(57)【要約】【課題】異なる燃料性状の燃料を使用できる内燃機関について、燃料性状判定時においても空燃比制御を行う。【解決手段】空燃比センサの出力に応じて、ガソリン以外の燃料を燃料として使用できる内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置において、内燃機関に用いられる燃料の燃料性状を判定され、燃料性状判定が完了したか否かを判定される。燃料性状判定の完了が認められない場合、空燃比センサの両電極間に電圧を印加しない状態で発生する起電力を検出する。一方、燃料性状判定の完了が認められた場合、空燃比センサの両電極間に正電圧を印加して、両電極間を流れるセンサ電流を検出する。空燃比制御装置は、燃料性状判定の完了が認められない場合に起電力に応じて空燃比制御を行い、燃料性状判定の完了が認められた場合に、正電圧印加時に検出されるセンサ電流に応じて空燃比制御を行う。【選択図】図３
2008095663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比センサの出力に応じて、ガソリン以外の燃料を燃料として使用できる内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
前記内燃機関に用いられる燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定が完了したか否かを判定する完了判定手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記空燃比センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加しない状態で、前記空燃比センサの両電極間に発生する起電力を検出する起電力検出手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記空燃比センサの両電極間に、前記大気側電極の電位が前記排気側電極の電位よりも高くなるように正電圧を印加する正電圧印加手段と、
前記空燃比センサの両電極間を流れるセンサ電流を検出するセンサ電流検出手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記起電力に応じて空燃比制御を行い、前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流に応じて空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
前記燃料性状が判定された場合に、判定された前記燃料性状に応じて、前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流と空燃比との関係を定めたマップを選択するマップ選択手段と、
前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流に応じて、前記選択されたマップに従って、空燃比を検出する空燃比検出手段と、を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記空燃比に応じて空燃比制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記空燃比センサに、前記空燃比センサのセンサ素子の素子インピーダンスを検出するための、インピーダンス検出用電圧を印加するインピーダンス検出用電圧印加手段と、
前記インピーダンス検出用電圧印加中に検出されるセンサ電流に応じて、前記素子インピーダンスを演算する素子インピーダンス演算手段と、
を、更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記素子インピーダンスに応じて、前記空燃比センサのセンサ素子の温度が第１活性温度に達したか否かを判定する第１素子温判定手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記素子インピーダンスに応じて、前記センサ素子の温度が第２活性温度に達したか否かを判定する第２素子温判定手段と、
を、更に備え、
前記起電力検出手段は、前記センサ素子の温度が前記第１活性温度に達したと認められた場合に、前記起電力の検出を行い、
前記正電圧印加手段は、前記センサ素子の温度が前記第２活性温度に達したと認められた場合に、前記正電圧の印加を行うことを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空燃比制御装置に関する。更に好適には、ガソリン以外の代替燃料を使用可能な内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０００−１７０５８１号公報には、ガソリン以外の燃料を燃料として使用する内燃機関が開示されている。この従来技術に記載されているように、このような内燃機関において使用される燃料中の各ガスの組成は、その燃料ごとに異なるものとなる。また、同じ燃料であっても、例えばそのガス燃料のメーカーによって組成が異なる場合がある。このようにガソリン以外の燃料を用いる場合、内燃機関の理論空燃比はガソリンとは異なる値となり、更に、その理論空燃比は使用する燃料に応じて異なるものとなる。具体的に、その理論空燃比は17.0を中心に広範囲にバラツキを有する。
【０００３】
このような理論空燃比のバラツキは、排気ガスの酸素濃度を測定して、その測定値から空燃比フィードバック補正値を求めて燃料噴射量に対して補正をかけるフィードバック制御や、その補正値を保存して学習するフィードバック学習制御が行われる場合には、これらの制御によりある程度の範囲まで吸収される。しかし、理論空燃比のバラツキが、これらの制御では吸収できない程度に大きくなると、極度な燃焼不良やノッキング発生の原因となる場合がある。
【０００４】
そこで、上記従来技術では、内燃機関の始動時、燃焼不良が発生しているか否かを判定する。この判定の結果、燃焼不良状態であると判定された場合には、燃料性状がこれまで使用されていた燃料とは異なるものとなっているため、空燃比制御にズレが発生している可能性がある。従って、これまでの燃料性状に基づく、燃料噴射量に関するフィードバック学習値を消去する。同時に、一度、空燃比補正値を過リーンな状態を想定した場合の、空燃比をリッチ側に修正するための修正補正値に設定する。この状態から、修正補正値を徐々に元の空燃比補正値に復帰させる。この復帰の過程で、フィードバック学習値を演算して保存する。これにより、燃料性状に合致した空燃比補正値やフィードバック学習値を設定することができ、内燃機関内で用いられる燃料性状が変化した場合でも、燃料噴射量を、その燃料性状に合わせて制御できるものとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７０５８１号公報
【特許文献２】特開２０００−２２０４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術によれば、内燃機関の始動時に、燃料噴射量に対するフィードバック補正値や学習値を再演算することで、その燃料性状に合致した空燃比制御を行うことができる。しかし、燃料性状の変化が認められた場合に行われる再演算の間は、通常の空燃比制御を行うことができず、強制的に修正補正値を設定してその補正値から徐々にその補正値を変化させる制御が必要となる。従って、再演算の間の燃料バラツキやドライバビリティーの低下を抑えることは困難となる。
【０００７】
また、空燃比センサの出力からは、通常、燃料をガソリンとした場合の空燃比が検出される。従って、ガソリン以外の燃料を用いた場合には、空燃比センサの出力から算出される空燃比は、実際の空燃比とは異なるものとなり、空燃比算出誤差が発生する。しかし、より正確な空燃比制御を行うためには、燃料性状に応じて、空燃比を正確に検出できることが好ましい。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料性状が変化する場合にも、より早い段階で空燃比制御を行いつつ、燃料性状に応じて空燃比を検出することができるように改良した空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガソリン以外の燃料を燃料として使用できる空燃比センサの出力に応じて、内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置であって、
前記内燃機関に用いられる燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定が完了したか否かを判定する完了判定手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記空燃比センサの大気側電極と排気側電極との間に電圧を印加しない状態で、前記空燃比センサの両電極間に発生する起電力を検出する起電力検出手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記空燃比センサの両電極間に、前記大気側電極の電位が前記排気側電極の電位よりも高くなるように正電圧を印加する正電圧印加手段と、
前記空燃比センサの両電極間を流れるセンサ電流を検出するセンサ電流検出手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記起電力に応じて空燃比制御を行い、前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流に応じて空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料性状が判定された場合に、判定された前記燃料性状に応じて、前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流と空燃比との関係を定めたマップを選択するマップ選択手段と、
前記正電圧印加時に検出されるセンサ電流に応じて、前記選択されたマップに従って、空燃比を検出する空燃比検出手段と、を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記空燃比に応じて空燃比制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記空燃比センサに、前記空燃比センサのセンサ素子の素子インピーダンスを検出するための、インピーダンス検出用電圧を印加するインピーダンス検出用電圧印加手段と、
前記インピーダンス検出用電圧印加中に検出されるセンサ電流に応じて、前記素子インピーダンスを演算する素子インピーダンス演算手段と、
を、更に備えることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、
前記燃料性状判定の完了が認められない場合に、前記素子インピーダンスに応じて、前記空燃比センサのセンサ素子の温度が第１活性温度に達したか否かを判定する第１素子温判定手段と、
前記燃料性状判定の完了が認められた場合に、前記素子インピーダンスに応じて、前記センサ素子の温度が第２活性温度に達したか否かを判定する第２素子温判定手段と、
を、更に備え、
前記起電力検出手段は、前記センサ素子の温度が前記第１活性温度に達したと認められた場合に、前記起電力の検出を行い、
前記正電圧印加手段は、前記センサ素子の温度が前記第２活性温度に達したと認められた場合に、前記正電圧の印加を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、燃料性状判定の完了が認められない場合に、空燃比センサに電圧を印加しない状態で検出される起電力に応じて空燃比制御を行い、燃料性状判定の完了が認められた場合に、正電圧を印加した状態で検出されるセンサ電流に応じて空燃比制御を行う。ここで、空燃比センサに電圧を印加しない状態で起電力を検出する場合、その起電力は、酸素センサと同様の特性を有する。即ち、起電力は、燃料性状に関わらず、その空燃比が、理論空燃比近傍で急激に変化し、理論空燃比に対して酸素過多な状態ではほぼ一定の低い値を示し、酸素不足の状態ではほぼ一定の高い値を示す。従って、起電力に基づいて、少なくとも現在の空燃比が酸素過多であるか酸素不足であるかを検知することができる。従って、燃料性状判定が完了するまでの間、少なくとも理論空燃比近傍に空燃比を制御することができる。従って、燃料性状が変化した場合にも、燃料性状判定中における排気ガス中のエミッション増加を抑えつつ、ドライバビリティーの低下や燃焼のバラツキを抑えることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、判定された燃料性状に応じて、正電圧印加中のセンサ電流と空燃比との関係を定めたマップを選択し、このマップに従って、空燃比を検出することができる。従って、燃料性状が変化しても、その燃料に応じた空燃比を検出することができ、より高い精度で空燃比制御を実現することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、インピーダンス検出用電圧印加中に検出されるセンサ電流に基づいて、素子インピーダンスを演算することができる。従って、空燃比センサに電圧を印加しない状態で起電力を検出する場合にも、インピーダンス検出用電圧印加に切り替えることで、容易に素子インピーダンスを検出することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、素子インピーダンスに応じて、センサ素子温の判定を行い、センサ素子の温度が第１活性温度に達したと認められた場合に起電力の検出を行い、センサ素子の温度が第２活性温度に達したと認められた場合に正電圧の印加を行う。これにより、空燃比センサのそれぞれの使用状態に応じた活性温度により確実に制御され、より正確な空燃比センサの出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
実施の形態．
[実施の形態の空燃比センサの構成]
図１は、この発明の実施の形態における空燃比制御装置が搭載されるシステムの構造について説明するための模式図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、燃料として、ガソリン、エタノール、あるいはガソリンとエタノールが混合された燃料を用いることができる。内燃機関１０は複数の気筒を備え、各気筒ごとに気筒内に燃料を供給するインジェクタ（図示せず）が備えられている。各気筒のインジェクタには、燃料タンク１２から必要な燃料が供給される。燃料タンク１２には、燃料性状センサ１４が取り付けられている。燃料センサ１４の出力に基づいて、燃料タンク１２の内部に充填された燃料の性状を検出することがきる。
【００１９】
内燃機関１０の排気系には排気通路１６が備えられている。排気通路１６には触媒１８が設置されている。排気通路１６の触媒１８より上流側には、空燃比センサ２０が取り付けられている。排気通路１６の触媒１８より下流側には、酸素センサ２２が取り付けられている。
【００２０】
このシステムは、空燃比制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４を備えている。ＥＣＵ２４の入力側には、燃料性状センサ１４、空燃比センサ２０、酸素センサ２２が接続され、これらのセンサからの出力がＥＣＵ２４に取り込まれて、燃料性状や空燃比等に関する情報が検出される。またＥＣＵ２４の出力側からは必要な制御信号が発せられ、これにより内燃機関１０の運転に必要な制御が行われる。
【００２１】
[空燃比センサの駆動回路]
図２は、この発明の実施の形態において、空燃比センサ２０に接続され、空燃比センサ２０を駆動するための回路図である。図２に示す駆動回路３０は、空燃比センサ２０の大気側電極（図示せず）に接続される陽極端子３２と、排気側電極（図示せず）に接続される負極端子３４とを備えている。陽極端子３２にはスイッチング回路３６が接続されている。スイッチング回路３６には印加電圧操作部から供給される電圧を一定に制御して陽極端子に供給するフィードバック回路が接続されている。負極端子３４にはスイッチング回路３８が接続されている。スイッチング回路３８には、印加電圧操作部から供給される電圧を一定に制御して負極端子３４に供給するフィードバック回路が接続されている。
【００２２】
スイッチング回路３６及び３８は、ＥＣＵ２４の出力ポート（図示せず）に接続されている。ＥＣＵ２４は、SW1のON/OFF、SW2のON/OFFを切り替える制御信号により、スイッチング回路３６及び３８のスイッチSW1、SW2の接続を切り替える。スイッチング回路３６及び３８のスイッチがSW1に切り替えられると、陽極端子３２の電位と負極端子３４の電位とは、印加電圧操作部から供給される電位に維持される。
【００２３】
具体的に、通常の空燃比検出時には、陽極端子３２には陽極基準電圧(例えば3.3V)が供給され、その電位は陽極基準電圧に維持される。負極端子３４には負極基準電圧(例えば2.9V)が供給され、その電位は負極基準電圧(2.9V)に維持される。その結果、陽極端子３２と負極端子３４との間に、空燃比検出用の電圧（正電圧）が印加されることとなる。つまり、各端子３２、３４に空燃比センサ２０の各電極が接続されている状態において、空燃比センサ２０に正電圧が印加される。このときの陽極端子３２の電位がAD1に導かれる。ＥＣＵ２４は、AD1に導かれる電位を取り込むことで、空燃比センサ２０に正電圧を印加した場合に流れるセンサ電流を検出することができる。以下、この実施の形態では、このような空燃比センサ２０の使用状態を「空燃比検出モード」とする。
【００２４】
また、印加電圧操作部から上記の正電圧に加えて、素子インピーダンス検出用の交流電圧が重畳して供給されると、空燃比センサ２０の各電極間にはインピーダンス検出用電圧が印加される。ＥＣＵ２４は、AD1の電位に基づいてセンサ電流を検出し、更にこのセンサ電流に基づいて、素子インピーダンスを検出することができる。以下、この実施の形態では、このような空燃比センサ２０の使用状態を「インピーダンス検出モード」とする。なお、素子インピーダンスは空燃比センサ２０のセンサ素子の温度（素子温）と相関を有する。従って、素子インピーダンスに基づいて素子温を検知し、あるいは素子インピーダンスに応じて素子温の制御等を行うことができる。
【００２５】
一方、スイッチング回路３６、３８がSW2状態とされると、陽極端子３２と負極端子３４との間に印加される電圧、すなわち空燃比センサ２０への印加電圧はゼロとなる。この電圧印加OFFの状態では、負極端子３４はアースされ、陽極端子は、ＥＣＵ２４のAD2に接続される。AD2には、空燃比センサ２０からの起電力が導かれる。ＥＣＵ２４は、AD２の出力を取り込むことで、空燃比センサ２０の電圧印加OFF時の起電力を検出することができる。以下、この実施の形態では、このような空燃比センサ２０の使用状態を「酸素センサモード」と称する。
【００２６】
[燃料性状に応じた空燃比検出について]
ところで、このシステムでは上記のように燃料としてガソリン、エタノール、あるいはこれらを混合した燃料を用いることができる。また、燃料は常に同一のものに限られず、エタノールの混合率が0〜100％の間で異なる燃料を用いることができる。しかし、このように使用する燃料の燃料性状（混合率）が変化すると、理論空燃比の値がその燃料に応じて変化し、正電圧印加時のセンサ電流と排気ガスの空燃比との対応関係が異なるものとなる。従って、この実施の形態では、燃料性状に応じた空燃比の検出を以下の手法により実現する。
【００２７】
図３は、この発明の実施の形態において、空燃比センサ２０が空燃比検出モードで使用された場合の空燃比センサ２０の出力を表す図である。図３において、横軸は空燃比を表し、縦軸はセンサ電流を表している。また、図３の実線(a)は内燃機関１０の燃料としてガソリンを用いた場合のセンサ電流を表し、点線(b)は内燃機関１０の燃料としてエタノール100%の燃料を用いた場合のセンサ電流を表している。
【００２８】
空燃比センサ２０の両電極間に正電圧を印加すると、両電極間には排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。通常ＥＣＵ２４には、実線(a)に示すような、ガソリンを燃料とした場合のセンサ電流と空燃比との関係を定めたマップが記憶されている。燃料としてガソリンを用いている場合には、ＥＣＵ２４に取り込まれた空燃比センサ２０の出力（センサ電流）に応じて、このマップに従って空燃比が検出されることとなる。
【００２９】
ここで、空燃比検出モードにおいて検出されるセンサ電流は、その燃料性状に関わらず、排気ガス中の酸素濃度に応じたものである。しかし、排気ガス中の酸素濃度に対する空燃比は、燃料性状ごとに異なるものとなる。つまり、燃料性状が異なる場合にはセンサ電流と排気ガス空燃比との関係は異なるものとなる。
【００３０】
具体的に、例えば、図３の点線(b)に示すように、エタノール100%の場合のセンサ電流に応じた空燃比は、ガソリンの場合の空燃比（実線(a)）とは異なっている。具体的に、エタノール100％の場合、理論空燃比A/F=9である。従って、図３において示される、エタノール100％におけるセンサ電流に対する空燃比（点線(b)）は、ガソリンの場合の空燃比（実線(a)）を、センサ電流がゼロの場合に算出される空燃比が9となる位置までシフトした、ものに近似した値となる。ただし、特に、理論空燃比よりリッチ側の領域では、図3に示す出力特性の傾きが、ガソリンの場合とエタノールの場合とで異なる傾向がみられる。
【００３１】
このようなセンサ電流に対する空燃比の特性は、燃料性状ごとに異なるものとなる。例えば、ガソリンとエタノールとを混合した燃料では、エタノールの混合率が大きくなるにつれて、センサ電流に対応する空燃比は小さくなる傾向にある。
【００３２】
従って、ＥＣＵ２４には、センサ電流と空燃比との関係を定めたマップが、燃料性状ごとに記憶されている。燃料中のエタノールの含有率が異なるものとなった場合、その燃料性状に応じて、センサ電流と空燃比との関係を定めたマップに切り替えられる。このように燃料性状に応じたマップに切り替えることで、空燃比センサ２０のセンサ電流に基づいて、空燃比を算出することができる。
【００３３】
[マップ切り替えまでの空燃比制御について]
図４は、空燃比センサ２０の酸素センサモードにおける起電力を表す図である。図４において横軸は空燃比を表し、縦軸はセンサ出力[V]を表している。図４において、実線(a)は燃料がガソリンの場合の起電力を表し、点線(b)はエタノール100％の燃料の場合の起電力を表している。
【００３４】
図４に示すように、ガソリン燃料である場合(実線(a))でも、エタノール100%の燃料である場合(点線(b))でも、空燃比センサ２０への電圧印加がOFFとされた状態で検出されるセンサ出力（起電力）の特性に大きな差は生じていない。即ち、起電力は、燃料性状に関わらず、排気ガスが理論空燃比よりリーン（酸素過多）である場合には1[V]程度となり、リッチ（酸素不足）である場合には0[V]に近い低い値となり、理論空燃比近傍において急激に反転する。これは空燃比センサ２０を酸素センサとして用いる場合、その起電力が排気ガス中の酸素分圧に応じたものとなるためである。つまり、燃料性状ごとに理論空燃比の値が異なっていても、理論空燃比近傍における排気ガス中の酸素量は燃料性状によって変化するものではないことから、理論空燃比を境に出力が急変する出力特性も、燃料性状に関わらずほぼ同一のものとなる。従って、空燃比センサ２０を酸素センサモードで用いる場合には、燃料性状が異なる場合にもそのまま用いることができる。
【００３５】
ところで、上記のように、ガソリン以外の燃料が用いられる場合であっても、その燃料性状が判定されれば、空燃比センサ１０は燃料性状に応じてマップを切り替えることで、センサ電流に基づいて空燃比を検出することができる。しかし、このようにマップの切り替えを行うためには、燃料性状が変化する度に、内燃機関１０の燃料性状を判定する必要がある。
【００３６】
燃料性状は、燃料タンク１２に取り付けられた燃料センサ１４により検出することができる。しかし、燃料センサ１４による燃料性状の正確な検出を、瞬時に行うことは困難であり、ある程度の時間を要することとなる。この燃料性状検出までの間は空燃比センサ２０による空燃比を検出することができない。従って、この間に燃料噴射量の目標値にずれが生じるなど、空燃比制御において種々のズレが発生することが考えられる。
【００３７】
そこで、実施の形態のシステムでは、燃料性状が変化した後、燃料性状が正しく検出されるまでの間、空燃比センサ２０を酸素センサモードで使用する。その結果、空燃比センサ２０から検出される起電力により、その排気ガスが理論空燃比よりもリッチ側であるかリーン側であるかを検出することができる。これにより、燃料性状が判定されるまでの間、少なくとも排気ガス空燃比を理論空燃比近傍に近づけるように制御することができる。燃料性状が検出された後は、その燃料性状に応じたマップに切り替えた上で、空燃比センサ２０への正電圧の印加を開始する。これにより、その燃料性状に応じて正しく空燃比を検出することができる。
【００３８】
以上のように、燃料性状の検出前後において、空燃比センサ２０を、酸素センサモードと、空燃比検出モードとに切り替えて使用する。これにより、燃料性状が判定されるまでの間の空燃比制御のバラツキを低減し、かつ燃料性状判定後はその燃料に応じた空燃比を検出することができ、より高い精度で空燃比制御を実現することができる。
【００３９】
[素子温の制御について]
ここで、上記の使用の場合、酸素センサモードにおいては、550℃程度の酸素センサとしての活性温度（第１活性温度）に達した状態で用いることが好ましい。一方、空燃比検出モードでの使用の場合には、650℃程度の通常の空燃比センサの活性温度（第２活性温度）に達した状態で用いることが好ましい。従って、この実施の形態では、素子温を、酸素センサモードと空燃比検出モードとのそれぞれのモードにおいて適切な温度に制御する。具体的に、素子温は上記のように素子インピーダンスと相関を有することから、インピーダンス検出モードにおいて素子インピーダンスを検出して、これに基づいて制御することができる。
【００４０】
[本実施の形態の具体的な制御のルーチン]
図５は、この発明の実施の形態においてシステム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５のルーチンにおいては、まず現在、内燃機関１０の始動時であるか否かが判定される（Ｓ１００）。燃料の追加は、通常内燃機関１０が停止された状況で行われると考えられるため、燃料性状の変化が、内燃機関１０の始動時以外に発生する可能性が小さい。従って、内燃機関１０の始動時であることが認められない場合には今回の処理は終了する。
【００４１】
一方、ステップＳ１００において内燃機関１０の始動時であることが認められると、次に、燃料性状の判定が行われる（Ｓ１１０）。燃料性状は、燃料タンク１２に設置された燃料性状センサ１４の出力を取り込んで、ＥＣＵ２４において判定される。
【００４２】
次に、燃料性状の判定が完了したか否かが判別される（Ｓ１２０）。ステップＳ１２０において燃料性状の判定完了が認められない場合には、次に、空燃比センサ２０の素子温が酸素センサモード時の活性温度(ここでは約550℃)に達したか否かが判定される（Ｓ１３０）。具体的には、空燃比センサ２０がインピーダンス検出モードとされ、センサ電流に応じて素子インピーダンスが演算される。その後、演算された素子インピーダンスが550℃に相当するインピーダンスより小さくなっているか否が判定される。
【００４３】
ステップＳ１３０において、素子温が550℃以上であることが認められない場合、素子温が活性温度に達するまで、空燃比センサ２０が暖機されている状態でステップＳ１３０における素子温の判定が行われる。一方、素子温が550℃以上であることが認められた場合、空燃比センサ２０が酸素センサモードに切り替えられる（Ｓ１３２）。つまりＥＣＵ２４からの制御信号によりスイッチング回路３６、３８が制御されることで、両回路のスイッチがSW2側に接続される。その結果、負極端子３４側はアースに接続され、陽極端子３２はＥＣＵ２４のAD2に接続される。これにより空燃比センサ２０の起電力がAD2に導かれて、ＥＣＵ２４において検出されることとなる。その結果、この起電力により現在の空燃比がリッチ側あるいはリーン側にずれているか否かが検出され、これに応じて、理論空燃比近傍への制御が可能となる。
【００４４】
一方、ステップＳ１２０において燃料性状判定の完了が認められると、燃料性状に応じて、空燃比とセンサ電流のマップの切り替えが行われる（Ｓ１４０）。具体的には、Ｓ１１０で判定された燃料性状に応じたマップが読み出され、このマップがセンサ電流と空燃比との関係を定めるマップとして設定される。燃料性状に応じたマップは、予めＥＣＵ２４に記憶されている。
【００４５】
次に、空燃比センサ２０の素子温が、空燃比検出モードにおける活性温度（ここでは約650℃）に達したか否かが判定される（Ｓ１４２）。ここでは、ステップＳ１３０の場合と同様に、インピーダンス検出モードに切り替えられて、素子インピーダンスが検出され、これに基づいて素子温が判定される。素子温が650℃以上であることが認められない場合には、センサ素子の暖機が行われている状態で、繰り返しステップＳ１４２の素子温判定が行われる。
【００４６】
一方、素子温が650℃以上となったことが認められると、次に、空燃比センサ２０が空燃比検出モードとされる（Ｓ１４４）。具体的には、ＥＣＵ２４からの制御信号によりスイッチング回路３６、３８が制御されることで、両回路のスイッチがSW1側に切り替えられて接続される。その結果、陽極端子３２及び負極端子３４は、それぞれの基準電位に維持され、空燃比センサ２０の両電極間には正電圧が印加される。その結果、空燃比センサ２０には、排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ電流が流れる。この電流は、AD1からＥＣＵ２４に取り込まれる陽極の電位に基づいて演算される。その後ステップＳ１４０において設定されたマップに従って空燃比が求められる。これにより、目標空燃比に応じた空燃比制御を実行することができる。
【００４７】
以上説明したように、この実施の形態によれば、燃料性状判定前の段階においては、空燃比センサ２０を酸素センサとして用いることで、少なくとも理論空燃比近傍とする空燃比制御を実行できるようにしている。また燃料性状の判定が完了した後では、マップの切り替えにより燃料性状に応じて空燃比を検出することができる。従って、より高い精度で空燃比制御を行うことができる。
【００４８】
なお、この実施の形態では、内燃機関１０の始動時に毎回、燃料性状の判定を行う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、例えば、実際に燃料が補充されたことを検出し、燃料補充が行われた場合にのみ実施の形態の制御を行うこととしてもよい。
【００４９】
また、実施の形態では、内燃機関１０が、エタノールを0〜100%の異なる含有率で含むガソリンとエタノールとの混合燃料を使用できるものである場合について説明した。しかし、用いられる燃料は、ガソリン、エタノール及びこれらの混合燃料のみ限らず、他の燃料、あるいは他の燃料とガソリンとを混合して用いるものであってもよい。このような場合にも、使用が想定されている燃料性状ごとに、上記と同様にセンサ電流と空燃比とのマップをＥＣＵ２４に予め記憶しておくことで、空燃比センサ２０を用いた空燃比検出を行うことができる。なお、燃料性状がこのように異なる場合であっても、酸素センサモードで検出される起電力の特性はほぼ同一のものとなる。従って、燃料性状判定が完了するまでの間は、燃料性状に関わらず酸素センサモードで使用することで、少なくとも理論空燃比近傍への制御を行うことができる。
【００５０】
また、実施の形態では、ＥＣＵ２４に燃料性状に応じたマップを記憶しておく場合について説明した。しかしながら、例えば、ガソリンとエタノールを含有する燃料の場合、燃料性状に応じたセンサ電流対する空燃比の値は、ガソリンの場合の空燃比を、センサ電流がゼロの時の空燃比がその燃料の理論空燃比となるように、平行にシフトしたものに近似される。従って、燃料性状ごとのマップに代えて、例えば、上記のような関係に基づいて、エタノール等の燃料の含有率に応じた補正値をマップあるいは演算により求め、これにより、ガソリンの場合にセンサ電流から算出される空燃比に対する補正を行うことで、その燃料性状に応じた空燃比を求めるようにすることもできる。
【００５１】
また、実施の形態においては、酸素センサモードの場合の素子温を約550℃以上とし、空燃比検出モードの場合の素子温を約650℃以上とする場合について説明した。しかし、この発明において素子温はこれに限るものではない。例えば、より早く空燃比制御の開始を必要とする場合には、素子温が550℃以下の温度でも、酸素センサモードとしての使用を開始するものであってもよい。但し、この場合にもセンサ素子温は約350℃以上に制御されることが好ましい。
【００５２】
また、実施の形態においては、素子温の制御を、素子インピーダンスを検出してこれに基づいて行う場合について説明した。しかし、素子温の制御はこのような手法に限るものではなく、他の手法によって行うものであってもよい。
【００５３】
また、実施の形態においては、燃料性状の判定を、燃料タンク１２に取り付けられた燃料性状センサ１４の出力に基づいて行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るもではなく、他の位置に燃料性状センサ１４を取り付けるものであってもよい。また、燃料性状センサ１４により燃料性状判定を行うものに限らず、他の手法により燃料性状判定を行うものであってもよい。
【００５４】
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。
【００５５】
なお、例えば、図５において、ステップＳ１１０が実行されることで、この発明の「燃料性状判定手段」が実現し、ステップＳ１２０が実行されることで「完了判定手段」が実現し、ステップＳ１３２が実行されることで「起電力検出手段」が実現し、ステップＳ１４４が実行されることで「センサ電流検出手段」が実現する。また、ステップＳ１２０の判定に基づいて、検出された起電力あるいはセンサ電流に基づいて空燃比が制御されることで「空燃比制御手段」が実現する。
【００５６】
また、例えば、ステップＳ１４０が実行されることで、この発明の「マップ選択手段」が実現し、ステップＳ１４４において空燃比が検出されることで「空燃比検出手段」が実現する。また、印加電圧操作手段によりインピーダンス検出用電圧が供給されることで、この発明の「インピーダンス検出用電圧印加手段」が実現し、このときのセンサ電流が検出されて、ＥＣＵ２４において素子インピーダンスが演算されることで「インピーダンス演算手段」が実現する。また、例えば、ステップＳ１３０が実行されることで「第１素子温判定手段」が実現し、ステップＳ１４２が実行されることで「第２素子温判定手段」が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の実施の形態におけるシステムの構成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における空燃比センサの駆動回路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における空燃比センサの、センサ電流と空燃比との関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態における空燃比センサの、起電力と空燃比との関係を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態においてＥＣＵ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。
【符号の説明】
【００５８】
１０  内燃機関
１２  燃料タンク
１４  燃料性状センサ
１６  排気通路
１８  触媒
２０  空燃比センサ
２２  酸素センサ
２４  ＥＣＵ
３０  駆動回路
３２  陽極端子
３４  負極端子
３６、３８  スイッチング回路
【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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