(57)【要約】【課題】水素により酸素センサの検出値が実際の値からずれることによる影響を軽減する。【解決手段】内燃機関１の排気通路２に設けられ拡散律速層を有し排気の空燃比を検出する酸素センサ１１と、酸素センサ１１の検出値を補正する制御装置１０であって、内燃機関１の運転状態が同じ状態の下では、内燃機関１の空燃比が変化したときの酸素センサ１１の応答性が、高いときは低いときよりも、酸素センサ１１の検出値の補正量を空燃比が大きくなる側により大きくする制御装置１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ拡散律速層を有し排気の空燃比を検出する酸素センサと、
前記酸素センサの検出値を補正する制御装置であって、前記内燃機関の運転状態が同じ状態の下では、前記内燃機関の空燃比が変化したときの前記酸素センサの応答性が、高いときは低いときよりも、前記酸素センサの検出値の補正量を空燃比が大きくなる側により大きくする制御装置と、
を備える内燃機関の排気装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられ拡散律速層を有し排気の空燃比を検出する酸素センサと、
前記酸素センサにより検出される空燃比と、比較対象となる空燃比と、を比較した結果に基づいて所定の処理を行う処理装置と、
前記比較対象となる空燃比を補正する制御装置であって、前記内燃機関の運転状態が同じ状態の下では、前記内燃機関の空燃比が変化したときの前記酸素センサの応答性が、高いときは低いときよりも、前記比較対象となる空燃比の補正量を空燃比が小さくなる側により大きくする制御装置と、
を備える内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記制御装置は、排気の水素濃度が高いときは低いときよりも、補正量を大きくする請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときは低いときよりも、補正量を大きくする請求項１または２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記内燃機関の排気の温度が低いときには高いときよりも、補正量を大きくする請求項１，２，４の何れか１項に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気中に含まれるＣＯやＨＣと水（Ｈ２Ｏ）とが反応して水素（Ｈ２）が発生することがある。この水素の影響を酸素センサが受けて、酸素センサによって検出される空燃比（以下、検出空燃比ともいう。）が実際の空燃比（以下、実空燃比ともいう。）からずれてしまうことが知られている。これに対して、排気の水素濃度に基づいて検出空燃比やセンサ出力の応答性を補正する技術が知られている（例えば、特許文献１−３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−００８９２０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４７０９３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８５５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、排気の水素濃度に基づいて検出空燃比を補正しても、なお、水素の影響で検出空燃比が実空燃比からずれる場合がある。すなわち、排気の水素濃度を正確に求め、この水素濃度に基づいて検出空燃比を補正したとしても、水素の影響による検出空燃比と実空燃比とのずれを無くすことは困難であった。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水素により酸素センサの検出値が実際の値からずれることによる影響を軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ拡散律速層を有し排気の空燃比を検出する酸素センサと、前記酸素センサの検出値を補正する制御装置であって、内燃機関の運転状態が同じ状態の下では、前記内燃機関の空燃比が変化したときの前記酸素センサの応答性が、高いときは低いときよりも、前記酸素センサの検出値の補正量を空燃比が大きくなる側により大きくする制御装置と、を備える内燃機関の排気装置である。
【０００７】
酸素センサは、実空燃比が同一であっても排気の水素濃度によって検出空燃比が変化する。ここで、酸素センサは、酸素センサの応答性によって水素の影響の受けやすさが変化することが新たに見出された。酸素センサの応答性は、実際の空燃比が変化してから、酸素センサの検出値がどの程度の速さで変化するのかを示す値である。水素は、排気中に含まれる酸素等の他の分子に比べて分子量が小さいため、酸素センサが有する拡散律速層における拡散速度が速く、拡散律速層を通過しやすい。そうすると、排気が拡散律速層を通過する際の水素の減少量が、他の分子の減少量と比較して少なくなる。このため、排気が拡散律速層を通過すると、他の分子の濃度に対する水素濃度が相対的に高くなる。酸素センサの応答性が高い場合には、水素が拡散律速層をより通過し易くなる。そのため、酸素センサの応答性が高いときは低いときよりも、水素の影響を受け易くなり、検出空燃比がより小さい側にずれる。したがって、内燃機関の運転状態が同じ状態の下では、酸素センサの応答性が、高いときは低いときよりも、酸素センサの検出値の補正量を空燃比が大きくなる側により大きくすることにより、検出空燃比を実空燃比に近付けることができる。
これにより、水素による酸素センサの検出値と実際の値とのずれの影響を軽減することができる。
【０００８】
また、本発明の態様の一つは、内燃機関の排気通路に設けられ拡散律速層を有し排気の空燃比を検出する酸素センサと、前記酸素センサにより検出される空燃比と、比較対象となる空燃比と、を比較した結果に基づいて所定の処理を行う処理装置と、前記比較対象となる空燃比を補正する制御装置であって、内燃機関の運転状態が同じ状態の下では、前記内燃機関の空燃比が変化したときの前記酸素センサの応答性が、高いときは低いときよりも、前記比較対象となる空燃比の補正量を空燃比が小さくなる側により大きくする制御装置と、を備える内燃機関の排気装置である。
【０００９】
検出空燃比を用いた所定の処理を行う場合には、検出空燃比を補正する代わりに、検出空燃比の比較対象となる空燃比を補正することによっても、酸素センサの水素による影響を軽減することができる。所定の処理には、例えば、検出空燃比が目標空燃比に近付くようなフィードバック制御、検出空燃比と閾値とを比較することにより行う装置の異常診断、などを挙げることができる。この場合、目標空燃比や閾値が「比較対象となる空燃比」である。
【００１０】
また、前記制御装置は、排気の水素濃度が高いときは低いときよりも、補正量を大きくすることができる。
【００１１】
排気の水素濃度が高いほど酸素センサの検出値のずれが大きくなるため、これに合わせて酸素センサにより検出される空燃比、または比較対象となる空燃比を補正することにより、水素による酸素センサの検出値のずれの影響を軽減することができる。
【００１２】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の負荷が高いときは低いときよりも、補正量を大きくすることができる。
【００１３】
排気の水素濃度は内燃機関の負荷と相関があり、内燃機関の負荷が高いほど排気の水素濃度が高くなる。したがって、内燃機関の負荷に基づいた補正を行うことにより、水素による酸素センサの検出値のずれの影響を軽減することができる。なお、内燃機関の負荷は、内燃機関の吸入空気量及び空燃比と相関があるため、内燃機関の吸入空気量及び空燃比に基づいて補正量を調整することもできる。
【００１４】
また、前記制御装置は、前記内燃機関の排気の温度が低いときには高いときよりも、補正量を大きくすることができる。
【００１５】
排気の水素濃度は内燃機関の排気の温度と相関があり、排気の温度が低いほど排気の水素濃度が高くなる。したがって、内燃機関の排気の温度に基づいた補正を行うことにより、水素による酸素センサの検出値のずれの影響を軽減することができる。なお、排気の温度が所定温度以上の場合には、排気中にほとんど水素が存在しないので、補正量を０としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水素により酸素センサの検出値が実際の値からずれることによる影響を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る内燃機関と、その吸気系および排気系と、の概略構成を示す図である。
【図２】空燃比センサの検出素子主要部の断面構造を示した図である。
【図３】実際の排気の水素濃度と空燃比センサの検出空燃比のずれ量（検出空燃比ずれ量）との関係を示した図である。
【図４】実際の排気の水素濃度と空燃比センサの検出空燃比のずれ量（検出空燃比ずれ量）との関係を空燃比センサの応答性毎に示した図である。
【図５】応答性と水素濃度と検出空燃比ずれ量との関係を示した図である。
【図６】検出空燃比を補正するときの各種値の推移を示したタイムチャートである。
【図７】係数ＲＥを求めるためのフローチャートである。
【図８】検出空燃比の補正を行うフローを示したフローチャートである。
【図９】目標空燃比の補正を行うフローを示したフローチャートである。
【図１０】目標となる空気過剰率λを排気の水素濃度及び検出空燃比の時定数毎に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る内燃機関１と、その吸気系および排気系と、の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用の内燃機関である。ただし、内燃機関１はディーゼルエンジンであってもよく、ガソリンエンジンであってもよい。内燃機関１には排気通路２が接続されている。排気通路２には、触媒３が設けられている。なお、実施形態において触媒３は必須の構成ではない。
【００２０】
さらに、触媒３よりも上流の排気通路２には、触媒３に流れ込む排気の空燃比を検出する空燃比センサ１１と、触媒３に流れ込む排気の温度を検出する温度センサ１２と、が設けられている。また、内燃機関１には各気筒に夫々燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられている。この空燃比センサ１１は、例えば限界電流式の酸素センサであり、広い空燃比領域に亘って空燃比に略比例した出力を発生させる。なお、空燃比センサ１１は、限界電流式の酸素センサに限らず、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素センサであってもよい。なお、本実施形態においては、空燃比センサ１１が、本発明における酸素センサに相当する。
【００２１】
また、内燃機関１には、吸気通路７が接続されている。吸気通路７には、内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ２３が取り付けられている。
【００２２】
そして、内燃機関１には制御装置（コントローラ）として、電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、内燃機関１や排気浄化装置等を制御する。ＥＣＵ１０には、上述した各種センサの他、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの出力値がＥＣＵ１０に渡される。
【００２３】
ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転速度や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。また、ＥＣＵ１０は、エアフローメータ２３の検出値及び燃料噴射弁６からの燃料噴射量に基づいて、排気の流量を算出することができる。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により燃料噴射弁６が制御される。
【００２４】
ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１によって検出される空燃比（検出空燃比）と、比較対象となる空燃比と、を比較した結果に基づいて所定の処理を行う。例えば、ＥＣＵ１０は
、検出空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁６からの燃料噴射量をフィードバック制御する。また、例えば、ＥＣＵ１０は、検出空燃比と閾値とを比較することにより、燃料噴射弁６の異常診断を行う。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０が所定の処理を行うことにより、本発明における処理装置として機能する。
【００２５】
図２は、空燃比センサ１１の検出素子主要部の断面構造を示した図である。空燃比センサ１１は、大気に通じているＡ室と、排気通路２の内部に通じているＢ室と、を隔てる固体電解質層１０１を備えている。固体電解質層１０１は、ジルコニア（Ｚｒ２Ｏ３）等の多孔質絶縁材料からなる。固体電解質層１０１のＡ室側壁面には、白金からなるＡ室側電極１０２が設けられており、固体電解質層１０１のＢ室側壁面には、白金からなるＢ室側電極１０３が設けられている。Ｂ室側電極１０３の表面は、拡散律速層１０４によって覆われており、排気通路２を流れる排気の一部が、拡散律速層１０４の内部を通過してＢ室側電極１０３に接触する。
【００２６】
このような構成の空燃比センサ１１において、Ａ室側電極１０２とＢ室側電極１０３との間にＥＣＵ１０により所定の電圧が印加されると、この電圧の印加によって空燃比センサ１１に排気中の酸素濃度に応じた電流が流れる。この電流は空燃比と相関があるため、この電流に基づいて空燃比センサ１１は空燃比を検出する。
【００２７】
排気の空燃比が理論空燃比よりも大きな空燃比であるリーン空燃比である場合、燃料と反応せずに排気中に存在している酸素がＢ室側電極１０３での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが固体電解質層１０１の内部をＢ室側電極１０３からＡ室側電極１０２へ向かって移動し、Ａ室側電極１０２に到達すると、そこで電子が離脱され酸素に戻ってＡ室に排出される。このような酸素イオンの移動によって、Ａ室側電極１０２からＢ室側電極１０３へ向かう方向に電流が流れる。
【００２８】
一方、排気の空燃比が理論空燃比よりも小さな空燃比であるリッチ空燃比である場合、上述したリーン空燃比の場合とは逆に、Ａ室内の酸素がＡ室側電極１０２での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが、固体電解質層１０１の内部をＡ室側電極１０２からＢ室側電極１０３へ向かって移動した後、拡散律速層１０４の内部で拡散された排気中の可燃成分（例えば、Ｈ２、ＣＯ、ＨＣなど）との触媒反応によりＣＯ２やＨ２Ｏが生成される。このような酸素イオンの移動によって、Ｂ室側電極１０３からＡ室側電極１０２へ向かう方向に電流が流れる。
【００２９】
このような空燃比センサ１１では、排気中に存在する水素により空燃比の検出誤差が生じる。水素は、排気中に含まれる酸素等の他の分子に比べて分子量が小さいため、拡散律速層１０４における拡散速度が速く、拡散律速層１０４を通過しやすい。すなわち、拡散律速層１０４を排気が通過する際に、水素濃度の低下は比較的小さいが、水素以外の他の分子の濃度の低下は大きくなる。そうすると、Ｂ室側電極１０３の近傍では、実際の排気（空燃比センサ１１に流入する前の排気）よりも、他の分子の濃度に対する水素濃度が相対的に高くなる。これにより、検出空燃比が実空燃比よりも小さくなる。この場合、排気の水素濃度が高いほど、実空燃比に対して検出空燃比が小さくなる。そこで、ＥＣＵ１０は、排気の水素濃度に応じて検出空燃比を補正する。
【００３０】
図３は、実際の排気の水素濃度と空燃比センサ１１の検出空燃比のずれ量（以下、検出空燃比ずれ量ともいう。）との関係を示した図である。検出空燃比ずれ量は、実空燃比から検出空燃比を減算した値を示している。排気の水素濃度が高くなるほど、検出空燃比が小さくなるため、排気の水素濃度が高くなるほど、検出空燃比ずれ量が大きくなる。したがって、排気の水素濃度が高いときには低いときよりも、検出空燃比を補正する際の補正量を空燃比がより大きくなる方向により大きくすることにより、実空燃比と検出空燃比と
の差を小さくすることができる。
【００３１】
しかし、排気の水素濃度に応じた検出空燃比の補正を行っても、検出空燃比が実空燃比からずれることがある。このようなずれは、空燃比センサ１１の応答性と相関があることが新たに見出された。ここで、空燃比センサ１１の応答性によって、水素による検出空燃比のずれやすさが変わる。この空燃比センサ１１の応答性は、個体差もあるが、空燃比センサ１１の使用過程において様々な要因で変化する。例えば、拡散律速層１０４の経時変化、煤による拡散律速層１０４の詰まり等によって、拡散律速層１０４におけるガスの拡散速度が変化し得る。そうすると、Ｂ室側電極１０３に到達する水素の量も経時的に変化し得る。したがって、図３に示した排気の水素濃度と検出空燃比ずれ量との相関が水素の拡散速度によって変化するため、排気の水素濃度に基づいて空燃比センサ１１の検出空燃比を補正しても、実空燃比と検出空燃比とのずれが残る。そこで、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１１の応答性を更に加味して検出空燃比を補正する。
【００３２】
図４は、実際の排気の水素濃度と空燃比センサ１１の検出空燃比のずれ量（検出空燃比ずれ量）との関係を空燃比センサ１１の応答性毎に示した図である。同じ水素濃度で比較した場合、空燃比センサ１１の応答性が高いほど、検出空燃比ずれ量が大きくなる。また、空燃比センサ１１の応答性が同じであれば、排気の水素濃度が高くなるほど、検出空燃比ずれ量が大きくなる。図４に示した関係は実験またはシミュレーション等により求めることができる。
【００３３】
次に、空燃比センサ１１の応答性の求め方について説明する。空燃比センサ１１の応答性は、実空燃比が変化してから検出空燃比がどの程度の速さで変化するのかを示しており、空燃比センサ１１の検出空燃比が変化したときの検出空燃比の時定数と反比例すると考える。なお、単位時間当たりの検出空燃比の変化量を応答性としてもよい。時定数は、検出空燃比が変化したときに、検出空燃比が該検出空燃比の最終値の例えば63.2％に達するまでの時間である。したがって、ＥＣＵ１０は、検出空燃比が変化したときの検出空燃比の推移を随時記憶している。そして、検出空燃比が増加した場合、ＥＣＵ１０は、検出空燃比の増加開始から増加終了までの期間における検出空燃比の変化量を算出し、検出空燃比の増加開始時点から、検出空燃比がその変化量の例えば63.2％に相当する値に達した時点までの時間を時定数として算出する。同様に、検出空燃比が減少した場合には、ＥＣＵ１０は、検出空燃比の減少開始から減少終了までの期間における検出空燃比の変化量を算出し、検出空燃比の減少開始時点から、検出空燃比がその変化量の63.2％に相当する値に達した時点までの時間を時定数として算出してもよい。
【００３４】
なお、検出空燃比が１回上昇または下降したときに算出される時定数に反比例する値を応答性としてもよいが、この場合、外乱の影響が大きくなる。したがって、検出空燃比が複数回（例えば２〜３回）上昇または下降したときに夫々時定数を算出し、その平均値に反比例する値を応答性としてもよい。
【００３５】
空燃比センサ１１の応答性を求めるためには、検出空燃比が変化する必要がある。この検出空燃比の変化は、成り行きによる検出空燃比の変化であってもよく、空燃比センサ１１の応答性を求めるためにＥＣＵ１０が空燃比を制御したことによる検出空燃比の変化であってもよい。また、空燃比センサ１１、触媒３、又はその他の装置の異常診断のためにＥＣＵ１０が空燃比を制御したことによる検出空燃比の変化であってもよい。例えば、減速時等に実施される燃料カットでは、燃料噴射弁６からの燃料噴射が停止されることにより、空燃比が大きく変化する。このような場合に検出空燃比の時定数を精度よく求めることができる。
【００３６】
また、例えば、空燃比を、理論空燃比よりも大きな所定リーン空燃比と、理論空燃比よ
りも小さな所定リッチ空燃比とに交互に複数回変動させるアクティブ制御を実施したときには、空燃比が大きく変動する。このよう場合であっても、空燃比センサ１１の応答性を精度よく求めることができる。なお、空燃比センサ１１の応答性を求めるためにアクティブ制御を実施してもよいが、他の目的（例えば、異常診断）のためにアクティブ制御が実施されたときの検出空燃比を利用して空燃比センサ１１の応答性を求めてもよい。応答性を精度よく算出するためには、空燃比がある程度変化したほうが良い。したがって、応答性を精度よく算出可能なほど空燃比が変化したときに応答性を算出してもよい。
【００３７】
応答性の算出は、内燃機関１の運転状態が所定の変化をしたときに行う。空燃比センサ１１の応答性は、空燃比等の内燃機関１の運転状態の影響を受けるため、内燃機関１の運転状態の変化の影響が応答性に表れないように、同じように内燃機関１の運転状態が変化したときの検出空燃比に基づいて応答性を算出する。なお、内燃機関１の運転状態が所定の変化とは異なる変化をしたときに算出された応答性を、運転状態が所定の変化をしたときの応答性となるように補正してもよい。また、所定の変化にはある程度の幅を持たせてもよいし、所定の変化を複数設定してもよい。
【００３８】
上記のように、空燃比センサ１１の応答性は、検出空燃比が水素によって実空燃比からずれるときのずれやすさと相関がある。そのため、検出空燃比を補正するときに、排気の水素濃度に加えて、空燃比センサ１１の応答性を考慮する。図５は、応答性と水素濃度と検出空燃比ずれ量との関係を示した図である。水素濃度と検出空燃比のずれ量とを一次関数（検出空燃比ずれ量＝ＲＥ・水素濃度）で表している。ここで、ＲＥは、応答性に応じて変わる係数であり、この係数ＲＥは、応答性が高いほど大きくなる。応答性と係数ＲＥとの関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶される。
【００３９】
なお、図５では、水素濃度と検出空燃比ずれ量との関係を簡易的に一時関数で表しているが、これに代えて、図４に示したように実験等によって求まる関係を用いて、水素濃度と検出空燃比ずれ量との相関を得てもよい。
【００４０】
以上のようにして求まる検出空燃比ずれ量を、検出空燃比の補正量として用いる。すなわち、検出空燃比に検出空燃比ずれ量を加算することにより検出空燃比を補正する。検出空燃比の補正は、水素が発生していると推定されるときに行う。なお、上記説明では、検出空燃比に加算して検出空燃比を補正する補正量を求めているが、これに代えて、検出空燃比に乗算して検出空燃比を補正する補正係数を求めるようにしてもよい。
【００４１】
図６は、検出空燃比を補正するときの各種値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、機関回転速度、燃料噴射弁６からの燃料噴射量、検出空燃比、空燃比センサ１１の応答性の算出値、排気の水素濃度の推定値、検出空燃比の補正量を示している。検出空燃比における破線は、補正後の検出空燃比を示しており、検出空燃比における実線は、補正前の検出空燃比を示している。
【００４２】
Ｔ１からＴ２の期間においてアクティブ制御が実施されており、燃料噴射量が同期的に増減されている。これによって、検出空燃比が変動している。この期間の検出空燃比に基づいて空燃比センサ１１の応答性を算出している。
【００４３】
排気の水素濃度は、内燃機関１の負荷と関連性を有することから、内燃機関１の負荷に基づいて排気の水素濃度を推定することができる。内燃機関１の負荷と排気の水素濃度との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておけば、内燃機関１の負荷に基づいて排気の水素濃度を推定することができる。また、排気の水素濃度は、他のパラメータに基づいて推定することもできる。例えば、吸入空気量及び燃料噴射量、または、吸入空気量及び空燃比も排気の水素濃度と関連性を有する。また、排
気温度が高いほど、排気中の水素と酸素とが反応し易くなって水素が減少することから、水素濃度が低下する。したがって、排気温度と水素濃度とにも相関があるため、排気温度に基づいて水素濃度を推定することもできる。この場合、排気温度が低いときには高いときよりも水素濃度が高くなるように推定する。なお、排気の温度が所定温度以上の場合には、水素濃度を０としてもよい。この所定温度は、水素と酸素との反応が進んで排気中に水素が存在しなくなる温度である。これら排気の水素濃度と相関のあるパラメータを複数組み合わせて排気の水素濃度を推定してもよい。このようにして、ＥＣＵ１０は、水素濃度を随時推定する。なお、排気の水素濃度は上記に限らず他の手段により得てもよい。例えば、センサを用いて水素濃度を検出してもよい。
【００４４】
ここで、図５に示したように、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転速度及び機関負荷）が同じであれば（すなわち、水素濃度が同じであれば）、応答性が高いほど、検出空燃比ずれ量が大きくなる。ＥＣＵ１０は、図６におけるＴ１からＴ２の期間において算出された応答性に対応する係数ＲＥを読み込み、Ｔ２以降において推定される水素濃度に係数ＲＥを乗算して検出空燃比ずれ量、すなわち、検出空燃比の補正量を算出する。ＥＣＵ１０は、検出空燃比に検出空燃比ずれ量を加算することにより、検出空燃比を補正する。
【００４５】
図６においてＴ２からＴ３の期間では、水素濃度の推定値が０であるため、係数ＲＥが０となり、検出空燃比の補正量も０となる。Ｔ３以降に機関回転速度及び燃料噴射量が増加して水素濃度の推定値が増加すると、この水素濃度の推定値と、係数ＲＥと、に基づいて、補正量が算出される。そのため、Ｔ３以降では、補正量が水素濃度の推定値に応じて増加している。この補正量にしたがって補正された検出空燃比は、補正前の検出空燃比よりも大きくなる。すなわち、水素の影響により検出空燃比が実空燃比よりも小さくなるため、これを解消するように、検出空燃比が大きくなるように補正される。
【００４６】
図７は、係数ＲＥを求めるためのフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、空燃比センサ１１の応答性は拡散律速層１０４の状況によって変動するので、所定の間隔で係数ＲＥを求めることが好ましい。
【００４７】
ステップＳ１０１では、応答性を求める前提条件が成立しているか否か判定される。燃料カット又はアクティブ制御が開始され、且つ、内燃機関１の運転状態が所定の変化をした場合に、前提条件が成立していると判定される。すなわち、燃料カット又はアクティブ制御が開始された場合には、空燃比センサ１１の時定数を求めることができる状態であるため、燃料カット又はアクティブ制御が開始されたことを前提条件の１つにしている。また、応答性の算出値は、内燃機関１の運転状態の影響を受けるため、内燃機関１の運転状態が所定の変化をしたときに応答性を算出する。すなわち、内燃機関１の運転状態が所定の変化をしたことを前提条件の１つにしている。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。
【００４８】
ステップＳ１０２では、空燃比センサ１１の応答性が算出され、ステップＳ１０３では、係数ＲＥが算出される。空燃比センサ１１の応答性と係数ＲＥとの関係は予めＥＣＵ１０に記憶されている。ステップＳ１０３で求められた係数ＲＥは、水素濃度に乗算して検出空燃比の補正量を求めるための係数ＲＥとしてＥＣＵ１０により記憶される。なお、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、過去に求められた係数ＲＥに基づいて、検出空燃比の補正が行われる。
【００４９】
次に、図８は、検出空燃比の補正を行うフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００５０】
ステップＳ２０１では、排気の水素濃度が読み込まれる。ＥＣＵ１０は、上記のように内燃機関１の負荷、排気温度等のパラメータを用いて排気の水素濃度を随時算出しているため、この値が読み込まれる。
【００５１】
ステップＳ２０２では、水素濃度に応じて検出空燃比の補正が行われる。このときには、ステップＳ２０１で読み込まれた排気の水素濃度に、ステップＳ１０３で算出された係数ＲＥを乗算することにより、検出空燃比ずれ量が算出され、この検出空燃比ずれ量を検出空燃比に加算することにより、検出空燃比の補正が行われる。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ２０２を処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００５２】
このようにして、空燃比センサ１１の応答性及び排気の水素濃度に基づいて、検出空燃比の補正を行うことができるため、より正確な空燃比の取得が可能となる。これにより、補正後の検出空燃比を用いて、精度の高い空燃比制御や精度の高い異常診断を実施することができる。
【００５３】
以上の説明では、検出空燃比の補正を行っているが、これに代えて、空燃比センサ１１を用いた制御時に検出空燃比と比較する空燃比（制御目標値や閾値）を補正してもよい。例えば、空燃比制御における目標空燃比を補正する場合には、空燃比センサ１１の応答性が高いときは低いときよりも、目標空燃比の補正量を空燃比が小さくなる側により大きくする。
【００５４】
ここで、空燃比フィードバック制御時には検出空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁６からの燃料噴射量または吸入空気量が調整される。検出空燃比が排気中の水素によって実際の空燃比からずれている場合には、検出空燃比を補正することにより精度の高い空燃比制御が可能となるが、目標空燃比を補正することによっても同様に精度の高い空燃比制御が可能となる。すなわち、図５に基づいて算出される検出空燃比ずれ量を、検出空燃比に加算する代わりに、目標空燃比から減算しても、空燃比フィードバック制御における燃料噴射量や吸入空気量の調整量は同じになるため、所望の空燃比に調整できることに変わりはない。
【００５５】
図９は、目標空燃比の補正を行うフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００５６】
ステップＳ３０１では、排気の水素濃度が読み込まれる。ＥＣＵ１０は、排気の水素濃度を随時算出しているため、この値が読み込まれる。
【００５７】
ステップＳ３０２では、水素濃度に応じて目標空燃比の補正が行われる。このときには、ステップＳ２０１で読み込まれた排気の水素濃度に、ステップＳ１０３で算出された係数ＲＥを乗算することにより、検出空燃比ずれ量が算出され、この検出空燃比ずれ量を目標空燃比から減算することにより、目標空燃比の補正が行われる。なお、本実施形態においてはＥＣＵ１０がステップＳ３０２を処理することにより、本発明における制御装置として機能する。
【００５８】
図１０は、目標となる空気過剰率λを、排気の水素濃度及び検出空燃比の時定数毎に示した図である。排気の水素濃度が高くなるほど、また、時定数が小さくなるほど（センサの応答性が高くなるほど）、目標となる空気過剰率λが大きくなるように空燃比（燃料噴射量または吸入空気量）を調整する。このように、検出空燃比の代わりに、制御目標値を補正することもできる。
【００５９】
また、検出空燃比と閾値とを比較して、例えば、燃料噴射弁６の異常診断を実施する場合や、各種センサの異常診断を実施する場合、空燃比センサ１１よりも上流に備わる各種装置の異常診断を実施する場合等には、検出空燃比を補正する代わりに閾値を補正してもよい。すなわち、図５に基づいて算出される検出空燃比ずれ量を、検出空燃比に加算する代わりに、閾値から減算しても、空燃比センサ１１の応答性及び水素による影響を軽減することができる。この場合には、空燃比センサ１１の応答性が高いときは低いときよりも、閾値の補正量を空燃比が小さくなる側により大きくする。
【００６０】
以上の説明では排気の水素濃度を推定し、この水素濃度に基づいて検出空燃比、または検出空燃比と比較する空燃比（制御目標値や閾値）の補正を行っているが、排気の水素濃度は必ずしも直接推定する必要はない。例えば、排気の水素濃度と相関のあるパラメータを用いて検出空燃比の補正や、検出空燃比と比較する空燃比（制御目標値や閾値）の補正を行ってもよい。例えば、内燃機関１の負荷は排気の水素濃度と相関があるため、内燃機関１の負荷から検出空燃比の補正を直接行ってもよい。この場合、内燃機関１の負荷と、応答性と、検出空燃比の補正量との関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００６１】
また、例えば、吸入空気量及び空燃比は排気の水素濃度と相関があるため、吸入空気量及び空燃比から検出空燃比の補正を直接行ってもよい。この場合、吸入空気量及び空燃比と、空燃比センサ１１の応答性と、検出空燃比の補正量との関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。同様に、排気温度も排気の水素濃度と相関があるため、排気温度から検出空燃比の補正を直接行ってもよい。この場合、排気温度が低いときには高いときよりも、補正量を大きくする。このような補正を行う場合には、排気温度と、空燃比センサ１１の応答性と、検出空燃比の補正量との関係を、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、排気の温度が所定温度以上の場合には、補正量を０としてもよい。この所定温度は、水素と酸素との反応が進んで排気中に水素が存在しなくなる温度である。また、内燃機関１の負荷、吸入空気量、燃料噴射量、空燃比、排気温度などの水素濃度と相関があるパラメータのうちの２つ以上を組み合わせて検出空燃比の補正を直接行ってもよい。
【００６２】
また、上記説明では、排気の水素濃度及び空燃比センサ１１の応答性に基づいて検出空燃比の補正を行っているが、これに代えて、排気の水素濃度を用いずに検出空燃比の補正を行ってもよい。この場合、空燃比センサ１１の応答性に基づいた検出空燃比の補正を行う。補正に排気の水素濃度を用いない場合、排気の水素濃度を推定する必要がない。また、水素濃度によらずに補正を行うため、排気中に水素が存在しないときも含めて補正を行う。例えば、空燃比センサ１１の応答性を算出し、その応答性に対応する係数ＲＥを求める。そして、内燃機関１の運転状態に関わらず、排気の水素濃度が所定の水素濃度であると仮定して検出空燃比のずれ量を算出し、検出空燃比、または、検出空燃比と比較する空燃比（制御目標値や閾値）の補正を行う。補正量が求まれば、排気の水素濃度によらず、補正量は一定となる。すなわち、補正量は空燃比センサ１１の応答性によって変化するが、排気の水素濃度によっては変化しない。ここでいう所定の水素濃度は、例えば、内燃機関１の運転状態に応じて変化し得る水素濃度の平均値としてもよいし、エミッションが良好となるように定めてもよい。このようにして、水素濃度に基づいた補正を行う必要が無くなるため処理が簡単になる。なお、排気の水素濃度を用いた補正を行う運転領域と、排気の水素濃度を用いない補正を行う運転領域と、を分けてもよい。
【００６３】
また、上記説明では、空燃比センサ１１の応答性（時定数としてもよい）を直接用いて検出空燃比の補正を行っているが、これに代えて、空燃比センサ１１の応答性と相関するパラメータを用いて検出空燃比の補正を行ってもよい。空燃比センサ１１の応答性と相関
するパラメータとして、応答性の基準値と応答性の算出値との差または比を用いてもよい。応答性の基準値は、例えば、空燃比センサ１１の新品時に想定される応答性であり、複数の空燃比センサ１１の新品時の応答性を予め実験またはシミュレーション等により求めて平均値を算出し、この平均値を応答性の基準値として設定しておく。このようにして設定される応答性の基準値は、空燃比センサ１１の個体差に関係なく一定の値であるが、これに代えて、空燃比センサ１１の新品時に実際に求めた応答性をその空燃比センサ１１の基準値として設定してもよい。応答性の基準値と応答性の算出値との差または比、排気の水素濃度、検出空燃比の補正量、との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、検出空燃比、または、検出空燃比と比較する空燃比（制御目標値や閾値）を空燃比センサ１１の応答性に基づいて補正することにより、水素による空燃比センサ１１の検出値のずれの影響を軽減することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  内燃機関
２  排気通路
３  触媒
６  燃料噴射弁
１１  空燃比センサ
【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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【図１０】
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