内燃機関の空燃比制御装置
【課題】 排気ガスセンサのガスシール部からの酸素リークによる出力ずれを補正して、正確なセンサ出力を算出し、これに基づいた空燃比制御を行う。
【解決手段】 内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、空燃比制御装置は、排気ガスセンサのガスシール部の温度を推定し、この温度に応じて発生する、ガスシール部における基準ガスのリークによる、センサの出力ずれを予測する。このセンサの出力ずれを補正する補正値を求め、内燃機関の空燃比を制御する制御に反映させる。
【解決手段】 内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、空燃比制御装置は、排気ガスセンサのガスシール部の温度を推定し、この温度に応じて発生する、ガスシール部における基準ガスのリークによる、センサの出力ずれを予測する。このセンサの出力ずれを補正する補正値を求め、内燃機関の空燃比を制御する制御に反映させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路に配置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開昭６２−２０３０５０号公報に開示されるように、内燃機関の排気経路に空燃比センサを配置し、この空燃比センサの出力に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することにより、内燃機関の空燃比を制御するシステムが知られている。空燃比センサは、排気ガス側に晒された排気ガス側電極と、大気側に晒された大気側電極との２つの電極を有し、両電極は固体電解質層を挟んで配置されている。空燃比検出の際には、両電極間に排気ガスと大気との酸素濃度の差に応じた電流が流れる。空燃比センサは、この電流を検出することにより空燃比を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２０３０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のシステムにおいて、センサ電流を正しく検出するためには、各電極に供給される排気ガスと大気との間を確実に遮断して、両ガス間のリークを防止する必要がある。上記従来技術のセンサにおいても、大気側電極に大気を供給する大気室と、排気ガス側電極が配置される排気管との間は、ガスシール部によりシールされ、遮断されている。
【０００５】
しかし、空燃比センサは、２００℃〜９５０℃の幅広い温度範囲で使用される。また、ガスシール部は、金属部品やタルク材等の熱膨張率の異なる部品により構成されている。具体的に、金属部品は、タルク材に比べて熱膨張率が大きい。このため空燃比センサが高温に加熱されると、金属部分が他の部品に比べて大きく熱膨張し、その結果、ガスシール部の密閉性が低下することがある。また、空燃比センサの使用温度が高くなるに連れて、酸素の拡散速度が増加する。このため、空燃比センサが加熱されると、酸素は僅かの隙間からでもリークしやすい状態となり、リーク量が多くなる傾向にある。即ち、空燃比センサの加熱に伴う金属の熱膨張と酸素の拡散速度の増加とにより、空燃比センサのガスシール部におけるガスのシール性は低下すると考えられる。
【０００６】
ガスシール部のシール性が低下する場合、大気は、排気ガス側電極付近にリークする。その結果、排気ガス中の酸素濃度が増加して、排気ガスと大気との間の酸素濃度の差が小さくなり、空燃比センサの出力がリッチ側にずれることとなる。このように空燃比センサの出力ずれが発生する場合、精度の高い空燃比の制御とならない場合があると考えられる。
【０００７】
したがって、この発明は、上記課題を解決することを目的として、排気ガスセンサのガスシール性の変化に伴う出力ずれを補正し、正確なセンサ出力を得られるように改良した内燃機関の空燃比制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、 前記排気ガスセンサは、
基準ガスが導入される基準ガス室と
前記基準ガス内に、前記基準ガスに晒されるように配置された基準ガス側電極と、
前記排気経路中に、前記排気ガスに晒されるように配置された排気ガス側電極と、
前記基準ガス室と前記排気経路とを遮断するガスシール部と、を備え、
前記空燃比制御装置は、
前記ガスシール部の温度を推定する温度推定手段と、
前記ガスシール部の温度に基づいて、前記排気ガスセンサの出力ずれを補正する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値を前記空燃比の制御に反映させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
前記温度推定手段は、
前記冷却水温に応じて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記冷却水温のなまし値を算出するなまし値算出手段を備え、
前記温度推定手段は、前記冷却水温として、前記なまし値を用いて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記出力ずれを補正する補正値を、前記内燃機関の暖機前における、前記冷却水温に対する関数として示す第１の補正値関数と、前記内燃機関の暖機後における、前記冷却水温に対する関数として示す第２の補正値関数とを記憶する補正値関数記憶手段と、
前記内燃機関が暖機状態に達したか否かを判定する暖機判定手段と、を備え、
前記補正値算出手段は、
前記内燃機関が暖機状態に達したと判定された場合に、前記第２の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出し、
前記内燃機関が暖機状態に達していないと判定された場合に、前記第１の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記暖機状態に達するのに必要な積算吸入空気量を、始動時冷却水温に対する暖機時積算吸入空気量関数として記憶する暖機時積算空気量関数記憶手段と、
前記内燃機関の積算吸入空気量を検出する積算空気量検出手段と、
前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する始動時水温検出手段と、
前記暖機時積算吸入空気量関数に基づいて、前記始動時水温検出手段に応じた、前記暖機時積算吸入空気量を設定する暖機時積算空気量設定手段と、を備え、
前記暖機判定手段は、前記積算吸入空気量が、前記暖機時積算吸入空気量以上である場合に、前記暖機状態に達したことを判定することを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記排気ガス側電極が目標空燃比に晒された際に、前記排気ガスセンサから発せられるべき出力を、ベース目標値として記憶するベース目標値記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記補正値に基づいて、前記ベース目標値を補正するベース目標値補正手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記ベース目標値記憶手段は、前記ベース目標値を、前記センサ素子の温度に対する、ベース目標値関数として記憶し、
前記排気ガスセンサのセンサ素子の温度を推定する素子温推定手段と、
前記ベース目標値関数に基づいて、前記前記センサ素子の温度に応じた、前記ベース目標値を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第６または第７の発明において、前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記ベース目標値補正手段により補正された制御目標値と、前記酸素センサの出力との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対するセンサ補正量を算出するセンサ補正量算出手段と、
前記センサ補正量に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記排気ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段を備え、
前記制御装置は、前記補正値に基づいて、前記センサ出力を補正するセンサ出力補正手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第９の発明において、前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記内燃機関の空燃比を目標空燃比に制御するための、前記酸素センサの出力目標値を、酸素センサ出力目標値として記憶する酸素センサ出力目標値記憶手段と、
前記センサ出力補正手段により補正されたセンサ出力と、前記酸素センサ出力目標値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対する上流側センサ出力補正値を算出する上流側センサ出力補正値算出手段と、
前記上流側センサ出力補正値に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側空燃比センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、排気ガスセンサのガスシール部の温度に応じて、補正値を算出し、この補正値を制御に反映させる。したがって、ガスシール部の温度に応じて発生するガスシール部におけるガスの漏れよる排気ガスセンサの出力ずれを補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確に空燃比を制御することができる。
【００１９】
また、第２、第３の発明によれば、制御装置は、冷却水温に応じて、ガスシール部の温度を推定する。したがって、複雑なシステムを必要とせず、容易にガスシール部の温度を推定することができる。
【００２０】
また、第４、５の発明によれば、制御装置は、冷却水温に応じた補正値の関数を、内燃機関が暖機状態に達する前と後とで、異なる関数として記憶する。したがって、内燃機関の暖機前後で、冷却水温とガスリーク量とが異なる相関関係を有する場合にも対応することができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【００２１】
また、第６の発明によれば、算出された補正値に基づいて、ベース目標値を補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確に空燃比を制御することができる。
【００２２】
また、第７の発明によれば、ベース目標値は、センサ素子温に対応する関数として記憶され、センサ素子温に応じて設定される。したがって、センサ素子温の温度変化によるセンサの出力特性の変化に対応して、正確に空燃比を制御することができる。
【００２３】
また、第８の発明によれば、排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサとして用いる。したがって、より正確な制御を必要とするため、リークガスによる影響を排除する必要がある下流側の酸素センサにおいて、正確な検出結果を得ることができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【００２４】
また。第９の発明によれば、算出された補正値に基づいて、センサ出力を補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確な出力結果を求めることができ、正確に空燃比を制御することができる。
【００２５】
また、第１０の発明によれば、排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサとして用いる。したがって、より正確な制御を必要とするため、リークガスによる影響を排除する必要がある下流側の酸素センサにおいて、正確な検出結果を得ることができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２７】
実施の形態１．
[実施の形態のハードウエア構成]
図１は、この発明の実施の形態１におけるシステムを説明するための模式図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは内燃機関２を備える。内燃機関２の各気筒の吸気ポート４には、吸気枝管６が接続されている。吸気枝管６には、燃料噴射弁８が設けられている。内燃機関２の各気筒の排気ポート１２は、共通の排気マニホルド１４に接続されている。排気マニホルド１４は、三元触媒１６を内蔵する触媒コンバータ１８に接続されている。触媒コンバータ１８は、排気管２０を介してマフラー（図示せず）に接続されている。三元触媒１６の上流側において、排気マニホルド１４には空燃比センサ２２が配置されている。空燃比センサ２２は、広い空燃比領域に渡って空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒１６の下流において、排気管２０には酸素センサ２４が配置されている。酸素センサ２４は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。燃料噴射弁８、空燃比センサ２２および酸素センサ２４は制御装置３０に接続されている。
【００２８】
図２および図３は、実施の形態１のシステムにおいて用いる酸素センサ２４について説明するための模式図である。図２に示すように、酸素センサ２４は、センサ素子４０を備える。センサ素子４０は、一端が閉じられた管状の構造を有している。管状構造の外側表面は多孔質保護層４２により覆われている。多孔質保護層４２は、耐熱性の多孔質のセラミックス、例えば、アルミナを用いたスピネル型化合物（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）により構成され、排気ガスに含まれる被毒物をトラップする機能を有している。多孔質保護層４２の内側には、排気ガス側電極４４が設けられている。排気ガス側電極４４は、多孔質保護層４２を通過した排気ガスに晒される状態となっている。排気ガス側電極４４の内側には、固体電解質層４６が設けられている。固体電解質層４６の内側、即ち固体電解質層４６の排気ガス側電極４４とは反対側の面には、大気側電極４８が設けられている。排気ガス側電極４４および大気側電極４８は、Ｐｔのように触媒作用の高い金属で構成された電極である。センサ素子４０の内側には、大気室５０が形成されている。大気室５０内には大気が導かれる構造となっている。したがって、大気側電極４８は大気に晒されている。大気室５０内には、ヒータ５２が設置されている。
【００２９】
図３は、酸素センサ２４の排気管２０への設置状態を説明するための模式図である。上記のように構成されたセンサ素子４０は、図３に示すように、排気管２０内において、カバー５４に覆われている。カバー５４にはその内部に排気ガスを導くための複数の通気穴（図示せず）が設けられている。カバー５４は、ハウジング５６により排気管２０内に固定されている。より具体的には、ハウジング５６は、排気管２０側に配置される部分においてカバー５４と係合し、カバー５４上縁部をかしめた状態で排気管２０内に保持している。
【００３０】
カバー５４およびハウジング５６内にはセンサ素子４０およびヒータ５２が設置されている。センサ素子４０の固体電解質層４６の外周面には、外側に向けて突出した固体電解質層凸部５８が設けられている。一方、ハウジング５６の内周面には、内周円のさらに内側に向けて突出したハウジング凸部６０が設けられている。図３に示すように、固体電解質層凸部５８の下部が、ハウジング凸部６０の上部に支持されることにより、センサ素子４０はハウジング５６およびカバー５４内に固定されて支持されている。
【００３１】
固体電解質層凸部５８とハウジング凸部６０との間は、ガスシール部６２により密閉されている。具体的にガスシール部６２は、金属パッキン６４を有する。また固体電解質層凸部５８の上部には、充填部６６が配置されている。充填部６６は、固体電解質層凸部５８上部とハウジング５６との隙間に、タルク材を充填することにより構成されている。充填部６６の上部には絶縁ガラス６８が配置されている。絶縁ガラス６８上部にはかしめ用の金属リング７０が配置されている。この構造により、金属パッキン６４、充填部６６、絶縁ガラス６８および金属リング７０からなるガスシール部６２が、ハウジング５６内の固体電解質層４６とハウジング５６との間に、かしめられて固定されている。つまり、ガスシール部６２とハウジング５６との構造により、大気室５０と、排気管２０とが遮断され、大気室５０内の大気とカバー５４内の排気ガスとの間のリークが防止されている。また、固体電解質層４６の内側にヒータ保持部７２が配置され、これにより、大気室５０内にヒータ５２が保持される。
【００３２】
図４は、酸素センサ２４と制御装置３０との電気的な接続関係を表すブロック図である。図４に示すように、センサ素子４０は、抵抗成分と起電力成分とを用いて等価的に表すことができる。また、ヒータ５２は抵抗成分を用いて等価的に表すことができる。制御装置３０は、センサ素子駆動回路７４を有する。センサ素子４０は、センサ素子駆動回路７４が接続されている。センサ素子駆動回路７４には、センサ素子４０に対して、所望のバイアス電圧を印加するためのバイアス制御回路と、センサ素子４０に流れるセンサ電流およびセンサ素子４０の電極間に発する電圧を検出するための検出回路とが含まれている。
【００３３】
センサ素子駆動回路７４が備えるバイアス制御回路には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７６及びＤ/Ａコンバータ７８を介して、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）８０が接続されている。マイコン８０は、これらの要素を介してバイアス制御回路にセンサ素子４０に印加すべき電圧を指令することができる。検出回路には、Ｄ/Ａコンバータ８２を介して、マイコン８０が接続されている。マイコン８０は、Ｄ/Ａコンバータ８２を介して、検出回路の検出結果を読み込むことができる。空燃比測定時、センサ素子４０には、排気ガスと大気との酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。このときマイコン８０は、検出回路を介して、排気ガス側電極４４と大気側電極４８との間に発生する電圧を読み込むことにより、空燃比を検出することができる。
【００３４】
バイアス制御回路は、マイコン８０の指令に従い、センサ素子４０に対して、インピーダンス検出用電圧を印加することができる。センサ素子４０は、インピーダンス検出用電圧が印加されると、その印加電圧の変化に対応してセンサ電流に変化が生じる。この際、印加電圧の変化量とセンサ電流の変化量との比が、センサ素子４０の素子インピーダンスに相当する値となる。マイコン８０は、これを利用して、インピーダンス検出用電圧が印加されている状況下で生ずるセンサ電流に基づいて、センサ素子４０の素子インピーダンスを算出することができる。
【００３５】
ヒータ５２には、ヒータ制御回路８４が接続されている。ヒータ制御回路８４には、マイコン８０が接続されている。ヒータ制御回路８４は、マイコン８０から供給される指令を受けて、その指令に応じた駆動信号をヒータ５２に供給し、ヒータ５２に所望の熱量を発生させることができる。
【００３６】
[実施の形態１のシステムによる空燃比の基本的な制御について]
実施の形態１のシステムは、空燃比を制御する。より具体的には、上流側空燃比センサ２２の出力電圧を、下流側の酸素センサ２４の出力に応じて補正して、空燃比制御のパラメータを求める。酸素センサ２４の出力により算出される補正値は、空燃比センサ２２の出力から求められる空燃比が、目標空燃比に一致するように、ＰＩＤ制御によって設定される。
【００３７】
図５は、この発明の実施の形態１の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。このルーチンにおいては、まず、後に説明する処理にしたがって、上流側空燃比センサに対するセンサ補正値算出ルーチンが実行される（ステップＳ１００）。このルーチンにより、上流側空燃比センサに対するセンサ補正値ΔＶが算出される。
【００３８】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力Ｖ２２が読み取られる（ステップＳ１１０）。制御装置３０は、検出回路によって検出される空燃比センサ２２の電極間の電圧を、空燃比センサの出力Ｖ２２として読み取る。その後、空燃比センサ２２の出力Ｖ２２を補正した補正出力*Ｖ２２が算出される（ステップＳ１１２）。補正出力*Ｖ２２は、空燃比センサ２２の出力Ｖ２２と、ステップＳ１００において算出されたΔＶから、次式（１）により算出される。
*Ｖ２２＝Ｖ２２＋ΔＶ ・・・・（１）
補正出力*Ｖ２２は、下流側の酸素センサ２４の出力から算出された補正値ΔＶを加味した値となる。即ち、求められた補正出力*Ｖ２２は、上流側の空燃比センサ２２の経時劣化や出力のばらつきが補正された値となっている。
【００３９】
次に、燃料噴射量が算出される（ステップＳ１１４）。燃料噴射量は、補正出力*Ｖ２２を用いて算出される。実施の形態１のシステムには、例えば、現代制御を用いて行う燃料噴射量の算出方法が記憶されており、これに基づいて燃料噴射量が算出される。
【００４０】
次に、設定された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射が制御される（ステップＳ１１６）。より具体的には、制御装置３０により燃料噴射弁８を制御することにより、設定された燃料噴射量の燃料が噴射されるように制御される。これにより、空燃比が目標空燃比になるように制御される。
【００４１】
[実施の形態１の特徴的な制御]
図６は酸素センサ２４の素子温とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図６において横軸は素子温（℃）を示し、縦軸はインピーダンス（Ω）を表す。図６に示すように、センサ素子４０のインピーダンスと素子温とは相関を有し、インピーダンスが低下するにつれて素子温は上昇する。制御装置３０は図６に示すセンサ素子４０の素子温とインピーダンスとの関係を記憶している。また制御装置３０は、記憶した素子温とインピーダンスとの関係から、センサ素子４０の素子温を算出することができる。
【００４２】
図７は、素子温に対する酸素センサ２４のベース目標値Ｖbsを示すグラフである。図７において横軸は素子温、縦軸はベース目標値を表す。ベース目標値Ｖbsは、内燃機関２の空燃比が目標空燃比である場合の、素子温に応じたセンサ出力を表す。但し、このセンサ出力は、ガスシール部６２におけるリークはないものとした場合の出力である。実施の形態１の制御装置３０による空燃比制御においては、酸素センサ２４の出力が、図７に示すベース目標値Ｖbsと一致するように制御することにより、空燃比が目標空燃比に制御される。図７に示すように、センサ素子４０の出力特性は素子温に応じて変化する。より具体的には、センサ出力は、素子温５５０℃を中心に、その出力特性が変化する。したがって、この出力特性の変化に合わせて、ベース目標値Ｖbsを素子温に応じて変化させる。制御装置３０は、図７に示すような、素子温とベース目標値Ｖbsとの関係をベース目標値Ｖbsマップとして記憶している。また、インピーダンスから求められる素子温に応じて、ベース目標値Ｖbsを読み出すことができる。
【００４３】
ところで、上記のように酸素センサ２４において、センサ素子４０の大気室５０と、カバー５４内の排気ガスとは、ガスシール部６２により遮断されている。しかし、ガスシール部６２の温度変化により、ガスシール部６２のシール性が変化する。より具体的には、ガスシール部６２の金属部品とタルク材等との間の熱膨張率に差があるため、酸素センサ２４の温度上昇に伴う熱膨張量に差が生じ、ガスシール部６２のシール性が低下する。また、温度上昇に伴い、酸素の拡散速度が大きくなる。したがって、ガスシール部６２の各部品の膨張量の差と、酸素拡散速度の増加とがあいまって、ガスシール部６２の温度が高くなるにつれてリーク量が増加することとなる。大気の排気ガス側へのリーク量が上昇すると、排気ガス中の酸素濃度が変化し、酸素センサ２４の出力はリーン側にずれることとなる。
【００４４】
また、酸素センサ２４は、三元触媒１６の下流の排気管２０内に設置される。したがって検知対象となる排気ガスは、三元触媒１６により浄化されたストイキ近傍のガスである。また、酸素センサ２４は、ストイキ近傍において出力が急変する。このため、ガスシール部６２から排気ガス側にリークする酸素が僅かであっても、そのリークした酸素が酸素センサ２４の出力に与える影響は大きなものとなる。そこで、このシステムは、酸素センサ２４における酸素リーク量を予測して、ベース目標値Ｖbsを補正した値を最終的な制御目標値Ｖtgとして設定する。
【００４５】
図８は、酸素リーク量とガスシール部６２との温度関係を説明するためのグラフである。図８に示すように、ガスシール部６２と酸素リーク量とは相関を有する。より具体的には、ガスシール部６２の温度上昇が進むにつれて酸素リーク量は大きくなる。
【００４６】
図９は、ガスシール部６２の温度と、内燃機関２の冷却水温の温度とを表すグラフである。図９において、横軸は時間（秒）を表し、縦軸左側は冷却水温の温度（℃）、縦軸右側はガスシール部６２の温度（℃）を表す。図９に示すように、ガスシール部６２の温度と内燃機関２の冷却水温とは相関を有する。具体的に、内燃機関２の始動開始から完全暖機までの間は、冷却水温およびガスシール部６２の経過時間に対する温度変化は、比較的急激である。一方、完全暖機後は、冷却水温およびガスシール部６２の温度変化は、完全暖気前に比して非常に緩やかになる。このように、ガスシール部６２の温度と内燃機関２の冷却水温とは連動して変化する。したがって、経過時間と、冷却水温またはガスシール部６２の温度との関係から、冷却水温によりガスシール部６２の温度を予測することができる。
【００４７】
完全暖機前および完全暖気後の何れの場合であっても、経過時間に対する温度変化率は、冷却水温とガスシール部６２の温度との間で異なっている。また、経過時間に対する冷却水温の変化率と、経過時間に対するガスシール部６２の温度の変化率との比も、完全暖機前と、完全暖気後とでは異なっている。したがって、完全暖機前と完全暖機後とでは、冷却水温に対するガスシール部６２の温度変化率は異なるものとなる。
【００４８】
図１０は、酸素リークを考慮した補正値Ｖrevと、冷却水温との関係を表すグラフである。図１０において、横軸は冷却水温を表し、縦軸は補正値Ｖrevを表す。ここで、補正値Ｖrevは、酸素センサ２４のベース目標値Ｖbsから減ずるべき値であり、酸素リーク量により酸素センサ２４に生じる出力のズレを補正する値である。したがって、補正値Ｖrevは酸素リーク量と同様に、ガスシール部６２の温度に比例して変化する値である。上述したように、冷却水温に対するガスシール部６２の温度の変化率は、完全暖機前後で異なる。このため、ガスシール部６２の温度に比例して変化する補正値Ｖrevを、冷却水温に応じた補正値Ｖrevとして表す場合には、補正値Ｖrevの変化率は、完全暖機前後で異なるものとなる。
【００４９】
より具体的に、完全暖機前のガスシール部６２の温度に対する冷却水温の関係から、冷却水温と補正値Ｖrevの関係を算出すると、完全暖機前の補正値Ｖrevのマップは、補正値マップＦ１で表すことができる。一方、完全暖気後のガスシール部６２の温度に対する冷却水温の関係から、完全暖機後における補正値Ｖrevのマップは、補正値マップＦ１とは傾きの異なる補正値マップＦ２で表すことができる。また、冷却水温とガスシール部６２との相関は完全暖機時に切り替わることから、補正値マップＦ１、Ｆ２の交点は完全暖機時となる。制御装置３０は、この補正値マップＦ１、Ｆ２を記憶する。補正値Ｖrevの算出においては、完全暖機前か後かを判断し、完全暖気前においては、補正値マップＦ１を用い、完全暖機後においては、補正値のマップＦ２を用いる。
【００５０】
図１１は、始動時冷却水温ＴＷ０と完全暖機に至るまでの積算吸入空気量との関係を示すグラフである。図１１において、横軸は始動時冷却水温ＴＷ０を表し、縦軸は積算吸入空気量を表す。図１１において積算吸入空気量は、内燃機関２が完全暖機に至るまでに必要な暖機時積算吸入空気量（以下、「暖機ΣＧａ０」と表す）を表す。図１１に示すように、暖機ΣＧａ０は始動時冷却水温ＴＷ０と相関を有する。制御装置３０は、図１１に示す、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０との関係を記憶する。また、制御装置３０は、内燃機関２の積算吸入空気量（以下「積算Ｇａ」と表す）を測定し、積算Ｇａと暖機ΣＧａ０とを比較することにより、完全暖機状態に達したか否かを判断することができる。
【００５１】
[実施の形態１の制御装置による制御目標値の設定]
図１２は、始動時冷却水温記憶ルーチンのフローチャートを示す。制御目標値設定においては、始動時冷却水温ＴＷ０を必要とするため、はじめに、図１２に示すルーチンが実行される。このルーチンでは、まず、内燃機関２のイグニッションスイッチＩＧがONとされた後、５０msecが経過する以前であるか否かが判断される（ステップＳ１２２）。その結果、上記条件の成立が認められる場合は、内燃機関２の始動時判定がなされ、現在の内燃機関２の冷却水温が始動時冷却水温ＴＷ０として記憶される（ステップＳ１２４）。一方、上記条件の成立が認められない場合には、何ら処理が行われることなく今回の処理サイクルが終了される。
【００５２】
図１３は、図５のステップＳ１００の処理として実行されるセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。このルーチンでは、まず、インピーダンスが算出される（ステップＳ１３０）。インピーダンスは、センサ素子４０にインピーダンス検出用電圧を供給して、これに応じて流れるセンサ電流を測定することにより算出される。次に、算出されたインピーダンスに応じて素子温が算出される（ステップＳ１３２）。素子温は、制御装置３０に記憶されたインピーダンスと素子温との関係のマップ（図６参照）に基づいて算出される。次に、ベース目標値Ｖbsが算出される（ステップＳ１３４）。より具体的には、制御装置３０に記憶された、素子温とベース目標値Ｖbsとの関係を表すマップ（図７参照）に基づいて、算出された素子温に応じたベース目標値Ｖbsが設定される。
【００５３】
次に、冷却水温が測定される（ステップＳ１３６）。次に、冷却水温から、なまし値ＴＷ１が算出される（ステップＳ１３８）。なまし値ＴＷ１は、前回、図１３のルーチンが実行された際に記憶された前回冷却水温なまし値ＴＷ２と、今回測定された冷却水温との平均を求めることにより算出される。次に、ステップＳ１３８において算出されたなまし値ＴＷ１が、制御装置３０に前回冷却水温なまし値ＴＷ２として記憶される（ステップＳ１４０）。記憶されたなまし値ＴＷ２は、次回にこのルーチンが実行される際のなまし値の算出に用いられる。
【００５４】
次に、始動時冷却水温ＴＷ０が読み出される（ステップＳ１４２）。次に、積算Ｇａが測定される（ステップＳ１４４）。積算Ｇａは、内燃機関２の始動開始から内燃機関２に吸入された空気の積算量として求められる。次に、暖機ΣＧａ０が読み出される（ステップＳ１４６）。具体的には、制御装置３０に記憶された、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０との関係のマップ（図１１参照）から、ステップＳ１４２において読み出された始動時冷却水温ＴＷ０に応じた値が、暖機ΣＧａ０として読み出される。次に、ステップＳ１４６において測定された積算Ｇａが、暖機ΣＧａ０以下であるか否かが判定される（ステップＳ１４８）。これにより、完全暖機前であるか否かが判定される。
【００５５】
ステップＳ１４８において、積算Ｇａ≦暖機ΣＧａ０の成立が認められた場合には、暖機前であると判定され、補正値マップＦ１（図１０参照）に従って、補正値Ｖrevが算出される（ステップＳ１５０）。より具体的には、制御装置３０に記憶された補正値マップＦ１（図１０参照）に従って、冷却水温のなまし値ＴＷ１に応じた補正値Ｖrevが算出される。一方、ステップＳ１５０において、積算Ｇａ≦暖機ΣＧａ０の成立が認められない場合には、暖気後であると判定され、補正値マップＦ２（図１０参照）に従って、補正値Ｖrevが設定される（ステップＳ１５２）。より具体的には、制御装置３０に記憶された補正値マップＦ２（図１０参照）にしたがって、冷却水温のなまし値ＴＷ１に応じた補正値Ｖrevが算出される。
【００５６】
次に、ステップＳ１３４において算出されたベース目標値Ｖbsと、ステップＳ１５０またはＳ１５２において設定された補正値Ｖrevとから、制御目標値Ｖtgが算出される（ステップＳ１５４）。具体的に制御目標値Ｖtgは、以下の式（２）に基づいて、ベース目標値Ｖbsから、補正値Ｖrevを減算することにより算出される。
Ｖtg＝Ｖbs−rev ・・・・（２）
【００５７】
次に、酸素センサ２４の出力Ｖ２４が検出される（ステップＳ１５６）。より具体的には、制御装置３０は、検出回路によって検出される酸素センサ２４の電極間の電圧を酸素センサの出力Ｖ２４として読み取る。
【００５８】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶ２４が算出される（ステップＳ１５８）。具体的には、ステップＳ１５４において算出された制御目標値Ｖtgと、酸素センサ出力Ｖ２４との偏差ΔＶ２４（即ち、ΔＶ２４＝Ｖtg−Ｖ２４）が算出され、ΔＶ２４から空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶが、次式（３）に基づいて算出される。
ΔＶ＝ＫＰΔＶ２４＋ＫＩ（ΣΔＶ２４）＋ＫＤ（ｄΔＶ２４） ・・・・（３）
なお、式（１）において、ＫＰΔＶ２４は比例項、ＫＩ（ΣΔＶ２４）は積分項、ＫＤ（ｄΔＶ２４）は微分項を表す。また、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤは、各項に対するゲイン係数である。この補正値において、微分項及び比例項は過渡的変動を補正する値であり、積分項は定常的なずれを補正する値である。
【００５９】
以上のように、実施の形態１においては、酸素センサ２４の素子温に応じたベース目標値Ｖbsを、ガスシール部６２の温度上昇による酸素リーク量を考慮して補正する。したがって、特に、検出対象となる排気ガスが希薄で、酸素リークによる影響を受けやすい三元触媒１６下流側の酸素センサ２４においても、より正確な出力を得ることができる。
【００６０】
また、実施の形態１においては、冷却水温とガスシール部６２の温度との相関関係を利用して、ガスシール部６２の温度を推定し、その温度から予測される酸素リーク量に基づいて補正値を算出する。したがって、特にガスシール部６２の温度測定手段を設けることなく、容易にガスシール部６２の温度を推定することができる。しかしながら、この発明においてガスシール部６２の温度推定手段はこれに限るものではなく、他の手段によりガスシール部６２の温度を推定するものであってもよい。また、実施の形態１においては、冷却水温のなまし値ＴＷ１を用いる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、測定した冷却水温を、直接、補正値Ｖrevの算出に用いてもよい。
【００６１】
また、冷却水温とガスシール部６２の温度との関係が、内燃機関２の完全暖機前後で変化する。このため、実施の形態１においては、完全暖機前後で、補正値マップを切り替える場合について説明した。これにより、正確に酸素センサ２４の出力を補正することができる。しかし、この発明は、マップの切り替えを行わないものであってもよい。例えば、マップの切り替えを行わずに完全暖機前後に対応できる平均的な補正量のマップを用いることとすれば、ベース目標値Ｖbsに対して、ある程度酸素リーク量を加味した補正をすることができる。また、マップの切り替えを行わないことで、制御をより単純にすることができる。
【００６２】
また、マップの切り替えを行う際の完全暖機時の予測方法として、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０の関係のマップを用いる場合について説明した。しかし、完全暖機時の予測方法は、これに限るものではなく、他の方法によるものであってもよい。
【００６３】
また、上述したように、下流側の酸素センサ２４は、三元触媒１６で浄化された希薄な排気ガスを測定対象とするため、僅かな酸素のリークによっても、出力ずれを起こしやすい。このため、実施の形態１に説明したような、酸素リークによる出力ずれの補正は、特に下流側の酸素センサ（サブＯ２センサ）に適用すると効果的に空燃比を制御することができる。しかし、この発明における制御は、下流側の酸素センサ２４に限るものではなく、三元触媒１６上流側の空燃比センサや酸素センサ、あるいは他の位置に設置される空燃比センサや酸素センサ等に適用してもよい。これにより、より厳密な空燃比の制御を行うことができる。
【００６４】
また、酸素センサ２４のガスシール部６２は、図３の構造に限るものではない。大気室５０と排気ガス側とは、他の構造のガスシール部により遮断されたものであってもよい。また、基準ガスとして、大気を用いる場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、例えば、大気に代えて、酸素濃度が予め明確になっているガスを、基準ガスとして用いるものであってもよい。また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００６５】
なお、例えば実施の形態１において、大気室５０、大気側電極４８は、それぞれこの発明の「基準ガス室」、「基準ガス側電極」に該当する。また、例えば実施の形態１において、制御装置３０が図７に示すマップを記憶することにより、「ベース目標値記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３６およびＳ１３８を実行することにより、この発明の「温度推定手段」が実現し、ステップＳ１５０およびＳ１５２を実行することにより、「補正値算出手段」が実現し、ステップＳ１５４を実行することにより、「制御手段」および「ベース目標値補正手段」が実現する。
【００６６】
また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３０およびＳ１３２を実行することにより、この発明の「素子温推定手段」が実現し、ステップＳ１３４を実行することにより、「設定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３６を実行することにより、この発明の「冷却温度検出手段」が実現し、ステップＳ１３８を実行することにより、「なまし値算出手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、図１０に示すマップを記憶することにより、この発明の「補正値関数記憶手段」が実現する。また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１４８を実行することにより、この発明の「暖機判定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、図１１に示すマップを記憶することにより、この発明の「暖機時積算空気量関数記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１４４を実行することにより、この発明の「積算空気量検出手段」が実現し、ステップＳ１４２を実行することにより、「始動時冷却水温検出手段」が実現し、ステップＳ１４６を実行することにより、「暖機時積算空気量設定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１５８を実行することにより、この発明の「偏差算出手段」および「センサ補正量算出手段」が実現し、ステップＳ１１２を実行することにより「上流側センサ補正手段」が実現する。
【００６７】
実施の形態２.
実施の形態２のハードウェア構成は、実施の形態１のハードウェア構成と同じものである。また、実施の形態２の制御装置は、酸素リークによる出力ずれを、センサ出力の値を補正することにより補正する点を除き、実施の形態１と同様の制御を行う。
【００６８】
図１０に示される補正値Ｖrevは、酸素リークによって生じる酸素センサ２４の出力不足分を、ベース目標値Ｖbsから差し引いて、制御目標値Ｖtgを設定するための値である。つまり、酸素センサの出力ずれを、制御の目標値側で補正する値である。しかし、この補正値Ｖrevは、酸素リークによって生じる酸素センサ２４の出力不足分であると捉えることもできる。実施の形態２においては、補正値Ｖrevを出力不足分を補正する値と捉えて、酸素センサ２４の出力に、この補正値Ｖrevを直接加算することにより、酸素センサ２４の出力を補正する。
【００６９】
図１４は、この発明の実施の形態２において、制御装置３０が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。図１４のルーチンは、図５のステップＳ１００において、図１３のルーチンに代えて実行されるルーチンである。また、図１４のルーチンは、ステップＳ１５４、Ｓ１５８を実行せず、ステップＳ１５６の後で、ステップＳ２０２、Ｓ２０４を実行する点を除き、図１３のルーチンと同じものである。
【００７０】
具体的に、ステップＳ２０２においては、ステップＳ１５６において検出されたセンサ出力Ｖ２４が補正される。より具体的には、補正後のセンサ出力*Ｖ２４は、センサ出力Ｖ２４に、ステップＳ１５０またはＳ１５２で算出されたＶrevを加算することにより算出される。補正後のセンサ出力*Ｖ２４は、以下の式（４）により表される。
*Ｖ２４＝Ｖ２４＋Ｖrev ・・・・（４）
【００７１】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶが算出される（ステップＳ２０４）。具体的には、ステップＳ１３４において算出されたベース目標値Ｖbsと、補正後の酸素センサ出力*Ｖ２４との偏差ΔＶ２４（ΔＶ２４＝Ｖbs−*Ｖ２４）が算出され、ΔＶ２４から空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶを算出する。実施の形態１のステップＳ１５８と同様に、算出式は式（３）を用いる。
【００７２】
なお、ここで算出される偏差ΔＶ２４は、ベース目標値Ｖbsから、補正後の酸素センサ出力*Ｖ２４を減算したものである。また、ここで、式（４）に示すように、*Ｖ２４＝Ｖ２４＋Ｖrevである。また、式（２）より、Ｖtg＝Ｖbs−Ｖrevである。したがって、算出される偏差ΔＶ２４について、以下の式（５）の関係が成立する。
ΔＶ２４＝Ｖbs−*Ｖ２４＝Ｖbs−（Ｖ２４＋Ｖrev）＝Ｖtg−Ｖ２４ ・・・・（５）
つまり、実施の形態１のように、補正した制御目標値を用いる場合でも、あるいは、実施の形態２のように、センサ出力Ｖ２４を補正する場合であっても、同一の、空燃比センサに対する補正値ΔＶを求めることができる。
【００７３】
なお、例えば実施の形態２において、ステップＳ１５０およびＳ１５２を実行することにより、この発明の「補正値算出手段」が実現し、ステップＳ１５６を実行することにより、この発明の「センサ出力検出手段」が実現し、ステップＳ２０２を実行することにより、「制御手段」および「センサ出力補正手段」実現する。また、例えば実施の形態２において図１０に示すマップを記憶することにより、この発明の「補正値関数記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態２において、制御装置３０が図７のマップを記憶することにより、この発明の「酸素センサ出力目標値記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態２において、ステップＳ２０４を実行することにより、「偏差算出手段」および「上流側センサ出力補正値算出手段」が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】この発明の実施の形態１における空燃比制御装置を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における酸素センサを説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１における酸素センサを説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における酸素センサと制御装置との電気的な接続を説明するためのブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する空燃比制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】センサ素子温とセンサ素子のインピーダンスとの関係を説明するためのグラフである。
【図７】素子温と空燃比制御のベース目標値との関係を説明するためのグラフである。
【図８】ガスシール部の温度と酸素リーク量との関係を説明するためのグラフである。
【図９】冷却水温とガスシール部の温度との関係を説明するためのグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１における冷却水温に対する補正値を説明するためのグラフである。
【図１１】始動時冷却水温と、完全暖機時の吸入空気量との関係を説明するためのグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する始動時冷却水温記憶ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態１において制御装置が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２において制御装置が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
２ 内燃機関
４ 吸気ポート
６ 吸気枝管
８ 燃料噴射弁
１２ 排気ポート
１４ 排気マニホルド
１６ 三元触媒
１８ 触媒コンバータ
２０ 排気管
２２ 空燃比センサ
２４ 酸素センサ
３０ 制御装置
４０ センサ素子
４２ 多孔質保護層
４４ 排気ガス側電極
４６ 固体電解質層
４８ 大気側電極
５０ 大気室
５２ ヒータ
５４ カバー
５６ ハウジング
５８ 固体電解質層凸部
６０ ハウジング凸部
６２ ガスシール部
６４ 金属パッキン
６６ 充填部
６８ 絶縁ガラス
７０ 金属リング
７２ ヒータ保持部
７４ センサ素子駆動回路
７６ ローパスフィルタ
７８ Ｄ/Ａコンバータ
８０ マイコン
８２ Ｄ/Ａコンバータ
８４ ヒータ制御回路
Ｖtg 制御目標値
Ｖbs ベース目標値
Ｖrev 補正値
ＴＷ０ 始動時冷却水温
ＴＷ１ 冷却水温なまし値
ＴＷ２ 前回冷却水温なまし値
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路に配置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開昭６２−２０３０５０号公報に開示されるように、内燃機関の排気経路に空燃比センサを配置し、この空燃比センサの出力に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御することにより、内燃機関の空燃比を制御するシステムが知られている。空燃比センサは、排気ガス側に晒された排気ガス側電極と、大気側に晒された大気側電極との２つの電極を有し、両電極は固体電解質層を挟んで配置されている。空燃比検出の際には、両電極間に排気ガスと大気との酸素濃度の差に応じた電流が流れる。空燃比センサは、この電流を検出することにより空燃比を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−２０３０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のシステムにおいて、センサ電流を正しく検出するためには、各電極に供給される排気ガスと大気との間を確実に遮断して、両ガス間のリークを防止する必要がある。上記従来技術のセンサにおいても、大気側電極に大気を供給する大気室と、排気ガス側電極が配置される排気管との間は、ガスシール部によりシールされ、遮断されている。
【０００５】
しかし、空燃比センサは、２００℃〜９５０℃の幅広い温度範囲で使用される。また、ガスシール部は、金属部品やタルク材等の熱膨張率の異なる部品により構成されている。具体的に、金属部品は、タルク材に比べて熱膨張率が大きい。このため空燃比センサが高温に加熱されると、金属部分が他の部品に比べて大きく熱膨張し、その結果、ガスシール部の密閉性が低下することがある。また、空燃比センサの使用温度が高くなるに連れて、酸素の拡散速度が増加する。このため、空燃比センサが加熱されると、酸素は僅かの隙間からでもリークしやすい状態となり、リーク量が多くなる傾向にある。即ち、空燃比センサの加熱に伴う金属の熱膨張と酸素の拡散速度の増加とにより、空燃比センサのガスシール部におけるガスのシール性は低下すると考えられる。
【０００６】
ガスシール部のシール性が低下する場合、大気は、排気ガス側電極付近にリークする。その結果、排気ガス中の酸素濃度が増加して、排気ガスと大気との間の酸素濃度の差が小さくなり、空燃比センサの出力がリッチ側にずれることとなる。このように空燃比センサの出力ずれが発生する場合、精度の高い空燃比の制御とならない場合があると考えられる。
【０００７】
したがって、この発明は、上記課題を解決することを目的として、排気ガスセンサのガスシール性の変化に伴う出力ずれを補正し、正確なセンサ出力を得られるように改良した内燃機関の空燃比制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、 前記排気ガスセンサは、
基準ガスが導入される基準ガス室と
前記基準ガス内に、前記基準ガスに晒されるように配置された基準ガス側電極と、
前記排気経路中に、前記排気ガスに晒されるように配置された排気ガス側電極と、
前記基準ガス室と前記排気経路とを遮断するガスシール部と、を備え、
前記空燃比制御装置は、
前記ガスシール部の温度を推定する温度推定手段と、
前記ガスシール部の温度に基づいて、前記排気ガスセンサの出力ずれを補正する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値を前記空燃比の制御に反映させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
前記温度推定手段は、
前記冷却水温に応じて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記冷却水温のなまし値を算出するなまし値算出手段を備え、
前記温度推定手段は、前記冷却水温として、前記なまし値を用いて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記出力ずれを補正する補正値を、前記内燃機関の暖機前における、前記冷却水温に対する関数として示す第１の補正値関数と、前記内燃機関の暖機後における、前記冷却水温に対する関数として示す第２の補正値関数とを記憶する補正値関数記憶手段と、
前記内燃機関が暖機状態に達したか否かを判定する暖機判定手段と、を備え、
前記補正値算出手段は、
前記内燃機関が暖機状態に達したと判定された場合に、前記第２の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出し、
前記内燃機関が暖機状態に達していないと判定された場合に、前記第１の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記暖機状態に達するのに必要な積算吸入空気量を、始動時冷却水温に対する暖機時積算吸入空気量関数として記憶する暖機時積算空気量関数記憶手段と、
前記内燃機関の積算吸入空気量を検出する積算空気量検出手段と、
前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する始動時水温検出手段と、
前記暖機時積算吸入空気量関数に基づいて、前記始動時水温検出手段に応じた、前記暖機時積算吸入空気量を設定する暖機時積算空気量設定手段と、を備え、
前記暖機判定手段は、前記積算吸入空気量が、前記暖機時積算吸入空気量以上である場合に、前記暖機状態に達したことを判定することを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記排気ガス側電極が目標空燃比に晒された際に、前記排気ガスセンサから発せられるべき出力を、ベース目標値として記憶するベース目標値記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記補正値に基づいて、前記ベース目標値を補正するベース目標値補正手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第６の発明において、前記ベース目標値記憶手段は、前記ベース目標値を、前記センサ素子の温度に対する、ベース目標値関数として記憶し、
前記排気ガスセンサのセンサ素子の温度を推定する素子温推定手段と、
前記ベース目標値関数に基づいて、前記前記センサ素子の温度に応じた、前記ベース目標値を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第６または第７の発明において、前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記ベース目標値補正手段により補正された制御目標値と、前記酸素センサの出力との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対するセンサ補正量を算出するセンサ補正量算出手段と、
前記センサ補正量に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記排気ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段を備え、
前記制御装置は、前記補正値に基づいて、前記センサ出力を補正するセンサ出力補正手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第９の発明において、前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記内燃機関の空燃比を目標空燃比に制御するための、前記酸素センサの出力目標値を、酸素センサ出力目標値として記憶する酸素センサ出力目標値記憶手段と、
前記センサ出力補正手段により補正されたセンサ出力と、前記酸素センサ出力目標値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対する上流側センサ出力補正値を算出する上流側センサ出力補正値算出手段と、
前記上流側センサ出力補正値に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側空燃比センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、排気ガスセンサのガスシール部の温度に応じて、補正値を算出し、この補正値を制御に反映させる。したがって、ガスシール部の温度に応じて発生するガスシール部におけるガスの漏れよる排気ガスセンサの出力ずれを補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確に空燃比を制御することができる。
【００１９】
また、第２、第３の発明によれば、制御装置は、冷却水温に応じて、ガスシール部の温度を推定する。したがって、複雑なシステムを必要とせず、容易にガスシール部の温度を推定することができる。
【００２０】
また、第４、５の発明によれば、制御装置は、冷却水温に応じた補正値の関数を、内燃機関が暖機状態に達する前と後とで、異なる関数として記憶する。したがって、内燃機関の暖機前後で、冷却水温とガスリーク量とが異なる相関関係を有する場合にも対応することができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【００２１】
また、第６の発明によれば、算出された補正値に基づいて、ベース目標値を補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確に空燃比を制御することができる。
【００２２】
また、第７の発明によれば、ベース目標値は、センサ素子温に対応する関数として記憶され、センサ素子温に応じて設定される。したがって、センサ素子温の温度変化によるセンサの出力特性の変化に対応して、正確に空燃比を制御することができる。
【００２３】
また、第８の発明によれば、排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサとして用いる。したがって、より正確な制御を必要とするため、リークガスによる影響を排除する必要がある下流側の酸素センサにおいて、正確な検出結果を得ることができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【００２４】
また。第９の発明によれば、算出された補正値に基づいて、センサ出力を補正することができる。したがって、排気ガスセンサの使用環境によりガスシール部のシール性が変化する場合にも、正確な出力結果を求めることができ、正確に空燃比を制御することができる。
【００２５】
また、第１０の発明によれば、排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサとして用いる。したがって、より正確な制御を必要とするため、リークガスによる影響を排除する必要がある下流側の酸素センサにおいて、正確な検出結果を得ることができ、正確な空燃比制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２７】
実施の形態１．
[実施の形態のハードウエア構成]
図１は、この発明の実施の形態１におけるシステムを説明するための模式図である。図１に示すように、実施の形態１のシステムは内燃機関２を備える。内燃機関２の各気筒の吸気ポート４には、吸気枝管６が接続されている。吸気枝管６には、燃料噴射弁８が設けられている。内燃機関２の各気筒の排気ポート１２は、共通の排気マニホルド１４に接続されている。排気マニホルド１４は、三元触媒１６を内蔵する触媒コンバータ１８に接続されている。触媒コンバータ１８は、排気管２０を介してマフラー（図示せず）に接続されている。三元触媒１６の上流側において、排気マニホルド１４には空燃比センサ２２が配置されている。空燃比センサ２２は、広い空燃比領域に渡って空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒１６の下流において、排気管２０には酸素センサ２４が配置されている。酸素センサ２４は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。燃料噴射弁８、空燃比センサ２２および酸素センサ２４は制御装置３０に接続されている。
【００２８】
図２および図３は、実施の形態１のシステムにおいて用いる酸素センサ２４について説明するための模式図である。図２に示すように、酸素センサ２４は、センサ素子４０を備える。センサ素子４０は、一端が閉じられた管状の構造を有している。管状構造の外側表面は多孔質保護層４２により覆われている。多孔質保護層４２は、耐熱性の多孔質のセラミックス、例えば、アルミナを用いたスピネル型化合物（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）により構成され、排気ガスに含まれる被毒物をトラップする機能を有している。多孔質保護層４２の内側には、排気ガス側電極４４が設けられている。排気ガス側電極４４は、多孔質保護層４２を通過した排気ガスに晒される状態となっている。排気ガス側電極４４の内側には、固体電解質層４６が設けられている。固体電解質層４６の内側、即ち固体電解質層４６の排気ガス側電極４４とは反対側の面には、大気側電極４８が設けられている。排気ガス側電極４４および大気側電極４８は、Ｐｔのように触媒作用の高い金属で構成された電極である。センサ素子４０の内側には、大気室５０が形成されている。大気室５０内には大気が導かれる構造となっている。したがって、大気側電極４８は大気に晒されている。大気室５０内には、ヒータ５２が設置されている。
【００２９】
図３は、酸素センサ２４の排気管２０への設置状態を説明するための模式図である。上記のように構成されたセンサ素子４０は、図３に示すように、排気管２０内において、カバー５４に覆われている。カバー５４にはその内部に排気ガスを導くための複数の通気穴（図示せず）が設けられている。カバー５４は、ハウジング５６により排気管２０内に固定されている。より具体的には、ハウジング５６は、排気管２０側に配置される部分においてカバー５４と係合し、カバー５４上縁部をかしめた状態で排気管２０内に保持している。
【００３０】
カバー５４およびハウジング５６内にはセンサ素子４０およびヒータ５２が設置されている。センサ素子４０の固体電解質層４６の外周面には、外側に向けて突出した固体電解質層凸部５８が設けられている。一方、ハウジング５６の内周面には、内周円のさらに内側に向けて突出したハウジング凸部６０が設けられている。図３に示すように、固体電解質層凸部５８の下部が、ハウジング凸部６０の上部に支持されることにより、センサ素子４０はハウジング５６およびカバー５４内に固定されて支持されている。
【００３１】
固体電解質層凸部５８とハウジング凸部６０との間は、ガスシール部６２により密閉されている。具体的にガスシール部６２は、金属パッキン６４を有する。また固体電解質層凸部５８の上部には、充填部６６が配置されている。充填部６６は、固体電解質層凸部５８上部とハウジング５６との隙間に、タルク材を充填することにより構成されている。充填部６６の上部には絶縁ガラス６８が配置されている。絶縁ガラス６８上部にはかしめ用の金属リング７０が配置されている。この構造により、金属パッキン６４、充填部６６、絶縁ガラス６８および金属リング７０からなるガスシール部６２が、ハウジング５６内の固体電解質層４６とハウジング５６との間に、かしめられて固定されている。つまり、ガスシール部６２とハウジング５６との構造により、大気室５０と、排気管２０とが遮断され、大気室５０内の大気とカバー５４内の排気ガスとの間のリークが防止されている。また、固体電解質層４６の内側にヒータ保持部７２が配置され、これにより、大気室５０内にヒータ５２が保持される。
【００３２】
図４は、酸素センサ２４と制御装置３０との電気的な接続関係を表すブロック図である。図４に示すように、センサ素子４０は、抵抗成分と起電力成分とを用いて等価的に表すことができる。また、ヒータ５２は抵抗成分を用いて等価的に表すことができる。制御装置３０は、センサ素子駆動回路７４を有する。センサ素子４０は、センサ素子駆動回路７４が接続されている。センサ素子駆動回路７４には、センサ素子４０に対して、所望のバイアス電圧を印加するためのバイアス制御回路と、センサ素子４０に流れるセンサ電流およびセンサ素子４０の電極間に発する電圧を検出するための検出回路とが含まれている。
【００３３】
センサ素子駆動回路７４が備えるバイアス制御回路には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７６及びＤ/Ａコンバータ７８を介して、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）８０が接続されている。マイコン８０は、これらの要素を介してバイアス制御回路にセンサ素子４０に印加すべき電圧を指令することができる。検出回路には、Ｄ/Ａコンバータ８２を介して、マイコン８０が接続されている。マイコン８０は、Ｄ/Ａコンバータ８２を介して、検出回路の検出結果を読み込むことができる。空燃比測定時、センサ素子４０には、排気ガスと大気との酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。このときマイコン８０は、検出回路を介して、排気ガス側電極４４と大気側電極４８との間に発生する電圧を読み込むことにより、空燃比を検出することができる。
【００３４】
バイアス制御回路は、マイコン８０の指令に従い、センサ素子４０に対して、インピーダンス検出用電圧を印加することができる。センサ素子４０は、インピーダンス検出用電圧が印加されると、その印加電圧の変化に対応してセンサ電流に変化が生じる。この際、印加電圧の変化量とセンサ電流の変化量との比が、センサ素子４０の素子インピーダンスに相当する値となる。マイコン８０は、これを利用して、インピーダンス検出用電圧が印加されている状況下で生ずるセンサ電流に基づいて、センサ素子４０の素子インピーダンスを算出することができる。
【００３５】
ヒータ５２には、ヒータ制御回路８４が接続されている。ヒータ制御回路８４には、マイコン８０が接続されている。ヒータ制御回路８４は、マイコン８０から供給される指令を受けて、その指令に応じた駆動信号をヒータ５２に供給し、ヒータ５２に所望の熱量を発生させることができる。
【００３６】
[実施の形態１のシステムによる空燃比の基本的な制御について]
実施の形態１のシステムは、空燃比を制御する。より具体的には、上流側空燃比センサ２２の出力電圧を、下流側の酸素センサ２４の出力に応じて補正して、空燃比制御のパラメータを求める。酸素センサ２４の出力により算出される補正値は、空燃比センサ２２の出力から求められる空燃比が、目標空燃比に一致するように、ＰＩＤ制御によって設定される。
【００３７】
図５は、この発明の実施の形態１の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフロー図である。このルーチンにおいては、まず、後に説明する処理にしたがって、上流側空燃比センサに対するセンサ補正値算出ルーチンが実行される（ステップＳ１００）。このルーチンにより、上流側空燃比センサに対するセンサ補正値ΔＶが算出される。
【００３８】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力Ｖ２２が読み取られる（ステップＳ１１０）。制御装置３０は、検出回路によって検出される空燃比センサ２２の電極間の電圧を、空燃比センサの出力Ｖ２２として読み取る。その後、空燃比センサ２２の出力Ｖ２２を補正した補正出力*Ｖ２２が算出される（ステップＳ１１２）。補正出力*Ｖ２２は、空燃比センサ２２の出力Ｖ２２と、ステップＳ１００において算出されたΔＶから、次式（１）により算出される。
*Ｖ２２＝Ｖ２２＋ΔＶ ・・・・（１）
補正出力*Ｖ２２は、下流側の酸素センサ２４の出力から算出された補正値ΔＶを加味した値となる。即ち、求められた補正出力*Ｖ２２は、上流側の空燃比センサ２２の経時劣化や出力のばらつきが補正された値となっている。
【００３９】
次に、燃料噴射量が算出される（ステップＳ１１４）。燃料噴射量は、補正出力*Ｖ２２を用いて算出される。実施の形態１のシステムには、例えば、現代制御を用いて行う燃料噴射量の算出方法が記憶されており、これに基づいて燃料噴射量が算出される。
【００４０】
次に、設定された燃料噴射量に基づいて、燃料噴射が制御される（ステップＳ１１６）。より具体的には、制御装置３０により燃料噴射弁８を制御することにより、設定された燃料噴射量の燃料が噴射されるように制御される。これにより、空燃比が目標空燃比になるように制御される。
【００４１】
[実施の形態１の特徴的な制御]
図６は酸素センサ２４の素子温とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図６において横軸は素子温（℃）を示し、縦軸はインピーダンス（Ω）を表す。図６に示すように、センサ素子４０のインピーダンスと素子温とは相関を有し、インピーダンスが低下するにつれて素子温は上昇する。制御装置３０は図６に示すセンサ素子４０の素子温とインピーダンスとの関係を記憶している。また制御装置３０は、記憶した素子温とインピーダンスとの関係から、センサ素子４０の素子温を算出することができる。
【００４２】
図７は、素子温に対する酸素センサ２４のベース目標値Ｖbsを示すグラフである。図７において横軸は素子温、縦軸はベース目標値を表す。ベース目標値Ｖbsは、内燃機関２の空燃比が目標空燃比である場合の、素子温に応じたセンサ出力を表す。但し、このセンサ出力は、ガスシール部６２におけるリークはないものとした場合の出力である。実施の形態１の制御装置３０による空燃比制御においては、酸素センサ２４の出力が、図７に示すベース目標値Ｖbsと一致するように制御することにより、空燃比が目標空燃比に制御される。図７に示すように、センサ素子４０の出力特性は素子温に応じて変化する。より具体的には、センサ出力は、素子温５５０℃を中心に、その出力特性が変化する。したがって、この出力特性の変化に合わせて、ベース目標値Ｖbsを素子温に応じて変化させる。制御装置３０は、図７に示すような、素子温とベース目標値Ｖbsとの関係をベース目標値Ｖbsマップとして記憶している。また、インピーダンスから求められる素子温に応じて、ベース目標値Ｖbsを読み出すことができる。
【００４３】
ところで、上記のように酸素センサ２４において、センサ素子４０の大気室５０と、カバー５４内の排気ガスとは、ガスシール部６２により遮断されている。しかし、ガスシール部６２の温度変化により、ガスシール部６２のシール性が変化する。より具体的には、ガスシール部６２の金属部品とタルク材等との間の熱膨張率に差があるため、酸素センサ２４の温度上昇に伴う熱膨張量に差が生じ、ガスシール部６２のシール性が低下する。また、温度上昇に伴い、酸素の拡散速度が大きくなる。したがって、ガスシール部６２の各部品の膨張量の差と、酸素拡散速度の増加とがあいまって、ガスシール部６２の温度が高くなるにつれてリーク量が増加することとなる。大気の排気ガス側へのリーク量が上昇すると、排気ガス中の酸素濃度が変化し、酸素センサ２４の出力はリーン側にずれることとなる。
【００４４】
また、酸素センサ２４は、三元触媒１６の下流の排気管２０内に設置される。したがって検知対象となる排気ガスは、三元触媒１６により浄化されたストイキ近傍のガスである。また、酸素センサ２４は、ストイキ近傍において出力が急変する。このため、ガスシール部６２から排気ガス側にリークする酸素が僅かであっても、そのリークした酸素が酸素センサ２４の出力に与える影響は大きなものとなる。そこで、このシステムは、酸素センサ２４における酸素リーク量を予測して、ベース目標値Ｖbsを補正した値を最終的な制御目標値Ｖtgとして設定する。
【００４５】
図８は、酸素リーク量とガスシール部６２との温度関係を説明するためのグラフである。図８に示すように、ガスシール部６２と酸素リーク量とは相関を有する。より具体的には、ガスシール部６２の温度上昇が進むにつれて酸素リーク量は大きくなる。
【００４６】
図９は、ガスシール部６２の温度と、内燃機関２の冷却水温の温度とを表すグラフである。図９において、横軸は時間（秒）を表し、縦軸左側は冷却水温の温度（℃）、縦軸右側はガスシール部６２の温度（℃）を表す。図９に示すように、ガスシール部６２の温度と内燃機関２の冷却水温とは相関を有する。具体的に、内燃機関２の始動開始から完全暖機までの間は、冷却水温およびガスシール部６２の経過時間に対する温度変化は、比較的急激である。一方、完全暖機後は、冷却水温およびガスシール部６２の温度変化は、完全暖気前に比して非常に緩やかになる。このように、ガスシール部６２の温度と内燃機関２の冷却水温とは連動して変化する。したがって、経過時間と、冷却水温またはガスシール部６２の温度との関係から、冷却水温によりガスシール部６２の温度を予測することができる。
【００４７】
完全暖機前および完全暖気後の何れの場合であっても、経過時間に対する温度変化率は、冷却水温とガスシール部６２の温度との間で異なっている。また、経過時間に対する冷却水温の変化率と、経過時間に対するガスシール部６２の温度の変化率との比も、完全暖機前と、完全暖気後とでは異なっている。したがって、完全暖機前と完全暖機後とでは、冷却水温に対するガスシール部６２の温度変化率は異なるものとなる。
【００４８】
図１０は、酸素リークを考慮した補正値Ｖrevと、冷却水温との関係を表すグラフである。図１０において、横軸は冷却水温を表し、縦軸は補正値Ｖrevを表す。ここで、補正値Ｖrevは、酸素センサ２４のベース目標値Ｖbsから減ずるべき値であり、酸素リーク量により酸素センサ２４に生じる出力のズレを補正する値である。したがって、補正値Ｖrevは酸素リーク量と同様に、ガスシール部６２の温度に比例して変化する値である。上述したように、冷却水温に対するガスシール部６２の温度の変化率は、完全暖機前後で異なる。このため、ガスシール部６２の温度に比例して変化する補正値Ｖrevを、冷却水温に応じた補正値Ｖrevとして表す場合には、補正値Ｖrevの変化率は、完全暖機前後で異なるものとなる。
【００４９】
より具体的に、完全暖機前のガスシール部６２の温度に対する冷却水温の関係から、冷却水温と補正値Ｖrevの関係を算出すると、完全暖機前の補正値Ｖrevのマップは、補正値マップＦ１で表すことができる。一方、完全暖気後のガスシール部６２の温度に対する冷却水温の関係から、完全暖機後における補正値Ｖrevのマップは、補正値マップＦ１とは傾きの異なる補正値マップＦ２で表すことができる。また、冷却水温とガスシール部６２との相関は完全暖機時に切り替わることから、補正値マップＦ１、Ｆ２の交点は完全暖機時となる。制御装置３０は、この補正値マップＦ１、Ｆ２を記憶する。補正値Ｖrevの算出においては、完全暖機前か後かを判断し、完全暖気前においては、補正値マップＦ１を用い、完全暖機後においては、補正値のマップＦ２を用いる。
【００５０】
図１１は、始動時冷却水温ＴＷ０と完全暖機に至るまでの積算吸入空気量との関係を示すグラフである。図１１において、横軸は始動時冷却水温ＴＷ０を表し、縦軸は積算吸入空気量を表す。図１１において積算吸入空気量は、内燃機関２が完全暖機に至るまでに必要な暖機時積算吸入空気量（以下、「暖機ΣＧａ０」と表す）を表す。図１１に示すように、暖機ΣＧａ０は始動時冷却水温ＴＷ０と相関を有する。制御装置３０は、図１１に示す、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０との関係を記憶する。また、制御装置３０は、内燃機関２の積算吸入空気量（以下「積算Ｇａ」と表す）を測定し、積算Ｇａと暖機ΣＧａ０とを比較することにより、完全暖機状態に達したか否かを判断することができる。
【００５１】
[実施の形態１の制御装置による制御目標値の設定]
図１２は、始動時冷却水温記憶ルーチンのフローチャートを示す。制御目標値設定においては、始動時冷却水温ＴＷ０を必要とするため、はじめに、図１２に示すルーチンが実行される。このルーチンでは、まず、内燃機関２のイグニッションスイッチＩＧがONとされた後、５０msecが経過する以前であるか否かが判断される（ステップＳ１２２）。その結果、上記条件の成立が認められる場合は、内燃機関２の始動時判定がなされ、現在の内燃機関２の冷却水温が始動時冷却水温ＴＷ０として記憶される（ステップＳ１２４）。一方、上記条件の成立が認められない場合には、何ら処理が行われることなく今回の処理サイクルが終了される。
【００５２】
図１３は、図５のステップＳ１００の処理として実行されるセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。このルーチンでは、まず、インピーダンスが算出される（ステップＳ１３０）。インピーダンスは、センサ素子４０にインピーダンス検出用電圧を供給して、これに応じて流れるセンサ電流を測定することにより算出される。次に、算出されたインピーダンスに応じて素子温が算出される（ステップＳ１３２）。素子温は、制御装置３０に記憶されたインピーダンスと素子温との関係のマップ（図６参照）に基づいて算出される。次に、ベース目標値Ｖbsが算出される（ステップＳ１３４）。より具体的には、制御装置３０に記憶された、素子温とベース目標値Ｖbsとの関係を表すマップ（図７参照）に基づいて、算出された素子温に応じたベース目標値Ｖbsが設定される。
【００５３】
次に、冷却水温が測定される（ステップＳ１３６）。次に、冷却水温から、なまし値ＴＷ１が算出される（ステップＳ１３８）。なまし値ＴＷ１は、前回、図１３のルーチンが実行された際に記憶された前回冷却水温なまし値ＴＷ２と、今回測定された冷却水温との平均を求めることにより算出される。次に、ステップＳ１３８において算出されたなまし値ＴＷ１が、制御装置３０に前回冷却水温なまし値ＴＷ２として記憶される（ステップＳ１４０）。記憶されたなまし値ＴＷ２は、次回にこのルーチンが実行される際のなまし値の算出に用いられる。
【００５４】
次に、始動時冷却水温ＴＷ０が読み出される（ステップＳ１４２）。次に、積算Ｇａが測定される（ステップＳ１４４）。積算Ｇａは、内燃機関２の始動開始から内燃機関２に吸入された空気の積算量として求められる。次に、暖機ΣＧａ０が読み出される（ステップＳ１４６）。具体的には、制御装置３０に記憶された、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０との関係のマップ（図１１参照）から、ステップＳ１４２において読み出された始動時冷却水温ＴＷ０に応じた値が、暖機ΣＧａ０として読み出される。次に、ステップＳ１４６において測定された積算Ｇａが、暖機ΣＧａ０以下であるか否かが判定される（ステップＳ１４８）。これにより、完全暖機前であるか否かが判定される。
【００５５】
ステップＳ１４８において、積算Ｇａ≦暖機ΣＧａ０の成立が認められた場合には、暖機前であると判定され、補正値マップＦ１（図１０参照）に従って、補正値Ｖrevが算出される（ステップＳ１５０）。より具体的には、制御装置３０に記憶された補正値マップＦ１（図１０参照）に従って、冷却水温のなまし値ＴＷ１に応じた補正値Ｖrevが算出される。一方、ステップＳ１５０において、積算Ｇａ≦暖機ΣＧａ０の成立が認められない場合には、暖気後であると判定され、補正値マップＦ２（図１０参照）に従って、補正値Ｖrevが設定される（ステップＳ１５２）。より具体的には、制御装置３０に記憶された補正値マップＦ２（図１０参照）にしたがって、冷却水温のなまし値ＴＷ１に応じた補正値Ｖrevが算出される。
【００５６】
次に、ステップＳ１３４において算出されたベース目標値Ｖbsと、ステップＳ１５０またはＳ１５２において設定された補正値Ｖrevとから、制御目標値Ｖtgが算出される（ステップＳ１５４）。具体的に制御目標値Ｖtgは、以下の式（２）に基づいて、ベース目標値Ｖbsから、補正値Ｖrevを減算することにより算出される。
Ｖtg＝Ｖbs−rev ・・・・（２）
【００５７】
次に、酸素センサ２４の出力Ｖ２４が検出される（ステップＳ１５６）。より具体的には、制御装置３０は、検出回路によって検出される酸素センサ２４の電極間の電圧を酸素センサの出力Ｖ２４として読み取る。
【００５８】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶ２４が算出される（ステップＳ１５８）。具体的には、ステップＳ１５４において算出された制御目標値Ｖtgと、酸素センサ出力Ｖ２４との偏差ΔＶ２４（即ち、ΔＶ２４＝Ｖtg−Ｖ２４）が算出され、ΔＶ２４から空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶが、次式（３）に基づいて算出される。
ΔＶ＝ＫＰΔＶ２４＋ＫＩ（ΣΔＶ２４）＋ＫＤ（ｄΔＶ２４） ・・・・（３）
なお、式（１）において、ＫＰΔＶ２４は比例項、ＫＩ（ΣΔＶ２４）は積分項、ＫＤ（ｄΔＶ２４）は微分項を表す。また、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤは、各項に対するゲイン係数である。この補正値において、微分項及び比例項は過渡的変動を補正する値であり、積分項は定常的なずれを補正する値である。
【００５９】
以上のように、実施の形態１においては、酸素センサ２４の素子温に応じたベース目標値Ｖbsを、ガスシール部６２の温度上昇による酸素リーク量を考慮して補正する。したがって、特に、検出対象となる排気ガスが希薄で、酸素リークによる影響を受けやすい三元触媒１６下流側の酸素センサ２４においても、より正確な出力を得ることができる。
【００６０】
また、実施の形態１においては、冷却水温とガスシール部６２の温度との相関関係を利用して、ガスシール部６２の温度を推定し、その温度から予測される酸素リーク量に基づいて補正値を算出する。したがって、特にガスシール部６２の温度測定手段を設けることなく、容易にガスシール部６２の温度を推定することができる。しかしながら、この発明においてガスシール部６２の温度推定手段はこれに限るものではなく、他の手段によりガスシール部６２の温度を推定するものであってもよい。また、実施の形態１においては、冷却水温のなまし値ＴＷ１を用いる場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、例えば、測定した冷却水温を、直接、補正値Ｖrevの算出に用いてもよい。
【００６１】
また、冷却水温とガスシール部６２の温度との関係が、内燃機関２の完全暖機前後で変化する。このため、実施の形態１においては、完全暖機前後で、補正値マップを切り替える場合について説明した。これにより、正確に酸素センサ２４の出力を補正することができる。しかし、この発明は、マップの切り替えを行わないものであってもよい。例えば、マップの切り替えを行わずに完全暖機前後に対応できる平均的な補正量のマップを用いることとすれば、ベース目標値Ｖbsに対して、ある程度酸素リーク量を加味した補正をすることができる。また、マップの切り替えを行わないことで、制御をより単純にすることができる。
【００６２】
また、マップの切り替えを行う際の完全暖機時の予測方法として、始動時冷却水温ＴＷ０と暖機ΣＧａ０の関係のマップを用いる場合について説明した。しかし、完全暖機時の予測方法は、これに限るものではなく、他の方法によるものであってもよい。
【００６３】
また、上述したように、下流側の酸素センサ２４は、三元触媒１６で浄化された希薄な排気ガスを測定対象とするため、僅かな酸素のリークによっても、出力ずれを起こしやすい。このため、実施の形態１に説明したような、酸素リークによる出力ずれの補正は、特に下流側の酸素センサ（サブＯ２センサ）に適用すると効果的に空燃比を制御することができる。しかし、この発明における制御は、下流側の酸素センサ２４に限るものではなく、三元触媒１６上流側の空燃比センサや酸素センサ、あるいは他の位置に設置される空燃比センサや酸素センサ等に適用してもよい。これにより、より厳密な空燃比の制御を行うことができる。
【００６４】
また、酸素センサ２４のガスシール部６２は、図３の構造に限るものではない。大気室５０と排気ガス側とは、他の構造のガスシール部により遮断されたものであってもよい。また、基準ガスとして、大気を用いる場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、例えば、大気に代えて、酸素濃度が予め明確になっているガスを、基準ガスとして用いるものであってもよい。また、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００６５】
なお、例えば実施の形態１において、大気室５０、大気側電極４８は、それぞれこの発明の「基準ガス室」、「基準ガス側電極」に該当する。また、例えば実施の形態１において、制御装置３０が図７に示すマップを記憶することにより、「ベース目標値記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３６およびＳ１３８を実行することにより、この発明の「温度推定手段」が実現し、ステップＳ１５０およびＳ１５２を実行することにより、「補正値算出手段」が実現し、ステップＳ１５４を実行することにより、「制御手段」および「ベース目標値補正手段」が実現する。
【００６６】
また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３０およびＳ１３２を実行することにより、この発明の「素子温推定手段」が実現し、ステップＳ１３４を実行することにより、「設定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１３６を実行することにより、この発明の「冷却温度検出手段」が実現し、ステップＳ１３８を実行することにより、「なまし値算出手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、図１０に示すマップを記憶することにより、この発明の「補正値関数記憶手段」が実現する。また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１４８を実行することにより、この発明の「暖機判定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、図１１に示すマップを記憶することにより、この発明の「暖機時積算空気量関数記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１４４を実行することにより、この発明の「積算空気量検出手段」が実現し、ステップＳ１４２を実行することにより、「始動時冷却水温検出手段」が実現し、ステップＳ１４６を実行することにより、「暖機時積算空気量設定手段」が実現する。また、例えば実施の形態１において、ステップＳ１５８を実行することにより、この発明の「偏差算出手段」および「センサ補正量算出手段」が実現し、ステップＳ１１２を実行することにより「上流側センサ補正手段」が実現する。
【００６７】
実施の形態２.
実施の形態２のハードウェア構成は、実施の形態１のハードウェア構成と同じものである。また、実施の形態２の制御装置は、酸素リークによる出力ずれを、センサ出力の値を補正することにより補正する点を除き、実施の形態１と同様の制御を行う。
【００６８】
図１０に示される補正値Ｖrevは、酸素リークによって生じる酸素センサ２４の出力不足分を、ベース目標値Ｖbsから差し引いて、制御目標値Ｖtgを設定するための値である。つまり、酸素センサの出力ずれを、制御の目標値側で補正する値である。しかし、この補正値Ｖrevは、酸素リークによって生じる酸素センサ２４の出力不足分であると捉えることもできる。実施の形態２においては、補正値Ｖrevを出力不足分を補正する値と捉えて、酸素センサ２４の出力に、この補正値Ｖrevを直接加算することにより、酸素センサ２４の出力を補正する。
【００６９】
図１４は、この発明の実施の形態２において、制御装置３０が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。図１４のルーチンは、図５のステップＳ１００において、図１３のルーチンに代えて実行されるルーチンである。また、図１４のルーチンは、ステップＳ１５４、Ｓ１５８を実行せず、ステップＳ１５６の後で、ステップＳ２０２、Ｓ２０４を実行する点を除き、図１３のルーチンと同じものである。
【００７０】
具体的に、ステップＳ２０２においては、ステップＳ１５６において検出されたセンサ出力Ｖ２４が補正される。より具体的には、補正後のセンサ出力*Ｖ２４は、センサ出力Ｖ２４に、ステップＳ１５０またはＳ１５２で算出されたＶrevを加算することにより算出される。補正後のセンサ出力*Ｖ２４は、以下の式（４）により表される。
*Ｖ２４＝Ｖ２４＋Ｖrev ・・・・（４）
【００７１】
次に、上流側の空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶが算出される（ステップＳ２０４）。具体的には、ステップＳ１３４において算出されたベース目標値Ｖbsと、補正後の酸素センサ出力*Ｖ２４との偏差ΔＶ２４（ΔＶ２４＝Ｖbs−*Ｖ２４）が算出され、ΔＶ２４から空燃比センサ２２の出力に対する補正値ΔＶを算出する。実施の形態１のステップＳ１５８と同様に、算出式は式（３）を用いる。
【００７２】
なお、ここで算出される偏差ΔＶ２４は、ベース目標値Ｖbsから、補正後の酸素センサ出力*Ｖ２４を減算したものである。また、ここで、式（４）に示すように、*Ｖ２４＝Ｖ２４＋Ｖrevである。また、式（２）より、Ｖtg＝Ｖbs−Ｖrevである。したがって、算出される偏差ΔＶ２４について、以下の式（５）の関係が成立する。
ΔＶ２４＝Ｖbs−*Ｖ２４＝Ｖbs−（Ｖ２４＋Ｖrev）＝Ｖtg−Ｖ２４ ・・・・（５）
つまり、実施の形態１のように、補正した制御目標値を用いる場合でも、あるいは、実施の形態２のように、センサ出力Ｖ２４を補正する場合であっても、同一の、空燃比センサに対する補正値ΔＶを求めることができる。
【００７３】
なお、例えば実施の形態２において、ステップＳ１５０およびＳ１５２を実行することにより、この発明の「補正値算出手段」が実現し、ステップＳ１５６を実行することにより、この発明の「センサ出力検出手段」が実現し、ステップＳ２０２を実行することにより、「制御手段」および「センサ出力補正手段」実現する。また、例えば実施の形態２において図１０に示すマップを記憶することにより、この発明の「補正値関数記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態２において、制御装置３０が図７のマップを記憶することにより、この発明の「酸素センサ出力目標値記憶手段」が実現する。また、例えば実施の形態２において、ステップＳ２０４を実行することにより、「偏差算出手段」および「上流側センサ出力補正値算出手段」が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】この発明の実施の形態１における空燃比制御装置を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における酸素センサを説明するための模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１における酸素センサを説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１における酸素センサと制御装置との電気的な接続を説明するためのブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する空燃比制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図６】センサ素子温とセンサ素子のインピーダンスとの関係を説明するためのグラフである。
【図７】素子温と空燃比制御のベース目標値との関係を説明するためのグラフである。
【図８】ガスシール部の温度と酸素リーク量との関係を説明するためのグラフである。
【図９】冷却水温とガスシール部の温度との関係を説明するためのグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１における冷却水温に対する補正値を説明するためのグラフである。
【図１１】始動時冷却水温と、完全暖機時の吸入空気量との関係を説明するためのグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する始動時冷却水温記憶ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態１において制御装置が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２において制御装置が実行するセンサ補正値算出ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
２ 内燃機関
４ 吸気ポート
６ 吸気枝管
８ 燃料噴射弁
１２ 排気ポート
１４ 排気マニホルド
１６ 三元触媒
１８ 触媒コンバータ
２０ 排気管
２２ 空燃比センサ
２４ 酸素センサ
３０ 制御装置
４０ センサ素子
４２ 多孔質保護層
４４ 排気ガス側電極
４６ 固体電解質層
４８ 大気側電極
５０ 大気室
５２ ヒータ
５４ カバー
５６ ハウジング
５８ 固体電解質層凸部
６０ ハウジング凸部
６２ ガスシール部
６４ 金属パッキン
６６ 充填部
６８ 絶縁ガラス
７０ 金属リング
７２ ヒータ保持部
７４ センサ素子駆動回路
７６ ローパスフィルタ
７８ Ｄ/Ａコンバータ
８０ マイコン
８２ Ｄ/Ａコンバータ
８４ ヒータ制御回路
Ｖtg 制御目標値
Ｖbs ベース目標値
Ｖrev 補正値
ＴＷ０ 始動時冷却水温
ＴＷ１ 冷却水温なまし値
ＴＷ２ 前回冷却水温なまし値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記排気ガスセンサは、
基準ガスが導入される基準ガス室と
前記基準ガス内に、前記基準ガスに晒されるように配置された基準ガス側電極と、
前記排気経路中に、前記排気ガスに晒されるように配置された排気ガス側電極と、
前記基準ガス室と前記排気経路とを遮断するガスシール部と、を備え、
前記空燃比制御装置は、
前記ガスシール部の温度を推定する温度推定手段と、
前記ガスシール部の温度に基づいて、前記排気ガスセンサの出力ずれを補正する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値を前記空燃比の制御に反映させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
前記温度推定手段は、
前記冷却水温に応じて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記冷却水温のなまし値を算出するなまし値算出手段を備え、
前記温度推定手段は、前記冷却水温として、前記なまし値を用いて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記出力ずれを補正する補正値を、前記内燃機関の暖機前における、前記冷却水温に対する関数として示す第１の補正値関数と、前記内燃機関の暖機後における、前記冷却水温に対する関数として示す第２の補正値関数とを記憶する補正値関数記憶手段と、
前記内燃機関が暖機状態に達したか否かを判定する暖機判定手段と、を備え、
前記補正値算出手段は、
前記内燃機関が暖機状態に達したと判定された場合に、前記第２の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出し、
前記内燃機関が暖機状態に達していないと判定された場合に、前記第１の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記暖機状態に達するのに必要な積算吸入空気量を、始動時冷却水温に対する暖機時積算吸入空気量関数として記憶する暖機時積算空気量関数記憶手段と、
前記内燃機関の積算吸入空気量を検出する積算空気量検出手段と、
前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する始動時水温検出手段と、
前記暖機時積算吸入空気量関数に基づいて、前記始動時水温検出手段に応じた、前記暖機時積算吸入空気量を設定する暖機時積算空気量設定手段と、を備え、
前記暖機判定手段は、前記積算吸入空気量が、前記暖機時積算吸入空気量以上である場合に、前記暖機状態に達したことを判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記排気ガス側電極が目標空燃比に晒された際に、前記排気ガスセンサから発せられるべき出力を、ベース目標値として記憶するベース目標値記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記補正値に基づいて、前記ベース目標値を補正するベース目標値補正手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記ベース目標値記憶手段は、前記ベース目標値を、前記センサ素子の温度に対する、ベース目標値関数として記憶し、
前記排気ガスセンサのセンサ素子の温度を推定する素子温推定手段と、
前記ベース目標値関数に基づいて、前記前記センサ素子の温度に応じた、前記ベース目標値を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記ベース目標値補正手段により補正された制御目標値と、前記酸素センサの出力との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対するセンサ補正量を算出するセンサ補正量算出手段と、
前記センサ補正量に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記排気ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段を備え、
前記制御装置は、前記補正値に基づいて、前記センサ出力を補正するセンサ出力補正手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記内燃機関の空燃比を目標空燃比に制御するための、前記酸素センサの出力目標値を、酸素センサ出力目標値として記憶する酸素センサ出力目標値記憶手段と、
前記センサ出力補正手段により補正されたセンサ出力と、前記酸素センサ出力目標値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対する上流側センサ出力補正値を算出する上流側センサ出力補正値算出手段と、
前記上流側センサ出力補正値に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側空燃比センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気経路に設置され排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサの出力に基づいて、空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記排気ガスセンサは、
基準ガスが導入される基準ガス室と
前記基準ガス内に、前記基準ガスに晒されるように配置された基準ガス側電極と、
前記排気経路中に、前記排気ガスに晒されるように配置された排気ガス側電極と、
前記基準ガス室と前記排気経路とを遮断するガスシール部と、を備え、
前記空燃比制御装置は、
前記ガスシール部の温度を推定する温度推定手段と、
前記ガスシール部の温度に基づいて、前記排気ガスセンサの出力ずれを補正する補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値を前記空燃比の制御に反映させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段を備え、
前記温度推定手段は、
前記冷却水温に応じて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記冷却水温のなまし値を算出するなまし値算出手段を備え、
前記温度推定手段は、前記冷却水温として、前記なまし値を用いて、前記ガスシール部の温度を推定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記出力ずれを補正する補正値を、前記内燃機関の暖機前における、前記冷却水温に対する関数として示す第１の補正値関数と、前記内燃機関の暖機後における、前記冷却水温に対する関数として示す第２の補正値関数とを記憶する補正値関数記憶手段と、
前記内燃機関が暖機状態に達したか否かを判定する暖機判定手段と、を備え、
前記補正値算出手段は、
前記内燃機関が暖機状態に達したと判定された場合に、前記第２の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出し、
前記内燃機関が暖機状態に達していないと判定された場合に、前記第１の補正値関数に基づいて、前記補正値を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記暖機状態に達するのに必要な積算吸入空気量を、始動時冷却水温に対する暖機時積算吸入空気量関数として記憶する暖機時積算空気量関数記憶手段と、
前記内燃機関の積算吸入空気量を検出する積算空気量検出手段と、
前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する始動時水温検出手段と、
前記暖機時積算吸入空気量関数に基づいて、前記始動時水温検出手段に応じた、前記暖機時積算吸入空気量を設定する暖機時積算空気量設定手段と、を備え、
前記暖機判定手段は、前記積算吸入空気量が、前記暖機時積算吸入空気量以上である場合に、前記暖機状態に達したことを判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記排気ガス側電極が目標空燃比に晒された際に、前記排気ガスセンサから発せられるべき出力を、ベース目標値として記憶するベース目標値記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記補正値に基づいて、前記ベース目標値を補正するベース目標値補正手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記ベース目標値記憶手段は、前記ベース目標値を、前記センサ素子の温度に対する、ベース目標値関数として記憶し、
前記排気ガスセンサのセンサ素子の温度を推定する素子温推定手段と、
前記ベース目標値関数に基づいて、前記前記センサ素子の温度に応じた、前記ベース目標値を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記ベース目標値補正手段により補正された制御目標値と、前記酸素センサの出力との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対するセンサ補正量を算出するセンサ補正量算出手段と、
前記センサ補正量に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記排気ガスセンサのセンサ出力を検出するセンサ出力検出手段を備え、
前記制御装置は、前記補正値に基づいて、前記センサ出力を補正するセンサ出力補正手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記排気ガスセンサは、三元触媒下流に配置され、前記三元触媒上流側に配置された上流側空燃比センサの出力を補正する下流側酸素センサであって、
前記内燃機関の空燃比を目標空燃比に制御するための、前記酸素センサの出力目標値を、酸素センサ出力目標値として記憶する酸素センサ出力目標値記憶手段と、
前記センサ出力補正手段により補正されたセンサ出力と、前記酸素センサ出力目標値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差に応じて、前記上流側空燃比センサの出力に対する上流側センサ出力補正値を算出する上流側センサ出力補正値算出手段と、
前記上流側センサ出力補正値に応じて、前記上流側空燃比センサの出力を補正する上流側空燃比センサ補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−９８４５（Ｐ２００７−９８４５Ａ）
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９３９１１（Ｐ２００５−１９３９１１）
【出願日】平成１７年７月１日（２００５．７．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１日（２００５．７．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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