(57)【要約】【課題】気体燃料の使用時において排気センサの出力特性を適正に変更し、ひいてはセンサ出力特性のずれに起因する不都合の発生を抑制する。【解決手段】エンジンには、第１噴射弁から気体燃料が噴射されるとともに、第２噴射弁から液体燃料が噴射される。排気の空燃比はＯ2センサ１８により検出され、その空燃比に基づいて燃料噴射量が制御される。Ｏ2センサ１８には、センサ素子６１の固体電解質層６２に電流を流してセンサ出力特性を変更する定電流回路７２が接続されている。制御部８０は、筒内に供給される燃料の組成を判定し、その燃料組成に基づいて、定電流回路７２による通電を制御する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも気体燃料の噴射を実施する燃料噴射手段（２１，２２）と、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する排気センサ（１８）とを備える内燃機関（１０）に適用され、前記排気センサの検出結果に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
前記排気センサは、固体電解質体（６２）と一対の電極（６３，６４）とを用いてなる起電力セル（６１）を有し、前記排気中の酸素濃度に応じて起電力を生じさせるものであり、
前記起電力セルにおいて前記固体電解質体に電流を流して前記排気センサの出力特性を変更する通電手段（７２）と、
前記燃料噴射手段により噴射される燃料の組成を判定する組成判定手段（８０）と、
前記組成判定手段により判定した燃料組成に基づいて、前記通電手段による通電を制御する通電制御手段（８０）と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項２】
前記内燃機関の排気部には、排気中のリッチ成分及びリーン成分を浄化する触媒（１９）が設けられており、
前記通電制御手段は、
前記組成判定手段により判定した燃料組成に基づいて、前記触媒において高浄化率が得られる空燃比ウインドウと前記排気センサの出力変曲点との乖離量に相当する通電量を算出する手段と、
該算出した通電量に基づいて前記通電手段による通電を制御する手段と、を有している請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項３】
前記燃料噴射手段として、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁（２１）と、液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁（２２）とを有し、それら各噴射弁から噴射される燃料の同時使用が可能な内燃機関に適用され、
前記組成判定手段は、前記燃料組成の判定として、燃焼室内に供給される燃料について前記気体燃料噴射弁から噴射される気体燃料と前記液体燃料噴射弁から噴射される液体燃料との噴射割合を判定するものであり、
前記通電制御手段は、前記噴射割合に基づいて、前記通電手段による通電を制御する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項４】
前記起電力セルにおける前記一対の電極の一方は起電力出力時に正側となる基準側電極（６４）、他方は起電力出力時に負側となる排気側電極（６３）であり、
前記通電手段は、前記起電力セルにおいて前記固体電解質体を通じて前記排気側電極から前記基準側電極に向けて電流を流すものであり、
前記通電制御手段は、前記液体燃料に対する前記気体燃料の噴射割合が大きいほど、前記排気側電極から前記基準側電極への電流を大きくする請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項５】
前記燃料噴射手段として、気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁（２１）と、液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁（２２）とを有し、それら各噴射弁を用いた燃料噴射を可能とする内燃機関に適用され、
前記組成判定手段は、前記燃料組成の判定として、燃焼室内に供給される燃料が気体燃料を含むものか気体燃料を含まないものかを判定するものであり、
前記通電制御手段は、前記燃焼室内に供給される燃料が気体燃料を含むものであれば、前記通電手段による通電を実施し、気体燃料を含まないものであれば、前記通電手段による通電を実施しない請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項６】
前記排気センサにより検出された空燃比の検出結果と目標空燃比との偏差に基づいてフィードバック補正量を算出し、そのフィードバック補正量を用いて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
前記通電手段における異常の有無を判定する異常判定手段（８０）と、
前記燃料組成の違いに起因する燃料噴射制御の空燃比ずれの対策として、前記異常判定手段により前記通電手段が正常であると判定された場合には、前記通電制御手段による前記通電手段の通電を実施し、前記通電手段が異常であると判定された場合には、前記フィードバック補正量による燃料増減量の調整を実施する制御切替手段（８０）と、
を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【請求項７】
前記制御切替手段は、前記通電手段が正常であると判定された場合に、前記フィードバック補正量を燃料増量側と燃料減量側とで同じフィードバックゲインにより算出し、前記通電手段が異常であると判定された場合に、前記フィードバック補正量を燃料増量側と燃料減量側とで異なるフィードバックゲインにより算出するものである請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用エンジンとして、液体燃料（ガソリン）と気体燃料（ＣＮＧ）との使用を可能とするエンジンが具現化されており、その液体燃料及び気体燃料についてそれら両者の使用比率を適宜調整する技術も各種提案されている。例えば特許文献１に記載の技術では、排気浄化触媒の浄化性能が低下しているか否かを判定し、浄化性能が低下していると判定した場合には、排気エミッションに有利な方の燃料の使用比率を高くするとともに、排気エミッションに有利な方の燃料が最後まで残るように燃料の使用比率を制御することとしている。
【０００３】
また、車両用エンジン等では、排気センサとして、排気中の酸素濃度を検出する起電力出力型のＯ2センサが一般に用いられている。このＯ2センサは、固体電解質体と一対の電極とを有し、排気がリッチかリーンかで異なる起電力信号を出力する起電力セルを有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１１５６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複数の燃料が使い分けられる場合等、燃料組成の変更が行われることがあり得る場合には、使用燃料に応じて排気成分が異なることがあり、例えばＣＮＧ等の気体燃料が使用される際には排気中の水素量が増える。そしてこれにより、排気センサの出力特性が変化し、センサ出力の変曲点がリーン側にずれることが考えられる。この場合、センサ出力特性が意図せず変化することに起因して、排気エミッションの悪化等の不都合の発生が懸念されることになる。つまり、排気センサの検出値を用いてエンジンの空燃比制御が実施される場合において、センサ出力特性のずれに起因して、実空燃比を所望の空燃比に制御することができなくなり、結果として排気ミッションの悪化という不都合を招来する。
【０００６】
本発明は、気体燃料の使用時において排気センサの出力特性を適正に変更し、ひいてはセンサ出力特性のずれに起因する不都合の発生を抑制することができる内燃機関の燃料噴射制御システムを提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００８】
本発明における内燃機関の燃料噴射制御システムは、少なくとも気体燃料の噴射を実施する燃料噴射手段（２１，２２）と、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する排気センサ（１８）とを備える内燃機関（１０）に適用され、前記排気センサの検出結果に基づいて前記燃料噴射手段による燃料噴射量を制御するものである。また、前記排気センサは、固体電解質体（６２）と一対の電極（６３，６４）とを用いてなる起電力セル（６１）を有し、前記排気中の酸素濃度に応じて起電力を生じさせるものである。そして特に、前記起電力セルにおいて前記固体電解質体に電流を流して前記排気センサの出力特性を変更する通電手段（７２）と、前記燃料噴射手段により噴射される燃料の組成を判定する組成判定手段（８０）と、前記組成判定手段により判定した燃料組成に基づいて、前記通電手段による通電を制御する通電制御手段（８０）と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
少なくとも気体燃料を使用する内燃機関では、液体燃料のみを使用する場合とは組成が異なり、その燃料組成に応じて排気センサの出力特性が変化すると考えられる。そして、センサ出力特性の変化に起因して、燃料噴射制御での空燃比ずれが生じることが懸念される。この点、上記構成では、通電手段により起電力セルの固体電解質体に電流を流すことで、気体燃料を使用することに起因する排気センサの出力特性の変化を抑制できる。また特に、燃料の組成を判定するとともに、その燃料組成に基づいて通電手段による通電を制御することで、気体燃料と液体燃料との混合比率等をも考慮して、排気センサの出力特性を変更することが可能となる。その結果、気体燃料の使用時において排気センサの出力特性を適正に変更し、ひいてはセンサ出力特性のずれに起因する不都合の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジン制御システムの全体を示す概略構成図。
【図２】センサ素子の断面構成とセンサ制御系の概略構成とを示す図。
【図３】空気過剰率とセンサ素子の起電力との関係を示す起電力特性図。
【図４】Ｏ2センサの出力特性と排気浄化率との関係を示す図。
【図５】Ｏ2センサ出力と噴射補正量と空気過剰率との関係を示すタイムチャート。
【図６】Ｏ2センサ出力と噴射補正量と空気過剰率との関係を示すタイムチャート。
【図７】Ｏ2センサ出力と噴射補正量と空気過剰率との関係を示すタイムチャート。
【図８】センサ素子におけるガス成分の反応を説明するための概略図。
【図９】定電流制御の処理手順を示すフローチャート。
【図１０】定電流回路の指示電流を設定するための関係図。
【図１１】定電流回路の異常判定の処理手順を示すフローチャート。
【図１２】定電流制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液体燃料であるガソリンとをエンジン燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジンの燃料噴射システムとして具体化している。本システムの全体概略図を図１に示す。
【００１２】
図１に示すエンジン１０は直列３気筒の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポート及び排気ポートには吸気系統１１、排気系統１２がそれぞれ接続されている。吸気系統１１は、吸気マニホールド１３と吸気管１４とを有している。吸気マニホールド１３は、エンジン１０の吸気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１３ａと、その上流側であって吸気管１４に接続される集合部１３ｂとを有している。吸気管１４には、空気量調整手段としてのスロットル弁１５が設けられている。このスロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。また、エンジン１０の吸気ポートには吸気弁が設けられており、吸気弁の開動作により空気と燃料との混合気が気筒２４内（シリンダ内）に導入される。
【００１３】
排気系統１２は、排気マニホールド１６と排気管１７とを有している。排気マニホールド１６は、エンジン１０の排気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の分岐管部１６ａと、その下流側であって排気管１７に接続される集合部１６ｂとを有している。エンジン１０の排気ポートには排気弁が設けられており、排気弁の開動作によりエンジン１０の燃焼後の排気がエンジン１０の各気筒２４内から排気管１７に排出される。
【００１４】
排気管１７には、排気を浄化する触媒１９と、排気の成分を検出する排気センサとしてのＯ2センサ１８とが設けられている。触媒１９は例えば三元触媒よりなる。三元触媒は、周知のとおり排気の有害三成分であるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（ＮＯ等の窒素酸化物）を浄化するものであり、ハニカム状、格子状等をなすセラミックス製の担体に白金、パラジウム、ロジウム等の金属を担持させることで構成されている。この場合、三元触媒ではリッチ成分であるＣＯ、ＨＣが酸化作用により浄化され、リーン成分であるＮＯｘが還元作用により浄化される。Ｏ2センサ１８は、触媒１９の上流側に設けられ、排気の酸素濃度に応じて空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力信号を出力する。
【００１５】
また、エンジン１０の各気筒２４には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒２４内（燃焼室内）に導入された燃料が着火され燃焼に供される。
【００１６】
また、本システムは、エンジン１０に対して燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、気体燃料（ＣＮＧ燃料）を噴射する第１噴射弁２１と、液体燃料（ガソリン）を噴射する第２噴射弁２２とを有している。これら噴射弁２１，２２のうち、第１噴射弁２１は、吸気マニホールド１３の分岐管部１３ａに燃料を噴射するポート噴射式であり、第２噴射弁２２は、エンジン１０の気筒２４内に燃料を直接噴射する直噴式となっている。各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力されるオン／オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁するとともに、通電時間に応じた量の燃料（気体燃料、液体燃料）を噴射する。
【００１７】
ここで、第１噴射弁２１に対して気体燃料を供給する気体燃料供給部４０と、第２噴射弁２２に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部５０とについて説明する。気体燃料供給部４０において、第１噴射弁２１にはガス配管４１を介してガスタンク４２が接続されている。ガス配管４１の途中には、第１噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する圧力調整手段としてのレギュレータ４３が設けられている。レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料が、第１噴射弁２１の噴射圧である所定の設定圧（例えば０．２〜１．０ＭＰａの範囲内の一定圧）になるように減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給される。
【００１８】
ガス配管４１には更に、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時において気体燃料の流通が遮断され、通電時において気体燃料の流通が許容される常閉式である。また、ガス配管４１において、レギュレータ４３の上流側及び下流側にはそれぞれ、燃料圧力を検出する圧力センサ４６ａ，４６ｂと、燃料温度を検出する温度センサ４７ａ，４７ｂとが設けられている。
【００１９】
液体燃料供給部５０において、第２噴射弁２２には、燃料配管５１を介して燃料タンク５２が接続されている。また、燃料配管５１には、燃料タンク５２内の液体燃料を第２噴射弁２２に給送する燃料ポンプ５３が設けられている。
【００２０】
その他、本システムには、エンジン始動時にエンジン１０に初期回転を付与する始動装置としてのスタータ２５が設けられている。
【００２１】
制御部８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２と、ＲＡＭ８３と、バックアップＲＡＭ８４と、インターフェース８５と、双方向バス８６とを備えている。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４及びインターフェース８５は、双方向バス８６によって互いに接続されている。
【００２２】
ＣＰＵ８１は、本システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８１が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ類（マップの他、テーブルや関係式等を含む）、パラメータ等の各種データが予め格納されている。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納する。バックアップＲＡＭ８４は、電源が投入された状態でＣＰＵ８１の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持する。
【００２３】
インターフェース８５は、上述したスロットル開度センサ１５ｂ、Ｏ2センサ１８、圧力センサ４６ａ，４６ｂ、温度センサ４７ａ，４７ｂや、本システムに設けられたその他のセンサ類（クランク角センサ、カム角センサ、エアフロメータ、冷却水温センサ、車速センサ、アクセルセンサ等）と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）をＣＰＵ８１に伝達する。また、インターフェース８５は、スロットルアクチュエータ１５ａ、点火装置２０ａ、各噴射弁２１，２２、タンク主止弁４４、遮断弁４５等の駆動部と電気的に接続されており、ＣＰＵ８１から送出された駆動信号を駆動部に向けて出力することによりこれら駆動部を駆動させる。すなわち、制御部８０は、上述のセンサ類の出力信号等に基づいてエンジン１０の運転状態を取得し、その取得した運転状態に基づいて上述の駆動部の制御を実施する。
【００２４】
具体的には、例えばアクセルセンサにより検出されるアクセル操作量及びクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度等に基づいてエンジン１０の目標空気量を算出し、その算出値に基づいてスロットルアクチュエータ１５ａの駆動を制御する。また、上記エンジン回転速度及びエアフロメータにより検出される吸入空気量（エンジン負荷）等に基づいて燃料噴射量を算出し、その算出値に基づいて各噴射弁２１，２２の駆動を制御する。また、エンジン回転速度及び吸入空気量等に基づいて最適点火時期を算出し、その最適点火時期で点火が行われるように点火装置２０ａの駆動を制御する。
【００２５】
特に燃料噴射量制御に関して、制御部８０は、Ｏ2センサ１８の検出信号に基づいて空燃比のストイキフィードバック制御を実施することとしている。すなわち、制御部８０は、Ｏ2センサ１８により検出される実空燃比がリーンかリッチかに応じてフィードバック補正量を算出し、そのフィードバック補正量により燃料噴射量を増量又は減量させる。そしてこれにより、実空燃比を、目標空燃比であるストイキ（理論空燃比）にフィードバック制御する。なお、触媒１９の下流側にもＯ2センサを設け、その下流側Ｏ2センサの検出値を用いて空燃比のサブフィードバック制御を実施することも可能である。このサブフィードバック制御では、触媒下流側のリーン／リッチの状態に基づいて、燃料噴射量の増減を実施する。
【００２６】
また本実施形態では、気体燃料（ＣＮＧ）と液体燃料（ガソリン）とを同時使用する、いわゆるデュアル噴射の実施を可能としており、このデュアル噴射の実施時には、車両やエンジン１０の状態等に応じて燃料の混合比率（噴射割合も同意）が制御されるようになっている。具体的には、制御部８０は、エンジン１０の回転速度や負荷に応じて燃料の混合比率を調整することとしており、エンジン回転速度又は負荷が大きい場合に、エンジン回転速度又は負荷が小さい場合に比べて気体燃料の混合比率を小さくする。これは、同量の燃料で比べた場合に気体燃料の方が液体燃料よりも体積が大きいことを考慮したものであり、エンジン１０の高回転高負荷時において気体燃料に加えて液体燃料を用いることにより、燃焼サイクル内の限られた期間において適正なる燃料噴射が可能となっている。また、タンク内の燃料残量を監視可能な構成において、例えば、ガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合に、液体燃料の混合比率を増やすようにしたり、燃料タンク５２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合に、気体燃料の混合比率を増やすようにしたりしてもよい。
【００２７】
次に、Ｏ2センサ１８についてその構成を説明する。Ｏ2センサ１８はコップ型構造のセンサ素子６１を有しており、図２にはセンサ素子６１の断面構成を示す。実際には当該センサ素子６１は素子全体が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、排気管１７内に配設されている。センサ素子６１が起電力セルに相当する。
【００２８】
センサ素子６１において、固体電解質層６２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６３が設けられ、内表面には大気側電極６４が設けられている。これら各電極６３，６４は固体電解質層６２の表面に層状に設けられている。固体電解質層６２は、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3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６３，６４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。各電極６３，６４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６２にて囲まれる内部空間は大気室６５（基準室）となっており、その大気室６５内にはヒータ６６が収容されている。ヒータ６６は、センサ素子６１を活性化する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全体が加熱される。Ｏ2センサ１８の活性温度は、例えば５００〜６５０℃程度である。なお、大気室６５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ている。
【００２９】
上記センサ素子６１では、固体電解質層６２の外側（電極６３側）が排気雰囲気、同内側（電極６４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６３，６４間で起電力が発生する。つまり、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。この場合、基準側電極である大気側電極６４からすれば、排気側電極６３の側は酸素が低濃度であり、センサ素子６１において大気側電極６４を正側、排気側電極６３を負側として起電力が発生する。これにより、Ｏ2センサ１８は、排ガスの酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。
【００３０】
図３は、排気の空燃比とセンサ素子６１の起電力との関係を示す起電力特性図である。図３において、横軸は空気過剰率λであり、λ＝１がストイキ（理論空燃比）である。センサ素子６１は、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、ストイキ付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、リッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。
【００３１】
図２において、センサ素子６１の大気側電極６４には制御部８０が接続されており、排気の空燃比（酸素濃度）に応じてセンサ素子６１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（起電力信号）が制御部８０に対して出力される。制御部８０（ＣＰＵ８１）はセンサ素子６１の起電力信号に基づいて空燃比のリッチ／リーン判定を実施し、その判定結果に基づいて燃料噴射量を制御する。
【００３２】
また、制御部８０は、センサ素子６１の活性状態の判定を行うとともに、その判定結果に基づき、駆動部７１を通じてヒータ６６の駆動を制御する。その活性判定及びヒータ制御については周知であるため、ここでは簡単に説明する。制御部８０は、センサ素子６１に印加する電圧又は電流を交流的に変化させ、それに応じて生じる電流変化又は電圧変化を検出する。そして、その電流変化又は電圧変化に基づいてセンサ素子６１の素子抵抗（素子インピーダンス）を算出するとともに、その素子抵抗に基づいてヒータ６６の通電制御を実施する。このとき、センサ素子６１の活性状態（すなわち素子温）と素子抵抗とには相関があり、素子抵抗が所定の目標値に制御されることで、センサ素子６１が所望の活性状態（活性温度５００〜６５０℃となる状態）に維持される。ヒータ制御として、例えば素子温フィードバック制御が実施されるとよい。
【００３３】
ところで、排気中にはＨ2（水素）が存在しており、特にメタンを主成分とするＣＮＧを用いる場合には排気中にＨ2が多く存在する。この場合、Ｈ2はＯ2に比べて移動速度が大きいため、排気中にＨ2とＯ2とが存在していると、Ｏ2センサ１８の排気側電極６３にＯ2よりも先にＨ2が到達し、Ｏ2の電極到達（Ｏ2の検出）が阻害される。そしてそれに起因して、Ｏ2センサ１８においてＯ2検出感度が低下し、空燃比（排気雰囲気）がリーンであるにもかかわらずリッチであると誤検出がなされるおそれが生じる。これを図４を用いて補足説明する。図４において（ａ）はガソリンを燃焼させた場合のＯ2センサ出力特性と排気浄化率とを示し、（ｂ）はＣＮＧを燃焼させた場合のＯ2センサ出力特性と排気浄化率とを示している。なお、図４（ｂ）のＯ2センサ出力特性には比較のためにガソリンの場合の出力特性を一点鎖線にて示している。
【００３４】
ガソリンを燃焼させた場合には、ストイキ（空気過剰率λ＝１）でＯ2センサ１８の出力が急変している。つまり、λ＝１がリッチ／リーンの変曲点となっている。また、触媒１９の排気浄化率により規定されるウインドウ（図の網掛け部分）は概ねλ＝１に合致するものとなっている。
【００３５】
これに対し、ＣＮＧを燃焼させた場合には、ストイキ（空気過剰率λ＝１）よりもリーン側でＯ2センサ１８の出力が急変している。つまり、λ＝１よりもリーン側がリッチ／リーンの変曲点となっている。したがって、触媒１９のウインドウ（浄化特性）とＯ2センサ１８の出力特性（Ｏ2センサ変曲点）との関係がガソリンの場合とは異なることになり、ひいてはＯ2センサ１８の検出値を用いた空燃比フィードバック制御に影響が及ぶ。ＣＮＧを燃焼させた場合、触媒１９の浄化最良点とＯ2センサ１８の出力変曲点との関係が、λに対し数%ずれることも分かっている。
【００３６】
また、ＣＮＧとガソリンとを同時使用する場合（デュアル噴射を行う場合）を想定すると、Ｏ2センサ出力特性はＣＮＧ及びガソリンの混合比率に応じて変化することになり、ＣＮＧの混合比率が大きいほど、リーン側への特性ずれが大きいものとなる。要するに、センサ出力特性は、使用する燃料の組成（混合比率）に応じて変化し、この出力特性の変化により空燃比フィードバック制御に影響が及ぶものとなっている。
【００３７】
図５は、ガソリン比率が高い燃料とＣＮＧ比率が高い燃料とについて、空燃比フィードバック制御を実施した場合の違いを説明するためのタイムチャートである。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、ガソリン比率が高い場合には、空燃比がＯ2センサ変曲点を跨ぐことで出力が変化し、これによりリッチ／リーンの判定が実施される。そして、リッチ／リーンの判定結果に基づいて噴射補正量（フィードバック補正量）が算出される。この場合、リッチ判定されていれば、噴射補正量を所定量ずつ減量側に積分していき、空燃比がリーン側に反転した時点で噴射補正量を増量側にスキップする。また、リーン判定されていれば、噴射補正量を所定量ずつ増量側に積分していき、空燃比がリッチ側に反転した時点で噴射補正量を減量側にスキップする。これにより、空気過剰率λが、λ＝１を中心にしてリッチ側及びリーン側に均等に振幅する。
【００３９】
これに対し、図５（ｂ）に示すように、ＣＮＧ比率が高い場合には、Ｏ2センサ１８の変曲点がリーン側にずれていることで、実際にはリーンでもリッチと判定される（図中のハッチング域は、実際はリーンなのにリッチ判定される領域である）。この場合、実際の空燃比がリーンであるにもかかわらずリッチ判定されることで噴射補正量が減量側にずれ、結果として、空気過剰率λのリーンずれが生じる。
【００４０】
ここで、Ｏ2センサ１８の変曲点のずれに起因する空燃比のリーンずれ対策としては、噴射補正量（フィードバックゲイン）を増量側と減量側とで非対称にすることが考えられる。具体的には、図６に示すように、増量側へのスキップ量ΔＳ１を減量側へのスキップ量ΔＳ２よりも大きくすることにより、制御中心を対策前の制御中心よりもリッチ側にシフトさせる。これにより、Ｏ2センサ変曲点のずれが噴射補正量のリッチ側シフトにより相殺され、空気過剰率λの変動中心がλ＝１となる。
【００４１】
しかしながら、上記のように増量側と減量側とで噴射補正量を非対称にする構成では、フィードバック周期が変わったり、フィードバックによる空燃比変動の振幅が大きくなったりするため、ドライバビリティ悪化の懸念が生じる。
【００４２】
そこで本実施形態では、Ｏ2センサ１８の変曲点のずれに起因する空燃比のリーンずれ対策として、噴射補正量の調整（すなわちフィードバックゲインの調整）を行わず、Ｏ2センサ１８のセンサ素子６１において一対の電極６３，６４の間に所定の電流を流すことでＯ2センサ変曲点のずれを修正することとしている。つまり、センサ素子６１の一対の電極間に所定方向の電流を流すことにより、図７に示すように、噴射補正量をリッチ側にシフトさせることなく、空気過剰率λを、λ＝１を中心にしてリッチ側及びリーン側に均等に振幅させるようにしている。
【００４３】
一対の電極６３，６４の間に電流を流すことで変曲点ずれが修正される（すなわちセンサ出力特性が変更される）原理は以下のとおりである。図８に示すように、Ｏ2センサ１８の排気側電極６３の付近には、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、Ｏ2、Ｈ2がそれぞれ存在しており、特にＣＮＧを燃焼させることで生じるＨ2が排気側電極６３に付着している。そしてその状況下で、固体電解質層６２を通じて大気側電極６４から排気側電極６３に酸素イオンが移動するように、センサ素子６１に電流を流す。すなわち、センサ素子６１において酸素ポンピングを実施する。この場合、排気側電極６３では、固体電解質層６２を通じて排気側電極６３の側に移動した酸素がＨ2と反応し、Ｈ2Ｏが生成される。これにより、排気側電極６３に付着したＨ2が除去され、センサ素子６１におけるＯ2感度が高められる。つまり、Ｏ2センサ変曲点のずれが修正され、実際の空燃比がリーンであるにもかかわらずリッチ判定されるといった不都合が解消される。
【００４４】
次に、Ｏ2センサ１８のセンサ素子６１に所定の電流を流す構成について説明する。図２に示すように、センサ素子６１の大気側電極６４と制御部８０とを電気的に接続する電気経路の途中には通電手段としての定電流回路７２が接続されており、その定電流回路７２は、センサ素子６１において固体電解質層６２を通じて排気側電極６３から大気側電極６４に向けて定電流Ｉｃｓを流すことを可能とするものである。また、定電流回路７２はＰＷＭ駆動部を有しており、ＰＷＭ制御（デューティ制御）による電流量の調整が可能となっている。制御部８０は、都度の通電要求に基づいて定電流回路７２の定電流Ｉｃｓ（通電量）を設定し、そのＩｃｓ相当の電流が流れるよう定電流回路７２を制御する。
【００４５】
本実施形態では、デュアル噴射が実施される場合において、気体燃料（ＣＮＧ）と液体燃料（ガソリン）との混合比率（噴射割合）を燃料組成として判定するとともに、その混合比率に基づいて、定電流回路７２の定電流Ｉｃｓを決定することとしている。また、その定電流Ｉｃｓは、触媒１９のウインドウとＯ2センサ１８の出力変曲点との乖離量に相当する通電量として算出されるものとなっている。
【００４６】
また、上記のとおり定電流回路７２による通電を行うことでＯ2センサ１８の出力特性が変更される構成において、仮に定電流回路７２に異常が生じると、排気エミッションの性能に影響が及ぶ。そこで本実施形態では、制御部８０に、定電流回路７２を対象にして異常判定を実施する異常判定機能を付加している。
【００４７】
異常検出に用いる構成として、図２に示すように排気側電極６３に電流検出用のシャント抵抗７３を接続し、そのシャント抵抗７３に流れる電流を電流検出部７４により検出する。電流検出部７４は、例えばオペアンプ等を用いてなる差動増幅回路により構成されるとよい。この場合、シャント抵抗７３及び電流検出部７４によれば、定電流回路７２により流れる実電流量が検出され、制御部８０ではその実電流量に基づいて定電流回路７２の異常判定を実施する。
【００４８】
また本実施形態では、定電流回路７２が異常か否かに応じて、空燃比制御のフィードバックゲインの変更を行うこととしており、定電流回路７２が正常である場合には、増量側と減量側とでフィードバックゲインを同一にする制御を行い（図７参照）、定電流回路７２が異常である場合には、増量側と減量側とでフィードバックゲインを異ならせる制御を行うようにしている（図６参照）。言うなれば、定電流回路７２の正常時には、センサ素子６１に定電流を流すことでＯ2センサ１８の変曲点ずれ（特性誤差）の対処を行い、定電流回路７２の異常時には、フィードバックゲインを調整することでＯ2センサ１８の変曲点ずれ（特性誤差）の対処を行うようにしている。
【００４９】
次に、定電流回路７２の定電流制御と異常判定の各処理について説明する。図９は、定電流制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部８０により所定周期で繰り返し実施される。
【００５０】
図９において、ステップＳ１１では、定電流制御の実施条件が成立しているか否かを判定する。その実施条件には、例えば、Ｏ2センサ１８及び定電流回路７２が共に正常であることが含まれる。そして、ステップＳ１１がＹＥＳなら、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１１がＮＯの場合には、そのまま本処理を終了する。つまり、定電流回路７２が異常である場合には定電流回路７２によるセンサ素子６１の通電が実施されないようになっている。
【００５１】
ステップＳ１２では、気体燃料（ＣＮＧ）と液体燃料（ガソリン）との混合比率を読み込む。この混合比率は、図示しない燃料噴射制御処理において、エンジン運転状態等に基づいて算出されたものであり、各噴射弁２１，２２の実際の噴射割合に相当する。その後、ステップＳ１３では、燃料の混合比率に基づいて定電流回路７２への指示電流（Ｉｃｓ）の設定を行う。このとき、例えば図１０の関係に基づいて指示電流が設定される。図１０では、燃料のＣＮＧ比率が大きいほど、指示電流として大きな電流値が設定される。指示電流は、触媒１９のウインドウとＯ2センサ１８の出力変曲点との乖離量に相当する通電量として算出される。
【００５２】
その後、ステップＳ１４では、ステップＳ１３で設定した指示電流がセンサ素子６１に流れるようにすべく定電流回路７２の制御（通電制御）を実施する。
【００５３】
図１１は定電流回路７２の異常判定の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は制御部８０により所定周期で繰り返し実施される。
【００５４】
図１１において、ステップＳ２１では、異常判定の実施条件が成立しているか否かを判定する。その実施条件には、例えばセンサ素子６１が活性状態にあること、すなわちセンサ素子６１の温度（素子温）が所定の活性温度以上であることが含まれる。そして、ステップＳ２１がＹＥＳであれば、ステップＳ２２に進む。
【００５５】
ステップＳ２２では、現時点における定電流回路７２に対する指示電流と、シャント抵抗７３及び電流検出部７４により検出された実電流とを読み込む。このとき、指示電流の切替が行われた直後であれば、実電流が収束するのを待って実電流の検出及び読み込みが行われる。具体的には、指示電流の切替から所定時間の経過後に実電流が検出され、その検出値が制御部８０に読み込まれる。
【００５６】
続くステップＳ２３では、指示電流と実電流とを比較し、これら両者の差（絶対値）が所定の判定値Ｋよりも小さいか否かを判定する。なお、判定値Kは、回路公差（例えばセンサＩＣの公差）を考慮して定められているとよい。そして、｜指示電流−実電流｜＜ＫであればステップＳ２４で定電流回路７２が正常である旨を判定する。また、続くステップＳ２５では、空燃比制御のフィードバックゲインを、増量側と減量側とで同一にする旨を指令する（図７参照）。
【００５７】
また、｜指示電流−実電流｜≧ＫであればステップＳ２６で定電流回路７２が異常である旨を判定する。続くステップＳ２７では、空燃比制御のフィードバックゲインを、増量側と減量側とで異ならせる旨を指令する。具体的には、図６に示すように、増量側へのスキップ量ΔＳ１を減量側へのスキップ量ΔＳ２よりも大きくすることにより、フィードバックゲインを増量側と減量側とで非対称にする。その後、ステップＳ２８では、他のフェイルセーフ処理として、定電流回路７２による通電停止、インパネ等に設けた異常警告灯の点灯、ダイアグデータの記憶等を実施する。
【００５８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００５９】
上記構成では、定電流回路７２によりセンサ素子６１の固体電解質層６２に定電流を流すことで、気体燃料を使用することに起因するＯ2センサ１８の出力特性の変化を抑制できる。また特に、気体燃料と液体燃料との混合比率（燃料組成）を判定するとともに、その混合比率に基づいて定電流回路７２による通電を制御するようにしたため、燃料の混合比率が都度異なるとしても、それに合わせてＯ2センサ１８の出力特性を変更することができる。その結果、気体燃料の使用時においてＯ2センサ１８の出力特性を適正に変更し、ひいてはセンサ出力特性のずれに起因する不都合の発生を抑制することができる。
【００６０】
また、燃料混合比率に基づいて算出される定電流回路７２の通電量（定電流Ｉｃｓ）を、触媒１９のウインドウとＯ2センサ１８の出力変曲点との乖離量に相当する通電量とした。これにより、液体燃料に気体燃料が混合されることに起因して生じる、触媒１９のウインドウとセンサ出力変曲点とのずれを好適に解消し、ひいては高精度な空燃比制御を実施できる。つまり、燃料組成が異なる場合であっても、触媒１９での良好な浄化性能を維持することができる。
【００６１】
デュアル噴射が実施される場合において、気体燃料と液体燃料との混合比率（噴射割合）に応じて、Ｏ2センサ１８の出力特性の変化量（変曲点のずれ量）が相違する。この点、気体燃料と液体燃料との混合比率（噴射割合）に基づいて、定電流回路７２による通電量を決定する構成としたため、混合比率が異なっていても、その都度適正な空燃比制御を実施できる。
【００６２】
気体燃料の混合比率（噴射割合）が大きいほど、排気中のＨ2量が増える。この点に着目し、気体燃料の混合比率（噴射割合）が大きいほど、センサ素子６１に対する通電量を大きくした。これにより、気体燃料の混合比率が大きくなることで、排気中のＨ2量が増えてＯ2センサ１８の出力変曲点のずれが大きくなっても、それを見越して適正に出力変曲点のずれを解消できる。
【００６３】
燃料組成の違いに起因する燃料噴射制御の空燃比ずれの対策として、定電流回路７２が正常であると判定された場合には定電流回路７２の通電を実施し、定電流回路７２が異常であると判定された場合にはフィードバックゲイン（フィードバック補正量）による燃料増減量の調整を実施する構成とした。これにより、定電流回路７２の異常の有無にかかわらず、空燃比を適正に制御できる。
【００６４】
なお、フィードバックゲインについて増量側と減量側とで非対称にすると、ドライバビリティの悪化が懸念されるが、こうしたフィードバックゲインの調整は定電流回路７２の異常時に限って実施されるため、定電流回路７２の異常が生じていない通常時には、フィードバックゲインの調整に起因するドライバビリティ悪化は生じない。
【００６５】
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【００６６】
・上記実施形態では、気体燃料（ＣＮＧ）と液体燃料（ガソリン）とを同時使用するデュアル噴射を実施する場合について例示したが、気体燃料のみを使用する気体燃料モードと、液体燃料のみを使用する液体燃料モードとの切替を実施するものであってもよい。これら各モードの切替は、タンク内の燃料残量や、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて実施されるとよい。
【００６７】
かかる場合には、図１２に示す定電流制御処理が実施される。なお、図１２は、既述の図９の一部を変更したものであり、その相違点はステップＳ２１のみである。図１２のステップＳ２１では、今現在が気体燃料モードであるか否かを判定する。そして、気体燃料モードであれば後続のステップＳ１３に進み、定電流回路７２による通電を実施する。これに対し、液体燃料モードであれば、定電流回路７２による通電を実施することなく、そのまま本処理を終了する。なお、気体燃料モードである場合においてデュアル噴射の実施を許可する構成とし、デュアル噴射が実施される場合には、上述のとおり都度の燃料の混合比率（噴射割合）に基づいて定電流回路７２の通電量が制御されるとよい。
【００６８】
要するに、気体燃料と液体燃料とのいずれかを使用する場合、液体燃料の使用であれば、Ｏ2センサ１８の出力特性の変化（変曲点のずれ）はなく、気体燃料の使用であれば、Ｏ2センサ１８の出力特性の変化（変曲点のずれ）が生じると考えられる。この点、気体燃料と液体燃料とのいずれを用いるかに基づいて、定電流回路７２による通電を実施するかしないかを決定する構成としたため、使用燃料が異なっていても、その都度適正な空燃比制御を実施できる。
【００６９】
・気体燃料モードから液体燃料モードへの切替が行われる際には、その切替の直後において気体燃料の燃焼による排気が排気管内に残存していることが考えられる。そのため、気体燃料モード→液体燃料モードの切替時には、そのモード切替直後の所定時間において定電流回路７２の通電を継続するようにしてもよい。又は、モード切替後に、定電流回路７２の通電量をゼロまで徐々に減らしていく構成であってもよい。
【００７０】
・気体燃料自体の成分が異なることで排気の成分が相違することも考えられる。例えば、気体燃料の主要成分であるメタン、プロパン、ブタン等の比率が相違すると、燃料組成が異なるものになる。この場合、燃料組成が異なることで排気中の水素量が変わると考えられるため、Ｏ2センサ１８の出力特性の変化量（変曲点のずれ量）も変わる。そこで、燃料組成の判定として気体燃料の成分判定を行い、その判定結果に基づいて定電流回路７２の通電を制御するとよい。これにより、気体燃料の成分が異なる場合であっても、その都度適正な空燃比制御を実施できる。
【００７１】
なお、気体燃料の成分判定は、例えば燃料補給時に補給設備の側から受信した情報に基づいて行われること等が考えられる。つまり、ガススタンドでの気体燃料を補給する際に、ガススタンド側の設備から補給中の気体燃料の成分情報を取得し、その情報をメモリに記憶しておく。そして、その成分情報に基づいて、定電流回路７２の通電を制御する。
【００７２】
・上記実施形態では、定電流回路７２をセンサ素子６１の一対の電極６３，６４のうち大気側電極６４に接続して設けたが、これを変更してもよい。定電流回路７２を排気側電極６３に接続して設けてもよい。又は、定電流回路７２を一対の電極６３，６４の両方に設けてもよい。
【００７３】
・ガスセンサは、上記構成のＯ2センサ１８以外に、起電力セルとポンプセルとを備える、いわゆる２セル構造のガスセンサであってもよい。この場合、２セル式ガスセンサの起電力セルについて出力特性を好適に変更できるものとなる。
【符号の説明】
【００７４】
１０…エンジン（内燃機関）、１８…Ｏ2センサ（排気センサ）、２１…第１噴射弁（燃料噴射手段）、２２…第２噴射弁（燃料噴射手段）、６１…センサ素子（起電力セル）、６２…固体電解質層、６３…排気側電極、６４…大気側電極、７２…定電流回路（通電手段）、８０…制御部（組成判定手段、通電制御手段）。
【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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【図１０】
2015132236.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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