JP4687690B2 - センサ情報検出装置、センサ校正装置、及びセンサ診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジンにおいてＥＧＲ制御等に用いられる酸素濃度センサを対象にして、同センサの出力特性に関わるセンサ情報を取得するセンサ情報検出装置、同センサ情報検出装置によるセンサ情報に基づいてセンサの出力特性を補正するセンサ校正装置、及び同センサ情報検出装置によるセンサ情報に基づいてセンサの異常を診断するセンサ診断装置に関する。

この種の装置としては従来、例えば特許文献１に記載される装置をはじめ、自動車用エンジン制御システムに搭載されるものが広く知られている。そして一般には、特許文献１に記載の装置のように、車両減速時における燃料カット期間のセンサ出力に基づいて酸素濃度センサ（例えばエンジン排気系に配設）の出力誤差を推定するものが多い。通常、こうした燃料カット期間においては排気管内が大気状態になるため、この装置ではその期間を利用して、酸素濃度センサの出力について、例えば予め測定された大気雰囲気での正規の基準値からの乖離量、すなわち同センサの出力誤差（出力値の誤差）を算出（学習）するようにしている。そして、こうした学習（いわゆる大気学習）を逐次行うとともに、こうして求めた出力誤差を逐次補正（校正）することで、製造ばらつきや経年変化等に起因した誤差も含めた酸素濃度センサの出力誤差を補償するようにしている。すなわち、こうした装置によれば、酸素濃度センサの出力を適正な値に維持することが可能になる。
特開平１０−２１２９９９号公報

しかしながら、自動車の走行に係る一般的なエンジン制御においては通常、車両が十分加速された状態（エンジン出力軸の回転速度が十分大きい状態）で、ブレーキ操作（ブレーキペダルの踏み込み）もクラッチ断操作（クラッチペダルの踏み込み）もなされないままアクセルペダルから運転者の足が離された（アクセルペダルの踏み込み量が略「０」になった）場合にのみ、その減速走行中に上記燃料カットが行われる。このため、一般走行においては、上記燃料カットの実行頻度の確保が必ずしも容易ではない。特に市街地走行等の低速走行（例えば時速２〜３０ｋｍ）においては十分な加速が得られず、燃料カットになる機会は少ない。さらに自動変速機を備えたＡＴ車では、ロックアップしていない状態ではエンジン出力軸の回転速度が急速に落ちてしまう（アイドリング回転速度まですぐに落ちてしまう）ため、ロックアップした状態でなければ、上記燃料カットを行うことは難しい（通常は行われない）。したがってＡＴ車では、上記燃料カットの実行頻度の確保がより難しくなる。

さらに、燃料カットが行われたとしても、すぐに上述の大気学習を実行することができるわけではない。燃料カットの実行開始から、排気管内や酸素濃度センサ内の残存ガス（残留ガス）が排出された後、改めてその残存ガスの代わりに新気が循環されるまでには、少なからずの時間を要する。したがって、上記大気学習を実行するためには、車両を燃料カットの状態に維持する必要があり、上記条件が成立して燃料カットが行われたとしても、それが十分な時間、継続的に行われなければ、上述の大気学習を実行することはできない。

このように、上記特許文献１に記載の装置では、前述した大気学習を実行することが可能であるとはいえ、その学習の実行頻度についてまでは十分な配慮がなされておらず、こうした学習の実行頻度不足に起因して、酸素濃度センサの検出精度低下が懸念されるようになっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、酸素濃度センサの出力誤差を検出することなどに用いられる、高酸素濃度下での酸素濃度センサの出力値を、より高い頻度で取得することのできるセンサ情報検出装置、センサ校正装置、及びセンサ診断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記載する。

請求項１に記載の発明では、対象センサの情報を検出するセンサ情報検出装置として、内燃機関の排気通路にあって該通路内の酸素濃度の変化に応じて出力を変化させる酸素濃度センサを対象にして、前記内燃機関を搭載する車両が停止状態にある時の前記内燃機関のアイドリング運転中に所定の実行条件（例えば定期的に成立する条件）が成立したことに基づき、大気に準ずる酸素濃度下での前記酸素濃度センサの出力値である上限側センサ出力を取得する上限側出力取得手段と、前記上限側出力取得手段により取得された上限側センサ出力とそれに対応する基準値とを比較することにより前記酸素濃度センサの出力誤差を求める出力誤差導出手段と、前記出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの出力特性を補正する手段と、前記上限側出力取得手段による前記上限側センサ出力の取得に先立って、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度を強制的に高める酸素濃度増大手段とを備え、酸素濃度増大手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度を開側に制御するとともに、前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁の開度を閉側に制御するものであり、前記上限側出力取得手段は、前記酸素濃度増大手段により前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度が高められた状態で前記上限側センサ出力を取得するものであることを特徴とする。

より高い頻度で高酸素濃度下での酸素濃度センサの出力値を取得すべく発明者が実験等を重ねた結果、アイドリング運転中においても、基本的には、酸素濃度センサ周辺の酸素濃度を大気に近い酸素濃度にすることができることが確認された。そこで発明者は、アイドリング運転中に高酸素濃度下での酸素濃度センサの出力値を取得する装置として、上記装置を発明した。こうした装置であれば、減速時の燃料カット期間よりも高い頻度で訪れるアイドリング運転期間を利用することで、車両減速時の燃料カット期間を利用する場合よりも高い頻度で、上記高酸素濃度下（例えば大気に準ずる酸素濃度下）での酸素濃度センサの出力値（上限側センサ出力）を取得することが可能になる。

なお、上限側センサ出力は、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度（雰囲気酸素濃度）が十分高い状態（例えばセンサ出力を所定の閾値と比較して判断、あるいは内燃機関の運転条件から推定等）での同センサの出力値として取得することが有効である。

また、こうした上限側センサ出力（高酸素濃度下での出力値）は、特にリニア検出式の酸素濃度センサ（いわゆるＡ／Ｆセンサ）において特に重要になる。したがって、この発明は、酸素濃度センサがリニア検出式の酸素濃度センサである場合に適用して特に有効である。

前記酸素濃度センサの出力特性を補正する場合などには通常、前記上限側センサ出力が、より高い酸素濃度下の出力値であるほど、補正の精度が高くなる。この点、上記構成では、酸素濃度増大手段を備えることで、より高い酸素濃度下で前記上限側センサ出力を取得することが可能になる。またこの場合、前記酸素濃度センサのセンシング領域の上限よりも高い濃度まで、上記酸素濃度増大手段により酸素濃度を高める構成が有益である。また、理論空燃比よりもリーン側の空燃比まで、あるいは大気に準ずる酸素濃度まで、上記酸素濃度増大手段により酸素濃度を高める構成も、理論空燃比で前記上限側センサ出力を取得する構成と比較して有益である。

なお、前記酸素濃度増大手段としては、例えばＥＧＲ量の増量（例えばＥＧＲ弁開度を閉側に制御することにより増量）、新気量の増量（例えば吸気通路に設けられた吸気絞り弁開度を開側に制御することにより増量）、過給量の増量（例えばアシストモータ付きターボのモータ駆動量を増大側に、又は可変ノズルターボのノズル絞り開度を閉側に制御することにより増量）、及び前記内燃機関の出力を直接的又は間接的に動力とする装置（例えばパワーステアリングやヘッドライト等）の駆動量の強制的な減量（例えば作動状態から停止状態にする等）、の少なくとも１つを行う手段を用いることが有効である。
こうした装置では、上記出力誤差導出手段を備えることで、前記上限側センサ出力（高酸素濃度下での出力値）に基づいて、前記酸素濃度センサの出力誤差を容易に高い精度で得ることができる。そして、こうして得られる出力誤差によれば、前記酸素濃度センサの出力特性を補正（校正）することや、前記酸素濃度センサの性能劣化の度合（例えば経年変化による性能劣化）を検出することなどが可能になる。
したがって、こうした装置を用いることで、出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの出力特性を補正する手段を備えるセンサ校正装置。
あるいは、
・出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの異常の有無を診断する手段を備えるセンサ診断装置。
等々の装置を好適に実現することができる。
なお、上記請求項１に記載の装置に関しては、前記内燃機関での燃焼に供される燃料の燃料密度と、単位燃料量あたりの消費酸素量と、単位期間あたりの燃料噴射量と、単位期間あたりの吸入空気量とに基づいて、前記基準値を決定する手段を備える構成とすることが有効である。これらのパラメータは、時々の空燃比（酸素濃度）とよく相関する。このため、例えば「基準値／１００（％）＝燃料密度（g/mm3）×単位燃料量あたりの消費酸
素量（g/g）×１ストロークあたりの燃料噴射量（mm3/st）／１燃焼サイクルあたりの吸
入空気量（g/cyl）」のような計算式を用いることで、前記基準値を比較的高い精度で得
ることができる。また、用途等によっては、こうした計算式に対して、適宜に補正項を加えることも有効である。また、こうした計算式以外には、例えば予め実験等により作成した所定のマップ（いわゆる適合マップ）等を用いることができる。

請求項２に記載の発明では、内燃機関の排気通路にあって該通路内の酸素濃度の変化に応じて出力を変化させる酸素濃度センサを対象にして、前記内燃機関のアイドリング運転中に所定の実行条件が成立したことに基づき、その時の前記酸素濃度センサの出力値である上限側センサ出力を取得する上限側出力取得手段と、前記上限側出力取得手段により取得された上限側センサ出力とそれに対応する基準値とを比較することにより前記酸素濃度センサの出力誤差を求める出力誤差導出手段と、前記出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの出力特性を補正する手段と、前記上限側出力取得手段による前記上限側センサ出力の取得に先立って、前記内燃機関のシリンダのうち、前記酸素濃度センサに対して排気を排出する全てのシリンダを、所定の条件が成立するまで強制的に燃料カット状態にする燃料カット手段と、前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記内燃機関の出力軸の回転速度を強制的に上昇させる手段とを備え、前記上限側出力取得手段は、前記燃料カット手段により燃料カットが実行された状態で前記上限側センサ出力を取得するものであることを特徴とする。

このような構成であれば、燃料カット手段により、前記酸素濃度センサに対して排気を排出する全シリンダを所定の条件が成立するまで継続的に燃料カット状態にすることができる。そして、前記上限側出力取得手段が、前記上限側センサ出力を、こうした燃料カット状態において取得するようになっていることで、より高い酸素濃度下で前記上限側センサ出力を取得することが可能になる。

なお、この請求項２に記載の装置に関しては、前記内燃機関の出力軸の回転速度（いわゆるエンジン回転速度）が所定の回転速度（例えば通常時のアイドリング回転速度、又はそれよりも高い所定の回転速度などに設定）を下回ったことにより、前記燃料カットの実行に係る所定の条件が成立する構成とすることが有効である。こうすることで、エンジンストールに至る前に燃料噴射を再開させることが容易になり、ひいてはエンジンストールに至る可能性を低減することが可能になる。

またこの場合、請求項２に記載の発明のように、前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記内燃機関の出力軸の回転速度（いわゆるエンジン回転速度）を強制的に上昇させる手段を備える構成とすることが有効である。

燃料カットを実行すると、前記内燃機関に対する燃料の供給が休止されること、ひいては同機関での燃焼が休止されることに起因して、エンジンストール（いわゆるエンスト）が懸念されるようになる。この点、上記構成では、燃料カットの実行に先立って、エンジン回転速度を強制的に上昇させる手段を備える。このため、燃料カットの実行に先立ってエンジン回転速度を上昇させることで、燃料カット実行時のエンジン回転速度を高めることができるとともに、燃料カットを実行しても、前記内燃機関がエンジンストールに至りにくくすることが可能になる。

また、上記請求項２に記載の装置に関しては、請求項３に記載の発明のように、前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度を強制的に高める手段を備える構成とすることが有効である。こうすることで、より高い酸素濃度下で前記上限側センサ出力を取得することが可能になる。

また、上記請求項２又は３に記載の装置に関しては、請求項４に記載の発明のように、前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記内燃機関の出力軸にかかる負荷（いわゆるエンジン負荷）を増大させる手段を備える構成とすることが有効である。

通常、エンジン負荷を増大させることで、同エンジンから排出される排気の流量は多くなる（流速が速まる）。すなわち上記構成によれば、短時間で多くのガスを酸素濃度センサへ循環させて、同センサ周辺の酸素濃度を、より早期に所望の酸素濃度にまで高めることが可能になる。
請求項５に記載の発明では、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置における前記実行条件の成立要件に、前記内燃機関の運転条件が、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度の安定する条件であること、が含まれることを特徴とする。
前記内燃機関の運転条件によっては、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度が不安定になる。そして、このように酸素濃度が不安定な状態で前記上限側センサ出力の取得を実行した場合には通常、正確な出力値が得られない。この点、上記構成では、前記内燃機関の運転条件が前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度の安定する条件であることを、前記実行条件の成立要件として含むことで、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度が安定した状態で前記上限側センサ出力の取得を実行することが可能になる。
なお、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度の安定する内燃機関の運転条件としては、例えばエンジン本体温度（例えばエンジン冷却水温や潤滑油の油温として検出）が十分高いこと、吸入空気の温度が所定範囲内にあること、大気圧（外気圧力）が十分高いこと、及びＤＰＦが再生処理が実行されないこと、の少なくとも１つを用いることが有効である。
請求項６に記載の発明では、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置における前記実行条件の成立要件に、前記内燃機関の出力軸によって駆動される所定の装置が停止中であること（前記内燃機関の出力軸にかかる負荷（いわゆるエンジン負荷）が十分小さいこと）、が含まれることを特徴とする。こうすることで、上記酸素濃度増大手段により酸素濃度を高めた場合に懸念されるエンジンストールに至る可能性についてもこれを、好適に低減することが可能になる。
なお、前記内燃機関の出力軸にかかる負荷が十分小さいことを示す条件としては、例えば機関出力軸の回転力（エンジン出力）によって駆動される所定の装置（例えばパワーステアリング等）が停止中であること、及びオルタネータにて発電された電力を利用した電気駆動の車載装置（例えばヘッドライト等）が停止中であること、の少なくとも１つの条件を用いることが有効である。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係るセンサ情報検出装置及びセンサ校正装置を具体化した第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態のシステムは、コモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンを制御対象にするエンジン制御システムである。本実施形態のセンサ情報検出装置は、こうしたシステムに搭載され、エンジン排気系に設けられた酸素濃度センサのセンシング特性を検出するために用いられている。

まず図１を参照して、本実施形態に係るエンジン制御システムの概略構成について説明する。図中の信号線は配線レイアウトに相当する。なお、このシステムの制御対象とするエンジン（図中のエンジン１０）としては、４輪自動車（例えばＡＴ車）に搭載される多気筒（例えば直列４気筒）エンジンを想定している。ただし、この図１においては、説明の便宜上、１つのシリンダ（図中のシリンダ２０）のみを図示している。このエンジン１０は、４ストローク（４×ピストン行程）のレシプロ式ディーゼルエンジン（内燃機関）である。すなわちこのエンジン１０では、吸排気弁２１，２２のカム軸（図示略）に設けられた気筒判別センサ（電磁ピックアップ）にてその時の対象シリンダが逐次判別され、例えば図中のシリンダ２０をシリンダ＃１とする４つのシリンダ＃１〜＃４について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが「７２０°ＣＡ」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「１８０°ＣＡ」ずらして、シリンダ＃１，＃３，＃４，＃２の順に逐次実行される。これら４つのシリンダ＃１〜＃４の構成は基本的には同様の構成となっているため、ここでは１つのシリンダ２０に注目して、当該システムについての説明を行う。

同図１に示されるように、このシステムは、シリンダ２０内での燃焼を通じて生成したトルクにより出力軸であるクランク軸１０ａ（図示部分はクランク軸に装着されたパルサ歯車）を回転させるエンジン１０を制御対象として、該エンジン１０を制御するための各種センサ及びＥＣＵ（電子制御ユニット）７０等を有して構築されている。以下、制御対象のエンジン１０をはじめとするこのシステムを構成する各要素について詳述する。

ここで制御対象とされるエンジン１０（ディーゼルエンジン）は、基本的には、シリンダブロック２０ａとシリンダヘッド２０ｂとによりシリンダ（気筒）２０が形成されて構成されている。シリンダブロック２０ａには、冷却水がエンジン１０内を循環するための冷却水路（ウォータジャケット）２１ａと、同水路２１ａ内の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ２１ｂと、が設けられており、その冷却水によりエンジン１０が冷却されている。また、シリンダ２０内には、ピストン２０ｃが収容され、そのピストン２０ｃの往復動により、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１０ａが回転するようになっている。なお、クランク軸１０ａの外周側には、所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）クランク角信号を出力するクランク角センサ１０ｂ（例えば電磁ピックアップ）が配設され、同クランク軸１０ａ（エンジン出力軸）の回転角度位置や回転速度（エンジン回転速度）等が検出可能とされている。

シリンダブロック２０ａ上端面に固定されるシリンダヘッド２０ｂと、シリンダ２０内のピストン２０ｃ冠面との間には、燃焼室２０ｄが形成されている。シリンダヘッド２０ｂには、燃焼室２０ｄに開口する吸気ポート（吸気口）１１と排気ポート（排気口）１２とが例えば１つのシリンダに対して２つずつ（計４ポート）形成されている。そして、これら吸気ポート１１及び排気ポート１２が、それぞれ図示しないカム（詳しくはクランク軸１０ａと連動するカム軸に取り付けられたカム）によって駆動される吸気弁（吸気バルブ）２１と排気弁（排気バルブ）２２とにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポートを通じてシリンダ２０内の燃焼室２０ｄと車外（外気）とを連通可能にすべく、吸気ポート１１には、シリンダ２０に外気（新気）を吸入するための吸気管３０（吸気通路）が接続され、排気ポート１２には、各シリンダから燃焼ガス（排気）を排出するための排気管４０（排気通路）が接続されている。

エンジン１０の吸気系を構成する吸気管３０には、最上流部のエアクリーナ（図示略）を通じて空気中の異物が除去されつつ新気が吸入され、エアクリーナの下流側には、その新気の流量（新気量）を電気信号として検出するエアフロメータ３１（例えばホットワイヤ式エアフロメータ）が設けられている。また、このエアフロメータ３１の近傍には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３２が設けられている。さらに、これらエアフロメータ３１及び吸気温センサ３２よりも下流側には、過給用の吸気コンプレッサ５０ａ（詳しくは後述）と、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁３３（吸気絞り弁）と、このスロットル弁３３の開度（スロットル弁開度）や動き（開度変動）を検出するためのスロットル開度センサ３３ａとが設けられている。

他方、エンジン１０の排気系を構成する排気管４０には、過給用の排気タービン５０ｂ（詳しくは後述）と、排気浄化装置としての酸化触媒４４及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４５とが配設されている。また、同ＤＰＦ４５の上流及び下流側近傍には、排気温度センサ４３ａ，４３ｂが設けられている。これらセンサ４３ａ，４３ｂは、例えば再生処理時などにおいて同ＤＰＦ４５の中心温度を求めるためなどに用いられる。

ここで、上記ＤＰＦ４５は、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタであり、例えば出力トルクを主に生成するための燃料噴射であるメイン噴射後のポスト噴射等で捕集ＰＭを繰り返し燃焼除去する（再生処理に相当）ことにより継続的に使用することができるものである。また、同ＤＰＦ４５は、例えばコーディエライト等の耐熱性セラミックにより、図示しない白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）と共に、ＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。

また、このＤＰＦ４５を備える排気管４０には、ＤＰＦ４５入口付近の圧力とＤＰＦ４５出口付近の圧力との差圧を検出する差圧センサ４６がさらに設けられている。この差圧センサ４６により検出される差圧は、上記ＤＰＦ４５による圧力損失に相当し、上記ＰＭ捕集によるＤＰＦ４５の目詰まりの度合を示すものとなる。このため、この差圧を参照することにより、上記ＤＰＦ４５にて捕集されたＰＭの量（ＰＭ捕集量）を検出することが可能になる。

さらに上記酸化触媒４４の上流側近傍には、リニア検出式の酸素濃度センサであるＡ／Ｆセンサ４２が設けられている。図２に、同センサ４２の一例として、いわゆる積層タイプのヒータ付Ａ／Ｆセンサについて、その（ａ）概観構造、及び（ｂ）内部構造を示す。なお、この図２において、（ａ）はそのセンサの概観形状を示す側面図、（ｂ）は同センサの内部構造を示す断面図である。

同図２に示されるように、このセンサは、大きくは、ジルコニア（ＺｒＯ2）等の固体電解質からなるセンサ素子と、このセンサ素子４２１を加熱するヒータ４２２（発熱装置）との積層体が、センシング部（ガス検出部）に相当するその先端部において外側カバー４２７及び内側カバー４２８により二重に被われて構成されている。

ここで、センサ素子は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなる基板上に、ガス遮蔽層や拡散抵抗層等と共に形成され、一対の電極に挟まれるセンシング部には所定の電圧が印加されている。そして活性状態（動作温度条件下）では、周囲の酸素濃度（すなわち排気中の酸素濃度）に応じて、上記定電圧の印加により発生する電流量を変化させて（例えば酸素濃度に対して電流量をリニアに変化させて）、この電流値（空燃比リーンであるほど電流値は大）をセンサ出力として、上記ＥＣＵ７０へ出力する。詳しくは、空燃比リーンの場合には排気中の酸素濃度に応じたイオン電流が、また空燃比リッチの場合には排気中の未燃ガス濃度に応じたイオン電流がそれぞれ発生し、センサ素子４２１の排気側に設けられた拡散抵抗層（図示略）により、排気中の酸素濃度や未燃ガス濃度に応じた電流値がセンサ出力として得られる。

また、ヒータ４２２は、駆動エネルギーが与えられる（通電される）ことで駆動状態（通電状態）となり、その駆動状態で発熱して駆動量（通電量）が大きくなるほど発熱量を大きくするものである。時々のヒータ４２２の通電量は、時々のセンサ素子４２１の温度が所望の値（都度の目標値）になるように、逐次、目標素子温度に応じた目標値へ制御（ＰＩＤ制御）される。こうして、センサ素子４２１の温度は、所定の動作温度範囲に制御されるようになっている。当該Ａ／Ｆセンサ４２は、こうしたヒータ４２２によりセンサ素子４２１の少なくともセンシング部が、常温よりも高い所定の動作温度範囲（例えば「７００℃」近傍）に加熱（温度制御）された状態（活性状態）で使用される。そしてこの際、当該センサ４２の動作温度範囲は、例えばセンサ素子４２１が活性化される温度以上であって、且つ、同センサ素子４２１に損傷を与えない程度の温度範囲として設定される。

そして、これらの積層体を被う外側カバー４２７及び内側カバー４２８には、センシング対象となる排気を取り入れるための通気孔が側面（孔４２７ａ，４２８ａ）及び底面（孔４２７ｂ，４２８ｂ）に設けられており、これら通気孔を通じて内側カバー４２８内（センシング部）に取り込まれた排気中の酸素濃度が、センサ素子によって検出されるようになっている。このセンサでは、上記外側カバー４２７及び内側カバー４２８により通気孔の迷路構造が形成され、こうした通気孔の迷路構造によりこのセンサ（Ａ／Ｆセンサ４２）の耐被水性は高められている。また、このＡ／Ｆセンサ４２の近傍には、排気の温度を検出する排気温度センサ４３ａが設けられており、このセンサ４３ａにより、Ａ／Ｆセンサ４２周辺の温度（雰囲気温度）が検出可能とされている。この雰囲気温度は、例えばエンジン始動初期に同センサ４２の活性化を促すべく行われるセンサ加熱処理（ヒータ４２２の駆動）の開始タイミングを決めるためなどに用いられる。

一方、このシステムの燃料供給系においては、燃料供給方式として筒内噴射式を採用している。すなわち、シリンダ２０内において燃焼室２０ｄには、図示しないコモンレール（蓄圧配管）から供給された高圧燃料（例えば噴射圧力「１０００気圧」以上の軽油）を、同燃焼室２０ｄ内へ直接的に噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁としてのインジェクタ１５が、さらに設けられている。エンジン１０においては、こうしたインジェクタの開弁駆動により各シリンダに対して所要の量の燃料が随時噴射供給されている。すなわち、エンジン１０の運転時には、吸気弁２１の開動作により吸入空気が吸気管３０からシリンダ２０の燃焼室２０ｄ内へ導入され、これがインジェクタ１５から噴射供給された燃料と混ざり、混合気の状態でシリンダ２０内のピストン２０ｃにより圧縮されて着火（自己着火）、燃焼し、排気弁２２の開動作により燃焼後の排気が排気管４０へ排出されることになる。

さらに、このシステムにおいて、吸気管３０と排気管４０との間にはターボチャージャが配設されている。このターボチャージャは、いわゆる可変ノズル式のターボチャージャであり、吸気管３０の中途に設けられた吸気コンプレッサ５０ａと、排気管４０の中途に設けられた排気タービン５０ｂとを有し、これらコンプレッサ５０ａ及びタービン５０ｂが、図示しないシャフトにて連結されている。すなわち、排気管４０を流れる排気によって排気タービン５０ｂが回転し、その回転力がシャフトを介して吸気コンプレッサ５０ａへ伝達され、この吸気コンプレッサ５０ａにより、吸気管３０内を流れる空気が圧縮されて過給が行われる。またここで、排気タービン５０ｂは、周知の弁機構からなる可変ノズル機構５０ｃを備え、この可変ノズル機構５０ｃの開閉動作に応じて排気流路の面積が変化することで、同タービン５０ｂにぶつかる排気の流速、ひいては同タービン５０ｂの回転速度も変化するようになっている。このターボチャージャでは、こうした可変ノズル機構５０ｃに対する指令値に基づき、排気タービン５０ｂの回転速度を制御して、このタービン５０ｂの回転に応じた吸気コンプレッサ５０ａの回転による過給量を可変制御する（ノズルを絞るほど過給量は多くなる）ことができるようになっている。そしてこの過給により、各シリンダに対する吸入空気の充填効率が高められることになる。なお、必要に応じて、吸入空気を冷却するインタクーラ等も、吸気管３０に対して設けられる。

またさらに、排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気系に還流させるためのＥＧＲ装置も、同じく吸気管３０と排気管４０との間に配設されている。このＥＧＲ装置は、基本的には、吸気管３０と排気管４０とを連通するように設けられたＥＧＲ配管６０ａと、吸気管３０のスロットル弁３３よりも排気下流側に設けられた電磁弁等からなるＥＧＲ弁６０ｂと、によって構成されている。そして、ＥＧＲ弁６０ｂのバルブ開度により、ＥＧＲ配管６０ａの通路面積、ひいてはＥＧＲ率（排気全体に対してシリンダに戻されるＥＧＲガスの占める割合）が調節可能とされている。ちなみに、この調整は、上記Ａ／Ｆセンサ４２（図２）の出力等に基づいて行われ、例えばＥＧＲ弁６０ｂが全閉された状態では、ＥＧＲ配管６０ａが遮断され、ＥＧＲ量は「０」となる。また必要に応じて、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ等も、ＥＧＲ配管６０ａに対して設けられる。このＥＧＲ装置では、こうした構成に基づき、ＥＧＲ配管６０ａを通じて排気の一部を吸気系に再循環することにより燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を低減している。

さらに、上記エンジン１０を動力に利用して走行する図示しない車両（例えば４輪乗用車又はトラック等）には、上記各センサの他にも、車両制御のための各種のセンサが設けられている。例えば運転者の要求トルクを車両側に知らせるための運転操作部に相当するアクセルペダルには、同ペダルの状態（変位量）に応じた電気信号を出力するアクセルセンサ７１が、運転者によるアクセルペダルの操作量（踏み込み量）を検出するために設けられている。またＥＣＵ７０には、外気の圧力（大気圧）を検出する大気圧センサ７２が設けられている。また、車両走行時に車輪（タイヤ）へエンジン出力軸の回転力を伝達する車軸には、同車軸に関する回転信号を出力する車速センサ７３が、車両の走行速度を検出するために設けられている。

こうしたシステムの中で、本実施形態のセンサ情報検出装置及びセンサ校正装置として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がＥＣＵ７０である。このＥＣＵ７０（エンジン制御用ＥＣＵ）は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットル弁３３やインジェクタ１５等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン１０に係る各種の制御を行っている。例えばエンジン１０の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件（例えば噴射時期や燃料噴射量等）を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記各シリンダ内（燃焼室）での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク（生成トルク）、ひいては実際に出力軸（クランク軸１０ａ）へ出力される軸トルク（出力トルク）を制御する。なお本実施形態の制御システムでも、周知のディーゼルエンジン用システムと同様、定常運転時には、新気量増大やポンピングロス低減等の目的で、同エンジン１０の吸気通路（吸気管３０）に設けられた吸気絞り弁（スロットル弁３３）が略全開状態に保持される。したがって、定常運転時の燃焼制御（特にトルク調整に係る燃焼制御）としては燃料噴射量のコントロールが主となっている。

またここで、ＥＣＵ７０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）やバックアップＲＡＭ（ＥＣＵの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ）、さらにはＡ／Ｄ変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該センサ情報検出及びセンサ校正に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

ところで、本実施形態の装置も、前述した特許文献１に記載の装置と同様、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを対象にして、大気学習により同センサの出力誤差（出力値や出力時期の誤差等）を検出（学習）するとともに、そのセンサ出力の補正を行うものである。ただし本実施形態では、減速時の燃料カット期間よりも高い頻度で訪れるアイドリング運転期間を利用することで、車両減速時の燃料カット期間を利用する場合よりも高い頻度で、高酸素濃度下（大気に準ずる酸素濃度下）での酸素濃度センサの出力値（上限側センサ出力）を取得するようにしている。

以下、図３〜図６を参照して、そのセンサ情報検出に係る処理について詳述する。なお、図３は、同処理の処理手順を示すフローチャートであり、これら各図に示す処理も、基本的には、ＥＣＵ７０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定の条件が成立している間は（例えばエンジン運転中は常時）、所定処理間隔（例えば所定クランク角ごとに又は所定時間周期などで）逐次実行される。また、同図３の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ７０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ、あるいはバックアップＲＡＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図３に示されるように、この一連の処理では、まずステップＳ１１で、アイドリング運転中か否かを判断する。次いで、ステップＳ１２で、センサ出力特性の補正及び学習を実行すべきか否かを示す所定の実行条件（センサ出力特性の補正及び学習を実行すべき場合にのみ成立）が成立しているか否かを判断する。そして、これら各ステップの判断処理により、アイドリング運転中であって、且つ、所定の実行条件が成立している旨判断された場合には、次のステップＳ１３へ進むようになる。他方、それ以外の判断がなされている間は、最初のステップＳ１１，Ｓ１２において、所定の処理間隔で繰り返し上記各判断処理が実行されることになる。

詳しくは、ステップＳ１１では、例えばアクセルペダルの操作量が略「０」であること（アクセルセンサ７１にて検出）、車両が停止状態にあること（車速センサ７３にて検出）、シフトレバーの位置がニュートラル（Ｎ）位置にある場合にのみオンするニュートラルスイッチが「オン（ＯＮ）」していること、等々の条件を全て（ただし部分的としても可）満足しているか否か（いわば所定のアイドリング条件が満足しているか否か）を判断する。そしてここで、上記条件を全て満足している旨判断された場合には、エンジン１０はアイドリング運転中であるとして、アイドリング判定フラグ（初期値は「ＯＦＦ」）に「ＯＮ」を設定する。

一方、ステップＳ１２では、Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度が安定していることを示す所定の実行条件が満足しているか否かを判断する。例えば、
・エンジン冷却水温（例えば水温センサ２１ｂによる実測値）が十分高いこと。例えばセンサ測定値が所定値以上（エンジン冷却水温≧所定値）であれば、十分高いとする。
・吸入空気の温度（例えば吸気温センサ３２による実測値）が所定範囲内にあること。
・大気圧（例えば大気圧センサ７２による実測値）が十分高いこと。例えばセンサ測定値が所定値以上（大気圧≧所定値）であれば、十分高いとする。
・エンジン１０の出力軸（クランク軸１０ａ）にかかっている負荷が十分小さいこと。例えば同クランク軸１０ａの回転力（エンジン出力）によって駆動される所定の装置（例えばパワーステアリング）が停止中であること、オルタネータにて発電された電力を利用した電気駆動の車載装置（例えばヘッドライト）が停止中であること、等々の条件を全て（ただし部分的としても可）満足した場合に、上記クランク軸１０ａへの負荷は十分小さいとする。
・ＤＰＦ４５が再生処理実行中ではなく、且つ、学習処理の実行中に再生処理が実行されないこと。例えばＤＰＦ４５の上流側の排気温度が所定温度以下であること（この温度が高いほど自己着火し易い）、ＤＰＦ４５の上流下流の排気温度差（例えば排気温度センサ４３ａによる実測値と排気温度センサ４３ｂによる実測値との差）が所定温度差以下であること（再生処理実行時にはこの温度差が大きくなる）、ＤＰＦ４５に堆積されたＰＭ量が所定量以下であること（ＰＭ堆積量が多いほど自己着火し易い）、等々の条件を全て（ただし部分的としても可）満足した場合に、ＤＰＦ４５が再生処理実行中ではなく、且つ、しばらく再生処理実行の必要はないとする。
等々の条件（いずれもエンジン１０の運転条件）を全て（ただし部分的としても可）満足しているか否か（いわば所定の実行条件が満足しているか否か）を判断する。そしてここで、上記条件を全て満足している旨判断された場合には、上記所定の実行条件が成立しているとして、学習実行判定フラグ（初期値は「ＯＦＦ」）に「ＯＮ」を設定する。

続くステップＳ１３では、各種のアクチュエータを強制的に駆動することにより、排気中の酸素濃度、ひいてはＡ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度を、大気における酸素濃度に近づける。具体的には、例えばＥＧＲ量を限界まで減らす（例えば略「０」にまで減らす）べくＥＧＲ弁６０ｂを全閉にしたり、新気量を限界まで増やすべくスロットル弁３３を全開にしたり、過給量を限界まで増やすべく可変ノズル機構５０ｃのノズルを全閉にしたりする。こうすることで、排気中の酸素量（ひいては酸素濃度）を増やすことができる。さらに、エンジン負荷についてもこれを限界まで減らすべく、クランク軸１０ａの回転力（エンジン出力）によって駆動される所定の装置、及びオルタネータにて発電された電力を利用した電気駆動の車載装置のうち、駆動停止可能であるものについては、これを停止するようにする。例えばエアコン（空気調節装置）等についてはこれを停止する。このように、エンジン負荷を軽減することで、燃料噴射量が少なくなり、相対的な酸素量（酸素濃度）を大きくすることができる。こうして、このステップＳ１３の処理により、上記Ａ／Ｆセンサ４２のセンシング領域の上限よりも高い濃度（詳しくは大気に準ずる酸素濃度）まで、同センサ４２周辺の酸素濃度（雰囲気酸素濃度）が高められることになる。

図４に、ディーゼルエンジンにおける通常の空燃比制御でのＡ／Ｆセンサの使用空燃比範囲を示す。

同図４に示されるように、ディーゼルエンジンで使用される空燃比は通常、時々のエンジン回転速度とエンジン負荷との各値に応じて変更される。そして、その全領域を満足する空燃比の範囲は、λ（空気過剰率）でいうと、「λ＝１．２〜６．５」程度、アイドリング運転中では一般に「λ≒４．５」となる。これに対し、本実施形態のステップＳ１３の処理（強制リーン制御）では、「λ≒７．５」までλ（空気過剰率）を高める。このように、上記ステップＳ１３では、通常制御時のアイドリング運転中における空燃比（λ＝４．５）よりも、また通常制御時の空燃比の上限（λ＝６．５）よりも、高い酸素濃度（λ≒７．５）へ空燃比を制御するようにしている。

このステップＳ１３の処理が終了したら、Ａ／Ｆセンサ４２周辺が大気に準ずる酸素濃度になったとして、続くステップＳ１４で、所定の計算式に基づいて、現在あるべき正規の空燃比（酸素濃度）の値を示す基準値Ａを算出する。例えば燃料噴射量及び吸入空気量が安定している状態において、
「基準値Ａ／１００（％）＝燃料密度（g/mm3）×エンジン１０での燃焼による単位燃料量あたりの消費酸素量（g/g）×１ストロークあたりの燃料噴射量（mm3/st）／１燃焼サイクルあたりの吸入空気量（g/cyl）」 …（式１）
なる計算式に基づいて上記基準値Ａを算出する。なお、上記燃料密度は、例えば所定の計算式により、その時の燃料温度（例えばインジェクタ１５に燃料を供給する燃料ポンプにて温度センサにより検出）に基づいて算出する。また、消費酸素量は、例えば予め実験等で求め、ＥＣＵ７０内のデータ保存用メモリに記憶しておく。また、燃料噴射量は、例えばインジェクタ１５に対する指令値に基づいて算出する。また、吸入空気量は、例えばエアフロメータ３１の出力に基づいて算出する。

さらに続くステップＳ１５では、その時の、すなわちＡ／Ｆセンサ４２周辺が大気に準ずる酸素濃度になっている状態での、同センサ４２の出力値（センサ出力Ｂ）を取得する。本実施形態では、先のステップＳ１３の処理の終了タイミングから所定時間が経過した後に、換言すればセンサ出力が安定するまで待って、このセンサ出力の安定領域において複数回の検出により複数個の出力値を得て、その平均値として上記センサ出力Ｂを取得する。

そして続くステップＳ１６において、上記ステップＳ１５で算出したセンサ出力Ｂを上記ステップＳ１４で算出した基準値Ａで除算して、両者の乖離量（ずれ度合）を、学習値Ｃ（＝Ｂ／Ａ）として得る。ちなみに、この学習値Ｃの大きさはＡ／Ｆセンサ４２の出力誤差に相当する。そして、続くステップＳ１７で、この学習値ＣをＡ／Ｆセンサ４２の出力値に反映することで、それ以降、より誤差の少ないセンサ出力が得られるようになる。図５に、ステップＳ１６におけるセンサ出力の補正態様をグラフとして示す。

同図５に示されるように、センサの出力特性には、個体差等に起因したばらつきがあり、センサによっては必ずしも本来あるべき正規の出力特性（実線Ｌ０）には一致しない。すなわち、同種のセンサであっても、センサに応じて出力特性は一様ではなく、例えば図中に実線Ｌ１及びＬ２にて示されるように、その出力特性が正規の出力特性からずれる場合がある。ちなみに、この図中の実線Ｌ１で示す特性を有するセンサであれば、ステップＳ１４では基準値Ａとして「Ａ０」が得られ、ステップＳ１５ではセンサ出力Ｂとして「Ｂ１」が得られる。そして続くステップＳ１６では、これらの値に基づき、Ａ／Ｆセンサ４２の出力特性が、図中に実線Ｌ１で示す特性から実線Ｌ０で示す特性へ補正されることになる。より具体的には、例えば「酸素濃度＝（センサ４２の出力値）／学習値Ｃ」なる関係式で酸素濃度を検出するセンサについて、学習値Ｃを更新することでアイドリング時の出力誤差を補償するとともに、それに合わせて出力特性の傾きも、実線Ｌ１の特性の傾きに合うように補正する。一方、図中の実線Ｌ２で示す特性を有するセンサであれば、ステップＳ１４では基準値Ａとして「Ａ０」が得られ、ステップＳ１５ではセンサ出力Ｂとして「Ｂ２」が得られる。そして続くステップＳ１６では、これらの値に基づき、上記と同様にＡ／Ｆセンサ４２の出力特性が、図中に実線Ｌ２で示す特性から実線Ｌ０で示す特性へ補正されることになる。

このように、本実施形態では、こうした一連の処理（図３の処理）が逐次実行されることで、Ａ／Ｆセンサ４２のセンサ出力の精度が高く維持されるようになっている。なお、上記学習値Ｃ、ひいてはセンサ出力Ｂ等は、ＥＣＵ７０の主電源停止後もデータを保持可能とする所定の記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭやバックアップＲＡＭ）に保存することが有効である。こうすることで、例えばエンジン１０が停止され、当該ＥＣＵ７０に対する給電が遮断された後も消去されずに、記憶装置内にデータが不揮発に保持されるようになり、データ解析等についてもこれをより容易に行うことができるようになる。

次に、図６を参照して、上記ＥＣＵ７０（本実施形態の〜装置）によるセンサ出力補正の一態様について簡単に説明する。なお、この図６は、当該装置の搭載された車両が定常走行からアイドリング状態になる時を例にとって、センサ出力補正に係る各種パラメータの推移を示すタイミングチャートである。より詳しくは、同図６において、（ａ）〜（ｈ）は、それぞれ（ａ）車両速度（例えば車速センサ７３による実測値）、（ｂ）アイドリング判定フラグの値（図３のステップＳ１１の判断結果に応じて設定される値、初期値は「ＯＦＦ」）、（ｃ）学習実行判定フラグの値（図３のステップＳ１２の判断結果に応じて設定される値、初期値は「ＯＦＦ」）、（ｄ）ＥＧＲ弁６０ｂの開度（例えば指令値に応じた値）、（ｅ）スロットル弁３３の開度（例えばスロットル開度センサ３３ａによる実測値）、（ｆ）吸入空気量（エアフロメータ３１による実測値）、（ｇ）Ａ／Ｆセンサ４２の出力（空燃比リーンであるほど大）、（ｈ）学習値Ｃ、といった上記センサ出力補正に関わる各パラメータの推移を示すタイミングチャートである。

同図６（ａ）に示されるように、この車両は、タイミングｔ１０で定常走行から減速し始め、その後もアイドリング状態になるまで継続的に減速している。そしてこの例では、その後のタイミングｔ１１で、所定のアイドリング条件が満足される。したがって、アイドリング判定フラグに「ＯＮ」が設定される（図６（ｂ））。次いで、タイミングｔ１２で、所定の実行条件（ステップＳ１２）が満足される。したがって、学習実行判定フラグに「ＯＮ」が設定される（図６（ｃ））。

学習実行判定フラグが「ＯＮ」に設定されることにより、続くステップＳ１３にて、各種のアクチュエータ（ＥＧＲ弁６０ｂやスロットル弁３３等）が強制駆動され、排気中の酸素濃度、ひいてはＡ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度が、大気における酸素濃度に近づけられる（図６（ｄ）〜（ｆ））。またこの際、エンジン負荷を軽減させることは前述したとおりである。そしてこれにより、Ａ／Ｆセンサ４２の出力が大きくなっていき、しばらくすると（この例ではタイミングｔ１３にて）、大気に準ずる酸素濃度に相当する値で安定するようになる（図６（ｇ））。なお、アクチュエータの強制駆動に基づく大気処理及びエンジン負荷軽減処理は、学習実行判定フラグが「ＯＮ」の間だけに実行される。したがって、学習実行判定フラグが「ＯＦＦ」になった場合には、通常制御に戻される。ちなみに、この図６の例ではタイミングｔ１５で学習実行判定フラグが「ＯＦＦ」になり、各アクチュエータの駆動が通常制御に戻されている。

図３のステップＳ１４及びステップＳ１５の処理は、こうした大気状態において行われる。そして、これら各処理により上述の基準値Ａ及びセンサ出力Ｂが算出される。特にステップＳ１５では、センサ出力の安定領域（タイミングｔ１３以降の期間）において複数回の検出により複数個の出力値を得て、その平均値として上記センサ出力Ｂが取得される。そして、こうして基準値Ａ及びセンサ出力Ｂが得られたら、次にステップＳ１６で、両者の乖離量（ずれ度合）が、学習値Ｃ（＝Ｂ／Ａ）として得られる（図６（ｈ））。したがって、ステップＳ１７では、この学習値ＣがＡ／Ｆセンサ４２の出力値に反映される。そしてこれにより、センサ出力が補正され、より誤差の少ない出力特性（例えば図５中の実線Ｌ０）が得られるようになる。

以上説明したように、本実施形態に係るセンサ情報検出装置及びセンサ校正装置によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。

（１）対象センサの情報を検出するセンサ情報検出装置として、エンジン１０（内燃機関）の排気通路（排気管４０）にあって該通路内の酸素濃度の変化に応じて出力を変化させるＡ／Ｆセンサ４２（酸素濃度センサ）を対象にして、エンジン１０のアイドリング運転中（図３のステップＳ１１にて判定）に所定の実行条件（図３のステップＳ１２にて判定）が成立したことに基づき、センサ４２周辺の酸素濃度が十分高い状態（本実施形態では大気に準ずる酸素濃度下）での同センサ４２の出力値である上限側センサ出力（センサ出力Ｂ、例えば図５中の値Ｂ１，Ｂ２）を取得するプログラム（上限側出力取得手段、図３のステップＳ１５）を備える構成とした。こうした装置であれば、減速時の燃料カット期間よりも高い頻度で訪れるアイドリング運転期間を利用することで、車両減速時の燃料カット期間を利用する場合よりも高い頻度で、上記高酸素濃度下での酸素濃度センサの出力値（センサ出力Ｂ）を取得することが可能になる。

（２）図３のステップＳ１２にて判定する実行条件の成立要件に、エンジン１０の運転条件が、上記Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度の十分安定する条件であること、が含まれるようにした。こうすることで、センサ４２周辺の酸素濃度が安定した状態で上記センサ出力Ｂの取得を実行することが可能になる。

（３）上記Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度の十分安定する条件の成立要件に、エンジン本体温度（エンジン冷却水温として検出）が十分高いこと、吸入空気の温度が所定範囲内にあること、大気圧（外気圧力）が十分高いこと、及びＤＰＦが再生処理が実行されないこと、を含めるようにした。こうすることで、センサ４２周辺の酸素濃度が安定したことを、より容易且つ的確に検出することができる。

（４）上記センサ出力Ｂの取得（図３のステップＳ１５）に先立って、上記Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度を強制的に高めるプログラム（酸素濃度増大手段、ステップＳ１３）を備える構成とした。そして、ステップＳ１５においては、センサ４２周辺の酸素濃度が高められた状態で上記センサ出力Ｂを取得するようにした。こうすることで、より高い酸素濃度下で前記上限側センサ出力を取得することが可能になる。

（５）同ステップＳ１５においては、上記Ａ／Ｆセンサ４２のセンシング領域の上限よりも高い濃度（詳しくは大気に準ずる酸素濃度）まで酸素濃度を高めるようにした。こうすることで、同センサ４２の出力特性に関する補正の精度が高まる。

（６）同ステップＳ１５においては、ＥＧＲ量の増量、新気量の増量、過給量の増量、及び前記内燃機関の出力を直接的又は間接的に動力とする装置（例えばパワーステアリングやヘッドライト）の駆動量の強制的な減量を行うようにした。こうすることで、センサ４２周辺の酸素濃度を、より容易且つ的確に高めることができる。

（７）図３のステップＳ１２にて判定する実行条件の成立要件に、エンジン１０の出力軸（クランク軸１０ａ）にかかる負荷（いわゆるエンジン負荷）が十分小さいこと、が含まれるようにした。こうすることで、上記ステップＳ１３の処理により酸素濃度を高めた場合に懸念されるエンジンストールに至る可能性についてもこれを、好適に低減することが可能になる。

（８）上記エンジン負荷が十分小さいことを示す条件の成立要件に、クランク軸１０ａの回転力（エンジン出力）によって駆動される所定の装置（例えばパワーステアリング）が停止中であること、及びオルタネータにて発電された電力を利用した電気駆動の車載装置（例えばヘッドライト）が停止中であること、を含めるようにした。こうすることで、上記エンジン負荷が十分小さいことを、より容易且つ的確に検出することができる。

（９）図３のステップＳ１５にて取得されたセンサ出力Ｂとそれに対応する基準値（図３のステップＳ２６にて算出される基準値Ａ）とを比較することにより上記Ａ／Ｆセンサ４２の出力誤差（学習値Ｃ）を求めるプログラム（出力誤差導出手段、図３のステップＳ２８）を備える構成とした。こうした構成であれば、上記Ａ／Ｆセンサ４２の出力誤差（学習値Ｃ）の出力誤差を容易に高い精度で得ることができる。

（１０）図３のステップＳ２６では、上記（式１）を用いて、基準値Ａを算出するようにした。こうすることで、上記基準値Ａを比較的高い精度で得ることができる。

（１１）さらに、上記Ａ／Ｆセンサ４２の校正を行うセンサ校正装置として、上記ステップＳ２８にて求められたセンサ出力誤差に基づいて、上記Ａ／Ｆセンサ４２の出力特性を補正するプログラム（図３のステップＳ２９）を備える構成とした。こうすることで、上記Ａ／Ｆセンサ４２のセンサ出力の精度が高く維持されることになる。

（第２の実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、先の図１に示したシステムに準ずる構成をもったエンジン制御システムについて、本発明に係るセンサ情報検出装置及びセンサ校正装置を具体化した第２の実施形態について説明する。ただしここでは、第１の実施形態との相違点を中心に、本実施形態について説明する。

ところで、上記第１の実施形態では、燃料カットを行っていない状態で、上記センサ出力Ｂ（上限側センサ出力）を取得するようにした。しかしこれに限られず、図３の処理に代えて、図７（図３に対応するフローチャート）に示すような処理を行うようにしてもよい。なお、この処理も、所定処理間隔（例えば１燃焼サイクル又はそれよりも短い周期などで）逐次実行される。

同図７に示すように、この一連の処理でも、まずステップＳ２１で、アイドリング運転中か否かを判断する（図３のステップＳ１１の処理に準ずる）。次いで、ステップＳ２２で、センサ出力特性の補正及び学習を実行すべき場合のみに成立する所定の実行条件が成立しているか否かを判断する。そして、これら各ステップの判断処理により、アイドリング運転中であって、且つ、所定の実行条件が成立している旨判断された場合には、次のステップＳ２３へ進むようになる。他方、それ以外の判断がなされている間は、最初のステップＳ２１，Ｓ２２において、所定の処理間隔で繰り返し上記各判断処理が実行されることになる。

ただしここでは、上記ステップＳ２２の実行条件を、Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度が安定している場合に成立するものとはせず、実行間隔を決めるような条件とする。具体的には、例えば走行距離が所定距離（例えば１００００km間隔に設定）に到達するごとに成立するものを、この実行条件とする。

さらにこの例では、ステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を通じて、燃料カットの実行中に上記センサ出力Ｂ（上限側センサ出力）を取得する。

ステップＳ２３では、エンジン回転速度を上昇させる。具体的には、例えばアイドリング運転時の目標回転速度を、通常時の「８００rpm」から「２０００rpm」まで引き上げる。こうすることで、エンジン負荷を増大させた場合にも、エンジンストール（いわゆるエンスト）しにくくなる。なおこの際、必要に応じて、エンジン回転速度を強制的に上昇させている旨を、所定のランプの点灯等によりユーザ（運転者）に報知する。こうすることで、ユーザが意図的なエンジン回転速度の上昇を異常の発生と誤認する可能性が低くなる。

続くステップＳ２４では、図３のステップＳ１３の処理と同様、各種のアクチュエータを強制的に駆動することにより、排気中の酸素濃度、ひいてはＡ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度を、大気における酸素濃度に近づける。ただしここでは、エンジン負荷についてはこれを、増大側へ制御する。具体的には、クランク軸１０ａの回転力（エンジン出力）によって駆動される所定の装置については、これを作動させる。例えばエアコン（空気調節装置）やオルタネータ等についてはこれを、作動させる。このように、エンジン負荷を増大させることで、排気流量が多くなる（流速が速まる）。このため、エアコン等を作動させることで、短時間で多くのガスをＡ／Ｆセンサ４２へ循環させて、同センサ４２周辺の酸素濃度を、より早期に大気に準ずる酸素濃度にまで高めることが可能になる。

続くステップＳ２５では、上記ステップＳ２４の処理でのエンジン負荷増大制御を停止した後、燃料カット（燃料噴射の一時的な停止）を実行する。すなわち、エンジン１０の全シリンダ（４つ全て）において、上記インジェクタ１５による燃料噴射を強制的に停止（休止）する。

この例では、こうした燃料カットが行われている状態で、ステップＳ２６〜Ｓ２８の処理、すなわち先の図３のステップＳ１４〜Ｓ１６の処理に準ずる処理を行って、基準値Ａ、センサ出力Ｂ、学習値Ｃを算出する。そして、続くステップＳ２９では、先の図３のステップＳ１７の処理に準ずる処理を行って、その学習値ＣをＡ／Ｆセンサ４２の出力値に反映する。そしてこれにより、センサ出力が補正され、より誤差の少ない出力特性（例えば図５中の実線Ｌ０）が得られるようになる。

図８に、本実施形態に係るセンサ出力の補正態様をタイミングチャートとして示す。なお、同図８において、（ａ）はＡ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度の推移を、また（ｂ）はエンジン回転速度の推移を、それぞれ示すタイミングチャートである。

同図８に示されるように、この例では、タイミングｔ２１で、図７のステップＳ２３の処理により、エンジン回転速度が上昇する。次いで、タイミングｔ２２で、ステップＳ２４の処理により、各種のアクチュエータ（ＥＧＲ弁６０ｂやスロットル弁３３等）が強制駆動され、排気中の酸素濃度、ひいてはＡ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度が、大気の酸素濃度に近づけられる。またこの際、エンジン負荷を増大させることは前述したとおりである。さらにその後、タイミングｔ２３で、ステップＳ２５の処理により、エンジン負荷増大制御が停止されるとともに、燃料カットが実行される。そして、これらの処理が実行されることにより、図８（ａ）に示されるように、Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度が上昇し、一定レベルで飽和する。本実施形態では、この酸素濃度の飽和期間において、上記ステップＳ２６〜Ｓ２９の処理が行われる。そしてこれにより、センサ出力が補正され、より誤差の少ない出力特性（例えば図５中の実線Ｌ０）が得られるようになる。

一方、タイミングｔ２３で燃料カットが実行されると、エンジン回転速度は低下する（図８（ｂ））。このため、エンジン回転速度がエンジンストールに至る前の所定の回転速度（例えば通常時のアイドリング回転速度、又はそれよりも高い所定の回転速度などに設定）を下回った場合には、燃料噴射を再開させるようにする。

以上説明したように、本実施形態に係るセンサ情報検出装置及びセンサ校正装置によれば、第１の実施形態による前記（１）、（４）〜（６）、及び（９）〜（１１）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果も得られるようになる。

（１２）センサ出力Ｂ（上限側センサ出力）の取得（図７のステップＳ２７）に先立って、エンジン１０（内燃機関）のシリンダのうち、上記Ａ／Ｆセンサ４２に対して排気を排出する全てのシリンダ（４つ全て）を、所定の条件（エンジン回転速度が所定の回転速度を下回った場合に成立する条件）が成立するまで強制的に燃料カット状態にするプログラム（燃料カット手段、図７のステップＳ２５）を備える構成とした。そして、上記ステップＳ２７においては、燃料カットが実行された状態でセンサ出力Ｂを取得するようにした。こうすることで、より高い酸素濃度下でセンサ出力Ｂを取得することが可能になる。

（１３）燃料カット実行中にエンジン１０の出力軸の回転速度（いわゆるエンジン回転速度）が所定の回転速度を下回ったことにより、上記ステップＳ２５の処理実行（燃料カットの実行）に係る所定の条件が成立するようにした。こうすることで、エンジンストールに至る前に燃料噴射を再開させることが容易になり、ひいてはエンジンストールに至る可能性を低減することが可能になる。

（１４）上記ステップＳ２５における燃料カットの実行に先立って、エンジン出力軸（クランク軸１０ａ）の回転速度（いわゆるエンジン回転速度）を強制的に上昇させるプログラム（図７のステップＳ２３）を備える構成とした。こうすることで、燃料カット実行時のエンジン回転速度を高めることができるとともに、燃料カットを実行しても、エンジン１０がエンジンストールに至りにくくすることが可能になる。

（１５）上記ステップＳ２５における燃料カットの実行に先立って、上記Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度を強制的に高めるプログラム（図７のステップＳ２４）を備える構成とした。こうすることで、より高い酸素濃度下で上記センサ出力Ｂを取得することが可能になる。

（１６）上記ステップＳ２５における燃料カットの実行に先立って、エンジン出力軸（クランク軸１０ａ）にかかる負荷（いわゆるエンジン負荷）を増大させるプログラム（図７のステップＳ２４）を備える構成とした。こうすることで、短時間で多くのガスを上記Ａ／Ｆセンサ４２へ循環させて、同センサ４２周辺の酸素濃度を、より早期に所望の酸素濃度にまで高めることが可能になる。

（１７）上記ステップＳ２２の実行条件を、実行間隔（特に長期的な実行間隔）を決めるような条件とした。こうすることで、任意の間隔で、学習、補正を行うことが可能になる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記Ａ／Ｆセンサ４２の出力誤差（学習値Ｃ）は、出力特性の補正以外の用途に用いることができる。例えばセンサ診断装置として、上記学習値Ｃに基づいて、同センサ４２の異常（例えば経年変化等による劣化異常）の有無を診断するプログラムを備える構成としてもよい。また、これら補正や診断以外の用途に用いることもできる。例えばセンサ出力Ｂや学習値Ｃ等のデータを蓄積してデータ解析だけに用いるようにしてもよい。

・上記基準値Ａの求め方は任意である。用途等によっては、先の（式１）に対して、適宜に補正項を加えることも有効である。また、こうした計算式以外には、例えば予め実験等により作成した所定のマップ（いわゆる適合マップ）等を用いることができる。

・上記各実施形態では、上記Ａ／Ｆセンサ４２のセンシング領域の上限や通常制御での使用上限よりも高い濃度（詳しくは大気に準ずる酸素濃度）まで酸素濃度を高めるようにした。しかしこれは必須の構成ではない。例えば上記センサ出力Ｂとしてセンシング領域の上限付近の出力値が得られれば、比較的高い精度で出力特性の補正を行うことが可能になる。また、センサの種類等によっては、少なくとも理論空燃比よりもリーン側の空燃比で、上記センサ出力Ｂを得る構成なども有効である。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成は、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば上記実施形態では、一例としてディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について言及したが、他のエンジンにも、例えば火花点火式のガソリンエンジン等についても、基本的には同様に本発明を適用することができる。また、上記Ａ／Ｆセンサ４２周辺の酸素濃度を強制的に高める処理についても、必要不必要に応じて、適宜に割愛することができる。そして、上記実施形態についてこうした構成の変更を行う場合には、上述した各種の処理（プログラム）についても、その細部を、実際の構成に応じて適宜最適なかたちに変更（設計変更）することが好ましい。

・上記各実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

本発明に係るセンサ情報検出装置、センサ校正装置、及びセンサ診断装置の実施形態について、各装置の適用されるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 （ａ）は、同システムに用いられる酸素濃度センサの概観構造を示す側面図、（ｂ）は同センサの内部構造を示す断面図。 第１の実施形態に係るセンサ特性学習の処理手順を示すフローチャート。 ディーゼルエンジンにおける通常の空燃比制御での酸素濃度センサの使用空燃比範囲を示すグラフ。 上記学習処理に基づくセンサ出力特性の補正態様を示すグラフ。 （ａ）〜（ｈ）は、それぞれ同実施形態のセンサ出力補正に係る各種パラメータの推移を示すタイミングチャート。 第２の実施形態に係るセンサ特性学習の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同実施形態のセンサ出力補正に係る各種パラメータの推移を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…エンジン、３１…エアフロメータ、３２…吸気温センサ、３３…スロットル弁、４０…排気管、４２…Ａ／Ｆセンサ、４３ａ、４３ｂ…排気温度センサ、４５…ＤＰＦ、５０ａ…吸気コンプレッサ、５０ｂ…排気タービン、５０ｃ…可変ノズル機構、６０ｂ…ＥＧＲ弁、７０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、７１…アクセルセンサ、７２…大気圧センサ、７３…車速センサ、４２１…センサ素子、４２２…ヒータ。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路にあって該通路内の酸素濃度の変化に応じて出力を変化させる酸素濃度センサを対象にして、前記内燃機関を搭載する車両が停止状態にある時の前記内燃機関のアイドリング運転中に所定の実行条件が成立したことに基づき、大気に準ずる酸素濃度下での前記酸素濃度センサの出力値である上限側センサ出力を取得する上限側出力取得手段と、
   前記上限側出力取得手段により取得された上限側センサ出力とそれに対応する基準値とを比較することにより前記酸素濃度センサの出力誤差を求める出力誤差導出手段と、
   前記出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの出力特性を補正する手段と、
   前記上限側出力取得手段による前記上限側センサ出力の取得に先立って、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度を強制的に高める酸素濃度増大手段とを備え、
   酸素濃度増大手段は、前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度を開側に制御するとともに、前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁の開度を閉側に制御するものであり、
   前記上限側出力取得手段は、前記酸素濃度増大手段により前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度が高められた状態で前記上限側センサ出力を取得するものであることを特徴とするセンサ情報検出装置。
2. 内燃機関の排気通路にあって該通路内の酸素濃度の変化に応じて出力を変化させる酸素濃度センサを対象にして、前記内燃機関のアイドリング運転中に所定の実行条件が成立したことに基づき、その時の前記酸素濃度センサの出力値である上限側センサ出力を取得する上限側出力取得手段と、
   前記上限側出力取得手段により取得された上限側センサ出力とそれに対応する基準値とを比較することにより前記酸素濃度センサの出力誤差を求める出力誤差導出手段と、
   前記出力誤差導出手段により求められたセンサ出力誤差に基づいて、前記酸素濃度センサの出力特性を補正する手段と、
   前記上限側出力取得手段による前記上限側センサ出力の取得に先立って、前記内燃機関のシリンダのうち、前記酸素濃度センサに対して排気を排出する全てのシリンダを、所定の条件が成立するまで強制的に燃料カット状態にする燃料カット手段と、
   前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記内燃機関の出力軸の回転速度を強制的に上昇させる手段とを備え、
   前記上限側出力取得手段は、前記燃料カット手段により燃料カットが実行された状態で前記上限側センサ出力を取得するものであることを特徴とするセンサ情報検出装置。
3. 前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度を強制的に高める手段を備える請求項２に記載のセンサ情報検出装置。
4. 前記燃料カット手段による燃料カットの実行に先立って、前記内燃機関の出力軸にかかる負荷を増大させる手段を備える請求項２又は３に記載のセンサ情報検出装置。
5. 前記実行条件の成立要件には、前記内燃機関の運転条件が、前記酸素濃度センサ周辺の酸素濃度の安定する条件であること、が含まれる請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ情報検出装置。
6. 前記実行条件の成立要件には、前記内燃機関の出力軸によって駆動される所定の装置が停止中であること、が含まれる請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ情報検出装置。

Images