(57)【要約】  内燃機関（２）の排気経路（４）の触媒（６）より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサ（１０）の出力を検出し、下流センサ（１０）の出力に応じて、触媒（６）下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出に際し、下流センサ（１０）の出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサ（１０）の出力と演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関（２）の排気経路（４）の触媒よりも上流側に設置される、下流センサ（１０）と同様のセンサである上流センサ（１０）の出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものである。
2013076842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出する検出手段と、
前記下流センサの出力に応じて、前記触媒下流の排気ガスの空燃比を演算手段と、
を備え、
前記下流センサの出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、
前記下流センサの出力と前記演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、前記下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものであることを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項２】
前記演算手段により演算される空燃比は、
前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
前記上流センサの前記対応関係において該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値であることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項３】
前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
前記下流センサの出力に応じて前記演算手段により演算される空燃比と、前記上流センサの前記対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、前記下流センサの出力の値は前記上流センサの出力の値よりもリーン側の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比検出装置。
【請求項４】
前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、リッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
【請求項６】
前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から５のいずか１項に記載の空燃比検出装置。
【請求項７】
前記演算手段は、
前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて、前記下流センサの出力に応じた空燃比を演算する第１手段と、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合、前記演算された空燃比をリッチ側の空燃比となるように補正する第２手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項８】
前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第２手段は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする請求項７に記載の空燃比検出装置。
【請求項９】
前記内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第２手段は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする請求項７または８に記載の空燃比検出装置。
【請求項１０】
前記内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第２手段は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
【請求項１１】
前記演算手段は、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正する第３手段と、
前記補正された出力に応じて、前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する第４手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項１２】
前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第３手段は、
前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする請求項１１に記載の空燃比検出装置。
【請求項１３】
前記内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第３手段は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする請求項１１または１２に記載の空燃比検出装置。
【請求項１４】
前記内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
前記第３手段は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
【請求項１５】
内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出し、前記下流センサの出力に応じて、前記触媒下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出方法において、
前記下流センサの出力が、理論空燃比に対応する出力を含む所定範囲内にある場合、
前記下流センサの出力と該出力に応じて演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、前記下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係より、リッチ側にずれたものであることを特徴とする空燃比検出方法。
【請求項１６】
前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
該出力に応じて演算される空燃比は、前記上流センサの前記対応関係において該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値であることを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
【請求項１７】
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、前記上流センサの前記対応関係に基づいて前記上流センサの出力に応じて演算された空燃比とが同一であるとき、前記下流センサの出力の値が、前記上流センサの出力の値よりもリーン側の値であることを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
【請求項１８】
前記上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、前記下流センサの出力に応じた空燃比を演算し、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合、前記演算された空燃比を、リッチ側に補正する
ことを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
【請求項１９】
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正し、
前記補正された出力に応じて、前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
【請求項２０】
前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定し、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
ことを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の空燃比検出方法。
【請求項２１】
前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定し、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
ことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項に記載の空燃比検出方法。
【請求項２２】
前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定し、
前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
前記下流センサの出力に応じた空燃比は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
ことを特徴とする請求項１５から２１のいずか１項記載の空燃比検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は空燃比検出装置及び空燃比検出方法に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路の触媒の下流に設置された空燃比センサの出力に基づき空燃比を検出する空燃比検出装置及び空燃比検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の排気経路の触媒の上流及び下流に、それぞれ空燃比センサが設置されたシステムが開示されている。このシステムでは、触媒の上流及び下流の各空燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数が算出され、これを用いた空燃比フィードバック制御が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００５−２４８９１４号公報
【特許文献２】日本特開２００６−２９１８９３号公報
【特許文献３】日本特開２００６−００２５７９号公報
【特許文献４】日本特開２００３−０９７３３４号公報
【特許文献５】日本特開平１１−０９３７４４号公報
【特許文献６】日本特開２００６−０１０５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の排ガス規制等により触媒は高い浄化性能を有するものとなっている。これに伴い、触媒の下流側に流出される排気ガス中の、空燃比センサが検出する成分の濃度は、非常に低いものとなっている。つまり、触媒下流側に配置される空燃比センサは、このように非常に低い濃度の排気ガスの空燃比を検出対象とすることとなる。従って、下流側の空燃比センサでは、例えば、ごく微量の酸素リークが生じている場合にも、その影響を大きく受けて出力がずれることが考えられる。【０００５】
上記従来技術のように、触媒前後に配置された空燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を算出するような場合、下流側の空燃比センサに出力誤差が生じると、補正係数が正しく算出されず、空燃比フィードバック制御の精度が低下する。この点、ごく低濃度のガスを検出対象とする下流側の空燃比センサの出力からも、より正確に空燃比が検出されるシステムが望まれる。【０００６】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、触媒下流の空燃比センサの出力に基づき、より正確に空燃比が検出されるよう改良した空燃比検出装置及び空燃比検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の目的を達成するため、本発明の空燃比検出装置であって、内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出する手段と、下流センサの出力に応じて、触媒下流の排気ガス空燃比を演算する演算手段と、を備える。この空燃比検出装置において、下流センサの出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサの出力と演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものである。【０００８】
あるいはまた、この発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出し、下流センサの出力に基づいて、触媒下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出方法であって、下流センサの出力が、理論空燃比に対応する出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサの出力と該出力に応じて演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係より、リッチ側にずれたものである。【０００９】
なお、上流センサは、必ずしも、同一の内燃機関の排気経路に設置された触媒の上流側の空燃比センサを指すものではない。つまり「上流センサの出力と空燃比との対応関係」は、例えば、下流センサが、仮に触媒上流で用いられるとした場合の、出力と空燃比との対応関係であってもよいし、例えば、実際に同一又は他の内燃機関で用いられている上流センサが下流側センサと同様のセンサである場合に、その上流センサの出力から空燃比を演算する場合に用いられる、出力と空燃比との対応関係であってもよい。【００１０】
また、本発明において、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、上流センサの出力と空燃比との対応関係よりもリッチ側にずれた、とは、下流センサの出力に応じて演算される空燃比が、上流センサの対応関係における該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値となるようにずれたものであってもよい。【００１１】
あるいは、本発明において、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、上流センサの出力と空燃比との対応関係よりもリッチ側にずれた、とは、下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、上流センサの対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、下流センサの出力の値が、上流センサの出力の値よりもリーン側の値となるようにずれたものであってもよい。【００１２】
また、本発明の空燃比検出装置は、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、素子部の温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値となるようにシフトされているものであってもよい。あるいは、素子部の温度に対し複数の温度領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、素子部の温度がある温度領域にある場合に、その温度領域よりも低い温度領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。【００１３】
本発明の空燃比検出装置は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、リッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス流量が少ないほどリッチ側となるように徐々にシフトされているものであってもよい。あるいは、排気ガス流量に対して複数の領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス流量がある領域にある場合に、その領域よりも少ない排気ガス流量の領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。【００１４】
本発明の空燃比検出装置は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス温度が高くなるにつれて、徐々にリッチ側にシフトされているものであってもよい。あるいは、排気ガス温度に対して複数の領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス温度がある温度領域にある場合に、その温度領域よりも低い温度領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。【００１５】
また、本発明において、下流センサの素子部の温度、排気ガス流量、又は、排気ガス温度との関係において、出力と空燃比との関係が「リッチ側にずれている」とは、上記した通り、演算手段により下流センサの出力に応じて演算される空燃比が、上流センサの対応関係における該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値となるようにずれたものでもよいし、演算手段により下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、上流センサの対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、下流センサの出力の値が、上流センサの出力の値よりもリーン側の値となるようにずれたものであってもよい。【００１６】
本発明において、演算手段は、上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、下流センサの出力に応じた空燃比を演算する第１手段と、下流センサの出力が所定範囲内にある場合、演算された空燃比をリッチ側の空燃比となるように補正する第２手段とを備えるものとしてもよい。【００１７】
このように、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、素子部の温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってよいし、素子部の温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。【００１８】
また、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス流量に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に変化するようにしたものでもよい。【００１９】
また、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりも、空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。【００２０】
本発明において、演算手段は、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正する第３手段と、補正された出力に応じて、上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する第４手段と、を備えるものとしてもよい。【００２１】
また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、素子部の温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってよいし、素子部の温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。【００２２】
また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス流量に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に変化するようにしたものでもよい。【００２３】
また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。【００２４】
あるいは、この発明の空燃比検出方法では、まず上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、下流センサの出力に応じた空燃比を演算し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合、演算された空燃比を、リッチ側に補正するものとしてもよい。【００２５】
あるいは、この発明の空燃比検出方法では、まず、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正し、補正された出力に応じて、上流センサの出力と空燃比との対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算するものとしてもよい。【００２６】
この発明の空燃比検出方法は、下流センサの素子部の温度を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、下流センサの出力に応じて演算される空燃比を、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものであってもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、素子部の温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値に徐々にシフトされているものであってもよいし、素子部の温度に対し複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に、空燃比がリッチ側の値となるように設定されたものでもよい。【００２７】
この発明の空燃比検出方法は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合における、下流センサの出力に応じた空燃比を、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものであってもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々にリッチ側の値にシフトされているものであってもよいし、排気ガス流量に対し複数の領域を設定し、この領域ごとに段階的に空燃比がリッチ側の値になるように設定されたものでもよい。【００２８】
この発明の空燃比検出方法は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合における、下流センサの出力に応じた空燃比を、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものでもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値にシフトされているものであってもよいし、排気ガス温度に対し複数の領域を設定し、この領域ごとに段階的に空燃比がリッチ側の値となるように設定されたものであってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
空燃比センサが触媒下流側に配置される場合、空燃比センサの検出する排気ガスの濃度は、理論空燃比近傍では特に薄いものとなる。このため、理論空燃比近傍では、酸素リークによる極僅かな酸素濃度の変化の影響を受け、従来の空燃比センサの出力から求められる空燃比はリーン側にずれやすい。この点、本発明の空燃比検出装置及び空燃比検出方法であれば、空燃比が理論空燃比又はその近傍にある場合に、触媒下流側の空燃比センサの出力と空燃比との関係は、通常よりもリッチ側にシフトされる。これにより、酸素リークによる影響を相殺し、より正確な空燃比を得ることができる。【００３０】
また、例えば、素子部の温度や、排気ガス温度が高くなることで、酸素リーク量が増大すると考えられる。このため、理論空燃比近傍における酸素濃度の変化の影響は、素子部の温度や排気ガス温度が高い場合ほど大きくなる。この点、本発明の素子部の温度や排気ガス温度が高い場合に、出力と空燃比との関係がリッチ側シフトされるものであれば、温度の違いにより異なるリーク量に対応して、そのリークの影響を相殺でき、より正確に空燃比を得ることができる。【００３１】
また、例えば、排気ガス流量が大きくなるほど、下流側の空燃比センサ近傍の排気ガス流量が多くなり、リークした酸素の影響は小さくなる。この点、本発明の排気ガス流量が少ない場合に、演算される空燃比がリッチ側にシフトされるものであれば、排気ガス流量の違いによる、リークした酸素の影響の大きさの違いが考慮され、より正確に空燃比を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における空燃比センサの構成について説明するための模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における上流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３における下流センサの出力と、吸入空気量と、空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態３において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図である。
【図９】本発明の実施の形態４における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態４における下流センサの出力と、温度と、空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において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図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
実施の形態１．
［本実施の形態のシステムの全体構成］
図１は、この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは車両等に搭載されて用いられる。図１において、内燃機関２の排気経路４には三元触媒６が設置されている。三元触媒６は内燃機関２から排出される一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化すると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することにより、排気ガスを浄化する触媒である。
【００３５】
排気経路４の三元触媒６より上流側には空燃比センサ８が設置され、排気経路４の三元触媒６より下流側には空燃比センサ１０が設置されている。両空燃比センサ８、１０は、共に限界電流式の１セル型の空燃比センサであり、排気ガス中に含まれるリーン成分（ＮＯｘ、Ｏ２など）とリッチ成分（ＣＯ、ＨＣなど）との成分濃度に応じた出力を発するセンサである。なお、本実施の形態１では、説明の簡略化のため、以下の実施の形態において、三元触媒６の上流側の空燃比センサ８を「上流センサ」、下流側の空燃比センサ１０を「下流センサ」とも称することとする。
【００３６】
図１のシステムは制御装置１２を備えている。制御装置１２は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する。制御装置１２の出力側には各種アクチュエータが接続され、入力側には空燃比センサ８、１０等の各種センサが接続される。制御装置１２は、各種センサ信号を受けて排気ガスの空燃比や機関回転数、その他内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、制御装置１２に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
【００３７】
［本実施の形態の空燃比センサの構成］
図２は、本発明の実施の形態１の空燃比センサ８、１０の構成について説明するための模式図である。図２では、下流センサ１０を例にとって説明するが、本実施の形態１において上流センサ８と下流センサ１０とは同一の構成を有している。
【００３８】
図２に示されるように、下流センサ１０は素子部１４を備えている。素子部１４は一端が閉じられた管状の構造を有している。管状に形成された素子部１４の内表面には大気側電極（図示せず）が形成されている。管状部の内部には外気が流入する構成となっており、これにより大気側電極は外気に接する。一方、管状部の外表面には排気側電極（図示せず）が形成されている。
【００３９】
素子部１４は、カバー１６に覆われた状態で排気経路４に設置される。カバー１６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。素子部１４の排気側電極は、通気穴からカバー１６内に流入した排気ガスに晒される。
【００４０】
カバー１６は、ハウジング１８により排気経路４の壁面４ａに固定されている。より具体的に、ハウジング１８は、排気経路４に取り付けられる部分においてカバー１６と係合し、カバー１６上縁部をかしめた状態で、下流センサ１０を排気経路壁面４ａに固定して保持している。
【００４１】
カバー１６内部に空気がリークしないように、ハウジング１８内は種々の部材により密閉され、素子部１４が支持されている。具体的に例えば、ハウジング１８内部にはセラミック２０が嵌め込まれ、素子部１４が保持されている。セラミック２０とハウジング１８との隙間には、タルク材２２が埋め込まれている。またセラミック２０上部には、ガラス２４等が配置されている。このように下流側センサ１０の大気側電極（管状部内面）側と、排気側電極側とは遮蔽され、大気側と排気ガス側との間でガスのリークが防止されている。
【００４２】
ところで、上流センサ８と下流センサ１０とは、排気経路４内に設置され、使用時には高温の排気ガスに晒される。このため、大気側と排気ガス側とが隔離された構成となっていても、実際には、図２の矢印（Ａ）に示すように、上記のシール構造となるセラミックやタルク材等をすり抜けて、ごく微量であるが大気がカバー１６内の排気ガス中にリークしている。
【００４３】
［本実施の形態１の上流センサ８の出力と空燃比］
本実施の形態１のシステムにおいて制御装置１２が実行する制御には、上流センサ８及び下流センサ１０それぞれの出力に基づく空燃比の検出と、それを用いた種々の制御が含まれる。空燃比の検出において、上流センサ８及び下流センサ１０それぞれには、所定の電圧が印加される。上流センサ８及び下流センサ１０は、排気ガス中の空燃比センサの出力に影響を与えるリッチ成分及びリーン成分の濃度（以下「成分濃度」とも称する）に応じ、電流値である出力を発する。この電流値と空燃比とは、理論的には相関を有しており、この関係に基づいて、センサ出力から空燃比が求められる。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態１の上流センサ８のセンサ出力と空燃比との対応関係を説明するための図である。図３において、横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。上流センサ８のセンサ出力と空燃比との関係は、通常の限界電流式のセンサと同様のものであり、理論的に求められるものである。上流センサ８において、出力ゼロ点をストイキ（理論空燃比）点とし、出力がゼロより小さくなるに連れて、これに対応する空燃比が小さくなり、よりリッチ側の空燃比を示す。一方、出力がゼロより大きくなるに連れて、これに対応する空燃比が大きくなり、よりリーン側の空燃比を示す。空燃比センサの特性上、ゼロ点を境にその傾きが異なるが、センサ出力と空燃比とはほぼ比例的な関係を示す。
【００４５】
上流センサ８は内燃機関２から排出された、三元触媒６通過前の排気ガスを検出対象としている。従って、排気ガスの成分濃度も高い。このような環境下では、上記のように多少の酸素リークが生じていても、センサ出力への影響はほとんど生じず、酸素のリークは無視することができる。従って、上流センサ８に対しては、図３の理論的な関係に示されるような出力と空燃比との関係が、関数やマップとして制御装置１２に記憶される。実際の使用時には、この関数やマップ等に基づいて、上流センサ８の出力に応じた空燃比が検出される。
【００４６】
［本実施の形態１の下流センサ１０の出力と空燃比］
図４は、本実施の形態１の下流センサ１０のセンサ出力と空燃比との関係を説明するための図である。図４において、横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。
【００４７】
下流センサ１０は三元触媒６よりも下流に設置されており、三元触媒６で浄化された排気ガスを検出対象とする。特に、空燃比がストイキの近傍に制御されている場合、三元触媒６の浄化率も高い。従って、三元触媒６の下流では排気ガス中の各成分が非常に少なく、成分濃度が非常に薄くなっている。このためストイキ近傍では、極僅かにリークする酸素がセンサ出力に影響を与える。その結果、ストイキ近傍では下流センサ１０の出力は実際の排気ガスの空燃比対応した出力よりもリーン側にずれたものとなる。
【００４８】
従って、この酸素リークによるリーン側への出力ずれを修正するため、本実施の形態１では、下流センサ１０の出力に対する空燃比が、上流センサ８の場合（図４中の破線（ａ）参照）に比べて、リッチ側にずれたものとなるように出力と空燃比との関係を設定する。つまり、図４に示されるようなゼロ点を含む所定範囲で、出力と空燃比との関係をリッチ側にずらして設定する。
【００４９】
このような下流センサ１０の出力と空燃比との関係は、実験等により求められる。具体的には、例えば空燃比センサに評価ガスとして、Ｎ２１００％あるいはリッチガスとリーンガスとを当量比で完全燃焼させた、三元触媒６の下流を想定するごく低濃度の評価ガス等を供給し、センサ出力を検出、同様に、このガスから、図４に示されるような所定範囲において、連続的にリッチ側、リーン側に空燃比濃度を変化させ、これに対する出力を検出する。この出力と空燃比との関係に基づいて、下流センサ１０の、所定範囲における出力と空燃比との関係を定める。定められた関係は、予め制御装置１２に記憶する。
【００５０】
実際の制御においては、上流センサ８と下流センサ１０との出力がそれぞれ検出され、上流センサ８及び下流センサ１０に対応して記憶された、それぞれの出力と空燃比との関係（図３、図４参照）に基づいて、それぞれの出力に応じた空燃比が算出される。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態１において下流センサ１０の出力と空燃比との関係性は、ストイキ近傍におけるリークの影響が考慮されたものとなっている。従って、ストイキ近傍であっても、下流センサ１０の出力に応じてより正確に空燃比を検出することができる。従って、例えば、上流センサ８及び下流センサ１０の両出力に基づいて実行される空燃比フィードバック制御や、触媒劣化判定等の制御の精度を向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態１では、下流センサ１０に応じた、出力と空燃比との関係を設定する場合について説明した。この出力と空燃比との関係は、上流センサ８の出力と空燃比との対応関係に対し、ストイキ近傍で同じ出力と空燃比との関係をリッチ側にシフトさせたものとなっている。そして、本実施の形態１では、下流センサ１０に関しても、検出された出力に応じて、予め設定された関係に基づいて、直接的に空燃比が求められるようになっている。
【００５３】
しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、下流センサ１０の出力又は空燃比に対し、ストイキ近傍の空燃比をリッチ側にシフトさせる方向の補正を行うものであってもよい。具体的に、例えば、まず、上流センサ８と下流センサ１０とは、同じ関係性、即ち上流センサ８の出力と空燃比との関係に基づき空燃比を演算する。その上で、ストイキ近傍では、演算された空燃比を下流センサ１０の出力に応じて設定された補正量により補正することにより、下流側の空燃比を求めることができる。
【００５４】
あるいは、例えば、まず、下流センサ１０の出力を、検出された出力よりもリッチ側の出力となるように補正する。この補正された出力に応じて、上流センサ８と同じ出力と空燃比との関係性に基づいて空燃比を算出することで、下流側の空燃比を求めることができる。これら出力に基づく空燃比の演算方法は、以下の実施の形態についても同様に適用される。
【００５５】
また、本実施の形態１では、排気経路４に三元触媒６のみを示し、その上流、下流のそれぞれに空燃比センサ８、１０が配置される場合について説明した。しかし、この発明はこのような構成に限るものではなく、例えば、直列かつ一体的に配置された２つの触媒を有するタンデム触媒を排気経路４に配置したものに適用することもできる。この場合、空燃比フィードバック制御の精度の向上の観点からは、上流センサ８をタンデム触媒上流に配置し、下流センサ１０をタンデム触媒内の２つの触媒の間に配置するのが好ましい。但し、空燃比センサ８、１０の設置位置は必ずしもこれに限られるものではない。これは以下の実施の形態についても同様である。
【００５６】
また、本実施の形態１では、上流センサ８と下流センサ１０とは、同一の構成を有する限界電流式のセンサである場合について説明した。しかし、この発明において、触媒６の上流側のセンサについては、空燃比を検出することができる他のセンサを用いたものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
【００５７】
実施の形態２．
実施の形態２のシステム及び空燃比センサ８、１０は、図１、図２に示したものと同様の構成を有している。実施の形態２のシステムは、下流センサ１０のストイキ近傍の出力と空燃比との関係性が、素子部１４の温度に応じて変更される点を除き、実施の形態１と同じものである。
【００５８】
図５は、本発明の実施の形態２の下流センサ１０の出力と、空燃比との関係を説明するための図である。図５において、横軸はセンサ出力を示し、縦軸は空燃比を示している。また、図５では、実線（ａ）は素子部１４の温度が７５０℃の通常制御温度の場合、実線（ｂ）は、素子部１４の温度が８５０℃の高温の場合を表している。
【００５９】
上述したように素子部１４の排気側（ケース１６内）への空気のリークについては、密閉している種々の部材が高温に晒されることにより生じる変形等が１つの原因となっている。つまり、空燃比センサ８、１０が使用されている温度が高くなるほど、空気のリーク量は多くなる。従って、高温の場合、ストイキ近傍では、下流センサ１０の出力にリークした酸素の影響が、より大きく現れる。
【００６０】
温度に応じたリーク量の変化に対応するため、本実施の形態２では、素子部１４の温度に応じて、リッチ側へのシフト量を変化させる。具体的に、素子部１４の温度に対し、通常制御温度中心とする温度領域と、その温度領域より高い高温の場合の温度領域の２つの温度領域を設定する。その上で、温度領域ごとに、出力と空燃比との関係を定める。なお、この定められた関係において、素子部１４の温度が低温の温度領域にある場合のリッチ側へのシフト量（（ａ）参照）は、素子部１４の温度が高温の温度領域にある場合のシフト量（（ｂ）参照）よりも小さく設定する。つまり、高温である場合の方が、同一出力に対しリッチ側の空燃比を算出するように設定される。
【００６１】
このような温度に応じた具体的なシフト量は、下流センサ１０ごとに、供給する排気ガスの濃度を変化させて、出力を検出する実験を、種々の温度環境下で行うことで求めることができる。このように求められた関係は、制御装置１２に温度と出力と空燃比との関係を定める関係式やマップ等として記憶される。内燃機関２の排気経路４に実際に下流センサ１０を設置して空燃比制御等に用いられる場合には、素子部１４のインピーダンスが検出され、これに基づき素子部１４の温度が推定される。推定された温度と下流センサ１０の出力の値とに応じて、制御装置１２に記憶されたマップに従って、空燃比が演算される。
【００６２】
以上説明したように、実施の形態２によれば、温度の違いによる酸素のリーク量の違いを考慮して、下流センサ１０の出力と空燃比との関係が定義される。従って、リークした酸素による出力の影響をより小さく抑えて、三元触媒下流側においてもより正確に空燃比を把握し、高い精度で種々の制御を実行することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態２では、素子部の温度に対する温度領域を設定し、それぞれの場合に出力と空燃比との関係を定める場合について説明した。この例では、素子部１４の温度が高温の温度領域にある場合、低温の温度領域にある場合にくらべて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、素子部の温度に対する、出力と空燃比の設定方法は、このように２つの温度領域を定めたものに限るものではない。例えば、３段階、あるいはそれより多くの温度領域を設定し、この温度領域それぞれに対応してシフトさせた出力と空燃比との関係を設定し、段階的にリッチ側にシフトするようにしたものであってもよい。
【００６４】
更には、素子部１４の温度が高くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側にシフトされるような設定であってもよい。具体的には、例えば、素子部１４の温度に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、温度に応じた係数と、出力と空燃比との関係から、温度に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
【００６５】
また、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、温度に応じて更に補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、温度に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
【００６６】
また、本実施の形態２では、素子部１４の温度をインピーダンスに基づいて検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他の手段により温度を検出するものであってもよい。具体的には、例えば、素子部１４に温度センサを直接埋め込み、これにより温度を検出するものであってもよい。
【００６７】
実施の形態３．
実施の形態３のシステム及び上流センサ８、下流センサ１０は、図１、図２に説明したものと同一の構成を有している。実施の形態３のシステムは、排気ガスの流量に応じてストイキ近傍での空燃比をシフトさせる点を除き、実施の形態１のシステムと同じ制御を行う。
【００６８】
図６は、本実施の形態３における下流センサ１０の、排気ガス流量ごとの出力と空燃比との関係を説明するための図である。図６において横軸は出力を表し、縦軸は空燃比を表している。また、実線（ａ）側から実線（ｃ）側になるにつれて、排気ガス流量が大きくなった場合の関係を表す。
【００６９】
内燃機関２から排出される排気ガスの量が増加するにつれて、下流センサ１０周囲の排気ガス流量も大きくなり、かつその流速が速くなる。このためリークした酸素が排気ガスの濃度に与える影響は小さくなる。
【００７０】
従って、排気ガス流量が増加するに連れて、実線（ｃ）に示されるように、ストイキ近傍の所定領域でのリッチ側へのシフト量は小さくなる。つまり、所定領域のある出力が検出された場合に、それに基づいて求められる空燃比は、上流センサ８の同一出力に対応する空燃比よりもリッチ側にシフトされたものとなるが、そのシフト量は、排気ガス流量が小さい場合（実線（ａ）、（ｂ））に比べて小さなものとなる。
【００７１】
一方、排気ガス流量が小さい場合には、実線（ａ）に示されるように、ストイキ近傍の所定領域での、リッチ側へのシフト量が大きくなる。この領域内の出力を出した場合に、それに基づいて求められる空燃比は、排気ガス流量が多い場合（実線（ｃ））や、上流センサ８の同一出力に対応する空燃比と比べ、大きくリッチ側に大きくシフトされたものとなる。
【００７２】
図７は、本実施の形態３における、吸入空気量とセンサ出力と空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。なお、図７では、マップのストイキ近傍の所定領域に該当する部分のみを表している。
【００７３】
まず、本実施の形態３では、排気ガス流量に相関を有する値として、吸入空気量を用いる。図７に示すマップでは、吸入空気量を５つの領域にわけ、それぞれの領域ごとに、出力に応じた空燃比が定められている。
【００７４】
図７に示されるように、ストイキ近傍の領域では、同一の出力に対して、吸入空気量が多い領域にある場合ほど、求められる空燃比がリーン側になるように設定されている。また、出力がストイキ近傍よりリッチ側、あるいはリーン側の値になると、その出力に対応して求められる空燃比は、吸入空気量が変化しても変化しない。一方、出力がストイキに近くなるほど、同一出力からも求められる空燃比の、吸入空気量に応じた変化量が大きくなるように設定されている。
【００７５】
このような具体的な関係を定めたマップは、下流センサ１０ごとに、サンプルガスの流量と、空燃比とを変化させながら出力を検出する実験等を行うことで、設定することができる。定められたマップは予め制御装置１２に記憶される。
【００７６】
図８は本発明の実施の形態３において制御装置１２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チャートである。図８の処理は、空燃比の検出が要求された場合において実行されるサブルーチンである。
【００７７】
図８のルーチンでは、下流センサ１０に基づく空燃比の算出処理が要求されると、まず、下流センサ１０の出力が取得される（Ｓ１０２）。次に、吸入空気量が取得される（Ｓ１０４）。ここで吸入空気量は、例えば、内燃機関２の吸気系に設置されたエアフロメータ（図示せず）の出力に基づき検出される。
【００７８】
次に、空燃比が算出される（Ｓ１０６）。空燃比は、ステップＳ１０２で取得されたセンサ出力と、ステップＳ１０４で取得された吸入空気量とに応じ、制御装置１２に予め記憶されたマップに従って算出される。その後今回の処理が終了する。
【００７９】
以上の処理により、下流センサ１０の出力に基づく空燃比は、吸入空気量（排気ガス流量）に応じストイキ近傍の酸素リークの影響を考慮したものとなる。従って、三元触媒６下流の空燃比をより正確に検出することができ、下流センサ１０の出力に応じた空燃比に基づく制御の精度を向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態３では、排気ガス流量と相関を有する値として吸入空気量を用い、吸入空気量に応じたマップを設定する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、排気ガス流量に相関を有する他のパラメータを用いることができる。具体的に例えば、下流センサ１０近傍にセンサを設置して排気ガス流量を直接検出し、これを用いるものであってもよい。
【００８１】
また、本実施の形態３では、排気ガス流量に対し５つ領域を設定し、それぞれの領域と、出力と空燃比との関係を定めたマップを用いる場合について説明した。この例では、排気ガス流量が少ないある領域にある場合、排気ガス流量がその領域より多い領域にある場合に比べて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、排気ガス流量に対する領域の数は、５つに限るものではなく、２又はそれ以上の複数の領域に分けたものであっても良い。
【００８２】
更には、排気ガス流量が多くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側へのシフト量が小さくなるような設定であってもよい。具体的には、例えば、排気ガス流量に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、排気ガス流量に応じた係数と出力と空燃比との関係から、排気ガス流量に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
【００８３】
また、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、排気ガス流量に応じて補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、排気ガス流量に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
【００８４】
また、例えば以上の実施の形態３と、実施の形態２とを組み合わせて、素子部１４の温度、排気ガス流量とに応じて、ストイキ近傍における下流センサ１０の出力と空燃比との関係を、リッチ側にシフトさせるものとすることもできる。
【００８５】
実施の形態４．
実施の形態４のシステム及び空燃比センサ８、１０は、図１、図２に説明したものと同一の構成のものである。実施の形態４のシステムは、出力と空燃比との関係を、排気ガスの温度に応じてシフトさせる点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。
【００８６】
上記の実施の形態２のシステムは、素子部１４のインピーダンスを検出することで、素子部１４の温度を検出し、この温度が高い場合と低い場合とで、シフト量を異なるものとした。これは、下流センサ１０の温度が高くなるほどリーク量が大きくなることに対応するための制御である。
【００８７】
しかしながら、素子部１４のインピーダンスは、下流センサ１０の使用により経年変化する。このため、インピーダンスから算出される素子部１４の温度に誤差が生じることが考えられる。一方、空燃比センサ８、１０の気密部（ハウジング１８等）の温度変化は、排気ガス温度ともある程度の相関を有し、排気ガス温度からも推定することができる。従って、本実施の形態４では、排気温センサ（図示せず）の出力に基づき排気ガス温度を求め、これに応じてシフト量を設定する制御を行う。
【００８８】
但し、下流センサ１０の気密部は、排気経路４にセンサを取り付けるためのねじ部近傍のセンサ内部に構成されている。従って、検出された排気ガス温度を直接用いるのではなく、排気経路の伝熱等を考慮して適合されたなまし処理後の値又は１次応答遅れ計算後の値を、ここでは排気ガス温度として用いるものとする。
【００８９】
なお、なまし処理後の値TEXSiは、次式（１）に従って算出される。
TEXSi＝（TEXSi-1×n＋TEXi）／（n＋1）        ・・・・（１）
ここで、TEXSi、TEXSi-1は、それぞれｉ回目（今回）、i-1回目（前回）に演算された排気ガス温度のなまし値であり、TEXiは、i回目（今回）取得した排気ガス温度であり、nはなまし回数である。
【００９０】
また、１次応答遅れ計算後の値TEXS_2は、次式（２）に従って算出される。
TEXS_2＝K（1−et/T）        ・・・・（２）
ここで、kはゲイン（定数）、eはイクスポネンシャル関数(exponential function)、tは時間、Tは時定数である。
【００９１】
図９は、本発明の実施の形態４において排気ガス温度ごとの、センサ出力と空燃比との関係を説明するための図である。図９において横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。また、実線（ｄ）〜（ｆ）は、各排気ガスの温度におけるセンサ出力と空燃比との関係を表し、実線（ｄ）側から（ｆ）側に行くに連れて排気ガス温度が高い場合をあらわしている。
【００９２】
図９に示されるように、ストイキ近傍の所定領域のある同一出力に対して求められる空燃比は、下流センサ１０の方が、上流センサ８の場合よりもリッチ側の値となるように設定されている。更に図９の実線（ｆ）〜（ｄ）に示されるように、同一の出力に対応する空燃比は、排気ガス温度が低い場合（実線（ｄ）参照）より、排気ガス温度が高い場合（実線（ｆ）参照）の方がリッチ側にシフトされている。
【００９３】
図１０は、本実施の形態４における排気ガス温度とセンサ出力と空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。なお、図１０では、マップのストイキ近傍の所定領域に該当する部分のみを表している。
【００９４】
図１０に示されるマップでは、排気ガス温度に対する５つの温度領域が定められ、この領域ごとに、出力と空燃比との関係が定められている。このマップにおいて、ストイキ近傍の領域では、同一の出力に対して、排気ガス温度が高い領域にある場合ほど、空燃比はリッチになるように設定されている。また、出力がリッチ側、あるいはリーン側の値に偏ると、その出力に対応して求められる空燃比は、排気ガス温度が変化しても変化せず一定値を示す。一方、出力がストイキ（０）に近くなるほど、同一出力からも求められる空燃比の、排気ガス温度に応じた変化量が大きくなるように設定されている。
【００９５】
図１０に示されるような排気ガス温度と出力と空燃比との具体的な関係を定めるマップは、各排気ガス温度下で、濃度とを変化させたサンプルガスを供給して出力を検出する実験等を行うことで設定することができる。設定されたマップは制御装置１２にあらかじめ記憶される。
【００９６】
図１１は本発明の実施の形態４において制御装置１２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チャートである。図１１の処理は、空燃比の検出の要求があった場合において実行されるサブルーチンである。
【００９７】
図１１のルーチンでは、下流センサ１０に基づく空燃比の検出処理が要求されると、まず、下流センサ１０の出力が取得される（Ｓ２０２）。次に、排気ガス温度が取得される（Ｓ２０４）。排気ガス温度は、排気経路４に設置された排気温センサの出力に基づき検出される。
【００９８】
次に、検出された排気ガス温度に対し、なまし処理の値又は１次応答遅れ計算後の値が演算される（Ｓ２０６）。これらの値は、上記式１又は式２に従って算出される。この値が、以下の空燃比の演算における排気ガス温度として用いられる。
【００９９】
次に空燃比が算出される（Ｓ２０８）。空燃比は、ステップＳ２０２で取得されたセンサ出力と、ステップＳ２０６で取得された排気ガス温度とに応じ、制御装置１２に予め記憶されたマップに基づいて算出される。その後今回の処理が終了する。
【０１００】
以上説明したように、本実施の形態４によれば、排気ガス温度によって下流センサ１０の気密部の温度をある程度推定することで、下流センサの経時劣化によるインピーダンスのずれの影響を受けることなく、下流センサ１０の酸素リーク量に応じて空燃比を検出することができる。
【０１０１】
なお、本実施の形態４では、排気ガス温度として、なまし処理後の値または一次応答遅れ計算後の値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、このような処理を行わず、検出された排気ガス温度を直接用いて、空燃比を演算するものであってもよい。
【０１０２】
また本実施の形態４では、排気ガス温度に応じて、シフト量を設定する場合について説明した。しかし、気密部の温度に関連する温度としては、排気ガス温度に限るものではない。例えば、三元触媒の触媒温度に応じてシフト量を設定するものであってもよい。また、排気ガス温度を、内燃機関２の制御パラメータから推定したものであってもよい。
【０１０３】
また、本実施の形態４では、排気ガス温度に対し５つ領域を設定し、それぞれの領域と、出力と空燃比との関係を定めたマップを用いる場合について説明した。この例では、排気ガス温度が高いある領域にある場合、排気ガス温度がその領域より低い領域にある場合に比べて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、排気ガス温度に対する領域の数は、５つに限るものではなく、適宜、領域の数を設定することができる。
【０１０４】
更には、排気ガス温度が高くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側へのシフト量が大きくなるような設定であってもよい。具体的には、例えば、排気ガス温度に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、排気ガス温度に応じた係数と出力と空燃比との関係から、排気ガス温度に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
【０１０５】
また、この発明では、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、排気ガス温度に応じて補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、排気ガス温度に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
【０１０６】
また、実施の形態２では、素子部１４の温度に応じて空燃比がシフトされ、本実施の形態３では、排気ガス流量に応じて空燃比がシフトされ、実施の形態４では、排気ガス温度に応じて空燃比がシフトされる場合について説明した。この発明は、これらを別個独立して行うものに限るものではなく、これらの２つ、あるいは全てを組み合わせて、空燃比を検出するものとしてもよい。
【０１０７】
なお、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、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、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。
【符号の説明】
【０１０８】
２  内燃機関
４  排気経路
４ａ  排気経路壁面
６  三元触媒
８  上流センサ（空燃比センサ）
１０  下流センサ（空燃比センサ）
１２  制御装置
１４  素子部
１６  カバー
１８  ハウジング
２０  セラミック
２２  タルク材
２４  ガラス
【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】
2013076842.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013076842.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月5日(2014.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出する検出手段と、
前記下流センサの出力に応じて、前記触媒下流の排気ガスの空燃比を演算する演算手段と、
を備え、
前記下流センサの出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、
前記下流センサの出力と前記演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、前記下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものであることを特徴とする空燃比検出装置。
【国際調査報告】
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