JP2004251626A - 内燃機関のガス濃度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスセンサの異常時にもエンジンの制御で必要な検出値を出力することである。
【解決手段】酸素に感応するモニタセル１ｂと、酸素およびＮＯｘ に感応するセンサセル１ｃとを有し、両セル１ｂ，１ｃの検出値の差分からＮＯｘ の濃度を検出するガス濃度検出装置において、モニタセル１ｂの正常な検出値がとる範囲として、内燃機関の運転状態に基づいて推定された検出値の範囲を基準の範囲とし、モニタセル１ｂの実検出値が前記基準範囲の外か否かを判定し、該判定が工程判断されると、モニタセル１ｂやその検出回路からなる検出系に異常が生じているものとして、異常に基因した検出誤差の大きいモニタセル１ｂの実検出値に代えて前記基準範囲内の所定の基準値を出力する。
【選択図】 図２
【解決手段】酸素に感応するモニタセル１ｂと、酸素およびＮＯｘ に感応するセンサセル１ｃとを有し、両セル１ｂ，１ｃの検出値の差分からＮＯｘ の濃度を検出するガス濃度検出装置において、モニタセル１ｂの正常な検出値がとる範囲として、内燃機関の運転状態に基づいて推定された検出値の範囲を基準の範囲とし、モニタセル１ｂの実検出値が前記基準範囲の外か否かを判定し、該判定が工程判断されると、モニタセル１ｂやその検出回路からなる検出系に異常が生じているものとして、異常に基因した検出誤差の大きいモニタセル１ｂの実検出値に代えて前記基準範囲内の所定の基準値を出力する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のガス濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野で用いられており、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、内燃機関本体から排出される排気ガス中の酸素等のガス濃度を検出して、その検出信号を機関本体各部の制御に供するようになっている。
【０００３】
内燃機関用のガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を用いたものが一般的である。例えば、被測定ガスが存在するガスセンサ外部とガスセンサ内部とで酸素が行き来可能にチャンバーを形成し、固体電解質材に１対の電極を形成したセルによりチャンバー内の酸素を汲み出す構造のものがある。このものでは、電極間に、電極と接続された信号線を介して電圧を印加して固体電解質材の内部にキャリアとしての酸素イオンを移動させることで、酸素を汲み出すようになっている。そして、電極間にチャンバー内の酸素濃度に応じた限界電流を流し、この電流を検出することで酸素濃度が知られるようにしている。このような構成のセルを複数設けて、ＮＯｘ やＣＯを検出可能としたものもある。このような装置では、２つのセルを設けて、チャンバ内に臨む電極のうち、一方のセルのものをＮＯｘ やＣＯに対して活性とするとともに、他方のセルのものを不活性として、前記限界電流に、ＮＯｘ やＣＯの濃度に応じて電極表面で消費または生成される酸素の量に応じた差が生じるようになっている。ＮＯｘ 等の検出しようとする成分ガスに感応しない前記他方のセル（モニタセル）を設けることで、成分ガスに感応する前記一方のセル（センサセル）の検出信号に含まれるチャンバ内の残留酸素に影響を排除して、成分ガスの検出精度を向上させている。
【０００４】
かかる酸素以外のガスの情報が利用される例としては、例えば、検出されたＮＯｘ の濃度に基づくＥＧＲの制御等がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０２２８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モニタセルやその検出回路に異常があれば、両セルの出力差分から得られるＮＯｘ 濃度の検出値も異常値となり、適正に前記ＥＧＲ等の制御を行い得ない。セルの出力から異常の有無は判断できるから、修理等が必要なことは知られるが、修理がなされるまでの間に、高精度な制御とはいえないまでも、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの点である程度許容されるレベルを確保するのが望ましい。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、モニタセルの出力が異常値をとったときにも、内燃機関の制御においてある程度許容されるレベルを確保することのできる内燃機関のガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、排気ガス中の酸素および所定の成分ガスに感応して、排気ガス中の酸素および所定成分ガスの濃度に応じた検出信号を出力するセンサセルと、前記排気ガス中の酸素に感応しかつ所定成分ガスには不感で、前記排気ガス中の酸素の濃度に応じた検出信号を出力するモニタセルとを備えたガスセンサを有し、前記排気ガス中の前記所定成分ガスの濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置において
前記モニタセルの正常な検出値がとる範囲として内燃機関の運転状態に基づいて推定された検出値の範囲を基準の範囲とし、前記モニタセルの実検出値が前記基準範囲外にあるか否かを判定する検出値範囲判定手段と、
前記検出値範囲判定手段で肯定判断されると、前記モニタセルの実検出値に代えて所定の基準値を出力する基準値出力手段とを具備せしめる。
【０００９】
排気ガス中の酸素の濃度は、吸気量や燃料噴射等の運転状態に応じたものとなるため、運転状態に基づいてある程度知られる。したがって、運転状態に基づいて酸素濃度がとる範囲を推定することができる。かかる範囲を外れた値を実検出値がとった場合には、モニタセルや検出回路に異常が生じている確率蓋然性が高いといえる。この場合には、前記基準範囲に入る基準値の方が実際の酸素濃度をより正確に表しているといえるので、前記基準値に基づいて内燃機関の制御を行うことで、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの点である程度許容し得るレベルを確保することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記モニタセルの正常な検出値がとる代表値を内燃機関の運転状態に基づいて推定し、推定された代表値を前記基準値とする基準値演算手段を具備せしめる。
【００１１】
前記基準値を内燃機関の運転状態に応じて設定することで、基準値をさらに適正化することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項１の発明の構成において、内燃機関の運転状態が予め設定した状態のときの前記モニタセルの実検出値と前記基準値との偏差を減じるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめる。
【００１３】
アイドリング状態等の、モニタセルの検出値が安定する定常状態を予め設定した状態として、内燃機関の運転状態が予め設定した状態のときに基準値を再設定することで、ガスセンサの経時変化や個体差を吸収し、前記基準値をさらに適正化することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明のように、前記モニタセルが、前記センサセルと前記所定成分ガスに対する感応性のみ相違する同構造のセルであり、前記所定成分ガス濃度を、前記センサセルの検出値と前記モニタセルの検出値との差分に基づいて求める構成の装置に、前記各請求項の発明を適用した場合には、モニタセルの検出値に異常が発生したときに、実検出値に代わる基準値と前記センサセルの検出値との差分により、前記所定成分ガス濃度が求められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態になるガス濃度検出装置を付設したエンジンを示す。本エンジンＥは例えば自動車に搭載される。図例のものは、過給式の４気筒ディーゼルエンジンであり、各気筒に１対１に対応して設けられたインジェクタ４２に高圧燃料を供給するコモンレール４１、排気マニホールド５１と吸気マニホールド３１とを連通するＥＧＲ通路６１を備えている。エンジンＥの各気筒から排出される排気ガスが流通する排気管５２には、排気ガスを酸化する酸化触媒５４とともに、その上流にＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３が設けられている。排気管５２の上流部に位置する排気マニホールド５１には、ＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３に吸蔵されたＮＯｘ を還元せしめるためのＨＣを供給する排気燃料添加弁４３が設けられており、燃料ポンプ４４から圧送される燃料を排気マニホールド５１内に噴射供給する。
【００１６】
ガス濃度検出装置Ｓのガスセンサ１は、ＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３と酸化触媒５４との間で排気管５２に設けられ、車室側に設けられたガスセンサ１の制御回路２１と配線用のケーブルにより接続される。制御回路２１はガスセンサ１の駆動回路やマイクロコンピュータ等からなり、該マイクロコンピュータでは、ガスセンサ１からの後述するポンプセル電圧ＶＰ の調整制御や、ポンプセル電流ＩＰ 、モニタセル電流ＩＭ 、センサセル電流ＩＳ を示す信号の出力を行う。ＥＣＵ２２ではこれらの信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ 濃度（以下、適宜、ガス濃度という）を演算処理し、演算結果を、排気燃料添加弁４３の制御やＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ６２の制御等、種々の制御に供する。
【００１７】
ガスセンサ１は図２、図３、図４に示すように、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４，１１５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１４は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間に、絞り部１０３を介して互いに連通する２つのチャンバー１０１，１０２が形成される。チャンバー１０１，１０２はガスセンサ１の長手方向に配置され、ガスセンサ１の先端側の第１のチャンバー１０１よりもガスセンサ１の基端側の第２のチャンバー１０２は２倍程度幅広である。
【００１８】
各固体電解質層１１１，１１２をそれぞれ挟んでチャンバー１０１，１０２と反対側には各固体電解質層１１１，１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０４，１０５がそれぞれ形成されている。各大気ダクト１０４，１０５はガスセンサ１の基端で大気に開放している。第１の大気ダクト１０４は固体電解質層１１２を挟んで第１チャンバー１０４と対向する位置まで伸びており、第２のダクト１０５は固体電解質層１１１を挟んで第２チャンバー１０２と対向する位置まで伸びている。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０４，１０５は排気管５２外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００１９】
第１のチャンバー１０１位置で、図２中、上側の固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０６が形成されており、ピンホール１０６を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスが第１チャンバー１０１内に導入される。ピンホール１０６の開口端は多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１１６により覆われており、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００２０】
第１チャンバー１０１位置で固体電解質層１１２の上下面には固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１２と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。ポンプセル１ａを構成する電極１２１，１２２のうち、チャンバー１０１に面した電極１２１はＮＯｘ の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。以下、適宜、チャンバー１０１に面した電極１２１をチャンバー側ポンプ電極１２１といい、大気ダクト１０４に面した電極１２２を大気側ポンプ電極１２２という。
【００２１】
第２チャンバー１０２位置で固体電解質層１１１の上下面には、大気ダクト１０５に面した電極１２５を共通として、固体電解質層１１２を挟んで対向する２組の１対の電極１２３，１２５、電極１２４，１２５が形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とでモニタセル１ｂが構成される。また、固体電解質層１１１と電極１２４，１２５とでセンサセル１ｃが構成される。チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、モニタセル１ｂの電極１２３がＮＯｘ の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ 等の貴金属により構成され、センサセル１ｃの電極１２４がＮＯｘ の分解（還元）に活性なＰｔ 等の貴金属により構成される。以下、適宜、モニタセル１ｂのチャンバー１０２に面した電極１２３をチャンバー側モニタ電極１２３といい、センサセル１ｃのチャンバー１０２に面した電極１２４をチャンバー側センサ電極１２４という。また、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとに共通の大気ダクト１０５に面した電極１２５を大気側センサ／ポンプ電極１２５という。
【００２２】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０４のダクト壁をなす絶縁層１１５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００２３】
ヒータ１３は制御回路２１からの給電で発熱し、制御回路２１は、温度に依存する電極１２１，１２２間等のインピーダンスを演算して、該インピーダンスが、固体電解質層１１１，１１２の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータ１３への通電量を調整する。前記インピーダンスを求める手段は、例えばセル１ａ〜１ｃに印加電圧を所定量変化させてそのときの電流変化から求める手段が採用し得る。
【００２４】
制御回路２１はポンプセル１ａに大気側ポンプ電極１２２側を正として電極１２１，１２２間に電圧を印加するようになっている（以下、適宜、電極１２１，１２２間に印加される電圧をポンプセル電圧ＶＰ という）。また、電極１２１，１２２間に流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流ＩＰ という）を検出するようになっている。ガスセンサ１の周囲を流れる排気ガスが多孔質拡散層１１６およびピンホール１０６を通って第１チャンバー１０１に導入されると、排気ガス中の酸素がチャンバ側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通り大気ダクト１０４へと排出される。このとき、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６の流通抵抗が支配的となっている。ポンプセル電圧ＶＰ を後述するように限界電流域に設定すれば、ポンプセル電流ＩＰ から排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバ側ポンプ電極１２１がＮＯｘ の分解に不活性であるからＮＯｘ は第１チャンバー１０１内に残留する。
【００２５】
印加電圧は、ポンプセル電流ＩＰ に基づいて制御される。図５はポンプセル１ａの特性を示すもので、ポンプセル電流Ｉｐ がポンプセル電圧Ｖｐ に依存しない領域が限界電流域である。制御回路２１は、常に限界電流域で作動し得るように、図中、一点鎖線で示すポンプセル電流Ｉｐ とポンプセル電圧Ｖｐ との関係を予めＲＯＭにマップとして記憶しておき、ポンプセル電圧Ｖｐ を設定する。
【００２６】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第２チャンバー１０２へと拡散するから、第２チャンバー１０２には酸素濃度が低下した被測定ガスである排気ガスが存在している。第２チャンバー１０２内に残留した酸素の濃度は、ガスセンサの周囲の排気ガス中の酸素濃度に依存する。そして、ガスセンサの周囲の排気ガス中の酸素濃度は、エンジンＥの運転状態に依存する。したがって、第２チャンバー１０２内の酸素濃度はエンジンＥの運転状態に依存する。
【００２７】
また、制御回路２１の駆動回路は、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに対し、それぞれ大気側センサ／ポンプ電極１２５側を正として、電極１２３，１２５間および電極１２４，１２５間に電圧を印加する（以下、適宜、電極１２３，１２５間に印加される電圧をモニタセル電圧ＶＭ 、電極１２４，１２５間に印加される電圧をセンサセル電圧ＶＳ という）。また、電極１２３，１２５間に流れる電流（以下、モニタセル電流ＩＭ という）および電極１２４，１２５間に流れる電流（以下、センサセル電流ＩＳ という）を検出する。モニタセル電圧ＶＭ 、センサセル電圧ＶＳ の印加により、各セル１ｂ，１ｃではチャンバー１０２内の余剰酸素が大気ダクト１０５へと排出される。モニタセル電圧ＶＭ 、センサセル電圧ＶＳ の電圧値を適当に選んでモニタセル１ｂ、センサセル１ｃに、それぞれ限界電流を流す。ここで、第２チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、チャンバ側センサ電極１２４のみがＮＯｘ の分解に対して活性であるから、センサセル電流ＩＳ の方がモニタセル電流ＩＭ よりも、チャンバ側センサ電極１２４においてＮＯｘ が分解することで生じる酸素イオンの分、電流値が多くなる。モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差に基づいて排気ガスのＮＯｘ 濃度が得られることになる。
【００２８】
なお、ポンプセル電流ＩＰ 、モニタセル電流ＩＭ 、センサセル電流ＩＳ はいずれも、各セル１ａ〜１ｃ用の電圧印加回路に、セル１ａ〜１ｃに直列に抵抗器を接続し、該抵抗器の電圧降下として読み得る。
【００２９】
このように、基本的には、ＮＯｘ 濃度は、モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差分で得られるが、モニタセル１ｂを含むモニタセル電流ＩＭ の検出回路に配線不良等の不具合が生じたときには、モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差分からは、実際のＮＯｘ 濃度から乖離した異常値しか現れない。次に、かかる不具合に対する本ガス濃度検出装置Ｓの特徴部分を以下に説明する。
【００３０】
図６にＥＣＵ２２のマイクロコンピュータで実行されるＩＭ異常判定ルーチンを示す。ステップＳ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑ、モニタセル電流ＩＭｒを読み込む。なお、モニタセル電流ＩＭｒは、前記マイクロコンピュータに読み込まれるモニタセル電流である。なお、モニタセル電流ＩＭ は、適宜ガス濃度の演算等において用いられる最終的な電流値をいうものとする。
【００３１】
ステップＳ１０２では、読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑに基づいてモニタセル電流ＩＭｒがとり得る範囲を、該範囲を規定する上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃを演算することで求める（以下、適宜、上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃで規定される範囲を範囲（Ｃ，Ａ）という）。上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃの演算では、それぞれ、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに対して上限しきい値Ａ、下限しきい値Ｃがそれぞれ対応する二次元マップにしたがって演算される。
【００３２】
ステップＳ１０３は基準値演算手段としての処理で、当該エンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑにおけるモニタセル電流ＩＭｒの基準値Ｂを、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに対して基準値Ｂが対応する二次元マップにしたがって演算する。
【００３３】
各マップは前記マイクロコンピュータのＲＯＭに格納される。また、基準値Ｂは、例えば、前記範囲（Ｃ，Ａ）の中間としてよく（Ｂ＝（Ａ＋Ｃ）／２）、この場合には、上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃからマップによらずに算出してもよい。
【００３４】
前記のごとく第２チャンバー１０２内の酸素濃度はエンジンの運転状態に依存するから、第２チャンバー１０２内の酸素濃度に応じた値をとるモニタセル電流ＩＭ もエンジンの運転状態に依存する。したがって、ガス濃度検出装置が正常な状態で予め種々の運転状態の元で実験をし、モニタセル電流ＩＭ と、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑとの対応関係のデータを取得し、取得データから前記マップを作成する。
【００３５】
ステップＳ１０４は、検出値範囲判定手段としての処理で、モニタセル電流ＩＭｒを上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃと比較し、ＩＭｒ≧ＡまたはＩＭｒ≦Ｃか否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１０５に進み、否定判断されるとステップＳ１０６に進み、本ＩＭ異常判定ルーチンを終了する。ステップＳ１０４が否定判断されたとき、すなわち、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれているときに実行されるステップＳ１０６では、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒの値とする。ステップＳ１０４が肯定判断されたとき、すなわち、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れているときに実行されるステップＳ１０５は基準値出力手段としての処理であり、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒに代えて、基準値Ｂとする。
【００３６】
読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒ若しくは基準値Ｂは、ＥＣＵ２２で実行される、ＮＯｘ 濃度を演算する別のルーチンに出力され、センサセル電流ＩＳ との差分から、ＮＯｘ 濃度が求められることになる。
【００３７】
このように、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれている限り、モニタセル電流ＩＭとして、通常のガス濃度検出装置と同様にモニタセル電流ＩＭｒの値が出力されるが、前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れると、モニタセル１ｂを含むモニタセル電流ＩＭ の検出系に異常が生じたものと判断して、エンジンＥの運転状態から推定される基準値Ｂに代わることになる。これにより、異常発生時にも、ある程度実用的な精度で制御をなし得る。
【００３８】
基準値Ｂはエンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに基づいて演算するようにしているが、排気ガス中の酸素濃度を規定するエンジンの運転状態のパラメータを含めて、さらに精密に基準値Ｂが得られるようにしてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
図７、図８に本発明の第２実施形態になるエンジンのＥＣＵで実行される制御フローを示す。本実施形態は、基本的な構成は第１実施形態のものと同じで、相違点はＩＭ異常判定ルーチンでの処理内容である。第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は第１実施形態のステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４と同様の処理であり、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれておりステップＳ２０３が否定判断されると、ステップＳ２０５で、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒの値とする。
【００４１】
モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れておりステップＳ２０３が肯定判断されると、ステップＳ２０４で、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒに代えて、後述するＩＭ 学習値（ＩＭｌ）とする。ステップＳ２０４は基準値出力手段としての処理である。
【００４２】
ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、第１実施形態の基準値Ｂと同様に、その時の運転状態におけるモニタセル電流の代表値であり、基準値再設定手段としての処理であるＩＭ 学習値算出ルーチンにより求められる。これを図８により説明する。
【００４３】
ステップＳ３０１では所定の状態であるアイドル状態か否かを判定し、肯定判断されると、ステップＳ３０２で、モニタセル電流ＩＭｒおよびＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を読み込む。ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、後述するステップＳ３０５により更新される値であるが、その初期値は、実験等により予めアイドル状態において標準となるガスセンサのモニタセル電流がとる標準値を求めておいたものである。
【００４４】
ステップＳ３０３で、モニタセル電流ＩＭｒとＩＭ学習値（ＩＭｌ）との偏差ΔＩＭ を式（１）により算出する。
ΔＩＭ ＝ＩＭｒ−ＩＭｌ・・・（１）
【００４５】
ステップＳ３０４では、偏差ΔＩＭ の大きさ（｜ΔＩＭ ｜）が予め設定した所定の許容値δよりも小さいか否かを判定する。肯定判断されると、本フローを終了する。
【００４６】
ステップＳ３０４が否定判断されると、ステップＳ３０５で、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を式（２）により算出し、更新する。式中、ｋはなまし係数（ｋ＞１）である。
ＩＭｌ＝ＩＭｌ＋ΔＩＭ ／ｋ・・・（２）
【００４７】
前記のごとく、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の初期値は予めモニタセル電流ＩＭ がとる標準値を実験等により求めておいたものであり、モニタセル電流ＩＭｒがこれから大きく外れることはない。しかしながら、ガスセンサの特性の個体差に基因して、偏差ΔＩＭ が許容値δを外れる場合には、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、偏差ΔＩＭ が減じられる方向に再設定される。これにより、ガスセンサの個体差を吸収し、運転状態から推定されるモニタセル電流をさらに適正化することができる。また、経時変化に基因して偏差ΔＩＭ が許容値δを外れる場合にも、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、偏差ΔＩＭ が減じられる方向に再設定され、ガスセンサの経時変化を吸収し、運転状態から推定されるモニタセル電流ＩＭ をさらに適正化することができる。これにより、第１実施形態のものよりもさらにＮＯｘ 濃度の検出精度が向上する。
【００４８】
なお、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の算出において、なまし係数ｋを使っているので、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）がハンチング等を生じることなくスムーズに収束する。図９はこの一例を示すもので、アイドリング状態におけるモニタセル電流ＩＭｒが、モニタセル検出系の経時変化により変化したときに、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、モニタセル電流ＩＭｒの変化前から変化後にかけて収束していく様子を示している。ガスセンサの個体差に基因してＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の前記初期値とモニタセル電流ＩＭｒとの間に差があるときも同様である。なお、なまし係数ｋの適正な値は予め実験等により求めるのがよい。また、モニタセル電流ＩＭｒとＩＭ 学習値（ＩＭｌ）との偏差ΔＩＭ についての許容値δは、許容される誤差に応じて設定する。
【００４９】
なお、本ＩＭ 学習値算出フローにおけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、アイドル状態のときのものであり、ＩＭ 異常判定フローのステップＳ２０３におけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、ＩＭ 学習値算出フローにおけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を基準値として、ステップＳ２０１で読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑに適合するように変換や補正をするのも勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になるガス濃度検出装置を付設したエンジンの構成図である。
【図２】前記ガス濃度検出装置を構成するガスセンサの要部断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示すグラフである。
【図６】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態になるガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図９】前記ガス濃度検出装置の作動を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｓ ガス濃度検出装置
１ ガスセンサ
１ａ ポンプセル
１ｂ モニタセル
１ｃ センサセル
１３ ヒータ
１０１，１０２ チャンバー
１１１，１１２ 固体電解質層（固体電解質材）
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５ 電極
２１ 制御回路
２２ ＥＣＵ（検出値範囲判定手段、基準値出力手段、基準値演算手段、基準値再設定手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のガス濃度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサは種々の分野で用いられており、例えば、内燃機関の排気管に設けられて、内燃機関本体から排出される排気ガス中の酸素等のガス濃度を検出して、その検出信号を機関本体各部の制御に供するようになっている。
【０００３】
内燃機関用のガスセンサは、今日、ジルコニア等の酸素イオン導電性の固体電解質材を用いたものが一般的である。例えば、被測定ガスが存在するガスセンサ外部とガスセンサ内部とで酸素が行き来可能にチャンバーを形成し、固体電解質材に１対の電極を形成したセルによりチャンバー内の酸素を汲み出す構造のものがある。このものでは、電極間に、電極と接続された信号線を介して電圧を印加して固体電解質材の内部にキャリアとしての酸素イオンを移動させることで、酸素を汲み出すようになっている。そして、電極間にチャンバー内の酸素濃度に応じた限界電流を流し、この電流を検出することで酸素濃度が知られるようにしている。このような構成のセルを複数設けて、ＮＯｘ やＣＯを検出可能としたものもある。このような装置では、２つのセルを設けて、チャンバ内に臨む電極のうち、一方のセルのものをＮＯｘ やＣＯに対して活性とするとともに、他方のセルのものを不活性として、前記限界電流に、ＮＯｘ やＣＯの濃度に応じて電極表面で消費または生成される酸素の量に応じた差が生じるようになっている。ＮＯｘ 等の検出しようとする成分ガスに感応しない前記他方のセル（モニタセル）を設けることで、成分ガスに感応する前記一方のセル（センサセル）の検出信号に含まれるチャンバ内の残留酸素に影響を排除して、成分ガスの検出精度を向上させている。
【０００４】
かかる酸素以外のガスの情報が利用される例としては、例えば、検出されたＮＯｘ の濃度に基づくＥＧＲの制御等がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２０２２８５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、モニタセルやその検出回路に異常があれば、両セルの出力差分から得られるＮＯｘ 濃度の検出値も異常値となり、適正に前記ＥＧＲ等の制御を行い得ない。セルの出力から異常の有無は判断できるから、修理等が必要なことは知られるが、修理がなされるまでの間に、高精度な制御とはいえないまでも、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの点である程度許容されるレベルを確保するのが望ましい。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、モニタセルの出力が異常値をとったときにも、内燃機関の制御においてある程度許容されるレベルを確保することのできる内燃機関のガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、排気ガス中の酸素および所定の成分ガスに感応して、排気ガス中の酸素および所定成分ガスの濃度に応じた検出信号を出力するセンサセルと、前記排気ガス中の酸素に感応しかつ所定成分ガスには不感で、前記排気ガス中の酸素の濃度に応じた検出信号を出力するモニタセルとを備えたガスセンサを有し、前記排気ガス中の前記所定成分ガスの濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置において
前記モニタセルの正常な検出値がとる範囲として内燃機関の運転状態に基づいて推定された検出値の範囲を基準の範囲とし、前記モニタセルの実検出値が前記基準範囲外にあるか否かを判定する検出値範囲判定手段と、
前記検出値範囲判定手段で肯定判断されると、前記モニタセルの実検出値に代えて所定の基準値を出力する基準値出力手段とを具備せしめる。
【０００９】
排気ガス中の酸素の濃度は、吸気量や燃料噴射等の運転状態に応じたものとなるため、運転状態に基づいてある程度知られる。したがって、運転状態に基づいて酸素濃度がとる範囲を推定することができる。かかる範囲を外れた値を実検出値がとった場合には、モニタセルや検出回路に異常が生じている確率蓋然性が高いといえる。この場合には、前記基準範囲に入る基準値の方が実際の酸素濃度をより正確に表しているといえるので、前記基準値に基づいて内燃機関の制御を行うことで、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの点である程度許容し得るレベルを確保することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記モニタセルの正常な検出値がとる代表値を内燃機関の運転状態に基づいて推定し、推定された代表値を前記基準値とする基準値演算手段を具備せしめる。
【００１１】
前記基準値を内燃機関の運転状態に応じて設定することで、基準値をさらに適正化することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、請求項１の発明の構成において、内燃機関の運転状態が予め設定した状態のときの前記モニタセルの実検出値と前記基準値との偏差を減じるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめる。
【００１３】
アイドリング状態等の、モニタセルの検出値が安定する定常状態を予め設定した状態として、内燃機関の運転状態が予め設定した状態のときに基準値を再設定することで、ガスセンサの経時変化や個体差を吸収し、前記基準値をさらに適正化することができる。
【００１４】
請求項４記載の発明のように、前記モニタセルが、前記センサセルと前記所定成分ガスに対する感応性のみ相違する同構造のセルであり、前記所定成分ガス濃度を、前記センサセルの検出値と前記モニタセルの検出値との差分に基づいて求める構成の装置に、前記各請求項の発明を適用した場合には、モニタセルの検出値に異常が発生したときに、実検出値に代わる基準値と前記センサセルの検出値との差分により、前記所定成分ガス濃度が求められる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態になるガス濃度検出装置を付設したエンジンを示す。本エンジンＥは例えば自動車に搭載される。図例のものは、過給式の４気筒ディーゼルエンジンであり、各気筒に１対１に対応して設けられたインジェクタ４２に高圧燃料を供給するコモンレール４１、排気マニホールド５１と吸気マニホールド３１とを連通するＥＧＲ通路６１を備えている。エンジンＥの各気筒から排出される排気ガスが流通する排気管５２には、排気ガスを酸化する酸化触媒５４とともに、その上流にＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３が設けられている。排気管５２の上流部に位置する排気マニホールド５１には、ＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３に吸蔵されたＮＯｘ を還元せしめるためのＨＣを供給する排気燃料添加弁４３が設けられており、燃料ポンプ４４から圧送される燃料を排気マニホールド５１内に噴射供給する。
【００１６】
ガス濃度検出装置Ｓのガスセンサ１は、ＮＯｘ 吸蔵還元型触媒５３と酸化触媒５４との間で排気管５２に設けられ、車室側に設けられたガスセンサ１の制御回路２１と配線用のケーブルにより接続される。制御回路２１はガスセンサ１の駆動回路やマイクロコンピュータ等からなり、該マイクロコンピュータでは、ガスセンサ１からの後述するポンプセル電圧ＶＰ の調整制御や、ポンプセル電流ＩＰ 、モニタセル電流ＩＭ 、センサセル電流ＩＳ を示す信号の出力を行う。ＥＣＵ２２ではこれらの信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度およびＮＯｘ 濃度（以下、適宜、ガス濃度という）を演算処理し、演算結果を、排気燃料添加弁４３の制御やＥＧＲ量を調整するＥＧＲバルブ６２の制御等、種々の制御に供する。
【００１７】
ガスセンサ１は図２、図３、図４に示すように、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質材である固体電解質層１１１，１１２、アルミナ等の絶縁材料からなる絶縁層１１３，１１４，１１５等が板厚方向に積層する積層構造を有し、面方向に細長の全体形状が与えられている。固体電解質層１１１，１１２で挟まれた絶縁層１１４は一部が板厚方向に打ち抜かれており、固体電解質層１１１，１１２の間に、絞り部１０３を介して互いに連通する２つのチャンバー１０１，１０２が形成される。チャンバー１０１，１０２はガスセンサ１の長手方向に配置され、ガスセンサ１の先端側の第１のチャンバー１０１よりもガスセンサ１の基端側の第２のチャンバー１０２は２倍程度幅広である。
【００１８】
各固体電解質層１１１，１１２をそれぞれ挟んでチャンバー１０１，１０２と反対側には各固体電解質層１１１，１１２をダクト壁の一部とする大気ダクト１０４，１０５がそれぞれ形成されている。各大気ダクト１０４，１０５はガスセンサ１の基端で大気に開放している。第１の大気ダクト１０４は固体電解質層１１２を挟んで第１チャンバー１０４と対向する位置まで伸びており、第２のダクト１０５は固体電解質層１１１を挟んで第２チャンバー１０２と対向する位置まで伸びている。ガスセンサ１が内燃機関に適用される場合には、ガスセンサ１はこれを保持するホルダ部材等とともに排気管の管壁を貫通して設けられて、大気ダクト１０４，１０５は排気管５２外部と連通し、基準酸素濃度の空間となる。
【００１９】
第１のチャンバー１０１位置で、図２中、上側の固体電解質層１１１には、これを板厚方向に貫通するピンホール１０６が形成されており、ピンホール１０６を介して当該ガスセンサ１の周囲の排気ガスが第１チャンバー１０１内に導入される。ピンホール１０６の開口端は多孔質アルミナ等の多孔質拡散層１１６により覆われており、排気微粒子のチャンバー１０１内への侵入を防止している。
【００２０】
第１チャンバー１０１位置で固体電解質層１１２の上下面には固体電解質層１１２を挟んで対向する１対の電極１２１，１２２が形成されており、固体電解質層１１２と電極１２１，１２２とでポンプセル１ａが構成される。ポンプセル１ａを構成する電極１２１，１２２のうち、チャンバー１０１に面した電極１２１はＮＯｘ の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ等の貴金属により構成されている。以下、適宜、チャンバー１０１に面した電極１２１をチャンバー側ポンプ電極１２１といい、大気ダクト１０４に面した電極１２２を大気側ポンプ電極１２２という。
【００２１】
第２チャンバー１０２位置で固体電解質層１１１の上下面には、大気ダクト１０５に面した電極１２５を共通として、固体電解質層１１２を挟んで対向する２組の１対の電極１２３，１２５、電極１２４，１２５が形成されている。固体電解質層１１１と電極１２３，１２５とでモニタセル１ｂが構成される。また、固体電解質層１１１と電極１２４，１２５とでセンサセル１ｃが構成される。チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、モニタセル１ｂの電極１２３がＮＯｘ の分解（還元）に不活性なＡｕ−Ｐｔ 等の貴金属により構成され、センサセル１ｃの電極１２４がＮＯｘ の分解（還元）に活性なＰｔ 等の貴金属により構成される。以下、適宜、モニタセル１ｂのチャンバー１０２に面した電極１２３をチャンバー側モニタ電極１２３といい、センサセル１ｃのチャンバー１０２に面した電極１２４をチャンバー側センサ電極１２４という。また、モニタセル１ｂとセンサセル１ｃとに共通の大気ダクト１０５に面した電極１２５を大気側センサ／ポンプ電極１２５という。
【００２２】
また、固体電解質層１１２とともに大気ダクト１０４のダクト壁をなす絶縁層１１５には、Ｐｔ等の線パターンが埋設されて、ガスセンサ１全体を加熱するヒータ１３としてある。ヒータ１３は通電によりジュール熱を発生する電気式のものである。
【００２３】
ヒータ１３は制御回路２１からの給電で発熱し、制御回路２１は、温度に依存する電極１２１，１２２間等のインピーダンスを演算して、該インピーダンスが、固体電解質層１１１，１１２の活性温度に対応する所定値になるように、ヒータ１３への通電量を調整する。前記インピーダンスを求める手段は、例えばセル１ａ〜１ｃに印加電圧を所定量変化させてそのときの電流変化から求める手段が採用し得る。
【００２４】
制御回路２１はポンプセル１ａに大気側ポンプ電極１２２側を正として電極１２１，１２２間に電圧を印加するようになっている（以下、適宜、電極１２１，１２２間に印加される電圧をポンプセル電圧ＶＰ という）。また、電極１２１，１２２間に流れる電流（以下、適宜、ポンプセル電流ＩＰ という）を検出するようになっている。ガスセンサ１の周囲を流れる排気ガスが多孔質拡散層１１６およびピンホール１０６を通って第１チャンバー１０１に導入されると、排気ガス中の酸素がチャンバ側ポンプ電極１２２で分解、イオン化して固体電解質層１１１を通り大気ダクト１０４へと排出される。このとき、第１チャンバー１０１内への酸素の流入はピンホール１０６の流通抵抗が支配的となっている。ポンプセル電圧ＶＰ を後述するように限界電流域に設定すれば、ポンプセル電流ＩＰ から排気ガス中の酸素濃度が知られる。チャンバ側ポンプ電極１２１がＮＯｘ の分解に不活性であるからＮＯｘ は第１チャンバー１０１内に残留する。
【００２５】
印加電圧は、ポンプセル電流ＩＰ に基づいて制御される。図５はポンプセル１ａの特性を示すもので、ポンプセル電流Ｉｐ がポンプセル電圧Ｖｐ に依存しない領域が限界電流域である。制御回路２１は、常に限界電流域で作動し得るように、図中、一点鎖線で示すポンプセル電流Ｉｐ とポンプセル電圧Ｖｐ との関係を予めＲＯＭにマップとして記憶しておき、ポンプセル電圧Ｖｐ を設定する。
【００２６】
排気ガスは第１チャンバー１０１から絞り部１０３を介して第２チャンバー１０２へと拡散するから、第２チャンバー１０２には酸素濃度が低下した被測定ガスである排気ガスが存在している。第２チャンバー１０２内に残留した酸素の濃度は、ガスセンサの周囲の排気ガス中の酸素濃度に依存する。そして、ガスセンサの周囲の排気ガス中の酸素濃度は、エンジンＥの運転状態に依存する。したがって、第２チャンバー１０２内の酸素濃度はエンジンＥの運転状態に依存する。
【００２７】
また、制御回路２１の駆動回路は、モニタセル１ｂ、センサセル１ｃに対し、それぞれ大気側センサ／ポンプ電極１２５側を正として、電極１２３，１２５間および電極１２４，１２５間に電圧を印加する（以下、適宜、電極１２３，１２５間に印加される電圧をモニタセル電圧ＶＭ 、電極１２４，１２５間に印加される電圧をセンサセル電圧ＶＳ という）。また、電極１２３，１２５間に流れる電流（以下、モニタセル電流ＩＭ という）および電極１２４，１２５間に流れる電流（以下、センサセル電流ＩＳ という）を検出する。モニタセル電圧ＶＭ 、センサセル電圧ＶＳ の印加により、各セル１ｂ，１ｃではチャンバー１０２内の余剰酸素が大気ダクト１０５へと排出される。モニタセル電圧ＶＭ 、センサセル電圧ＶＳ の電圧値を適当に選んでモニタセル１ｂ、センサセル１ｃに、それぞれ限界電流を流す。ここで、第２チャンバー１０２に面した電極１２３，１２４のうち、チャンバ側センサ電極１２４のみがＮＯｘ の分解に対して活性であるから、センサセル電流ＩＳ の方がモニタセル電流ＩＭ よりも、チャンバ側センサ電極１２４においてＮＯｘ が分解することで生じる酸素イオンの分、電流値が多くなる。モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差に基づいて排気ガスのＮＯｘ 濃度が得られることになる。
【００２８】
なお、ポンプセル電流ＩＰ 、モニタセル電流ＩＭ 、センサセル電流ＩＳ はいずれも、各セル１ａ〜１ｃ用の電圧印加回路に、セル１ａ〜１ｃに直列に抵抗器を接続し、該抵抗器の電圧降下として読み得る。
【００２９】
このように、基本的には、ＮＯｘ 濃度は、モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差分で得られるが、モニタセル１ｂを含むモニタセル電流ＩＭ の検出回路に配線不良等の不具合が生じたときには、モニタセル電流ＩＭ とセンサセル電流ＩＳ との差分からは、実際のＮＯｘ 濃度から乖離した異常値しか現れない。次に、かかる不具合に対する本ガス濃度検出装置Ｓの特徴部分を以下に説明する。
【００３０】
図６にＥＣＵ２２のマイクロコンピュータで実行されるＩＭ異常判定ルーチンを示す。ステップＳ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑ、モニタセル電流ＩＭｒを読み込む。なお、モニタセル電流ＩＭｒは、前記マイクロコンピュータに読み込まれるモニタセル電流である。なお、モニタセル電流ＩＭ は、適宜ガス濃度の演算等において用いられる最終的な電流値をいうものとする。
【００３１】
ステップＳ１０２では、読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑに基づいてモニタセル電流ＩＭｒがとり得る範囲を、該範囲を規定する上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃを演算することで求める（以下、適宜、上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃで規定される範囲を範囲（Ｃ，Ａ）という）。上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃの演算では、それぞれ、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに対して上限しきい値Ａ、下限しきい値Ｃがそれぞれ対応する二次元マップにしたがって演算される。
【００３２】
ステップＳ１０３は基準値演算手段としての処理で、当該エンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑにおけるモニタセル電流ＩＭｒの基準値Ｂを、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに対して基準値Ｂが対応する二次元マップにしたがって演算する。
【００３３】
各マップは前記マイクロコンピュータのＲＯＭに格納される。また、基準値Ｂは、例えば、前記範囲（Ｃ，Ａ）の中間としてよく（Ｂ＝（Ａ＋Ｃ）／２）、この場合には、上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃからマップによらずに算出してもよい。
【００３４】
前記のごとく第２チャンバー１０２内の酸素濃度はエンジンの運転状態に依存するから、第２チャンバー１０２内の酸素濃度に応じた値をとるモニタセル電流ＩＭ もエンジンの運転状態に依存する。したがって、ガス濃度検出装置が正常な状態で予め種々の運転状態の元で実験をし、モニタセル電流ＩＭ と、エンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑとの対応関係のデータを取得し、取得データから前記マップを作成する。
【００３５】
ステップＳ１０４は、検出値範囲判定手段としての処理で、モニタセル電流ＩＭｒを上限しきい値Ａおよび下限しきい値Ｃと比較し、ＩＭｒ≧ＡまたはＩＭｒ≦Ｃか否かを判定し、肯定判断されるとステップＳ１０５に進み、否定判断されるとステップＳ１０６に進み、本ＩＭ異常判定ルーチンを終了する。ステップＳ１０４が否定判断されたとき、すなわち、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれているときに実行されるステップＳ１０６では、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒの値とする。ステップＳ１０４が肯定判断されたとき、すなわち、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れているときに実行されるステップＳ１０５は基準値出力手段としての処理であり、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒに代えて、基準値Ｂとする。
【００３６】
読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒ若しくは基準値Ｂは、ＥＣＵ２２で実行される、ＮＯｘ 濃度を演算する別のルーチンに出力され、センサセル電流ＩＳ との差分から、ＮＯｘ 濃度が求められることになる。
【００３７】
このように、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれている限り、モニタセル電流ＩＭとして、通常のガス濃度検出装置と同様にモニタセル電流ＩＭｒの値が出力されるが、前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れると、モニタセル１ｂを含むモニタセル電流ＩＭ の検出系に異常が生じたものと判断して、エンジンＥの運転状態から推定される基準値Ｂに代わることになる。これにより、異常発生時にも、ある程度実用的な精度で制御をなし得る。
【００３８】
基準値Ｂはエンジン回転数Ｎｅ および噴射量Ｑに基づいて演算するようにしているが、排気ガス中の酸素濃度を規定するエンジンの運転状態のパラメータを含めて、さらに精密に基準値Ｂが得られるようにしてもよい。
【００３９】
（第２実施形態）
図７、図８に本発明の第２実施形態になるエンジンのＥＣＵで実行される制御フローを示す。本実施形態は、基本的な構成は第１実施形態のものと同じで、相違点はＩＭ異常判定ルーチンでの処理内容である。第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００４０】
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は第１実施形態のステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４と同様の処理であり、モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）内に含まれておりステップＳ２０３が否定判断されると、ステップＳ２０５で、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒの値とする。
【００４１】
モニタセル電流ＩＭｒが前記範囲（Ｃ，Ａ）から外れておりステップＳ２０３が肯定判断されると、ステップＳ２０４で、モニタセル電流ＩＭ を、読み込まれたモニタセル電流ＩＭｒに代えて、後述するＩＭ 学習値（ＩＭｌ）とする。ステップＳ２０４は基準値出力手段としての処理である。
【００４２】
ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、第１実施形態の基準値Ｂと同様に、その時の運転状態におけるモニタセル電流の代表値であり、基準値再設定手段としての処理であるＩＭ 学習値算出ルーチンにより求められる。これを図８により説明する。
【００４３】
ステップＳ３０１では所定の状態であるアイドル状態か否かを判定し、肯定判断されると、ステップＳ３０２で、モニタセル電流ＩＭｒおよびＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を読み込む。ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、後述するステップＳ３０５により更新される値であるが、その初期値は、実験等により予めアイドル状態において標準となるガスセンサのモニタセル電流がとる標準値を求めておいたものである。
【００４４】
ステップＳ３０３で、モニタセル電流ＩＭｒとＩＭ学習値（ＩＭｌ）との偏差ΔＩＭ を式（１）により算出する。
ΔＩＭ ＝ＩＭｒ−ＩＭｌ・・・（１）
【００４５】
ステップＳ３０４では、偏差ΔＩＭ の大きさ（｜ΔＩＭ ｜）が予め設定した所定の許容値δよりも小さいか否かを判定する。肯定判断されると、本フローを終了する。
【００４６】
ステップＳ３０４が否定判断されると、ステップＳ３０５で、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を式（２）により算出し、更新する。式中、ｋはなまし係数（ｋ＞１）である。
ＩＭｌ＝ＩＭｌ＋ΔＩＭ ／ｋ・・・（２）
【００４７】
前記のごとく、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の初期値は予めモニタセル電流ＩＭ がとる標準値を実験等により求めておいたものであり、モニタセル電流ＩＭｒがこれから大きく外れることはない。しかしながら、ガスセンサの特性の個体差に基因して、偏差ΔＩＭ が許容値δを外れる場合には、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、偏差ΔＩＭ が減じられる方向に再設定される。これにより、ガスセンサの個体差を吸収し、運転状態から推定されるモニタセル電流をさらに適正化することができる。また、経時変化に基因して偏差ΔＩＭ が許容値δを外れる場合にも、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、偏差ΔＩＭ が減じられる方向に再設定され、ガスセンサの経時変化を吸収し、運転状態から推定されるモニタセル電流ＩＭ をさらに適正化することができる。これにより、第１実施形態のものよりもさらにＮＯｘ 濃度の検出精度が向上する。
【００４８】
なお、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の算出において、なまし係数ｋを使っているので、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）がハンチング等を生じることなくスムーズに収束する。図９はこの一例を示すもので、アイドリング状態におけるモニタセル電流ＩＭｒが、モニタセル検出系の経時変化により変化したときに、ＩＭ 学習値（ＩＭｌ）が、モニタセル電流ＩＭｒの変化前から変化後にかけて収束していく様子を示している。ガスセンサの個体差に基因してＩＭ 学習値（ＩＭｌ）の前記初期値とモニタセル電流ＩＭｒとの間に差があるときも同様である。なお、なまし係数ｋの適正な値は予め実験等により求めるのがよい。また、モニタセル電流ＩＭｒとＩＭ 学習値（ＩＭｌ）との偏差ΔＩＭ についての許容値δは、許容される誤差に応じて設定する。
【００４９】
なお、本ＩＭ 学習値算出フローにおけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、アイドル状態のときのものであり、ＩＭ 異常判定フローのステップＳ２０３におけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）は、ＩＭ 学習値算出フローにおけるＩＭ 学習値（ＩＭｌ）を基準値として、ステップＳ２０１で読み込まれたエンジン回転数Ｎｅ 、噴射量Ｑに適合するように変換や補正をするのも勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態になるガス濃度検出装置を付設したエンジンの構成図である。
【図２】前記ガス濃度検出装置を構成するガスセンサの要部断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示すグラフである。
【図６】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態になるガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第１のフローチャートである。
【図８】前記ガス濃度検出装置を構成するマイクロコンピュータで実行されるガス濃度検出の制御内容を示す第２のフローチャートである。
【図９】前記ガス濃度検出装置の作動を示すグラフである。
【符号の説明】
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｓ ガス濃度検出装置
１ ガスセンサ
１ａ ポンプセル
１ｂ モニタセル
１ｃ センサセル
１３ ヒータ
１０１，１０２ チャンバー
１１１，１１２ 固体電解質層（固体電解質材）
１２１，１２２，１２３，１２４，１２５ 電極
２１ 制御回路
２２ ＥＣＵ（検出値範囲判定手段、基準値出力手段、基準値演算手段、基準値再設定手段）
Claims (4)
- 排気ガス中の酸素および所定の成分ガスに感応して、排気ガス中の酸素および所定成分ガスの濃度に応じた検出信号を出力するセンサセルと、前記排気ガス中の酸素に感応しかつ所定成分ガスには不感で、前記排気ガス中の酸素の濃度に応じた検出信号を出力するモニタセルとを備えたガスセンサを有し、前記排気ガス中の前記所定成分ガスの濃度を検出する内燃機関のガス濃度検出装置において
前記モニタセルの正常な検出値がとる範囲として内燃機関の運転状態に基づいて推定された検出値の範囲を基準の範囲とし、前記モニタセルの実検出値が前記基準範囲外にあるか否かを判定する検出値範囲判定手段と、
前記検出値範囲判定手段で肯定判断されると、前記モニタセルの実検出値に代えて所定の基準値を出力する基準値出力手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関のガス濃度検出装置。 - 請求項１記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記モニタセルの正常な検出値がとる代表値を内燃機関の運転状態に基づいて推定し、推定された代表値を前記基準値とする基準値演算手段を具備せしめた内燃機関のガス濃度検出装置。
- 請求項１記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、内燃機関の運転状態が予め設定した状態のときの前記モニタセルの実検出値と前記基準値との偏差を減じるように前記基準値を再設定する基準値再設定手段を具備せしめた内燃機関のガス濃度検出装置。
- 請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関のガス濃度検出装置において、前記モニタセルは、前記センサセルと前記所定成分ガスに対する感応性のみ相違する同構造のセルであり、
前記所定成分ガス濃度を、前記センサセルの検出値と前記モニタセルの検出値との差分に基づいて求める内燃機関のガス濃度検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039124A JP2004251626A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 内燃機関のガス濃度検出装置 |
| DE200410007651 DE102004007651A1 (de) | 2003-02-18 | 2004-02-17 | Gaskonzentrationsmessgerät für eine Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039124A JP2004251626A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 内燃機関のガス濃度検出装置 |
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| JP2004251626A true JP2004251626A (ja) | 2004-09-09 |
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ID=32905159
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003039124A Pending JP2004251626A (ja) | 2003-02-18 | 2003-02-18 | 内燃機関のガス濃度検出装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10088446B2 (en) | 2014-06-04 | 2018-10-02 | Denso Corporation | Gas sensor |
-
2003
- 2003-02-18 JP JP2003039124A patent/JP2004251626A/ja active Pending
-
2004
- 2004-02-17 DE DE200410007651 patent/DE102004007651A1/de not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10088446B2 (en) | 2014-06-04 | 2018-10-02 | Denso Corporation | Gas sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102004007651A1 (de) | 2004-09-23 |
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