JP2008267230A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気補正の精度を向上させ、ひいては酸素濃度センサの出力値を用いた各種制御の精度を高める。
【解決手段】エンジン１０の吸気ポートには燃料噴射弁１９が設けられ、排気管２４には排ガスを検出対象として酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。ＥＣＵ４０は、所定の運転条件の成立に伴い燃料カットを実行するとともに、その燃料カットの実行中において大気補正処理を実行し、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値に基づいて同出力値と酸素濃度との対応のずれを補正するための出力補正値を算出する。また特に、ＥＣＵ４０は、燃料カットの開始後において排気管２４内の実際の酸素濃度又はその相関値を算出し、その実際の酸素濃度又は相関値に基づいて実酸素濃度に対応するＡ／Ｆセンサ３２の濃度対応出力値を算出する。そして、都度のセンサ出力値と濃度対応出力値とに基づいて出力補正値を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、燃料カットの実行により排気通路内を大気雰囲気にした状態で、同排気通路に設けた酸素濃度センサの出力誤差の補正（大気補正）を実行する技術に関するものである。

車両等に搭載される内燃機関の排気通路に、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、同センサの出力値に基づいて各種制御を実行することで排気エミッションの改善等を図る技術が各種提案されている。例えば、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンでは、酸素濃度センサの出力値により実空燃比を算出するとともに、その実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を実行し、これにより排気エミッションの改善を図っている。また、ディーゼルエンジンでは、酸素濃度センサの出力値に基づいてＥＧＲ開度等を制御することにより、触媒等による排気浄化率を高めるようにしている。

ここで、酸素濃度センサにおいては、製造ばらつき（すなわち個体差）や経時劣化に起因して検出誤差が生じるという問題がある。そこで、内燃機関の運転途中に燃料カットが実行される場合に排気通路内が大気雰囲気となることを利用して、その燃料カット時に大気補正を実行する技術がある。

例えば特許文献１の「内燃機関用制御装置」では、燃料カットの実行状態において、酸素濃度センサの出力値の時間当たり変化量が、第１所定値を超える状態から同所定値以下に変化した時に大気補正を実行する。又は、同じく燃料カットの実行状態において、燃料カット開始後の吸入空気量の積算値が第２所定値以上になった時に大気補正を実行する。
特開２００７−３２４６６号公報

上記特許文献１では、排気通路内において酸素濃度センサ周辺の燃焼ガスが排出されて完全に新気に入れ替わった状態で大気補正が実行されるため、大気補正の精度を高めることができるとしている。

しかしながら、本願発明者らが、燃料カットの開始後における実際の酸素濃度の変化を計測したところ、排気通路内の酸素濃度が所望とする大気相当の濃度（２０．９％）になるには比較的長い時間を要し、燃料カット終了までに同酸素濃度が大気相当の濃度にならないことがあると確認された。この場合、排気通路内の酸素濃度が実際には大気相当の濃度になっていないことに起因して大気補正の精度が低下すると考えられる。本願発明者らによれば、燃料カットを１０分以上継続しても、排気通路内の酸素濃度が２０．９％に達しないことがあると確認されている。

本発明は、大気補正の精度を向上させ、ひいては酸素濃度センサの出力値を用いた各種制御の精度を高めることができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明の制御装置は、燃焼室に燃料を供給するための燃料供給手段（燃料噴射弁等）と、排気通路を流れる排気を検出対象として酸素濃度を検出する酸素濃度センサとを備える内燃機関に適用され、所定の運転条件の成立に伴い前記燃料供給手段による燃料供給を停止して燃料カットを実行するとともに、その燃料カットの実行中において大気補正処理を実行し、前記酸素濃度センサの出力値に基づいて同出力値と酸素濃度との対応のずれを補正するための出力補正値を算出する。また、請求項１では特に、燃料カットの開始後において排気通路内の実際の酸素濃度又はそれに相関する相関値を算出し、該算出した実際の酸素濃度又は相関値に基づいて実酸素濃度に対応する酸素濃度センサの濃度対応出力値を算出する。そして、都度のセンサ出力値と前記濃度対応出力値とに基づいて前記出力補正値を算出する。

要するに、燃料カットの開始後においては排気通路内のガスが次第に新気に入れ替わるが、燃料カット終了までに排気通路内の酸素濃度が大気相当の濃度にならない場合、それに起因して大気補正の精度が低下してしまう。この点、本発明によれば、燃料カットの開始後において排気通路内の実際の酸素濃度又は相関値を算出するため、実際の酸素濃度が、理想とする大気相当の濃度と相違していてもそれに対処できる。つまり、実際の酸素濃度に対応する濃度対応出力値を算出し、同出力値を用いて出力補正値を算出することで、正確な出力補正値を求めることができる。この場合、燃料カットが終了されるまでに大気相当の濃度にならなくても、適正なる大気補正を実行できる。以上により、大気補正の精度を向上させ、ひいては酸素濃度センサの出力値を用いた各種制御の精度を高めることができる。

燃料カットの開始後において、排気通路内の実際の酸素濃度は内燃機関の積算空気量（吸入空気量の積算値）と相関があり、その積算空気量をパラメータとして実際の酸素濃度を推定することが可能である。そこで、請求項２に記載の発明では、燃料カットの開始後における内燃機関の吸入空気量の積算値を算出し、その吸入空気量の積算値を前記相関値とする。これにより、濃度対応出力値を正しく求めることができる。

なお、吸入空気量は、内燃機関の吸気通路に設けた流量計（エアフロメータ等）により計測される他、内燃機関の運転状態を表す他のパラメータにより推定可能であり、例えば、吸気通路内の圧力（吸気負圧）と内燃機関の回転速度とに基づいて推定されるとよい。

また、燃料カットの開始後における排気通路内の実際の酸素濃度は、同燃料カットの開始後における経過時間（燃料カット実行時間）と相関があり、その経過時間をパラメータとして実際の酸素濃度を推定することが可能である。そこで、請求項３に記載の発明では、燃料カットの開始後における経過時間を前記相関値として算出する。これにより、濃度対応出力値を正しく求めることができる。

ただし、請求項３の発明は、単位時間当たりの空気量が同一であることを条件に適用されることが望ましい。

ここで、請求項４に記載したように、実際の酸素濃度又は相関値と前記濃度対応出力値との関係をあらかじめ規定しておき、前記規定した関係を用いて前記濃度対応出力値を算出するとよい。本構成によれば、規定の関係を用いて濃度対応出力値が算出されるため、実際の酸素濃度又はその相関値（例えば積算空気量）が分かれば濃度対応出力値を簡易に求めることができる。

燃料カット時における内燃機関の回転速度が異なると、排気通路内における酸素濃度の変化態様が変わると考えられる。例えば、積算吸入空気量に対する酸素濃度の変化率が変わる。そこで、請求項５に記載したように、内燃機関の回転速度を検出し、燃料カットの開始後における前記回転速度をパラメータとして加えて濃度対応出力値を算出するとよい。具体的には、機関回転速度が大きいほど、酸素濃度の変化が早い（排気通路内の酸素濃度が大気相当値にいち早く近づく）と考えられるため、それを加味して濃度対応出力値を算出する。これにより、一層望ましい大気補正が実現できる。

また、内燃機関の暖機完了前（冷間始動時）と暖機完了後とを比べると、排気通路内における酸素濃度の変化態様が変わると考えられる。そこで、請求項６に記載したように、内燃機関の冷却水の温度を検出し、燃料カットの開始後における前記冷却水温をパラメータとして加えて濃度対応出力値を算出するとよい。具体的には、内燃機関の冷間始動時など、冷却水温が比較的低い場合には酸素濃度の変化が遅い（排気通路内の酸素濃度が大気相当値になかなか近づかない）と考えられるため、それを加味して濃度対応出力値を算出する。これにより、一層望ましい大気補正が実現できる。

請求項７に記載の発明では、燃料カットの開始後における排気圧力情報を取得し、その排気圧力情報に基づいて前記大気補正処理の実行態様を変更する。

要するに、燃料カットの開始後においては、排気通路内の圧力（排気圧力）が都度の運転状態等により一定とならないことがあり、排気圧力が一定の値にならない、すなわち高低ばらつくことに起因してセンサ出力値に誤差が生じ、それによって大気補正の精度が低下すると考えられる。この点、請求項７の発明によれば、燃料カットの開始後における排気圧力情報に基づいて大気補正処理の実行態様を変更するため、排気圧力の高低の違いに起因して生じる大気補正の精度低下を抑制することができる。

酸素濃度センサにおいては、検出対象となるガスの圧力が相対的に高い場合に、センサ出力値に誤差が生じると考えられる。そこで、請求項８に記載したように、前記排気圧力情報が、前記排気通路内の圧力があらかじめ定めた規定値よりも大きいことを示す場合に、前記大気補正処理での出力補正値の算出を禁止するとよい。

内燃機関において、排気圧力は吸入空気量に依存して高低のばらつきが生じる。具体的には、吸入空気量が多いほど、排気圧力が相対的に高くなる。そこで、請求項９に記載したように、内燃機関の吸入空気量を前記排気圧力情報として取得し、前記吸入空気量があらかじめ定めた規定値よりも大きい場合に前記大気補正処理での出力補正値の算出を禁止するとよい。

請求項１０に記載したように、前記大気補正処理で算出した出力補正値を、学習値としてバックアップ用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶することが望ましい。本構成では、製造ばらつき（個体差）や経時劣化に起因して定常的に生じるセンサ出力値の誤差分（又は誤差相当値）を、学習値として記憶保持することができ、その誤差分に対応する正しいセンサ出力値を好適に求めることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いてエンジン制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１（吸気通路）の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４（排気通路）に排出される。

エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には、排ガスを検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するためのＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。Ａ／Ｆセンサ３２は、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の固体電解質や拡散抵抗層を積層してなる積層型のセンサ素子を有するものであり、そのセンサ素子に設けた一対の電極（詳しくは、固体電解質を挟んで両側に設けた一対の電極）に電圧が印加された状態で、排ガス中の酸素濃度に応じた電流を流すものとなっている。なお、Ａ／Ｆセンサ３２には、センサ素子を所定の活性状態に保持するためのヒータが一体で設けられている。

また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３５が取り付けられている。その他、本制御システムでは、ドライバによるアクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み操作量）を検出するアクセルセンサ３６や、大気圧を検出する大気圧センサ３７、トランスミッションのギア位置（シフト位置）を検出するギア位置センサ３８が設けられている。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、同マイコン４１は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算し、燃料噴射弁１９や点火装置の駆動を制御する。燃料噴射量の制御について詳しくは、マイコン４１は、都度のエンジン運転状態に基づいて目標空燃比を設定するとともに、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値により算出した実空燃比が目標空燃比に一致するよう空燃比フィードバック制御を実施する。

また、ＥＣＵ４０には、Ａ／Ｆセンサ３２のセンサ素子に流れる電流（前記一対の電極間に流れるセンサ電流）を計測するためのセンサ制御回路４２が設けられている。センサ制御回路４２について簡単に説明すれば、同制御回路４２は、センサ電流を計測する電流計測部を備えており、その電流計測部での電流計測により得られたセンサ電流信号を所定の増幅率にて増幅した後、マイコン４１に出力する。図２は、Ａ／Ｆとセンサ電流との関係を示す図であり、例えば、Ａ／Ｆ＝ストイキ（１４．７）、すなわち酸素濃度＝０％である場合のセンサ電流は「０ｍＡ」であり、Ａ／Ｆ＝大気、すなわち酸素濃度＝２０．９％である場合のセンサ電流は「Ｉ１」である関係があらかじめ規定されている。

なお、センサ制御回路４２は、上述したセンサ電流の計測機能以外に、都度のセンサ電流に応じてセンサ印加電圧を可変に制御する印加電圧制御機能や、センサ素子を活性状態に保持するべくヒータの通電制御を実行するヒータ制御機能を有する。

ところで、Ａ／Ｆセンサ３２に流れるセンサ電流は個体差や経時劣化等に起因してばらつき、そのセンサ電流のばらつきによってＡ／Ｆとセンサ電流との関係にずれが生じることが考えられる。図３には、Ａ／Ｆとセンサ電流との関係を表す基本特性Ｐ１（図２と同じ特性）を実線にて示し、この基準特性Ｐ１に対して特性誤差を有する出力特性Ｐ２，Ｐ３をそれぞれ一点鎖線、二点鎖線で示している。ここで、Ａ／Ｆ＝大気（酸素濃度＝２０．９％）の場合で比較すると、基準特性Ｐ１ではセンサ電流＝Ｉ１であるのに対し、特性Ｐ２ではセンサ電流＝Ｉ２、特性Ｐ３ではセンサ電流＝Ｉ３となっている（ただし本例では、Ａ／Ｆ＝ストイキでいずれもセンサ電流＝０ｍＡとしている）。上記のごとくＡ／Ｆとセンサ電流との関係にずれが生じると、Ａ／Ｆ（酸素濃度）の検出精度が低下する。

そこで本実施形態では、所定の運転条件の成立に伴い燃料噴射弁１９による燃料噴射を一時的に停止して燃料カットを実行するとともに、その燃料カットの実行中におけるＡ／Ｆセンサ３２の出力値（センサ電流）に基づいて、当該出力値とＡ／Ｆ（大気状態での酸素濃度）との対応のずれを補正するための大気補正を実行する。具体的には、マイコン４１は、燃料カット条件として、例えばアクセル操作量が０であり、かつエンジン回転速度が所定値（例えば１０００ｒｐｍ）以上であることを判定し、これら各条件が成立する場合に燃料カットを実行する。そして、燃料カットの実行により排気管２４内が大気雰囲気となった状態下で、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値（センサ電流）を計測するとともに、そのセンサ電流と同センサ電流の大気基準値とによる算出式（式１）、
補正ゲイン＝大気基準値／燃料カット時のセンサ電流計測値 …（式１）
により補正ゲインを算出する。

補正ゲインは、Ａ／Ｆとセンサ電流との関係において基本特性からのセンサ電流のずれを表す出力補正値であり、例えば空燃比フィードバック制御に際し、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値（センサ電流）を補正ゲインにより補正するとともにその補正後のセンサ電流により実空燃比を算出する。これにより、Ａ／Ｆセンサ３２の個体差や経時劣化等に関係なく、実空燃比を正確に求めることができ、空燃比フィードバック制御の精度が向上する。

補正ゲインは、ＥＣＵ４０内のＥＥＰＲＯＭに学習値として記憶され、適宜更新される。なお、バックアップ用メモリとして、ＥＥＰＲＯＭに代えてバックアップＲＡＭを用いることも可能である。

ここで、本願発明者らの知見によれば、燃料カットの実行中において排気管２４内の圧力（排気圧力）が一定にならない（高低ばらつく）と、それに起因して大気補正の精度が低下する。すなわち、燃料カットの開始後は、一般にスロットル開度が直ちに全閉とされ、それに伴い排気圧力が大気圧付近の値となるが、例えば燃料カットの開始後においてスロットル開度が直ちに全閉にされない場合には排気圧力が大気圧よりも高い圧力のままとなる。かかる場合、排気圧力の影響によってセンサ電流に誤差が生じ、結果として大気補正の精度が低下する。

具体的には、図４に示すように、タイミングｔ１で燃料カットが開始された後、センサ電流は図示のごとく増加する。このとき、排気圧力が大気圧相当の圧力になる以前（例えばタイミングｔ２）でセンサ電流が計測されると、センサ電流の計測誤差（図のΔＩＬ）が生じる。このセンサ電流の計測誤差は排気圧力に応じて生じ、排気圧力が高いほど、センサ電流が大きい値となることが確認された。

そこで本実施形態では、燃料カットの開始後における排気圧力情報を取得し、その排気圧力情報に基づいて大気補正（補正ゲインの算出）を許可又は禁止することとしている。より具体的には、排気圧力は吸入空気量（エンジンの筒内充填空気量）に依存して変化することから、燃料カットの開始後において、排気圧力情報として、吸気管圧力センサ１７の検出信号に基づいて算出した吸気管圧力とクランク角度センサ３５の検出信号に基づいて算出したエンジン回転速度との積により吸入空気量を算出する（吸入空気量＝吸気管圧力×エンジン回転速度）。そして、都度の吸入空気量があらかじめ定めた規定値よりも大きい場合に、排気圧力が比較的高い圧力である、すなわちセンサ電流の計測誤差が大きいと推測して大気補正の実行を禁止する。

また、エンジン回転速度が比較的高い状態にある場合、又はトランスミッションのギア位置が比較的低いギア位置にある場合には、吸入空気量（エンジンの筒内充填空気量）が多くなり、やはり排気圧力が比較的高い圧力になる。これにより、前記同様、大気補正の精度が低下すると考えられる。そこで本実施形態では、エンジン回転速度があらかじめ定めた規定値（例えば１５００ｒｐｍ）よりも大きい場合、又は、トランスミッションのギア位置が所定のギア位置（例えば３速ギア位置）よりも低速ギアである場合にも大気補正の実行を禁止することとしている。

さらに、燃料カットの開始後に排気管２４内が概ね大気雰囲気になった後でも、スロットル開度の変化等が生じてそれにより吸入空気量が変化すると、その空気量変化に起因して排気圧力が不安定になり（変動し）、その影響でセンサ電流に誤差が生じると考えられる。そこで、吸入空気量の変化率を同吸入空気量の単位時間当たりの変化量（吸入空気量の微分値でも可）により算出し、その吸入空気量の変化率があらかじめ定めた規定値よりも大きい場合に、大気補正の実行を禁止する。換言すれば、本実施形態では、吸入空気量の変化率があらかじめ定めた規定値以下となり、かつかかる状態が所定時間以上継続している場合に、大気補正の実行を許可する構成としている。

また、燃料カットの開始後においては排気管２４内のガスが次第に新気に入れ替わるが、実際に排気管２４内（少なくとも、センサ周囲の雰囲気）が完全に新気のみとなる、すなわち酸素濃度が大気相当値（２０．９％）となるには時間がかかり、同酸素濃度が、燃料カットが終了されるまでに大気相当の濃度にならないこともある。大気雰囲気への移行に時間がかかる理由としては、吸気ポート壁面等に付着している燃料ウエットや、ブローバイガスの影響が考えられる。この場合、排気管２４内の酸素濃度が実際には大気相当になっていないことに起因して大気補正の精度が低下してしまう。本願発明者らによれば、図５に示すように、燃料カットを１０分以上継続しても、排気管２４内の酸素濃度が大気相当値（２０．９％）に達しないことがあると確認されている。

そこで本実施形態では、燃料カットの開始後において、排気管２４内の実際の酸素濃度に相関する相関値として吸入空気量の積算値（以下、積算吸入空気量という）を算出し、その積算吸入空気量に基づいて実酸素濃度に対応するセンサ電流の補正基準値（濃度対応出力値）を算出する。そして、都度計測したセンサ電流と、補正基準値とによる算出式（式２）、
補正ゲイン＝補正基準値／燃料カット時のセンサ電流計測値 …（式２）
により補正ゲインを算出する。

なお、補正ゲインの算出式として（式１）、（式２）を記載したが、（式１）は固定値である大気基準値を用いて補正ゲインを算出するものであり、（式２）は可変値である補正基準値を用いて補正ゲインを算出するものであることが相違する。本実施形態では、（式２）により補正ゲインを算出する。

図６は、燃料カットの開始後におけるセンサ電流の推移を示すタイムチャートである。図６中、Ｌ１は、燃料カットの開始後に排気管２４内が完全に大気雰囲気になる場合のセンサ電流の推移を示し、Ｌ２は、同排気管２４内が大気雰囲気よりも低酸素濃度の状態にしかならない場合のセンサ電流の推移を示す。Ｌ１が理想の変化であり、Ｌ２が実際の変化である。また、Ｌ３は、Ａ／Ｆセンサ３２によるセンサ電流計測値の変化を示す。

ここで、図６のように酸素濃度の理想変化（Ｌ１）と実際変化（Ｌ２）とが相違する場合、大気補正処理において、大気基準値とセンサ電流計測値とにより補正ゲインを算出すると、補正誤差が生じる。これに対し、補正基準値（酸素濃度の実際変化に則したセンサ電流）とセンサ電流計測値とにより補正ゲインを算出することにより、補正誤差が解消される。

図７は、燃料カットの開始後における積算吸入空気量と酸素濃度との関係を示す図である。これは、所定の走行モード（排気計測モード）にてエンジンを運転し、その時計測した積算吸入空気量と酸素濃度とを関連付けてプロットしたものである。図７によれば、燃料カットの開始後における積算吸入空気量と酸素濃度とには相関があり、近似曲線ＬＫにより近似できる。

次に、燃料カット中に実行される大気補正の処理手順を図８〜図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。本処理はＥＣＵ４０内のマイコン４１により所定の時間周期（例えば１０ｍｓｅｃ周期）で繰り返し実行される。

まず図８のステップＳ１０１では、燃料カットの実行中であるか否かを判定する。燃料カットの実行中であれば、ステップＳ１０２に進み、燃料カットの開始後における積算吸入空気量の算出処理を実行する。ここで、積算吸入空気量の算出処理では、図１１に示すように、吸気管圧力とエンジン回転速度との積により吸入空気量（体積流量［ｍ3／ｓｅｃ］）を算出し（ステップＳ２０１）、その吸入空気量についてなまし処理を実行する（ステップＳ２０２）。さらに、吸入空気量のなまし値を逐次積算して積算吸入空気量を算出する（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０３では、都度の吸入空気量（ステップＳ２０２の算出値）を単位時間相当値に換算するとともに、その単位時間相当値を積算吸入空気量の前回値に逐次加算することで、積算吸入空気量を毎回更新して算出する。

また、燃料カットの実行中でなければ、ステップＳ１０３に進み、積算吸入空気量をリセットする。

その後、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６では、大気補正を実行するための前提許可条件を判定する。すなわち、ステップＳ１０４では、本制御システムにおけるダイアグ情報を読み出し、システム異常が生じていないか否かを判定する。ステップＳ１０５では、Ａ／Ｆセンサ３２が活性状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０６では、トランスミッションの変速段が３段以上（高速ギア）であるか否かを判定する。そして、ステップＳ１０４〜Ｓ１０６が全てＹＥＳであれば、補正許可フラグＦ１を１（Ｈｉ）とし（ステップＳ１０７）、同ステップＳ１０４〜Ｓ１０６の少なくともいずれかがＮＯであれば補正許可フラグＦ１を０（Ｌｏ）とする（ステップＳ１０８）。

その後、ステップＳ１０９では、平均化済みセンサ電流についてのなまし処理を実行する。ここで、平均化済みセンサ電流は、所定の時間周期で計測したセンサ電流の気筒別平均値であり、例えば４気筒エンジンの場合には１８０°ＣＡを計測区間として同区間内のセンサ電流が平均化されることで算出される。また、平均化済みセンサ電流を全気筒平均値として算出することも可能であり、かかる場合には７２０°ＣＡを計測区間として同区間内のセンサ電流が平均化されることで平均化済みセンサ電流が算出される。

また、続くステップＳ１１０〜Ｓ１１３では、燃料カットの開始後において排気管２４内の燃焼ガスが排出されて新気に入れ替わり、センサ電流が安定してきたか否かを、センサ電流なまし値に基づいて判定する。

すなわち、ステップＳ１１０では、センサ電流なまし値について今回値と前回値との差（＝今回値−前回値）から電流変化量を算出するとともに、その電流変化量が規定値以下であるか否かを判定する。ここで、電流変化量が規定値以下であることは、燃料カットの開始後においてセンサ電流が安定してきたことを意味する。ステップＳ１１０がＹＥＳの場合（電流変化量≦規定値の場合）、ステップＳ１１１に進んでセンサ電流安定判定カウンタをカウントアップする。また、ステップＳ１１０がＮＯの場合（電流変化量＞規定値の場合）、ステップＳ１１２に進んでセンサ電流安定判定カウンタをリセットする。

その後、ステップＳ１１３では、燃料カットの開始後においてセンサ電流が安定してから（すなわち、ステップＳ１１０の成立後）所定時間が経過したか否かを、センサ電流安定判定カウンタの値に基づいて判定する。センサ電流が安定してから所定時間が経過していなければ、そのまま図９のステップＳ１２５に進んで補正実行フラグＦ２を０（Ｌｏ）とする。

また、センサ電流が安定してから所定時間が経過していれば、図９のステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４〜Ｓ１１７では、大気補正が許可されてから（補正許可フラグＦ１＝１のセット後）からの経過時間を判定する。

すなわち、ステップＳ１１４では、補正許可フラグＦ１が１（Ｈｉ）であるか否かを判定する。そして、Ｆ１＝１であればステップＳ１１５に進んで補正許可カウンタをカウントアップし、Ｆ１＝０であればステップＳ１１６に進んで補正許可カウンタをリセットする。その後、ステップＳ１１７では、補正許可フラグＦ１に１がセットされてから所定時間が経過したか否かを、補正許可カウンタの値に基づいて判定する。補正許可フラグＦ１に１がセットされてから所定時間が経過していなければ、そのままステップＳ１２５に進んで補正実行フラグＦ２を０（Ｌｏ）とする。

また、補正許可フラグＦ１に１がセットされてから所定時間が経過していれば、後続のステップＳ１１８に進む。

ステップＳ１１８，Ｓ１１９では、排気圧力が大気圧付近の圧力であるかどうかを、吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて判定する。すなわち、ステップＳ１１８では、吸入空気量が規定値以下であるか否かを判定する。また、ステップＳ１１９では、エンジン回転速度が規定値以下であるか否かを判定する。このとき特に、吸入空気量を判定するための規定値は、排気圧力が大気圧付近の圧力であることを判定できるものであり、「大気圧判定値」として設定されている。また、エンジン回転速度を判定するための規定値は例えば１５００ｒｐｍである。

ステップＳ１１８，Ｓ１１９のいずれかがＮＯであれば、排気圧力が大気圧に対して高圧になっているとみなし、ステップＳ１２５に進んで補正実行フラグＦ２を０（Ｌｏ）とする。また、ステップＳ１１８，Ｓ１１９が共にＹＥＳであれば、排気圧力が大気圧付近の圧力であるとみなし、ステップＳ１２０に進む。

その後、ステップＳ１２０〜Ｓ１２３では、吸入空気量が安定した状態にあるかどうかを判定する。すなわち、ステップＳ１２０では、吸入空気量について今回値と前回値との差（＝今回値−前回値）から吸入空気の変化量（変化率に相当）を算出するとともに、その変化量が規定値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１２０がＹＥＳの場合（吸入空気の変化量≦規定値の場合）、ステップＳ１２１に進んで吸入空気量安定判定カウンタをカウントアップする。また、ステップＳ１２０がＮＯの場合（吸入空気の変化量＞規定値の場合）、ステップＳ１２２に進んで吸入空気量安定判定カウンタをリセットする。

その後、ステップＳ１２３では、吸入空気量が安定した状態が所定時間継続しているか否かを、吸入空気量安定判定カウンタの値に基づいて判定する。吸入空気量が安定した状態が所定時間継続していなければ、ステップＳ１２５に進んで補正実行フラグＦ２を０（Ｌｏ）とする。また、吸入空気量が安定した状態が所定時間継続していれば、ステップＳ１２４に進んで補正実行フラグＦ２を１（Ｈｉ）とする。

ちなみに、図８及び図９のステップＳ１０９〜Ｓ１２５の各処理は、排気管２４内が大気雰囲気安定の状態かどうかを判定する大気雰囲気安定判定処理に相当し、大気雰囲気安定の状態である場合に、上記のごとく補正実行フラグＦ２に１がセットされる。

その後、図１０のステップＳ１２６では、補正実行フラグＦ２が１（Ｈｉ）であるか否かを判定する。そして、Ｆ２＝１であればステップＳ１２７に進み、積算吸入空気量（ステップＳ１０２の算出値）に基づいて補正基準値を算出する。このとき、例えば図１２に示す関係を用いて補正基準値を算出する。図１２によれば、積算吸入空気量が増えるほど補正基準値が大きくなり、次第に大気基準値に近づくような関係が規定されている。

なお、図１２の関係（マップ又はテーブル）を参照して補正基準値を算出する構成に代えて、積算吸入空気量と補正基準値との関係を数式化し、その数式を用いて補正基準値を算出することも可能である。

その後、ステップＳ１２８では、ステップＳ１２７で算出した補正基準値とその時のセンサ電流計測値とにより補正ゲインを算出する（前述の（式２）参照）。続くステップＳ１２９では、補正ゲインの平均化処理を実行する。そして、その補正ゲイン平均値を学習値としてＥＥＰＲＯＭに記憶する。これにより、補正ゲインの学習が完了する。

補正実行フラグＦ２＝０（ステップＳ１２６がＮＯ）の場合にはステップＳ１３０に進み、同補正実行フラグＦ２が「１→０」に移行したタイミングであるか否かを判定する。すなわち同処理は、大気雰囲気安定の状態が不成立になったタイミング、又は燃料カットの終了タイミングであるか否かを判定するものである。ステップＳ１３０がＹＥＳの場合、ステップＳ１３１に進んで補正ゲイン（詳しくは、ステップＳ１２９で算出した補正ゲイン平均値）に対して上下限ガードを実施する。

上記のごとく算出した補正ゲインは、例えば空燃比フィードバック制御に際し、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値（センサ電流）の補正に用いられる。すなわち、都度のセンサ電流計測値に対して補正ゲインが乗算され、その積（補正後のセンサ電流）により実空燃比が算出される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

Ａ／Ｆセンサ３２の出力値についての大気補正処理に際し、燃料カットの開始後における排気管２４内の実際の酸素濃度に相関する積算吸入空気量に基づいてセンサ電流の補正基準値（実酸素濃度に対応するＡ／Ｆセンサの濃度対応出力値）を算出し、都度のセンサ電流計測値と補正基準値とにより補正ゲインを算出する構成としたため、仮に、燃料カットの開始後において実際の酸素濃度が大気相当の濃度と相違していてもそれに好適に対処できる。つまり、実際の酸素濃度に対応する補正基準値（濃度対応出力値）を用いることで、正確な補正ゲインを求めることができる。この場合、燃料カット終了までに排気管２４内の酸素濃度が大気相当の濃度にならなくても、適正なる大気補正を実行できる。その結果、大気補正の精度を向上させ、ひいてはＡ／Ｆセンサ３２の出力値を用いた各種制御（空燃比フィードバック制御等）の精度を高めることが可能となる。

実酸素濃度の相関値である積算吸入空気量と補正基準値との関係をあらかじめ規定しておき、同関係（図１２参照）を用いて補正基準値を算出する構成としたため、積算吸入空気量が分かれば補正基準値を簡易に求めることができる。

また、燃料カットの開始後における排気圧力情報として吸入空気量を算出し、その吸入空気量が規定値よりも大きい場合には、補正ゲインを算出しない構成としたため、排気圧力が高低ばらつくことに起因して生じる大気補正の精度低下を抑制することができる。したがって、一層好適な大気補正を実行できる。

大気補正の実行条件（補正ゲインの算出条件）として、吸入空気量が規定値以下であることに加え、
・エンジン回転速度があらかじめ定めた規定以下であること、
・トランスミッションのギア位置が所定の高速ギアであること、
・燃料カットの開始後における吸入空気量が安定状態にあること（同吸入空気量の変化率が略一定であること）、
を判定する構成としたため、排気圧力が大気圧付近の圧力で安定する運転条件にて大気補正を実行できる。これにより、大気補正の一層の精度向上を図ることができる。

また、吸入空気量が規定値以下であることを判定する以前に、燃料カット開始後におけるセンサ電流の安定判定を実行する構成としたため、燃料カットの開始後に、排気管２４内が新気に入れ替わった状態で、大気補正を実行することができる。

大気補正処理で算出した補正ゲイン（出力補正値）を、学習値としてバックアップ用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶する構成としたため、製造ばらつき（個体差）や経時劣化に起因して定常的にセンサ出力値の誤差が生じる場合にも、その誤差分に対応する正しいセンサ出力値を好適に求めることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

燃料カット時におけるエンジン回転速度が異なると、排気管２４内における酸素濃度の変化態様が変わると考えられる。例えば、図１３に示すように、エンジン回転速度が大きいと、酸素濃度が大気相当の濃度に向けて比較的早く変化する。逆に、エンジン回転速度が小さいと、酸素濃度の変化が遅くなる。言い換えると、積算吸入空気量に対する酸素濃度の変化率が変わる。

そこで本実施形態では、大気補正処理における補正基準値の算出処理（図１０のステップＳ１２７）において、積算吸入空気量とエンジン回転速度とに基づいて補正基準値を算出する。このとき、例えば図１４に示す関係を用いて補正基準値を算出する。図１４によれば、積算吸入空気量が増えるほど又はエンジン回転速度が大きいほど補正基準値が大きくなり、次第に大気基準値に近づくような関係が規定されている。なお、エンジン回転速度ごとに複数のマップ（積算吸入空気量と補正基準値との関係を示すマップ）を規定しておき、そのマップの使い分けにより補正基準値を算出することも可能である。

上記のように、積算吸入空気量だけでなくエンジン回転速度をパラメータに加えて補正基準値を算出することにより、補正ゲインをより適正に求めることができる。したがって、一層望ましい大気補正が実現できる。

（別の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されても良い。

燃料カットの開始後における排気管２４内の実際の酸素濃度は、同燃料カットの開始後における経過時間と相関があり、その経過時間をパラメータとして実際の酸素濃度を推定することが可能である。すなわち、例えば燃料カット開始からの経過時間（Ｆ／Ｃ時間）に応じて排気管２４内の酸素濃度が図５のごとく変化する場合において、その変化態様に基づいて、Ｆ／Ｃ時間とセンサ電流の補正基準値（実酸素濃度に対応するＡ／Ｆセンサの濃度対応出力値）との関係を規定しておく。その関係を図１５に示す。そして、ＥＣＵ４０内のマイコン４１は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値についての大気補正処理に際し、燃料カットの開始後経過時間（Ｆ／Ｃ時間）に基づいてセンサ電流の補正基準値（実酸素濃度に対応するＡ／Ｆセンサの濃度対応出力値）を算出し、都度のセンサ電流計測値と補正基準値とにより補正ゲインを算出する。本構成においても、前記同様、センサ電流の補正基準値（濃度対応出力値）を正しく求めることができ、適正なる大気補正を実現できる。ただし本構成は、単位時間当たりの空気量が同一であることを条件に適用されることが望ましい。

また、エンジンの暖機完了前（冷間始動時）と暖機完了後とを比べると、排気管２４内における酸素濃度の変化態様が変わると考えられる。そこで、エンジン冷却水の温度を検出し、燃料カットの開始後における冷却水温をパラメータとして加えてセンサ電流の補正基準値（濃度対応出力値）を算出するとよい。具体的には、エンジンの冷間始動時など、冷却水温が比較的低い場合には酸素濃度の変化が遅い（排気管２４内の酸素濃度が大気相当値になかなか近づかない）と考えられるため、それを加味してセンサ電流の補正基準値（濃度対応出力値）を算出する。これにより、好適なる大気補正が実現できる。

上記各実施形態では、大気補正の実行条件（補正ゲインの算出条件）として、
（１）吸入空気量が規定値以下であること、
（２）エンジン回転速度が規定以下であること、
（３）トランスミッションのギア位置が所定の高速ギアであること、
（４）燃料カットの開始後における吸入空気量が安定状態にあること（同吸入空気量の変化率が略０であること）、
を判定する構成としたが、これを変更する。例えば、上記（１）〜（４）の条件のうち、（２）〜（４）の全てを又は少なくともいずれか１つを省略することが可能である。

また、燃料カットの開始後において、スロットルバルブ１４が全閉状態になっていることを条件に、大気補正（補正ゲインの算出）を許可する構成としてもよい。すなわち、スロットルバルブ１４が全閉状態になっていることにより、燃焼室内への空気の吸入（流入）が制限され、それに伴い排気圧力の高低のばらつきが抑制される。したがって、大気補正の精度低下を抑制できる。

上記各実施形態では、吸気管圧力とエンジン回転速度との積により吸入空気量を算出（推定）したが、これを変更し、吸気管１１に設けた流量計（エアフロメータ等）により吸入空気量を計測する構成としてもよい。また、排気圧力情報として、排気圧力の計測値又は推定値を用いることも可能である。例えば、排気管２４に排気圧センサを設けることで排気圧力を逐次計測することができる。

排気圧力は、大気圧の影響を受けて高低ばらつく。それゆえに、大気圧センサにより計測した大気圧を加味して排気圧力情報を取得する構成としてもよい。

上記各実施形態では、排気圧力情報を取得するとともに、その排気圧力情報に関する実行条件（例えば、上記（１）〜（４）の各条件）により大気補正の可否を判定したが、同実行条件を以下のように変更してもよい。すなわち、
・燃料カット開始から所定時間が経過したこと、
・燃料カット開始後にセンサ電流が安定してきたこと、
を判定し、その条件成立時に大気補正（補正ゲインの算出）を実行する。このように排気圧力に関する条件判定を行わない構成であっても、上記のとおり燃料カットの開始後における排気管２４内の実際の酸素濃度又はその相関値（積算吸入空気量等）に基づいてセンサ電流の補正基準値（実酸素濃度に対応するＡ／Ｆセンサの濃度対応出力値）を算出し、都度のセンサ電流計測値と補正基準値とにより補正ゲインを算出する構成とすることにより、上記同様、適正なる大気補正を実現することができる。

ポート噴射式ガソリンエンジン以外の内燃機関について適用することも可能である。例えば、同じくガソリンエンジンでも、直噴式エンジンについて適用する。又は、自己着火式内燃機関であるディーゼルエンジンについて適用する。この場合、ディーゼルエンジンではスロットルバルブを持たない構成も想定されるが、同ディーゼルエンジンでは一般に、排気の一部を吸気通路に環流させるＥＧＲ装置が設けられており、同ＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ弁の開度が変更されることによって、上記同様、排気圧力の高低のばらつきや変動が生じうる。それゆえに、上記のとおり排気圧力情報に基づいて大気補正処理の実行態様を変更するとよい。

なお、ディーゼルエンジンでは、排気通路にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）等の排気浄化装置が配設されており、そのＤＰＦ等の再生制御を行うために排気圧力センサが設けられている。よって、この排気圧力センサの検出信号により排気圧力情報を取得できる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 Ａ／Ｆとセンサ電流との関係を示す図。 Ａ／Ｆとセンサ電流との関係を示す図。 燃料カット開始後におけるセンサ電流と排気圧力の推移を示すタイムチャート。 燃料カット開始後における酸素濃度の変化を示すタイムチャート。 燃料カット開始後におけるセンサ電流の変化を示すタイムチャート。 燃料カット開始後における積算吸入空気量と酸素濃度の関係を示す図。 大気補正の処理手順を示すフローチャート。 図８に引き続き、大気補正の処理手順を示すフローチャート。 図９に引き続き、大気補正の処理手順を示すフローチャート。 積算吸入空気量の算出手順を示すフローチャート。 積算吸入空気量と補正基準値との関係を示す図。 燃料カット開始後における酸素濃度の変化をエンジン回転速度ごとに示すタイムチャート。 積算吸入空気量とエンジン回転速度と補正基準値との関係を示す図。 燃料カットの開始後経過時間（Ｆ／Ｃ時間）と補正基準値との関係を示す図。

符号の説明

１０…エンジン、１１…吸気管、１４…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、２４…排気管、３２…Ａ／Ｆセンサ、３５…クランク角度センサ、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン、４２…センサ制御回路。

Claims (10)

1. 燃焼室に燃料を供給するための燃料供給手段と、排気通路を流れる排気を検出対象として酸素濃度を検出する酸素濃度センサとを備える内燃機関に適用され、
   所定の運転条件の成立に伴い前記燃料供給手段による燃料供給を停止して燃料カットを実行するとともに、その燃料カットの実行中において大気補正処理を実行し、前記酸素濃度センサの出力値に基づいて同出力値と酸素濃度との対応のずれを補正するための出力補正値を算出する内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料カットの開始後において前記排気通路内の実際の酸素濃度又はそれに相関する相関値を算出する実濃度算出手段と、
   前記実濃度算出手段により算出した実際の酸素濃度又は相関値に基づいて実酸素濃度に対応する酸素濃度センサの濃度対応出力値を算出する濃度対応出力値算出手段と、を備え、
   都度のセンサ出力値と前記濃度対応出力値とに基づいて前記出力補正値を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料カットの開始後における内燃機関の吸入空気量の積算値を算出する積算空気量算出手段を備え、
   前記実濃度算出手段は、前記積算空気量算出手段により算出した吸入空気量の積算値を前記相関値とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記実濃度算出手段は、前記燃料カットの開始後における経過時間を前記相関値として算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記実際の酸素濃度又は相関値と前記濃度対応出力値との関係をあらかじめ規定しておき、
   前記濃度対応出力値算出手段は、前記規定した関係を用いて前記濃度対応出力値を算出する請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記濃度対応出力値算出手段は、前記燃料カットの開始後における前記回転速度をパラメータとして加えて前記濃度対応出力値を算出する請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の冷却水の温度を検出する水温検出手段を備え、
   前記濃度対応出力値算出手段は、前記燃料カットの開始後における前記冷却水温をパラメータとして加えて前記濃度対応出力値を算出する請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃料カットの開始後における排気圧力情報を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得した排気圧力情報に基づいて前記大気補正処理の実行態様を変更する実行態様制御手段と、
   をさらに備える請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記実行態様制御手段は、前記排気圧力情報が、前記排気通路内の圧力があらかじめ定めた規定値よりも大きいことを示す場合に、前記大気補正処理での出力補正値の算出を禁止する請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記取得手段は、前記内燃機関の吸入空気量を前記排気圧力情報として取得し、
   前記実行態様制御手段は、前記吸入空気量があらかじめ定めた規定値よりも大きい場合に前記大気補正処理での出力補正値の算出を禁止する請求項７又は８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記大気補正処理で算出した出力補正値を、学習値としてバックアップ用メモリに記憶する請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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