(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に配置される空燃比センサの制御装置に関し、排気通路の内部を大気同様のガスが流れる場合に、空燃比センサが過剰なセンサ電流を発生するのを防ぐことを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に、所定の電圧印加を受けることにより、排気空燃比に応じたセンサ電流を発生させる空燃比センサを配置する。車両システムの作動中は、Ｆ／Ｃ中や内燃機関停止運転中（Ｈ／Ｖ車両やエコラン車両の場合）を除き、空燃比センサに対して０．４Ｖの印加電圧を与える（ステップ１０４，１０６）。車両システムの作動中であっても、Ｆ／Ｃ中や内燃機関停止運転中など、空燃比センサ３２の周囲に大気が導かれる状況下では、空燃比センサに対する印加電圧を０Ｖとする（ステップ１０４，１１４）。【選択図】        図４
2004316553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、所定の電圧印加を受けることにより、排気空燃比に応じたセンサ電流を発生させる空燃比センサの制御装置であって、
車両システムの作動中に前記空燃比センサに対して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
車両システムの作動中に、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、前記空燃比センサに対する印加電圧を、その絶対値が所定の閾値以下となるように制限する印加電圧制限手段と、
を備えることを特徴とする空燃比センサの制御装置。
【請求項２】
前記印加電圧制限手段は、内燃機関への燃料噴射が停止された後、所定の遅延時間の後に前記印加電圧の制限を開始することを特徴とする請求項１記載の空燃比センサの制御装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を、その増加割合が限界値を超えない範囲で、前記所定電圧に向けて増加させることを特徴とする請求項１または２記載の空燃比センサの制御装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を前記所定電圧に復帰させる印加電圧復帰手段を備え、
前記センサ電流に基づいて所定の制御を行う制御実行手段と、
内燃機関への燃料噴射が再開された後所定のマスク期間は、前記センサ電流が前記制御の基礎とされるのを禁止するセンサ電流反映禁止手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の空燃比センサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空燃比センサの制御装置に係り、特に、内燃機関の排気空燃比を検出するために排気通路に配置される空燃比センサの制御に好適な空燃比センサの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２０００−２５８３８７号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に、排気空燃比を検出するための空燃比センサを備えたシステムが知られている。空燃比センサは、排気ガスに晒された第１電極と、大気に晒された第２電極とを有している。第１電極および第２電極は、ジルコニア等の固体電解質の両側に設けられており、第２電極から第１電極へ向かう電界が生ずるように両者間に電圧が印加されると、空燃比センサには、排気ガス中の酸素量に応じたセンサ電流が流通する。排気ガス中の酸素量は、排気空燃比の特性値であるから、上記のセンサ電流によれば、排気空燃比を検知することができる。上記従来のシステムは、このような原理で排気空燃比を検出すべく、車両システムの作動中は、常に空燃比センサに対して所定の印加電圧を与えることとしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２５８３８７号公報
【特許文献２】
特開平９−１０１２８５号公報
【特許文献３】
特開２００１−３２３８３７号公報
【特許文献４】
特開２００２−２４３６９４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
車両において、機関回転数が十分に高い領域でアクセルペダルの踏み込みが解除されたような場合に、無駄な燃料消費を防ぐべく、内燃機関への燃料の供給を停止する処理、つまり、フューエルカット（以下、「Ｆ／Ｃ」とする）が行われることがある。Ｆ／Ｃの実行中は、内燃機関の内部を空気が吹き抜けるだけであり、排気通路に配置された空燃比センサの周囲にも大気と同様に酸素を多量に含むガスが流通する。
【０００５】
既述した通り、空燃比センサは、排気ガス中の酸素濃度に応じたセンサ電流を発生させるセンサである。従って、Ｆ／Ｃの実行に伴って大気同様のガスが排気通路の内部を流れれば、空燃比センサが過剰なセンサ電流を発生させる事態が生ずる。このような過剰なセンサ電流は、センサ電極やセンサ内部の酸化を促し、空燃比センサを早期劣化させる原因となる。このため、上記従来のシステムでは、Ｆ／Ｃの実行が繰り返されることにより、空燃比センサの劣化が促進されるという事態が生ずることになる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、排気通路の内部を大気同様のガスが流れる場合に、空燃比センサに過剰なセンサ電流を発生させることの無い空燃比センサの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気通路に配置され、所定の電圧印加を受けることにより、排気空燃比に応じたセンサ電流を発生させる空燃比センサの制御装置であって、
車両システムの作動中に前記空燃比センサに対して所定電圧を印加する電圧印加手段と、
車両システムの作動中に、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、前記空燃比センサに対する印加電圧を、その絶対値が所定の閾値以下となるように制限する印加電圧制限手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記印加電圧制限手段は、内燃機関への燃料噴射が停止された後、所定の遅延時間の後に前記印加電圧の制限を開始することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を、その増加割合が限界値を超えない範囲で、前記所定電圧に向けて増加させることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明において、
前記電圧印加手段は、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、前記閾値以下に制限されていた印加電圧を前記所定電圧に復帰させる印加電圧復帰手段を備え、
前記センサ電流に基づいて所定の制御を行う制御実行手段と、
内燃機関への燃料噴射が再開された後所定のマスク期間は、前記センサ電流が前記制御の基礎とされるのを禁止するセンサ電流反映禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を示す。図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の端部にはエアフィルタ１６が配置されている。エアフィルタ１６の下流には、吸気通路１２を流通する空気量、すなわち、吸入空気量Ｇａを検出するためのエアフロメータ１８が配置されている。
【００１３】
エアフロメータ１８の下流には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２２と、スロットルバルブ２０が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２４とが配置されている。吸気通路１２には、更に、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。
【００１４】
排気通路１４には、上流触媒２８と下流触媒３０とが直列に配置されている。これらの触媒は、内燃機関１０が始動された後、所定の活性温度に達することにより排気ガスの浄化機能を発揮することができる。上流触媒２８、および下流触媒３０は、それぞれ酸素吸蔵容量（ＯＳＣ：Ｏ２  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を有しており、その容量の範囲で酸素を吸蔵することができる。これらの触媒２８，３０は、排気ガス中にＨＣやＣＯなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化し、また、排気ガス中に酸素やＮＯｘなどが多く含まれている場合は、余剰酸素を吸蔵することで触媒内部の雰囲気を理論空燃比に保つことができる。上流触媒２８および下流触媒３０は、それぞれ上記の原理により排気ガスを浄化する。
【００１５】
上流触媒２８の上流には、空燃比センサ３２が配置されている。空燃比センサ３２は、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発するセンサである。排気ガス中の酸素濃度は、排気空燃比と相関を有している。このため、空燃比センサ３２によれば、上流触媒２８に流入する排気ガス、つまり、内燃機関１０から排出されてきた直後の排気ガスの空燃比を検出することができる。
【００１６】
上流触媒２８の下流、つまり、下流触媒３０の上流には、下流酸素センサ３４が配置されている。下流酸素センサ３４は、排気ガス中に酸素が存在するか否かに応じて出力を大きく変化させるセンサである。排気ガス中には、排気空燃比がリッチである場合には酸素は残留しない。一方、排気空燃比がリーンである場合は排気ガス中の酸素が残留する。このため、下流酸素センサ３４によれば、上流触媒２８から流出してくる排気ガスがリッチであるかリーンであるかを正確に検出することができる。
【００１７】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種のセンサからセンサ出力が供給されている。また、ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて内燃機関１０に供給すべき燃料量を算出し、その燃料量が噴射されるように燃料噴射弁２６を制御することができる。
【００１８】
［空燃比センサの制御装置の構成説明］
図２は、ＥＣＵ４０の内部に構成されている空燃比センサ３２の制御装置の回路図である。空燃比センサ３２は、排気通路１４の内部空間に晒された第１電極、大気に晒された第２電極、およびそれら２つの電極に挟まれたジルコニア等の固体電解質層を備えている。図２に示す回路図では、第１電極側の端子を「ＡＦ−」として、また、第２電極側の端子を「ＡＦ＋」として空燃比センサ３２を等価的に表している。
【００１９】
空燃比センサ３２のＡＦ−端子４２には、バッファ回路４４を介して電位切り替え点４６が接続されている。電位切り替え点４６は、抵抗４８を介して接地されていると共に、主電源経路５０および副電源経路５２の双方を介して電源電位に接続されている。主電源経路５０は、抵抗５４および５６を備えて、一方、副電源経路５２をスイッチ５８および抵抗６０を備えている。主電源経路５０は、スイッチ５８がオフ状態である場合に、抵抗５４と５６の間に３．３Ｖの電位を発生させ、かつ、電位切り替え点４６に２．９Ｖの電位を発生させることができる。また、副電源経路５２は、スイッチ５８がオン状態となることで、電位切り替え点４６に３．３Ｖの電位を発生させることができる。
【００２０】
空燃比センサ３２のＡＦ＋端子６２には、バッファ回路６６を介してパルス印加回路６８が接続されている。パルス印加回路６８は、バッファ回路７０を介して主電源経路５０の３．３Ｖ点に接続されている。バッファ回路７０によれば、主電源経路５０において生成される３．３Ｖの電位をそのままパルス印加回路６８に供給することができる。パルス印加回路６８は、所定間隔毎にその出力電位を、入力電位（３．３Ｖ）を中心としてプラス側およびマイナス側の双方に順次０．２Ｖずつパルス的に変化させるための回路である。従って、バッファ回路６６には、更には、空燃比センサ３２のＡＦ＋端子６２には、３．３Ｖを中心として、定期的に３．３Ｖ→３．５Ｖ→３．１Ｖ→３．３Ｖと変化する電位が供給される。
【００２１】
バッファ回路６６には、空燃比センサ３２と直列に接続されたセンサ電流検出抵抗７２が含まれている。センサ電流検出抵抗７２の両側には、増幅回路７４が接続されている。また、増幅回路７４には、センサ電流検出用のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）７６が接続されている。増幅回路７４には、例えば８倍程度の増幅率が与えられており、バッファ回路６６や増幅回路７４は、空燃比センサ３２を流れる電流、つまり、空燃比センサ３２が発生するセンサ電流がＡＤＣ７６において検知できるように構成されている。
【００２２】
［空燃比センサの制御装置の動作説明］
図２に示す制御装置によれば、副電源経路５２のスイッチ５８をオフ状態としておくことで、空燃比センサ３２のＡＦ−端子４２に２．９Ｖの電位を与えることができる。この場合、パルス印加回路６８が出力電位を変化させている時期を除き、空燃比センサ３２の両端子間には０．４Ｖの電圧が印加される。
【００２３】
図３は、空燃比センサ３２のセンサ特性を説明するための図を示す。この図において、横軸は空燃比センサ３２に対する印加電圧であり、その縦軸は空燃比センサ３２のセンサ電流である。また、図３中に符号▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼を付して示す曲線は、それぞれ、排気ガスの空燃比が異なる環境下で成立するセンサ電流と印加電圧との関係である。空燃比センサ３２の特性は、排気ガスの空燃比が高くなるにつれて、つまり、排気ガス中の酸素含有率が高まるに連れて、曲線▲１▼→▲４▼へ向かう変化を示す。
【００２４】
図３に示すように、空燃比センサ３２に０．４Ｖの電圧が印加されている場合、そのセンサ電流は、排気ガスの空燃比を表す値となる。このため、図２に示す制御回路によれば、ＡＤＣ７６によりそのセンサ電流を検出することにより、排気空燃比を検知することができる。ＥＣＵ４０は、このようにして検知した排気空燃比を基礎とすることにより、排気空燃比を理論空燃比の近傍に維持するための空燃比フィードバック制御を実行することができる。
【００２５】
また、図２に示す制御回路によれば、パルス印加回路６８の機能により、空燃比センサ３２に対する印加電圧を定期的に変化させることができる。そして、その印加電圧の変化に伴って招ずるセンサ電流の変化量を見ることで、この制御回路は、空燃比センサ３２の内部インピーダンスを検知することができる。ＥＣＵ４０は、このようにして検知した空燃比センサ３２のインピーダンスを基礎として、空燃比センサ３２の温度を一定とするためのインピーダンス制御等を行うことができる。
【００２６】
［本実施形態における特徴的動作の説明］
本実施形態のシステムでは、機関回転数が十分に高い環境下でアイドルスイッチ２４がオンとなったような場合に、内燃機関１０への燃料の噴射を中止すべくＦ／Ｃが実行される。Ｆ／Ｃの実行中は、排気通路１４を流通するガスが大気同様に多量に酸素を含むものとなる。この場合、車両システムの作動中（車両のＩＧスイッチがオンとされている状態）にも関わらず、空燃比センサ３２の第１電極（排気通路側の電極）は大気に晒された状態となる。
【００２７】
また、本実施形態のシステムは、ハイブリッド（Ｈ／Ｖ）車両やエコラン車両に搭載されることがある。Ｈ／Ｖ車両やエコラン車両では、車両システムが作動中（車両のキースイッチがオンとされている状態）であっても内燃機関１０が停止状態とされることがある（以下、このような運転状態を「内燃機関停止運転」と称す）。内燃機関停止運転中は、空燃比センサ３２の第１電極が大気に晒される。このように、空燃比センサ３２は、車両に搭載されて現実に使用される場面では、車両システムの非作動中（ＩＧオフ、或いはキースイッチオフ）に限らず、車両システムの作動中においても大気に晒されることがある。
【００２８】
既述した図３において、曲線▲１▼〜▲３▼は、それぞれ、空燃比フィードバック制御の実行に伴って通常生ずる排気空燃比に対応する関係を示したものである。一方、曲線▲４▼は、Ｆ／Ｃ中など、排気通路１４中のガスが大気となった際に実現される関係を示したものである。これら４本の曲線▲１▼〜▲４▼は、Ｆ／Ｃ中に空燃比センサ３２に十分な印加電圧が与えられると、空燃比フィードバック制御の実行中に比して、センサ電流が極めて大きな値となることを示している。つまり、図３に示す４本の曲線▲１▼〜▲４▼は、本実施形態のシステムにおいて、Ｆ／Ｃ中に０．４Ｖの印加電圧が維持されると、空燃比センサ３２に過大なセンサ電流が流通することを示している。このような過大なセンサ電流は、空燃比センサ３２の電極や固体電解質の酸化を促し、それらの劣化を促進する原因となる。このため、空燃比センサ３２の耐久性や信頼性を確保するためには、そのような過大なセンサ電流の発生を防ぐことが望ましい。
【００２９】
図２に示す制御装置は、既述した通り、副電源経路５２のスイッチ５８をオンとすることにより、電位切り替え点４６の電位を３．３Ｖとすること、つまり、空燃比センサ３２のＡＦ−端子４２に対する印加電位を３．３Ｖとすることができる。ＡＦ−端子４２に３．３Ｖの電位が印加されると、原則として、空燃比センサ３２の両端子間に加わる電圧が０Ｖとなる。従って、本実施形態のおける制御装置によれば、スイッチ５８をオンとすることにより、原則として空燃比センサ３２に対する印加電圧を０Ｖとすることができる。
【００３０】
印加電圧が０Ｖであれば、排気通路１４の内部に如何に多量に酸素が存在していても、空燃比センサ３２がセンサ電流を発生することはない。また、Ｆ／Ｃ中や内燃機関停止運転中（Ｈ／Ｖやエコラン車両の場合）は、空燃比フィードバック制御を実行する必要のない期間であるから、その期間中に空燃比センサ３２がセンサ電流を発生しないことは、何ら制御上のデメリットともならない。そこで、本実施形態において、ＥＣＵ４０は、車両システムの作動中に排気通路１４内に大気が流通する状況が生じた場合には、換言すると、車両システムの作動中に内燃機関１０への燃料噴射が停止された場合（Ｆ／Ｃ中、内燃機関停止運転中）には、副電源経路５２のスイッチ５８をオンとして、空燃比センサ３２に対する印加電圧をゼロとすることとした。
【００３１】
図４は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。
図４に示すルーチンでは、先ず、空燃比センサ３２が活性しているか否かが判別される（ステップ１００）。
空燃比センサ３２は、所定の活性温度に加熱されることにより正常な出力特性を発揮する。このため、空燃比センサ３２の内部にはヒータが組み込まれており、ＥＣＵ４０は、車両システムの作動が開始された後、そのヒータを用いてセンサ素子温を制御する。本ステップ１００では、空燃比センサ３２のインピーダンスに基づいてその素子温が推定され、更に、その素子温が活性温度に達しているか否かが判断される。
【００３２】
上記ステップ１００において空燃比センサ３２が活性していないと判別された場合は、センサ出力が空燃比フィードバック制御の基礎として用いることができないと判断できる。この場合は、以後、空燃比のオープン制御が実行された後（ステップ１０２）、今回の処理サイクルが終了される。
【００３３】
一方、上記ステップ１００において空燃比センサ３２の活性が認められた場合は、次に、Ｆ／Ｃ中であるか、或いは、Ｈ／Ｖ車両やエコラン車両における内燃機関停止運転中（車両システムは作動中）であるかが判別される。つまり、ＥＣＵ４０が通常の作動状態にある環境下で、空燃比センサ３２の周囲に大気が導かれる状況が生じているか否かが判別される（ステップ１０４）。
【００３４】
上記ステップ１０４において、Ｆ／Ｃ中でもなく、また、内燃機関停止運転中でもないと判別された場合は、空燃比センサ３２の周囲に通常の排気ガス、つまり、理論空燃比から大きく外れない空燃比を有する排気ガスが導かれていると判断できる。この場合、制御回路（図２）のスイッチ５８がオフ状態とされ、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０．４Ｖとされる（ステップ１０６）。
【００３５】
図４に示すルーチンでは、次に、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０Ｖから０．４Ｖに切り替えられた後、所定時間（０．５〜１．０ｓｅｃ程度の適当な時間）が経過しているか否かが判別される（ステップ１０８）。
その結果、未だ所定時間が経過していないと判別された場合は、以後、空燃比のオープン制御を行うべく、上記ステップ１０２の処理が実行される。一方、既に所定時間が経過していると判断された場合は、以後、空燃比センサ３２の出力に基づいた空燃比フィードバック制御が実行された後（ステップ１１０）、今回の処理サイクルが終了される。
【００３６】
図５は、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０Ｖから０．４Ｖに切り替えられた後に、空燃比センサ３２のセンサ電流に生ずる時間的な変化を示した図を示す。印加電圧が０Ｖから０．４Ｖの変化した直後は、瞬間的に空燃比センサ３２に対して交流電圧が印加されたのと同じ状態が生ずる。このため、空燃比センサ３２を取り巻くガスの空燃比が同じであっても、センサ電流は、図５に示すように印加電圧が切り替えられた後、一時的に大きな値を示す。
【００３７】
空燃比センサ３２のセンサ電流が過大な値を示す期間は、そのセンサ電流が、空燃比フィードバック制御に反映されないことが望ましい。そこで、本実施形態では、印加電圧が切り替えられることにより空燃比センサ３２のセンサ電流が一時的に大きな値となる期間を予め実験的に検知しておき、その期間（図５に示す「信号マスク」の期間）を上記ステップ１０８における所定時間としている。
【００３８】
上記ステップ１０８、１０２および１１０の処理によれば、印加電圧が切り替えられた後、所定時間（信号マスクの期間）が経過するまでは、空燃比センサ３２の出力に頼らず、空燃比のオープン制御が実行される。そして、所定時間が経過した後に、空燃比センサ３２の出力を利用したフィードバック制御が開始される。このため、本実施形態のシステムによれば、印加電圧の切り替え直後に、誤差を含むセンサ電流に基づく不適切な空燃比フィードバック制御が実行されるのを確実に防ぐことができる。
【００３９】
図４に示すルーチン中、上記ステップ１０４において、Ｆ／Ｃ中、或いは内燃機関停止運転中との判断が下された場合は、次に、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転が開始された後、所定の遅延時間が経過しているか否かが判別される（ステップ１１２）。
空燃比センサ３２の周囲には、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転が開始された後、ある程度の時間が経過することで大気が導かれる。従って、その時間が経過するまでは、空燃比センサ３２に対して０．４Ｖの電圧が印加されていても、過大なセンサ電流が生ずることはない。
本ステップ１１２において用いられる遅延時間は、空燃比センサ３２の周囲に大気が導かれるまでの時間を想定して設定された時間である。従って、上記の遅延時間が経過したと判別された場合は、空燃比センサ３２の周囲に大気が導かれていると判断することができ、一方、上記の遅延時間が経過していないと判別された場合は、空燃比センサ３２の周囲に未だ大気が導かれていないと判断することができる。
【００４０】
図４に示すルーチンでは、上記ステップ１０４において上記の遅延時間が既に経過していると判別された場合は、制御回路（図２参照）のスイッチ５８がオンとされ、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０Ｖとされる（ステップ１１４）。
印加電圧が０Ｖとされると、第１電極の周囲に大気が導かれても空燃比センサ３２が過大なセンサ電流を発生させることはない。このため、上記の処理によれば、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の実行に伴い、空燃比センサ３２の劣化が促進されるのを確実に防ぐことができる。
【００４１】
一方、上記ステップ１０４において、未だ上記の遅延時間が経過していないと判別された場合は、印加電圧を０Ｖに切り替えずに、上記ステップ１０６以降の処理が実行される。その結果、空燃比センサ３２のセンサ電流を基礎とする空燃比フィードバック制御が継続される。
空燃比センサ３２の印加電圧は、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の開始直後に０Ｖとすることも考えられる。しかしながら、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転は、開始された後、即座に中止されることがある。一旦０Ｖとした印加電圧を０．４Ｖに復帰させる際には、センサ電流が一時的に過大になることから（図５参照）、既述した通り、ある程度の期間は信号マスクの期間を設け、空燃比をオープン制御することが必要となる。このため、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の開始直後に印加電圧を０Ｖとする手法を採用した場合、短期間の後に通常運転への復帰が図られた場合に、不必要なオープン制御の必要が生ずる。
【００４２】
これに対して、図４に示すルーチンによれば、空燃比センサ３２の周囲に現実に大気が導かれるまでの期間は、印加電圧を０．４Ｖのまま維持することができる。印加電圧が０．４Ｖに維持されている期間は、空燃比センサ３２の周囲に過大な酸素が導かれることのない期間であるから、このような手法を採用しても、過大なセンサ電流が発生することはない。また、上記の手法によれば、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転が即座に中止された場合は、空燃比センサ３２への印加電圧が継続的に０．４Ｖに維持されることとなり、空燃比をオープン制御する必要は生じない。このため、本実施形態のシステムによれば、空燃比センサ３２のセンサ電流が過大となるのを確実に防止しつつ、空燃比フィードバック制御の実行期間を可能な限り長期に確保することができる。
【００４３】
ところで、上述した実施の形態１においては、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の実行中に、空燃比センサ３２への印加電圧を０Ｖにすることとしているが、その電圧は必ずしも０Ｖである必要はない。つまり、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転中の印加電圧は、空燃比センサ３２が過大なセンサ電流を発生することのない電圧であれば足り、印加電圧の絶対値が、そのような条件を満たす範囲に抑えられていればよい。
【００４４】
また、上述した実施の形態１では、空燃比センサ３２の制御回路として、図２に示す回路を用いることとしているが、制御回路として用い得る回路はこれに限定されるものではない。
図６は、実施の形態１のシステムに適用できる他の制御回路の回路図を示す。尚、図６において、図２に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図６に示す回路は、副電源経路５２が除去されている代わりに、バッファ回路４４とＡＦ−端子４２との間にスイッチ５８が挿入されている点を除き、図２に示す制御回路と同様である。図６に示す回路によれば、スイッチ５８をオンとすることで、ＡＦ−端子４２に２．９Ｖの電位を供給し、空燃比センサ３２に対して０．４Ｖの印加電圧を与えることができる。この回路においてスイッチ５８がオフされると、ＡＦ−端子４２は電気的に浮いた状態となる。この場合、ＡＦ−端子の電位はＡＦ＋端子６２の電位と等しくなり、空燃比センサ３２に対する印加電圧はほぼ０Ｖとなる。
このように、図６に示す制御回路によっても、図２に示す制御回路と同様に、スイッチ５８をオン・オフさせることにより、空燃比センサ３２に対する印加電圧を０．４Ｖと０Ｖの間で切り替えることができる。従って、図６に示す制御回路を用いても、図２に示す制御回路を用いる場合と同様に、Ｆ／Ｃ中や内燃機関停止運転中に過大なセンサ電流が生ずるのを確実に防ぐことができる。
【００４５】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「電圧印加手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「印加電圧制限手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１１２の処理に次いで上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第２の発明における「印加電圧制限手段」が実現されている。
更に、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の終了後に上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「印加電圧復帰手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「制御実行手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「センサ電流反映禁止手段」が、それぞれ実現されている。
【００４６】
実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図７に示す制御回路を搭載すると共に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００４７】
図７は、本実施形態において用いられる空燃比センサ３２の制御回路の回路図を示す。尚、図７において、上記図２に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図７に示す制御回路は、電位切り替え点４６とバッファ回路４４との間にＲＣ回路、すなわち、抵抗８０およびコンデンサ８２を備えている点を除き図２に示す回路と同様である。この回路において、上記のＲＣ回路は、スイッチ５８の切り替えに伴って電位切り替え点４６の電位が変化する場合に、その変化を緩やかにしてバッファ回路４４に伝達する平滑回路として機能する。
【００４８】
既述した実施の形態１では、スイッチ５８の切り替えに伴って、空燃比センサ３２に対する印加電圧がステップ的に変化する。そして、印加電圧がこのようなステップ的な変化を示す場合、交流電圧が印加されたのと同様の状態が形成され、空燃比センサ３２のセンサ電流が、一時的に排気空燃比と対応しない値となる。このため、実施の形態１のシステムでは、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０Ｖから０．４Ｖに切り替えられた後に、所定期間だけセンサ電流の利用を禁止するマスク期間を設けることとしている。
【００４９】
これに対して、バッファ回路４４に伝達される電位が緩やかに変化するとすれば、空燃比センサ３２に対する印加電圧の変化が緩やかになり、空燃比センサ３２に交流電圧が印加されたのと同様の状態が形成されるのを防ぐことができる。この場合、空燃比センサ３２は、図３に示す特性を示すこととなり、スイッチ５８が切り替えられた直後（厳密には、印加電圧が０．１Ｖ程度にまで上昇してきた直後）から、排気空燃比に対応したセンサ電流を発生する。このため、本実施形態のシステムでは、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の終了後に、速やかに空燃比フィードバック制御を再開させることが可能である。
【００５０】
図８は、本実施形態において、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図８に示すルーチンは、上記ステップ１０８の処理が削除されている点を除き、上記図４に示すルーチンと同様である。図８に示すルーチンによれば、ステップ１０４の条件が成立しない場合は、その後常に０．４Ｖの印加電圧が設定され、かつ、空燃比フィードバック制御が実行される。そして、ここでは、０．４Ｖの印加電圧が設定される（スイッチ５８がオフとされる）状況下では、空燃比センサ３２のセンサ電流がほぼ現実の排気空燃比と対応しているとみなすことができる。このため、本実施形態のシステムによれば、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の終了後に、高精度な空燃比フィードバック制御を迅速に再開させることができる。
【００５１】
ところで、上述した実施の形態２においては、印加電圧が０．４Ｖに設定されている場合は常に空燃比フィードバック制御を実行することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、印加電圧が０Ｖから０．４Ｖに切り替えられた後、空燃比センサ３２の両端に加わる電圧が現実に０．１Ｖ程度にまで上昇するまでの間は、厳密にはセンサ電流と排気空燃比とが対応しない（図３参照）。このため、空燃比センサ３２の両端に加わる電圧が０．１Ｖ程度に上昇するまでの短い期間だけは、センサ電流をマスクし、空燃比をオープン制御することとしてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態２においては、図２に示す回路にＲＣ回路を組み込んだ回路が制御回路（図７参照）とされているが、本実施形態において用い得る制御回路はこれに限定されるものではない。
図９は、実施の形態１のシステムに適用できる他の制御回路の回路図を示す。尚、図９において、上記図６または図７に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図９に示す制御回路は、スイッチ５８とＡＦ−端子４２との間にＲＣ回路が挿入されている点を除き、図６に示す回路と同様である。また、ＲＣ回路は、図７に示すＲＣ回路と同様に、抵抗８０とコンデンサ８２とで構成されている。図９に示す回路において、上記のＲＣ回路は、スイッチ５８の切り替えに伴ってＡＦ−端子４２の電位が変化する場合に、その変化を緩やかにする平滑回路として機能する。このため、図９に示す回路によっても、図７に示す回路と同様に、スイッチ５８の切り替えに伴って空燃比センサ３２への印加電圧がステップ的に急変するのを防ぐことができ、図７に示す回路と同様の機能を実現することができる。
【００５３】
尚、上述した実施の形態２において、ＲＣ回路を構成する抵抗８０およびコンデンサ８２は、スイッチ５８の切り替えに伴って生ずる印加電圧の変化割合が、所定の限界値を超えないように設定されている。ここで、その限界値とは、空燃比センサ３２に、排気空燃比に対応しないセンサ電流を発生させることのない変化割合の限界値であり、その値は具体的には実験的に事前に定められているものとする。本実施形態では、空燃比センサ３２の制御回路が上記の如く構成されていることを前提としてＥＣＵ４０が上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「電圧印加手段」が実現されている。
【００５４】
実施の形態３．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ＥＣＵ４０に、図１０に示す制御回路を搭載すると共に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５５】
図１０は、本実施形態において用いられる空燃比センサ３２の制御回路の回路図を示す。尚、図１０において、上記図２に示す構成要素と同一の部分には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図１０に示す制御回路は、主電源経路５０および副電源経路５２に代えてディジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）９０を備えている点を除き図２に示す回路と同様である。この回路において、空燃比センサ３２への印加電圧を生成するうえで必要とされる制御電位（３．３Ｖ、２．９Ｖなどの電位）は、ＤＡコンバータ９０により生成される。ＤＡコンバータ９０によれば、空燃比センサ３２に対する印加電圧を０Ｖと０．４Ｖとの間で緩やかに変化させることができる。このため、図１０に示す制御回路によれば、ＲＣ回路を用いることなく、実施の形態２における制御回路と同様の機能を実現することができる。
【００５６】
図１１は、本実施形態において、ＥＣＵ４０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図１１に示すルーチンは、上記ステップ１０６の処理がステップ１２０および１２２の処理に置き換えられている点を除き、上記図８に示すルーチンと同様である。すなわち、図８に示すルーチンにおいては、ステップ１０４の条件が成立しない場合、或いは、ステップ１１２の条件が成立しない場合に、先ず、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０．４Ｖに達しているか否かが判別される（ステップ１２０）。
本ステップ１２０では、より具体的には、ＤＡコンバータ９０がバッファ４４に対して供給している電位が２．９Ｖ以下であるか否かが判別される。
【００５７】
その結果、印加電圧が０．４Ｖに達していると判別された場合は、以後すみやかにステップ１１０の処理（空燃比フィードバック制御）が実行される。一方、印加電圧が０．４Ｖに達していないと判別された場合は、所定のステップ幅で印加電圧を微増させた後（ステップ１２２）、ステップ１１０の処理が実行される。
【００５８】
上記の処理によれば、空燃比センサ３２に対する印加電圧が０．４Ｖを下回る場合には、その値を緩やかに増加させ、印加電圧が０．４Ｖに達した後は、その値を維持させることができる。従って、図１１に示すルーチンによれば、Ｆ／Ｃや内燃機関停止運転の終了後に、０Ｖとされていた印加電圧を、０．４Ｖを上限として緩やかに増加させることができる。このように、図１０に示す制御回路と図１１に示すルーチンとの組み合わせによれば、実施の形態２における制御回路（図７乃至図９参）と同様の機能を実現することができる。このため、本実施形態のシステムによっても、実施の形態２の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
尚、上述した実施の形態３において、上記ステップ１２２の処理は、その処理が繰り返されることにより生ずる印加電圧の変化割合が、所定の限界値を超えないように設計されている。ここで、その限界値とは、空燃比センサ３２に、排気空燃比に対応しないセンサ電流を発生させることのない変化割合の限界値であり、その値は具体的には実験的に事前に定められているものとする。本実施形態では、ＥＣＵ４０が上記ステップ１２０および１２２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「電圧印加手段」が実現されている。
【００６０】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、車両システムの作動中であっても、内燃機関への燃料噴射が停止された場合には、空燃比センサに対する印加電圧が十分に小さく抑制される。このため、本発明によれば、排気通路の内部を大気同様のガスが流れる際に、空燃比センサが過剰なセンサ電流を発生させるのを確実に防ぐことができる。
【００６１】
第２の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が停止された後、所定の遅延時間の後に印加電圧の制限を開始することができる。このため、本発明によれば、酸素を多量に含むガスが空燃比センサの周囲に現実に到達する以前に、印加電圧が無駄に制限されるのを有効に防ぐことができる。
【００６２】
第３の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、空燃比センサへの印加電圧をゆっくりと復帰させることができる。このため、本発明によれば、その復帰の際に、印加電圧の急変に伴う誤差がセンサ電流に重畳するのを有効に防ぐことができる。
【００６３】
第４の発明によれば、内燃機関への燃料噴射が再開された後に、所定のマスク期間は、空燃比センサの出力が制御に反映されるのを防ぐことができる。このため、本発明によれば、印加電圧の復帰の際に、誤差の重畳したセンサ電流を基礎とした不正確な制御が実行されるのを有効に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示すＥＣＵの内部に構成されている空燃比センサの制御装置の回路図である。
【図３】図１に示す空燃比センサのセンサ特性を説明するための図である。
【図４】本実施形態の実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】図１に示す空燃比センサに対する印加電圧が切り替えられた後にセンサ電流に生ずる時間的な変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において用い得る他の制御装置の回路図である。
【図７】本発明の実施の形態２において用いられる制御装置の回路図である。
【図８】本実施形態の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２において用いられる他の制御装置の回路図である。
【図１０】本発明の実施の形態３において用いられる制御装置の回路図である。
【図１１】本実施形態の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
２８  上流触媒
３０  下流触媒
３２  空燃比センサ
５０  主電源経路
５２  副電源経路
４６  電位切り替え点
５８  スイッチ
８０  抵抗
８２  コンデンサ
９０  ディジタルアナログコンバータ（ＤＡコンバータ）
【図１】
2004316553.tif 000003
【図２】
2004316553.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004316553.tif 000007
【図６】
2004316553.tif 000008
【図７】
2004316553.tif 000009
【図８】
2004316553.tif 000010
【図９】
2004316553.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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