JPH0823328B2

JPH0823328B2 - 排気濃度センサの出力補正方法

Info

Publication number: JPH0823328B2
Application number: JP63162856A
Authority: JP
Inventors: 彰加藤; 亨矢野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1996-03-06
Anticipated expiration: 2011-03-06
Also published as: JPH0211844A; US4926827A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は排気濃度センサの出力補正方法に関し、特に
排気濃度センサが、排気濃度に比例し互いに異なる出力
特性を備えた２つのセンサから成るものにおいて、一方
のセンサの出力値から他方のセンサの出力値を補正する
出力補正方法に関する。

（従来の技術）従来、内燃エンジンの排気特性、燃費の向上等を図る
ために、排気濃度を検出し、この検出結果に応じて、エ
ンジンに供給される混合気の空燃比（以下「供給空燃
比」という）を目標空燃比にフィードバック制御する技
術が周知であり、この場合、排気濃度を検出する排気濃
度センサとして、該排気濃度に比例する出力特性を備え
た、いわゆる比例型タイプのものが知られている。

このタイプの排気濃度センサを用いて空燃比のフィー
ドバック制御を行う場合、その出力特性が正確であるこ
とが要求される一方、該センサは長年の使用により排気
ガスを導入する導入孔が排気ガス中の酸化物等により目
づまりすること等に起因して劣化し所望の出力特性が得
られなくなることがある。この場合、単一の検出素子に
よるときには該劣化の状態を検知するのが困難であるこ
とから、排気濃度センサを、互いに異なる出力特性を備
えた２つのセンサによって構成し、所定の運転状態の成
立時に、一方のセンサの出力値から他方のセンサの出力
値を補正する出力補正方法が知られている（例えば、特
開昭62−201346号公報）。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、該従来の出力補正方法は排気濃度セン
サの劣化に起因した出力特性のずれを適切に補正し、よ
り正確な出力を得て空燃比のフィードバック制御により
排気特性、燃費の向上等を図る上で改善の余地があっ
た。

即ち、エンジンは一般にその運転状態が安定している
場合には供給空燃比が目標空燃比近傍に制御されて安定
した状態にあるが、吸気管壁の付着燃料量が極めて多い
場合には本来の燃料供給装置からの燃料とともに付着燃
料が供給されて供給空燃比がリッチ化してしまうため、
逆に付着燃料量が極めて少ない場合には本来の燃料の一
部が吸気管壁に付着して供給空燃比がリーン化してしま
うために、一時的に目標空燃比と供給空燃比との偏差が
大きい状態でエンジンの運転状態が安定することがあ
る。例えばエンジンの高温再始動時又は加速後若しくは
減速後の定速走行時等である。

一方、前記従来の出力補正方法は供給空燃比状態が同
一であるときに２つのセンサの出力値を比較することに
より劣化補正を行うとともに、該補正をエンジンが安定
した運転状態にあるときに行うように構成されている。
したがって、上述のような運転状態においてはエンジン
が安定した運転状態にあるとして劣化補正が実行される
とともに、該補正の実行中にエンジンへの付着燃料の供
給量や吸気管壁への付着燃料量が増減することにより供
給空燃比が変化するため劣化補正が正確に行えない。こ
の結果、不適切に補正された排気センサの出力に基づい
て供給空燃比が制御されてしまい、例えばリッチ側に制
御された場合には、点火プラグのくすぶり、COの排出量
の増大等を招く一方、リーン側に制御された場合には運
転性の低下等の不具合が生ずる。

また、劣化補正の実行中においては供給空燃比を同一
値に維持すべくフィードバック制御が停止されるので、
供給空燃比と目標空燃比との差の大きい状態が長い期間
継続され、目標空燃比に対する供給空燃比の収束が遅れ
てしまうことにより、やはり排気特性、燃費の悪化等を
招くこととなる。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するために
なされたものであり、劣化補正の精度及びフィードバッ
ク制御の応答性の向上を図り得るようにした排気濃度セ
ンサの出力補正方法を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は上記目的を達成するため、被測定気体中の排
気濃度に比例した出力を得る第１センサと、該第１セン
サと一体に形成され被測定気体中の排気濃度に比例しか
つ前記第１センサと異なる特性の出力を得る第２センサ
とを備え、前記第１センサ及び第２センサの少なくとも
一方を用いてエンジンに供給される混合気の空燃比をエ
ンジンの運転状態に応じた目標空燃比に制御する排気濃
度センサの出力補正方法において、前記目標空燃比と前
記第１及び第２センサの少なくとも一方の出力値との偏
差が所定値より小さいとき、前記第１センサ及び第２セ
ンサの一方の出力値を用いて他方の出力値を補正するよ
うにしたものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を、図面を参照しながら説明
する。

第１図は本発明の出力補正方法が適用される排気濃度
センサを含む燃料供給制御装置の全体の構成図である。

同図において、符号100は排気濃度センサとしての酸
素濃度センサ（以下「O₂センサ」という）１のセンサ本
体（センサ素子部）を示し、該センサ本体100は、内燃
エンジンの排気ガス中のHC,CO,NOx等の成分の浄化を行
う三元触媒が介装された排気系に装着されている。

上記センサ本体100は、第２図に併せて示すように、
ほぼ長方体状をなし、酸素イオン伝導性の固体電解質材
（例えばZrO₂（二酸化ジルコニウム））の基体20から成
る。

センサ本体100は、図示の場合は、上下方向（縦型
式）の二素子型（電池素子及び酸素ポンプ素子を各１個
有する酸素濃度検出素子（センサ）を２組備える型式）
のものであり、基体20には第１及び第２の酸素イオン伝
導性固体電解質壁部21,22が互いに平行に形成されてお
り、該両壁部21,22間に、壁部21,22に沿う方向（図中上
下方向）に第１検出素子（第１センサ）用の第１気体拡
散室23₁及び第２検出素子（第２センサ）用の第２気体
拡散室23₂が形成されている。

第１気体拡散室23₁は第１検出素子用の第１気体拡散
制限手段としての第１の導入孔24₁を介して排気管内に
連通し、該導入孔24₁を通して排気ガスが導入されるよ
うになっており、第２気体拡散室23₂は両気体拡散室2
3₁,23₂を連通する第２検出素子用の第２気体拡散制限手
段としての第２の導入孔24₂を介して第１気体拡散室23₁
から排気ガスが導入されるようになっている。また、前
記第１の壁部21と該壁部21側に形成された外壁部25との
間には、気体参照室26が形成され、大気（基準ガス）が
導入されるようになっている。

第１、第２の固体電界質壁部21,22の内外壁面上には
これを挟んで対向するように電極対が各検出素子につい
てそれぞれ設けられている。即ち、まず、前記第１気体
拡散室23₁の側に関しては、前記第１の壁部21の両側面
にはPt（白金）から成る一方の電極対（第１電極対）27
₁a,27₁bが互いに対向するように設けられて第１検出素
子用の電池素子（センシングセル）28₁をなし、前記第
２の壁部22の両側面には同様に他方の電極対（第１電極
対）29₁a,29₁bが設けられて第１検出素子用の酸素ポン
プ素子（ポンピングセル）30₁をなしている。

また、前記第２気体拡散室23₂の側についても上記と
同様の構造であって、電極対（第２電極対）27₂a,27₂b
を有する第２検出素子用の電池素子28₂と、電極対（第
２電極対）29₂a,29₂bを有する第２検出素子用の酸素ポ
ンプ素子30₂がそれぞれ第1,第２の壁部21,22に設けられ
ている。

一方、前記外壁部25には各電池素子28₁,28₂及び酸素
ポンプ素子30₁,30₂を加熱してその活性化を促進するた
めのヒータ（加熱素子）31が設けられている。

第１図に示すように、第１検出素子用の電極のうちの
内側電極27₁b,29₁b、即ち第１気体拡散室23₁側の電極
は、共通に接続され（図示の例では、両電極は気体拡散
室23₁内において適宜の短絡（ショート）部材により短
絡されることによって共通に接続されている）、ライン
ｌを介して演算増幅回路（オペレーションアンプ）41の
反転入力端に接続されている。

一方、第１検出素子用の電池素子28₁の外側電極27₁a
は第１検出素子用の差動増幅回路42₁の反転入力端に接
続されている。該差動増幅回路42₁は、その非反転入力
端に接続される基準電圧源43₁とともに第１検出素子用
の電圧印加回路、即ち前記電池素子28₁側の電極対27₁a,
27₁b間の電圧（本例の場合は、更にこれに上記ラインｌ
上の電圧が加わった電圧）と上記基準電圧源43₁側の基
準電圧との差電圧に応じた電圧を酸素ポンプ素子30₁側
の電極対29₁a,29₁b間に印加するための手段を構成する
ものである。

前記基準電圧源43₁の基準電圧V_SOは、本例では、通常
時には、供給空燃比が理論混合比と等しいときに前記電
池素子28₁に生ずる電圧（例えば0.45V）と前記演算増幅
回路41の非反転入力端に印加される後述の基準電圧V_REF
（例えば2.5V）との和電圧（＝2.95V）に設定されてい
るとともに、後述するO₂センサ１の劣化補正時において
は一時的にこれより所定値だけ高い電圧（例えば3.05
V）に切り換えられるようになっている。

差動増幅回路42₁の出力端は、切換回路44のスイッチ4
4₁を介して前記酸素ポンプ素子30₁の外側電極29₁aに接
続されるようになっている。スイッチ回路44は、第２検
出素子用のスイッチ44₂をも含めて、センサ本体100の活
性、不活性の状態に応じて、更にはエンジン運転状態に
応じて制御されるものであって、センサ本体100が不活
性状態にあるときには、いずれのスイッチ44₁,44₂もオ
フに維持され、活性化されていることを条件に、エンジ
ン運転状態に応じて選択的にいずれか一方のスイッチが
オンとなるように切換制御される。即ち、図示の如く、
スイッチ44₁がオンでスイッチ44₂がオフの場合には、第
１検出素子側の使用状態となり、図示とは逆の状態にそ
れぞれ切り換えられれば第２検出素子側の使用状態とな
る。

上記スイッチ44₁がオンの場合に、酸素ポンプ素子30₁
の外側電極29₁aに加わる電圧は、後述のように、供給空
燃比が理論混合比に対してリーン側かリッチ側かで差動
増幅回路42₁の出力レベルが正または負レベルになるの
に伴ってその印加電圧値が変わり、またこれに応じて酸
素ポンプ素子30₁及びラインｌを通して後述のポンプ電
流検出抵抗に流れるポンプ電流I_Pの向き（正、負）も切
り換わる。

前記演算増幅回路41の非反転入力端には基準電圧源45
が接続されているとともに、演算増幅回路41の出力端と
ラインｌとの間、即ち演算増幅回路41の反転入力端との
間に、ポンプ電流検出用の電流検出抵抗46が接続されて
いる。従って、該抵抗46は、演算増幅回路41の負帰還路
に挿入されている。

非反転入力端子が所定の直流電位点に接続されて該非
反転入力端子の電位が基準電位に維持され、且つその反
転入力端子と出力端子との間に抵抗が接続された演算増
幅回路（オペレーションアンプ）は、増幅回路として使
用するとき、オフセット等がないとした場合には、無信
号時（差動入力が０のとき）には、出力端子の電位は上
記非反転入力端子の基準電位と等しく、また、反転入力
端子の電位も該基準電位と等しい。更に、信号が供給さ
れた動作時には、出力端子には負帰還抵抗の値に応じて
定まる増幅度に従って所定の電圧が出現し、且つこれは
入力信号に対応して変化する。

前記したラインｌに反転入力端が接続された演算増幅
回路41は、その非反転入力端に基準電圧源45が接続さ
れ、酸素ポンプ素子30₁のポンプ電流I_Pが流れる電流検
出抵抗46（抵抗値は所定値R_P）が該演算増幅回路41の負
帰還抵抗として反転入力端と出力端との間に接続した構
成としてあるから、かかる構成においては、ラインｌに
ポンプ電流が流れないとき、即ちI_P＝０のときは、演算
増幅回路41の出力端の電圧I_PVW（即ち、ポンプ電流検出
用の抵抗46の一端側の電圧）は、上記基準電圧源45によ
り設定される基準電圧源電圧値V_REFに等しくなり、且つ
また、I_P＝０の場合は、反転入力端側の電圧V_CENT、即
ち上記ラインｌ上の電位であって電流検出抵抗46の他の
一端側の電圧も、上記基準電圧源電圧値V_REFに等しくな
るようにすることができる。

上述のように、ラインｌ上の電圧、従って電流検出抵
抗46の一端の電圧V_CENTは、ポンプ電流の有無及びその
変化にかかわらず、常に、略V_REFを維持するような定電
圧特性を示すものとなり、一方、演算増幅回路41の出力
端側に接続された電流検出抵抗46の一端の電圧は、ポン
プ電流I_Pの向き（正、負）及びその大きさに応じて変化
するので、上記電圧V_CENTは、酸素ポンプ素子30₁に流れ
る電流を検出しその検出電流値を基に空燃比を算出する
場合の中心値（中心電圧）となる。

従って、上記ラインｌはアース（ボディアース）電位
ではなく、該ラインｌ及び電流検出抵抗46を含むポンプ
電流検出系は、全体としてアースから基準電圧源電圧値
V_REF分だけかさ上げされており、電流検出抵抗46の両端
電位差からポンプ電流を求める場合において上記各一端
の電圧であるV_CENT,I_PVWを用いるとき、ポンプ電流I_Pが
空燃比により正負の値を呈しても、前述の中心電圧たる
V_CENTは勿論、もう一方の端子電圧値である電圧
（I_PVW）も、常に正の電圧として取り扱うことができ
る。

上記の如く定電圧でのプル・アップによるポンプ電流
検出系の中点電位補正は、ノイズ（例えば、特にエンジ
ンの点火パルスノイズ等の高ノイズ）の混入による誤検
出の回避に有効である。

前記演算増幅回路41の非反転入力端に接続される基準
電圧源45の電圧値V_REFは、上記のような意味をも含め
て、所定電圧（例えば2.5V）に設定されている（V_REFと
して、これを上記の如く2.5Vに設定するときは、前述し
た差動増幅回路42₁側の基準電圧V_SOは、0.45＋2.5＝2.9
5Vに設定されることとなる）。

センサ本体100の第２検出素子側についても、上記と
同様の回路構成をもって第２検出素子使用時の電流検出
出力を取り出すように構成されている。

即ち、電圧印加回路、切換回路44に関しては、第２検
出素子用の差動増幅回路42₂、基準電圧源43₃及び既述し
たスイッチ44₂がそれぞれ設けられ、該スイッチ44₂が酸
素ポンプ素子30₂の外側電極29₂aに接続されるととも
に、電池素子28₂及び酸素ポンプ素子30₂の各内側電極27
₂b,29₂bがともにラインｌに接続されており、第２検出
素子使用時には、酸素ポンプ素子30₂に流れるポンプ電
流I_Pが該ラインｌに流れるようになっている。

電流検出抵抗46の両端電圧である演算増幅回路41の出
力電圧I_PVW及びラインｌの電圧V_CENTは、電子コントロ
ールユニット（以下「ECU」という）４の入力ポート401
に供給されるとともに、差動増幅回路（オペレーション
アンプ）47の各入力に供給される。

該差動増幅回路47は、定電圧特性を示す電圧V_CENTと
演算増幅回路41の出力端側の電圧I_PVWとの差電圧を増幅
し、ポンプ電流I_P値の０付近、即ち空燃比が理論空燃比
近傍での所定範囲内の値を示すときの検出電圧信号の精
度を向上させるための増幅回路であって、I_PVW信号を所
定倍α（例えば５倍）に拡大して電圧I_PVNとして取り出
す。

差動増幅回路47の出力電圧I_PVNは次式、 I_PVN＝−５（I_PVW−V_CENT）＋V_CENT …（１）で与えられ、該電圧I_PVNも入力ポート401に供給され
る。

従って、上記入力ポート401には、ポンプ電流I_Pに基
づく空燃比の算出処理にあたって、中心電圧値を示すV
_CENTと、I_PVWと、そしてI_PVNの３種の電圧信号情報が与
えられることとなり、このうち、前２者によって電流検
出抵抗46の両端電位を検出できるので、基本的にはこれ
らV_CENT,I_PVWで足りるが、これに加えて、上述のように
I_PVN信号をも利用するときは、ポンプ電流I_Pが小さな値
を示す理論空燃比付近での精度アップが可能となる。

上記入力ポート401には、使用センサ本体の個体差に
起因する検出空燃比のばらつきを補正するための個体差
補正値情報も供給される。該情報の入力には、センサ本
体100が２素子型のものであるときには、各検出素子側
に格別に供給することができ、具体的には、第７図に示
すように、ラベル補正抵抗48₁,48₂を用いて行う。

該ラベル補正抵抗48₁,48₂の抵抗値は、例えば標準と
なるセンサ本体を基準として比較した場合に、特性値の
ばらつきに対応した値に設定されるものであり、従っ
て、個々のセンサ本体の特性のばらつきの程度を、その
抵抗値をもって、指標（ラベル）として表示することと
なる。しかして、該ラベル補正抵抗48₁,48₂は、使用セ
ンサ本体100と一対として使用され、例えばセンサ本体1
00からのワイヤーハーネスの途中に介装された接続用の
カプラに設けておき、制御系側との電気的接続に伴っ
て、該抵抗48₁,48₂の各一端側が所定電源電圧Vcc点と接
続される構成としておけば、各他端側からそれぞれ抵抗
値に応じた個体差補正値情報を入力させることが可能で
ある。

前記ECU4の入力ポート401は、A/Dコンバータを備え、
上述した各入力信号をA/D変換しデータとして取り込む
ようになっている。

また、ECU4には、スロットル弁開度（θ_TH）センサ10
及び吸気管内絶対圧（P_BA）センサ12からのそれぞれの
出力信号が供給され、各信号はレベル変換回路402で所
定電圧レベルに修正された後、マルチプレクサ403によ
り順次A/Dコンバータ404に供給される。A/Dコンバータ4
04及び上記入力ポート401はデジタル信号に変換したデ
ータをデータバス405を介して中央演算処理装置（以下
「CPU」という）406に供給する。

エンジン回転数（Ne）センサ14からの出力信号は波形
整形回路407で波形整形された後、TDC信号パルスとして
CPU406に供給されるとともに、カウンタ408にも供給さ
れる。カウンタ408はエンジン回転数センサ14からのTDC
信号パルスの前回入力時から今回入力時までの時間間隔
を計測するもので、その計数値Meはエンジン回転数Neの
逆数に比例する。カウンタ408はこの計数値Meをデータ
バス405を介してCPU406に供給する。

CPU406は更にデータバス405を介してリードオンリメ
モリ（以下「ROM」という）409、ランダムアクセスメモ
リ（以下「RAM」という）410及び駆動回路412〜414に接
続されている。RAM410はCPU406における演算結果を一時
的に記憶し、ROM409はCPU406で実行される燃料噴射弁11
の燃料噴射時間T_OUTを算出するための制御プログラムそ
の他の各種プログラム、及び各種マップ、テーブル等を
記憶している。

CPU406はROM409に記憶されている制御プログラムに従
ってヒータ31のオン−オフ及びスイッチ44₁,44₂のオン
−オフを決定し、その結果に応じた駆動信号を、駆動回
路412,413を介してヒータ31、切換回路44に供給する。

また、CPU406は、上述した検出素子構造、回路構成の
O₂センサ１の検出信号を含む前述の各種エンジンパラメ
ータ信号に基づいて、フィードバック運転領域等のエン
ジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に
応じ、図示しない制御プログラムに従って燃料噴射弁11
の燃料噴射時間T_OUTを次式（２）に基づき、前記TDC信
号パルスに同期する燃料噴射弁の燃料噴射時間T_OUTを演
算する。

T_OUT＝Ti×K_O2×K₁＋K₂ …（２）ここにTiは基本燃料噴射時間を示し、例えば吸気管内
絶対圧P_BA及びエンジン回転数Neに応じて、前述のROM40
9に記憶された図示しないTiマップから算出される。K_O2
はエンジンがフィードバック制御領域にあるとき後述す
る制御プログラム（第６図）に基づき、実際の排気ガス
中の酸素濃度に応じて設定され、エンジンがオープンル
ープ制御領域、即ちフィードバック制御領域以外の領域
にあるとき所定値に設定される空燃比補正係数である。

K₁及びK₂はそれぞれ各種エンジンパラメータ信号に応
じて演算されるその他の補正係数及び補正変数であり、
エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性
等の諸特性の最適化が図られるような所要値に設定され
る。

CPU406は上記演算結果に基づく駆動信号を駆動回路41
4を介して燃料噴射弁11に供給する。これにより、エン
ジンのフィードバック運転時、供給空燃比を目標空燃比
にフィードバック制御する。

上記O₂センサによる酸素濃度の検出は、空燃比のリー
ン側、リッチ側において、下記のようにしてなされる。

まず、第１図に示すように切換回路44が切り換えられ
ていて第１検出素子の選択状態にあるとする。この状態
においては、第１検出素子使用時のセンサ出力が取り出
される。

即ち、エンジンの運転に伴い、排気ガスが第１の導入
孔24₁を介して第１気体拡散室23₁へ導入されると、該気
体拡散室23₁内と大気が導入されている気体参照室26内
との間に酸素濃度差が生ずる。該酸素濃度差に応じて電
池素子28₁の電極27₁a,27₁bの間に電圧が発生し、該電極
27₁a,27₁b間電圧と上記ラインｌ電圧V_CENTとが加算され
た電圧が差動増幅回路42₁の反転入力端に供給される。
前述したように該差動増幅回路42₁の非反転入力端に供
給される基準電圧V_SOは、供給空燃比が理論混合比に等
しいときに電池素子28₁に生ずる電圧と前記演算増幅回
路41側の基準電圧源電圧値V_REFとの和電圧に設定されて
いる。

したがって、供給空燃比がリーン側にあるときには、
電池素子28₁の電極27₁a,27₁b間発生電圧が低下し、一
方、ラインｌの電圧V_CENTは上記V_REFに維持されること
から、電極27₁a,27₁b間電圧と電圧V_CENTとの加算電圧が
基準電圧V_SOより小さくなる。これにより、差動増幅回
路42₁の出力レベルが正レベルとなり、この正レベル電
圧がスイッチ44₁を介して酸素ポンプ素子30₁に印加され
る。この正レベル電圧の印加によって、酸素ポンプ素子
30₁が活性状態にあるときには、気体拡散室23₁内の酸素
がイオン化して電極29₁b,第２の壁部22及び電極29₁aを
介して放出されることにより、O₂センサ１の外部へ汲み
出されるとともに、ポンプ電流I_Pが電極29₁aから電極29
₁bに向かって流れ、ラインｌを通して電流検出抵抗46を
流れる。この場合は、ポンプ電流I_Pは、ラインｌ側から
演算増幅回路41の出力端側に向かう方向で該抵抗46中を
流れることとなる。

一方、供給空燃比がリッチ側にあるときには、電池素
子28₁の電極27₁a,27₁b間電圧とラインｌ上の電圧V_CENT
との加算電圧が基準電圧V_SOより大きくなることによ
り、差動増幅回路42₁の出力レベル負レベルとなり、上
述と逆の作用によって、外部の酸素が酸素ポンプ素子30
₁を介して気体拡散室23₁内へ汲み込まれるとともに、ポ
ンプ電流I_Pが電極29₁bから電流29₁aに向かって流れる。
この場合には、ラインｌ上のポンプ電流I_Pの方向は反転
し、上述のリーン側の場合とは逆の向きでポンプ電流I_P
が電流検出抵抗46中を流れる。

また、供給空燃比が理論混合比に等しいときは、電池
素子28₁の電極27₁a,27₁b間電圧と電圧V_CENTとの加算電
圧が基準電圧V_SOと等しくなることにより、上述のよう
な酸素の汲出及び汲込は行われず、したがってポンプ電
流は流れない（即ちこの場合には、ポンプ電流値I_PはI_P
＝０である）。

以上のように、気体拡散室23₁内の酸素濃度が一定と
なるように酸素の汲出及び汲込が行われ、ポンプ電流が
流れるので、このポンプ電流値I_Pは供給空燃比のリーン
側及びリッチ側において、排気ガスの酸素濃度に夫々比
例するものとなる。

電流検出抵抗46に流れるポンプ電流I_Pの大きさを検出
するための信号は、該抵抗46の両端電圧を示す電圧I_PVW
信号、電圧V_CENT信号更には電圧I_PVN信号としてECU4に
供給される。

第２検出素子使用時（即ち、切換回路44が第１図の切
換状態と逆の状態に切り換えられた場合）にも、上記し
た第１検出素子の場合と同様の動作により第２の気体拡
散室23₂内の酸素濃度が一定となるように酸素の汲出及
び汲入が行われて、即ち電池素子28₂の電極対27₂a,27₂b
間電圧が一定となるようにフィードバックがかけられ
て、そのとき流れるポンプ電流値I_Pを検出するための上
記３種の各電圧信号が第２検出素子使用時の出力として
ECU4に供給されることになる。

第３図は本発明に係る、O₂センサ１の出力の劣化補正
を行うサブルーチンのフローチャートを示す。本プログ
ラムはTDC信号パルスの発生毎に実行される。

まず、ステップ301乃至309においてエンジンの運転状
態及び空燃比の制御状態から劣化補正を行うべき条件が
成立しているか否かを判別する。

即ち、ステップ301ではエンジン回転数Neが高回転状
態を表す所定回転数Ne_RR（例えば5,000rpm）より小さい
か否かを判別する。この答が否定（No）、即ちNe≧Ne_RR
が成立し、エンジンが高回転状態にあるときには劣化補
正を行うべき条件が成立していないと判断して後述のス
テップ321に進む。

前記ステップ301の答が肯定（Yes）、即ちNe＜Ne_RRが
成立してエンジンが高回転状態にないときには、ステッ
プ302乃至304においてエンジンの運転状態が安定してい
るか否かを判別する。即ち、エンジン回転数，スロット
ル弁開度及び吸気管内絶対圧のそれぞれの変化量ΔNe,
Δθ_TH及びΔP_BAがその所定値ΔN_SS（例えば10rpm），
Δθ_SS（例えば0.5度）及びΔP_SS（例えば5mmHg）より
それぞれ小さいか否かを判別する（ステップ302乃至30
4）。これらの変化量ΔNe,Δθ_TH及びΔP_BAは今回ルー
プと前回ループとの間の、即ちTDC信号パルスの今回発
生時と前回発生時との間の各パラメータ値の偏差であ
る。ステップ302乃至304の答のいずれかが否定（No）、
即ちΔNe≧ΔN_SS,Δθ_TH≧Δθ_SS又はΔP_BA≧ΔP_SSのい
ずれかが成立するときにはエンジンの運転状態が安定し
ていないとして後述のステップ321に進み、劣化補正を
行わないものとする一方、いずれもが肯定（Yes）、即
ちΔNe＜ΔN_SS,Δθ_TH＜Δθ_SS及びΔP_BA＜ΔP_SSが成立
するときにはエンジンの運転状態が安定していると判断
してステップ305以下に進む。

次にステップ305及び306では目標空燃比に相当する目
標空燃比係数K_CMD（以下「目標係数」という）が所定範
囲内にあるか否か、即ち値1.0より大なるリッチ側の第
１及び第２の所定値K_RLS及びK_RRS（それぞれ例えば1.1
及び1.3）に対してK_RLS＜K_CMD＜K_RRSが成立するか否か
（ステップ305）及び値1.0より小なるリーン側の第１及
び第２の所定値K_LLS及びK_LRS（それぞれ例えば0.7及び
0.9）に対してK_LLS＜K_CMD＜K_LRSが成立するか否か（ス
テップ306）をそれぞれ判別する。

この目標係数K_CMDは図示しないサブルーチンに基づき
エンジンの運転状態に応じて、目標空燃比が理論混合比
（例えば14.7）のときに値1.0に設定され、これよりリ
ッチ側にあるほど、1.0を上回るより大きな値に、リー
ン側にあるほど、０より大で1.0未満のより小さな値に
目標空燃比に応じて設定されるものである。

前記ステップ305及び306の答がいずれも否定（No）、
即ちK_RLS＜K_CMD＜K_RRS及びK_LLS＜K_CMD＜K_LRSのいずれも
成立せず、目標係数K_CMDが所定範囲にないときには空燃
比が安定状態にないとしてステップ321に進む一方、い
ずれかが肯定（Yes）即ち目標係数K_CMDがリッチ側又は
リーン側の所定範囲内にあるときにはステップ307に進
む。また、目標空燃比が理論混合比のときに相当するK
_CMD＝1.0近傍が前記所定範囲に含まれていない、即ち劣
化補正を行わないのは、このときポンプ電流I_Pが値０近
傍となることにより正確な補正を行うことが困難なため
である。

前記ステップ307では目標係数K_CMDの変化量ΔK_CMDが
その所定値DK_SS（例えば0.05）より小さいか否かを判別
し、この答が否定（No）、即ちΔK_CMD≧DK_SSが成立する
ときには目標空燃比の変動が大きいと判断して前記ステ
ップ321に進む。

前記ステップ307の答が肯定（Yes）、即ちΔK_CMD＜DK
_SSが成立するときには、目標係数K_CMDの今回ループより
所定数Ｐ回前のループ時の値K_CMD(n-p)と実係数K_ACTの
今回値K_ACTnとの偏差の絶対値|K_CMD(n-p)−K_ACTn|がそ
の所定値DK_TT（例えば0.05）より小さいか否かを判別す
る（ステップ308）。上記実係数K_ACTはO₂センサ１によ
って検出された実際の供給空燃比に相当するものであ
り、第４図に示すテーブルに基づき、ポンプ電流値I_Pか
ら求められる電圧変換値V_OUTに応じて第１検出素子に対
してK_ACT1が、第２検出素子に対してK_ACT2がそれぞれ求
められる。また、K_ACT値は、理論混合比のときには値1.
0に、リッチ側のときには値1.0より大なる値に、逆にリ
ーン側のときには1.0より小なる値とされ、空燃比に対
してそのリーン側からリッチ側において傾き一定のリニ
アな特性を呈するように設定されている。

前記ステップ308の答が否定（No）、即ち|K_CMD(n-p)
−K_ACTn|≧DK_TTが成立するときには、劣化補正を行う条
件が成立していないとして前記ステップ321に進む。こ
のように、目標空燃比と実際の供給空燃比との偏差が大
きいときに、O₂センサ１の劣化補正を行わないとするこ
とにより、前述した高温再始動時等において該補正の実
行中に供給空燃比が変化することに起因する不正確な補
正が行われる事態を回避でき、したがって劣化補正の精
度を向上させることができる。また、このように劣化補
正を中止し、この間フィードバック制御を行うことによ
り、目標空燃比に対する供給空燃比の収束が早められ、
該制御の応答性の向上を図れる。

なお、目標空燃比と実際の供給空燃比との偏差を判別
するのに、ステップ308においてK_CMD値として所定数Ｐ
回前の値をとるのは空燃比制御系の遅れを考慮したもの
である。第５図はこの所定数Ｐを設定するテーブルを示
す。同図から明らかなように所定数Ｐは吸気管内絶対圧
P_BAに応じて定められ、該P_BA値が低圧側の基準値P_BL以
下のときには第１の所定値P_H（例えば20）に、高圧側の
基準値P_BH以上のときには第１の所定値P_Hより小なる第
２の所定値P_Lに設定され、両基準値間では補間計算によ
って求められる。前述したように本プログラムはTDC信
号パルスの発生毎に実行されるので、制御系の遅れはエ
ンジン回転数Ne及び吸気管内絶対圧P_BAに応じて定めら
れることとなる。

前記ステップ308の答が肯定（Yes）、即ち|K_CMD(n-p)
−K_ACTn|＜DK_TTが成立するときには、空燃比補正係数K
_O2の変化量ΔK_O2がその所定値DK_UU（例えば0.05）より
小さいか否かを判別する（ステップ309）。該空燃比補
正係数K_O2は、供給空燃比を実際に補正するために適用
されるものであり、後述するサブルーチン（第６図）に
基づき、目標係数K_CMDと実係数K_ACTとの偏差に応じて求
められる。前記ステップ309の答が否定（No）、即ちΔK
_O2≧DK_UUが成立するときには、供給空燃比が安定してい
ないと判断して前記ステップ321に進む一方、肯定（Ye
s）、即ちΔK_O2＜DK_UUが成立するときには、これまでの
判別結果から劣化補正を行うべき条件が成立していると
判断してステップ310以下に進む。

このステップ310乃至320では先ず劣化補正を行うため
のポンプ電流値I_POの加算処理（以下単に「加算処理」
という）を行う。即ち、先ずステップ310では、制御変
数Ｍが値０に等しいか否かを判別する。この制御変数Ｍ
はECU4のイニシャライズ時において及び該加算処理の終
了時に後述のステップ320において値０にセットされる
ものである。前記ステップ310の答が肯定（Yes）、即ち
加算処理を行っていないときには、ステップ311に進
み、該制御変数Ｍを値１にセットし、第１検出素子の選
択状態にするとともに、この状態を表すためにフラグFL
G_LCNTを値１にセットする。また、ポンプ電流の加算値I
_POn（ｎ＝１〜４）をすべて値０にリセットするととも
に、この処理番号ｎを値１にセットする。また、この場
合の差動増幅器42₁及び42₂の基準電圧源43₁及び43₂の基
準電圧V_SOは2.95Vに設定されている。

次に、ステップ312ではゼロ点補正を行うために演算
増幅回路41の出力電圧値I_PVWからその中心電圧値V_CENT
を差し引いてポンプ電流値に相当する電圧値I_POを求め
る（以下、このI_PO値を「ポンプ電流値」という）。次
いで、このポンプ電流値I_POを今回ループまでに得られ
た加算値I_POnに加算して新たな加算値I_POnを求め（ステ
ップ313）、前記制御変数Ｍに値１を加算する（ステッ
プ314）。次いで、該制御変数Ｍが所定値M_CAL（例えば2
0）に等しいか否かを判別し（ステップ315）、この答が
否定（No）のときにはステップ321に進み、FLG_FULLが値
１にセットされているか否かを判別し、この答が否定
（No）のときには本プログラムを終了する。このフラグ
FLG_FULLはECU4のイニシャライズ時に０にリセットされ
るとともに、後述するように加算値I_PO1〜I_PO4の加算処
理がすべて完了した直後にステップ320において値１に
セットされるものである。したがって、前記ステップ31
5の答が肯定（Yes）、即ちＭ＝M_CALが成立するまでは前
記ステップ312〜314の加算処理が繰り返し実行され、処
理番号ｎ＝１に対応する加算値I_PO1がポンプ電流値I_PO
のM_CAL回の加算和として求められる。

前記ステップ315の答が肯定（Yes）、Ｍ＝M_CALが成立
したときにはステップ316に進み、第２検出素子の選択
状態に切り換えるとともに、この状態を表すために前記
フラグFLG_LCNTを反転し、即ち値０にセットするととも
に、制御変数Ｍを値１に再設定し、更に処理番号ｎに値
１を加算してｎ＝２とする。

次に処理番号ｎが値２より大きいか否かを判別し（ス
テップ317）、この答が否定（No）のときには前記ステ
ップ321に進む。この場合はｎ＝２であるのでステップ3
17の答が否定（No）となるとともにステップ321の答も
否定（No）となるので、前記ステップ312〜314が繰り返
し実行され、ｎ＝２に対応するI_PO2が前述したI_PO1値と
同様にポンプ電流値I_POのM_CAL回の加算和として求めら
れる。

制御変数Ｍ＝M_CALが成立し、前記ステップ315の答が
再び肯定（Yes）となると、前記ステップ316の実行によ
り、再び第１検出素子の選択状態に切り換えられ前記フ
ラグFLG_LCNTを反転するとともに（FLG_LCNT＝１）、制御
変数Ｍを値１に設定し、処理番号ｎに値１を加算してｎ
＝３とする。この場合、前記ステップ317の答が肯定（Y
es）、即ちｎ＞２が成立するのでステップ318に進む。

このステップ318では2.95Vに設定されていた基準電圧
源43₁及び43₂の基準電圧V_SOを3.05Vに切り換え、これを
表すために、ECU4のイニシャライズ時に値０にセットさ
れていたフラグFLG_VSCNTを値１にセットする。次に、処
理番号ｎが値４より大きいか否かを判別し（ステップ31
9）、この答が否定（No）のときには前記ステップ321に
進む。したがって、これまでの説明から明らかなよう
に、ｎ＝３に対応する加算値I_PO3及びｎ＝４に対応する
加算値I_PO4が、それぞれポンプ電流値I_POのM_CAL回の加
算和として求められる。

この実行が終了すると前記ステップ316の実行によ
り、処理番号ｎはｎ＝５となり、前記ステップ319の答
が肯定（Yes）、即ちｎ＞４となる。これによりポンプ
電流値I_POの加算処理がすべて完了したとしてステップ3
20に進み、制御変数Ｍ及びフラグFLG_VSCNTを値０に、フ
ラグFLG_FULLを値１にそれぞれセットするとともに、前
記加算された加算値I_PO1〜I_PO4をRAM410に格納、記憶し
ステップ321に進む。以上のようにポンプ電流値I_POの加
算値I_PO1〜I_PO4が下表に示すように検出素子の選択状態
及び差動増幅器42₁,42₂の基準電圧源43₁,43₂の基準電圧
V_SOの組合せに対応してそれぞれ算出、記憶される。

前記ステップ321ではフラグFLG_FULLが値１にセットさ
れているか否かを判別する。この場合は前記ステップ32
0の実行によりその答が肯定（Yes）となり、該フラグFL
G_FULLを値０にリセットした後（ステップ322）、ステッ
プ323以下に進み劣化補正を行う。

まず、ステップ323では前述した第１検出素子側及び
第２検出素子側のラベル抵抗情報から求められるラベル
抵抗補正係数K_LBL1R及びK_LBL2Rを用い、次式（３）に従
って劣化補正の基準値C_BASEを算出する。

ここにC_RATIOは第１検出素子と第２検出素子との拡散
抵抗の相違を予測して予め設定される定数である。

次に、第１検出素子の出力を補正する第１の劣化補正
係数C_CAL1の暫定値K_CAL0を次式（４）に従って算出する
（ステップ324）。

この暫定値K_CAL0は今回の劣化補正時における第１検
出素子の出力のずれを表すものであり、前記第１の劣化
補正係数K_CAL1及び後述する第２の劣化補正係数K_CAL2と
ともにECU4のイニシャライズ時にバックアップRAMに値
1.0にセットされている。

次に、前記第１の劣化補正係数K_CAL1を次式（５）に
従って算出する（ステップ325）。

ここにＡは定数、C_LAFは１〜Ａのうち実験的に適切な
値に設定される平均化定数、K_CAL1′は前回までに得ら
れたK_CAL1値である。平均化定数C_LAFの値によって
K_CAL1′値に対するC_CAL0値の割合が変化するので、この
定数C_LAFを、対象とされるO₂センサ、空燃比フィードバ
ック制御装置等の仕様に応じて適切な値に設定すること
により、劣化補正の速度を最適に制御することができ
る。

次に、第２検出素子の出力を補正する第２の劣化補正
係数K_CAL2を次式（６）に従って算出する（ステップ32
6）。

次いで、第１の劣化補正係数K_CAL1がその下限値K_CALL
（例えば0.4）より大きく且つ上限値K_CALH（例えば1.
6）より小さいか否かを判別する（ステップ327）。第１
の劣化補正係数K_CAL1は劣化がない場合には値1.0となる
べきものであるので、前記ステップ327の答が否定（N
o）、即ちK_CAL≦K_CALL又はK_CAL≧K_CALHが成立するとき
には、本来の値から大きくずれておりO₂センサ１の劣化
の度合が著しいと判断し、このことを表すためにステッ
プ328に進み、フラグFLG_LAFERRORを値１にセットして本
プログラムを終了する。この場合には例えば警告灯を点
灯して運転者に警告が行われる。

前記ステップ327の答が肯定（Yes）、即ちK_CALL＜K
_CAL＜K_CALHが成立するときには、ポンプ電流値I_POの第
１及び第３の加算値I_PO1及びI_PO3の偏差並びに第２及び
第４の加算値I_PO2及びI_PO4の偏差がそれぞれ所定値DI
_VS1及びDI_VS2より小さいか否かを判別する（ステップ32
9及び330）。上述の判別は同一の検出素子において差動
増幅器42₁又は42₂の基準電圧V_SOが異なる場合、即ち印
加電圧が異なる場合のポンプ電流値I_POの値の偏差の大
きさを判別するものである。周知のようにこの種のセン
サはその劣化の度合が低ければ、所定範囲内において印
加電圧を変化させてもポンプ電流値I_POがほとんど変動
しないという特性を備えるので、上記ステップ329,330
の実行によりO₂センサ１の劣化の度合を判定できる。し
たがって前記ステップ329又は330の答のいずれかが否定
（No）、即ちI_PO1−I_PO3≧DI_VS1又はI_PO2−I_PO4≧DI_VS2
が成立するときには前記ステップ328を実行して本プロ
グラムを終了する。

第６図は第３図のサブルーチンのステップ309で適用
される空燃比補正係数K_O2の算出サブルーチンのフロー
チャートを示す。本プログラムはTDC信号パルスの発生
毎に実行される。

まずステップ601では空燃比補正係数K_O2の前回更新
後、TDC信号パルスが所定回数NITDC（例えば４）発生し
たか否かを判別し、この答が否定（No）のときにはK_O2
値を前回ループ時までに得られた値に保持して（ステッ
プ602）、本プログラムを終了し、K_O2値の更新をTDC信
号パルスがNITDC回発生する毎に行うようにする。

前記ステップ601の答が肯定（Yes）のときには、第３
図のステップ308と同様に目標係数K_CMDの今回ループよ
り所定数Ｐ回前のループ時の値K_CMD(n-p)と実係数K_ACT
の今回値K_ACTnとの偏差K_CMD(n-p)−K_ACTnを算出し、こ
の偏差が所定値DK_AEより大きいか否かを判別する（ステ
ップ603）。この答が肯定（Yes）、即ちK_CMD(n-p)−K
_ACTn＞DK_AEが成立するときには、該偏差をそのまま目標
係数と実係数との偏差ΔK_AFとした後（ステップ604）、
否定（No）、即ちK_CMD(n-p)−K_ACTn≦DK_AEが成立すると
きには、目標空燃比と実空燃比との差が小さいとして偏
差ΔK_AFを値０に設定し（ステップ605）、フィードバッ
ク制御の安定化を図るようにして、ステップ606に進
む。

このステップ606ではエンジン回転数Neに応じて、ROM
に記憶された図示しないテーブルから比例制御項，積分
制御項及び微分制御項のそれぞれの係数KP,KI及びKDを
選択する。次いで、該選択された係数KP,KI及びKD並び
に前記ステップ604又は605で算出された偏差ΔK_AFを適
用して次式（７），（８）及び（９）に従って比例制御
項K_O2P_n,積分制御項K_O2I_n及び微分制御項K_O2D_nを算出す
る（ステップ607）。

K_O2P_n＝KP×ΔK_AF …（７） K_O2I_n＝K_O2I_n-1＋KI×ΔK_AF …（８） K_O2D_n＝KD×（ΔK_AFn-1−ΔK_AFn） …（９）次いで該算出された比例，積分及び微分制御項K_O2P_n,
K_O2I_n及びK_O2D_nの加算和として空燃比補正係数K_O2を算
出して（ステップ608）本プログラムを終了する。

（発明の効果）以上詳述したように本発明によれば、少なくとも目標
空燃比と供給空燃比との偏差が小さいときに排気濃度セ
ンサの劣化補正を行うので、該補正の精度を向上させて
より正確な排気濃度を検出できるとともに、上記偏差が
大きいときにフィードバック制御が停止されることはな
いので該制御の応答性を高めることができ、したがって
より適切なフィードバック制御の実行が行え、排気特性
及び燃費等の向上を図ることができる等の効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は本発明の出力
補正方法を適用した排気濃度センサを含む燃料供給制御
装置の全体構成図、第２図はO₂センサのセンサ本体を示
す斜視図、第３図は本発明に係る、O₂センサの出力補正
を行うサブルーチンのフローチャート、第４図は第３図
のサブルーチンで適用される係数K_ACTのテーブルを示す
図、第５図は第３図のサブルーチンで適用されるTDC信
号パルスの所定数Ｐのテーブルを示す図、第６図は空燃
比補正係数K_O2を算出するサブルーチンのフローチャー
ト、第７図はラベル補正抵抗の結線状態を示す図であ
る。１……O₂センサ（排気濃度センサ）、４……電子コント
ロールユニット（ECU）、20……基体、21,22……酸素イ
オン伝導性固体電解質壁部、23₁,23₂……第1,第２気体
拡散室、24₁,24₂……第1,第２の導入孔（第1,第２気体
拡散制限手段）、27₁a,27₁b,29₁a,29₁b……第１電極
対、27₂a,27₂b,29₂a,29₂b……第２電極対。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定気体中の排気濃度に比例した出力を
得る第１センサと、該第１センサと一体に形成され被測
定気体中の排気濃度に比例しかつ前記第１センサと異な
る特性の出力を得る第２センサとを備え、前記第１セン
サ及び第２センサの少なくとも一方を用いてエンジンに
供給される混合気の空燃比をエンジンの運転状態に応じ
た目標空燃比に制御する排気濃度センサの出力補正方法
において、前記目標空燃比と前記第１及び第２センサの
少なくとも一方の出力値との偏差が所定値より小さいと
き、前記第１センサ及び第２センサの一方の出力値を用
いて他方の出力値を補正することを特徴とする排気濃度
センサの出力補正方法。