｎ＋ＫＩ×ＩＤＡＢＦｎ＋ＫＤ×ＤＤＡＢＦｎ（６）

【００７１】ここで、ＩＤＡＢＦｎはＤＡＢＦｎの積算
値であり、式（７）のように示される。

【００７２】

【数７】ＩＤＡＢＦｎ＝ＤＡＢＦｎ＋ＩＤＡＢＦｎ（ｉ−１）（７）

【００７３】また、ＤＤＡＢＦｎはＤＡＢＦｎの前回値
との差分であり、式（８）のように示される。

【００７４】

【数８】ＤＤＡＢＦｎ＝ＤＡＢＦｎ−ＤＡＢＦｎ（ｉ−１）（８）

【００７５】なお、比例部の係数ＫＰ、積分部の係数Ｋ
Ｉ、微分部の係数ＫＤは、それぞれ運転状態からマップ
又はテーブル検索により求められる値である。次に、前
記エンジン制御装置１２０における空燃比制御の診断を
説明する。図１６は、前記エンジン制御装置１２０の前
記リニア空燃比センサ診断手段３０２の一例を示したも
のであり、診断項目には、リニア空燃比センサ１１６自
体の異常検出と制御値の異常検出とがあり、この診断結
果は、前記リニア空燃比センサ異常時切替手段３０３に
出力される。

【００７６】まず、ケース（１）に示すように、リニア
空燃比センサ１１６からの信号電圧が、正常範囲（上限
値から下限値）外の場合、又はケース（２）に示すよう
に、各気筒１０７毎に空燃比を変えて運転しているとき
にもリニア空燃比センサ１１６の信号出力が変化しない
場合には、センサ１１６の異常と判定される。この場合
には、各気筒１０７毎に空燃比を変えて制御することを
中止してストイキで運転させる。

【００７７】次に、ケース（３）に示すように、燃料カ
ット時にリニア空燃比センサ１１６の出力がリーン状態
を示さない場合には、リーン側異常と診断され、さら
に、ケース（４）に示すように、スロットル全開時若し
くは低水温時に燃料増量を行っているときに、リニア空
燃比センサ１１６の出力がリッチ状態を示さない場合に
は、リッチ側の異常と診断される。

【００７８】図１７は、前記リニア空燃比センサ診断手
段３０２からの信号に基づく空燃比制御を示しており、
リニア空燃比センサ１１６が正常の場合には、該センサ
１１６及び前記ＰＩＤ制御側において制御が行われるの
に対し、センサ１１６が異常の場合には、前記センサ異
常時切替手段３０３を介して前記大気導入室電圧及びス
キップ・積分制御側に切替えられ、リニア空燃比センサ
１１６の動作を切替えて大気導入室１１６１の信号電圧
を従来のＯ２センサ信号と同等に扱う。そして、前記大
気導入室電圧が後述する正常範囲内にあるときには、ス
キップと積分による空燃比補正をし、空燃比制御を行
う。

【００７９】さらに、前記エンジン制御装置１２０にお
けるフェイルセーフについて説明する。図１８及び図１
９は、前記リニア空燃比センサ１１６が異常と診断され
た場合における閾値の設定について示したものである。

【００８０】前記リニア空燃比センサ診断手段３０２で
センサ１１６が異常と診断された場合には、リニア空燃
比センサ１１６の信号による空燃比制御が中止され、目
標空燃比ＴＡＢＦｎをストイキ又はリッチとし、希薄燃
焼を停止する。そして、リニア空燃比センサ１１６の大
気導入室１１６１と排ガス測定室１１６２との酸素濃度
比によって発生する酸素電池電圧たる大気導入室電圧を
リッチ・リーン判定に用いている。

【００８１】該大気導入室電圧をストイキに相当する電
圧ＶＲＬで判定し、リッチ側とリーン側に判別する。も
し、燃料カット時に大気導入室電圧がリーン状態を示せ
ば、少なくともリーン側のフェイルセーフは可能であ
り、また、加速時又は全開運転時に大気導入室電圧がリ
ッチ状態を示せば、リッチ側のフェイルセーフが可能で
ある。

【００８２】前記電圧ＶＲＬは、リニア空燃比センサ１
１６の異常状態によって変化させる。すなわち、リニア
空燃比センサ１１６がリーン側異常の場合には、前記電
圧ＶＲＬをリッチ側にシフトして、リッチ・リーン判定
の機会を平衡させる。一方、リニア空燃比センサ１１６
がリッチ側異常の場合には、前記電圧ＶＲＬをリーン側
にシフトして、リッチ・リーン判定の機会を平衡させ
る。

【００８３】そして、図２０に示すように、（ａ）に示
す前記電圧ＶＲＬを基準に（ｂ）に示す前記リッチ・リ
ーン判定結果に基づき、リッチ状態であれば燃料補正量
を所定の変化量でリーンにし、リーン状態であれば燃料
補正量を所定の変化量でリッチ側に補正する。なお、変
化を与える間隔は、一定時間毎又はカム角信号毎に行
う。

【００８４】このような補正により、リッチ状態からリ
ーン状態、若しくはリーン状態からリッチ状態に変化し
た場合には、（ｃ）に示すように、燃料補正量に大きな
スキップ分変化を与えて、ストイキ付近でのスイッチン
グを行うこととする。なお、前記フェイルセーフは、目
標空燃比を一定にし、燃料補正量を変化させたが、実空
燃比に変化を与えてもよいものである。

【００８５】この場合、前記リッチ・リーン判定結果に
基づき、センサ異常を検出したときに初期値として実空
燃比をストイキとし、リッチ状態であれば実空燃比を所
定の変化量でリーンとする。リーン状態であれば実空燃
比をリッチ側とする。そして、リッチ状態からリーン状
態、若しくはリーン状態からリッチ状態に変化した時に
は、実空燃比に大きなスキップ変化を与え、このフェイ
ルセーフ時の実空燃比がストイキである目標空燃比に一
致するように空燃比制御を行う。

【００８６】また、前記ヒータたる加熱手段を有する場
合のリニア空燃比センサによる空燃比測定においては、
前記ヒータが断線している場合、若しくはエンジン制御
装置内のヒータ電流駆動トランジスタが破損している場
合には、リニア空燃比センサは動作しないが、エンジン
の運転状態が高負荷状態であれば排気ガス温度が高いの
で、ヒータが断線してもリニア空燃比センサが加熱され
るので、空燃比測定が可能である。なお、ヒータ断線又
はトランジスタ破損を検出したときには、ヒータ駆動を
停止し、エンジンの運転状態が低負荷状態であればリニ
ア空燃比センサの空燃比測定を禁止する。

【００８７】さらに、リニア空燃比センサが異常と診断
される場合には、該リニア空燃比センサの温度が原因の
場合もあるので、少なくともリニア空燃比センサの温度
を確保するために、リニア空燃比センサのヒータに印可
する電圧を一定又は運転状態に応じて変化させて、セン
サ温度を保つようにすることも考えられる。この場合、
運転状態に応じたセンサ温度を推定し、リニア空燃比セ
ンサ出力に温度に応じた補正を加えてもよいものであ
る。

【００８８】さらにまた、キャニスタパージを行ってい
る場合には、キャニスタに蓄えられた蒸発燃料が少量吸
入管側に導入されたとき、導入された空気に含まれる燃
料濃度がリッチ状態であれば、吸入空気はリッチ側にな
り排気ガスには未燃焼分のＨＣが多くなるので、一時的
にリーン側にならなくなり、リーン側異常と誤診断され
る可能性がある。一方、キャニスタからの燃料濃度がリ
ーンであれば逆にリッチ側異常と誤診断されることにな
る。

【００８９】よって、キャニスタパージを行った場合
に、リッチ状態又はリーン状態になれば、キャニスタパ
ージ量を減らして目標空燃比をそれぞれリーン側又はリ
ッチ側にし、キャニスタパージを行わない場合の空燃比
をストイキからずらして、さらにキャニスタパージを継
続することもできる。

【００９０】この他、ＥＧＲ制御、スワールコントロー
ル制御、タンブル制御等の補助弁制御によって燃焼状態
が変化した場合にも一時的に空燃比制御を異常と診断さ
れることがあるが、前記補助弁制御を開始する前後の所
定時間の診断を禁止することにより、誤診断を防止でき
る。そして、リニア空燃比センサの診断を再度行う。

【００９１】また、リニア空燃比センサが異常と診断さ
れた場合には、目標空燃比をストイキとしたが、目標空
燃比を設定せず、運転状態に応じた混合比でエンジンを
制御し、目標空燃比に実空燃比を一致させる空燃比制御
を停止し、オープンループ制御としてもよく、この場合
には、混合比をリーンにすることもでき、回転変動を検
出することでリーンにする度合を補正する。すなわち、
回転変動がなければ混合比を徐々にリーンとし、回転変
動が生じればリッチに補正する方式がある。

【００９２】以上のように、本発明の前記実施形態は、
上記の構成によって次の機能を奏するものである。すな
わち、前記実施形態の空燃比制御装置１２０Ａは、リニ
ア空燃比センサ１１６の活性化判定手段３６１を備え、
前記センサ１１６の活性化前には、前記センサ１１６の
特性を利用し、大気導入室１１６１と排気ガス測定室１
１６２との酸素濃度比に基づいて生ずる起電力を検出
し、該起電力とバイアス回路ブロック３４０の電圧との
差から前記センサ１１６の活性状態を判定しているの
で、該センサ１１６の活性化前から該センサ１１６自身
の信号に基づいて空燃比を制御することができ、エンジ
ン始動後から排気ガス中の有害成分の低減を前記センサ
１１６で行って装置の簡略化を図ることができる。

【００９３】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は、前記実施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の精神を逸脱す
ることなく、設計において種々の変更ができるものであ
る。

【００９４】例えば、前記エンジン制御装置１２０の前
記リニア空燃比センサ診断手段３０２には、図２１
（ａ）に示すＰＩＤ制御において、（ｂ）に示すよう
に、差分ＤＡＢＦｎがゼロになるまでの時間ＴＭＤＡＢ
ｎを計測し、該時間ＴＭＤＡＢｎと所定時間とを比較
し、ＰＩＤ制御をしているにも拘わらず該時間ＴＭＤＡ
Ｂｎが所定時間以上の場合には、センサの異常とするこ
ともできる。

【００９５】また、図２２に示すように、空燃比を制御
する気筒番号と、該当する気筒１０７のリニア空燃比セ
ンサ出力による空燃比とが一致しない場合には、排気管
若しくは排気系に異常、又はセンサの応答遅れが閾値よ
りも大きくなった場合には、応答性の異常とすることも
できる。

【００９６】さらに、リニア空燃比センサの大気導入室
内の酸素を大気中の酸素としている場合には、大気の酸
素濃度が大気圧力に依存するために、大気圧センサによ
って大気導入量を補正するので、大気圧が所定値以下の
場合には、大気導入量が確保されないことから、リニア
空燃比センサ出力を使った空燃比制御を停止する。そし
て、大気導入量をリニア空燃比センサ内に溜めた構造の
場合、大気導入量に応じた酸素電池電圧（大気導入室電
圧）を診断する。ここで、酸素電池電圧が異常に高い場
合には、大気導入室内の酸素濃度が高いことを示すこと
から、リニア空燃比センサ出力はリッチ側異常となる。
一方、酸素電池電圧が異常に低い場合には、大気導入室
内の酸素濃度が低いことを示すことから、リニア空燃比
センサ出力はリーン側異常となる。なお、酸素濃度比は
排気ガスに含まれる酸素に依存するので、運転状態が一
定の状態で診断を行う必要がある。また、回転数と負荷
が所定の範囲に入っている時に、酸素電池電圧が正規の
範囲外で、所定時間以上留まっている場合にも、大気導
入量が異常と診断することができる。

【００９７】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る空燃比制御装置は、リニア空燃比センサの特性
を利用し、該センサの通常とは異なる動作から酸素量を
検出してその活性状態を判定するので、エンジン始動後
である前記センサの活性化前と活性後における該センサ
の信号に基づいて空燃比を算出することができ、排気ガ
スレベルの悪化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の空燃比制御装置を備えたエンジン
システムの全体構成図。

【図２】図１のエンジン制御装置の内部構成図。

【図３】図１のリニア空燃比センサの構成及び特性を示
す図。

【図４】図１の空燃比制御装置の制御ブロック図。

【図５】図４の空燃比制御装置のセンサ活性化前の構成
等を示す図。

【図６】図４の空燃比制御装置のセンサ活性化前の構成
等の他の例を示す図。

【図７】図４の空燃比制御装置のセンサ温度に対する閾
値の設定等を示す図。

【図８】図１のエンジン制御装置の制御ブロック図。

【図９】図１のリニア空燃比センサによる空燃比取り込
みタイミングを示す図。

【図１０】図１のエンジン制御装置の目標空燃比設定を
示す図。

【図１１】図１のエンジン制御装置の始動直後の目標空
燃比設定を示す図。

【図１２】図１のエンジン制御装置の回転変動算出を示
す図。

【図１３】図１のエンジン制御装置の回転変動検出時に
おける目標空燃比の補正を示す図。

【図１４】図１のエンジン制御装置の回転変動検出時に
おける点火時期の補正を示す図。

【図１５】図１のエンジン制御装置のＰＩＤ動作説明
図。

【図１６】図１のエンジン制御装置におけるリニア空燃
比センサの異常検出を示す図。

【図１７】図１のエンジン制御装置におけるリニア空燃
比センサ異常時の切替えを示す図。

【図１８】図１の空燃比制御装置における大気導入室電
圧の閾値設定図。

【図１９】図１の空燃比制御装置における大気導入室電
圧の閾値設定図。

【図２０】図１のエンジン制御装置におけるフェイルセ
ーフ時の燃料補正の説明図。

【図２１】図１６のリニア空燃比センサの異常検出の他
の例を示す図。

【図２２】図１６のリニア空燃比センサの異常検出の他
の例を示す図。

【符合の説明】

１００エンジン１０９排気管１１６リニア空燃比センサ１１６１大気導入室１１６２排気ガス測定室１２０Ａ空燃比制御装置３４０バイアス回路ブロック３６０空燃比測定電流ブロック３６１センサ活性化判定手段３６２センサ動作切替手段３６３空燃比出力手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G084 AA04 BA09 BA13 CA01 CA03 CA04 DA26 DA27 DA30 EA04 EA07 EA11 EB08 EB16 EC01 FA27 FA29 FA34 FA36 FA38 FA39 3G301 HA13 HA14 HA15 HA17 JA21 JB01 JB07 JB09 KA01 KA07 KA08 KA12 KA26 LA00 MA01 MA11 MA24 NA03 NA04 NA05 NA08 NB01 NB11 NC02 ND01 ND13 ND15 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA07Z PA11Z PA15A PA17Z PD03A PD04A PD05A PD13Z PE01Z PE02Z PE03Z PE04Z PE05Z PE08Z PF16Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管内の排気ガスの空燃比をリニアに
測定するリニア空燃比センサを備えたエンジンの空燃比
制御装置において、該空燃比制御装置は、前記リニア空燃比センサの出力信
号に基づいて該センサの活性状態を判定する手段と、該
活性判定結果に基づいて前記リニア空燃比センサの動作
を切替える手段と、前記活性判定結果に基づいて切替え
られた空燃比を出力する手段とを備えることを特徴とす
る空燃比制御装置。
【請求項２】前記空燃比制御装置は、前記リニア空燃
比センサの活性化前には、該センサに排気ガス中の酸素
量の有無を検出させ、前記リニア空燃比センサの活性化
後には、該センサに排気ガス中の酸素量をリニアに検出
させることを特徴とする請求項１記載の空燃比制御装
置。
【請求項３】前記センサの活性状態を判定する手段
は、前記排気管内の排気ガスと前記リニア空燃比センサ
内部との酸素濃度比から生ずる起電力に基づいて前記セ
ンサの活性化を判定することを特徴とする請求項１又は
２記載の空燃比制御装置。
【請求項４】前記空燃比制御装置は、前記リニア空燃
比センサ内部にバイアス電圧を与えるバイアス回路を備
え、前記センサの活性状態を判定する手段は、前記バイ
アス電圧と前記起電力との差から前記センサの活性化を
判定することを特徴とする請求項３記載の空燃比制御装
置。
【請求項５】前記空燃比制御装置は、エンジン運転状
態に応じて目標空燃比をリッチ側又はリーン側に変化さ
せ、前記センサの活性状態を判定する手段は、前記起電
力の振幅を算出するとともに、該起電力の振幅に所定の
閾値を設け、前記起電力が、前記所定の閾値に達する前
には前記センサの活性化前と判定し、前記所定の閾値に
達した後には前記センサの活性化を判定し、前記センサ
の動作を切替える手段及び前記空燃比を出力する手段に
信号を出力することを特徴とする請求項３又は４記載の
空燃比制御装置。
【請求項６】前記空燃比制御装置は、前記リニア空燃
比センサの温度を測定若しくは推定する手段を備え、前
記センサの活性状態を判定する手段は、前記酸素濃度比
による所定範囲の閾値を設けるとともに、該所定範囲の
閾値の中間に前記センサの温度に応じた基準値を設け、
前記起電力が、前記基準値よりも大きいときには前記セ
ンサの活性化前と判定し、前記基準値よりも小さいとき
には前記センサの活性化を判定し、前記センサの動作を
切替える手段及び前記空燃比を出力する手段に信号を出
力することを特徴とする請求項３又は４記載の空燃比制
御装置。
【請求項７】前記空燃比制御装置は、前記閾値若しく
は前記基準値と前記起電力とを比較してリッチ・リーン
を判定し、該判定結果に基づいて前記エンジンの空燃比
を制御することを特徴とする請求項５又は６記載の空燃
比制御装置。
【請求項８】前記リニア空燃比センサは、センサ加熱
手段を備え、前記センサの活性状態を判定する手段は、
前記起電力に前記センサ加熱手段に供給される電力及び
前記排気ガスの温度を考慮して前記センサの活性化を判
定することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか一項
に記載の空燃比制御装置。