(57)【要約】【課題】上流側酸素センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御の制御振幅を低振幅化しながら触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大できるようにする。【解決手段】上流側酸素センサ２５のセンサ電極間に定電流を流して上流側酸素センサ２５の出力特性を変更する定電流回路を設ける。下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリッチ側のときには、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせる。これにより、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリーン方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリーン方向に拡大する。一方、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリーン側のときには、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせる。これより、空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリッチ方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリッチ方向に拡大する。【選択図】図１
2014218946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の排出ガスを浄化する触媒（２４）と、該触媒（２４）の上流側の排出ガスの空燃比のリッチ／リーンを検出する上流側センサ（２５）と、前記触媒（２４）の下流側の排出ガスの空燃比を検出又は推定する下流側空燃比取得手段（２６）とを備え、前記上流側センサ（２５）の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置において、
前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更する出力特性変更手段（４８）と、
前記下流側空燃比取得手段（２６）の出力に応じて前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段（４８）を制御する出力特性変更制御手段（３８）と
を備えてい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】
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記下流側空燃比取得手段（２６）の出力が目標値よりもリッチ側のときに前記上流側センサ（２５）の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段（４８）を制御し、前記下流側空燃比取得手段（２６）の出力が前記目標値よりもリーン側のときに前記変曲点をリッチ方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段（４８）を制御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】
前記上流側センサ（２５）は、一対のセンサ電極（４３，４４）間に固体電解質体（４２）が配置されたセンサ素子（４１）を有し、
前記出力特性変更手段（４８）は、前記センサ電極（４３，４４）間に定電流を流して前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記下流側空燃比取得手段（２６）は、前記触媒（２４）の下流側の排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関（１１）の排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置（３１）を備え、
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記ＥＧＲガスの流量に応じて前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段（４８）を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記ＥＧＲガスの流量が所定値よりも多いときに前記上流側センサ（２５）の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段（４８）を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関（１１）の吸気バルブ（２７）と排気バルブ（２８）のうちの少なくとも一方のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング装置（２９，３０）を備え、
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記バルブタイミングの制御量に応じて前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更するように前記出力特性変更手段（４８）を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記バルブタイミングの制御量が所定値よりも大きいときに前記上流側センサ（２５）の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段（４８）を制御することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関（１１）に供給する混合気の空燃比をリーンに制御するリーン燃焼制御を行って前記触媒（２４）の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する触媒暖機制御手段（３８）を備え、
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記触媒暖機制御の実行中に前記上流側センサ（２５）の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせるように前記出力特性変更手段（４８）を制御することを特徴とする請求項１乃至８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】
前記出力特性変更制御手段（３８）は、前記触媒（２４）の暖機が完了したとき又は前記内燃機関（１１）の回転変動が所定値以上になったとき又は前記排出ガスの温度が所定値以上になったときに前記上流側センサ（２５）の出力特性を変更していない通常状態に戻すように前記出力特性変更手段（４８）を制御す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の上流側の排出ガスのリッチ／リーンを検出する上流側センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両では、排気管に排出ガス浄化用の触媒を設置すると共に、この触媒の上流側や下流側に排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、排出ガスセンサの出力に基づいて空燃比をＦ／Ｂ（フィードバック）制御して触媒の排出ガス浄化率を高めるようにしたものがある。
【０００３】
このような空燃比制御システムにおいては、例えば、特許文献１（特許第３８７６６４２号公報）に記載されているように、触媒の上流側の酸素センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御のＰＩＤ制御量を逐次算出することで、空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御振幅の低振幅化と制御周波数の高周波数化を両立して、触媒の排出ガス浄化率を向上させるようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８７６６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の排出ガス浄化率の更なる向上の要求に伴う触媒性能（酸素吸蔵能力等）の向上により、触媒流出ガス（触媒の下流側の排出ガス）の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定することもある。しかし、上流側の酸素センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御では、触媒流入ガス（触媒の上流側の排出ガス）の空燃比を、酸素センサの出力のリッチ／リーンが反転する空燃比（例えば理論空燃比付近）を中心に制御するため、空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガスの空燃比の制御変化幅が小さくなって、触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなる。触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなると、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も狭くなり、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが困難になる。
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上流側センサの出力に基づいた空燃比フィードバック制御の制御振幅を低振幅化しながら触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排出ガスを浄化する触媒（２４）と、この触媒（２４）の上流側の排出ガスの空燃比のリッチ／リーンを検出する上流側センサ（２５）と、触媒（２４）の下流側の排出ガスの空燃比を検出又は推定する下流側空燃比取得手段（２６）とを備え、上流側センサ（２５）の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置において、上流側センサ（２５）の出力特性を変更する出力特性変更手段（４８）と、下流側空燃比取得手段（２６）の出力に応じて上流側センサ（２５）の出力特性を変更するように出力特性変更手段（４８）を制御する出力特性変更制御手段（３８）とを備えた構成としたものである。
【０００８】
上流側センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガス（触媒の上流側の排出ガス）の空燃比の制御変化幅が小さくなるが、本発明は、下流側空燃比取得手段の出力に応じて上流側センサの出力特性を変更することで、上流側センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心（上流側センサの出力のリッチ／リーンが反転する空燃比）を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。これにより、上流側センサの出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御振幅を低振幅化しながら触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。その結果、触媒流出ガス（触媒の下流側の排出ガス）の空燃比の制御領域も拡大することができ、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２はセンサ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は酸素センサの出力特性を示す図である。
【図４】図４は下流側酸素センサ出力に応じた出力特性変更制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図５】図５は外部ＥＧＲ量に応じた出力特性変更制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図６】図６はバルブタイミング制御量に応じた出力特性変更制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図７】図７は出力特性変更制御メインルーチンの処理の流れを示すローチャートである。
【図８】図８は出力特性変更制御ルーチンの処理の流れを示すローチャートである。
【図９】図９は触媒暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１１】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
【００１２】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等を浄化する三元触媒等の触媒２４が設けられている。この触媒２４の上流側には、触媒流入ガス（触媒２４の上流側の排出ガス）の空燃比のリッチ／リーンを検出する上流側酸素センサ２５（上流側センサ）が設けられ、触媒２４の下流側には、触媒流出ガス（触媒２４の下流側の排出ガス）の空燃比のリッチ／リーンを検出する下流側酸素センサ２６（下流側空燃比取得手段）が設けられている。
【００１３】
また、エンジン１１には、吸気バルブ２７のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング装置２９と、排気バルブ２８のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置３０とが設けられている。
【００１４】
更に、エンジン１１には、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置３１が搭載されている。このＥＧＲ装置３１は、排気管２３のうちの触媒２４の上流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側（又はサージタンク１８）との間にＥＧＲ配管３２が接続され、このＥＧＲ配管３２にＥＧＲガス流量（外部ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲ弁３３が設けられている。
【００１５】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３４や、ノッキングを検出するノックセンサ３５が取り付けられている。また、クランク軸３６の外周側には、クランク軸３６が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３７が取り付けられ、このクランク角センサ３７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１６】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３８に入力される。このＥＣＵ３８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００１７】
その際、ＥＣＵ３８は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、上流側酸素センサ２５の出力に基づいて触媒流入ガスの空燃比を上流側目標空燃比（例えば理論空燃比）付近に制御するようにＰＩＤ制御等により燃料噴射量をＦ／Ｂ補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。更に、所定のサブＦ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、下流側酸素センサ２６の出力に基づいて触媒流出ガスの空燃比を下流側目標空燃比付近に制御するように空燃比Ｆ／Ｂ制御を修正するサブＦ／Ｂ制御を実行する。このサブＦ／Ｂ制御では、例えば、空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心（上流側目標空燃比）又はＦ／Ｂ補正量等を修正する。
【００１８】
次に、図２に基づいて上流側酸素センサ２５の構成を説明する。尚、下流側酸素センサ２６の構成は上流側酸素センサ２５の構成と実質的に同一である。
上流側酸素センサ２５は、コップ型構造のセンサ素子４１を有しており、実際には当該センサ素子４１は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン１１の排気管２３内に配設されている。
【００１９】
センサ素子４１において、固体電解質層４２（固体電解質体）は、断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極層４３が設けられ、内表面には大気側電極層４４が設けられている。固体電解質層４２は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層４３，４４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの電極層４３，４４が一対の対向電極（センサ電極）となっている。固体電解質層４２にて囲まれる内部空間は大気室４５となっており、その大気室４５内にはヒータ４６が収容されている。このヒータ４６は、センサ素子４１を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子４１全体が加熱される。センサ素子４１の活性温度は、例えば３５０〜４００℃程度である。尚、大気室４５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持され、大気側電極層４４が大気室４５内の大気に晒されている。
【００２０】
センサ素子４１では、固体電解質層４２の外側（電極層４３側）が排気雰囲気、固体電解質層４２の内側（電極層４４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極層４３，４４間で起電力が発生する。つまり、センサ素子４１では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、センサ素子４１は、排出ガスの酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。
【００２１】
センサ素子４１は、空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近で起電力が急変する特性を有する（図３の実線参照）。具体的には、空燃比がリッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、空燃比がリーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。
【００２２】
図２に示すように、センサ素子４１の排気側電極層４３は接地され、大気側電極層４４にはマイコン４７が接続されている。排出ガスの空燃比（酸素濃度）に応じてセンサ素子４１にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン４７に対して出力される。マイコン４７は、例えばＥＣＵ３８内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。
【００２３】
また、本実施例では、上流側酸素センサ２５の大気側電極層４４に定電流回路４８（出力特性変更手段）が接続され、この定電流回路４８による定電流Ｉｃｓの供給をＥＣＵ３８（マイコン４７）により制御して、上流側酸素センサ２５の一対のセンサ電極４３，４４間（排気側電極層４３と大気側電極層４４との間）に定電流を流すことで、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更するようにしている。
【００２４】
本実施例では、大気側電極層４４→排気側電極層４３の向きに流れる定電流Ｉｃｓを正の定電流とし、排気側電極層４３→大気側電極層４４の向きに流れる定電流Ｉｃｓを負の定電流としている。図３に示すように、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流すと、上流側酸素センサ２５の出力特性がリーン方向にシフトする（上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点がリーン方向にシフトする）ようになっている。一方、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に負の定電流を流すと、上流側酸素センサ２５の出力特性がリッチ方向にシフトする（上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点がリッチ方向にシフトする）ようになっている。
【００２５】
近年の排出ガス浄化率の更なる向上の要求に伴う触媒性能（酸素吸蔵能力等）の向上により、下流側目標空燃比（触媒流出ガスの目標空燃比）を理論空燃比よりもリッチ側に設定することもある。しかし、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御では、触媒流入ガスの空燃比を、上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する空燃比（例えば理論空燃比付近）を中心に制御するため、空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御振幅を低振幅化すると、触媒流入ガスの空燃比の制御変化幅が小さくなって、触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなる。触媒流入ガスの空燃比の制御領域が狭くなると、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も狭くなり、触媒流出ガスの空燃比を下流側目標空燃比に制御することが困難になる。
【００２６】
そこで、本実施例では、ＥＣＵ３８により後述する図７及び図８の出力特性変更制御用の各ルーチンを実行することで、下流側酸素センサ２６の出力に応じて上流側酸素センサ２５の出力特性を変更するように定電流回路４８を制御する。これにより、下流側酸素センサ２６の出力に応じて、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心（上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する空燃比）を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大する。
【００２７】
具体的には、図４に示すように、下流側酸素センサ２６の出力が下流側目標空燃比に相当する目標電圧（例えば０．７Ｖ）よりもリッチ側のときに、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせる（上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリーン方向にシフトさせる）ように定電流回路４８を制御する。これにより、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリーン方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリーン方向に拡大する。
【００２８】
一方、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリーン側のときに、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせる（上流側酸素センサ２５の出力のリッチ／リーンが反転する変曲点をリッチ方向にシフトさせる）ように定電流回路４８を制御する。これより、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリッチ方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリッチ方向に拡大する。
【００２９】
ところで、ＥＧＲ装置３１を備えたシステムでは、外部ＥＧＲ量（ＥＧＲガスの流量）に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ２５の出力特性にずれが生じる。
【００３０】
そこで、本実施例では、外部ＥＧＲ量に応じて上流側酸素センサ２５の出力特性を変更するように定電流回路４８を制御する。これにより、外部ＥＧＲ量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ２５の出力特性にずれが生じるのに対応して上流側酸素センサ２５の出力特性を変更して上流側酸素センサ２５の出力特性を修正する。
【００３１】
具体的には、図５に示すように、外部ＥＧＲ量が所定値よりも多いときに、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。これにより、外部ＥＧＲ量の増加（排出ガス中の水素濃度の増加）による上流側酸素センサ２５の出力特性のリッチ方向のずれを修正する。
【００３２】
また、吸気側可変バルブタイミング装置２９や排気側可変バルブタイミング装置３０を備えたシステムでは、吸気バルブ２７のバルブタイミング進角量や排気バルブ２８のバルブタイミング遅角量に応じてバルブオーバーラップ量が変化して内部ＥＧＲ量（筒内に残留する燃焼ガス量）が変化する。更に、内部ＥＧＲ量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ２５の出力特性にずれが生じる。
【００３３】
そこで、本実施例では、吸気バルブ２７のバルブタイミング進角量と排気バルブ２８のバルブタイミング遅角量との和をバルブタイミング制御量とし、このバルブタイミング制御量に応じて上流側酸素センサ２５の出力特性を変更するように定電流回路４８を制御する。これにより、バルブタイミング制御量に応じて変化する内部ＥＧＲ量に応じて排出ガス中の水素濃度が変化し、それに応じて上流側酸素センサ２５の出力特性にずれが生じるのに対応して上流側酸素センサ２５の出力特性を変更して上流側酸素センサ２５の出力特性を修正する。
【００３４】
具体的には、図６に示すように、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいときに、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。これにより、内部ＥＧＲ量の増加（排出ガス中の水素濃度の増加）による上流側酸素センサ２５の出力のリッチ方向のずれを修正する。
【００３５】
尚、吸気側可変バルブタイミング装置２９のみを備えたシステムの場合には、吸気バルブ２７のバルブタイミング進角量をバルブタイミング制御量とする。また、排気側可変バルブタイミング装置３０のみを備えたシステムの場合には、排気バルブ２８のバルブタイミング進角量をバルブタイミング制御量とする。
【００３６】
また、本実施例では、後述する図９の触媒暖機制御ルーチンを実行することで、触媒暖機要求が発生したときに、触媒２４の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する。この触媒暖機制御では、エンジン１１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン燃焼制御を行うと共に、点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行って、排出ガスの温度を上昇させる。更に、触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。これにより、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比の制御領域をリーン方向にシフトさせて、リーン燃焼制御を精度良く行うことができるようにする。
以下、ＥＣＵ３８が実行する図７乃至図９の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００３７】
［出力特性変更制御メインルーチン］
図７に示す出力特性変更制御メインルーチンは、ＥＣＵ３８の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう出力特性変更制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３８】
その後、上記ステップ１０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたと判定された場合には、ステップ１０２に進み、サブＦ／Ｂ制御が開始されたか否かを判定し、サブＦ／Ｂ制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【００３９】
その後、上記ステップ１０２で、サブＦ／Ｂ制御が開始されたと判定された場合には、ステップ１０３に進み、後述する図８の出力特性変更制御ルーチンを実行することで、下流側酸素センサ２６の出力、外部ＥＧＲ量、バルブタイミング制御量に応じて、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更する。
【００４０】
［出力特性変更制御ルーチン］
図８に示す出力特性変更制御ルーチンは、前記図７の出力特性変更制御メインルーチンのステップ１０３で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧（例えば０．７Ｖ）よりもリッチ側であるか否か（つまり触媒流出ガスの空燃比が下流側目標空燃比よりもリッチであるか否か）を判定する。
【００４１】
このステップ２０１で、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリッチ側であると判定された場合には、ステップ２０２に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す正の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、下流側酸素センサ２６の出力又はサブＦ／Ｂ補正量に応じて変化させるようにしても良い。
【００４２】
一方、上記ステップ２０１で、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリッチ側ではないと判定された場合には、ステップ２０３に進み、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリーン側であるか否か（つまり触媒流出ガスの空燃比が下流側目標空燃比よりもリーンであるか否か）を判定する。
【００４３】
このステップ２０３で、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリーン側であると判定された場合には、ステップ２０４に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す負の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、下流側酸素センサ２６の出力又はサブＦ／Ｂ補正量に応じて変化させるようにしても良い。
【００４４】
尚、上記ステップ２０１と上記ステップ２０３で両方とも「Ｎｏ」と判定された場合（下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧と一致する場合）には、上流側酸素センサ２５の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路４８を制御する。或は、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路４８を制御する（定電流を０にする）ようにしても良い。
【００４５】
この後、ステップ２０５に進み、外部ＥＧＲ量が所定値よりも多いか否かを、例えば、ＥＧＲ弁３３の開度が所定開度よりも大きいか否かによって判定する。
このステップ２０５で、外部ＥＧＲ量が所定値よりも多いと判定された場合には、ステップ２０６に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す正の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、外部ＥＧＲ量（例えばＥＧＲ弁３３の開度）に応じて変化させるようにしても良い。
【００４６】
一方、上記ステップ２０５で、外部ＥＧＲ量が所定値よりも多くはないと判定された場合には、ステップ２０７に進み、外部ＥＧＲ量が所定値よりも少ないか否かを、例えば、ＥＧＲ弁３３の開度が所定開度よりも小さいか否かによって判定する。
【００４７】
このステップ２０７で、外部ＥＧＲ量が所定値よりも少ないと判定された場合には、ステップ２０８に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す負の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、外部ＥＧＲ量（例えばＥＧＲ弁３３の開度）に応じて変化させるようにしても良い。
【００４８】
尚、上記ステップ２０５と上記ステップ２０７で両方とも「Ｎｏ」と判定された場合（外部ＥＧＲ量が所定値と一致する場合）には、上流側酸素センサ２５の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路４８を制御する。或は、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路４８を制御する（定電流を０にする）ようにしても良い。
【００４９】
この後、ステップ２０９に進み、バルブタイミング制御量（例えば吸気バルブ２７のバルブタイミング進角量と排気バルブ２８のバルブタイミング遅角量との和）が所定値よりも大きいか否かを判定する。
【００５０】
このステップ２０９で、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいと判定された場合には、ステップ２１０に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す正の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、バルブタイミング制御量に応じて変化させるようにしても良い。
【００５１】
一方、上記ステップ２０９で、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きくはないと判定された場合には、ステップ２１１に進み、バルブタイミング制御量が所定値よりも小さいか否かを判定する。
【００５２】
このステップ２１１で、バルブタイミング制御量が所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ２１２に進み、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に負の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す負の定電流は、所定値に設定（固定）しても良いし、バルブタイミング制御量に応じて変化させるようにしても良い。
【００５３】
尚、上記ステップ２０９と上記ステップ２１１で両方とも「Ｎｏ」と判定された場合（バルブタイミング制御量が所定値と一致する場合）には、上流側酸素センサ２５の出力特性を現在の状態に維持するように定電流回路４８を制御する。或は、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路４８を制御する（定電流を０にする）ようにしても良い。
【００５４】
［触媒暖機制御ルーチン］
図９に示す触媒暖機制御ルーチンは、ＥＣＵ３８の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう触媒暖機制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ制御がまだ開始されていなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５５】
その後、上記ステップ３０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたと判定された場合には、ステップ３０２に進み、触媒暖機要求が発生しているか否かを、例えば、触媒２４の温度（検出値又は推定値）が活性温度よりも低いか否か等によって判定する。触媒暖機要求が発生していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。
【００５６】
一方、上記ステップ３０２で、触媒暖機要求が発生していると判定された場合には、ステップ３０３に進み、触媒２４の暖機を促進する触媒暖機制御を実行する。この触媒暖機制御では、エンジン１１に供給する混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御するリーン燃焼制御を行うと共に、点火時期を遅角する点火時期遅角制御を行って、排出ガスの温度を上昇させる。
【００５７】
この後、ステップ３０４に進み、触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に正の定電流を流して、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。この場合、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に流す正の定電流は、所定値に設定（固定）する。
【００５８】
この後、ステップ３０５に進み、触媒２４の暖機が完了したか否かを、例えば、触媒２４の温度（検出値又は推定値）が活性温度以上に上昇したか否か、或は、触媒暖機制御を開始してから所定時間以上が経過したか否か等によって判定する。
【００５９】
このステップ３０５で、触媒２４の暖機がまだ完了していないと判定された場合には、ステップ３０６に進み、エンジン回転変動（例えばエンジン回転速度の今回値と前回値との差）が所定値以上であるか否かを判定する。
【００６０】
このステップ３０６で、エンジン回転変動が所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ３０７に進み、排出ガスの温度（検出値又は推定値）が所定値以上であるか否かを判定する。
このステップ３０７で、排出ガスの温度が所定値よりも低いと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００６１】
その後、上記ステップ３０５〜３０７のいずれかで「Ｙｅｓ」と判定された場合には、触媒暖機制御の終了条件が成立したと判断して、ステップ３０８に進み、触媒暖機制御（リーン燃焼制御及び点火時期遅角制御）を終了した後、ステップ３０９に進み、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更していない通常状態に戻すように定電流回路４８を制御する（定電流を０にする）。
この図９のルーチンのステップ３０４及びステップ３０９の処理も特許請求の範囲でいう出力特性変更制御手段としての役割を果たす。
【００６２】
以上説明した本実施例では、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリッチ側のときに、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。これにより、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリーン方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリーン方向に拡大することができる。一方、下流側酸素センサ２６の出力が目標電圧よりもリーン側のときに、上流側酸素センサ２５の出力特性をリッチ方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御する。これより、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心をリッチ方向に変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域をリッチ方向に拡大することができる。
【００６３】
このように、下流側酸素センサ２６の出力に応じて上流側酸素センサ２５の出力特性を変更することで、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比Ｆ／Ｂ制御の制御中心を変更して、触媒流入ガスの空燃比の制御領域を拡大することができる。その結果、触媒流出ガスの空燃比の制御領域も拡大することができ、触媒流出ガスの空燃比を目標空燃比に制御することが可能となる。
【００６４】
また、本実施例では、上流側酸素センサ２５のセンサ電極４３，４４間に定電流を流して上流側酸素センサ２５の出力特性を変更する定電流回路４８を設けるようにしたので、定電流回路４８によりセンサ電極４３，４４間に定電流を流すという簡単な方法で上流側酸素センサ２５の出力特性を変更することができる。しかも、上流側酸素センサ２５の大幅な設計変更やコストアップを招くことなく、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更することができる。
【００６５】
また、本実施例では、外部ＥＧＲ量が所定値よりも多いときに、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御するようにしたので、外部ＥＧＲ量の増加（排出ガス中の水素濃度の増加）による上流側酸素センサ２５の出力特性のリッチ方向のずれを修正することができる。
【００６６】
更に、本実施例では、バルブタイミング制御量に応じて内部ＥＧＲ量が変化することを考慮して、バルブタイミング制御量が所定値よりも大きいときに、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御するようにしたので、内部ＥＧＲ量の増加（排出ガス中の水素濃度の増加）による上流側酸素センサ２５の出力のリッチ方向のずれを修正することができる。
【００６７】
また、本実施例では、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ２５の出力特性をリーン方向にシフトさせるように定電流回路４８を制御するようにしたので、リーン燃焼制御を行う触媒暖機制御の実行中に、上流側酸素センサ２５の出力に基づいた空燃比の制御領域をリーン方向にシフトさせることができ、リーン燃焼制御を精度良く行うことができる。
【００６８】
尚、上記実施例では、上流側酸素センサ２５（センサ素子４１）の大気側電極層４４に定電流回路４８を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、上流側酸素センサ２５（センサ素子４１）の排気側電極層４３に定電流回路４８を接続する構成としたり、或は、排気側電極層４３と大気側電極層４４の両方に定電流回路４８を接続する構成としても良い。
【００６９】
また、上記実施例では、コップ型構造のセンサ素子４１を有する酸素センサ２５を用いた構成としたが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いた構成としても良い。
【００７０】
また、上記実施例では、上流側酸素センサ２５の出力特性を変更するようにしたが、更に、下流側酸素センサ２６のセンサ電極間に定電流を流す定電流回路を設けて、下流側酸素センサ２６の出力特性を変更する構成としても良い。
【００７１】
また、下流側酸素センサ２６に代えて、触媒流出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するセンサ）を設けた構成としても良い。或は、下流側酸素センサ２６を省略して、例えば、触媒２４の性能を模擬したモデルを用いて触媒流出ガスの空燃比を推定する構成としても良い。
【００７２】
その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００７３】
１１…エンジン（内燃機関）、２４…触媒、２５…上流側酸素センサ（上流側センサ）、２６…下流側酸素センサ（下流側空燃比取得手段）、３８…ＥＣＵ（出力特性変更制御手段，触媒暖機制御手段）、４８…定電流回路（出力特性変更手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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