(57)【要約】【課題】排気通路に配置した酸素センサの出力に基づいて燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御の精度低下を防止する。【解決手段】排気通路に配置した酸素センサの出力（酸素濃度）から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御と、所定の条件が成立したときにフューエルカットとを実行する制御装置において、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、酸素センサの出力が正常でないと判断して、空燃比フィードバック制御及びセンサ故障診断を禁止する（ステップＳＴ１〜ＳＴ３）。このように酸素センサの出力が正常でないときに、空燃比フィードバック制御及びセンサ故障診断を禁止することで、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化、及び、センサ故障の誤診断を防止することができる。。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御と、所定の条件が成立したときに前記内燃機関の燃料噴射をカットするフューエルカットとを実行する内燃機関の制御装置において、
フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定する判定手段と、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに前記空燃比フィードバック制御を禁止する禁止手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比フィードバック制御を禁止した後、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに空燃比フィードバック制御を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負となったときに、その負電圧レベルに基づいて、当該酸素センサの出力電圧が０レベルに復帰するまでの時間を推定し、その推定時間が経過したときに空燃比フィードバック制御を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、
前記酸素センサの出力に基づいて、当該酸素センサの故障を診断する故障診断手段を備え、フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を禁止し、前記禁止処理後に前記酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
前記出力電圧レベルが負になった時点から前記推定時間が経過したときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に配置した酸素センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、通常、エンジンの排気通路に配置した触媒によって、排気ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）を浄化するようにしている。この触媒による浄化作用は、混合気が理論空燃比で燃焼されるときに最も効率が高くなる。
【０００３】
そこで、エンジンの排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように燃料噴射量をフィードバック制御している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサとしては、例えば、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）に、大気側電極（白金電極）、排気側電極（白金電極）及び多孔質層を設けてセンサ素子を構成し、このセンサ素子の大気側電極を大気に開放するとともに、排気側電極を排気通路内の排気ガスに接触させる構造のものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
このような酸素センサでは、排気ガスの酸素濃度に応じた起電力が発生し、この起電力の大きさに基づいて空燃比を検出することができる。具体的には、大気側と排気側において酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。このような酸素分子の移動に伴って排気側電極から大気側電極に向かう電子の移動が生じて大気側電極と排気側電極との間に起電力が発生し、その起電力の大きさ（大気側電極と排気側電極との間の電圧差）に基づいて排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出することができる。
【０００６】
そして、上記した空燃比フィードバック制御では、酸素センサによって検出される空燃比がリッチであるときには燃料噴射量を減量補正し、空燃比がリーンであるときには燃料噴射量を増量補正することで、エンジンの空燃比を理論空燃比（ストイキ）に近づけている。このように空燃比フィードバック制御の実行中は、エンジンの空燃比を理論空燃比に近づけるべく燃料噴射量が増減されるため、排気ガス中の酸素濃度が周期的に変化して酸素センサからリッチ信号とリーン信号とが交互に出力されるようになる。
【０００７】
ここで、酸素センサでは、センサ素子の劣化や、センサ素子のクラック（素子割れ）などが生じると、検出対象である排気ガスの酸素濃度を正確に検出することが困難となるため、酸素センサの故障を診断する必要がある。
【０００８】
酸素センサの故障診断方法としては、例えば、酸素センサの劣化による特性変化が生じると、空燃比フィードバック制御中における酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が長くなることに着目し、その反転周期に基づいて酸素センサの異常を診断する方法（例えば、特許文献３参照）や、センサ素子にクラックが生じたときの出力パターン（出力電圧波形）が正常時の出力パターンとは異なることに着目し、出力パターンを基準パターン（正常時パターン）と比較することで、センサ素子のクラックの有無を判断する方法（例えば、特許文献４参照）などがある。
【特許文献１】特開２００６−２２００８５号公報
【特許文献２】実開平６−６９８３４号公報
【特許文献３】特開２００５−２０７２４９号公報
【特許文献４】特開２００３−１４６８３号公報
【特許文献５】特開２００６−２２００８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、酸素センサはセンサ素子が暖機される過程において、正常なセンサ出力が得られない場合がある。この点について説明する。
【００１０】
まず、酸素センサの大気側電極は大気に開放されているため、エンジン停止中などにおいて大気中の水蒸気の一部が結露して液化する場合がある。大気側電極において結露・液化した水分は、センサ素子が暖機される過程で蒸発して大気側に多量の水蒸気が発生し、この水蒸気の発生によって大気側の酸素分圧が相対的に低下する。ここで、酸素センサの出力は、上述したように、大気側と排気側の酸素分圧差で生じる起電力によって発生するが、大気側での水蒸気の発生により大気側の酸素分圧（酸素濃度）が低下すると、酸素センサの出力から得られる酸素濃度が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれてしまい、排気ガスの酸素濃度を正確に反映したセンサ出力が得られない場合がある。
【００１１】
そして、実際の酸素濃度を反映していないセンサ出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行うと、制御中心がリッチ側にずれてしまうので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化が発生する可能性がある。また、酸素センサの出力に基づいて故障診断を実施している場合、センサ故障を誤診断する可能性がある。
【００１２】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置において、空燃比フィードバック制御の精度低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
−課題の解決原理−
まず、空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサの暖機は、内燃機関の始動後に直ぐに完了するのではなく、車両の走行時などにおいて暖機が完了する。このため、酸素センサが暖機される過程において、フューエルカット条件（具体的には、例えばエンジン回転数がフューエルカット回転数以上でアクセルオフ）が成立してフューエルカットが実施される場合ある。
【００１４】
また、空燃比フィードバック制御に用いる酸素センサは、上述したように、大気側電極に結露・液化した水分が、センサ素子の暖機過程において蒸発して大量の水蒸気となることによって大気側の酸素分圧が相対的に低下し、この大気側の酸素分圧低下により、センサ出力電圧が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれる。ここで、フューエルカット（リーン）時の酸素センサの出力電圧は０Ｖに近い値（例えば０．１Ｖ程度）であり、上記した水蒸気発生による大気側の酸素分圧低下が生じると、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルは０Ｖ以下（負レベル）となる。このような点に着目して、本発明では、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、その判定結果を基に空燃比フィードバック制御の禁止・許可を行う点に特徴がある。
【００１５】
−解決手段−
具体的には、本発明は、排気通路に配置した酸素センサによって排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比に一致するように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御と、所定の条件が成立したときに前記内燃機関の燃料噴射をカットするフューエルカットとを実行する内燃機関の制御装置を前提とする。そして、このような制御装置において、フューエルカット時に前記酸素センサの出力電圧レベルが負であるか否かを判定する判定手段と、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御を禁止する禁止手段とを設けていることを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負であるときには、酸素センサの出力が正常でないと判断して、空燃比フィードバック制御を禁止するので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化を防止することができる。
【００１７】
本発明の具体的な構成として、空燃比フィードバック制御を禁止した後、フューエルカット時の酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御を許可するという構成を挙げることができる。さらに、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負となったときに、その負電圧レベルに基づいて酸素センサの出力電圧が０レベルに復帰するまでの時間を推定し、その推定時間が経過したときに空燃比フィードバック制御を許可するという構成を挙げることができる。
【００１８】
また、酸素センサの出力に基づいて、当該酸素センサの故障を診断する故障診断手段を備えている場合、フューエルカット時に酸素センサの出力電圧レベルが負であるときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を禁止し、禁止処理後に酸素センサの出力電圧レベルが０以上になったときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可するという構成を挙げることができる。この場合、出力電圧レベルが負になった時点から前記推定時間（酸素センサの出力電圧レベルが負から０レベルに復帰するまでの時間）が経過したときに、空燃比フィードバック制御及び酸素センサの故障診断を許可するという構成を採用してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。
【００２１】
−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジン１の一例を示す概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジン１の１気筒の構成のみを示している。
【００２２】
この例のエンジン１は、例えば４気筒ガソリンエンジンであって、燃焼室１ａを形成するピストン１ｂ及び出力軸であるクランクシャフト１５を備えている。ピストン１ｂはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｂの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。
【００２３】
クランクシャフト１５には、外周面に複数の突起（歯）１７ａを有するシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）２４が配置されている。クランクポジションセンサ２４は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。
【００２４】
エンジン１のシリンダブロック１ｃには、エンジン水温（冷却水温）を検出する水温センサ２１が配置されている。
【００２５】
エンジン１の燃焼室１ａには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。
【００２６】
エンジン１の燃焼室１ａには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１と燃焼室１ａとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ａとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ａとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ａとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転が伝達される吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの各回転によって行われる。
【００２７】
吸気通路１１には、エアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ２２、吸気温センサ２３（エアフロメータ２２に内蔵）、及び、エンジン１の吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ５が配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ２５によって検出される。
【００２８】
エンジン１の排気通路１２には三元触媒８が配置されている。三元触媒８の上流側の排気通路１２に空燃比センサ２６が配置されている。空燃比センサ２６は、広い空燃比領域にわたって空燃比に対応した出力電圧を発生するセンサである。また、三元触媒８の下流側の排気通路１２には酸素センサ１０１が配置されている。酸素センサ１０１は、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化するセンサである。なお、酸素センサ１０１の詳細については後述する。
【００２９】
そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ２が配置されている。インジェクタ２には、燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ａに導入される。燃焼室１ａに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ａ内での燃焼・爆発によりピストン１ｂが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。以上のエンジン１は運転状態はＥＣＵ２００によって制御される。
【００３０】
−酸素センサ−
次に、酸素センサ１０１の構造について説明する。
【００３１】
この例の酸素センサ１０１は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する積層型の酸素センサであって、図２に示すように、センサ素子１１０、通気性の内カバー１１６及び外カバー１１７などを備えている。また、酸素センサ１０１にはヒータ１０２が組み込まれている。ヒータ１０２は、車載のバッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子１１０の全体を加熱する。
【００３２】
センサ素子１１０は、板状の固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）１１１、この固体電解質層１１１の一方の面に形成された大気側電極（白金電極）１１２、固体電解質層１１１の他方の面に形成された排気側電極（白金電極）１１３、及び、拡散抵抗層（例えば多孔質のセラミック）１１４などによって構成されている。
【００３３】
センサ素子１１０の大気側電極１１２は大気ダクト１１５内に配置されている。大気ダクト１１５内は大気に開放されており、この大気ダクト１１５内に流入した大気が大気側電極１１２に接触する。
【００３４】
排気側電極１１３の表面は拡散抵抗層１１４にて覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が、拡散抵抗層１１４によって拡散された状態で排気側電極１１３に接触する。なお、排気ガスは、外カバー１１７の小孔１１７ａ及び内カバー１１６の小孔１１６ａを通過してセンサ素子１１０（排気側電極１１３）に達する。
【００３５】
以上の構造の酸素センサ１０１において、センサ素子１１０の内側の大気と外側の排気ガスとの酸素分圧に差が生じると、酸素分圧の高い側（通常は大気側）の酸素がイオン化して固体電解質層１１１を通過し、酸素分圧の低い側（通常は排気側）へと移動する。酸素分子はイオン化する過程で電子を大気側電極１１２から受け取り、イオン化した状態から分子に戻る過程で電子を排気側電極１１３に放出する。
【００３６】
このような酸素分子の移動に伴って排気側電極１１３から大気側電極１１２に向かう電子の移動が生じ、その結果として、大気側電極１１２と排気側電極１１３との間に起電力が発生する。この起電力は酸素分圧比に比例するが、燃料の濃いリッチな混合気で燃焼したときの排気ガス中のＨＣやＣＯは、排気側電極１１３の表面において白金の触媒作用により、酸素と化学平衡に達するまで反応する。その結果、理論空燃比を境に酸素分圧が急激に低下して起電力が大きく変化し、出力電圧の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。
【００３７】
なお、この例では、公知の手法でセンサ素子１１０の素子インピーダンスを算出し、その素子インピーダンスに基づいてセンサ素子１１０の温度を推定し、その推定した素子温度が目標温度（センサ素子１１０の活性温度：例えば５５０℃）に一致するようにヒータ２の通電制御を行うことで、センサ素子１１０を活性化することができる。
【００３８】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び、バックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３９】
ＥＣＵ２００には、図１に示すように、水温センサ２１、エアフロメータ２２、吸気温センサ２３、クランクポジションセンサ２４、スロットル開度センサ２５、空燃比センサ２６、及び、酸素センサ１０１などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ２００には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、及び、スロットルバルブ５のスロットルモータ６などが接続されている。
【００４０】
そして、ＥＣＵ２００は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、エンジン１の排気通路１２に配置した酸素センサ１０１の出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（理論空燃比）に一致するように、インジェクタ２から吸気通路１１に噴射する燃料噴射量を制御することで、最適浄化点に空燃比を制御する空燃比フィードバック制御（以下、空燃比Ｆ／Ｂ制御ともいう）を実行する。
【００４１】
さらに、ＥＣＵ２００は、酸素センサ１０１の故障診断を実行する。酸素センサ１０１の故障診断方法としては、上述したように、酸素センサ１０１の劣化による特性変化が生じると、空燃比フィードバック制御中における酸素センサ１０１からのリッチ信号とリーン信号との反転周期が長くなることに着目し、その反転周期に基づいて酸素センサの異常を診断する方法や、センサ素子１１０にクラックが生じたときの出力パターン（出力電圧波形）が正常時の出力パターンとは異なることに着目し、出力パターンを基準パターン（正常時パターン）と比較することで、センサ素子１１０のクラックの有無を判断する方法などを挙げることができる。
【００４２】
また、ＥＣＵ２００は、所定のフューエルカット条件、例えばエンジン回転数が予め定められた所定値（フューエルカット回転数）以上でアクセルオフという条件が成立したときにフューエルカットを実行する（Ｆ／ＣフラグＯＮ（図４参照））。このようにフューエルカットを実行することにより、インジェクタ２からの燃料噴射が停止されて燃費やエミッションが向上する。
【００４３】
なお、フューエルカット中に車両の速度が低下し、エンジン回転数がフューエルカット回転数よりも低くなったときには、エンジンストールを防止するためにフューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。また、フューエルカット中にアクセルペダルが踏まれた場合（加速時）にも、フューエルカットを中止してインジェクタ２からの燃料噴射を行う。
【００４４】
ところで、空燃比Ｆ／Ｂ制御に用いる酸素センサ１０１は、上述したように、大気側電極１１２に結露・液化した水分が、センサ素子１１０の暖機過程において蒸発して大量の水蒸気となることで大気側の酸素分圧が相対的に低下する。このような大気側の酸素分圧の低下が生じると、酸素センサ１０１の出力から得られる酸素濃度が実際の排気側酸素濃度に対してリーン側にずれてしまい、排気ガスの酸素濃度を正確に反映したセンサ出力が得られない場合がある。そして、実際の酸素濃度を反映していないセンサ出力に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御を行うと、制御中心がリッチ側にずれてしまうので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化が発生する可能性がある。また、酸素センサ１０１の出力に基づいて故障診断を実施している場合、センサ故障を誤診断する可能性がある。
【００４５】
このような問題を解消するため、この例では、酸素センサ１０１が暖機される過程において、正常なセンサ出力が得られない場合には、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止する処理を実行する。その具体的な処理の例を図３〜図６を参照して説明する。
【００４６】
図３は、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止・許可する処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この図３に示す制御ルーチンはＥＣＵ２００において所定時間毎に繰り返して実行される。
【００４７】
まず、酸素センサ１０１の暖機は、エンジン１の始動後に直ぐに完了するのではなく、車両の走行時などにおいて暖機が完了する。このため、酸素センサ１０１が暖機される過程において、上記したフューエルカット条件（エンジン回転数がフューエルカット回転数以上でアクセルオフ）が成立してフューエルカットが実施される場合がある。このようなフューエルカットを利用して、この例では、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止・許可する。
【００４８】
具体的には、ステップＳＴ１において、Ｆ／ＣフラグのＯＮ／ＯＦＦ（図４）に基づいてフューエルカットが実施されているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定である場合（フューエルカット時）はステップＳＴ２に進む。
【００４９】
ステップＳＴ２では、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合（酸素センサ出力≧０）、酸素センサ１０１の出力が正常であると判断して、通常制御（空燃比Ｆ／Ｂ制御許可・酸素センサ１０１の故障診断許可）を行う（ステップＳＴ６）。
【００５０】
一方、ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定である場合（酸素センサ出力＜０）、酸素センサ１０１の出力が正常でないと判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止し（ステップＳＴ３）、ステップＳＴ４において、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する時間、つまり、空燃比Ｆ／Ｂ制御・故障診断を禁止した時点から空燃比Ｆ／Ｂ制御・故障診断を許可するまでの制御許可時間Ｔａを算出する。この制御許可時間Ｔａは、（１）図４に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧の負電圧レベル［−ＶＬ］を検出するとともに、酸素センサ１０１の出力電圧の傾きαを算出する。（２）算出した負電圧レベル［−ＶＬ］及び傾きαに基づいて、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが［０Ｖ］に復帰するまでの時間（Ｔａ）を推定する、という処理によって算出する。
【００５１】
ここで、酸素センサ１０１は暖機される過程において、センサ出力（出力電圧）がリッチ側に上昇するので、例えば図５に示すように、フューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であっても、時間の経過にともなって酸素センサ１０１の出力電圧が上昇して［０Ｖ］に復帰する。そして、出力電圧レベルが［０Ｖ］に復帰した以降においては酸素センサ１０１の出力が正常であると判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可しても問題はない。
【００５２】
そこで、この例では、上記した処理により、酸素センサ１０１の出力電圧（負電圧）が［０Ｖ］に復帰するまでの時間（制御許可時間Ｔａ）を算出し、フューエルカット時に酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１（図４参照）から、制御許可時間Ｔａが経過した否かを判定し（ステップＳＴ５）、その制御許可時間Ｔａが経過した時点ｔ２以降は空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可する（ステップＳＴ６）。
【００５３】
なお、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間に、フューエルカットが実施されない場合（ステップＳＴ１及びＳＴ５の判定結果がいずれも否定判定である場合）は、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する（ステップＳＴ７）。
【００５４】
また、図５に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間において、フューエルカットが実施（Ｆ／ＣフラグＯＮ）された場合であっても、そのフューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負である場合（ステップＳＴ２の判定結果が肯定判定である場合）は、制御許可時間Ｔａが経過するまで、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断の禁止を継続する。
【００５５】
一方、図６に示すように、酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負になった時点ｔ１から制御許可時間Ｔａが経過するまでの間において、フューエルカットが実施（Ｆ／ＣフラグＯＮ）されたときに、そのフューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが０以上である場合（ステップＳＴ２の判定結果が否定判定である場合）は、制御許可時間Ｔａが経過していなくても、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を許可する（ステップＳＴ６）。
【００５６】
以上のように、この例では、フューエルカット時の酸素センサ１０１の出力電圧レベルが負であるか否かを判定し、出力電圧レベルが負である場合には、酸素センサ１０１の出力が正常でないと判断して、空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサ１０１の故障診断を禁止しているので、エミッションの悪化や排気ガスの未浄化、及び、センサ故障の誤診断を防止することができる。
【００５７】
−他の実施形態−
以上の例では、積層型の酸素センサに本発明の制御装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、コップ型の酸素センサにも適用可能である。コップ型の酸素センサの一例を図７に示す。
【００５８】
この図７に示す酸素センサ３０１はセンサ素子３１０及びカバー３１６を備えている。カバー３１６には、その内部に排気ガスを導くための孔（図示せず）が設けられている。センサ素子３１０はカバー３１６の内部に配置されている。
【００５９】
センサ素子３１０は一端が閉じられた管状（コップ状）の構造を有している。センサ素子３１０は、固体電解質層（例えば部分安定化ジルコニア製）３１１、この固体電解質層３１１の内側の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）３１２、固体電解質層３１１の外側の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）３１３、及び、多孔質保護層（例えば多孔質のセラミック）３１４などによって構成されている。
【００６０】
センサ素子３１０の内側には、大気に開放された大気室３１５が形成されている。この大気室３１５に流入した大気が大気側電極３１２に接触する。大気室３１５には、センサ素子３１０を加熱するためのヒータ３０２が配置されている。また、排気側電極３１３の表面は多孔質保護層３１４にて覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が多孔質保護層３１４を通じて排気側電極３１３に接触する。
【００６１】
そして、この例の酸素センサ３０１においても、出力電圧（大気側電極３１２と排気側電極３１３との間の電圧差）の大小により空燃比がリッチかリーンかを判定することができる。
【００６２】
以上の例では、４気筒ガソリンエンジンの制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、例えば筒６気筒ガソリンエンジンなど、他の任意の気筒数の多気筒ガソリンエンジンの制御にも適用できる。
【００６３】
また、ポート噴射型ガソリンエンジンに限られることなく、筒内直噴型ガソリンエンジンの制御にも適用可能である。さらに、ガソリンエンジンに限られることなく、ディーゼルエンジンの制御にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。
【図２】酸素センサの一例を模式的に示す断面図である。
【図３】空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】空燃比Ｆ／Ｂ制御及び酸素センサの故障診断を禁止・許可する処理の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】酸素センサの他の例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  エンジン
２  インジェクタ
８  三元触媒
１１  吸気通路
１２  排気通路
１０１  酸素センサ
１１０  センサ素子
１１１  固体電解質層
１１２  大気側電極
１１３  排気側電極
２００  ＥＣＵ
【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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