JP2002256935A

JP2002256935A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2002256935A
Application number: JP2001058769A
Authority: JP
Inventors: Kozo Katogi; 工三加藤木; Seiji Asano; 誠二浅野; Yasuo Noto; 康雄能登; Yuji Ikeda; 勇次池田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】リニア空燃比センサの測定誤差を補正する手
段が異なると、回路構成が異なるため、センサに大きな
ダメージを与える虞れがあり、回路の改良により破壊を
防止する。【解決手段】センサと、センサの出力に応じて内燃期
間の空燃比を補正する空燃比制御手段とを有し、センサ
の出力特性と基準値との誤差に対応したセンサの誤差量
を補正するための補正抵抗を備え、センサ出力の特性を
補正する。センサ誤差量を補正するための補正抵抗は、
センサの出力を検知する基準抵抗と直列あるいは並列に
接続でき、また、基準抵抗に生じる電圧を増幅する差動
増幅器を備えている場合には、補正抵抗がその差動増幅
器の入力抵抗の少なくとも一部をなし、補正抵抗が差動
増幅器のゲインを補正するゲイン設定抵抗を兼ねること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の制御装
置に関し、特に、リニア空燃比センサにより排気ガスの
空燃比を計測して空燃比制御を行う内燃機関の制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の排気ガス中に含まれるＮｏｘやＨ
Ｃ成分等の物質の低減やリーンバーン燃焼のためには、
排気ガスの空燃比をより精密に計測する必要がある。こ
れまで使われてきたＯ２センサでは、センサ出力がリッ
チ状態とリーン状態の２値のみであるから、Ｏ２センサ
を使った空燃比制御では、排気ガス中に含まれるＮｏｘ
やＨＣ成分等の物質の低減のための高精度な空燃比制御
やリーンバーン燃焼のための空燃比制御を行うことが困
難である。

【０００３】そこで、ジルコニア固体電解質によるセン
サ素子の酸素ポンプ作用を利用して排気ガスの空燃比を
広い空燃比域に亘って定量的に（リニアに）計測するリ
ニア空燃比センサを使うことで、混合気の空燃比を目標
空燃比に制御することが容易になり、排気ガス中に含ま
れるＮｏｘやＨＣ成分等の物質の低減を図ることができ
る。こうしたリニア空燃比センサの例として、特公平１
−１６９３４９号公報に示されているようなものがあ
る。

【０００４】リニア空燃比センサは、図２４に示されて
いるように、電極板の厚みや面積、排気ガス測定室の厚
み、さらにセラミックのガス拡散率等の製造上のばらつ
きにより、出力特性に個体誤差を持ち、図２５に示され
ているように、検出する排気ガスの空燃比がストイキ点
から離れるほど、測定値（空燃比測定電流）の誤差Δａ
が大きくなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リニア空燃
比センサの検出空燃比がストイキ付近であれば、センサ
を流れる電流がほぼ０なので、センサの出力特性の個体
誤差によらず、正確な空燃比検出が可能であるが、スト
イキ以外の空燃比を正確に検出することができず、スト
イキ以外の空燃比の正確に制御を行うことができない。

【０００６】このため、リーンバーン燃焼等の空燃比制
御を行うには、リニア空燃比センサの出力特性の個体誤
差を補正する必要があり、この補正法としては、センサ
電流特性の誤差をキャンセルするハードウェアまたはソ
フトウェアによる補正法が考えられる。なお、センサの
ポンピング電流の損失を補償するために、補償抵抗の記
憶値によって出力信号を補正する技術は特開２０００−
１４６９０９号公報に示されている。

【０００７】ハードウェアまたはソフトウェアによって
補正する方式では、通常、補正する抵抗値が異なるの
で、両者が混在して使用されると、リニア空燃比センサ
の電流特性が合わないばかりか、場合によってはリニア
空燃比センサに大きなダメージを与える虞れがある。

【０００８】本発明は、上述の如き問題点を解消するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
ハードウェアまたはソフトウェアによってリニア空燃比
センサの誤差を補正する場合に、両者に互換性を持たせ
てセンサへのダメージを回避し、また、ハーネスライン
の診断を行う場合に、センサ信号の診断だけでなく、補
正回路系のハーネスの診断も行うことができる内燃機関
の制御装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明による内燃機関の制御装置は、内燃機関の
排気管に設けられ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と、前記リニア空燃比センサの出力
に応じて内燃機関の空燃比を補正する空燃比制御手段と
を有し、前記リニア空燃比センサの出力特性と基準値と
の誤差に対応したリニア空燃比センサの誤差量を補正す
るための補正抵抗を備え、リニア空燃比センサ出力の特
性を補正するものである。

【００１０】センサ誤差量を補正するための補正抵抗
は、リニア空燃比センサの出力を検知する基準抵抗と直
列あるいは並列に接続することができる。また、基準抵
抗に生じる電圧を増幅する差動増幅器を備えている場合
には、補正抵抗がその差動増幅器の入力抵抗の少なくと
も一部をなし、補正抵抗が差動増幅器のゲインを補正す
るゲイン設定抵抗を兼ねることができる。

【００１１】また、本発明による内燃機関の制御装置
は、更に、制御装置補正抵抗と所定の入力回路との分割
電圧を測定する回路と、前記分割電圧に応じて前記リニ
ア空燃比センサの出力特性の誤差を補正する補正値を演
算する手段とを有し、リニア空燃比センサの出力を検知
する基準抵抗に生じる電圧値に対して前記補正値を演算
するものである。

【００１２】また、本発明による内燃機関の制御装置で
は、基準抵抗と並列に接続されるべき抵抗、あるいは基
準抵抗と直列に接続されるべき抵抗を、リニア空燃比セ
ンサの誤差に対応した抵抗として用いることができる。
また、本発明による内燃機関の制御装置では、リニア空
燃比センサの出力特性の誤差を補正する補正抵抗の抵抗
値に応じてリニア空燃比センサの出力特性を補正する方
式を切り換えることができる。

【００１３】また、本発明による内燃機関の制御装置
は、更に、前記リニア空燃比センサの出力電圧または補
正する基準抵抗に印加される電圧を複数の所定値と比較
し、前記電圧が第１の所定値以上あるいは第２の所定値
未満であるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段
の結果に応じてリニア空燃比センサが異常であるか否か
を判定するリニア空燃比センサ診断手段とを有するもの
である。

【００１４】また、本発明による内燃機関の制御装置
は、リニア空燃比センサが異常と判定された場合には、
空燃比制御を停止または空燃比制御の目標空燃比を固定
値とするものである。また、本発明による内燃機関の制
御装置は、排気通路の途中に設けられている触媒コンバ
ータの下流側にリアＯ２センサが設けられ、前記リニア
空燃比センサが異常と判定された場合には、前記リアＯ
２センサ出力に応じて空燃比制御を行うものである。

【００１５】また、本発明による内燃機関の制御装置
は、外部信号によるスイッチングにより、所定のスイッ
チング状態においてのみ誤差補正値の読み取りを行う回
路を有し、初期化の際にのみ、前記外部信号によるスイ
ッチングにより誤差補正値の読み取りを行うものであ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図を参照して、本発
明の内燃機関の制御装置の実施の形態を詳細に説明す
る。図１は本発明に関する内燃機関の全体のシステム構
成を示している。内燃機関（エンジン）１００には、燃
料インジェクタ１０１、点火プラグ１０２、点火コイル
１０３、スロットル弁１０４、水温センサ１１０、クラ
ンク角センサ１１１、カム角センサ１１２、スロットル
ポジションセンサ１１３、吸気管圧力センサ１１４ある
いは吸入空気流量計１１５、リニア空燃比センサ１１
６、触媒コンバータ１１８、触媒コンバータ１１８より
下流側のリアＯ２センサ１１９が取り付けられ、エンジ
ン制御装置（ＥＣＵ）１２０に接続されている。

【００１７】ガソリン等の燃料は、燃料タンク１０１４
から燃料ポンプ１０１１により輸送され、燃圧制御弁１
０１２によって一定の燃料圧力に設定され、燃料インジ
ェクタ１０１によって噴射供給される。

【００１８】エンジン制御装置１２０は、空燃比制御装
置を含むものであり、吸気管圧力センサ１１４あるいは
吸入空気流量計１１５の出力を取り込み、それらのセン
サ電圧を所定のテーブル変換により、実際の単位時間当
りの吸入空気量Ｑａを算出し、同時に、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
またはパルスの時間間隔より内燃機関１００の回転数Ｎ
ＤＡＴＡを計算する。

【００１９】エンジン制御装置１２０は、単位時間当り
の吸入空気量Ｑａを回転数ＮＤＡＴＡで割り算し、さら
に、それを内燃機関１００の気筒数で割ることにより、
１気筒の１回毎の吸入空気量Ｑａｃｙｌを計算する。

【００２０】１気筒の１回毎の吸入空気量Ｑａｃｙｌに
所定の計数ＫＴＩを乗ずることにより、吸入空気量Ｑａ
ｃｙｌで燃焼できる燃料噴射量ＴＩが求められ、後述の
空燃比制御補正量を含む補正係数を乗じた値により決ま
る開弁時間をもって燃料インジェクタ１０１を開弁する
ことにより、必要とする燃料量が燃料インジェクタ１０
１より噴射され、１燃焼毎の混合気が生成される。

【００２１】燃料噴射量ＴＩの計算には以下の補正係数
ＣＯＥＦｎが乗算される。ＴＩ＝ＣＯＥＦｎ・ＫＴＩ・Ｑａｃｙｌ補正係数ＣＯＥＦｎには、空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎ
が含まれる。ＣＯＥＦｎ＝１＋ＡＬＰＨＡｎ＋増量補正項

【００２２】ここで、気筒別に制御する場合、添え字ｎ
を１から気筒番号毎に別々のパラメータとする。リニア
空燃比センサ１１６は排気ガス中に含まれる残存酸素量
を定量的に計測するセンサである。リニア空燃比センサ
１１６の出力は、図２５に示されているように、測定空
燃比に対してセンサを流れる空燃比測定電流が変化す
る。

【００２３】エンジン制御装置１２０は、リニア空燃比
センサ１１６の空燃比測定電流を測定用抵抗（基準抵
抗）に流し、測定用抵抗の両端に生じるセンサ電圧を測
定して電圧から排気ガスの実空燃比ＲＡＢＦに換算す
る。そして、目標空燃比ＴＡＢＦとの偏差ＤＡＢＦを求
め、偏差ＤＡＢＦに応じて空燃比補正係数ＡＬＰＨＡｎ
を算出する。

【００２４】目標空燃比は内燃機関１００の運転状態に
応じて設定される。例えば、機関出力が比較的小さい場
合には、燃焼に必要な燃料量は少なくてすむので、大量
の空気または大量のＥＧＲをかけることによってリーン
バーン燃焼を行い、燃焼時のポンピングロスを低減す
る。一方、機関出力が大きい場合には、燃焼に必要な燃
料と空気の比率（当量比）を理論燃空比に相当する値
（ストイキ）として燃焼効率を高める。当量比の逆数を
目標空燃比とする。

【００２５】内燃機関１００より排出される排気ガス中
に含まれるＮＯｘや未燃焼のＨＣ成分等の物質は、その
まま大気中に排出されると、大気汚染の原因となるの
で、触媒コンバータ１１８によって、ＮＯｘやＨＣをＮ
２やＨ２Ｏ、ＣＯ２に分解・浄化して排出する。

【００２６】触媒コンバータ１１８内で効率よく有害成
分を分解・浄化するには、触媒コンバータ１１８の浄化
効率の高い空燃比で内燃機関を運転することが肝要であ
る。三元触媒コンバータでは、概ね、ストイキで内燃機
関を動作させると、触媒コンバータ後の排気ガスが浄化
される。

【００２７】吸入空気流量計１１５による吸入空気量の
測定誤差や、計算で求められた燃料噴射量ＴＩと実際に
噴射される燃料量との燃料インジェクタ１０１の燃料噴
射量のばらつきによる誤差により、燃焼時の実空燃比は
制御系で目標空燃比に設定した空燃比に対してずれるこ
とがある。

【００２８】目標空燃比と実空燃比との誤差をゼロにす
るため、誤差に応じて燃料噴射量を補正する空燃比フィ
ードバック制御が必要になる。このフィードバック制御
によって、吸入空気量の測定誤差や燃料インジェクタ１
０１の燃料噴射量誤差を補償できるので、システムのば
らつきに対して許容度を増大でき、性能変化に対するロ
バスト性を高めることができる。

【００２９】一方、実空燃比を測定するリニア空燃比セ
ンサ１１６にも測定誤差があり、特性の校正が必要であ
る。通常、センサ製造時に所定の酸素濃度でのセンサ特
性を測定して、誤差をあらかじめ校正する手段が取られ
るが、リニア空燃比センサ１１６の場合には、センサ特
性を校正するには、電極厚さや面積、排気ガス測定室の
厚さ、さらにセラミックのガス拡散率を調整することに
なるので、センサの構造上、校正することが不可能であ
る。

【００３０】リニア空燃比センサ１１６の出力（空燃比
測定電流）と実空燃比との関係は図２５に示されている
ようになり、センサ電流には、センサの製造上のばらつ
きから特性に誤差があり、図２５では、それぞれ上限、
下限が破線で示されている。センサ誤差の和に対応した
補正量をあらかじめ測定しておき、エンジン制御ユニッ
ト１２０内で補正量を検知し、補正量を算出すること
で、センサ出力に補正をかける。リニア空燃比センサ１
１６の誤差は、概ね、±１０％程度であり、センサ出力
電圧を９０％〜１１０％の範囲で補正する。

【００３１】図２に示されているように、リニア空燃比
センサ１１６の出力電圧を補正する手段として、センサ
誤差に応じて補正抵抗１１を設け、エンジン制御ユニッ
ト１２０内で、リニア空燃比センサ１１６を流れる電流
を測定する基準抵抗１２２に生じるセンサ電圧をセンサ
電圧検出部１２３によって検出し、これを補正手段１２
１よりの補正値に基づいて補正する。補正後のセンサ電
圧は、空燃比算出部１２４に入力され、空燃比算出部１
２４にて実空燃比に換算される。

【００３２】図３はリニア空燃比センサ１１６の制御ブ
ロック（センサ出力回路）を示している。センサ出力回
路では、リニア空燃比センサ１１６を流れる空燃比測定
電流を基準抵抗１２２に流し、基準抵抗１２２の両端の
電圧を、入力制御ブロック１２５に通して差動増幅器１
２６により増幅し、センサ出力とする。入力制御ブロッ
ク１２５は差動増幅器１２６の初期オフセット電圧を取
り込むために使われる。

【００３３】リニア空燃比センサ１１６への初期電圧と
して、オペアンプ１２７、バイアス制御ブロック１２８
を含むバイアス回路によってバイアス電圧を印加し、補
正手段１２１から補正量を演算する。リニア空燃比セン
サ１１６への印加電圧は、オペアンプ１２９により得ら
れる印加電圧のモニタ値と基準電圧とをコンパレータ１
３６により比較し、その出力を電流制御用のオペアンプ
１３７の入力として制御する。

【００３４】図４はエンジン制御装置１２０の制御ブロ
ック図である。エンジン制御装置１２０は、吸入空気量
演算手段３１１と回転数計測手段３１２と有し、吸入空
気量演算手段３１１によって吸入空気流量あるいは吸気
管圧力の計測値より吸入空気量を演算し、負荷率演算手
段３１３が吸入空気量とエンジン回転数から負荷率を求
める。リニア空燃比センサ１１６の動作制御手段３１４
よりセンサ出力電圧取込手段３１５にセンサ出力電圧を
取り込み、センサ出力電圧により測定空燃比演算手段３
１６が測定空燃比を演算する。

【００３５】目標空燃比設定手段３１７は、エンジン回
転数と負荷率から内燃機関１００の動作状態に応じた目
標空燃比を設定する。燃料噴射量補正手段３１８は、目
標空燃比と測定空燃比とを比較し、比較結果から燃料噴
射量を補正する。燃料噴射量は、燃料噴射量計算手段３
１９によって時間に換算され、燃料噴射指令が燃料噴射
手段である燃料インジェクタ１０１に与えられる。

【００３６】図５はエンジン制御装置１２０のマイクロ
コンピュータによる構成例を示している。エンジン制御
装置１２０は、マイクロプロセッサユニット４０１、プ
ログラムやデータを格納するＲＯＭ４０２、ＥＥＰＲＯ
Ｍ４０３、フラッシュＲＯＭ４０４、一時的なデータ
の格納するＲＡＭ４０５、内燃機関１００に取り付けら
れた各センサからの信号を取り込む入力回路４０６、マ
イクロプロセッサユニット４０１に所定時間割り込みを
発生できるタイマやクロック回路４０７、マイクロプロ
セッサユニット４０１の指令によりオンオフ可能な出力
回路４０８等を含んでいる。入力回路４０６は、電気負
荷情報をデジタル情報として取り込み、また、吸入空気
量やリニア空燃比センサ１１６のセンサ信号電圧をＡ／
Ｄ変換してデジタルデータとしている。

【００３７】基準角度パルスとしてのクランク角センサ
１１１の出力信号や気筒判別パルスとしてのカム角セン
サ１１２の出力信号は、波形整形回路４０９に通してマ
イクロプロセッサユニット４０１に割込みを発生させ
る。この割込みにより、内燃機関１００の気筒判別を行
ったり、パルスエッジの時間間隔ＴＤＡＴＡを測定し、
測定値をＴＤＡＴＡで割り算することにより、回転数Ｎ
ＤＡＴＡを計算することが行われる。また、吸入空気流
量計１１５の出力信号より吸入空気量Ｑａを求め、吸入
空気量Ｑａを気筒数と回転数で割り算することにより１
回あたりの基本吸入空気量Ｑａｃｙｌを求める。

【００３８】燃料インジェクタ１０１の流量特性から求
められる係数（燃料量を時間に換算する係数）ＫＴＩを
基本吸入空気量Ｑａｃｙｌに乗じて、基本燃料噴射量を
求める。計算結果は出力回路４０８のアウトプットコン
ペア回路４０８Ａ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
だけ燃料インジェクタ１０１を開弁させている。また、
出力ポート４０８Ｂからリニア空燃比センサ１６の動作
状態初期化用制御信号をリニア空燃比センサ制御回路４
０９へ出力する。

【００３９】Ｑａｃｙｌは内燃機関の出力に比例するの
で、基本吸入空気量Ｑａｃｙｌに乗数を乗じて最大の出
力時を１００％とする負荷率ＬＤＡＴＡに換算できる。
同時に、エンジン回転数と負荷率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を駆動する。

【００４０】また、通信手段４１０に接続された表示器
４１１によってマイクロコンピュータ内の制御パラメー
タ等をモニタすることができる。また。ＣＡＮ４１２に
よって、他の外部コントロールユニット４１３との情報
交換を行うことができる。

【００４１】ＥＥＰＲＯＭ４０３、フラッシＲＯＭ４０
４等は、リニア空燃比センサ１１６の補正情報を格納す
る。補正手段として補正抵抗１１を使えば、空燃比測定
電流を測定する基準抵抗１２２の補正を行うことで、セ
ンサ電圧の補正を直接行うことができる。

【００４２】例えば、図６（ａ）に示されているよう
に、基準抵抗１２２と補正抵抗１１とが直列に接続され
た直列抵抗補正の場合には、電流検出抵抗＝補正抵抗＋
基準抵抗となり、基準抵抗１２２の抵抗値を合成抵抗値
（電流検出抵抗）の８０％として、補正抵抗１１の抵抗
値を１０％〜３０％の範囲とすれば、合成抵抗値は９０
％〜１１０％で補正できる。この補正抵抗１１を、図６
（ｂ）に示されているような特性を示すセンサ誤差に対
応した誤差表示抵抗と見なすことも可能である。

【００４３】図７（ａ）に示されているように、基準抵
抗１２２と補正抵抗１１とが並列に接続された並列抵抗
補正の場合には、電流検出抵抗＝（補正抵抗×基準抵
抗）／（補正抵抗＋基準抵抗）となり、補正前の基準抵
抗１２２の抵抗値を合成抵抗値（電流検出抵抗）の１２
０％とすれば、補正抵抗１１の抵抗値を合成抵抗値の３
６０％〜１３００％の範囲で変化させることにより、合
成抵抗値を９０％〜１１０％に変えることができる。こ
の場合のセンサ誤差と補正抵抗値との関係は図７（ｂ）
に示されているようになる。

【００４４】補正抵抗１１の抵抗設定範囲が合成抵抗値
の３６０％〜１３００％であるので、誤差１％抵抗を使
えば、（１３００／３６０）／（０．０１）＝３６１段
階の区別が可能である。実用上はこのような細かい分類
は必要としないので、２５段階程度で十分である。

【００４５】この場合、図８に示されているように、並
列補正用抵抗１１を、誤差を表す誤差表示抵抗として使
用することも可能である。すなわち、分割抵抗１３１、
１３２を接続し、誤差表示抵抗１１と基準抵抗１２２と
の分割電圧を求めると、例えば基準抵抗１２２の抵抗値
を６００％とすれば、分割電圧は擬準電圧の０．３倍か
ら０．６倍の範囲となるので、十分２５段階に分類可能
である。

【００４６】図８に示されている制御回路では、分割電
圧値によるセンサ誤差値がＡ／Ｄ変換器１３３によって
図９（ａ）に示されているような特性をもってデジタル
信号に変換され、更に、補正値テーブル１３４によって
図９（ａ）、（ｂ）に示されているような補正値テーブ
ル値に変換される。この補正値テーブル値は補正演算部
１３５へ出力され、補正演算部１３５は基準抵抗１２２
によるセンサ電圧値を補正値テーブル値により補正演算
し、補正後のセンサ電圧を出力する。

【００４７】センサ出力電圧は差動増幅器を使用して取
り出すので、図１０に示されているように、補正抵抗１
１を差動増幅器１４１の入力側にあるゲイン設定抵抗の
一部として組み合わせることで、センサ出力電圧を補正
することが可能である。また、この補正抵抗１１を誤差
に対応した誤差表示抵抗と見なすことも可能である。な
お、図１０において、符合１４２は差動増幅器１４１の
フィードバック抵抗Ｒｆを示している。図１１（ａ）は
センサ誤差と補正抵抗値との関係を、図１１（ｂ）は補
正抵抗値とセンサ電圧ゲインとの関係を各々示してい
る。

【００４８】図１２に示されているように、リニア空燃
比センサ１１６の電極面積、電極厚さ、排気ガス測定室
の厚さ、セラミックのガス拡散率の各々の誤差Ａの集積
がセンサ誤差Ｂとして表れ、このセンサ誤差Ｂに対応し
た補正量（電流・電圧）を検知し（符合Ｃ）、これに基
づいてセンサ出力の補正量を算出し（符合Ｄ）、センサ
出力を補正する（符合Ｅ）。

【００４９】図１３はセンサ出力取込制御回路例を示し
ている。入力制御ポートの信号によってアナログスイッ
チ１５１をオンにして、差動増幅器１５２の入力を一時
的にショートさせる。誤差表示抵抗型の場合、バイアス
制御ポートの信号によってアナログスイッチ１５１によ
ってバイアス電圧用のオペアンプ１５５の出力側のアナ
ログスイッチ１５３と、補正抵抗１１の出力回路のアナ
ログスイッチ１５４をオンにして分割抵抗電圧を取り込
み、これをＡ／Ｄ変換器１３３によってＡ／Ｄ変換し、
補正テーブルからセンサ電圧の補正値を演算する。その
後、通常の測定では、入力制御ポートとバイアス制御ポ
ートをオフにしてセンサ電圧を測定する。

【００５０】つぎに、センサ制御初期化について、図１
４に示されているタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、図１４において、（ａ）はイグニッションキ
ーのオン・オフを、（ｂ）は入力制御ポートのオン・オ
フ（ポートの信号レべル）を、（ｃ）はバイアス制御ポ
ートのオン・オフ（ポートの信号レべル）を、（ｄ）は
センサ暖機用のヒータ通電オン・オフを各々示してい
る。

【００５１】イグニッションキー・オン時には、リニア
空燃比センサ動作を停止させておく。初期化として、入
力制御ポートをオンしてリニア空燃比センサ１１６の出
力電圧を計測する差動増幅器１５２の入力をショートす
る。また、バイアス制御ポートをオンにして、補正抵抗
１１と分割抵抗１３１、１３２による電圧を取り込む。

【００５２】なお、リニア空燃比センサ動作制御ブロッ
クにおいて、水温データを取り込み、内燃機関始動直前
の水温が所定値ＫＴｗＨＥＡＴＯＮＥより低い場合に
は、排気温度計測値または推定値が所定の温度に達し
て、更に所定の遅延時間（ディレイ＝KLAFTIME）経過し
てから、リニア空燃比センサ１１６のヒータ制御を開始
する。水温が所定値より高い場合には、内燃機関が完爆
後、リニア空燃比センサ１１６のヒータ制御を開始す
る。

【００５３】次に述べる測定開始までの間、誤差表示抵
抗と分割抵抗で分割した電圧を取り込み、複数回取り込
んだ電圧値が所定のばらつき範囲内であれば有効とし、
電圧に対応した補正値をテーブル検索する。また、差動
増幅器出力電圧を取り込み、複数回の平均値またはロー
パスフィルタを通した値を初期値とする。

【００５４】リニア空燃比センサ１１６の温度が所定の
動作可能温度に達するまでは、センサは絶縁状態であ
り、リニア空燃比センサ１１６にはバイアス電圧がその
まま印加される。その後、リニア空燃比センサ１１６が
加熱されるに従い導電性を表し、センサ電圧が所定の電
圧以下であれば、リニア空燃比センサ１１６が十分加熱
されていると判定される。

【００５５】これ以降、入力制御ポートをオフにしてセ
ンサ出力電圧測定用差動増幅器の入力ショートを解除
し、ゲイン設定抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２等により決まるセン
サ出力用差動増幅器１５２のゲインを所定のゲインに戻
し、リニア空燃比センサ１１６による空燃比測定を開始
する。また、バイアス制御ポートをオフにして補正抵抗
１１の入力に通常の測定を行う。

【００５６】センサ制御初期化について、図１５に示さ
れているフローチャートを参照して説明する。まず、イ
グニッションキー・オン直後、初期化終了フラグの状態
を見ることで、初期化が終了しているか否かの判別を行
う（ステップＳ１１）、初期化終了フラグ＝“０”であ
れば（ステップＳ１１肯定）、初期化が終了していない
ので、入力制御ポートおよびバイアス制御ポートを各々
オンとする（ステップＳ１２）。

【００５７】つぎに、センサ出力用差動増幅器の電圧を
Ａ／Ｄ変換し、これをＬＡＦＶＩＮＴｗとし、同様に、
センサ補正用Ａ／Ｄ値をＬＡＦＶＨＯＳｗとする（ステ
ップＳ１３）。そして、取り込みカウンタＬＡＦＶＩＮ
Ｃをインクリメントする（ステップＳ１４）。つぎに、
ＬＡＦＶＩＮＴｗとＬＡＦＶＨＯＳｗをそれぞれ加算ワ
ークＬＡＦＶＩＮＴｓとＬＡＦＶＨＯＳｓに加算する
（ステップＳ１５、ステップＳ１６）。

【００５８】ＬＡＦＶＩＮＴｓ＝ＬＡＦＶＩＮＴｓ（ｉ−１）＋ＬＡＦＶＩＮＴｗＬＡＦＶＨＯＳｓ＝ＬＡＦＶＨＯＳｓ（ｉ−１）＋ＬＡＦＶＨＯＳｗＬＡＦＶＩＮＣ＝ＬＡＦＶＩＮＣ（ｉ−１）＋１

【００５９】つぎに、センサ出力Ａ／Ｄ値ＬＡＦＶＩＮ
Ｔｓとセンサ補正用Ａ／Ｄ値ＬＡＦＶＨＯＳｓの平均値
ＬＡＦＶＩＮＴ、ＬＡＦＶＨＯＳを平均値を算出する
（ステップＳ１７、ステップＳ１８）。ＬＡＦＶＩＮＴ＝ＬＡＦＶＩＮＴｓ／ＬＡＦＶＩＮＣＬＡＦＶＨＯＳ＝ＬＡＦＶＨＯＳｓ／ＬＡＦＶＩＮＣここでは、加算ワークを使ったが、加重平均化によるロ
ーパスフィルタを使ってもよい。

【００６０】次に、ヒータ通電開始条件を監視し、（ａ）内燃機関が完爆している（ｂ）水温が所定値以上、または、排気温度が所定値以
上の状態が所定時間以上継続した（ｃ）取り込みカウンタＬＡＦＶＩＮＣが以上と云う上記（ａ）（ｂ）（ｃ）の条件を満たしていれば
（ステップＳ１９肯定）、ＬＡＦＶＨＯＳに応じてテー
ブル値ＴＡＬＦＶＡＤＪから補正係数ＬＡＦＶＡＤＪを
求める（ステップＳ２０）。

【００６１】ＬＡＦＶＡＤＪ＝ＴＬＡＦＶＡＤＪ（ＬＡＦＶＨＯ）そして、初期化終了フラグ＝”１”とし、センサ入力ポ
ートとバイアス制御ポートをオフにして初期化を終了と
する（ステップＳ２１）。初期化終了後は（ステップＳ
１１否定）、センサ出力電圧ＬＡＦＶＭを求め、センサ
出力電圧ＬＡＦＶＭに対してＬＡＦＶＩＮＴとＬＡＦＶ
ＡＤＪで補正し、補正後のセンサ電圧ＬＡＦＶを求める
（ステップＳ２２）。ＬＡＦＶ＝（ＬＡＦＶＭ−ＬＡＦＶＩＮＴ）ＬＡＦＶＡ
ＤＪ＋（オフセット値）

【００６２】そして、補正後のセンサ電圧ＬＡＦＶに応
じて測定空燃比変換テーブル値ＴＲＡＢＦから実空燃比
ＲＡＢＦを求める（ステップＳ２３）。ＲＡＢＦ＝ＴＲＡＢＦ（ＬＡＦＶ）次に、リニア空燃比センサの自己診断について説明す
る。リニア空燃比センサの異常としては、センサそのも
のの特性不良や、ユニット側の入力回路異常、さらに、
センサとユニットを接続するハーネスの異常がある。

【００６３】図１６（ａ）〜（ｆ）は、並列抵抗型の場
合の異常例と自己診断結果を示している。並列抵抗型補
正方式の場合には、センサ電流はセンサ用ハーネスと補
正抵抗１１の両方に流れるので、図１６（ａ）、（ｂ）
に示されているように、補正抵抗１１のハーネスが断線
（図にて符合×で示す）しても、センサハーネスが断線
（図にて符合×で示す）しても、リッチ・リーン領域で
のセンサ特性がずれ、検出困難になる。

【００６４】また、補正抵抗１１のハーネスがグランド
ショート（図１６（ｅ）参照）した場合には、センサ出
力電圧が異常（ロー異常）になるが、センサハーネスが
バッテリショート（図１６（ｄ）参照）した場合とを区
別することができない。逆に、補正抵抗１１のハーネス
がバッテリショート（図１６（ｃ）参照）した場合と、
センサハーネスがグランドショート（図１６（ｆ）参
照）は、ともにセンサ出力電圧が異常（ハイ異常）にな
り、区別することができない。

【００６５】図１７（ａ）〜（ｆ）は直列抵抗型の場合
の異常例と自己診断結果を示している。直列抵抗型補正
方式の場合には、図１７（ａ）、（ｂ）に示されている
ように、補正抵抗１１のハーネスとセンサ用ハーネスの
何れが断線しても、センサ電流が流れなくなるため、セ
ンサ出力電圧が異常になり、検出可能である。

【００６６】補正抵抗１１のハーネスが、バッテリショ
ート（図１７（ｃ）参照）、グランドショート（図１７
（ｅ）参照）した場合には、センサ回路に異常な電流が
流れることでセンサ特性がずれ、センサ出力電圧に異常
電圧が現れることで診断する。また、センサハーネスが
グランドショート（図１７（ｆ）参照）、バッテリショ
ート（図１７（ｄ）参照）した場合には、いずれの場合
もセンサ出力電圧が異常になるので検出可能である。

【００６７】図１８（ａ）〜（ｆ）は誤差表示抵抗型の
場合の異常例と自己診断結果を示している。誤差表示抵
抗型補正方式では、補正抵抗１１のハーネスが断線（図
１８（ａ）参照）すると、基準抵抗１２２との分割電圧
が所定の値になる。補正抵抗１１のハーネスがグランド
ショート（図１８（ｅ）参照）すれば、分割電圧がゼロ
になり、バッテリショート（図１８（ｃ）参照）すれ
ば、分割電圧は異常値の最大値になる。これらから、補
正ハーネスの診断が可能である。

【００６８】センサハーネスが断線（図１８（ｂ）参
照）した場合には、センサ出力電圧が所定の固定値にな
る。また、グランドショート（図１８（ｆ）参照）あい
るはバッテリショート（図１８（ｄ）参照）すると、セ
ンサ出力電圧が異常となる。よって、センサハーネスの
診断も可能である。

【００６９】図１９（ａ）〜（ｆ）は差動増幅抵抗型の
場合の異常例と自己診断結果を示している。差動増幅器
の入力抵抗補正型の場合、補正抵抗１１のハーネスが断
線（図１９（ａ）参照）すると、センサ出力電圧が固定
値になり、内燃機関制御状態との相関がなくなる。例え
ば、加速時や減速時の空燃比変動に対してセンサ出力電
圧が応答しなければ、補正抵抗ハーネスの断線と判断で
きる。また、補正抵抗１１のハーネスのグランドショー
ト（図１９（ｅ）参照）、バッテリショート（図１９
（ｃ）参照）についても、センサ出力電圧が異常になる
ので検出が可能である。

【００７０】センサハーネスが断線（図１９（ｂ）参
照）した場合には、センサ出力電圧が異常になる。ま
た、センサハーネスがグランドショート（図１９（ｆ）
参照）、バッテリショート（図１９（ｄ）参照）した場
合、センサ出力電圧が異常となる。センサハーネスがグ
ランドショート・バッテリショートと補正抵抗ハーネス
のグランドショート・バッテリショートとを区別するに
は、センサ出力電圧の判別を行うことで、ショートした
場所の特定が可能になる。

【００７１】上述したような自己診断結果により、図２
０に示されているように、センサハーネスの断線、バッ
テリショート、グランドショートを検出、あるいは、補
正抵抗ハーネスのバッテリショート、グランドショート
を検出すると（符合Ｆ）、センサＮＧセンサと判定し
（符合Ｇ）、センサのフェールセーフとしてリニア空燃
比センサ出力による空燃比制御を停止する（符合Ｈ）。

【００７２】直列抵抗補正や差動増幅抵抗型の場合の補
正用ハーネス断線（符合Ｉ）も同様に空燃比制御を停止
する。並列抵抗補正型や誤差表示抵抗型の場合は、補正
用ハーネスが断線（符合Ｊ）した場合には、センサ電圧
の取り込みは可能であり、ストイキ付近の誤差を無視で
きるので、空燃比制御を継続し、センサ出力電圧補正を
常時１００％とする（符合Ｋ）。

【００７３】空燃比制御を停止した場合には目標空燃比
をストイキに限定する。ストイキに限定することよっ
て、排気悪化を防止できる。すなわち、触媒コンバータ
の浄化効率の高い範囲で空燃比を制御するので、排気ガ
スの悪化を防止できる。また、空燃比がストイキにある
場合はセンサ電流値がほぼ０であり、センサの補正値に
よらず一定の電圧の範囲をストイキとして判定すること
ができる。

【００７４】触媒コンバータ１１８の下流側にリアＯ２
センサ１１９を設けていれば、リアＯ２センサ出力によ
って空燃比制御を継続することも可能である。他の実施
の形態として、センサ電流検出抵抗をセンサ電流制御回
路のループ外に設定した場合を説明する。

【００７５】センサ電流制御回路は、オペアンプの反転
増幅回路の帰還ループにセンサを組み込み、反転増幅回
路のゲインを決定する入力抵抗をセンサに流れる電流検
出抵抗としている。この回路では、センサに印加する電
圧はオペアンプの最大出力範囲まで可能なので、上述し
た実施の形態に比べてセンサ動作範囲を広げることがで
きる。

【００７６】補正方法は、上述した実施の形態と同様
に、基準抵抗に補正抵抗を並列、直列、差動増幅回路の
入力抵抗の一部とする方法、基準電圧を基準抵抗で分割
する方法の他、センサへ流すバイアス電流れる電流値を
誤差表示抵抗に流すことによって、誤差を表す電圧を取
り込む方法の何れもが可能である。

【００７７】基準抵抗に並列に補正抵抗を入れる方法で
は、センサの誤差に対応した誤差表示抵抗として扱うこ
とができるので、図２１に示されているように、並列抵
抗補正型のセンサ用を誤差表示抵抗型の回路に使っても
センサ動作が可能である。

【００７８】エンジン制御装置１２０の入力端子１６
１、１６２を２つ用意しておき、並列抵抗補正用入力に
補正抵抗１１を接続するようにハーネスを用意した場
合、誤差表示抵抗用の入力はオープンとなるので、誤差
表示抵抗の断線と同じになる。この場合、センサ電圧に
対する補正値を１００％にすることで、並列抵抗補正型
に対応可能となる。

【００７９】並列抵抗補正型に用いる補正抵抗１１を誤
差表示抵抗としても用いることができるので、並列抵抗
補正と分割抵抗で合成される電圧から補正値を求め、セ
ンサ電圧を補正することができる。また、誤差表示抵抗
型で求めた電圧から補正値を求めるには、通常テーブル
値を用いて換算するが、演算式による補正値算出も可能
である。

【００８０】なお、図２１では、並列抵抗補正型と誤差
表示抵抗型を組み合わせたが、直列抵抗補正タイプのセ
ンサを差動増幅抵抗型用のエンジン制御装置に用いても
センサが動作する。

【００８１】また、上述した実施の形態で使用したリニ
ア空燃比センサ１１６は２端子型としたが、図２２、図
２３に示されているように、大気導入室に生じる電圧を
コンパレータ１６１によって基準電圧と比較すること
で、センサに印加する電圧を制御する方式でも、これま
で説明した補正手段を行うことが可能である。この場
合、センサ電流を検出する基準抵抗１２２がセンサ１１
６の排気ガス測定室側に付く場合と、大気導入室に付く
場合とがあるが、どちらも補正可能である。

【００８２】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、この発
明による内燃機関の制御装置によれば、リニア空燃比セ
ンサの補正方式を統一できるから、リニア空燃比センサ
の種類が減り、扱い数量を増やすことができるので、コ
スト低減を図ることができ、また、誤差補正値読み取り
を初期化の際に行うことにより、誤った組合わせでセン
サに大きなダメージを与える虞がなく、センサと制御回
路の組み合わせの自由度が増える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による制御装置が適用される内燃機関の
制御系の構成図である。

【図２】本発明による内燃機関の制御装置の一つの実施
の形態を示す要部のブロック図である。

【図３】本発明による内燃機関の制御装置の一つの実施
の形態を示す要部の回路構成図である。

【図４】内燃機関の制御装置の制御ブロック図である。

【図５】内燃機関の制御装置のマイクロコンピュータに
よる構成例を示すブロック図である。

【図６】（ａ）は本発明による内燃機関の制御装置の一
つの実施の形態を示す要部のブロック図、（ｂ）はセン
サ誤差と補正抵抗値との関係を示すグラフである。

【図７】（ａ）は本発明による内燃機関の制御装置の他
の実施の形態を示す要部のブロック図、（ｂ）はセンサ
誤差と補正抵抗値との関係を示すグラフである。

【図８】本発明による内燃機関の制御装置の他の実施の
形態を示す要部のブロック図である。

【図９】（ａ）はセンサ誤差と分割電圧値（Ａ／Ｄ値）
との関係を示すグラフ、（ｂ）は分割電圧値（Ａ／Ｄ
値）と補正テーブル値との関係を示すグラフである。

【図１０】本発明による内燃機関の制御装置の他の実施
の形態を示す要部のブロック図である。

【図１１】（ａ）はセンサ誤差と補正抵抗値との関係を
示すグラフ、（ｂ）は補正抵抗値分割電圧値とセンサ電
圧ゲインとの関係を示すグラフである。

【図１２】リニア空燃比センサの誤差補正手順を示す説
明図であるる

【図１３】本発明による内燃機関の制御装置の要部の回
路構成図である。

【図１４】センサ制御初期化のタイムチャートである。

【図１５】センサ制御初期化のフローチャートである。

【図１６】（ａ）〜（ｆ）は並列補正型の場合の異常例
と自己診断結果の診断結果を示す説明図である。

【図１７】（ａ）〜（ｆ）は直列補正型の場合の異常例
と自己診断結果の診断結果を示す説明図である。

【図１８】（ａ）〜（ｆ）は誤差抵抗表示型の場合の異
常例と自己診断結果の診断結果を示す説明図である。

【図１９】（ａ）〜（ｆ）は差動増幅器抵抗型の場合の
異常例と自己診断結果の診断結果を示す説明図である。

【図２０】フェールセーフ動作の説明図である。

【図２１】並列抵抗補正と誤差表示抵抗補正を組み合わ
せた場合の回路構成図である。

【図２２】基準電圧を別に設定する場合の回路例を示す
回路構成図である。

【図２３】基準電圧を別に設定する場合の回路例を示す
回路構成図である。

【図２４】リニア空燃比センサにおける誤差発生の要因
を示す説明図である。

【図２５】リニア空燃比センサの出力特性図である。

【符合の説明】

１１補正抵抗１００内燃機関１０１インジェクタ１０２点火プラグ１０３点火コイル１０４スロットル１１０水温センサ１１１クランク角センサ１１２カム角センサ１１３スロットルポジションセンサ１１４吸気管圧力センサ１１５吸入空気流量計１１６リニア空燃比センサ１１８触媒コンバータ１１９リアＯ２センサ１２０エンジン制御装置１２１補正手段１２２基準抵抗１２３センサ電圧検出部１２４空燃比算出部１４１差動増幅器１０１１燃料ポンプ１０１２燃圧制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｇ (72)発明者浅野誠二茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者能登康雄茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者池田勇次茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内Ｆターム(参考） 3G084 AA03 AA04 BA09 BA13 CA01 DA21 DA26 DA30 EA08 EA09 EB08 EB13 EB16 EB22 FA07 FA10 FA11 FA20 FA30 FA38 FA39 3G301 HA06 HA15 JA17 JA20 JB01 JB07 KA01 LB02 LB06 MA01 MA03 MA06 MA11 MA12 MA13 NA02 NA08 NB05 NB11 NC04 NC08 ND02 ND06 ND12 ND13 ND15 ND17 ND30 NE14 NE15 PA01Z PA07Z PA11A PA11Z PA18A PA18Z PD03Z PD04A PD04B PD04Z PD05A PD05Z PD06Z PD08Z PD09Z PD13A PD13Z PE03Z PE05Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気管に設けられ排気ガスの
空燃比をリニアに測定するリニア空燃比センサと、前記
リニア空燃比センサの出力に応じて内燃機関の空燃比を
補正する空燃比制御手段とを有する内燃機関の制御装置
において、前記リニア空燃比センサの出力特性と基準値との誤差に
対応したリニア空燃比センサの誤差量を補正するための
補正抵抗を備え、リニア空燃比センサ出力の特性を補正
することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】前記補正抵抗が前記リニア空燃比センサ
の出力を検知する基準抵抗と直列に接続されることを特
徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
【請求項３】前記補正抵抗が前記リニア空燃比センサ
の出力を検知する基準抵抗と並列に接続されることを特
徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】前記基準抵抗に生じる電圧を増幅する差
動増幅器を備え、前記補正抵抗が前記差動増幅器の入力
抵抗の少なくとも一部をなし、前記補正抵抗が前記差動
増幅器のゲインを補正することを特徴とする請求項３に
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】前記補正抵抗と所定の入力回路との分割
電圧を測定する回路と、前記分割電圧に応じて前記リニ
ア空燃比センサの出力特性の誤差を補正する補正値を演
算する手段とを有し、前記リニア空燃比センサの出力を
検知する基準抵抗に生じる電圧値に対して前記補正値を
演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
制御装置。
【請求項６】前記基準抵抗と並列に接続されるべき抵
抗を前記リニア空燃比センサの誤差に対応した抵抗とし
て用いることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の
制御装置。
【請求項７】前記基準抵抗と直列に接続されるべき抵
抗を前記リニア空燃比センサの誤差に対応した抵抗とし
て用いることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の
制御装置。
【請求項８】前記リニア空燃比センサの出力特性の誤
差を補正する補正抵抗の抵抗値に応じて前記リニア空燃
比センサの出力特性を補正する方式を切り換えることを
特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の内燃機関
の制御装置。
【請求項９】前記リニア空燃比センサの出力電圧また
は補正する基準抵抗に印加される電圧を複数の所定値と
比較し、前記電圧が第１の所定値以上あるいは第２の所
定値未満であるか否かを判定する判定手段と、前記判定
手段の結果に応じてリニア空燃比センサが異常であるか
否かを判定するリニア空燃比センサ診断手段とを有する
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の内
燃機関の制御装置。
【請求項１０】リニア空燃比センサが異常と判定され
た場合には、空燃比制御を停止または空燃比制御の目標
空燃比を固定値とすることを特徴とする請求項９に記載
の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】排気通路の途中に設けられている触媒
コンバータの下流側にリアＯ２センサが設けられ、前記
リニア空燃比センサが異常と判定された場合には、前記
リアＯ２センサ出力に応じて空燃比制御を行うことを特
徴とする請求項１〜１０の何れか１項に内燃機関の制御
装置。
【請求項１２】外部信号によるスイッチングにより、
所定のスイッチング状態においてのみ誤差補正値の読み
取りを行う回路を有し、初期化の際にのみ、前記外部信
号によるスイッチングにより誤差補正値の読み取りを行
うことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に内燃
機関の制御装置。